DE102016206043A1 - Apparatus for obtaining water, in particular for a water injection arrangement of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser, umfassend einen mit der Umgebung (3) verbundenen Luftkanal (2), in welchen Umgebungsluft (30) einströmbar ist, ein Absorptionselement (4), welches im Luftkanal (2) angeordnet ist und Wasser und/oder Wasserdampf aus der zugeführten Umgebungsluft (3) absorbieren kann, eines erstes Absperrelement (11), welches im Luftkanal in Strömungsrichtung durch den Luftkanal (2) vor dem Absorptionselement (4) angeordnet und eingerichtet ist, den Luftkanal (2) freizugeben und zu verschließen, einen Wärmeübertrager (7), welcher eingerichtet ist, Wärme (Q) eines Abgases einer Brennkraftmaschine auf das Absorptionselement (4) zu übertragen, ohne dass das Abgas in direktem Kontakt mit dem Absorptionselement (4) kommt, und einen Kondensator (6), welcher im Luftkanal in Strömungsrichtung durch den Luftkanal nach dem Absorptionselement (4) angeordnet ist, um Wasser aus dem Luftstrom des Luftkanals zu kondensieren.The present invention relates to a device for obtaining water, comprising an air duct (2) connected to the environment (3), in which ambient air (30) can be flowed in, an absorption element (4) which is arranged in the air duct (2) and water and / or water vapor from the supplied ambient air (3) can absorb, a first shut-off element (11) which is arranged in the air passage in the flow direction through the air channel (2) in front of the absorption element (4) and adapted to release the air duct (2) and to close, a heat exchanger (7) which is adapted to transfer heat (Q) of an exhaust gas of an internal combustion engine to the absorption element (4), without the exhaust gas comes into direct contact with the absorption element (4), and a capacitor (6 ), which is arranged in the air passage in the flow direction through the air duct after the absorption element (4) to condense water from the air flow of the air duct.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser sowie eine Wassereinspritzanordnung einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser, insbesondere für eine Wassereinspritzanordnung einer Brennkraftmaschine.The present invention relates to a device for obtaining water and a water injection assembly of an internal combustion engine having an apparatus according to the invention and a method for obtaining water, in particular for a water injection arrangement of an internal combustion engine.

