DE102009010672A1 - Peltierkondensator - Google Patents

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DE102009010672A1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D5/00Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0033Other features
    • B01D5/0042Thermo-electric condensing; using Peltier-effect
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E03WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03BINSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/04Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from surface water

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1), die zumindest einen Verdampfer (2) und zumindest einen Kondensator (3) aufweist. In dem Verdampfer (2) ist eine Flüssigkeit aufgenommen. Die Flüssigkeit verdampft aufgrund von Wärmeeinwirkung. Der erzeugte Dampf kondensiert an dem Kondensator (3). Um eine in ihrem Wirkungsgrad erheblich verbesserte Vorrichtung zur verfügung zu stellen, wird vorgeschlagen, ein Peltierelement (4) einzusetzen, welches mit seiner warmen Seite (5) mit dem Verdampfer (2) und mit seiner kalten Seite (6) mit dem Kondensator (3) in Verbindung steht. Vorteilhaft wird so die thermische Energie der warmen Seite des Peltierelementes (4) dazu genutzt, die Flüssigkeit zu verdampfen, wobei gleichzeitig die thermische Energie der kalten Seite (6) des Peltierelementes (4) dazu genutzt wird, den Kondensator (3) zu kühlen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zumindest einen Verdampfer und zumindest einen Kondensator aufweist, wobei in dem Verdampfer eine Flüssigkeit aufgenommen ist, die mittels Wärmeeinwirkung verdampft, wobei der erzeugte Dampf an dem, dem Verdampfer deckelartig zugeordneten, Kondensator kondensiert.
  • Derartige Vorrichtungen können beispielsweise zur Trinkwassergewinnung aus Meersalzwasser verwendet werden, und basieren z. B. auf dem Destillationsprinzip. Hierbei wird das Wasser so lange erhitzt, bis es in Form von Dampf aufsteigt. Dabei wird das Salz als Konzentrat zurückbleiben. Der Dampf kondensiert an dem Kondensator, wobei das kondensierte Wasser in einen Speicher fließen kann. Es ist durchaus möglich, dies in einer mehrstufigen Verdampfungsdestillation durchzuführen.
  • Die DE 35 41 645 offenbart eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus Luft mit Hilfe elektrothermischer Kälteerzeugung. Hierbei werden Peltierelemente mit Energieversorgungsanlagen gekoppelt. Die kalte Seite der Peltierelemente befindet sich dabei beispielsweise in einem als Gewächshaus ausgeführten Mikroklima, wobei die warme Seite des Peltierelementes außerhalb des Gewächshauses angeordnet ist. Über ein Ansaugrohr wird warme Luft in das Gewächshaus eingeführt, und dann an dem Peltierelement, insbesondere nur an seiner kalten Seite vorbeigeführt. Dabei kondensiert Wasser aus der Luft, welches mit geeigneten Auffangvorrichtungen aufgefangen wird. Als ein Hauptnachteil der DE 35 41 645 A1 ist anzusehen, dass das offenbarte Vorgehen einen äußerst niedrigen Wirkungsgrad aufweist, da dieses bei einer hohen elektrischen Leistungsaufnahme zu einer vergleichsweise geringen Kühlleistung bzw. Temperaturdifferenz führt.
  • Die DE 103 05 424 A1 befasst sich mit einer automatischen Wasserentsalzungsanlage unter Nutzung der Sonnenenergie über einen Sonnekollektor und des thermoelektrischen Effektes nach Peltier, indem zwei wärmeisolierte Behälter so verbunden werden, dass in dem einen die salzige Lösung mit dem warmen Teil des Peltierelementes und in dem anderen das Kondenswasser mit dem kalten Teil des Peltierelementes angeordnet sind. Durch den unterschiedlichen Dampfdruck in den Gefäßen lässt sich eine Turbine zwischenschalten, die einen Teil der eingesetzten Energie zurückgewinnt mit dem das Peltierelement betrieben werden kann, welches den Destillationsvorgang unterstützt.
  • Gemäß der DE 103 05 424 A1 soll damit eine hohe Wassertemperatur erzeugt werden, die für eine effektive Wasserdestillation erforderlich ist, wobei gleichzeitig die eingesetzte Energie mit Hilfe einer Turbine, die einen elektrischen Generator betreibt, rückgewonnen werden soll.
  • Die so gewonnene elektrische Energie wird wieder für die Energieversorgung der Wärmepumpe bzw. des elektrothermischen Peltierelementes genutzt.
