DE102018125944A1 - System zur Wassergewinnung aus einem Fahrzeug zugeführter Fremdluft - Google Patents

System zur Wassergewinnung aus einem Fahrzeug zugeführter Fremdluft Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betriff ein System (100) zur Gewinnung von Wasser aus einem gasförmigen mit Wasser und/oder Wasserdampf beladenen Fluid, das insbesondere einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist, umfassend: Mindestens eine Zufuhrleitung (E), über die das gasförmige Fluid dem System (100) mittels mindestens einem Verdrängeraggregat dem System (100) zugeführt wird, einen mit einem Adsorptionsmittel (M) zumindest teilweise gefüllten Sorptionsbehälter (S), der sich an die Zufuhrleitung (E) anschließt, sodass das gasförmige Fluid das Adsorptionsmittel (M) des Sorptionsbehälters (S) direkt mit stofflichen Kontakt zwischen dem gasförmigen Medium und dem Adsorptionsmittel (M) durchströmt, sodass in/an dem Adsorptionsmittel (M) Wasser und/oder Wasserdampf ab- oder eingelagert wird, und eine dem Sorptionsbehälter (S) nachgeschaltete Kondensationskammer (K) der mindestens eine Kühlvorrichtungen (KV) zugeordnet ist, und mindestens eine Abfuhrleitung (A), die sich an den Sorptionsbehälter (S) anschließt.Es ist vorgesehen, dass dem Sorptionsbehälter (S) eine Heizvorrichtung (H) zugeordnet ist, mittels der dem Adsorptionsmittel (M) ohne stofflichen Kontakt Wärme zuführbar ist, wodurch Wasser und/oder Wasserdampf durch thermische Desorption aus dem Adsorptionsmittel (M) des Sorptionsbehälter (S) als Wasserdampf ausgetrieben wird, der anschließend in die Kondensationskammer (K) strömt, wobei das mindestens eine Verdrängeraggregat, die mindestens eine Heizvorrichtung (H) und die mindestens eine Kühlvorrichtung (KV) aus einem Elektroteil eines zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs gespeist werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Gewinnung von Wasser aus einem gasförmigen mit Wasser und/oder Wasserdampf beladenen Fluid, das insbesondere einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist.
  • Die Druckschrift DE 10 2013 212 596 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Reduzierung der Schadstoffemissionen und/oder des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Einrichtung zur Abgasrückführung, über welche Abgas aus einem Abgastrakt einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Kondensatabscheider zur Wassergewinnung, der mit der Einrichtung zur Abgasrückführung verbunden ist, einen Speicherbehälter zur Bevorratung des gewonnenen Wassers, der an den Kondensatabscheider angeschlossen ist und eine Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung, die über den Speicherbehälter mit Wasser versorgbar ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung der Schadstoffemissionen und/oder des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine.
  • Die Druckschrift DE 10 2016 205 525 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus Abgas, bei denen keine direkte Kondensation von Wasserdampf aus dem Abgas erfolgt, sondern ein zweistufiges Verfahren, wobei Wasserdampf aus dem Abgas zuerst in einem Absorptionselement absorbiert wird, dann mittels Wärme aus dem Absorptionselement entfernt wird, und anschließend in einem Kondensator kondensiert wird.
  • Die Druckschrift DE 100 26 695 C1 erläutert ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von einer erforderlichen Menge Wasser durch Kondensation von im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Wasserdampf, insbesondere für eine Wassereinspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei das kondensierte Wasser mit einer Leitungsanordnung geführt und in einem Behälter gespeichert wird, wobei die erforderliche Menge Wasser mittels einer Kondensationsvorrichtung aus dem Abgas kondensiert wird, die über den gesamten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine einen mittleren Kondensationswirkungsgrad von mindestens 25%, bevorzugt mindestens 50%, aufweist. Auf diese Weise wird eine Bereitstellung von zusätzlichem Wasser in einem separaten und nachfüllbaren Tank vermieden und trotzdem eine dauerhafte Wassergewinnung aus dem Abgas ermöglicht.
