ITMI20090925A1 - Potabilizzatore d'acqua - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un potabilizzatore d’acqua, vale a dire un apparecchio che riceve in ingresso acqua non-potabile e fornisce in uscita acqua potabile.
Sulla terra vi sono molte fonti naturali di acqua (fiumi, stagni, laghi, mari, sorgenti, falde acquifere superficiali e profonde, pioggia, …), ma l’acqua proveniente da tali fonti naturali non à ̈ in genere potabile; inoltre, il sempre crescente inquinamento ambientale rende l’acqua di tali font i naturali sempre meno potabile.
Nella maggior parte dei paesi del mondo vi sono fonti artificiali da acqua, vale a dire reti pubbliche e private di distribuzione dell’acqua, ma non sempre l’acqua proveniente da tali font i art ificiali à ̈ potabile o davvero potabile (questa à ̈ spesso la situazione di alcune regioni di paesi quali ad esempio il Brasile, la Russia, l’India, la Cina, …).
L’acqua non-potabile può contenere, ad esempio, particelle solide grosse (ghiaia) e piccole (sabbia), metalli pesant i, idrocarburi, fertilizzanti, detersivi, acidi, ammoniaca, idrazina, batteri, microbi, virus, … ; a seconda dei casi, possono essere present i uno o più di questi elementi. Per rendere potabile l’acqua non-potabile à ̈ necessario rimuovere gli elementi indesiderati present i.
Esistono sul mercato vari tipi di potabilizzatori d’acqua, ma nessuno di questi à ̈ pienamente soddisfacente.
La Richiedente ha studiato attentamente i potabilizzatore d’acqua ed à ̈ arrivata alle seguent i considerazioni.
Una prima caratterist ica desiderabile per un potabilizzatore d’acqua à ̈ che sia in grado di rimuovere tutti i possibili element i indesiderati o almeno una alt issima percentuale di questi; infatti, non à ̈ facile prevedere in ant icipo quali siano gli element i indesiderati present i nell’acqua proveniente da una fonte d’acqua; inoltre, gli elementi indesiderati possono variare nel tempo.
Una seconda caratteristica desiderabile per un potabilizzatore d’acqua à ̈ che sia in grado di rimuovere completamente o quasi completamente gli element i indesiderati, ossia che la loro quantità residua sia estremamente bassa.
Una terza caratterist ica desiderabile per un potabilizzatore d’acqua à ̈ che sia in grado di rimuovere gli elementi indesiderati usando poca energia o, in altre parole, che usi l’energia in modo molto efficiente (si tratta in genere di energia elettrica); infatti, à ̈ necessaria energia per rimuovere gli elementi indesiderati.
Una quarta caratteristica desiderabile per un potabilizzatore d’acqua à ̈ che abbia un basso costo di esercizio, in particolare che i materiali di consumo siano pochi e poco costosi; sarebbe ideale che non vi fosse alcun materiale di consumo.
Una quinta caratteristica desiderabile per un potabilizzatore d’acqua à ̈ che sia facile da manutenere, in particolare da lavare.
Una sesta caratterist ica desiderabile per un potabilizzatore d’acqua à ̈ che sia strutturalmente e costruttivamente semplice e quindi di costo contenuto.
Una settima caratteristica che può essere desiderabile per un potabilizzatore d’acqua, in certe situazioni, à ̈ che sia in grado di funzionare senza il collegamento ad una potente fonte di energia elettrica e, più specificamente, che sia in grado di funzionare solamente o quasi solamente grazie all’energia solare; infatti, in molte situazioni in cui non vi à ̈ acqua potabile non vi à ̈ nemmeno una rete pubblica o privata di distribuzione dell’energia elettrica.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un potabilizzatore d’acqua che superi gli inconvenient i dell’arte nota e, più in particolare, che present i le caratteristiche elencate sopra.
Tale scopo à ̈ stato raggiunto grazie al potabilizzatore d’acqua avente le caratterist iche esposte nelle rivendicazioni qui annesse che formano parte integrante della presente descrizione.