  • Auch die DE 10 2004 033 409 A1 befasst sich mit einer automatischen Wasserentsalzungsanlage gemäß der DE 103 05 424 A1 , wobei hier zusätzlich durch Nutzung des Gegenstromprinzips die eingesetzte Energie teilweise zurückgewonnen werden soll, wodurch der Destillationsvorgang unterstützt werden soll.
  • Auch die DE 101 54 351 A1 befasst sich mit einem Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus der Luftfeuchtigkeit, wobei Solarzellen von der Sonne gespeist werden und der erzeugte Strom zur Speisung eines Peltierelementes dient, dessen Kaltseite dabei soweit abgekühlt wird, dass an dessen kalter Seite die Umgebungsluft den Taupunkt erreicht, und somit die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft an dem Kühlkörper der Kaltseite kondensieren und abtropfen kann.
  • Die DE 101 55 560 A1 befasst sich ebenfalls mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Erzeugung von Wasser aus der Luftfeuchtigkeit, wobei auch hier ein Peltierelement eingesetzt wird. Allerdings wird hier kein Sonnenkollektor eingesetzt, sondern ein Windrad, welches einen Windkraftgenerator antreibt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, die einen Verdampfer und einen Kondensator aufweist, mit einfachen Mitteln so zu verbessern, dass ein wesentlich effizienterer Wirkungsgrad erreichbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Peltierelement gelöst, welches mit seiner warmen Seite mit dem Verdampfer und mit seiner kalten Seite gleichzeitig mit dem Kondensator über Leitungen in Verbindung steht.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Peltierelement grundsätzlich eine einfache Energie/Wärmepumpe ist. Das bedeutet, dass das Peltierelement der Kaltseite die Energie/Wärme entzieht und diese zur Heißseite bzw. zur warmen Seite transportiert. Je nach Bauart des Peltierelementes kann dieses mehr oder weniger Energie transportieren. Die Warmseite ist im Verhältnis zur kalten Seite immer warmer, da das Peltierelement auch Verlustwärme erzeugt. In einem thermisch isolierten Behälter würde sich ein betriebenes Peltierelement daher immer stärker erhitzen und nach Überschreiten der zulässigen Betriebstemperatur durch Überhitzung selbst zerstören. Die Warmseite eines Peltierelementes muss daher ständig gekühlt werden. Wird gewünscht, dass eine besonders kalte Kaltseite erzeugt werden soll, muss der Warmseite aktiv Energie entzogen werden, d. h. diese muss gekühlt werden. Mit der Erfindung wird dieser Effekt geschickt genutzt, indem mittels der Flüssigkeit in dem Verdampfer die Warmseite des Peltierelementes gekühlt wird, womit vorteilhaft eine niedrige Temperatur auf der Kaltseite erzeugt wird. Insofern wird dieser Effekt in überraschender Weise zur Erwärmung der Flüssigkeit und damit zur Verdampfung der Flüssigkeit genutzt, wobei gleichzeitig durch die niedrige Temperatur auf der Kaltseite eine hohe Kondensationsrate des Flüssigkeitsdampfes erzielbar ist.
  • Die Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft zur Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser einsetzen. Hierbei wird Meerwasser über einen Zulauf in den Verdampfer geleitet, welcher direkt mit der warmen Seite des Peltierelementes in Verbindung steht. Das Peltierelement ist mit einer Energieversorgungsanlage in bekannter Weise verbunden, so dass durch den fließenden elektrischen Strom eben die warme Seite und die kalte Seite des Peltierelementes erzeugt werden. Die Energieversorgungsanlage kann zum Beispiel eine Solarstromanlage, oder eine Windkraftanlage zur Stromerzeugung sein.
  • Die warme Seite steht nun in direktem Kontakt mit dem Verdampfer bzw. der darin aufgenommenen Flüssigkeit bzw. des darin aufgenommenen Meerwassers, wodurch das Meerwasser erwärmt wird und gleichzeitig durch das Meerwasser die warme Seite des Peltierelementes gekühlt wird. Damit wird eine entsprechend niedrigere Temperatur auf der Kaltseite erzeugt, welche mit dem Kondensator in Verbindung steht. Verdampft nun das Wasser in dem Verdampfer aufgrund der Wärmeeinwirkung des Peltierelementes, schlägt sich der Wasser dampf an dem über das Peltierelement gekühlten Kondensator nieder und kondensiert natürlich. Dabei verbleiben das Salz bzw. die Konzentrate im Verdampfer, so dass Trinkwasser erzeugt wird.
