CN110388285A - 用于机动车的连续工作的水获取设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于机动车(10)的用于从环境空气中获取水的水获取设备(14)，所述水获取设备包括：运输通道(18)，冷凝器装置(26)，其构造用于，改变通过所述运输通道(18)输送给所述冷凝器装置(26)的工作气体的至少一个露水相关的状态参数的量值，水导出装置(28)，其构造用于，将由所述冷凝器装置(26)从所述工作气体中冷凝的水从所述冷凝器装置(26)导出，其中，所述运输通道(18)构造用于，将环境空气作为工作气体运输至所述冷凝器装置(26)，根据本发明，所述水获取设备(14)构造用于，将工作气体连续地输送给所述冷凝器装置(26)。

Description

用于机动车的连续工作的水获取设备

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的用于从环境空气中获取水的水获取设备，所述水获取设备包括：

-运输通道，

-冷凝器装置，其构造用于，改变通过运输通道输送给冷凝器装置的工作气体的至少一个露水相关的状态参数的量值，

-水导出装置，其构造用于，将由冷凝器装置从工作气体中冷凝出的水从冷凝器装置导出，

其中，运输通道构造用于，将环境空气作为工作气体运输至冷凝器装置，

背景技术

这种用于机动车的水获取设备由DE 10 2016 206 043A1已知。所述水获取设备用于，从环境空气中提取包含在环境空气中的水并且将其输送给水喷射装置。水喷射装置将水喷射到内燃机的新鲜气体中，以便减小内燃机的爆震趋势并且降低从内燃机排放的燃烧废气的温度。要么直接在内燃机的燃烧室中要么在进气道中实现将水喷射到新鲜气体中。

已知的水获取设备包括吸收元件，环境空气在所述吸收元件旁引导经过，并且所述吸收元件在此从环境空气中提取水。通过加热，吸收元件是可再生的，也就是说，当所述吸收元件的元件温度升高时，吸收元件又排出从环境空气中提取的水。为此，在废气旁路管路中，热的燃烧废气可以在热交换面旁引导经过，所述热交换面又与吸收元件处于热传输连接中。因此，燃烧废气的热可以用于加热进而用于再生吸收元件，而不担心污染吸收元件以及污染由其吸收的水，因为吸收元件通过热交换面实体地与燃烧废气分离。

已知的水获取设备的缺点是，来自在吸收元件旁引导经过的运输通道部段以及废气旁通管路的仅一个管路能够始终同时被穿流。为此，水获取设备具有相应的闭锁阀，由所述闭锁阀始终允许仅一个通流，而另一个闭锁。因此，已知的水获取设备如此工作，使得首先在吸收元件处吸收水，然后闭锁废气旁通管路，并且在充分的吸收持续时间之后闭锁在吸收元件旁引导经过的运输通道部段并且穿流废气旁通管路。在所述阶段，吸收元件再生并且排出先前吸收的水。因此在吸收元件的周围中随水积聚的工作气体然后输送给冷凝器装置，在那里，在工作气体中溶解的水以已知的方式通过冷凝与工作气体分离并且在液相中通过水导出装置输送给水储存器。

发明内容

本发明的任务是，克服所述缺点。

所述任务根据本发明通过开始所述类型的水获取设备解决，所述水获取设备构造用于，连续地将工作气体输送给冷凝器装置。通过将工作气体连续地输送给冷凝器装置，所述冷凝器装置不再间歇地用工作气体供应并且因此可以在静态运行状态中运行，在所述静态运行状态中，运行参数几乎不或仅在非常窄的界限内改变。

术语“工作气体”表示由冷凝器装置处理的气体。这可以直接地是环境空气自身或可以是经改变的环境空气、例如具有提高的绝对湿度的环境空气。环境空气的绝对湿度可以通过将水排放给环境空气来提高。这详细地在作为本发明的有利的改进方案下实施。在此，环境空气作为用于冷凝器装置的工作气体的基础是所期望的，因为在机动车处可容易地提供的气体的环境空气具有最小的污染程度进而从中可获取的水在不具有另外的清洁-或过滤措施的情况下是充分干净的。

