ITPD20120350A1 - Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido - Google Patents

Description

APPARECCHIATURA A CONDENSATORI A FLUSSO PASSANTE

PER LA PURIFICAZIONE DI UN LIQUIDO

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione concerne un’apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido, secondo il preambolo della rivendicazione numero 1.

L’apparecchiatura di cui trattasi si inserisce nell’ambito industriale della produzione di apparecchiature per la purificazione di liquidi, ed à ̈ destinata ad essere vantaggiosamente impiegata per rimuovere da liquidi concentrazioni indesiderate di contaminanti, ad esempio costituiti da sali disciolti al loro interno.

Più in dettaglio, l’apparecchiatura di cui trattasi potrà essere destinata a molteplici applicazioni sia in campo industriale che in campo civile, quali ad esempio la dissalazione dell’acqua di mare, l’addolcimento di acque particolarmente dure, la rimozione dall’acqua di sali (quali cloruri e solfati), di nitrati, di nitriti, di ammoniaca, di metalli pesanti, di sostanze organiche o di microinquinanti in genere, ovvero ancora per la deionizzazione di liquidi ad esempio di processi industriali o per la concentrazione di sostanze inquinanti difficili da smaltire o vantaggiose da recuperare per un riutilizzo.

Stato della tecnica

Le apparecchiature per la purificazione dei liquidi mediante condensatori a flusso passante comprendono, tradizionalmente, una o più celle collegate in serie o in parallelo, ciascuna provvista di uno o più condensatori a flusso passante. Ciascun condensatore comprende una pluralità di elettrodi sovrapposti tra loro contraffacciati, tra i quali à ̈ fatto passare un flusso di un liquido da purificare contenente particelle ionizzate allo scopo di ottenere un solvente depurato da tali particelle (siano esse ioni, o altre sostanze cariche a seconda della specifica applicazione). Più in dettaglio, gli elettrodi dei condensatori a flusso passante sono formati con uno o più strati sovrapposti di materiale conduttore con struttura porosa, quale ad esempio carbone attivo.

L’apparecchiatura comprende inoltre un alimentatore a corrente continua collegato agli elettrodi dei condensatori a flusso passante ed atto a caricare ciascun elettrodo ad una polarità opposta rispetto all’elettrodo ad esso contraffacciato nel medesimo condensatore, al fine di generare tra tali elettrodi contraffacciati un campo elettrostatico volto ad attirare sugli elettrodi le particelle ionizzate presenti nel liquido da purificare.

Più in dettaglio, funzionalmente, à ̈ prevista una fase di carica a polarità diretta, in cui gli elettrodi coontraffacciati del condensatore a flusso passante sono caricati a differente polarità di carica e portati ad una prevista tensione di esercizio, ad esempio pari a circa 1,5 V, ed una fase di servizio in cui il flusso di liquido da trattare à ̈ forzato a passare attraverso gli elettrodi del condensatore così caricati. Durante tale fase di servizio ha luogo la depurazione del liquido dalle particelle ionizzate dovuta al fatto che tali particelle vengono attratte dai rispettivi elettrodi con polarità opposta alla loro, determinando un progressivo accumulo delle particelle ionizzate sugli stessi elettrodi.

Una volta raggiunta una programmata saturazione degli elettrodi con le particelle ionizzate presenti nel liquido, à ̈ prevista una fase di rigenerazione, in cui gli elettrodi sono disattivati ed un flusso di liquido di lavaggio à ̈ forzato a passare nel condensatore a flusso passante con conseguente rimozione delle particelle ionizzate accumulatesi sugli elettrodi.

Più in dettaglio, la fase di rigenerazione prevede una fase di scarica con cortocircuitazione degli elettrodi, una fase di carica a polarità invertita, in cui gli elettrodi sono sottoposti ad una tensione a polarità invertita volta ad allontanare le particelle cariche dagli elettrodi su cui si erano accumulate, e generalmente à ̈ prevista un’eventuale fase di scarica prima di riprendere le successive fasi di carica e di servizio.

Tali condensatori a flusso passante, in regime di corrente continua, presentano tipicamente capacità molto elevate, ad esempio dell’ordine di più di 20000 F, e pertanto durante il loro funzionamento accumulano al loro interno un’elevata quantità di carica.

Le apparecchiature di tipo noto sono tradizionalmente dotate di un circuito di controllo collegato all’alimentatore di corrente e ai condensatori per controllare la polarità delle tensioni applicate agli elettrodi dei condensatori durante le fasi operative. Tale circuito di controllo à ̈ ad esempio configurato con ponte ad H collegato ai suoi terminali di ingresso all’uscita dell’alimentatore a corrente continua per ricevere da quest’ultimo la tensione di esercizio a 1,5 V DC, e collegato ai suoi terminali di uscita ad un corrispondente condensatore a flusso passante a cui applicare la suddetta tensione di esercizio in modo controllato secondo le suddette fasi operative di servizio e di rigenerazione.

In particolare, l’alimentatore di corrente continua dell’apparecchiatura comprende un convertitore AC/DC collegato ai suoi terminali di ingresso ad una sorgente di alimentazione elettrica a corrente alternata (ad esempio a 220 V 50 Hz), ed atto a fornire ai suoi terminali di uscita una tensione di alimentazione continua generalmente compresa tra 5 e 24 V.

Inoltre, l’alimentatore comprende un ulteriore convertitore DC/DC collegato ai terminali di uscita del convertitore AC/DC per ricevere la suddetta tensione di alimentazione continua, e collegato ai terminali di ingresso del ponte ad H del circuito di controllo per fornire a quest’ultimo la tensione di esercizio a 1,5 V.

Più in dettaglio, il convertitore DC/DC dell’alimentatore di corrente à ̈ del tipo “buck†e comprende in maniera nota al tecnico del settore due interruttori costituiti da due MOSFET configurati a mezzo ponte (di cui un MOSFET alto connesso al terminale di uscita positivo del primo convertitore ed un MOSFET basso connesso a massa) e collegati ad un filtro LC. Funzionalmente, come à ̈ noto, i due MOSFET sono azionati ciclicamente chiudendo, per un primo periodo Ton, il MOSFET alto (con il MOSFET basso aperto) per caricare l’induttanza del filtro LC, e successivamente chiudendo, per un secondo periodo Toff, il MOSFET basso (con il MOSFET alto aperto) per scaricare tale induttanza sul condensatore dello stesso filtro LC.

In questo modo il filtro LC à ̈ alimentato con una tensione a onda quadra il cui duty cycle (rapporto tra primo intervallo Tone periodo dell’onda quadra Ton+Toff) corrisponde al rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso del convertitore DC/DC. Pertanto, impostando un opportuno valore del duty cycle à ̈ possibile ottenere una tensione di uscita del filtro LC uguale al valore di 1,5 V desiderato per la tensione di esercizio applicata al ponte ad H che controlla la polarità del corrispondente condensatore a flusso passante.

Un primo inconveniente dell’apparecchiatura per la purificazione di liquidi del tipo sopra descritto à ̈ dovuto al fatto che l’elevata capacità dei condensatori a flusso passante richiede la predisposizione di alimentatori in grado di operare con correnti elettriche continue molto elevate per caricare gli elettrodi durante la fase di carica a polarità diretta e a polarità invertita, i quali alimentatori risultano pertanto complessi e costosi.

