ITAR20110012A1 - Dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI GENERAZIONE DI OSSIGENO,

PARTICOLARMENTE PER USO CIVILE, INDUSTRIALE,

SANITARIO E AMBIENTALE

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato si riferisce ad un dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale. Sono noti dispositivi di generazione dell'ossigeno, anche detti reattori ad ossigeno, dalla decomposizione di una determinata percentuale volume di perossido di idrogeno (H2O2), sostanza generalmente nota come acqua ossigenata, mediante l'iniezione liquida di sali di permanganato, come ad esempio il permanganato di potassio (KMnO4).

Questo tipo di reattore fu applicato ad esempio come mezzo di propulsione aereo negli anni Trenta o per l'azionamento delle turbopompe del missile V2 durante la Seconda Guerra Mondiale.

Il principio di funzionamento di questi dispositivi consiste principalmente nella decomposizione eterogenea del perossido quando entra in contatto con solidi insolubili.

Nel reattore del motore di propulsione del V2 era prevista una camera di contatto tra il perossido di idrogeno e il permanganato di potassio in forma liquida contenuti in due distinti serbatoi. Una volta innescata la reazione (esotermica) di decomposizione del perossido in ossigeno molecolare e vapore d'acqua, 2H2O2→ 2H2O O2, nella camera di contatto - già a temperatura di 100°C - veniva immesso da un terzo serbatoio del cherosene il quale si trovava a bruciare in un ambiente molto caldo (e quindi vaporizzava) nonché in eccesso di ossigeno. Questo sistema forniva effettivi propulsivi.

Un dispositivo di generazione di ossigeno siffatto, però, non può trovare applicazione in campo sanitario e ambientale a causa del fatto che, nella reazione di decomposizione, l'iniezione di sali di permanganato in forma liquida dà come precipitato manganese il quale, ad alta temperatura, miscelandosi con l'acqua, fornisce come prodotto di reazione biossido di manganese (MnO2) che à ̈ molto tossico per l'uomo.

Inoltre, dato che il permanganato à ̈ un'ossidante, conferisce all'acqua una colorazione rossastra innaturale che ne impedisce non solo l'uso civile, ma anche l'impiego in piscine, fontane, ecc.

Un'altra problematica legata all'uso di reattori ad ossigeno nell'ambito uso civile, industriale, sanitario e ambientale à ̈ legata al fatto che la velocità di decomposizione del perossido d'idrogeno à ̈ influenzata principalmente da:

- presenza di agenti contaminanti;

- apporto di calore (accelerante);

- livello di pH (una variazione del grado di acidità del perossido, a seguito ad esempio di una miscelazione con alcali, incrementa la velocità di decomposizione).

In questo senso, quindi, considerando il fatto che il perossido di idrogeno, che di per sé à ̈ un composto instabile, si decompone in modo esotermico, risulta evidente che se il calore rilasciato non à ̈ smaltito in maniera adeguata, la velocità della reazione suddetta aumenta e conseguentemente aumenta la temperatura di decomposizione innescando così una reazione di decomposizione auto-accelerata.

Pertanto, sarà previsto che dispositivi di generazione siffatti siano realizzati in materiale altamente resistente alla temperatura e alla corrosione, ad esempio in acciaio inox, che à ̈ molto costoso e pertanto economicamente non conveniente in numerose applicazioni.

Il compito che si propone il trovato à ̈ quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati in tipi noti di dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, che consenta di evitare l'uso di sali di permanganato in forma liquida in modo da non avere elementi tossici per l'uomo tra i prodotti di reazione.

Nell'ambito del compito suddetto, uno scopo che si propone il trovato à ̈ quello di realizzare un reattore ad ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, senza residui tossici nell'acqua depurata mediante impianti ad ozono, in modo tale che sia potabile e che non assuma colorazioni insolite.

Un altro scopo che si propone il trovato à ̈ quello di non alterare il sapore o la colorazione dell'acqua, in modo da non impedirne un'applicazione civile, compreso l'impiego in piscine, fontane, ecc..

Un altro scopo del dispositivo di generazione di ossigeno, secondo il trovato, à ̈ di consentire il controllo dei parametri di decomposizione, impedendo l'innescarsi della reazione di decomposizione auto-accelerata e quindi di poter realizzare generatori di ossigeno in tutta sicurezza, senza la necessità di materiale con specifica resistenza al calore.

Non ultimo scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, con mezzi facilmente reperibili in commercio nonché usando materiali comuni, in modo che il dispositivo sia economicamente concorrenziale.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, secondo il trovato, caratterizzato dal fatto di comprendere, su una struttura portante, un elemento tubolare presentante almeno una zona di contatto tra perossido di idrogeno ed un elemento catalizzatore per la decomposizione di detto perossido di idrogeno in ossigeno, detto elemento tubolare essendo di trasporto di detto ossigeno ad un corpo cilindrico connesso ad una sua prima estremità.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva del dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, illustrata a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli uniti disegni in cui la figura 1 rappresenta uno schema di funzionamento del dispositivo di generazione di ossigeno.