水获取设备可以具有运输泵，所述运输泵在运输通道中连续地或近似连续地运输环境空气或工作气体。例如可以通过旋转的运输泵实现连续的运输，可以通过具有往复的活塞的活塞泵实现近似连续的运输，所述活塞泵的来回的活塞运动的频率是至少2Hz。然而，用于在运输通道中运输工作气体的运输泵不是强制性需要的。运输通道可以在承载水获取设备的机动车中设置成，使得所述机动车在向前行驶时由环境空气流过，使得运输通道的通过车辆运动引起的相对运动在环境空气中用于通过运输通道运输环境空气。

冷凝器装置可以在结构上以不同的方式构造用于，改变工作气体的露水相关的状态参数。当可以通过状态参数的改变以预给定的恒定的绝对空气湿度改变相对湿度时，状态参数在本申请的意义上是露水相关的。因为水在气体、尤其空气中的溶解度是与温度相关的，所以冷凝器装置可以构造用于，降低工作气体的温度。为此，冷凝器装置可以具有至少一个珀耳帖元件或/和热交换器。优选地，冷凝器装置、尤其至少一个珀耳帖元件或/和热交换器的热传输面具有疏水的表面，以便可以将在冷凝器装置中凝结的水以尽可能低的耗费并且尽可能完全地通过水导出装置从冷凝器装置中导出。

水在空气中的溶解度基本上是与温度相关的。气体的、尤其在空气中的绝对湿度直接与从气体中提取的体积有关并且因此间接地与气体压力有关。在预给定的含水量下，绝对湿度与从潮湿气体提取的体积成反比地增大。因为此外相对湿度是在给定的温度下存在的蒸汽压力相对于在所述温度下适用的饱和蒸汽压力的比例，所以冷凝器装置替选地或附加地可以构造用于，改变工作气体的压力。例如，冷凝器装置可以构造用于，尽可能绝热地降低工作气体的压力，由此，直接在工作气体中溶解的水可以从工作气体中分离出来。同样地，冷凝器装置可以构造用于，提高工作气体的压力，以便因此气体接近饱和点。这最好作为等热的——或尽可能等热的——压缩作用，因为在不变的温度下，水在气体中的溶解度、以及借此最大可能的能够由气体量接收的水量不变。通过提高气体压力、即通过减小气体体积，气体的相对湿度升高并且潮湿的气体因此接近其饱和点。在超过饱和点时，水强制地以液滴形状冷凝。由于工作气体通过冷凝器装置进行的跟随压力升高的冷却，大量的水可以从然后压缩的工作气体中分离出来。

因此，冷凝器装置可以具有压缩机，以便如上述那样压缩、优选地等热地压缩工作气体。原则上，所述压缩机可以是具有往复活塞运动的活塞压缩机。由于冷凝器装置的尽可能均匀连续的工作，压缩机优选地是连续工作的旋转的压缩机。

为了提高输送给冷凝器装置的工作气体的绝对湿度，根据本发明的一个优选的改进方案，在运输通道中设置有连续工作的、从所输送的环境空气中提取水的并且将所提取的水排放给环境空气的水转运装置。为此，运输通道可以具有多个运输路径，在这些运输路径中，环境空气可以在相同的流动方向上或在不同的流动方向上、尤其反向地流动。

水转运装置可以具有水接收区域并且可以具有水排放区域，在所述水接收区域中，水转运装置从环境空气流中提取水，在所述水排放区域中，水转运装置将先前提取的水排放给环境空气流。在此优选涉及不同的环境空气流。输送给水接收区域的环境空气流与其朝向水接收区域流动相比以更低的绝对湿度远离水接收区域地流动，因为环境空气流将湿度排放给水接收区域。优选地，因此，输送给水接收区域的环境空气流是未处理的环境空气流，所述未处理的环境空气流具有比远离水接收区域地流动的环境空气流更高的绝对空气湿度。

为了有针对性地排放先前接收的水，水转运装置优选地具有可再生的水接收介质。为了能够以水接收介质首先在水接收区域中接收水并且然后在水排放区域中排放水，水接收介质优选地可以在水接收区域与水排放区域之间移位。

