ITGO20130006A1 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile - Google Patents

Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile

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ITGO20130006A1
ITGO20130006A1 IT000006A ITGO20130006A ITGO20130006A1 IT GO20130006 A1 ITGO20130006 A1 IT GO20130006A1 IT 000006 A IT000006 A IT 000006A IT GO20130006 A ITGO20130006 A IT GO20130006A IT GO20130006 A1 ITGO20130006 A1 IT GO20130006A1
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IT
Italy
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drinking water
generator
programmable logic
logic controller
grid
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IT000006A
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English (en)
Inventor
Rudi Zamo'
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Mb Omnia S R L
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E03WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03BINSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/28Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione avente per titolo: Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile.
Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile.
CAMPO DI APPLICAZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, utilizzabile particolarmente in zone prive o momentaneamente carenti di alimentazione idrica.
STATO DELLA TECNICA
Nel mondo vi sono tantissime aree molto distanti da fonti idriche nelle quali vivono esseri umani. Le persone che vivono in questi ambienti sono però costrette comunque ad accedere all’acqua potabile al fine di soddisfare i propri bisogni basilari. I nuclei abitativi con questo tipo di necessità possono essere stabili ed in tal caso l’acqua è indispensabile per le abitazioni, le scuole, gli ospedali, ecc. oppure temporanei quali i centri di soccorso per i migranti, i pozzi di trivellazione di petrolio o gas naturale, ecc. ecc.. Inoltre l’acqua potabile può essere richiesta anche in zone dotate di fonti idriche che diventano improvvisamente indisponibili a causa de inquinamento, rotture degli impianti dovute a terremoti od inondazioni, ecc.. La realizzazione di un impianto idrico è però costosa (opere di captazione delle sorgenti, molti chilometri di tubazioni, opere di distribuzione dell’acqua trasportata, ecc. ecc.) e richiede tempi estremamente lunghi.
Per risolvere almeno parzialmente questo problema sono stati ideati degli apparati denominati generatori atmosferici di acqua potabile, i quali trasformano l’umidità atmosferica in acqua potabile. Questo tipo di generatore di acqua viene alimentato mediante la linea elettrica od un gruppo elettrogeno diesel. Chiaramente il problema si ripresenta quando non vi sono linee elettriche disponibili o quando la distanza o la scarsa reperibilità del combustibile costituisce un ostacolo all’alimentazione elettrica del generatore di acqua.
Inoltre, nella maggior parte dei generatori atmosferici di acqua potabile con gruppo elettrogeno diesel, quest’ultimo è di grandi dimensioni e funziona per tutte le ventiquattro ore, a potenza ridotta, con efficienza ridotta e maggiore costo dell’energia. Questa continua operatività del gruppo elettrogeno richiede conseguentemente anche una frequente manutenzione.
L’energia elettrica potrebbe derivare anche da un sistema di batterie, ma un sistema così congegnato ha un costo di realizzazione molto alto e richiede una manutenzione continua. Infatti la notevole potenza richiesta per questa tipologia di sistema e l’alta temperatura di esercizio sono fattori critici che determinano una scarsa durata delle batterie, inferiore a quattro anni. Un sistema utilizzante le sole batterie ed un gruppo elettrogeno ha dunque un'efficienza del risultato dubbiosa ed è quindi improponibile in aree dove l’acqua potabile è assolutamente indispensabile.
SOMMARIO
Scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema per generatore atmosferico di acqua potabile parzialmente autonomo per quanto riguarda il rifornimento energetico, facilmente trasportabile e che richieda una manutenzione estremamente ridotta.
Questi ed altri scopi sono raggiunti dal sistema per generatore di acqua potabile in oggetto, il quale comprende un generatore di acqua potabile fuori rete dotato di serbatoio per l’acqua potabile, un gruppo elettrogeno diesel dotato di un serbatoio per il carburante, delle batterie ricaricabili e dispositivi elettrici/elettronici di comando, controllo e gestione, comprendente inoltre dei pannelli fotovoltaici.
Tali dispositivi elettrici/elettronici consistono in un Controllore Logico Programmabile (PLC), in un inverter corrente continua/continua e corrente continua / corrente alternata, in un relè di scambio ed in un gruppo statico di continuità (UPS).
Il sistema prevede inoltre un collegamento per la diagnostica a distanza di eventuali anomalie ed un sistema di controllo antincendio.
