DE102019132562A1

DE102019132562A1 - Wasserzuführungssystem zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine und Demineralisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019132562A1
Application number: DE102019132562.5A
Authority: DE
Inventors: Fabrizio Chini; Gloria Paoli; Francesca Sartori; Edoardo MARTELLI; Filippo Dall'Armellina; Luca Antoniazzi
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive Se De
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-02
Also published as: US20210277848A1; CN112879182A

Abstract

Die Erfindung bildet ein Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720) zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einem Verbraucher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zu einer Brennkraftmaschine weiter, umfassend: einen Wassertank (22; 122; 222; 322; 422; 522; 622; 722) mit einer Einfüllöffnung (24; 124; 224; 324; 424; 524; 624; 724); eine erste Saugleitung (26; 126; 226; 326; 454; 526; 626; 726); eine erste Wasserpumpe (28; 128; 228; 328; 428; 528; 628; 728); eine Abgabeleitung (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630; 730); eine Abgabevorrichtung (32; 132; 232; 332; 432; 532; 632; 732); eine Demineralisierungsvorrichtung (38; 156; 256; 354; 458; 556; 648; 748; 1000; 2000) zum Demineralisieren von Wasser; wobei die erste Wasserpumpe (28; 128; 228; 328; 428; 528; 628; 728) über die erste Saugleitung (26; 126; 226; 326; 526; 626; 726) mit einem Innenvolumen des Wassertanks (22; 122; 222; 322; 422; 522; 622; 722) fluidtechnisch verbunden ist, wobei die Abgabevorrichtung (32; 132; 232; 332; 432; 532; 632; 732) über die Abgabeleitung (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630; 730) mit der ersten Wasserpumpe (28; 128; 228; 328; 428; 528; 628; 728) fluidtechnisch verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserzuführungssystem zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einem Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zu einer Brennkraftmaschine, sowie eine Demineralisierungsvorrichtung.
In Fahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem Benzinmotor, werden Wasserzuführungssysteme zur Reduzierung der Peaktemperatur in einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine verwendet. Hierdurch können Verbesserungen in der Leistungsfähigkeit und den Emissionswerten der Brennkraftmaschine erreicht werden. Wasserzuführungssysteme führen der Brennkraftmaschine Wasser zu, indem das Wasser direkt in eine Verbrennungskammer eingeführt, insbesondere zerstäubt wird, oder indem das Wasser in der Nähre einer Verbrennungskammer eingeführt wird, z.B. in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingeführt wird, insbesondere zerstäubt wird.
Um einen beschleunigten Verschleiß, Korrosion und Ablagerungen in der Brennkraftmaschine und in dem Wasserzuführungssystem zu verhindern, wird als Wasser demineralisiertes Wasser verwendet. Würde Brauchwasser, z.B. Trinkwasser, verwendet werden, welches gelöste Ionen, Pulver und andere Verunreinigungen umfasst, könnte dies zu einer nicht reparierbaren Beschädigung der Brennkraftmaschine führen. Die Beschädigung kann insbesondere dadurch verursacht werden, dass bei einer Einführung des Wassers bei hohen Umgebungstemperaturen in der Brennkraftmaschine das Wasser einen Phasenübergang durchlaufen kann, während dessen in dem Wasser gelöste Salze wieder ihre Festkörperform annehmen können, sich auf Flächen der Brennkraftmaschine ablagern können und somit den Verschleiß der Brennkraftmaschine erhöhen können. Ebenso können in dem Wasser gelöste Ionen Katalysatoren in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine permanent schädigen.
Um Wasserzuführungssysteme dennoch mit Brauchwasser befüllen zu können, werden in Wasserzuführungssystemen Demineralisierungsvorrichtungen angeordnet. Ein derartiges Wasserzuführungssystem ist aus der Druckschrift WO 2017/137100 A1 bekannt. Die darin gezeigten Ausführungsformen sind jedoch entweder komplex, schwer wartbar oder ein Rückfluss von Wasser in einen Wassertank kann nur ungenügend gesteuert werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Wasserzuführungssystem bereitzustellen, welches insbesondere einfach wartbar ist oder insbesondere einfach steuerbare Strömungspfade bereitstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wasserzuführungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Von diesem Anspruch abhängige oder auf diesen rückbezogene Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen oder Aspekte der Erfindung. Zur Lösung dieser Aufgabe trägt auch eine erfindungsgemäße Demineralisierungsvorrichtung nach Anspruch 8 bei, sodass dieser eine eigene erfinderische Qualität zukommt. Von Anspruch 8 abhängige Ansprüche beschreiben bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen der Demineralisierungsvorrichtung.
Die Erfindung stellt insbesondere ein Wasserzuführungssystem zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einem Verbraucher in einem Kraftfahrzeug bereit. Bevorzugt ist ein solcher Verbraucher eine Brennkraftmaschine. Jedoch kann ein solcher Verbraucher auch eine Brennstoffzelle oder ein Batteriekühlkreis sein. Das Wasserzuführungssystem umfasst einen Wassertank mit einer Einfüllöffnung, eine erste Saugleitung, eine erste Wasserpumpe, eine Abgabeleitung, eine Abgabevorrichtung und eine Demineralisierungsvorrichtung zum Demineralisieren von Wasser. Die erste Wasserpumpe ist über die erste Saugleitung mit einem Innenvolumen des Wassertanks fluidtechnisch verbunden und die Abgabevorrichtung ist über die Abgabeleitung mit der ersten Wasserpumpe fluidtechnisch verbunden, wobei

a) das Wasserzuführungssystem einen Demineralisierungskreislauf umfasst, welcher eine zweite Saugleitung, eine zweite Wasserpumpe, eine Pumpenleitung und eine Rückführleitung aufweist, wobei die zweite Wasserpumpe über die zweite Saugleitung mit einem Innenvolumen des Wassertanks fluidtechnisch verbunden ist; wobei ein Einlass der Demineralisierungsvorrichtung über die Pumpenleitung fluidtechnisch mit der zweiten Wasserpumpe verbunden ist; und wobei ein Auslass der Demineralisierungsvorrichtung über die Rückführleitung fluidtechnisch mit dem Innenvolumen des Wassertanks verbunden ist, oder
b) das Wasserzuführungssystem einen Demineralisierungsarm umfasst, welcher ein 3-Wege-Ventil, eine Pumpenleitung und eine Rückführleitung aufweist, wobei ein erster Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung das 3-Wege-Ventil mit der ersten Wasserpumpe fluidtechnisch verbindet; wobei ein zweiter Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung das 3-Wege-Ventil mit der Abgabevorrichtung fluidtechnisch verbindet; wobei die Pumpenleitung einen Einlass der Demineralisierungsvorrichtung fluidtechnisch mit dem 3-Wege-Ventil verbindet; und wobei ein Auslass der Demineralisierungsvorrichtung über die Rückführleitung fluidtechnisch mit dem Innenvolumen des Wassertanks verbunden ist, oder
c) das Wasserzuführungssystem einen Einfüllstutzen umfasst, welcher die Einfüllöffnung mit dem Innenvolumen des Wassertanks fluidtechnisch verbindet, und wobei die Demineralisierungsvorrichtung in dem Einfüllstutzen angeordnet ist, oder
d) das Wasserzuführungssystem stromabwärts der ersten Wasserpumpe einen Demineralisierungsbypass umfasst, welcher eine erste Abzweigungsleitung und eine zweite Abzweigungsleitung aufweist, wobei ein Einlass der Demineralisierungsvorrichtung mit einer ersten Abzweigung der Abgabeleitung stromabwärts der ersten Wasserpumpe fluidtechnisch durch die erste Abzweigungsleitung verbunden ist und wobei ein Auslass der Demineralisierungsvorrichtung mit einer zweiten Abzweigung der Abgabeleitung stromabwärts der ersten Abzweigung fluidtechnisch durch die zweite Abzweigungsleitung verbunden ist, oder
e) die Demineralisierungsvorrichtung das Innenvolumen des Wassertanks in zwei separate Teilvolumina teilt; oder
f) das Wasserzuführungssystem stromaufwärts der ersten Wasserpumpe einen Demineralisierungsarm umfasst, welcher ein 3-Wege-Ventil, eine Pumpenleitung, eine Direktsaugleitung, eine Zwischenleitung und eine Demineralisierungssaugleitung aufweist, wobei die Pumpenleitung das 3-Wege-Ventil mit der ersten Wasserpumpe fluidtechnisch verbindet; wobei die Direktsaugleitung das 3-Wege-Ventil mit dem Innenvolumen des Wassertanks direkt fluidtechnisch verbindet; wobei die Zwischenleitung das 3-Wege-Ventil mit einem Auslass der Demineralisierungsvorrichtung fluidtechnisch verbindet; und wobei die Demineralisierungssaugleitung einen Einlass der Demineralisierungsvorrichtung mit dem Innenvolumen des Wassertanks direkt fluidtechnisch verbindet, wobei die erste Saugleitung als die Direktsaugleitung ausgebildet ist.

Nachfolgend wird als der mit demineralisiertem Wasser versorgte Verbraucher lediglich beispielhaft eine Brennkraftmaschine angenommen. Anstelle der Brennkraftmaschine kann jedoch jede andere Art von Verbraucher mit demineralisiertem Wasser versorgt werden.
Mit dem Begriff „3-Wege-Ventil“ ist in der vorliegenden Anmeldung ein Ventil mit mindestens drei Wegen bezeichnet. Es soll nicht ausgeschlossen sein, dass ein 3-Wege-Ventil im Sinne der vorliegenden Anmeldung mehr als drei Wege aufweist, also bspw. ein 4-, 5- oder sonstiges Mehr-Wege-Ventil ist. Bevorzugt ist das bezeichnete 3-Wege-Ventil ein Ventil mit genau drei Wegen.
In dem Wasserzuführungssystem gemäß a) kann Brauchwasser in die Einfüllöffnung eingefüllt werden, welches mittels der zweiten Wasserpumpe durch den Demineralisierungskreislauf gepumpt werden kann und dem Innenvolumen des Wassertanks wieder zugeführt werden kann. Hierdurch kann die Demineralisierungsvorrichtung entweder klein dimensioniert werden, da das Wasser aus dem Wassertank mehrmals durch den Demineralisierungskreislauf gepumpt werden kann, bis ein gewünschter Demineralisierungsgrad des Wassers in dem Wassertank erreicht wird oder es kann nur ein Teil des Wassers in dem Wassertank durch den Demineralisierungskreislauf gepumpt werden, bis ein gewünschter, insbesondere vorbestimmter, Demineralisierungsgrad des Wassers in dem Wassertank erreicht wird. Ein Wasser, welches den gewünschten, insbesondere den vorbestimmten Demineralisierungsgrad aufweist, ist ein demineralisiertes Wasser im Rahmen dieser Anmeldung. Die Demineralisierungsvorrichtung kann Teil des Demineralisierungskreislaufs sein. Der Demineralisierungskreislauf steuert den Wasserrückfluss in den Wassertank und somit einen Strömungspfad.
