BRPI0614319A2 - condensador de água, método para condensar água, método para controlar um condensador de água, sistema de controle e evaporador para um condensador de água, método para evaporar água, trocador de calor para um condensador de água, e, método para limpar um condensador de água - Google Patents

Abstract

CONDENSADOR DE áGUA, MéTODO PARA CODENSAR áGUA, MéTODO PARA CONTROLAR UM CONDENSADOR DE áGUA, SISTEMA DE CONTROLE E EVAPOARDOR PARA UM CONDENSADOR DE áGUA, MéTODO PARA EVAPORAR áGUA, TROCADOR DE CALOR PARA UM CONDENSADOR DE áGUA, E MéTODO PARA LIMPAR UM CONDENSADOR DE áGUA. Um condensador de água inclui um ventilador que aspira um primeiro fluxo de ar através de um evaporador de refrigerante a montante, através de um trocador de calor ar-para-água e, um modo de realizaçaõ, também um trocador de calor ar-para-água usa água gelada coletada como condensado do evaporador, o fluxo de ar para o evaporador sendo pré-resfriado por passara através do trocador de calor ar-para-ar e do trocador de calor ar-para-água antes de entrar noe vaporador, onde o fluxo de ar é mais resfriado ainda até abaixo de seu ponto de orvalho para condensar umidade sobre o evaporador para coleta por gravidade. O evaporador é refrigerado por um circuito fechado de refrigerante. O condensador de refrigerante para circuito fechado de refrigerante pode empregar o ventilador aspirando o fluxo d ear através do evaporador ou um ventilador separado, ambos os quais aspiram um fluxo de ar auxiliar separado do fluxo de ar através do evaporador, através de um tubo de distribuição, por meio do que ambos o fluxo de ar auxiliar e o fluxo de ar através do evaporador, ou apenas o fluxo de ar auxiliar são guiados através do condensador e correspondente ventilador.

Description

"CONDENSADOR DE ÁGUA, MÉTODO PARA CONDENSAR ÁGUA, MÉTODO PARA CONTROLAR UM CONDENSADOR DE ÁGUA, SISTEMA DE CONTROLE E EVAPORADOR PARA UM CONDENSADOR DE ÁGUA, MÉTODO PARA EVAPORAR ÁGUA, TROCADOR DE CALOR PARA UM CONDENSADOR DE ÁGUA, E, MÉTODO PARA LIMPAR UM CONDENSADOR DE ÁGUA"

CAMPO TÉCNICO

Esta invenção refere-se ao campo de condensadores de água de modo geral e, em particular, a um condensador de água provendo refrigeração controlada otimizada de um fluxo de ar ambiente até sua temperatura de ponto de condensação de modo a condensar a umidade do ar ambiente para prover água potável.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Em qualquer instante, a atmosfera terrestre contém l,3bilhões de quilômetros cúbicos de água e, desta quantidade, 97% é água salgada e apenas 3% água potável. Destes 3% de água potável, 70% está congelada na Antártica e dos restantes 30% apenas 0,7% está no estado líquido. O ar atmosférico contém 0,16% deste 0,7%, ou 16.000 quilômetros cúbicos de água, igual a 8 vezes ao volume de água encontrado em todos os rios do mundo. Dos restantes 0,17%, 0,16% é encontrado na atmosfera, 0,8% na umidade do solo; 1,4% nos lagos e 97,5% é encontrada na água subterrânea.

A natureza mantém esta proporção ao acelerar ou retardar as taxas de evaporação e condensação, a despeito das atividades do homem. Essa evaporação e condensação é o meio de regenerar toda a água para todas as formas de vida na Terra.

Adicionalmente, muitas das fontes de água potável mundial estão contaminadas. Um total 1,2 bilhões de pessoas no mundo não tem acesso a água potável saudável e 2,9 bilhões de pessoas não tem acesso a sistemas sanitários apropriados (OMS). Como resultado, cerca de 3,4 milhões de pessoas, a maioria crianças, morrem a cada ano de doenças relacionadas à água. De acordo com as Nações Unidas, 31 países no mundo estão, presentemente, em tensão pela água e acima de 1 bilhão de pessoas não tem acesso a água limpa. Metade da humanidade careca de serviços sanitários básicos e patogenias relacionadas à água matam 25 milhões de pessoas a cada ano. A cada 8 segundos, uma criança more por beber água contaminada. Além disso, a não ser que mudanças dramáticas ocorram, em breve, cerca de2/3 as população mundial está convivendo com carências de água potável.

Há uma necessidade global por fontes custo-efetivo e de escala de água potável. As tecnologias atuais exigem muita energia para operar eficientemente e o custo resultante da água tratada coloca tais tecnologias fora do alcance da maioria necessitada. Plantas de dessalinização existem em nações ricas, como EEUA e Arábia Saudita, mas não são viáveis em todos os lugares. A falta de infra-estrutura em nações em desenvolvimento torna as plantas de grande capacidade com alto volume de produção impraticáveis, e não há meios de transporta a água eficientemente.

Há a necessidade de pequenos dispositivos de extração em escala de água que satisfaçam as necessidades de indivíduos, comunidades e indústrias. Esta invenção responde a esta necessidade por prover uma unidade de extração que funciona "fora da rede" para tornar a água pura em qualquer local onde seja necessário.

A presente invenção é um dispositivo que extrai vapor úmido do ar atmosférico para uso como uma fonte de água potável. O dispositivo pode utilizar o sol como fonte de energia primária, eliminado, desse modo, a necessidade de combustíveis, fontes de energia hidráulica ou de pilas onerosos. O dispositivo de coleta d'água da presente invenção provê flexibilidade em relação aos dispositivos anteriores, permitindo instalações produtivas na maioria das regiões do mundo. Como a fonte de energia preferida do dispositivo de coleta d'água é a energia solar, o quantidade de energia disponível para o dispositivo aumenta quando as instalações do dispositivo estão mais próximas do equador, onde há maior luz solar durante o ano. A invenção é projetada para permitir uma unidade de tamanho de um refrigerador pequeno de água prover água para cozinhar e beber para uma família, simplesmente coletando o vapor de água do ar úmido. Indivíduos, indústrias e comunidades podem controlar seu próprio suprimento de água através do uso da tecnologia do dispositivo. Ela é também prática para muitos usos em aplicações domésticas, comerciais ou militares e oferece facilidade de uso e água limpa da maio qualidade em qualquer lugar, a qualquer hora. O desenho modular destes dispositivos permite aumentar a capacidade, simplesmente pela adição de mais módulos.

Em adição ao uso doméstico, grandes unidades baseadas na mesma tecnologia básica são apropriadas para outras aplicações nas quais maiores suprimentos de água são necessários. Por exemplo, um compressor de 12volts no sistema de refrigeração dentro do dispositivo pode ser substituído por um compressor maior de 100 volts, com outros componentes convenientemente dimensionados de modo que o evaporador, o condensador e a unidade sejam capazes de condensar maiores quantidades de água quando a energia elétrica for mais prontamente disponível.

A tecnologia de condensador energizado por energia solar do dispositivo pode ser aplicada a uma variedade de usos, de residencial a recreacional e de comercial a agrícola para militar e salvar vidas em regiões extremamente carentes de água no mundo.

Esta invenção pode ser usada para obter água potável pura, para fins de cozinha ou para outros usos domésticos, como limpeza e banho.O sistema pode também ser usado em barcos ou em áreas de férias, camping, trekking e locais onde o sistema de distribuição de água potável não esteja desenvolvido. A unidade pode ser usada para produzir água potável para fins de engarrafamento ou para grandes aplicações comerciais como restaurantes, escritórios, escolas, instalações hoteleiras, navios de cruzeiros, hospitais e outros prédios públicos. O sistema pode ser usado também em campos e arenas desportivos.

Adicionalmente o dispositivo pode ser usado para aumentar o suprimento de água usada para irrigar plantações selecionadas usando sistemas de micro irrigação ou de irrigação por gotejamento. Estes sistemas distribuem a quantidade certa de água no momento certo, diretamente sobre as raízes das plantas. Do mesmo modo, a tecnologia pode ser usada para a produção de água engarrafada ou, virtualmente, qualquer aplicação onde a água seja necessária.

A tecnologia proposta provê uma oportunidade de eliminar tanto sofrimento. A morte e miséria proveniente de água não apropriada é de estarrecer. Mais de 5.000 crianças morrem diariamente por doenças causadas pelo consumo de água e alimento contaminados com bactérias, de acordo com estudo recente realizado pela UNICEF, a OMS e o Programa Ambiental das Nações Unidas.

Correntemente, 1,2 bilhões de pessoas não têm acesso a água potável pura e este número aumenta constantemente, com previsões de um potencial de 3,2 bilhões de pessoas (ou 1/3 da população mundial) sem acesso a água segura por volta de 2025 (estatística da Comissão Mundial sobre água para o século 21 da OMS). Estas crianças e famílias em risco não estão restritas a áreas rurais em nações subdesenvolvidas. "Milhões de residentes pobres em áreas urbanas têm sido deixados sem suprimento de água e serviços sanitários nas cidades em crescimento rápido do mundo em desenvolvimento. Os pobres ao muitas vezes forçados a pagar preços exorbitantes por água não-tratada, muitas vezes letais", reporta William Cosgrove, diretor de World Water Vision, Paris. O dispositivo, de acordo com a invenção, pode aliviar muito deste sofrimento. Um rápido aumento na demanda por água, particularmente para uso industrial ou doméstico está ocorrendo pelo crescimento populacional e desenvolvimento sócio-econômico. Caso esta tendência de crescimento continuar, o consumo de água pelo setor industrial dobrará em 2025 (WMO).

O crescimento da população urbana aumentará a demanda por água doméstica, mas serviços de água e sanitários pobremente planejados levarão a uma interrupção nos serviços para centenas de milhões de pessoas. Muitas residências permanecerão sem conexão à água encanada.

A presente invenção oferece uma solução prática e viável a muitos dos problemas de suprimento de água mundial.

Deve ser notado que, embora a maior parte da técnica anterior seja baseada na extração simples do que pode ser extraído do ar usando um processo simplista e não-controlado, alguma água será extraída, mas sem considerar a eficiência. Esta falta de eficiência pode ser explicada pelo entendimento dos diferentes tipos de calor usados no processo para extrair água do ar.

O calor é usado para levar a temperatura abaixo do ponto de condensação é "calor específico". O calor usado para levar a temperatura do ar abaixo do ponto de condensação é "calor latente" e representa uma variável dinâmica no processo de condensação. O processo de condensação ótimo usa o mínimo de "calor latente" possível.

O ponto de condensação do ar é a temperatura na qual o vapor de água no ar se torna saturado e a condensação começa.

Como referência, calor específico significa a quantidade de calor, medida em calorias, necessária para elevara temperatura de uma grama de uma substância por um grau Celsius.

Calor latente significa: a quantidade de calor absorvido ou liberado por uma substância sofrendo uma mudança de estado, como gelo mudando para água ou água para vapor, a pressão e temperatura constantes. É chamado também de calor de transformação. No processo de condensação ótimo, se muito ar é extraído pelo sistema, o sistema não pode transferir suficiente do volume total de ar para uma temperatura abaixo do ponto de condensação, resultando, por conseguinte, e, baixo desempenho do sistema.

Se ar suficiente for extraído através do dispositivo, a temperatura do ar cairá abaixo do ponto de condensação, mas quando houver menos ar se movimentando pelo sistema, haverá, respectivamente menos água disponível a ser extraída do ar. Além disso, outras questões que surgem quando muito pouco ar é movido através do sistema, como energia de congelamento e desperdiçada no uso excessivo de calor "latente".

Por conseguinte, há uma quantidade ótima de ar através do sistema baseado em um número de variáveis e esta quantidade ótima de ar mudará quando as outras variáveis mudarem. E necessário, portanto, ter um sistema que seja monitorado e reaja às mudanças na temperatura e umidade de modo a assegurar operação ótima em ação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O condensador de água de acordo com a presente invenção é um dispositivo que pode usar bários suprimentos de energia de fonte de entrada para criar um processo de condensação que extraia água potável do ar atmosférico.