In generale, un potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione ha un ingresso per acqua non-potabile ed una uscita per acqua potabile e comprende almeno:
- un bollitore (ad esempio elettrico o solare o a combust ione) avente un ingresso per acqua ed una uscita per vapore,
- un primo filtro separatore di fluidi operante per flusso e galleggiamento, avente un ingresso ed una uscita, e
- un primo scambiatore di calore atto a scambiare calore tra un primo ed un secondo flussi di fluido separati, avente un ingresso ed una uscita per un primo flusso di acqua da riscaldare ed un ingresso ed una uscita per un secondo flusso di acqua da raffreddare;
l’ingresso per acqua non-potabile à ̈ accoppiato all’ingresso per il primo flusso del primo scambiatore di calore, l’uscita per il primo flusso del primo scambiatore di calore à ̈ accoppiata all’ingresso del primo filtro separatore di fluidi, l’uscita del primo filtro separatore di fluidi à ̈ accoppiata all’ingresso del bollitore, l’uscita del bollitore à ̈ accoppiata all’ingresso per il secondo flusso del primo scambiatore di calore, l’uscita per il secondo flusso del primo scambiatore di calore à ̈ accoppiata all’uscita per acqua potabile.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere ulteriormente un serbatoio d’ingresso atto a ricevere acqua non-potabile dall’ingresso per acqua non-potabile; tale serbatoio d’ingresso ha un’uscita accoppiata all’ingresso per il primo flusso del primo scambiatore di calore; tale uscita à ̈ preferibilmente rialzata rispetto al fondo del serbatoio e/o associata ad un percorso meandrico.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere ulteriormente un filtro meccanico posto tra l’ingresso per acqua non-potabile e l’ingresso per il primo flusso del primo scambiatore di calore; tale filtro meccanico comprende almeno una parete con una pluralità di piccoli fori o pori; tale parete à ̈ preferibilmente fatta di carta porosa.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere ulteriormente un secondo scambiatore di calore atto a scambiare calore tra un primo ed un secondo flussi di fluido separati, avente un ingresso ed una uscita per un primo flusso di acqua da riscaldare ed un ingresso ed una uscita per un secondo flusso di acqua da raffreddare; l’uscita del primo filtro separatore di fluidi à ̈ accoppiata all’ingresso per il primo flusso del secondo scambiatore di calore, l’uscita per il primo flusso del secondo scambiatore di calore à ̈ accoppiata all’ingresso del bollitore, l’uscita del bollitore à ̈ accoppiata all’ingresso per il secondo flusso del secondo scambiatore di calore, l’uscita per il secondo flusso del secondo scambiatore di calore à ̈ accoppiata all’uscita per acqua potabile.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere un disposit ivo per raffreddare un flusso di fluido avente un ingresso ed una uscita per il flusso di fluido; tale ingresso à ̈ accoppiato all’uscita per il secondo flusso del primo scambiatore di calore e tale uscita à ̈ accoppiata all’uscita per acqua potabile.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere ulteriormente un secondo filtro separatore di fluidi operante per flusso e galleggiamento, avente un ingresso ed una uscita; l’ingresso del secondo filtro separatore di fluidi à ̈ accoppiato all’uscita per il secondo flusso del primo scambiatore di calore e l’uscita del secondo filtro separatore di fluidi à ̈ accoppiata all’uscita per acqua potabile.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendente ulteriormente almeno un disposit ivo idraulico scelto nel gruppo comprendente un dispositivo per l’aggiunta di sali minerali, un dispositivo per l’aggiunta di anidride carbonica, un disposit ivo per l’aggiunta di sostanze solide o liquide, un disposit ivo refrigerante, un serbatoio d’uscita; tale/i dispositivo/i idraulico/i à ̈/sono posto/i appena a monte dell’uscita per acqua potabile.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere ulteriormente uno o più disposit ivi elettrici (tali disposit ivi elettrici sono atti in particolare a controllare flussi di fluido nel potabilizzatore d’acqua) e celle solari fotovoltaiche oppure un generatore elettrico eolico accoppiate/o elettricamente a tali disposit ivi elettrici per fornire loro alimentazione elettrica.
In generale, il potabilizzatore d’acqua comprenderà disposit ivi elettrici, quali ad esempio, pompe elettriche e valvole elettriche, e disposit ivi elettronici, quali ad esempio una unità elettronica di controllo del potabilizzatore d’acqua atta a controllare tali disposit ivi elettrici (l’unità elettronica di controllo sarà tipicamente a microprocessore/microcontrollore); celle solari fotovoltaiche (oppure un generatore elettrico eolico) possono vantaggiosamente essere utilizzate per alimentare tutti questi disposit ivi elettrici ed elettronici; batterie o accumulatori elettrici possono essere present i nel potabilizzatore d’acqua per garantire alimentazione elettrica a tutti questi dispositivi elettrici ed elettronici anche quando à ̈ assente o scarsa la luce del sole (oppure il vento); tali accumulatori elettrici possono essere ricaricat i grazie alle celle solari fotovoltaiche attraverso un eventuale circuito elettrico di ricarica.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere ulteriormente un circuito idraulico collegato al primo filtro separatore di fluidi, ed atto a realizzare il riscaldamento del primo filtro separatore di fluidi; tale riscaldamento à ̈ fatto in particolare in tempi selezionat i, preferibilmente all’inizio del funzionamento del potabilizzatore d’acqua.
Il potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere ulteriormente un circuito idraulico atto ad evitare l’uscita di acqua dall’uscita per acqua potabile in tempi selezionati, preferibilmente all’inizio del funzionamento del potabilizzatore d’acqua.
Il bollitore del potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può essere atto ad operare, ossia a realizzare l’ebollizione dell’acqua ricevuta in ingresso, mediante energia solare; a seconda delle realizzazioni della presente invenzione, l’energia raggiante proveniente dal sole può scaldare direttamente l’acqua nel bollitore oppure scaldare un fluido (portatore di calore) preferibilmente non tossico, ad esempio glicole, il quale a sua volta scalda l’acqua nel bollitore; nel caso della presente invenzione, il glicole propilenico à ̈ preferibile al glicole et ilenico poiché il primo à ̈ atossico e non vi sarebbero gravi problemi se anche venisse accidentalmente a contatto con l’acqua.
Uno o ciascun filtro separatore di fluidi del potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione può comprendere una pluralità di camere separate tra loro da pareti e collegate idraulicamente in serie mediate percorsi meandrici in corrispondenza di zone inferiori delle camere; il fondo di tali camere à ̈ preferibilmente inclinato.
