ITVI20110279A1 - Impianto di riscaldamento dell'acqua - Google Patents

Description

Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale a titolo:

“IMPIANTO DI RISCALDAMENTO DELL’ACQUA’’

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione è generalmente applicabile al settore tecnico della generazione di energia elettrica e, in particolare, si riferisce alla cogenerazione di energia e al risparmio energetico in ambito civile ed industriale.

Più in dettaglio, la presente invenzione si riferisce alla cogenerazione di energia elettrica per uso sanitario e/o termico.

Stato della Tecnica

Il continuo aumento del fabbisogno energetico sia per uso civile che industriale ha indotto larghi settori della ricerca ad individuare nuove fonti energetiche e a realizzare apparati in grado di generare energia elettrica da tali nuove fonti.

Nel contempo, altri settori della ricerca si sono impegnati nello studiare i comportamenti umani sia in campo civile che industriale per individuare modalità e apparati che consentissero l'ottimizzazione dei consumi energetici in qualsiasi operazione svolta daN’uomo.

Durante tali studi si è ravvisato che, ad esempio, sia in campo civile che in campo industriale vengono utilizzate grandi quantità di energia, sia elettrica che da combustione, per riscaldare acqua. Come noto, infatti, l’utilizzo di acqua calda è elevato: basti pensare sia aN’uso sanitario che aN’uso per il riscaldamento di ambienti.

Nel caso di utilizzo sanitario, una parte della ricerca si è concentrata sul fatto che, quando un utente desidera acqua calda, apre il rubinetto e la lascia scorrere per alcuni minuti finché essa non raggiunge una temperatura accettabile. Per evitare tale spreco sono stati sviluppati complessi apparati di ricircolo dell’acqua dal rubinetto alla caldaia finché l’acqua non raggiunge la temperatura desiderata.

È immediato osservare che tali apparati consentono di preservare l’inutile consumo di acqua, ma nessun sostanziale effetto hanno sul consumo di energia per riscaldarla.

Una fonte di energia a disposizione di tutti è rappresentata dal sole. In quest’ottica sono stati realizzati, creati ed evoluti pannelli solari non solo per la generazione di energia elettrica, ma anche per il riscaldamento dell’acqua sia per uso sanitario che per il riscaldamento.

In questa seconda variante, l’acqua viene portata fino al tetto dell’edificio dove viene riscaldata ed immagazzinata in appositi serbatoi generalmente disposti nel sottotetto.

I pannelli utilizzati, quindi, consentono innanzitutto di preservare l’energia elettrica o il combustibile necessari per alimentare gli usuali dispositivi di riscaldamento dell’acqua. Inoltre, essi consentono di ottenere tale riscaldamento con metodologie non inquinanti e sfruttando fonti rinnovabili.

Tuttavia, sia la realizzazione che l’installazione di impianti basati sull’energia solare risultano costosi e quindi non facilmente praticabili. Basti pensare alle opere murarie necessarie non solo per installare i pannelli sul tetto, ma anche per riorganizzare il percorso delle condutture dell’acqua che dalla base dell’edificio deve essere portata fino al tetto e di lì nuovamente all’interno dell’edificio fino a tutti i punti di erogazione.

Un tale impianto, quindi, se non predisposto in fase di realizzazione dell’edificio risulta particolarmente intrusivo e quindi molto costoso da realizzare.

Presentazione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è superare almeno parzialmente gli inconvenienti sopra evidenziati mettendo a disposizione un impianto di riscaldamento dell’acqua che consenta di ottenere acqua calda limitando quanto più possibile il consumo di combustibili o di energia elettrica derivante dalla rete di distribuzione nazionale (nonché da pannelli fotovoltaici).

Un altro scopo della presente invenzione è realizzare un impianto di riscaldamento dell’acqua che sia il meno intrusivo possibile nella struttura dell’edificio dove deve essere installato.

In altri termini, uno scopo dell’invenzione è realizzare un impianto di riscaldamento dell’acqua che sia a basso costo sia in termini di realizzazione sia in termini di installazione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è che l'impianto di riscaldamento risulti facilmente installabile anche in edifici già realizzati ed in uso.

Tali scopi, nonché altri che appariranno più chiaramente nel seguito, sono raggiunti da un impianto di riscaldamento dell’acqua in accordo con le rivendicazioni che seguono le quali sono parte integrante della presente descrizione.