  • Die WO 02/059043 A2 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung mit Verbrennungsmotoren, wie sie für Landfahrzeuge verwendet werden, zur On-Board-Rückgewinnung und Reinigung von Wasser. Die Wasserquelle stammt aus dem Abgas des Fahrzeugs, wo es durch Kondensation gesammelt wird. Das Wasserrückgewinnungssystem besteht aus einer Vorrichtung zum Kühlen des Abgases, um das Wasser auskondensieren zu können, beispielsweise einem Gegenstromwärmetauscher in Kombination mit einem Kühler (einem kältemittelgekühlten Wärmetauscher), der den Abgasstrom unter seinen Taupunkt kühlt. Abgaskondensat wird am Auslass des Kühlers gesammelt. Diese Kühlvorrichtungen können mit der Fahrzeugklimaanlage gekoppelt sein. Das kondensierte Wasser fließt dann durch den Wasserreinigungsabschnitt der vorliegenden Erfindung. Das Wasserreinigungssystem kann sich auf Feststofffiltration und verschiedene Formen von Aktivkohlen und Aktivkohlefaserverbundwerkstoffen stützen, die in Kombination mit Ionenaustauschharzen verwendet werden können, um einen Wasserreinigungszug bereitzustellen, der in die Wasserrückgewinnungseinheit an Bord des Fahrzeugs integriert ist.
  • Die Druckschrift DE 10 2011 018 382 A1 beschreibt die Regeneration eines thermochemischen Sorptionsspeichers durch Zufuhr von Abwärme von Komponenten eines Fahrzeugs.
  • Allgemein bekannt sind thermochemische Wärmespeicher mit Granulat aus Silicagel oder Zeolith, die hygroskopisch und stark porös sind und deshalb eine große innere Oberfläche hat. Insbesondere Silikagele haben die Eigenschaft, Wasserdampf anzuziehen und an ihrer Oberfläche anzulagern (Adsorption), wobei Wärme frei wird. Umgekehrt muss zum Trocknen von Silikagelen (Desorption) Wärmeenergie aufgewendet werden, vergleiche insbesondere [https://de.wikipedia.org/wiki/Thermochemischer_W%C3 %A4rmespeicher].
  • Die Druckschrift DE 10 2016 206 043 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser, umfassend einen mit der Umgebung verbundenen Luftkanal, in welchen Umgebungsluft einströmbar ist, ein Absorptionselement, welches im Luftkanal angeordnet ist und Wasser und/oder Wasserdampf aus der zugeführten Umgebungsluft absorbieren kann, ein erstes Absperrelement, welches im Luftkanal in Strömungsrichtung durch den Luftkanal vor dem Absorptionselement angeordnet und eingerichtet ist, den Luftkanal freizugeben und zu verschließen, einen Wärmeüberträger, welcher eingerichtet ist, Wärme eines Abgases einer Brennkraftmaschine auf das Absorptionselement zu übertragen, ohne dass das Abgas in direktem Kontakt mit dem Absorptionselement kommt, und einen Kondensator, welcher im Luftkanal in Strömungsrichtung durch den Luftkanal nach dem Absorptionselement angeordnet ist, um Wasser aus dem Luftstrom des Luftkanals zu kondensieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes System zur Wassergewinnung aus einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen.
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist ein System zur Gewinnung von Wasser aus einem gasförmigen mit Wasser und/oder Wasserdampf beladenen Fluid, das insbesondere einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist, umfassend: mindestens eine Zufuhrleitung über die das gasförmige Fluid dem System mittels mindestens einem Verdrängeraggregat dem System zugeführt wird, einen mit einem Adsorptionsmittel zumindest teilweise gefüllten Sorptionsbehälter, der sich an die Zufuhrleitung anschließt, sodass das gasförmige Fluid das Adsorptionsmittel des Sorptionsbehälters direkt mit stofflichen Kontakt zwischen dem gasförmigen Medium und dem Adsorptionsmittel durchströmt, sodass in/an dem Adsorptionsmittel Wasser und/oder Wasserdampf ab- oder eingelagert wird, und eine dem Sorptionsbehälter nachgeschaltete Kondensationskammer der mindestens eine Kühlvorrichtungen zugeordnet ist, und mindestens eine Abfuhrleitung, die sich an den Sorptionsbehälter anschließt.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Sorptionsbehälter eine Heizvorrichtung zugeordnet ist, mittels der dem Adsorptionsmittel ohne stofflichen Kontakt Wärme zuführbar ist, wodurch Wasser und/oder Wasserdampf durch thermische Desorption aus dem Adsorptionsmittel des Sorptionsbehälter als Wasserdampf ausgetrieben wird, der anschließend in die Kondensationskammer strömt, wobei das mindestens eine Verdrängeraggregat, die mindestens eine Heizvorrichtung und die mindestens eine Kühlvorrichtung aus einem Elektroteil eines zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs gespeist werden.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass derjenige mit dem Adsorptionsmittel versehene Bereich des Sorptionsbehälters sowohl der Beladebereich ist, in dem Wasser und/oder Wasserdampf im Adsorptionsmittel des Sorptionsbehälters ab- oder eingelagert wird, als auch der Entladebereich ist, aus dem durch thermische Desorption Wasserdampf aus dem Adsorptionsmittel des Sorptionsbehälters durch eine diskontinuierliche Betriebsweise ab- oder eingelagert und ausgetrieben wird.
