BR112021016162A2 - Gerador de água atmosférica e desumidificador para veículo - Google Patents

Abstract

gerador de água atmosférica e desumidificador para veículo. sistema awg (102) instalado em, ou acoplado a, um aparelho (100), tal como um veículo, que pode ter (i) um elemento de emissão de calor 106 que pode fornecer calor residual que é produzido pelo aparelho (100) para a fabricação, o tratamento ou a distribuição da água (112) gerada pelo awg (102); (ii) uma fonte de energia que pode fornecer energia para a fabricação, o tratamento ou a distribuição da água (112) gerada pelo awg (102) ou (iii) um elemento que pode se beneficiar da água (112) ou do ar desumidificado que é produzido pelo awg (102).

Description

GERADOR DE ÁGUA ATMOSFÉRICA E DESUMIDIFICADOR PARA VEÍCULO CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere ao campo de geradores de água atmosférica e desumidificadores. Em particular, a invenção se refere ao campo de geradores de água atmosférica e desumidificadores em veículos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Extração de água do ar é bem conhecida e tipicamente envolve motivar ar compreendendo umidade através de um evaporador de um ciclo de refrigeração, o que abaixa a temperatura do ar abaixo de seu ponto de orvalho, desse modo fazendo a umidade condensar e água ser liberada do ar de transporte. A água produzida por este método precisa ser contida, tratada e dispensada. Métodos e sistemas para extrair e fornecer água sob demanda em veículos, tal como água que é extraída do sistema de condicionamento de ar do veículo, também são conhecidos. Algumas publicações descrevem maneiras para utilizar calor produzido pelo veículo para tratar a água extraída. Por exemplo, ver Publicação de Pedido de Patente Coreana 20080020175, Patente US 5.435.151. Outras publicações, tal como Patente US 8.252.174, ensinam o uso da água gerada para outras aplicações no veículo.

[003] No entanto, soluções da técnica anterior ainda sofrem de numerosas deficiências e há uma necessidade há muito sentida de melhorias a fim de tornar esta visão mais prática, econômica em energia e econômica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] O objetivo da invenção é fornecer meios para benefício mútuo para um aparelho, tal como um veículo, instalado com um gerador de água atmosférica (AWG), da água e do ar seco que ele produz, e para o AWG do calor ou energia residual produzidos pelo aparelho.

[005] A invenção, assim, se refere a um sistema AWG instalado em, ou acoplado a, um aparelho o qual pode ter ou (i) um elemento de emissão de calor que pode fornecer calor residual que é produzido pelo aparelho para a fabricação, o tratamento ou a distribuição da água gerada pelo AWG; (ii) uma fonte de energia que pode fornecer energia para a fabricação, o tratamento ou a distribuição da água gerada pelo AWG ou (iii) um elemento o qual pode se beneficiar da água ou do ar desumidificado que é produzido pelo AWG. Tal aparelho pode ser um veículo (por exemplo, um carro, caminhão, veículo de recreio, trem, navio, barco, avião), uma máquina industrial, uma máquina agrícola, uma unidade de painel solar, um aquecedor de madeira em uma planta de secagem de madeira e mais.

[006] Por razões de simplicidade, a descrição é focada em um AWG instalado em um veículo, mas aqueles versados na técnica serão capazes de adotar a invenção também em outras modalidades correspondentes.

[007] Em um primeiro aspecto, a invenção é dirigida a um AWG tendo um sistema que utiliza calor emitido residual de um aparelho compreendendo pelo menos um elemento de produção de calor para aquecer água gerada pelo AWG. O AWG será instalado no aparelho ou acoplado ao mesmo. O AWG compreende um ciclo de refrigeração adaptado para condensar umidade do ar em condensado de água e um sistema de circulação de pasteurização adaptado para circular o condensado de água e transferir calor do elemento de produção de calor do veículo para o condensado de água circulante, de modo que o condensado de água circulante seja aquecido até uma temperatura e duração que o torna pasteurizado e adaptado para pós-resfriar o condensado de água pasteurizado.

[008] Em algumas modalidades, o aparelho é um veículo.

[009] Em um segundo aspecto, a invenção fornece um aparelho compreendendo o sistema AWG descrito acima. Em algumas modalidades, o aparelho compreendendo o sistema AWG é um veículo.

[0010] Em outro aspecto, a invenção é dirigida a um AWG compreendendo um ciclo de refrigeração adaptado para condensar umidade do ar em condensado de água, uma unidade de controle, um receptáculo destacável, tal como um tanque de coleta ou uma garrafa adaptada para receber condensado de água gerado e transferido pelo ciclo de refrigeração e um sensor de presença adaptado para detectar a presença ou ausência do receptáculo destacável. A unidade de controle está em comunicação com o sensor de presença e é projetada para interromper a transferência de condensado de água para o receptáculo destacável mediante recebimento de um sinal do sensor de presença de ausência do receptáculo destacável e para ativar transferência de condensado de água para o receptáculo destacável mediante recebimento de um sinal do sensor de presença de presença do receptáculo destacável.

[0011] Em outro aspecto, a invenção é dirigida a um aparelho instalado com o AWG compreendendo o receptáculo destacável descrito acima.

[0012] Outro aspecto da invenção é dirigido a um sistema AWG que é instalado em um aparelho auxiliar ou acoplado ao mesmo, adaptado para fornecer o ar seco emitido do AWG e/ou água gerada pelo AWG para sistemas e módulos do aparelho auxiliar. O AWG inclui um ciclo de refrigeração que é adaptado para desumidificar ar entrando relativamente morno e úmido em ar de saída relativamente seco e frio e acoplado a pelo menos um trocador de calor ar para ar adaptado para pré-resfriar o ar entrante e pós-aquecer o ar de saída transferindo calor do ar de saída relativamente frio para o ar entrante relativamente quente, em que o ar seco pós-aquecido é canalizado para um módulo adaptado para pelo menos um de: a) fornecer ar seco morno para uma sucção de motor; b) secar um pára-brisa; c) secar condensação de água através do sensor; e d) expelir umidade de um espaço (por exemplo, o compartimento de passageiros em um veículo).

[0013] Em algumas modalidades, o aparelho que é fornecido com ar seco do AWG é um veículo compreendendo pelo menos um de: um motor, um pára-brisa, espelhos laterais e um sensor que requer lavagem ou secagem ocasional.

[0014] Em algumas modalidades, o aparelho compreende pelo menos um de uma célula de combustível e um lavador de sensor, e o AWG compreende um ciclo de refrigeração adaptado para condensar umidade do ar em condensado de água e uma linha de distribuição adaptada para fornecer condensado de água a pelo menos um da célula de combustível e do lavador de sensor.

[0015] Outro aspecto é dirigido a um aparelho instalado com o AWG adaptado para fornecer o ar seco de aparelho sendo relativamente morno ao ar que sai do ciclo de refrigeração. Em algumas modalidades o AWG compreende um ciclo de refrigeração adaptado para desumidificar ar entrando relativamente morno e úmido em ar de saída relativamente seco e frio e acoplado a pelo menos um trocador de calor ar para ar adaptado para pré-resfriar o ar entrante e pós- aquecer o ar de saída, em que o ar seco pós-aquecido é canalizado para um módulo adaptado para pelo menos um de: a) fornecer ar seco morno para uma sucção de motor; b) secar um pára-brisa; c) secar condensação de água através do sensor; e d) expelir umidade de um espaço (por exemplo, o compartimento de passageiros em um veículo).

[0016] Outro aspecto é dirigido a um aparelho compreendendo pelo menos um das células de combustível e do lavador de sensor e instalado com um AWG compreendendo um ciclo de refrigeração adaptado para condensar umidade do ar em condensado de água e uma linha de distribuição adaptada para fornecer condensado de água a pelo menos um das células de combustível e do lavador de sensor. Em algumas modalidades, o aparelho é um veículo.

[0017] Ainda outro aspecto desta invenção é dirigido a um AWG instalado em um aparelho compreendendo pelo menos uma fonte de energia, em que o AWG compreende um tanque de material de mudança de fase (PCM) adaptado para conter um PCM e um ciclo de refrigeração alimentado pela fonte de energia do aparelho. O ciclo de refrigeração inclui um evaporador acomodado no tanque PCM e adaptado para absorver calor do PCM contido no tanque PCM, um primeiro trocador de calor, um segundo trocador de calor, uma bomba, um soprador e um tanque de armazenamento de condensado de água. Quando o ciclo de refrigeração está em execução, o evaporador é adaptado para resfriar e solidificar pelo menos parcialmente o PCM no tanque de PCM. A bomba é adaptada para circular fluido resfriado de dentro do primeiro trocador de calor para o segundo trocador de calor e fluido aquecido do segundo trocador de calor para o primeiro trocador de calor em um circuito fechado. O primeiro trocador de calor é adaptado para resfriar o circuito de circulação transferindo calor do fluido circulante para o PCM no tanque PCM, o soprador é adaptado para soprar um fluxo de ar, de fora do AWG, através do segundo trocador de calor, o segundo trocador de calor é adaptado para transferir calor do fluxo de ar para o fluido e resfriar o ar abaixo de seu ponto de orvalho, criando condensação de água.