Durante il giorno i pannelli fotovoltaici alimentano il generatore di acqua potabile. Dopo il tramonto il generatore di acqua potabile è alimentato dalle batterie se sufficientemente cariche. Se anche le batterie sono inutilizzabili il generatore di acqua potabile è alimentato dal gruppo elettrogeno diesel. L’ottimizzazione delle risorse energetiche utilizzate da questo sistema è il suo primo vantaggio rispetto alle soluzioni già conosciute. Il gruppo elettrogeno diesel viene infatti utilizzato solo durante la notte e/o durante le giornate di tempesta ventosa ma a pieno carico con la massima efficienza. L’uso intermittente del gruppo elettrogeno diesel comporta un minor consumo di carburante poiché l’efficienza a pieno carico è maggiore rispetto a quella carico parziale, l’utilizzo di un serbatoio di carburante di dimensioni più contenute ed intervalli di manutenzione più lunghi. Anche le batterie presenti sono sono utilizzate per un tempo limitato nell’arco della giornata, con una conseguente maggior durata. Il sistema non necessita di aumentare la potenza del sistema fotovoltaico in caso di limitato consumo nelle ore di picco.
Nel sistema in oggetto i dispositivi elettrici/elettronici di comando, controllo e gestione sono riuniti in una sola unità controllata da un unico Controllore Logico Programmabile industriale che gestisce tutto il sistema e fornisce i parametri di funzionamento tramite uno schermo touch-screen. E' dunque sufficiente collegare i pannelli fotovoltaici, il gruppo elettrogeno diesel di emergenza, le batterie ed il generatore di acqua potabile per avere il sistema pronto all'uso senza dover interconnettere e coordinare i diversi componenti. Ciò rappresenta una maggior semplicità e rapidità di installazione rispetto a soluzioni combinate con i diversi componenti.
Vantaggiosamente il generatore di acqua potabile fuori rete ed il suo serbatoio, il gruppo elettrogeno diesel ed il suo serbatoio, le batterie ricaricabili ed i dispositivi elettrici/elettronici di comando, controllo e gestione possono essere inseriti in un contenitore. I pannelli fotovoltaici sono sostenuti da strutture di supporto smontabili. Ciò consente il facile trasporto del sistema.
Grazie alla sua filosofia di costruzione, il sistema in oggetto trova applicazione per generare acqua potabile in situazioni di emergenza in cui la necessità di erogazione idrica può durare anche per un breve periodo di tempo. Ad emergenza conclusa i pannelli fotovoltaici sono staccati dalle proprie strutture di supporto, queste ultime smontate ed assieme al contenitore spostate e rimontate in un solo giorno in un nuovo sito con la stessa finalità di utilizzo.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Quanto forma oggetto del presente brevetto è completamente chiarito in ogni sua caratteristica di rilievo dalla descrizione di una particolare forma di esecuzione, preferita ma non esclusiva, del sistema in oggetto, illustrato a titolo indicativo ma non limitativo nell’ unito disegno, in cui:
- la Fig. 1 mostra uno schema a blocchi del sistema.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI UN ESEMPIO DI APPLICAZIONE
Il sistema per generatore di acqua potabile in oggetto comprende un generatore di acqua potabile fuori rete 1 nel quale è integrato il serbatoio per l’acqua potabile 2, un gruppo elettrogeno diesel 3 dotato di un serbatoio per il carburante 4, delle batterie 5 ricaricabili, dei pannelli fotovoltaici 6, un Controllore Logico Programmabile 7, un inverter fuori rete 8 corrente continua/continua, due inverter corrente continua / corrente alternata 9, 10 ed un relè di scambio 11. Tutti i componenti del sistema, tranne i pannelli fotovoltaici 6, sono inseriti in un contenitore 12 trasportabile.
I pannelli fotovoltaici 6, in silicio policristallino, sono sostenuti da strutture di supporto smontabili in acciaio inox disposte a formare una sorta di tetto a due falde. Sul lato interno delle strutture di supporto smontabili sono montati i pannelli di protezione per i collegamenti elettrici ed elettronici dei pannelli fotovoltaici 6. Al di sotto delle strutture di supporto smontabili dei pannelli fotovoltaici è inserito il contenitore 12 trasportabile.
Il generatore di acqua potabile fuori rete 1 capta l’umidità atmosferica. L’acqua atmosferica condensata viene raccolta nel serbatoio per l’acqua potabile 2 della stessa capacità.
Il gruppo elettrogeno diesel 3 è alimentato dal carburante contenuto nel serbatoio per il carburante 4.
Il contenitore 12 trasportabile presenta un isolamento termico e lo spazio interno è diviso in tre vani mediante due pareti con isolamento termico, collegati fra loro mediante porte di sicurezza del tipo tagliafuoco. In un primo vano 12.1 sono installate le batterie 5 ricaricabili, il Controllore Logico Programmabile 7, gli inverter 8, 9, 10, il relè di scambio 11, un gruppo statico di continuità (UPS) 13 ed il sistema di controllo antincendio. In un secondo vano 12.2 è installato il gruppo elettrogeno diesel 3 ed il serbatoio per il carburante 4. In un terzo vano 12.3 è installato il generatore di acqua potabile fuori rete 1 ed il serbatoio dell’acqua potabile 2 raccolta.
