ES2379326B1 - Sistema y método para extraer agua atmosférica. - Google Patents

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Abstract

Sistema de extracción de agua atmosférica, formado por un conducto (111) que pasa por una parte (120) de condensador y por una parte (132) de enfriamiento, para el paso cíclico de un fluido, estando la parte (120) de condensador en una zona donde se halla dispuesto un ionizador (118) que ioniza el aire para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo, de forma que el aire ionizado interacciona térmicamente con la parte (120) de condensador, condensando el vapor de gotas que caen a una bandeja (126) de recogida.

Description

da año, conteniendo el aire que permanece cerca de
Sistema y método para extraer agua atmosférica.
Campo de la invención
El presente campo de invención se refiere en general a la extracción de agua atmosférica. Más particularmente, se refiere a un sistemayaun método para obtener agua potable de la extracción de agua atmosférica. Antecedentes
La Tierra consiste principalmente en agua y el agua existe sobre la superficie de la Tierra, en acuíferos en el suelo como agua subterránea, y en la atmósfera como vapor de agua. De toda el agua sobre la Tierra, sólo menos del 3 por ciento es agua dulce. Sin embargo, puesto que la mayoría del agua dulce está atrapada en casquetes glaciares, glaciares y acuíferos, sólo menos del 1 por ciento del suministro de agua sobre la Tierra es potable y está disponible para fines de consumo.
En los últimos años, han aumentado enormemente las preocupaciones globales con respecto a la insuficiencia de fuentes de agua dulce. En la actualidad, las fuentes de agua dulce incluyen el agua proporcionada por lagos, ríos y pozos artesianos. Desgraciadamente, estas fuentes de agua dulce no son sostenibles por la disminución, tanto en su capacidad como en su pureza, a tasas alarmantes debido a la expansión de los desiertos. Además, factores tales como los cambios climáticos, la contaminación medioambiental, así como el crecimiento de la población, amenazan adicionalmente las fuentes de agua dulce existentes.
Además de tener fuentes de agua dulce insuficientes, existen también problemas asociados con el suministro de agua potable. El suministro de agua potable es un problema grave en zonas en las que escasean las precipitaciones, son estacionales, o donde hay relativamente pocas zonas de captación de agua y poco almacenamiento de agua local natural. Además, puesto que las fuentes de agua dulce no están distribuidas globalmente de manera uniforme, algunas ubicaciones geográficas no tienen un fácil acceso al agua dulce. La construcción de depósitos y plantas de desalinización de agua palia habitualmente este problema. Sin embargo, muchos países no pueden permitirse plantas de desalinización de agua debido a la inversión de capital y a los costes de explotación relativamente altos que requieren.
Otro problema asociado con el suministro de agua potable se refiere al establecimiento y el mantenimiento de redes de distribución de agua potable, tales como redes de tuberías de agua, que requieren esfuerzos y recursos significativos. Además, las redes de tuberías de agua tienen una duración limitada y frecuentemente están asociadas con problemas de contaminación y fuga de agua. Las redes de tuberías de agua usan normalmente tuberías de agua fabricadas de conductos de metal, conductos de hormigón o tuberías de poli(cloruro de vinilo) (PVC). Los conductos de metal y hormigón son vulnerables a la corrosión por contaminantes alcalinos y de ácido inorgánico, mientras que los disolventes orgánicos presentes en el suelo y en los materiales de construcción pueden absorberse por y penetrar a través de las tuberías de PVC.
Una forma de superar los problemas mencionados anteriormente es mediante la extracción de agua de la atmósfera. Aproximadamente 577.000 km3 de agua se evaporan hacia la atmósfera desde masas de agua, la superficie de la Tierra el mayor porcentaje de agua. Los sistemas de producción de agua comerciales que pueden extraer agua atmosférica han posibilitado suministrar agua potable sin necesidad de explotar una fuente de agua central mediante complejas redes de distribución de agua. Tales sistemas de producción de agua constituyen por tanto una alternativa atractiva a las formas convencionales de derivar y distribuir agua potable.
En principio, estos sistemas de producción de agua comerciales recogen gotas de agua formadas mediante la condensación del vapor de agua presente en la atmósfera sobre superficies frías enfriadas mediante medios de refrigeración. El principio de funcionamiento es similar al de la descripción de las patentes presentadas por Ehrlich en 1978 (patente estadounidense n.º 4.255.937), Reidy (patente estadounidense n.º 5.106.512, patente estadounidense n.º 5.149.446, patente estadounidense n.º 5.203.989) y Morgen et al. en 2002 (patente estadounidense n.º 6.931.756B2). Con la llegada de técnicas de refrigeración más eficaces, el coste de la electricidad necesaria para extraer una cantidad de agua de la atmósfera puede ser inferior al precio de un agua embotellada de volumen equivalente, o que la carga de utilidad de obtener un volumen equivalente de agua del grifo con el coste adicional de hervir y purificar el agua usando medios de filtración mecánicos y químicos.
Sin embargo, el coste de las piezas mecánicas de un sistema de producción de agua comercial que comprende medios de compresor, condensador, evaporador y filtración sigue siendo relativamente alto, lo que conduce a un rendimiento de las inversiones poco atractivo. Además, para climas con niveles de temperatura ambiente baja o donde la temperatura fluctúa significativamente, la extracción de agua atmosférica se vuelve difícil. Normalmente, estos sistemas de producción de agua comerciales para la extracción de vapor de agua funcionan por encima de los 20ºC y por encima de una humedad relativa del 35%.
