DE102022200481A1

DE102022200481A1 - Device for evaporating a liquid

Info

Publication number: DE102022200481A1
Application number: DE102022200481.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Quadbeck; Georg Pöhle; Hartmut Göhler; Alexander Splitthof; Ralf Wedekind
Original assignee: Delfi Innovations GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Delfi Innovations De GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2023-07-20

Abstract

Bei der Vorrichtung zum Verdampfen einer Flüssigkeit ist eine offenporöse Struktur (1) in einem Gehäuse (8) angeordnet, die zumindest bereichsweise als eine Heizvorrichtung ausgebildet oder mittels einer externen Heizvorrichtung oder Bereiche der offenporösen Struktur (1) auf eine Temperatur, die mindestens der Siedetemperatur der jeweiligen Flüssigkeit entspricht, erwärmbar ist. Die Flüssigkeit ist in einem außerhalb des Gehäuses (8) angeordneten Reservoir (4), mit einer Menge aufgenommen, die während des Betriebs eine kontinuierliche Verdampfung von Flüssigkeit ermöglicht. Das Reservoir ist über mindestens eine Leitung (3) für Flüssigkeit mit dem Gehäuse (8) verbunden und in der mindestens einen Leitung (3) ist/sind ein Ventil und/oder eine Pumpe oder ein Verdichter (5) angeordnet. Die Leitung (3) mündet in mindestens eine Öffnung mindestens einer Düse (2) oder mindestens eine Austrittsöffnung und die Düse (2), deren Öffnung(en) und/oder die mindestens eine Austrittsöffnung der Leitung (3) ist/sind so angeordnet, dass Flüssigkeit auf Oberflächenbereiche der offenporösen Struktur (1) auftrifft und/oder in Poren der offenporösen Struktur (1) eintritt, wenn Flüssigkeit durch die eine Leitung (3) strömt.In the device for evaporating a liquid, an open-pored structure (1) is arranged in a housing (8), which is designed at least in regions as a heating device or can be heated to a temperature that at least corresponds to the boiling point of the respective liquid by means of an external heating device or regions of the open-pored structure (1). The liquid is held in a reservoir (4) located outside the housing (8) in an amount that allows for continuous vaporization of liquid during operation. The reservoir is connected to the housing (8) via at least one line (3) for liquid and a valve and/or a pump or a compressor (5) is/are arranged in the at least one line (3). The line (3) opens into at least one opening of at least one nozzle (2) or at least one outlet opening and the nozzle (2), whose opening(s) and/or the at least one outlet opening of the line (3) is/are arranged in such a way that liquid impinges on surface areas of the open-pored structure (1) and/or enters pores of the open-pored structure (1) when liquid flows through one line (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdampfung einer Flüssigkeit.The invention relates to a device for evaporating a liquid.

Bei einem Flüssigkeitsverdampfer der in DE 10 2016 223 023 beschriebenen Art wird die zu verdampfende Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsreservoir bereitgestellt. Die offenporöse metallische Struktur steht mit der Flüssigkeit im Reservoir im direkten Kontakt, indem ein Teil der Struktur in das Reservoir eintaucht. Die Flüssigkeit wird über die Poren der offenporösen metallischen Struktur in die Struktur aufgenommen und verteilt sich innerhalb der Struktur durch Kapillarkräfte. In der beheizten Zone der Struktur wird Flüssigkeit verdampft und Flüssigkeit wird aus dem Reservoir nachgefördert.With a liquid evaporator of the in DE 10 2016 223 023 described type, the liquid to be evaporated is provided in a liquid reservoir. The open-pored metallic structure is in direct contact with the liquid in the reservoir, with part of the structure being immersed in the reservoir. The liquid is absorbed into the structure via the pores of the open-pored metallic structure and is distributed within the structure by capillary forces. Liquid is evaporated in the heated zone of the structure and liquid is pumped out of the reservoir.

Eine solche Gestaltung des Flüssigkeitsverdampfers hat jedoch einige Nachteile. Während sich die Flüssigkeit in Reaktion auf Drehungen, Kreis- bzw. Kurvenbahnverläufe, kardanische Bewegungen, Neigungen, Erschütterungen etc. innerhalb des Reservoirs verlagern kann, ist die offenporöse metallische Struktur aus praktischen Gründen im Allgemeinen fest eingespannt, z. B. zwischen den Zuleitungen für elektrischen Strom bei Beheizung durch Stromdurchgang.However, such a design of the liquid evaporator has some disadvantages. While the liquid may shift within the reservoir in response to rotations, orbits, gimbals, tilts, vibrations, etc., for practical reasons the open porous metallic structure is generally firmly constrained, e.g. B. between the leads for electricity when heated by current passage.

Bei starker Neigung, schnellen Bewegungen oder unter schwerelosen Bedingungen (sog. µg-Bedingungen) etc. können sich deshalb Situationen ergeben, in denen der Betrieb des Flüssigkeitsverdampfers beeinträchtigt wird:

(1) Der Flüssigkeitsspiegel verlagert sich so, dass die offenporöse metallische Struktur nicht mehr in die Flüssigkeit oder undefiniert darin eintaucht. Da dann keine oder weniger Flüssigkeit nachgefördert wird, kommt die Dampfbildung innerhalb weniger Sekunden zum Erliegen oder es kann nur eine geringere Menge an Flüssigkeit verdampft werden. Wenn die offenporöse metallische Struktur dann weiterhin beheizt wird, besteht durch den Wegfall der kühlenden Wirkung der verdampfenden Flüssigkeit darüber hinaus die Gefahr einer Überhitzung und Beschädigung der offenporösen Struktur.
(2) Der Flüssigkeitsspiegel verlagert sich so, dass die Flüssigkeit den beheizten Bereich der offenporösen metallischen Struktur teilweise oder vollständig überflutet. In diesem Fall kommt nicht mehr das vorgesehene Prinzip der schnellen Bereitstellung von Dampf durch das Erhitzen eines dünnen Flüssigkeitsfilms zum Tragen. Die Kapillarstruktur wirkt stattdessen entgegen der Intention wie ein Tauchsieder.
(3) Ein Flüssigkeitsspiegel ist aufgrund fehlender oder zu geringer Schwerkraft nicht einstellbar. In diesem Fall ist das o.g. Verfahren in seiner bestehenden Form nicht einsetzbar.