Inoltre, la necessità di generare correnti elettriche elevate comporta un’elevata dissipazione di calore sui componenti elettrici con la necessità di predisporre numerose ed ingombranti alettature metalliche di dissipazione, con un conseguente aumento della complessità costruttiva e del costo dell’apparecchiatura.

Un ulteriore inconveniente dell’apparecchiatura per la purificazione dei liquidi del tipo sopra descritto à ̈ dovuto al fatto che il convertitore DC/DC à ̈ facilmente soggetto a rotture in particolare nel caso in cui, quando si esegue l’inversione di polarità del condensatore tra la fase di rigenerazione e quella di servizio, il condensatore a flusso passante presenti tra i suoi elettrodi una tensione negativa residua ad esempio perché, al termine della fase di rigenerazione o della fase di servizio, il condensatore a flusso passante non à ̈ stato cortocircuitato per un tempo sufficientemente lungo ovvero a causa dell’interruzione dell’alimentazione elettrica.

Più in dettaglio, in tale situazione la tensione negativa ai capi del MOSFET basso del convertitore DC/DC porta in conduzione il MOSFET basso medesimo, cortocircuitando a terra il MOSFET alto. Quest’ultimo, pertanto, quando viene chiuso, presenta applicata tra i suoi terminali di drain e di source sostanzialmente l’intera tensione di alimentazione continua fornita in uscita dal convertitore AC/DC la quale determina il passaggio attraverso i MOSFET di una corrente molto elevata e superiore alla massima corrente di drain applicabile ai MOSFET medesimi, causandone un forte riscaldamento dovuto all’eccessiva corrente con conseguente rottura dei MOSFET.

Al fine di risolvere almeno in parte questo inconveniente à ̈ noto predisporre delle resistenze in serie ai condensatori a flusso passante per ridurre la corrente che scorre attraverso i MOSFET del convertitore DC/DC. Tale accorgimento tuttavia non riduce in alcuna maniera la corrente che passa attraverso il MOSFET alto del convertitore DC/DC, in quanto il MOSFET basso di quest’ultimo determina un cortocircuito che à ̈ a monte delle resistenze associate ai condensatori a flusso passante, con conseguente rottura del MOSFET alto a causa del passaggio di eccessiva corrente.

Inoltre, le resistenze in serie al condensatore a flusso passante limitano la corrente di cortocircuito che passa attraverso il condensatore medesimo durante la fase di rigenerazione, rallentando la rimozione delle particelle ionizzate dal liquido che passa tra gli elettrodi dei condensatori con conseguente bassa efficienza in termini purificazione del liquido medesimo.

Presentazione dell’invenzione

In questa situazione il problema alla base della presente invenzione à ̈ pertanto quello di eliminare i problemi della tecnica nota sopra citata, mettendo a disposizione un’apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido operativamente del tutto affidabile, ed in particolare in grado di funzionare senza surriscaldare i componenti elettrici ed elettronici dell’apparecchiatura medesima.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un’apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido che sia dotata di un elevato rendimento di filtraggio di particelle cariche presenti nel liquido.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un’apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido che sia costruttivamente semplice ed economica da realizzare.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un’apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido, la quale consenta di contenere il consumo energetico.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche tecniche dell’invenzione, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sottoriportate ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano alcune forme di realizzazione puramente esemplificative e non limitative, in cui:

- la figura 1 mostra uno schema idraulico di una apparecchiatura per la purificazione di un liquido secondo una prima forma realizzativa della presente invenzione;

- la figura 2 mostra un esempio di schema elettrico per l’alimentazione di una cella dell’apparecchiatura illustrata in figura 1;

- la figura 3 mostra uno schema elettrico di un particolare dell’apparecchiatura rappresentata in figura 2 relativo ai mezzi di alimentazione elettrica;

- la figura 4 mostra uno schema elettrico di un ulteriore particolare dell’apparecchiatura rappresentata in figura 2, relativo al circuito di controllo delle tensioni di esercizio applicate agli elettrodi di una cella;

- la figura 5 mostra uno schema elettrico della cella dell’apparecchiatura rappresentata in figura 2, in accordo con una seconda forma realizzativa della presente invenzione;

- la figura 6 mostra un esempio di schema elettrico dell’apparecchiatura in oggetto secondo una terza forma realizzativa della presente invenzione.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita

Con riferimento agli uniti disegni à ̈ stato indicato nel suo complesso con 1 un esempio di apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido, oggetto della presente invenzione.

L’apparecchiatura 1, secondo l’invenzione, si presta ad essere impiegata per la purificazione di liquidi da particelle ionizzate presenti al loro interno suscettibili di risentire della presenza di un campo elettrico, quali ad esempio ioni in soluzione.

Nel seguito verrà indicato genericamente con il termine di particelle ionizzate qualunque contaminante disciolto nel liquido da trattare in grado di essere attratto da un campo elettrostatico, come in particolare gli ioni disciolti in un liquido.

L’apparecchiatura si presta pertanto ad operare per la deionizzazione di liquidi di processi industriali e per la deionizzazione dell’acqua, in particolare per addolcire l’acqua di rete e per la desalinizzazione dell’acqua di mare, essendo in particolare in grado di rimuovere dal suo interno sali in soluzione (quali cloruri e solfati), nitrati, nitriti, ammoniaca, ed altri contaminanti polarizzati di sostanze organiche o di microinquinanti in genere.

L’apparecchiatura si presta inoltre a concentrare all’interno di liquidi, particolarmente di processi industriali, particelle ionizzate per agevolarne il recupero o lo smaltimento.

In accordo con la forma realizzativa illustrata in figura 1, l’apparecchiatura 1 in oggetto comprende almeno una cella 2 dotata di una struttura di contenimento 3 con alloggiati al suo interno uno o più condensatori a flusso passante 4 elettricamente collegati tra loro in serie od in parallelo. Ciascun condensatore 4 à ̈ a sua volta provvisto di due o più elettrodi sovrapposti, a due a due tra loro contraffacciati, preferibilmente di forma assottigliata, piana o avvolta ad esempio a formare un cilindro.

Tra gli elettrodi à ̈ suscettibile di fluire un flusso di un liquido da trattare contenente particelle ionizzate, mediante un impianto idraulico descritto in dettaglio nel seguito.

Vantaggiosamente, la cella 2 comprende almeno due condensatori 4 (ed in particolare tre condensatori 4, in accordo con le forme realizzative illustrate nelle allegate figure) elettricamente collegati tra loro in serie.

In accordo con una diversa forma realizzativa non illustrata, la cella potrà comprendere anche più di tre condensatori in serie, ovvero un solo condensatore, ovvero diversamente più condensatori in parallelo, senza per questo uscire dall’ambito di tutela della presente privativa.

In particolare, gli elettrodi di ciascun condensatore 4 sono ottenuti con uno o più strati sovrapposti di materiale conduttore, quale ad esempio carbone attivo, preferibilmente con struttura porosa ovvero con una formazione di pori superficiali che offrono una notevole superficie di scambio con il liquido da trattare.