La patente estadounidense n.º 3.675.442 concedida a Swanson da a conocer un colector de agua atmosférica que emplea un serpentín de enfriamiento sumergido en un baño de agua dulce que enfría el baño. El agua enfriada se bombea a través de un conducto y una estructura de condensación. El vapor de agua presente en el viento que pasa sobre la estructura de condensación se condensa y se drena al interior de un colector. Sin embargo, el agua enfriada se mezcla periódicamente con el agua condensada sometiéndose el agua condensada a contaminación.
La patente estadounidense n.º 5.056.593 concedida a Hull da a conocer, en varias variaciones, el uso de campos electrostáticos y magnéticos para mejorar sustancialmente los rendimientos de extracción de productos acuosos en un aparato de intercambio térmico deshumidificador. Se recogen electrostáticamente gotas de agua líquida en tubos de transferencia térmica cargados o unidos a tierra en el aparato de intercambio térmico. En una variación, tubos de transferencia térmica inclinados horizontalmente, cargados o unidos a tierra, con mechas de drenaje unidas, atraen gotas de líquido y aceleran la transferencia térmica de condensación mediante la absorción continua y la transferencia del condensado. El uso de mechas de drenaje para absorber y confinar el condensado recogido sobre las superficies de los tubos de transferencia térmica puede dar como resultado la pérdida del agua extraída y potenciar el crecimiento de hongos y bacterias en las mechas de drenaje. Adicionalmente, el aparato de intercambio térmico puede ser eléctricamente inseguro, con hilos metálicos de electrodo cargados y afianzados entre los tubos de la unidad de intercambio térmico.
La patente estadounidense n.º 7.000.410 concedida a Hutchinson da a conocer un dispositivo que utiliza un sistema refrigerante de tipo condensador con múltiples ventiladores y dos cámaras de aire para producir agua a partir del aire. El aparato hace uso además de un ionizador de acero inoxidable para cargar el aire ambiente para maximizar la extracción de humedad a partir del aire. Las dos cámaras de aire funcionan conjuntamente para mezclar aire ionizado desecado que salió de las placas del evaporador con aire fresco entrante extraído a través de un compresor, un condensador y el ionizador. Esto produce el secado parcial de la condensación recién formada, lo que da como resultado una pérdida de condensación que conduce a una producción y eficacia reducidas.
La patente japonesa n.º 02.172.587 concedida a Katsumi y la patente estadounidense n.º 5.435.151 concedida a Han dan a conocer un aparato de obtención de agua para su uso en vehículos. La solicitud de patente estadounidense n.º 20040040322 presentada por Engel et al. da a conocer un dispositivo de extracción de agua similar para vehículos, junto con algunas aplicaciones que incluyen un sistema de aire central y una unidad móvil. Todos los dispositivos dados a conocer se aprovechan de sistemas de aire acondicionado existentes o externos para simplificar el diseño del sistema y reducir el coste del dispositivo. Sin embargo, los diseños convencionales no funcionan apropiadamente en muchas zonas templadas en las que la temperatura ambiente cae por debajo de los 20ºC durante la noche o durante períodos de frío y tormentas. Este problema se acentúa para los dispositivos de extracción de agua instalados en navíos y buques, en caravanas y vehículos de emergencias.
Por tanto, existe la necesidad de un sistema y un método para obtener agua potable de la extracción de agua atmosférica, que trate al menos una de las desventajas mencionadas anteriormente. Sumario
La presente realización de la invención, dada a conocer en el presente documento, proporciona un sistema de extracción de agua atmosférica y un método para extraer agua atmosférica para obtener agua potable.
Según un primer aspecto de la invención, se da a conocer un sistema de extracción de agua atmosférica que comprende un conducto, una unidad de enfriamiento y un ionizador. El conducto comprende una parte de condensador y una parte de enfriamiento interconfiguradas para el paso cíclico de fluido a su través. La unidad de enfriamiento está en comunicación térmica con la parte de enfriamiento y sirve para extraer calor del líquido que pasa a través de la parte de enfriamiento para enfriar de ese modo el líquido, en la que el líquido puede transportarse a la parte de condensador tras el paso a través de la parte de enfriamiento. El ionizador sirve para ionizar el aire ambiente dando lugar a aire ionizado, en el que el aire ionizado se carga para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo. El aire ionizado puede transportarse para su interacción térmica con la parte de condensador del conducto para condensar el vapor de agua dando lugar a gotas de agua, y el líquido que pasa a través de la parte de condensador recibe calor del aire ionizado durante la interacción térmica del aire ionizado con la parte de condensador. El líquido puede transportarse entonces hasta la parte de enfriamiento del conducto para enfriarse de ese modo de nuevo tras el paso a través de la parte de condensador.
Según un segundo aspecto de la invención, se da a conocer un método de extracción de agua atmosférica. El método comprende proporcionar un conducto que tiene una parte de condensador y una parte de enfriamiento interconfiguradas para el paso cíclico de fluido a su través. El método también comprende extraer calor del líquido que pasa a través de una parte de enfriamiento para enfriar de ese modo el líquido usando una unidad de enfriamiento, por lo que la unidad de enfriamiento está en comunicación térmica con la parte de enfriamiento. El líquido puede transportarse entonces hasta la parte de condensador tras el paso a través de la parte de enfriamiento. El método comprende además ionizar el aire ambiente dando lugar a aire ionizado usando un ionizador, en el que el aire ionizado se carga para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo. El aire ionizado puede transportarse para su interacción térmica con la parte de condensador del conducto para condensar el vapor de agua dando lugar a gotas de agua, y el líquido que pasa a través del condensador recibe calor del aire ionizado durante la interacción térmica del aire ionizado con la parte de condensador. El líquido puede transportarse entonces hasta la parte de enfriamiento del conducto para enfriarse de ese modo de nuevo tras el paso a través de la parte de condensador.
