IT202100002165A1 - Apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile - Google Patents

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Lellis Andrea Maria Di
Yannick Tedeschi
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S2G Tech S R L Startup Costituita Ai Sensi Dellart 4 Comma 10 Bis D L 3/2015 Convertito Con Legge 33
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Description

DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
?Apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile?
La presente invenzione si riferisce ad un apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile.
Tale invenzione trova applicazione in ambito domestico per l?erogazione di acqua calda per utilizzi di cucina e/o sanitari. Tuttavia, tale invenzione pu? trovare applicazione anche in campo industriale.
Attualmente, in commercio, esistono molteplici varianti di apparati per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile, quali ad esempio scaldabagno elettrici, caldaie centralizzate o rubinetti elettrici per acqua calda istantanea.
Seppur largamente utilizzati, tali apparati per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile presentano una serie di svantaggi che ne rendono l?impiego poco performante.
Per quanto concerne gli scaldabagni elettrici, essi vengono largamente impiegati per utilizzi di cucina e sanitari laddove l?impianto di riscaldamento ambientale centralizzato risulta assente o comunque non attivo. Essenzialmente, gli scaldabagni elettrici comprendono un boiler in cui viene raccolta l?acqua da riscaldare mediante una serpentina costituita da un resistore. Tali boiler, al fine di offrire acqua sufficientemente calda all?utente, necessitano una temperatura di esercizio maggiore di 50?C per via delle enormi dispersioni termiche che avvengono nel punto di stoccaggio, ovvero nel boiler stesso, e nel tratto tra il boiler ed il punto di erogazione. Tale enorme impiego di energia rende lo scaldabagno elettrico scarsamente efficiente dal punto di vista energetico. Ulteriori problematiche legate all?utilizzo degli scaldabagni elettrici sono l?enorme spazio occupato dal boiler nonch? l?impiantistica idraulica richiesta che comprende la stesura sottotraccia di una doppia canalizzazione per l?acqua calda e per l?acqua fredda. Inoltre, a causa dello stoccaggio di acqua calda sostanzialmente ferma, esiste un rischio concreto di generazione di flore batteriche all?interno del boiler, con conseguenti problematiche sulla salute degli utenti.
Per quanto concerne le caldaie a gas, esse vengono adoperate tipicamente in strutture con riscaldamento autonomo. Le caldaie a gas, seppure in quantit? minore degli scaldabagni elettrici, presentano anch?esse problemi di dispersione termica concentranti nel punto di stoccaggio e nel tratto tra la caldaia a gas ed il punto di erogazione. Anche le caldaie a gas, inoltre, occupano grandi volumi e necessitano di un?impiantistica idraulica che comprende la stesura sottotraccia di una doppia canalizzazione per l?acqua calda e per l?acqua fredda. Ulteriore problematica delle caldaie a gas riguarda il costo di installazione che ne rende l?impiego svantaggioso a livello economico. Ulteriore problematica riguarda la generazione di monossido di carbonio, estremamente dannoso per l?apparato respiratorio.
Infine, per quanto concerne i rubinetti elettrici per acqua calda istantanea, essi risultano scarsamente performanti in quanto risulta difficile ottenere acqua erogata a temperature superiori di 30?C per le tipiche portate ad uso sanitario. Ad esempio, considerando un tipico utilizzo di una doccia, ovvero considerando un?erogazione di acqua ad una temperatura di 37?C e ad una portata di 10 litri/minuto, esso richiederebbe al contatore 16,7 kW. Tale potenza sarebbe scarsamente compatibile con la maggior parte delle utenze domestiche, tipicamente in grado di erogare 3kW, a causa dell?enorme potenzia istantanea richiesta. Ulteriore problematica riguarda le possibili scariche elettriche all?utente dovute al degradarsi dell?isolamento elettrico nel punto di erogazione.
In linea generale, dunque, gli apparati noti per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile risultano scarsamente efficienti dal punto di vista energetico e/o delle performance e richiedono tipicamente costosi impianti idraulici.
Alla luce di quanto sopra, compito tecnico della presente invenzione ? quello di proporre un apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile in grado di superare gli inconvenienti della tecnica nota.
In particolare, ? scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile in grado di risultare estremamente efficiente dal punto di vista energetico.
Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile in grado di risultare compatto ed estremamente performante. Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile in grado di diminuire enormemente gli oneri di installazione e di impiantisca annessa.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile, comprendente uno scambiatore di calore connettibile ad una rete idrica e presentante un ingresso per ed un?uscita in modo da definire un flusso d?acqua, un accumulatore connesso o connettibile allo scambiatore di calore e configurato per un?erogazione controllata di potenza elettrica in modo da riscaldare lo scambiatore di calore. In particolare, l?accumulatore ? collegato o collegabile ad una rete elettrica per un?alimentazione di energia elettrica. L?apparato comprende inoltre una unit? di controllo, collegata o collegabile all?accumulatore e configurata per regolare un funzionamento dell?accumulatore in funzione di un valore di portata ed un valore di temperatura dell?acqua da erogare, e dei mezzi di regolazione del flusso configurati per regolare una erogazione del flusso in funzione del valore di portata da erogare.
Ulteriori aspetti vantaggiosi dell?invenzione sono riportati nelle rivendicazioni dipendenti.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di uno o pi? modi di realizzazione, come illustrato negli uniti disegni, in cui: - la figura 1 illustra una rappresentazione schematica di una forma di realizzazione preferita di un apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile in accordo con la presente invenzione.
Nella figura 1, con il riferimento numerico 1 ? indicato un apparato per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile.
Nella presente descrizione, con l?espressione ?flusso di acqua erogabile? si vuole intendere preferibilmente acqua di un impianto idraulico destinata ad utilizzi di cucina e/o sanitari.
Tale apparato 1 trova infatti applicazione in ambito domestico per il riscaldamento di acqua destinata ad utilizzi di cucina e/o sanitari, dove l?apparato 1 viene preferibilmente installato localmente nei punti di erogazione del flusso di acqua.
Tuttavia, non sono escluse dalla presente trattazione applicazioni industriali dell?apparato 1, in cui tale apparato 1, opportunamente dimensionato, pu? esser vantaggiosamente impiegato per il riscaldamento di un flusso di acqua e/o per la generazione di vapore d?acqua impiegabili, ad esempio, per la pulizia di superfici, per trattamenti di lavaggio nei processi manifatturieri industriali, per la sterilizzazione e/o la disinfezione di strumentazione e via discorrendo.
Con riferimento alla figura 1, l?apparato 1 comprende uno scambiatore di calore 10 connettibile ad una rete idrica e presentante un ingresso 11 ed un?uscita 12 in modo da definire un flusso d?acqua.
In altre parole, lo scambiatore di calore 10 risulta connettibile ad un impianto idraulico in modo tale da essere alimentato all?ingresso 11 con acqua proveniente dalla rete idrica. L?uscita 12 risulta invece collegata o collegabile ad un punto di erogazione del flusso di acqua.
Secondo un aspetto della presente invenzione, l?apparato 1 pu? comprendere una pompa idraulica 40 operativamente disposta a monte dell?ingresso 11 dello scambiatore di calore 10 e configurata per l?immissione del flusso nello scambiatore di calore 10 ad un predeterminato valore di pressione.
Lo scambiatore di calore 10 risulta connesso o connettibile ad un accumulatore 20 configurato per una erogazione controllata di potenza elettrica in modo da riscaldare lo scambiatore di calore 10.
Secondo una forma di realizzazione preferita, lo scambiatore di calore 20 ? realizzato nella forma di un capillare in metallo che, in funzione della potenza elettrica erogata dall?accumulatore 10, ? sottoposto a riscaldamento elettrico per effetto Joule.
In altre parole, il liquido viene forzato a circolare all?interno dello scambiatore di calore 10 il quale, sottoposto a riscaldamento elettrico per effetto Joule, determina il riscaldamento del liquido in esso passante e/o contenuto.
Preferibilmente, tale capillare risulta strutturato a definire una serpentina. Secondo una forma di realizzazione alternativa dello scambiatore di calore 10, esso pu? prevedere un filamento inserito o integrale nello scambiatore di calore 10 che, mediante il riscaldamento per effetto Joule, determina il riscaldamento del liquido passante all?interno dello scambiatore di calore 10.
L?accumulatore 20 risulta collegato o collegabile ad una rete elettrica per un?alimentazione di energia elettrica.