[0018] Em outro aspecto, a invenção é dirigida a AWG a ser instalado em um aparelho ou acoplado ao mesmo, o AWG compreendendo um ciclo de refrigeração recebendo energia de uma fonte de energia do aparelho. O ciclo de refrigeração é adaptado para resfriar uma corrente de ar e condensar umidade da mesma em condensado de água. O AWG compreende ainda um tanque de armazenamento adaptado para armazenar o condensado de água gerado, uma linha de circulação conectada ao tanque de armazenamento compreendendo um primeiro trocador de calor adaptado para aquecer a água circulada pela fonte de calor do veículo e uma bomba de circulação adaptada para circular a água do tanque de armazenamento, através do primeiro trocador de calor e do primeiro trocador de calor para o tanque de armazenamento, e uma linha de distribuição compreendendo uma bomba, um segundo trocador de calor e um bico, conectado em uma extremidade ao tanque de armazenamento de condensado de água e o bico localizado na segunda extremidade, o segundo trocador de calor localizado entre o tanque de armazenamento de condensação de água e o bico e um compartimento PCM adaptado para acomodar um PCM. Pelo menos uma porção de um segundo evaporador e pelo menos uma porção do segundo trocador de calor da linha de distribuição compreendem um segundo evaporador e um segundo trocador de calor.

[0019] O segundo evaporador é conectado ao ciclo de refrigeração, localizado a jusante de uma válvula de expansão em um local que permite que ele entre em contato com o PCM no compartimento de PCM, e adaptado para resfriar e solidificar o PCM, a bomba de distribuição na linha de distribuição é adaptada para motivar água do tanque de armazenamento, para o segundo trocador de calor e, em seguida, para o bico, o segundo trocador de calor sendo localizado em um local que permite que ele entre em contato com o PCM no compartimento de PCM e adaptado para resfriar a água permitindo transferência de calor da água para o PCM.

[0020] Em outro aspecto, a invenção é dirigida a um aparelho compreendendo pelo menos uma fonte de energia e instalado com ou acoplado a qualquer um dos AWGs compreendendo um tanque PCM descrito acima. Em algumas modalidades, o aparelho é um veículo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] A matéria inventiva considerada como a invenção é particularmente apontada e distintamente reivindicada na porção conclusiva do relatório descritivo. A invenção, no entanto, tanto quanto à organização como quanto ao método de operação, juntamente com objetos, características e vantagens da mesma, pode ser mais bem entendida por referência à seguinte descrição detalhada quando lida com os desenhos anexos, nos quais:

[0022] Fig. 1 é um diagrama de blocos de um AWG instalado em um aparelho de produção de calor de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0023] Fig. 2 é um diagrama de blocos de um AWG instalado em um aparelho de produção de calor de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0024] Fig. 3 é um diagrama de blocos de um AWG acoplado a um sensor de presença para detectar a presença de um receptáculo destacável de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0025] Fig. 4 é um fluxograma representando um método para operar o AWG acoplado a um sensor de presença para detectar a presença de um receptáculo destacável de acordo com modalidades da invenção.

[0026] Fig. 5 é um diagrama de blocos de um AWG com trocador de calor ar para ar de pré-resfriamento/pós-aquecimento instalado em um aparelho compreendendo um elemento requerendo secagem de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0027] Fig. 6 é um diagrama de blocos de um AWG instalado em um aparelho que fornece energia ao AWG enquanto o aparelho está operando de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0028] Fig. 7 é um diagrama de blocos de um AWG instalado em um aparelho e equipado com um compartimento PCM de resfriamento de água e uma linha de circulação de aquecimento de água de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0029] Fig. 8 é um fluxograma representando um método para operar o AWG equipado com um compartimento PCM e uma linha de circulação de aquecimento de água que é instalada em um aparelho de produção de calor ou acoplada ao mesmo de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0030] Será apreciado que, para simplicidade e clareza de ilustração, os elementos mostrados nas figuras não foram necessariamente desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos podem ser exageradas em relação a outros elementos para melhor clareza. Além disso, quando considerado apropriado, os números de referência podem ser repetidos entre as figuras para indicar elementos correspondentes ou análogos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

[0031] Na seguinte descrição detalhada, numerosos detalhes específicos são apresentados a fim de fornecer uma compreensão completa da invenção. No entanto, será entendido por aqueles versados na técnica que a presente invenção pode ser praticada sem esses detalhes específicos. Em outros casos, métodos, procedimentos e componentes bem conhecidos não foram descritos em detalhes de modo a não obscurecer a presente invenção.

[0032] É feita referência à Figura 1 representando uma modalidade da presente invenção, a saber, um aparelho 100 compreendendo um AWG 102 tendo um sistema 104 que utiliza calor residual de um componente emissor de calor 106 do aparelho 100 no qual o AWG 102 está instalado. No exemplo representado na Figura 1, o sistema 104 pode ser um sistema de pasteurização 104 que utiliza calor gerado por um coletor de escapamento 106 de um veículo 100 para pasteurização da água gerada 112.

[0033] É observado que a Figura 1 e as figuras a seguir mostram apenas os componentes relevantes do aparelho de produção de calor (por exemplo, um veículo) em cada figura, e que o aparelho compreende muitos outros componentes para permitir que ele funcione, mas por questão de clareza e simplicidade, apenas os componentes relevantes para a invenção são mostrados.

[0034] O termo "calor residual" se refere aqui ao calor emitido por um componente do aparelho que não é convertido para trabalhar pelo aparelho.

[0035] O AWG 102 compreende ainda um ciclo de refrigeração de geração de água 108 (doravante denominado "ciclo de refrigeração") e um soprador 110 para motivar um fluxo de ar através do ciclo de refrigeração 108. O ciclo de refrigeração 108 é adaptado para condensar umidade do ar em condensado de água 112. Em algumas modalidades, o ciclo de refrigeração 108 pode ser o ciclo de refrigeração do sistema de condicionamento de ar do veículo 100. O ciclo de refrigeração 108 compreende um compressor 2, condensador 4, meio de expansão de evaporador 6, evaporador 8 e um conjunto de tubos de refrigerante 10, 12 e 14. Quando o AWG 102 opera para gerar condensado de água, um gás refrigerante é comprimido no compressor 2. O gás refrigerante comprimido viaja na linha de refrigerante 10 para o condensador 4, onde ele condensa em um líquido. O líquido condensado viaja para fora do condensador 4 através da linha de refrigerante 12 e atinge um meio de expansão 6 (por exemplo, tubo capilar, válvula de expansão), onde ele se transforma em uma mistura fria líquido-gás e, então, entra no evaporador 8 onde ela evapora e gela o evaporador 8 abaixo do ponto de orvalho de um fluxo de ar entrante 16, para condensação de umidade no fluxo de ar 16 em condensado de água 112. Depois de sair do evaporador 8, o refrigerante, que neste ponto está em fase de gás, é transferido através de uma linha de sucção 14 de volta para o compressor 2 para completar o ciclo de refrigeração.

[0036] Um soprador 110 está localizado no AWG 102 para ser capaz de motivar um fluxo de ar entrante 16 a entrar no AWG 102. O fluxo de ar 16 pode passar através de um filtro de ar (não mostrado) para remover partículas e, opcionalmente, para absorver contaminantes químicos. O fluxo de ar 16, então, flui através do evaporador 8, onde a temperatura do fluxo de ar 16 é reduzida abaixo de seu ponto de orvalho, despejando alguma umidade que condensa em gotículas de água 112. O fluxo de ar relativamente resfriado e seco flui ainda mais através do condensador 4, no qual ele está sendo aquecido e, então, flui para fora do AWG 102 através do fluxo de ar de saída 18. Na modalidade representada, o soprador 110 está localizado a jusante do condensador. Em algumas modalidades, o soprador 110 pode estar localizado em qualquer posição adequada ao longo da linha de fluxo entre uma entrada de ar para o AWG 102 e uma saída de ar do AWG 102.

[0037] As gotículas de água (o condensado de água) 112 que são geradas são coletadas gravitacionalmente em um tanque de armazenamento de condensado de água 20 (também referido aqui como "tanque de armazenamento"). Em algumas modalidades, a água é coletada primeiro em um depósito de água. Em algumas modalidades, o depósito é hidraulicamente conectado ao tanque de armazenamento 20.

[0038] O sistema de pasteurização de água 104 compreende uma linha de circulação de pasteurização 22 compreendendo uma bomba de água 24, um trocador de calor 26 e um dispositivo de redução de pressão 28. A linha de circulação 22 está conectada em uma extremidade a uma saída de tanque de armazenamento. Em algumas modalidades, a linha de circulação 22 é conectada em outra extremidade a uma entrada de tanque de armazenamento. A bomba de água 24 é adaptada para extrair água do tanque de armazenamento 20 e circular a água através da linha de circulação 22. A linha de circulação 22 passa através do trocador de calor 26, que é projetado para permitir transferência de calor de um elemento de geração de calor do veículo, tal como o coletor de escapamento 106 ou o motor 107. Calor residual de outros elementos de geração de calor, tal como o sistema de freios (não mostrado) ou o radiador (não mostrado) do motor 107, também pode ser usado acoplando o trocador de calor 26 a um ou mais desses outros elementos de geração de calor. O trocador de calor 26 é projetado para permitir pós-resfriamento da água quente antes de ela ser dirigida a sair do sistema de pasteurização. Em algumas modalidades, tal como aquela representada na Figura 1, a linha de circulação termina no tanque de armazenamento 20 de onde a água é extraída para completar um ciclo fechado. Em algumas modalidades, a linha de circulação 22 termina em recipiente separado compreendendo apenas água pasteurizada. Em algumas modalidades, o recipiente separado tem uma saída a qual conecta à linha de circulação a montante do trocador de calor, de modo que a água pasteurizada que está armazenada no recipiente separado seja periodicamente repasteurizada.

