DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

TÍTULO DE LA INVENCIÓN: DISPOSITIVO PARA COSECHAR VAPOR DE AGUA

ATMOSFÉRICO

SECTOR TÉCNICO

[0001]. Esta divulgación de forma general se relaciona con la recolección y/o producción de agua utilizando el proceso térmico dinámico conocido como deposición de agua. Esta divulgación esta también relacionada de forma general con aparatos diseñados para atraer y capturar vapor de agua dentro de una atmósfera, hacer un cambio instantáneo de fase del vapor de agua capturada a estado sólido en forma de escarcha (un proceso conocido como deposición), extraer la escarcha obtenida a través de un mecanismo, hacer el cambio de fase de la escarcha a estado líquido a través de un proceso de deshielo, y finalmente, almacenar y/o disponer de agua en estado líquido para su uso para una amplia variedad de aplicaciones, sistemas, productos, dispositivos y/o componentes, incluyendo por ejemplo, agua potable, agua para beber, para agricultura y otros usos comerciales y personales.

TÉCNICA ANTERIOR (ANTECEDENTES)

[0002]. Esta solicitud se relaciona con la Solicitud Provisional U.S. No. 61/413,995, promovida con fecha 16 de noviembre de 2010; con la Solicitud Provisional de Patente No. 61/532,104 promovida con fecha 8 de septiembre de 2011; con la solicitud PCT/US2012/065170, promovida con fecha 15 de noviembre de 2012; con la solicitud PCT/US2012/065174, promovida con fecha 15 de noviembre de 2012; y con la solicitud PCT/US2017/041530, promovida con fecha 11 de julio de 2016; MX Patente No. 344188 otorgada el 8 de diciembre de 2016; y con la patente US 9’711,705 B2, otorgada el 18 de julio de 2017. Todas estas solicitudes se tienen por reproducidas en esta solicitud como referencia, en su totalidad. Muchos dispositivos, sistemas y productos existen y están en uso actualmente que sirven para recolectar vapor de agua de la atmósfera utilizando el proceso de condensación. En virtud de que la condensación del agua depende de la temperatura y la presión atmosférica, dichos dispositivos, sistemas y productos deben ser diseñados y/o construidos para adaptarse a las cambiantes temperaturas del ambiente y de la presión de aire atmosférico que entra al sistema, así como la del vapor de agua que contiene. Debido a dichas consideraciones de diseño y/o construcción, tales variaciones de temperatura del ambiente y presión implican un aumento en el costo del sistema, así como en los costos de energía necesarios para lograr las condiciones de condensación y recolección del agua eficientemente.

[0003]. En algunos productos, la ingeniería requerida para adaptar las condiciones cambiantes del ambiente provoca que los mismos sean más grandes, pesen más y se requieran mayor número de componentes, incrementando los costos del producto, así como los de instalación y operación. En la mayoría de los casos, la capacidad y eficacia de los sistemas para recolectar agua de la atmósfera están directamente relacionadas con la humedad relativa del ambiente y de las condiciones de temperatura. Una baja humedad relativa y temperatura alta reduce el desempeño de los sistemas, y en muchos casos la recolección de agua solo se puede obtener en condiciones de humedad relativa mayores al treinta por ciento. En adición, en todos los sistemas disponibles comercialmente, cuando los niveles de humedad relativa son bajos, la producción de agua se reduce mientras el que costo para obtenerla se incrementa. Adicionalmente, cuando el punto de condensación ocurre dentro de una atmósfera que se encuentra por debajo del punto de congelamiento del agua, los sistemas comercialmente disponibles de condensación son incapaces de producir agua.

[0004]. Existen muchas otras fuentes y sistemas para la obtención y abastecimiento de agua, tales como, presas, ríos, acuíferos, pozos subterráneos, plantas de tratamiento de agua residual y plantas de desalinización. Muchas de estas fuentes y sistemas han sido usados con éxito por siglos. Sin embargo, con el incremento global de la población, la escasez de agua es cada vez más prevalente. En adición, la capacidad de dichas presas, ríos y acuíferos han ido en declive en de cara a la creciente demanda de agua y el cambio climático. La contaminación de estas fuentes hace más difícil para las poblaciones y la industria tener acceso a agua líquida que pueda usarse. Adicionalmente, todas las fuentes mencionadas conllevan gastos de energía y mantenimiento al obtener agua de la fuente.

[0005] Adicionalmente, en muchos casos, todas las fuentes mencionadas utilizar sistemas de distribución que dependen de mantenimiento y energía complementarios. Estos requerimientos complementarios agregan costos por unidad de agua entregada al usuario final.

[0008] Hay un número importante de métodos de distribución que actualmente se emplean para transportar el agua al usuario final. Algunos ejemplos comunes son: acueductos, tuberías, pipas, barcos y/o una combinación de estos métodos. Sin embargo, estos métodos no son satisfactorios en virtud de que los costos de mantenimiento y energía aumentan al incrementarse la población y por el paso del tiempo que afecta el sistema. En muchos casos, aún en ciudades desarrolladas, entre el treinta y cincuenta por ciento del agua se pierde debido a fugas en las tuberías durante su trayecto a los usuarios finales. En el caso de los sistemas de acueductos modernos un volumen significativo del agua se evapora a la atmósfera mientras viaja de la fuente a los usuarios finales. Adicionalmente, en algunos casos, el uso de energía para la distribución/entrega del agua es tan alta como el veinte por ciento del total de la energía que consume la población.

[0006]. Por lo tanto, existe una necesidad de aparatos, sistemas y productos mejorados, para la recolección y entrega de agua limpia de una forma más eficiente y efectiva para cubrir la demanda creciente de agua de las poblaciones cada vez más grandes.

[007] Adicionalmente, con una mayor migración humana a ciudades con intereses comerciales e industriales o a sus alrededores, existe una necesidad de aparatos, sistemas y productos mejorados, para obtener el agua que se requiere de forma eficiente y efectiva de forma local para reducir o eliminar los costos de distribución, entre y los gastos asociados de mantenimiento. Esta divulgación está dirigida resolver o mejorar al menos una de las desventajas de los métodos hasta ahora usados.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN [008]. Las modalidades ejemplares aquí descritas se refieren a la recolección de vapor de agua obtenido de la atmósfera (también referido como vapor de agua atmosférico) utilizando el proceso térmico dinámico de la deposición que resulta en la captura de escarcha y/o hielo. En las modalidades ejemplares, la escarcha capturada y/o hielo puede ser extraído del área o superficie de recolección y ser almacenada en un ambiente térmicamente controlado que permite a la escarcha convertirse en agua líquida.