Secondo una forma di realizzazione preferita dell?apparato 1, l?accumulatore 20 risulta collegato o collegabile ad un?utenza di rete elettrica domestica.
Strutturalmente, secondo un aspetto della presente invenzione, l?accumulatore 20 pu? comprendere uno o pi? supercondensatori.
Vantaggiosamente, l?utilizzo di supercondensatori permette una rapida velocit? di ricarica degli stessi grazie alla possibilit? di iniettare correnti elevate, ad esempio 60A, senza il rischio di danneggiare l?accumulatore 20.
Vantaggiosamente, inoltre, i supercondensatori presentano un ampio range termico di funzionamento. Essi, infatti, possono operare in ambienti particolarmente freddi, ad esempio -40?C, o particolarmente caldi, ad esempio 85?C, senza il rischio di danneggiamento.
Ulteriore vantaggio nell?utilizzo dei supercondensatori riguarda la vita utile degli stessi. Tali supercondensatori possono infatti supportare milioni di cicli di ricarica consentendo una vita utile estremamente prolungata.
Tali supercondensatori, inoltre, possono supportare milioni di cicli di ricarica senza subire un rilevante calo di performances.
Preferibilmente, tali uno o pi? supercondensatori risultano integrati o integrabili a scomparsa in pareti dell?accumulatore 20.
Ancora pi? preferibilmente, tali supercondensatori sono contenuti in una flangia sottile integrabile a scomparsa in pareti dell?accumulatore 20.
Vantaggiosamente, in questo modo, l?ingombro dell?accumulatore 20 risulta estremamente limitato. Ne consegue che l?apparato 1 possa essere installato facilmente o integrato nella pavimentazione e/o nella parete in prossimit? del punto di erogazione del flusso di acqua.
Come visibile in figura 1, l?apparato 1 comprende una unit? di controllo ?U? collegata o collegabile all?accumulatore 20 e configurata per regolare un funzionamento dell?accumulatore 20 in funzione di un valore di portata ed un valore di temperatura dell?acqua da erogare.
Preferibilmente, l?unit? di controllo ?U? ? configurata per regolare una tensione erogata e/o una corrente erogata dall?accumulatore 20 allo scambiatore di calore 10.
Vantaggiosamente, mediante l?apparato 1 ? possibile realizzare un impianto idraulico comprendente sottotraccia un solo condotto per l?acqua da erogare. Ne consegue un enorme vantaggio sui costi di realizzazione dell?impianto idraulico stesso.
L?apparato 1 comprende inoltre dei mezzi di regolazione 30 del flusso configurati per regolare una erogazione del flusso in funzione del valore di portata da erogare.
Secondo una forma di realizzazione preferita, tali mezzi di regolazione 30 del flusso possono comprendere rubinetteria per la regolazione dell?erogazione del flusso.
A livello funzionale, dunque, l?accumulatore 20 riceve energia elettrica dalla rete elettrica, immagazzinandola. Tale energia elettrica viene ceduta poi allo scambiatore di calore 10 in maniera controllata dall?unit? di controllo ?U? in funzione di una portata e di una temperatura da erogare. Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, l?unit? di controllo ?U? pu? comprendere almeno un sensore di temperatura e/o almeno un misuratore di portata del flusso in uscita dallo scambiatore di calore 10. L?apparato 1 inoltre pu? comprendere un modulo di interfaccia utente, non illustrato nelle figure allegate, configurato per impostare un valore di portata ed un valore di temperatura del flusso in uscita dallo scambiatore di calore 10.
A livello funzionale, in altre parole, qualora siano presenti l?almeno un sensore di temperatura, l?almeno un misuratore di portata del flusso e il modulo di interfaccia, una volta impostata una portata e una temperatura da erogare mediante tale modulo di interfaccia utente, l?unit? di controllo ?U? regola il funzionamento dell?accumulatore in funzione del feedback ricevuto dall?almeno un sensore di temperatura e/o dall?almeno un misuratore di portata.
Tale modulo di interfaccia utente pu? comprendere uno schermo dotato di propriet? touch screen.
Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, l?apparato 1 pu? comprendere un modulo di ricarica ?R? operativamente interposto tra l?accumulatore 20 e la rete elettrica e configurato per una ricarica controllata dell?accumulatore 20. Tale modulo di ricarica ?R? risulta inoltre configurato per isolare galvanicamente l?apparato 1 in modo da precludere il rischio di scariche elettriche agli utenti. Infatti, il modulo di ricarica ?R? comprende un alimentatore configurato in maniera tale da alimentare l?accumulatore 20 in modo che le cariche elettriche vengano accumulate fino ad un raggiungimento di una tensione che non espone ad alcun tipo di rischio l?utente. In altre parole, la potenza elettrica viene prelevata dalla rete elettrica ma gestita dal modulo di ricarica ?R?.
Secondo una forma di realizzazione esemplificativa e non limitativa, nell?accumulatore 20 le cariche elettriche possono essere accumulate mediante il modulo di ricarica ?R? fino ad un raggiungimento di tensione massima di 2,7 V.
Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, il modulo di ricarica ?R? pu? essere collegato o collegabile ad un misuratore di potenza per regolare un funzionamento del modulo di ricarica in funzione di un consumo di energia elettrica misurato dal misuratore di potenza.
Ad esempio, il modulo di ricarica ?R? pu? essere collegato o collegabile ad un misuratore di potenza del contatore domestico o industriale. Vantaggiosamente, in questo modo, risulta possibile ricaricare l?accumulatore 20 mediante il modulo di ricarica ?R? in un periodo di quiescenza del contatore principale dell?utenza domestica e o industriale. Vantaggiosamente, inoltre, in questo modo l?accumulatore 20 funge da buffer per l?energia elettrica.
Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, l?apparato 1 pu? essere integrato o connesso ad un impianto di domotica per la gestione del consumo di energia elettrica.
Vantaggiosamente, la presente invenzione raggiunge gli scopi preposti.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1. Apparato (1) per il riscaldamento di un flusso di acqua erogabile, comprendente:
- uno scambiatore di calore (10) connettibile ad una rete idrica e presentante un ingresso (11) per ed un?uscita (12) in modo da definire un flusso d?acqua;
- un accumulatore (20) connesso o connettibile a detto scambiatore di calore (10) e configurato per un?erogazione controllata di potenza elettrica in modo da riscaldare detto scambiatore di calore (10); detto accumulatore (20) essendo collegato o collegabile ad una rete elettrica per un?alimentazione di energia elettrica;
- una unit? di controllo (U) collegata o collegabile a detto accumulatore (20) e configurata per regolare un funzionamento di detto accumulatore (20) in funzione di un valore di portata ed un valore di temperatura dell?acqua da erogare;
- mezzi di regolazione (30) del flusso configurati per regolare una erogazione di detto flusso in funzione di detto valore di portata da erogare.
2. Apparato (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto accumulatore (20) comprende uno o pi? supercondensatori integrati o integrabili a scomparsa in pareti dell?accumulatore (20).
3. Apparato (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti supercondensatori sono contenuti in una flangia sottile integrabile a scomparsa in pareti dell?accumulatore (20).
4. Apparato (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unit? di controllo (U) ? configurata per regolare una tensione erogata e/o una corrente erogata da detto accumulatore (10) a detto scambiatore di calore (10).
5. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta unit? di controllo (U) comprende almeno un sensore di temperatura e/o almeno un misuratore di portata del flusso in uscita da detto scambiatore di calore (10).
6. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente un modulo di ricarica (R) interposto tra detto accumulatore (20) e detta rete elettrica e configurato per una ricarica controllata di detto accumulatore (20) e per isolare galvanicamente detto apparato (1).
7. Apparato (1) secondo la rivendicazione 6, in cui detto modulo di ricarica (R) ? collegato o collegabile ad un misuratore di potenza per regolare un funzionamento di detto modulo di ricarica (R) in funzione di un consumo di energia elettrica misurato da detto misuratore di potenza.
8. Apparato (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui detto scambiatore di calore (10) ? realizzato nella forma di un capillare in metallo che, in funzione della potenza elettrica erogata da detto accumulatore (20), ? sottoposto a riscaldamento elettrico per effetto Joule.
9. Apparato (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, comprendente un modulo di interfaccia utente configurato per impostare un valore di portata ed un valore di temperatura di detto flusso in uscita da detto scambiatore di calore (10).
10. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una pompa idraulica (40) operativamente disposta a monte di detto ingresso (11) di detto scambiatore di calore (10) e configurata per l?immissione di detto flusso in detto scambiatore di calore (10) ad un predeterminato valore di pressione.
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