Nella presente descrizione e in particolare nei precedent i paragrafi e nelle rivendicazioni, il termine “accoppiare†significa “collegare direttamente o indirettamente dal punto di vista idraulico†.
La presente invenzione risulterà più chiara dalla descrizione che segue da considerare congiuntamente ai disegni qui annessi in cui: Fig.1 mostra lo schema a blocchi di un esempio di realizzazione di un potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione, e Fig.2 mostra, secondo tre different i viste (Fig.2A à ̈ la vista dall’alto, Fig.2B à ̈ una vista in sezione verticale secondo la sezione A-A, Fig.2C à ̈ una vista in sezione vert icale secondo la sezione B-B), un esempio di realizzazione di un filtro separatore di fluidi operante per flusso e galleggiamento che può essere utilizzato nel potabilizzatore d’acqua secondo la presente invenzione.
Tale descrizione e tali disegni sono esemplificat ivi e non limitativi; inoltre, sono schematici e semplificat i.
Il potabilizzatore d’acqua di Fig.1 ha un ingresso I per acqua nonpotabile ed una uscita O1 per acqua potabile e comprende i seguenti componenti:
- un serbatoio d’ingresso 1 per acqua non-potabile che riceve l’acqua direttamente dall’ingresso I ed à ̈ atto ad accumulare un certa quantità d’acqua da potabilizzare da parte del potabilizzatore d’acqua; tale serbatoio à ̈ un recipiente di forma scatolare (facilmente lavabile) ed à ̈ dotato di una uscita posta nella sua zona inferiore, ma un po’ rialzata rispetto al suo fondo; tale serbatoio à ̈ diviso in due camere da una parete verticale che si interrompe in corrispondenza della zona inferiore del serbatoio stesso in modo tale che le due camere siano in comunicazione tra loro; in corrispondenza di tale interruzione vi sono due barriere rispettivamente nelle due camere che si estendono a partire dal fondo del serbatoio in modo tale da realizzare un percorso meandrico;
- un filtro meccanico 2 avente un ingresso ed una uscita; tale filtro comprende una o più pareti con una pluralità di piccoli fori o pori in cui può scorrere l’acqua; almeno una parete può essere costituita ad esempio da una lamiera di acciaio inossidabile nella quale sono stati praticat i una pluralità di piccoli fori; in alternat iva o in aggiunta, almeno una parete può essere costituita ad esempio da un foglio di carta porosa;
- una pompa elettrica 3 avente un ingresso ed una uscita; tale pompa può essere del tipo a circolazione o a vibrazione;
- uno scambiatore di calore 4 atto a scambiare calore tra un primo ed un secondo flussi di fluido separati ed avente un ingresso ed una uscita per un primo flusso di acqua da riscaldare ed un ingresso ed una uscita per un secondo flusso di acqua da raffreddare; tale scambiatore può essere ad esempio del tipo a tubi concentrici;
- un filtro separatore di fluidi 5 operante per flusso e galleggiamento avente un ingresso ed una uscita; gli element i volatili present i nell’acqua escono dal filtro in fase gassosa – tale filtro può essere dotato di uno scarico O2 (ad esempio a traboccamento) per i liquidi leggeri separati dall’acqua grazie al filtro stesso; ulteriori dettagli su tale filtro verranno forniti più avant i quando si descriverà un suo esempio di realizzazione con riferimento a Fig.2;
- una pompa elettrica 6 avente un ingresso ed una uscita; tale pompa può essere del tipo a circolazione o a vibrazione;
- uno scambiatore di calore 7 atto a scambiare calore tra un primo ed un secondo flussi di fluido separati ed avente un ingresso ed una uscita per un primo flusso di acqua da riscaldare ed un ingresso ed una uscita per un secondo flusso di acqua da raffreddare; tale scambiatore può essere ad esempio del tipo a tubi concentrici;
- un bollitore 8 avente un ingresso per acqua ed una uscita per vapore; tale bollitore à ̈ un recipiente preferibilmente facilmente lavabile (ad esempio in teflon) in cui entra l’acqua viene riscaldata fino all’ebollizione – l’ebollizione genera il vapore che esce dall’uscita del bollitore; tale bollitore à ̈ vantaggiosamente dotato di sensori per rilevare il livello dell’acqua al suo interno (infatti à ̈ assai preferibile che nel recipiente del bollitore sia sempre presente una grande quantità di acqua liquida) nonché la pressione del vapore e la temperatura dell’acqua; il riscaldamento può essere realizzato per mezzo di resistenze elettriche oppure per mezzo di un condotto idraulico (ad esempio a serpentina) in cui scorre un fluido caldo (in particolare glicole propilenico); ulteriori dettagli su tale bollitore verranno fornit i più avant i;
- un dispositivo di condensazione 9 avente un ingresso per vapore ed una uscita per acqua; tale disposit ivo à ̈ atto a realizzare la condensazione del vapore e può essere costituito ad esempio da una serpent ina di raffreddamento e da un piccolo recipiente di raccolta; - una valvola idraulica 10 avente un ingresso ed una uscita; tale valvola à ̈ vantaggiosamente una valvola idraulica ad azionamento elettrico (valvola elettrica o elettrovalvola) ad esempio del t ipo a stantuffo; tale valvola serve per aprire/chiudere un circuito idraulico CKT per riscaldare il filtro separatore di fluidi 5; ulteriori dettagli su tale circuito idraulico verranno fornit i più avant i;