[0009]. En las modalidades ejemplares, el vapor de agua atmosférico obtenido puede ser recolectado, convertido, almacenado y/o entregado, y por lo tanto se puede disponer a demanda en la ubicación que desee el usuario. Por ejemplo, en las modalidades ejemplares, los dispositivos, sistemas y/o productos pueden eliminar o reducir la necesidad de agua de distribución.

[0010] En las modalidades ejemplares, la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee puede ser obtenido de atmósferas a varias temperaturas. Por ejemplo, en las modalidades ejemplares, los dispositivos, sistemas y/o productos pueden obtener la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee en todas las zonas climáticas (e.g. tropical, templado, o polar)

[0011]. En las modalidades ejemplares, la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee puede ser obtenido a varias altitudes. Por ejemplo, en las modalidades ejemplares, los dispositivos, sistemas, y/o productos pueden obtener la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee desde el nivel del mar, hasta altas altitudes.

[0012]. En las modalidades ejemplares, la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee puede ser obtenido a varios niveles de humedad relativa (H.R). Por ejemplo, en las modalidades ejemplares, los dispositivos, sistemas, y/o productos pueden obtener la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee a menos del 5% H.R., 10% H.R., 20 % H.R., 30% H.R. y/o mayor H.R.

[0013]. En las modalidades ejemplares, la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee puede ser obtenido en atmósferas de ambientes exteriores. [0014]. En las modalidades ejemplares, la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee puede ser obtenido en atmósferas de ambientes interiores.

[0015]. En las modalidades ejemplares, la cantidad de vapor de agua atmosférico que se desee puede ser obtenido en una combinación de atmósferas de ambientes exteriores y/o exteriores.

[0016]. En las modalidades ejemplares, el vapor de agua atmosférico puede ser atraído hacia dentro del dispositivo, sistema y/o producto, usando una temperatura más baja dentro del área de recolección del sistema.

[0017]. En las modalidades ejemplares, el vapor de agua atmosférico puede ser atraído dentro del dispositivo, sistema y/o producto, usando una presión más baja dentro del área de recolección del sistema.

[0018]. En las modalidades ejemplares, el vapor de agua atmosférico puede ser atraído dentro del dispositivo, sistema y/o producto, usando una combinación de temperatura más baja y presión más baja dentro del área de recolección del sistema.

[0019]. En las modalidades ejemplares, la escarcha obtenida puede ser extraída mediante el raspado de la escarcha de la superficie de recolección.

[0020]. En las modalidades ejemplares, la escarcha obtenida puede ser extraída mediante el uso de frecuencias de vibración dentro de la superficie de recolección.

[0021]. En las modalidades ejemplares, la escarcha obtenida puede ser extraída por medio de gravedad asistida mediante el empleo de recubrimientos hielofóbicos sobre la superficie de recolección

[0022]. En las modalidades ejemplares, una temperatura baja en el área o superficie de recolección puede ser lograda por medio de un Sistema de Ciclo de Refrigeración (e.g., compresor, condensador, dispositivo de expansión, evaporador y fluido de trabajo). [0023]. En las modalidades ejemplares, una baja temperatura en el área o superficie de recolección puede ser lograda por medio de un Sistema de Ciclo de Stirling (e.g., Enfriador Stirling y regenerador).

[0024]. En las modalidades ejemplares, una temperatura baja en el área o superficie de recolección puede ser lograda por medio del efecto Peltier (e.g. Enfriador de módulo termoeléctrico y disipadores de calor).

[0025]. En las modalidades ejemplares, una temperatura baja en el área o superficie de recolección puede ser lograda a través de un Sistema de Refrigeración Termoacústico (e.g. Transductor Electro-acústico, resonador, intercambiadores de calor de alta y baja temperatura y medio acústico o fluido de trabajo).

[0026]. En las modalidades ejemplares, una temperatura baja en el área o superficie de recolección puede ser inicialmente lograda por medio de la descarga controlada de un cartucho de nitrógeno líquido y posteriormente mantenida por cualquiera de los métodos de enfriamiento descritos previamente.

[0027]. En las modalidades ejemplares, una temperatura baja en el área o superficie de recolección puede ser mantenida por medio del uso de los métodos de enfriamiento descritos previamente con la adición de un material de cambio de fase (MCF) usado como una barrera térmica dentro del área de recolección para reducir el trabajo requerido por el sistema usado en el proceso de enfriamiento. Por ejemplo, el encapsulamiento del evaporador dentro de un MCF con un punto de cambio de fase de -35° para cambiar de sólido a líquido, permite al sistema a ser diseñado tener un sistema de enfriamiento que pueda ser iniciado a -36°C y luego ser apagado por ejemplo a -40°C, haciendo un trabajo mínimo de 4°C Delta T, en lugar de operar constantemente a una mucha mayor Delta T como la que se generaría de la temperatura ambiente 51 de la atmósfera, por ejemplo de los 30°C a los -40°CC requeridos lo cual sería una Delta T de 70°C. Adicionalmente, el calor específico de una fase solida de la materia es generalmente más baja que en su fase líquida o gaseosa, significando que esta tome menos energía por gramo por °C para enfriar el MCF en su estado sólido que el que tomaría para enfriar el MCF en su estado líquido.

[0028]. En las modalidades ejemplares, una presión más baja que la del ambiente en el área de recolección puede ser lograda manteniendo una baja temperatura en el área de recolección y proveyendo de una salida para el aire seco frío.

[0029]. En las modalidades ejemplares, el calor generado por el ciclo de enfriado del sistema puede ser usado para derretir la escarcha capturada y convertirla en agua líquida.

[0030]. En las modalidades ejemplares, el agua recientemente convertida en líquida (agua enfriada) puede ser usada para reducir el calor y así reducir la energía requerida para el ciclo de enfriado del sistema. Por ejemplo, la entrada del ventilador al condensador puede ser colocada para atraer aire a través del tanque de agua enfriada del sistema para reducir la velocidad que el ventilador requiere y así reducir la energía requerida por el sistema.

[0031]. En las modalidades ejemplares, una porción del tubo capilar del dispositivo de expansión de un Sistema de enfriamiento de Ciclo de Refrigeración puede ser insertado o parcialmente insertado en el MCF frío del evaporador para controlar el estado del refrigerante al final la línea líquida reduciendo los requerimientos de energía del sistema.

[0032]. En las modalidades ejemplares, el calor generado por el sistema de enfriamiento puede ser regulado y transferido a otro sistema, por ejemplo, a un calentador de agua o a un calentador de espacios, mediante el uso de un intercambiador de calor de placas insertado en una masa líquida de MCF, antes y después del condensador reduciendo así el trabajo y energía requerida por el sistema.

[0033]. En las modalidades ejemplares, el dispositivo, sistema y/o producto puede ser diseñado para ser montado de una manera que asegure que el volumen de agua disponible para el usuario final utilice la gravedad eliminando o reduciendo el uso de bombas y costos complementarios de energía y mantenimiento. [0034] En las modalidades ejemplares, el dispositivo, sistema y/o producto puede emplear el uso de dispositivos adicionales de filtración para disponer de agua para beber debidamente certificada.

