ITUB20150399A1

ITUB20150399A1 - Dispositivo per la condensazione rigenerativa a film sottile, e relativo metodo

Info

Publication number: ITUB20150399A1
Application number: ITUB2015A000399A
Authority: IT
Inventors: Pietro Asinari; Eliodoro Chiavazzo
Original assignee: Torino Politecnico
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-08-12
Also published as: WO2016128864A1

Description

?Dispositivo per la condensazione rigenerativa a film sottile, e relativo metodo?

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione si riferisce al settore energetico e, specificatamente, al recupero di calore, sia sensibile sia latente, da un flusso di vapore.

Pi? precisamente, la presente invenzione riguarda un dispositivo, ed il relativo metodo, per la condensazione rigenerativa.

Ancora pi? precisamente, la presente invenzione riguarda un dispositivo, ed il relativo metodo, per la condensazione rigenerativa in cui un fluido viene confinato sotto forma di film sottile e riscaldato e/o fatto pre-evaporare mediante un flusso di vapore.

La presente invenzione trova applicazione preferita e vantaggiosa quando impiegata, in combinazione con generatori di vapore solari, per la condensazione di vapore in impianti di purificazione e/o dissalazione di acqua di mare, fiume, palude o piovana; la presente invenzione risulta particolarmente adatta all?uso in regioni remote e per applicazioni cosiddette ?off-grid?.

STATO DELL?ARTE

Sono noti condensatori di vapore, vale a dire dispositivi per la condensazione dell?acqua dalla fase vapore a quella liquida.

Esempi di tali dispositivi sono descritti, ad esempio, nella domanda Internazionale pubblicata al n. WO 2011/035283 A2, nella domanda di Brevetto Statunitense n. US 2008/0164135 A1 e nella domanda Internazionale pubblicata al n. WO 2009/009873 A1.

In particolare, la domanda Internazionale pubblicata al n. WO 2011/035283 A2 descrive un dispositivo di distillazione per produrre acqua potabile a partire da energia solare e, in particolare, tra le varie alternative proposte, prevede l?utilizzo di una struttura a cupola rigida per il pre-riscaldamento dell?acqua non potabile da trattare; la soluzione descritta in tale documento, pur affrontando il problema tecnico di recuperare parte del calore latente di condensazione, che si rende disponibile durante il processo di distillazione, non ? tuttavia in grado di adattarsi in modo flessibile a diverse tipologie di apparecchiature per la produzione di vapore, ma richiede una forma specifica del generatore di vapore stesso per poter realizzare l?accoppiamento meccanico; inoltre, non presenta la possibilit? di variare manualmente o automaticamente lo spessore delle intercapedini in cui scorre il fluido da processare, in modo da adattarle alle particolari condizioni di funzionamento (ad esempio, l?intensit? della radiazione solare); infine, la conformazione a cupola oppure a piramide conica, non sono n? semplice da realizzare mediante le lavorazioni meccaniche tradizionali n? le pi? efficienti.

La domanda di Brevetto Statunitense n. US 2008/0164135 A1 descrive un generico sistema di concentrazione a paraboloide per il trattamento di acqua, in cui ? previsto anche un rigeneratore formato da un condotto, su cui viene avvolto un altro condotto a spirale; tuttavia, tale soluzione non ? in grado di garantire elevate efficienze di rigenerazione, dal momento che il vapore ceder? solo parte del suo calore di condensazione percorrendo il condotto centrale, a causa del ridotto fattore di vista della superficie fredda, ed inoltre il rapporto tra il calore di condensazione e la massa di fluido da preriscaldare ? dettato dal diametro dello stesso condotto centrale.

La domanda Internazionale pubblicata al n. WO 2009/009873 A1 descrive una generica unit? di desalazione a bacino solare, in cui il vapore prodotto cede parte del suo calore di condensazione al serbatoio di adduzione dell'acqua; tuttavia, tale soluzione non ? in grado di garantire elevate efficienze di rigenerazione perch? il calore di condensazione ? ceduto ad un serbatoio con le conseguenti dissipazioni termiche e, analogamente al documento precedente, il rapporto tra il calore di condensazione e la massa di fluido da preriscaldare ? dettato dalle dimensioni del serbatoio di adduzione.

In sintesi, le soluzioni descritte nei suddetti documenti, pur affrontando il problema tecnico di realizzare la condensazione rigenerativa di vapore, non consentono di massimizzare il fattore di vista della superficie fredda che induce la condensazione del vapore e neppure il rapporto tra il calore di condensazione ceduto dal vapore e la massa di fluido da preriscaldare. Inoltre non presentano la necessaria flessibilit? geometrica per adattarsi a diversi evaporatori n? la possibilit? di regolare, manualmente od in modo automatico, il rapporto tra il calore di condensazione e la massa di fluido da preriscaldare.