Ein Demineralisierungsgrad entspricht z.B. einer Konzentration an Ionen in dem Wasser. Der Demineralisierungsgrad kann dem Inversen der Leitfähigkeit des Wassers gleichgesetzt werden und kann durch eine Leitfähigkeitsmessung des Wassers bestimmt werden.
In dem Wasserzuführungssystem gemäß b) kann Brauchwasser in die Einfüllöffnung eingefüllt werden, welches, wenn das 3-Wege-Ventil die fluidtechnische Verbindung zwischen der ersten Wasserpumpe und der Abgabevorrichtung sperrt und die fluidtechnische Verbindung zwischen der ersten Wasserpumpe und der Demineralisierungsvorrichtung öffnet, durch den Demineralisierungsarm gepumpt werden kann und dem Innenvolumen des Wassertanks wieder zugeführt werden kann. Hierdurch kann die Demineralisierungsvorrichtung entweder klein dimensioniert werden, da das Wasser aus dem Wassertank mehrmals durch den Demineralisierungsarm gepumpt werden kann, bis ein gewünschter Demineralisierungsgrad des Wassers in dem Wassertank erreicht wird oder es kann nur ein Teil des Wassers in dem Wassertank durch den Demineralisierungsarm gepumpt werden, bis ein gewünschter Demineralisierungsgrad des Wassers in dem Wassertank erreicht wird. Ebenso kann auf eine weitere Wasserpumpe verzichtet werden. Die Demineralisierungsvorrichtung kann Teil des Demineralisierungsarms sein. Mittels des 3-Wege-Ventils werden Strömungspfade gesteuert.
Der erste Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung ist insbesondere separat von dem zweiten Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung ausgebildet.
In dem Wasserzuführungssystem gemäß c) kann Brauchwasser in die Einfüllöffnung eingefüllt werden, welches durch die Demineralisierungsvorrichtung demineralisiert wird, sodass nur demineralisiertes Wasser in dem Wassertank gespeichert wird und auf Vorrichtungen zur Demineralisierung des in dem Wassertank sich befindenden Wassers verzichtet werden kann und somit das Wasserzuführungssystem besonders einfach ausgebildet ist.
In dem Wasserzuführungssystem gemäß d) kann Brauchwasser aus dem Innenvolumen des Wassertanks durch die erste Wasserpumpe sowohl durch die Abgabeleitung als auch durch den zur Abgabeleitung fluidtechnisch parallel geschalteten Demineralisierungsbypass gepumpt werden, sodass der Teil des Wassers, welcher durch den Demineralisierungsbypass fließt, durch die Demineralisierungsvorrichtung demineralisiert wird und mit dem nicht durch den Demineralisierungsbypass fließenden Wasser wieder vermischt wird. Das Wasser stromabwärts der zweiten Abzweigung weist, bei geeignet gewählten Strömungswiderständen des Demineralisierungsbypasses, der Demineralisierungsvorrichtung und der Abgabeleitung zwischen der ersten und zweiten Abzweigung sowie einer entsprechend gewählten Leistungsfähigkeit der Demineralisierungsvorrichtung unter der Annahme eines minimalen Demineralisierungsgrads des verwendeten Brauchwassers, einen gewünschten mindestwert des Demineralisierungsgrads auf, ohne dass eine zusätzliche Regelung der Demineralisierungsvorrichtung notwendig ist.
Das Wasserzuführungssystem gemäß e) ist besonders einfach ausgebildet, da keine Pumpe notwendig ist, um das Brauchwasser durch die Demineralisierungsvorrichtung zu pumpen.
Insbesondere ist die Demineralisierungsvorrichtung in dem Einfüllstutzen stromaufwärts des Innenvolumens des Wassertanks und stromabwärts der Einfüllöffnung in einem die Einfüllöffnung mit dem Innenvolumens des Wassertanks fluidleitend verbindendem Abschnitt des Einfüllstutzens angeordnet.
Die Demineralisierungsvorrichtung ist vorzugsweise zugänglich, insbesondere austauschbar, besonders bevorzugt durch die Einführungsöffnung austauschbar, angeordnet.
Insbesondere ist der Demineralisierungskreislauf nur über den Wassertank fluidtechnisch mit der Abgabeleitung verbunden. Bevorzugt ist die erste Wasserpumpe von der zweiten Wasserpumpe verschieden und separat angeordnet.
Der Wassertank kann durch Spritzgießen oder durch Blasformen ausgebildet sein.
Das Wasserzuführungssystem gemäß f) erlaubt einem übergeordnetem System oder einem Benutzer beim Ansaugen des Wassers aus dem Wassertank zu wählen, ob das Wasser durch die Demineralisierungsvorrichtung geleitet wird oder nicht, wodurch Demineralisierungswirkstoffe in der Demineralisierungsvorrichtung nicht unnötig verbraucht werden. Die Direktsaugleitung kann als Teil des 3-Wege-Ventils ausgebildet sein, sie kann insbesondere einstückig mit einem Ventilkörper des 3-Wege-Ventils ausgebildet sein. Die Demineralisierungssaugleitung kann als Teil der Demineralisierungsvorrichtung ausgebildet sein, sie kann insbesondere einstückig mit einem Gehäuse der Demineralisierungsvorrichtung ausgebildet sein. In beiden Fällen werden wird auf zusätzliche Bauteile verzichtet und die Komplexität des Wasserzuführungssystems wird reduziert. Mittels der 3-Wege-Ventile werden Strömungspfade gesteuert.
Ferner kann das Wasserzuführungssystem einen Abgabearm umfassen, welcher ein weiteres 3-Wege-Ventil, einen ersten Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung, einen zweiten Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung, und eine Rückführungsleitung aufweist, wobei der erste Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung das weitere 3-Wege-Ventil mit der ersten Wasserpumpe fluidtechnisch verbindet; wobei der zweite Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung das weitere 3-Wege-Ventil mit der Abgabevorrichtung fluidtechnisch verbindet; und wobei die Rückführungsleitung das weitere 3-Wege-Ventil mit dem Innenvolumen des Wassertanks direkt fluidtechnisch verbindet. Der erste Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung ist insbesondere separat von dem zweiten Abgabeleitungsteilabschnitt der Abgabeleitung ausgebildet. Die Rückführungsleitung kann als Teil des weiteren 3-Wege-Ventils ausgebildet sein, sie kann insbesondere einstückig mit einem Ventilkörper des weiteren 3-Wege-Ventils ausgebildet sein, um die Komplexität des Wasserzuführungssystems zu reduzieren.
Die Brennkraftmaschine kann ein Kolbenmotor oder eine Gasturbine sein. Der Kolbenmotor kann ein Rotationskolbenmotor oder ein Hubkolbenmotor sein. Bevorzugt ist das Wasserzuführungssystem dafür eingerichtet, das demineralisierte Wasser einem Ansaugtrakt und/oder einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine zuzuführen.
Die Demineralisierungsvorrichtung kann mit einer austauschbaren Kartusche ausgebildet sein. Dies ist besonders Vorteilhaft, wenn das Wasserzuführungssystem vorzugsweise einen Einfüllstutzen umfasst, welcher die Einfüllöffnung mit dem Innenvolumen des Wassertanks fluidtechnisch verbindet, wobei die Demineralisierungsvorrichtung in dem Einfüllstutzen angeordnet ist. Hierbei kann die Kartusche dafür eingerichtet sein, durch die Einfüllöffnung ausgetauscht zu werden. In diesen Fällen kann die Demineralisierungsvorrichtung besonders einfach gewartet werden, wobei bei dem bevorzugten Austausch durch die Einfüllöffnung der Zugang zum Befüllen der Einfüllöffnung mit Brauchwasser gleichzeitig einen Zugang für die Wartung der Demineralisierungsvorrichtung bereitstellt, sodass das Wasserzuführungssystem auch in beengten räumlichen Verhältnissen angeordnet werden kann, da nur ein Zugang benötigt wird. In der Kartusche kann ein Demineralisierungswirkstoff angeordnet sein.
Allgemein kann die Demineralisierungsvorrichtung eine austauschbare Kartusche umfassen, welche einen Demineralisierungswirkstoff umfasst. Mögliche Demineralisierungswirkstoffe werden weiter unten beschrieben. Die Demineralisierungsvorrichtung kann ein Gehäuse mit daran angeordnetem Einlass und Auslass der Demineralisierungsvorrichtung umfassen, wobei das Gehäuse dafür eingerichtet ist, die Kartusche aufzunehmen. Eine solche Demineralisierungsvorrichtung kann als ein Kartuschensystem bezeichnet werden. Das Gehäuse eines Kartuschensystems kann eine Wand des Wassertanks durchsetzen. In dem Kartuschensystem kann in einem Betriebszustand des Kartuschensystems eine Siphon-förmige Wasserströmung ausgebildet sein.
Es wird bevorzugt, dass die Demineralisierungsvorrichtung das Innenvolumen des Wassertanks in zwei separate Teilvolumina teilt und dass die Demineralisierungsvorrichtung mit einer Umkehrosmosemembran ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst das Wasserzuführungssystem eine an eine Fluiddruckquelle, zum Beispiel eine Luftdruckquelle, angeschlossene Fluiddruckleitung, welche fluidtechnisch mit einem Innenvolumen des als Brauchwasserteilvolumen bezeichneten Teilvolumens des Wassertanks verbunden ist, welches dafür eingerichtet ist, Brauchwasser durch die Einfüllöffnung aufzunehmen. Hierdurch ist das Wasserzuführungssystem dafür eingerichtet, das in dem Brauchwasserteilvolumen vorhandene Brauchwasser mit einem Druck zu beaufschlagen, um Wassermoleküle durch die Umkehrosmosemembran in das andere, als Reinwasserteilvolumen bezeichnete Teilvolumen gegen den Osmosedruck zu drücken. Alternativ kann eine Schwerkraft des Brauchwassers den benötigten Druck bereitstellen, um Wassermoleküle durch die Umkehrosmosemembran in das Reinwasserteilvolumen zu drücken.
Vorzugsweise weist das Wasserzuführungssystem eine mit dem Brauchwasserteilvolumen verbundene Wasserablassleitung auf, um das Brauchwasserteilvolumen bei Bedarf zu entleeren. Ebenso kann die Einfüllöffnung nicht direkt mit dem Reinwasserteilvolumen verbunden sein. Vorzugsweise ist die Saugleitung mit einem Innenvolumen des Reinwasserteilvolumens fluidtechnisch verbunden.