In particolare, il suddetto impianto potrà comprendere, come noto, almeno una caldaia ed almeno una conduttura di adduzione dell’acqua da scaldare in tale caldaia.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l'impianto potrà comprendere anche almeno un gruppo supplementare di riscaldamento dell’acqua disposto operativamente a monte della caldaia per elevare la temperatura dell’acqua che adduce ad essa in modo da limitare l’energia che essa consuma per riscaldare l’acqua e portarla a temperature predeterminate.

In particolare, tale gruppo supplementare potrà comprendere almeno un serbatoio di acqua operativamente collegato alla conduttura di adduzione per ricevere acqua da riscaldare, nonché operativamente collegato alla caldaia per fornirle acqua a temperatura maggiorata rispetto a quella che giunge dalla conduttura di adduzione.

Opportunamente, il gruppo supplementare potrà comprendere almeno un attuatore girevole immerso almeno parzialmente in un tratto della conduttura di adduzione per essere posto in rotazione dal flusso dell’acqua. Tale attuatore girevole potrà essere collegato ad almeno una dinamo per azionarla in modo da trasdurre il flusso dell’acqua in energia elettrica.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il gruppo supplementare di riscaldamento dell’acqua potrà comprendere anche almeno un gruppo elettrico di riscaldamento dell’acqua operativamente collegato alla dinamo, per essere elettricamente alimentato, ed associato al serbatoio per riscaldare l’acqua in esso contenuta.

Si osserva, come detto, che un tale gruppo supplementare potrà elevare la temperatura dell’acqua che entra nella caldaia riducendo il lavoro che quest’ultima deve fare per riscaldare l’acqua alle temperature impostate. Tale fenomeno, se massimizzato, potrebbe addirittura, in taluni istanti, portare ad annullare totalmente il lavoro della caldaia ottenendo il massimo di risparmio energetico per quest’ultima.

Inoltre, l’elevazione di temperatura dell’acqua nel gruppo supplementare avviene utilizzando energia elettrica cogenerata a costo zero poiché deriva dal flusso dell’acqua in uso dagli utenti. È evidente quindi l’entità del risparmio energetico nonché l’impatto nullo a livello ambientale di tale operazione essendo assolutamente non inquinante.

È evidente, come si approfondirà in seguito, anche la semplicità dell’impianto che risulta quindi poco invasivo sulla struttura dell’edificio. Esso potrà quindi essere installato anche in edifici vecchi senza necessità di realizzare opere di restauro particolarmente importanti e costose.

Un aspetto comunque importante di un tale impianto è costituito dal punto di installazione dell’attuatore girevole. Per massimizzare il suo funzionamento esso dovrebbe essere messo più a monte possibile nel sistema di adduzione dell’acqua all’edificio. In questo modo ogni volta che un utente all’interno dell’edificio utilizza acqua, pone in funzione l’attuatore.

È evidente, quindi, che l'impianto di riscaldamento dell’invenzione troverà massimo impiego in edifici ad uso industriale o civile dove vi è largo consumo di acqua non necessariamente calda. Alcuni esempi sono industrie metallurgiche, concie, ospedali, grattacieli, spazi commerciali ad uso uffici, alberghi, piscine, condomini e similari.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un impianto di riscaldamento dell’acqua secondo l’invenzione, illustrate a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio dell’unita tavola di disegno in cui la FIG. 1 rappresenta un impianto di riscaldamento dell’acqua secondo l'invenzione in vista schematizzata.

Descrizione dettagliata di alcuni esempi di realizzazione preferiti Con riferimento alle figure citate, ed in particolare alla fig. 1 , si descrive un impianto di riscaldamento dell’acqua 1.

Come noto, esso comprende tipicamente una caldaia 2 alla quale è collegata una conduttura di adduzione 3 dell’acqua da scaldare. Resta inteso che il numero di condutture di adduzione ed il numero di caldaie non è assolutamente limitativo per l’invenzione.