Più in dettaglio, il materiale che compone gli strati conduttori potrà essere un qualsiasi materiale notoriamente impiegato nei processi elettrochimici dei condensatori a flusso e comprenderà tradizionalmente, come detto in precedenza, carbone attivo spugnoso, ovvero potrà essere costituito da uno qualunque dei materiali descritti ad esempio nel brevetto US 6,413,409 qui allegato per riferimento dalla riga 64 di colonna 3 alla riga 41 di colonna 4, ovvero da fogli flessibili conduttivi di PTFE e particelle di carbonio come descritti nel brevetto US 7,175,783 qui allegato per riferimento, ovvero ancora da un qualunque materiale descritto nel brevetto US 6,709,560, qui allegato per riferimento, dalla riga 26 di colonna 6 alla riga 23 di colonna 7.

Preferibilmente, gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 sono separati tra loro da strati separatori entro cui scorre il flusso di liquido da trattare contenente le particelle ionizzate che si desidera, almeno in parte, rimuovere.

In particolare, tali strati separatori potranno essere ad esempio costituiti da materiali altamente porosi non conduttivi, in grado di isolare gli elettrodi consentendo il passaggio del flusso di liquido, come ad esempio un materiale sintetico poroso o altri materiali non conduttivi come fibra di vetro o un tessuto di nylon.

Le dimensioni, la forma e la distribuzione degli strati di materiale conduttore che compongono gli elettrodi ovvero le dimensioni, la forma e la distribuzione degli strati di materiale separatore interposti tra gli elettrodi non formano oggetto di specifica rivendicazione e non verranno descritti in dettaglio in quanto ben noti ad un tecnico del settore e, a puro titolo di esempio descritti nel brevetto US 6,413,409 ovvero nel brevetto US 6,709,560, qui allegato per riferimento, in particolare dalla riga 11 alla riga 23 di colonna 7. Con riferimento alla forma realizzativa illustrata in figura 1, l’apparecchiatura 1 comprende, come detto in precedenza, un impianto idraulico il quale à ̈ dotato di un condotto di alimentazione 6 che preleva, mediante l’apertura di una corrispondente prima valvola di intercettazione 6’, il liquido da trattare da una sorgente 7 e lo convoglia alla cella 2, e di un condotto di estrazione 8 che riceve il flusso di liquido trattato in uscita dalla cella 2.

Più in dettaglio, il condotto di estrazione 8 comprende un ramo di servizio 9 il quale, mediante l’apertura di una corrispondente seconda valvola di intercettazione 9’, trasporta il liquido trattato dalla cella 2 ed avente una ridotta concentrazione di particelle ionizzate, a valle dell’impianto idraulico verso una destinazione di utilizzo, durante una prevista fase di servizio della cella 2; inoltre, il condotto di estrazione 8 comprende un ramo di evacuazione 10 il quale, mediante l’apertura di una corrispondente terza valvola di intercettazione 10’, trasporta un flusso di scarico avente una elevata concentrazione di particelle ionizzate, durante una prevista fase di rigenerazione in cui un liquido di lavaggio à ̈ fatto passare attraverso i condensatori 4 della cella 2 per rimuovere le particelle ionizzate accumulatesi sui loro elettrodi durante la precedente fase di servizio, come descritto in dettaglio nel seguito. In particolare, il liquido di lavaggio impiegato nella fase di rigenerazione potrà essere costituito dallo stesso liquido da trattare proveniente dalla sorgente 7.

Vantaggiosamente, la cella 2 dell’apparecchiatura 1 à ̈ dotata di un primo e di un secondo terminale di alimentazione 2’, 2’’ attraverso i quali la cella 2 à ̈ alimentata elettricamente per caricare gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 a differenti polarità di carica, in modo da generare tra gli elettrodi medesimi campi elettrici per l’attrazione delle particelle ionizzate del liquido da purificare che attraversa la cella 2 medesima, come verrà chiarito nel seguito.

Secondo l’invenzione, con riferimento alla forma realizzativa di figura 2, l’apparecchiatura 1 in oggetto comprende mezzi di alimentazione elettrica 13 atti a fornire una tensione di alimentazione VAcontinua, ed un circuito di modulazione 14, il quale à ̈ collegato ai mezzi di alimentazione elettrica 13 per ricevere la suddetta tensione di alimentazione VA, à ̈ collegato ai terminali di alimentazione 2’, 2’’ della cella 2 ed à ̈ dotato di almeno un interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’ azionabile per applicare tra gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 prestabilite tensioni di esercizio, atte a caricare le coppie di elettrodi contraffacciati con cariche di segno opposto.

In accordo con l’idea alla base della presente invenzione, l’apparecchiatura 1 comprende un circuito di controllo elettronico 24 collegato al suddetto almeno un interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’ del circuito di modulazione 14, e dotato di un modulo di controllo PWM a modulazione di larghezza di impulso il quale comanda la commutazione dell’interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’ alimentando gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 mediante almeno una tensione impulsiva avente valore medio uguale alla suddetta tensione di esercizio da applicare tra gli elettrodi contraffacciati medesimi.

In altre parole pertanto, secondo l’idea alla base della presente invenzione l’apparecchiatura 1 comprende:

- un circuito di controllo 24 collegato ad almeno un interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’ di un circuito di modulazione 14 elettricamente connesso in ingresso a mezzi di alimentazione elettrica 13 per ricevere una tensione di alimentazione VA, e dotato di un modulo di controllo a modulazione di larghezza di impulso PWM, il quale comanda la commutazione di detto interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’;

- un condensatore a flusso passante 4 di una cella 2, elettricamente collegato ai mezzi di alimentazione elettrica 13 attraverso l’interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’, avente una tensione impulsiva tra i suoi elettrodi contraffacciati di valore medio proporzionale alla tensione di esercizio ed associata alla commutazione dell’interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’ comandato dal modulo di controllo PWM di detto circuito di controllo 24.

In sostanza, il circuito di controllo 24, che comprende preferibilmente una scheda elettronica dotata di CPU, modula la larghezza degli impulsi della tensione impulsiva applicata agli elettrodi di ciascun condensatore 4. Ciò genera un campo elettrico tra gli elettrodi del condensatore 4 in grado di attrarre in modo efficiente le particelle ionizzate presenti nel liquido verso gli elettrodi di polarità opposta alla loro. Tale effetto sorprendente à ̈ descritto in dettaglio nel seguito.

Come à ̈ noto nel settore tecnico di riferimento della presente invenzione, i condensatori a flusso passante presentano una capacità equivalente a corrente continua molto elevata, dell’ordine ad esempio dei 20000 F, la quale à ̈ determinata dal doppio strato di particelle ioniche che si viene a creare tra il carbone attivo degli elettrodi del condensatore a flusso passante ed il liquido presente nel condensatore.

Si à ̈ soliti come à ̈ noto ritenere che la tensione ai capi di un condensatore sia data dalla formula ΔV=I*Δt/C dove ΔV à ̈ la tensione, I à ̈ l’intensità della corrente, Δt à ̈ l’intervallo di applicazione della tensione, e C à ̈ la capacità del condensatore.

Applicando una corrente impulsiva (quindi per intervalli di tempo molto piccoli) ad un condensatore con capacità elevata si dovrebbe riscontrare per ogni impulso ai suoi capi una variazione di tensione molto piccola data dalla formula sopra citata. Di fatto infatti si à ̈ portati a ritenere che il condensatore, sulla base della formula generale sopra riportata, tenda ad opporsi a variazioni della sua carica e quindi a mantenere inalterata la tensione ai suoi capi, e quindi nello specifico a fronte di rapide variazioni impulsive di corrente, reagisca con una variazione di tensione molto bassa a causa della sua elevata capacità e quindi della elevata carica accumulata.