In the event of a steep incline, rapid movements or weightless conditions (so-called µg conditions) etc., situations can therefore arise in which the operation of the liquid evaporator is impaired:

(1) The liquid level shifts in such a way that the open-porous metallic structure is no longer immersed in the liquid or in an undefined manner. Since little or no liquid is then fed in, the formation of vapor comes to a standstill within a few seconds or only a small amount of liquid can be vaporized. If the open-pored metallic structure is then further heated, there is also a risk of overheating and damage to the open-pored structure due to the loss of the cooling effect of the evaporating liquid.
(2) The liquid level shifts in such a way that the liquid partially or completely floods the heated area of the open-pored metallic structure. In this case, the intended principle of rapidly providing vapor by heating a thin film of liquid no longer applies. Instead, the capillary structure acts like an immersion heater, contrary to the intention.
(3) A liquid level cannot be adjusted due to missing or insufficient gravity. In this case, the above method cannot be used in its existing form.

Der Einsatz derartiger Flüssigkeitsverdampfer ist deshalb gegenwärtig auf Anwendungen beschränkt, bei denen das Gerät während des Betriebs nicht oder höchstens geringfügig bewegt oder geneigt wird und bei denen eine ausreichende Gravitationskraft vorherrscht, um einen Flüssigkeitsspiegel einzustellen. Dadurch sind jedoch viele technisch und wirtschaftlich sinnvolle Einsatzmöglichkeiten ausgeschlossen, bei denen der Flüssigkeitsverdampfer häufigen, schnellen und unregelmäßigen Lageveränderungen, Neigungen, Drehungen, Erschütterungen etc. ausgesetzt wäre. Dies umfasst beispielsweise Anwendungen als tragbare oder mit einem Antrieb versehene Geräte für die Dampfreinigung oder den Einsatz in Fahrzeugen z. B. in der Schifffahrt. Unter µg-Bedingungen umfasst das z.B. den Einsatz in Parabelflügen oder in der Raumfahrt.The use of such liquid vaporizers is therefore currently limited to applications in which the device is not moved or tilted at all or only slightly during operation and in which there is sufficient gravitational force to set a liquid level. This, however, excludes many technically and economically sensible possible uses in which the liquid evaporator would be exposed to frequent, rapid and irregular position changes, inclinations, rotations, vibrations, etc. This includes, for example, applications as portable or powered devices for steam cleaning or use in vehicles e.g. B. in shipping. Under µg conditions, this includes, for example, use in parabolic flights or in space travel.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten anzugeben, mit denen eine Verdampfung einer Flüssigkeit auch bei Bedingungen ermöglicht wird, bei denen größere Beschleunigungen, Richtungsänderungen oder keine/eine erheblich reduzierte Gravitationskraft auf die Flüssigkeit wirken.It is therefore the object of the invention to specify possibilities with which an evaporation of a liquid is also made possible under conditions in which greater accelerations, changes in direction or no/a considerably reduced gravitational force act on the liquid.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a device having the features of claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention can be implemented with features identified in the dependent claims.

Bei der Vorrichtung ist eine offenporöse Struktur in einem Gehäuse angeordnet. Die offenporöse Struktur oder Bereiche der offenporösen Struktur ist/sind als eine Heizvorrichtung ausgebildet oder ist/sind mittels einer externen Heizvorrichtung auf eine Temperatur, die mindestens der Siedetemperatur der jeweiligen Flüssigkeit entspricht, erwärmbar. Gebildeter Dampf kann durch mindestens eine Öffnung oder Ableitung im Gehäuse austreten und einer Nutzung zugeführt werden.In the device, an open-pored structure is arranged in a housing. The open-pored structure or areas of the open-pored structure is/are designed as a heating device or can be heated by means of an external heating device to a temperature which at least corresponds to the boiling point of the respective liquid. Steam that is formed can escape through at least one opening or duct in the housing and be put to use.

Die jeweilige Flüssigkeit ist in einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Reservoir, mit einer Menge aufgenommen, die während des Betriebs der Vorrichtung eine kontinuierliche Verdampfung von Flüssigkeit ermöglicht. Das Reservoir ist über mindestens eine Leitung für Flüssigkeit mit dem Gehäuse verbunden. In der mindestens einen Leitung ist/sind ein Ventil und/oder eine Pumpe oder ein Verdichter angeordnet und die mindestens eine Leitung mündet in mindestens eine Öffnung mindestens einer Düse oder mindestens eine Austrittsöffnung der Leitung für Flüssigkeit. Die mindestens eine Öffnung mindestens einer Düse oder die mindestens eine Austrittsöffnung der Leitung ist so angeordnet, dass Flüssigkeit auf Oberflächenbereiche der offenporösen Struktur auftrifft, wenn Flüssigkeit durch die mindestens eine Leitung strömt. Die jeweilige Flüssigkeit kann aber auch allein oder zusätzlich in Poren der offenporösen Struktur eintreten, wenn Flüssigkeit durch die mindestens eine Leitung zur offenporösen Struktur strömt. Dazu kann die mindestens eine Öffnung einer Düse und/oder die mindestens eine Austrittsöffnung der mindestens einen Leitung so angeordnet sein, dass sie im Inneren der offenporösen Struktur angeordnet ist/sind.The respective liquid is held in a reservoir arranged outside the housing, in an amount that allows continuous evaporation of liquid during operation of the device. The reservoir is connected to the housing via at least one line for liquid. A valve and/or a pump or a compressor is/are arranged in the at least one line and the at least one line opens into at least one opening of at least one nozzle or at least one outlet opening of the line for liquid. The at least one opening of at least one nozzle or the at least one outlet opening of the conduit is arranged such that liquid impinges on surface areas of the open porous structure when liquid flows through the at least one conduit. However, the respective liquid can also enter the pores of the open-pored structure alone or additionally if liquid flows through the at least one line to the open-pored structure. For this purpose, the at least one opening of a nozzle and/or the at least one outlet opening of the at least one line can be arranged in such a way that it is/are arranged inside the open-pored structure.