Según un tercer aspecto de la invención, se da a conocer un sistema de extracción de agua atmosférica que comprende un ionizador y una parte de condensador. El ionizador ioniza el aire ambiente para obtener aire, ionizado a partir del mismo, en el que el aire ionizado se carga para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo. La parte de condensador está dispuesta junto al ionizador para condensar vapor de agua en el aire ionizado dando lugar a gotas de agua. Breve descripción de los dibujos
A continuación se describe en el presente documento una realización de la invención con referencia a los siguientes dibujos, en los que:
La figura 1 muestra un diagrama esquemático parcial de un sistema de extracción de agua atmosférica según una realización de la invención; y
La figura 2 muestra un flujo operativo del sistema de extracción de agua atmosférica de la figura 1. Descripción detallada
A continuación se describe en el presente documento un sistema de extracción de agua atmosférica y un método para extraer agua atmosférica para tratar, al menos, una de las desventajas mencionadas anteriormente.
Para fines de brevedad y claridad, la descripción de la invención se limita a continuación en el presente documento a aplicaciones relacionadas con la extracción de agua atmosférica. Sin embargo, esto no descarta otras aplicaciones de las diversas realizaciones de la invención. Los principios inventivos fundamentales de las realizaciones de la invención serán comunes a lo largo de las diversas realizaciones.
Una realización de la invención descrita en la descripción detallada proporcionada a continuación en el presente documento es según la figura1yla figura 2 de los dibujos, en los que elementos similares están numerados con números de referencia similares.
Con referencia a la figura 1, se describe un sistema
(100) de extracción de agua atmosférica (conocido a continuación en el presente documento como sistema 100) para extraer agua atmosférica según una realización de la invención. El sistema (100) comprende generalmente una unidad (110) de extracción, un conducto (111), una unidad (112) de recogida de agua y una unidad (113) de enfriamiento.
La unidad (110) de extracción que sirve para extraer vapor de agua del aire ambiente tiene una entrada (114) y un escape (116) formados en la misma para permitir el flujo del aire ambiente a su través. La unidad (110) de extracción comprende un ionizador
(118) y una parte (120) de condensador, en la que dicha parte (120) de condensador está dispuesta junto al ionizador (118). La unidad (110) de extracción comprende además un filtro (122) de aire, un ventilador
(124) y una bandeja (126) de recogida de agua.
El ionizador (118) sirve para ionizar el aire ambiente dando lugar a aire ionizado. Cuando el ionizador (118) ioniza el aire ambiente, las partículas de aire presentes en el aire ambiente se cargan positiva
o negativamente, aunque en la mayoría de los usos es preferible la carga negativa. Las partículas de aire cargadas (aire ionizado) mejoran la adhesión del vapor de agua a las mismas para extraer agua atmosférica variando la humedad y las temperaturas ambiente. Debido a la naturaleza polar del agua, cada molécula de agua tiene un momento dipolar eléctrico. El átomo de oxígeno en cada molécula de agua tiene una carga parcial negativa mientras que cada átomo de hidrógeno en cada molécula de agua tiene una carga parcial positiva. Como tal, la diferencia en la carga hace que las moléculas de agua se atraigan entre sí y a otras moléculas polares. Puesto que el aire ionizado comprende partículas cargadas, se mejora la adhesión del vapor de agua al mismo debido a las cargas parciales positivas y negativas presentes en las moléculas de agua. El ionizador (118) también sirve para esterilizar el aire ambiente y para inhibir el crecimiento de hongos y bacterias cuando el sistema (100) está en uso.
La parte (120) de condensador condensa vapor de agua del aire ionizado para obtener gotas de agua. El aire ionizado puede transportarse para su interacción térmica con la parte (120) de condensador para que tenga lugar la condensación del vapor de agua. La condensación del vapor de agua se produce cuando una superficie está más fría que la temperatura de punto de rocío (temperatura umbral de condensación) del aire que rodea a la superficie. A esta temperatura, el aire tiene una humedad relativa equivalente al 100% y el aire se satura con agua. La temperatura de punto de rocío del aire depende tanto de la temperatura como de la humedad del aire. Por tanto, las superficies de la parte (120) de condensador sobre las que fluye el aire ionizado deben tener una temperatura que es inferior al punto de rocío del aire ionizado.
El conducto (111) está interconfigurado para el paso cíclico de fluido a su través. El conducto (111) comprende un primer canal (128) de fluido y un segundo canal (130) de fluido para interconectar la unidad (110) de extracción y la unidad (113) de enfriamiento. El primer canal (128) de fluido recibe líquido desde la unidad (113) de enfriamiento y un segundo canal (130) de fluido devuelve el líquido a la unidad (113) de enfriamiento. La unidad (113) de enfriamiento está en comunicación térmica con una parte
(132) de enfriamiento para extraer calor del líquido que pasa a través de la parte (132) de enfriamiento para enfriar de ese modo el líquido. El líquido puede transportarse entonces hasta la parte (120) de condensador tras el paso a través de la parte (132) de enfriamiento para enfriar las superficies de la parte (120) de condensador hasta una temperatura que es inferior que la temperatura de punto de rocío del aire que rodea a las superficies para que se produzca la condensación del vapor de agua. Las superficies de la parte
(120)
de condensador pueden fabricarse de cualquier material del que pueda producirse la condensación del vapor de agua en respuesta al enfriamiento del material en un entorno dado. Por ejemplo, el material puede estar compuesto por metal, vidrio, plástico o similar.