I pannelli fotovoltaici 6 sono collegati elettricamente all’ inverter fuori rete 8 corrente continua/continua a sua volta collegato al Controllore Logico Programmabile 7. Il generatore di acqua potabile fuori rete 1 è collegato elettricamente con un inverter corrente continua / corrente alternata 9, a sua volta collegato al Controllore Logico Programmabile 7. Il Controllore Logico Programmabile 7 è collegato anche alle batterie 5 ricaricabili. Inoltre il Controllore Logico Programmabile 7 è collegato anche ad un secondo inverter corrente continua / corrente alternata 10, a sua volta collegato elettricamente al gruppo elettrogeno diesel 3. Il gruppo elettrogeno diesel 3 è collegato anche all’ingresso del relè di scambio 11, avente come uscita il generatore di acqua potabile fuori rete 1.
Il Controllore Logico Programmabile 7 monitora i dati relativi all’umidità ambientale, all’irradiazione solare, alla quantità d’acqua all’ interno del serbatoio dell’acqua potabile 2 ed allo stato di carica delle batterie 5.
Durante il giorno i pannelli fotovoltaici 6 alimentano il generatore di acqua potabile fuori rete 1 tramite l’ inverter fuori rete 8 corrente continua/continua e l’inverter corrente continua / corrente alternata 9. L’energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici 6 in eccesso viene immagazzinata nelle batterie 5 ricaricabili. Analogamente l’energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici 6 viene immagazzinata nelle batterie 5 ricaricabili quando si è raggiunta la desiderata capienza del serbatoio per l’acqua potabile 2.
Come prima accennato il Controllore Logico Programmabile 7 monitora i dati relativi all’umidità ambientale, all’irradiazione solare, alla quantità d’acqua all’interno del serbatoio dell’acqua potabile 2 ed allo stato di carica delle batterie 5. In mancanza di sufficiente umidità nell’aria il Controllore Logico Programmabile 7 provvede solo ad accumulare nelle batterie 5 l’energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici 6. Quando uno dei parametri impostati supera il limite di energia o potenza, il Controllore Logico Programmabile 7 interrompe l'erogazione agendo quindi come gestore del sistema.
Dopo il tramonto od in caso di forte oscuramento solare i pannelli fotovoltaici 6 non possono ovviamente fornire energia elettrica. Il Controllore Logico Programmabile 7 rileva l’assenza di produzione elettrica dei pannelli fotovoltaici 6 e l’eventuale mancanza d’acqua all’interno del serbatoio per l’acqua potabile 2. In presenza di umidità nell’aria superiore al 50% il Controllore Logico Programmabile 7 utilizza allora l’energia accumulata nelle batterie 5 per alimentare il generatore di acqua potabile fuori rete 1 tramite l’inverter corrente continua / corrente alternata 9.
Se le batterie 5 si scaricano fino a un livello di sicurezza stabilito il Controllore Logico Programmabile 7 attiva il gruppo elettrogeno diesel 3 che alimenta il generatore di acqua potabile fuori rete 1 tramite gli inverter corrente continua / corrente alternata 9, 10. È così possibile garantire la produzione idrica (umidità atmosferica permettendo) nell’arco delle ventiquattro ore. L’energia in eccesso prodotta dal gruppo elettrogeno diesel 3 viene inviata alle batterie 5 ma non fino a ricaricarle completamente, al fine di poter immagazzinare l'energia elettrica fotovoltaica il giorno seguente.
In caso di guasto del Controllore Logico Programmabile 7 l’energia elettrica prodotta dal gruppo elettrogeno diesel 3 viene trasmessa direttamente al generatore di acqua potabile fuori rete 1 tramite il relè di scambio 11.
Al Controllore Logico Programmabile 7 è infine collegato il succitato gruppo statico di continuità 13. Esso permette al Controllore Logico Programmabile 7 di attivare e spegnere il gruppo elettrogeno diesel 3 (azionando lo spunto del gruppo elettrogeno diesel 3 per piccoli intervalli) ed il generatore di acqua potabile fuori rete 1 e come come tampone al Controllore Logico Programmabile 7 stesso.
Le batterie 5 alimentano anche il Controllore Logico Programmabile 7 e alcuni servizi quali la luce dei vani 12.1, 12.2, 12.3. Anche per questo motivo il Controllore Logico Programmabile 7 utilizza la tensione continua al fine di avere lo stesso tipo di corrente elettrica tra i diversi dispositivi elettrici/elettronici.
Il sistema di allarme antincendio consente l’interruzione automatica dell'energia in caso di rilevamento di fumo.