Die jeweilige Flüssigkeit kann bevorzugt an Oberflächenbereichen der offenporösen Struktur verdampfen, wenn zumindest ein Bereich der offenporösen Struktur bis zur Siedetemperatur der jeweiligen Flüssigkeit erwärmt worden ist und Flüssigkeit diesen Bereich erreicht hat.The respective liquid can preferably evaporate on surface areas of the open-pored structure if at least one area of the open-pored structure has been heated up to the boiling point of the respective liquid and liquid has reached this area.

Die offenporöse Struktur kann aus oder mit einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere einem Metall gebildet sein.The open-pored structure can be formed from or with an electrically conductive material, in particular a metal.

Die offenporöse Struktur kann an mindestens eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen sein und zumindest ein Bereich der offenporösen Struktur kann eine elektrische Widerstandsheizung bilden. Dieser Bereich der offenporösen Struktur kann dann eine Heizeinrichtung bilden.The open-pored structure can be connected to at least one electrical voltage source and at least one area of the open-pored structure can form an electrical resistance heater. This area of the open-pored structure can then form a heating device.

An den beheizten Bereich der offenporösen Struktur kann sich ein Bereich der gleichen Struktur anschließen, der nicht von elektrischem Strom durchflossen ist und/oder unbeheizt ist. Dieser Bereich kann aufgrund der Kapillarkräfte der offenporösen Struktur die zu verdampfende Flüssigkeit aufnehmen und sowohl unter µg-Bedingungen als auch unter Einfluss äußerer Kräfte speichern.The heated area of the open-porous structure can be adjoined by an area of the same structure through which no electric current flows and/or is unheated. Due to the capillary forces of the open-pored structure, this area can absorb the liquid to be evaporated and store it both under µg conditions and under the influence of external forces.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass im oder am Gehäuse mindestens eine Heizeinrichtung so angeordnet ist, dass eine Erwärmung der offenporösen Struktur mittels thermischer Leitung und/oder Wärmestrahlung erreichbar ist. So kann elektromagnetische Strahlung, die beispielsweise von einer Halogenlampe auf Oberflächenbereiche der offenporösen Struktur gerichtet ist, die offenporöse Struktur ausreichend erwärmen. Die elektromagnetische Strahlung kann dazu durch ein Fenster in das Gehäuse gerichtet werden.However, there is also the possibility that at least one heating device is arranged in or on the housing in such a way that the open-pored structure can be heated by means of thermal conduction and/or thermal radiation. Thus, electromagnetic radiation, which is directed, for example, from a halogen lamp onto surface areas of the open-pored structure, can heat the open-pored structure sufficiently. For this purpose, the electromagnetic radiation can be directed through a window into the housing.

In die mindestens eine Leitung kann/können ein Durchflussmengenmesser und/oder ein Drucksensor integriert sein, mit dessen/deren Messsignal(en) bevorzugt eine Regelung des Ventils und/oder der Pumpe oder des Verdichters erreicht werden kann, um sicherzustellen, dass eine gewünschte Menge an Flüssigkeit zum jeweiligen Zeitpunkt verdampft werden kann. Eine Pumpe oder ein Verdichter sind saugseitig an das Reservoir angeschlossen. Ist lediglich ein Ventil in die mindestens eine Leitung integriert, erfolgt die Förderung der Flüssigkeit zu der/den Düse(n) oder Austrittsöffnungen durch Schwerkraftwirkung bei entsprechender Anordnung des Reservoirs in Bezug zur Anordnung der Düse(n) oder Austrittsöffnungen. Diese Art der Förderung durch Schwerkraftwirkung ist nur in den oben genannten Situationen (1) und/oder (2) anwendbar, nicht in Situation (3).A flow rate meter and/or a pressure sensor can be integrated into the at least one line, with the measurement signal(s) of which can preferably be used to regulate the valve and/or the pump or the compressor in order to ensure that a desired quantity of liquid can be vaporized at any given time. A pump or compressor is connected to the reservoir on the suction side. If only one valve is integrated into the at least one line, the liquid is conveyed to the nozzle(s) or outlet openings by gravity with a corresponding arrangement of the reservoir in relation to the arrangement of the nozzle(s) or outlet openings. This type of gravity feed is applicable only in situations (1) and/or (2) above, not in situation (3).