Em um modo de realização, o condensador de água é portátil e o ciclo de refrigeração pode ser acionado por um compressor de 12 volts que permita um processo eficiente de condensação para criar um suprimento de água potável. A energia der fonte de entrada para o compressor pode ser suprida de muitas fontes, como turbina de vento, baterias, ou um painel fotovoltaico. Adicionalmente o projeto pode ser provido de transformadores para acomodar outros suprimentos de energia, como sistemas de 110 ou 220 % ψ

volts quando tal energia elétrica estiver disponível, ou o dispositivo pode ser dimensionado ou proporcionado de modo a acomodar estas fontes de energia elétrica diretamente. Por exemplo, o dispositivo poderia usar um compressor de 110 volts e simplesmente ter os outros componentes do dispositivo proporcionados para acomodar o compressor maior.

Em vez de filtrar água com sistemas convencionais como filtração por osmose ou carvão inversa, o dispositivo filtra o ar atmosférico e depois provê um processo de condensação que abaixa a temperatura deste ar abaixo do ponto de condensação do fluxo de ar. O ar é, depois, exposto a uma área superficial refrigerada, adequadamente dimensionada, sobre a qual condensar, e a água é coletada quando a gravidade puxar a água para um compartimento de armazenamento.

A invenção revelada cria um suprimento de água de alta qualidade através de um processo de filtração de ar em vez de água. O dispositivo pode ser equipado com uma peneira para manter de fora contaminantes maiores. Ajusante da peneira pode haver um pré-filtro. O pré- filtro pode ser removível para limpeza. A jusante do pré-filtro pode haver um filtro de alta qualidade como filtro HEPA para assegurar que o fluxo de ar seja puro e esgotado de contaminantes que possam diminuir a qualidade de água criada pelo processo de condensação a jusante da filtração de ar.

Em vez de usar um mecanismo de medição de tubo capilar para suprir fluido refrigerante ao evaporador do refrigerante, como normalmente usado para sistemas de refrigeração menores, o dispositivo de acordo com a presente invenção pode ser equipado com um válvula de sucção automática para permitir que o dispositivo se adapte a cargas variáveis criadas por diferentes ambientes. Um objetivo é que o processo de condensação sirva para prover processamento eficiente do ar atmosférico, ou seja o ar ambiente. Desse modo, o fluxo de ar de entrada a jusante da filtração de ar pode ser pré- resfriado, antes de entrar em um evaporador de refrigerante usado para condensar umidade extraída do fluxo de ar de entrada, por passar o fluxo de ar de entrada através de trocador de calor ar-para-ar, propriamente resfriado pelo ar resfriado deixando o evaporador. Ou seja, o fluxo de ar de entrada é resfriado antes de entrar na seção de evaporador de refrigerante por passá-lo bem próximo no trocador de calor ao ar resfriado que está deixando o evaporador do refrigerante. Trocadores de calor ar-para-ar podem ser construídos de modo muito eficiente, atingindo 80% de eficiência e, desse modo, reduzindo a temperatura do fluxo de ar de entrada em direção ao ponto de condensação antes do fluxo de ar entrara no evaporador de refrigerante reduz o diferencial de temperatura, ou queda de temperatura que tem que ser obtida pela passagem do ar obre superfícies resfriadas no evaporador de refrigerante para obter a temperatura de ponto de condensação e, assim, pode ter um impacto significativo sobre a eficiência do processo de condensação e, desse modo, a eficiência do dispositivo. Por exemplo, o dispositivo pode, assim ser otimizado para aumentar a vazão de ar e ainda ser capaz de reduzir a temperatura do fluxo de ar até o ponto de condensação, ou o dispositivo será capaz de operar temperaturas de fluxo de entrada muito quentes e ainda reduzir a temperatura do ponto de condensação de um volume razoável de fluxo de ar ao longo do tempo de modo a coletar uma quantidade útil de umidade. Sensores provêem temperatura, por exemplo, ambiente, temperaturas de entrada, temperaturas de entrada de evaporador de refrigerante e saída de evaporador de refrigerante, umidade, e velocidade de ventilador ou outros indicadores de vazão de ar ao processo para otimizar e equilibrar estas variáveis para maximizar o volume de umidade coletado. Modos de realização do dispositivo podem, assim, incluir variar o fluxo de ar através do sistema de modo que o dispositivo tenha uma quantidade prescrita de ar passando através do evaporador de refrigerante e um fluxo de ar diferente passando através do condensador de refrigerante do correspondente circuito de refrigerante, permitindo funcionamento otimizado. V

Adicionalmente aos benefícios acima descritos, o condensador de água pode adicionar valor adicional no processamento posterior. Por exemplo, a água coletada pode ser ainda mais processada de modo a aumentar o valor da água, pela adição de volta de minerais inorgânicos ausentes ou apenas presentes em pequenas quantidades na água, de modo a acomodar o valor percebido destes minerais ao consumidor. Este processo pode também adicionar minerais inorgânicos de volta à água benéficos ao corpo humano, em vez de simplesmente adicionar de volta minerais inorgânicos que o corpo humano não seja capaz de assimilar apropriadamente. São vários os modos de reintegrar minerais e elementos traços

na água coletada. Por exemplo, um pequeno compartimento com uma porta articulada, permitindo que o mesmo seja acessado facilmente, pode ser provido entre uma chapa de gotejamento no fundo do evaporador de refrigerante e um recipiente de armazenamento de água a jusante, de modo a ter toda a água coletada passando através desta câmara. Uma pastilha de minerais pode ser inserida nesta câmara por um usuário de modo que a água coletada goteje sobre a pastilha de minerais, fazendo com que a pastilha se dissolva e, desse modo, adicione os elementos desejados à água coletada. O usuário, assim, controla a re-mineralização da água coletada. Remédios para a saúde adicionais também podem ser adicionados à água coletada como prata coloidal, aditivos de oxigenação da água, íons de hidrogênio negativamente ionizados ou outros produtos para aumentar a saúde.

Em resumo, o condensador de água, de acordo com a presente invenção, pode ser caracterizado por um aspecto como incluindo pelo menos dois estágios de refrigeração, um primeiro deles resfriando um primeiro ou primário fluxo de ar passando através do primeiro estágio, ou a montante, dos dois estágios, usando um trocador de calor ar-para-ar, e suprindo o fluxo de ar primário, uma vez resfriado no trocador de calor, desse primeiro estágio para um evaporador de refrigerante, onde o fluxo de ar primário é adicionalmente .99

resfriado no evaporador de refrigerante até seu ponto de condensação de modo a condensar a umidade no fluxo de ar primário sobre as superfícies resfriadas do evaporador de refrigerante, por meio do que o fluxo de ar primário, ao sair do evaporador de refrigerante do segundo estágio, entra no trocador de calor de ar-para-ar do primeiro estágio para resfriar o fluxo de ar primário que chega, reduzindo, desse modo, o diferencial de temperatura entre a temperatura do fluxo de ar primário que chega entrando no primeiro estágio e a temperatura de ponto de condensação do fluxo de ar primário no segundo estágio. Um fluxo de ar secundário ou auxiliar que, em um modo de realização, pode ser misturado ou unido (coletivamente significando aqui como sendo misturado) com o fluxo de ar primário, a jusante dos primeiro e segundo estágios, de modo a aumentar o volume de fluxo de ar entrando em um condensador de refrigerante no circuito de refrigerante correspondente ao evaporador de refrigerante do segundo estágio. Desse modo, se o primeiro fluxo de ar, ou primário, tiver uma correspondente primeira vazão mássica, e o fluxo de ar secundário, ou auxiliar, tiver uma correspondente segunda vazão, então a vazão mássica do fluxo de ar combinado entrando no condensador de refrigerante será a soma das primeira e segunda vazão mássica, que é maior do que a primeira vazão de ar nos dois estágios de refrigeração.

Os dois estágios de refrigeração podem ser contidos em um ou alojamentos separados enquanto o fluxo de ar primário estiver em comunicação fluídica entre os dois estágios. Um alojamento inclui uma primeira entrada de ar para entrada do fluxo de ar primário. A primeira entrada de ar é montada no trocador de calor de ar-para-ar.

O trocador de calor de ar-para-ar tem um conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração cooperando em sua extremidade a montante em comunicação fluídica com a primeira entrada de ar. A primeira entrada de ar provê, assim, tomada do fluxo de ar primário no conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração. O trocador de calor de ar-para-ar tem também um conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração arranhado em relação ao conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração para transferência de calor entre o conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração e o conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração.

Uma primeira unidade de refrigeração ou resfriamento (adiante, coletivamente uma unidade de refrigeração) como o evaporador de refrigerante coopera com o conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração para a passagem do fluxo de ar primário de uma extremidade a jusante do conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração para uma extremidade a montante da primeira unidade de refrigeração. A primeira unidade de refrigeração inclui primeiras superfícies (aqui coletivamente ou alternativamente referidas como refrigeradas), por exemplo, uma ou mais chapas resfriadas, sobre as quais o fluxo de ar primário passa ao fluir da extremidade a montante da primeira unidade de refrigeração para a extremidade a jusante da primeira unidade de refrigeração.

O fluxo de ar primário já pré-resfriado é ainda mais resfriado na primeira unidade de refrigeração abaixo de um ponto de condensação do fluxo de ar primário de modo a iniciar a condensação da umidade no primeiro fluxo de ar sobre as superfícies refrigeradas para coleta por gravidade da umidade em um coletor de umidade, por exemplo, uma placa de gotejamento ou bacia montada sob ou na parte inferior do alojamento. A extremidade a jusante da primeira unidade de refrigeração coopera, para a passagem do fluxo de ar primário, com uma extremidade a montante do conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração, por exemplo, para depois entrar no trocador de calor de ar-para-ar de modo a pré-resfriar o fluxo de ar primário antes deste se encaixar na primeira unidade de refrigeração. Devido ao pré- resfriamento pelo trocador de calor, o condensado pode ser coletado com mínimas exigências de energia. Um segundo trocador de calor de ar-para-ar pode aumentar ainda mais o desempenho do sistema. Coletivamente, os conjuntos de condutos de ar de pré-refrigeração e pós-refrigeração formam o primeiro estágio de refrigeração e, coletivamente, a chapa ou chapas do evaporador de refrigerante formam o segundo estágio.

Um trocador de calor de ar-para-água pode ser provido

cooperando com o trocador de calor de ar-para-ar para resfriar o fluxo de ar primário onde o fluxo de ar primário é passado através do trocador de calor de ar-para-água e a umidade resfriada do coletor de umidade é simultaneamente passada através do trocador de calor de ar-para-água de modo que a umidade resfrie o primeiro fluxo de ar. O trocador de calor de ar-para-água pode ficar a montante ou a jusante do trocador de calor de ar-para-ar ao longo do fluxo de ar primário.

Em um modo de realização, um distribuidor ou câmara de pressão de ar tendo extremidades a montante e jusante opostas coopera em comunicação fluídica com a extremidade a jusante do conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração. Ou seja, a extremidade a montante da câmara de pressão de ar coopera com a extremidade a jusante do conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração de modo que o fluxo de ar primário flua para a câmara de pressão de ar na extremidade a montante da câmara de pressão. A câmara de pressão tem uma segunda, ou auxiliar, entrada de ar na câmara de pressão parta a mistura do fluxo de ar auxiliar com, ou, adição do fluxo de ar auxiliar em paralelo ao fluxo de ar primário na câmara de pressão, de modo a prover a vazão mássica combinada no condensador de refrigerante, para extrair calor do refrigerante no circuito de refrigerante para tornar a condensar o refrigerante para despacho sob pressão ao evaporador de refrigerante no segundo estágio de refrigeração, o refrigerante pressurizado entre o evaporador de refrigerante e condensador por um compressor de refrigerante (aqui referido como compressor). Desse modo, a extremidade a jusante da câmara de pressão coopera em comunicação fluídica com o condensador de refrigerante. Um deslocador primário de fluxo de ar, como um ventilador ou insuflador (aqui, coletivamente um ventilador) pressiona o fluxo de ar primário através dos dois estágios de refrigeração. Em modos de realização onde ambos os fluxos de ar primário e auxiliar são direcionados para o condensador de refrigerante (aqui referido como modo de realização de fluxo de ar combinado), um único deslocador primário de fluxo de ar, como um ventilador sobre o condensador de refrigerante, pode ser empregado e, de outro modo, onde apenas o fluxo de ar auxiliar flui através do condensador de refrigerante, deslocadores separados primários de fluxo de ar são providos para os fluxos de ar primário e auxiliar.