[0039] Quando o sistema de pasteurização de água opera, a água extraída do tanque de armazenamento 20 é dirigida para o trocador de calor 26. O trocador de calor 26 é projetado para elevar a temperatura da água o suficiente e por tempo suficiente para desativar patógenos, tal como bactérias, fungos e vírus, e,

então, reduzir a temperatura da água tanto quanto possível, de modo que a temperatura da água que sai da linha de pasteurização (e retorna ao tanque de armazenamento ou distribuída ao usuário) esteja o mais próximo possível da temperatura consumível, de preferência temperatura ambiente. Para este fim, o trocador de calor 26 pode compreender uma primeira porção 30 e uma segunda porção 32. A primeira porção 30 é uma porção de pré-aquecimento/pós- resfriamento e a segunda porção 32 é uma porção de pasteurização. A água que chega do tanque de armazenamento 20 para o primeiro lado da primeira porção 30 é pré-aquecida por água quente a qual sai da segunda porção 32 do trocador de calor 26 e flui no segundo lado da primeira porção 30. Água quente saindo da segunda porção (a porção de pasteurização) 32 é pós-resfriada pela água fluindo no primeiro lado da primeira porção 30. O primeiro e o segundo lados da primeira porção 30 são, assim, intercambiavelmente denominados aqui como os lados de pré-aquecimento e pós-resfriamento da primeira porção, respectivamente.

[0040] A água pré-aquecida que sai do lado de pré-aquecimento da primeira porção 30 chega à segunda porção de pasteurização 32 do trocador de calor 26. A porção de pasteurização 32 está em contato com o elemento de geração de calor do veículo 100 - na modalidade representada, o elemento de geração de calor 106 que fornece calor residual para a porção de pasteurização 32 é um coletor de escapamento 106.

[0041] A primeira porção 30 do trocador de calor 26 tem dois lados separados por uma barreira (não mostrada), cada lado tendo uma entrada e uma saída através da qual passa a linha de água de pasteurização. A barreira é feita de forma a evitar que a água de cada lado misture com água do outro lado, mas permita que calor se transfira da água em um lado para a água no outro lado. Em algumas modalidades, cada um dos lados pode ser um conjunto de múltiplos compartimentos tendo múltiplas entradas para maximizar a interface entre os dois lados para transferência de calor ideal. Em algumas modalidades, a primeira porção é um trocador de calor de fluxo cruzado, tal como um trocador de calor de placas. Em algumas modalidades, o trocador de calor é um trocador de calor de contrafluxo, tal como trocador de calor de placas ou tubular.

[0042] A segunda porção 32 do trocador de calor 26 tem uma entrada e uma saída e está em contato com o elemento de produção de calor do veículo 100.

Em algumas modalidades, a segunda porção 32 tem uma parede que está intimamente fixada à parede externa do elemento de emissão de calor 106 do veículo 100. Em algumas modalidades, a segunda porção 32 é incorporada na parede do elemento de emissão de calor 106. O comprimento da segunda porção pode ser projetado para permitir à água fluindo na segunda porção tempo suficiente para atingir uma temperatura desejada e permanecer nessa temperatura (tempo de retenção), a fim de alcançar a pasteurização da água antes de ela ser pós-resfriada no segundo lado da primeira porção 30. Em algumas modalidades, a água encontra padrões de pasteurização de alta temperatura curto tempo (HTST), por exemplo, pelo menos 72°C por pelo menos 15 segundos. Veja outra temperatura e tempos de retenção correspondentes opcionais para pasteurização HTST no Código da Pensilvânia, Título 7 § 59.216. Em algumas modalidades, padrões de pasteurização de calor mais alto tempo mais curto (HHST) são atingidos, por exemplo, 89 °C por 1 segundo. Em algumas modalidades, a segunda porção é um tubo em conformidade com os padrões de pasteurização HTST de tubo de retenção (por exemplo, a tubulação é projetada de modo que a diferença de temperatura simultânea entre a água mais quente e a mais fria em qualquer seção transversal de fluxo a qualquer tempo durante o período de retenção não será maior que 0,5°C). Em algumas modalidades, a segunda porção é fixada ao elemento de emissão de calor 106 do veículo 100, a fim de assegurar contato total em todos os tempos entre a segunda porção 32 e o elemento de emissão de calor 106.

[0043] Em algumas modalidades, o sistema de pasteurização 104 compreende ainda um comutador de pressão 28, de modo que a água na temperatura mais alta seja mantida sob uma pressão mais alta que a pressão de vapor de saturação da água nessa temperatura para manter a água em uma fase líquida

[0044] Água pasteurizada saindo da segunda porção (pasteurização) do trocador de calor é dirigida para o lado de pós-resfriamento da primeira porção (pré- aquecimento/pós-resfriamento) 30 do trocador de calor 26. O pós-resfriamento da água pasteurizada na porção de pré-aquecimento/pós-resfriamento 30 baixa a temperatura da água no ponto de saída do lado de pós-resfriamento para uma temperatura morna entre aquela da água entrante no lado de pré-aquecimento da primeira porção do trocador de calor 30 e a temperatura de pasteurização.

Geralmente, a temperatura da água circulando na linha de pasteurização 22 antes de entrar no lado de pré-aquecimento da primeira porção do trocador de calor é semelhante à temperatura da água no tanque de armazenamento 20. A temperatura da água no tanque de armazenamento 20 nessas modalidades está entre a temperatura de ponto de orvalho e a temperatura ambiente. Portanto, quando a água fluindo no lado de pós-resfriamento da primeira porção 30 do trocador de calor 26 troca calor com água chegando do tanque de armazenamento e fluindo no lado de pré-aquecimento, então, a temperatura da água saindo do lado de pós-resfriamento está entre a temperatura de pasteurização e uma temperatura entre o ponto de orvalho e a ambiente. Em algumas modalidades, a temperatura da água saindo do de pós-resfriamento da primeira porção é aproximadamente uma média das temperaturas acima mencionadas. O termo "aproximadamente" neste contexto significa um desvio de até 5°C. Em algumas modalidades, ela está mais próxima da temperatura da água saindo do tanque de armazenamento - isso pode ser obtido projetando a primeira porção do trocador de calor de forma adequada. Por exemplo, a porção de pré-aquecimento do trocador de calor pode ter uma alta razão entre os volumes das câmaras de pré-aquecimento e pós-resfriamento (por exemplo, tendo uma tubulação de pré-aquecimento com um grande diâmetro e um pós- aquecimento com tubulação com um diâmetro menor) e/ou projetando o caminho de pós-resfriamento para ser mais longo que o caminho de pré-aquecimento.

[0045] Em algumas modalidades, o trocador de calor 26 é um trocador de calor tubular, no qual a primeira e a segunda porções são partes integrantes do mesmo trocador de calor. Em algumas modalidades, a primeira e a segunda porções do trocador de calor 26 podem estar fisicamente separadas.

[0046] Um dispositivo de redução de pressão 28 localizado a jusante do lado de pós-resfriamento da segunda porção 32 do trocador de calor 26 reduz a pressão de fluido para corresponder à pressão no tanque de armazenamento 20. O dispositivo de redução de pressão 28 pode ser ou um restritor, uma válvula de liberação de pressão ou qualquer outro dispositivo com desempenho semelhante. Em algumas modalidades, o dispositivo de redução de pressão não é necessário, especialmente quando a pasteurização é feita abaixo da temperatura de ebulição da água.

[0047] A água que completa o ciclo de pasteurização (a água tratada) é, assim, água pasteurizada pós-resfriada tendo uma temperatura próxima à temperatura da água no tanque de armazenamento. A água tratada é caracterizada por ter níveis reduzidos de patógenos ativos (por exemplo, bactérias, fungos e vírus). Em algumas modalidades, a água tratada é essencialmente livre de patógenos ativos (por exemplo, tem uma quantidade desprezível de patógenos ativos sendo, por exemplo, abaixo dos limiares padrão). Em algumas modalidades, o tratamento reduz o nível de patógenos em três ordens de grandeza, em algumas modalidades em cinco ordens de grandeza.

[0048] Em algumas modalidades, a água no tanque de armazenamento é continuamente circulada no ciclo de pasteurização e, em algumas modalidades, periodicamente - por exemplo, por 5 minutos a cada 30 minutos ou por uma hora uma vez por dia. Para este fim, uma unidade de controle instalada com um módulo programado pode seguir uma lógica correspondente para ativar ou desativar o ciclo de pasteurização, ligando e desligando a bomba 24, em conformidade. O termo "unidade de controle" se refere a um componente que controla e monitora a operação do dispositivo. Ele pode incluir um dispositivo integrado, tal como um processador, microprocessador ou microcomputador, e pode incluir um dispositivo de uso geral ou pode ser um dispositivo de processamento de propósito especial, tal como ASIC, PAL, PLA, PLD, Field Programmable Gate Array (FPGA), Gate Array ou outro dispositivo personalizado ou programável. No caso de um dispositivo programável, bem como em outras implementações, uma memória é necessária. A unidade de controle comumente inclui uma memória que pode incluir uma RAM (memória de acesso aleatório) estática, RAM dinâmica, memória flash, ROM (memória somente de leitura) ou qualquer outro meio de armazenamento de dados. A memória pode incluir dados, programas e/ou instruções e qualquer outro software ou firmware executável pelo processador. Lógica de controle pode ser implementada em hardware ou software, tal como um firmware armazenado na memória.