Vorteilhaft kann die mindestens eine Leitung an mehreren Positionen an das die jeweilige Flüssigkeit enthaltende Reservoir angeschlossen sein. Dabei sollten die Positionen über dem Umfang verteilt und/oder in mehreren Ebenen in Bezug zu einer Längsachse des Reservoirs angeordnet sein, so dass gesichert werden kann, dass Flüssigkeit auch bei unterschiedlichsten Neigungswinkeln, wirkenden Beschleunigungen und Füllständen aus dem Reservoir der offenporösen Struktur zugeführt werden kann. Besonders bevorzugt ist dabei im Anschlussbereich der mindestens einen Leitung an den Positionen am Reservoir, beispielsweise in Teilleitungen, die in die mindestens eine Leitung münden, jeweils ein Ventil zur Vermeidung einer Ansaugung von Luft in die mindestens eine Leitung angeordnet. Die jeweiligen Ventile können in Abhängigkeit einer wirkenden richtungsabhängigen Beschleunigung, einem Neigungswinkel des Reservoirs bzw. eines Fahrzeugs, an dem das Reservoir angeordnet ist, und/oder eines Signals eines Feuchtigkeitssensors geöffnet oder geschlossen werden.The at least one line can advantageously be connected to the reservoir containing the respective liquid at a number of positions. The positions should be distributed over the circumference and/or arranged in several planes in relation to a longitudinal axis of the reservoir, so that it can be ensured that liquid can be supplied from the reservoir to the open-porous structure even with the most different angles of inclination, acting accelerations and filling levels . A valve to prevent air from being sucked into the at least one line is particularly preferably arranged in the connection area of the at least one line at the positions on the reservoir, for example in partial lines that open into the at least one line. The respective valves can be opened or closed depending on an acting direction-dependent acceleration, an inclination angle of the reservoir or of a vehicle on which the reservoir is arranged, and/or a signal from a moisture sensor.

Mehrere Düsen und/oder Öffnungen mindestens einer Düse oder mehrere Austrittsöffnungen der Leitung sollten so angeordnet und ausgerichtet sein, dass Flüssigkeit jeweils auf unterschiedliche Bereiche der offenporösen Struktur auftrifft. Allein oder zusätzlich kann die jeweilige Flüssigkeit auch in unterschiedlich angeordnete Poren innerhalb der offenporösen Struktur eindringen. Dabei kann die Flüssigkeit durch Kapillarkraftwirkung innerhalb der offenporösen Struktur verteilt werden und in Bereiche der offenporösen Struktur gelangen, in denen eine Verdampfung der Flüssigkeit erreicht werden kann und der gebildete Dampf aus dem Gehäuse dann entweichen kann.Several nozzles and/or openings of at least one nozzle or several outlet openings of the line should be arranged and aligned in such a way that liquid impinges on different areas of the open-pored structure. Alone or in addition, the respective liquid can also penetrate into differently arranged pores within the open-pored structure. The liquid can be distributed within the open-pored structure by the effect of capillary force and reach areas of the open-pored structure in which the liquid can be evaporated and the vapor formed can then escape from the housing.

Nach dem Auftreffen der Flüssigkeit kann die Flüssigkeit in Poren der offenporösen Struktur mittels Wirkung von Kapillarkräften, wie aus DE 102016 223 023 A1 bekannt, in Poren eindringen und an der Oberfläche der offenporösen Struktur verdampfen.After the impact of the liquid, the liquid can in pores of the open-porous structure by means of capillary forces, such as from DE 102016 223 023 A1 known to penetrate into pores and evaporate on the surface of the open-porous structure.

Bereiche der offenporösen Struktur können aus unterschiedlichen Werkstoffen mit jeweils unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, thermischer Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichem Absorptionsvermögen für elektromagnetische Strahlung gebildet sein. Dadurch können an jeweiligen Bereichen einer offenporösen Struktur unterschiedliche Temperaturen zu gleichen Zeiten eingehalten werden. So können Bereiche, die nicht auf sehr hohe Temperaturen erwärmt worden sind, beispielsweise als Träger oder Stütze für die offenporöse Struktur im Gehäuse dienen.Areas of the open-pored structure can be made of different materials, each with different electrical conductivity, thermal conductivity and/or different absorp tion capacity for electromagnetic radiation. As a result, different temperatures can be maintained at the same time in the respective areas of an open-porous structure. For example, areas that have not been heated to very high temperatures can serve as a carrier or support for the open-pored structure in the housing.

Bereiche der offenporösen Struktur können unterschiedliche Oberflächen aufweisen, die eine unterschiedliche Benetzbarkeit durch die jeweilige Flüssigkeit, erkennbar an einem unterschiedlich großen Benetzungswinkel, aufweisen. Allein oder zusätzlich dazu können innerhalb der offenporösen Struktur Bereiche mit jeweils unterschiedlicher Porosität und/oder Porengröße vorhanden sein. Unterschiedliche Benetzungswinkel kann man beispielsweise durch geeignete Oberflächenbeschichtungen erreichen. Mit dieser/diesen Maßnahme(n) kann man unterschiedliche Mengen an zu verdampfender Flüssigkeit zu oder in Bereiche der offenporösen Struktur fördern und je nach lokal erreichter Temperatur der offenporösen Struktur den Verdampfungsprozess beeinflussen. Man kann so auch die Menge an gebildetem Dampf beeinflussen. Bereiche der offenporösen Struktur können auch als Puffer bzw. Zwischenspeicher genutzt werden, um eventuelle Schwankungen in der Zuleitung und ggf. Zuführung von Flüssigkeit auszugleichen, so dass immer ausreichend Flüssigkeit für eine Verdampfung in dafür geeigneten Bereichen vorhanden ist, wenn sie dort gebraucht wird.Regions of the open-pored structure can have different surfaces, which have different wettability by the respective liquid, recognizable by a different wetting angle. Alone or in addition to this, areas with different porosity and/or pore sizes can be present within the open-pored structure. Different wetting angles can be achieved, for example, with suitable surface coatings. With this/these measure(s), different amounts of liquid to be evaporated can be conveyed to or into areas of the open-pored structure and the evaporation process can be influenced depending on the locally reached temperature of the open-pored structure. You can also influence the amount of vapor formed. Areas of the open-pored structure can also be used as a buffer or intermediate store in order to compensate for any fluctuations in the supply line and possibly the supply of liquid, so that there is always sufficient liquid for evaporation in suitable areas when it is needed there.