No modo de realização de fluxo de ar combinado, um válvula de medição de fluxo de ar seletivamente atuável, como um amortecedor seletivamente atuável, pode ser montada em cooperação com a entrada de ar auxiliar para controlar seletivamente o volume e vazão do fluxo de ar auxiliar passando para a câmara de pressão. Um atuador automatizado pode cooperar com a válvula de medição para atuação automatizada da válvula de medição entre posições aberta e fechada da válvula de acordo com pelo menos uma condição ambiental indicadora de pelo menos teor de umidade nos fluxos de ar primário e/ou auxiliar (aqui, "e/ou" coletivamente referido pelo operador booleano "ou"). Como um exemplo, o atuador automatizado pode ser um atuador bimetálico sensível à temperatura ou um atuador controlado por um controlador lógico programável (PLC); por exemplo, o atuador automatizado pode incluir um processador cooperando com o pelo menos um sensor, o pelo menos um sensor para sensorear a pelo menos uma condição ambiental e comunicar dados ambientais correspondentes a pelo menos uma condição ambiental do pelo menos um sensor ao processador ou PLC. A pelo menos uma condição ambiental pode ser escolhida do grupo consistindo de temperatura de ar, umidade, pressão de ar barométrica, densidade de ar, ou vazão mássica de ar. O condicionador de temperatura de ar pode incluir a temperatura do ar ambiente na entrada de fluxo de ar primário, e a temperatura dos fluxos de ar primários entrando e deixando o segundo estágio de refrigeração.

O processador regula os primeiro e segundo fluxos de ar, por exemplo, regula a quantidade de refrigeração na unidade de refrigeração, de modo que a temperatura do ar na primeira unidade de refrigeração fique no, ou, abaixo do ponto de condensação do fluxo de ar primário, mas acima do congelamento. O processador pode calcular o ponto de condensação para o fluxo de ar primário baseado em pelo menos uma condição ambiental sensoreada pelo o pelo menos um sensor.

O deslocador primário de fluxo de ar pode ser seletivamente controlável e o processador pode regular o fluxo de ar primário, auxiliar ou combinado de modo a minimizar a temperatura do fluxo de ar primário de cair bem abaixo do ponto de condensação para o fluxo de ar primário para minimizar a condensação dentro do trocador de calor e, assim, otimizar ou maximizar o volume de condensação de umidade na unidade de refrigeração.

Pelo menos um filtro pode ser montado em cooperação com o alojamento do condensador de água. Por exemplo, pelo menos um filtro de ar, como filtro EDEPA, pode ser montado no caminho de fluxo do primeiro fluxo de ar. Um filtro de água pode ser provido para filtrar água no coletor de umidade. Os filtros de ar podem incluir uma lâmpada de radiação ultravioleta montada em proximidade de modo a cooperar com o caminho de fluxo de ar primário ou o coletor de umidade. Por exemplo, o filtro de ar e o filtro de água podem incluir uma lâmpada comum de radiação ultravioleta montada na proximidade de modo a cooperar com ambos o fluxo de ar primário e o coletor de umidade.

Na ordem a montante para jusante, a primeira unidade de refrigeração pode ser adjacente ao trocador de calor, o trocador de calor pode ser adjacente aa câmara de pressão, a câmara de pressão pode ser adjacente ao condensador de refrigerante, e o condensador de refrigerante pode ser adjacente ao deslocador primário de fluxo de ar. Estes elementos podem ser entrelaçados em arranjo ordenado bem adjacentes.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A fig.l é uma vista em perspectiva de um modo de realização do condensador de água de acordo com a presente invenção.

A fig. 2 é uma vista em seção ao longo da linha 2-1 na fig. 1.

A fig. 2a é uma vista ampliada de uma porção da fig. 2.

A fig. 2b é uma vista em seção ao longo da linha 2b-2b na fig. .2.

A fig. 3 é uma vista em seção ao longo da linha 3-3 na fig. 1.

A fig. 3a é uma vista ampliada de uma porção da fig. 3.

A fig. 3b é uma vista ampliada de uma porção da fig 3a.

A fig. 3c é uma vista em perspectiva dos condutos de ar internos do lado a montante do distribuidor do condensador de água da fig 1.

A fig. 4 é uma vista em seção ao longo da linha 4-4 na fig. 1.

A fig. 5 é a vista da fig. 3 em um modo de realização alternativo onde o distribuidor de fluxo de ar suprindo o condensador de refrigerante é dividido entre os fluxos de ar primário e auxiliar.

A fig. 6 é uma vista diagramática do ciclo de pré-refrigeração e condensador e circuito fechado de refrigerante de acordo com o modo de realização da fig. 1.

A fig. 6a é a vista da fig. 6 mostrando o trocador de calor de ar-para-ar a jusante do trocador de calor de ar-para-água.

A fig 6b é a vista da fig. 6 mostrando um trocador de calor de ar-para-água a montante do trocador de calor de ar-para-ar.

A fig. 7 é uma vista em perspectiva do lado frontal direito parcialmente recortada de um modo de realização alternativo da presente invenção, onde dois ventiladores separados impulsionam os fluxos de ar primário e auxiliar através do evaporador e condensador, respectivamente.

A fig. 8 é uma vista em perspectiva do lado frontal esquerdo parcialmente recortada do modo de realização da fig. 7.

A fig. 9 é uma vista por trás em perspectiva parcialmente recortada do modo de realização da fig. 7.

A fig. 10 é uma vista por trás em perspectiva parcialmente recortada do modo de realização da fig. 7.

A fig. 11 é uma vista em perspectiva parcialmente recortada de outro modo de realização alternativo da presente invenção onde o fluxo de ar primário passa através do trocador de calor de ar-para-água.

A fig. 12 é um gráfico de temperatura vs. Tempo mostrando a inter-relação de temperatura de evaporador, temperatura de ar processado, umidade relativa (UR%), temperatura de ponto de condensação e temperatura ambiental no dispositivo da fig. 1.

A fig. 13 é um bloco-diagrama mostrando um modo de realização de sistema de controle para um condensador de água de acordo com a invenção.

A fig. 14 é um bloco-diagrama mostrando um modo de realização alternativo de sistema de controle de acordo com a invenção.

A fig. 15 é uma vista em perspectiva de um sensor usado no condensador de água de acordo com a invenção.

A fig. 16 é uma vista em perspectiva frontal de um modo de realização alternativo da invenção.

A fig. 17 é uma vista em perspectiva frontal do modo de realização mostrado na fig. 16, onde a cobertura foi removida.

A fig. 18 é uma vista frontal do modo de realização mostrado na fig. 17.

A fig. 19 é uma vista de topo do modo de realização mostrado na fig. 17. A fig. 20 é uma vista em perspectiva de uma porção do modo de realização mostrado na fig. 17 mostrando a colocação do condensador em relação ao ventilador do condensador e compressor.

A fig. 21 é uma vista em perspectiva de um evaporador de acordo com o modo de realização da invenção mostrado na fig. 17.

A fig. 21a é uma vista ampliada de uma porção da fig. 21.

A fig. 22 é uma vista em perspectiva de uma porção do modo de realização mostrado na fig. 17.

A fig. 23 é uma vista em perspectiva de um sistema de troca de calor de acordo com o modo de realização da fig. 17.

A fig. 23 a é uma vista ampliada de uma porção da fig. 23.

A fig. 24 é uma vista lateral do modo de realização mostrado na fig. 17.

A fig. 25 é uma vista lateral parcialmente recortada do modo de realização mostrado na fig. 17 mostrando o fluxo de ar.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

Com referência aos desenhos, onde caracteres de referência semelhantes denotam partes correspondentes em cada vista, em um modo de realização preferido da presente invenção, um ventilador 12 impulsiona uma fluxo de ar primário ao longo de um caminho de fluxo a montante A através de um evaporador de refrigerante a montante 14, através de um trocador de calor de ar-para-ar 16 e, em modo de realização alternativo, através também de um trocador de calor de ar-para-água usando água gelada coletada como condensado do evaporador 14 (melhor descrito abaixo), cooperando com uma tomada de ar 18 de caminho de fluxo a montante A, depois através de um distribuidor 20 onde o ar ambiente é aspirado como fluxo de ar auxiliar na direção B através da tomada de ar auxiliar 22. O fluxo de ar primário entra no distribuidor 20 na direção C ao deixar o trocador de calor 16. Os fluxos de ar primário e auxiliar, no modo de realização da fig. 3 se misturam no distribuidor 20 e depois flui na direção D através de um condensador de refrigerante a jusante 24 e, finalmente, flui através do ventilador 12 de modo a ser exaurido e exaurido aquecido na direção E.

O fluxo de ar primário é pré-resfriado no trocador de calor de ar-para-ar, e também no trocador de calor de ar-para-água no modo de realização alternativo. Umidade no ar ambiente é extraída quando o fluxo de ar primário através da tomada 18 é condensado no evaporador de refrigerante .14. Gotículas de água condensadas são supridas por gravidade na direção F para a placa de coleta, bandeja ou calha 26 para extravasamento através do bico 26a. A adição de ar ambiente aspirado como o fluxo de ar auxiliar na direção B para o distribuidor 20 provê a maior vazão de ar volumétrica necessária para operar eficazmente o condensador de refrigerante 24.

Em operação, o fluxo de ar primário é aspirado através da tomada de ar a montante 18 do evaporador 14 na direção A e passa entre as placas vazadas do trocador de calor de ar-para-ar 30. Dependendo do modo de realização da presente invenção, o trocador de calor de ar-para-água 90 pode cooperar com o trocador de calor de ar-para-ar 16 e pode haver um, dois, três ou mais placas 30 no trocador de calor 16. As placas 30 são, de preferência, paralelas e espaçadas para formar canais de escoamento entre as mesmas e entre as placas mais externas 30a e as paredes 32a do alojamento 32 do trocador de calor. Dentro do evaporador 14, as placas 34 são refrigeradas pela evaporação do refrigerante fluindo para as serpentinas de resfriamento 34a. As placas 34 são otimamente resfriadas para uma temperatura que resfriará o fluxo de ar primário para logo abaixo de seu ponto de condensação, como visto plotado pelos dados experimentais na fig. 12 de modo a condensar vapor de água para formar gelo. Por exemplo, o fluxo de ar primário saindo do evaporador 14 na direção H, de modo a entrar no trocador de calor 16, pode ser resfriado para 4,4°C. Uma vez que o fluxo de ar primário tenha passado entre as placas 30, e entre as placas mais externas 30a e as paredes 32a do alojamento .32 (coletivamente, genericamente o conjunto de condutos de ar de pré- refrigeração), o fluxo de ar primário é girado de 180° na direção I por e dentro de um distribuidor de tampa terminal 36 que estende o comprimento das extremidades superiores das placas 30.

