ITMI20091295A1 - Dispositivo di saturazione dell'acqua potabile con anidride carbonica tramite ricircolo - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI SATURAZIONE DELL’ACQUA POTABILE CON

ANIDRIDE CARBONICA TRAMITE RICIRCOLO

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La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica o, in altre parole, ad un dispositivo in grado di addizionare anidride carbonica (CO2) all’acqua.

Il trattamento delle acque potabili al punto d’uso à ̈ una realtà in forte espansione, presente in parecchie nazioni indipendentemente dalla condizione delle reti di distribuzione idrica, siano esse buone o siano esse non sufficienti a garantire uno standard paragonabile a quello delle acque confezionate.

Il compito degli impianti e dei sistemi di affinamento delle acque potabili à ̈ quello di garantire con sicurezza la qualità dell’acqua al punto d’uso e, al contempo, di migliorare le caratteristiche chimiche e fisiche dell’acqua destinata al consumo umano.

A seconda delle esigenze degli utilizzatori, che richiedono ad esempio acque molto leggere piuttosto che acque frizzanti e così via, esistono quindi diversi tipi di trattamento che sfruttano principi diversi. Tra i sistemi di affinamento si annoverano i sistemi di filtrazione, che possono basare la loro azione su principi fisici, su principi chimici, su semplici azioni meccaniche oppure su una combinazione di tali principi. Esistono poi apparecchi denominati gasatori (o anche carbonatori o saturatori), che sono in grado di rendere effervescente l’acqua di rubinetto arricchendola con l’anidride carbonica (CO2) contenuta in apposite cartucce.

Per addizionare anidride carbonica all’acqua potabile, al fine di ottenere acqua frizzante (o cosiddetta “acqua di Seltz†) destinata al consumo umano, si procede di norma per saturazione, ossia sciogliendo l’anidride carbonica nell’acqua.

I livelli piacevoli al palato umano per l’acqua di Seltz sono di solito compresi tra i 3÷3,5 volumi di gas (CO2), alla temperatura di circa 6°C, per ogni singolo volume d’acqua. A basse temperature (6°C), con pressioni intorno ai 3,5 bar, si verifica infatti una buona gasatura dell’acqua in funzione della maggior superficie specifica di contatto che si riesce ad ottenere e del tempo di contatto. In un contenitore sotto pressione, a bassa temperatura e con un pelo libero che separi acqua ed anidride carbonica, si ottiene la produzione di un’ottima acqua frizzante in un tempo di circa 10÷12 ore.

La tecnica si à ̈ sempre sforzata di realizzare una produzione di acqua frizzante nel minor tempo possibile. Le tecnologie di produzione di acqua frizzante generalmente più applicate sono legate ai concetti di aumento della superficie specifica di contatto tra acqua e anidride carbonica oppure di aumento della pressione di esercizio.

La gran parte dei dispositivi di saturazione dell’acqua potabile ad oggi in produzione utilizza il principio di creare un effetto Venturi sul pelo libero dell’acqua contenuta nel serbatoio, in maniera tale da aumentare la superficie di scambio tra l’acqua e l’anidride carbonica, aumentando le pressioni localizzate. I serbatoi devono pertanto lavorare a pressioni doppie o triple rispetto alla pressione statica dell’anidride carbonica e le pompe di alimentazione dell’acqua devono essere dimensionate di conseguenza.

Altri tipi di dispositivi di saturazione prevedono invece la presenza, all’interno del serbatoio del saturatore, di uno sbattitore che aumenta la superficie di scambio tra l’acqua e l’anidride carbonica.

In entrambi i casi à ̈ comunque necessaria un pompa di spinta che vinca l’aumento di pressione dell’anidride carbonica conseguente alla riduzione del volume occupato dal gas in fase di carico dell’acqua.

Tra i dispositivi di saturazione provvisti di sbattitore ve ne sono alcuni che lavorano senza pompa, scaricando la pressione residua dell’anidride carbonica ad ogni ciclo di saturazione. Tali dispositivi comportano tuttavia un notevole consumo di anidride carbonica.

