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Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement. Bei dem fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelement handelt es sich insbesondere um einen Fluidzähler, ein Fluidventil, ein Fluidfilter, einen Druckminderer, eine kombinierte Mess- und Reguliervorrichtung für ein durch eine Fluidleitung strömendes Fluid oder dergleichen. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um Wasser oder Gas. Fluidzähler umfassen Wasser- und Gaszähler. Fluidventile umfassen Wasser- und Gasventile. Fluidfilter umfassen Wasser- und Gasfilter. Druckminderer umfassen Druckminderer für Wasser und Gas. Kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen umfassen kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen für durch eine Wasserleitung strömendes Wasser und kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen für durch eine Gasleitung strömendes Gas.
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Fluiddurchströmbare Bauelemente sind dazu vorgesehen, in ein Fluidleitungssystem eingebaut zu werden, beispielsweise in das Wasserleitungssystem bzw. Frischwasserleitungssystem eines Gebäudes. Ein Wasserzähler ist beispielsweise in das Wasserleitungssystem eines Gebäudes einbaubar. Ein Wasserzähler wird von Wasser durchströmt, insbesondere wenn Wasser aus dem Wasserleitungssystem entnommen wird, beispielsweise durch benutzerseitiges Öffnen einer Sanitärarmatur. Ein Wasserzähler ist dazu eingerichtet, die Menge an durchströmten, das heißt, entnommenen, Wasser, zu erfassen bzw. zu messen. Fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelemente sind aktive Bauelemente, die dazu eingerichtet sind, elektrische Energie erfordernde, die Erfassung der Fluidmenge unterstützende oder erweiternde Funktionen bereitzustellen oder durchzuführen.
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Es sind fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelemente aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise entsprechende Wasserzähler. Diese bedingen eine Versorgung mit elektrischer Energie, um ihren vollen Funktionsumfang zu gewährleisten. Es sind insbesondere Wasserzähler bekannt, die gemäß Anforderung eine technische Lebensdauer von bis zu 16 Jahren ohne Anschluss an ein externes Stromnetz und ohne externes Wiederaufladen eines Speichers für elektrische Energie sicherstellen sollen.
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Zur Versorgung solcher Wasserzähler mit elektrischer Energie ist es bekannt, die Wasserzähler mit einem elektrischen Netzteil sowie mit elektrischen Verbindern in Form von Kabeln zum Anschluss an ein externes Stromnetz auszustatten. Dies erfordert jedoch einen gewissen Installationsaufwand durch das Verlegen von Leitungen für elektrischen Strom. Zusätzlich kann dies erfordern, Kabel von dem Wasserzähler hin zu einer Steckdose zu verlegen, wodurch eine gewisse Gefahr entsteht, dass die Kabel versehentlich oder absichtlich aus der Steckdose gezogen werden, sodass die Energieversorgung unterbrochen würde. Außerdem entsteht durch die Kabel möglicherweise eine gewisse Stolpergefahr und somit Verletzungsgefahr.
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Des Weiteren ist es zur Versorgung solcher Wasserzähler mit elektrischer Energie bekannt, die Wasserzähler mit einer Batterie mit einer großen elektrischen Kapazität zum Erreichen der vorgenannten, technischen Lebensdauer auszustatten. Eine große Batteriekapazität erfordert allerdings eine entsprechend große Dimensionierung der Batterie selbst. Groß dimensionierte Batterien sind zudem teuer in der Herstellung. Daher sind Batterien mit einer großen elektrischen Kapazität bauraum- und kostenintensiv.
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Wie voranstehend dargestellt sind die bekannten, fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelemente abhängig von einer externen Versorgung mit elektrischer Energie oder sind aufgrund der groß dimensionierten Batterien bauraumintensiv. Dies ist mitunter unerwünscht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die voranstehend insgesamt erläuterte Problematik zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement anzugeben, das einen autarken Betrieb desselben ermöglicht und das relativ kompakt ist.
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Die hier zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.
