DE10154351A1

DE10154351A1 - Process for obtaining water from atmospheric moisture comprises charging solar cells using the sun and utilizing the energy produced to power a Peltier element whose cold side is cooled so that ambient air reaches its dew point

Info

Publication number: DE10154351A1
Application number: DE10154351A
Authority: DE
Inventors: Klaus Palme
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-15

Abstract

Process for obtaining water from atmospheric moisture comprises charging solar cells (3) using the sun (2) and utilizing the energy produced to power a Peltier element (4) whose cold side is cooled to such an extent that ambient air reaches its dew point on its cold side and the atmospheric moisture in the ambient air condenses on the cooling body of the cold side and drips off. Preferred Features: The device is fixed in the direction of maximum sun irradiation. A blower (5) powered by the solar cells increases the air flow over the cooling body.

Description

Description of the initial situation

Leben auf der Erde hängt vom Wasser ab. Wasser ist zwar vielfältig auf der Erde vorhanden, seine Verbreitung ist aber ungleichmäßig, teilweise ist es für Lebewesen darüber hinaus noch ungenießbar (z. B. Meerwasser). Große Gebiete der Erdoberfläche besitzen keine nennenswerten Wasserreserven. Dazu zählen insbesondere die Wüstengebiete und die Trockenzonen, auch in klimatisch bevorzugteren Gebieten kann es zu lokalem Wassermangel kommen. Life on earth depends on water. Water is diverse present on earth, but its distribution is uneven, sometimes it is also inedible for living things (e.g. sea water). Large areas of the earth's surface don't have any noteworthy water reserves. These include in particular Desert areas and the dry zones, also in climatic more preferred areas can lead to local water shortages come.

Description of the facility

Für Gebiete mit hoher Sonneneinstrahlung bietet sich erfindungsgemäß eine Einrichtung zur Wassergewinnung an, die mit Hilfe von Solarzellen und Peltierelementen aus der relativen Luftfeuchtigkeit einen Teil der Luftfeuchtigkeit entzieht und nutzbar macht. Die von der Sonne beschienenen Solarzellen speisen ein Peltierelement. Der fließende Strom erwärmt dem bekannten Peltierprinzip nach eine Seite des Elements und kühlt die andere Seite. An dieser Kaltseite wird nun die Umgebungsluft abgekühlt, dadurch erhöht sich die relative Feuchte bis zu 100% und der Wassergehalt kondensiert an dem Peltierelement und tropft von dort auf die zu bewässernde Pflanze oder in eine Auffangschale und wird vom Menschen daraus genutzt. For areas with high solar radiation According to the invention a device for water extraction, the with the help of solar cells and Peltier elements from the relative Humidity removes part of the humidity and makes usable. Feed the solar cells illuminated by the sun a Peltier element. The flowing current warms the known one Peltier principle on one side of the element and cools the other Page. The ambient air is now cooled on this cold side, this increases the relative humidity up to 100% and the Water content condenses on the Peltier element and drips from there on the plant to be watered or in a drip tray and is used by humans.

Die Ausbeute der Anlage kann erhöht werden, indem erfindungsgemäß die Solarzellen auch einen Lüfter speisen, der die Luft zwangsweise über die Kaltseite des Peltierelements führt und indem die Solarzellen mittels einer Nachführeinrichtung stets dem Sonnenstand von Ost nach West nach geführt werden. Eine solche Nachführeinrichtung kann erfindungsgemäß ein Schrittschaltwerk mit Rückstellmöglichkeit sein oder ebenfalls erfindungsgemäß eine Bimetallfeder sein, die auf Grund ihrer Wärmeausdehnung durch die Sonneneinstrahlung die Solarzellen um eine Achse dreht und damit für eine hohe Bestrahlung der Solarzellen sorgt. The yield of the plant can be increased by According to the invention, the solar cells also feed a fan, which the Air is forced over the cold side of the Peltier element and by the solar cells always using a tracking device Sun position from east to west to be led. Such According to the invention, a tracking device can be a stepping mechanism be with reset option or also according to the invention Be bimetallic spring due to its thermal expansion solar radiation rotates the solar cells around an axis and thus ensures high irradiation of the solar cells.