As placas 30 são rigidamente suportadas em arranjo ordenado espaçado paralelo entremeado por e entre placas terminais planares 38. As placas terminais têm um arranjo ordenado de orifícios 38a através das mesmas. O os orifícios são alinhados com as extremidades abertas de condutos vedados 30b através das placas, como melhor visto nas figs. 3, 3a e .3b, de modo que, uma vez que o fluxo de ar tenha sido girado por 180° na direção H através do distribuidor do lado a montante 40, o fluxo de ar passa então na direção J através dos orifícios 38a e ao longo do comprimento, dos condutos 30b (o conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração)de modo a sair dos correspondentes orifícios 38a a jusante, na placa terminal oposta 38'. Em particular, o distribuidor lateral 40 no modo de realização ilustrativo da fíg. 3c, sem a intenção de ser limitativo, segrega o fluxo de ar na direção H em três fluxos Hl5 H2 e H3 de modo a entrarem nos correspondentes condutos 30b, eles próprios arranjados em três bancadas 30bl, 30b2 e 30b3 arranjadas verticalmente uma sobre a outra, como visto na fíg. 2. Cercas 40b dividem os fluxos de ar de condutos vedados 30b, de modo que os fluxos de ar Hl, H2 e H3 fiquem alinhados para fluxo em, respectivamente três bancadas 30bl, 30b2 e 30b3. AS cercas 40b também se alinham com as placas 34 de modo a segregar parcialmente o suprimento de entrada defluxos de ar Hl, H2 e H3 a virem de, respectivamente entre a placa externa 34 e a parede externa 14a, entre as placas interna e externa 34, e entre a placa interna .34 e a parede interna 14b.Uma tampa inferior 40a veda a extremidade da bandeja 26 e canaliza a umidade coletada do distribuidor lateral 40 para a bandeja 26, como visto na fig. 2b. Transferência de calor de ar-para-ar na direção K ocorre através das paredes sólidas de placas 30 de modo que o fluxo de ar primário nos condutos 30b resfrie o fluxo de ar primário entre as placas.

Ao deixar os orifícios 38a' nas placas terminais 38', o fluxo de ar é novamente girado de, aproximadamente, 180°na direção C por e dentro do distribuidor lateral a jusante 42 que estende a altura da placa terminal 38'. O distribuidor lateral 42 direciona o fluxo de ar para o distribuidor 20 através de uma porta 44 conduzindo à extremidade a montante do distribuidor 20. Uma tomada de ar ambiente 22 supre ar ambiente na direção B para o distribuidor 20 de modo a, em um modo de realização de fluxo de ar combinado, misturar com o fluxo de ar do trocador de calor 16 com o ar ambiente da tomada de ar auxiliar 22. A vazão do fluxo de ar auxiliar através da tomada 22 és eletivamente regulada pela atuação de um amortecedor 22a (mostrado na fig. 3 em sua posição fechada em esboço pontilhado e em sua posição aberta em esboço cheio). O fluxo de ar misturado é, então, impulsionado na direção D para o condensador de refrigerante 24 de modo a passar entre as venezianas 24a ou serpentinas ou similares. O condensador 24 condensa o refrigerante fluindo pelas linhas 46a (ilustras diagramaticamente em esboço pontilhado na fig. 4) uma vez comprimido pelo compressor 46. O fluxo de ar combinado entra, então, no ventilado em linha 12 e é exaurido do ventilador na direção E.

O ar atmosférico entra pela tomada 18 na direção A através da peneira 50, passando através do pré-filtro 52 e, depois, através de um filtro de alta qualidade, como filtro HEPA 54. O fluxo de ar deixando o condensador 24 pode passar através de outro filtro 56. O filtro 56 impede a entrada de contaminantes no ventilador e, assim, impede que os mesmo atinjam o evaporador 14. Uma vez que o fluxo de ar primário tenha sido processado através de dois estágios de refrigeração de, respectivamente trocador de calor .16 e evaporador de refrigerante 14, o fluxo de ar primário pode não estar suficientemente resfriado para ajudar no resfriamento do refrigerante no condensador de refrigerante 24. Desse modo, o fluxo de ar primário pode ser exaurido inteiramente do sistema sem escoar através do condensador 24 sem significativamente afetar o desempenho, ou, caso o fluxo de ar primário esteja algo resfriado, ele pode ser usado para ajudar no resfriamento do condensador 24. Se o ar que tenha passado através do evaporador 14 e trocador de calor 16 for exaurido a montante do condensador 24, este aspirará sua própria corrente de ar, que é o fluxo de ar auxiliar, diretamente do ar ambiente fora do sistema. O uso de duas correntes de ar, primária e auxiliar, tem vantagens por permitir um significativo aumento no fluxo de ar através do condensador versus o evaporador.

Um controlador 48, como descrito posteriormente, pode efetuar múltiplas tarefas e os sistema pode necessitar de múltiplos controladores se não for benéfico ou prático tê-los na mesma unidade. O controlador 48 pode ser projetado para acomodar uma entrada de energia variável como seria o caso se a unidade fosse presa diretamente a um painel fotovoltaico. O controlador 48 pode assegurar também que as pressões do sistema de refrigeração sejam mantidas.

Há duas pressões envolvidas em um sistema de refrigeração como empregado neste projeto. Essas são a pressão de sucção (lado inferior) e a pressão de descarga (lado superior). Para desempenho ótimo, a pressão de lado inferior ou de sucção pode ser de, aproximadamente, 2N. A pressão do lado superior de descarga é muito mais difícil de controlar e pode ficar na faixa entre 4,5 a 7N para desempenho ótimo. Com um sistema de refrigeração normal, a pressão de lado superior é mais fácil de ser controlada pelo uso de controles de refrigeração convencionais, e é de somenos importância. Com um sistema como este, ou seja, sob constante mudança de carga com grandes flutuações tanto em temperatura como em umidade, as pressões são propensas a mudar e podem sair rapidamente da faixa ótima. Isto pode causar dano ao sistema, uma vez que, se a pressão de descarga ficar muito elevada (acima de .8,5N) ela pode ser muito elevada para o sistema e causar dano interno às válvulas no compressor. Ao isolamento da fiação elétrica, e pode mesmo causar a formação de ceras, bem como, diminuição da eficiência global do sistema. Estas pressões podem ser controladas de certa maneira pelo controle das pressões dentro do sistema e através do controle do fluxo de refrigerante. O lado superior ou de descarga pode ser controlado pela regulação da quantidade e temperatura do ar que passa através do condensador. Se a pressão de descarga for muito baixa (abaixo de 4N) o sistema de refrigeração fica comprometido e funciona abaixo de sua capacidade. Neste caso, o controlador é projetado para desligar o ventilador e permitir que a pressão suba. Se a pressão subir muito, o controlador desligará o ventilador e a pressão cairá. Este é um modo simples e barato de controlar a pressão de descarga do sistema.

O controlador 48 pode também encontrar o fluxo de ar ótimo através do condensador de modo a moderar a descarga (também chamada contrapressão) a uma faixa aceitável (5N pode ser ótimo). Neste projeto, o ventilador é mantido à velocidade ótima em vez de ser desligado ou ligado, para assegurar pressões apropriadas de sistema e operação ótima do sistema de refrigeração.

Sistema de controle

O controlador 48, pode ser parte de sistema de controle 130 do condensador de água para gerenciar o fluxo de ar através de uma série de elementos de controle permitindo que o vapor de água dentro do ar ambiente seja condensado em um elemento de contenção, como a placa de coleta 26. Como mostrado na fig. Na fig. 13, o sistema de controle inclui entradas de ar .100 (cujo exemplo é a tomada de ar 22, embora uma pluralidade de entradas de ar presente no condensador de água possa ser incluída), que constituem o início de fluxos de ar no condensador de água; um sistema de extração de água 110 que extrai vapor de água do fluxo de ar (como previamente descrito), um sistema de exaustão de ar 120 que maximiza a extração de água do ar ambiente e remove ar após o processo de condensação, e um sistema de controle de extração de água 130 que gerencia o fluxo de ar através do condensador de água baseado em uma pluralidade de sensores e dispositivos de movimentação de ar.

O sistema de controle 130 inclui também uma pluralidade de sensores, um microcontrolador/microprocessador (não mostrado) capaz de receber entrada dos sensores e produzir informação para controla o sistema de fluxo de ar que, por sua vez, varia da vazão. O sistema de controle de extração de água 130 recebe informação de subsistemas do condensador de água, incluindo sistema de medição de tomada de ar 140, sistema de controle de movimentação de ar 150, e sistema de medição de exaustão 160, e usa esta informação para controlar cada subsistema. O sistema de controle 130 pode incluir também mostrador 170 e interface de usuário 180, com meio de entrada como botões 190, diais, ou similares, para permitir controle de usuário local do condensador de água. O sistema de controle 130 pode incluir também um sistema de controle externo 195 para comunicações por fio ou sem fio com o sistema de controle 130 dentro do condensador de água, ou com interface de controle 180. O sistema de controle externo 195 pode ser, mas não de modo limitativo, um dispositivo de computação pessoal local ou em rede, como controladores de sistema, PLCs5 computadores pessoais (PCs) ou dispositivos de mão.

O sistema de controle 130 obtém informação sobre o status corrente do sistema através de entradas obtidas através de pelo menos um ou mais sensores posicionados na ou ao redor do condensador de água. De preferência, pelo menos um sensor fica localizado dentro do sistema de fluxo de ar do condensador de água para medir as propriedades do fluxo de ar entrando pela tomada de ar para prover entrada sobre as propriedades de tal fluxo de ar para comparação com entrada recebida de um sensor provendo entrada ao sistema de controle sobre as propriedades do fluxo de ar saindo do condensador de água através do sistema de exaustão. Aquelas propriedades são medidas tanto para maximizar extração de água como para determinar o nível e eficiência de operação de outros componentes do sistema, incluindo filtros de ar, condicionadores de ar e condicionadores de ar.

O sistema de controle inclui ainda ambos componentes mecânicos e elétricos. Os componentes mecânicos controlam o fluxo de ar instruídos pelos componentes elétricos ou eletrônicos do sistema de controle, para condensar vapor de água extraído do ar e coletado dentro dos componentes mecânicos.

O sistema de controle mede propriedades no fluxo de ar ambiente de entrada ou tomada, incluindo umidade e temperatura, e compara estas propriedades com o fluxo de ar de exaustão usando os mesmos parâmetros para determinar a vazão ótima para maximizar a extração de água. O sistema de controle pode medir também mudanças de pressão entre o fluxo de ar de tomada e exaustão para determinar a eficiência das propriedades de troca e determinar ainda se os componentes do sistema necessitam de manutenção.

O uso do sistema de controle inclui medir o diferencial de umidade entre a tomada e exaustão, determinando a velocidade de ar ótima através do sistema mecânico do condensador de água. Velocidade de ar ótima é a velocidade de ar que produz a maior quantidade de condensação no sistema (de condensação) mecânico, maximizando, desse modo, a extração de água.

Os sensores são usados para medir o fluxo de ar, temperatura, pressão ou umidade. De preferência, pelo menos dois sensores estão presentes no condensador de água, um na tomada de ar e outro na exaustão. O sistema de controle pode incluir também sensores nas câmaras de condensação ou entre filtros na câmara de filtro.

Os sensores contêm circuitos para converter dispositivos de medição internos em sinais que podem ser transmitidos (por exemplo, ao longo de um cabo) ao controlador/processador do sistema 48. A conversão de sinal no sensor geralmente inclui dispositivos eletrônicos reagindo com as propriedades elétricas de um dispositivo de sensoreamento individual e criando um sinal que pode ser comunicado ao longo de um cabo de interface por fio. De modo geral, isto significa converter uma propriedade analógica em um sinal digital. Um sensor típico está mostrado na fig, 15.

Os tipos de sensores que podem estar presentes incluem um sensor de umidade tendo eletrodos de detecção localizados sobre um substrato semicondutor e uma película sensível à umidade. Os sensores de umidade medem a umidade relativa ou absoluta. A umidade de tomada absoluta ou relativa é comparada com a umidade de exaustão relativa ou absoluta para maximizar o valor diferencial, maximizando, desse modo, a extração de vapor de água.

Um sensor de temperatura pode estar presente, tendo eletrodos de detecção localizados sobre substratos cujas propriedades reagem à mudança de condições termais e que podem ser medidas ou convertidas eletricamente. A temperatura diferencial é usada, em conjunto com umidade diferencial (absoluta ou relativa), para determinar parâmetros ótimos para extração de vapor de água.

