ES2988232B2 - System for capturing water contained in water vapor in the air - Google Patents
System for capturing water contained in water vapor in the airInfo
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA CONTENIDA EN EL VAPOR DE AGUA DEL AIRESYSTEM FOR COLLECTING WATER CONTAINED IN WATER VAPOR IN THE AIR
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓNTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La presente invención se encuentra relacionada con sistemas para la producción u obtención de agua en forma de vapor de agua en el aire. The present invention relates to systems for the production or obtaining of water in the form of water vapor in the air.
ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE ART
Es conocido que el aire normal que todos respiramos, es decir, a presión atmosférica, contiene una cierta cantidad de agua en forma de vapor de agua. Habida cuenta de esto, se han desarrollado diferentes propuestas o tecnologías con el ánimo de capturar o recuperar esa agua del aire y disponerla de forma líquida para, por ejemplo, el consumo. It is well known that the normal air we all breathe, that is, at atmospheric pressure, contains a certain amount of water in the form of water vapor. Given this, various proposals or technologies have been developed to capture or recover this water from the air and dispose of it in liquid form for, for example, consumption.
Dentro de las tecnologías para capturar o recuperar el agua presente en el aire se tiene la condensación del vapor de agua por enfriamiento. En esta tecnología se aprovecha el principio básico de que el aire puede contener una cantidad finita de vapor de agua, y cuando se enfría por debajo de su temperatura de rocío, el vapor de agua se condensa en forma de líquido. Among the technologies for capturing or recovering water present in the air is water vapor condensation by cooling. This technology exploits the basic principle that air can hold a finite amount of water vapor, and when it cools below its dew point, the water vapor condenses into liquid form.
La condensación del vapor de agua por enfriamiento se puede lograr de varias maneras, siendo el objetivo principal reducir la temperatura del aire para que el vapor de agua se condense. Condensation of water vapor by cooling can be achieved in several ways, the main objective being to reduce the air temperature so that the water vapor condenses.
En algunos casos se utilizan superficies frías, como serpentines enfriados con líquido refrigerante o placas de enfriamiento, para reducir la temperatura del aire que pasa sobre ellas. El vapor de agua en el aire se condensa cuando entra en contacto con estas superficies frías y se recolecta como agua líquida. In some cases, cold surfaces, such as liquid-cooled coils or cooling plates, are used to reduce the temperature of the air passing over them. Water vapor in the air condenses when it comes into contact with these cold surfaces and is collected as liquid water.
Otros casos implican el uso de sistemas de refrigeración mecánica que comprimen y luego expanden un refrigerante para enfriar el aire. El aire se enfría a medida que pasa a través del intercambiador de calor del sistema de refrigeración y el vapor de agua se condensa. Other cases involve the use of mechanical refrigeration systems that compress and then expand a refrigerant to cool the air. The air is cooled as it passes through the refrigeration system's heat exchanger, and the water vapor condenses.
La condensación por enfriamiento es especialmente efectiva en regiones con alta humedad relativa, ya que el aire contiene más vapor de agua que puede condensarse. Sin embargo, la eficiencia de este método puede variar dependiendo de factores como la temperatura y la humedad del aire ambiente, así como del diseño y la eficacia del sistema de enfriamiento utilizado. Cooling condensation is especially effective in regions with high relative humidity, as the air contains more water vapor that can condense. However, the efficiency of this method can vary depending on factors such as ambient air temperature and humidity, as well as the design and effectiveness of the cooling system used.
Por lo tanto, se hace latente la necesidad de proporcionar de sistemas y/o procedimientos de captación de agua mediante condensación por enfriamiento del aire que aumenten la eficiencia parar lograr capturar la mayor cantidad del agua disponible en forma de vapor en el aire. Therefore, there is a clear need to provide water collection systems and/or procedures through air cooling condensation that increase efficiency in capturing the largest amount of water available in the form of vapor in the air.