Lo stesso impianto 1 comprende anche un gruppo supplementare di riscaldamento 4 dell’acqua che è disposto operativamente a monte della caldaia 2 e la cui funzionalità è di elevare quanto più possibile la temperatura dell’acqua che adduce alla caldaia 2 stessa. In questo modo quest’ultima dovrà consumare meno energia, e quindi meno combustibile o meno elettricità, per portare l’acqua alle temperature desiderate. Ovviamente, qualora il gruppo supplementare 4 riuscisse da solo a portare l’acqua alla temperatura desiderata, la caldaia non dovrà svolgere alcun lavoro riducendo così il suo consumo energetico sostanzialmente a zero, massimizzando di conseguenza i vantaggi di quanto proposto nel presente brevetto. Tale situazione è ovviamente legata al tipo di applicazione. Se l’acqua da scaldare è per uso sanitario, infatti, le temperature da raggiungere sono tali da consentire tale situazione. Nel caso di uso termico, invece, molto dipende dal tipo di impianto e, quindi, dalla temperatura che l’acqua deve raggiungere. In ogni caso l’elevamento della temperatura dell’acqua che entra nella caldaia 2 è superiore a quanto avviene normalmente e ciò consente un risparmio energetico a costo sostanzialmente nullo.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il gruppo supplementare è provvisto di un serbatoio di acqua 5 operativamente collegato alla conduttura di adduzione 3 per ricevere acqua da riscaldare. Lo stesso serbatoio 5 è operativamente collegato anche alla caldaia 2 per fornirle acqua riscaldata.

Poiché tale serbatoio 5 potrebbe essere nelle condizioni di dover conservare al proprio interno l’acqua riscaldata anche per lunghi periodi di tempo prima di passarla alla caldaia 2, esso è realizzato preferibilmente, ma non necessariamente, in materiali termicamente isolanti e/o termo riflettenti al fine di non disperdere il calore verso l’esterno. Ad esempio, almeno una delle pareti (tipicamente, ma non necessariamente, quella interna) può essere realizzata in ceramica termoisolante.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, il riscaldamento dell’acqua effettuato dal gruppo supplementare viene demandato ad un gruppo elettrico di riscaldamento 10. Tipicamente tale gruppo elettrico 10 è costituito da una resistenza elettrica 11 disposta in immersione nell’acqua all’interno del serbatoio 5. Secondo alcune varianti esecutive lo stesso gruppo elettrico può comprendere una resistenza elettrica realizzata sulle pareti del serbatoio. Secondo altre varianti esecutive le resistenze possono essere più d’una e, inoltre, esse possono essere una combinazione tra la tipologia in immersione nell’acqua e quella realizzata sulle pareti.

Secondo un ulteriore variante esecutiva il serbatoio è costituito da una serpentina la cui lunghezza è sufficiente ad immagazzinare una notevole quantità di acqua. La stessa serpentina, inoltre, è del tipo riscaldato elettricamente per restituire in uscita acqua calda. Altre varianti possibili presentano una situazione mista, con un primo serbatoio esterno per uso sanitario e un secondo interno al primo per uso termico. In tal caso, ad esempio, il serbatoio interno potrebbe essere vantaggiosamente costituito da una serpentina.

Un aspetto importante dell’invenzione è costituito dalla provenienza dell’energia elettrica con la quale alimentare il gruppo elettrico di riscaldamento 10. A tale scopo il gruppo supplementare 4 comprende una dinamo 12 operativamente collegata ad un attuatore girevole 13 che la movimenta per generare energia elettrica.

Il suddetto attuatore 13 è immerso all’interno di un tratto 14 della conduttura di adduzione dell’acqua in modo che il flusso lo ponga in rotazione. In questo senso, l’attuatore 13 è opportunamente sagomato per poter essere azionato dal flusso dell’acqua. Secondo un esempio di esecuzione, l’attuatore 13 è costituito da una ventola 15. Il flusso d’acqua si scontrerà con le pale della ventola 15 ponendola in rotazione ed azionando, quindi, la dinamo 12 che genererà energia elettrica. Di fatto la ventola 15 agisce esattamente come un mulino ad acqua.

Secondo una variante esecutiva non rappresentata, l’attuatore girevole è costituito, invece, da un corpo sagomato spiraliforme disposto con l’asse di sviluppo longitudinale allineato alle linee di flusso dell’acqua. Quest’ultima quindi agirà sul corpo spiraliforme facendolo ruotare attorno il suddetto asse di sviluppo.

Vantaggiosamente, quindi, il gruppo supplementare 4 si autoalimenta sfruttando il flusso dell’acqua nelle condutture. La corrente elettrica generata viene successivamente trasdotta in calore dalla resistenza 11 e con tale calore viene scaldata l’acqua contenuta nel serbatoio 5. È evidente, quindi, come l’esecuzione sia particolarmente semplice e quindi poco costosa. Ad eccezione dell’eventuale ingombro del serbatoio 5, il gruppo supplementare risulta anche di semplice installazione e poco intrusivo rispetto al sistema idraulico di qualsiasi edificio. I costi di installazione risultano quindi estremamente contenuti.