Um sensor de pressão também pode estar presente, em particular, para medir a pressão diferencial entre a tomada de fluxo de ar e exaustão e, em parte, para determinar as propriedades do sistema de substituição de filtração e particulado.

Na prática, o sistema de controle lê entrada dos sensores, que estão medindo sinais de tomada e exaustão relacionados à temperatura, umidade e pressão. Além disso, o sistema de controle controla a vazão de ar através do sistema mecânico do condensador de água. A vazão de ar pode ser controlada por algum ou todos os parâmetros capazes de serem medidos pelos circuitos de tomada e/ou exaustão.

Os sistemas de sensoreamento de tomada incluem condicionadores de sinal analógico, que são conversores passivos para ativos cujas propriedades são convertidas de parâmetros de medição não- compensados e brutos passivos em sinais digitais mensuráveis por um dispositivo de controle, por exemplo, um processador de sinal digital ou um microprocessador ou microcontrolador.

Um sistema de condicionamento de sinal preferido inclui um sensor passivo, conversores de sinal ativos e circuitos de sensoreamento de erro,q eu usam sinais de erro para gerar sinais compensados indicadores da presença de vapor de água; um amplificador associado ao sensor, para extrair o sinal de erro do sinal ativo para gerar um sinal compensado, que indica a presença de vapor de água dentro de uma vizinhança do condensador de água; um circuito de condicionamento de sinal de saída para receber o sinal compensado do amplificador e gerar um sinal condicionado do mesmo para transmissão a um microprocessador, que instrui o sistema controlador a controlar um transdutor de vazão de ar variável no condensador de água em resposta a uma entrada e saída diferencial do sinal condicionado ao microprocessador do amplificador.

Estes circuitos de condicionamento de entrada e dispositivos de medição são usados para determinar a umidade e temperatura diferenciais. A vazão de ar é, então, controlada para maximizar a umidade diferencial entre os sistemas de tomada e exaustão; Esta umidade diferencial é usada juntamente com medições de temperatura para maximizar a extração de vapor de água.

O fluxo de ar é controlado com dispositivos mecânicos sob o controle do sistema de controle. O fluxo de ar é medido como uma percentagem da velocidade máxima ou vazão através do sistema mecânico do condensador de água.

O sistema de controle lê os sinais convertidos de dispositivos de sensoreamento de entrada e compara esses sinais com os sinais convertidos de dispositivos de sensoreamento de exaustão. O fluxo de ar é, então, controlado para maximizar o diferencial de umidade entre esses sensores. A temperatura é medida e usada para limitar o sistema mecânico de modo a não gelar o ar para não causar congelamento do vapor de água no sistema de condensação. As medições tanto de umidade como de temperatura permitem que o sistema de controle compute um ponto de condensação que é usado na matriz de decisão para o controle de vazão de ar.

O sistema de controle pode também comutar entre perfis de condensação comutando entre algoritmos e parâmetros de controle. Parâmetros são aquelas entradas no sistema de controle que são mensuráveis ou calculadas. Parâmetros calculados podem ser derivados dos sinais de sensor mensuráveis, ou de outros parâmetros, como o tempo.

O tempo é usado como um parâmetro para filtrar ou mediar leituras dos sensores. Esta média ou filtração é ajustável no tempo para prover períodos mais longos ou mais curtos de ajuste de fatores de amortecimento que variam a taxa de controle do sistema de fluxo de ar. O controle de saída de sistema de fluxo de ar pode ser ajustado com base em perfis ajustáveis pelo sistema de controle externo ou através de interface de mostrador/comutador de usuário ou ambos.

Dois algoritmos de controle primário são usados no sistema, um algoritmo de tempo-taxa-variável (TRV) e um algoritmo derivado integral proporcional (PID). Um sistema de controle PID é um componente de circuito fechado de retroalimentação comum em sistemas de controle industriais. Neste processo, o sistema de controle compara valores medidos de um processo com um valor de ponto de ajuste de referência. O controlador de PID pode ajustar saídas de processo com base na história e taxa de mudança em um sinal de erro. O algoritmo PID é usado quando o sistema de controle está sendo usado para obter um diferencial de ponto de ajuste de umidade ou temperatura. Este é diferente do sistema de tempo-taxa-variável que é usado quando o sistema de controle está maximizando seus valores de diferencial de umidade e/ou temperatura.

O sistema tempo-taxa-variável (TRV) inclui elementos de teoria de controle PID; porém neste caso, não há valor de ponto de ajuste conhecido. O ponto de ajuste não é predeterminado, mas é dinâmico dentro do sistema de controle e muda dependendo da qualidade do ar. Além disso, este "ponto de ajuste" é continuamente otimizado para maximizar extração de água baseada em umidade e temperatura. Se o sistema de controle incluir um sensor de pressão, este sensor é usado para assistir o algoritmo de controle primário uma vez que a vazão de ar através do sistema pode ser reduzida devido ao acúmulo de pressão nas câmaras de troca.

TRV é usado pelo ajuste de medições iniciais do sistema de sensoreamento em TO. Em TO, o sistema de controle de fluxo será ajustado para 0 ou próximo de 0. Os sensores são lidos para determinar as condições de diferencial em TO. O controle de vazão é, então, aumentado para uma taxa lenta ociosa como determinado pelos atuadores de fluxo mecânicos. A vazão de atuadores mecânicos tem, normalmente, uma condição de baixa taxa ociosa de modo que, se ajustada abaixo deste ponto, faz com que a vazão diminua deste valor mínimo para 0. Este pode não ser proporcional aos valores de controle. Por exemplo, uma taxa de controle de saída de 12% pode não ser suficiente para fazer com que os atuadores mecânicos movam o ar, enquanto 13% pode causar a movimentação do ar.

Os sensores são novamente lidos em algum tempo T1 após esta condição inicial, onde T1 á ajustado pelo sistema mas um perfil de ajuste variável. No momento TI, o controlador usa estes parâmetros medidos para determinar se a vazão deve ser aumentada. DE modo geral, um aumento na vazão é esperada após a condição inicial. É esperado também que haja algum ou nenhum aumento no diferencial de umidade e esta medição é usada como a base para controle adicional do sistema de fluxo.

Neste momento TI, a velocidade é aumentada para próximo,

mas menor do que a máxima (100%), como determinado pela fórmula: <formula>formula see original document page 30</formula>

Algum tempo depois, no momento T2, um valor proporcional a T1-T0, um novo conjunto de medições de sensor é usado para comparar o diferencial de umidade prévio com um novo diferencial de umidade para determinar se estes valores de diferencial são crescentes ou decrescentes. A meta do sistema de controle é aumentar este diferencial de umidade para seu valor máximo. O valor máximo é o valor no qual, se a vazão fosse aumentada, o diferencial de umidade medido cairia.

Se o diferencial de umidade for maior no momento T2 do que no momento Tlj o sistema de controle, então, aumenta o fluxo de ar de acordo com a fórmula 1 listada acima, mas a vazão corrente seria a última vazão usada para controlar o sistema mecânico. Isto tem o efeito de aumentar o fluxo em direção a 100% em etapas decrescentes que são efetivamente meio caminho entre o ajuste corrente e 100%.

Este processo continua até o máximo ser atingido como descrito acima. Uma vez que este tenha sido alcançado, a vazão é diminuída em pequenos incrementos com base novamente nas medições prévias, como refletido na fórmula a seguir:

<image>image see original document page 30</image>

A constante K, na fórmula 2 faz com que o algoritmo desacelere a vazão de ar no caso de vazão de ar prévia e a corrente vazão serem a mesma. Isto difere da fórmula crescente (fórmula 1) devido a, no caso de vazão de ar crescente, 100% da máxima continua a ser usado enquanto o diferencial de umidade mostra-se como um máximo na vazão de ar máxima.

O controlador reconhece a umidade do ar que chega e do ar exaurido, tenta controlar o volume de ar e maximizar o desempenho do condensador de água pelo ajuste do volume de ar (por exemplo, controlado pelo ventilador) até que haja uma diferença máxima entre a umidade do ar que chega (ar ambiente) e a umidade do ar exaurido. Esta diferença representa o "máximo de água removida" do ar ambiente.

O algoritmo pode ser programado para ser 50% da taxa de ventilador (que é ajustável pelo controlador), mas outras velocidades iniciais de ventilador poderiam ser usadas, e faz uma leitura inicial dos sensores. A velocidade do ventilador é, então, aumentada por uma certa quantidade, como determinado pelos algoritmos acima (por exemplo, 10%, que é também ajustável pelo controlador), em seguida ao que as saídas de sensor são recebidas. Se um aperfeiçoamento for verificado (uma maior diferença entre as leituras de umidade na entrada e descarga de ar) a velocidade do ventilador é ainda mais aumentada. Se nenhum aperfeiçoamento ocorrer em relação à última medição, o controlador determinará que está fazendo mudanças na direção "errada" e diminuirá, então a velocidade do ventilador até que um aperfeiçoamento seja registrado. A despeito da direção (aumento ou diminuição) a mudança na velocidade do ventilador será feita até que nenhuma mudança seja observada nos sensores. Ele reverterá a direção para retornar para a última velocidade do ventilador que mostra a maior dispersão entre os sensores. A velocidade do ventilador será mantida até que uma mudança seja observada em um dos sensores. Neste momento, o processador "buscará" novamente a velocidade correta de ventilador.

Esta amostragem pode ser feita com a freqüência desejada. Alternativamente, os sensores poderiam estar comparando temperaturas, em vez de umidade. Além disso, em vez de mudar a velocidade do ventilador, as passagens ou entradas de ar poderiam ser abertas ou fechadas.

De preferência, a localização ideal dentro do sistema será determinada como aquela na qual o fluxo de ar interno deve estar alcançando o ponto de condensação. Esta localização poderia ser entre o trocador de calor e as placas de evaporador (no primeiro passo), mas outros locais são possíveis. Um controlador com sensores monitora condições ambientais e calcula internamente qual é o ponto de condensação. Sensores são colocados dentro do sistema como mencionado acima, permitindo que o controlador monitore os sensores e, desse modo, determine a temperatura com relação ao ponto de condensação. Desse modo, se a função do sistema ótimo for criar um ponto de condensação próximo ao sensor, o controlador desacelerará ou acelerará o ventilador em um esforço contínuo para otimizar o sistema. Em outro modo de realização, um medidor de diferencial de pressão pode ser usado para oferecer retroalimentação ao sistema de controle assistindo em sua função para otimizar o fluxo de ar. O presente sistema está projetado para manter o fluxo de ar imediatamente abaixo do ponto de condensação e rastrear o ponto de condensação continuamente enquanto as condições mudarem. Como observado no conjunto de dados de teste da fig. 12, o ponto de condensação é continuamente rastreado pela temperatura de ar processado assegurando operação ótima.

Em um modo de realização alternativo, como visto nas figs. 7-10 e 10a, os fluxos de ar primário e auxiliar são inteiramente separados. Enquanto no modo de realização previamente descrito o fluxo de ar primário após passar através do trocador de calor de ar-para-ar onde a temperatura reduzida do fluxo de ar primário deixando o evaporador de refrigerante é usada para pré-resfriar o fluxo de ar primário que chega, em vez de ser desperdiçado, e o fluxo de ar primário fluindo para o distribuidor onde ele é misturado com ο fluxo de ar auxiliar para prover o volume de fluxo de massa maior para o condensador de refrigerante, neste modo de realização, o controle do fluxo de ar primário é provido por um ventilador separado para maior precisão de controle do fluxo de ar primário através dos dois estágios de resfriamento, ou seja, o trocador de calor e o evaporador de refrigerante.