Sono anche noti dispositivi e metodi per la condensazione di vapore a film sottile; un esempio si trova nel Brevetto Statunitense n. US 4,135,985, che descrive una unit? di desalazione a bacino solare, in cui la superficie trasparente per il passaggio della radiazione solare presenta un sifone per il recupero del calore di condensazione del vapore prodotto ed un sistema di recupero del calore dalla soluzione salina concentrata. Tuttavia, la predetta soluzione tecnica prevede che il rigeneratore a film sottile sia trasparente, con conseguenti perdite ottiche dovute al passaggio della radiazione solare attraverso le due superfici che delimitano il film sottile, e che inoltre non ricopra tutta la superficie condensante vista dal vapore prodotto.

Resta, dunque, non soddisfatta l?esigenza di realizzare una rigenerazione a film sottile in grado di adattarsi ad un generico evaporatore, con un alto fattore di vista della superficie condensante rispetto al vapore prodotto, in modo da garantire le pi? elevate efficienze possibili.

Resta, inoltre, non soddisfatta l?esigenza di regolare efficacemente lo spessore del film sottile, in modo da adattarlo alle condizioni operative di esercizio, ed in particolare per regolare il rapporto tra il calore di condensazione e la massa di fluido da preriscaldare.

In sintesi, fino al momento attuale, a conoscenza del Richiedente, non sono note soluzioni che permettano di effettuare la condensazione con un recupero ad alta efficienza dell?energia latente di condensazione nonch? di quella sensibile; pertanto il Richiedente, con il dispositivo ed il metodo secondo la presente invenzione, intende porre rimedio a tale mancanza.

SCOPI E RIASSUNTO DELL?INVENZIONE

? scopo della presente invenzione superare gli inconvenienti dell?arte nota legati alla condensazione rigenerativa di vapore.

? scopo specifico della presente invenzione superare gli inconvenienti dell?arte nota legati alla condensazione rigenerativa in cui un fluido sotto forma di film sottile viene riscaldato e/o fatto pre-evaporare mediante un flusso di vapore che, a sua volta condensa.

Pi? precisamente, la presente invenzione intende risolvere il problema di realizzare una rigenerazione a film sottile, in grado di adattarsi ad un generico evaporatore, con un alto fattore di vista della superficie condensante rispetto al vapore prodotto e la possibilit? di regolare il rapporto tra il calore di condensazione e la massa di fluido da preriscaldare.

In particolare, scopo della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo per la condensazione rigenerativa in cui il fluido che viene riscaldato e/o fatto evaporare fluisce sotto forma di film sottile.

Inoltre, scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo per la condensazione rigenerativa in cui il fluido che viene riscaldato e/o fatto evaporare fluisce sotto forma di film sottile ed il riscaldamento e/o la pre-evaporazione avviene grazie alla cessione di calore sensibile e latente di un flusso di vapore.

Pi? precisamente, scopo della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo, e il relativo metodo, per la condensazione rigenerativa che, grazie al confinamento del fluido da trattare in un film sottile, consentono di ridurre significativamente il tempo di residenza e le perdite termiche per conduzione verso l?esterno e, pertanto, di realizzare un recupero di calore latente e sensibile ad alta efficienza.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un dispositivo per la condensazione rigenerativa a film sottile come quello secondo la rivendicazione l.

Inoltre, i suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione vengono raggiunti con un metodo per la condensazione rigenerativa a film sottile come quello secondo la rivendicazione 7.

Forme di realizzazione preferite e varianti del dispositivo e del metodo della presente invenzione costituiscono l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti; in particolare, in una forma di realizzazione preferita e vantaggiosa, il dispositivo ed il metodo secondo l?invenzione prevedono la combinazione con un generatore di vapore solare.

In un?ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo ed il metodo secondo la presente invenzione sono impiegati in impianti di purificazione e/o dissalazione di acqua di mare, fiume, palude o piovana.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione e che ciascuna delle caratteristiche tecniche in esse rivendicata ? eventualmente indipendente ed utilizzabile autonomamente rispetto agli altri aspetti dell?invenzione.

Risulter? immediatamente evidente che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dall?ambito di protezione dell?invenzione come rivendicato nelle rivendicazioni allegate.