Die Umkehrosmosemembran kann aus Polymeren oder/und Kompositmaterialien aufgebaut sein. Die Kompositmaterialien können eine anisotrope Querschnittsstruktur aufweisen, mit einer dünnen (vorzugsweise mit einer Dicke von ca. 50nm bis 2 mm) selektiven Schicht, welche insbesondere auf einem makroporösem Träger (vorzugsweise mit einer Dicke von 100µm - 300µm) angeordnet ist, um eine ausreichende mechanische Stabilität bei einer hohen Membrandurchlässigkeit bereitzustellen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wasserzuführungssystem einen fluidtechnisch mit dem Innenvolumen des Wassertanks verbundenen Wasserqualitätssensor, bevorzugt einen in dem Wassertank angeordneten Wasserqualitätssensor, wobei der Wasserqualitätssensor bevorzugt als ein Wasserleitwertsensor ausgebildet ist. Hierdurch ist das Wasserzuführungssystem ausgebildet, Daten über den Demineralisierungsgrad des im Innenvolumen des Wassertanks gespeicherten Wassers auszugeben. Vorzugsweise ist der Wasserqualitätssensor in dem Reinwasserteilvolumen angeordnet, um den Demineralisierungsgrad des Wassers zu bestimmen, welches an die Abgabevorrichtung über die Abgabeleitung abgegeben wird. Sollte ein Mindestwert des Demineralisierungsgrads unterschritten werden, so kann das Wasserzuführungssystem eine Fehlermeldung ausgeben. Alternativ und/oder zusätzlich kann der/ein Wasserqualitätssensor in dem Brauchwasserteilvolumen angeordnet sein, um den Demineralisierungsgrad des Wassers in dem Brauchwasserteilvolumen zu bestimmen, um z.B. die Leistungsfähigkeit der Umkehrosmosemembran bestimmen zu können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Demineralisierungsvorrichtung einen Ionenaustauscher als einen Demineralisierungswirkstoff umfassen. Hierdurch kann zuverlässig eine Demineralisierung des Brauchwassers durchgeführt werden. Insbesondere kann ein Ionenaustauscher ein poröses, in Wasser unlösliches Harz sein. Ionenaustauscher können organische Polymerketten umfassen, welche geladene funktionelle Gruppen aufweisen können, die in ein Polymergerüst eingebaut sind. Eine funktionelle Gruppe kann eine vorbestimmte positive oder vorbestimmte negative Ladung haben. Insbesondere kann eine funktionelle Gruppe, wie zum Beispiel H⁺, mit Kationen wie Ca⁺⁺, Mg⁺⁺ oder/und Na⁺ aus dem Wasser ausgetauscht werden. Insbesondere ist es möglich, dass funktionelle Gruppen wie (OH)^-mit allen vorliegenden Anionen aus dem Wasser ausgetauscht werden können. Ionenaustauscher können insbesondere eine Mischung aus Harzen umfassen, von welchen mindestens eines dafür eingerichtet ist, eine funktionelle Gruppe gegen ein Kation aus dem Wasser auszutauschen und von welchen mindestens ein weiteres dafür eingerichtet ist, eine funktionelle Gruppe gegen ein Anion aus dem Wasser auszutauschen. Alternativ kann das verwendete Harz oder die verwendeten Harze dafür eingerichtet sein, entweder nur Anionen, nur Kationen, oder nur eine bestimmte Ionensorte austauschen. Beispielsweise kann das Harz IEX von Miontec als Ionenaustauscher verwendet werden.
Ebenso kann die Demineralisierungsvorrichtung mindestens einen bei einem Demineralisierungsprozess von Wasser ein Präzipitat erzeugenden Demineralisierungswirkstoff umfassen, welcher insbesondere in einer Form einer Demineralisierungstablette oder/und eines Demineralisierungspulvers ausgebildet ist. Hierdurch kann die Demineralisierungsvorrichtung besonders einfach gewartet werden, indem bei der Wartung, nachdem der Demineralisierungswirkstoff verbraucht, insbesondere vollständig zu Präzipitat umgewandelt ist, das Präzipitat aus der Demineralisierungsvorrichtung entfernt, z. B. ausgewaschen wird, und die Demineralisierungsvorrichtung mit neuem unverbrauchten Demineralisierungswirkstoff befüllt wird. Aufgrund der Tablettenform oder Pulverform ist der Befüllvorgang besonders einfach.
Demineralisierungswirkstoff wie Ionenaustauscher sowie die oben beschriebenen Demineralisierungstabletten und Demineralisierungspulver können in Kartuschen aber auch allgemein in Demineralisierungsvorrichtungen eingesetzt werden.
Die Demineralisierungsvorrichtung kann innerhalb des Wassertanks, eine Wassertankwand durchdringend, oder außerhalb des Wassertanks angeordnet sein.
Die Demineralisierungsvorrichtung kann eine polarisierte elektrische Elektrode umfassen, welche innerhalb des Wassertanks oder innerhalb einer wartbaren Kartusche angeordnet ist. Hierdurch können besonders einfach Ionen aus dem Wasser elektrisch eingefangen werden. Die Elektrode kann mit den Ionen reagieren und bei dieser Reaktion ein Präzipitat in der Form eines Feststoffs ausbilden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Demineralisierungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: einen Einlass; einen Auslass; einen zwischen dem Einlass und dem Auslass verlaufenden Fluidströmungskanal, eine quer zu einer Haupterstreckungsrichtung des Fluidströmungskanals angeordnete Prallplatte; wobei die Prallplatte derart geformt ist, dass die Prallplatte einen Randabschnitt einer Durchgangsöffnung in dem Fluidströmungskanal ausbildet, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt des Fluidströmungskanals stromaufwärts der Prallplatte. Hierdurch kann ein Demineralisierungswirkstoff an einem vorbestimmten Ort innerhalb des Fluidströmungskanals zur Durchströmung mit Wasser angeordnet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Demineralisierungsvorrichtung ferner eine quer zu der Haupterstreckungsrichtung des Fluidströmungskanals direkt stromabwärts der Prallplatte angeordnete weitere Prallplatte, wobei die weitere Prallplatte derart geformt ist, dass die weitere Prallplatte einen Randabschnitt einer weiteren Durchgangsöffnung in dem Fluidströmungskanal ausbildet, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt des Fluidströmungskanals stromaufwärts der weiteren Prallplatte, und wobei eine Projektion der weiteren Durchgangsöffnung entlang der Haupterstreckungsrichtung des Fluidströmungskanals nicht vollständig mit der Durchgangsöffnung überlappt, vorzugsweise nicht mit der Durchgangsöffnung überlappt. Ein Öffnungsquerschnitt ist insbesondere eine Fläche des entsprechenden Querschnitts einer Öffnung.
Hierdurch kann eine Strömungspfadlänge des Wassers durch den Demineralisierungswirkstoff innerhalb des Fluidströmungskanals zur Durchströmung mit Wasser verlängert werden, ohne eine Erstreckung des Fluidströmungskanals zu vergrößern.
Direkt stromabwärts der Prallplatte bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass entlang des Fluidströmungskanals zwischen der Prallplatte und der weiteren Prallplatte keine zusätzliche, quer zu der Haupterstreckungsrichtung des Fluidströmungskanals angeordnete Prallplatte angeordnet ist.
Ebenso ist es möglich, dass die Haupterstreckungsrichtung des Fluidströmungskanals zumindest abschnittsweise einer ebenen Spirale folgt, oder/und zumindest abschnittsweise einer Geraden folgt oder/und zumindest abschnittsweise einem Verlauf einer Helix oder Wendel folgt. Durch die Wahl derartiger Haupterstreckungsrichtungen kann die Demineralisierungsvorrichtung besonders kompakt ausgebildet werden.
Es wird bevorzugt, beide Aspekte der Erfindung zusammenzuführen, sodass das oben beschriebene Wasserzuführungssystem die Demineralisierungsvorrichtung gemäß dem oben beschriebenen weiteren Aspekt der Erfindung umfasst. Die Demineralisierungsvorrichtung kann auch eine zylindrische Form aufweisen, insbesondere gemäß den Ausführungsformen der Druckschrift DE 10 2014 220 120 A1 ausgebildet sein, welche durch Bezugnahme hiermit in die Anmeldung aufgenommen wird.
Zur Erfindung gehört neben dem erfindungsgemäßen Wasserzuführungssystem auch eine Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Wasserzuführungssystem, wobei die Brennkraftmaschine insbesondere ein Verbrennungsmotor, besonders bevorzugt ein Benzin- oder Dieselmotor ist, wobei das Wasserzuführungssystem das demineralisierte Wasser der Brennkraftmaschine oder deren Anbauteilen zuführt.
Ebenso gehört zur Erfindung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug sein kann, insbesondere ein LKW oder ein PKW ist.
Wird im Rahmen dieser Anmeldung ein erstes Element als stromaufwärts eines zweiten Elements liegend, angeordnet oder ähnliches beschrieben, so bedeutet dies, wie im Sprachgebrauch üblich insbesondere, dass bezogen auf eine Wasserströmungsrichtung das zweite Element dem ersten Element folgt. Wird im Rahmen dieser Anmeldung ein erstes Element als stromabwärts eines zweiten Elements liegend, angeordnet oder ähnliches beschrieben, so bedeutet dies, wie im Sprachgebrauch üblich insbesondere, dass bezogen auf eine Wasserströmungsrichtung das erste Element dem zweiten Element folgt.
Vorzugsweise ist die Abgabevorrichtung eine Zerstäubungsdüse, welche dafür ausgebildet ist, in einem Ansaugtrakt und/oder Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine angeordnet zu sein und in dem Ansaugtrakt und/oder der Verbrennungskammer demineralisiertes Wasser zu zerstäuben.
Die erste Wasserpumpe ist insbesondere stromaufwärts der Abgabevorrichtung angeordnet.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass, wenn ein 3-Wege-Ventil in einen definierten Zustand gebracht werden soll, es sich jedoch bereits in diesem Zustand befindet, keine Aktion ausgeführt wird, ein Schritt eines Bringens des 3-Wege-Ventils in diesen Zustand jedoch als ausgeführt angesehen wird.
Ein 3-Wege-Ventil weist insbesondere drei Anschlüsse auf und kann Zustände einnehmen, in welchen eine fluidtechnische Verbindung zwischen jeweils zwei dieser Anschlüsse ausgebildet (diese Anschlüsse werden jeweils als offen bezeichnet) wird und jegliche fluidtechnische Verbindung bei bestimmungsgemäßem Gebrauch dieser zwei Anschlüsse zu dem dritten Anschluss unterbunden wird (der dritte Anschluss wird als geschlossen bezeichnet). Zusätzlich kann das 3-Wege-Ventil vorzugsweise einen Zustand einnehmen, in welchem jegliche fluidtechnische Verbindung bei bestimmungsgemäßem Gebrauch zwischen den Anschlüssen unterbunden ist. Es wird bevorzugt, dass das 3-Wege-Ventil keinen Zustand einnehmen kann, in welchem eine fluidtechnische Verbindung zwischen allen drei Anschlüssen ausgebildet wird.