原则上，水接收介质可以以任意方式在水接收区域与水排放区域之间移位。为了水转运装置的尽可能连续的工作方式，水接收介质可以优选地旋转地在所述区域之间可移位。在此，水接收区域和水排放区域优选地位置不变地设置。具有作为水吸附介质或/和作为水吸收介质的水接收介质的介质体可以优选连续地在水接收区域与水排放区域之间旋转地移位。

为了有针对性地再生水接收介质，水转运装置优选地具有加热装置。通过加热装置，水排放区域例如可以提高到比水接收区域更高的温度水平。因此，可以通过加热水排放区域中的水接收介质，在那里局部地再生水接收介质进而使水接收介质干燥。加热装置可以直接地加热输送给水排放区域的环境空气流并且通过所述环境空气流间接地加热水排放区域，这此外具有如下优点：如此加热的环境空气流在经过水排放区域时与更低温度的环境空气流相比从水排放区域中针对每量单元环境空气流导出更多的水。然而，不应该排除的是，加热装置例如通过照射等在水排放区域的范围中直接加热水接收介质。

优选地，水接收介质、特别优选地介质体可以至少在水接收区域和水排放区域的区域中由环境空气或工作气体穿流，由于优选地在相反方向上的有利的空间使用，使得水接收介质的尽可能大的面能够在尽可能短的时间中由流过的环境空气润湿。因此，可以在短时间中在水接收区域中从穿流水接收介质的环境空气中接收比较大量的水并且同样在水排放区域中排放给穿流水接收介质的环境空气。

为了获得在水排放区域中排放给在旁边流动经过的环境空气的水，优选的是，运输通道使水排放区域与冷凝器装置连接。

为了避免在冷凝器装置中获取的液态水的损失，水导出装置可以具有阀，通过所述阀，水导出装置的水管路可以开启以贯穿引导水或闭锁以防止贯穿引导水。这同样如适用于蒸气态的水一样也适用于液态的水。优选地，水导出装置可以分离，例如以便从承载水获取设备的车辆中移除水导出装置的部分。同样优选地考虑，水导出装置使冷凝器装置与水箱连接，在所述水箱中，接收并且存储有从冷凝器装置获取的液态水，直至例如将水通过水喷射装置为了开始所述的目的输送给承载水获取设备的车辆的内燃机的新鲜气体。为了能够尽可能在不损失所获取的水的情况下移除水获取设备的这种水箱，水导出装置可以特别优选地沿流动方向远离冷凝器装置地在阀的上游分离。因此，阀可以闭锁水导出装置的引导至水箱的剩余部段并且因此水箱与所述剩余部段和阀可以在需要的情况下从车辆中移除。

本发明同样涉及一种机动车，所述机动车具有内燃机、如上述并且改进的水获取设备，并且具有水喷射装置，所述水喷射装置用于将水喷射到输送给内燃机的新鲜气体中。术语“新鲜气体”在本申请中表示可点燃的燃料空气混合物。

在此，机动车的水喷射装置与水获取设备耦联，使得水喷射装置将从水获取设备获取的水喷射到新鲜气体中。因此，通过水获取设备可以延长水喷射装置的供水系统的再填充周期。

优选地，上述使水导出装置与冷凝器装置连接的水箱是不仅水获取设备的而且水喷射装置的共同的水箱或供水系统。因此，水喷射装置可以从同一水箱中提取水，水导出装置将水运输到所述同一水箱中。

附图说明

本发明以下根据附图更详细地阐述。附图示出：

图1示出根据本发明的装入机动车中的水获取设备的粗略示意性示图。

具体实施方式

图1粗略示意性地示出以附图标记10表示的轿车。所述轿车具有以化石燃料运行的内燃机12，所述内燃机提供机动车10的驱动力。

机动车10具有以下详细阐述的水获取设备14，所述水获取设备用于，从环境空气中获取水用于水喷射装置16。

水获取设备14具有运输通道18，所述运输通道具有两个彼此分离的运输路径20和22。此外，设备14具有水转运装置24和冷凝器装置26。从冷凝器装置26，水导出装置28引导至水箱30。