[0049] É feita agora referência à Figura 2 representando uma modalidade da presente invenção, a saber, um aparelho 200 compreendendo um AWG 102.1 tendo um sistema 104 utilizando calor residual de um componente de emissão de calor 106 do aparelho 200 no qual o AWG 102.1 está instalado. Componentes que são iguais àquelas partes correspondentes na Figura 1 são indicados pelos mesmos numerais de referência e uma descrição dos mesmos será omitida, mas deve ser interpretada como sendo idêntica.

[0050] AWG 102.1 é idêntico a AWG 102, exceto por ter as seguintes duas características opcionais: (i) um mecanismo para resfriar a água pasteurizada

112.1 usando o evaporador 8 do ciclo de refrigeração de geração de água 108 e (ii) ter uma válvula 34 com pelo menos dois estados: um primeiro estado para desviar condensado de água para o ciclo de pasteurização e um segundo estado para desviar condensado de água para uma linha de distribuição ou outra(s) linha(s) de utilidade(s).

[0051] Para este fim, a linha de pasteurização 22 é projetada para terminar na proximidade do evaporador 8 e deixar cair água saindo do evaporador (frio) 8 e recoletada no tanque de armazenamento 20, efetuando resfriamento adicional da água pasteurizada 112.1 antes de ela retornar ao tanque de armazenamento

20.

[0052] Uma válvula bidirecional 34 está disposta na linha de pasteurização 22 a jusante da bomba de água 24 e a montante do trocador de calor 26 e está conectada a uma linha de água adicional 36. Na modalidade representada, a válvula bidirecional 34 tem um primeiro estado no qual ela dirige a água para continuar fluindo na linha de pasteurização 22 em direção ao trocador de calor

26. Em um segundo estado, a válvula bidirecional 34 dirije o fluxo de água para uma linha de distribuição 36 terminando com um bico de saída de distribuição

38. Em outras modalidades, uma válvula multidirecional (isto é, tridirecional e acima) é disposta na linha de pasteurização 22 tendo um estado adicional aos dois mencionados acima, onde a água é dirigida para uma linha fornecendo água a um dos sistemas do veículo, tal como o reservatório do lavador de pára-brisa, uma bateria de combustível ou para lavar um sensor.

[0053] Em algumas modalidades, o AWG 102.1 pode compreender outra válvula bidirecional disposta a montante da válvula bidirecional 34 tendo um estado para contornar o trocador de calor 26 do ciclo de pasteurização 22 e dirigir a água para a saída de linha de pasteurização, para permitir que a água de circulação seja resfriada pelo evaporador 8 sem pasteurizar.

[0054] A válvula bidirecional 34 pode ser operada manualmente e/ou por uma unidade de controle (não mostrada) instalada com um módulo programado designado. A unidade de controle pode estar em comunicação com a válvula bidirecional (ou multidirecional) 34, opcionalmente com um botão em uma interface homem máquina para demandar água potável por um usuário e opcionalmente com outros sensores indicando necessidade de abastecimento de água. A unidade de controle pode, por exemplo, ativar a válvula bidirecional 34 em resposta a um sensor detectando a presença de um copo pronto para ser cheio com água. Em outra modalidade, quando o aparelho no qual o AWG está instalado é um veículo, a unidade de controle pode ativar a válvula bidirecional 34 (ou válvula multidirecional) ao receber uma indicação de que o nível de água em um reservatório de lavador de pára-brisa está abaixo de um nível de limiar predeterminado. Em algumas modalidades, ele pode responder à ativação da bomba de lavador de pára-brisa ativando a válvula bidirecional 34 (ou válvula multidirecional) para dirigir água para uma linha de abastecimento conectada à bomba lavadora de pára-brisa. Em algumas modalidades, dirigir a água do tanque de armazenamento para várias linhas é feito por múltiplas bombas, localizadas em locais adequados, e a válvula direcional pode não ser necessária. Em algumas modalidades, ela pode ativar a válvula bidirecional 34 (ou válvula multidirecional) para dirigir água para uma linha de abastecimento para encher uma garrafa, ou outro tipo de receptáculo destacável, tal como um garrafão, em resposta a uma indicação de um sensor de presença (por exemplo, sensor de proximidade) da presença de um receptáculo destacável, tal como um tanque de água ou uma garrafa de bebida.

[0055] A este respeito, é feita referência agora à Figura 3 representando uma modalidade de outro aspecto da presente invenção, a saber, um AWG 102.2 compreendendo um receptáculo destacável 40, um sensor de presença 42 e uma unidade de controle (não mostrada) instalada com um módulo programado. O AWG 102.2 é projetado para encher o receptáculo destacável 40 até que ele esteja cheio e para parar de enchê-lo quando o receptáculo destacável for retirado. Componentes que são iguais aos componentes correspondentes na Figura 1 são denotados pelos mesmos numerais de referência e uma descrição dos mesmos será omitida, mas deve ser interpretada como sendo idênticos,

exceto quando indicado de outra forma.

[0056] Um receptáculo destacável 40 em uma forma de uma garrafa é colocado em um suporte de garrafa e é adaptado para ser preenchido pelo condensado de água 112 gerado pelo evaporador 8 do ciclo de refrigeração 106. Um sensor de presença 42 o qual pode estar localizado na vizinhança do suporte de garrafa (não mostrado) é capaz de detectar a presença do receptáculo destacável 40. Por exemplo, o detector de presença pode estar localizado no suporte de garrafa. Em algumas modalidades, o sensor de presença pode ser selecionado de um sensor de proximidade, sensor de peso, comutador de toque e um sensor de ocupação.

[0057] O sensor de presença 42 está em comunicação com uma unidade de controle instalada com um módulo programado e fornece uma indicação para a unidade de controle em relação à presença ou ausência do receptáculo destacável 40. A unidade de controle, em resposta à indicação recebida do sensor de presença 42, ativa ou desativa um mecanismo de enchimento do receptáculo destacável. Em algumas modalidades, a ativação do mecanismo de enchimento corresponde a interromper a fabricação de água pelo ciclo de refrigeração 108. Em algumas modalidades, a desativação corresponde ao desvio da água que é produzida para um armazenamento de água ou para outro receptáculo destacável que está presente em um local diferente. Em algumas modalidades, em resposta a uma indicação do sensor 42 de ausência do receptáculo destacável 40, a unidade de controle comuta o estado da válvula bidirecional 34 para desviar água para o ciclo de pasteurização 22. Em algumas modalidades, o receptáculo destacável 40 é posicionado no final da linha de distribuição 36 (mostrada na Figura 2) e conectado ao bico de saída 38 (mostrado na Figura 2) no final da linha de distribuição 36. Em resposta a uma indicação de presença ou ausência do receptáculo destacável 40, a unidade de controle pode abrir e fechar o bico 38, respectivamente. A unidade de controle também pode fechar o bico de saída 38 mediante indicação de que a garrafa está cheia de água.

[0058] Em algumas modalidades, a água gerada pelo AWG 102.2 é diretamente coletada pelo receptáculo destacável 40, isto é, o tanque de armazenamento 20 é equivalente nessas modalidades ao receptáculo destacável 40. Em modalidades em que o receptáculo destacável é uma garrafa de bebida pessoal e o tanque de armazenamento é substituído pela garrafa de bebida pessoal, o ciclo de pasteurização 22 é apenas opcional. Em algumas modalidades, com referência à Figura 1, o ciclo de pasteurização 22 é conectado em uma extremidade a um funil que coleta condensado de água gotejandi do evaporador 8 e o alimenta para o ciclo de pasteurização 22 e na outra extremidade ele é conectado a um linha de distribuição terminando com um bico de saída ao qual o receptáculo destacável é conectado.

[0059] Agora é feita referência à Figura 4 que descreve a lógica de operação do AWG 102.2 pela unidade de controle em resposta às indicações do detector de presença 42.

[0060] O algoritmo 410 se refere a um AWG compreendendo uma unidade de controle instalada com um módulo de gerenciamento de água que segue o algoritmo 410, um receptáculo destacável 40, um detector de presença 42 e um sensor para indicar se o receptáculo destacável está cheio ou não (isto é, o nível de água no receptáculo destacável está abaixo de um nível predefinido). Na etapa 412, a lógica começa enquanto o ciclo de refrigeração 108 de AWG 102.2 está desligado. A etapa de condicionamento 414 descreve uma verificação para concluir se ou não o receptáculo destacável 40 está presente no compartimento de receptáculo destacável (por exemplo, um suporte de garrafa). Se uma indicação for recebida do sensor de presença 42 de que o receptáculo destacável está presente, então, a decisão é SIM, e a lógica continua para a etapa de condicionamento 416. Se uma indicação for recebida do sensor de presença 42 de que o receptáculo destacável está ausente, então, a decisão é NÃO e o ciclo de refrigeração é interrompido (etapa 420).