Zur Reduzierung einer Klopfneigung und zur Reduzierung von hohen Abgastemperaturen werden in jüngster Zeit verstärkt Vorschläge gemacht, bei Brennkraftmaschinen eine Wassereinspritzung durchzuführen. Das Wasser kann hierbei entweder direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine oder in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Um derartige Wassereinspritzsysteme in Serie in Fahrzeugen einbauen zu können, muss gewährleistet sein, dass ausreichend Wasser in einem Wassertank oder dgl. vorhanden ist. Hierbei wäre es wünschenswert, wenn ein Nutzer des Fahrzeugs möglichst nicht gezwungen ist, selbsttätig Wasser, z.B. über einen Nachfüllstutzen, in den Wassertank des Fahrzeugs einzufüllen. Aus der DE 102012207903 A1 ist eine Vorrichtung zur Wassergewinnung aus einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei ist ein Kondensator vorgesehen, um im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Wasserdampf zu kondensieren. Da das Wasser direkt aus dem Abgas gewonnen wird, sind in großem Umfang korrosive Bestandteile im gewonnenen Wasser enthalten, welche insbesondere Metallteile des Abgassystems und/oder eines Wassereinspritzsystems angreifen. Von daher ist es eigentlich zwingend notwendig, dass eine Reinigung des direkt aus dem Abgas gewonnenen Wasserkondensats durchgeführt wird. Nur hierdurch können Schäden an empfindlichen Bauteilen des Wassereinspritzsystems, insbesondere an Wasserinjektoren, vermieden werden.In order to reduce a tendency to knock and to reduce high exhaust gas temperatures proposals are made recently to carry out a water injection in internal combustion engines. The water can either be injected directly into a combustion chamber of the internal combustion engine or into an intake tract of the internal combustion engine. In order to install such water injection systems in series in vehicles, it must be ensured that sufficient water in a water tank or the like. Is present. In this case, it would be desirable if a user of the vehicle is not forced to automatically fill water into the water tank of the vehicle, for example via a refill pipe. From the DE 102012207903 A1 a device for obtaining water from an exhaust system of an internal combustion engine is known. In this case, a condenser is provided in order to condense water vapor contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. Since the water is obtained directly from the exhaust gas, corrosive components are contained in the recovered water to a large extent, which attack in particular metal parts of the exhaust system and / or a water injection system. Therefore, it is actually essential that a purification of the directly obtained from the exhaust gas water condensate is performed. Only in this way can damage to sensitive components of the water injection system, in particular water injectors, be avoided.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser, insbesondere für eine Wassereinspritzanordnung einer Brennkraftmaschine, weist demgegenüber den Vorteil auf, dass Wasser aus der Umgebungsluft gewonnen werden kann, so dass das gewonnene Wasserkondensat keine korrosiven Bestandteile aufweist. Dadurch ist es möglich, dass das Wasser direkt in einer Wassereinspritzanordnung einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann, ohne dass aufwendige Reinigungsarbeiten des kondensierten Wassers notwendig wären. Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach und robust aufgebaut und kann problemlos über mehrere Jahre hinweg in einem Fahrzeug mit einer Wassereinspritzanordnung verwendet werden. Dabei sind keinerlei Wartungsarbeiten oder dgl. zur Wartung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wassergewinnung notwendig. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung einen mit der Umgebung verbundenen Luftkanal aufweist, in welchen Umgebungsluft einströmbar ist. Ferner ist ein Absorptionselement vorgesehen, welches im Luftkanal angeordnet ist, und Wasserdampf der zugeführten Umgebungsluft aufnehmen kann. Ferner ist ein erstes Absperrelement vorgesehen, welches im Luftkanal in Strömungsrichtung durch den Luftkanal vor dem Absorptionselement angeordnet ist. Das Absperrelement ist eingerichtet, den Luftkanal freizugeben und zu verschließen. Weiterhin ist ein Wärmeübertrager vorgesehen, welcher eingerichtet ist, Wärme eines Abgases einer Brennkraftmaschine auf das Absorptionselement zu übertragen, wobei die Wärme ohne direkten Kontakt zwischen dem Abgas und dem Absorptionselement übertragbar ist. Weiterhin ist ein Kondensator vorgesehen, welcher in Strömungsrichtung durch den Luftkanal nach dem Absorptionselement angeordnet ist, um Wasser aus dem Luftstrom des Luftkanals zu kondensieren. Somit kann erfindungsgemäß Wasserdampf aus der Umgebungsluft im Absorptionselement aufgenommen werden und durch Wärme wieder freigesetzt werden, wobei durch die Freisetzung des Wasserdampfes im Absorptionselement eine höhere Konzentration an Wasserdampf in der Luft im Luftkanal erreicht wird. Diese mit Wasserdampf angereicherte Luft wird dann dem Kondensator zugeführt, in welchem das Wasser kondensiert und zu einer weiteren Nutzung, insbesondere für eine Wassereinspritzung einer Brennkraftmaschine, verwendbar ist. Da das Abgas der Brennkraftmaschine nicht in direktem Kontakt mit dem Absorptionselement kommt und somit nicht in direktem Kontakt mit dem Luftstrom im Luftkanal kommt, kann reinstes Wasser aus der Umgebungsluft gewonnen werden. Somit treten die im Stand der Technik auftretenden Probleme hinsichtlich korrosiver Bestandteile im kondensierten Wasser, welches direkt aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine gewonnen wird, bei der vorliegenden Erfindung nicht auf. Dadurch kann das kondensierte Wasser der vorliegenden Erfindung direkt in einem Wassereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine verwendet werden, ohne dass eine weitere aufwendige Nachbehandlung des kondensierten Wassers notwendig ist.The device according to the invention for obtaining water, in particular for a water injection arrangement of an internal combustion engine, has the advantage that water can be obtained from the ambient air, so that the recovered water condensate has no corrosive constituents. Thereby, it is possible that the water can be used directly in a water injection arrangement of an internal combustion engine, without expensive purification of the condensed water would be necessary. In this case, the device according to the invention is very simple and robust and can be easily used over several years in a vehicle with a water injection assembly. There are no maintenance or the like. For maintenance of the device according to the invention for water extraction necessary. This is inventively achieved in that the device has an air channel connected to the environment, in which ambient air can be flowed. Furthermore, an absorption element is provided, which is arranged in the air duct, and can absorb water vapor of the supplied ambient air. Furthermore, a first shut-off element is provided, which is arranged in the air duct in the flow direction through the air duct in front of the absorption element. The shut-off element is set up to release and close the air duct. Furthermore, a heat exchanger is provided, which is adapted to transfer heat of an exhaust gas of an internal combustion engine to the absorption element, wherein the heat without direct contact between the exhaust gas and the absorption element is transferable. Furthermore, a condenser is provided, which is arranged in the flow direction through the air duct after the absorption element to condense water from the air flow of the air duct. Thus, according to the invention, water vapor can be taken up from the ambient air in the absorption element and released again by heat, wherein a higher concentration of water vapor in the air in the air duct is achieved by the release of the water vapor in the absorption element. This air enriched with water vapor is then fed to the condenser, in which the water condenses and for further use, in particular for a water injection of an internal combustion engine, is used. Since the exhaust gas of the internal combustion engine does not come in direct contact with the absorption element and thus does not come in direct contact with the air flow in the air duct, pure water can be obtained from the ambient air. Thus, the problems in the prior art with respect to corrosive constituents in the condensed water, which is obtained directly from the exhaust gas of an internal combustion engine, do not occur in the present invention. Thereby, the condensed water of the present invention can be directly used in a water injection system of an internal combustion engine, without the necessity of further consuming post-treatment of the condensed water.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Vorzugsweise umfasst der Wärmeübertrager einen Teil eines Abgaskanals einer Brennkraftmaschine. Besonders bevorzugt ist dabei im Abgaskanal eine Regeleinrichtung angeordnet, um eine Abgasmenge, welche zum Wärmeübertrager strömt, zu regeln. Die Regeleinrichtung kann dabei besonders bevorzugt den Abgasstrom vollständig abstellen. Preferably, the heat exchanger comprises a part of an exhaust passage of an internal combustion engine. In this case, a control device is particularly preferably arranged in the exhaust gas duct in order to regulate an amount of exhaust gas which flows to the heat exchanger. The control device can particularly preferably turn off the exhaust gas flow completely.