  • Die Kondensationskammer ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung von dem Sorptionsbehälter thermisch entkoppelt.
  • Vorgesehen ist ferner bevorzugt, dass dem Sorptionsbehälter mindestens ein öffenbares Absperrorgan vorgeschaltet ist, welches die Zufuhrleitung in Strömungsrichtung zu dem Sorptionsbehälter zur Ein- oder Ablagerung von Wasser und/oder Wasserdampf im Adsorptionsmittel des Sorptionsbehälters zur Durchführung einer diskontinuierlichem Betriebsweise zeitweise freigibt, und einen ersten Schaltzustand (Belade-Schaltzustand) und zweiten Schaltzustand (Entlade-Schaltzustand) erzeugt, wobei die Zufuhrleitung in dem ersten Schaltzustand -offen - und in dem zweiten Schaltzustand - geschlossen - ist.
  • Dem System ist das mindestens eine Verdrängeraggregat zugeordnet, welches das gasförmige mit Wasser und/oder Wasserdampf beladene Fluid zur Ein- oder Ablagerung von Wasser und/oder Wasserdampf im Adsorptionsmittel des Sorptionsbehälters zeitweise zur Durchführung der diskontinuierlichem Betriebsweise in den Sorptionsbehälter von der Zufuhrleitung zur Abfuhrleitung fördert.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das gasförmige mit Wasser und/oder Wasserdampf beladene Fluid Fremdluft ist, die dem System als Umgebungsluft oder Innenraumluft, insbesondere des zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs diskontinuierlich zugeführt wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass das System mindestens einen Feuchtsensor umfasst, mittels dem eine Feuchte, insbesondere eine relative Feuchte der Fremdluft, insbesondere der Umgebungsluft des zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs und/oder der Innenraumluft des zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs, erfasst wird.
  • Als Adsorptionsmittel wird bevorzugt Zeolith oder Silicagel eingesetzt.
  • Das Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus einem gasförmigen mit Wasser und/oder Wasserdampf beladenen Fluid mithilfe des erfindungsgemäßen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem einem ersten und einen zweiten Schaltzustand hin- und her geschaltet „getoggelt“ wird, wobei das gasförmige Fluid mithilfe des Verdrängeraggregates ausschließlich in dem ersten Schaltzustand (Belade-Schaltzustand) durch den Beladebereich des Sorptionsbehälters strömt, sodass Wasser und/oder Wasserdampf an das Adsorptionsmittel abgegeben wird, während auf das Adsorptionsmittel in dem zweiten Schaltzustand (Entlade-Schaltzustand) mittels der im zweiten Schaltzustand aktiv geschalteten Heizvorrichtung ohne stofflichen Kontakt übertragene Wärme zum Ausheizen, mithin zu einer thermischen Desorption des Wassers und/oder Wasserdampfes aus dem Adsorptionsmittel führt, wobei der in dem zweiten Schaltzustand erzeugte Wasserdampf der Kondensationskammer zugeführt und mittels der im zweiten Schaltzustand aktiv geschalteten Kühlvorrichtung kondensiert wird.
  • Verfahrenstechnisch ist bevorzugt vorgesehen, dass das System feuchteabhängig nur dann in den ersten Schaltzustand (Belade-Schaltzustand) geschaltet wird, wenn ein vorgebbarer Grenzwert der Feuchte, insbesondere der relativen Luftfeuchte des Wasser und/oder Wasserdampf beladenen Fluids überschritten wird.
  • Eine bedarfsabhängige Freigabe des Systems des ersten Schaltzustandes (Belade-Schaltzustand) und/oder des zweiten Schaltzustandes (Entlade-Schaltzustand) ist in der Beschreibung näher erläutert.
  • Die Erfindung beansprucht somit ein Elektrofahrzeug, welches durch fahrzeugseitige Aggregate oder Systeme in einem Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs und in einem Nichtfahrbetrieb außerhalb eines Ladebetriebs und innerhalb eines Ladebetriebs des Elektrofahrzeugs elektrische Energie zur Speisung des mindestens einen Verdrängeraggregates und elektrische Energie und/oder Wärme zur Speisung der mindestens einen Heizeinrichtung und elektrische Energie und/oder Kälte zur Speisung der mindestens einen Kühlvorrichtung bereitstellt, wobei das System mit dem mindestens einen fahrzeugseitigen Aggregat oder System eines Elektroteils des zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs gekoppelt ist, wie in der Beschreibung noch näher erläutert ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in anhand der zugehörigen Figur erläutert. Die Figur zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems zur Wassergewinnung.
