PL240547B1 - Urządzenie do odzyskiwania wody z wilgoci zawartej w powietrzu atmosferycznym - Google Patents

Description

PL 240 547 B1

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy urządzenia do odzyskiwania wody z wilgoci zawartej w powietrzu atmosferycznym. Urządzenie wykorzystuje efekt kondensacji wilgoci na ściankach zewnętrznych pojemnika zawierającego wodę schłodzoną (korzystnie zamrożoną) za pomocą ciekłego azotu.

Obecnie standardową praktyką jest wyposażanie pomieszczeń, zarówno mieszkań prywatnych, jak i wszelkiego rodzaju pomieszczeń publicznych, takich, jak biura, poczekalnie czy lokale usługowe, w dystrybutory wody pitnej. Zazwyczaj są to albo urządzenia z wymiennymi zbiornikami wody dostarczanej przez wyspecjalizowanych przedsiębiorców, albo urządzenia filtrujące wodę wodociągową.

Z publikacji JP2009270409A znane jest urządzenie do odzyskiwania wody z wilgoci zawartej w powietrzu atmosferycznym, zawierające m.in.:

moduł kondensacyjny zawierający zbiornik na wodę kondensacyjną, posiadający dno i ścianki boczne, w którym pojemniki kondensacyjne za pomocą elementu wsporczego zamocowane są w odstępie od dna zbiornika na wodę kondensacyjną, przy czym pojemnik kondensacyjny posiada dno, ścianki boczne i powierzchnię górną przeciwległą do dna pojemnika kondensacyjnego, a także źródło ciekłego azotu połączone płynowo z modułem kondensacyjnym.

W opisanym urządzeniu powietrze atmosferyczne po wstępnym oczyszczeniu z pyłu na filtrze jest sprężane w sprężarce i podawane do modułu kondensacyjnego, w którym para wodna ulega skropleniu na pojemnikach kondensacyjnych i już jako woda kon densacyjna jest odprowadzana do dalszego wykorzystania. Ciekły azot stanowi medium chłodzące doprowadzane do pojemników kondensacyjnych.

Nieoczekiwanie okazało się, że nie tylko możliwym, ale prostym, wydajnym i względnie tanim sposobem zapewniania wody pitnej jest zastosowanie układu do odzyskiwania wody z wilgoci zawartej w powietrzu atmosferycznym, dzięki wykorzystaniu kondensacji wilgoci na ściankach zewnętrznych pojemnika zawierającego wodę schłodzoną (korzystnie zamrożoną) za pomocą czynnika chłodzącego, w szczególności ciekłego azotu.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do odzyskiwania wody z wilgoci zawartej w powietrzu atmosferycznym, zawierające:

- moduł kondensacyjny zawierający zbiornik na wodę kondensacyjną, posiadający dno i ścianki boczne, w którym co najmniej jeden pojemnik kondensacyjny za pomocą co najmniej jednego elementu wsporczego zamocowany jest w odstępie od dna zbiornika na wodę kondensacyjną, przy czym pojemnik kondensacyjny posiada dno, ścianki boczne i powierzchnię górną przeciwległą do dna pojemnika kondensacyjnego;

- zbiornik ciekłego azotu połączony płynowo z modułem kondensacyjnym, przy czym urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że zbiornik na wodę kondensacyjną jest otwarty od góry, zaś wspominany co najmniej jeden pojemnik kondensacyjny zawiera wodę.

W jednym z korzystnych wariantów wykonania urządzenie według wynalazku dodatkowo posiada pokrywę połączoną rozłącznie z górną krawędzią ścianek bocznych zbiornika na wodę kondensacyjną.

W dalszym korzystnym wariancie wykonania urządzenie według wynalazku moduł kondensacyjny zawiera pojedynczy pojemnik kondensacyjny w postaci butelki, która na powierzchni górnej ma otwór do napełniania, przy czym zbiornik ciekłego azotu jest połączony płynowo z wnętrzem pojemnika kondensacyjnego za pomocą nakładki zamocowanej rozłącznie do otworu do napełniania.

W alternatywnym korzystnym wariancie wykonania urządzenia według wynalazku moduł kondensacyjny zawiera kilka pojemników kondensacyjnych umieszczonych w rzędzie, przy czym każdy pojemnik kondensacyjny ma postać płytki, a zbiornik ciekłego azotu za pomocą łącznika doprowadza ciekły azot do przestrzeni, w której znajdują się górne powierzchnie pojemników kondensacyjnych.

W innym korzystnym wariancie wykonania urządzenia według wynalazku ścianki boczne zbiornika na wodę kondensacyjną są perforowane w górnej części.

W korzystnym wariancie wykonania urządzenia według wynalazku, w którym zawiera ono pokrywę, korzystnie może być ona perforowana.

