DE202022001285U1

DE202022001285U1 - Photovoltaic device for watering plants

Info

Publication number: DE202022001285U1
Application number: DE202022001285.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2032-06-01

Abstract

Photovoltaisch betriebene Vorrichtung zur Bewässerung von Pflanzen durch Kondensation von Luftfeuchtigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass ein Solarmodul und darunter ein unterseitig offener Kondensor auf einem Spieß angeordnet sind, der im Boden steckt,

Photovoltaically operated device for watering plants by condensing atmospheric moisture, characterized in that a solar module and, underneath, a condenser that is open on the underside are arranged on a spike that is stuck in the ground,

Description

Solarzellen kühlen via Mini-Kompressor oder Peltierelement einen Spiralförmigen Wärmetauscher, an dem sich Kondenswasser abschlägt und zur Bewässerung abtropft.Solar cells cool a spiral-shaped heat exchanger via a mini-compressor or Peltier element, on which condensed water flakes off and drips off for irrigation.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Pflanzen brauchen zum Wachstum stets Wasser. In ariden Zonen ist dazu deshalb Bewässerung erforderlich, der Wasservorrat dafür ist aber oft begrenzt.Plants always need water to grow. Irrigation is therefore necessary in arid zones, but the water supply for this is often limited.

Jedoch enthält die Luft oft einen ausreichendhohen Wasseranteil, der aber nur von wenigen Pflanzen nutzbar ist.However, the air often contains a sufficiently high proportion of water, which can only be used by a few plants.

AUFGABENSTELLUNGTASK

Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, die Luftfeuchtigkeit in Form von Kondenswasser zu gewinnen und dieses den Pflanzen zuzuführen.The object of the present invention is therefore to win the humidity in the form of condensed water and supply this to the plants.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die grundlegende Idee ist nicht neu, konnte bisher aber nicht effizient eingesetzt werden:

So beschreibt schon US 4.315.599A eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Bewässerung von Pflanzen. Selektiv nach Wasserbedarf wird Wasserdampf aus der Luft auf einem gekühlten Kondensationselement abgeschieden. Die gewonnene Feuchtigkeit wird zur Versorgung der Vegetation genutzt.

The basic idea is not new, but so far it has not been possible to use it efficiently:

So already describes U.S. 4,315,599A a device and a method for the automatic watering of plants. Depending on the water requirement, water vapor is separated from the air on a cooled condensation element. The moisture obtained is used to supply the vegetation.

Der Strombedarf für dieses System erwies sich jedoch als hoch und die Zuleitungen dafür bei entfernten Feldern als aufwendig.However, the power requirement for this system proved to be high and the supply lines for distant fields expensive.

Auch EP2397030B1 zeigt ein System und Verfahren zur Bewässerung mit „atmosphärischem Wasser“ auf. Dazu soll eine „elektrokalorische Kondensatoreinheit“ Wasserdampf zu flüssigem Wasser umwandeln. Dies soll in Abstimmung mit mehreren gemessenen Daten wie Lufttemperatur und Taupunkt geschehen. Das Wasser wird in einem Tankbehälter gespeichert, der seinen Inhalt nach Bedarf an eine oder mehrere Pflanzen abgibt. Auch weist die Vorrichtung Messgeräte zur Schätzung der Bodenfeuchtigkeit auf, um einen etwaigen Bedarf an Wasser abzuschätzen.Also EP2397030B1 shows a system and method for irrigation with "atmospheric water". For this purpose, an "electrocaloric condenser unit" is to convert water vapor into liquid water. This should be done in coordination with several measured data such as air temperature and dew point. The water is stored in a tank that releases its contents to one or more plants as needed. The device also has measuring devices for estimating the soil moisture in order to estimate any need for water.

Bei diesem und dem ihm vorangehenden Vorschlag soll der Betrieb offenbar aus dem öffentlichen Stromnetz gespeist werden. Dies ist jedoch im Haupt-Einsatzgebiet der Systemeden ariden Zonen der 3. Welt - teuer und die Versorgung unsicher.With this and the previous proposal, the operation should apparently be fed from the public power grid. However, this is in the main area of application of the systems in the arid zones of the 3rd world - expensive and the supply is uncertain.