[0061] A etapa de condicionamento 416 descreve uma verificação para concluir se ou não o receptáculo destacável 40 está cheio (isto é, o nível de água no receptáculo destacável está no nível de limiar predefinido). A indicação é fornecida por um detector habilitado para determinar o nível de água no receptáculo destacável 40. Se for recebida uma indicação do referido detector de que a garrafa não está cheia (isto é, o nível de água no receptáculo destacável 40 não atingiu o nível de limiar predefinido), então, a resposta é NÃO, e o ciclo de refrigeração 108 é operado para gerar água (etapa 422). Se for recebida uma indicação do referido detector de que o receptáculo destacável está cheio, então, a resposta é SIM. Em modalidades em que a água gerada pelo AWG é usada para encher o receptáculo destacável 40 diretamente sem um tanque de armazenamento 20, então, o ciclo de refrigeração 108 é interrompido (etapa 420). Em modalidades em que o AWG tem um tanque de armazenamento 20, então, uma resposta positiva na etapa condicional 416 é seguida por outra etapa condicional 418.

[0062] A etapa condicional 418 descreve uma verificação para concluir se ou não o tanque de armazenamento 20 está cheio. Se uma indicação for recebida de um detector capaz de medir o nível de água no tanque de armazenamento 20 de que o nível de água está em ou acima de um nível de limiar predefinido, então, a resposta é SIM e o ciclo de refrigeração 108 é interrompido (etapa 420). Se for recebida uma indicação do referido detector de que o nível de água no tanque de armazenamento está abaixo de um nível de limiar predefinido, a resposta é NÃO e o ciclo de refrigeração 108 é operado (etapa 422). Se for recebida uma indicação do referido detector de que o receptáculo destacável 38 não está cheio, então, a resposta é NÃO e o ciclo de refrigeração é operado para produzir água.

[0063] De acordo com outro aspecto, a invenção se refere a um método seguindo as etapas do algoritmo 410.

[0064] O AWG 102.2 pode ser instalado em qualquer um dos aparelhos descritos nesta invenção, mas também pode ser um aparelho autônomo, por exemplo, um AWG para uso doméstico, que fornece uma opção para obter uma garrafa de uso pessoal cheia de água gerada da atmosfera que um usuário pode tirar antes de sair de casa.

[0065] Em outro aspecto, a invenção fornece um AWG a ser instalado em um aparelho, tal como um veículo, adaptado para fornecer ar morno e seco ao aparelho para um ou mais modelos do aparelho que podem se beneficiar de um abastecimento de ar seco. O ar morno e seco fornecido ao aparelho pelo AWG é morno relativamente ao ar frio que deixa o ciclo de refrigeração após o encontro com o evaporador. Ar seco morno é mais eficiente para secar que ar seco frio, que é obtido de um sistema de A/C comum de um veículo. O AWG de acordo com a invenção compreende um ciclo de refrigeração adaptado para desumidificar ar relativamente morno e úmido entrante em ar relativamente seco e frio que sai (o ar entrante é morno e relativamente úmido em relação ao ar que sai, e vice-versa - o ar que sai é frio e seco em relativamente seco em relação ao ar entrante) e acoplado a pelo menos um trocador de calor ar para ar adaptado para pré-resfriar o ar entrante e pós-aquecer o ar de saída transferindo calor do ar entrante para o ar de saída. O ar pós-aquecido que sai do trocador de calor ar para ar é canalizado para um módulo adaptado para fornecer o ar seco a uma aplicação que utiliza ar seco. Em um veículo, o módulo pode, por exemplo, a) fornecer ar seco para a sucção do motor; b) secar o pára-brisa; c) secar condensação de água sobre o sensor; e/ou d) expelir a umidade do compartimento de passageiros.

[0066] É feita agora referência à Figura 5, fornecendo uma modalidade exemplar para este aspecto da invenção. Componentes que são iguais àquelas partes correspondentes nas Figuras 1 a 3 são denotados pelos mesmos numerais de referência e uma descrição dos mesmos será omitida, mas deve ser interpretada como sendo idêntica. O AWG 102.3 compreende dois sopradores, a saber 110.1 e 110.2. O primeiro soprador 110.1 pode motivar um fluxo de ar de entrada 16.1 através do condensador 4, a fim de resfriar o condensador 4 e sair como um fluxo de ar de saída 17.1. O soprador 110.1 pode ser substituído por um ventilador e, em algumas modalidades, por um dos ventiladores do veículo 300.

[0067] O segundo soprador 110.2 também pode ser um dos ventiladores do veículo. O soprador 110.2 pode motivar fluxo de ar de entrada 16.2 sendo relativamente morno e úmido (em relação ao fluxo de ar 17.2) através de uma primeira entrada 52 de um primeiro lado de um trocador de calor ar para ar 50, onde o fluxo de ar de entrada morno e úmido 16.2 é pré-resfriado transferindo calor para um segundo fluxo de ar 17.2 sendo relativamente frio e desumidificado (em relação ao fluxo de ar 16.2), que sai do evaporador 8 do ciclo de refrigeração e flui em um segundo lado do trocador de calor ar para ar 50. O fluxo de ar 16.2 relativamente morno e úmido sai da primeira saída de ar ar para ar 54 e atinge o evaporador 8, que é projetado para ser mais frio que o ponto de orvalho do fluxo de ar 16.2 com o auxílio do refrigerante do ciclo de refrigeração, onde ele é desumidificado quando pelo menos parte da umidade do fluxo de ar 16.2 é condensada em água. O fluxo de ar 17.2 saindo do evaporador é mais seco e mais frio que o ar entrando no evaporador. Devido à transferência de calor com o fluxo de ar relativamente frio 17.2, o fluxo de ar 16.2 chega ao evaporador 8 a uma temperatura mais baixa, mais perto de seu ponto de orvalho, o que economiza energia e aumenta o rendimento do processo de desumidificação. A água que é condensada neste processo 112 pode ser descartada. Em algumas modalidades, o condensado de água 112 é coletado em um tanque de armazenamento 20 e tratado para vários usos possíveis após isso. O fluxo de ar relativamente frio e desumidificado 17.2 entra novamente em um segundo lado do trocador de calor ar para ar 50 seguindo um duto projetado para esta finalidade (não mostrado) através de uma segunda entrada de ar 56, enquanto fluindo através do segundo lado, ele absorve o calor do fluxo de ar de entrada relativamente morno e úmido entrante 16.2 que flui no primeiro lado do trocador de calor 50. O fluxo de ar 17.2 deixa o trocador de calor ar para ar 50 através da saída 58 como um fluxo de ar relativamente seco e morno 17.3 (mais seco em relação ao fluxo de ar 16.2 e mais morno em relação ao fluxo de ar 17.2). Em algumas modalidades, os fluxos de ar 17.2 e 16.2 fluem relativamente um para o outro em um fluxo cruzado, contrafluxo ou contrafluxo semicruzado. O fluxo de ar relativamente morno e seco 17.3 é dirigido por um módulo de desvio de fluxo 60 para ser usado em pelo menos uma de várias aplicações possíveis, por exemplo, para secar o para-brisa de um veículo 62 ou para fornecer ar seco ao coletor de admissão do motor. O módulo de desvio de fluxo 60 pode ser constituído por várias peças e componentes disponíveis na técnica, tal como duto e bocais para aplicar efetivamente o ar seco na aplicação específica.

[0068] Em algumas modalidades, o condensador 4 do AWG 102.3 está localizado a jusante do fluxo de ar pós-aquecido 17.3 e a montante do módulo de canalização 60 para aquecer ainda mais o fluxo de ar deixando o trocador de calor ar para ar 50 e ajudar na remoção de calor do condensador para eficiência energética melhorada do AWG 102.3 por um lado e, por outro lado, fornecendo fluxo de ar seco mais morno para a aplicação usando ar seco.

[0069] Em algumas modalidades, o AWG compreende dois trocadores de calor ar para ar, cada um deles conforme descrito acima. Os dois trocadores de calor são acoplados a pelo menos um ventilador ou soprador adaptado para permitir que dois fluxos de ar separados troquem calor um com o outro. O ventilador ou soprador é instalado no AWG, de modo a motivar uma primeira corrente de ar relativamente morna e úmida a fluir através de um primeiro lado de um primeiro trocador de calor ar para ar permitindo troca de calor com uma segunda corrente de ar relativamente fria fluindo em um segundo lado do primeiro trocador de calor ar para ar, então, através de um evaporador adaptado para resfriar a primeira corrente de ar e condensar umidade da mesma, então, através de um segundo lado de um segundo trocador de calor ar para ar adaptado para permitir troca de calor entre a primeira corrente de ar relativamente fria e seca com uma segunda corrente de ar relativamente morna e úmida no primeiro lado do segundo trocador de calor ar para ar.

[0070] O mesmo ventilador/soprador ou um ventilador/soprador separado motiva uma segunda corrente de ar relativamente morna e úmida a fluir através de um primeiro lado de um segundo trocador de calor ar para ar adaptado para permitir troca de calor com a primeira corrente de ar relativamente fria e seca fluindo no segundo lado do segundo trocador de calor ar para ar, então, através de um evaporador adaptado para resfriar a segunda corrente de ar e condensar umidade da mesma, então, através de um segundo lado de um primeiro trocador de calor ar para ar adaptado para permitir troca de calor entre o segundo fluxo de ar relativamente frio e seco com um primeiro fluxo de ar relativamente morno e úmido no primeiro lado do primeiro trocador de calor ar para ar.