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Para dar una respuesta a la necesidad detectada, la presente invención proporciona un sistema de captación de agua del aire según se describe en la reivindicación 1. In order to respond to the identified need, the present invention provides a system for capturing water from the air as described in claim 1.
Realizaciones preferentes del mencionado sistema se describe en las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1. Preferred embodiments of the said system are described in the claims dependent on claim 1.
En el sistema que se preconiza el agua en forma de vapor presente en el aire se capta mediante la compresión y el enfriamiento del aire, haciendo uso de elementos impulsores o impulsores/succionadores de aire, intercambiadores de calor y separadores. In the recommended system, water vapor present in the air is captured by compressing and cooling the air, using air driving or driving/suction elements, heat exchangers, and separators.
El sistema dispone de una fuente de aire comprimido o de, al menos, un elemento compresor, y, por tanto, hay un flujo de aire a presión asociado a una línea de aire comprimido por la que se moverá el aire. Este aire comprimido, estará a una presión y temperatura preestablecidas. Conforme mayor sea la presión de este flujo de aire, mayor será la facilidad para captar el agua ya que más alta será la temperatura de rocío y, por tanto, para una misma temperatura final, se podrá conseguir mayor cantidad de agua condensada. A mayor presión (e igual temperatura) mayor cantidad de agua a obtener en el separador de condensados. The system has a compressed air source or at least one compressor element, and therefore, there is a pressurized air flow associated with a compressed air line through which the air will move. This compressed air will be at a preset pressure and temperature. The higher the pressure of this air flow, the easier it will be to capture water, since the dew point will be higher and, therefore, for the same final temperature, a greater amount of condensed water can be obtained. The higher the pressure (and the same temperature), the greater the amount of water to be obtained in the condensate separator.
Una vez se ha creado el flujo de aire comprimido se procede a enfriarlo. Al igual que pasa con la presión, la temperatura es el otro factor decisivo para condensar el agua contenida en el aire. A menor temperatura (e igual presión) del aire comprimido, mayor condensado. Es por esto que para enfriar la corriente de aire se dispone de, al menos, un intercambiador de calor principal, en el cual se disminuye la temperatura del aire comprimido hasta, por lo menos, la temperatura de rocío, para condensar el vapor de agua contenida en el mismo. Once the compressed air flow has been created, it is cooled. As with pressure, temperature is the other decisive factor in condensing the water contained in the air. The lower the temperature (and the same pressure) of the compressed air, the more condensate. Therefore, to cool the air stream, there is at least one main heat exchanger, in which the temperature of the compressed air is lowered to at least the dew point, in order to condense the water vapor contained therein.
Alternativamente, el sistema dispone de dos intercambiadores de calor para enfriar el aire comprimido. El primero de ellos es un intercambiador de calor de preenfriamiento, que preenfría el flujo de aire comprimido. El segundo intercambiador, sería el intercambiador de calor principal, donde el intercambiador de preenfiamiento está dispuesto aguas arriba del intercambiador principal, siendo este último el que realiza el mayor enfriamiento del aire comprimido. Alternatively, the system has two heat exchangers to cool the compressed air. The first is a pre-cooling heat exchanger, which pre-cools the compressed air flow. The second heat exchanger is the main heat exchanger, where the pre-cooling heat exchanger is located upstream of the main heat exchanger, and the latter performs most of the cooling of the compressed air.
Aún en otra alternativa, el sistema presenta un tercer intercambiador denominado de posenfriamiento, dispuesto aguas abajo del intercambiador principal, para dar una etapa de enfriamiento posterior al aire comprimido. En una realización preferida, el intercambiador de calor de posenfriamiento es de tipo geotérmico, enfriando el aire comprimido por contacto del mismo con el subsuelo. In yet another alternative, the system features a third exchanger, known as an aftercooler, located downstream of the main exchanger, to provide a subsequent cooling stage for the compressed air. In a preferred embodiment, the aftercooling heat exchanger is geothermal, cooling the compressed air through contact with the subsoil.