Andere Bereiche, die die Siedetemperatur der jeweiligen Flüssigkeit nicht erreichen, können zur Vorwärmung der Flüssigkeit genutzt werden, wenn sie infolge wirkender Kapillarkräfte aus Poren in Bereiche der offenporösen Struktur gelangen, die die Siedetemperatur erreicht oder überschritten haben.Other areas that do not reach the boiling temperature of the respective liquid can be used to preheat the liquid if, as a result of capillary forces acting, they reach areas of the open-pored structure from pores that have reached or exceeded the boiling temperature.

Solche offenporöse Strukturen können beispielsweise aus Cermets gebildet sein, deren Zusammensetzung auch lokal definiert differenziert sein kann. So können Bereiche unterschiedlicher elektrischer und/oder thermischer Leitfähigkeit erreicht werden. Es können auch Verbundmaterialien, bei denen beispielsweise Bereiche mit Metall und Bereiche mit Keramik gebildet sind, vorgesehen sein.Such open-pored structures can be formed, for example, from cermets, the composition of which can also be differentiated in a locally defined manner. In this way, areas of different electrical and/or thermal conductivity can be achieved. Composite materials, in which areas are formed with metal and areas with ceramic, for example, can also be provided.

Es können auch rein keramische Werkstoffe eine offenporöse Struktur bilden. Dabei kann keramischer Werkstoff eingesetzt werden, der elektrisch leitend ist. Die elektrische Leitfähigkeit kann durch den Anteil einer elektrisch leitenden Komponente im keramischen Werkstoff bestimmt werden. Dies kann bei SiC insbesondere der Kohlenstoffanteil sein. Man kann aber auch eine elektrisch nichtleitende Keramik, wie z.B. SiAION oder AIN mit einer elektrisch leitenden Keramik, insbesondere einem Silizid mischen und die elektrische Leitfähigkeit über den Anteil an elektrisch leitendem Werkstoff definieren. Alternativ kann der poröse Werkstoff mittels einer externen Heizquelle beheizt werden.Purely ceramic materials can also form an open-pored structure. In this case, ceramic material can be used which is electrically conductive. The electrical conductivity can be determined by the proportion of an electrically conductive component in the ceramic material. In the case of SiC, this can be the carbon content in particular. However, it is also possible to mix an electrically non-conductive ceramic, such as SiAlON or AlN, with an electrically conductive ceramic, in particular a silicide, and define the electrical conductivity via the proportion of electrically conductive material. Alternatively, the porous material can be heated using an external heat source.

Mit der Erfindung wird die zu verdampfende Flüssigkeit nicht mehr direkt aus einem Reservoir in die offenporöse Struktur aufgenommen, sondern aus einem separaten, nicht mit der offenporösen metallischen Struktur in Berührung stehendem Flüssigkeitsreservoir zugeführt und mittels mindestens einer Düse oder mindestens einer Austrittsöffnung der Leitung auf die Oberfläche der Struktur aufgebracht. Die über die mindestens eine Düse oder mindestens eine Austrittsöffnung aufgebrachte Flüssigkeit kann dabei aufgrund der Kapillarkräfte von der offenporösen Struktur aufgenommen und in der Struktur verteilt werden. Durch geeignete Wahl der Anzahl, Anordnung und Gestaltung der Düse(n) oder Austrittsöffnung(en) sowie des Flüssigkeitsdrucks kann die Flüssigkeitsmenge, die durch Verdampfung aus der offenporösen Struktur entweicht, kontinuierlich ersetzt werden. Ohne direkten Kontakt zu einem lageveränderlichen Reservoir können die oben geschilderten Situationen (1) bis (3) bei Neigung, Bewegung, niedriger Gravitationskraft etc. der Vorrichtung nicht eintreten. Dadurch eröffnen sich neue Anwendungsmöglichkeiten für eine Flüssigkeitsverdampfung.With the invention, the liquid to be evaporated is no longer taken directly from a reservoir into the open-porous structure, but is fed from a separate liquid reservoir that is not in contact with the open-porous metallic structure and is applied to the surface by means of at least one nozzle or at least one outlet opening of the line applied to the structure. The liquid applied via the at least one nozzle or at least one outlet opening can be taken up by the open-pored structure and distributed in the structure due to the capillary forces. By suitably selecting the number, arrangement and design of the nozzle(s) or outlet opening(s) and the liquid pressure, the amount of liquid that escapes from the open-pored structure through evaporation can be continuously replaced. Without direct contact to a reservoir that can change position, the above-described situations (1) to (3) cannot occur with inclination, movement, low gravitational force, etc. of the device. This opens up new application possibilities for liquid evaporation.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below by way of example.

Dabei zeigt:

1 in schematischer Form ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

It shows:

1 in schematic form an example of a device according to the invention.