  • In zweckmäßiger Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Verdampfer wannenartig ausgeführt ist, und zumindest einen Flüssigkeitszulauf aufweist, wobei das zumindest eine Peltierelement mit seiner warmen Seite mit dem Wannenboden in Verbindung steht.
  • Günstig im Sinne der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass zumindest der Wannenboden des Verdampfers aus einem wärmeleitenden Werkstoff gebildet ist. Insofern kann die Wärme des Peltierelementes bzw. dessen warme Seite durch den Wannenboden hindurch direkt das Meerwasser bzw. die Flüssigkeit erwärmen. Gleichzeitig wird dadurch aber die warme Seite aufgrund der Einwirkung des kalten Meerwassers gekühlt.
  • In weiter zweckmäßiger Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Kondensator mit einer bezogen auf den Verdampfer gegenüberliegend angeordneten, eben ausgeführten Deckelfläche ausgeführt ist, wobei auf Vorteile hierzu weiter unten näher eingegangen wird.
  • Um zu erreichen, dass die an dem Kondensator kondensierte Flüssigkeit auch in einen entsprechenden Sammelbehälter gelangt, ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Kondensator an seiner zum Verdampfer orientierten Seite Ablaufrippen aufweist, deren Ablaufkanten oberhalb von korrespondierend dazu angeordneten Ablaufrinnen angeordnet sind, die zu zumindest einer Sammelrinne führen. Kondensiert nun der Flüssigkeitsdampf bzw. der Wasserdampf an dem Kondensator, fließt das Kondensat schwerkraftbedingt an den Ablaufrippen nach unten in Richtung zu den jeweiligen Ablaufkanten, von wo es in die Ablaufrinnen abtropft. Von daher ist vorteil haft vorgesehen, dass unterhalb der Ablaufkante, also zwischen den Ablaufrippen und dem Verdampfer die Ablaufrinnen vorgesehen sind, in welche das Kondensat eintropfen kann. Die Ablaufrinnen sind bevorzugter Weise mit einem geringen Gefälle in Richtung zu einer Seite des Kondensators orientiert verlaufend angeordnet, so dass das darin gesammelte Kondensat zu einer Sammelrinne geführt werden kann. Die Sammelrinne erstreckt sich bevorzugt senkrecht zum Verlauf der Ablaufrinnen, wobei der zum Verdampfer orientierten Seite des Kondensators natürlich mehrere Ablaufrippen mit entsprechend zugeordneten Ablaufrinnen vorgesehen werden können, wobei eine jede Ablaufrinne zu der zumindest einen Sammelrinne führt. Die Sammelrinne kann selbstverständlich ebenfalls ein entsprechendes Gefälle aufweisen und einen Anschluss zum Ableiten des aufgefangenen Kondensats bzw. Trinkwassers zu einem Speicherbehälter aufweisen.
  • Vorteilhaferweise ist vorgesehen, dass der Kondensator dem Verdampfer quasi deckelartig zugeordnet ist, wobei hier im Unterschied zum Stand der Technik eine geneigte Lagerung des Kondensators nicht unbedingt erforderlich ist. Dies auch deshalb, da Ablaufrinnen und Sammelrinne ein entsprechendes Gefälle zum Fortleiten des Kondensats bzw. des jeweils aufgefangenen Kondensats aufweisen.
  • In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen kaskardenartigen Aufbau aufweist, wobei ein erster Verdampfer und ein erster Kondensator übereinander angeordnet sind, wobei der erste Verdampfer mit einem ersten Peltierelement bzw. mit dessen warmer Seite in Verbindung steht, wobei dem ersten Kondensator ein zweiter Verdampfer in Reihe geschaltet ist bzw. über diesem angeordnet ist, wobei mit dem ersten Kondensator und dem zweiten Verdampfer ein zweites Peltierelement in Verbindung steht, wobei die kalte Seite des ersten Peltierelementes mit dem zweiten Kondensator in Verbindung steht. Das zweite Peltierelement steht dabei mit seiner warmen Seite mit dem zweiten Verdampfer in Verbindung wobei die kalte Seite des zweiten Peltierelementes mit dem ersten Kondensator in Verbindung steht.