[0035] Así como en las modalidades mencionadas en el Compendio, otras modalidades son divulgadas en la especificación, dibujos y reivindicaciones. El Compendio no intenta cubrir todas y cada una de las modalidades, combinación o variación de estas contempladas para esta divulgación.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0036] Las modalidades ejemplares serán descritas a continuación, a manera de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos que los acompañan, en los cuales:

[0037] FIG. 1 Es un dibujo esquemático de una modalidad ejemplar de un sistema para recolectar vapor de agua atmosférico por medio de un proceso térmico dinámico conocido como deposición.

[0038] FIG. 2 Es un dibujo esquemático de otra modalidad ejemplar de un Sistema para recolectar vapor de agua atmosférico por medio de un proceso térmico dinámico conocido como deposición. FIG. 2. es similar a la FIG. 1. excepto que esa FIG. 2. divulga una manera de conservar algo del trabajo de enfriamiento hecho por el ciclo de refrigeración insertando el evaporador dentro de un MCF encapsulado a baja temperatura.

[0039] FIG. 3 Es un dibujo esquemático del evaporador insertado a que se refiere la FIG. 2.

[0040] FIG. 4 es una vista transversal del evaporador insertado a que se refiere la FIG. 3.

[0041] FIG. 5 es un dibujo esquemático de otra modalidad ejemplar de un Sistema para recolectar vapor de agua atmosférico por medio de un proceso térmico conocido como deposición. FIG. 5 es similar a la FIG. 2 excepto que en la FIG. 5. una extensión del condensador y el dispositivo de expansión están también insertados en el MCF encapsulado a baja temperatura divulgado en la FIG. 2., FIG. 3 y FIG. 4. [0042]. FIG. 6 es un dibujo esquemático de otra modalidad ejemplar de un sistema para recolectar vapor de agua atmosférico por medio de un proceso térmico conocido como deposición. FIG. 6. es similar a la FIG. 5. excepto que en la FIG. 6 un intercambiador de calor de placas 18 reemplaza al ventilador y al condensador transfiriendo energía térmica 15 a un sistema secundario.

[0043]. FIG. 7 es un dibujo esquemático de modalidades ejemplares divulgados en las FIG. 1., FIG. 2., FIG. 5., y/o FIG.6 que divulga un método para atraer, dirigir y ciclar vapor de agua atmosférico dentro y fuera de un área de recolección.

[0044]. FIG 8., es un detalle esquemático de la FIG. 7, que divulga un método para aislar térmicamente las superficies de recolección de escarcha.

[0045]. FIG. 9, es otro detalle esquemático de la FIG. 8, que divulga un método para controlar los ciclos de volumen entre las superficies de recolección de escarcha.

[0046] FIG. 10, es otro detalle esquemático de la FIG. 7, que divulga un método para remover la escarcha de las superficies de recolección dentro de un tanque para agua integrado.

DESCRIPCIÓN DE LA MEJOR FORMA DE HACER LA INVENCIÓN

[0047] Las modalidades ejemplares aquí descritas están dirigidas a atraer y recolectar vapor de agua atmosférico utilizando el proceso termodinámico conocido como deposición de agua, en la que el vapor se “salta” u omite la fase líquida y pasa directamente de vapor a hielo o escarcha.

[0048] Las modalidades ejemplares aquí descritas están dirigidas a reducir los requerimientos de energía de los sistemas de refrigeración actuales capaces de alcanzar y mantener temperaturas bajo cero requeridas para la deposición del agua. Ciertas modalidades pueden ser al menos 10% o hasta 100% independientes de la red eléctrica y/o combustibles fósiles. [0049]. Las modalidades ejemplares aquí descritas están dirigidas a darle otro uso a una pequeña porción o en otras modalidades a porciones significativas de la energía térmica liberada dentro del cambio de la fase gaseosa de vapor de agua a su fase sólida. Ciertas modalidades pueden utilizar un sistema alterno para darle otro uso a la energía térmica producida convirtiéndola en energía cinética para hacer el trabajo del sistema utilizando un fluido de trabajo. Por ejemplo, la energía térmica puede ser dirigida a un sistema alterno en el que la energía térmica es usada para mover un motor térmico. El uso de un sistema alterno que use la energía térmica dirigida puede también reducir el trabajo que hace el condensador para sacar el calor residual al medio ambiente, lo cual reduciría el requerimiento eléctrico del compresor.

[0050] Las modalidades ejemplares aquí descrita pueden ser benéficas para ambientes naturales o con construcciones, así como por razones económicas. En las modalidades ejemplares, los sistemas, métodos o dispositivos pueden eliminar o reducir la necesidad transmisión externa de electricidad al sistema, al menos para ciertas aplicaciones. En las modalidades ejemplares, la energía térmica producida a partir del vapor de agua puede ser almacenada. En otras modalidades ejemplares, la energía térmica puede ser almacenada y transportada a otro lugar del sistema o a otro sistema alterna.

[0051]. Las modalidades ejemplares aquí descritas están dirigidas a explotar el cambio de fase de la escarcha capturada para convertirse en agua líquida para ayudar la parte de condensación del ciclo de refrigeración, reduciendo así los requerimientos de energía de todo el sistema.

[0052] Las modalidades ejemplares aquí descritas pueden ser benéficas para ambientes naturales o con construcciones, así como por razones económicas. En las modalidades ejemplares, los sistemas, métodos o dispositivos pueden eliminar o reducir la necesidad de provisión de agua por sistemas de distribución o suministro externos de agua, al menos para ciertas aplicaciones. En las modalidades ejemplares, los sistemas, métodos o dispositivos pueden ser instalados directamente en la ubicación de los usuarios finales y conectados a un sistema de distribución interno de los usuarios finales. En ciertas aplicaciones, específicamente para construcciones nuevas, las modalidades ejemplares aquí descritas pueden reducir o eliminar el costo y/o el mantenimiento de sistemas de suministro subterráneos u otros sistemas de suministro de agua municipales. En ciertas aplicaciones las modalidades ejemplares aquí descritas pueden reducir o eliminar el costo de entrega de agua por medio de pipas al usuario final. Adicionalmente, en las modalidades ejemplares aquí descritas, los sistemas, métodos o dispositivos pueden eliminar o reducir a necesidad de bombas de agua de un usuario final.

[0053] FIG. 1 es un dibujo esquemático de una modalidad ejemplar de un sistema para recolectar vapor de agua atmosférico utilizando el proceso termodinámico conocido como deposición que hace que el vapor de agua se congele inmediatamente. La modalidad ejemplar de la FIG. 1., es una mejora sobre los sistemas actuales de recolección de agua de la atmósfera que utilizan el proceso termodinámico mejor conocido de la condensación del agua para recolectar agua líquida de la atmósfera.