DE102013217286A1 beschreibt eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus. Als weiterführende Funktion weist der Wärmetauscher eine Verbindung mit einem Bewässerungssystem auf, über das entstehende Kondensatflüssigkeit ablaufen und Pflanzen bewässern kann. DE102013217286A1 describes a heat exchanger device for a greenhouse. As a further function, the heat exchanger has a connection to an irrigation system, through which the condensate liquid can drain and water plants.

DE102017109658A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Gewinnen von Wasser aus der Umgebungsatmosphäre. Ein kalter Kondensator entfeuchtet Luft und sammelt somit Wasser. Für eine aktive Kühlung weist die Vorrichtung mehrere Kühlelemente auf. Der Kondensator umfasst einen Rotor, dessen Rotorblätter aus offenporigem Metallschaum bestehen und damit eine große Wärmeaustauschfläche aufweisen.. Diese umfassend ist ein Wasserauffangbehälter angeordnet, um das gewonnene Wasser aus der Luftentfeuchtung zu speichern. DE102017109658A1 describes an apparatus for extracting water from the surrounding atmosphere. A cold condenser dehumidifies air and thus collects water. The device has a number of cooling elements for active cooling. The condenser includes a rotor, the rotor blades of which are made of open-pored metal foam and thus have a large heat exchange surface.

Die Herkunft der dafür benötigten Energie wird aus Solar-und Windstrom beschrieben, aber nicht näher ausgeführt. Die höhere Abscheideleistung des Gebildes wird nicht nur mit der größeren effektiven Oberfläche begründet, sondern auch mit dem Schleudereffekt der Rotoren, der das auf ihnen kondensierte Wasser effizienter nach außen ableitet.The origin of the energy required for this is described from solar and wind power, but not explained in detail. The higher separation efficiency of the structure is not only justified by the larger effective surface, but also by the centrifugal effect of the rotors, which more efficiently drains the water that has condensed on them to the outside.

Auch DE3830647A1 beschreibt Wassergewinnung aus der natürlichen Luftfeuchte zum Pflanzenbau, zur Tierzucht, und für den menschlichen Bedarf. Mithilfe einer Kondensationseinrichtung, die durch Peltierelemente, Gas-, Adsorber- oder Kompressoraggregate gekühlt wird, soll der Luft Feuchtigkeit entzogen werden. Die Vorrichtung wird so positioniert, dass gewonnenes Wasser abfließen kann. Die Vorrichtung soll mit Solargeneratoren betrieben werden können, die offenbar getrennt davon errichtet werdensollen.Also DE3830647A1 describes water extraction from the natural humidity of the air for plant cultivation, animal husbandry and for human needs. With the help of a condensation device, which is cooled by Peltier elements, gas, adsorber or compressor units, moisture is to be removed from the air. The device is positioned in such a way that the water obtained can drain off. The device is said to be able to be operated with solar generators, which are apparently to be built separately from it.

US4315599A beschreibt Vorrichtung und Verfahren zur automatischen Bewässerung von Pflanzen. Selektiv nach Wasserbedarf wird Wasserdampf aus der Luft auf einem gekühlten Kondensationselement kondensiert. Die gewonnene Feuchtigkeit wird zur Versorgung der Vegetation genutzt. US4315599A describes apparatus and methods for automatically watering plants. Depending on the water requirement, water vapor from the air is condensed on a cooled condensation element. The moisture obtained is used to supply the vegetation.

AUFGABENSTELLUNGTASK

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher, die Bewässerung von Pflanzen in situ und ohne Zuführung von Kraftwerksenergie zu bewerkstelligen.The object of the present invention is therefore to water plants in situ and without supplying power plant energy.

ERFINDERISCHER SCHRITTINVENTIVE STEP

Während es bei den Vorerfindungen durchwegs Kosten- und Effizenzprobleme vorherrschen, die eine erfolgreiche großflächige Implementierung bisher verhinderten, sollen diese Hindernisse in der vorliegenden Erfindung durch folgende erfinderische Schritte gelöst werden:

Durch die Nutzung eines einfachen, aber effizienten Kondensors als waagrechtes liegendes Spiralrohr V-fömigen Querschnitts, bei dem die nach unten gerichtete Spitze als Abtropfkante wirkt, von der Tautropfen über eine in den Einzugsbereich des Wurzelwerks der Pflanzen fallen, wahlweise auch über eine Auffangvorrichtung in einen Ableitungsschlauch zu einem Reservoir oder in das Wurzelwerk geleitet.