Questa teorica circostanza renderebbe difficile caricare e controllare la carica dei condensatori a flusso passante con tensioni impulsive poiché gli alimentatori in tensione continua, siano essi a corrente costante, a tensione costante ovvero a tensione costante con limitazione di corrente, hanno sempre una resistenza interna che limiterebbe la corrente massima erogabile (e quindi la potenza massima erogabile) e ridurrebbe il trasferimento di carica (e quindi di potenza) verso il condensatore riducendo in maniera drastica l’efficienza del processo di carica.

Diversamente da quanto sopra supposto, si à ̈ sorprendentemente constatato che ai capi del condensatore si registra invece un impulso di tensione elevata che limita di fatto l’intensità di corrente erogata dall’alimentatore e che consente via via il trasporto di carica sugli elettrodi del condensatore in maniera efficiente.

Si à ̈ infatti ancora sorprendentemente constatato che nelle condizioni di alimentazione sopra esemplificate, ai capi del condensatore a flusso passante si rileva una tensione a forma di onda quadra con picco uguale alla tensione di alimentazione VAfornita dai mezzi di alimentazione elettrica.

Applicando ad esempio ad un condensatore con capacità di 20000 F una alimentazione a tensione costante e limitata in corrente, ad esempio impulsi dell’ordine dei 100 A a circa 100 Hz (con quindi intervalli di tempo dell’ordine dei 10 ms) si assiste ai capi del condensatore a picchi elevati di tensione.

La presenza dell’onda quadra di tensione à ̈ dovuta al fatto che l’applicazione di una tensione impulsiva ai capi di un condensatore a flusso passante determina, nel regime impulsivo, una riduzione della capacità di quest’ultimo, in quanto la mobilità delle particelle ionizzate nel liquido à ̈ significativamente più bassa della velocità di variazione della tensione impulsiva applicata al condensatore. Più chiaramente, le particelle ionizzate non essendo in grado di seguire il campo elettrico variabile generato da tale tensione impulsiva, reagiscono solo al valore medio della tensione impulsiva e conseguentemente sono spostate verso gli elettrodi di opposta polarità in modo del tutto analogo all’applicazione di una tensione continua. In sostanza, le particelle ionizzate risultano pertanto soggette alla stessa azione che provocherebbe un campo elettrico costante generato da una tensione di esercizio continua uguale al valore medio della tensione impulsiva. Funzionalmente quindi, per gli scopi dell’apparecchiatura oggetto della presente invenzione, l’azione del campo elettrico determinato dalla tensione impulsiva applicata ai capi del condensatore attira le particelle ionizzate del liquido da trattare verso gli elettrodi caricati con polarità opposta a quella delle particelle medesime, determinando in questo modo la depurazione del liquido stesso.

Vantaggiosamente, l’applicazione ai capi del condensatore 4 a flusso passante di tensioni impulsive con forma d’onda quadra, che presentano un fronte di salita dell’impulso con velocità di variazione estremamente elevata (in teoria infinita), determina variazioni del campo elettrico variabile tra gli elettrodi del condensatore 4 aventi velocità molto superiori della mobilità delle particelle ioniche del liquido da trattare, favorendo ulteriormente il suddetto effetto della riduzione della capacità del condensatore 4 a flusso passante.

L’apparecchiatura 1 oggetto della presente invenzione, che prevede di applicare tensioni impulsive ai capi del condensatore 4 a flusso passante controllando la commutazione dell’interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’ del circuito di modulazione 14 mediante il modulo di controllo PWM a modulazione di larghezza di impulso del circuito di controllo 24, si distingue dalle apparecchiature di tipo noto considerate nella trattazione dello stato dell’arte, le quali diversamente prevedono di controllare mediante modulazione della larghezza di impulso il convertitore DC/DC posto tra l’alimentatore a corrente continua ed i condensatori della cella, e che pertanto, mediante tale convertitore DC/DC, applicano ai condensatori della cella una tensione continua (e non impulsiva) con i conseguenti inconvenienti sopra discussi. Vantaggiosamente, con riferimento alla forma realizzativa illustrata in figura 3, i mezzi di alimentazione elettrica 13 dell’apparecchiatura 1 comprendono un convertitore AC/DC 15 collegato, ai suoi terminali di ingresso 50’, 50’’, ad una sorgente di energia elettrica S a corrente alternata, e collegato ai suoi terminali di uscita 51’, 51’’ al circuito di modulazione 14. Funzionalmente, il convertitore AC/DC 15 à ̈ atto a convertire una tensione alternata (ad esempio a 220 V 50 Hz) fornita dalla sorgente elettrica S nella tensione di alimentazione VAcontinua che à ̈ applicata, mediante i terminali di uscita 51’, 51’’, al circuito di modulazione 14.

Più in dettaglio, preferibilmente, il convertitore AC/DC 15 comprende (in maniera di per sé nota al tecnico del settore e pertanto non descritta più in dettaglio nel seguito) un primo raddrizzatore 16 collegato in ingresso alla sorgente di energia elettrica S e collegato in uscita ad un condensatore di filtraggio 17, per convertire la tensione alternata (fornita dalla sorgente S) in una tensione di ingresso VIcontinua applicata ai capi del condensatore di filtraggio 17 medesimo. Quest’ultimo à ̈ collegato ad un interruttore di pilotaggio 18 azionato ad aprirsi e a chiudersi con una determinata frequenza da una scheda elettronica di controllo 19 del convertitore AC/DC 15, per fornire una prima tensione alternata ad alta frequenza al primario di un trasformatore 20. Il trasformatore 20 fornisce sul suo secondario una seconda tensione alternata ad alta frequenza avente valore efficace proporzionale a quello della prima tensione alternata sul primario. Il secondario del trasformatore 20 à ̈ collegato ad un secondo raddrizzatore 30 sincrono il quale à ̈ collegato a sua volta in cascata ad un filtro LC di uscita 21 in modo tale da convertire la seconda tensione alternata nella tensione di alimentazione VAcontinua che viene fornita al circuito di modulazione 14 collegato alla cella 2 dell’apparecchiatura 1.

Vantaggiosamente, la tensione di alimentazione VAcontinua che à ̈ fornita in uscita dai mezzi di alimentazione elettrica 13 ha un valore compreso tra 12 V e 3 V e, preferibilmente in accordo con una forma realizzativa particolare, ha un valore di circa 5 V.

Vantaggiosamente, con riferimento alla forma realizzativa illustrata nelle figure 2 e 4, il circuito di modulazione 14, che applica le tensioni di esercizio alla cella 2, comprende un ponte ad H, il quale à ̈ elettricamente collegato in ingresso ai mezzi di alimentazione elettrica 13 per ricevere la suddetta tensione di alimentazione VA, ed à ̈ elettricamente collegato in uscita ai condensatori 4 della cella 2 attraverso i terminali di alimentazione 2’, 2’’ di quest’ultima. Inoltre, il ponte ad H à ̈ dotato di due coppie di interruttori 22’, 22’’ e 23’, 23’’ del circuito di modulazione 14, azionabili per applicare alternativamente tra gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 tensioni di esercizio con polarità opposta.