W następnym korzystnym wariancie wykonania urządzenia według wynalazku zbiornik ciekłego azotu jest zaopatrzony w zawór dozujący. Możliwe jest jednak także zastosowanie prostszych wariantów konstrukcyjnych, w których zbiornik jest jedynie okresowo przyłączany do modułu chłodzącego.

W innym korzystnym wariancie wykonania urządzenia według wynalazku pojemnik kondensacyjny zwęża się ku dnu.

PL 240 547 B1

W jeszcze innym korzystnym wariancie wykonania urządzenia według wynalazku pojemnik kondensacyjny jest wykonany z blachy metalowej, korzystnie ze stali nierdzewnej. Blacha metalowa, a w szczególności blacha ze stali nierdzewnej jest materiałem trwałym, odpornym mechanicznie (w porównaniu np. z tworzywami sztucznymi czy szkłem), łatwym do utrzymania w czystości, a przede wszystkim wykazującym duże przewodnictwo cieplne, umożliwiając szczególnie efektywne schładzanie zewnętrznych powierzchni ścianek bocznych pojemnika kondensacyjnego, co bezpośrednio przekłada się na wydajność kondensacji wilgoci z powietrza atmosferycznego.

W dalszym korzystnym wariancie wykonania urządzenia według wynalazku zbiornik na wodę kondensacyjną jest zaopatrzony w zawór odpływowy, co pozwala na wygodne odbieranie wody kondensacyjnej w dowolnym momencie, bez potrzeby jakiegokolwiek demontażu części elementów (np. zdejmowania pokrywy, chwilowego usuwania pojemnika kondensacyjnego i opróżniania zbiornika wody kondensacyjnej.

Wynalazek w przykładach wykonania zilustrowana na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia schematyczny widok w przekroju pierwszego wariantu wykonania urządzenia według wynalazku;

fig. 2 przedstawia schematyczny widok w przekroju drugiego wariantu wykonania urządzenia według wynalazku;

fig. 3 przedstawia schematyczny widok w przekroju trzeciego wariantu wykonania urządzenia według wynalazku;

fig. 4 przedstawia schematyczny widok w przekroju czwartego wariantu wyko nania urządzenia według wynalazku;

PRZYKŁADY

P r z y k ł a d 1

Pierwszy wariant urządzenia 1 według wynalazku pokazany na fig. 1 zawiera moduł kondensacyjny zawierający otwarty od góry zbiornik 2 na wodę kondensacyjną, posiadający dno 201 i ścianki boczne 202, w którym pojedynczy pojemnik kondensacyjny 3 w postaci butelki zawierającej wodę jest zamocowany w odstępie od dna 201 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną za pomocą elementów wsporczych 4, które w tym przypadku mają postać trapezoidalnych w przekroju wsporników spoczywających na dnie 201 zbiornika 2. Pojemnik kondensacyjny 3 posiada dno 301, ścianki boczne 302 i powierzchnię górną 303 przeciwległą do dna 301 pojemnika kondensacyjnego 3. Na powierzchni górnej 303 pojemnik 3 ma otwór 304 do napełniania, na którym rozłącznie zamocowana jest nakładka 6. Zbiornik 5 ciekłego azotu zaopatrzony w zawór dozujący 9 jest przyłączony do nakładki 6 z zapewnieniem połączenia płynowego z wnętrzem pojemnika kondensacyjnego 3. Pojemnik kondensacyjny 3 zwęża się ku dnu 301. Strzałkami na fig. 1 zaznaczono kierunek grawitacyjnego spływania kropel wilgoci atmosferycznej ulegającej kondensacji na schłodzonych powierzchniach zewnętrznych ścianek 302 pojemnika kondensacyjnego 3. Zbiornik 2 na wodę kondensacyjną zaopatrzony jest w zawór odpływowy 10.

Ciekły azot wprowadzany ze zbiornika 5 za pośrednictwem nakładki 6 przez otwór 304 do napełniania do wnętrza pojemnika kondensacyjnego 3 wypełnionego wodą schładza ją, powodując zamrożenie. Aby uniknąć rozsadzenia pojemnika 3 w wyniku zwiększenia objętości wody podczas zamarzania, istotne jest, aby nie napełniać pojemnika 3 wodą do pełna. Po zamrożeniu wody zawartej w pojemniku 3 można za pomocą zaworu dozującego 9 zamknąć dopływ ciekłego azotu do wnętrza pojemnika 3.

