WO2024100161A1 - Fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares bauelement - Google Patents

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WO2024100161A1
WO2024100161A1 PCT/EP2023/081218 EP2023081218W WO2024100161A1 WO 2024100161 A1 WO2024100161 A1 WO 2024100161A1 EP 2023081218 W EP2023081218 W EP 2023081218W WO 2024100161 A1 WO2024100161 A1 WO 2024100161A1
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fluid
component
electrical energy
working machine
flow
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PCT/EP2023/081218
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Dirk Bergers
Kai Werner
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Grohe AG
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Grohe AG
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/10—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/20—Application within closed fluid conduits, e.g. pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/42—Storage of energy

Definitions

  • the present invention relates to an electrically operable component through which fluid can flow.
  • the electrically operable component through which fluid can flow is in particular a fluid meter, a fluid valve, a fluid filter, a pressure reducer, a combined measuring and regulating device for a fluid flowing through a fluid line or the like.
  • the fluid is in particular water or gas.
  • Fluid meters include water and gas meters.
  • Fluid valves include water and gas valves.
  • Fluid filters include water and gas filters.
  • Pressure reducers include pressure reducers for water and gas.
  • Combined measuring and regulating devices include combined measuring and regulating devices for water flowing through a water line and combined measuring and regulating devices for gas flowing through a gas line.
  • Components through which fluid can flow are intended to be installed in a fluid line system, for example in the water line system or fresh water line system of a building.
  • a water meter can, for example, be installed in the water line system of a building. Water flows through a water meter, in particular when water is taken from the water line system, for example by the user opening a sanitary fitting.
  • a water meter is designed to record or measure the amount of water flowing through, i.e. taken out.
  • Components through which fluid can flow and which can be operated electrically are active components that are designed to provide or carry out functions that require electrical energy and that support or expand the recording of the fluid quantity.
  • Fluid-flowable, electrically operated components are known from the state of the art, for example corresponding water meters. These require a supply of electrical energy in order to ensure their full range of functions.
  • water meters are known which, according to requirements, have a technical service life of up to 16 years. ren without connection to an external power grid and without external recharging of an electrical energy storage device.
  • the present invention is therefore based on the object of at least partially solving the problem explained above and, in particular, of specifying a fluid-flowable, electrically operable component which enables autonomous operation thereof and which is relatively compact.
  • the underlying problem is solved by a fluid-flowable, electrically operable component with the features of patent claim 1.
  • a component through which fluid can flow and which can be operated electrically comprising a turbine through which fluid can flow, a working machine that can be driven by the turbine and a rechargeable storage device for electrical energy, wherein the working machine and the storage device can be electrically connected to one another, wherein the working machine is designed to generate electrical energy, to supply the component with the electrical energy generated by the working machine, in particular for operating an electromechanical valve and/or a control unit, and to charge the storage device with the electrical energy generated by the working machine.
  • the working machine and the storage device can be connected to one another in particular by means of at least one electrical cable.
  • the turbine is a rotating fluid machine that is designed to drive the working machine by at least partially converting the energy of a fluid flowing around the turbine into mechanical rotational energy.
  • the mechanical rotational energy is in turn converted into electrical energy by the working machine.
  • the component according to the invention enables the use of the previously unused energy of the fluid flowing through the component according to the invention.
  • the use of this energy to electrically supply the component according to the invention contributes to overall energy savings and is therefore environmentally friendly.
  • the fluid flowing through the component according to the invention is mixed water, i.e. a mixture of cold and warm water
  • the cold and warm water layers are effectively mixed by the rotation of the turbine and the turbulence of the mixed water on the turbine blades.
  • the uniform mixing of the mixed water flowing through the component according to the invention contributes to an improved experience of the water temperature for the user during the withdrawal of the water.
  • the turbine and the working machine of the component according to the invention make it possible to generate electrical energy.
  • the requirement for an external supply of electrical energy for the operation of the component according to the invention is therefore unnecessary.
  • the component according to the invention is therefore independent of an external supply of electrical energy.
  • the component according to the invention is electrically self-sufficient or supplies itself with electrical energy. This is a great advantage, particularly in the event of a power failure, compared to the known, fluid-flowable, electrically operated components, which are sometimes directly dependent on an external supply of electrical energy through connection to a power grid.
  • the turbine, the working machine and the storage device allow the storage device to be charged repeatedly. It is therefore sufficient if the storage device of the component according to the invention has a comparatively small electrical capacity.
  • the component according to the invention is therefore relatively compact in its design.
  • the component according to the invention is a combined measuring and regulating device for a fluid flowing through a fluid line or if the component according to the invention is provided in addition to an ultrasonic measurement along the fluid line, at least two different configurations of components are conceivable.
  • the turbine of the component according to the invention, an ultrasonic measuring section and a shut-off valve are arranged one after the other along the fluid line downstream of the fluid.
  • an ultrasonic measuring section, a shut-off valve and the turbine of the component according to the invention are arranged one after the other along the fluid line downstream of the fluid.
  • the component according to the invention can comprise a control unit which is in particular designed to control the charging process of the rechargeable storage device for electrical energy.