Bei diesem Beispiel ist eine metallische offenporöse Struktur 1 in einem Gehäuse 8 angeordnet. Über mindestens eine Leitung 3, die in eine Düse 2 mit bei diesem Beispiel mehreren Öffnungen mündet, wird die zu verdampfende Flüssigkeit aus dem Reservoir 4 zugeführt, indem die Flüssigkeit aus dem separaten, nicht mit der offenporösen Struktur 1 in Berührung stehendem Reservoir 4 mittels einer Pumpe oder eines Verdichters 5 gefördert wird. Bei diesem Beispiel ist lediglich eine Düse 2 vorhanden. Mit der Düse 2 kann über mehrere Austrittsöffnungen verteilt Flüssigkeit auf Oberflächenbereiche der offenporösen Struktur 1 gesprüht werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, mehrere Düsen einzusetzen, die dann Flüssigkeit aus verschiedenen Richtungen auf Oberflächenbereiche der offenporösen Struktur 1 sprühen.In this example, a metallic, open-pored structure 1 is arranged in a housing 8 . Via at least one line 3, which opens into a nozzle 2 with a plurality of openings in this example, the liquid to be evaporated is supplied from the reservoir 4 by the liquid from the separate reservoir 4 not in contact with the open-porous structure 1 by means of a Pump or a compressor 5 is funded. Only one nozzle 2 is present in this example. The nozzle 2 can be used to spray liquid onto surface areas of the open-pored structure 1 via a plurality of outlet openings. However, there is also the possibility of using a plurality of nozzles, which then spray liquid from different directions onto the surface areas of the open-pored structure 1 .

Die Regelung der Zuführung und Überwachung einer ausreichenden zugeführten Flüssigkeitsmenge durch die mindestens eine Leitung 3 kann mittels eines Durchflussmengenmessers und/oder eines Drucksensors 6 geregelt erfolgen. Die offenporöse metallische Struktur 1 ist mit einer Heizeinrichtung verbunden oder als Heizeinrichtung ausgebildet. Dabei kann die Heizeinrichtung, wie in diesem Beispiel, als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sein, bei der elektrisch leitende Bereiche der offenporösen Struktur 1 an eine elektrische Spannungsquelle, die bevorzugt regelbar ist, angeschlossen sind. Die Regelung kann in Abhängigkeit von der jeweils erforderlichen Dampfmenge und/oder dem Volumenstrom an zu verdampfender Flüssigkeit erfolgen.The regulation of the supply and monitoring of a sufficient amount of liquid supplied through the at least one line 3 can be regulated by means of a flow meter and/or a pressure sensor 6 . The open-pored metallic structure 1 is connected to a heating device or designed as a heating device. In this case, the heating device, as in this example, can be designed as an electrical resistance heater, in which electrically conductive areas of the open-pored structure 1 are connected to an electrical voltage source, which is preferably controllable. The regulation can take place depending on the amount of vapor required in each case and/or the volume flow of liquid to be evaporated.

Gebildeter Dampf kann durch eine Öffnung im Gehäuse 8 austreten und einer Nutzung zugeführt werden, wie dies mit dem Pfeil angedeutet ist.Steam that is formed can escape through an opening in the housing 8 and be put to use, as indicated by the arrow.

Bei der offenporösen Struktur 1 sind die Öffnungen von Poren in einer Weise gebildet, dass durch sie die auf der Oberfläche auftreffende Flüssigkeit aufgenommen und innerhalb der offenporösen Struktur 1 verteilt werden kann. Die offenporöse Struktur 1 sollte außerdem so ausgebildet sein, dass bei Lageveränderungen und Bewegungen der größte Teil der aufgenommenen Flüssigkeit in der offenporösen Struktur 1 gehalten wird und nicht unter Einwirkung der Gravitationskraft oder im Zuge der Beschleunigung bei einer Bewegung der offenporösen Struktur 1 aus der offenporösen Struktur 1 herausfließen kann. Die offenporöse Struktur 1 kann elektrisch leitend sein und sollte eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 10.000 S/m aufweisen, wenn sie direkt als Heizeinrichtung fungieren soll. Die offenporöse Struktur 1 kann so ausgebildet sein, dass ihr elektrischer Widerstand bei direktem elektrischem Stromfluss eine ausreichende Erwärmung bewirkt, um die jeweilige Flüssigkeit zu verdampfen. Die Struktur kann aus einem Heizleitermaterial wie z.B. einer Fe-Cr-Al-Legierung (z.B. Kanthal) oder einer Ni-Cr-Legierung gebildet sein.In the open-pored structure 1, the openings of pores are formed in such a way that the liquid impinging on the surface can be absorbed and distributed within the open-pored structure 1 through them. The open-pored structure 1 should also be designed in such a way that the majority of the absorbed liquid is held in the open-pored structure 1 during changes in position and movements and not under the influence of gravitational force or in the course of acceleration when the open-pored structure 1 moves out of the open-pored structure 1 can flow out. The open-pored structure 1 can be electrically conductive and should have an electrical conductivity of at least 10,000 S/m if it is to function directly as a heating device. The open-pored structure 1 can be designed in such a way that its electrical resistance causes sufficient heating in the event of a direct electrical current flow in order to vaporize the respective liquid. The structure may be formed from a heating conductor material such as an Fe-Cr-Al alloy (e.g. Kanthal) or a Ni-Cr alloy.