  • Natürlich kann entsprechend auch bei einem dritten Verdampfer und Kondensator vorgegangen werden, wobei natürlich eine geeignete Anzahl von Verdampfern und Kondensatoren aufeinander folgen. In bevorzugter Ausgestaltung sind dabei aufeinander folgend Verdampfer und Kondensator so angeordnet, dass diese übereinander angeordnet sind, so dass das jeweils zwischengeschaltete Peltierelement mit seiner warmen Seite mit dem Verdampfer in Verbindung steht und mit seiner kalten Seite mit dem Kondensator direkt in Verbindung steht.
  • Um nun das erste Peltierelement bzw. dessen kalte Seite mit dem in der Kaskardenanordnung letzten Kondensator zu verbinden, bzw. die Kälte der kalten Seite auf den Kondensator zu transportieren, ist vorteilhaft vorgesehen, dass die kalte Seite des zumindest einen Peltierelementes mit einem Kälteträgermedium in Verbindung steht, welches die Kälte zu dem Kondensator transportiert, so dass dieser gekühlt wird. Natürlich kann noch ein entsprechender Wärmetauscher zwischengeschaltet sein.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Verdampfer, Kondensator und Peltierelement ein Modul bilden, welche entsprechend der vorstehenden Beschreibung übereinander bzw. nebeneinander angeordnet werden können. Werden die einzelnen Module beispielsweise übereinander angeordnet, ist es hier besonders vorteilhaft, wenn der Kondensator an seiner zur Verdampfer gegenüberliegenden Seite, also mit seiner Abschlussfläche, eben ausgeführt ist, wie bereits oben beschrieben ist. Vorteilhaft kann dann der Verdampfer mit seinem Wannenboden direkt auf der ebene Fläche des Kondensators angeordnet werden, wobei hier vorteil haft zumindest ein oder mehrere Peltierelemente zwischengeschaltet werden können.
  • Insgesamt wird damit eine Vorrichtung vorzugsweise zur Gewinnung von Trinkwasser aus Meersalzwasser zur Verfügung gestellt, dessen Wirkungsgrad im Vergleich zum Stand der Technik erheblich erhöht ist, da mit der Erfindung beide Seiten des Peltierelementes, nämlich zum einen die kalte Seite und zum anderen die warme Seite thermodynamisch genutzt wird, indem die warme Seite zum Verdampfen der Flüssigkeit bzw. des Meerwassers genutzt wird, wobei gleichzeitig die kalte Seite genutzt wird, um den Kondensator zu kühlen, so dass ein höherer Kondensationsbetrag erreichbar ist. Gleichzeitig wird die warme Seite durch die Einwirkung der Flüssigkeit bzw. des Meerwassers gekühlt, wodurch eine niedrige Temperatur auf der Kaltseite erzeugt wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
  • 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung mit einem Verdampfer und einem Kondensator mit Peltierelement,
  • 2 zwei übereinander angeordnete Module gem. 1,
  • 3 einen Kondensator mit zugeordneten Peltierelementen in einer perspektivischen Ansicht,
  • 4 den Kondensator aus 3 in einer vergrößerten Ansicht, und
  • 5 eine perspektivische Ansicht eines Verdampfers.
  • 6 die Anordnung mehrerer Peltierelemente in Kaskadenschaltung
  • 7 die Temperaturverhältnisse von Peltierele menten in Kaskadenschaltung
  • Sofern im Folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.
  • 1 zeigte eine Vorrichtung 1, die zumindest einen Verdampfer 2 und zumindest einen Kondensator 3 aufweist. In dem Verdampfer 2 ist eine Flüssigkeit aufgenommen, die mittels Wärmeeinwirkung verdampft, wobei der erzeugte Dampf an dem Kondensator kondensiert. Ein Peltierelement 4 steht mit seiner warmen Seite 5 mit dem Verdampfer 2 und mit seiner kalten Seite 6 mit dem Kondensator 3 in Verbindung.
  • In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Modul der Vorrichtung 1 gezeigt. Hierbei ist der Verdampfer 2 quasi wannenförmig ausgeführt, und weist einen Flüssigkeitszulauf 7 und einen Ablauf 8 auf. Der Flüssigkeitszulauf 7 ist wie beispielhaft dargestellt in einer Seitenwand 9 des wannenartig ausgeführten Verdampfers 2 angeordnet. Bezüglich des Einleitungsniveaus der Flüssigkeit durch den Zulauf 7 ist der Ablauf 8 tiefer als der Zulauf 7 und bevorzugt in dem Boden 10 des wannenartigen Verdampfers 2 angeordnet. Der Kondensator 3 ist quasi deckelartig ausgeführt und in hinreichender Weise mit dem Verdampfer 2 verbunden, so dass ein relativ stabiles Modul gebildet ist.