Besonders bevorzugt ist der Teil des Abgaskanals ein Abgas-Bypasskanal, welcher parallel zum Hauptabgaskanal führt. Der Abgas-Bypasskanal zweigt dabei von einer Hauptabgasleitung ab, wobei bevorzugt ein zweites Absperrelement im Abgas-Bypasskanal angeordnet ist. Das zweite Absperrelement dient dabei zur Regelung einer Abgasmenge, welche durch den Abgas-Bypasskanal strömt. Particularly preferably, the part of the exhaust passage is an exhaust gas bypass passage which leads parallel to the main exhaust passage. The exhaust gas bypass duct branches off from a main exhaust gas line, wherein a second shut-off element is preferably arranged in the exhaust gas bypass duct. The second shut-off element serves to control an amount of exhaust gas which flows through the exhaust gas bypass channel.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit zur Steuerung des ersten und zweiten Absperrelements. Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet, das erste und zweite Absperrelement derart anzusteuern, dass ausschließlich jeweils nur eines der beiden Absperrelemente geöffnet ist und das andere der beiden Absperrelemente geschlossen ist. Somit wird sichergestellt, dass jeweils lediglich nur eines der beiden Absperrelemente geöffnet ist.Preferably, the device further comprises a control unit for controlling the first and second shut-off element. The control unit is set up to control the first and second shut-off elements such that only one of the two shut-off elements is opened and the other of the two shut-off elements is closed. This ensures that in each case only one of the two shut-off elements is opened.

Vorzugsweise umfasst das Absorptionselement ein Zeolithmaterial. Hierdurch können große Mengen an Wasserdampf und/oder Wasser aus der über den Luftkanal zugeführten Umgebungsluft durch das Absorptionselement aufgenommen werden. Preferably, the absorbent element comprises a zeolite material. As a result, large amounts of water vapor and / or water from the ambient air supplied via the air duct can be absorbed by the absorption element.