- un dispositivo di raffreddamento 11 avente un ingresso ed una uscita ed atto a raffreddare un flusso d’acqua che lo attraversa;
- un filtro separatore di fluidi 12 operante per flusso e galleggiamento avente un ingresso ed una uscita; tale filtro à ̈ uguale o simile al filtro separatore di fluidi 5;
- un dispositivo per l’aggiunta di sali minerali 13 avente un ingresso ed una uscita; tale disposit ivo à ̈ atto ad aggiungere sali minerali al flusso d’acqua che lo attraversa;
- un serbatoio d’uscita 14 per acqua avente un ingresso ed una uscita; tale serbatoio d’uscita à ̈ atto ad accumulare un certa quantità d’acqua resa potabile dal potabilizzatore d’acqua; tale serbatoio à ̈ un recipiente di forma scatolare (facilmente lavabile); tale serbatoio potrebbe essere refrigerato in modo tale che si possa fornire in uscita al potabilizzatore d’acqua di Fig.1 acqua potabile refrigerata;
- una valvola idraulica 15 avente un ingresso ed una uscita; tale valvola à ̈ vantaggiosamente una valvola idraulica ad azionamento manuale ad esempio del t ipo a farfalla; tale valvola serve per svuotare il bollitore 8 e scaricare eventuali elementi indesiderat i (ad esempio residui solidi) che si sono accumulati nel bollitore.
Il potabilizzatore d’acqua di Fig. 1 comprende inoltre una unità di controllo a microprocessore atta a controllare i disposit ivi elettrici dello stesso, ad esempio la pompa 3, la pompa 6 e la valvola 10 sulla base di segnali elettrici ricevut i da sensori present i nel potabilizzatore d’acqua, in particolare nei suoi componenti (ad esempio i sensori del bollitore 8), e di segnali elettrici ricevut i da disposit ivi d’interfaccia d’utente (ad esempio dei pulsant i) – tutto ciò non à ̈ mostrato in Fig. 1.
I component i elencat i sopra sono collegati dal punto di vista idraulico come descritto qui sotto:
- (serbatoio d’ingresso 1) l’ingresso I sfocia direttamente nel serbatoio 1 e l’uscita del serbatoio 1 à ̈ collegata all’ingresso del filtro 2;
- (filtro meccanico 2) l’ingresso del filtro 2 à ̈ collegato all’uscita del serbatoio 1 e l’uscita del filtro 2 à ̈ collegata all’ingresso della pompa 3;
- (pompa elettrica 3) l’ingresso della pompa 3 à ̈ collegato all’uscita del filtro 2 e l’uscita della pompa 3 à ̈ collegata all’ingresso per il flusso di acqua da riscaldare dello scambiatore 4;
- (scambiatore di calore 4) l’ingresso per il flusso di acqua da riscaldare dello scambiatore 4 à ̈ collegato all’uscita della pompa 3, l’uscita per il flusso di acqua da riscaldare dello scambiatore 4 à ̈ collegata all’ingresso del filtro 5, l’ingresso per il flusso di acqua da raffreddare dello scambiatore 4 à ̈ collegato all’uscita per il flusso di acqua da raffreddare dello scambiatore 7, l’uscita per il flusso di acqua da raffreddare dello scambiatore 4 à ̈ collegata all’ingresso del disposit ivo 11;
- (filtro separatore di fluidi 5) l’ingresso del filtro 5 à ̈ collegato all’uscita per il flusso di acqua da riscaldare dello scambiatore 4 e l’uscita del filtro 5 à ̈ collegata all’ingresso della pompa 6;
- (pompa elettrica 6) l’ingresso della pompa 6 à ̈ collegato all’uscita del filtro 5 e l’uscita della pompa 6 à ̈ collegata all’ingresso per il flusso di acqua da riscaldare dello scambiatore 7;
- (scambiatore di calore 7) l’ingresso per il flusso di acqua da riscaldare dello scambiatore 7 à ̈ collegato all’uscita della pompa 6, l’uscita per il flusso di acqua da riscaldare dello scambiatore 7 à ̈ collegata all’ingresso del bollitore 8, l’ingresso per il flusso di acqua da raffreddare dello scambiatore 7 à ̈ collegato all’uscita del disposit ivo 9, l’uscita per il flusso di acqua da raffreddare dello scambiatore 7 à ̈ collegata all’ingresso per il flusso di acqua da raffreddare dello scambiatore 4;
- (bollitore 8) l’ingresso del bollitore 8 à ̈ collegato all’uscita per il flusso di acqua da riscaldare dello scambiatore 7 e l’uscita del bollitore 8 à ̈ collegata all’ingresso del disposit ivo 9;
- (dispositivo di condensazione 9) l’ingresso del disposit ivo 9 à ̈ collegato all’uscita del bollitore 8 e l’uscita del dispositivo 9 à ̈ collegata all’ingresso per il flusso di acqua da raffreddare dello scambiatore 7;
- (valvola idraulica 10) l’ingresso della valvola 10 à ̈ collegato all’uscita del dispositivo 9 e l’uscita della valvola 10 à ̈ collegata al circuito idraulico CKT;
- (dispositivo di raffreddamento 11) l’ingresso del disposit ivo 11 à ̈ collegato all’uscita per il flusso di acqua da raffreddare dello scambiatore 4 e l’uscita del disposit ivo 11 à ̈ collegata all’ingresso del filtro 12;
- (filtro separatore di fluidi 12) l’ingresso del filtro 12 à ̈ collegato all’uscita del disposit ivo 11 e l’uscita del filtro 12 à ̈ collegata all’ingresso del disposit ivo 13;
- (dispositivo per l’aggiunta di sali minerali 13) l’ingresso del disposit ivo 13 à ̈ collegato all’uscita del filtro 12 e l’uscita del disposit ivo 13 à ̈ collegata all’ingresso del serbatoio 14;
- (serbatoio d’uscita 14) l’ingresso del serbatoio 14 à ̈ collegato all’uscita del dispositivo 13 e l’uscita del serbatoio 14 à ̈ collegata all’uscita O1 per acqua potabile;
- (valvola idraulica 15) l’ingresso della valvola 15 à ̈ collegato all’ingresso del bollitore 8 (sotto) e l’uscita della valvola 15 à ̈ collegata ad uno scarico O3.