While the prior inventions consistently suffer from cost and efficiency issues that have prevented successful large-scale implementation, the present invention seeks to overcome these barriers through the following inventive steps:

By using a simple but efficient condenser as a horizontal spiral tube with a V-shaped cross-section, where the downward pointing tip acts as a drip edge, from which dewdrops fall over a into the catchment area of the roots of the plants, optionally also over a collecting device into a Drain hose routed to a reservoir or into the root system.

Durchfluss eines Transfermediums, das in einer ersten Ausführung von der Unterseite eines Peltier-Elements gekühlt wird, das auf der Spirale angeordnet und von einer distal darüber angeordneten Solarzelle mit Energie versorgt wird.Flow of a transfer medium, which in a first embodiment is cooled by the underside of a Peltier element arranged on the spiral and powered by a solar cell arranged distally above.

In einer effizienteren, aber aufwendigeren Ausführung bedient die Solarzelle einen Miniatur-Kühlkompressor mit ringförmig unter die Solarzelle angeordneten Wärmetauscher, dessen Kühlflüssigkeit mit einer ebenfalls durch die Solarzelle betriebenen Kühlmittelpumpe durch die Kondensationsspirale geleitet wird.In a more efficient but more complex version, the solar cell operates a miniature refrigeration compressor with a heat exchanger arranged in a ring under the solar cell.

Die Kühlspirale wird mit einer Temperatur betrieben, die etwas unterhalb des Taupunkts der Umgebungsluft liegt, sie kühlt ebenfalls einen waagrecht angeordneten Wärmetauscher aus V-förmigen Spiralrohr mit Kante zum direktem Abtropfen in den Boden. Ggf. wird das Tropfwasser in einen Behälter aufgefangen und von einer solarelektrisch betriebenen Pumpe in ein System zur Tröpfchenbewässerung gepumpt.The cooling spiral operates at a temperature slightly below the dew point of the ambient air, it also cools a horizontally arranged heat exchanger made of V-shaped spiral tube with edge for direct dripping into the ground. If necessary, the dripping water is collected in a container and pumped into a drip irrigation system by a solar-electric pump.

Figurenlistecharacter list

1 shows the device (1), consisting of the solar panel (2), the condenser element (4), the Peltier element (3), the condensate drain pipe (5), the collecting device (8) and a spear (6).
2 shows the elements 1 : Solar panel (2), condenser element (4), Peltier element (3), condensate drain line (5), spike (6) and collector (8) in side view.
3 shows the cross section of the capacitor element (3) with the double drip edge (7).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US4315599A [0005, 0013]
EP 2397030 B1 [0007]
DE 102013217286 A1 [0009]
DE 102017109658 A1 [0010]
DE 3830647 A1 [0012]

Claims

Photovoltaically operated device for watering plants by condensing atmospheric moisture, characterized in that a solar module and underneath a condenser that is open on the underside are arranged on a spike that is stuck in the ground,

Photovoltaic device for watering plants by condensing humidity claim 1 , characterized in that the condenser consists of a cooling coil whose coil has a triangular cross-section, the central axis of the triangle being inclined by 15 to 25°.

Photovoltaic device for watering plants claim 1 and 2 , characterized in that the cooling coil is filled as a heat pipe with an automatically circulating medium.

Photovoltaic device for watering plants claim 1 and 2 , characterized in that the flat top of the spiral (the hypotenuses of the cross-sections) forms a perforated surface on which the cooling side of a Peltier element is arranged in the compressed center of the spiral.

Photovoltaically operated device for watering plants according to one or more of the preceding claims, characterized in that the tips of the cross-section triangles point towards the ground and serve as a drip edge.

Photovoltaic-powered device for watering plants according to one or more of the preceding claims, characterized in that the spiral progressively widens outwards so that rising air can pass between the coil.

Photovoltaically operated device for watering plants according to one or more of the preceding claims, characterized in that a shell arranged distally to the underside of the snake collects the condensed water and drains it through the hollow spike into the ground.