Vantaggiosamente, la soluzione tecnica secondo la presente invenzione che realizza la condensazione rigenerativa a film sottile, permette:

- il recupero di calore latente e sensibile ad alta efficienza grazie al confinamento del fluido da trattare in un film sottile che riduce il pi? possibile il tempo di residenza e le perdite termiche per conduzione verso l?esterno;

- la massimizzazione del fattore di vista per la raccolta ottimale del vapore (ad esempio, bassissime perdite di vapore nell?atmosfera) grazie alla configurazione cava del dispositivo, in grado di alloggiare al suo interno il generatore di vapore;

- la minimizzazione delle perdite di calore per convezione sempre grazie alla configurazione cava del dispositivo, e in particolare all?apertura rivolta verso il basso, che ostacola la formazione dei moti convettivi dell?aria a contatto con le superfici calde;

- il completo controllo del flusso di fluido tramite la regolazione di un interstizio in cui tale fluido fluisce;

- la facilit? di raccolta dell?acqua condensata in una canalizzazione compatta ed integrata;

- l?uso in regioni remote e per applicazioni cosiddette ?off-grid? grazie all?intrinseca semplicit? e robustezza nonch? al fatto che non richiede energia elettrica;

- l?impiego in applicazioni solari, quali la purificazione e/o dissalazione di acqua di mare, fiume, palude o piovana, in cui l?invenzione proposta consente l?uso di mezzi riflettenti per la concentrazione ed il direzionamento della radiazione invece di utilizzare sistemi a lenti che tipicamente presentano minori efficienze ottiche;

- il recupero di calore da processi industriali con produzione di vapore;

- l?incremento dell?efficienza ottica in quanto non richiede l?utilizzo di materiali trasparenti; e

- la realizzazione mediante tecnologie innovative, quale ad esempio la stampa 3D, grazie all?uso di materiali comuni.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose appariranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente di preferite ma non esclusive forme di realizzazione, fornite a puro titolo esemplificativo e non limitativo.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verr? descritta qui di seguito mediante alcune forme di realizzazione preferite, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. Questi disegni illustrano differenti aspetti ed esempi della presente invenzione e, dove appropriato, strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento simili.

La FIG. 1 ? una rappresentazione schematica, in sezione, di una forma di realizzazione generale del dispositivo per la condensazione rigenerativa a film sottile secondo la presente invenzione;

la FIG. 2 ? un diagramma di flusso che mostra le fasi del metodo per la condensazione rigenerativa a film sottile secondo la presente invenzione;

la FIG. 3A ? una rappresentazione schematica, parzialmente in sezione, di una prima variante della forma di realizzazione preferita del dispositivo per la condensazione rigenerativa a film sottile secondo la presente invenzione; e

la FIG. 3B ? una rappresentazione schematica, parzialmente in sezione, di una seconda variante della forma di realizzazione preferita del dispositivo per la condensazione rigenerativa a film sottile secondo la presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE

Mentre l?invenzione ? suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio.

Si deve intendere, comunque, che non vi ? alcuna intenzione di limitare l?invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l?invenzione intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell?ambito dell?invenzione come definito nelle rivendicazioni.

Nella seguente descrizione, pertanto, l?uso di ?ad esempio?, ?ecc.?, ?o?, ?oppure? indica alternative non esclusive senza alcuna limitazione, salvo diversa indicazione; l?uso di ?anche? significa ?tra cui, ma non limitato a? se non diversamente indicato; l?uso di ?include / comprende? significa ?include / comprende, ma non limitato a? a meno che non altrimenti indicato.

Il dispositivo ed il metodo della presente invenzione si basano sul concetto innovativo di confinare un fluido da riscaldare e/o far re-evaporare sotto forma di film sottile, cos? da recuperare in modo molto efficiente calore sensibile e calore latente di condensazione di un flusso di vapore.

Una caratteristica importante di detti dispositivo e metodo risiede nel fatto che essi non richiedono energia elettrica e, quindi, risultano particolarmente adatti - anche se non certamente limitati - ad applicazioni remote o cosiddette ?off-grid?.

Nella presente descrizione, con il termine ?condensazione rigenerativa? si intende indicare il processo di condensazione di un vapore, in cui il calore latente di condensazione venga trasferito ad un fluido in modo da pre-riscaldarlo ed, eventualmente, indurne anche una parziale evaporazione.

Nella presente descrizione, con il termine ?film sottile? si intende indicare uno strato sottile di fluido confinato nell?intercapedine tra due superfici.

Nella presente descrizione, con il termine ?fattore di vista della superficie condensante rispetto al vapore prodotto? si intende indicare il rapporto tra l'area della superficie su cui avviene la condensazione rigenerativa (ossia il trasferimento di calore sensibile e latente al fluido F) e l'area della superficie complessiva su cui avviene la condensazione (inclusa anche quella non rigenerativa).