Fig.2 mostra, secondo tre different i viste (Fig.2A à ̈ la vista dall’alto, Fig.2B à ̈ una vista in sezione verticale secondo la sezione A-A, Fig.2C à ̈ una vista in sezione verticale secondo la sezione B-B), un esempio di realizzazione di un filtro separatore di fluidi operante per flusso e galleggiamento che può essere utilizzato come filtro 5 nel potabilizzatore d’acqua di Fig. 1 à ̈ mostrato in Fig. 2.
Tale filtro presenta un ingresso IN ed una uscita OT e comprende otto camere C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 collegate idraulicamente in serie; la camera C1 à ̈ collegata all’ingresso IN che finisce molto vicino al fondo della camera C1; la camera C8 à ̈ collegata all’uscita OT che inizia molto vicino al fondo della camera C8.
Tale filtro à ̈ racchiuso da un elemento scatolare e presenta sette pareti interne W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7 sostanzialmente verticali; la parete W4 separa le camere C1, C2, C3 e C4 dalle camere C5, C6, C7 e C8, la parete W1 separa la camera C1 dalla camera C2, la parete W2 separa la camera C2 dalla camera C3, la parete W3 separa la camera C3 dalla camera C4, la parete W5 separa la camera C5 dalla camera C6, la parete W6 separa la camera C6 dalla camera C7, la parete W7 separa la camera C7 dalla camera C8. Inferiormente, tale filtro presenta due piani inclinat i IP1 e IP2 (la loro inclinazione à ̈ lieve, ad esempio di 10°-15°); il piano inclinato IP1 costituisce il fondo delle camere C1, C2, C3 e C4; il piano inclinato IP2 costituisce il fondo delle camere C5, C6, C7 e C8.
In generale, le camere sono in comunicazione tra loro mediante percorsi meandrici M12, M23, M34, M56, M67, M78 in corrispondenza delle zone inferiore delle camere stesse; solo le camere C4 e C5 sono in comunicazione tra loro mediante una fessura SL che si estende per tutta la loro altezza.
Tali percorsi meandrici sono realizzati nel seguente modo; le pareti interne sostanzialmente verticali non raggiungono il fondo delle camere, ma lasciano aperta una fessura inferiore; prima di ciascuna parete vi à ̈ una barriera che si estende in direzione sostanzialmente verticale per una altezza un po’ superiore alla altezza della fessura. La configurazione del filtro di Fig.2, à ̈ tale che il flusso di fluido avviene in una sottile zona adiacente al fondo delle camere, ossia ai due piani inclinati, la velocità del flusso à ̈ assai ridotta, e gli elementi più leggeri dell’acqua present i nel flusso vengono spinte verso la zona superiore del filtro, gli elementi volat ili escono dal filtro in fase gassosa e gli elementi liquidi possono uscire dal filtro attraverso un eventuale scarico a traboccamento non mostrato in figura (pertanto si può anche dire che tale filtro opera per flusso e gravità ).
L’efficacia di tale filtro à ̈ maggiore se l’acqua che scorre attraverso di lui e che viene filtrata da lui à ̈ calda; questo à ̈ il mot ivo per cui à ̈ stato previsto lo scambiatore di calore 4; inoltre, sempre a tale scopo, il filtro di Fig. 2 à ̈ vantaggiosamente dotato di un separato percorso idraulico (ad esempio una serpentina) di riscaldamento non mostrato in figura e che serve a riscaldare tutte o parte delle pareti del filtro e/o il fluido mentre scorre al suo interno.