[0054] El cosechador de agua de la atmósfera de la FIG. 1 está compuesto de tres procesos. El primer proceso está controlado por el ciclo de refrigeración comercial que se utiliza todos los días en refrigeradores y congeladores. Una entrada de corriente A/C o D/C, alimenta un compresor 2 y un ventilador 3 cuyos estados de encendido/apagado son controlados por un interruptor 4 y un sensor de temperatura 5. El ciclo de refrigeración de circuito cerrado está compuesto por el compresor 2, condensador 7, dispositivo de expansión 7 y el evaporador 8. Cierto volumen de fluido de trabajo, típicamente un refrigerante comercial, es vaciado herméticamente dentro del ciclo de refrigeración de circuito cerrado mencionado. Cuando el sistema está en “Encendido” el compresor 2 enciende, comprimiendo el fluido de trabajo que típicamente se encuentra en estado de vapor cuando el sistema está “Apagado”, dentro del condensador 6. El ventilador 3 también se enciende e impulsa aire del ambiente a lo largo del condensador 6 para ayudar a una porción de la energía térmica 15 del fluido de trabajo a salir del sistema a través de las paredes del condensador 6 como del aire del ambiente. El proceso de compresión y salida de energía térmica 15 condensa el fluido de trabajo de un estado de vapor a un estado líquido. Esta parte del ciclo de refrigeración es conocido como la parte de “alta presión / alta temperatura” del sistema. “Alta presión” es provocada por el compresor 2 al bombear refrigerante (fluido de trabajo) dentro del condensador 6 a un extremo y el flujo de refrigerante siendo restringido por un dispositivo de expansión 7 al extremo opuesto del condensador 6. La “alta temperatura” es resultado de la energía térmica 15 saliendo del sistema a través de las paredes del condensador 6 en esta etapa del proceso. El dispositivo de expansión 7 restringe el flujo del fluido de trabajo del condensador 6 al evaporador 8 en el lado opuesto del sistema conocido como de “presión baja / temperatura baja”. Baja presión se causa dentro del evaporador 8 por la restricción del flujo del fluido de trabajo a través del dispositivo de expansión 7 en un lado del evaporador y de la succión casada por el compresor 2 en el extremo opuesto del evaporador. El fluido de trabajo, o refrigerante, al salir del dispositivo de expansión entra en el evaporador 8 pasando a un estado de vapor debido a la presión más baja dentro del evaporador 8. El cambio de fase del fluido de trabajo, de líquido a vapor, inyecta energía térmica 15 dentro del sistema a través de las paredes del evaporador, enfriando el evaporador 8 y la superficie de recolección de escarcha 9 que tiene adherida, en su camino de regreso al compresor 2. Este ciclo continúa hasta que la temperatura de la superficie de recolección de escarcha 9, establecida para el sistema de recolección de vapor de agua atmosférico, sea detectada por el sensor de temperatura 5 y este accione el interruptor 4 a “Apagado”. Por ejemplo, la temperatura establecida para la superficie de recolección de escarcha 9 puede ser -10°C, -20°, - 30°C, -40°C, -50°C o más baja. También como ejemplo, el sensor puede accionar el interruptor 4 a “Encendido” cuando la temperatura de la superficie de recolección de escarcha 9 esté por arriba de los -10°C y accionar el interruptor 4 a “Apagado” cuando la temperatura de la superficie de recolección de escarcha 9 esté por debajo de los -45°C.

[0055] El segundo proceso del cosechador de agua atmosférica de la FIG 1., ocurre por un proceso termodinámico reactivo del vapor de agua contenido en la atmósfera cuando se aproxima y/o entra en contacto con la superficie de recolección de escarcha 9. Este proceso reactivo es resultado directo de la segunda ley de la termodinámica; como consecuencia de la cual se requiere una transferencia de calor unidireccional para moverse de un cuerpo más caliente a uno más frío. En el caso del cosechador de agua atmosférica de la FIG. 1. el cuerpo más caliente es el vapor de agua 13 interactuando con la superficie de recolección de escarcha 9 que es el cuerpo más frío. Como en el caso de cualquier sistema de transferencia de energía mientras más grande sea la diferencia entre la alta temperatura y la baja temperatura mayor será el potencial y la tasa de transferencia de energía.

[0056] La potencia de un proceso de transferencia de calor puede ser fácilmente calculado y/o expresado usando la ley de conducción de calor también conocido como la Ley Fourier. Q = (k/s) A dT= UA dT

Donde

Q = transferencia de calor (W) k = Conductividad térmica del material ( W/m °K) s = espesor del material ( m )

A = área de transferencia de calor ( m ² )

U = k/ s = Coeficiente de Transferencia de Calor ( W/(m ² °K)) dT= t1- 12 = gradiente de temperatura - diferencia - sobre el material (°C)

[0057] En términos más simples, y con todas las otras condiciones de la ecuación mencionada estando estáticos, mientras mayor sea el dT entre el cuerpo caliente y el cuerpo más frío más grande será la transferencia de calor. Por ejemplo, usando 40°C como la temperatura del vapor de agua 13 del ambiente (cuerpo caliente) y una temperatura establecida para el sistema de la superficie de recolección de escarcha 9 (cuerpo más frío) de -1°C, dT es igual a 41°C. Bajando la temperatura establecida para el sistema de la superficie de recolección de escarcha 9, a, por ejemplo, -50°C amplía el dT a 90°C incrementando la tasa de transferencia de energía térmica 15.