  • the control unit can be a charging controller which is designed to prevent overcharging of the rechargeable storage device for electrical energy.
  • the component according to the invention is designed to measure the flow of a fluid flowing through the component.
  • the component according to the invention therefore fulfills a dual function, namely an energy-generating function on the one hand and a fluid flow-measuring function on the other.
  • the component according to the invention according to this embodiment is designed to measure the volume and/or volume flow of the fluid quantity flowing through or passing through via the rotational speed of the turbine.
  • the component according to the invention is preferably designed to optionally generate exclusively electrical energy, to measure exclusively the flow of a fluid flowing through the component or to simultaneously generate electrical energy and measure the flow of a fluid flowing through the component.
  • Ultrasonic measuring devices are fluid-flowable, electrically operated components that are designed to detect or measure the amount of fluid flowing through them. Such devices are calibrated and enable high-precision measurements. However, such devices are expensive to purchase. In certain areas of application of fluid-flowable, electrically operated components, however, a calibrated and high-precision measurement is not required, so that the benefit provided by using an ultrasonic measuring device cannot justify the expense of purchasing it. In areas of application of fluid-flowable, electrically operated components in which a calibrated and high-precision measurement is not required, the component according to the invention thus represents a relatively inexpensive alternative to the described, calibrated and high-precision measuring devices. According to a further advantageous embodiment, the component according to the invention comprises an electrical interface for connecting an electrically operated device.
  • the interface can be an electrical plug connector that enables releasable fixing by means of positive and/or force locking.
  • the component according to the invention is designed to supply an electrically operable device with electrical energy generated by the working machine via the aforementioned electrical interface.
  • the component according to the invention can be used to supply at least one other electrically operable device with electrical energy.
  • the use of the energy of a fluid flowing around the turbine to supply another electrically operable device with electrical energy contributes to further energy savings and is therefore environmentally friendly.
  • the electrically operable device can be, for example, a communication module for Internet of Things applications (IoT applications), an external shut-off valve or an external emergency hand lamp for power outages.
  • the working machine and the electrical interface can be electrically connected to one another.
  • the storage device comprises at least one accumulator, that is, at least one rechargeable battery.
  • it is an accumulator with a standardized electrical capacity and a standardized dimensioning or size. This has the advantage that the storage device can be easily replaced, for example in the event of a defect, thus reducing the maintenance or repair effort.
  • the accumulator has an electrical capacity of a maximum of 4500 mAh (milliampere hours), in particular from 1500 to 4500 mAh, more particularly from 2000 to 4000 mAh, preferably from 2500 to 3500 mAh.
  • the accumulator can be, for example, of the 18650 type with 3500 mAh and 3.7 V (volts).
  • the accumulator therefore has a smaller electrical capacity and smaller structural dimensions than batteries used in known water meters. Because the accumulator can be recharged using the electrical energy generated by the working machine, a comparatively small electrical capacity is sufficient to ensure the operation of the component according to the invention.
  • the component according to the invention can therefore be designed to be more compact overall.
  • the storage device is designed to supply the component with electrical energy stored in the storage device. Accordingly, the component according to the invention can be supplied independently with electrical energy, which was previously generated by the turbine, even for at least a period of time when the component according to the invention is not currently being flowed through by a fluid.
  • the storage device is designed to supply an electrically operated device with electrical energy stored in the storage device via the aforementioned electrical interface. Accordingly, the electrically operated device can be supplied independently with electrical energy that was previously generated by the working machine, even for at least a period of time, when the component according to the invention is not being flowed through by a fluid. In this way, the component according to the invention can be used to supply at least one other electrically operated device with electrical energy.
  • the use of the energy of a fluid flowing around the turbine to supply another electrically operated device with electrical energy contributes to further energy savings and is therefore environmentally friendly.
  • the electrically operated device can be, for example, a communication module for Internet of Things applications (IoT applications), an external shut-off valve or an external emergency hand lamp for power outages.
  • IoT applications Internet of Things applications
  • the storage device and the electrical interface can be electrically connected to one another.
  • Figure 1 shows an embodiment of a fluid-flowable, electrically operable component according to the invention in a schematic side view in longitudinal section.
  • Figure 1 shows a fluid-flowable, electrically operable component 1 with a turbine 2 around which fluid can flow, a working machine 3 driven by the turbine 2 and a rechargeable storage device 4 for electrical energy.
  • the component 1 is designed so that a fluid, in particular water, flows through it in a flow direction 5.
  • the working machine 3 and the storage unit 4 can be electrically connected to one another.
  • the working machine 3 is designed to generate electrical energy, to supply the component 1 with the electrical energy generated by the working machine 3 and to charge the storage unit 4 with the electrical energy generated by the working machine 3.
  • the component 1 is designed to measure the flow of the fluid flowing through the component 1.
  • the component 1 therefore fulfills a dual function, namely an energy-generating function and a fluid flow-measuring function.
  • the component 1 further comprises an electrical interface 6 in the form of a plug socket for connecting an electrically operable device not shown in Figure 1.
  • an electrical interface 6 in the form of a plug socket for connecting an electrically operable device not shown in Figure 1.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement (1), umfassend eine fluidumströmbare Turbine (2), eine von der Turbine (2) antreibbare Arbeitsmaschine (3) und einen wiederaufladbaren Speicher (4) für elektrische Energie, wobei die Arbeitsmaschine (3) und der Speicher (4) elektrisch miteinander verbindbar sind, wobei die Arbeitsmaschine (3) dazu ausgebildet ist, 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.