In accordo con le forme realizzative particolari illustrate nelle allegate figure, in cui la cella 2 comprende più condensatori 4 in serie, la tensione applicata dal circuito di modulazione 14 ai terminali di alimentazione 2’, 2’’ della cella 2 à ̈ sostanzialmente uguale alla somma delle tensioni di esercizio di ciascun condensatore 4 della cella 2 medesima.

Diversamente, nel caso in cui la cella comprenda un solo condensatore, ovvero più condensatori collegati in parallelo, la tensione di esercizio applicata a ciascun condensatore coincide con la tensione applicata dal ponte ad H ai terminali di alimentazione della cella. Vantaggiosamente, in accordo con la forma realizzativa illustrata nelle figure 2 e 3, il ponte ad H del circuito di modulazione 14 comprende una prima coppia di interruttori 22’, 22’’ azionabili per applicare tra gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 una prima tensione impulsiva suscettibile di attirare le particelle ionizzate del liquido da trattare sugli elettrodi medesimi durante la fase di servizio della cella 2, ed un seconda coppia di interruttori 23’, 23’’ azionabili per applicare tra gli elettrodi contraffacciati una seconda tensione impulsiva avente valore medio di polarità opposta al valore medio della suddetta prima tensione impulsiva, e suscettibile di allontanare le particelle ionizzate dagli elettrodi durante la fase di rigenerazione della cella 2.

Nell’esempio realizzativo descritto nella presente trattazione, si considererà per convenzione che, durante la fase di servizio, il primo terminale di alimentazione 2’ della cella 2 sia sottoposto ad un potenziale maggiore rispetto al potenziale del secondo terminale di alimentazione 2’’, mentre nella fase di rigenerazione il primo terminale di alimentazione 2’ sia sottoposto ad un potenziale minore rispetto al secondo terminale di alimentazione 2’’. Ovviamente, sarà diversamente possibile polarizzare il primo terminale di alimentazione 2’ con il potenziale minore durante la fase di servizio e con il potenziale maggiore durante la fase di rigenerazione, senza per questo uscire dall’ambito di tutela della presente privativa. Preferibilmente, in accordo con la forma realizzativa illustrata in figura 4, ciascun interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’ à ̈ ottenuto con un dispositivo elettronico a semiconduttore, quale in particolare un MOSFET avente il proprio terminale di gate controllato dal circuito di controllo 24 per comandare la commutazione dell’interruttore 22’, 22’’, 23’, 23’’ medesimo. Inoltre, sempre con riferimento alla forma realizzativa illustrata in figura 4, il modulo di controllo PWM del circuito di controllo 24 à ̈ collegato ad un primo interruttore di controllo 22’ della suddetta prima coppia di interruttori e ad un secondo interruttore di controllo 23’ della suddetta seconda coppia di interruttori, ed à ̈ atto a comandare la commutazione del primo e del secondo interruttore di controllo 22’, 23’ per modulare rispettivamente la prima e la seconda tensione impulsiva rispettivamente con un primo e con un secondo duty cycle.

Ciascuno di tali duty cycle à ̈ scelto proporzionale al rapporto tra il valore medio della corrispondente tensione impulsiva da applicare al condensatore 4 e la tensione di alimentazione VA(continua) fornita dai mezzi di alimentazione elettrica 13 al ponte ad H del circuito di modulazione 14.

Più in dettaglio, in accordo con le forme realizzative particolari illustrate nelle allegate figure, in cui la cella 2 comprende più condensatori 4 in serie, ciascun suddetto duty cycle à ̈ scelto uguale al rapporto tra il valore medio della corrispondente tensione impulsiva e la tensione di alimentazione VA, moltiplicato per il numero di condensatori 4 in serie della cella 2.

Diversamente, nel caso in cui la cella comprenda un solo condensatore ovvero più condensatori in parallelo, il duty cycle coincide con il rapporto tra il valore medio della corrispondente tensione impulsiva e la tensione di alimentazione VA.

Vantaggiosamente, il circuito di controllo 24, durante il funzionamento dell’apparecchiatura 1, à ̈ atto a regolare con un controllo adattativo il valore del duty cycle delle tensioni impulsive in funzione di determinati parametri operativi, quali ad esempio la portata del fluido che scorre nella cella 2 ovvero al grado di salinità del fluido medesimo.

Funzionalmente, il ciclo operativo di ciascuna cella 2 prevede una fase di carica a polarità diretta, in cui il circuito di controllo 24 applica tra gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 la prima tensione impulsiva, e la fase di servizio in cui, con gli elettrodi caricati, il flusso del liquido da trattare à ̈ forzato a passare tra gli elettrodi medesimi mediante il condotto di alimentazione 6.

Più in dettaglio, durante la fase di carica a polarità diretta, in cui si ha la fase di servizio della cella 2, il circuito di controllo 24 comanda il circuito di modulazione 14 a collegare il primo terminale di alimentazione 2’ della cella 2 al terminale di uscita positivo 51’ del convertitore AC/DC 15, ed il secondo terminale di alimentazione 2’’ della cella 2 al terminale di uscita negativo 51’’ del convertitore AC/DC 15, comandando la prima coppia di interruttori 22’, 22’’ in posizione chiusa e la seconda coppia di interruttori 23’, 23’’ in posizione aperta.

Ancora più in dettaglio, il modulo di controllo PWM del circuito di controllo 24 comanda il primo interruttore di controllo 22’ a commutare ciclicamente (ad una frequenza predeterminata specificata in dettaglio nel seguito) mantenendolo aperto per un primo intervallo di tempo Tondel periodo di commutazione e mantenendolo chiuso per un secondo intervallo di tempo Toffdel periodo di commutazione. In questo modo, ai terminali di alimentazione 2’, 2’’ della cella 2 à ̈ applicata una tensione impulsiva ad onda quadra con tensione di picco uguale alla tensione di alimentazione VA. La lunghezza del primo intervallo di tempo Ton(in cui il primo interruttore di controllo 22’ à ̈ chiuso) determina il primo duty cycle (uguale a Ton/(Ton+Toff)) della prima tensione impulsiva, e pertanto il valore medio di quest’ultima (che à ̈ proporzionale al prodotto del primo duty cycle per la tensione di alimentazione VA, in accordo con quanto specificato precedentemente).

Preferibilmente, durante la fase di carica a polarità diretta e la fase di servizio della cella 2, l’altro interruttore 22’’ della prima coppia di interruttori del ponte ad H à ̈ comandato dal circuito di controllo 24 a restare costantemente in posizione chiusa.

Il valore medio della prima tensione impulsiva applicata tra gli elettrodi del condensatore 4 genera (come descritto in dettaglio nel seguito) un primo campo elettrico atto ad attrarre sugli elettrodi medesimi le particelle ionizzate presenti nel flusso del liquido che passa attraverso il condensatore 4. Pertanto, durante la fase di servizio della cella 2 ha luogo la depurazione del liquido dalle particelle ionizzate dovuta al fatto che le particelle ionizzate vengono attratte dai rispetti elettrodi a polarità opposta alla loro determinando un progressivo accumulo delle particelle ionizzate sugli stessi elettrodi.

Una volta raggiunta la programmata saturazione degli elettrodi con le particelle ionizzate presenti nel liquido da trattare, à ̈ prevista la fase di rigenerazione della cella 2, in cui il flusso di liquido di lavaggio à ̈ forzato a passare tra gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 della cella 2 per rimuovere le particelle ionizzate accumulatesi sugli elettrodi dei condensatori 4.

