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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung mit einem ersten Rohrelement für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der Druckschrift
WO 2011/070120 A1 ist eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Dabei weist die Vorrichtung ein erstes und ein zweites Rohrelement auf, wobei das zweite Rohrelement als innenliegendes zweites Rohrelement in dem ersten Rohrelement angeordnet ist. Durch die Anordnung des zweiten Rohrelementes in dem ersten Rohrelement werden dadurch zwei Kanäle ausgebildet. Das innenliegende zweite Rohrelement ist dabei ein thermoelektrisches Rohrelement wodurch bei Anlegen einer elektrischen Energie an das thermoelektrische Rohrelement Wärme von dem ersten Kanal zu dem zweiten Kanal geführt werden kann. Als nachteilig hat sich allerdings herausgestellt, dass die räumlich-körperliche Ausdehnung der Vorrichtung mit dem ersten Rohrelement und dem zweiten Rohrelement festgelegt ist und damit die Größe des ersten Kanals und des zweiten Kanals fixiert ist. Dadurch kann nur eine bestimmte Menge an Wärme pro Zeiteinheit zwischen den Kanälen übertragen werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, wobei die Vorrichtung einfach und zuverlässig aufgebaut ist, insbesondere dass die Vorrichtung für eine variable Ausgestaltung der Größe des ersten und des zweiten Kanals nutzbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils für sich oder in Kombination erfindungswesentlich sein.
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Die Erfindung offenbart eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung mit einem ersten Rohrelement für ein Kraftfahrzeug. Dabei weist das erste Rohrelement einen ersten Kanal für ein erstes Fluid und einen zweiten Kanal für ein zweites Fluid auf. Der erste Kanal ist von dem zweiten Kanal durch ein in dem ersten Rohrelement innenliegendes zweites Rohrelement getrennt. Das zweite Rohrelement ist als thermoelektrisches Rohrelement ausgeführt, um Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid zu übertragen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine an einem ersten Ende des ersten Rohrelementes ein erstes Befestigungselement angeordnet ist. Durch die Anordnung eines Befestigungselementes an dem ersten Rohrelement können weitere erste Rohrelemente miteinander verbunden werden. Dabei kann die Verbindung der ersten Rohrelemente kraft- und/oder formschlüssig erfolgen. Auch ist es denkbar, dass die ersten Rohrelemente über das erste Befestigungselement durch ein Steckverfahren miteinander verbunden werden können. Dabei ist es vorstellbar, dass das innenliegende zweite Rohrelement ebenfalls Befestigungselemente aufweist, wobei bei einem Zusammenführen von zwei ersten Rohrelementen ebenfalls zwei innenliegende Rohrelemente miteinander verbunden werden. Die Verbindung der innenliegenden zweiten Rohrelemente kann dabei elektrisch leitend erfolgen, so dass die thermoelektrischen Rohrelemente, welche als zweite Rohrelemente ausgebildet sind, miteinander in einem elektrischen Kontakt stehen.
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Es ist vorteilhaft, dass an dem Befestigungselement ein Dichtelement angeordnet ist. Durch das Dichtelement kann der erste Kanal fluiddicht gegenüber einem Außenraum des ersten Rohrelementes abgedichtet werden. Damit kann das erste Fluid für den ersten Kanal unabhängig von einer Gegebenheit des Außenraumes des ersten Rohrelementes genutzt werden. Eine Vermischung des ersten Fluids mit einem Fluid, das sich im Außenraum des ersten Rohrelementes befinden kann, ist damit wirkungsvoll ausgeschlossen. Dabei ist es ebenso denkbar, dass an dem ersten Ende des zweiten Rohrelementes ein zweites Befestigungselement angeordnet ist. An dem zweiten Befestigungselement kann ebenfalls ein zweites Dichtelement angeordnet sein. Damit kann es ermöglicht werden, dass bei einem Zusammenschluss von zwei ersten Rohrelementen der erste Kanal und der zweite Kanal fluidtechnisch voneinander getrennt sind, d. h. fluiddicht voneinander getrennt sind. Eine Vermischung des ersten Fluids im ersten Kanal wird dementsprechend wirkungsvoll mit einer Vermischung des zweiten Fluids in dem zweiten Kanal verhindert. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Befestigungselement umlaufend an dem ersten Rohrelement angeordnet ist. Dies kann ebenfalls für das zweite Befestigungselement gelten, welches umlaufend an einem zweiten Rohrelement angeordnet sein kann.