Description of the basic circuit

Die Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen: The features and details of the invention result from the embodiment described below as well based on the drawings. Show:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung Fig. 1 shows a basic circuit of the device according to the invention

Fig. 2 die bekannte Abhängigkeit der relativen Feuchtigkeit von Temperatur und absoluter Feuchtigkeit Fig. 2 shows the known dependence of the relative humidity on temperature and absolute humidity

Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung in der Draufsicht ohne Nachführeinrichtung, der zusätzlich mögliche Lüfter ist mit dargestellt Fig. 3 shows a possible embodiment of the device according to the invention in plan view without tracking device, the additional possible fan is also shown

Fig. 4 die Seitenansicht der Fig. 3 Fig. 4 is the side view of FIG. 3

Fig. 5 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung in der Draufsicht mit Nachführeinrichtung, der zusätzlich mögliche Lüfter ist mit dargestellt Fig. 5 shows a possible embodiment of the device according to the invention in plan view with tracking device, the additional possible fan is also shown

Fig. 6 die Seitenansicht der Fig. 5 Fig. 6, the side view of FIG. 5

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Prinzipschaltung der Wassererzeugungsanlage 1, die von der Sonne (2) beschienen wird. Die Anlage 1 enthält die von der Sonne 2 beschienene Solarzelle (3). Diese erzeugt in bekannter Weise einen Gleichstrom, der das Peltierelement (4) speist und dabei in bekannter Weise eine Seite aufwärmt und die andere Seite abkühlt. Die Warmseite des Peltierelements wird vom Gerät und der Umgebungsluft gekühlt. An der Kaltseite schlägt sich die Feuchtigkeit nieder, die aus der relativen Feuchtigkeit der Umgebungsluft gewonnen wird. Zur Leistungserhöhung kann zusätzlich ein Lüfter (5) die Umgebungsluft an der Kaltseite des Peltierelements zwangsweise vorbeistreichen lassen. Die Kaltseite des Peltierelements wird in bekannter Weise wie ein Kühlkörper geformt, um den Abscheidungsprozess des Wassers an einer vergrößerten Oberfläche zu erhöhen. Eine hier nicht dargestellte mechanische Nachführung oder der hier dargestellte Nachführmotor (6) (ein Schrittmotor in bekannter Ausführung oder ein permanent laufender Motor, jeweils mit Rückstellfeder in die Ostlage in der Nachtzeit) ermöglicht eine permanente Nachführung der Solarzelle (3) entsprechend dem Stand der Sonne (2). Fig. 1 shows the basic circuit of the water production system 1 , which is illuminated by the sun ( 2 ). Appendix 1 contains the solar cell illuminated by the sun 2 ( 3 ). This generates a direct current in a known manner, which feeds the Peltier element ( 4 ) and thereby heats up one side in a known manner and cools the other side. The warm side of the Peltier element is cooled by the device and the ambient air. The moisture that is obtained from the relative humidity of the ambient air condenses on the cold side. To increase performance, a fan ( 5 ) can also force the ambient air to pass by on the cold side of the Peltier element. The cold side of the Peltier element is shaped in a known manner like a heat sink in order to increase the separation process of the water on an enlarged surface. A mechanical tracking (not shown here) or the tracking motor ( 6 ) shown here (a stepping motor of known design or a permanently running motor, each with a return spring to the east position at night) enables permanent tracking of the solar cell ( 3 ) according to the position of the sun ( 2 ).