Infine, esistono in commercio dei dispositivi di saturazione che riescono a gestire l’ingresso dell’acqua nel serbatoio senza l’ausilio di una pompa, governando la pressione dell’anidride carbonica attraverso un riduttore di pressione compensato. Sulla base di questo principio sono presenti sul mercato dispositivi che sfruttano un cilindro con all’interno delle biglie che funzionano da sbattitore.

Scopo generale della presente invenzione à ̈ pertanto quello di realizzare un dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica in grado di risolvere gli inconvenienti sopra citati della tecnica nota in una maniera estremamente semplice, economica e particolarmente funzionale.

In particolare, à ̈ uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica in grado di riprodurre le condizioni ottimali per la saturazione, riducendo i costi, gli ingombri e la pressione di esercizio, lasciando inalterato il prodotto finale (acqua frizzante).

Questo scopo secondo la presente invenzione viene raggiunto realizzando un dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono evidenziate dalle rivendicazioni dipendenti, che sono parte integrante della presente descrizione.

Le caratteristiche ed i vantaggi di un dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati, nei quali l’unica figura à ̈ una vista del tutto schematica che illustra i componenti fondamentali di un tale dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica.

Con riferimento alla figura, viene mostrato un dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica realizzato secondo la presente invenzione, operante tramite ricircolo ed indicato complessivamente con il numero di riferimento 10.

Il dispositivo 10 comprende innanzitutto un serbatoio 12 in pressione per lo stoccaggio dell’acqua, prelevata di norma dalla rete idrica, da sottoporre a saturazione mediante anidride carbonica (CO2). Il serbatoio 12 viene di norma posto in un luogo freddo, ad una temperatura compresa tra circa 4°C e circa 10°C, o viene comunque raffreddato ad una tale temperatura per mezzo di sistemi di refrigerazione di qualsiasi tipo noto allo stato della tecnica. La temperatura di circa 4÷10°C à ̈ infatti ottimale per ottenere la saturazione dell’anidride carbonica nell’acqua di rete.

Il dispositivo 10 comprende quindi una parte fissa 14, denominata testata, che serve come porzione di aggancio al serbatoio 12 e su cui sono ricavati gli ingressi dell’acqua di rete e dell’anidride carbonica. Il collegamento tra la testata 14 e il serbatoio 12 può avvenire mediante un comune collare stringitubo.

Più precisamente, l’acqua di rete viene immessa nel serbatoio 12 attraverso un condotto d’ingresso 16, ricavato sulla testata 14 e protetto da una doppia valvola di non ritorno 18, mentre l’anidride carbonica, prelevata da un’apposita cartuccia in pressione (non mostrata) o da altra sorgente idonea, viene immessa nel serbatoio 12 stesso attraverso almeno un ugello di ingresso 20, anch’esso ricavato sulla testata 14 e protetto da una doppia valvola di non ritorno (non mostrata).

Il dispositivo 10 comprende inoltre un riduttore di flusso 22 dell’anidride carbonica, nonché una sonda di livello 24 in grado di comandare l’ingresso dell’acqua di rete nel serbatoio 12 e di mantenere un pelo libero S di separazione tra l’acqua stessa e l’anidride carbonica alimentata attraverso l’ugello di ingresso 20, come verrà meglio specificato nel seguito.

L’ingresso dell’acqua di rete, proveniente dal relativo condotto d’ingresso 16, nel serbatoio 12 viene comandato (ma soltanto in parte, come meglio specificato nel seguito) dalla sonda di livello 24 per mezzo di una pompa 26 ad essa operativamente collegata. La pompa 26 à ̈ preferibilmente del tipo ad ingranaggi, à ̈ realizzata con un materiale specifico atto al contatto con gli alimenti, nella fattispecie acqua potabile, ed à ̈ capace di operare con acqua addizionata di anidride carbonica.

Secondo l’invenzione, il dispositivo 10 à ̈ provvisto di una tubazione di ricircolo 28 posta in collegamento di fluido con il condotto d’ingresso 16 dell’acqua di rete e con la pompa 26. Attraverso la tubazione di ricircolo 28, a seguito dell’azionamento della pompa 26, si ottiene il pescaggio dell’acqua W dal fondo del serbatoio 12, la saturazione dell’acqua W stessa all’interno della pompa 26, nonché la creazione di un getto di tale acqua W addizionata di anidride carbonica all’interno del serbatoio 12 stesso, più precisamente sul pelo libero S dell’acqua W, contribuendo così ad un’ancor più elevata saturazione dell’acqua W.