Adicionalmente, las superficies de la parte (120) de condensador están recubiertas con una película con materiales de calidad para alimentación, tales como, oro, estaño, Teflón o similar conforme a los requisitos de salud pública que rigen el uso de materiales en contacto con el agua potable. Las superficies de la parte
(120)
de condensador están preferentemente cubiertas con oro o con cualquier material que mejore la tasa de transferencia térmica. La parte (120) de condensador está diseñada preferentemente para optimizar la circulación de aire, la velocidad y la distribución del aire sobre las superficies para lograr una tasa óptima de extracción de vapor de agua.
La unidad (113) de enfriamiento comprende un conjunto (136) impulsor para desplazar el líquido desde la unidad (113) de enfriamiento hasta la parte (120) de condensador mediante el primer canal (128) de fluido.
El conjunto (136) impulsor comprende una válvula (138) accionadora y una bomba (140) de fluido. La bomba (140) de fluido está formada por una de una bomba centrífuga y una bomba de desplazamiento. Además, la unidad (113) de enfriamiento puede acoplarse a una fuente de enfriamiento externa (no mostrada) para extraer calor del líquido para enfriar el líquido. La fuente de enfriamiento externa puede comprender un refrigerante, tal como Freon, para extraer calor del líquido. Como tal, en lugar de basarse en la parte (132) de enfriamiento para extraer calor del líquido, la unidad (113) de enfriamiento puede aprovecharse de la fuente de enfriamiento externa para enfriar el líquido. El líquido está tomado de agua y alcohol, o similar. La unidad (113) de enfriamiento comprende además un dispositivo (142) de medición de la temperatura para medir la temperatura del líquido que pasa a su través. La temperatura del líquido está preferentemente en el intervalo de 5ºC a 15ºC.
Antes de la ionización del aire ambiente mediante el ionizador (118), se hace pasar el aire ambiente a través del filtro (122) de aire de la unidad (110) de extracción. El filtro (122) de aire es para filtrar el aire ambiente y está dispuesto en las proximidades del ionizador (118). El filtro (122) de aire también puede estar dispuesto en la entrada (114) o en las proximidades de la entrada (114). Además, el filtro (122) de aire es reemplazable y por tanto puede reemplazarse cuando sea necesario.
El ventilador (124), por otra parte, está dispuesto en las proximidades de la parte (120) de condensador y sirve para desplazar y dirigir el aire ambiente al interior de la unidad (110) de extracción. El ventilador
(124) es preferentemente una forma de dispositivo de circulación de aire a base de propulsor o similar que puede controlarse para variar la velocidad de flujo del aire ambiente. Variando la velocidad de flujo del aire ambiente, pueden generarse corrientes de aire de convección necesarias para obtener suficiente condensación del vapor de agua sobre las superficies de la parte (120) de condensador. El ventilador (124) también puede estar dispuesto en o adyacente al escape (116). El filtro (122) de aire y el ventilador (124) pueden orientarse o disponerse tal como reconocen fácilmente los expertos en la técnica para lograr eficazmente una circulación o un flujo de aire con control de polvo o limpio dentro de la unidad (110) de extracción.
La bandeja (126) de recogida de agua de la unidad (110) de extracción sirve para recibir las gotas de agua de la parte (120) de condensador. La bandeja
(126) de recogida de agua está dispuesta en la unidad
(110) de extracción de manera que las gotas de agua recibidas se dirigen a la unidad (112) de recogida de agua. La unidad (112) de recogida de agua del sistema (100) comprende un tanque (144) de recogida de agua, un conjunto (146) impulsor y un purificador
(148) de agua.
El tanque (144) de recogida de agua sirve para recibir las gotas de agua de la bandeja (126) de recogida de agua. El tanque (144) de recogida de agua comprende preferentemente un filtro de sedimentos (no mostrado) para filtrar las gotas de agua recibidas. El tanque (144) de recogida de agua comprende además un dispositivo (150) de medición del nivel de agua para medir el nivel de agua presente en el tanque (144) de recogida de agua y un purificador (152) de agua para purificar las gotas de agua recibidas. El dispositivo (150) de medición del nivel de agua es un tipo de interruptor de flotador u óptico mientras que el purificador (152) de agua comprende preferentemente un generador de ozono o luz ultravioleta. Además, el purificador (152) de agua puede incorporar otros medios de filtración incluyendo cualquier sistema de filtración mecánico, químico o biológico adecuado para purificar agua para fines de consumo.
El conjunto (146) impulsor transporta el agua recogida del tanque (144) de recogida de agua hasta el purificador (148) de agua de la unidad (112) de recogida de agua. El conjunto (146) impulsor está formado por una bomba de fluido, una bomba centrifuga y una bomba de desplazamiento. El conjunto (146) impulsor proporciona presión gravitacional adicional para extraer el agua recogida del tanque (144) de recogida de agua y desplazar el agua a través del purificador (148) de agua. El purificador (148) de agua comprende cualquier dispositivo adecuado que pueda esterilizar agua, por ejemplo, medios químicos, elementos de calentamiento emisores de radiación ultravioleta adecuados, o similares. El agua, tras pasar a través del purificador (148) de agua, es adecuada para beber y puede transportarse a través de un conducto
(153) de fluido hasta aparatos externos o cualquier almacenamiento.
El sistema (100) comprende además un dispositivo (154) de medición de la temperatura para medir la temperatura del aire ambiente y un dispositivo
(156) de medición de la humedad relativa para medir la humedad relativa del aire ambiente. Adicionalmente, el sistema (100) comprende además un controlador
(158)
para controlar el sistema (100). El controlador
(158)
puede acoplarse a un módulo de interfaz de señalización para transmitir cualquier señal de control para hacer funcionar cualquier parte y componente accionados eléctricamente del sistema (100) que requiera instrucciones, señalización y/o suministro de electricidad.