Unter einer fluidtechnischen Verbindung ist eine Verbindung zu verstehen, welche für ein Fluid bei bestimmungsgemäßem Gebrauch passierbar ist. Analoges gilt für ein fluidtechnisches Verbinden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14 gestattet die Behebung eines zu geringen Demineralisierungsgrads von im Wassertank gespeicherten Wasser. Dabei kann vorteilhaft abhängig vom Betriebszustand des Verbrauchers je ein Betriebsmodus A) oder B) ausgewählt werden. Betriebsmodus A) ermöglicht eine Umwälzung von Wasser im Wassertank und dabei dessen Demineralisierung. Betriebsmodus B) ermöglicht die Demineralisierung von Wasser während dessen Abgabe an den Verbraucher.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beschrieben, es zeigen:

1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserzuführungssystems;
2 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserzuführungssystems;
3 eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserzuführungssystems;
4 eine vierte erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserzuführungssystems;
5 eine fünfte erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserzuführungssystems;
6 eine sechste erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserzuführungssystems;
7 eine siebte erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserzuführungssystems;
8 eine achte erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserzuführungssystems;
9 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform der Demineralisierungsvorrichtung ohne einen Gehäusedeckel;
10 bis 13 Prallplatten der Demineralisierungsvorrichtung aus 9;
14 eine Ansicht der der Demineralisierungsvorrichtung aus 9 mit Gehäusedeckel;
15 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform der Demineralisierungsvorrichtung ohne Gehäusedeckel;
16 einen Ausschnitt eines A-A Querschnitts aus 15;
17 einen Ausschnitt eines B-B Querschnitts aus 15; und
18 eine Ansicht der der Demineralisierungsvorrichtung aus 15 mit Gehäusedeckel.

Im Folgenden werden die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
1 zeigt eine erste Ausführungsform des Wasserzuführungssystems 20 zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine umfassend einen Wassertank 22 mit einer Einfüllöffnung 24, einer ersten Saugleitung 26, eine ersten Wasserpumpe 28, eine Abgabeleitung 30, einer als eine Zerstäubungsdüse ausgebildeten Abgabevorrichtung 32, einem Wassertankdeckel 34 zum Verschließen einer Wartungsöffnung 36 sowie einem Einfüllstutzen 38, welcher ein Innenvolumen 40 des Wassertanks 22 mit der Einfüllöffnung 24 fluidtechnisch verbindet. Die erste Saugleitung 26 verbindet das Innere 40 des Wassertanks 22 fluidtechnisch mit der ersten Wasserpumpe 28. Die Abgabeleitung 30 verbindet die Abgabevorrichtung 32 fluidtechnisch mit der ersten Wasserpumpe 28, welche ein in dem Wassertank 22 vorhandenes Wasser (nicht gezeigt) durch die erste Saugleitung 26 und die Abgabeleitung 30 zu der Abgabevorrichtung 32 fördert.
In der gesamten Anmeldung werden die fluidtechnischen Verbindungen über Leitungen, Pumpen, Ventile und, sofern nicht im Detail beschrieben, auch die Demineralisierungsvorrichtungen nur schematisch dargestellt. Ebenso wird auf die Darstellung von Wasser verzichtet.
Innerhalb des Einfüllstutzens 38 ist eine Demineralisierungsvorrichtung 42 als eine mit einem Ionenaustauscher gefüllte Kartusche angeordnet, welche durch die Einfüllöffnung 24 entfernt und wieder eingesetzt werden kann. Wird Brauchwasser, zum Beispiel Leitungswasser, durch die Einfüllöffnung 24 eingeführt, so fließt das gesamte eingefüllte Brauchwasser durch die Demineralisierungsvorrichtung 42 und wird dort demineralisiert und somit in demineralisiertes Wasser verwandelt, welches auch in der Anmeldung als Reinwasser bezeichnet werden kann, welches dann im Innenvolumen 40 des Wassertanks 22 gesammelt wird. Der Demineralisierungsgrad wird über einen im Innenvolumen 40 des Wassertanks 22 angeordneten und als Wasserleitwertsensor ausgebildeten Wasserqualitätssensor 44 gemessen, wobei der Wasserqualitätssensor 44 über eine Signalleitung 46 ein eine Information über den Demineralisierungsgrad tragendes Signal bereitstellt.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Wasserzuführungssystems 120 zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine, wobei bei der Beschreibung nur auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen wird. Elementen und Bauteilen, welche denen der ersten Ausführungsform entsprechen, werden in der zweiten Ausführungsform Bezugszeichen zugeordnet, welche um 100 gegenüber den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile und Elemente der ersten Ausführungsform erhöht sind. Bei diesen Bauteilen wird explizit auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen, welche auch für die zweite Ausführungsform zu verwenden sind.
Das Wasserzuführungssystem 120 umfasst einen Demineralisierungskreislauf 148, umfassend eine zweite Wasserpumpe 150, welche fluidtechnisch über eine zweite Saugleitung 152 mit dem Innenvolumen 140 des Wassertanks 122 verbunden ist. In dem Demineralisierungskreislauf 148 ist ein Einlass 154 einer Demineralisierungsvorrichtung 156 fluidtechnisch über eine Pumpenleitung 158 mit der zweiten Wasserpumpe 150 verbunden. In dem Demineralisierungskreislauf 148 ist ferner ein Auslass 160 der Demineralisierungsvorrichtung 156 fluidtechnisch über eine Rückführleitung 162 mit dem Innenvolumen 140 des Wassertanks 122 verbunden. Die zweite Wasserpumpe 150 fördert das Wasser oder Brauchwasser aus dem Wassertank 122 durch die Demineralisierungsvorrichtung 156, wobei dieser Wasseranteil demineralisiert wird und wobei dieses demineralisierte Wasser in das Innenvolumen 140 des Wassertanks 122 wieder zurückgeführt wird. Dieser Prozess startet, sobald der Wasserqualitätssensor 144 einen zu geringen Demineralisierungsgrad im Innenvolumen 140 des Wassertanks 122 misst. Dieser Prozess endet, sobald der Wasserqualitätssensor 144 einen ausreichend hohen, vorbestimmten Demineralisierungsgrad im Innenvolumen 140 des Wassertanks 122 feststellt, da ein ausreichend großer Anteil des Wassers im Innenvolumen 140 des Wassertanks 122 hinreichend häufig durch die Demineralisierungsvorrichtung 156 hindurchgepumpt, und somit bei jedem Durchgang zu einem gewissen Grad demineralisiert, worden ist. Die Demineralisierungsvorrichtung 156 kann als ein Kartuschensystem ausgebildet sein.
Die zweite Wasserpumpe 150, die zweite Saugleitung 152, die Pumpenleitung 158, die Demineralisierungsvorrichtung 156 sowie die Rückführleitung 162 können Teil des Demineralisierungskreislauf 148 sein oder können diesen ausbilden.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Wasserzuführungssystems 220 zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine, wobei bei der Beschreibung nur auf die Unterschiede zu der zweiten Ausführungsform eingegangen wird. Elementen und Bauteilen, welche denen der zweiten Ausführungsform entsprechen, werden in der dritten Ausführungsform Bezugszeichen zugeordnet, welche um 100 gegenüber den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile und Elemente der zweiten Ausführungsform erhöht sind. Bei diesen Bauteilen wird explizit auf die Ausführungen zur zweiten Ausführungsform verwiesen, welche auch für die dritte Ausführungsform zu verwenden sind.
Das Wasserzuführungssystem 220 der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der zweiten Ausführungsform dadurch, dass Demineralisierungsvorrichtung 256 nicht wie die Demineralisierungsvorrichtung 156 außerhalb des Wassertanks 122 angeordnet ist, sondern eine Wand des Wassertanks 222 durchdringt und dass die Rückführleitung 262 im Innenvolumen 240 des Wassertanks 222 verläuft. Auf die Rückführleitung 262 kann in diesem Fall verzichtet werden.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform des Wasserzuführungssystems 320 zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine, wobei bei der Beschreibung nur auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen wird. Elementen und Bauteilen, welche denen der ersten Ausführungsform entsprechen, werden in der vierten Ausführungsform Bezugszeichen zugeordnet, welche um 300 gegenüber den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile und Elemente der ersten Ausführungsform erhöht sind. Bei diesen Bauteilen wird explizit auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen, welche auch für die vierte Ausführungsform zu verwenden sind.
Die Abgabeleitung 330 weist zwei Abgabeleitungsteilabschnitte 330a und 330b auf, zwischen welche ein 3-Wege-Ventil 348 eingefügt ist, wobei der Abgabeleitungsteilabschnitt 330a die erste Wasserpumpe 328 fluidtechnisch mit einem ersten Anschluss 348a des 3-Wege-Ventils 348 verbindet und der Abgabeleitungsteilabschnitt 330b einen zweiten Anschluss 348b des 3-Wege-Ventils 348 mit der Abgabevorrichtung 332 fluidtechnisch verbindet. Ein dritter Anschluss 348c des 3-Wege-Ventils 348 ist fluidtechnisch über eine Pumpenleitung 350 mit einem Einlass 352 einer Demineralisierungsvorrichtung 354 verbunden. Ein Auslass 356 der Demineralisierungsvorrichtung 354 ist fluidtechnisch über eine Rückführleitung 358 mit dem Innenvolumen 340 des Wassertanks 322 verbunden.
Das 3-Wege-Ventil 348, die Pumpenleitung 350, die Demineralisierungsvorrichtung 354 sowie die Rückführleitung 358 sind Teil eines Demineralisierungsarms 360 des Wasserzuführungssystems 320 oder bilden diesen aus.
Das 3-Wege-Ventil 348 umfasst drei Anschlüsse 348a, 348b und 348c, welche jeweils in Betriebszuständen des 3-Wege-Ventils 348 geöffnet oder geschlossen sein können. Vorzugsweise weist Das 3-Wege-Ventil 348 einen Abgabezustand auf, in welchem die Anschlüsse 348a und 348b geöffnet sind und der Anschluss 348c geschlossen ist und somit eine Wasserströmung von der ersten Wasserpumpe 328 bis zum Verbraucher ermöglicht ist, während eine Wasserströmung von der ersten Wasserpumpe 328 durch die Demineralisierungsvorrichtung 354 unterbunden ist.
Vorzugsweise weist das 3-Wege-Ventil 348 ferner einen Demineralisierungszustand auf, in welchem die Anschlüsse 348a und 348c geöffnet sind und der Anschluss 348b geschlossen ist und somit eine Wasserströmung von der ersten Wasserpumpe 328 bis zum Verbraucher unterbunden ist, während eine Wasserströmung von der ersten Wasserpumpe 328 durch die Pumpenleitung 352, die Demineralisierungsvorrichtung 354 und die Rückführleitung 358 zurück in das Innere 340 des Wassertanks 322 ermöglicht ist.
Misst der Wasserqualitätssensor 344 einen zu geringen Demineralisierungsgrad des Wassers im Innenvolumen 340 des Wassertanks 322, so wird das 3-Wege-Ventil 348 in den Demineralisierungszustand gebracht und die erste Wasserpumpe 328 fördert das Wasser oder Brauchwasser aus dem Wassertank 322 durch die Demineralisierungsvorrichtung 354, wobei dieser Wasseranteil demineralisiert wird und wobei dieses demineralisierte Wasser in das Innere 340 des Wassertanks 322 wieder zurückgeführt wird. Dieser Prozess endet, sobald der Wasserqualitätssensor 344 einen ausreichend hohen, vorbestimmten Demineralisierungsgrad im Innenvolumen 340 des Wassertanks 322 feststellt und somit das Vorliegen von demineralisiertem Wasser in dem Wassertank 322 feststellt, da ein ausreichend großer Anteil des Wassers im Innenvolumen 340 des Wassertanks 322 hinreichend häufig durch die Demineralisierungsvorrichtung 354 hindurchgepumpt worden ist und somit bei jedem Durchgang zu einem gewissen Grad demineralisiert worden ist. Ist der Prozess beendet, so wird das 3-Wege-Ventil 348 in den Abgabezustand gebracht und die erste Wasserpumpe 328 fördert demineralisiertes Wasser aus dem Innenvolumen 340 des Wassertanks 322 zu der Abgabevorrichtung 332. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann die Demineralisierungsvorrichtung 354 als ein Kartuschensystem ausgebildet sein.