In corrispondenza dell’incrocio tra il condotto d’ingresso 16 dell’acqua di rete e la tubazione di ricircolo 28 à ̈ posta un’elettrovalvola 30. L’elettrovalvola 30 à ̈ normalmente chiusa per consentire l’adduzione di acqua di rete nel serbatoio 12 attraverso il relativo condotto d’ingresso 16 e la pompa 26. All’apertura dell’elettrovalvola 30 si attiva invece il ricircolo dell’acqua W addizionata di anidride carbonica attraverso la tubazione di ricircolo 28 e la pompa 26 stessa. Di preferenza, l’elettrovalvola 30 e la pompa 26 sono poste ad una distanza reciproca minima per evitare fenomeni di cavitazione della pompa 26 stessa.

Il dispositivo 10 à ̈ inoltre provvisto di una valvola di sfiato (non mostrata), che garantisce una pressione di esercizio costante all’interno del serbatoio 12 e impedisce di conseguenza che all’interno del serbatoio 12 stesso si generino pressioni di esercizio superiori alla capacità operativa della pompa 26. Il dispositivo 10 à ̈ infine provvisto, in maniera di per sé nota, di un condotto di uscita 32 per l’acqua W frizzante, vale a dire addizionata di anidride carbonica, dal serbatoio 12.

Una scheda elettronica (non mostrata), alimentata a bassa tensione, provvede al controllo di tutti i componenti del dispositivo 10 e gestisce tutte le relative operazioni.

Il funzionamento di un dispositivo 10 per la saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica secondo la presente invenzione si svolge quindi come segue.

Come menzionato in precedenza, il serbatoio 12 deve essere posto in un ambiente refrigerato, ad una temperatura compresa tra circa 4°C e circa 10°C. In alternativa, l’acqua di rete in ingresso nel serbatoio 12 deve essere alimentata alla temperatura sopra riportata. Per un buon funzionamento del dispositivo 10, la pressione dell’acqua di rete deve essere inferiore alla pressione dell’anidride carbonica di un valore pari ad almeno 0,5 Bar.

Tramite la sonda di livello 24 si determina la quota del pelo libero S dell’acqua W contenuta nel serbatoio 12, mentre la pressione dell’anidride carbonica, che entra nel serbatoio 12 stesso attraverso l’ugello d’ingresso 20, à ̈ regolata da un riduttore di pressione posto a monte del dispositivo 10.

Prelevando dal serbatoio 12 l’acqua W addizionata di anidride carbonica, attraverso il condotto di uscita 32, si scopre la sonda di livello 24 che comanda la pompa 26. Diminuendo la quantità (volume) dell’acqua W presente nel serbatoio 12 si ottengono quindi i seguenti effetti:

- aumenta il volume occupato dall’anidride carbonica nel serbatoio 12 e, di conseguenza, diminuisce anche la pressione dell’anidride carbonica stessa, in quanto il riduttore di flusso 22 impedisce che l’anidride carbonica entri in maniera copiosa nel serbatoio 12 per occupare il volume reso disponibile dall’acqua W dopo che essa à ̈ stata prelevata attraverso il condotto di uscita 32;

- poiché diminuisce il volume dell’acqua W presente nel serbatoio 12, per riequilibrare le pressioni si ottiene l’ingresso di acqua di rete nel serbatoio 12 stesso, attraverso il condotto 16, in maniera del tutto naturale, vale a dire senza l’intervento della pompa 26. Ne deriva, pertanto, che la pompa 26 ha soltanto una funzione di ausilio all’ingresso dell’acqua di rete nel serbatoio 12, ma non ha propriamente una funzione di “spinta†.

Nel caso in cui, a seguito delle continue variazioni dei volumi dei fluidi (acqua e CO2), si creasse una pressione eccessiva all’interno del serbatoio 12, la pompa 26, spingendo acqua all’interno del serbatoio 12 stesso, provocherebbe l’apertura della valvola di sfiato, rimuovendo il gas (CO2) in eccesso.