[0071] Em outro aspecto, a invenção fornece um aparelho tendo pelo menos um de (i) um sensor que precisa ser lavado de vez em quando, bem como um módulo de lavador para lavar o sensor e (ii) uma célula de combustível; e um sistema AWG em que o sistema AWG fornece água para a célula de combustível e/ou o módulo de lavador. Para este fim, uma linha de distribuição é conectada em uma extremidade a um tanque de armazenamento de um sistema AWG como descrito nesta invenção ou um AWG como conhecido na técnica, e na outra extremidade à célula de combustível e/ou ao módulo de lavador. A linha de distribuição pode compreender uma bomba de água para motivar água do tanque de armazenamento para a célula de combustível e/ou o módulo de lavador. Em algumas modalidades, uma unidade de controle do AWG instalada com um módulo de controle está em comunicação com um sensor capaz de detectar falta de água na célula de combustível e/ou um sensor capaz de detectar a necessidade de lavar o sensor. A unidade de controle é projetada para ativar a linha de distribuição para fornecer água à célula de combustível e/ou ao módulo de lavagem, respectivamente, em resposta ao recebimento de um sinal do respectivo sensor indicando falta de água ou necessidade de limpeza, respectivamente.

[0072] Em outro aspecto, a invenção fornece um mecanismo para armazenar energia de resfriamento em um AWG que recebe energia de um aparelho auxiliar no qual ele está instalado, ou ao qual ele está acoplado enquanto o aparelho está operando. A energia de resfriamento que é armazenada pode ser usada para permitir a geração de condensado de água e/ou ar desumidificado pelo AWG enquanto o aparelho principal está desligado. Para este fim, o AWG compreende um material de mudança de fase (PCM) que é armazenado em um compartimento que compreende ainda um evaporador e um trocador de calor, ambos estando em contato com o PCM.

[0073] O termo “Material de mudança de fase (PCM)" se refere a substâncias que absorvem e liberam energia térmica durante o processo de fusão e congelamento, respectivamente. Quando um PCM congela, ele libera uma grande quantidade de energia na forma de calor latente a uma temperatura relativamente constante. Por outro lado, quando esse material derrete, ele absorve uma grande quantidade de calor do ambiente a uma temperatura relativamente constante. A água é um exemplo de material de mudança de fase. Quando água é resfriada até seu ponto de congelamento, ela solidifica e se transforma em gelo, enquanto libera calor para o ambiente. Quando o ambiente tiver uma temperatura superior à temperatura do gelo, o gelo absorve calor do ambiente, até ele atingir seu ponto de fusão e derreter.

[0074] O evaporador no tanque PCM (o "evaporador PCM") faz parte de um ciclo de refrigeração recebendo energia do aparelho (por exemplo, um veículo) ou conectado ao mesmo. Enquanto o ciclo de refrigeração recebendo energia do aparelho está funcionando, o evaporador PCM baixa a temperatura do PCM e solidifica o PCM no compartimento PCM. Um primeiro trocador de calor que está disposto no PCM é conectado a uma linha de circulação de fluido de troca de calor. Quando o fluido de troca de calor flui através do primeiro trocador de calor, calor é transferido do fluido de troca de calor para o PCM através do primeiro trocador de calor, para obter fluido de troca de calor frio que ainda flui para um segundo trocador de calor, no qual calor é transferido do ar para o fluido de troca de calor, resfriando o ar para gerar condensado de água. O fluido de troca de calor, então, retorna ao primeiro trocador de calor para completar um ciclo fechado. Em algumas modalidades, o fluido de troca de calor é selecionado de um grupo que consiste em água, anticongelante e óleo. Em algumas modalidades, o fluido pode ser água compreendendo um anticongelante (por exemplo, propileno glicol).

[0075] É feita agora referência à Figura 6 representando uma modalidade de um AWG 102.4 instalado em um aparelho de fornecimento de energia, tal como um veículo (não mostrado) e equipado com uma bateria de resfriamento PCM de acordo com uma modalidade da invenção. Os componentes que são iguais àquelas partes correspondentes nas Figuras 1 a 3 e 5 são indicados pelos mesmos numerais de referência e uma descrição dos mesmos será omitida, mas deve ser interpretada como sendo idêntica.

[0076] O AWG 102.4 compreende um ciclo de refrigeração sendo alimentado pelo aparelho (por exemplo, um veículo) no qual ele está instalado. O evaporador 8 do ciclo de refrigeração é acomodado em um compartimento PCM 70 que contém um PCM 72 e um primeiro trocador de calor 74. O PCM 72 pode ser qualquer material que mude de fase de líquido para sólido e na faixa de temperaturas entre temperatura ambiente e uma temperatura mais baixa que o evaporador pode atingir quando o ciclo de refrigeração opera. O evaporador 8 está em contato com o PCM 72, solidifica pelo menos parte do PCM 72 no tanque PCM 70 absorvendo calor do PCM 72. O primeiro trocador de calor 74 no tanque PCM 70 está adaptado para transferir calor do fluido circulante para o PCM 72, estando em contato com o PCM 72 circundante e estando em comunicação de fluido com um segundo trocador de calor 76 em um circuito fechado 78 compreendendo um bomba 80 para circular um fluido de troca de calor no circuito fechado 78. Em algumas modalidades, o fluido pode ser água compreendendo um anticongelante (por exemplo, propileno glicol). Em algumas modalidades, o fluido é um refrigerante e o primeiro e o segundo trocadores de calor, juntamente com o refrigerante e os tubos de refrigerante, formam um tubo de calor (neste caso, a bomba 80 não é necessária).

[0077] O fluido de troca de calor circulante entra no primeiro trocador de calor 74 através de uma entrada 73 e flui através do primeiro trocador de calor 74 e sai através de uma saída 75. Ao fluir através do primeiro trocador de calor 74, o fluido do trocador de calor é resfriado transferindo calor para o PCM 72. O fluido resfriado, então, flui para o segundo trocador de calor 76. Um soprador 110.2 é posicionado de modo que ele possa soprar ar de fora do AWG 102.4 através do segundo trocador de calor 76 e o segundo trocador de calor é adaptado para transferir calor do fluxo de ar 16.2 para o fluido de troca de calor e para resfriar o ar abaixo de seu orvalho ponto, criando condensado de água. O fluido aquecido, então, retorna ao primeiro trocador de calor 74 para concluir um ciclo fechado. Um tanque de armazenamento opcional 20 pode ser usado para coletar o condensado de água que é gerado e goteja do segundo trocador de calor 76. O circuito de circulação de fluido de troca de calor 78 e o soprador 110.2 podem ser alimentados por uma fonte de energia secundária (não mostrada) fornecendo energia para o circuito de circulação de fluido 78 quando a energia do aparelho está desligada. Quando o aparelho está funcionando, o circuito de circulação de fluido 78 e o soprador 110.2 podem obter energia da fonte de energia principal do aparelho (por exemplo, o veículo).

[0078] É feita agora referência à Figura 7 representanfo ainda outra modalidade de um AWG instalado em um aparelho compreendendo um elemento de emissão de calor 400 de acordo com a invenção. Componentes que são iguais àquelas partes correspondentes na figuras anteriores são indicados pelos mesmos numerais de referência e uma descrição dos mesmos será omitida, mas deve ser interpretada como sendo idêntica.

[0079] O AWG é idêntico ao sistema representado na Fig. 2, exceto por ter um tanque PCM para resfriar a água na linha de distribuição compreendendo um segundo evaporador 8.1 estando em comunicação de fluido com o ciclo de refrigeração principal 106, PCM 72 e trocador de calor PCM 74. O trocador de calor PCM 74 está em contato com o PCM 72 no tanque PCM 70 e é disposto na linha de distribuição. Em algumas modalidades, o trocador de calor PCM está submerso no PCM 72. A água que passa através do trocador de calor PCM é resfriada transferindo calor para o material PCM 72. Uma válvula bidirecional 82, posicionada a jusante do condensador 4, tem dois estados. Em um primeiro estado, ela dirige o refrigerante para o dispositivo de expansão 6 do ciclo de refrigeração de condensação de água. Em um segundo estado, ele dirige o refrigerante para um dispositivo de expansão 6.1 a montante do evaporador 8.1 no tanque PCM 70. O refrigerante saindo do segundo evaporador 8.1 retorna para o compressor 2.

[0080] A válvula bidirecional 82 é ativada por uma unidade de controle (não mostrada) instalada com um módulo programado que responde a uma lógica predeterminada e às indicações de sensores correspondentes em relação ao nível de água no tanque de armazenamento 20 e a temperatura do PCM 72 no tanque PCM 70 para determinar quando ativar o ciclo de refrigeração de geração de água e quando ativar o ciclo de refrigeração de tanque PCM de resfriamento de água de acordo com. quando o PCM está frio o suficiente e o tanque de armazenamento de água está cheio, el pode desligar o ciclo de refrigeração. Quando o nível de água no tanque de armazenamento é inferior a um valor predeterminado ou quando a temperatura PCM é superior a um limiar predefinido, o compressor é ativado. Geralmente, o sistema de controle dá prioridade a resfriamento do tanque PCM e somente então à condensação de água, girando a válvula bidirecional 82 para desviar o refrigerante em direção ao ciclo PCM ou em direção ao ciclo de refrigeração de geração de água.

[0081] Em algumas modalidades, o PCM é gelo e pelo menos uma porção do qual é derivada do condensado de água.