  • Wie in 1 weiter dargestellt, ist dem Boden 10 des Verdampfers 2 das zumindest eine Peltierelement 4 zugeordnet. Hier sind dem Boden 10 des Verdampfers 2 drei Peltierelemente 4 zugeordnet.
  • Wie bekannt, weist das Peltierelement 4 die thermisch warme Seite 5 und die dazu gegenüberliegende thermisch kalte Seite 6 auf, wenn das Peltierelement 4 stromdurchflossen ist. Zur Versorgung des Peltierelementes 4 mit Strom kann eine herkömmliche Stromquelle verwendet werden, wobei es insbesondere aber auch möglich ist, Strom aus regenerativen Stromquellen zu erzeugen. Hier findet bevorzugt die Gewinnung von Strom mittels Solarenergiezellen 19 Anwendung. Natürlich kann Strom aber auch durch Wind- oder Wasserkraft erzeugt werden.
  • In 1 ist dargestellt, dass das Peltierelement 4 mit seiner warmen Seite 5 direkt unterhalb des Bodens 10 des Verdampfers 2 angeordnet ist. Dadurch kann die Wärme der warmen Seite 5 durch den Boden 10 des Verdampfers 2 hindurchtreten und die Flüssigkeit in dem Verdampfer 2 bzw. das in dem Verdampfer 2 aufgenommene Meerwasser so erwärmen, dass dieses verdampft. Gleichzeitig sorgt das Meerwasser bzw. die Flüssigkeit in dem Verdampfer 2 dafür, dass die warme Seite 5 des Peltierelementes 4 gekühlt wird.
  • Die kalte Seite 6 des Peltierelementes 4 steht mit dem Kondensator 3 in Verbindung. Dies kann z. B. mittels entsprechender Leitungen 20, 20a geschehen, in denen ein Kälteträgermedium transportiert wird, welches die Kälte von der kalten Seite 6 des Peltierelementes 4 aufnimmt und zum Kondensator 3 transportiert. Insofern wird der Kondensator 3 durch die Einwirkung der kalten Seite 6 des Peltierelementes 4 gekühlt. Wie in 1 beispielhaft dargestellt, ist jeweils ein Wärmetauscher vorgesehen, welcher den Leitungen 20, 20a zwischengeschaltet ist. Die Leitung 20 bildet einen Kreislauf zu den Kondensator 3, wobei noch ein Druckerzeugungselement 22 in dem Kreislauf angeordnet ist. An dem Kondensator sind Heizschlangen bzw. Kaltschlangen 23 angeordnet, in welche die an der kalten Seite 6 des Peltierelements 4 aufgenommene Kälte transportiert wird. So kann der Kondensator 3 vorteilhaft gebildet werden.
  • Steigt nun der mittels der warmen Seite 5 des Peltierelementes 4 erzeugte Wasserdampf in Richtung zum Kondensator 3, kondensiert der Wasserdampf und schlägt sich an dem Kondensator 3 als Kondensat nieder.
  • Der Kondensator 3 weist an seiner zum Verdampfer 2 orientierten Seite 11 Ablaufrippen 12 auf, deren Ablaufkanten 13 oberhalb von korrespondierend dazu angeordneten Ablaufrinnen 14 angeordnet sind, die zu zumindest einer Sammelrinne 15 führen. Die Sammelrinne 15 ist in 1 aufgrund der dargstellten Zeichnungsebene nicht erkennbar, ist jedoch in 3 dargestellt.
  • Bei der in 1 dargestellten Ansicht sind die Ablaufrippen mit ihren Ablaufkanten so ausgeführt, dass die Seite 11 quasi bogenförmig ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass der sich niederschlagende Wasserdampf bzw. das Kondensat dem entsprechenden Gefälle des jeweiligen Bogens folgend in Richtung zur Ablaufkante 13 fließt, und dort in die Ablaufrinnen 14 tropft. Von den Ablaufrinnen 14 wird das gesammelte Kondensat dann der Sammelrinne 15 zugeführt, wobei die Ablaufrinnen 14 und die Sammelrinne 15 natürlich ein entsprechendes Gefälle aufweisen.