La valvola 10 serve per aprire/chiudere il circuito idraulico CKT che comprende il percorso idraulico di riscaldamento del filtro 5; il circuito CKT (si veda Fig. 1) inizia a valle della valvola 10, passa per il filtro 5 e termina a valle del disposit ivo 9 ed a monte dello scambiatore 7; tipicamente, il circuito CKT viene chiuso (ossia si ha flusso di fluido) all’inizio del funzionamento del potabilizzatore d’acqua quando lo scambiatore 4 non riesce a scaldare a sufficienza l’acqua inviata al filtro 5 e viene aperto (ossia non si ha flusso di fluido) dopo un certo tempo (ad esempio dopo 5-10 minut i) quando non à ̈ più necessario; in tal modo, il filtro 5 inizia ad essere efficace prima (ad esempio dopo soli pochi minuti).
Un potabilizzatore d’acqua come quello di Fig. 1 (o uno similare) grazie ad un filtro come quello di Fig. 2 (o uno similare) riesce a rimuovere efficacemente gli elementi non potabili presenti nell’acqua che si trova nel serbatoio 1 ed a fornire acqua potabile all’uscita O1. Per quanto riguarda le particelle solide grosse (ad esempio la ghiaia), queste vengono bloccate nel serbatoio 1, grazie al suo percorso meandrico ed al fatto che l’uscita à ̈ rialzata rispetto al fondo (si sfrutta la gravità ); periodicamente sarà necessario rimuoverle dal serbatoio svuotando e lavando il recipiente.
Per quanto riguarda le particelle solide piccole (ad esempio la sabbia) queste vengono bloccate in parte nel serbatoio 1, grazie al suo percorso meandrico ed al fatto che l’uscita à ̈ rialzata rispetto al fondo (si sfrutta la gravità ), ed in parte nel filtro 2 (si sfrutta la dimensione ridotta di fori e/o pori); periodicamente sarà necessario rimuoverle svuotando e lavando il recipiente del serbatoio 1 e le pareti del filtro 2 e, eventualmente, sostituendo le paret i di carta porosa. Eventuali particelle solide piccole che superino sia il serbatoio 1 che il filtro 2 vengono bloccate nel bollitore 8; infatti, durante l’ebollizione, se si à ̈ in presenza di sufficiente liquido, tali particelle solide non abbandonano la fase liquida; periodicamente sarà necessario rimuoverle svuotando e lavando il recipiente del bollitore 8.
Per quanto riguarda i metalli pesant i, questi vengono bloccati nel bollitore 8; infatti, durante l’ebollizione, se si à ̈ in presenza di sufficiente liquido, tali elementi pesant i non abbandonano la fase liquida; periodicamente sarà necessario rimuoverli svuotando e lavando il recipiente del bollitore 8.
Per quanto riguarda idrocarburi e detersivi, questi vengono bloccati principalmente dai filtri 5 e 12, ma anche il bollitore 8 ha un influsso posit ivo. Idrocarburi e detersivi sono più leggeri dell’acqua ed i filtri separatori operanti per flusso e galleggiamento li separano bene dall’acqua; come già detto una temperatura elevata (ad esempio 40-50°C) favorisce la separazione. Idrocarburi e detersivi volat ili lasciano la fase liquida ed entrano in fase gassosa nei filtri 5 e 12; idrocarburi e detersivi non-volatili vanno e rimangono in superficie e possono uscire, in gran parte, dall’eventuale scarico O2 a traboccamento. Periodicamente sarà comunque necessario rimuoverli completamente svuotando e lavando i filtri 5 e 12.
Per quanto riguarda i fertilizzant i, questi vengono bloccati nel bollitore 8.
Per quanto riguarda idrazina ed ammoniaca, queste vengono bloccate dai filtri 5 e 12 e nel bollitore 8 essendo sostanze che si decompongono con il calore e che sono in parte volatili.
Per quanto riguarda batteri e microbi e virus, questi vengono uccisi grazie alla elevata temperatura presente nel bollitore 8 (tipicamente 120-130°C).
Da quanto detto, si comprende che il sistema secondo la presente invenzione à ̈ non solo costruttivamente semplice ed efficace nel produrre acqua potabile di ottima qualità , ma anche molto facile da manutenere: infatti, sostanzialmente l’unica operazione da effettuare periodicamente à ̈ il lavaggio dei suoi componenti (tale operazione può essere fatta in particolare mediante l’acqua potabile prodotta dal sistema stesso). Inoltre, non vi sono componenti o loro parti da sostituire, in altre parole non vi sono materiali di consumo.
Per quanto riguarda gli acidi, il sistema di Fig.1 (o uno similare) à ̈ in grado di ridurne il contenuto nell’acqua, anche per bloccarli semplicemente ed efficacemente si può introdurre nel serbatoio 1 dei sali basici che li neutralizzano; tale aggiunta può essere effettuata al bisogno dopo avere rilevato il “ph†del liquido presente nel recipiente del serbatoio 1; la rilevazione del “ph†può essere fatta semplicemente mediante ben note strisce che assumo colore diverso a seconda del “ph†della liquido in cui sono immerse.
Per quanto riguarda sali quali il cloruro di sodio ed il cloruro magnesio (present i ad esempio nell’acqua di mare), questi vengono efficacemente bloccat i nel bollitore 8. Tuttavia, se à ̈ necessario trattare grandi quantità di acqua di mare, si può anche prevedere uno stadio preliminare atto a realizzare una grossolana dissalatura (rimozione del sale) dell’acqua.