P r z y k ł a d 2

Drugi wariant wykonania urządzenia 1 według wynalazku pokazany na fig. 2 różni się od wariantu pierwszego z fig. 1 tym, że ścianki boczne 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną rozciągają się ku górze, tworząc obudowę pojemnika kondensacyjnego 3. Elementy wsporcze 4 mają w tym przypadku postać występów rozciągających się od wewnętrznej powierzchni ścianek bocznych 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną ku powierzchniom zewnętrznym ścianek bocznych 302 pojemnika kondensacyjnego 3 tak, że pojemnik kondensacyjny 3 wspiera się na tych elementach wsporczych 4 i pozostaje w odstępie od dna 201 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną. Ścianki boczne 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną są perforowane w części powyżej maksymalnego poziomu wody kondensacyjnej.

PL 240 547 B1

W testach zastosowania urządzenie zaopatrzone w pojemnik kondensacyjny 3 w postaci butli ze stali nierdzewnej o pojemności 5 litrów. Również zbiornik 2 na wodę kondensacyjną wykonano z blachy ze stali nierdzewnej. Do zamrożenia 1 litra wody zawartej w pojemniku kondensacyjnym 3 wystarczyło ok. 10 ml ciekłego azotu. Testy na około 100 próbach w różnych warunkach wykazały, że stały wynik to od 2,5 (w skrajnie niekorzystnych warunkach, tj. bardzo małej wilgotności powietrza atmosferycznego) do 5% objętościowych uzyskanej wody kondensacyjnej (przy średniej wilgotności powietrza w warunkach europejskich, w temperaturze pokojowej, bez nasłonecznienia) względem objętości schłodzonej wody w pojemniku kondensacyjnym 3. Inaczej mówiąc, w zależności od warunków przy objętości zamrożonego wkładu wodnego w pojemniku kondensacyjnym wynoszącej 5 litrów w czasie potrzebnym na stopienie całego wkładu, uzyskiwano od ok. 125 ml do ok. 250 ml wody kondensacyjnej. Czas całkowitego stopienia zamrożonego wkładu jest zależn y od temperatury otoczenia i zwykle waha się od 1,5 do 5 h.

P r z y k ł a d 3

Trzeci wariant wykonania urządzenia 1 według wynalazku pokazany na fig. 3 różni się od wariantu pierwszego z fig. 1 tym, że dodatkowo posiada pokrywę 7 połączoną rozłącznie z górną krawędzią ścianek bocznych 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną. W przedstawionym wariancie wykonania pokrywa 7 ma postać dzwonową otwartą od dołu. Elementy wsporcze 4 mają w tym przypadku postać występów rozciągających się od wewnętrznej powierzchni ścianek bocznych pokrywy na wodę kondensacyjną ku powierzchniom zewnętrznym ścianek bocznych 302 pojemnika kondensacyjnego 3 tak, że pojemnik kondensacyjny 3 wspiera się na tych elementach wsporczych 4 i pozostaje w odstępie od dna 201 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną.

P r z y k ł a d 4

Czwarty wariant wykonania urządzenia według wynalazku pokazany na fig. 4 zawiera moduł kondensacyjny zawierający otwarty od góry zbiornik 2 na wodę kondensacyjną, posiadający dno 201 i ścianki boczne 202, w którym umieszczone są w rzędzie trzy pojemniki kondensacyjne 3a, 3b, 3c. Każdy pojemnik kondensacyjny 3a, 3b, 3c posiada dno 301, ścianki boczne 302 i powierzchnię górną 303 przeciwległą do dna 301 pojemnika kondensacyjnego 3, 3a, 3b, 3c. Pojemniki kondensacyjne 3a, 3b, 3c są zamocowane na elementach wsporczych 4 w odstępie od dna 201 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną. Elementy wsporcze 4 mają w tym przypadku postać występów rozciągających się od wewnętrznej powierzchni ścianek bocznych 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną ku powierzchniom zewnętrznym ścianek bocznych 302 pojemników kondensacyjnych 3a, 3b, 3c tak, że pojemniki kondensacyjne 3 wspierają się na tych elementach wsporczych 4 i pozostają w odstępie od dna 201 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną. Ścianki boczne 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną są perforowane w górnej części, powyżej maksymalnego poziomu wody kondensacyjnej. Urządzenie posiada stożkową pokrywę 7 połączoną rozłącznie z górną krawędzią ścianek bocznych 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną. Zbiornik 5 ciekłego azotu zaopatrzony w zawór dozujący 9 jest przyłączony do pokrywy 7 za pośrednictwem łącznika 8 z zapewnieniem połączenia płynowego z górną częścią wnętrza modułu kondensacyjnego, w bezpośrednim sąsiedztwie górnych powierzchni 303 pojemników kondensacyjnych 3a, 3b, 3c. Każdy pojemnik kompensacyjny 3a, 3b, 3c ma postać płytki zwężającej się ku dnu 301. Strzałkami na fig. 4 zaznaczono kierunek grawitacyjnego spływania kropel wilgoci atmosferycznej ulegającej kondensacji na schłodzonych powierzchniach zewnętrznych ścianek 302 pojemników kondensacyjnych 3a, 3b, 3c. Zbiornik 2 na wodę kondensacyjną zaopatrzony jest w zawór odpływowy 10.