[0058] Ha quedado bien establecido durante los pasados 50 años, en estudios científicos publicados, que han sido conducido tanto institucionalmente como comercialmente que el factor más importante que influye en el engrosamiento/crecimiento de escarcha 14 es el dT que existe entre el vapor de agua 13 que llega y una superficie de recolección de escarcha 9. Todos estos estudios fueron hechos fundamentalmente en un esfuerzo para entender las condiciones de la tasa de crecimiento de la escarcha 14 para ayudar a los ingenieros a desarrollar formas para desacelerar o restringir el proceso de crecimiento de la escarcha 14 en las industrias aeroespacial y de refrigeración porque el engrosamiento de las capas de escarcha 14 impacta negativamente en los sistemas de dichas industrias. En el cosechador de agua atmosférica de la FIG.1, el propósito es lo opuesto, es decir, acelerar y promover el crecimiento de la escarcha 14. [0059] Otro factor de tasa de crecimiento de la escarcha 14 que se encontró en estudios es que la tasa de crecimiento de la escarcha 14 se reduce conforme las capas de escarcha se van engrosando. La mayoría de los estudios concluye que esta desaceleración del crecimiento de la escarcha 14 es primordialmente debido a dos influencias. La primera es la característica cristalina de la escarcha que causa burbujas de aire, o vacíos, en la escarcha 14 que se convierte en el punto de contacto del vapor de agua 13, en lugar de que el punto de contacto sea la superficie de recolección de escarcha 9. La segunda es la influencia de la propia capa de escharcha, que mientras se va engrosando esta crea una barrera térmica, o capa de aislamiento, entre el vapor de agua 13 que llega y la superficie de recolección de escarcha 9. El dT es reducido y otras propiedades de transferencia térmica tales como k, s y A en la ecuación no continúan estáticas. El vapor de agua 13 no continúa interactuando térmicamente con la superficie de recolección de escarcha 9, el vapor de agua 13 esta interactuando con una capa de escarcha 14. Sin embargo, en una industria que desea unas tasas aceleradas de crecimiento de escarcha 14 como es el caso de la recolección de agua de la atmósfera por deposición referida en esta divulgación, optimizar las tasas aceleradas de crecimiento de escarcha 14 del vapor de agua 13 para el segundo proceso del cosechador de agua atmosférica de la FIG L, una influencia positiva benéfica. El sistema de la FIG. L, puede beneficiarse de la temperatura de la superficie de recolección de escarcha 9, siendo ésta mantenida a baja temperatura, por ejemplo a -50°C, a través del proceso de refrigeración descrito anteriormente para garantizar que se mantenga un dT grande con el vapor de agua 13, el cual puede ser por ejemplo 40°C, así como proveyendo un medio o proceso para desprender las capas acumuladas de escarcha 14 de la superficie de recolección de escarcha 9 que será descrita más adelante.

[0060] Asimismo, el tercer proceso del cosechador de agua atmosférica de la FIG. 1. es un raspador 10 controlado por un actuador 11 que se alimenta por una entrada de corriente eléctrica 1. El raspador 10 se mueve a través de un patrón fijo del raspador 12 temporizado removiendo las capas nuevas de escarcha 14 que se van formando superficie de recolección de escarcha 9. Por ejemplo, el actuador 11 puede ser programado para permitir a la escarcha 14 alcanzar una profundidad máxima de 0.1 mm antes de que ocurra el raspado. Mediante el raspado de escarcha 14 de la superficie de recolección de escarcha 9, la escarcha 14 puede ser dirigida, por ejemplo, por gravedad dentro de un tanque de recolección 21 que permita ser derretir la escarcha 14 en agua líquida 25 para su uso. La energía requerida para que la escarcha 14 que entre en el tanque de recolección 21 se derrita, en la mayoría de ambientes puede ser transferida por la atmósfera mucho más caliente del ambiente del tanque de recolección 21 , en relación con el ambiente de la superficie de recolección de escharcha 9.

[0061] FIG. 2 es un dibujo esquemático de otra modalidad ejemplar de un sistema para recolectar vapor de agua atmosférico por medio del proceso térmico dinámico conocido como deposición. FIG. 2., es similar a la FIG. 1., excepto que en la FIG. 2 al conservar algo del trabajo de enfriamiento hecho por el ciclo de refrigeración insertando un evaporador 8 dentro de un MCF a baja temperatura dentro de un tanque de encapsulamiento de MCF 15 puede reducir los requerimientos generales de energía de enfriamiento del sistema.

[0062] El encapsulamiento del evaporador 8 dentro de un depósito térmico de MCF a baja temperatura 17 elimina contacto entre el evaporador 8 y el vapor a ser enfriado que está mucho más caliente. El encapsulamiento del evaporador 8 como es divulgado previene (o reduce) que el sistema de esta modalidad tenga que re-enfriar la superficie de recolección 9 cuando los ciclos del compresor 2 se enciendan y se apaguen. Esto resulta ventajoso porque la baja temperatura del evaporador 8 lograda por el compresor 2 también se preserva. Los compresores conocidos de un sistema de refrigeración común, encienden y se apagan múltiples veces por hora o día, perdiendo una porción significativa del trabajo hecho en cada ciclo frente al aire caliente que rodea el evaporador 8; sin embargo, cuando el evaporador 8 está encapsulado dentro de un depósito térmico de MCF a baja temperatura 17, el trabajo de cada ciclo se conserva porque el depósito térmico de MCF 17 actúa como barrera aislante entre el vapor de agua 13 y el evaporador 8. Además, con la adición de válvulas automáticas al principio y al final del evaporador 8, el depósito térmico de MCF 17 puede mantener la temperatura y baja presión del fluido de trabajo dentro del evaporador 8 durante los ciclos de “Apagado” del ciclo del sistema, conservando una porción relevante del trabajo hecho por el compresor 2 durante el ciclo de “Encendido” previo.

[0063] La selección de un depósito térmico de MCF a baja temperatura 17 óptimo, en el que se encapsule el evaporador 8 puede basarse principalmente en la temperatura establecida de la superficie de recolección de escarcha 9 para propósitos de mantener un dT apropiado con el vapor de agua 13 que llega a dicha superficie. Por ejemplo, en un sistema cosechador de agua de la atmósfera que regularmente alcanza temperatura ambiente 51 por encima de los 30°C y se desea una temperatura de la superficie de recolección de escarcha 9 determinada a -40°C, un depósito término de MCF a baja temperatura 17 puede ser seleccionado a una temperatura al momento de cambio de fase, de la fase sólida a la fase líquida por ejemplo de -30°C.

[0064] Hay dos razones primordiales para seleccionar un depósito térmico de MCF a baja temperatura 17 a -30°C para el ejemplo mencionado en la sección anterior. Primero, para mantener una superficie de recolección de escarcha 9 a -40°C el depósito térmico de MCF a baja temperatura 17 tendrá que ser intermitentemente enfriado entre los -42°C y los -45°C debido a la energía térmica 15 del vapor de agua 13 que llega a la superficie y la capacidad de enfriamiento del sistema de refrigeración. En dicha temperatura establecida para el sistema, el sensor de temperatura 5 del compresor 2 puede ser programado para “Encender”, por ejemplo, a -42°C y “Apagar” a los -45 °C, así, el ciclo de refrigeración únicamente enfría 3°C dT en vez de los 75 °C dT de la diferencia entre -45 °C deseados para la superficie de recolección de escarcha 9 y los 30°C del vapor de agua 13 que llega a la superficie. Adicionalmente, un MCF en fase sólida generalmente requiere aproximadamente 50 por ciento de menos energía para enfriar/calentar que en su fase líquida. El agua, por ejemplo, teniendo un cambio de fase de líquido a sólido a 0°C requiere únicamente 2.06 J/g°C cuando se encuentra en estado sólido pero requiere 4.18 J/g°C en fase líquida. Además, el cambio de 1°C de temperatura en su respectivo punto de cambio de fase requiere 334 J/g adicionales para ese cambio de temperatura de 1 °C.