  • An der zum Verdampfer 2 gegenüberliegenden Seite des Kondensators 3 weist dieser eine im Wesentlichen ebene Abschlussfläche 16 auf. Insofern ist eine modulartige Vorrichtung 1 gezeigt, auf welche eine zweite, modulartig aufgebaute Vorrichtung 1 angeordnet werden kann, wobei natürlich auf der zweiten modulartig aufgebauten Vorrichtung 1 eine dritte und auf dieser wiederum eine vierte usw. modulartig aufgebaute Vorrichtung 1 angeordnet werden kann. Insofern kann eine geeignete Anzahl bzw. Mehrzahl modulartig aufgebauter Vorrichtungen 1 übereinander angeordnet werden. Denkbar ist natürlich auch eine nebeneinander anordnete Anordnung der jeweils modulartig aufgebauten Vorrichtung 1.
  • Beispielhaft in 2 ist dargestellt, wie zwei modulartig aufgebaute Vorrichtungen übereinander angeordnet sind.
  • Wie dargestellt sind die jeweiligen Module bzw. modulartig aufgebauten Vorrichtungen 1 übereinander angeordnet, wobei zwischen den aufeinander folgenden Vorrichtungen 1 das zumindest eine Peltierelement 4 angeordnet ist. Natürlich weist das Peltierelement 4 auch hierbei eine warme Seite 5 und eine kalte Seite 6 auf, da dieses stromdurchflossen ist. Die warme Seite 5 steht direkt mit der Verdampfer 2 des in der Zeichnungsebene oberen Moduls in Verbindung, wobei die kalte Seite 6 des Peltierelementes 4 mit dem Kondensator 3 des in der Zeichnungsebene unteren Moduls in Verbindung steht. Wie zuvor zu 1 beschrieben, weist ein jedes Modul bzw. jede modulartig aufgebaute Vorrichtung 1 an ihrem Verdampfer 2 bzw. an ihrem Boden 10 das zumindest eine Peltierelement 4 bzw. die zwei, drei oder mehr Peltierelemente 4 auf. Insofern wird die in dem Verdampfer 2 des in der Zeichnungsebene unteren Moduls aufgenommene Flüssigkeit durch Einwirkung der warmen Seite 5 des entsprechenden Peltierelementes 4 aufgrund der Wärmeeinwirkung verdampft. Die kalte Seite 6 des bzw. der Peltierelemente 4 des in der Zeichnungsebene unteren Moduls kann über entsprechende Leitungen 20, 20a mit dem Kondensator 3 des in der Zeichnungsebene oberen Moduls in Verbindung stehen. Vorteilhafterweise ist hierbei vorgesehen, dass die kalte Seite 6 der Peltierelemente 4 des in der Zeichnungsebene unteren Moduls mit einem Kälteträgermedium in Verbindung steht, welches die Kälte in Richtung zum Kondensator 3 des in der Zeichnungsebene oberen Moduls transportiert, was bereits zu 1 beschrieben und dargestellt ist.
  • Mittels geeigneter Verbindungsvorrichtungen 17 sind die übereinander angeordneten modulartig aufgebauten Vorrichtungen 1 miteinander verbunden bzw. befestigt.
  • In 3 ist beispielhaft dargestellt, dass dem Kondensator 3 auf seiner im Wesentlichen ebenen Abschlussfläche 16 mehrere Peltierelemente 4 bzw. übereinander angeordnete Peltierelemente 4 zugeordnet sind. Die Peltierelemente 4 weisen jeweils Stromanschlüsse zur Stromversorgung auf. Auf die vorteilhafte übereinander folgende Anordnung der Peltierelemente wird weiter unten eingegangen.
  • Bei der in 3 dargestellten Ansicht ist die zum Verdampfer orientierte Seite 11 des Kondensators 3 im Wesentlichen zackenförmig ausgeführt, wobei die einzelnen Zacken mit ihren Abtropfkanten den Ablaufrinnen 14 entsprechend zugeordnet sind. Wie beispielhaft dargestellt, sind dem Kondensator 3 an seiner Seite 11 acht Ablaufrinnen 14 entsprechend der Anzahl der Ablaufrippen 12 zugeordnet. Wie bereits gesagt, leiten die Ablaufrinnen 14 das abtropfende Kondensat in Richtung zur Sammelrinne 15, welche, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, senkrecht zum Verlauf der Ablaufrinnen 14 angeordnet ist.
  • Etwa mittig ist in der Sammelrinne 15 ein Ablauf 18 angeordnet, der das Kondensat zu einem Speicherbehälter transportiert.
  • In 4 ist eine Vergrößerung zur Darstellung des Kondensators 3 mit seinen Ablaufrippen 12 und Ablaufkanten 13 dargestellt, welche den Ablaufrinnen 14 entsprechend zugeordnet sind.