Con riferimento alla Fig. 1, il dispositivo D per la condensazione rigenerativa a film sottile, comprende:

- un primo elemento esterno 1 termicamente isolante,

- un secondo elemento interno 2 conduttivo su cui viene fatto fluire un flusso di vapore V da condensare,

- un?intercapedine 3 posta tra detto primo elemento esterno 1 e detto secondo elemento interno 2 ed atta a confinare sotto forma di film sottile un fluido F da riscaldare e/o pre-evaporare,

- almeno un foro di ingresso 4 per l?entrata di detto fluido F ed almeno

un corrispondente condotto 11 collegato con detta intercapedine 3,

- un foro di uscita 5 per lo scarico di detto fluido F riscaldato e/o preevaporato,

- una vasca di raccolta 6 per la condensa,

- un ugello 7 per lo scarico e la raccolta della condensa,

- primi mezzi 8 per trattenere in posizione detta vasca di raccolta 6, e

- secondi mezzi mobili 9 per controllare il passaggio di detto fluido F da detto foro di ingresso 4 fino a detto foro di uscita 5 in un interstizio 10.

Preferibilmente detto primo elemento esterno 1 termicamente isolante ? realizzato in materiale plastico; pi? preferibilmente ? in polimetilmetacrilato; ancora pi? preferibilmente ? costituito da un vano in cui ? stato ricavato il vuoto (come nei vasi Dewar), per realizzare il massimo isolamento termico.

Preferibilmente detto primo elemento esterno 1 termicamente isolante ha uno spessore variabile tra 4 mm e 20 mm, pi? preferibilmente ha uno spessore di 8 mm. Si intende qui precisare che si considera ?esterno? l?elemento del dispositivo D posto sul lato opposto rispetto alla camera in cui viene alimentato il flusso di vapore V da condensare.

Preferibilmente detto secondo elemento interno 2 conduttivo ? realizzato in metallo, eventualmente con un ricoprimento protettivo antiossidante; pi? preferibilmente ? rame o alluminio con un ricoprimento protettivo antiossidante.

Preferibilmente detto ricoprimento protettivo antiossidante ? realizzato mediante una vernice antiossidante; pi? preferibilmente ? una vernice acrilica antiossidante per rame o alluminio.

Preferibilmente detto secondo elemento interno 2 conduttivo ha uno spessore variabile tra 1 mm e 3 mm, pi? preferibilmente ha uno spessore di 2 mm.

Si intende qui precisare che si considera ?interno? l?elemento del dispositivo D posto sul lato della camera in cui viene alimentato il flusso di vapore V da condensare. Detto vapore V pu? essere un qualsiasi vapore in funzione delle specifiche esigenze, ad esempio, pu? essere vapore prodotto come scarto e/o sovra-produzione di processi industriali, eventualmente anche contaminato; tuttavia, poich? il dispositivo secondo la presente invenzione ? preferibilmente e vantaggiosamente impiegato in combinazione con un generatore di vapore solare per la condensazione di vapore in impianti di purificazione e/o dissalazione, detto vapore V ? preferibilmente vapore acqueo.

Detto vapore V avr? preferibilmente una temperatura compresa tra 100 ?C e 130 ?C, pi? preferibilmente sar? alla temperatura di circa 105 ?C.

Preferibilmente, detta intercapedine 3 ha una dimensione variabile tra 100 ?m e 1.000 ?m, pi? preferibilmente pari a 300 ?m.

Preferibilmente, detta intercapedine 3 viene realizzata mediante l?inserimento di una sottile cornice o di un sottile distanziale tra detto primo elemento esterno 1 e detto secondo elemento interno 2 oppure mediante opportuni centraggi ricavati nei primi mezzi 8.

Preferibilmente detto film sottile di detto fluido F presente in detta intercapedine 3 ha uno spessore variabile tra 100 ?m e 1.000 ?m, pi? preferibilmente pari a 300 ?m. Preferibilmente detto film sottile di detto fluido F presente in detta intercapedine 3 ha un tempo di residenza variabile tra 30 secondi e 500 secondi, pi? preferibilmente pari a 200 secondi.

Detto film sottile di detto fluido F presente in detta intercapedine 3 consente di conseguire un?elevata efficienza in termini di recupero di calore sensibile e di calore latente di condensazione; preferibilmente detta efficienza di recupero varia tra 60 % e 95 %, pi? preferibilmente ? pari a 80 %.

Detto fluido F pu? essere un qualsiasi fluido in funzione delle specifiche esigenze; tuttavia, poich? il dispositivo secondo la presente invenzione ? preferibilmente e vantaggiosamente impiegato in combinazione con un generatore di vapore solare per la condensazione di vapore in impianti di purificazione e/o dissalazione, detto fluido F ? preferibilmente acqua contaminata oppure salata o salmastra, di mare, fiume, palude o piovana.