[0065] La mayoría de los sistemas de refrigeración tienen menores capacidades de enfriamiento y eficiencias cuando la temperatura de sus evaporadores está por debajo de los -20°C y todos los sólidos tienen menor capacidad calorífica específica en sus respectivos estados sólidos, así como también, típicamente son mejores conductores de calor que en sus fases líquidas. En términos simples, se requiere mucho menos trabajo, y por lo tanto menos energía, para calentar o enfriar una sustancia en su estado sólido que en su estado líquido. Por lo tanto, en operación, mantener una masa predeterminada de MCF a una temperatura por debajo de -42°C requiere mucho menos trabajo que el ciclo de refrigeración para enfriar a -45 °C las cantidades de vapor de agua 13 y aire entrantes de un ambiente exterior cambiante. De esta manera, el ciclo de refrigeración del sistema enfría la masa del MCF a baja temperatura únicamente de, por ejemplo, -42°C a -45°C, mientras que la masa del MCF a baja temperatura enfría el vapor de agua 13 entrante desde la temperatura de dicho vapor de agua 13 a -45 °C.

[0066] Segundo, un Sistema de recolección de agua atmosférica puede no requerir operar constantemente. Si el tanque de recolección 21 de agua líquida está lleno, por ejemplo, el sistema completo puede ser apagado por un usuario, lo que haría que el compresor 2 no continúe haciendo los ciclos de refrigeración. Un sistema puede ser apagado para hacer trabajos de limpieza y mantenimiento. En esos casos, la masa de MCF a baja temperatura 17 subirá lentamente su temperatura, a una tasa que depende primordialmente de que tan bien estén aislados los tanques de encapsulamiento del MCF 16, de ambientes adyacentes. Sin embargo, si el MCF a baja temperatura 17 tiene una temperatura de cambio de fase de -30°C, como en el ejemplo anterior, el calor de fusión latente extenderá el tiempo que toma para calentar de -30°C a -29°C por un factor de tiempo de 100 veces menor comparado con el tiempo que tardaría en aumentar un grado la temperatura precedente. Si los tanques de encapsulamiento del MCF 16 están bien aislados de temperaturas más calientes, el MCF a baja temperatura se puede mantener a -30°C por días en vez de por minutos. En contraste, un evaporador 8 estándar sin encapsulamiento de MCF a baja temperatura 17, aun si estuviera bien aislado se calentará casi a temperatura ambiente 51 a minutos de haberse apagado. Además, al reiniciar el sistema sin un encapsulamiento de MCF a baja temperatura 17 este puede requerir un “abatimiento” de 95°C para lograr una superficie de recolección de escarcha 9 a una temperatura de -40°C, mientras que con la adición de un encapsulamiento de MCF a baja temperatura 17 alrededor del evaporador 8 el sistema podría únicamente requerir un “abatimiento” térmico de 15°C ahorrando tanto tiempo como energía al reiniciar.

[0067] son dibujos esquemáticos de un evaporador 8 insertado dentro de un tanque de encapsulamiento de MCF 16 divulgado en la FIG. 2. Fas modalidades ejemplares de la FIG. 3., y FIG. 4., divulgan métodos útiles de diseño de selección de materiales y propiedades de materiales del tanque de encapsulamiento de MCF 16 benéficos para el proceso de deposición de agua. Fas superficies anterior y posterior del tanque de encapsulamiento de MCF 16 constituyen cada una, superficies de recolección de escarcha 9. Un material impermeable con buena conducción térmica debería usarse para la estructura de los tanques de encapsulamiento de MCF. Adicionalmente, el grosor de las paredes, el grosor del material, la reactividad con la atmósfera, la reactividad con el MCF, la textura de la superficie, la facilidad de fabricación y la disponibilidad de los materiales son también características importantes para la apropiada selección. Por ejemplo, el tanque de encapsulamiento de MCF 16 está expuesto a vapor de agua, que se mantendrá a temperaturas por debajo de -30°C por periodos largos de tiempo y mantendrán un MCF a baja temperatura 17, que, por ejemplo, pueden contener porcentajes de agua destilada y etanol mezclados para determinar la temperatura del cambio de fase del MCF a baja temperatura 17. Mientras más lisa sea la textura de la superficie del tanque de encapsulamiento de MCF 16, que también son las superficies de recolección de escarcha, más fácil será remover la escarcha 14 acumulada. Láminas de aluminio de grados tales como 1100, 3003, 3004 y 5052 pueden usarse como carcasa del tanque de encapsulamiento MCF 16 debido a que son resistentes a la corrosión, tienen una conductividad térmica alta, peso ligero, y disponibilidad en el mercado. Lámina de acero inoxidable 316 puede ser también usada en vez de los grados de aluminio mencionados como la carcasa del tanque de encapsulamiento de MCF 16 debido a su Módulo de Young y fuerza de elasticidad, sobre los grados de aluminio los cuales pueden ser seleccionados con base en el precio y peso. Los grados de Aluminio y Acero inoxidable descritos aquí son solo un ejemplo, otros materiales se pueden elegir basados en los valores de las propiedades de dichos materiales. En virtud de que las superficies de recolección de escarcha 9 deberían ser planas, canales interiores de arriostramiento 23 se adhieren las caras internas del tanque para prevenir la deformación de la superficie, utilizando adhesivo epóxico resistente a la corrosión que soporte temperaturas por debajo de los -45 °C.

[0068] El evaporador 8 entra al tanque de encapsulamiento de MCF 16 a través de un orificio de entrada de evaporador 24. El evaporador 8 es moldeado para doblarse alrededor de los canales interiores de arriostramiento 23 y se distribuye uniformemente dentro del tanque de encapsulamiento de MCF 16 para proveer uniformemente el enfriamiento del MCF a baja temperatura 17 encapsulado dentro del tanque de encapsulamiento del MCF 16. El evaporador 8 sale del tanque de encapsulamiento del MCF 16 a través de un orificio de salida 25. El orificio de entrada del evaporador 24 y el orificio de salida del evaporador 25 requieren ser sellados del exterior del tanque de encapsulamiento del MCF 16 para prevenir que el MCF a baja temperatura 17 se degrade con el paso del tiempo. Adicionalmente, un tubo de sensor de temperatura 28 puede ser instalado y fijado al interior del tanque de encapsulamiento de MCF 16. El tubo de sensor de temperatura 28 requiere ser sellado del exterior del tanque de encapsulamiento de MCF 16 para prevenir se degrado el MCF a baja temperatura 17 con el paso del tiempo. Las orillas del tanque de encapsulamiento de MCF 16 pueden ser cerrados para formar un sello mecánico al tanque, usando adhesivos y/o soldadura. Una abertura de llenado 26 del tanque y una abertura de respiradero 27 del tanque pueden ser usadas para llenar el tanque con el MCF a baj a temperatura una vez que el tanque sea sellado. La abertura de llenado 26 y la abertura de respiradero 27 pueden ser selladas para evitar que se degrade el MCF a baja temperatura con el paso del tiempo.