L’auto-alimentazione mediante cogenerazione di energia elettrica del gruppo supplementare di riscaldamento 4 consente anche di abbattere l’impatto ambientale dell’impianto 1 dell’invenzione.

È anche evidente che la disposizione dell’attuatore 13 nell’impianto idraulico dell’edificio è strategica. L’attuatore 13, infatti, viene attivato ogni qual volta vi è un flusso di acqua nelle condutture di adduzione 3. In altri termini, se esso viene disposto in un tratto 14 delle condutture di adduzione 3 in ingresso all’intero impianto idraulico dell’edificio, qualsiasi utilizzo di acqua (fredda o calda che sia) provoca l’attivazione del gruppo supplementare 4 dell’impianto 1 dell’invenzione. Di conseguenza, l’acqua nel serbatoio 5 potrebbe presentare temperature talmente elevate da non richiedere alcun lavoro alla caldaia 2. In questo caso, ulteriori utilizzi di acqua potrebbero addirittura provocare una generazione eccessiva di energia.

Per tale motivo, secondo un altro aspetto dell’invenzione l'impianto 1 comprende anche un accumulatore di energia elettrica 20 operativamente collegato alla dinamo 12 per accumulare l’energia elettrica generata in eccesso al fine di non perderla, ma di poterla sfruttare per altri scopi.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, l'impianto 1 comprende anche, benché non rappresentata nelle figure, un’unità logica di controllo che regola la quantità di energia elettrica diretta all’accumulatore 20 e quella utilizzata per riscaldare l’acqua contenuta nel serbatoio 5. In particolare, l’unità logica di controllo può gestire la deviazione della corrente all’accumulatore 20 quando la temperatura dell’acqua nel serbatoio 20 ha raggiunto un valore predeterminato, ma può anche parzializzare il quantitativo di corrente utilizzato per tale riscaldamento quanto la temperatura dell’acqua nel serbatoio ha superato un primo livello predeterminato o in predeterminate fasce orarie. Ad esempio, poiché l’acqua calda per uso sanitario viene utilizzata poco nelle ore notturne, l’energia utilizzata per riscaldare l’acqua nel serbatoio 5 nelle stesse ore potrebbe essere sprecata. In questo senso, quindi, potrebbe essere conveniente, nelle suddette ore notturne, utilizzare almeno una parte della corrente cogenerata per ricaricare l’accumulatore 20.

Un altro modo per razionalizzare l’utilizzo di energia elettrica è quella di utilizzare, per riscaldare l’acqua nel serbatoio 5, una resistenza 11 variabile o una pluralità di resistenze 11 l’alimentazione di ciascuno essendo controllabile dalla suddetta unità logica di controllo. In questo modo la potenza spesa per riscaldare l’acqua è controllabile in modo fine.

Ovviamente il riferimento all’uso di un singolo attuatore ed una singola dinamo non deve essere inteso in senso restrittivo. La pressione con cui l’acqua circola nelle condutture è tale da poter movimentare più attuatori disposti in più punti delle condutture, consentendo la generazione di alti valori di corrente elettrica.

Gli stessi attuatori possono essere inseriti anche in altri circuiti idraulici. Un esempio è il circuito dell’acqua del riscaldamento. Esso è, in alcuni periodi dell’anno, in funzione per ore e quindi garantisce l’azionamento continuo degli attuatori per lo stesso periodo di tempo. Di conseguenza l’energia elettrica generata è tale da consentire un ottimo riscaldamento dell’acqua per uso sanitario e/o termico.

Come detto in precedenza si evince che un aspetto importante di un impianto 1 come quello dell’invenzione è costituito dal punto di installazione degli attuatori girevoli 13. Per massimizzare il loro funzionamento essi dovrebbero essere posizionati più a monte possibile nel sistema di adduzione dell’acqua all’edificio. In questo modo ogni volta che un utente all’interno dell’edificio utilizza acqua, li pone in funzione.

È evidente, quindi, che l'impianto di riscaldamento dell’invenzione troverà massimo impiego in edifici ad uso industriale o civile dove vi è largo consumo di acqua non necessariamente calda. Alcuni esempi sono industrie metallurgiche, concie, ospedali, grattacieli, spazi commerciali ad uso uffici, alberghi, piscine, condomini o similari.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il serbatoio 5 è provvisto di un’apertura, non rappresentata nelle figure, per l’inserimento al suo interno di sali anticalcare. Ciò è dovuto al fatto che una corretta pulizia anticalcare del serbatoio 5 e del gruppo elettrico di riscaldamento 10 consente di ottimizzare la resa del gruppo supplementare 4. Ovviamente la scelta dei sali è oculata e limitata all’uso di sali biocompatibili.