Desse modo, como pode ser visto nas figuras, o ventilador 60 extrai fluxo de ar auxiliar através do condensador de refrigerante 62 na direção M via a tomada 64. Como anteriormente, o condensador de refrigerante está no mesmo circuito de refrigeração do evaporador de refrigerante, ou seja, está no mesmo circuito de refrigeração do segundo estágio de refrigeração. Como anteriormente, um trocador de calor de ar-para- ar provê o primeiro estágio de resfriamento. Desse modo, o fluxo de ar primário, como antes, entra no trocador de calor antes de entrar no evaporador de refrigerante. Em particular, o fluxo de ar primário entra no trocador de calor de ar-para-ar 66 na direção N através de uma tomada inferior 68 tendo passado através de filtros de ar como previamente descrito (não mostrados). O fluxo de ar primário passa através de condutos vazadas 66a através da largura do conduto de saída do trocador de calor 66a na direção P de modo a ser girado por 180° no distribuidor final 70. O fluxo de ar primário flui, então, entre as placas do evaporador de refrigerante 72 na direção Q, onde o fluxo de ar primário é resfriado abaixo de seu ponto de condensação sem congelar. A umidade, desse modo, condensa fora do fluxo de ar primário sobre as placas .72 e é coletada através do bico 74 para uma bandeja de coleta ou similar (não mostrado).

O fluxo de ar primário sai do evaporador de refrigerante através do entalhe 76 e se desloca na direção R para baixo entre os condutos .66a de modo a sair do trocador de calor 66 na direção S através do entalhe .78. O fluxo de ar primário é, então, extraído através do alojamento de ventilador 80 e ventilador 82 de modo a sair como exaustão do ventilador 82 na direção Τ.

A desvinculação dos fluxos de ar primário e auxiliar de modo a exigir ventiladores separados, respectivamente ventiladores 82 e 60, provê que o condensador 62 funcione a uma maior capacidade sem afetar a otimização do equilíbrio de refrigeração entre os primeiro e segundo estágios de refrigeração, respectivamente, do trocador de calor 66 e das placas de evaporador 72. Assim o ventilador de volume inferior 82 pode ser controlado por um processador (não mostrado) para determinar as condições ambientais correntes afetando a otimização de refrigeração e condensação, por exemplo, pela variação da energia suprida ao ventilador 82 para, desse modo, controlar a velocidade e vazão mássica do fluxo de ar primário através de dois estágios de refrigeração. Desse modo, o fluxo de ar primário pode ser aspirado através dos estágios de refrigeração a uma velocidade que não é só alta para afetar a máxima condensação da umidade, e nem tão baixa de modo a desperdiçar energia na refrigeração do fluxo de ar primário muito abaixo do ponto de condensação. Desse modo, pela monitoração das condições ambientais, como previamente descrito, a umidade e temperatura, por exemplo, a velocidade de ventilador do ventilador 82 pode ser seletivamente controlada para otimizar a produção de condensação a despeito de condições ambientais do ambiente. Desse modo, em um ambiente muito úmido, o ventilador 82 será acionado para aspirar uma maior vazão mássica do fluxo de ar primário através dos dois estágios de refrigeração, onde, em condições de menor umidade, o fluxo de ar primário exigirá mais tempo para otimizar a condensação e, assim, taxas de ventilador mais baixas podem ser usadas para prover produção de condensado otimizada.

Em um outro modo de realização da fig. 5, uma partição 100 divide o distribuidor 20 de modo que os fluxos primário e secundário não se misturem. De outro modo, a partição 100 pode ser montada em relação à tomada no condensador de refrigerante 24 para prover um maior volume de fluxo de ar auxiliar na direção D' fluindo através do condensador 24. A velocidade do ar e do fluxo de massa do fluxo de ar primário através dos dois estágios de refrigeração do trocador de calor e evaporador de refrigerante, respectivamente, podem ser, por exemplo, controladas pelo posicionamento seletivo da posição da partição 100 em relação ao condensador 24 ou, de outro modo, pelo, em conjunto, uso de amortecedores de fluxo de ar ou outras válvulas de fluxo de ar seletivamente controláveis.

O processamento apropriado de ar ambiente provê operação ótima da unidade condensadora. Embora condensadores convencionais possam simplesmente impulsionar altos volumes de ar através de um sistema de refrigeração (tipicamente, apenas um evaporador sem um trocador de calor), estes sistemas não acomodaram um sistema projetado para eficácia energética como na presente invenção que emprega técnicas para extrair a quantidade máxima de água com mínimos requisitos de energia. Isto pode ser obtido por vários modos, como a seguir.

Condições ambientais são monitoradas pelo sistema e em um ponto apropriado no sistema, como entre o trocador de calor e o evaporador (primeira passagem) a temperatura relativa ao ponto de condensação é monitorada. Se o ar neste ponto estiver muito acima do ponto de condensação, o ventilador que extrai ar através desta seção da unidade pode diminuir sua taxa permitindo, desse modo desacelerando o ar e permitindo mais tempo para o ar resfriar antes de alcançar as placas de evaporador. Se o ar neste ponto estiver abaixo do ponto de condensação, então o sistema pode aumentar a velocidade do ventilador e continuar a otimizar a corrente de fluxo de ar. Outras condições por todo o dispositivo podem ser monitoradas, bem como, esta informação pode ser usada pelo controlador 48 para afinar ainda mais o dispositivo. Níveis de umidade deixando o sistema podem ser usados como um meio para determinar exatamente quanta água foi extraída do ar e, com esta informação, o sistema pode modificar sua configuração, assegurando, assim, desempenho ótimo.

No modo de realização alternativo das figs. 6b, 11 e 11a, o trocador de calor de ar-para-água 90 é montado a montante do trocador de calor de ar-para-ar ao longo do fluxo de ar primário. A água coletada no coletor de umidade 26 é direcionada, por exemplo, pelo conduto 26a para o reservatório de água 90a do qual a água pode ser coletada para uso final. A água no reservatório 90a é resfriada, assim que condensada e recuperada das placas do evaporador. Desse modo, o fluxo de ar primário passando através dos condutos de ar 90b na direção A' é resfriada pela água resfriando os condutos 90b antes do fluxo de ar primário entrar no trocador de calor de ar- para-ar para pré-refrigeração adicional, como descrito acima. Isto aumenta ainda mais a eficiência do condensador uma vez que tira vantagem da temperatura fria da água coletada. Outro modo de realização de um condensador de água para a invenção está ilustrado nas figs. 16 a 25, que pode ser montado sobre uma parede ou similar. Como visto na fig. 16, ar ambiente é aspirado para o condensador de água através de grelha de ar 201 onde ele então passa através do filtro de ar de tomada projetado parta limpar o ar entrante. Para permitir facilidade de acesso ao interior do condensador de água pelo usuário, há uma porta de acesso na frente do dispositivo (removida na fig. 16). Esta porta cobre o envoltório 202 contendo alojamento de filtro de água substituível 203, alojamento de lâmpada UV substituível 206, e mostrador de LCD 204. O alojamento de filtro de água substituível 203 permite acesso para remover e substituir o filtro de água. O mostrador de LCD 204 oferece informação relevante a respeito do status do condensador de água ao usuário. Controle por toque 205 permite que o usuário role através de várias funções oferecidas pelo mecanismo do controlador.

Como mostrado na fig.17, o condensador de água inclui filtro de água 207, mostrador LCD 204, lâmpada UV 209, condensador 210 e compressor 211. O sistema de troca de calor 212 pode incluir mecanismo de desvio 213 (preferido em climas mais frios) que permite o ar ser desviado do sistema de troca de calor 212. O condensador de água inclui ainda, como mostrado na fig. Na fig. 18, controlador de circuito 214 e ventilador de condensador 215. O ventilador de condensador 215 pode ser angularmente desviado para minimizar as dimensões do condensador de água. O condensador 210 pode ser similarmente inclinado para reduzir a espessura necessária do dispositivo de condensador de água. Como mostrado na fig. 19, o condensador de água exaure ar seco do condensador 210 através da grelha217 sobre o lado do dispositivo.

O evaporador 218, como mostrado nas figs. 21 e 21a, é projetado para maximizar a condensador de água e tratar de desafios enfrentados pela tecnologia de evaporador convencional. Evaporadores convencionais têm espaçamento insuficiente entre as placas/aletas para permitir que uma gota de água caia livremente sem ficar em contato com a placa/aleta oposta. O evaporador 218 provê espaçamento 240 entre as placas244 suficiente para as gotículas de água caírem sem ficar em contato e cobrindo o espaço entre a placa adjacente 244. Tal espaçamento é, de preferência, 110% a 140% da largura média da gota (por exemplo, 125%). Isto permite que a água seja removida do evaporador 218 e água nova seja formada eficazmente e resolve o problema na técnica anterior onde evaporadores multicanal passam ar se deslocando através de uma seção do evaporador, causando, desse modo, pressão negativa criada pelo fluxo de ar, que mantém água sobre as placas, especialmente no fundo do dispositivo. Isto faz com que a água seja coletada e atravesse múltiplas placas de resfriamento, obstruindo, assim, a eficiência da água sendo criada. Para superar este desafio, o evaporador 218 é dividido em três seções independentes, que permitem o fluxo de ar só se deslocar descendentemente através da primeira seção 219 do evaporador 218 e, depois, ascendentemente através da seção média 220 onde nenhuma placa está presente e, depois, se deslocar descendentemente através das placas de resfriamento aliviando, desse modo, o gargalo de pressão negativa de água que diminui a eficácia do sistema e cria menos água.

Um componente adicional que pode ser usado para aumentar a

eficácia do evaporador 218 é um membro de derivação ou vibratório (não mostrado) usado para sacudir a água para fora das placas 244. O membro de derivação poderia ser um peso descentrado acoplado a um pequeno motor ajustado para vibrar por uma curta duração a determinados intervalos ou pode ser uma serpentina enrolada ao redor de uma haste magnética móvel que, com curtas rajadas de corrente produzidas pelo condensador de água (por exemplo, coletada em um capacitor) drenará o evaporador 218 assistindo, assim, na remoção de água das placas 244.

Como mostrado na fig. Na fig. 22, a cobertura removível 222 cobre a lâmpada UV 209. A linha de saída de água 223 está aonde a água sai do condensador. Esta linha de água pode sair do dispositivo pelo seu lado em vez de por baixo do dispositivo caso o projeto exija que o dispositivo seja assentado sobre uma superfície plana como um topo de balcão. Adicionalmente pode haver um sistema de contenção de água com dimensões similares ao dispositivo diretamente sob o dispositivo para coletar água criada e permitir fácil acesso ao usuário.

Se tal sistema de contenção for posicionado sob o condensador, este pode aspirar água de tal sistema de contenção e circular esta água através da parte de filtração do condensador para assegurar a qualidade da água mesmo se ela estiver assentada por um período de tempo. Isto poderia ser feito por períodos curtos de tempo em intervalos ajustados (por exemplo, 20min/dia).

A base 224a do dispositivo inclui meios para controlar fluxo de ar para capturar água. A base 224a é posicionada sob o trocador de calor .212, capturando água que poderia ser criada pelo trocador de calor 212. Acima do trocador de calor 212, fica o mecanismo de dutos 224b que cria fluxo de ar através de vários componentes conforme necessário pelo dispositivo. O dispositivo pode incluir uma bomba de água 225 para mover a água através de vários componentes, como através do filtro de água 207.

O sistema de troca de calor que provê maior eficácia do dispositivo está mostrado na fig. 23. O dispositivo pré-resfria o fluxo de ar entrante se movendo na direção Y, com o fluxo de ar X de refugo saindo. Este trocador de calor 212 é capaz de desviar do sistema de troca de calor através do suspiro frontal superior 232, caso seja benéfico para o dispositivo, dada as condições ambientais corrente. Neste modo de realização, ambos o fluxo de ar Y como o fluxo de ar de saída processado se movem ascendentemente através do dispositivo, através de suspiros separados, respectivamente, 228 e 229, de modo que os fluxos de ar X e Y não fiquem em contato um com outro. O fluxo Y de ar entrante entra no dispositivo através da

entrada de ar 228 no fundo do primeiro painel do trocador de calor 212. O fluxo de ar X processado que deixa o evaporador 218 (que é de área selecionada eco frio) entra no trocador de calor 212 pelo seu fundo, através da entrada de ar 229 e se move para cima através do trocador 212 como sendo o novo fluxo de ar entrante, mas por canais separados do dispositivo. Este fluxo de ar entrante que passou através do trocador 212 deixa, então, o trocador 212 através da saída 230 no topo do painel traseiro e entra nos dutos que permite que o fluxo de ar se mova para o evaporador 218. O fluxo de ar saindo que vai deixar o sistema sai pelo suspiro de topo 231 do trocador 212. O ventilador 226, como mostrado na fig. 24, aspira ar através do dispositivo. O suspiro 217 permite que o fluxo de ar processado saindo saia do dispositivo.