Detto fluido F in corrispondenza del foro di ingresso 4 avr? preferibilmente una temperatura compresa tra 5 ?C e 50 ?C, pi? preferibilmente sar? alla temperatura ambiente di circa 20 ?C.

Preferibilmente detto almeno un foro di ingresso 4 per l?entrata di detto fluido F ha un diametro variabile tra 4 mm e 50 mm, pi? preferibilmente pari a 10 mm.

Preferibilmente detto almeno un condotto 11 corrispondente a detto almeno un foro di ingresso 4 e collegato con detta intercapedine 3 ha un diametro variabile tra 4 mm e 30 mm, pi? preferibilmente pari a 10 mm, ed una lunghezza variabile tra 3 mm e 20 mm, pi? preferibilmente pari a 12 mm.

Preferibilmente detto foro di uscita 5 per lo scarico di detto fluido F riscaldato e/o pre-evaporato ha un diametro variabile tra 4 mm e 50 mm, pi? preferibilmente pari a 10 mm.

Preferibilmente detta vasca di raccolta 6 per la condensa ? una grondaia circolare, che si estende per l?intera circonferenza di detto dispositivo D, in cui scivola per gravit? il vapore V che si raffredda e condensa.

Preferibilmente detto ugello 7 per lo scarico e la raccolta della condensa ha un diametro variabile tra 4 mm e 50 mm, pi? preferibilmente pari a 10 mm; detto ugello 7 ? collegato a detta vasca di raccolta 6.

Preferibilmente detti primi mezzi 8 e detti secondi mezzi mobili 9 sono ghiere.

Preferibilmente detti secondi mezzi mobili 9 possono variare la dimensione di detto interstizio 10 tra 100 ?m e 1.000 ?m; pi? preferibilmente detti secondi mezzi mobili 9 possono ridurre detto interstizio 10 fino a zero, cio? fino a porre detto interstizio 10 a contatto con detto secondo elemento interno 2, fungendo di fatto da valvola di regolazione del flusso di fluido F.

Con riferimento alla Fig. 2, viene illustrato il metodo per la condensazione rigenerativa a film sottile, comprendente le seguenti fasi:

a. predisporre almeno un dispositivo D comprendente:

? un primo elemento esterno 1 termicamente isolante,

? un secondo elemento interno 2 conduttivo su cui viene fatto fluire un flusso di vapore V da condensare,

? un?intercapedine 3 posta tra detto primo elemento esterno 1 e detto secondo elemento interno 2 ed atta a confinare sotto forma di film sottile un fluido F da riscaldare e/o pre-evaporare,

? almeno un foro di ingresso 4 per l?entrata di detto fluido

F ed almeno un corrispondente condotto 11 collegato con detta intercapedine 3,

? un foro di uscita 5 per lo scarico di detto fluido F riscaldato e/o pre-evaporato,

? una vasca di raccolta 6 per la condensa,

? un ugello 7 per lo scarico e la raccolta della condensa,

? primi mezzi 8 per trattenere in posizione detta vasca di raccolta 6, e

? secondi mezzi mobili 9 per controllare il passaggio di detto fluido F da detto foro di ingresso 4 fino a detto foro di uscita 5 in un interstizio 10,

(fase 101);

b. alimentare detto fluido F in detto dispositivo D (fase 102);

c. confinare sotto forma di film sottile detto fluido F in detta intercapedine 3 (fase 103);

d. alimentare vapore V internamente a detto dispositivo D e porlo

a contatto con detto secondo elemento interno 2, cosicch? detto vapore V condensa e detto fluido F si riscalda e/o pre-evapora (fase 104);

e. controllare il passaggio di detto fluido F in detto interstizio 10 mediante detti secondi mezzi mobili 9 (fase 105);

f. convogliare verso un?utenza detto fluido F riscaldato e/o preevaporato (fase 106); e

g. raccogliere la condensa prodotta in detta vasca di raccolta 6 (fase 107).