El controlador (158) comprende preferentemente un microprocesador (no mostrado) para almacenar y ejecutar aplicaciones de software o códigos intercalados que pueden generar señales de control apropiadas según un conjunto de instrucciones programadas previamente. Los datos medidos pueden procesarse adicionalmente en el controlador (158) en el que los procesos incluyen iniciar la sesión, leer y escribir, almacenar y realizar copia de seguridad, analizar y mostrar datos medidos y de control. Además, el controlador (158) está acoplado a un equipo informático externo mediante una interfaz de intercambio de datos alámbrica o inalámbrica (no mostrada). Finalmente, la energía eléctrica suministrada al controlador (158) y el sistema (100) pueden ser corriente alterna monofásica o multifásica extraída de rejillas de potencia o generadores de electricidad móviles tales como los usados en navíos, transatlánticos, caravanas, plataformas petrolíferas, centros de construcción y otras instalaciones similares. Alternativamente, la energía eléctrica puede suministrarse como corriente directa.
La figura 2 ilustra el flujo (200) operativo del sistema (100). Con el suministro de energía eléctrica al sistema (100), en una etapa (210), el controlador (158) activa el ionizador (118) y el ventilador (124). Además, el controlador (158) muestrea los datos medidos por el dispositivo (142) de medición de la temperatura de la unidad (113) de enfriamiento, el dispositivo (150) de medición del nivel de agua, el dispositivo (154) de medición de la temperatura del sistema
(100) y el dispositivo (156) de medición de la humedad relativa a un intervalo regular predeterminado para obtener datos medidos a partir de los mismos. El controlador (158) analiza entonces los datos medidos y determina el modo de funcionamiento, y puede presentar los datos medidos para la monitorización visual por un operario del sistema (100) en una etapa (212).
A continuación, en una etapa (214), el controlador
(158) recupera los controles requeridos según el modo de funcionamiento que se determina en la etapa (212). Además, en una etapa (216), el controlador (158) busca los controles requeridos para las partes requeridas del sistema (100) basándose en los datos medidos. Finalmente, en una etapa (218), se envían señales de control correspondientes proporcionadas por las etapas (214 y 216) a los elementos correspondientes del sistema (100).
A continuación en el presente documento se proporciona un ejemplo de funcionamiento del sistema (100).
El controlador (158) selecciona un primer modo de funcionamiento indicado como modo NORMAL cuando (a) la temperatura ambiente medida por el dispositivo (154) de medición de la temperatura es superior a un primer umbral predeterminado TLA01, (b) la humedad relativa ambiente medida por el dispositivo
(156) de medición de la humedad relativa es superior a un primer nivel predeterminado RHL01, (c) la temperatura del líquido de la parte (132) de enfriamiento medida por el dispositivo (142) de medición de la temperatura es inferior a un umbral predeterminado de TLCHI, (d) el nivel de agua en el tanque (144) de recogida de agua detectado por el dispositivo (150) de medición del nivel de agua no supera un nivel predeterminado WLCHI, y (e) si está presente un tanque de almacenamiento de agua externo (acoplado al sistema 100) y el tanque de almacenamiento de agua externo no indica el estado de LLENO (no mostrado).
Si se cumplen las condiciones anteriores, el controlador (158) abre la válvula (138) accionadora para permitir que el líquido de la parte (132) de enfriamiento fluya al interior del primer canal (128) de fluido. Además, el controlador (158) activa la bomba (140) de fluido para llevar el líquido hasta la parte
(120) de condensador mediante el primer canal (128) de fluido. El líquido se hace circular entonces desde la parte (120) de condensador de vuelta hasta la parte (132) de enfriamiento por medio del segundo canal
(130) de fluido. El líquido que pasa a través de la parte (120) de condensador recibe calor del aire ionizado durante la interacción térmica del aire ionizado con la parte (120) de condensador. El líquido puede transportarse entonces hasta la parte (132) de enfriamiento del conducto (111) para enfriarse de ese modo de nuevo tras el paso a través de la parte (120) de condensador. El líquido que pasa a través del conducto (111) es sustancialmente isobárico.
El flujo de aire en exceso generado por el ventilador (124) puede impedir la extracción de vapor de agua del aire ambiente. Como tal, la velocidad del flujo de aire generado por el ventilador (124) debe controlarse preferentemente a una tasa optimizada predeterminada. El controlador (158) puede controlar el ventilador (124) y el controlador (158) logra un flujo de aire predeterminado ajustando la velocidad de ventilación del ventilador (124). En el primer modo de funcionamiento, el controlador (158) ajusta la velocidad de ventilación del ventilador (124) a baja o media. El aire ambiente se introduce entonces de manera controlada en el sistema (100) por el ventilador (124). El aire que entra pasa en primer lugar a través del filtro (122) de aire seguido por un campo de ionización creado por el ionizador (118). El aire ionizado pasa entonces a través de la parte (120) de condensador y rodea las superficies de la parte (120) de condensador en la que tiene lugar la condensación del vapor de agua. Las gotas de agua obtenidas tras la condensación caen sobre la bandeja (126) de recogida de agua y se dirigen al interior del tanque (144) de recogida de agua. El dispositivo (150) de medición del nivel de agua mide el nivel de agua presente en el tanque (144) de recogida de agua para detectar niveles de agua altos (WLCHI) y bajos (WLCLO) predeterminados.