  • Die Figur zeigt den Aufbau eines Systems 100 zur Wassergewinnung, wobei dem System 100 Fremdluft zugeführt wird, die durch den Pfeil P1 auf der linken Seite der Figur verdeutlicht werden soll.
  • Als Fremdluft P1 wird Außenluft, das heißt Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs oder Innenraumluft, das heißt Raumabluft aus einem Innenraum des Kraftfahrzeugs angesehen.
  • Das erfindungsgemäße System 100 zur Gewinnung von Wasser umfasst eine mit der Umgebung verbundene Zufuhrleitung E, in welcher die zuvor definierte Fremdluft P1 einströmt, einen Sorptionsbehälter S in dem ein Adsorptionsmittel M angeordnet ist, in den die Fremdluft P1 aus der Zufuhrleitung E einströmt, sodass Wasser und/oder Wasserdampf aus der zugeführten Fremdluft P1 von dem Adsorptionsmittel M adsorbiert werden kann.
  • Bevorzugt wird als Adsorptionsmittel M Zeolith oder Silicagel verwendet.
  • Das System umfasst ferner ein erstes öffenbares Absperrorgan 1, welches in der Zufuhrleitung E angeordnet ist, welches in Strömungsrichtung vor dem Sorptionsbehälter S angeordnet und eingerichtet ist, die Zufuhrleitung E freizugeben und zu verschließen. Im Ausführungsbeispiel ist ein Rückschlagventil RSVEin (Ein=eingangsseitig) angeordnet, welches die Zufuhrleitung E ausschließlich in Strömungsrichtung in Richtung des Sorptionsbehälters S freigibt, sodass Fremdluft P1 einströmen kann.
  • Das System 100 umfasst ferner eine Heizvorrichtung, welche eingerichtet ist, Wärme auf den Sorptionsbehälter S beziehungsweise das im dem Sorptionsbehälter S angeordnete Adsorptionsmittel M ohne Stoffaustausch zu übertragen.
  • Hierin besteht ein wesentlicher Unterschied zur Druckschrift DE 10 2016 206 043 A1 , bei der Wärme eines Abgases einer Brennkraftmaschine (ebenfalls ohne Stoffaustausch) auf den Sorptionsbehälter beziehungsweise das Adsorptionsmittel M übertragen wird.
  • Die durch die erfindungsgemäße Heizvorrichtung zur Verfügung gestellte Wärme unterscheidet sich hinsichtlich der Quelle von der Druckschrift DE 10 2016 206 043 A1 , denn es ist vorgesehen, Abwärme aus einem Klimakondensator und/oder einer E-Maschine oder einem Umrichter und/oder einer Batterie eines zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs zu nutzen, wie noch erläutert wird.
  • Das System 100 umfasst ferner eine Kondensationskammer K, die an einer Abfuhrleitung A angeordnet ist, die in Strömungsrichtung nach dem Sorptionsbehälter S angeordnet ist. Die Kondensationskammer K ist vorgesehen, um Wasser und/oder Wasserdampf aus dem Luftstrom der Fremdluft P1 zu kondensieren. Der Kondensationskammer K ist einer Kühlvorrichtung KV zugeordnet.
  • Bevorzugt ist ein zweites Absperrorgan 2 in der Abfuhrleitung A angeordnet, welches in Strömungsrichtung nach dem Sorptionsbehälter S angeordnet und eingerichtet ist, die Abfuhrleitung A freizugeben und zu verschließen. Dieses zweite Absperrorgan 2 ist nicht zwingend notwendig, da der Sorptionsbehälter S abfuhrleitungsseitig offen bleiben kann, wobei der Wirkungsgrad der Kondensation in der Kondensationskammer K etwas sinkt.
  • Über die Abfuhrleitung A gelangt die im System 100 „entfeuchtete“ Fremdluft P1 zurück in die Umgebung, wie der Pfeil P2 (Abfuhr/Ausblasrichtung) verdeutlicht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Absperrorgan 2 ein Rückschlagventil RSVAus (Aus=ausgangsseitig).
  • Sorptionsbehälter S und Kondensationskammer K sind thermisch entkoppelt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden aktiv schaltbare Absperrorgane 1, 2 eingesetzt, die über eine ansteuerbare Aktorik verfügen, sodass die Absperrorgane 1, 2 schaltbar sind.