Preferibilmente il dispositivo D da utilizzare nella fase 101 del metodo secondo la presente invenzione avr? le seguenti caratteristiche:

- detto primo elemento esterno 1 termicamente isolante ? realizzato in materiale plastico; pi? preferibilmente ? in polimetilmetacrilato; ancora pi? preferibilmente ? costituito da un vano in cui ? stato ricavato il vuoto (come nei vasi Dewar), per realizzare il massimo isolamento termico; preferibilmente detto primo elemento esterno 1 termicamente isolante ha uno spessore variabile tra 4 mm e 20 mm, pi? preferibilmente ha uno spessore di 8 mm;

- preferibilmente detto secondo elemento interno 2 conduttivo ? realizzato in metallo, eventualmente con un ricoprimento protettivo antiossidante; pi? preferibilmente ? rame o alluminio con un ricoprimento protettivo antiossidante; preferibilmente detto ricoprimento protettivo antiossidante ? realizzato mediante una vernice antiossidante; pi? preferibilmente ? una vernice acrilica antiossidante per rame o alluminio; preferibilmente detto secondo elemento interno 2 conduttivo ha uno spessore variabile tra 1 mm e 3 mm, pi? preferibilmente ha uno spessore di 2 mm;

- preferibilmente, detta intercapedine 3 ha una dimensione variabile tra 100 ?m e 1.000 ?m, pi? preferibilmente pari a 300 ?m;

- preferibilmente detto film sottile di detto fluido F presente in detta intercapedine 3 ha uno spessore variabile tra 100 ?m e 1.000 ?m, pi? preferibilmente pari a 300 ?m; preferibilmente detto film sottile di detto fluido F presente in detta intercapedine 3 ha un tempo di residenza variabile tra 30 secondi e 500 secondi, pi? preferibilmente pari a 200 secondi; preferibilmente detta efficienza di recupero varia tra 60 % e 95 %, pi? preferibilmente ? pari a 80 %;

- preferibilmente detto almeno un foro di ingresso 4 per l?entrata di detto fluido F ha un diametro variabile tra 4 mm e 50 mm, pi? preferibilmente pari a 10 mm;

- preferibilmente detto almeno un condotto 11 corrispondente a detto almeno un foro di ingresso 4 e collegato con detta intercapedine 3 ha un diametro variabile tra 4 mm e 30 mm, pi? preferibilmente pari a 10 mm, ed una lunghezza variabile tra 3 mm e 20 mm, pi? preferibilmente pari a 12 mm;

- preferibilmente detto foro di uscita 5 per lo scarico di detto fluido F riscaldato e/o pre-evaporato ha un diametro variabile tra 4 mm e 50 mm, pi? preferibilmente pari a 10 mm;

- preferibilmente detta vasca di raccolta 6 per la condensa ? una grondaia circolare, che si estende per l?intera circonferenza di detto dispositivo D, in cui scivola per gravit? il vapore V che si raffredda e condensa;

- preferibilmente detto ugello 7 per lo scarico e la raccolta della condensa ha un diametro variabile tra 4 mm e 50 mm, pi? preferibilmente pari a 10 mm;

- preferibilmente detti primi mezzi 8 e detti secondi mezzi mobili 9 sono ghiere; preferibilmente detti secondi mezzi mobili 9 possono variare la dimensione di detto interstizio 10 tra 100 ?m e 1.000 ?m; pi? preferibilmente detti secondi mezzi mobili 9 possono ridurre detto interstizio 10 fino a zero, cio? fino a porre detto interstizio 10 a contatto con detto secondo elemento interno 2, fungendo di fatto da valvola di regolazione del flusso di fluido F.

Detto fluido F pu? essere un qualsiasi fluido in funzione delle specifiche esigenze; tuttavia, poich? il metodo secondo la presente invenzione ? preferibilmente e vantaggiosamente impiegato combinando detto dispositivo D con un generatore di vapore solare per la condensazione di vapore in impianti di purificazione e/o dissalazione, detto fluido F ? preferibilmente acqua contaminata oppure salata o salmastra, di mare, fiume, palude o piovana.

Detto vapore V pu? essere un qualsiasi vapore in funzione delle specifiche esigenze, ad esempio, pu? essere vapore prodotto come scarto e/o sovra-produzione di processi industriali, eventualmente anche contaminato; tuttavia, poich? il metodo secondo la presente invenzione ? preferibilmente e vantaggiosamente impiegato combinando detto dispositivo D con un generatore di vapore solare per la condensazione di vapore in impianti di purificazione e/o dissalazione, detto vapore V ? preferibilmente vapore acqueo.

La condensazione di detto vapore V produce una quantit? di condensa variabile tra 1 kg/h/m2 e 20 kg/h/m2, preferibilmente pari a 6 kg/h/m2, rispetto all'area dell?apertura in basso nei primi mezzi 8.

Detta condensa ?, preferibilmente, acqua dolce e/o potabile.

Relativamente al funzionamento del dispositivo D per la condensazione rigenerativa a film sottile, si osserva che il vapore V entra, preferibilmente dal basso, nella camera di detto dispositivo D e lambisce la superficie di detto elemento interno 2; in tal modo, il vapore V cede il proprio calore sensibile, raffreddandosi, ed il proprio calore latente, condensando.

