SISTEMA Y MÉTODO PARA EXTRAER AGUA ATMOSFÉRICA.
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.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/SG2008/000260.
Solicitante: TEO, Sin Hui.
Nacionalidad solicitante: Singapur.
Dirección: Blk 436 Clementi Avenue 3 #04-200 SINGAPUR 120435 SINGAPUR.
Inventor/es: OH,Chee Keong.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01D47/05 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B; aparato de vórtice B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 47/00 Separación de partículas dispersas en el aire, gases o vapores utilizando un líquido como agente de separación (B01D 45/10 tiene prioridad; columnas de fraccionamiento o sus elementos B01D 3/16). › por condensación del agente de separación.
- B01D5/00 B01D […] › Condensación de vapores; Recuperación de disolventes volátiles por condensación (B01D 8/00 tiene prioridad; condensadores F28B).
- B01D53/26 B01D […] › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › Secado de gases o vapores.
- F25D17/06 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES. › F25D REFRIGERADORES; CAMARAS FRIGORIFICAS; NEVERAS; APARATOS DE ENFRIAMIENTO O CONGELACION NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (escaparates refrigerados A47F 3/04; recipientes con aislamiento térmico para uso doméstico A47J 41/00; vehículos frigoríficos, véanse las subclases apropiadas correspondientes a las clases B60 - B64; recipientes con aislamiento térmico en general B65D 81/38; sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; recipientes con aislamiento térmico para gases licuados o solidificados F17C; acondicionamiento o humidificación del aire F24F; máquinas, instalaciones o sistemas frigoríficos F25B; enfriamiento sin refrigeración de los instrumentos o aparatos similares G12B; enfriamiento de motores o bombas, véanse las clases apropiadas). › F25D 17/00 Dispositivos para la circulación de fluidos refrigerantes; Dispositivos para la circulación de gases, p. ej. aire, dentro de los recintos refrigerados. › por circulación forzada de aire.
Fragmento de la descripción:
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 sistema y a un 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, tales como mares y ríos y la superficie de la Tierra cada año, conteniendo el aire que permanece cerca de 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...
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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.
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