Como mostrado na fig. 25, uma vez que o ar tenha passado através de um filtro de tomada de ar, ele é canalizado para a tomada 228 que aspira o fluxo de ar Y através do trocador de calor 212, ou através da tomada .232, por meio do que o fluxo de ar Z será desviado do trocador 212. Qualquer número de meios pode ser usado para abrir uma das entradas 228, 232 enquanto fechando a outra, por exemplo, uma porta deslizante tão larga como a distância entre as entradas 228, 232, bem como, suficientemente longa para cobrir uma das duas entradas poderia ser usada. Quando for desejado que o ar passe através do trocador 212, a porta deslizará para fechar a tomada 232 e abrir a tomada 228. Quando for desejado que o fluxo de ar entrante seja desviado do trocador de calor 212, a porta seria então deslizada descendentemente para cobrir a tomada 228 e abrir a tomada 232. Em adição, pode ser desejável que a porta seja apenas parcialmente aberta de modo que algum fluxo de ar entrante seja desviado do trocador de calor 212, enquanto algum ar passa através dele. O sistema de controle determinará a posição ótima para a porta deste modo de realização.

Alternativamente, o dispositivo pode incorporar uma porta horizontalmente deslizante com palhetas que podem ser sobrepostas cobrindo tomadas 228 e 232 onde a tomada 228 fecharia quando a tomada 232 fosse aberta. Isto poderia ser controlado com uma tira bi metálica utilizando temperatura do ar para mover mecanicamente a porta.

Uma vez o ar entrante tenha passado através do trocador de calor 212, ele é aspirado através do topo do evaporador 218 para a pare posterior do dispositivo, após o que o fluxo de ar se desloca pelo primeiro canal 219 da seção de evaporador 218. Água é coletada na bandeja de coleta de água e o canal de fluxo de ar 227 e, depois, o fluxo de ar se move ascendentemente através da seção média desobstruída 220 do evaporador 218 antes de ser canalizado descendentemente novamente para o segundo canal de evaporador aletado 221 do evaporador 218 onde novamente a água é coletada na bandeja de coleta de água 227.

Uma vez que o fluxo de ar tenha deixado o evaporador 218 ele estará resfriado e seco e entrará pelo fundo 229 do trocador de calor 212 onde o fluxo de ar é usado para pré-resfriar o fluxo de ar entrante. Este fluxo de ar processado sai do trocador de calor 212 pela porção de topo do mesmo como a corrente de fluxo de ar X. O fluxo de ar é, então, em duto através do ventilador 226 e expelido do dispositivo.

Em um modo de realização da invenção, várias partes e componentes do dispositivo podem ser construídos com dióxido de titânio ou serem revestidos com dióxido de titânio. Ouso deste material para a construção de várias do dispositivo, ou o uso deste material para revestir tais partes, assegurará que estes componentes sejam mantidos limpos e livres de contaminantes e que a fonte de água criada pelo dispositivo seja mantida livre de contaminantes indesejados. A maior parte dos componentes internos do dispositivo pode ser feita deste material barato e abundante. Adicionalmente todo o material que compõe o recipiente de armazenamento ou seu revestimento interno pode ser feito de dióxido de titânio como um meio de assegurar que a fonte de água seja mantida limpa e livre de contaminantes indesejados.

Dióxido de titânio (conhecido também como titânia) pode ser usado como revestimento antimicrobiano uma vez que a atividade foto- catalítica da titânia resulta em um fino revestimento do material apresentando propriedades autolimpante e desinfetante sob exposição à radiação ultravioleta (UV). Estas propriedades tornam o material útil na construção do sistema de condensação de água por ajudar a manter ar e fontes de água limpos e livres de contaminantes enquanto também oferece os benefícios de auto-reparo caso a superfície seja arranhada ou comprometida.

O dióxido de titânio é um óxido de ocorrência natural, cuja fórmula química é TiO2. Aprovado pelo laboratório de teste de produto alimentício da FDA (United States Food and Drug Administration), o óxido de titânio é considerado uma substância segura e inofensiva ao humano.

Estudos científicos sobre foto-catálise provou que esta J3J

exclusiva, mas abundante, substância ser antibacteriana, antiviral e fungicida tornando-a ideal para superfícies autolimpantes e pode ser usada para desodorizar, purificação de ar, tratamento de água e purificação de água.

Como o dióxido de titânio é um semicondutor e ativado quimicamente por energia luminosa, fontes de iluminação adequadas podem ser adicionadas em vários pontos estratégicos por todo o dispositivo para assegurar que as fontes de ar e água sejam mantidas limpas e livres de substâncias indesejadas. Um dos locais mais benéficos de todo o sistema que poderia usar este TiO2 exposto à radiação UV são o trocador de calor, placas do evaporador e o revestimento de armazenamento; porém, virtualmente todas as superfícies que ficam em contato com a fonte de ar ou água podem ser feitas com dióxido de titânio. Um local estratégico para a fonte de iluminação poderia ser entre o trocador de calor e as placas de evaporador usando material refletivo para assegurar que a luz seja radiada através de ambas estas seções do dispositivo feitas de, ou, revestidas com TiO2-

Uma vez que o revestimento de dióxido de titânio é relativamente transparente, esta substância pode ser usada para o revestimento interno de tubulação que porta água proveniente das placas do evaporador para o reservatório de armazenamento e pode fazer parte do sistema de purificação por UV. Este material tem um índice de refração extremamente alto, com uma dispersão ótica maior do que a do diamante, de modo que, para realçar seus efeitos desejados, a tubulação enrolada que circunda a fonte de luz pode ser envolta em um material refletor de modo a assegurar que a luz tenha uma oportunidade adequada de ficar em contato com a superfície do material e, assim, criar o efeito desejado.

Nas aplicações em que este sistema de purificação com UV e dióxido de titânio é usado no interior de um recipiente de armazenamento de algum tipo, uma abertura pode ficar situada no fundo do envoltório refletor de modo que a luz escape para oferecer estes mesmos efeitos desejados ocorrerem dentro do recipiente de armazenamento. Alternativamente, uma luz separada pode ser usada dentro do recipiente de armazenamento assumindo que não é prática para várias aplicações usar uma luz para servir a esta finalidade.

Outros materiais podem ser usados tendo também atributos desejados dentro do dispositivo. Estes podem incluir revestimentos hidrofóbicos (repelentes à água), e uma variedade de elementos antimicrobianos provados como supressores de crescimento e migração de bactéria. Estas substâncias podem incluir prata ou outros compostos conhecidos para reduzir o crescimento bacteriano, bem como, uma variedade de materiais à prova de corrosão.

Em um modo de realização preferido, o dispositivo pode ser limpo pelo capeamento da placa de coleta, preenchendo o evaporador e trocador de calor (que são impermeáveis à águia) com uma solução desinfetante apropriada (como cloro), e permitindo que o dispositivo assente neste estado por um período de tempo antes da drenagem.

Como será aparente a alguém experiente na técnica à luz da presente revelação, muitas alterações e modificações são possíveis na prática desta invenção sem se afastar do seu espírito e escopo. Conseqüentemente, o escopo da invenção deve ser interpretado de acordo com a substância definida pelas reivindicações a seguir.

Claims (46)

1. Condensador de água, caracterizado pelo fato de compreender: um alojamento tendo uma primeira tomada de ar para entrada de um primeiro fluxo de ar, a mencionada primeira tomada de ar montada em um trocador de calor ar-para-ar tendo um conjunto de condutos de ar de pré- refrigeração cooperando em comunicação fluídica com a mencionada primeira tomada de ar; para tomada do mencionado primeiro fluxo de ar para o mencionado conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração, o mencionado trocador de calor tendo um conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração arranjado em relação ao conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração para transferência de calor entre o mencionado conjunto de condutos de ar de pré- refrigeração e o mencionado conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração, uma unidade de refrigeração cooperando com o mencionado conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração para a passagem do mencionado primeiro fluxo de ar de uma extremidade a jusante do conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração para uma extremidade a montante da mencionada unidade de refrigeração, onde a mencionada unidade de refrigeração inclui superfícies refrigeradas sobre as quais o mencionado primeiro fluxo de ar passa ao fluir da mencionada extremidade a montante da unidade de refrigeração para uma extremidade a jusante da mencionada unidade de refrigeração, o mencionado primeiro fluxo de ar refrigerado na mencionada unidade de refrigeração abaixo de um ponto de orvalho do mencionado primeiro fluxo de ar de modo a condensar umidade do mencionado primeiro fluxo de ar sobre as mencionadas superfícies refrigeradas para coleta assistida por gravidade da primeira umidade para um coletor de umidade montado sob a mencionada unidade de refrigeração, um trocador de calor ar-para-ar cooperando com o mencionado trocador de calor ar-para-ar para resfriar o mencionado primeiro fluxo de ar, onde o mencionado primeiro fluxo de ar é passado através do mencionado trocador de calor ar-para-ar e a mencionada umidade do mencionado coletor de umidade é simultaneamente passada através do mencionado trocador de calor ar-para-ar de modo que a mencionada primeira umidade resfrie o mencionado primeiro fluxo de ar, a mencionada extremidade a jusante da mencionada unidade de refrigeração cooperando com, para passagem do mencionado primeiro fluxo de ar para, uma extremidade a montante do mencionado conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração, o mencionado primeiro fluxo de ar sendo exaurido de uma extremidade a jusante do mencionado conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração, o mencionado primeiro fluxo de ar sendo exaurido de uma extremidade a jusante do mencionado conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração, onde o mencionado primeiro fluxo de ar no mencionado conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração pré-refrigera o mencionado primeiro fluxo de ar no mencionado conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração, meios de controle para controlar a temperatura do mencionado primeiro fluxo de ar no mencionado conjunto de condutos de ar de pré- refrigeração de modo que permaneça acima de uma temperatura de ponto de orvalho do mencionado primeiro fluxo de ar quando no mencionado conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração e para controlar a temperatura do mencionado primeiro fluxo de ar na mencionada unidade de refrigeração de modo que ela caia abaixo de uma temperatura de umidade do mencionado primeiro fluxo de ar quando na mencionada unidade de refrigeração sem congelar, um deslocador de fluxo de ar solicitando o mencionado primeiro fluxo de ar para a mencionada primeira tomada de ar, ao longo do mencionado conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração, através da mencionada unidade de refrigeração, e ao longo do mencionado conjunto de condutos de ar de pré-refrigeração.

2. Condensador de água de acordo com a reivindicação I9 caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma câmara de pressão de ar tendo extremidades a jusante e a montante, a mencionada extremidade a montante da mencionada câmara de pressão de ar cooperando com a mencionada extremidade a jusante do mencionado conjunto de condutos de ar de pós-refrigeração de modo que o mencionado primeiro fluxo de ar flua para a mencionada câmara de pressão de ar na mencionada extremidade a montante da mencionada câmara de pressão, a mencionada câmara de pressão tendo uma tomada de ar auxiliar para a mencionada câmara de pressão, para tomada de um segundo fluxo de ar ambiente para a mencionada câmara de pressão, a mencionada extremidade a jusante da mencionada câmara de pressão cooperando em comunicação fluídica com um condensador de refrigerante em um circuito de refrigeração incluindo os mencionados primeiro e segundo fluxos de ar exauridos de uma extremidade a jusante do mencionado condensador de refrigerante, onde o mencionado deslocador de fluxo de ar impele os primeiro e segundo fluxos de ar através da mencionada câmara de pressão e o mencionado condensador de refrigerante.

3.Condensador de água de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da mencionada unidade de refrigeração ser um evaporador de refrigerante.