P r z y k ł a d 5

Piąty wariant wykonania urządzenia 1 według wynalazku (nie pokazany na rysunku) różni się od wariantu czwartego z fig. 4 tym, że pokrywa 7 w tym przypadku ma postać dzwonową otwartą od dołu, przy czym dolna krawędź ścianek bocznych pokrywy 7 wspiera się na górnej krawędzi ścianek bocznych 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną w sposób analogiczny, jak w wariancie trzecim omówionym w przykładzie 3 i zilustrowanym na fig. 3. Ponadto, odmiennie niż w wariancie czwartym z fig. 7 ścianki boczne 202 zbiornika 2 na wodę kondensacyjną nie są perforowane. Perforowane są natomiast ścianki boczne pokrywy 7.

Claims (10)

1. PL 240 547 B1

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie (1) do odzyskiwania wody z wilgoci zawartej w powietrzu atmosferycznym, zawierające:

   - moduł kondensacyjny zawierający zbiornik (2) na wodę kondensacyjną, posiadający dno (201) i ścianki boczne (202), w którym co najmniej jeden pojemnik kondensacyjny (3, 3a, 3b, 3c) za pomocą co najmniej jednego elementu wsporczego (4) zamocowany jest w odstępie od dna (201) zbiornika (2) na wodę kondensacyjną, przy czym pojemnik kondensacyjny (3, 3a, 3b, 3c) posiada dno (301), ścianki boczne (302) i powierzchnię górną (303) przeciwległą do dna (301) pojemnika kondensacyjnego (3, 3a, 3b, 3c);

   - zbiornik (5) ciekłego azotu połączony płynowo z modułem kondensacyjnym, znamienne tym, że zbiornik (2) na wodę kondensacyjną jest otwarty od góry, zaś wspominany co najmniej jeden pojemnik kondensacyjny (3, 3a, 3b, 3c) zawiera wodę.
2. 2. Urządzenie (1) według zastrz. 1, znamienne tym, że dodatkowo posiada pokrywę (7) połączoną rozłącznie z górną krawędzią ścianek bocznych (202) zbiornika (2) na wodę kondensacyjną.
3. 3. Urządzenie (1) według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że moduł kondensacyjny zawiera pojedynczy pojemnik kondensacyjny (3) w postaci butelki, która na powierzchni górnej (303) ma otwór (304) do napełniania, przy czym zbiornik (5) ciekłego azotu jest połączony płynowo z wnętrzem pojemnika kondensacyjnego (3) za pomocą nakładki (6) zamocowanej rozłącznie do otworu (304) do napełniania.
4. 4. Urządzenie (1) według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że moduł kondensacyjny zawiera kilka pojemników kondensacyjnych (3a, 3b, 3c) umieszczonych w rzędzie, przy czym każdy pojemnik kondensacyjny (3a, 3b, 3c) ma postać płytki, a zbiornik (5) ciekłego azotu za pomocą łącznika (8) doprowadza ciekły azot do przestrzeni, w której znajdują się górne powierzchnie (303) pojemników kondensacyjnych (3a, 3b, 3c).
5. 5. Urządzenie (1) według jednego z zastrzeżeń 1-4, znamienne tym, że ścianki boczne (202) zbiornika (2) na wodę kondensacyjną są perforowane w górnej części.
6. 6. Urządzenie (1) według jednego z zastrzeżenia 3-5, znamienne tym, że pokrywa (7) jest perforowana.
7. 7. Urządzenie (1) według jednego z zastrzeżeń 1-6, znamienne tym, że zbiornik (5) ciekłego azotu jest zaopatrzony w zawór dozujący (9).
8. 8. Urządzenie (1) według jednego z zastrzeżeń 1-7, znamienne tym, że pojemnik kondensacyjny (3, 3a, 3b, 3c) zwęża się ku dnu (301).
9. 9. Urządzenie (1) według jednego z zastrzeżeń 1-8, znamienne tym, że pojemnik kondensacyjny (3, 3a, 3b, 3c) jest wykonany z blachy metalowej, korzystnie ze stali nierdzewnej.
10. 10. Urządzenie (1) według jednego z zastrzeżeń 1-9, znamienne tym, że zbiornik na wodę kondensacyjną (2) jest zaopatrzony w zawór odpływowy (10).