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Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass das Befestigungselement als Nut ausgebildet ist, wobei in der Nut ein O-Ring als Dichtelement angeordnet ist. Die Nut kann dabei umlaufend an dem ersten Rohrelement angeordnet sein. Der O-Ring kann in der Nut durch ein Klebverfahren angeordnet sein. Damit wird eine Befestigung des O-Rings sicher in der Nut ermöglicht. Ebenfalls ist es denkbar, dass der O-Ring in einem Spritzverfahren in der Nut angespritzt wird. Ebenso kann das zweite Befestigungselement als Nut ausgebildet sein. Auch hier kann die Nut als zweites Befestigungselement umlaufend um das zweite Rohrelement angeordnet sein. Auch hier kann der O-Ring als Dichtelement in der Nut des zweiten Befestigungselementes angeordnet sein. Vorteilhafterweise ergibt sich durch Ausbildung einer Nut ein einfaches Stecksystem, wobei mehrere Rohrelemente miteinander durch eine Steckverbindung fluiddicht angeordnet werden können. Bei Ausbildung einer Nut als Befestigungselement und zweites Befestigungselement kann dementsprechend der erste Kanal vom zweiten Kanal fluiddicht ausgebildet sein.
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Es ist vorteilhaft, dass das zweite Rohrelement derart ausgebildet ist, dass das erste Fluid von dem zweiten Fluid fluiddicht getrennt ist. Das zweite Rohrelement kann dabei Keramik oder Kunststoff aufweisen. Durch die fluiddichte Ausbildung des zweiten Rohrelementes kann gewährleistet werden, dass keine Vermischung des ersten Fluids des ersten Kanals mit dem zweiten Fluid des zweiten Kanals erfolgt. Die Ausführung des zweiten Rohrelementes als thermoelektrisches Rohrelement kann über ein Peltier-Element erfolgen. Dabei kann das zweite Rohrelement eine Rohrwandung aufweisen, in dem das Peltier-Element angeordnet ist. Die Wandung des zweiten Rohrelementes kann durch eine Verwendung eines fluiddichten Materials fluiddicht ausgestaltet sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass an dem ersten Ende des zweiten Rohrelementes ein elektrischer Steckverbinder angeordnet ist. Durch die Anordnung eines elektrischen Steckverbinders an dem ersten Ende des zweiten Rohrelementes können bei aneinander Reihung von zweiten Rohrelementen eine elektrische Verbindung der einzelnen thermoelektrischen Rohrelemente gesichert werden. Dabei kann ein elektrischer Steckverbinder an dem ersten Ende des zweiten Rohrelementes als Stecker ausgeführt sein. An einem zweiten Ende des zweiten Rohrelementes kann dabei ein Steckverbinder angeordnet sein, der komplementär dazu als Buchse ausgestaltet ist. Ebenso ist es denkbar, dass mehrere elektrische Steckverbinder an dem ersten Ende des zweiten Rohrelementes angeordnet sind. So können mehrere Stromkreise durch mehrere elektrische Steckverbinder miteinander verschaltet werden.
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Zudem ist es erfindungsgemäß denkbar, dass an einem zweiten Ende des ersten Rohrelementes ein Endstück angeordnet ist, insbesondere dass das Endstück als Leitungsstück ausgebildet ist. An dem Endstück kann vorteilhafterweise ein Schlauch angeordnet sein, wobei das erste Fluid des ersten Kanals durch das Endstück in den Schlauch und umgekehrt geführt werden kann. Dadurch kann das erste Rohrelement mit seinem zweiten Ende zum Beispiel an einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges angeschlossen werden. Auch ist es denkbar, dass das Endstück an einem Abgassystem eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Das Endstück, welches als Leitungsstück ausgebildet sein kann, kann dabei kreisförmig ausgebildet sein, wodurch sich ein Kunststoffschlauch, wie dieser in der Automobilindustrie häufig zum Einsatz kommt, mit einer Schlauchschelle an dem Endstück einfach angeordnet werden.