Durante el modo NORMAL y cuando el nivel de agua detectado por el dispositivo (150) de medición del nivel de agua supera un nivel bajo (WLCLO) predeterminado, se activa el purificador (152) de agua en el tanque (144) de recogida de agua por el controlador (158) o bien de manera continua o bien regular, activándose periódicamente el purificador (152) de agua durante una primera duración de WPUON1 y desactivándose durante una segunda duración de WPUOFF1. Cuando el nivel de agua medida por el dispositivo (150) de medición del nivel de agua detecta un nivel alto (WLCHI) predeterminado, y si está presente el tanque de almacenamiento de agua externo y el tanque de almacenamiento de agua externo no indica el estado de LLENO, el controlador (158) activa el conjunto (146) impulsor para transferir el agua desde el tanque (144) de recogida de agua a través del purificador (148) de agua de la unidad (112) de recogida de agua. El controlador (158) puede activar el purificador (148) de agua o bien de manera continua
o bien regular.
El controlador (158) selecciona un segundo modo de funcionamiento indicado como modo FRÍO cuando (a) la temperatura ambiente medida por el dispositivo (154) de medición de la temperatura cae entre el primer umbral predeterminado TLA01 y un segundo umbral predeterminado TLA02, (b) la humedad relativa ambiente medida por el dispositivo (156) de medición de la humedad relativa es igual o superior al nivel predeterminado RHLLO, (c) la temperatura del líquido de la parte (132) de enfriamiento medida por el dispositivo (142) de medición de la temperatura es igual o inferior al umbral predeterminado de TLCLO,
(d)
el nivel de agua en el tanque (144) de recogida de agua detectado por el dispositivo (150) de medición del nivel de agua no supera el nivel predeterminado WLCHI, y (e) si está presente el tanque de almacenamiento de agua externo (acoplado al sistema 100) y el tanque de almacenamiento de agua externo no indica el estado de LLENO (no mostrado).
Si se cumplen las condiciones anteriores, el controlador (158) hace funcionar el sistema (100) a través de las mismas etapas de control y toma de decisiones que se realizaron para el modo NORMAL. La única excepción es que la velocidad de ventilación del ventilador (124) se fija alta para aumentar la circulación de aire en las proximidades de la parte (120) de condensador, lo que conduce a una mayor eficacia de condensación del vapor de agua cuando la temperatura del aire ambiente es baja.
El controlador (158) selecciona un tercer modo de funcionamiento indicado como modo de SUSPEN-SIÓN cuando (a) la temperatura ambiente medida por el dispositivo (154) de medición de la temperatura cae por debajo del segundo umbral predeterminado TLA02, o (b) la humedad relativa ambiente medida por el dispositivo (156) de medición de la humedad relativa cae por debajo de un segundo nivel predeterminado RHL02, o (c) la temperatura del líquido de la parte (132) de enfriamiento medida por el dispositivo (142) de medición de la temperatura es superior a un umbral predeterminado de TLCHI, o (d) el nivel de agua en el tanque (144) de recogida de agua detectado por el dispositivo (150) de medición del nivel de agua es igual o supera el nivel predeterminado WLCHI, o
(e) si está presente el tanque de almacenamiento de agua externo (acopado al sistema 100) y el tanque de almacenamiento de agua externo indica el estado de LLENO (no mostrado).
Si se cumplen cualquiera de las condiciones anteriores, el controlador (158) detiene todas las etapas requeridas para extraer vapor de agua. Sin embargo, el ionizador (118) y el ventilador (124) pueden continuar funcionando de manera controlable por el controlador (158). El controlador (158) también puede continuar monitorizando todos los medios de medición, si los hay. Además, si el nivel de agua en el tanque (144) de recogida de agua es superior a WLCLO, el controlador (158) puede continuar activando el purificador (152) de agua del tanque (144) de recogida de agua de una manera continua o periódica.
Los parámetros a modo de ejemplo que se usan preferentemente en el sistema (100) para extraer agua atmosférica son los siguientes:
1) TLA01 = 25ºC y TLA02 = 15ºC, como valores umbral de temperatura usados para clasificar los modos de funcionamiento;
2) RHL01 = 50% y RHL02 = 25%, como valores umbral de humedad relativa usados para clasificar los modos de funcionamiento;
3) TLCLO = 5ºC y TLCHI = 15ºC, como valores umbral de temperatura del líquido que está enfriándose mediante la parte (132) de enfriamiento usados para la activación y desactivación de la válvula (138) accionadora y el conjunto (146) impulsor; y
4) WPUON1 = 30 segundos y WPUOFF1 = 45 minutos, para la activación periódica y duraciones de corte del purificador (152) de agua del tanque (144) de recogida de agua.
El sistema (100) para extraer vapor de agua del aire ambiente para obtener agua potable proporciona una solución a la recogida de agua sin necesidad de amplias redes de distribución de agua. Por tanto, el sistema (100) es muy adecuado para aplicaciones interiores, exteriores, fijas y móviles. Además, como el sistema (100) puede depender de fuentes de enfriamiento externas tales como un sistema de aire central y de refrigeración existente para extraer calor del líquido para enfriar el líquido, el sistema (100) ofrece un sistema de obtención de agua rentable con costes de equipo, funcionamiento y mantenimiento relativamente bajos.
Además, el sistema (100) puede funcionar a una temperatura de aire ambiente de tan solo 15ºC, haciendo así que el sistema (100) sea muy adecuado para muchas aplicaciones interiores y exteriores, fijas y móviles, no sólo en regiones tropicales, sino también en zonas templadas con temperaturas de aire ambiente muy por debajo de a lo que los sistemas convencionales están diseñados para funcionar.