Fig. 2 zeigt die bekannte Abhängigkeit zwischen dem Wassergehalt in der Luft und der Temperatur. Die absolute Feuchtigkeit in der Luft wird in Gramm pro Kubikmeter angegeben und die Temperatur in Grad Celsius. Die relative Feuchtigkeit wird als %-satz der absoluten Feuchtigkeit angegeben. Bei 100% relativer Feuchtigkeit in der Luft fällt Wasser aus. Aufgabe der Einrichtung ist es nun, die z. B. mit 40% relativer Feuchtigkeit bei 25°C vorhandenen Umgebungsluft an dem Peltierelement um 20 Kelvin abzukühlen, damit die relative Luftfeuchtigkeit auf 100% zu erhöhen und so bis zu 7 Gramm Wasser aus 1 Kubikmeter Luft zu gewinnen. Fig. 2 shows the known relationship between the water content in the air and the temperature. The absolute humidity in the air is given in grams per cubic meter and the temperature in degrees Celsius. The relative humidity is given as a percentage of the absolute humidity. Water falls out at 100% relative humidity in the air. The task of the institution is now the z. B. with 40% relative humidity at 25 ° C ambient air on the Peltier element to cool 20 Kelvin, so that the relative humidity can be increased to 100% and so up to 7 grams of water from 1 cubic meter of air.

Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung (1) ohne Nachführungsmöglichkeit der Solarzellen. Aufbau der Anlage in Nord-Süd-Richtung. Die Solarzellen (3) sind auf einem Grundrahmen 7 fest aufgebaut mit für den Aufstellungsort anpaßbarer Neigung. Dieser Grundrahmen (7) trägt auch das Peltierelement (4) mit den Kühlrippen (8) und den Lüfter (5), der einen Luftzug über die Kühlrippen 8 nach unten bewirkt und den Abriß des an den Kühlrippen (8) entstehenden Wassers fördert. Das Wasser wird dann in dem in Fig. 4 prinzipiell dargestellten Behälter (9) aufgefangen und genutzt. Löcher im Grundrahmen (7) dienen für die Befestigung/Aufhängung des Geräts. Fig. 3 shows the top view of a possible embodiment of the device ( 1 ) according to the invention without the possibility of tracking the solar cells. Construction of the plant in a north-south direction. The solar cells ( 3 ) are fixed on a base frame 7 with an inclination that can be adapted to the installation site. This base frame ( 7 ) also carries the Peltier element ( 4 ) with the cooling fins ( 8 ) and the fan ( 5 ), which causes a draft through the cooling fins 8 downwards and promotes the demolition of the water formed on the cooling fins ( 8 ). The water is then collected and used in the container ( 9 ) shown in principle in FIG. 4. Holes in the base frame ( 7 ) are used for fastening / hanging the device.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht von Fig. 3. Am Grundrahmen (7) sind die Solarzellen (3) und das Peltierelement (4) mit seinen Kühlrippen (8) befestigt. Oberhalb des Peltierelements (4) ist der Lüfter (5) angeordnet. Das gewonnene Wasser tropft in den Behälter (9). Fig. 4 shows the side view of Fig. 3. The solar cells ( 3 ) and the Peltier element ( 4 ) with its cooling fins ( 8 ) are attached to the base frame ( 7 ). The fan ( 5 ) is arranged above the Peltier element ( 4 ). The water obtained drips into the container ( 9 ).