Dal canto suo, il fluido F viene alimentato nel/i foro/i di ingresso 4 ed entra in detta intercapedine 3 attraverso il/i condotto/i 11; il fluido F che ? presente in detta intercapedine 3 riceve detti flussi termici e, a sua volta, si riscalda e/o pre-evapora. Si desidera qui far notare che, in funzione di densit? di energia crescente rilasciata da detto vapore V, detto fluido F pu?:

- riscaldarsi,

- assumere lo stato di incipiente evaporazione,

- contenere bolle gassose e, quindi, trovarsi in condizione parzialmente evaporata.

Successivamente, il percorso del fluido F riscaldato e/o pre-evaporato procede attraverso detto interstizio 10 e fuoriesce attraverso detto foro di uscita 5.

Come anzidetto, detto interstizio 10 presenta uno spessore minimo, prossimo a zero, perch? pu? funzionare anche da valvola per regolare il deflusso di fluido F.

Il fluido F che fuoriesce attraverso detto foro di uscita 5 viene convogliato ad un?utenza, ad esempio pu? essere usato come fluido di processo oppure come acqua calda sanitaria.

Si ritiene utile evidenziare che, vantaggiosamente, il fluido in uscita dal foro 5 non ? mai venuto in contatto diretto con il vapore V, e quindi risulta incontaminato (e, nel caso in cui il fluido F ? acqua, potrebbe rimanere potabile) nonostante il passaggio attraverso il dispositivo D di rigenerazione.

Il metodo secondo la presente invenzione prevede l?applicazione ad un impianto di dissalazione; tale applicazione del metodo secondo la presente invenzione viene di seguito descritta pi? dettagliatamente e specificamente con riferimento ad un esempio, che ? da intendersi come illustrativo ma non limitativo della presente invenzione.

Esempio: condensazione rigenerativa a film sottile usando vapore acqueo come vapore e acqua come fluido.

Si consideri una giornata estiva, in cui la radiazione solare ? pari a 500 W/m2, e di usare un concentratore parabolico con fuoco puntale, con una superficie captante ortogonale ai raggi solari pari a 1 m2. In queste condizioni, un evaporatore solare ? in grado di produrre all?incirca 0,6 kg/h di vapore e conseguentemente, usando il condensatore rigenerativo illustrato nella presente invenzione, all?incirca 0,5 kg/h di condensa, che corrisponde ad una resa termodinamica complessiva di circa il 70 % e dell'80 %per quanto riguarda la sola condensazione rigenerativa.

Nella forma di realizzazione preferita dell?invenzione, illustrata nelle FIGG. 3A e 3B, il dispositivo D di rigenerazione ? pensato per funzionare in accoppiamento con una cella solare per la produzione di vapore 12.

In questo caso, e con riferimento alla FIG. 3A, il dispositivo D viene collegato al generatore solare di vapore 12 attraverso il foro di uscita 5 ed un opportuno condotto di collegamento.

Il vapore V fuoriesce dai condotti 13 e viene indirizzato sulla superficie del secondo elemento interno 2, su cui condensa; a sua volta, il fluido F riscaldato e/o preevaporato entra nel generatore solare di vapore 12 come fluido di alimentazione. La seconda variante della forma di realizzazione preferita dell?invenzione mostrata in FIG. 3B presenta un?efficienza superiore rispetto alla prima variante della forma di realizzazione preferita dell?invenzione mostrata in FIG. 3A grazie al fatto che detto generatore solare di vapore 12 ? previsto a contatto la porzione aperta della camera del dispositivo D, ci? minimizzando le dispersioni termiche; l?efficienza del dispositivo D secondo detta seconda variante della forma di realizzazione preferita dell?invenzione mostrata in FIG. 3B pu? incrementare fino al 95 %, a seconda del grado di isolamento termico dell'elemento esterno 1.

Pi? precisamente, nella forma di realizzazione preferita dell?invenzione illustrata nelle FIGG. 3A e 3B, detto generatore solare di vapore 12 ? secondo una o l?altra delle tipologie studiate dallo stesso Richiedente e che formano oggetto di due distinte ma contestuali domande di Brevetto Italiano intitolate ?Metodo e sistema per la generazione di vapore in struttura cava mediante radiazione solare od altra radiazione? e ?Metodo e sistema per la generazione di vapore in struttura planare mediante radiazione solare od altra radiazione?.

La suddetta forma di realizzazione preferita trova applicazione vantaggiosa in impianti di purificazione e/o dissalazione di acqua di mare, fiume, palude o piovana, ed ? particolarmente adatta all?uso in regioni remote e per applicazioni cosiddette ?off-grid?.