Für einen besonders kompakten Aufbau ist der Abgas-Bypasskanal benachbart parallel zum Luftkanal geführt. Somit kann der Wärmeübertrager durch lediglich benachbart geführte Wände des Luftkanals und des Abgas-Bypasskanals bereitgestellt werden. Das Absorptionselement ist vorzugsweise im Bereich der Parallelführung von Abgas-Bypasskanals und Luftkanal angeordnet.For a particularly compact design, the exhaust gas bypass channel is guided adjacent to the air channel adjacent. Thus, the heat exchanger can be provided by only adjacent guided walls of the air duct and the exhaust gas bypass channel. The absorption element is preferably arranged in the region of the parallel guidance of the exhaust gas bypass duct and the air duct.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Wassereinspritzanordnung einer Brennkraftmaschine, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser. Die Wassereinspritzanordnung umfasst bevorzugt einen Wassertank, welcher mit dem Kondensator der Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser verbunden ist, in welchem das gewonnene Wasserkondensat gesammelt werden kann.Furthermore, the present invention relates to a water injection assembly of an internal combustion engine, comprising a device according to the invention for the recovery of water. The water injection assembly preferably comprises a water tank which is connected to the condenser of the device for obtaining water, in which the recovered water condensate can be collected.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, umfassend eine erfindungsgemäße Wassereinspritzanordnung.Furthermore, the present invention relates to an internal combustion engine, comprising a water injection arrangement according to the invention.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus Umgebungsluft, insbesondere für eine Wassereinspritzanordnung einer Brennkraftmaschine. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Zuführens von Umgebungsluft in einen Luftkanal, in welchem ein Absorptionselement angeordnet ist. Das Absorptionselement ist eingerichtet, Wasserdampf und/oder Wasser aus der zugeführten Umgebungsluft aufzunehmen. Ferner umfasst das Verfahren den Schritt den Zuführens von Wärme aus einem Abgas einer Brennkraftmaschine zum Absorptionselement, ohne dass das Abgas in direktem Kontakt mit dem Absorptionselement kommt, wobei im Absorptionselement aufgenommener Wasserdampf freigesetzt wird und von der das Absorptionselement umgebenden Luft aufgenommen wird und abgeführt wird. Im letzten Schritt erfolgt ein Kondensieren der mit dem Wasserdampf aus dem Absorptionselement angereicherten Luft in einem Kondensator, um Wasser zu gewinnen. Da die Luft erfindungsgemäß durch das Freisetzen des im Absorptionselement aufgenommenen Wassers bzw. Wasserdampfes eine höhere Wasserdampfkonzentration als die Umgebungsluft aufweist, kann eine große Menge an Wasser während des Kondensationsvorgangs gewonnen werden.The invention further relates to a method for recovering water from ambient air, in particular for a water injection arrangement of an internal combustion engine. The method comprises the steps of supplying ambient air into an air duct, in which an absorption element is arranged. The absorption element is set up to receive water vapor and / or water from the supplied ambient air. Furthermore, the method comprises the step of supplying heat from an exhaust gas of an internal combustion engine to the absorption element without the exhaust gas coming into direct contact with the absorption element, wherein water vapor received in the absorption element is released and is taken up by the air surrounding the absorption element and removed. In the last step, the air enriched with the water vapor from the absorption element condenses in a condenser in order to obtain water. Since, according to the invention, the air has a higher water vapor concentration than the ambient air due to the release of the water or water vapor absorbed in the absorption element, a large amount of water can be obtained during the condensation process.

Für eine besonders gute Anreicherung von Wasserdampf bzw. Wasser im Absorptionselement wird beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise der Luftkanal geöffnet und ein Abgaskanal, aus welchem Wärme aus dem Abgas zum Absorptionselement übertragen wird, geschlossen, so dass das Absorptionselement große Wassermenge entweder in Form von flüssigem Wasser oder in Form von Wasserdampf, aufnehmen kann. Weiter bevorzugt wird der Luftkanal während der Wärmeübertragung auf das Absorptionselement abgesperrt und der Abgaskanal geöffnet, so dass keine Frischluft zum Absorptionselement zuführbar ist. Dadurch kann eine große Anreicherung von Wasserdampf in der das Absorptionselement umgebenden Luft vorgenommen werden, welche dann zum Kondensieren gebracht werden kann.For a particularly good accumulation of water vapor or water in the absorption element in the inventive method, preferably the air duct is opened and an exhaust duct, from which heat is transferred from the exhaust gas to the absorption, closed, so that the absorption element large amount of water either in the form of liquid water or in the form of water vapor, can absorb. More preferably, the air duct is shut off during the heat transfer to the absorption element and the exhaust duct is opened, so that no fresh air can be supplied to the absorption element. As a result, a large accumulation of water vapor in the air surrounding the absorption element can be made, which can then be made to condense.

Nach erfolgter Wärmeübertragung auf das Absorptionselement wird vorzugsweise der Luftkanal wieder geöffnet, so dass frische Umgebungsluft dem Absorptionselement zugeführt werden kann, welches dann entsprechend wieder Wasser bzw. Wasserdampf aufnehmen kann.After the heat has been transferred to the absorption element, the air channel is preferably opened again so that fresh ambient air can be supplied to the absorption element, which can then absorb water or steam accordingly.

Die für die Vorrichtung beschriebenen Vorteile gelten selbstverständlich auch für das erfindungsgemäße Verfahren.Of course, the advantages described for the device also apply to the method according to the invention.

Zeichnungdrawing

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 a schematic view of a device for recovering water according to a preferred embodiment of the invention.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Preferred embodiment of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Wasser 32 im Detail beschrieben.The following is with reference to 1 a device 1 for the recovery of water 32 described in detail.

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Wasser einen Luftkanal 2 und ein Absorptionselement 4, welches im Luftkanal 2 angeordnet ist. Der Luftkanal 2 ist mit der Umgebung 3 verbunden, so dass Umgebungsluft 30 in den Luftkanal 2 zuführbar ist.How out 1 can be seen, the device comprises 1 to obtain water an air duct 2 and an absorbent element 4 which is in the air duct 2 is arranged. The air duct 2 is with the environment 3 connected so that ambient air 30 in the air duct 2 can be fed.