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Es ist dabei vorteilhaft, dass das Endstück eine Wandung aufweist, wobei die Wandung das zweite Ende des ersten Rohrelementes fluiddicht gegenüber dem zweiten Rohrelement abschließt. Die Wandung kann dabei als Ring ausgebildet sein, wobei dieser Ring über das zweite Rohrelement derart anordbar ist, dass dieses an das zweite Ende des ersten Rohrelementes anschließt. Dadurch wird wirkungsvoll und einfach ein Abschluss des ersten Kanals am zweiten Ende des ersten Rohrelementes gebildet. Die Wandung, insbesondere der Ring kann über ein Kleb- und/oder Schweißverfahren mit dem ersten Rohrelement und einer Außenwandung des zweiten Rohrelementes verbunden werden. Diese Verbindung kann derart ausgestaltet sein, dass eine Abdichtung des ersten Fluids gegenüber einem Außenraum des ersten Rohrelementes erfolgt.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass ein zweites Ende des zweiten Rohrelementes gegenüber dem zweiten Ende des ersten Rohrelementes hervorsteht. Durch ein Hervorstehen des zweiten Endes des zweiten Rohrelementes gegenüber dem zweiten Ende des ersten Rohrelementes, kann das Ende des zweiten Rohrelementes als Abschlusselement, z. B. zur Anordnung eines Schlauches, genutzt werden. Dabei kann vorteilhafterweise zur Abdichtung der ersten Kammer des ersten Rohrelementes die Wandung über das zweite Ende des zweiten Rohrelementes geschoben werden. Die Wandung kann als Ring ausgebildet sein. So kann das hervorstehende zweite Ende des zweiten Rohrelementes zum Anschluss z. B. einer Abluftfahrzeugklimatisierung oder eines Abgassystems eines Kraftfahrzeuges genutzt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass an dem zweiten Ende des ersten Rohrelementes ein elektrischer Anschluss zur energetischen Versorgung des thermoelektrischen Rohrelementes angeordnet ist. Der elektrische Anschluss kann dabei ein Steckverbinder sein, der durch ein Klebverfahren an dem zweiten Ende des ersten Rohrelementes angeordnet sein kann. Der elektrische Anschluss dient zur Elektrifizierung des thermoelektrischen Rohrelementes, wobei durch die Elektrifizierung des thermoelektrischen Rohrelementes Wärme von dem ersten Kanal zu dem zweiten Kanal oder umgekehrt übertragen werden kann.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das zweite Rohrelement wenigstens einen Abstandshalter aufweist, wodurch das zweite Rohrelement zu dem ersten Rohrelement koaxial angeordnet ist. Durch eine koaxiale Anordnung des ersten Rohrelementes zum zweiten Rohrelement erfolgt dementsprechend eine symmetrische Anordnung einer Wandung des zweiten Rohrelementes zu einer Wandung des ersten Rohrelementes. Durch die koaxiale Ausrichtung können dabei mehrere erste Rohrelemente und auch zweite Rohrelemente einfach und zuverlässig durch ein erstes Befestigungselement an dem ersten Rohrelement und einem zweiten Befestigungselement an dem zweiten Rohrelement miteinander verbunden werden. Die Verbindung kann dabei ebenfalls fluiddicht erfolgen. Die Abstandshalter können an dem zweiten Rohrelement angeordnet sein, wobei die Anordnung über ein Kleb- und/oder Schweißverfahren erfolgen kann. Dabei können Kunststoffe für die Verwendung der Abstandshalter verwendet werden. Die Verwendung von Kunststoffen bietet den Vorteil, dass die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber einer Verwendung von Metallen gewichtsreduziert erfolgen kann. Dies ist vorteilhafter bei einem Verbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug. Natürlich ist es auch denkbar, dass an einer Innenwandung des ersten Rohrelementes die Abstandshalter angeordnet sind, wobei das erste Rohrelement durch die körperlich-räumliche Ausgestaltung der Abstandshalter in dem ersten Rohrelement angeordnet ist.
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Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung mit einem ersten Rohrelement für ein Kraftfahrzeug,
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2 eine schematische Ansicht eines zweiten Endes eines ersten Rohrelementes und eines zweiten Rohrelementes,
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3 eine schematische Ansicht eines zweiten Endes eines ersten und eines zweiten Rohrelementes mit einem elektrischen Anschluss und
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4 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung mit einem ersten Rohrelement und einem zweiten Rohrelement.