Puesto que el aire comprimido se enfría en cada uno de los intercambiadores, es esperable que al menos una parte del vapor de agua de dicho aire se condense y se precipite dentro de cada uno de estos intercambiadores. Por lo tanto, éstos se encuentran habilitados para poder ser drenados por gravedad. Es decir, cualquier condensado que se origine dentro de la línea de aire comprimido que queda dentro de los intercambiadores se puede retirar sin medios auxiliares, siendo sólo necesaria la acción de la gravedad. Since the compressed air is cooled in each of the exchangers, it is expected that at least some of the water vapor in said air will condense and precipitate inside each of these exchangers. Therefore, these exchangers are designed to be drained by gravity. That is, any condensate that forms within the compressed air line and remains inside the exchangers can be removed without any auxiliary means, requiring only the action of gravity.
Preferiblemente, la temperatura objetivo a alcanzar en el aire comprimido, al final de su paso por el sistema, es como mínimo la temperatura ambiente. Esto será así siempre, menos en los casos en los que el aire se enfríe en el intercambiador de posenfriamiento, el cual, al ser, preferiblemente, de tipo geotérmico, permite bajar la temperatura por debajo de la ambiental cuando la temperatura del subsuelo es menor que la temperatura ambiente. Por ejemplo, en climas calurosos y durante el día podría ser efectivo hacer pasar el flujo de aire comprimido por el intercambiador de posenfriamiento, mientras que por la noche sólo se operaría con los intercambiadores de aire de preenfriamiento y principal, haciendo un bypass al intercambiador de posenfriamiento. Preferably, the target temperature to be reached by the compressed air at the end of its passage through the system is at least ambient temperature. This will always be the case, except in cases where the air is cooled in the aftercooling exchanger, which, preferably being geothermal, allows the temperature to be lowered below ambient when the subsoil temperature is lower than ambient temperature. For example, in hot climates and during the day, it may be effective to pass the compressed air flow through the aftercooling exchanger, while at night, only the precooling and main air exchangers would operate, bypassing the aftercooling exchanger.
Como se ha mencionado, durante el enfriamiento del aire comprimido se produce el condensado del vapor de agua del aire, cuya captación y aprovechamiento es el objetivo de esta invención. Tras su paso por, al menos, el intercambiador principal, el aire comprimido sigue su curso hacia un separador, donde se capta el agua condensada para su aprovechamiento, almacenándola en un depósito de agua. As mentioned, during the cooling of compressed air, condensation of water vapor in the air is produced, the capture and utilization of which is the objective of this invention. After passing through at least the main exchanger, the compressed air continues its course to a separator, where the condensed water is captured for further use and stored in a water tank.
Tras captar el agua condensada en su paso por el separador, el aire comprimido, enfriado y sin agua condensada, se dirige para accionar un elemento impulsor de aire que crea una corriente de aire, que se podría denominar corriente de aire de refrigeración, la cual está prevista para refrigerar el intercambiador principal. Esta corriente de aire, preferiblemente, se encuentra a presión atmosférica. After capturing the condensed water as it passes through the separator, the compressed air, cooled and free of condensation, is directed to drive an air drive element that creates an air stream, which could be called a cooling air stream, designed to cool the main exchanger. This air stream is preferably at atmospheric pressure.
Así las cosas, en una realización preferida, el intercambiador principal está vinculado por medio de un conducto o chimenea con un extractor, estando dicho extractor previsto para inducir una corriente de aire de gran caudal para la refrigeración de dicho intercambiador principal. Thus, in a preferred embodiment, the main exchanger is connected by means of a duct or chimney to an extractor, said extractor being designed to induce a high-flow air current for cooling said main exchanger.
En una realización aún más preferida, el extractor es de tipo eólico, tal que, la corriente de aire proveniente del impulsor acciona este extractor eólico, el cual, a su vez, genera una corriente de aire que refrigera el intercambiador principal. In an even more preferred embodiment, the extractor is of the wind type, such that the air stream coming from the impeller drives this wind extractor, which, in turn, generates an air stream that cools the main exchanger.