4.Condensador de água de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma válvula de medição de fluxo de ar seletivamente atuável montada em cooperação com a mencionada tomada de ar auxiliar para controlar seletivamente o volume e vazão do mencionado segundo fluxo de ar passando para a mencionada câmara de pressão.

5.Condensador de água de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um atuador automatizado cooperando com a mencionada válvula de medição para atuação automatizada da mencionada válvula de medição entre posições aberta e fechada da mencionada válvula de acordo com pelo menos uma condição ambiental indicativa de teor de umidade no mencionado primeiro fluxo de ar.

6. Condensador de água de acordo com reivindicação 5, caracterizado pelo fato do mencionado atuador automatizado ser um atuador bi-metálico e onde a mencionada pelo menos uma condição ambiental incluir temperatura de ar ambiente externa ao mencionado alojamento.

7. Condensador de água de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato do mencionado atuador automatizado incluir um processador cooperando com pelo menos um sensor, o mencionado pelo menos um sensor sensoreando a mencionada pelo menos uma condição ambiental e comunicando dados ambientais correspondentes à mencionada pelo menos uma condição ambiental do mencionado pelo menos um sensor ao mencionado processador.

8. Condensador de água de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um processador cooperando com pelo menos um sensor, o mencionado pelo menos um sensor para sensorear a mencionada pelo menos uma condição ambiental e comunicando dados ambientes correspondentes à mencionada pelo menos uma condição ambiental do mencionado pelo menos um sensor ao mencionado processador, onde pelo menos uma condição ambiental da mencionada pelo menos uma condição ambiental é escolhida do grupo consistindo de: temperatura de ar ambiente, temperatura de primeiro fluxo de ar do mencionado primeiro fluxo de ar, umidade, pressão de ar barométrica, densidade de ar, velocidade de fluxo de ar, vazão mássica de ar, temperatura da mencionada superfície refrigerada.

9. Condensador de água de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato do mencionado pelo menos um sensor sensorear a mencionada pelo menos uma condição ambiental no, ou, próximo ao mencionado primeiro fluxo de ar.

10. Condensador de água de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato pelo fato da condição ambiental de temperatura de primeiro fluxo de ar incluir temperatura de ar nos mencionados conjuntos de condutos de ar de pré-refrigeração e pós-refrigeração.

11. Condensador de água de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato pelo fato da condição ambiental de temperatura de primeiro fluxo de ar incluir temperatura de ar na mencionada unidade de refrigeração.

12. Condensador de água de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do mencionado primeiro sensor sensorear a mencionada pelo menos uma condição ambiental no mencionado trocador de calor, e onde o mencionado processador regula o mencionado primeiro fluxo de ar na mencionada primeira unidade de refrigeração de modo que a mencionada temperatura de ar na mencionada unidade de refrigeração fique abaixo do mencionado ponto de orvalho do mencionado primeiro fluxo de ar, mas acima de congelamento.

13. Condensador de água de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do mencionado processador calcular o mencionado ponto de orvalho para o mencionado primeiro fluxo de ar na mencionada pelo menos uma condição ambiental sensoreada pelo mencionado pelo menos um sensor.

14. Condensador de água de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do mencionado deslocador de fluxo de ar ser seletivamente controlável e pelo fato do mencionado processador regular o mencionado primeiro fluxo de ar de modo a minimizar a mencionada temperatura de ar do mencionado primeiro fluxo de ar caindo abaixo do mencionado ponto de orvalho para o mencionado primeiro fluxo de ar enquanto no mencionado trocador de calor para minimizar a condensação . « 1 dentro do mencionado trocador de calor.

15. Condensador de água de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do mencionado deslocador de fluxo de ar ser pelo menos um de um ventilador em um trajeto de fluxo contendo o mencionado primeiro fluxo de ar.

16. Condensador de água de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato do pelo menos um ventilador incluir um ventilador a jusante do mencionado trocador de calor.

17. Condensador de água de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente pelo menos um filtro de ar no mencionado trajeto de fluxo.

18. Condensador de água de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um filtro de água para filtrar água coletada da mencionada unidade de refrigeração.

19. Condensador de água de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do mencionado pelo menos um filtro incluir uma lâmpada de radiação ultravioleta montada próximo de modo a cooperar com o mencionado trajeto de fluxo.

20. Condensador de água de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do mencionado pelo menos um filtro incluir uma lâmpada de radiação ultravioleta montada próximo de modo a cooperar com o mencionado coletor de umidade.

21. Condensador de água de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do mencionado pelo menos um filtro incluir uma lâmpada de radiação ultravioleta montada próximo de modo a cooperar com o mencionado trajeto de fluxo e o mencionado coletor de umidade.

22. Condensador de água de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da mencionada unidade de refrigeração incluir um condensador de placa tendo pelo menos uma placa.

23.Condensador de água de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato da mencionada pelo menos uma placa ser uma pluralidade de placas.

24.Condensador de água de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato da mencionada pluralidade de placas ser montada em arranjo ordenado separadas substancialmente paralelas.

25.Condensador de água de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de, na ordem a montante-para-jusante, a mencionada unidade de refrigeração ficar adjacente ao mencionado trocador de calor, o mencionado trocador de calor ser adjacente à mencionada câmara de pressão, a mencionada câmara de pressão ser adjacente ao mencionado condensador de refrigeração, e o mencionado condensador de refrigerante ser adjacente ao mencionado deslocador de fluxo de ar.

26.Condensador de água de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato dos mencionados elementos de unidade de refrigeração, do mencionado trocador de calor, da mencionada câmara de pressão, o mencionado condensador de refrigerante, e do deslocador de fluxo de ar serem entrelaçados em arranjo ordenado bem próximos.

27.Condensador de água de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do mencionado primeiro fluxo de ar ter uma correspondente primeira vazão mássica, e pelo fato do mencionado segundo fluxo de ar ter uma correspondente segunda vazão mássica, e pelo fato de um fluxo de ar combinado dos mencionados primeiro e segundo fluxos de ar ser a soma das correspondentes vazões mássicas, de modo que uma vazão mássica combinada do mencionado fluxo de ar combinado seja maior do que a mencionada primeira vazão mássica.

28.Condensador de água de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do mencionado trocador de calor ar-para-água ficar a montante do mencionado trocador de calor ar-para-ar ao longo do m Ψ mencionado primeiro fluxo de ar.

29. Condensador de água de acordo com a reivindicação I5 caracterizado pelo fato do mencionado trocador de calor ar-para-água ficar a jusante do mencionado trocador de calor ar-para-ar ao longo do mencionado primeiro fluxo de ar.

30. Condensador de água de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de elementos incluindo o mencionado alojamento, a mencionada primeira tomada de ar, o mencionado trocador de calor ar-para- ar, os mencionados conjuntos de condutos de ar, a mencionada unidade de refrigeração, o mencionado coletor de umidade, o mencionado trocador de calor ar-para-água, condutos de umidade, ou o mencionado deslocador de fluxo de ar incluírem dióxido de titânio como um componente constituinte.

31. Condensador de água de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato do mencionado dióxido de titânio ser um revestimento sobre pelo menos superfícies internas dos mencionados elementos.

32. Condensador de água de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente pelo menos uma fonte de radiação ser montada dentro do mencionado alojamento para irradiar superfícies internas de pelo menos um dos mencionados elementos.

33. Condensador de água de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato da mencionada pelo menos uma fonte de radiação ser uma fonte de radiação ultravioleta.

34. Condensador de água de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato da mencionada fonte de radiação ser montada entre o mencionado trocador de calor e o mencionado evaporador.

35. Condensador de água de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um refletor montado adjacente à mencionada fonte de radiação para refletir radiação sobre superfícies internas do mencionado trocador de calor e mencionado MS evaporador.

36. Condensador de água, caracterizado pelo fato de compreender: um alojamento; uma primeira tomada de ar recebendo um primeiro fluxo de ar; um trocador de calor recebendo o mencionado primeiro fluxo de ar; uma segunda tomada de ar recebendo um segundo fluxo de ar * misturável com o mencionado primeiro fluxo de ar, após o mencionado primeiro fluxo de ar passar através do mencionado trocador de calor; um evaporador; um condensador; e uma exaustão.

37. Método para condensar água, caracterizado pelo fato de compreender: receber um primeiro fluxo de ar em um trocador de calor dentro de um alojamento; passar o mencionado fluxo de ar através do mencionado trocador de calor; receber um segundo fluxo de ar misturável com o mencionado primeiro fluxo de ar para produzir um fluxo de ar misturado; passar o mencionado fluxo de ar misturado através de um evaporador; passar o mencionado fluxo de ar misturado através de um condensador; exaurir o mencionado fluxo de ar misturado do mencionado alojamento.

38. Método para controlar um condensador de água, caracterizado pelo fato de compreender: medir um parâmetro de um primeiro fluxo de ar de uma primeira entrada; medir o mencionado parâmetro de um fluxo de ar descarregado do condensador de água; comparar o mencionado parâmetro do mencionado primeiro fluxo de ar com o mencionado parâmetro do mencionado fluxo de ar exaurido; ajustar o ambiente do mencionado condensador de água com base na mencionada comparação do mencionado parâmetro do mencionado primeiro fluxo de ar com o mencionado parâmetro do mencionado fluxo de ar exaurido.

39. Método de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato do mencionado parâmetro ser umidade.

40. Método de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato do mencionado parâmetro ser temperatura.

41. Sistema de controle para um condensador de água, caracterizado pelo fato de compreender: um primeiro sensor para medir um parâmetro de um fluxo de ar em uma entrada; um segundo sensor para medir o mencionado parâmetro de fluxo de ar em uma saída de exaustão; um controlador para determinar uma diferença entre o mencionado parâmetro de fluxo de ar em uma primeira entrada com o mencionado parâmetro de fluxo de ar na mencionada saída de exaustão; e meios para ajustar o ambiente do mencionado condensador de água à mencionada diferença.

42. Evaporador para um condensador de água, caracterizado pelo fato de compreender: um primeiro canal receber um fluxo de ar em uma direção * « K * '« » descendente, o mencionado primeiro canal tendo uma pluralidade de placas de resfriamento; um segundo canal para receber o mencionado fluxo de ar em uma direção ascendente, o mencionado segundo canal não incluindo placas de refrigeração; e um terceiro canal para receber o mencionado fluxo de ar em uma direção descendente, o mencionado terceiro canal tendo uma segunda pluralidade de placas de refrigeração.

43. Evaporador de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de cada uma das mencionadas placas ser posicionada a uma distância da outra de modo que a mencionada distância seja maior do que a largura de uma queda de água.

44. Método para evaporar água, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: passar um fluxo de ar descendentemente através de um canal tendo uma pluralidade de placas resfriadoras; passar o mencionado fluxo de ar ascendentemente através de um segundo canal, o mencionado segundo canal não tendo placas resfriadoras; passar o mencionado fluxo de ar descendentemente através de um terceiro canal tendo uma pluralidade de placas resfriadoras; onde a distância entre cada par de placas na mencionada pluralidade de placas resfriadoras é maior do que a largura de uma queda de água.

45. Trocador de calor para um condensador de água, caracterizado pelo fato de compreender: uma primeira entrada de ar na frente do mencionado trocador de calor para receber um fluxo de ar entrante em um primeiro canal; uma segunda entrada de ar em um lado do mencionado Λ • «V fc « » Γ ► trocador de calor para receber um segundo fluxo de ar de um evaporador para um segundo canal adjacente ao mencionado primeiro canal; e meios para que o ar ambiente entrando seja passado para a mencionada primeira entrada ou um canal de desvio, por meio do que o mencionado ar ambiente entrando é desviado do mencionado trocador de calor.

46. Método para limpar um condensador de água, caracterizado pelo fato de compreender: capear uma placa de coleta de água do condensador; carregar um evaporador à prova de água e um trocador de calor à prova de água dentro do condensador com uma solução desinfetante apropriada; permitir que o condensador de água assente por um período de tempo; e drenar o mencionado condensador de água.