  • Das System 100 weist einen Beladebereich 10 und einen Entladebereich 20 auf, in dem Wasser und/oder Wasserdampf nacheinander oder gleichzeitig in dem Adsorptionsmittel M abbeziehungsweise eingelagert, insbesondere adsorbiert wird und durch die Heizvorrichtung H teilweise oder vollständig aufgeheizt wird.
  • Mit anderen Worten, Wasser und/oder Wasserdampf wird schrittweise in einer diskontinuierlichen Betriebsart abgelagert und anschließend aufgeheizt.
  • Es ist vorgesehen, dass ein Verdrängeraggregat (nicht dargestellt) die Fremdluft P1 über das Rückschlagventil RSVEin in den Sorptionsbehälter S drückt, während die Heizvorrichtung H außer Betrieb ist.
  • Anschließend wir die Fremdluftzufuhr unterbrochen und die Heizvorrichtung H wird in Betrieb genommen, sodass Wasser und/oder Wasserdampf aus dem Adsorptionsmittel M des Sorptionsbehälters S ausgetrieben wird und in die vor dem Rückschlagventil RSVAus liegende Kondensationskammer K strömt.
  • Mit anderen Worten, die durch die Heizvorrichtung H auf das Adsorptionsmittel übertragene Wärme führt zum Ausheizen, mithin der thermischen Desorption des Wassers und/oder Wasserdampfes aus dem Adsorptionsmittel M, welches als gasförmige Phase in die erste Kondensatorkammer K strömt.
  • Wasser und/oder Wasserdampf wird somit in dem als Beladebereich 10 und Entladebereich 20 ausgebildeten Sorptionsbehälter S schrittweise gewonnen.
  • An den Beladebereich 10 und den Entladebereich 20 schließt sich der Kondensationsbereich 30 an, der die Kondensatorkammer K und die Kühlvorrichtung KV sowie das zweite Absperrorgan 2 ein Rückschlagventil RSVAus (Aus=ausgangsseitig) umfasst. In dem Kondensationsbereich 30 wird der in die Kondensatorkammer K strömende Wasserdampf mittels der Kühlvorrichtung KV kondensiert.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren zur Wassergewinnung aus Fremdluft P1 in Abhängigkeit des Bedarfs an Wasser eingesetzt. Mit anderen Worten, das System 100 wird bedarfsabhängig zugeschaltet.
  • In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren zur Wassergewinnung aus Fremdluft in Abhängigkeit der relativen Feuchte der Fremdluft P1 eingesetzt. Mit anderen Worten, das System 100 erfasst die relative Feuchte der Außenluft/Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs und/oder der Innenraumluft/Innenraumabluft des Kraftfahrzeugs und das System 100 wird feuchteabhängig zugeschaltet, wenn ein vorgebbarer Grenzwert der relativen Luftfeuchte überschritten wird.
  • In einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren zur Wassergewinnung aus Fremdluft P1 in Abhängigkeit des Bedarfs an Wasser und in Abhängigkeit der relativen Feuchte der Fremdluft P1 eingesetzt. Mit anderen Worten, das System 100 erfasst die relative Feuchte der Außenluft/Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs und/oder der Innenraumluft/Innenraumabluft des Kraftfahrzeugs und das System 100 wird bedarfs- und feuchteabhängig nach Überschreiten des vorgebbaren Grenzwertes zugeschaltet.
  • Es wird durch die vorhergehende Beschreibung deutlich, dass für das „Beladen“ von Wasser und/oder Wasserdampf in dem Beladebereich 10 Energie für das mindestens eine Verdrängeraggregat (nicht dargestellt) bereitgestellt werden muss, welches die Fremdluft P1 über das Rückschlagventil RSVEin in das Adsorptionsmittel M des Sorptionsbehälters S und durch das Adsorptionsmittel M drückt.
  • Es wird durch die vorhergehende Beschreibung ferner deutlich, dass für das „Entladen“ von Wasser und/oder Wasserdampf aus dem Entladebereich 20 des Sorptionsbehälters S Wärme bereitgestellt werden muss, welches Wasser und/oder Wasserdampf aus dem Adsorptionsmittel M des Sorptionsbehälters S ausheizt.