Die mindestens eine Düse 2 sollte in Bezug auf eine Oberfläche der offenporösen Struktur 1 so positioniert und ausgerichtet sein, dass die aus der mindestens einen Öffnung der Düse 2 ausgestoßene Flüssigkeit aus dem Reservoir 4 auf die Oberfläche der offenporösen Struktur 1 auftrifft und dort über die Öffnungen in Poren der offenporösen Struktur 1 aufgenommen wird. In Abhängigkeit von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung können die Anzahl der Düsen 2, deren Anordnung und die Anzahl der Öffnungen der Düsen 2 in Bezug auf die Oberfläche der offenporösen Struktur 1 variiert werden, um beispielsweise in unterschiedlichen Achsrichtungen wirkenden Beschleunigungen oder Neigungswinkeln gerecht zu werden, so dass Flüssigkeit die jeweils geeigneten Bereiche der Oberfläche der offenporösen Struktur 1 nach dem Austritt aus Öffnungen mindestens einer Düse erreicht, in denen die Flüssigkeit in Poren aufgenommen werden und verdampfen kann. Ebenso kann die Gestaltung der Düse(n) 2 und/oder ihrer Öffnung(en) (z.B. Querschnittsfläche des Austritts, Form des Austrittsquerschnitts) entsprechend den Anforderungen variiert bzw. angepasst werden.The at least one nozzle 2 should be positioned and aligned with respect to a surface of the open-pored structure 1 such that the liquid ejected from the at least one opening of the nozzle 2 from the reservoir 4 impinges on the surface of the open-pored structure 1 and there via the openings is received in pores of the open-porous structure 1. Depending on the requirements of the respective application, the number of nozzles 2, their arrangement and the number of openings of the nozzles 2 in relation to the surface of the open-porous structure 1 can be varied, for example in order to do justice to accelerations or angles of inclination acting in different axial directions. so that liquid reaches the respective suitable areas of the surface of the open-porous structure 1 after emerging from openings of at least one nozzle, in which the liquid can be absorbed in pores and evaporate. Likewise, the design of the nozzle(s) 2 and/or its opening(s) (e.g. cross-sectional area of the outlet, shape of the outlet cross-section) can be varied or adapted according to the requirements.

Es sollte ein Reservoir 4, in dem Flüssigkeit in ausreichender Menge vorgehalten ist, vorhanden sein, das nicht direkt in Berührung mit der offenporösen Struktur 1 steht und mit der/den Düse(n) 2 über jeweils mindestens eine Leitung 3 in Verbindung steht. Es kann sich dabei um ein separates Reservoir 4 handeln, dass sich innerhalb eines Gerätes befindet, zu dem auch die offenporöse Struktur 1 gehört. Es kann sich weiterhin um ein externes Reservoir 4 handeln, das über die mindestens eine Leitung 3 mit dem Gehäuse 8 verbunden ist, in dem die offenporöse Struktur 1 angeordnet ist. Ebenso kann es sich um ein externes Leitungssystem handeln, aus dem Flüssigkeit kontinuierlich über mindestens eine Leitung 3 dem Gehäuseinneren, in dem die offenporöse Struktur 1 angeordnet ist, zugeführt wird. Die Flüssigkeit wird aus dem Reservoir 4 mittels einer Pumpe oder eines Verdichters 5 zu der/den Düse(n) 2 geleitet. Das Reservoir 4 ist entsprechend der Anforderungen des Einsatzfalls so aufgebaut, dass unabhängig von den auftretenden Neigungen, Drehungen, Bewegungen etc. eine zeitlich konstante Förderung einer vorgegebenen Menge an Flüssigkeit zu der/den Düse(n) 2 möglich ist.There should be a reservoir 4 in which a sufficient amount of liquid is stored, which is not in direct contact with the open-porous structure 1 and is connected to the nozzle(s) 2 via at least one line 3 each. This can be a separate reservoir 4 that is located within a device to which the open-pored structure 1 also belongs. It can also be an external reservoir 4 which is connected via the at least one line 3 to the housing 8 in which the open-pored structure 1 is arranged. It can also be an external line system from which liquid is fed continuously via at least one line 3 to the interior of the housing in which the open-pored structure 1 is arranged. The liquid is fed from the reservoir 4 to the nozzle(s) 2 by means of a pump or a compressor 5 . The reservoir 4 is constructed in accordance with the requirements of the application in such a way that, independently of the inclinations, rotations, movements etc. that occur, a predetermined quantity of liquid can be conveyed to the nozzle(s) 2 at a constant rate over time.

Die Pumpe oder ein Verdichter 5 fördert die zu verdampfende Flüssigkeit aus dem Reservoir 4 zu der/den Düse(n) 2. Der Volumenstrom und der Flüssigkeitsdruck können auf die von der offenporösen Struktur 1 bei Beheizung zu verdampfende Flüssigkeitsmenge abgestimmt werden. Der Flüssigkeitsdruck kann so eingestellt werden, dass die Flüssigkeit gegen den Innendruck in dem Gehäuse 8, in dem sich die offenporöse Struktur 1 befindet, ausgestoßen wird und die Oberfläche der offenporösen Struktur 1 erreicht.The pump or a compressor 5 conveys the liquid to be evaporated from the reservoir 4 to the nozzle(s) 2. The volume flow and the liquid pressure can be matched to the amount of liquid to be evaporated from the open-porous structure 1 when heated. The liquid pressure can be adjusted in such a way that the liquid is ejected against the internal pressure in the housing 8 in which the open-pored structure 1 is located and reaches the surface of the open-pored structure 1 .

Vorteilhaft kann in der Leitung 3 zwischen dem Reservoir 4 und der mindestens einen Düse 2 ein Durchflussmengenmesser oder Drucksensor 6 installiert sein. Dadurch kann eine Überwachung und Regelung der zugeführten Flüssigkeitsmenge vorgenommen werden. Bei Registrierung einer zu geringen Durchflussmenge kann eine Abschaltung der Heizeinrichtung veranlasst werden, um die offenporöse Struktur 1 vor Überhitzung und Beschädigung zu schützen.A flow meter or pressure sensor 6 can advantageously be installed in the line 3 between the reservoir 4 and the at least one nozzle 2 . As a result, the amount of liquid supplied can be monitored and regulated. If the flow rate is too low, the heating device can be switched off in order to protect the open-pored structure 1 from overheating and damage.