Il sistema, così concepito, è suscettibile di ulteriori numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo. Inoltre tutti i particolari sono sostituibili con altri tecnicamente equivalenti.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, comprendente un generatore di acqua potabile fuori rete (1) nel quale è integrato il serbatoio per l’acqua potabile (2), un gruppo elettrogeno diesel (3) dotato di un serbatoio per il carburante (4), delle batterie (5) ricaricabili e dei dispositivi elettrici/elettronici di comando, controllo e gestione, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre dei pannelli fotovoltaici (6) e dal fatto che detti dispositivi elettrici/elettronici di comando, controllo e gestione consistono in un Controllore Logico Programmabile (7), in un inverter fuori rete (8) corrente continua/continua, in due inverter corrente continua / corrente alternata (9, 10), in un relè di scambio (11), in un gruppo statico di continuità (UPS) (13), in un collegamento per la diagnostica a distanza di eventuali anomalie e di un sistema di controllo antincendio. 2 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i pannelli fotovoltaici (6) sono collegati elettricamente al detto inverter fuori rete (8) corrente continua/continua a sua volta collegato al Controllore Logico Programmabile (7); detto generatore di acqua potabile fuori rete (1) è collegato elettricamente al detto inverter corrente continua / corrente alternata (9), a sua volta collegato al Controllore Logico Programmabile (7); detto Controllore Logico Programmabile (7) è collegato anche alle batterie (5) ricaricabili; detto Controllore Logico Programmabile (7) è collegato anche a detto secondo inverter corrente continua / corrente alternata (10), a sua volta collegato elettricamente al gruppo elettrogeno diesel (3); detto gruppo elettrogeno diesel (3) è collegato anche all’ingresso del relè di scambio (11), avente come uscita il generatore di acqua potabile fuori rete (i); 3 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che i dispositivi elettrici/elettronici di comando, controllo e gestione sono riuniti in una sola unità controllata da un unico Controllore Logico Programmabile (7) che gestisce tutto il sistema e fornisce i parametri di funzionamento tramite uno schermo touch-screen. 4 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che II Controllore Logico Programmabile (7) monitora i dati relativi all’umidità ambientale, all’irradiazione solare, alla quantità d’acqua all’interno del serbatoio dell’acqua potabile (2) ed allo stato di carica delle batterie (5) ed in mancanza di sufficiente umidità nell’aria provvede solo ad accumulare nelle batterie (5) l’energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici (6) ed interrompe l'erogazione quando uno dei parametri impostati supera il limite di energia o potenza. 5 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che II Controllore Logico Programmabile (7) rileva l’eventuale assenza di produzione elettrica dei pannelli fotovoltaici (6) e l’eventuale mancanza d’acqua all’interno del serbatoio per l’acqua potabile (2) ordinando di utilizzare l’energia accumulata nelle batterie (5) per alimentare il generatore di acqua potabile fuori rete (1) tramite l’ inverter corrente continua / corrente alternata (9). 6 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che II Controllore Logico Programmabile (7), in assenza di produzione elettrica dei pannelli fotovoltaici (6) e di insufficiente carica delle batterie (5) attiva il gruppo elettrogeno diesel (3) che alimenta il generatore di acqua potabile fuori rete (1) tramite gli inverter corrente continua / corrente alternata (9, 10). 7 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che l’energia elettrica prodotta dal gruppo elettrogeno diesel (3) viene trasmessa direttamente al generatore di acqua potabile fuori rete (1) tramite il relè di scambio (11 in caso di guasto del Controllore Logico Programmabile (7). 8 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gruppo statico di continuità (13) permette al Controllore Logico Programmabile (7) di attivare e spegnere il gruppo elettrogeno diesel (3) (azionando lo spunto del gruppo elettrogeno diesel (3) per piccoli intervalli) ed il generatore di acqua potabile fuori rete (1) e come come tampone al Controllore Logico Programmabile (7) stesso. 9 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il generatore di acqua potabile fuori rete (1) dotato di serbatoio per l’acqua potabile (2), il gruppo elettrogeno diesel (3) dotato del serbatoio per il carburante (4), le batterie (5) ricaricabili ed i dispositivi elettrici/elettronici di comando, controllo e gestione sono inseriti in un contenitore (12) trasportabile. 10 - Sistema per generatore atmosferico di acqua potabile, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i pannelli fotovoltaici (6) sono sostenuti da strutture di supporto smontabili in acciaio inox disposte a formare una sorta di tetto per il contenitore (12) trasportabile.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19632272A1 (de) * 1996-08-09 1998-02-12 Harry Eisold Vorrichtung zur Wassergewinnung
WO2001088281A1 (de) * 2000-05-19 2001-11-22 Walter Georg Steiner Wasserrückgewinnung aus der atmosphäre

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