Además de lo anterior, la refrigeración del intercambiador principal tiene otra componente derivada de la disipación de calor por convección, propia de una chimenea o de cualquier torre de refrigeración. Ambos efectos se superponen optimizando la salida y renovación del aire caliente del ducto que vincula dicho intercambiador principal con el extractor. In addition to the above, the cooling of the main exchanger has another component derived from convection heat dissipation, typical of a chimney or any cooling tower. Both effects overlap, optimizing the output and renewal of hot air from the duct that connects the main exchanger to the extractor.
Alternativamente, la corriente de aire proveniente del impulsor, incide directamente en el intercambiador de calor de preenfriamiento, refrigerando el mismo al menos parcialmente, tras lo cual, y ya a mayor temperatura, incide tangencialmente con una determinada presión y velocidad sobre el extractor, siendo este, como se ha dicho, preferiblemente de tipo eólico, de tal manera que, éste a su vez, crea otra corriente de aire ascensional de gran caudal a través del ducto refrigerando así el intercambiador principal. Alternatively, the air stream coming from the impeller directly affects the pre-cooling heat exchanger, cooling it at least partially, after which, and now at a higher temperature, it affects tangentially with a certain pressure and speed on the extractor, this being, as has been said, preferably of the wind type, in such a way that, in turn, it creates another ascending air stream of high flow through the duct, thus cooling the main exchanger.
Si, además, el elemento impulsor se configura como impulsor/succionador (y no sólo como impulsor de aire) podría, además de trabajar como se ha indicado anteriormente, ayudar a disminuir el ruido del sistema, permitiendo insonorizar y refrigerar el elemento compresor. La succión creada por elemento impulsor permitiría renovar el aire de un espacio confinado, el cual podría ser una caja insonorizada en la que estará alojada la fuente de aire comprimido, es decir, el elemento compresor. If, in addition, the drive element is configured as a drive/suction element (and not just an air drive), it could, in addition to operating as indicated above, help reduce system noise, allowing the compressor element to be soundproofed and cooled. The suction created by the drive element would allow the air in a confined space to be renewed, which could be a soundproof box housing the compressed air source, i.e., the compressor element.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben considerarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que: The above and other advantages and characteristics will be more fully understood from the following detailed description of some embodiments with reference to the attached drawings, which should be considered as illustrative and not limiting, in which:
- La Fig. 1 es una vista esquemática del sistema de captación de agua contenida en el vapor de agua del aire de la invención. - Fig. 1 is a schematic view of the system for capturing water contained in water vapor from the air of the invention.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓNDETAILED DESCRIPTION OF AN EXAMPLE OF IMPLEMENTATION
En la siguiente descripción detallada se exponen numerosos detalles específicos en forma de ejemplos para proporcionar un entendimiento minucioso de las enseñanzas relevantes. Sin embargo, resultará evidente para los expertos en la materia que las presentes enseñanzas pueden llevarse a la práctica sin tales detalles. In the following detailed description, numerous specific details are presented in the form of examples to provide a thorough understanding of the relevant teachings. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present teachings can be implemented without such details.
La presente invención proporciona un sistema de captación de agua 1 para captar el agua en forma de vapor de agua contenida en el aire, sistema 1 en adelante, cuya realización preferente se ilustra en la figura 1. The present invention provides a water collection system 1 for collecting water in the form of water vapor contained in the air, system 1 hereinafter, the preferred embodiment of which is illustrated in Figure 1.
En el sistema 1 un elemento compresor 2, compresor 2 en adelante, el cual comprime el aire atmosférico a una presión preestablecida, la cual estará determinada por las condiciones del lugar donde va a disponerse el sistema 1. In system 1, a compressor element 2, compressor 2 onwards, which compresses the atmospheric air to a pre-established pressure, which will be determined by the conditions of the place where system 1 is to be installed.