Quando il pelo libero S dell’acqua W presente nel serbatoio 12 raggiunge la sonda di livello 24, la scheda elettronica del dispositivo 10 comanda l’apertura dell’elettrovalvola 30 posta sulla tubazione di ricircolo 28. La tubazione di ricircolo 28 à ̈ connessa al condotto d’ingresso 16 dell’acqua di rete, a valle della doppia valvola di non ritorno 18, ed à ̈ inferiormente provvista di una sezione di tubo pescante 34 che preleva acqua W dal fondo del serbatoio 12.

La porzione della tubazione di ricircolo 28 che si trova, all’interno del serbatoio 12, nella parte esposta all’anidride carbonica, vale a dire sopra il pelo libero S dell’acqua W, presenta invece una pluralità di fori 36 per il richiamo, in fase di aspirazione, dell’anidride carbonica presente nel serbatoio 12 stesso. Tale richiamo di anidride carbonica viene facilitato grazie alla presenza di una sezione di tubo ristretta sulla tubazione di ricircolo 28, a monte dei fori 36, in maniera tale da creare un effetto Venturi.

Per un intervallo di tempo predefinito (60÷70 secondi sono sufficienti per una buona saturazione) la pompa 26 continua a lavorare, prelevando acqua W dalla tubazione di ricircolo 28, essendovi in quest’ultima una maggior pressione dell’acqua W in ingresso dalla sezione di tubo pescante 34. Aumentando il tempo di ricircolo, aumenta di conseguenza anche il grado di saturazione dell’acqua W. In questa fase si ha la reale saturazione dell’acqua W con l’anidride carbonica, in quanto all’interno della pompa ad ingranaggi 26 si creano le condizioni di contatto e di pressione necessarie all’assorbimento dell’anidride carbonica da parte dell’acqua W stessa.

La reintroduzione dell’acqua W, spinta dalla pompa 26, all’interno del serbatoio 12 ha la funzione di creare un getto che incida sul pelo libero S dell’acqua W, contribuendo alla maggior saturazione dell’acqua W stessa. Variando il tempo di ricircolo o, in altre parole, variando l’intervallo di tempo di apertura dell’elettrovalvola 30 tramite la scheda elettronica, à ̈ quindi possibile far variare il livello di saturazione dell’acqua W a seconda delle specifiche esigenze.

L’uscita dell’acqua W frizzante dal relativo condotto 32 viene favorita dalla pressione interna al serbatoio 12 nella fase iniziale, per poi subire la spinta dell’acqua di rete in ingresso nel serbatoio 12 stesso, sia essa spinta o meno dalla pompa 26.

Per ovviare a possibili cavitazioni della pompa 26 in fase di partenza, dovute alla presenza di anidride carbonica gassosa nei condotti, ad ogni avviamento della pompa 26 stessa verrà aperta contestualmente l’elettrovalvola 30 di ricircolo per un intervallo di tempo minimo (circa 1÷2 secondi), con lo scopo di evacuare residui gassosi di anidride carbonica.

Si à ̈ così visto che il dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica secondo la presente invenzione realizza gli scopi in precedenza evidenziati, ottenendo in particolare i seguenti vantaggi:

- possibilità di saturare l’acqua con anidride carbonica (CO2) nella fase di aspirazione, all’interno degli ingranaggi della pompa;

- possibilità di aumentare la saturazione dell’acqua con anidride carbonica (CO2) nella fase di immissione dell’acqua nel serbatoio;

- possibilità di far variare il livello di saturazione dell’acqua variando il tempo di ricircolo; - possibilità di ridurre la potenza richiesta dalla pompa per l’ingresso dell’acqua nel serbatoio attraverso il riduttore di flusso dell’anidride carbonica;

- possibilità di garantire una pressione di esercizio costante e di impedire alla pompa di lavorare sotto sforzo, grazie alla presenza di una valvola di sfiato.