Description

Fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement
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.
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.
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 Jah- ren ohne Anschluss an ein externes Stromnetz und ohne externes Wiederaufladen eines Speichers für elektrische Energie sicherstellen sollen.
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.
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.
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.
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. 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.
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.
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. 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.
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.
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. 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.
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.
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. 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.
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.
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.
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 Akku- mulator 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.
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.
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. 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
Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelements in einer schematischen Seitenansicht im Längsschnitt.
Figur 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.
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.
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.
Das Bauelement 1 umfasst weiterhin eine elektrische Schnittstelle 6 in Form einer Steckerbuchse zum Anschluss eines in Figur 1 nicht dargestellten, elektrisch betreibbaren Geräts. Bezugszeichenliste
1 Fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement
2 Turbine 3 Arbeitsmaschine
4 Speicher für elektrische Energie
5 Strömungsrichtung
6 Elektrische Schnittstelle

Claims

Patentansprüche Fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement (1), umfassend eine fluidumströmbare Turbine (2), eine von der Turbine (2) antreibbare Arbeitsmaschine (3) und einen wiederaufladbaren Speicher (4) für elektrische Energie, wobei die Arbeitsmaschine (3) und der Speicher (4) elektrisch miteinander verbindbar sind, wobei die Arbeitsmaschine (3) dazu ausgebildet ist, 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. Bauelement (1) nach Anspruch 1, das dazu ausgebildet ist, die Strömung eines das Bauelement (1) durchströmenden Fluids zu messen. Bauelement (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend eine elektrische Schnittstelle (6) zum Anschluss eines elektrisch betreibbaren Geräts. Bauelement (1) nach Anspruch 3, das dazu ausgebildet ist, ein elektrisch betreibbares Gerät über die elektrische Schnittstelle (6) mit elektrischer Energie zu versorgen. Bauelement (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Speicher (4) zumindest einen Akkumulator umfasst. Bauelement (1) nach Anspruch 5, wobei der Akkumulator eine Kapazität von maximal 4500 mAh aufweist. Bauelement (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Speicher (4) dazu ausgebildet ist, das Bauelement (1) mit elektrischer Energie zu versorgen.
8. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, sofern abhängig von Anspruch 3, wobei der Speicher (4) dazu ausgebildet ist, ein elektrisch betreibbares Gerät über die elektrische Schnittstelle (6) mit elektrischer Energie zu versorgen.
PCT/EP2023/081218 2022-11-10 2023-11-08 Fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares bauelement Ceased WO2024100161A1 (de)

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