Fig. 5 zeigt analog Fig. 3 die erfindungsgemäße Einrichtung 1, die in Nord-Süd-Richtung aufzubauen ist, hier um die Nachführeinrichtung (10) erweitert, die aus der Nachführscheibe (11) und dem Bimetallaktuator (12) besteht. Die geneigt angeordneten Solarzellen (3) sind fest auf der Nachführscheibe (11) befestigt. Wird der Bimetallaktuator (12) von der Sonne (2) morgens erwärmt, so dreht er die Solarzellen (3) in Richtung maximaler Sonneneinstrahlung zur Sonne (2) hin. Mit dem Wandern der Sonne kühlt sich auch der Bimetallaktuator ab und entspannt sich. Die Solarzellen (3) richten sich in Richtung der Sonne aus(Süd- oder Nordrichtung). Am Nachmittag dreht der Bimetallaktuator (12) weiter in Richtung Westen. Nachts entspannt der Bimetallaktuator (12) und dreht die Solarzellen in die Ausgangslage zurück. Anstelle des Bimetallaktuators kann auch ein von den Solarzellen (3) gespeister Schrittschaltmotor (hier nicht dargestellt) die Nachführscheibe (11) dem Sonnenlauf folgend drehen. Fig. 5 analogous to FIG. 3 shows the device 1 according to the invention, to be mounted in a north-south direction, in this case extended by the tracking device (10), consisting of the Nachführscheibe (11) and the bimetallic actuator (12). The inclined solar cells ( 3 ) are firmly attached to the tracking disc ( 11 ). If the bimetal actuator ( 12 ) is heated by the sun ( 2 ) in the morning, it turns the solar cells ( 3 ) in the direction of maximum solar radiation towards the sun ( 2 ). As the sun moves, the bimetal actuator cools down and relaxes. The solar cells ( 3 ) are oriented towards the sun (south or north). In the afternoon, the bimetal actuator ( 12 ) continues to turn west. At night, the bimetal actuator ( 12 ) relaxes and turns the solar cells back to their original position. Instead of the bimetallic actuator, a stepping motor (not shown here) fed by the solar cells ( 3 ) can also rotate the tracking disc ( 11 ) in accordance with the direction of the sun.

Fig. 6 zeigt die Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 5. Sie entspricht Fig. 4, jedoch erweitert um den Einbau von Nachführscheibe (11) und Bimetallaktuator (12). Bezugszeichenliste 1 Anlage zur Wassergewinnung aus der Luftfeuchte
2 Sonne
3 Solarzelle
4 Peltierelement
5 Lüfter
6 Nachführeinrichtung
7 Grundrahmen
8 Kühlkörper
9 Auffangbehälter
10 Nachführeinrichtung
11 Nachführscheibe
12 Bimetallaktuator
FIG. 6 shows the side view of the embodiment according to FIG. 5. It corresponds to FIG. 4, but expanded by the installation of a guide disk ( 11 ) and bimetal actuator ( 12 ). List of reference symbols 1 Plant for extracting water from air humidity
2 sun
3 solar cells
4 Peltier element
5 fans
6 tracking device
7 base frame
8 heat sinks
9 collecting containers
10 tracking device
11 tracking disc
12 bimetal actuator

Claims

1. A method for extracting water from the air humidity, characterized in that solar cells are fed by the sun and the electricity generated is used to feed a Peltier element, the cold side of which is cooled so far that the ambient air reaches the dew point on its cold side and thus the humidity of the ambient air condenses on the heat sink on the cold side and can drip off.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the device created for this rigid in the direction of maximum Sun radiation is aligned.

3. The method according to claim 1, characterized in that the solar cells of the facility created for this via a Tracking device, consisting of a bimetal actuator and Tracking disc, to track the course of the sun.

4. The method according to claim 1, characterized in that the solar cells of the facility created for this via a Tracking device, consisting of a stepper motor with Reset device, to track the course of the sun.

5. The method according to claim 1, characterized in that the air flow through a fan powered by the solar cell is increased via the heat sink of the Peltier element.

6. The method according to claim 5, characterized in that the heat sink is designed so that it is faster Drop formation and for better tear-off from the heat sink comes through the airflow.

7. The method according to claim 5, characterized in that the fan is unbalanced, which is the heat sink vibrated and thereby tear drop improved.

8. The device according to claim 1 to 7, characterized characterized in that the water obtained in a container is collected for human and animal use.

9. The device according to claim 1 to 7, characterized characterized in that the water obtained for irrigation of Plants is used, with intermediate storage in a container according to claim 8 is also feasible.