Con riferimento alle citate figure, il dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, che viene individuato nella sua globalità con il riferimento 1, secondo il trovato, ha la caratteristica peculiare di comprendere, su una struttura portante 2, un elemento tubolare 3 presentante almeno una zona di contatto 6 tra perossido di idrogeno 9, noto comunemente come acqua ossigenata, ed un elemento catalizzatore 8 per la decomposizione del perossido 9 in ossigeno 10. L'elemento tubolare 3 à ̈ di trasporto dell'ossigeno 10, generato da tale decomposizione, ad un corpo cilindrico 5, connesso ad una sua prima estremità.

Vantaggiosamente, l'elemento catalizzatore 8 comprende un minerale di biossido di manganese, noto con il nome comune di pirolusite.

Vantaggiosamente, il corpo cilindrico 5 comprende una calotta forata 7 di fuoriuscita di ossigeno 10 e vapore acqueo 11.

Preferibilmente, Ã ̈ prevista una calotta di convogliamento 16 per la miscela 20, di ossigeno 10 e vapore acqueo 11 uscente dalla calotta forata 7, connessa alla struttura 2.

Nella soluzione qui presentata, la calotta 16 comprende un bocchettone 17 amovibilmente connesso alla prima estremità dell'elemento tubolare 3, ad esempio mediante una porzione filettata, in modo da rendere ispezionabile l'interno dell'elemento tubolare 3.

Con riferimento alla figura 1, può essere prevista una condotta di raffreddamento e condensazione 12 della miscela 20 connessa a valle della calotta 16, presentante un canale di espulsione 18 della condensa.

Vantaggiosamente, sono previsti mezzi di iniezione del perossido 9 all'interno dell'elemento tubolare 3.

Preferibilmente, tali mezzi di iniezione comprendono una pompa dosatrice 4 connessa alla seconda estremità dell'elemento 3, dalla parte opposta rispetto alla prima estremità suddetta. Nel nostro esempio esecutivo la pompa 4 à ̈ a membrana e ha un dosaggio variabile in portata.

Nell'esempio qui descritto, i mezzi di iniezione possono comprendere un elemento di raccordo per il collegamento tra l'elemento tubolare 3 e la pompa 4.

Possono essere previsti mezzi di ispezione dell'interno dell'elemento tubolare 3, per controllare visivamente l'andamento della decomposizione del perossido 9 e, di conseguenza, la generazione di ossigeno 10.

Nella soluzione realizzativa qui presentata, i mezzi di ispezione prevedono che l'elemento tubolare 3 presenti almeno una porzione in materiale otticamente trasparente.

Vantaggiosamente, sono previsti mezzi di raffreddamento almeno della zona di contatto 6 per il controllo della velocità di decomposizione del perossido 9.

Con riferimento alla figura 1, i mezzi di raffreddamento consistono in una vasca di immersione 13 del dispositivo 1, contenente acqua in ricambio continuo. L'acqua à ̈ in corrente da un rabbocco 14 di acqua fredda che entra nella vasca ad una temperatura T14inferiore alla temperatura di ebollizione (di 100°C in condizioni standard) ad una bocca di uscita 15 di acqua riscaldata a temperatura T15(>T14).

Preferibilmente, il rabbocco 14 Ã ̈ definito su una porzione della struttura portante 2 in modo che l'acqua fredda vada subito a contatto con le parti calde dell'elemento 3 e sommerga praticamente il dispositivo quasi interamente.

La vasca 13 può essere di convogliamento per il vapore acqueo 11 che fuoriesce dalla condotta 12, in modo che venga portato via dall'acqua in corrente della vasca 13 stesa.

All'interno dell'elemento tubolare 3 viene immessa una quantità prestabilita di perossido di idrogeno 9 mediante l'iniezione della pompa 4, che lavora ad esempio a 5 atm..

Il perossido 9, a contatto con la pirolusite 8 nella zona 6, si decompone in ossigeno 10 e risale verso l'uscita del tubo dove la pressione sarà quella atmosferica, portando con sé il acqua sotto forma di vapore 11 (come sottoprodotto di reazione) che viene espulso dopo l'attraversamento della condotta di raffreddamento e condensazione. Nell'esempio esecutivo qui descritto, la condota di espulsione 18 si affaccia sulla vasca 13 e pertanto l'acqua di condensa proveniente dal vapore 11 raffreddato precipita nella vasca 13 e ritorna in circolazione.

La decomposizione del perossido 9 in ossigeno à ̈ da una parte molto esotermica e dall'altra fortemente influenzata dal calore e pertanto s'innesta un effetto a catena che tende a velocizzare la decomposizione e ad aumentare la temperatura.