Il potabilizzatore d’acqua di Fig. 1 prevede tipicamente un serbatoio d’ingresso 1 atto a contenere circa 10-20 litri di acqua non-potabile ed un serbatoio d’uscita 14 atto a contenere 3-5 litri di acqua potabile; à ̈ bene infatti che l’acqua potabile non venga accumulata per molto tempo prima del suo uso per evitare che si sviluppino micro-organismi al suo interno. Durante il funzionamento a regime circola nel potabilizzatore d’acqua di Fig. 1 tipicamente circa 1 litro/hr. Se la temperatura ambiente à ̈ di circa 20°C, allora le temperature nei vari punt i dell’impianto sono tipicamente circa le seguent i: 20°C in I, 20°C in A, 20°C in B, 45°C in C, 45°C in D, 45°C in E, 70°C in F, 120°C in G, 95°C in H, 70°C in J, 45°C in K, 30°C in L, 28°C in M, 26° in N, 20°C in O1; la temperatura nel bollitore 8 raggiunge 120-130°C. All’inizio del funzionamento (5-10 minut i iniziali), i primi 0.5 lt di acqua trattata dall’impianto non sono pienamente potabili.
E’ evidente che un potabilizzatore d’acqua come quello di Fig. 1 (o uno similare) raggiunge gli scopi che la presente invenzione si era proposta.
Il potabilizzatore d’acqua di Fig. 1 può essere modificato e/o integrato in vari modi.
Si può evitare di prevedere un serbatoio d’uscita integrato all’interno (come il serbatoio 14) ed utilizzare un contenitore esterno; si può evitare di prevedere un disposit ivo per l’aggiunta di sali minerali (come il disposit ivo 13) e accontentarsi di acqua potabile dal sapore meno gradevole; si può evitare il circuito idraulico CKT aspettando maggior tempo e scartando l’acqua prodotta all’inizio; si può invertire la posizione del disposit ivo 11 e del filtro 12 rispetto a quanto previsto in Fig. 1.
In aggiunta a quanto previsto in Fig. 1, si può prevedere appena a monte dell’uscita O1 un disposit ivo per l’aggiunta da anidride carbonica in modo tale che il potabilizzatore d’acqua fornisca in uscita acqua frizzante e/o un disposit ivo refrigerante in modo tale che il potabilizzatore d’acqua fornisca in uscita acqua refrigerata. Per rendere maggiormente sicuro ed automat ico il potabilizzatore d’acqua di Fig. 1, si può prevedere un circuito idraulico atto ad evitare l’uscita di acqua in tempi selezionat i, preferibilmente all’inizio del suo funzionamento; in tal modo si evita che acqua non perfettamente potabile venga fornita in uscita; tale circuito può essere realizzato per mezzo di una valvola idraulica deviatrice di flusso atta ad indirizzare il flusso d’acqua alternativamente verso l’uscita per acqua potabile oppure verso uno scarico o il serbatoio d’ingresso 1; con riferimento all’esempio di Fig. 1, tale valvola deviatrice potrebbe essere vantaggiosamente posta giusto a monte del disposit ivo 13 oppure giusto a valle degli scambiatori 4 o 11.
Il potabilizzatore d’acqua di Fig.1, si presta per essere alimentato totalmente o quasi totalmente mediante energia solare.
Per quanto riguarda i disposit ivi elettrici tipo le pompe 3 e 6, la valvola 10 e l’unità elettronica di controllo (con tutti i suoi sensori ed attuatori), questi possono essere alimentati da una batteria, da un accumulatore, da poche celle solari fotovoltaiche oppure da un piccolo generatore elettrico eolico poiché richiedono poca potenza elettrica (20-30W); tra l’altro, l’accumulatore potrebbe essere caricato dalle celle solari fotovoltaiche oppure dal generatore elettrico eolico.
Per quanto riguarda il bollitore 8 (che consuma molta energia per scaldare e fare bollire l’acqua), questo può ricevere energia mediante un flusso di un fluido caldo (ad esempio acqua o glicole) proveniente da un pannello solare termo-idraulico (non mostrato in Fig. 1).
Naturalmente, sono possibili molte variant i o aggiunte a quanto descritto in precedenza.
Ad esempio, benché non ve ne sia strettamente la necessità , possono essere aggiunt i uno o più filtri (filtro a sabbia, filtro a carboni attivi, filtro mult i-cartuccia, filtro con membrana ad osmosi inversa o a “nanofiltrazioni†, filtro a resina) e/o uno sterilizzatore a raggi ultravioletti. Un filtro a carboni attivi potrebbe essere posto in particolare a monte dell’ingresso per il primo flusso del primo scambiatore di calore ed usato per abbattere un eccesso di idrocarburi e/o di componenti volat ili.
Inoltre, possono essere previsti nel potabilizzatore uno o più disposit ivi per l’aggiunta di sostanze solide o liquide ad esempio vicino alla sua uscita per acqua potabile.