  • Es wird durch die vorhergehende Beschreibung zudem deutlich, dass für das „Kondensieren“ von Wasser und/oder Wasserdampf in dem Kondensationsbereich 30 Kälte bereitgestellt werden muss, welches den Wasserdampf in der Kondensationskammer K kondensiert.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass System 100 in einem zumindest teilweise batteriebetriebenen Fahrzeug anzuordnen und mit anderen Systemen zu koppeln, strukturell und verfahrenstechnisch derart zu koppeln, sodass elektrische Energie, Wärme und Kälte zur Verfügung stehen.
  • Die Erfindung unterscheidet hinsichtlich der Bereitstellung von elektrischer Energie, Wärme und Kälte im Fahrbetrieb des zumindest teilweise batteriebetriebenen Fahrzeugs und außerhalb des Fahrbetriebes (Nichtfahrbetrieb) des zumindest teilweise batteriebetriebenen Fahrzeugs.
  • Im Nichtfahrbetrieb (außerhalb des Fahrbetriebes) des zumindest teilweise batteriebetriebenen Fahrzeugs unterscheidet die Erfindung noch in den Nichtfahrbetrieb ohne Ladebetrieb oder in den Nichtfahrbetrieb mit Ladebetrieb an einer Ladestation.
  • Im Fahrbetrieb kann elektrische Energie aus der im Fahrbetrieb wiederaufladbaren Batterie zur Verfügung gestellt werden. Wärme kann der E-Maschine und/oder dem Umrichter und/oder aus der Klimaanlage entnommen werden. Wärme mit vergleichsweise geringem Wärmeniveau kann auch der Batterie entnommen werden. Es versteht sich, dass diese Aggregate oder Systeme mit dem System 100 entsprechend strukturell und verfahrenstechnisch gekoppelt werden müssen. Kälte kann während der Fahrt durch in dem Fahrzeug angeordnete Kühlsysteme erzeugt werden, sodass das mindestens eine Verdrängeraggregat mit Elektroenergie, die Heizvorrichtung H ebenfalls mit Elektroenergie oder Wärme und die Kühlvorrichtung KV mit Elektroenergie oder Kälte versorgt werden kann.
  • Im Nichtfahrbetrieb ohne Ladebetrieb des zumindest teilweise batteriebetriebenen Fahrzeugs steht die Wärme der im Fahrbetrieb Wärme erzeugenden Aggregate oder Systeme nicht zur Verfügung. Grundsätzlich kann im Rahmen des Batterieladezustandes elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden, um das mindestens eine Verdrängeraggregat mit Elektroenergie, die Heizvorrichtung H ebenfalls mit Elektroenergie und die Kühlvorrichtung KV mit Elektroenergie zu versorgen. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, im Nichtfahrbetrieb ohne Ladebetrieb nur die Beladefunktion zu nutzen, das heißt das Verdrängeraggregat mit Elektroenergie in Betrieb zu nehmen, wobei weiter bevorzugt vorgesehen ist, diese Inbetriebnahme unter Berücksichtigung der beschriebenen Prämisse, in Abhängigkeit der relativen Feuchte der Fremdluft P1 einzusetzen. Mit anderen Worten, das System 100 erfasst mittels mindestens einem zum System gehörenden Feuchtesensor die relative Feuchte der Außenluft/Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs und/oder der Innenraumluft/Innenraumabluft des Kraftfahrzeugs und das System 100 wird feuchteabhängig und bedarfsabhängig (wenn überhaupt ein Bedarf an Wasser vorliegt) zugeschaltet, wenn ein vorgebbarer Grenzwert der relativen Luftfeuchte überschritten wird.
  • Im Nichtfahrbetrieb mit Ladebetrieb des zumindest teilweise batteriebetriebenen Fahrzeugs steht die Wärme der im Fahrbetrieb Wärme erzeugenden Aggregate oder Systeme ebenfalls nicht zur Verfügung, jedoch kann jetzt die im Ladebetrieb zur Verfügung stehende Elektroenergie direkt genutzt werden, um das mindestens eine Verdrängeraggregat mit Elektroenergie, die Heizvorrichtung H ebenfalls mit Elektroenergie und die Kühlvorrichtung KV mit Elektroenergie zu versorgen. Zudem kann Wärme genutzt werden, die als Abwärme des Ladegeräts selbst beim Laden an der Ladestation anfällt.
  • Das System 100 kann somit zur Wassergewinnung aus Fremdluft P1 in Fahrzeugen eingesetzt werden, die kein Wasser und/oder Wasserdampf in einem innerhalb des Fahrbetriebs mittels einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine erzeugten Abgases zur Verfügung stellen, worin ein wesentlicher Vorteil und ein wesentlicher Unterschied zu einer Reihe von herkömmlichen Lösungen besteht.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht ferner darin, dass das derart gewonnene Wasser nach der Kondensatgewinnung auf direktem Weg für die Verbraucher des zumindest teilweise batteriebetriebenen Fahrzeugs eingesetzt werden kann.