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Es wird ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement vorgeschlagen, umfassend eine fluidumströmbare Turbine, eine von der Turbine antreibbare Arbeitsmaschine und einen wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie, wobei die Arbeitsmaschine und der Speicher elektrisch miteinander verbindbar sind, wobei die Arbeitsmaschine dazu ausgebildet ist, elektrische Energie zu erzeugen, das Bauelement mit der durch die Arbeitsmaschine erzeugten elektrischen Energie zu versorgen, insbesondere für den Betrieb eines elektromechanischen Ventils und/oder einer Steuerungseinheit, und den Speicher mit der durch die Arbeitsmaschine erzeugten elektrischen Energie zu laden. Die Arbeitsmaschine und der Speicher sind insbesondere mittels zumindest einem elektrischen Kabel miteinander verbindbar. Die Turbine ist eine rotierende Strömungsmaschine, die dazu eingerichtet ist, die Arbeitsmaschine anzutreiben, indem die Energie eines die Turbine umströmenden Fluids zumindest teilweise in mechanische Rotationsenergie umgewandelt wird. Die mechanische Rotationsenergie wird wiederum durch die Arbeitsmaschine in elektrische Energie umgewandelt. Das erfindungsgemäße Bauelement ermöglicht die Nutzung der bisher ungenutzten Energie des das erfindungsgemäße Bauelement durchströmenden Fluids. Die Nutzung dieser Energie zur elektrischen Versorgung des erfindungsgemäßen Bauelements trägt insgesamt zu einer Energieeinsparung bei und ist daher umweltfreundlich.
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Falls es sich bei dem das erfindungsgemäße Bauelement durchströmenden Fluid um Mischwasser handelt, das heißt, um eine Mischung aus Kalt- und Warmwasser, werden durch die Drehung der Turbine und durch die Verwirbelungen des Mischwassers an den Turbinenschaufeln die Kalt- und Warmwasserschichten effektiv durchmischt. Die gleichmäßige Durchmischung des das erfindungsgemäße Bauelement durchströmenden Mischwassers trägt zu einem verbesserten Erlebnis der Wassertemperatur für den Benutzer während der Entnahme des Wassers bei.
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Durch die Turbine und die Arbeitsmaschine des erfindungsgemäßen Bauelements ist es möglich, elektrische Energie zu erzeugen. Das Erfordernis einer externen Versorgung mit elektrischer Energie für den Betrieb des erfindungsgemäßen Bauelements erübrigt sich somit. Das erfindungsgemäße Bauelement ist somit unabhängig von einer externen Versorgung mit elektrischer Energie. Insofern ist das erfindungsgemäße Bauelement elektrisch autark bzw. sich selbst mit elektrischer Energie versorgend. Dies ist insbesondere im Falle eines Stromausfalls von großem Vorteil gegenüber den bekannten, fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelementen, die mitunter unmittelbar durch den Anschluss an ein Stromnetz von einer externen Versorgung mit elektrischer Energie abhängig sind.
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Zudem erlauben es die Turbine, die Arbeitsmaschine und der Speicher, den Speicher wiederholt aufzuladen. Daher reicht es aus, wenn der Speicher des erfindungsgemäßen Bauelements eine vergleichsweise kleine elektrische Kapazität aufweist. Das erfindungsgemäße Bauelement ist daher relativ kompakt in seiner Bauweise.
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Handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Bauelement um eine kombinierte Mess- und Reguliervorrichtung für ein durch eine Fluidleitung strömendes Fluid oder ist das erfindungsgemäße Bauelement zusätzlich zu einer Ultraschallmessung entlang der Fluidleitung vorgesehen, sind zumindest zwei verschiedene Konfigurationen von Bauelementen denkbar. Gemäß einer ersten Konfiguration sind fluidstromabwärts die Turbine des erfindungsgemäßen Bauelements, eine Ultraschallmessstrecke und ein Absperrventil nacheinander entlang der Fluidleitung angeordnet. Gemäß einer zweiten Konfiguration sind fluidstromabwärts eine Ultraschallmessstrecke, ein Absperrventil und die Turbine des erfindungsgemäßen Bauelements nacheinander entlang der Fluidleitung angeordnet.