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner einen Wärmeübertrager 7, welcher Wärme aus einem Abgas 51 einer Brennkraftmaschine 10 auf das Absorptionselement 4 übertragen kann. Die Wärmeübertragung ist in 1 durch die geschlängelten Pfeile Q angedeutet.The device 1 further includes a heat exchanger 7 which heat from an exhaust gas 51 an internal combustion engine 10 on the absorption element 4 can transfer. The heat transfer is in 1 indicated by the meandering arrows Q.

Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist von der Brennkraftmaschine 10 eine Abgasleitung 5 zur Abführung von heißem Abgas 51 vorgesehen. An der Abgasleitung 5 ist ein Bypass 50 ausgebildet, in welchen heißes Abgas 51 einströmen kann. Der Bypass 50 ist dabei parallel zu einem Teilbereich des Luftkanals 2 angeordnet, in welchem das Absorptionselement 4 angeordnet ist. Somit kann Wärme des heißen Abgases 51 über den Wärmeübertrager 7 auf das Absorptionselement 4 übertragen werden.How farther 1 it is apparent from the internal combustion engine 10 an exhaust pipe 5 for the removal of hot exhaust gas 51 intended. At the exhaust pipe 5 is a bypass 50 formed, in which hot exhaust gas 51 can flow in. The bypass 50 is parallel to a portion of the air duct 2 arranged in which the absorption element 4 is arranged. Thus, heat of the hot exhaust gas 51 over the heat exchanger 7 on the absorption element 4 be transmitted.

Es sei angemerkt, dass der Wärmeübertrager 7 in diesem Ausführungsbeispiel lediglich aus einem Wandbereich zwischen dem Luftkanal 2 und dem Bypass 50 bereitgestellt wird. Der Luftkanal 2 und das Absorptionselement 4 sind somit nur thermisch mit dem Bypass 50 gekoppelt, wobei kein Stoffaustausch stattfindet.It should be noted that the heat exchanger 7 in this embodiment only from a wall area between the air duct 2 and the bypass 50 provided. The air duct 2 and the absorbent element 4 are thus only thermal with the bypass 50 coupled, with no mass transfer takes place.

Der Bypass 50 mündet wieder in die Abgasleitung 5, wobei das in den Bypass zugeführte heiße Abgas 51 als abgekühltes Abgas 52 wieder in den Hauptabgasstrom zurückgeführt wird. The bypass 50 flows back into the exhaust pipe 5 wherein the hot exhaust gas supplied into the bypass 51 as cooled exhaust gas 52 is returned to the main exhaust stream.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Wasser einen Kondensator 6, welcher in Durchströmungsrichtung des Luftkanals 2 nach dem Absorptionselement 4 im Luftkanal 2 angeordnet ist.Furthermore, the device comprises 1 for obtaining water a condenser 6 , which in the flow direction of the air channel 2 after the absorption element 4 in the air duct 2 is arranged.

Wie weiterhin aus 1 ersichtlich ist, ist im Luftkanal 2 ferner ein erstes Absperrelement 11 angeordnet, welches in Durchströmungsrichtung des Luftkanals vor dem Absorptionselement 4 angeordnet ist. Im Bypass 50 ist ferner ein zweites Absperrelement 12 vorgesehen, welches in Durchströmungsrichtung durch den Bypass 50 vor dem Wärmeübertrager 7 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Absperrelemente 11, 12 auf gleicher Höhe angeordnet. Die beiden Absperrelement 11, 12 werden mittels einer Steuereinheit 13 angesteuert. How to continue 1 it can be seen is in the air duct 2 Furthermore, a first shut-off 11 arranged, which in the flow direction of the air channel in front of the absorption element 4 is arranged. In the bypass 50 is also a second shut-off 12 provided, which in the flow direction through the bypass 50 in front of the heat exchanger 7 is arranged. In this embodiment, the two shut-off elements 11 . 12 arranged at the same height. The two shut-off element 11 . 12 be by means of a control unit 13 driven.

Die Steuereinheit 13 ist dabei derart eingerichtet, dass die beiden Absperrelemente 11, 12 jeweils unterschiedlich angesteuert werden. D.h., wenn das erste Absperrelement 11 geöffnet ist, wird das zweite Absperrelement 12 geschlossen. Andersrum, d.h., wenn das zweite Absperrelement 12 geöffnet ist, wird das erste Absperrelement 11 geschlossen. Somit sind im Betrieb nicht beide Absperrelemente 11, 12 gleichzeitig geöffnet.The control unit 13 is set up such that the two shut-off elements 11 . 12 each be controlled differently. That is, when the first shut-off element 11 is opened, becomes the second shut-off element 12 closed. Otherwise, that is, when the second shut-off 12 is opened, becomes the first shut-off element 11 closed. Thus, both shut-off elements are not in operation 11 . 12 open at the same time.