Più in dettaglio, durante la fase di rigenerazione à ̈ prevista una prima fase di scarica della cella 2 con cortocircuitazione degli elettrodi di ciascun condensatore 4, in cui il circuito di controllo 24 comanda la chiusura permanente dei due interruttori di controllo 22’, 23’ e l’apertura permanente degli altri due interruttori 22’’, 23’’ del ponte ad H.

Successivamente à ̈ prevista una fase di carica a polarità invertita, in cui gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 sono sottoposti alla seconda tensione impulsiva (avente valore medio con polarità invertita rispetto alla prima tensione impulsiva applicata durante la fase di carica a polarità diretta), e volta ad allontanare le particelle cariche dagli elettrodi su cui si erano accumulate affinché siano trascinate via dal liquido di lavaggio. Quindi à ̈ prevista, preferibilmente, una nuova fase di scarica con cortocircuitazione degli elettrodi di ciascun condensatore 4, prima di riprendere una successiva fase di carica a polarità diretta.

In particolare, durante la suddetta fase di carica a polarità invertita il circuito di controllo 24 comanda il circuito di modulazione 14 a collegare il primo terminale di alimentazione 2’ della cella 2 al terminale di uscita negativo 51’’ del convertitore AC/DC 15, ed il secondo terminale di alimentazione 2’’ della cella 2 al terminale di uscita positivo 51’ del convertitore AC/DC 15, comandando la prima coppia di interruttori 22’, 22’’ in posizione aperta e la seconda coppia di interruttori 23’, 23’’ in posizione chiusa.

Ancora più in dettaglio, analogamente a quanto descritto sopra per la fase di carica a polarità diretta, il modulo di controllo PWM del circuito di controllo 24 comanda il secondo interruttore di controllo 23’ a commutare ciclicamente mantenendolo aperto per un primo intervallo di tempo Tondel periodo di commutazione e mantenendolo chiuso per un secondo intervallo di tempo Toffdel periodo di commutazione. In questo modo, ai terminali di alimentazione 2’, 2’’ della cella 2 à ̈ applicata la seconda tensione impulsiva avente forma ad onda quadra con tensione di picco uguale all’opposto della tensione di alimentazione VA. La lunghezza del primo intervallo di tempo Ton(in cui il secondo interruttore di controllo 23’ à ̈ chiuso) determina il secondo duty cycle della seconda tensione impulsiva, e pertanto il valore medio di quest’ultima.

Preferibilmente, durante la fase di carica a polarità invertita della cella 2 l’altro interruttore 23’’ della seconda coppia di interruttori del ponte ad H à ̈ comandato dal circuito di controllo 24 a restare costantemente in posizione chiusa.

Il valore medio della seconda tensione impulsiva applicata tra gli elettrodi di ciascun condensatore 4 della cella 2 genera un secondo campo elettrico (con verso opposto al primo campo elettrico generato durante la fase di carica a polarità diretta) atto a spingere le particelle ionizzate accumulatesi sugli elettrodi ad allontanarsi da questi ultimi affinché tali particelle ionizzate possano essere portante via dal liquido di lavaggio.

In questo modo, durante le fasi di carica a polarità diretta e di carica a polarità invertita delle celle 2, il modulo di controllo PWM determina il duty cycle delle tensioni impulsive applicate agli elettrodi di ciascun condensatore 4, per ottenere un valore medio uguale alla tensione di esercizio equivalente in continua che si desidera applicare ai condensatori 4 della cella 2. Tale valore medio, vantaggiosamente, à ̈ compreso sostanzialmente tra circa 0,3 V e 2 V, e preferibilmente tra circa 1,2 V e 1,7 V, ed à ̈ uguale in particolare a circa 1,5 V.

Vantaggiosamente, la tensione impulsiva applicata tra gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4 ha una frequenza superiore a circa 30 Hz, ed in particolare inferiore a 100 kHz. Preferibilmente, in accordo con una forma realizzativa particolare, la frequenza della tensione impulsiva à ̈ superiore a circa 100 Hz ed in particolare à ̈ uguale a circa 150 Hz.

Vantaggiosamente, come detto in precedenza, la frequenza della tensione impulsiva determina una velocità della variazione di tensione tra gli elettrodi contraffacciati del condensatore 4 che à ̈ maggiore della velocità di migrazione delle particelle ionizzate nel liquido che passa tra gli elettrodi medesimi. Pertanto, le particelle ionizzate non risentono del campo elettrico variabile generato dalla tensione impulsiva applicata tra gli elettrodi, ma sono sottoposte all’azione di un campo elettrico equivalente costante che sarebbe generato da una tensione di esercizio continua uguale al valore medio di tale tensione impulsiva. Pertanto, l’applicazione tra gli elettrodi del condensatore 4 delle suddette tensioni impulsive determina un’importante riduzione della capacità del liquido che passa attraverso gli elettrodi medesimi, per l’effetto della dispersione elettrica nelle soluzioni acquose, nota al tecnico del settore, per la quale la permettività dielettrica del liquido, che passa tra gli elettrodi, diminuisce all’aumentare della frequenza del campo elettrico applicato ad esso.

In accordo con una forma realizzativa particolare, applicando una tensione impulsiva con frequenza di circa 100 Hz si ottiene una capacità specifica di ciascun condensatore 4 inferiore a 2-4 F per grammo di carbone attivo degli elettrodi ed in particolare preferibilmente dell’ordine compreso tra 0,01-1 F per grammo di carbone attivo.

In questo modo, i mezzi di alimentazione elettrica 13 devono fornire una quantità di energia elettrica per ciclo di impulso molto piccola per caricare ciascun condensatore 4, con un conseguente ridotto consumo di potenza che comporta una elevata efficienza energetica dell’apparecchiatura 1.

Inoltre, ciò comporta una bassa dissipazione di potenza sui componenti elettrici ed elettronici del circuito di modulazione 14, ed in particolare sui MOSFET degli interruttori 22’, 22’’, 23’, 23’’, determinando una generazione di calore sostanzialmente trascurabile che pertanto non richiede l’adozione di particolari dispositivi per la dissipazione del calore con una conseguente semplificazione costruttiva dell’apparecchiatura 1 e quindi con un basso costo di produzione della stessa.

Inoltre, la configurazione del circuito di modulazione 14 secondo la presente invenzione, che prevede di comandare gli interruttori 22’, 22’’, 23’, 23’’ del ponte ad H mediante il modulo di controllo PWM a modulazione di larghezza di impulso, consente di regolare il valore della tensione di esercizio applicata ai condensatori 4 senza l’impiego di un’ulteriore convertitore DC/DC per ridurre la tensione di alimentazione continua fornita dal convertitore AC/DC 15 dei mezzi di alimentazione elettrica 13, con conseguente semplificazione costruttiva dell’apparecchiatura 1. In particolare, tale configurazione consente di regolare la tensione di esercizio del condensatore 4 a partire da qualsiasi valore operativo (compreso ad esempio tra 3 V e 12 V) della tensione di alimentazione VAapplicata al ponte ad H, e pertanto consente di realizzare i mezzi di alimentazione elettrica 13 utilizzando prodotti standardizzati diffusi sul mercato, che presentano comunemente un basso costo di acquisto ed un’elevata efficienza energetica, e quindi senza la necessità di predisporre dispositivi di alimentazione specificatamente progettati per fornire specifiche tensioni di alimentazione.