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Das erfindungsgemäße Bauelement kann eine Steuerungseinheit umfassen, die insbesondere dazu eingerichtet ist, den Ladeprozess des wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie zu steuern. Die Steuerungseinheit kann ein Laderegler sein, der dazu eingerichtet ist, ein Überladen des wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie zu verhindern.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements ist dieses dazu ausgebildet, die Strömung eines das Bauelement durchströmenden Fluids zu messen. Danach erfüllt das erfindungsgemäße Bauelement eine Doppelfunktion, nämlich einerseits eine energieerzeugende Funktion und andererseits eine fluidströmungsmessende Funktion. Das erfindungsgemäße Bauelement nach dieser Ausführungsform ist dazu eingerichtet, über die Drehgeschwindigkeit der Turbine das Volumen und/oder den Volumenstrom der durchströmenden bzw. durchfließenden Fluidmenge zu messen. Vorzugsweise istdas erfindungsgemäße Bauelement dazu ausgebildet, wahlweise ausschließlich elektrische Energie zu erzeugen, ausschließlich die Strömung eines das Bauelement durchströmenden Fluids zu messen oder gleichzeitig elektrische Energie zu erzeugen und die Strömung eines das Bauelement durchströmenden Fluids zu messen.
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Ultraschallmessgeräte sind fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelemente, die dazu eingerichtet sind, die Menge an durchströmten Fluid zu erfassen bzw. zu messen. Solche Geräte sind geeicht und ermöglichen hochpräzise Messungen. Allerdings sind solche Geräte teuer in ihrer Anschaffung. In bestimmten Anwendungsbereichen von fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelementen ist eine geeichte und hochpräzise Messung jedoch nicht erforderlich, sodass der durch den Einsatz eines Ultraschallmessgeräts erbrachte Nutzen den durch dessen Anschaffung erzeugten Aufwand nicht zu rechtfertigen vermag. In Anwendungsbereichen von fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelementen, in denen eine geeichte und hochpräzise Messung nicht erforderlich ist, stellt das erfindungsgemäße Bauelement somit eine relativ preisgünstige Alternative zu den beschriebenen, geeichten und hochpräzisen Messgeräten dar.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Bauelement eine elektrische Schnittstelle zum Anschluss eines elektrisch betreibbaren Geräts. Die Schnittstelle kann ein elektrischer Steckverbinder sein, der durch Form- und/oder Kraftschluss eine lösbare Fixierung ermöglicht.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements ist dieses dazu ausgebildet, ein elektrisch betreibbares Gerät über die vorgenannte elektrische Schnittstelle mit durch die Arbeitsmaschine erzeugter elektrischer Energie zu versorgen. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Bauelement zur Versorgung von zumindest einem anderen elektrisch betreibbaren Gerät mit elektrischer Energie nutzbar gemacht werden. Die Nutzung der Energie eines die Turbine umströmenden Fluids zur Versorgung eines anderen elektrisch betreibbaren Geräts mit elektrischer Energie trägt zu einer weiteren Energieeinsparung bei und ist daher umweltfreundlich. Das elektrisch betreibbare Gerät kann beispielsweise ein Kommunikationsmodul für Internet-der-Dinge-Anwendungen (loT-Anwendungen), ein externes Absperrventil oder eine externe Notfall-Handleuchte für Stromausfälle sein. Die Arbeitsmaschine und die elektrische Schnittstelle sind elektrisch miteinander verbindbar.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Speicher zumindest einen Akkumulator, das heißt, zumindest eine wiederaufladbare Batterie. Insbesondere handelt es sich um einen Akkumulator mit einer standardisierten elektrischen Kapazität und einer standardisierten Dimensionierung bzw. Baugröße. Dies hat zum Vorteil, dass der Speicher, beispielsweise im Falle eines Defekts, auf einfache Weise ersetzt werden kann und sich so der Wartungs- bzw. Reparaturaufwand reduziert.