运输通道18的运输路径20的入口在所示出的示例中处于阻风门设备32之后，所述阻风门设备在车辆10运行时对于以环境空气穿流可以打开或关闭。阻风门设备32不必须存在。运输路径20可以设置成，使得所述运输路径总是在车辆10向前行驶时被行驶风流过或所述运输路径可以设计具有沿所期望的穿流方向D运输环境空气的鼓风机。

那么，环境空气在穿流方向D上穿流运输路径20并且到达水转运装置24。更确切地说，环境空气到达位置固定地设置在水转运装置24处的水接收区域34，所述水接收区域可以由环境空气沿穿流方向D穿流。在水转运装置24中存在介质体36，所述介质体包括吸附水的材料、例如硅胶或硅酸胶。介质体36例如蜂窝形地构造并且可以沿着穿流方向D或逆着穿流方向D由空气穿流。

在以环境空气穿流期间，材料固有地吸湿的硅酸胶从环境空气提取水并且将水存储在其材料结构中。

介质体36可以通过驱动马达38围绕旋转轴线R旋转。由此，介质体36的首先位于水接收区域34中的区域可以移位到与水接收区域34不同的、同样位置固定地设置在水转运装置24处的水排放区域40中。时间上和空间上连续地实现介质体36的区域在水接收区域34与水排放区域40之间的移位。

运输通道18的第二运输路径22具有鼓风机42，所述鼓风机将环境空气逆着第一运输路径20的穿流方向D沿第二运输路径22运输。从其在图1右边的入口，由鼓风机42运输的环境空气首先到达水转运装置24的加热装置44，在那里，加热装置加热穿流其的环境空气。

如此加热的环境空气加热水排放区域40的区域中的介质体36，因此水排放区域40中的介质体36将先前在水接收区域34中接收的水排放给穿流所述介质体的环境空气流。在水转运装置24上游，在相应的运输路径20和22中流动的环境空气相应地具有其气象学存在的绝对湿度。在水转运装置24下游，在运输路径20中流动的环境空气由于排放水接收区域34中的水而具有比装置24上游更小的绝对湿度。在水转运装置24下游，在运输路径22中流动的环境空气由于接收水排放区域40中的水具有比装置24的上游更大的绝对湿度。

因此，水转运装置24的水接收区域34和水排放区域40平行于旋转轴线R、然而反向流动地穿流。然而，这是仅示例性的。

从水排放区域40出来的经改变的且具有更大的绝对湿度的环境空气作为工作气体从运输路径22运输至冷凝器装置26。冷凝器装置26在所示出的示例中包括压力改变装置46和冷却装置48。

压力改变装置46可以是旋转的、连续工作的压缩机或减压器。冷却装置48例如包括用于将热量排放给穿流热交换器的冷却介质的热交换器或/和珀耳帖元件。

压力改变装置46改变工作气体的压力，并且使工作气体接近其饱和极限，即直至如下点：在所述点中，工作气体具有在95％至100％之间的相对湿度。优选地，这作为等温压缩发生。为此，压力改变设备具有冷却设备，以便抵消通过工作气体的压缩引起的温度升高。

直接紧邻着压力改变装置46，工作气体通过冷却装置48冷却。由此，水以液滴形状从工作气体中分离出，所述工作气体在冷凝器装置26的、尤其珀耳帖元件的优选地疏水覆层的壁处凝结并且从那里重力驱动地流走并且通过水导出装置28输送给水箱30。在水箱30中，在冷凝器装置26中分离出的水聚集。

通过阀50，水导出装置28的水管路49封闭。优选地，水导出装置28的水管路49可以在阀50的区域中分离，使得水箱30可以从车辆10取出。水导出装置28可以在阀50的一侧或两侧上可分离。优选地，阀50在水导出装置28的与水箱30连通的部分处保留，以便可以将水箱30闭锁地从车辆10中移除。