5 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Wasserzuführungssystems 420 zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine, wobei bei der Beschreibung nur auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen wird. Elementen und Bauteilen, welche denen der ersten Ausführungsform entsprechen, werden in der fünften Ausführungsform Bezugszeichen zugeordnet, welche um 400 gegenüber den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile und Elemente der ersten Ausführungsform erhöht sind. Bei diesen Bauteilen wird explizit auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen, welche auch für die fünfte Ausführungsform zu verwenden sind.
Es ist zu beachten, dass insbesondere in der 5 die Anordnung des Wasserqualitätssensors 544 sowie von Leitungsenden schematischer Natur ist und der Fachmann den Wasserqualitätssensor sowie insbesondere Flüssigkeit aus dem Innenvolumen 440 des Wassertanks 422 entnehmende Leitungsenden nahe einem Boden des Wassertanks 422 oder in einem Sumpf des Wassertanks 422 anordnen würde, um die Funktionsfähigkeit des Wasserzuführungssystems zu gewährleisten.
Das Wasserzuführungssystem 420 umfasst stromaufwärts der ersten Wasserpumpe 428 einen Demineralisierungsarm 448, welcher ein 3-Wege-Ventil 450, eine Pumpenleitung 452, eine Direktsaugleitung 454, eine Zwischenleitung 456 und eine Demineralisierungssaugleitung 459 aufweist. Das 3-Wege-Ventil 450 umfasst drei Anschlüsse 450a, 450b und 450c, welche jeweils in Betriebszuständen des 3-Wege-Ventils 450 geöffnet oder geschlossen sein können. Die Pumpenleitung 452 verbindet fluidtechnisch die erste Wasserpumpe 428 mit dem Anschluss 450a des 3-Wege-Ventils 450. Die Direktsaugleitung 454 verbindet fluidtechnisch das Innere 440 des Wassertanks 442 mit dem Anschluss 450c des 3-Wege-Ventils 450. Die Zwischenleitung 456 verbindet fluidtechnisch einen Auslass 460 der Demineralisierungsvorrichtung 458 mit dem Anschluss 450b des 3-Wege-Ventils 450 und die Demineralisierungssaugleitung 459 verbindet fluidtechnisch einen Einlass 462 der Demineralisierungsvorrichtung 458 mit dem Innenvolumen 440 des Wassertanks 442.
Vorzugsweise weist das 3-Wege-Ventil 450 einen Demineralisierungssaugzustand auf, in welchem die Anschlüsse 450a und 450b geöffnet sind und der Anschluss 450c geschlossen ist und somit die erste Wasserpumpe 428 dafür eingerichtet ist, Wasser aus dem Innenvolumen 440 des Wassertanks 442 durch die Demineralisierungsvorrichtung 458 hindurch anzusaugen.
Weiter bevorzugt weist das 3-Wege-Ventil 450 ferner einen Direktsaugzustand auf, in welchem die Anschlüsse 450a und 450c geöffnet sind und der Anschluss 450b geschlossen ist und somit die erste Wasserpumpe 428 dafür eingerichtet ist, Wasser aus dem Innenvolumen 440 des Wassertanks 442 anzusaugen, ohne dass es durch die Demineralisierungsvorrichtung 458 hindurchläuft.
Das Wasserzuführungssystem 420 umfasst ferner einen Abgabearm 464 stromabwärts der ersten Wasserpumpe 428, welcher ein weiteres 3-Wege-Ventil 466, einen erster Abgabeleitungsteilabschnitt 430a der Abgabeleitung 430, einen zweiten Abgabeleitungsteilabschnitt 430b der Abgabeleitung 430, und eine Rückführungsleitung 468 aufweist.
Das weitere 3-Wege-Ventil 466 umfasst drei Anschlüsse 466a, 466b und 466c, welche jeweils in Betriebszuständen des 3-Wege-Ventils 466 geöffnet oder geschlossen sein können. Der erste Abgabeleitungsteilabschnitt 430a der Abgabeleitung 430 verbindet fluidtechnisch die erste Wasserpumpe 428 mit dem Anschluss 466a des weiteren 3-Wege-Ventils 466. Der zweite Abgabeleitungsteilabschnitt 430b der Abgabeleitung 430 verbindet fluidtechnisch den Anschluss 466b des weiteren 3-Wege-Ventils 466 mit der Abgabevorrichtung 432. Die Rückführungsleitung 468 verbindet fluidtechnisch den Anschluss 466c des weiteren 3-Wege-Ventils 466 mit dem Innenvolumen 440 des Wassertanks 442.
Vorzugsweise weist Das 3-Wege-Ventil 466 einen Abgabezustand auf, in welchem die Anschlüsse 466a und 466b geöffnet sind und der Anschluss 466c geschlossen ist und somit die erste Wasserpumpe 428 dafür eingerichtet ist, Wasser der Abgabevorrichtung 432 zuzuführen.
Weiter bevorzugt weist das 3-Wege-Ventil 466 ferner einen Zirkulationszustand auf, in welchem die Anschlüsse 466a und 466c geöffnet sind und der Anschluss 466b geschlossen ist und somit die erste Wasserpumpe 428 dafür eingerichtet ist, Wasser in das Innere 440 des Wassertanks 442 zu fördern.
Misst der Wasserqualitätssensor 444 einen zu geringen Demineralisierungsgrad des Wassers im Innenvolumen 440 des Wassertanks 422, so können zwei Betriebsmodi eingenommen werden.

A) Das 3-Wege-Ventil 450 wird in den Demineralisierungssaugzustand gebracht und das weitere 3-Wege-Ventil 466 wird in den Zirkulationszustand gebracht und die erste Wasserpumpe 428 fördert das Wasser oder Brauchwasser aus dem Wassertank 422 durch die Demineralisierungsvorrichtung 458, wobei dieser Wasseranteil demineralisiert wird, und dieses demineralisierte Wasser wird in das Innere 440 des Wassertanks 422 wieder zurückgeführt. Dieser Prozess endet, sobald der Wasserqualitätssensor 444 einen ausreichend hohen, vorbestimmten Demineralisierungsgrad im Innenvolumen 440 des Wassertanks 422 feststellt (und somit feststellt, dass demineralisiertes Wasser im Innenvolumen 440 des Wassertanks 422 vorliegt), da ein ausreichend großer Anteil des Wassers im Innenvolumen 440 des Wassertanks 422 hinreichend häufig durch die Demineralisierungsvorrichtung 458 hindurchgepumpt und somit bei jedem Durchgang zu einem gewissen Grad demineralisiert worden ist. Bei diesem Prozess wird kein Wasser der Abgabevorrichtung zugeführt, entsprechend wird dieser Prozess bei Stillstand der Brennkraftmaschine bevorzugt.
B) Das 3-Wege-Ventil 450 wird in den Demineralisierungssaugzustand gebracht und das weitere 3-Wege-Ventil 466 wird in den Abgabezustand gebracht und die erste Wasserpumpe 428 fördert das Wasser oder Brauchwasser aus dem Wassertank 422 durch die Demineralisierungsvorrichtung 458, in der es demineralisiert wird und somit in demineralisiertes Wasser übergeht, zu der Abgabevorrichtung 432. Dieser Prozess wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine bevorzugt.

Misst der Wasserqualitätssensor 444 einen vorbestimmten oder höheren Demineralisierungsgrad des Wassers im Innenvolumen 440 des Wassertanks 422, so kann der Betriebsmodus eingenommen werden:

C) Das 3-Wege-Ventil 450 wird in den Direktsaugzustand gebracht und das weitere 3-Wege-Ventil 466 wird in den Abgabezustand gebracht und die erste Wasserpumpe 428 fördert das demineralisierte Wasser aus dem Wassertank zu der Abgabevorrichtung 432, ohne dass es durch die Demineralisierungsvorrichtung 458 hindurchläuft.

Zumindest ein Gehäuseabschnitt 470 der Demineralisierungsvorrichtung 458 ist vorzugsweise als Teil einer Wand, insbesondere eines Bodens, des Wassertanks 422 ausgebildet und die Demineralisierungsvorrichtung 458 kann ein Kartuschensystem sein. In den Gehäuseabschnitt 470 kann eine ein Demineralisierungswirkstoff enthaltende Kartusche 472 von außen, bezogen auf den Innenraum 440 des Wassertanks 422, eingesetzt werden. Alternativ kann anstelle der Kartusche 472 ein Deckel vorgesehen sein, welcher beispielsweise an dem Gehäuseabschnitt 470 verschraubt ist, und einen Demineralisierungswirkstoff in einem Innenraum des Gehäuseabschnitts 470 hält.
Eine erste Wasserpumpe wie die Wasserpumpe 428 kann im Innenvolumen des Wassertanks angeordnet sein. Ein 3-Wege-Ventil, wie die 3-Wege-Ventile 466 und 450, kann im Innenvolumen des Wassertanks angeordnet sein.
6 zeigt eine sechste Ausführungsform des Wasserzuführungssystems 520 zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine, wobei bei der Beschreibung nur auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen wird. Elementen und Bauteilen, welche denen der ersten Ausführungsform entsprechen, werden in der sechsten Ausführungsform Bezugszeichen zugeordnet, welche um 500 gegenüber den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile und Elemente der ersten Ausführungsform erhöht sind. Bei diesen Bauteilen wird explizit auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen, welche auch für die sechste Ausführungsform zu verwenden sind.
Das Wasserzuführungssystem 520 umfasst stromabwärts der ersten Wasserpumpe 528 einen Demineralisierungsbypass 548, welcher eine erste Abzweigungsleitung 550 und eine zweite Abzweigungsleitung 552 aufweist. Ein Einlass 554 einer Demineralisierungsvorrichtung 556 ist mit einer ersten Abzweigung 558 der Abgabeleitung 530 stromabwärts der ersten Wasserpumpe 528 fluidtechnisch durch die erste Abzweigungsleitung 550 verbunden und ein Auslass 560 der Demineralisierungsvorrichtung 556 ist mit einer zweiten Abzweigung 562 der Abgabeleitung 530 stromabwärts der ersten Abzweigung 558 fluidtechnisch durch die zweite Abzweigungsleitung 552 verbunden.