Il dispositivo di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica della presente invenzione così concepito à ̈ suscettibile in ogni caso di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le forme e le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

L’ambito di tutela dell’invenzione à ̈ pertanto definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (10) di saturazione dell’acqua potabile con anidride carbonica (CO2), comprendente un serbatoio (12) in pressione per lo stoccaggio dell’acqua, prelevata dalla rete idrica attraverso un condotto d’ingresso (16), almeno un ugello (20) per l’ingresso di anidride carbonica in detto serbatoio (12), una pompa (26) ed un condotto (32) per l’uscita di acqua (W) addizionata di anidride carbonica da detto serbatoio (12), caratterizzato dal fatto di comprendere una tubazione di ricircolo (28) posta in collegamento di fluido con detto condotto d’ingresso (16) e con detta pompa (26), attraverso detta tubazione di ricircolo (28), a seguito dell’azionamento di detta pompa (26), ottenendosi il pescaggio dell’acqua (W) dal fondo di detto serbatoio (12), la saturazione dell’acqua (W) all’interno di detta pompa (26), nonché la creazione di un getto di acqua (W) addizionata di anidride carbonica all’interno di detto serbatoio (12), contribuendo così ad un’ancor più elevata saturazione di detta acqua (W) addizionata di anidride carbonica.
2. 2. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un’elettrovalvola (30) posta in corrispondenza dell’incrocio tra detto condotto d’ingresso (16) dell’acqua di rete e detta tubazione di ricircolo (28), detta elettrovalvola (30) potendo passare da una posizione chiusa, per consentire l’adduzione di acqua di rete in detto serbatoio (12) attraverso detto condotto d’ingresso (16) e detta pompa (26), ad una posizione aperta, per attivare il ricircolo dell’acqua (W) addizionata di anidride carbonica attraverso detta tubazione di ricircolo (28) e detta pompa (26).
3. 3. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta elettrovalvola (30) e detta pompa (26) sono poste ad una distanza reciproca minima per evitare fenomeni di cavitazione di detta pompa (26).
4. 4. Dispositivo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta tubazione di ricircolo (28) à ̈ inferiormente provvista di una sezione di tubo pescante (34) che preleva l’acqua (W) addizionata di anidride carbonica dal fondo di detto serbatoio (12).
5. 5. Dispositivo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta tubazione di ricircolo (28) à ̈ provvista di una pluralità di fori (36) per il richiamo, in fase di aspirazione, dell’anidride carbonica presente in detto serbatoio (12).
6. 6. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di fori (36) à ̈ ricavata sulla porzione di detta tubazione di ricircolo (28) che si trova, all’interno di detto serbatoio (12), nella parte esposta all’anidride carbonica, vale a dire sopra il pelo libero (S) dell’acqua (W) addizionata di anidride carbonica.
7. 7. Dispositivo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto condotto d’ingresso (16) à ̈ protetto da una doppia valvola di non ritorno (18).
8. 8. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta tubazione di ricircolo (28) à ̈ connessa a detto condotto d’ingresso (16) dell’acqua di rete a valle di detta doppia valvola di non ritorno (18).
9. 9. Dispositivo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un riduttore di flusso (22) dell’anidride carbonica per impedire che l’anidride carbonica entri in maniera copiosa in detto serbatoio (12) per occupare il volume reso disponibile dall’acqua (W) addizionata di anidride carbonica dopo che essa à ̈ stata prelevata attraverso detto condotto di uscita (32).
10. 10. Dispositivo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una sonda di livello (24) in grado di comandare l’ingresso dell’acqua di rete in detto serbatoio (12).
11. 11. Dispositivo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una valvola di sfiato che garantisce una pressione di esercizio costante all’interno di detto serbatoio (12) e impedisce di conseguenza che all’interno di detto serbatoio (12) si generino pressioni di esercizio superiori alla capacità operativa di detta pompa (26).
12. 12. Dispositivo (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una scheda elettronica, alimentata a bassa tensione, in grado di provvedere al controllo di tutti i componenti di detto dispositivo (10) ed alla gestione di tutte le relative operazioni.
13. 13. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detta scheda elettronica à ̈ in grado di far variare l’intervallo di tempo di apertura di detta elettrovalvola (30), e quindi il tempo di ricircolo, per far variare di conseguenza il livello di saturazione dell’acqua (W) addizionata di anidride carbonica.
14. 14. Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta pompa (26) Ã ̈ una pompa ad ingranaggi.