  • 5 zeigt einen Verdampfer 2 als Einzelheit in einer perspektivischen Ansicht. Der Verdampfer 2 weist an der Innenseite seines Bodens 10 eine gewellte Ausführungsform auf. Angedeutet sind die Stromversorgungsanschlüsse der Peltierelemente 4.
  • Üblicherweise verdampft beispielsweise Wasser bei einer Temperatur von 100°C, sofern übliche Druckverhältnisse vorliegen. Insofern ist es zweckmäßig, wenn mittels der Peltierelemente 4 zumindest die Verdampfungstemperatur der zu verdampfenden Flüssigkeit generiert wird. Derzeit bekannte Peltierelemente können eine Temperaturdifferenz zwischen der warmen und kalten Seite 5, 6 bis ca. 69 Grad Kelvin generieren. Diese Temperaturdifferenz reicht aber nicht aus, um z. B. Wasser zu verdampfen, wenn dieses z. B. 10°C aufweisen würde. Von daher ist vorteilhaft vorgesehen, dass zumindest zwei Peltierelemente übereinander kaskadenartig angeordnet werden, wie in 6 dargestellt und in den 1 bis 4 angedeutet.
  • 6 zeigt zwei übereinander folgend angeordnete Peltierelemente 4. Die beiden Peltierelemente 4 sind so übereinander folgend angeordnet, dass jeweils eine warme Seite 5 an einer kalten Seite 6 des folgenden Peltierelements 4 anliegt. Der in 6 dargestellte Spalt zwischen beiden Peltierelementen 4 soll lediglich der deutlicheren Darstellung dienen, denn die beiden übereinander folgenden Peltierelemente 4 liegen direkt aufeinander. Wie zuvor beschrieben kühlt dabei die kalte Seite 6 die warme Seite 5. Dadurch wird der warmen Seite 5, welche direkt an der kalten Seite 6 anliegt, aktiv Wärme entzogen. Dies bewirkt, dass die warme Seite 5 des in der Zeichnungsebene (6) oberen Peltierelements 4 eine Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur von z. B. Wasser erzeugen kann; denn es liegt hier eine Reihenschaltung in Form einer Kaskade vor.
  • Durch die Reihenschaltung der beiden übereinander folgenden Peltierelemente 4 kann eine Temperaturdifferenz von z. B. 138 Grad Kelvin, bezogen auf die kalte Seite 6 des in der Zeichnungsebene unteren Peltierelementes 4 zu der warmen Seite 5 des in der Zeichnungsebene oberen Peltierelementes 4 generiert werden.
  • In 7 ist beispielhaft ein Temperaturdiagramm dargestellt. Ausgehend von einer gewünschten Verdampfungstemperatur T0 (z. B. 100°C) würde mit einem Peltierelement 4 ein Differenzbetrag von der warmen zur kalten Seite von maximal 69 Grad Kelvin vorliegen. Diese Temperaturdifferenz Δ T1 ist mit einem in Richtung zur X-Achse orientierten Pfeil bis zur Temperatur T1 dargestellt. Die Temperatur T1 liegt beispielhaft weit oberhalb der X-Achse, welche beispielsweise eine 0°C-Achse sein kann. Das zu dem ersten Peltierelement in Reihe geschaltete zweite Peltierelement weist wiederum einen maximalen Differenzbetrag von 69 Grad Kelvin (warm ↔ kalt) auf, was mit der Differenztemperatur Δ T2 dargestellt ist. Die Resultierende aus Δ T1 und Δ T2 endet deutlich unterhalb der X-Achse.
  • Wird davon ausgegangen, dass das beispielhaft zu verdampfende Salzwasser eine Temperatur von 0°C aufweisen würde, würde mittels der beiden in Reihe geschalteten Peltierelemente auf jeden Fall die Verdampfungstemperatur des Wassers erreicht werden.
  • Wesentlich ist aber auch, dass die (freie) kalte Seite 6 des betreffenden Peltierelements 4 den Kondensator 3 nicht unter den Gefrierpunkt abkühlt. Es reicht hier durchaus eine Abkühlung bis zum Taupunkt der jeweiligen Flüssigkeit aus. Je nach Ausgestaltung des betreffenden Peltierelements und je nach dem zur Verfügung gestellten Strom kann so eine entsprechende Temperatur an der kalten Seite erzeugt werden.
  • Natürlich können, wie beispielhaft beschrieben, nicht nur zwei Peltierelemente in Reihe geschaltet werden, sondern durchaus mehrere, wobei dann natürlich jeweils aufeinander folgende warme und kalte Seiten direkt aneinander liegen.