Fördert die erste Wasserpumpe 528 Brauchwasser aus dem Innenvolumen 540 des Wassertanks 522 zu der Abgabevorrichtung 532 so teilt sich der Wasserstrom an der ersten Abzweigung 558 in einen Teil auf, welcher in der Abgabeleitung 530 verbleibt und einen Teil, welcher durch den Demineralisierungsbypass 548 hindurchgeführt wird. Der Teil, welcher durch den Demineralisierungsbypass 548 hindurchgeführt wird, durchströmt die Demineralisierungsvorrichtung 556 und wird demineralisiert.
Die Demineralisierungsvorrichtung, der Strömungswiderstand des Demineralisierungsbypasses 548, welcher die in dem Ausführungsbeispiel auch die Demineralisierungsvorrichtung 556 umfasst, und der Strömungswiderstand der Abgabeleitung 530 zwischen der ersten und zweiten Abzweigung der Abgabeleitung 530 sind jeweils so gewählt, dass die an der zweiten Abzweigung 562 entstehende Wassermischung aus dem durch die Abgabeleitung 530 fließendem Wasser und dem in dem Demineralisierungsbypass 548 fließendem Wasser (wobei ein Minimalwert des Demineralisierungsgrads des Brauchwassers angenommen wird) mindestens einen so hohen Demineralisierungsgrad aufweist, dass diese Wassermischung ein demineralisiertes Wasser ist.
Die Demineralisierungsvorrichtung 556 kann als ein Kartuschensystem ausgebildet sein.
7 zeigt eine siebte Ausführungsform des Wasserzuführungssystems 620 zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine, wobei bei der Beschreibung nur auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen wird. Elementen und Bauteilen, welche denen der ersten Ausführungsform entsprechen, werden in der siebten Ausführungsform Bezugszeichen zugeordnet, welche um 600 gegenüber den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile und Elemente der ersten Ausführungsform erhöht sind. Bei diesen Bauteilen wird explizit auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen, welche auch für die siebte Ausführungsform zu verwenden sind.
Das Wasserzuführungssystem 620 weist eine Demineralisierungsvorrichtung 648 auf, welche mit eine Umkehrosmosemembran ausgebildet ist, welche das Innenvolumen 640 des Wassertanks 622 in ein Brauchwasserteilvolumen 650 und ein Reinwasserteilvolumen 652 unterteilt, vorzugsweise vollständig trennt. Die Umkehrosmosemembran ist vorzugsweise an einer Innenfläche des Wassertanks 622 angespritzt. Ebenso kann in dem Brauchwasserteilvolumen 650 ein als ein Wasserleitwertsensor ausgebildeter weiterer Wasserqualitätssensor 654 angeordnet sein, welcher über eine Signalleitung 656 ein eine Information über den Demineralisierungsgrad des Brauchwassers in dem Brauchwasserteilvolumen 650 tragendes Signal bereitstellt. Der Wasserqualitätssensor 644 stellt über die Signalleitung 646 ein eine Information über den Demineralisierungsgrad des durch die Demineralisierungsvorrichtung 648 demineralisierten Wassers in dem Reinwasserteilvolumen 652 tragendes Signal bereit. Die Saugleitung 626 verbindet fluidtechnisch die erste Wasserpumpe 628 mit dem Reinwasserteilvolumen 652.
Wird Brauchwasser oder Leitungswasser durch die Einfüllöffnung 624 in das Brauchwasserteilvolumen 650 eingeführt, so drückt ein durch die Schwerkraft des Wassers bewirkter Druck Wassermoleküle durch die Umkehrosmosemembran der Demineralisierungsvorrichtung 648, sodass sich demineralisiertes Wasser in dem Reinwasserteilvolumen 652 sammelt. Alternativ kann das Brauchwasser in dem Brauchwasserteilvolumen 650 durch eine nicht gezeigt Druckbeaufschlagungsvorrichtung (z. B. mittels einer Fluiddruckquelle wie einer Druckluftzufuhr) mit einem Druck beaufschlagt werden, welcher dann Wassermoleküle durch die Umkehrosmosemembran der Demineralisierungsvorrichtung 648 drückt.
Ermittelt der weitere Wasserqualitätssensor 654 einen unteren Grenzwert für einen Demineralisierungsgrad des Brauchwassers in dem Brauchwasserteilvolumen 650, so kann das Wasserzuführungssystem 620 ein Signal ausgeben, dass das Brauchwasserteilvolumen 650 entleert werden muss oder dass das Brauchwasser in dem Brauchwasserteilvolumen 650 verdünnt werden muss, da ansonsten der osmotische Druck über die Umkehrosmosemembran nicht mehr überwunden werden kann, und keine Wassermoleküle in das Reinwasserteilvolumen 652 gedrückt werden können.
8 zeigt eine achte Ausführungsform des Wasserzuführungssystems 720 zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einer Brennkraftmaschine, wobei bei der Beschreibung nur auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen wird. Elementen und Bauteilen, welche denen der ersten Ausführungsform entsprechen, werden in der achten Ausführungsform Bezugszeichen zugeordnet, welche um 700 gegenüber den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile und Elemente der ersten Ausführungsform erhöht sind. Bei diesen Bauteilen wird explizit auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen, welche auch für die achte Ausführungsform zu verwenden sind.
Das Wasserzuführungssystem 720 umfasst eine Demineralisierungsvorrichtung 748, welche als ein Kartuschensystem ausgebildet ist. Die Demineralisierungsvorrichtung 748 umfasst ein Einfüllstutzen-festes Gehäuseteil 750, welches insbesondere integral mit dem Einfüllstutzen 738 ausgebildet ist. Das Gehäuseteil 750 umfasst einen Einlass 752 der Demineralisierungsvorrichtung 748 und einen Auslass 754 der Demineralisierungsvorrichtung 748. Das Gehäuseteil 750 weist ferner eine Kartuschenöffnung 756 auf, in welche unter Zuhilfenahme von Befestigungsmitteln, wie einem Gewinde, Klipsen oder Schrauben, eine Kartusche 758 eingesetzt ist. Da der Einlass 752 und der Auslass 754 auf einer der Kartusche 758 gegenüberliegenden Seite der Kartuschenöffnung 756 angeordnet sind, wird in dem Kartuschensystem eine Siphon-förmige Wasserströmung ausgebildet. In der Kartusche 758 ist ein bei einem Demineralisierungsprozess ein Präzipitat 760 erzeugender Demineralisierungswirkstoff vorgesehen, welcher in einer Form einer Demineralisierungstablette 762 ausgebildet ist. Die Kartusche 758 kann in Form einer Schale 764 ausgebildet sein.
9 und 14 zeigen eine erste Ausführungsform einer Demineralisierungsvorrichtung 1000. Die Demineralisierungsvorrichtung 1000 umfasst ein Gehäuse 1002 und einen Gehäusedeckel 1004. An dem Gehäuse sind ein Einlass 1006 und ein Auslass 1008 der Demineralisierungsvorrichtung 1000 vorgesehen. Der Gehäusedeckel 1004 ist vorzugsweise über nicht gezeigte Befestigungsmittel, wie Schrauben oder Klipse, an dem Gehäuse 1002 betriebsmäßig lösbar und wieder anbringbar befestigt. Das Gehäuse 1002 kann in einem Spritzgussverfahren hergestellt sein.
Vorzugsweise weist das Gehäuse 1002 die Form eines Quaders auf, dessen Bodenfläche 1010 parallel zur Zeichenebene der 9 verläuft, welche eine Sicht von oben auf das Gehäuse 1002 zeigt. Das Gehäuse weist zwei Stirnwände 1012, 1014, zwei Seitenwände 1016, 1018 und eine Mittelwand 1020 auf. Zwischen der Seitenwand 1016 und der Mittelwand 1020 ist ein erster Fluidströmungskanal 1022 ausgebildet, und zwischen der zweiten Seitenwand 1018 und der Mittelwand 1020 ist ein zweiter Fluidströmungskanal 1024 ausgebildet. In dem ersten Fluidströmungskanal 1022 sind Prallplatten 1026 und weitere Prallplatten 1028 angeordnet, welche jeweils die Seitenwand 1016 mit der Mittelwand 1020 verbinden. Jede einzelne der Prallplatten 1026 und der weiteren Prallplatten 1028 kann integral mit der Seitenwand 1016 und/oder mit der der Mittelwand 1020 und/oder mit einem Gehäuseboden ausgebildet sein, z.B. in einem Spritzgussverfahren ausgebildet sein. Eine Ansicht einer der Prallplatten 1026 und einer der weiteren Prallplatten 1028 entlang einer Geraden verlaufenden Hauptfluidströmungsrichtung H, welche parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des ersten Fluidströmungskanals 1022 verläuft und vorzugsweise mit dieser zusammenfällt, ist in den 10 und 11 gezeigt, wobei die Oberkannten der in der Figur dargestellten Prallplatte 1026 und der weiteren Prallplatte 1028 in Richtung des Gehäusedeckels 1004 in einem zusammengebauten Zustand der Demineralisierungsvorrichtung zeigen.
Eine weitere Prallplatte 1028 folgt vorzugsweise direkt einer Prallplatte 1026. Ebenso folgt vorzugsweise eine Prallplatte 1026 einer weiteren Prallplatte 1028. In dem ersten Fluidströmungskanal 1022 sind Prallplatten 1026 und weitere Prallplatten 1028 vorzugsweise einander abwechselnd in Hauptfluidströmungsrichtung H folgend angeordnet.
Die Prallplatte 1026 weist eine Aussparung 1030 auf, deren Innenrand 1032 als ein Randabschnitt zusammen mit der Bodenfläche 1010 und der Seitenwand 1016 einen Rand einer Durchgangsöffnung 1034 in dem ersten Fluidströmungskanal 1022 definiert, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt des Fluidströmungskanals entlang einer senkrecht zur Zeichenebene der 9 verlaufenden ersten Schnittebene S, welche stromaufwärts der Prallplatte 1026 liegt. Die Schnittebene S ist exemplarisch gewählt und es können entsprechende Schnittebenen für alle Prallplatten 1026 analog gewählt werden.
Die weitere Prallplatte 1028 weist eine Aussparung 1036 auf, deren Innenrand 1038 als ein Randabschnitt zusammen mit einer Innenfläche des Gehäusedeckels 1004 und der Mittelwand 1020 einen Rand einer Durchgangsöffnung 1040 in dem Fluidströmungskanal 1022 definiert, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt des Fluidströmungskanals entlang einer senkrecht zur Zeichenebene der 9 verlaufenden zweiten Schnittebene K, welche stromaufwärts der weiteren Prallplatte 1028 liegt. Die Schnittebene K ist exemplarisch gewählt und es können entsprechende Schnittebenen für alle weiteren Prallplatten 1028 analog gewählt werden. Übersichtshalber sind in 9 Durchgangsöffnungen 1040 eingezeichnet, obwohl 9 keinen Gehäusedeckel 1004 zeigt und somit sind diese Bezugszeichen als auf eine symbolische Öffnung zeigend zu verstehen.
Wird die Durchgangsöffnung 1034 entlang der Richtung H (oder antiparallel zu ihr) auf die Durchgangsöffnung 1040 projiziert, so überlappt diese Projektion der Durchgangsöffnung 1034 nicht mit der Durchgangsöffnung 1040.