Vantaggiosamente, in accordo con le forme realizzative illustrate nelle figure 4 e 5, la cella 2 dell’apparecchiatura 1 comprende un primo interruttore bidirezionale 25 associato a ciascun condensatore 4 della cella 2 ed avente un primo terminale 25’ elettricamente collegato ad un primo capo del corrispondente condensatore 4 ed un secondo terminale 25’’ elettricamente collegato ad un secondo capo del condensatore 4 medesimo.

Il primo interruttore bidirezionale 25 à ̈ azionabile dal circuito di controllo 24 a chiudersi in corrispondenza di un valore medio della tensione impulsiva (applicata al corrispondente condensatore 4) maggiore in modulo di un predeterminato valore di soglia. La chiusura del primo interruttore bidirezionale 25 consente, come spiegato in dettaglio nel seguito, di riportare la tensione di esercizio applicata agli elettrodi del condensatore 4 al suddetto valore di soglia. Quest’ultimo à ̈ predisposto preferibilmente uguale ad un valore nominale della tensione di esercizio da applicare a ciascun condensatore 4 per ottimizzare l’efficienza della cella 2 in termini purificazione del liquido. Tale valore nominale, ad esempio, à ̈ determinato in funzione delle caratteristiche costruttive degli elettrodi del condensatore 4 medesimo ovvero delle caratteristiche fisiche e chimiche del liquido da trattare.

Preferibilmente, il circuito di controllo 24 dell’apparecchiatura 1 à ̈ collegato ai capi di ciascun condensatore 4, mediante ad esempio un circuito RC (non illustrato) per rilevare il valore medio della tensione impulsiva applicata tra gli elettrodi del condensatore 4 medesimo e comandare conseguentemente l’apertura e la chiusura del primo interruttore bidirezionale 25. Vantaggiosamente, in accordo con una prima forma realizzativa illustrata in figura 4, il primo interruttore bidirezionale 25 à ̈ collegato in parallelo al corrispondente condensatore 4.

Funzionalmente, quando il valore medio della tensione impulsiva tra gli elettrodi del condensatore 4 supera il suddetto valore di soglia, il circuito di controllo 24 comanda il corrispondente primo interruttore bidirezionale 25 a commutare ciclicamente in posizione chiusa per determinati intervalli di tempo (con una frequenza ad esempio dell’ordine delle decine di Hz e preferibilmente dai 30 ai 300 Hz) attraverso l’invio al primo interruttore 25 medesimo di una sequenza impulsi di comando, fino a quando il valore medio della tensione di esercizio ai capi del condensatore 4 scende al suddetto valore di soglia predeterminato. In questo modo, il primo interruttore bidirezionale 25 in posizione chiusa funge da bypass per la corrente fornita dal circuito di modulazione 14. Più in dettaglio, poiché l’impedenza equivalente del primo interruttore bidirezionale 25 chiuso à ̈ molto inferiore all’impedenza del condensatore 4, la corrente passa attraverso il primo interruttore 25 medesimo senza alimentare sostanzialmente il condensatore 4 negli intervalli di tempo in cui il primo interruttore à ̈ chiuso dai corrispondenti impulsi di comando inviati dal circuito di controllo 24. In accordo con la prima forma realizzativa illustrata in figura 4, la chiusura del primo interruttore bidirezionale 25 determina la cortocircuitazione del corrispondente condensatore 4, il quale conseguentemente si scarica parzialmente riducendo la tensione di esercizio applicata tra i suoi elettrodi. Quando il valore medio della tensione di esercizio rilevata dal circuito di controllo 24 scende sotto al valore di soglia, il circuito di controllo 24 interrompe l’invio degli impulsi di comando al primo interruttore bidirezionale 25 per mantenere quest’ultimo costantemente nella posizione aperta, riportando il corrispondente condensatore 4 alle normali condizioni di alimentazione.

In particolare, il circuito di controllo 24 à ̈ atto a comandare l’apertura e la chiusura dei primi interruttori bidirezionali 25 della cella 2 in modo tale che questi ultimi non risultino mai tutti contemporaneamente chiusi per evitare di cortocircuitare i terminali di uscita 51’, 51’’ dei mezzi di alimentazione elettrica 13.

Vantaggiosamente, in accordo con la seconda forma realizzativa illustrata in figura 5, la cella 2 dell’apparecchiatura 1 comprende un secondo interruttore bidirezionale 26 collegato in serie al corrispondente condensatore 4 ed azionabile dal circuito di controllo 24 ad aprirsi in corrispondenza del valore medio della tensione impulsiva (applicata al corrispondente condensatore 4) maggiore in modulo del suddetto predeterminato valore di soglia.

Preferibilmente, il secondo interruttore bidirezionale 26 à ̈ posto tra il secondo capo del corrispondente condensatore 4 ed il secondo terminale 25’’ del primo interruttore bidirezionale 25.

Funzionalmente, in accordo con tale seconda forma realizzativa, l’apertura del secondo interruttore bidirezionale 26 impedisce il cortocircuito del condensatore 4 evitando pertanto il passaggio della corrente di cortocircuito. In questa condizione, la tensione tra gli elettrodi del condensatore 4, si riduce per effetto dell’accumulo sugli elettrodi medesimi delle particelle ionizzate con carica opposta alla loro contenute nel liquido che passa attraverso il condensatore 4.

In questo modo, à ̈ possibile portare il valore medio della tensione di esercizio al di sotto del valore di soglia senza alcuna dissipazione di corrente e pertanto con un conseguente risparmio energetico. La seconda forma realizzativa dell’invenzione sopra descritta risulta particolarmente vantaggiosa con condensatori 4 molto grandi (dotati di molti elettrodi sovrapposti), i quali, durante la fase di carica (a polarità diretta o inversa), accumulano al loro interno un’elevata quantità di carica che determinerebbe un’elevata dissipazione di energia se il condensatore 4 fosse cortocircuitato.

Funzionalmente, in particolare, il circuito di controllo 24 à ̈ atto a comandare la chiusura e l’apertura dei due interruttori bidirezionali 25, 26 associati a ciascun condensatore 4, in modo tale che i due interruttori bidirezionali 25, 26 non risultino mai entrambi contemporaneamente aperti per evitare l’interruzione del passaggio di corrente elettrica attraverso la serie dei condensatori 4.

Gli interruttori bidirezionali 25, 26, nella loro posiziona aperta, consento in interrompere il passaggio della corrente elettrica in entrambi i versi di quest’ultima, quindi indipendentemente dalla polarità della tensione applicata tra gli elettrodi del corrispondente condensatore 4. Pertanto, l’impiego di tali interruttori bidirezionali 25, 26 consente vantaggiosamente di regolare il valore medio della tensione di esercizio sia durante la fase di carica a polarità diretta che durante la fase di carica a polarità invertita della cella 2.

Preferibilmente, in accordo con le forme realizzative illustrate nelle figure 4 e 5, ciascun interruttore bidirezionale 25, 26 à ̈ ottenuto con due MOSFET collegati in serie, con i terminali di gate dei due MOSEFT che sono collegati tra loro e sono controllati dal circuito di controllo 24 dell’apparecchiatore 1 per comandare la commutazione del corrispondente interruttore bidirezionale 25, 26.