Infine, à ̈ opportuno considerare che il primo scambiatore di calore serve ad aumentare la temperatura dell’acqua non-potabile fornita al primo filtro separatore di fluidi e massimizzare quindi l’efficacia di tale filtro; tale effetto termico potrebbe anche essere evitato oppure ottenuto in modo equivalente.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Potabilizzatore d’acqua avente in ingresso (I) per acqua nonpotabile ed una uscita (O1) per acqua potabile e comprendente almeno: - un bollitore (8) avente un ingresso per acqua ed una uscita per vapore, - un primo filtro separatore di fluidi (5) operante per flusso e galleggiamento, avente un ingresso ed una uscita, e - un primo scambiatore di calore (4) atto a scambiare calore tra un primo ed un secondo flussi di fluido separati, avente un ingresso ed una uscita per un primo flusso di acqua da riscaldare ed un ingresso ed una uscita per un secondo flusso di acqua da raffreddare; in cui l’ingresso per acqua non-potabile à ̈ accoppiato all’ingresso per il primo flusso del primo scambiatore di calore (4), l’uscita per il primo flusso del primo scambiatore di calore (4) à ̈ accoppiata all’ingresso del primo filtro separatore di fluidi (5), l’uscita del primo filtro separatore di fluidi (5) à ̈ accoppiata all’ingresso del bollitore (8), l’uscita del bollitore (8) à ̈ accoppiata all’ingresso per il secondo flusso del primo scambiatore di calore (4), l’uscita per il secondo flusso del primo scambiatore di calore (4) à ̈ accoppiata all’uscita (O1) per acqua potabile.
- 2. Potabilizzatore d’acqua secondo la rivendicazione 1, comprendente ulteriormente un serbatoio d’ingresso (1) atto a ricevere acqua non-potabile dall’ingresso (I) per acqua non-potabile, detto serbatoio d’ingresso (1) avente un’uscita accoppiata all’ingresso per il primo flusso del primo scambiatore di calore (4), detta uscita essendo preferibilmente rialzata rispetto al fondo del serbatoio (1) e/o associata ad un percorso meandrico.
- 3. Potabilizzatore d’acqua secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente ulteriormente un filtro meccanico (2) posto tra l’ingresso (I) per acqua non-potabile e l’ingresso per il primo flusso del primo scambiatore di calore (4), detto filtro meccanico (2) comprendente almeno una parete con una pluralità di piccoli fori o pori, detta parete essendo preferibilmente fatta di carta porosa.
- 4. Potabilizzatore d’acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedent i, comprendente ulteriormente un secondo scambiatore di calore (7) atto a scambiare calore tra un primo ed un secondo flussi di fluido separati, avente un ingresso ed una uscita per un primo flusso di acqua da riscaldare ed un ingresso ed una uscita per un secondo flusso di acqua da raffreddare, ed in cui l’uscita del primo filtro separatore di fluidi (5) à ̈ accoppiata all’ingresso per il primo flusso del secondo scambiatore di calore (7), l’uscita per il primo flusso del secondo scambiatore di calore (7) à ̈ accoppiata all’ingresso del bollitore (8), l’uscita del bollitore (8) à ̈ accoppiata all’ingresso per il secondo flusso del secondo scambiatore di calore (7), l’uscita per il secondo flusso del secondo scambiatore di calore (7) à ̈ accoppiata all’uscita (O1) per acqua potabile.
- 5. Potabilizzatore d’acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedent i, comprendente ulteriormente un secondo filtro separatore di fluidi (12) operante per flusso e galleggiamento, avente un ingresso ed una uscita, ed in cui detto ingresso del secondo filtro separatore di fluidi (12) à ̈ accoppiato all’uscita per il secondo flusso del primo scambiatore di calore (4) e detta uscita del secondo filtro separatore di fluidi (12) à ̈ accoppiata all’uscita (O1) per acqua potabile.
- 6. Potabilizzatore d’acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedent i, comprendente ulteriormente almeno un disposit ivo idraulico scelto nel gruppo comprendente un disposit ivo (13) per l’aggiunta di sali minerali, un disposit ivo per l’aggiunta di anidride carbonica, un disposit ivo per l’aggiunta di sostanze solide o liquide, un dispositivo refrigerante, un serbatoio d’uscita (14), detto almeno un dispositivo idraulico essendo posto appena a monte di detta uscita (O1) per acqua potabile.
- 7. Potabilizzatore d’acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente ulteriormente uno o più disposit ivi elettrici (3, 6, 10), detti disposit ivi elettrici (3, 6, 10) essendo atti in particolare a controllare flussi di fluido nel potabilizzatore d’acqua, e celle solari fotovoltaiche oppure un generatore elettrico eolico accoppiate/o elettricamente a detti disposit ivi elettrici (3, 6, 10) per fornire loro alimentazione elettrica.
- 8. Potabilizzatore d’acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedent i, comprendente ulteriormente un circuito idraulico (CKT) collegato a detto primo filt ro separatore di fluidi (5) ed atto a realizzare il riscaldamento di detto primo filtro separatore di fluidi (5), detto riscaldamento essendo fatto in part icolare in tempi selezionat i, preferibilmente all’inizio del funzionamento del potabilizzatore d’acqua.
- 9. Potabilizzatore d’acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedent i, comprendente ulteriormente un circuito idraulico atto ad evitare l’uscita di acqua da detta uscita per acqua potabile in tempi selezionati, preferibilmente all’inizio del funzionamento del potabilizzatore d’acqua.
- 10. Potabilizzatore d’acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedent i, in cui detto bollitore (8) à ̈ atto ad operare mediante energia solare.
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