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Verdampfer
    3
    Kondensator
    4
    Peltierelement
    5
    Warme Seite von 4
    6
    Kalte Seite von 4
    7
    Zulauf
    8
    Ablauf
    9
    Seitenwand
    10
    Boden
    11
    Zu 2 orientierte Seite von 3
    12
    Ablaufrippen
    13
    Ablaufkanten
    14
    Ablaufrinnen
    15
    Sammelrinne
    16
    Abschlussfläche von 3
    17
    Verbindungsvorrichtung
    18
    Ablauf in 15
    19
    Solarenergiezellen
    20
    Leitungen
    20a
    Leitungen
    21
    Wärmetauscher
    22
    Druckerzeugungselement
    23
    Kälteschlange
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3541645 [0003]
    • - DE 3541645 A1 [0003]
    • - DE 10305424 A1 [0004, 0005, 0007]
    • - DE 102004033409 A1 [0007]
    • - DE 10154351 A1 [0008]
    • - DE 10155560 A1 [0009]

Claims (11)

  1. Vorrichtung, die zumindest einen Verdampfer (2) und zumindest einen Kondensator (3) aufweist, wobei in dem Verdampfer (2) eine Flüssigkeit aufgenommen ist, die mittels Wärmeeinwirkung verdampft, wobei der erzeugte Dampf an dem, dem Verdampfer (2) deckelartig zugeordneten Kondensator (3) kondensiert, gekennzeichnet durch zumindest ein Peltierelement (4), welches mit seiner warmen Seite (5) mit dem Verdampfer (2) und mit seiner kalten Seite (6) mit dem Kondensator (3) über Leitungen (20, 20a) in Verbindung steht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) bzw. die darin aufgenommene Flüssigkeit mittels des Peltierelementes (4) bzw. dessen warmer Seite (5) erwärmt wird, wobei die Flüssigkeit die warme Seite (5) des Peltierelementes (4) kühlt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (3) so mit dem Peltierelement (4) bzw. dessen kalter Seite (6) in Verbindung steht, dass der Kondensator (3) gekühlt wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) wannen artig ausgeführt ist, und zumindest einen Flüssigkeitszulauf (7) aufweist, wobei das zumindest eine Peltierelement (4) mit seiner warmen Seite (5) mit dem Wannenboden (10) in Verbindung steht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) bzw. zumindest dessen Wannenboden (10) aus einem wärmeleitenden Werkstoff gebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (3) mit einer bezogen auf den Verdampfer (2) gegenüberliegend angeordneten, eben ausgeführten Abschlussfläche (16) ausgeführt ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (3) an seiner zum Verdampfer (2) orientierten Seite (11) Ablaufrippen (12) aufweist, deren Ablaufkanten (13) oberhalb von korrespondierend dazu angeordneten Ablaufrinnen (14) angeordnet sind, die zu zumindest einer Sammelrinne (15) führen.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Peltierelemente (4) übereinander folgend so angeordnet sind, dass eine warme Seite (5) des einen Peltierelementes (4) an einer kalten Seite (6) des anderen Peltierelementes (4) anliegt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kaskadenaufbau von modular tig aufgebauten Vorrichtungen (1), wobei einem ersten Verdampfer (2) ein erster Kondensator (3) folgt, wobei der erster Verdampfer (2) mit einem ersten Peltierelement (4) bzw. mit dessen warmer Seite (5) in Verbindung steht, wobei dem ersten Kondensator (3) ein zweiter Verdampfer (2) in Reihe geschaltet ist, wobei mit dem ersten Kondensator (3) und dem zweiten Verdampfer (2) ein zweites Peltierelement (4) in Verbindung steht, wobei die kalte Seite (6) des zweiten Peltierelementes (4) mit dem ersten Kondensator (3) und die warme Seite (5) des zweiten Peltierelementes 4 mit dem zweiten Verdampfer (2) in Verbindung steht, wobei die kalte Seite (5) des ersten Peltierelementes (4) mit dem zweiten Kondensator (3) in Verbindung steht.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kalte Seite (6) des zumindest einen Peltierelementes (4) mit einem Kälteträgermedium in Verbindung steht, welches die Kälte zum Kondensator (3) transportiert, so dass dieser gekühlt wird.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) und der Kondensator (3) zusammen mit dem zumindest einen Peltierelement (4) ein Modul bilden.
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