Grazie al fatto che il dispositivo 1 à ̈ immerso nella vasca 13 contenente acqua di raffreddamento, la temperatura della zona di contatto à ̈ controllabile (tarando la temperatura dell'acqua stessa a seconda della dimensione del reattore).

Il livello dell'acqua di raffreddamento viene mantenuto costante dal continuo rabbocco 14 da dove entra acqua ad una temperatura (T14) inferiore rispetto a quella che esce dalla bocca 15 (T15), in modo che la quantità di calore smaltita, proporzionale alla differenza di temperatura ΔT tra acqua di uscita e acqua di ingresso della vasca 13, sarà sostanzialmente quella prodotta dalla decomposizione del perossido 9.

Da quanto sopra descritto si vede quindi come il trovato raggiunga il compito e gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che viene realizzato un dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, che permette di evitare l'uso di sali di permanganato in forma liquida, in modo da non avere come prodotti di reazione elementi tossici per l'uomo.

In particolare la realizzazione di tale dispositivo consente di avere, se applicato in impianti ad ozono, acqua depurata perfettamente potabile e senza residui tossici, senza nemmeno insolite colorazioni.

Un altro vantaggio del trovato à ̈ dato dal fatto che, grazie i mezzi di raffreddamento, à ̈ possibile controllare i parametri di decomposizione, impedendo l'innescarsi della reazione di decomposizione auto-accelerata e quindi si possono realizzare generatori di ossigeno in tutta sicurezza, senza la necessità di materiale specifico per resistere al calore.

Un altro vantaggio del trovato consiste nel fatto che, mediante l'utilizzo della pompa a dosaggio, à ̈ possibile produrre ossigeno in maniera modulare e anche a shock, decidendo a priori una certa quantità di perossido di idrogeno da immettere (e quindi la quantità prestabilita di ossigeno da produrre), senza la necessità di una produzione in continuo.

Un altro vantaggio del dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, à ̈ dato dal fatto che, grazie al controllo dei parametri di decomposizione, in particolare della velocità e della temperatura, à ̈ possibile realizzare gli elementi tubolari con materiali poveri, come ad esempio plastica o pvc, consentendo un forte risparmio nella realizzazione e nel trasporto del dispositivo.

Non ultimo, l'utilizzo di mezzi facilmente reperibili in commercio, oltre all'impiego di materiali comuni, rendono il dispositivo economicamente concorrenziale.

Il trovato così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze, purché coerenti con lo scopo realizzativo.

Claims (12)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Dispositivo di generazione di ossigeno, particolarmente per uso civile, industriale, sanitario e ambientale, caratterizzato dal fatto di comprendere, su una struttura portante (2), un elemento tubolare (3) presentante almeno una zona di contatto (6) tra perossido di idrogeno (9) ed un elemento catalizzatore (8) per la decomposizione di detto perossido di idrogeno (9) in ossigeno (10), detto elemento tubolare (3) essendo di trasporto di detto ossigeno (10) ad un corpo cilindrico (5) connesso ad una sua prima estremità.
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto elemento catalizzatore (8) comprende un minerale di biossido di manganese.
3. 3) Dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo cilindrico (5) comprende una calotta forata (7) di fuoriuscita di detto ossigeno (10).
4. 4) Dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una calotta di convogliamento (16) per la miscela (20) di ossigeno (10) e vapore acqueo (11) uscente da detta calotta forata (7), detta calotta di convogliamento (16) essendo connessa a detta struttura portante (2).
5. 5) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta calotta di convogliamento (16) comprende un bocchettone (17) amovibilmente connesso a detta prima estremità di detto elemento tubolare (3).
6. 6) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una condotta di raffreddamento e condensazione (12) di detta miscela (20) connessa a valle di detta calotta di convogliamento (16), detta condotta di raffreddamento e condensazione (12) presentando un canale di espulsione (18) di detto vapore acqueo (11) condensato.
7. 7) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di iniezione di detto perossido di ossigeno (9) all'interno di detto elemento tubolare (3).
8. 8) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di iniezione comprendono una pompa dosatrice (4) connessa alla seconda estremità di detto elemento tubolare (3).
9. 9) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di ispezione dell'interno di detto elemento tubolare (3) per il controllo visivo di detta decomposizione.
10. 10) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di raffreddamento di almeno detta almeno una zona di contatto (6) per il controllo della velocità di detta decomposizione.
11. 11) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di raffreddamento comprendono una vasca di immersione (13) contenente acqua in ricambio continuo, detta acqua essendo in corrente da un rabbocco (14) di acqua fredda entrante in detta vasca di immersione (13), ad una bocca di uscita (15) di acqua riscaldata.
12. 12) Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto rabbocco (14) à ̈ definito su una porzione di detta struttura portante (2).