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform weist der Akkumulator eine elektrische Kapazität von maximal 4500 mAh (Milliamperestunden), insbesondere von 1500 bis 4500 mAh, weiter insbesondere von 2000 bis 4000 mAh, vorzugsweise von 2500 bis 3500 mAh auf. Der Akkumulator kann beispielsweise vom Typ 18650 mit 3500 mAh und 3,7 V (Volt) sein. Der Akkumulator ist somit im Vergleich zu Batterien, die in bekannten Wasserzählern vorgesehen sind, von einer kleineren elektrischen Kapazität und von einer kleineren baulichen Dimensionierung. Dadurch, dass der Akkumulator durch die durch die Arbeitsmaschine erzeugte elektrische Energie wiederaufladbar ist, reicht eine vergleichsweise kleine elektrische Kapazität aus, um den Betrieb des erfindungsgemäßen Bauelements zu gewährleisten. Das erfindungsgemäße Bauelement kann dadurch insgesamt kompakter ausgestaltet sein.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist der Speicher dazu ausgebildet, das Bauelement mit im Speicher gespeicherter elektrischer Energie zu versorgen. Demnach ist das erfindungsgemäße Bauelement auch dann zumindest eine Zeit lang autark mit elektrischer Energie, die zuvor durch die Turbine erzeugt worden ist, versorgbar, wenn das erfindungsgemäße Bauelement gerade nicht von einem Fluid durchströmt wird.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist der Speicher dazu ausgebildet, ein elektrisch betreibbares Gerät über die vorgenannte elektrische Schnittstelle mit im Speicher gespeicherter elektrischer Energie zu versorgen. Demnach ist das elektrisch betreibbare Gerät auch dann zumindest eine Zeit lang autark mit elektrischer Energie, die zuvor durch die Arbeitsmaschine erzeugt worden ist, versorgbar, wenn das erfindungsgemäße Bauelement gerade nicht von einem Fluid durchströmt wird. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Bauelement zur Versorgung von zumindest einem anderen elektrisch betreibbaren Gerät mit elektrischer Energie nutzbar gemacht werden. Die Nutzung der Energie eines die Turbine umströmenden Fluids zur Versorgung eines anderen elektrisch betreibbaren Geräts mit elektrischer Energie trägt zu einer weiteren Energieeinsparung bei und ist daher umweltfreundlich. Das elektrisch betreibbare Gerät kann beispielsweise ein Kommunikationsmodul für Internet-der-Dinge-Anwendungen (loT-Anwendungen), ein externes Absperrventil oder eine externe Notfall-Handleuchte für Stromausfälle sein. Der Speicher und die elektrische Schnittstelle sind elektrisch miteinander verbindbar.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert. Darin ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei die Erfindung nicht auf diese vorteilhafte Ausführungsform beschränkt ist. Gleiche Bauteile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen und sind daher grundsätzlich nur einmal benannt bzw. erwähnt. Es zeigt im Einzelnen
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelements in einer schematischen Seitenansicht im Längsschnitt.
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1 zeigt ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement 1 mit einer fluidumströmbaren Turbine 2, einer von der Turbine 2 antreibbaren Arbeitsmaschine 3 und einem wiederaufladbaren Speicher 4 für elektrische Energie.
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Das Bauelement 1 ist dazu eingerichtet, dass es von einem Fluid, insbesondere von Wasser, in einer Strömungsrichtung 5 durchströmt wird. Die Arbeitsmaschine 3 und der Speicher 4 sind elektrisch miteinander verbindbar. Die Arbeitsmaschine 3 ist dazu ausgebildet, elektrische Energie zu erzeugen, das Bauelement 1 mit der durch die Arbeitsmaschine 3 erzeugten elektrischen Energie zu versorgen und den Speicher 4 mit der durch die Arbeitsmaschine 3 erzeugten elektrischen Energie zu laden.
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Darüber hinaus ist das Bauelement 1 dazu ausgebildet, die Strömung des das Bauelement 1 durchströmenden Fluids zu messen. Das Bauelement 1 erfüllt daher eine Doppelfunktion, nämlich eine energieerzeugende Funktion und eine fluidströmungsmessende Funktion.
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Das Bauelement 1 umfasst weiterhin eine elektrische Schnittstelle 6 in Form einer Steckerbuchse zum Anschluss eines in 1 nicht dargestellten, elektrisch betreibbaren Geräts.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement
- 2
- Turbine
- 3
- Arbeitsmaschine
- 4
- Speicher für elektrische Energie
- 5
- Strömungsrichtung
- 6
- Elektrische Schnittstelle