De la manera anterior se ha descrito un sistema de extracción de agua atmosférica y un método para extraer agua atmosférica según una realización de la invención para tratar al menos una de las desventajas anteriores. Aunque sólo se da a conocer una realización de la invención, la invención no se limita a formas o disposiciones especificas de las partes así descritas y resultará evidente para un experto en la técnica en vista de esta descripción que pueden realizarse numerosos cambios y/o modificaciones sin apartarse del alcance y el espíritu de la invención.

Claims (26)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema de extracción de agua atmosférica, caracterizado porque comprende:
    un conducto (111) que tiene una parte (120) de condensador y una parte (132) de enfriamiento interconfiguradas para el paso cíclico de fluido a su través;
    una unidad (113) de enfriamiento en comunicación térmica con la parte (132) de enfriamiento para extraer calor del líquido que pasa a través de la parte
    (132) de enfriamiento para enfriar de ese modo el líquido, pudiendo transportarse el líquido hasta la parte
    (120) de condensador tras el paso a través de la parte
    (132) de enfriamiento; y
    un ionizador (118) para ionizar el aire ambiente dando lugar a aire ionizado, estando cargado el aire ionizado para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo,
    en el que el aire ionizado puede transportarse para su interacción térmica con la parte (120) de condensador del conducto (111) para condensar el vapor de agua dando lugar a gotas de agua, recibiendo el líquido que pasa a través de la parte (120) de condensador calor del aire ionizado durante la interacción térmica del aire ionizado con la parte (120) de condensador, pudiendo transportarse el líquido hasta la parte (132) de enfriamiento del conducto (111) para enfriarse de ese modo de nuevo tras el paso a través de la parte
    (120) de condensador.
  2. 2.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 1, caracterizado porque el líquido que pasa a través del conducto (111) es sustancialmente isobárico.
  3. 3.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende:
    un ventilador (124) para desplazar el aire ambiente al interior del sistema de extracción de agua atmosférica, pudiéndose hacer funcionar el ventilador (124) para controlar la velocidad de flujo del aire ambiente desplazado.
  4. 4.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende:
    un filtro (122) de aire para filtrar el aire ambiente para que lo reciba el ionizador (118).
  5. 5.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad (113) de enfriamiento comprende un conjunto
    (136) impulsor para desplazar el líquido desde la unidad (113) de enfriamiento hasta la parte (120) de condensador del conducto (111).
  6. 6.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 5, caracterizado porque el conjunto (136) impulsor comprende una válvula (138) accionadora y una de una bomba (140) de fluido, la cual está formada por una bomba de desplazamiento y una bomba centrífuga.
  7. 7.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 5, caracterizado porque la unidad (113) de enfriamiento comprende un dispositivo
    (142) de medición de la temperatura para medir la temperatura del líquido.
  8. 8. Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad (113) de enfriamiento puede acoplarse a una fuente de enfriamiento externa, siendo la fuente de enfriamiento externa para extraer calor del líquido.
  9. 9.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una bandeja (126) de recogida de agua para recibir las gotas de agua de la parte (120) de condensador.
  10. 10.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además un tanque (144) de recogida de agua para recibir las gotas de agua de la bandeja (126) de recogida de agua.
  11. 11.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 10, caracterizado porque el tanque (144) de recogida de agua comprende un dispositivo (150) de medición del nivel de agua y un purificador (152) de agua.
  12. 12.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un dispositivo (154) de medición de la temperatura para medir la temperatura del aire ambiente y un dispositivo (156) de medición de la humedad relativa para medir la humedad relativa del aire ambiente.
  13. 13.
    Método de extracción de agua atmosférica, que comprende:
    proporcionar un conducto (111) que tiene una parte (120) de condensador y una parte (132) de enfriamiento interconfiguradas para el paso cíclico de fluido a su través;
    extraer calor del líquido que pasa a través de una parte (132) de enfriamiento para enfriar de ese modo el líquido usando una unidad (113) de enfriamiento, estando la unidad (113) de enfriamiento en comunicación térmica con la parte (132) de enfriamiento, pudiendo transportarse el líquido hasta la parte (120) de condensador tras el paso a través de la parte (132) de enfriamiento; e
    ionizar el aire ambiente dando lugar a aire ionizado usando un ionizador (118), estando cargado el aire ionizado para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo,
    en el que el aire ionizado puede transportarse para su interacción térmica con la parte (120) de condensador del conducto (111) para condensar el vapor de agua dando lugar a gotas de agua, recibiendo el líquido que pasa a través de la parte (120) de condensador calor del aire ionizado durante la interacción térmica del aire ionizado con la parte (120) de condensador, pudiendo transportarse el líquido hasta la parte (132) de enfriamiento del conducto (111) para enfriarse de ese modo de nuevo tras el paso a través de la parte
    (120) de condensador.
  14. 14.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 13, caracterizado porque el líquido que pasa a través del conducto (111) es sustancialmente isobárico.
  15. 15.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende:
    desplazar el aire ambiente usando un ventilador (124), pudiéndose hacer funcionar el ventilador (124) para controlar la velocidad de flujo del aire ambiente desplazado.
  16. 16.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende:
    filtrar el aire ambiente para que lo reciba el ionizador (118) usando un filtro (122) de aire.
  17. 17.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 13, caracterizado porque la
    unidad (113) de enfriamiento comprende un conjunto (136) impulsor para desplazar el líquido desde la unidad (113) de enfriamiento hasta la parte (120) de condensador del conducto (111).