In accordo con una terza forma realizzativa particolare della presente invenzione illustrata in figura 6, l’apparecchiatura 1 comprende un numero pari di celle 2 (ad esempio due) ciascuna delle quali à ̈ alimentata da un corrispondente circuito di modulazione 14 collegato ai mezzi di alimentazione elettrica 13. In particolare, il circuito di controllo 24 dell’apparecchiatura 1 à ̈ atto a comandare, mediante il modulo di controllo PWM, ciascun circuito di modulazione 14 per applicare ai condensatori 4 della corrispondente cella 2 le tensioni impulsive con valore medio pari alle desiderate tensioni di esercizio da applicare tra gli elettrodi contraffacciati di ciascun condensatore 4, in accordo con le caratteristiche della presente invenzione come descritte in precedenza.

Inoltre, il circuito di controllo 24 à ̈ atto a comandare gli interruttori 22’, 22’’, 23’, 23’’ di ciascun circuito di modulazione 14 per controllare il funzionamento delle corrispondenti celle 2 secondo cicli operativi tra loro sfalsati, in modo tale che quando una cella 2 à ̈ in fase di servizio caricata con polarità diretta, l’altra cella 2 à ̈ in fase di rigenerazione con gli elettrodi disattivati ovvero in corto, ovvero caricati con polarità invertita.

Più in dettaglio, il circuito di controllo 24 comanda il funzionamento dei circuiti di modulazione 14 delle celle 2 in modo tale che quando una cella 2 à ̈ all’inizio della sua fase di carica, l’altra cella 2, terminata la sua fase di servizio, inizia la sua fase di rigenerazione collegandosi in serie con polarità invertita alla cella 2 che à ̈ in fase di servizio per scaricare, almeno parzialmente, i propri elettrodi su quest’ultima cella 2. Vantaggiosamente, il collegamento in serie delle due celle 2 à ̈ ottenuto comandando un interruttore di collegamento 29 posto tra i due ponti ad H dei due circuiti di modulazione 14 delle celle 2.

In questo modo l’apparecchiatura 1 in accordo con quest’ultima forma realizzativa consente di trasferire l’energia di carica accumulatasi sugli elettrodi dei condensatori 4 di una cella 2 durante la fase di servizio (e dovuta alle particelle cariche trattenute sugli elettrodi medesimi) sui condensatori 4 scarichi dell’altra cella 2 che necessitano di essere caricati, con un conseguente recupero dell’energia accumulatasi nelle celle 2 durante la loro fase di servizio. L’apparecchiatura così concepita raggiunge pertanto gli scopi prefissi.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido, la quale apparecchiatura comprende: - almeno una cella (2) la quale à ̈ provvista di almeno un condensatore (4) a flusso passante dotato di due o più elettrodi contraffacciati tra loro, tra cui à ̈ suscettibile di fluire un liquido da trattare contenente particelle ionizzate; - mezzi di alimentazione elettrica (13) atti a fornire una tensione di alimentazione (VA) continua; - un circuito di modulazione (14) elettricamente collegato in ingresso a detti mezzi di alimentazione elettrica (13) per ricevere detta tensione di alimentazione (VA), elettricamente collegato in uscita a detto condensatore (4) e dotato di almeno un interruttore (22’, 22’’, 23’, 23’’) azionabile per applicare tra gli elettrodi contraffacciati di detto condensatore (4) almeno una tensione di esercizio; detta apparecchiatura essendo caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, un circuito di controllo (24) collegato a detto almeno un interruttore (22’, 22’’, 23’, 23’’) e dotato di un modulo di controllo a modulazione di larghezza di impulso (PWM), il quale comanda la commutazione di detto almeno un interruttore (22’, 22’’, 23’, 23’’) alimentando detti elettrodi contraffacciati mediante almeno una tensione impulsiva avente valore medio proporzionale a detta tensione di esercizio.
2. 2. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta tensione impulsiva à ̈ associata ad un campo elettrico variabile all’interno di detto condensatore (4) avente velocità di variazione maggiore della mobilità di dette particelle ionizzate in detto liquido.
3. 3. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto circuito di modulazione (14) comprendente un ponte ad H elettricamente collegato in ingresso a detti mezzi di alimentazione elettrica (13) ed elettricamente collegato in uscita a detto condensatore (4), e detto almeno un interruttore comprende almeno due coppie di interruttori (22’, 22’’; 23’, 23’’) azionabili da detto circuito controllo (24) per applicare alternativamente tra gli elettrodi contraffacciati di detto condensatore (4) tensioni di esercizio di polarità opposte.
4. 4. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto ponte ad H comprende una prima coppia di interruttori (22’, 22’’) azionabili per applicare tra gli elettrodi contraffacciati di detto condensatore (4) una prima tensione impulsiva suscettibile di attirare le particelle ionizzate di detto liquido su detti elettrodi, ed un seconda coppia di interruttori (23’, 23’’) azionabili per applicare tra detti elettrodi contraffacciati una seconda tensione impulsiva avente valore medio di polarità opposta al valore medio di detta prima tensione impulsiva e suscettibile di allontanare le particelle ionizzate da detti elettrodi; detto modulo di controllo a modulazione di larghezza di impulso (PWM) essendo collegato ad almeno un primo interruttore di controllo (22’) di detta prima coppia di interruttori e ad almeno un secondo interruttore di controllo (23’) di detta seconda coppia di interruttori, ed à ̈ atto a comandare la commutazione di detto primo e di detto secondo interruttore di controllo (22’, 23’’) per modulare rispettivamente detta prima e detta seconda tensione impulsiva rispettivamente con un primo e con un secondo duty cycle proporzionale al rapporto tra il valore medio della corrispondente detta tensione impulsiva da applicare a detto condensatore (4) e detta tensione di alimentazione (VA) continua.
5. 5. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta tensione impulsiva ha una frequenza superiore a circa 30 Hz, e preferibilmente superiore a circa 100 Hz.
6. 6. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta tensione impulsiva ha forma di onda quadra.
7. 7. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto almeno un interruttore (22’, 22’’; 23’, 23’’) di detto circuito di modulazione (14) comprende almeno un dispositivo elettronico a semiconduttore, preferibilmente un MOSFET.
8. 8. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta cella (2) comprende almeno due di detti condensatori (4) elettricamente collegati tra loro in serie, e comprende inoltre almeno un primo interruttore bidirezionale (25) associato a ciascun detto condensatore (4) ed avente un primo terminale (25’) elettricamente collegato ad un primo capo di detto condensatore (4) ed un secondo terminale (25’’) elettricamente collegato ad un secondo capo di detto condensatore (4); detto primo interruttore bidirezionale (25) essendo azionabile da detto circuito di controllo (24) a chiudersi in corrispondenza di un valore medio di detta tensione impulsiva maggiore in modulo di un predeterminato valore di soglia.
9. 9. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto primo interruttore bidirezionale (25) Ã ̈ collegato in parallelo al corrispondente detto condensatore (4).
10. 10. Apparecchiatura a condensatori a flusso passante per la purificazione di un liquido secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detta cella (2) comprende almeno un secondo interruttore bidirezionale (26) collegato in serie al corrispondente detto condensatore (4), ed azionabile da detto circuito di controllo (24) ad aprirsi in corrispondenza di detto valore medio di detta tensione impulsiva maggiore in modulo di detto predeterminato valore di soglia.