Wie weiterhin aus 1 ersichtlich ist, ist der Kondensator 6 über eine Wasserzuleitung 24 mit einem Wassertank 21 einer Wassereinspritzanordnung 20 verbunden. Vom Wassertank 21 aus führt eine Leitung 25 zu einem Wasserinjektor 22. Der Wasserinjektor 22 spritzt dabei Wasser in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine direkt ein oder alternativ auch in einen Saugbereich der Brennkraftmaschine ein. Das Wasser wird aus dem Wassertank 21 mittels einer Pumpe 23 zum Wasserinjektor 22 gefördert.How to continue 1 is apparent, is the capacitor 6 via a water supply 24 with a water tank 21 a water injection assembly 20 connected. From the water tank 21 out leads a line 25 to a water injector 22 , The water injector 22 Water injects directly into a combustion chamber of an internal combustion engine or alternatively into a suction region of the internal combustion engine. The water gets out of the water tank 21 by means of a pump 23 to the water injector 22 promoted.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Wasser ist dabei wie folgt. Zuerst wird mittels der Steuereinheit 13 das erste Absperrelement 11 geöffnet und das zweite Absperrelement 12 geschlossen. Dadurch kann Umgebungsluft 30 in den Luftkanal 2 einströmen und Wasserdampf, welcher in der Umgebungsluft enthalten ist, kann durch das Absorptionselement 4 aufgenommen werden. Somit wird Wasserdampf und/oder Wasser im Absorptionselement 4 aufgenommen. Während der Beladephase des Absorptionselements 4 sinkt die Temperatur im Absorptionselement 4, so dass im Luftkanal 2 und am Absorptionselement 4 eine geringere Temperatur als im Bypass 50 herrscht. The function of the device according to the invention 1 for the recovery of water is as follows. First, by means of the control unit 13 the first shut-off element 11 opened and the second shut-off 12 closed. This may cause ambient air 30 in the air duct 2 inflow and water vapor, which is contained in the ambient air, through the absorption element 4 be recorded. Thus, water vapor and / or water in the absorption element 4 added. During the loading phase of the absorption element 4 the temperature in the absorption element drops 4 , so in the air duct 2 and on the absorption element 4 a lower temperature than in the bypass 50 prevails.

Nach Ablauf z.B. einer gewissen Zeitspanne, wenn im Absorptionselement 4 ausreichend Wasser und/oder Wasserdampf aufgenommen wurde, wird das erste Absperrelement 11 mittels der Steuereinheit 13 geschlossen und das zweite Absperrelement 12 im Bypass 50 mittels der Steuereinheit 13 geöffnet. Dadurch kann heißes Abgas 51 über den Bypass strömen, so dass Wärme Q vom heißen Abgas 51 über den Wärmeübertrager 7 auf das Absorptionselement 4 übertragen werden kann. Dieser Zustand ist in 1 dargestellt. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Absorptionselements 4, so dass das Absorptionselement 4 Wasserdampf 14 an die das Absorptionselement 4 umgebende Luft abgibt. Dieses mit Wasserdampf angereicherte Gas 31 wird dann zum Kondensator 6 geführt, in welchem der Wasserdampf zu Wasser 32 kondensiert, welches der Wassereinspritzvorrichtung 20 zugeführt wird. Entfeuchtete Luft 33 wird anschließend aus dem Kondensator 6 wieder zur Umgebung abgegeben.After expiration, for example, a certain period of time, if in the absorption element 4 sufficient water and / or water vapor is absorbed, becomes the first shut-off 11 by means of the control unit 13 closed and the second shut-off 12 in the bypass 50 by means of the control unit 13 open. This can cause hot exhaust 51 flow over the bypass, leaving heat Q from the hot exhaust gas 51 over the heat exchanger 7 on the absorption element 4 can be transferred. This condition is in 1 shown. This increases the temperature of the absorption element 4 so that the absorption element 4 Steam 14 to the the absorption element 4 gives off surrounding air. This gas enriched with water vapor 31 then becomes the capacitor 6 led, in which the water vapor to water 32 condenses which of the water injection device 20 is supplied. Dehumidified air 33 is then removed from the condenser 6 returned to the environment.