[0069] FIG. 5., es un dibujo esquemático de otra modalidad ejemplar de un sistema de recolección de vapor de agua atmosférico por medio del proceso térmico dinámico conocido como deposición. FIG. 5 es similar a la FIG. 2 excepto que en la FIG. 5, el extremo del condensador 6 y el dispositivo de expansión 7 están también conectados al tanque de encapsulamiento del MCF 16 divulgado en la FIG. 2., FIG. 3., y FIG. 4. Es bien conocido en la industria de la refrigeración que el subenfriamiento de refrigerante es una manera confiable de mejorar el desempeño de los sistemas y ahorrar energía. Muchas formas para sub-enfriar el refrigerante en el condensador 6, compresor 2, así como usar un sistema análogo y separado son conocidos y están en uso. Estas formas típicamente adicionan complejidad y costo al sistema de ciclo de refrigeración y por lo tanto no son usados ampliamente. Ha habido estudios considerables en este respecto principalmente porque hay suficiente entendimiento que la calidad del refrigerante antes de entrar al evaporador 8 afecta el desempeño general del sistema. Una nueva forma aquí descrita, es posible al insertar el evaporador 8 en un MCF 17 encapsulado a baja temperatura dentro de un tanque de encapsulamiento de MCF 16. El subenfriamiento del refrigerante puede ser hecho tanto al inicio como al final del condensador 6, también referido en la industria como la “línea líquida”, y en un dispositivo de tubo capilar de expansión 7. El subenfriamiento es mucho más fácil y simple en estos dos lugares debido a la cantidad relativamente baja de refrigerante en estos dos lugares en cualquier momento comparado con otros lugares dentro del ciclo de refrigeración. El refrigerante en estos lugares es más o menos “cautivo” y puede ser térmicamente influido fácilmente. Entonces, las temperaturas del tanque de encapsulamiento de MCF 16, el MCF a baja temperatura 17, y el evaporador 8 bajan durante el ciclo permitiendo la disponibilidad de un gran disipador de calor comparado con la poca cantidad de refrigerante. Hay dos beneficios adicionales de sub-enfriar el refrigerante justo antes del dispositivo de evaporación 7, en adición a la reducción de cierta carga de trabajo de subenfriamiento del compresor 2 y del condensador 6. El primer beneficio es garantizar se encuentra de hecho completamente en estado líquido cuando pasa a través del dispositivo de expansión 7 hacia el evaporador 8. El segundo beneficio es que el refrigerante líquido a más baja temperatura tendrá una mayor viscosidad resultando en una mayor resistencia dentro del dispositivo de expansión 7. Por lo tanto, el colocar una línea líquida dentro de una bolsa de aire dentro del tanque de encapsulamiento de MCF 16, puede reducir efectivamente la carga de trabajo tanto del compresor 2 y el condensador 6 sin costo adicional para el sistema.

[0070] FIG. 5 también difiere del sistema divulgado en la FIG. 2 por la inclusión de dos válvulas de bolas 30. Una válvula de bola 30 se alinea inmediatamente después del dispositivo de expansión 7, la segunda válvula de bola 30 se alinea inmediatamente después de evaporador 8. El propósito de las dos válvulas de bola 30 es conservar el trabajo de enfriamiento hecho por el MCF a baja temperatura 17 por el ciclo de refrigeración al detener el flujo de refrigerante cuando el compresor 2 es “Apagado” por las dos válvulas de bolas 30. Sin las dos válvulas de bola 30 en el ciclo, aunque el compresor 2 se apague, el refrigerante en la parte de alta presión del sistema, dentro del condensador 6, continuará su flujo a la parte de baja presión hasta que ambas partes estén a la misma presión. Sin el compresor 2 “Encendido” este flujo trae consigo calor del condensador 6 hacia el evaporador 8 el cual se absorberá por el MCF a baja temperatura 17 que está más frío adicionando trabajo innecesario para el siguiente ciclo de “Encendido”. Cuando el compresor 2 está “Encendido” las dos válvulas de bola 30 se abren para permitir que al refrigerante ciclar normalmente.

[0071] FIG. 6 es un dibujo esquemático de otra modalidad ejemplar de un sistema para recolectar vapor de agua atmosférico por medio del proceso térmico dinámico conocido como deposición. FIG. 6., es similar a la FIG. 5, excepto que en la FIG. 6 un intercambiador de calor de placas 18 reemplaza el ventilador 3 y el condensador 6 transfiriendo la energía térmica 15 adquirida a un sistema secundario. Puede ser útil, al menos en algunas aplicaciones, transferir la energía térmica 15, adquirida del ciclo refrigeración, a un sistema separado que pueda hacer uso de la energía 15. En la modalidad ejemplar de la FIG. 6, el flujo de refrigerante que sale del compresor 2, fluye a través del intercambiador de calor de placas 18 antes de entrar al dispositivo de expansión 7 del sistema. El fluido de trabajo de un sistema secundario entra al lado opuesto del intercambiador de calor de placas 18 a través de un conducto de entrada de flujo 19. Al pasar el fluido de trabajo del sistema secundario a través del intercambiador de calor de placas 18, en la dirección de flujo opuesta del ciclo de refrigeración del compresor 2, la energía térmica 15 adquirida del ciclo de refrigeración después del compresor 2, se transfiere al líquido de trabajo del sistema secundario y condensa el líquido de trabajo del sistema de refrigeración haciendo el trabajo que típicamente hace el condensador 5 y el ventilador 3. Como ejemplo de un sistema secundario puede ser útil como un calentador de agua o una calefacción de espacios de ambientes.