Zwischen einer Prallplatte 1026 und einer benachbarten weiteren Prallplatte 1028 oder einer Prallplatte 1026 und der benachbarten Stirnwand 1012 oder einer weiteren Prallplatte 1028 und der benachbarten Stirnwand 1014 sind in der Demineralisierungsvorrichtung 1000 in dem Fluidströmungskanal 1022 jeweils Kammern ausgebildet, in welchen ein nicht gezeigter Demineralisierungswirkstoff aufgenommen ist, z.B. ein Ionenaustauscher aufgenommen ist. Durch die Anordnung der Durchgangsöffnungen 1034 und 1040 kann eine Länge des Strömungspfads des Wassers in der Demineralisierungsvorrichtung 1000 durch den Demineralisierungswirkstoff an die Anwendungsbedürfnisse angepasst werden.
Der zweite Fluidströmungskanal 1024 mit den darin angeordneten Prallplatten 1026' und weiteren Prallplatten 1028' ist bezogen auf die Mittelebene der Mittelwand 1020 spiegelsymmetrisch zum ersten Fluidströmungskanal 1022 ausgebildet. Die entlang einer Geraden verlaufenden Hauptfluidströmungsrichtung H' des Fluidströmungskanals 1024, welche parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des ersten Fluidströmungskanals 1024 verläuft, verläuft antiparallel zu der Hauptfluidströmungsrichtung H.
Der Fluidströmungskanal 1022 ist fluidtechnisch mit dem Fluidströmungskanal 1024 durch das Vorsehen einer Prallplatte 1042 als Teil der Mittelwand 1020 verbunden, wobei die Prallplatte 1042 direkt an die Stirnwand 1014 angrenzt. Die Prallplatte 1042 weist eine Ausnehmung 1044 auf, welche zusammen mit der Mittelwand 1020 und der Bodenfläche 1010 eine Durchgangsöffnung zwischen dem Fluidströmungskanal 1022 und dem Fluidströmungskanal 1024 definiert. Alternativ kann eine Prallplatte 1042' verwendet werden, welche eine Ausnehmung 1044' aufweist. Die Oberkannten der in den 12 und 13 gezeigten Prallpalten 1042 und 1042' zeigen in Richtung des Gehäusedeckels 1004 in einem zusammen gebauten Zustand der Demineralisierungsvorrichtung.
15 und 18 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Demineralisierungsvorrichtung 2000. Die Demineralisierungsvorrichtung 2000 umfasst ein Gehäuse 2002 und einen Gehäusedeckel 2004. An dem Gehäuse sind ein Einlass 2006 und ein Auslass 2008 der Demineralisierungsvorrichtung 2000 vorgesehen. Der Gehäusedeckel 2004 ist vorzugsweise über nicht gezeigte Befestigungsmittel, wie Schrauben oder Klipse, an dem Gehäuse 2002 betriebsmäßig lösbar und wieder anbringbar befestigt.
Vorzugsweise hat das Gehäuse 2002 die Form eines Zylinders dessen Bodenfläche 2010 parallel zur Zeichenebene der 15 verläuft, welche eine Sicht von oben auf das Gehäuse 2002 zeigt. Das Gehäuse 2002 weist eine Mantelwand 2012 auf. In dem Gehäuse 2002 ist eine spiralförmige Wand 2014 mit der Bodenfläche 2010 fest verbunden, welche zusammen mit der Mantelwand 2012 oder/und zusammen mit benachbarten Windungen dieser spiralförmigen Wand 2014 einen Fluidströmungskanal 2016 ausbildet, welcher sich zwischen dem Einlass 2006 und dem Auslass 2008 entlang einer Hauptfluidströmungsrichtung H1 erstreckt, welche parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Fluidströmungskanals 2016 verläuft und vorzugsweise mit dieser zusammenfällt. Die Hauptfluidströmungsrichtung H1 folgt einer ebenen Spirale.
In dem Fluidströmungskanal 2016 sind Prallplatten 2018 und weitere Prallplatten 2020 vorzugsweise einander abwechselnd in Hauptfluidströmungsrichtung H1 folgend angeordnet. Eine weitere Prallplatte 2020 folgt vorzugsweise direkt einer Prallplatte 2018. Ebenso folgt vorzugsweise eine Prallplatte 2018 einer weiteren Prallplatte 2020.
Jeder einzelne der weiteren Prallplatten 2020 und/oder der Prallplatten 2018 ist vorzugsweise einstückig mit der spiralförmigen Wand 2014 und/oder dem Gehäuse 2002, beispielsweise durch Spritzguss, ausgebildet. Das Gehäuse 2002 kann vollständig durch Spritzguss ausgebildet sein.
Der obere Rand 2022 der Prallplatte 2018 ist vorzugsweise bündig mit einem oberen Rand 2024 des Gehäuses 2002 ausgebildet. Ein unterer Rand 2026 der Prallplatte 2018 ist vorzugsweise von der Bodenfläche 2010 beabstandet ausgebildet. Der untere Rand 2026 definiert als ein Randabschnitt zusammen mit Seitenwänden 2028, 2030 des Fluidströmungskanals 2016 und der Bodenfläche 2010 einen Rand einer Durchgangsöffnung 2032 in dem Fluidströmungskanal 2016, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt des Fluidströmungskanals 2016 entlang einer senkrecht zur Zeichenebene der 15 verlaufenden ersten Schnittebene S1, welche stromaufwärts der Prallplatte 2018 liegt. Die Schnittebene S1 ist exemplarisch gewählt und es können entsprechende Schnittebenen für alle Prallplatten 2018 analog gewählt werden.
Jede der Seitenwände 2028, 2030 kann Teil der spiralförmigen Wand 2014 oder der Mantelwand 2012 sein.
Die weitere Prallplatte 2020 ist vorzugsweise bündig, insbesondere zusammenhängend und/oder integral, mit der Bodenfläche 2010 und/oder der spiralförmigen Wand 2014 ausgebildet wobei ein oberer Rand 2034 der weiteren Prallplatte 2020 von dem oberen Rand 2024 des Gehäuses 2002 beabstandet ist. Der obere Rand 2034 definiert als ein Randabschnitt zusammen mit Seitenwänden 2028, 2030 des Fluidströmungskanals 2016 und mit einer Innenfläche des Gehäusedeckels 2004 einen Rand einer Durchgangsöffnung 2036 in dem Fluidströmungskanal 2016, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt des Fluidströmungskanals entlang einer senkrecht zur Zeichenebene der 15 verlaufenden zweiten Schnittebene S2, welche stromaufwärts der weiteren Prallplatte 2020 liegt. Die Schnittebene S2 ist exemplarisch gewählt und es können entsprechende Schnittebenen für alle weiteren Prallplatten 2020 analog gewählt werden. Übersichtshalber ist in 17 die Durchgangsöffnung 2036 eingezeichnet, obwohl diese Figur keinen Gehäusedeckel 2004 zeigt und somit ist dieses Bezugszeichen als auf eine symbolische Öffnung zeigend zu verstehen.
Wird die Durchgangsöffnung 2036 entlang der Richtung H1 (oder antiparallel zu ihr) auf die Durchgangsöffnung 2032 projiziert, so überlappt diese Projektion der Durchgangsöffnung 2036 nicht mit der Durchgangsöffnung 2032.
Zwischen einer Prallplatte 2018 und einer benachbarten weiteren Prallplatte 2020 sind in der Demineralisierungsvorrichtung 2000 ist jeweils Kammern ausgebildet, in welche jeweils ein nicht gezeigter Demineralisierungswirkstoff aufgenommen ist, z.B. ein Ionenaustauscher aufgenommen ist. Durch die Anordnung der Durchgangsöffnungen 2032 und 2036 kann eine Länge des Strömungspfads des Wassers in der Demineralisierungsvorrichtung 2000 an die Anwendungsbedürfnisse angepasst werden.
In den 16 und 17 ist nur ein Ausschnitt der jeweiligen Schnitte dargestellt.
Bei den Demineralisierungsvorrichtungen 1000 und 2000 kann Brauchwasser in den jeweiligen Einlass eingefüllt werden und das Brauchwasser wird auf dem Weg zum jeweiligen Auslass durch den in der Demineralisierungsvorrichtung angeordneten Demineralisierungswirkstoff demineralisiert.