Wenn das Wasser und/oder der Wasserdampf aus dem Absorptionselement 4 an die das Absorptionselement 4 umgebende Luft abgegeben wurde und zum Kondensator 6 geführt wurde, wird das zweite Absperrelement 12 geschlossen und das erste Absperrelement 11 wieder geöffnet. Dadurch beginnt die Anreicherung von Wasser und/oder Wasserdampf im Absorptionselement 4 von neuem. If the water and / or the water vapor from the absorption element 4 to the the absorption element 4 surrounding air was discharged and to the condenser 6 was performed, the second shut-off 12 closed and the first shut-off 11 opened again. As a result, the accumulation of water and / or water vapor begins in the absorption element 4 again.

Durch diesen Kreislauf kann somit Wasser aus der Umgebungsluft 30 kondensiert werden, wobei zur Anreicherung des Wasserdampfes in der Luft im Luftkanal 2 Wärme Q aus dem Abgas verwendet wird. Da das Abgas nicht direkt in Kontakt mit dem Absorptionselement 4 kommt, besteht nicht die Gefahr, dass bei der Kondensation hochkorrosive Bestandteile im kondensierten Wasser enthalten sind, welche die Bauteile des Kondensators und/oder der Wassereinspritzvorrichtung 20 angreifen könnten. Die Luft im Luftkanal 2 ist vollständig getrennt vom Abgas der Brennkraftmaschine. Dabei weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser einen relativ einfachen Aufbau auf. Insbesondere kann der Wärmeübertrager 7 sehr einfach in Form von parallel laufenden Leitungen, d.h., dem Luftkanal 2 und dem Bypass 50, ausgebildet werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein Teil der Verlustwärme der Brennkraftmaschine durch Nutzung des Abgases verwendet werden kann, so dass ein Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine gesteigert werden kann.Through this circuit can thus water from the ambient air 30 be condensed, wherein the accumulation of water vapor in the air in the air duct 2 Heat Q is used from the exhaust gas. Because the exhaust gas is not directly in contact with the absorption element 4 There is no risk that the condensation contains highly corrosive constituents in the condensed water, which are the components of the condenser and / or the water injection device 20 could attack. The air in the air duct 2 is completely separate from the exhaust gas of the internal combustion engine. In this case, the device according to the invention for the recovery of water has a relatively simple structure. In particular, the heat exchanger 7 very easy in the form of parallel lines, ie, the air duct 2 and the bypass 50 , be formed. Another advantage is that a part of the heat loss of the internal combustion engine can be used by using the exhaust gas, so that an efficiency of the internal combustion engine can be increased.

Somit kann erfindungsgemäß kondensiertes Wasser aus der Umgebungsluft gewonnen werden, welches ohne weitere Nachbehandlung direkt in einer Wassereinspritzvorrichtung 20 einer Brennkraftmaschine 10 verwendet werden kann.Thus, according to the invention condensed water can be recovered from the ambient air, which directly without further treatment in a water injection device 20 an internal combustion engine 10 can be used.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012207903 A1 [0002] DE 102012207903 A1 [0002]

Claims (11)

Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser, umfassend: – einen mit der Umgebung (3) verbundenen Luftkanal (2), in welchen Umgebungsluft (30) einströmbar ist, – ein Absorptionselement (4), welches im Luftkanal (2) angeordnet ist und Wasser und/oder Wasserdampf aus der zugeführten Umgebungsluft (3) absorbieren kann, – eines erstes Absperrelement (11), welches im Luftkanal in Strömungsrichtung durch den Luftkanal (2) vor dem Absorptionselement (4) angeordnet und eingerichtet ist, den Luftkanal (2) freizugeben und zu verschließen, – einen Wärmeübertrager (7), welcher eingerichtet ist, Wärme (Q) eines Abgases einer Brennkraftmaschine auf das Absorptionselement (4) zu übertragen, ohne dass das Abgas in direktem Kontakt mit dem Absorptionselement (4) kommt, und – einen Kondensator (6), welcher im Luftkanal in Strömungsrichtung durch den Luftkanal nach dem Absorptionselement (4) angeordnet ist, um Wasser aus dem Luftstrom des Luftkanals zu kondensieren.Apparatus for recovering water, comprising: - one with the environment ( 3 ) connected air duct ( 2 ), in which ambient air ( 30 ), - an absorption element ( 4 ), which in the air duct ( 2 ) is arranged and water and / or water vapor from the supplied ambient air ( 3 ), - a first shut-off element ( 11 ), which in the air channel in the flow direction through the air channel ( 2 ) in front of the absorption element ( 4 ) and is arranged, the air duct ( 2 ) and to close, - a heat exchanger ( 7 ), which is arranged, heat (Q) of an exhaust gas of an internal combustion engine to the absorption element ( 4 ) without the exhaust gas in direct contact with the absorption element ( 4 ), and - a capacitor ( 6 ), which in the air passage in the flow direction through the air channel after the absorption element ( 4 ) is arranged to condense water from the air flow of the air channel. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager einen Teil eines Abgaskanals umfasst.Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat exchanger comprises a part of an exhaust gas passage. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Abgaskanals ein Abgas-Bypasskanal (50) ist, wobei im Abgas-Bypasskanal (50) ein zweites Absperrelement (12) angeordnet ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the part of the exhaust gas passage, an exhaust gas bypass duct ( 50 ), wherein in the exhaust gas bypass channel ( 50 ) a second shut-off element ( 12 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Steuereinheit (13) zur Steuerung des ersten und zweiten Absperrelements (11, 12), wobei die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, das erste und zweite Absperrelement (11, 12) derart anzusteuern, dass ausschließlich jeweils nur eines der beiden Absperrelemente geöffnet ist und das andere der beiden Absperrelemente geschlossen ist. Apparatus according to claim 3, further comprising a control unit ( 13 ) for controlling the first and second shut-off elements ( 11 . 12 ), the control unit ( 13 ), the first and second shut-off element ( 11 . 12 ) to control such that only only one of the two shut-off elements is opened and the other of the two shut-off elements is closed. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas-Bypasskanal (50) unmittelbar benachbart und parallel zum Luftkanal (2) geführt ist.Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the exhaust gas bypass channel ( 50 ) immediately adjacent and parallel to the air duct ( 2 ) is guided. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (4) im Bereich der parallelen Führung von Abgas-Bypasskanal (50) und Luftkanal (2) angeordnet ist. Device according to claim 5, characterized in that the absorption element ( 4 ) in the region of the parallel guidance of exhaust gas bypass channel ( 50 ) and air duct ( 2 ) is arranged. Wassereinspritzanordnung (20) einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Vorrichtung (1) zur Gewinnung von Wasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Water injection arrangement ( 20 ) of an internal combustion engine, comprising a device ( 1 ) for the recovery of water according to any one of the preceding claims. Brennkraftmaschine, umfassend eine Wassereinspritzanordnung nach Anspruch 6.Internal combustion engine comprising a water injection arrangement according to claim 6. Verfahren zur Gewinnung von Wasser (32) aus Umgebungsluft (30), insbesondere für eine Wassereinspritzanordnung einer Brennkraftmaschine, umfassend die Schritte: – Zuführen von Umgebungsluft (30) in einen Luftkanal (20), in welchem ein Absorptionselement (4) angeordnet ist, wobei das Absorptionselement (4) Wasser und/oder Wasserdampf aus der zugeführten Umgebungsluft (30) aufnimmt; – Zuführen von Wärme (Q) aus einem Abgas (51) einer Brennkraftmaschine zum Absorptionselement (4), ohne dass das Abgas in direktem Kontakt mit dem Absorptionselement (4) kommt, wobei im Absorptionselement (4) aufgenommenes Wasser und/oder aufgenommener Wasserdampf freigesetzt wird und von der das Absorptionselement (4) umgebenden Luft im Luftkanal (2) aufgenommen wird, und – Kondensieren der mit Wasserdampf angereicherten Luft aus dem Luftkanal (2), um Wasser (32) zu gewinnen.Process for obtaining water ( 32 ) from ambient air ( 30 ), in particular for a water injection arrangement of an internal combustion engine, comprising the steps: - supplying ambient air ( 30 ) in an air duct ( 20 ), in which an absorption element ( 4 ), wherein the absorption element ( 4 ) Water and / or water vapor from the supplied ambient air ( 30 ) receives; Supplying heat (Q) from an exhaust gas ( 51 ) an internal combustion engine to the absorption element ( 4 ) without the exhaust gas in direct contact with the absorption element ( 4 ), wherein in the absorption element ( 4 ) received water and / or absorbed water vapor is released and from which the absorption element ( 4 ) surrounding air in the air duct ( 2 ), and - condensing the water vapor-enriched air from the air duct ( 2 ) to water ( 32 ) to win. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (2) während der Übertragung von Wärme (Q) auf das Absorptionselement (4) abgesperrt ist, so dass keine frische Umgebungsluft zum Absorptionselement (4) zuführbar ist. Method according to claim 9, characterized in that the air duct ( 2 ) during the transfer of heat (Q) to the absorption element ( 4 ) is shut off, so that no fresh ambient air to the absorption element ( 4 ) can be fed. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (2) geöffnet wird, nachdem im Absorptionselement (4) aufgenommenes Wasser und/oder aufgenommener Wasserdampf freigesetzt worden ist.Method according to claim 10, characterized in that the air duct ( 2 ) is opened after in the absorption element ( 4 ) received water and / or absorbed water vapor has been released.
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