A partir del compresor 2 se establece una línea de aire comprimido 21, por la que el aire se transporta para ser enfriado logrando condensar el vapor de agua contenido en el aire y captarlo en un depósito 5. From compressor 2, a compressed air line 21 is established, through which the air is transported to be cooled, condensing the water vapor contained in the air and capturing it in a tank 5.
El sistema 1 comprende un intercambiador de calor de preenfriamiento 7, preenfriador 7 en adelante, que preenfria el aire comprimido que viene del compresor 2, previo a su paso hacia un intercambiador de calor principal 3, intercambiador principal 3 en adelante, donde dicho preenfriador 7 proporciona una primera etapa de enfriamiento del aire comprimido. System 1 comprises a pre-cooling heat exchanger 7, pre-cooler 7 onwards, which pre-cools the compressed air coming from the compressor 2, prior to its passage to a main heat exchanger 3, main exchanger 3 onwards, where said pre-cooler 7 provides a first stage of cooling of the compressed air.
A continuación del preenfriador 7 se encuentra el intercambiador principal 3 al cual se dirige el aire comprimido preenfriado, y en el que se efectuará la mayor bajada de temperatura del aire para captar la mayor parte del agua, condensando gran parte del vapor de agua contenida en el mismo. Following the pre-cooler 7 is the main exchanger 3 to which the pre-cooled compressed air is directed, and where the greatest drop in air temperature will occur to capture most of the water, condensing a large part of the water vapor contained therein.
En la realización preferida, el preenfriador 7 y el intercambiador principal 3 son intercambiadores de tipo aire comprimido-aire. En este sentido el intercambiador principal 3 está vinculado a través de un ducto 91 a un extractor 9 de tipo eólico. In the preferred embodiment, the precooler 7 and the main exchanger 3 are compressed air-to-air exchangers. In this regard, the main exchanger 3 is connected via a duct 91 to a wind-type extractor 9.
El sistema 1 comprende un intercambiador de calor de posenfriamiento 8, posenfriador 8 en adelante, dispuesto a continuación del intercambiador principal 3, donde este posenfriador 8 tiene como finalidad proporcionar una etapa de enfriamiento posterior al aire comprimido para captar la cantidad remanente agua en el aire. En la realización preferida, este posenfriador 8 es de tipo geotérmico o aire comprimido-tierra, que enfría el aire al contacto con el subsuelo. System 1 comprises a post-cooling heat exchanger 8, hereinafter referred to as aftercooler 8, arranged downstream of the main exchanger 3. The purpose of this aftercooler 8 is to provide a subsequent cooling step for the compressed air, capturing the remaining water in the air. In the preferred embodiment, this aftercooler 8 is of the geothermal or compressed air-to-earth type, which cools the air upon contact with the subsoil.
El aire comprimido y enfriado puede ir directamente desde el intercambiador principal 3 a un separador 4, o pasar previamente por el posenfriador 8, por lo tanto, el posenfriador 8 sería opcional. The compressed and cooled air can go directly from the main exchanger 3 to a separator 4, or pass through the aftercooler 8 first, therefore the aftercooler 8 would be optional.
Este separador 4 recibe el aire comprimido y enfriado para separar el agua condensada, obteniendo aire seco y agua condensada. Esta última se dirige a un depósito 5 en el que se almacena. This separator 4 receives the compressed and cooled air to separate the condensed water, producing dry air and condensed water. The latter is directed to a tank 5 where it is stored.