  18. 18. Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 17, caracterizado porque el conjunto (136) impulsor comprende una válvula
    (138) accionadora y una bomba (140) de fluido, la cual está formada por una bomba de desplazamiento y una bomba centrifuga.
  19. 19.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 17, caracterizado porque la unidad (113) de enfriamiento comprende un dispositivo (142) de medición de la temperatura para medir la temperatura del líquido.
  20. 20.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 16, caracterizado porque la unidad (113) de enfriamiento puede acoplarse a una fuente de enfriamiento externa, siendo la fuente de enfriamiento externa para extraer calor del líquido.
  21. 21.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende:
    recibir las gotas de agua de la parte (120) de condensador usando una bandeja (126) de recogida de agua.
  22. 22. Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 21, caracterizado porque comprende:
    recibir las gotas de agua de la bandeja (126) de recogida de agua usando un tanque (144) de recogida de agua.
  23. 23.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 22, caracterizado porque el tanque (144) de recogida de agua comprende un dispositivo (150) de medición del nivel de agua y un purificador (152) de agua.
  24. 24.
    Método de extracción de agua atmosférica, según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende:
    proporcionar un dispositivo (154) de medición de la temperatura para medir la temperatura del aire ambiente y proporcionar un dispositivo (156) de medición de la humedad relativa para medir la humedad relativa del aire ambiente.
  25. 25.
    Sistema de extracción de agua atmosférica, caracterizado porque comprende:
    un ionizador (118) para ionizar el aire ambiente para obtener aire ionizado a partir del mismo, estando cargado el aire ionizado para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo; y
    una parte (120) de condensador dispuesta junto al ionizador para condensar vapor de agua en el aire ionizado dando lugar a gotas de agua.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201050009
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 18.07.2008
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    WO 03073029 A1 (WORLDWIDE WATER L L C et al.) 04.09.2003, todo el documento. 1-25
    A
    WO 0113053 A1 (GOODCHILD WINTON J) 22.02.2001, todo el documento. 1-25
    A
    EP 1142835 A2 (WORLDWIDE WATER INC) 10.10.2001, todo el documento. 1-25
    A
    WO 9603347 A2 (WATERMAKER CORP) 08.02.1996, todo el documento. 1-25
    A
    US 5106512 A (REIDY JAMES J) 21.04.1992, todo el documento. 1-25
    A
    US 2005269254 A1 (ROITMAN LIPA L) 08.12.2005, todo el documento. 1-25
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 04.05.2011
    Examinador M. P. Prytz González Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201050009
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD
    B01D5/00 (2006.01) B01D53/26 (2006.01) B01D47/05 (2006.01) F25D17/06 (2006.01)
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    B01D, F25D
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)
    INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201050009
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 04.05.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-25 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-25 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201050009
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    WO 03073029 A1 (WORLDWIDE WATER L L C et al.) 04.09.2003
    D02
    WO 0113053 A1 (GOODCHILD WINTON J) 22.02.2001
    D03
    EP 1142835 A2 (WORLDWIDE WATER INC) 10.10.2001
    D04
    WO 9603347 A2 (WATERMAKER CORP) 08.02.1996
    D05
    US 5106512 A (REIDY JAMES J) 21.04.1992
    D06
    US 2005269254 A1 (ROITMAN LIPA L) 08.12.2005
  26. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La solicitud de patente hace referencia a un sistema y un método para extraer agua atmosférica. Consta la solicitud de 25 reivindicaciones siendo independientes las reivindicaciones 1 y 13. Las reivindicaciones 2 a 12 son dependientes, directa o indirectamente, de la reivindicación 1 y las reivindicaciones 14 a 25 son dependientes, directa o indirectamente, de la reivindicación 13.
    Es propósito de la primera reivindicación obtener un sistema de extracción de agua atmosférica que comprende:
    -
    un conducto que tiene una parte de condensador y una parte de enfriamiento configuradas para el paso cíclico de fluido a su través;
    -
    una unidad de enfriamiento en comunicación térmica con la parte de enfriamiento para extraer calor del líquido que pasa a través de la parte de enfriamiento, pudiendo transportarse el líquido hasta la parte condensador después de pasar por la parte de enfriamiento;
    -
    un ionizador para ionizar el aire ambiente y mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo;
    de modo que el aire ionizado puede transportarse para su interacción térmica con la parte de condensador para condensar el vapor de agua dando lugar a gotas de agua, pudiendo transportarse el líquido hasta la parte de enfriamiento del conducto para enfriarse de nuevo tras su paso a través del condensador.
    Los documentos D01 a D06 suponen una representación del estado de la técnica la que pertenece la invención. Ninguno de los documentos citados considerados de modo aislado o en combinación, divulgan un sistema de extracción de agua atmosférica con las características que posee el sistema reivindicado en la primera reivindicación. La diferencia fundamental entre los documentos citados y la invención radica en que no se ha encontrado un sistema de extracción de agua atmosférica en donde el fluido refrigerante del aire permanezca en estado líquido durante todo el proceso cíclico de intercambio de calor. Por tal motivo, el objeto inventivo de la reivindicación 1 puede considerarse nuevo y que posee actividad inventiva, en el sentido de los artículos 6 y 8, respectivamente, de la ley 11/1986 de Patentes.
    Al ser nueva y con actividad inventiva la reivindicación 1 también resultan nuevas y con actividad inventiva las reivindicaciones 2 a 12 por ser dependientes de dicha reivindicación 1, y la reivindicación 13 y sus dependientes por hacer referencia a un método que utiliza el sistema de la reivindicación 1.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
ES201050009A 2007-10-01 2008-07-18 Sistema y método para extraer agua atmosférica. Withdrawn - After Issue ES2379326B1 (es)

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