Zur Vereinfachung der Lesbarkeit werden Haupterstreckungsrichtungen von Fluidströmungskanälen mit den zugeordneten Hauptfluidströmungsrichtungen gleichgesetzt und es werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/137100 A1 [0004]
DE 102014220120 A1 [0040]

Claims

Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720) zum Zuführen von demineralisiertem Wasser zu einem Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einer Brennkraftmaschine, umfassend: - einen Wassertank (22; 122; 222; 322; 422; 522; 622; 722) mit einer Einfüllöffnung (24; 124; 224; 324; 424; 524; 624; 724); - eine erste Saugleitung (26; 126; 226; 326; 454; 526; 626; 726); - eine erste Wasserpumpe (28; 128; 228; 328; 428; 528; 628; 728); - eine Abgabeleitung (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630; 730); - eine Abgabevorrichtung (32; 132; 232; 332; 432; 532; 632; 732); - eine Demineralisierungsvorrichtung (38; 156; 256; 354; 458; 556; 648; 748; 1000; 2000) zum Demineralisieren von Wasser; wobei die erste Wasserpumpe (28; 128; 228; 328; 428; 528; 628; 728) über die erste Saugleitung (26; 126; 226; 326; 526; 626; 726) mit einem Innenvolumen des Wassertanks (22; 122; 222; 322; 422; 522; 622; 722) fluidtechnisch verbunden ist, wobei die Abgabevorrichtung (32; 132; 232; 332; 432; 532; 632; 732) über die Abgabeleitung (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630; 730) mit der ersten Wasserpumpe (28; 128; 228; 328; 428; 528; 628; 728) fluidtechnisch verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass a) das Wasserzuführungssystem (120; 220) einen Demineralisierungskreislauf umfasst, welcher eine zweite Saugleitung (152; 252), eine zweite Wasserpumpe (150; 250), eine Pumpenleitung (158; 258) und eine Rückführleitung (162; 262) aufweist, wobei die zweite Wasserpumpe (150; 250) über die zweite Saugleitung (152; 252) mit einem Innenvolumen (140; 240) des Wassertanks (122; 222) fluidtechnisch verbunden ist, wobei ein Einlass (154; 254) der Demineralisierungsvorrichtung (156; 256) über die Pumpenleitung (158; 258) fluidtechnisch mit der zweiten Wasserpumpe (150; 250) verbunden ist; und wobei ein Auslass (160; 260) der Demineralisierungsvorrichtung (156; 256) über die Rückführleitung fluidtechnisch mit dem Innenvolumen (140; 240) des Wassertanks (122; 222) verbunden ist, oder b) das Wasserzuführungssystem (320) einen Demineralisierungsarm (360) umfasst, welcher ein 3-Wege-Ventil (348), eine Pumpenleitung und eine Rückführleitung aufweist, wobei ein erster Abgabeleitungsteilabschnitt (330a) der Abgabeleitung (330) das 3-Wege-Ventil (348) mit der ersten Wasserpumpe (328) fluidtechnisch verbindet; wobei ein zweiter Abgabeleitungsteilabschnitt (330b) der Abgabeleitung (330) das 3-Wege-Ventil (348) mit der Abgabevorrichtung (332) fluidtechnisch verbindet; wobei die Pumpenleitung (350) einen Einlass (352) der Demineralisierungsvorrichtung (354) fluidtechnisch mit dem 3-Wege-Ventil (348) verbindet; und wobei ein Auslass (356) der Demineralisierungsvorrichtung (354) über die Rückführleitung (358) fluidtechnisch mit dem Innenvolumen (340) des Wassertanks (322) verbunden ist, oder c) das Wasserzuführungssystem (20; 720) einen Einfüllstutzen (138; 738) umfasst, welcher die Einfüllöffnung (24; 724) mit dem Innenvolumen (40; 740) des Wassertanks (22; 722) fluidtechnisch verbindet, und dass die Demineralisierungsvorrichtung (38; 748) in dem Einfüllstutzen angeordnet ist, oder d) das Wasserzuführungssystem (520) stromabwärts der ersten Wasserpumpe (528) einen Demineralisierungsbypass (548) umfasst, welcher eine erste Abzweigungsleitung (550) und eine zweite Abzweigungsleitung (552) aufweist, wobei ein Einlass (554) der Demineralisierungsvorrichtung (556) mit einer ersten Abzweigung (558) der Abgabeleitung (530) stromabwärts der ersten Wasserpumpe (528) fluidtechnisch durch die erste Abzweigungsleitung (550) verbunden ist und wobei ein Auslass (560) der Demineralisierungsvorrichtung (556) mit einer zweiten Abzweigung (562) der Abgabeleitung (530) stromabwärts der ersten Abzweigung (558) fluidtechnisch durch die zweite Abzweigungsleitung (552) verbunden ist, oder e) dass die Demineralisierungsvorrichtung das Innenvolumen (640) des Wassertanks (622) in zwei separate Teilvolumina (650, 652) teilt; oder f) das Wasserzuführungssystem (420) stromaufwärts der ersten Wasserpumpe einen Demineralisierungsarm (448) umfasst, welcher ein 3-Wege-Ventil (450), eine Pumpenleitung (452), eine Direktsaugleitung (454), eine Zwischenleitung (456) und eine Demineralisierungssaugleitung (459) aufweist, wobei die Pumpenleitung (452) das 3-Wege-Ventil (450) mit der ersten Wasserpumpe (428) fluidtechnisch verbindet; wobei die Direktsaugleitung (454) das 3-Wege-Ventil (450) mit dem Innenvolumen (440) des Wassertanks (422) direkt fluidtechnisch verbindet; wobei die Zwischenleitung (456) das 3-Wege-Ventil (450) mit einem Auslass (460) der Demineralisierungsvorrichtung (458) fluidtechnisch verbindet; und wobei die Demineralisierungssaugleitung (459) einen Einlass (462) der Demineralisierungsvorrichtung (460) mit dem Innenvolumen (440) des Wassertanks (422) direkt fluidtechnisch verbindet, wobei die erste Saugleitung als die Direktsaugleitung (454) ausgebildet ist.
Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher eine Brennkraftmaschine, wie ein Kolbenmotor oder eine Gasturbine, oder eine Brennstoffzelle oder ein Batteriekühlkreislauf ist.
Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Demineralisierungsvorrichtung (38; 156; 256; 354; 458; 556; 748) mit einer austauschbaren Kartusche ausgebildet ist.
Wasserzuführungssystem (620) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Demineralisierungsvorrichtung (648) das Innenvolumen des Wassertanks (622) in zwei separate Teilvolumina (650; 652) teilt und dass die Demineralisierungsvorrichtung (648) mit einer Umkehrosmosemembran ausgebildet ist.
Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserzuführungssystem einen fluidtechnisch mit dem Innenvolumen (40; 140; 240; 340; 440; 540; 640, 740)des Wassertanks (22; 122; 222; 322; 422; 522; 622; 722) verbundenen Wasserqualitätssensor (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644, 654; 744) umfasst.
Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Demineralisierungsvorrichtung (38; 156; 256; 354; 458; 556; 748; 1000; 2000) einen Ionenaustauscher als einen Demineralisierungswirkstoff umfasst.
Wasserzuführungssystem (720) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Demineralisierungsvorrichtung (38; 156; 256; 354; 458; 556; 748; 1000; 2000) mindestens einen bei einem Demineralisierungsprozess von Wasser ein Präzipitat erzeugenden Demineralisierungswirkstoff umfasst.
Wasserzuführungssystem (420) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Abgabearm (464) stromabwärts der ersten Wasserpumpe (428) aufweist, wobei der Abgabearm (464) ein weiteres 3-Wege-Ventil (466), einen ersten Abgabeleitungsteilabschnitt (430a) der Abgabeleitung (430), einen zweiten Abgabeleitungsteilabschnitt (430b) der Abgabeleitung (430), und eine Rückführungsleitung (468) aufweist, wobei der erste Abgabeleitungsteilabschnitt (430a) die erste Wasserpumpe (428) fluidtechnisch mit einem ersten Anschluss (466a) des weiteren 3-Wege-Ventils (466) verbindet, wobei der zweite Abgabeleitungsteilabschnitt (430b) fluidtechnisch einen zweiten Anschluss (466b) des weiteren 3-Wege-Ventils (466) mit der Abgabevorrichtung (432) verbindet und wobei die Rückführungsleitung (468) fluidtechnisch einen dritten Anschluss (466c) des weiteren 3-Wege-Ventils (466) mit dem Innenvolumen (440) des Wassertanks (442) verbindet.
Eine Demineralisierungsvorrichtung (1000; 2000), umfassend: einen Einlass (1006; 2006); einen Auslass (1008; 2008); einen zwischen dem Einlass (1006; 2006) und dem Auslass (1008; 2008) verlaufenden Fluidströmungskanal (1022, 1024; 2016), eine quer zu einer Haupterstreckungsrichtung (H, H'; H1) des Fluidströmungskanals (1022, 1024; 2016) angeordnete Prallplatte (1026, 1028; 2018, 2020); dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (1026, 1028; 2018, 2020) derart geformt ist, dass die Prallplatte (1026, 1028; 2018, 2020) einen Randabschnitt (1032, 1038; 2026, 2034) einer Durchgangsöffnung (1034, 1040; 2032, 2036) in dem Fluidströmungskanal (1022, 1024; 2016) ausbildet, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt des Fluidströmungskanals (1022, 1024; 2016) stromaufwärts der Prallplatte (1026, 1028; 2018, 2020).
Demineralisierungsvorrichtung (1000; 2000) nach Anspruch 9, ferner umfassend eine quer zu der Haupterstreckungsrichtung des Fluidströmungskanals (1022, 1024; 2016) direkt stromabwärts der Prallplatte (1026; 2020) angeordnete weitere Prallplatte (1028; 2018), dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Prallplatte (1028; 2020) derart geformt ist, dass die weitere Prallplatte (1028; 2020) einen Randabschnitt (1038; 2034) einer weiteren Durchgangsöffnung (1040; 2036) in dem Fluidströmungskanal (1022, 1024; 2016) ausbildet, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt des Fluidströmungskanals stromaufwärts der weiteren Prallplatte (1028; 2020), und dass eine Projektion der weiteren Durchgangsöffnung (1040; 2036) entlang der Haupterstreckungsrichtung (H, H'; H1) des Fluidströmungskanals nicht vollständig mit der Durchgangsöffnung überlappt.
Demineralisierungsvorrichtung (1000; 2000) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupterstreckungsrichtung (H, H'; H1) des Fluidströmungskanals zumindest abschnittsweise einer ebenen Spirale folgt; oder/und zumindest abschnittsweise einer Geraden folgt; oder/und zumindest abschnittsweise einem Verlauf einer Helix oder Wendel folgt.
Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 720) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Demineralisierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet ist.
Fahrzeug mit einem Verbraucher, insbesondere einer Brennkraftmaschine, und mit einem Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserzuführungssystem (20; 120; 220; 320; 420; 520; 620; 720) das demineralisierte Wasser dem Verbraucher zuführt.
Verfahren zum Betrieb eines Wasserzuführungssystems (420) mit den Merkmalen der Ansprüche 3 und 8, umfassend die folgenden Schritte: - Erfassen eines Demineralisierungsgrads von Wasser im Innenvolumen (440) des Wassertanks (422) durch einen Wasserqualitätssensor (444) und Durchführen der folgenden Schritte dann, wenn der Demineralisierungsgrad unterhalb eines vorbestimmten oder bestimmbaren unteren Schwellenwerts gelegen ist: entweder gemäß Betriebsmodus A): • Schalten des 3-Wege-Ventils (450) in einen Demineralisierungssaugzustand und Schalten eines weiteren 3-Wege-Ventils (466) in einen Zirkulationszustand, in welchem der erste Anschluss (466a) und der dritte Anschluss (466c) des weiteren 3-Wege-Ventils (466) zur Durchleitung von Fluid geöffnet und der zweite Anschluss (466b) des weiteren 3-Wege-Ventils (466) geschlossen ist, • Fördern von Wasser oder Brauchwasser aus dem Wassertank (422) und die erste Wasserpumpe (428) durch die Demineralisierungsvorrichtung (458), • Demineralisieren des durch die Demineralisierungsvorrichtung (458) geförderten Wasseranteils demineralisiert wird, • Zurückführen dieses demineralisierten Wasseranteils in das Innenvolumen (440) des Wassertanks (422), und • Beenden dieses Demineralisierungsprozesses dann, wenn der Wasserqualitätssensor (444) einen Demineralisierungsgrad im Innenvolumen (440) des Wassertanks 422 erfasst, welcher über dem vorbestimmten oder vorbestimmbaren unteren Schwellenwert oder über einem über dem unteren Schwellenwert gelegenen vorbestimmten oder vorbestimmbaren Stopp-Schwellenwert liegt., oder gemäß Betriebsmodus B): • Schalten des 3-Wege-Ventils (450) in einen Demineralisierungssaugzustand und Schalten eines weiteren 3-Wege-Ventils (466) in einen Abgabezustand, in welchem der erste Anschluss (466a) und der zweite Anschluss (466b) des weiteren 3-Wege-Ventils (466) zur Durchleitung von Fluid geöffnet und der dritte Anschluss (466c) des weiteren 3-Wege-Ventils (466) geschlossen ist, und • Fördern von Wasser oder Brauchwasser aus dem Wassertank (422) und die erste Wasserpumpe (428) durch die Demineralisierungsvorrichtung (458) zur Abgabevorrichtung (432).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher eine Brennkraftmaschine ist und dass der Betriebsmodus A) bei stillstehender Brennkraftmaschine und der Betriebsmodus B) bei arbeitender Brennkraftmaschine ausgewählt werden.