  • Mit anderen Worten, innerhalb des Fahrzeugs ist ein geschlossener Kreislauf realisierbar, wobei die Wassergewinnung an den Wasserbedarf angepasst werden kann, wobei die benötigte Wassermenge gewonnen werden kann und entsprechend an den Wasserbedarf angepasst werden kann. Beispielsweise wurde festgestellt, dass sich der Wasserbedarf bei automatisierten, insbesondere autonom betriebenen Fahrzeugen durch eine erhöhte Anzahl von zu reinigen Sensoren stark erhöht. Dieser erhöhte Bedarf kann bei der Gewinnung der Wassermenge berücksichtigt werden. Im Ergebnis erhöht sich der Komfort für den Anwender dahingehend, dass er bei ausreichender Gewinnung von Wasser keinen separaten Tank mehr nachfüllen muss, da stets ausreichend Wasser aus dem System 100 zur Verfügung gestellt werden kann. Bisherige Lösungen, bei denen beispielsweise Kondensat aus der Klimaanlage gewonnen wird, sind nicht in der Lage ausreichende Wassermengen zu stellen. Es wird jedoch erfindungsgemäß zusätzlich vorgeschlagen, dass aus einer Klimaanlage gewonnen Wasser einem Bevorratungsbehälter (nicht dargestellt) des Systems 100 zuzuführen, sodass das System 100 mit einem System zur Wassergewinnung aus der Klimaanlage gekoppelt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    System
    P1
    Fremdluft - eintrittsseitig
    S
    Sorptionsbehälter
    E
    Zufuhrleitung
    M
    Adsorptionsmittel
    1
    erstes Absperrorgan
    2
    zweites Absperrorgan
    H
    Heizvorrichtung
    A
    Abführleitung
    K
    Kondensationskammer
    KV
    Kühlvorrichtung
    P2
    Fremdluft - austrittsseitig
    10
    Beladebereich
    20
    Entladebereich
    30
    Kondensationsbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013212596 A1 [0002]
    • DE 102016205525 A1 [0004]
    • DE 10026695 C1 [0005]
    • WO 02/059043 A2 [0006]
    • DE 102011018382 A1 [0007]
    • DE 102016206043 A1 [0009, 0031, 0032]

Claims (11)

  1. System (100) zur Gewinnung von Wasser aus einem gasförmigen mit Wasser und/oder Wasserdampf beladenen Fluid, das insbesondere einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist, umfassend: • mindestens eine Zufuhrleitung (E), über die das gasförmige Fluid dem System (100) mittels mindestens einem Verdrängeraggregat dem System (100) zugeführt wird, • einen mit einem Adsorptionsmittel (M) zumindest teilweise gefüllten Sorptionsbehälter (S), der sich an die Zufuhrleitung (E) anschließt, sodass das gasförmige Fluid das Adsorptionsmittel (M) des Sorptionsbehälters (S) direkt mit stofflichen Kontakt zwischen dem gasförmigen Medium und dem Adsorptionsmittel (M) durchströmt, in/an dem Adsorptionsmittel (M) Wasser und/oder Wasserdampf ab- oder eingelagert wird, und • eine dem Sorptionsbehälter (S) nachgeschaltete Kondensationskammer (K) der mindestens eine Kühlvorrichtung (KV) zugeordnet ist, und • mindestens eine Abfuhrleitung (A), die sich an den Sorptionsbehälter (S) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sorptionsbehälter (S) eine Heizvorrichtung (H) zugeordnet ist, mittels der dem Adsorptionsmittel (M) ohne stofflichen Kontakt Wärme zuführbar ist, wodurch Wasser und/oder Wasserdampf durch thermische Desorption aus dem Adsorptionsmittel (M) des Sorptionsbehälters (S) als Wasserdampf ausgetrieben wird, der anschließend in die Kondensationskammer (K) strömt, wobei das mindestens eine Verdrängeraggregat, die mindestens eine Heizvorrichtung (H) und die mindestens eine Kühlvorrichtung (KV) aus einem Elektroteil eines zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs gespeist werden.
  2. System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige mit dem Adsorptionsmittel (M) versehene Bereich des Sorptionsbehälters (S) sowohl der Beladebereich (10) ist, in dem Wasser und/oder Wasserdampf im Adsorptionsmittel (M) des Sorptionsbehälters (S) ab- oder eingelagert wird, als auch der Entladebereich (20) ist, aus dem durch thermische Desorption Wasserdampf aus dem Adsorptionsmittel (M) des Sorptionsbehälters (S) durch eine diskontinuierliche Betriebsweise ab- oder eingelagert und ausgetrieben wird.