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In 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 1 zur Wärmerückgewinnung mit einem ersten Rohrelement 10 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, dabei ist innenliegend in dem ersten Rohrelement 10 ein zweites Rohrelement 16 koaxial angeordnet. Das zweite Rohrelement 16 ist dabei als thermoelektrisches Element ausgeführt. An einem ersten Ende 18 des ersten Rohrelementes 10 ist ein Befestigungselement 20 angeordnet, wobei das Befestigungselement 20 als umlaufende Nut an dem ersten Ende 18 des ersten Rohrelementes 10 angeordnet ist. In der umlaufenden Nut 20 ist ein Dichtelement 22 angeordnet, wobei das Dichtelement 22 als O-Ring ausgestaltet ist. An einem ersten Ende 24 des zweiten Rohrelementes 16 ist ein zweites Befestigungselement 29 angeordnet, wobei das zweite Befestigungselement 29 als Trichter ausgeführt ist. In dem Trichter des zweiten Befestigungselement 29 befindet sich ein zweites Dichtelement 28 und ein zweites Dichtelement 28‘, wobei die Dichtelemente 28 und 28‘ jeweils als O-Ring ausgebildet sind. Der Dichtring 28 ist gegenüber dem Dichtring 28‘ in seinem Durchmesser größer. Dadurch bildet sich zwischen dem Dichtring 28 und dem Dichtring 28‘ ein Zwischenraum aus, wobei durch diesen Zwischenraum ein elektrischer Steckverbinder 26 ragt. Dabei ist es denkbar, dass das erste Rohrelement 10 an seinem zweiten Ende ein komplementäres Befestigungselement zu dem Befestigungselement 20 aufweist. Ebenso ist es denkbar, dass an einem zweiten Ende des zweiten Rohrelementes 16 ein zweites komplementäres Befestigungsmittel zu dem zweiten Befestigungsmittel 29 angeordnet ist. Bei einem Zusammenschluss eines ersten Rohrelementes 10 mit einem innenliegenden Rohrelement des zweiten Rohrelement 16 kann damit ein abgedichteter erster Kanal 12 und ein abgedichteter zweiter Kanal 14 über zwei erste Rohrelement 10 und zwei zweite Rohrelemente 16 geschaffen werden.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Wärmegewinnung mit einem ersten Rohrelement 10 und einem zweiten Rohrelement 16 dargestellt. An einem zweiten Ende 30 des ersten Rohrelementes 10 ist dabei ein Endstück 32 angeordnet, wobei das Endstück 32 als Leitungsstück ausgebildet ist. Das zweite Ende 30 des ersten Rohrelementes 10 weist dabei an seinem Ende eine Wandung 34 auf, wobei die Wandung 34 die erste Kammer 12 fluiddicht an dem zweiten Ende 30 des ersten Rohrelementes 10 abdichtet. Das zweite Ende 36 des zweiten Rohrelementes 16 ist gegenüber dem zweiten Ende 30 des ersten Rohrelementes 10 hervorstehend ausgebildet. Durch die hervorstehende Ausbildung kann ein Schlauchelement 42 über das hervorstehende zweite Rohrelement 16 gestülpt werden. Über das Leitungsstück 32 kann ebenfalls ein Schlauchelement 44 gestülpt werden. Die Strömungsrichtung des ersten Kanals 12 ist dabei durch das Leitungsstück 32 vorgegeben. An einem ersten Ende des ersten Rohrelementes 10 ist ein Befestigungselement 20 angeordnet. Das Befestigungselement 20 ist als Nut ausgebildet, wobei in der Nut ein Dichtelement 22, welches als O-Ring ausgebildet ist, angeordnet ist. An einem ersten Ende des zweiten Rohrelementes 16 ist ein elektrischer Steckverbinder 26 angeordnet. Dabei kann der Steckverbinder 26 zweipolig ausgeführt sein, wobei ein erster Pol 26 und ein zweiter Pol 26‘ an dem ersten Ende des zweiten Rohrelementes angeordnet sein kann.
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In 3 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 1 zur Wärmerückgewinnung mit einem ersten Rohrelement 10 und einem zweiten Rohrelement 16 dargestellt. An einem zweiten Ende 30 eines ersten Rohrelementes 10 ist ein Endstück 32 dargestellt. Das Endstück 32 weist eine Wandung 34 auf, wobei über die Wandung 34 ein erster Kanal 12 fluiddicht gegenüber einem Außenraum der Vorrichtung 1 abgedichtet ist. Ein zweites Ende 36 eines zweiten Rohrelementes 16 ist gegenüber dem zweiten Ende des ersten Rohrelementes 10 hervorstehend ausgebildet. An der Wandung 34 ist ein elektrischer Anschluss 38 ausgebildet, wobei der elektrische Anschluss 38 eine elektrische Versorgung des zweiten Rohrelementes, welches als thermoelektrisches Rohrelement ausgebildet ist, versorgen kann.
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In 4 ist eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung 1 zur Wärmerückgewinnung mit einem ersten Rohrelement 10 und einem zweiten Rohrelement 16 dargestellt. Das zweite Rohrelement 16 ist koaxial zu dem ersten Rohrelement 10 angeordnet. Die Anordnung des zweiten Rohrelementes 16 zu dem ersten Rohrelement 10 erfolgt durch Abstandshalter 40, 40‘ und 40‘‘. Die Abstandshalter 40, 40‘ und 40‘‘ können dabei an dem zweiten Rohrelement 16 über ein Klebverfahren angeordnet sein. Auch ist es denkbar, dass die Abstandshalter 40, 40‘ und 40‘‘ an einer Innenwandung des ersten Rohrelementes 10 angeordnet sind. Dabei können die Abstandshalter 40, 40‘ und 40‘‘ aus Kunststoff ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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