[0082] Outra diferença entre o AWG 102.5 na Figura 7 e os AWGs nas Figuras 1 e 2 é que a presença de um tanque PCM de resfriamento de água 70 questiona a necessidade de uma porção de pré-aquecimento/pós-resfriamento 31 no trocador de calor 26 do ciclo de pasteurização 22. Em algumas modalidades, o tanque de armazenamento 20 é mantido em uma temperatura acima de 60C. Quando a unidade de controle comanda a distribuição de água, a válvula bidirecional 24 desvia a água em direção à linha 36, a bomba 24 é ativada e água quente do tanque de armazenamento flui através do trocador de calor 74, sendo resfriada e distribuída através da torneira 38.

[0083] Agora é feita referência à Figura 8, descrevendo a lógica de operação de um AWG, tal como aquela descrita nas Figuras 6 e 7, compreendendo um compartimento PCM, enquanto o aparelho acoplado que fornece energia ao AWG está operando (Algoritmo 810).

[0084] Na etapa 812, a lógica começa em que o PCM está a uma dada temperatura mensurável por um sensor de temperatura (por exemplo, termômetro, termopar) e o aparelho fornecendo energia para o AWG está funcionando (ligado).

[0085] A etapa de condicionamento 814 descreve uma verificação para determinar se ligar o modo de resfriamento PCM ou não. Se a temperatura PCM medida pelo sensor de temperatura e fornecida a uma unidade de controle estiver acima de uma temperatura de limiar predeterminada H, então, a resposta é SIM e a unidade de controle opera um modo de resfriamento PCM (isto é, o ciclo de refrigeração flui através do evaporador PCM 8 ou 8.1 (etapa 816). Se a temperatura PCM medida pelo sensor de temperatura e fornecida à unidade de controle estiver igual ou abaixo da temperatura de limiar predeterminada H, então, o algoritmo continua para a próxima etapa condicional 818. Em algumas modalidades, a temperatura de limiar H é o ponto de congelamento do PCM.

[0086] Após o modo de resfriamento PCM ser ativado, então, o algoritmo 810 continua para a próxima etapa condicional 820, que descreve uma verificação para determinar se o modo de resfriamento PCM precisa ser encerrado. Se a temperatura PCM medida pelo sensor de temperatura e fornecida à unidade de controle estiver abaixo de um limiar predeterminado de temperatura L, então, a resposta é SIM e o algoritmo continua para a etapa condicional 818. Se ela estiver acima da temperatura de limiar L predeterminada, então, a resposta é NÃO e o algoritmo prossegue de acordo com a etapa 816, tendo o modo de resfriamento PCM continuado. Em algumas modalidades, a temperatura de limiar L é de 5°C, 10°C ou 15°C inferior ao ponto de congelamento do PCM.

[0087] A etapa condicional 818 descreve uma verificação para determinar se o tanque de armazenamento 20 está cheio. A indicação se o tanque de armazenamento 20 está cheio pode chegar de um detector capaz de medir o nível de água no tanque de armazenamento, e se ele atingiu um nível predeterminado considerado para indicar um tanque de armazenamento cheio. Se o detector indicar que o tanque de armazenamento está cheio, então, a resposta é SIM e o compressor 2 é desligado para economizar energia (etapa

822) e o algoritmo retorna para a etapa condicional 814. Em algumas modalidades, o sistema pode estar em um modo de superprodução, então, em vez de economizar energia, o compressor é mantido em funcionamento e o modo de resfriamento PCM continua a abaixar ainda mais a temperatura PCM. Se houver indicação de que o tanque de armazenamento 20 não está cheio, a resposta é NÃO e o sistema AWG é comutado para o modo de produção de água, no qual o refrigerante é desviado para o evaporador de geração de água para produzir mais água (etapa 824). O algoritmo, então, reverte para a etapa condicional 814.

[0088] De acordo com outro aspecto, a invenção é dirigida a um método para operar um AWG equipado com um compartimento PCM seguindo as etapas do algoritmo 810.

[0089] Em outro aspecto, a invenção se refere a um aparelho, tal como um veículo, compreendendo qualquer um dos sistemas AWG da invenção, conforme descrito acima e compreendendo o componente necessário para o AWG da invenção operar (isto é, um componente de emissão de calor, uma fonte de energia, um elemento requerendo secagem ou um elemento requerendo abastecimento de água).

Claims (35)

REIVINDICAÇÕES

1. Um veículo compreendendo um gerador de água atmosférica (AWG) e pelo menos um elemento de produção de calor, o AWG compreendendo um ciclo de refrigeração adaptado para condensar umidade do ar em condensado de água e um sistema de circulação de pasteurização adaptado para circular o condensado de água e transferir calor do elemento de produção de calor do veículo para o condensado de água circulante, de modo que o condensado de água circulante seja aquecido até uma temperatura e duração tornando-o pasteurizado e adaptado para pós-resfriar o condensado de água pasteurizado.

2. O veículo, de acordo com a modalidade 1, em que o elemento de produção de calor é pelo menos um de: um motor de combustão, um motor elétrico, sistema de freios e escapamento de gases.

3. O veículo, de acordo com a modalidade 1, em que o ciclo de refrigeração compreende um evaporador, um condensador, um compressor, meios de expansão, um soprador, um tanque de armazenamento de condensado de água adaptado para coletar e armazenar o condensado de água e tubos de refrigerante, o soprador sendo projetado para motivar ar de fora do AWG através do evaporador, o evaporador sendo mais frio que o ponto de orvalho do ar e o tanque de armazenamento de condensado de água projetado para coletar o condensado de água.

4. O veículo, de acordo com a modalidade 1, em que o sistema de circulação de pasteurização compreende uma linha de circulação, uma bomba de água para motivar o condensado de água na linha de circulação.

5. O veículo, de acordo com a modalidade 1, em que o sistema de circulação de pasteurização compreende pelo menos um trocador de calor projetado para transferir calor do elemento de produção de calor do veículo para o condensado de água circulante, de modo que o condensado de água circulante seja aquecido até uma temperatura e duração tornando-o pasteurizado e adaptado para pós-resfriar o condensado de água pasteurizado.

6. O veículo de acordo com a modalidade 5, em que o trocador de calor compreende uma primeira porção e uma segunda porção, a primeira porção compreendendo dois lados separados por uma barreira, cada lado tendo uma entrada e uma saída e é adaptado para permitir troca de calor entre água fria fluindo no lado de pré-aquecimento da primeira porção antes de entrar na segunda porção e água quente saindo da segunda porção e fluindo no segundo lado da primeira porção, a segunda porção compreendendo uma entrada e uma saída e está em contato com o elemento de produção de calor do veículo.

7. O veículo de acordo com a modalidade 6, em que a linha de circulação de pasteurização é configurada para circular água fria da saída do tanque de armazenamento para a entrada do lado de pré-aquecimento da primeira porção do trocador de calor, onde ela é aquecida trocando calor com água quente no segundo lado da primeira porção do trocador de calor, então, sai da saída do lado de pré-aquecimento da primeira porção do trocador de calor, a água aquecida entra na segunda porção do trocador de calor, onde a água aquecida é aquecida trocando calor com o elemento de produção de calor do veículo, de modo que a água aquecida seja desinfetada, a água quente, então, sai da segunda porção do trocador de calor e entra no segundo lado da primeira porção do trocador de calor, onde a água quente é resfriada trocando calor com a água fria no primeiro lado da primeira porção do trocador de calor, sai da primeira porção do trocador de calor e retorna para o tanque de armazenamento de condensado de água.

8. O veículo de acordo com a modalidade 6, em que a água saindo da segunda porção do trocador de calor é pasteurizada.

9. O veículo de acordo com a modalidade 6, compreendendo uma bomba localizada a montante do trocador de calor permitindo pressão superior a 1,5 bar no trocador de calor e um meio de queda de pressão localizado a jusante do trocador de calor.

10. O veículo de acordo com a modalidade 9, em que a água no elemento de aquecimento atinge uma temperatura por uma duração atendendo a padrões de pasteurização de alta temperatura curto tempo (HTST).

11. O veículo de acordo com a modalidade 6, em que a linha de circulação passa na vizinhança do evaporador localizado a jusante da segunda porção do trocador de calor, projetado para resfriar a água saindo da segunda porção do trocador de calor, antes de sair da linha de circulação de pasteurização.

12. O veículo de acordo com a modalidade 9, em que uma válvula direcional está localizada a jusante da bomba de circulação, a válvula compreendendo pelo menos dois estados: em um primeiro estado, a válvula bidirecional dirige a água da saída de bomba em direção ao resto da linha de circulação e no segundo estado dirige a água da saída de bomba em direção ao meio de distribuição.

13. Um veículo compreendendo um gerador de água atmosférica (AWG), o AWG compreendendo um ciclo de refrigeração adaptado para condensar umidade do ar em condensado de água, uma unidade de controle, um receptáculo destacável adaptado para receber condensado de água gerado e transferido pelo ciclo de refrigeração e um sensor de presença adaptado para detectar a presença ou ausência do receptáculo destacável em que a unidade de controle estando em comunicação com o sensor de presença e projetada para parar a transferência de condensado de água para o receptáculo destacável mediante recebimento de um sinal do sensor de presença de ausência do receptáculo destacável e para ativar transferência de condensado de água para o receptáculo destacável mediante recebimento de um sinal do sensor de presença de presença do receptáculo destacável.