Un aspetto importante per il gruppo supplementare 4 è costituito dalla forza del flusso di acqua nelle condutture di adduzione 3. Tanto più forte è tale flusso, maggiore sarà la quantità di energia elettrica cogenerata.

In questo senso, secondo un altro aspetto dell’invenzione l'impianto 1 comprende un tratto aggiuntivo 25 di conduttura di adduzione 3 situato operativamente a monte dell’attuatore girevole 13 e con sagomatura spiraliforme. Tale sagomatura, infatti, consente di aumentare la velocità del flusso dell’acqua.

Alla luce di quanto precede, si comprende che l'impianto di riscaldamento di acqua dell’invenzione raggiunge tutti gli scopi prefissati superando gli inconvenienti citati dell’arte nota.

In particolare, esso consente di ottenere acqua calda limitando quanto più possibile il consumo di energia elettrica o di combustibili a disposizione dell’utente.

La sua semplicità esecutiva lo rendono inoltre poco costoso e poco intrusivo per gli impianti idraulici di edifici già esistenti. Anche i costi di installazione, quindi, sono contenuti.

L’impianto di riscaldamento dell’acqua dell’invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire daN'ambito del trovato.

In particolare si osserva che sia il numero di gruppi supplementari, che di serbatoi per gruppo, nonché il numero di dinamo, attuatori, gruppi elettrici di riscaldamento dell’acqua, ossia il numero qualsiasi componente dell’impianto dell’invenzione, può essere qualsivoglia senza alcuna limitazione.

Anche se l'impianto dell’invenzione è stato descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza del trovato e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato.

Claims (9)

1. Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale a titolo: “IMPIANTO DI RISCALDAMENTO DELL’ACQUA’’ RIVENDICAZIONI 1. Impianto di riscaldamento dell’acqua comprendente: almeno una caldaia (2); almeno una conduttura di adduzione (3) dell’acqua da scaldare in detta caldaia (2), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un gruppo supplementare di riscaldamento (4) dell’acqua disposto operativamente a monte di detta caldaia (2) per elevare la temperatura dell’acqua che adduce a detta caldaia (2), detto gruppo supplementare (4) essendo provvisto di: - almeno un serbatoio di acqua (5) operativamente collegato a detta conduttura di adduzione (3) per ricevere acqua ed operativamente collegato a detta caldaia (2) per fornirle acqua; almeno un attuatore girevole (13) immerso almeno parzialmente in un tratto (14) di detta conduttura di adduzione (3) per essere posto in rotazione dal flusso dell’acqua; almeno una dinamo (12) operativamente collegata a detto attuatore girevole (13) per essere azionata e generare energia elettrica; almeno un gruppo elettrico di riscaldamento (10) dell’acqua operativamente collegato a detta dinamo (12) ed associato a detto serbatoio (5) per riscaldare l’acqua in esso contenuta.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto gruppo elettrico di riscaldamento (10) comprende almeno una resistenza elettrica (11) disposta in immersione nell’acqua contenuta in detto serbatoio (5).
3. 3. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto gruppo elettrico di riscaldamento comprende una resistenza elettrica associata alle pareti di detto serbatoio.
4. 4. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio (5) è provvisto di un’apertura per l'inserimento al suo interno di sali anticalcare.
5. 5. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio (5) presenta almeno la parete interna realizzata in materiale termoisolante e/o termoriflettente.
6. 6. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto attuatore girevole (13) presenta un corpo sagomato spiraliforme per essere messo in rotazione attorno all’asse di sviluppo longitudinale di detta spirale dal flusso dell’acqua in detta conduttura di mandata (3).
7. 7. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che detto attuatore girevole è una ventola posta in rotazione dall’azione del flusso dell’acqua sulle pale di detta ventola.
8. 8. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta conduttura di adduzione (3) comprende, operativamente a monte di detto attuatore girevole (13), almeno un tratto aggiuntivo (25) costituito da una conduttura spiraliforme per aumentare la velocità del flusso dell’acqua.
9. 9. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un accumulatore di energia elettrica (20) operativamente collegato a detta dinamo (12) per accumulare l’energia elettrica generata da detta dinamo (12) quando la temperatura dell’acqua contenuta in detto serbatoio (5) ha raggiunto una valore predeterminato.