Die Heizeinrichtung kann auch mit der offenporösen metallischen Struktur 1 verbunden sein und zur Erwärmung zumindest eines Bereichs der offenporösen Struktur 1 dienen, so dass die von der offenporösen Struktur 1 aufgenommene Flüssigkeit auf Siedetemperatur erwärmt und verdampft wird. Bevorzugt kann lediglich ein Bereich der offenporösen Struktur 1 erwärmt werden, in dem zwischen zwei Kontaktstellen elektrischer Strom durch die offenporöse Struktur 1 geleitet wird, so dass Joule'sche Wärme freigesetzt wird.The heating device can also be connected to the open-porous metallic structure 1 and can be used to heat at least one area of the open-porous structure 1, so that the liquid absorbed by the open-porous structure 1 Boiling temperature is heated and evaporated. Preferably, only one area of the open-pored structure 1 can be heated by conducting electric current through the open-pored structure 1 between two contact points, so that Joule heat is released.

Bei dem gezeigten Beispiel verzweigt sich die Leitung 3 in Richtung Reservoir 4, so dass Teilleitungen der Verzweigung zu Anschlüssen, die an verschiedenen Positionen 7.1, 7.2, 7.3, ...., 7.8 des Reservoirs 4 angeordnet sind, geführt sind. Die Positionen können dabei über den Umfang des Reservoirs 4 verteilt, beispielsweise in Winkelabständen von 30°, 45° oder 60° angeordnet sein. Es kann auch eine Anordnung der Positionen 7.1, 7.2, 7.3, ...., 7.8 in verschiedenen Ebenen in Bezug zu einer Längsachse des Reservoirs 4 gewählt werden. Dadurch kann gesichert werden, dass in zumindest nahezu jedem Betriebszustand, also auch bei starker Neigung oder Beschleunigung, Flüssigkeit zu der/den Düse(n) 2 gefördert werden kann.In the example shown, the line 3 branches in the direction of the reservoir 4, so that partial lines of the branching are routed to connections that are arranged at different positions 7.1, 7.2, 7.3, . . . , 7.8 of the reservoir 4. The positions can be distributed over the circumference of the reservoir 4, for example arranged at angular intervals of 30°, 45° or 60°. An arrangement of the positions 7.1, 7.2, 7.3, . . . , 7.8 in different planes in relation to a longitudinal axis of the reservoir 4 can also be chosen. In this way it can be ensured that liquid can be conveyed to the nozzle(s) 2 in at least almost every operating state, ie even in the event of a strong incline or acceleration.

Wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits angesprochen, können an den Anschlüssen an den verschiedenen Positionen 7.1, 7.2, 7.3, ...., 7.8 jeweils Ventile (nicht gezeigt) in die Teilleitungen geschaltet sein, um ein Ansaugen von Luft zu vermeiden.As already mentioned in the general part of the description, valves (not shown) can be switched into the partial lines at the connections at the various positions 7.1, 7.2, 7.3, . . . , 7.8 in order to prevent air from being sucked in.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102016223023 [0002]
DE 102016223023 A1 [0018]

Claims

Device for evaporating a liquid, in which an open-pored structure (1) is arranged in a housing (8) and the open-pored structure (1) is designed at least in regions as a heating device or the open-pored structure (1) or regions of the open-pored structure (1) or regions of the open-pored Structure (1) can be heated to a temperature which corresponds at least to the boiling point of the respective liquid and the respective liquid is accommodated in a reservoir (4) arranged outside the housing (8) in an amount which enables continuous evaporation of liquid during operation of the device, wherein the reservoir is connected to the housing (8) via at least one line (3) for liquid and a valve and/or a pump or a compressor (5) is/are arranged in the at least one line (3) and the at least one line (3) opens into at least one opening of at least one nozzle (2) or at least one outlet opening and the at least one nozzle (2), whose opening(s) and/or the at least one outlet opening of the line (3) is/are arranged in such a way, that liquid impinges on surface areas of the open-pored structure (1) and/or enters pores of the open-pored structure (1) when liquid flows through the at least one line (3).

device after claim 1 , characterized in that the open-pored structure (1) is formed from or with an electrically conductive material, in particular a metal.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the open-pored structure (1) is connected to at least one electrical voltage source and at least one area of the open-pored structure (1) forms an electrical resistance heater or a heating device is arranged in or on the housing such that the open-porous structure (1) can be heated by means of thermal conduction and/or thermal radiation.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a flow rate meter and/or a pressure sensor (6) is/are integrated into the at least one line, with the measurement signal(s) thereof preferably being used to control the valve and/or the pump or of the compressor (5) can be reached.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one line is connected to the reservoir (4) containing the respective liquid at a number of positions (7.1, 7.2, 7.3, ...., 7.8), the positions (7.1 , 7.2, 7.3, ...., 7.8) distributed over the circumference and/or arranged in several levels.

Device according to the preceding claim, characterized in that in the connection area of the at least one line (3) at the positions (7.1, 7.2, 7.3, ...., 7.8) in each case a 7.1, 7.2, 7.3, ...., 7.8 Valve for preventing air from being sucked into the at least one line (3) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of nozzles (2), openings of at least one nozzle (2) and/or outlet openings of the line (3) are arranged and aligned in such a way that liquid is directed onto different areas of the open-porous structure (1st ) strikes and/or penetrates into differently arranged pores within the open-pored structure (1).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that regions of the open-pored structure (1) are formed from different materials, each with different electrical conductivity, thermal conductivity and/or different absorption capacity for electromagnetic radiation.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that areas of the open-pored structure (1) have different surfaces which have a different wetting angle for the respective liquid and/or areas within the open-pored structure (1) each having a different porosity and/or pore size available.