Dado que, en la realización ilustrada, el aire comprimido se enfría en al menos dos etapas, preferiblemente en tres etapas, cada uno de los intercambiadores 3 7 8 se encuentra en comunicación fluida con el depósito 5, tal que el agua que se condensa en dichos intercambiadores 378 por el enfriamiento llevado a cabo en cada uno de ellos se dirige por gravedad hacia dicho depósito 5, por lo que toda el agua captada en diferentes puntos del sistema 1 es almacenada en el depósito 5. Since, in the illustrated embodiment, the compressed air is cooled in at least two stages, preferably in three stages, each of the exchangers 3 7 8 is in fluid communication with the tank 5, such that the water that condenses in said exchangers 378 due to the cooling carried out in each of them is directed by gravity towards said tank 5, so that all the water captured at different points of the system 1 is stored in the tank 5.
En la realización descrita se ha descrito un único separador 4 a modo de filtro y separador de condensados. Sin embargo, puede añadirse en la línea de aire comprimido 21 filtros tales como, por ejemplo, filtros micrónicos o submicrónicos que aumentarían la cantidad de agua captada, dirigiéndola al depósito 5. In the embodiment described, a single separator 4 is used as a filter and condensate separator. However, 21 filters, such as micron or submicron filters, can be added to the compressed air line, increasing the amount of water collected and directing it to tank 5.
El aire seco, es decir, con un contenido mínimo o carente total de agua, que sale del separador 4 se dirige al impulsor 6 para accionar el mismo, tal que dicho impulsor 6 genera una corriente de aire CA1 que refrigera el preenfriador 7. A partir de aquí, y a una mayor temperatura, el aire de refrigeración que sale del preenfriador 7, incide tangencialmente con una determinada presión y velocidad sobre el extractor eólico 9 de tal manera que, éste a su vez, crea otra corriente de aire CA2 ascensional de gran caudal a través del ducto 91 refrigerando así el intercambiador principal 3. The dry air, that is, with a minimum or totally lacking water content, that exits the separator 4 is directed to the impeller 6 to activate it, such that said impeller 6 generates an air current CA1 that cools the pre-cooler 7. From here, and at a higher temperature, the cooling air exiting the pre-cooler 7, impacts tangentially with a certain pressure and speed on the wind extractor 9 in such a way that, in turn, this creates another ascending air current CA2 of high flow through the duct 91, thus cooling the main exchanger 3.
Si, además, el impulsor 6 opera como impulsor/succionador podría, además de trabajar como se ha especificado anteriormente, ayudando a disminuir el ruido del sistema, insonorizando y refrigerando el compresor 2. La succión creada por el impulsor 6 permitiría renovar el aire de un espacio confinado. Este espacio podría ser una caja insonorizada 22 que aloja al compresor 2, succionando o extrayendo el aire caliente que se produce por la operación del mismo. If, in addition, the impeller 6 operates as an impeller/suction unit, in addition to working as specified above, it could also help reduce system noise by soundproofing and cooling the compressor 2. The suction created by the impeller 6 would allow the air in a confined space to be renewed. This space could be a soundproof box 22 that houses the compressor 2, sucking or extracting the hot air produced by its operation.
En cualquier caso, el preenfriador 7 se adaptará al flujo de aire de refrigeración, priorizando la acción sobre el extractor eólico 9 antes que la refrigeración de dicho preenfriador 7. In any case, the pre-cooler 7 will adapt to the cooling air flow, prioritizing the action on the wind extractor 9 before the cooling of said pre-cooler 7.
El impulsor 6 puede ser de distintos tipos. Puede, por ejemplo, comprender válvulas o elementos amplificadores de caudal que multiplican en varios o muchos órdenes de magnitud el caudal de una corriente de aire, o de elementos creadores de líneas de vacío, estando, en cualquier caso, accionados por aire comprimido. En otras alternativas, este impulsor 6 puede ser un escape libre de aire comprimido con un silenciador previsto para disminuir el ruido. The impeller 6 can be of various types. For example, it may comprise valves or flow-amplifying elements that multiply the flow of an air stream by several or many orders of magnitude, or vacuum line-creating elements, all of which are driven by compressed air. Alternatively, this impeller 6 may be a free compressed air exhaust with a silencer designed to reduce noise.
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Legal Events
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| BA2A | Patent application published |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2988232 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20250325 |