Come si deduce da quanto sopra esposto, la soluzione tecnica innovativa qui descritta presenta le seguenti caratteristiche vantaggiose:

- il recupero di calore da processi industriali con produzione di vapore;

Dalla descrizione qui sopra riportata ? evidente, quindi, come il dispositivo ed il metodo descritti permettano di raggiungere gli scopi proposti.

? altrettanto evidente, ad un tecnico del ramo, che ? possibile apportare modifiche e varianti alla soluzione descritta con riferimento alle figure allegate, senza per questo fuoriuscire dall?insegnamento della presente invenzione e dall?ambito di protezione come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (D) per la condensazione rigenerativa a film sottile, comprendente: - un primo elemento esterno (1) termicamente isolante, - un secondo elemento interno (2) conduttivo su cui viene fatto fluire un flusso di vapore (V) da condensare, - un?intercapedine (3) posta tra detto primo elemento esterno (1) e detto secondo elemento interno (2) ed atta a confinare sotto forma di film sottile un fluido (F) da riscaldare e/o pre-evaporare, - almeno un foro di ingresso (4) per l?entrata di detto fluido (F) ed almeno un corrispondente condotto (11) collegato con detta intercapedine (3), - un foro di uscita (5) per lo scarico di detto fluido (F) riscaldato e/o preevaporato, - una vasca di raccolta (6) per la condensa, - un ugello (7) per lo scarico e per la raccolta della condensa, - primi mezzi (8) per trattenere in posizione detta vasca di raccolta (6), e - secondi mezzi mobili (9) per controllare il passaggio di detto fluido (F) da detto foro di ingresso (4) fino a detto foro di uscita (5) in un interstizio (10).
2. Dispositivo (D) secondo la rivendicazione 1, in cui detti primi mezzi (8) e detti secondi mezzi mobili (9) sono ghiere.
3. Dispositivo (D) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti secondi mezzi mobili (9) possono ridurre detto interstizio (10) fino a porsi a contatto con detto secondo elemento interno (2).
4. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto fluido (F) ? acqua.
5. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto primo elemento esterno (1) termicamente isolante ? realizzato in materiale plastico oppure ? costituito da un vano in cui ? stato ricavato il vuoto.
6. Dispositivo (D) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto secondo elemento interno (2) conduttivo ? realizzato in metallo.
7. Metodo per la condensazione rigenerativa a film sottile, comprendente le seguenti fasi: a. predisporre almeno un dispositivo (D) comprendente: ? un primo elemento esterno (1) termicamente isolante, ? un secondo elemento interno (2) conduttivo su cui viene fatto fluire un flusso di vapore (V) da condensare, ? un?intercapedine (3) posta tra detto primo elemento esterno (1) e detto secondo elemento interno (2) ed atta a confinare sotto forma di film sottile un fluido (F) da riscaldare e/o pre-evaporare, ? almeno un foro di ingresso (4) per l?entrata di detto fluido (F) ed almeno un corrispondente condotto (11) collegato con detta intercapedine (3), ? un foro di uscita (5) per lo scarico di detto fluido (F) riscaldato e/o pre-evaporato, ? una vasca di raccolta (6) per la condensa, ? un ugello (7) per lo scarico e per la raccolta della condensa, ? primi mezzi (8) per trattenere in posizione detta vasca di raccolta (6), e ? secondi mezzi mobili (9) per controllare il passaggio di detto fluido (F) da detto foro di ingresso (4) fino a detto foro di uscita (5) in un interstizio (10), (fase 101); b. alimentare detto fluido (F) in detto dispositivo (D) (fase 102); c. confinare sotto forma di film sottile detto fluido (F) in detta intercapedine (3) (fase 103); d. alimentare vapore (V) internamente a detto dispositivo (D) e porlo a contatto con detto secondo elemento interno (2), cosicch? detto vapore (V) condensa e detto fluido (F) si riscalda e/o pre-evapora (fase 104); e. controllare il passaggio di detto fluido (F) in detto interstizio (10) mediante detti secondi mezzi mobili (9) (fase 105); f. convogliare verso un?utenza detto fluido (F) riscaldato e/o preevaporato (fase 106); e g. raccogliere la condensa prodotta in detta vasca di raccolta (6) (fase 107).
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detto film sottile di detto fluido (F) presente in detta intercapedine (3) presenta uno spessore variabile tra 100 ?m e 1.000 ?m, preferibilmente pari a 300 ?m.
9. Metodo secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui la condensazione di detto vapore (V) produce una quantit? di condensa variabile tra 1 kg/h/m2 e 20 kg/h/m2, preferibilmente pari a 6 kg/h/m2, rispetto all'area dell?apertura in basso nei primi mezzi (8).
10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui detta condensa ? acqua dolce e/o potabile.