14. O veículo de acordo com a modalidade 13, em que o receptáculo de água destacável é selecionado de um tanque de coleta e uma garrafa.

15. O veículo de acordo com a modalidade 13, compreendendo ainda um tanque de armazenamento de condensado de água projetado para coletar o condensado de água compreendendo um bico de saída, o bico de saída sendo conectado ao receptáculo destacável e a ativação e desativação da água condensada pela unidade de controle é abrindo e fechando o bico, respectivamente.

16. O veículo de acordo com a modalidade 13, em que o sensor de presença é selecionado de um sensor de proximidade, sensor de peso, comutador de toque e um sensor de ocupação.

17. O veículo de acordo com a modalidade 13, em que o tanque de armazenamento de condensado de água é uma garrafa destacável.

18. Um veículo que compreende um gerador de água atmosférica (AWG) adaptado para fornecer ar relativamente morno e seco e pelo menos um de um motor, um pára-brisa, espelhos laterais e um sensor, o AWG compreendendo um ciclo de refrigeração adaptado para desumidificar ar entrante relativamente morno e úmido em ar de saída relativamente seco e frio, e acoplado a pelo menos um trocador de calor ar para ar adaptado para pré-resfriar mutuamente o ar úmido entrante e pós- aquecer o ar seco de saída, em que o ar seco pós-aquecido é canalizado para um módulo adaptado para pelo menos um de: a) fornecer ar seco para a sucção do motor; b) secar o pára-brisa; c) secar condensação de água sobre o sensor; e d) expelir a umidade do compartimento de passageiros.

19. O veículo de acordo com a modalidade 18, em que o trocador de calor ar para ar compreende um primeiro lado e um segundo lado, os dois lados separados por uma barreira, cada lado tendo uma entrada e uma saída,

em que o AWG é adaptado para motivar ar de fora do AWG através do primeiro lado do trocador de calor ar para ar, permitindo que o ar transfira calor para o ar no segundo lado de um trocador de calor ar para ar, então, através da saída do primeiro lado do trocador de calor ar para ar para um evaporador do ciclo de refrigeração, o evaporador adaptado para ser mais frio que o ponto de orvalho do ar para condensar pelo menos parte da umidade do ar entrando em contato com o evaporador em condensado de água, de modo que ar saindo do AWG seja mais seco e mais frio que o ar entrando no evaporador, então, através de um segundo lado de um trocador de calor ar para ar, onde o ar é deixado receber calor do ar em um primeiro lado de um trocador de calor ar para ar.

20. O veículo de acordo com a modalidade 18 compreendendo dois trocadores de calor ar para ar adaptados para permitir a uma primeira corrente de ar relativamente morna e úmida fluir através de um primeiro lado de um primeiro trocador de calor ar para ar permitindo troca de calor com uma segunda corrente de ar relativamente fria em um segundo lado do primeiro trocador de calor ar para ar, então, através de um evaporador adaptado para resfriar a primeira corrente de ar e condensar umidade da mesma, então, através de um segundo lado de um segundo trocador de calor ar para ar adaptado para permitir troca de calor entre a primeira corrente de ar relativamente fria e seca com uma segunda corrente de ar relativamente morna e úmida no primeiro lado do segundo trocador de calor ar para ar, e adaptados para permitir a uma segunda corrente de ar relativamente morna e úmida fluir através de um primeiro lado de um segundo trocador de calor ar para ar adaptado para permitir troca de calor com uma primeira corrente de ar relativamente fria e seca, então, através de um evaporador adaptado para resfriar a segunda corrente de ar e condensar umidade da mesma, então, através de um segundo lado de um primeiro trocador de calor ar para ar adaptado para permitir troca de calor entre o segundo fluxo de ar relativamente frio e seco com um primeiro fluxo de ar relativamente morno e úmido no primeiro lado do primeiro trocador de calor ar para ar.

21. O veículo de acordo com a modalidade 18 compreendendo ainda um tanque de coleta projetado para coletar o condensado de água.

22. O veículo de acordo com a modalidade 18 em que um condensador do AWG está localizado a jusante do ar pós-aquecido e a montante do módulo de canalização.

23. Um veículo compreendendo um gerador de água atmosférica (AWG) e pelo menos um de uma célula de combustível e um lavador de sensor, o AWG compreendendo um ciclo de refrigeração adaptado para condensar umidade do ar em condensado de água e uma linha de distribuição adaptada para fornecer condensado de água a pelo menos um da célula de combustível e do lavador de sensor.

24. Um veículo, compreendendo um gerador de água atmosférica (AWG) e pelo menos uma fonte de energia, o AWG compreendendo: um tanque PCM adaptado para conter um PCM, um ciclo de refrigeração alimentado pela fonte de energia do veículo, o ciclo de refrigeração compreendendo um evaporador acomodado no tanque PCM e adaptado para absorver calor de um material de mudança de fase (PCM) contido no tanque PCM, um primeiro trocador de calor,

um segundo trocador de calor, um soprador, e um tanque de armazenamento de condensado de água em que o evaporador é adaptado para solidificar o PCM no tanque de PCM, a bomba é adaptada para circular fluido de dentro do primeiro trocador de calor para o segundo trocador de calor e do segundo trocador de calor para o primeiro trocador de calor em um circuito fechado, o primeiro trocador de calor é adaptado para transferir calor do fluido circulante para o PCM no tanque de PCM, o soprador é adaptado para soprar um fluxo de ar, de fora do AWG, através do segundo trocador de calor, o segundo trocador de calor é adaptado para transferir calor do fluxo de ar para o fluido e para resfriar o ar abaixo de seu ponto de orvalho, criando condensação de água.

25. O veículo de acordo com a modalidade24, em que o PCM é água.

26. O veículo de acordo com a modalidade 25, em que pelo menos parte da água no tanque PCM é produzida pelo AWG.

27. O veículo de acordo com a modalidade 24, em que o AWG compreende uma fonte de energia secundária, fornecendo energia ao AWG quando a energia do veículo está desligada.

28. Um veículo compreendendo um gerador de água atmosférica (AWG), o AWG compreendendo um ciclo de refrigeração recebendo energia de uma fonte de energia do veículo, adaptado para resfriar uma corrente de ar e condensar umidade da mesma em condensado de água, compreendendo um tanque de armazenamento adaptado para armazenar o condensado de água gerado, uma linha de circulação conectada ao tanque de armazenamento compreendendo um primeiro trocador de calor adaptado para aquecer a água circulada na linha de circulação pela fonte de calor do veículo e uma bomba de circulação adaptada para circular a água do tanque de armazenamento, através do primeiro trocador de calor e do primeiro trocador de calor para o tanque de armazenamento, e uma linha de distribuição compreendendo uma bomba, um segundo trocador de calor e um bico conectado em uma extremidade ao tanque de armazenamento de condensado de água e o bico localizado na segunda extremidade, o segundo trocador de calor localizado entre o tanque de armazenamento de condensação de água e o bico e um compartimento de material de mudança de fase (PCM) adaptado para acomodar um PCM, pelo menos uma porção de um segundo evaporador e pelo menos uma porção do segundo trocador de calor da linha de distribuição compreendendo, um segundo evaporador e um segundo trocador de calor em que o segundo evaporador sendo conectado ao ciclo de refrigeração, localizado a jusante de uma válvula de expansão em um local permitindo a ele entrar em contato com o PCM no compartimento de PCM, e adaptado para resfriar e solidificar o PCM, a bomba de distribuição na linha de distribuição é adaptada para motivar água do tanque de armazenamento, para o segundo trocador de calor, então, para o bico, o segundo trocador de calor sendo localizado em um local que permite a ele entrar em contato com o PCM no compartimento de PCM e adaptado para resfriar a água permitindo transferência de calor da água para o PCM.

29. O veículo de acordo com a modalidade 28, em que o tanque de armazenamento é conectado a uma linha de saída, a linha de saída compreende uma bomba de água e uma válvula direcional localizada a jusante da bomba, em que em um primeiro estado da válvula direcional é adaptada para dirigir a água para a linha de distribuição e um segundo estado é adaptada para dirigir a água para a linha de circulação.

30. O veículo de acordo com a modalidade 28, em que o ciclo de refrigeração compreende uma válvula direcional localizada a jusante de um condensador tendo um primeiro estado adaptado para dirigir um refrigerante em direção ao primeiro evaporador, permitindo condensação de água, e um segundo estado adaptado para dirigir o refrigerante para o segundo trocador de calor, permitindo que o PCM solidifique.

31. O veículo de acordo com a modalidade 28 em que o tanque de armazenamento é mantido em uma temperatura acima de 60C.

32. O veículo de acordo com a modalidade 28, compreendendo um sensor de temperatura e uma unidade de controle, em que um sensor de temperatura é adaptado para indicar a temperatura no tanque de armazenamento para uma unidade de controle e a unidade de controle é adaptada para ativar a circulação quando a temperatura no tanque de armazenamento está abaixo de um limiar predeterminado e desativar a circulação quando a temperatura no tanque de armazenamento estiver acima de um limiar predeterminado.

33. O veículo de acordo com a modalidade 28, em que o PCM é gelo, em que pelo menos uma porção do qual é derivada do condensado de água.

34. Um AWG conforme definido em qualquer uma das modalidades 1 a 33 para ser instalado em um aparelho ou acoplado ao mesmo.

35. O AWG de acordo com a modalidade 34, em que o aparelho é um veículo.