  3. System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationskammer (K) von dem Sorptionsbehälter (S) thermisch entkoppelt ist.
  4. System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sorptionsbehälter (S) mindestens ein öffenbares Absperrorgan (1) vorgeschaltet ist, welches die Zufuhrleitung (E) in Strömungsrichtung zu dem Sorptionsbehälter (S) zur Ein- oder Ablagerung von Wasser und/oder Wasserdampf im Adsorptionsmittel (M) des Sorptionsbehälters (S) zur Durchführung einer diskontinuierlichem Betriebsweise zeitweise freigibt, und einen ersten Schaltzustand (Belade-Schaltzustand) und zweiten Schaltzustand (Entlade-Schaltzustand) erzeugt, wobei die Zufuhrleitung (E) in dem ersten Schaltzustand - offen - und in dem zweiten Schaltzustand - geschlossen - ist.
  5. System (100) nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem System (100) das mindestens eine Verdrängeraggregat zugeordnet ist, welches das gasförmige mit Wasser und/oder Wasserdampf beladene Fluid zur Ein- oder Ablagerung von Wasser und/oder Wasserdampf im Adsorptionsmittel (M) des Sorptionsbehälters (S) zeitweise zur Durchführung der diskontinuierlichen Betriebsweise nach Anspruch 4 in den Sorptionsbehälter (S) von der Zufuhrleitung (E) zur Abfuhrleitung (A) fördert.
  6. System (100) nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige mit Wasser und/oder Wasserdampf beladene Fluid Fremdluft ist, die dem System (100) als Umgebungsluft oder Innenraumluft, insbesondere des zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs diskontinuierlich zugeführt wird.
  7. System (100) nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100) mindestens einen Feuchtsensor umfasst, mittels dem eine Feuchte, insbesondere eine relative Feuchte der Fremdluft (P1), insbesondere der Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs und/oder der Innenraumluft der Kraftfahrzeugs erfasst wird.
  8. System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel (M) Zeolith oder Silicagel ist.
  9. Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus einem gasförmigen mit Wasser und/oder Wasserdampf beladenen Fluid mit einem System (100) nach mindestens einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem einen ersten und einen zweiten Schaltzustand hin- und her geschaltet „getoggelt“ wird, • wobei das gasförmige Fluid mithilfe des Verdrängeraggregates ausschließlich in dem ersten Schaltzustand (Belade-Schaltzustand) durch den Beladebereich (20) des Sorptionsbehälters (S) strömt, sodass Wasser und/oder Wasserdampf an das Adsorptionsmittel (M) abgegeben wird, • während auf das Adsorptionsmittel (M) in dem zweiten Schaltzustand (Entlade-Schaltzustand) mittels der im zweiten Schaltzustand aktiv geschalteten Heizvorrichtung (H) ohne stofflichen Kontakt übertragene Wärme zum Ausheizen, mithin zu einer thermischen Desorption des Wassers und/oder Wasserdampfes aus dem Adsorptionsmittel (M) führt, • wobei der in dem zweiten Schaltzustand erzeugte Wasserdampf der Kondensationskammer (K) zugeführt und mittels der im zweiten Schaltzustand aktiv geschalteten Kühlvorrichtung (KV) kondensiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100) feuchteabhängig nur dann in den ersten Schaltzustand (Belade-Schaltzustand) geschaltet wird, wenn ein vorgebbarer Grenzwert der Feuchte, insbesondere der relativen Luftfeuchte des Wasser und/oder Wasserdampf beladenen Fluids überschritten wird.
  11. Elektrofahrzeug, welches zumindest teilweise batteriebetrieben ist, umfassend ein System (100) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, welches durch fahrzeugseitige Aggregate oder Systeme in einem Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs und in einem Nichtfahrbetrieb außerhalb eines Ladebetriebs und innerhalb eines Ladebetriebs des Elektrofahrzeugs elektrische Energie zur Speisung des mindestens einen Verdrängeraggregates und elektrische Energie und/oder Wärme zur Speisung der mindestens einen Heizeinrichtung (H) und elektrische Energie und/oder Kälte zur Speisung der mindestens einen Kühlvorrichtung (KV) bereitstellt, wobei das System (100) mit dem mindestens einen fahrzeugseitigen Aggregat oder System eines Elektroteils des zumindest teilweise batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs gekoppelt ist.
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