[0072] FIG. 7., es un dibujo esquemático de modalidades ejemplares divulgadas en la FIG. 1, FIG. 2., FIG 5., y FIG. 6., que divulgan un método para atraer, dirigir y ciclar vapor de agua atmosférico 13 dentro y fuera del área de recolección del sistema. En la modalidad ejemplar de la FIG. 7., el proceso para atraer, dirigir y ciclar vapor de agua atmosférico 13 dentro y fuera del área de recolección del sistema no comienza hasta que el proceso de refrigeración previamente divulgado en las FIG. 1., FIG. 2., FIG. 5., y/o FIG. 6., haya logrado la temperatura establecida para para la superficie de recolección de escarcha 9, por ejemplo -40°C. Mientras que el ciclo de refrigeración está funcionando durante este “Abatimiento” de temperatura la tapa de aislamiento 33 se mantiene cerrada y está sellada por el sello de la tapa 34. El área de recolección está térmicamente protegida por una capa de aislamiento 31. El tanque de recolección 21 de agua líquida es adherido hasta el fondo del área de recolección con un sello del tanque 36. Una vez que las superficies de recolección de escarcha 9 están a la temperatura apropiada, el actuador 11 levanta la tapa de aislamiento 32 que tiene adheridos paneles de raspado 45 a lo largo del patrón fijo del raspador 12 hasta que esta alcanza la posición de abierto. Después de cierto tiempo predeterminado, el actuador 11 da marcha atrás y la tapa de aislamiento 33 cierra y re-sella el área de recolección. La tapa se mantiene cerrada por tiempo predeterminado y el proceso se repite hasta que es detenido por una válvula de flotador de agua 38 que indica que el tanque de recolección 21 de agua líquida está lleno. El proceso anterior reinicia y se repite cuando la válvula de flotador de agua 38 indique que el nivel de agua en el tanque de recolección 21 ha disminuido. Cuando la tapa de aislamiento 32 con los paneles de raspado 45 adheridos están en posición de abierto, aire caliente del ambiente y vapor de agua 13 son atraídos al área de recolección tanto por atracción térmica como por atracción de presión. Cuando la tapa de aislamiento 32 con los paneles de rapado 45 adheridos está en la posición de cerrado el vapor de agua 13 se adhiere instantáneamente como escharcha 14 a las superficies de recolección de escarcha 9.

El aire sobrante en el área de recolección es enfriado y sale del área de recolección al tanque de recolección 21 y luego sale al medio ambiente a través de la ventila de aire frío seco 41 después de pasar por una válvula de flotador de aire 40. Mientras la tapa de aislamiento 32 con los paneles de raspado 45 abre otra vez, la escarcha 14 recolectada sobre las superficies de recolección de escarcha 9, es raspada por los paneles de raspado 45 y cae dentro del tanque de recolección 21 de agua líquida. El fondo del tanque de recolección 21 de agua está montado sobre un depósito térmico 37 para asegurar que el fondo del tanque esté por arriba de los 0°C y asegurar que la escarcha 14 se derrita y convierta en agua líquida 22. El proceso anterior se repite hasta que es detenido cuando la válvula de flotador de agua 38 indique que el tanque de recolección 21 de agua esté lleno y reinicia cuando la válvula de flotador de agua 38 indique que el nivel de agua en el tanque de recolección 21 ha disminuido. El agua líquida 22 puede ser removida del tanque de recolección 21 de agua líquida a través de una salida de agua 44 para su uso.

[0073] FIG. 8., es un detalle esquemático de la FIG. 7, divulgado un método de aislamiento de las superficies de recolección de escarcha. En las modalidades ejemplares de la FIG. 7., aislamiento térmico para aislar el área de recolección del sistema de la temperatura del ambiente exterior es requerido debido al gran dT que existe entre ambos. Por ejemplo, el dT entre el área de recolección y la temperatura ambiente 51 exterior puede ser 70°C, 80”C, 90°C o mayor. Para mantener un tamaño razonable del sistema una forma de aislar en capas se ha ideado para limitar el grosor del revestimiento de aislamiento 31 a 2.6 centímetros. En la modalidad ejemplar de la FIG. 8., el aislamiento en capas reduce el revestimiento de aislamiento 31 al menos 28 centímetros sobre materiales de aislamiento usados normalmente en refrigeración. En la modalidad ejemplar de la FIG. 8., sobre el lado de la pared que da al exterior, que interactúa con la temperatura 54, hay una carcasa exterior de fibra de vidrio 45, seguida por una capa de 0.7 cm de Aeorogel 46 y luego un panel con espacios de aire hecho de hasta dos capas escalonadas de Paneles de Polycore 47 totalizando 0.68 cm de grosor. Después de los Paneles de Polycore 47 hay una capa de Cryogen Z 48 de 1 cm. de grosor adherida a la carcasa estructural interna de acero inoxidable 49 expuesto a la temperatura del área de recolección 50. El método de aislamiento en capas de 2.6 cm., mencionado anteriormente, restringe a un 90°C dt a transferir únicamente 30 Vatios por hora sobre 1 metro cuadrado de área de superficie.

[0074] FIG. 9, es un detalle esquemático de la FIG. 7., que detalla el patrón de flujo del vapor de agua 13 dentro del área de recolección detallando la tapa de aislamiento (abierta) 32, la tapa de aislamiento (cerrada) 33, el sello de la tapa (34), el revestimiento de aislamiento 31, el actuador 11, el patrón fijo del raspador 12, el tanque de encapsulamiento de MCF 16, el área de recolección de escarcha 9 y el panel de raspado 42.

[0075] FIG., 10 es un detalle esquemático de la FIG. 9., que detalla el flujo del raspado de escarcha 14 detallando el revestimiento de aislamiento 31, el tanque de encapsulamiento de MCF 16, la superficie de recolección de escarcha 9, el patrón fijo del raspador 12, el panel de raspado 42 y la dirección de caída de escarcha 43.

[0076] En las modalidades ejemplares aquí descritas, las siguientes referencias de número tienen la etiqueta de identificación/estructura/operación:

1. Entrada de corriente

2. compresor

3. Ventilador

4. Interruptor

5. Sensor de temperatura

6. Condensador

7. Dispositivo de expansión

8. Evaporador

9. Superficie de recolección de escarcha

10. Raspador

11. Actuador

12. Patrón fijo de raspador

13. Vapor de agua o Vapor de Agua atmosférico

14. Escarcha 15. Energía térmica

16. Tanque de encapsulamiento de MCF

17. MCF a baja temperatura

18. Intercambiador de calor de placas

19. Conducto de entrada de Flujo

20. Conducto de salida de flujo

21. Tanque de recolección de agua líquida

22. Agua líquida

23. Canales interiores de aniostamiento

24. Orificio de entrada del evaporador

25. Orificio de salida del evaporador

26. Abertura de llenado

27. Abertura de respiradero

28. Tubo de sensor de temperatura

29. Cable del sensor de temperatura

30. Válvula de bola

31. Revestimiento de aislamiento

32. Tapa de aislamiento (open)

33. Tapa de aislamiento (closed)

34. Sello de la tapa

35. Aislamiento del tanque

36. Sello del tanque

37. Depósito térmico

38. Válvula de flotador de agua

39. Ventila de aire frió seco

40. Válvula de flotador de aire

41. Aire frío seco

42. Panel de raspado

43. Dirección de caída de escarcha

44. Salida de agua líquida

45. Carcasa exterior de fibra de vidrio 46. Aerogel

47. Panel Polycore

48. Cryogen Z

49. Carcasa interna de acero inoxidable

50. Temperatura del área de recolección

51. Temperatura ambiente