水箱30不仅是水获取设备14的收集容器，而且是水喷射装置16的供水系统。

水喷射装置16可以包括运输泵52，通过所述运输泵，运输管路54中的水可以从水箱30运输至喷射阀56，在那里，水喷射到进气道58中，在所述进气道中，可点燃的新鲜气体输送给内燃机12。

通过水获取设备14，水箱30的再填充周期延长。通过水获取设备14的借助本发明可行的连续运行，所述水获取设备可以以最优的静态运行参数运行。

Claims (14)

1.一种用于机动车(10)的用于从环境空气中获取水的水获取设备(14)，所述水获取设备包括：

-运输通道(18)，

-冷凝器装置(26)，其构造用于，改变通过所述运输通道(18)输送给所述冷凝器装置(26)的工作气体的至少一个露水相关的状态参数的量值，

-水导出装置(28)，其构造用于，将由所述冷凝器装置(26)从所述工作气体中冷凝出的水从所述冷凝器装置(26)导出，

其中，所述运输通道(18)构造用于，将环境空气作为工作气体运输至所述冷凝器装置(26)，

其特征在于，所述水获取设备(14)构造用于，将工作气体连续地输送给所述冷凝器装置(26)。

2.根据权利要求1所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述冷凝器装置(26)构造用于，降低所述工作气体的温度。

3.根据权利要求2所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述冷凝器装置(26)具有至少一个珀耳帖元件(48)或/和热交换器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述冷凝器装置(26)构造用于，改变所述工作气体的压力，尤其提高所述工作气体的压力，特别优选地等温地提高所述工作气体的压力。

5.根据权利要求4所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述冷凝器装置(26)具有压缩机(46)、尤其连续工作的旋转的压缩机(46)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的水获取设备(14)，

其特征在于，在所述运输通道(18)中设置有连续工作的、从所运输的环境空气中提取水的并且将所提取的水排放给环境空气的水转运装置(24)。

7.根据权利要求6所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述水转运装置(24)具有水接收区域(34)和水排放区域(40)，在所述水接收区域中，水转运装置(24)从环境空气流中提取水，在所述水排放区域中，所述水转运装置(24)将所提取的水排放给环境空气流，其中，所述水转运装置(24)具有可再生的水接收介质，所述水接收介质能够在所述水接收区域(34)与所述水排放区域(40)之间移位。

8.根据权利要求7所述的水获取设备(14)，

其特征在于，具有作为水吸附介质或/和作为水吸收介质的水接收介质的介质体(36)能够连续地在所述水接收区域(34)与所述水排放区域(40)之间旋转地移位。

9.根据权利要求7或8所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述水转运装置(24)具有加热装置(44)，尤其以便将水排放区域(40)提升到比所述水接收区域(34)更高的温度水平上。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述运输通道(18)使所述水排放区域(40)与所述冷凝器装置(26)连接。

11.根据前述权利要求中任一项所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述水导出装置(28)具有阀(50)，通过所述阀，所述水导出装置(28)的水管路(49)能够开启以贯穿引导水或能够闭锁以防止贯穿引导水，其中，优选地，所述水导出装置(28)能够分离，特别优选地沿流动方向远离冷凝器装置(26)地在所述阀(50)的上游能够分离。

12.根据前述权利要求中任一项所述的水获取设备(14)，

其特征在于，所述水获取设备具有水箱(30)，其中，所述水导出装置(28)使所述冷凝器装置(26)与所述水箱(30)连接。

13.一种机动车(10)，其具有内燃机(12)、根据前述权利要求中任一项所述的水获取设备(14)，并且具有水喷射装置(16)，所述水喷射装置用于将水喷射到输送给所述内燃机(12)的新鲜气体中，

其特征在于，所述水喷射装置(16)与所述水获取设备(14)耦联，使得所述水喷射装置将由所述水获取设备(14)获取的水喷射到所述新鲜气体中。

14.根据权利要求13所述的、在引用权利要求12的情况下的机动车(10)，其特征在于，所述水箱(30)是所述水获取设备(14)和所述水喷射装置(16)的共同的水箱(30)。