WO2016070865A2 - Energie-gewinnungseinrichtung zur erschliessung thermischer energie aus einem wärmeenergie beinhaltenden medium - Google Patents

Energie-gewinnungseinrichtung zur erschliessung thermischer energie aus einem wärmeenergie beinhaltenden medium Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to energy harvesting equipment for the development of thermal energy from a heat energy-containing medium according to the features of the preamble of claim 1.
  • the energy extraction device withdraws heat from a heat energy-containing feed medium by means of a heat transfer device to absorb the heat from the feed Transfer medium to a payload medium.
  • the present invention proposes an energy extraction device which extracts heat from a heat medium-containing feed medium and has heat transfer means therefor for transferring heat energy from the feed medium to a use medium.
  • the heat transfer device has a separating device which spaces the feed medium and the useful medium from each other.
  • the heat transfer device has at least one first exchange zone, which allows a transfer of heat from the feed medium to the Nutz medium, as long as the temperature of the feed medium is higher than the temperature of the Nutz-medium.
  • the heat transfer device has at least one second zone of thawing, which transfers heat from the feed medium to the Nutz medium also allowed when the temperature of the feed medium is lower than the temperature of the Nutz-medium.
  • This approach allows efficient transfer of energy from the feed medium to the payload medium over a wide temperature range.
  • the temperature difference between the two media is relatively high, the heat can be easily transferred by heat conduction. If the temperature difference is low, or if the feed medium is colder than the useful medium, heat can still be transferred efficiently from the feed medium to the useful medium.
  • the first exchange zone without a heat pump and the second exchanger zone is equipped with at least one heat pump. This allows to continue to transfer heat from the feed medium to the payload medium.
  • the energy harvesting device therefore having heat transfer means for transferring heat energy from the feed medium to a used medium.
  • the heat transfer device can have an exchange zone at which the feed medium and the useful medium are separated from one another by a separating device.
  • the heat transfer device has at least one first operating state in which the separator allows a transfer of heat from the feed medium to the Nutz medium by simple heat conduction, as long as the temperature of the feed medium is higher than the temperature of the Nutz-medium ,
  • the heat transfer device has at least one second operating state in which a heat pump is switched on in order to transfer heat from the feed medium to the useful medium, when the temperature of the feed medium is lower than the temperature of the feed medium. medium.
  • This mode of operation allows to efficiently adapt the energy recovery device with only one heat pump to different operating conditions.
  • the at least one heat pump ideally has at least one of the following components: a thermoelectric device, a Peltier element or a compressor.
  • the heat transfer device may include at least a first heat exchanger and a second heat exchanger, and a first flow path that directs the feed medium through the first and second heat exchangers when passing through the heat transfer device. It can be provided that only the second heat exchanger is equipped with a heat pump, and that the second heat exchanger, which has a heat pump, with respect to the flow direction of the feed medium behind the first heat exchanger, which has no heat pump, is arranged.
  • the heat transfer device has a second flow path, which conducts the useful medium in a passage through the heat transfer device through the first and the second heat exchanger. It is expedient if the second heat exchanger, which has a heat pump, with respect to the flow direction of the Nutz-medium behind the first heat exchanger, which has no heat pump, is arranged.
  • the heat transfer device can have at least one fluid circuit in which a first useful medium for circulation is provided.
  • at least one third heat exchanger can be provided, which is acted upon on the one hand by the first useful medium and on the other hand by a second useful medium in order to be able to transfer heat from the first useful medium to the second useful medium.
  • the first useful medium has at least one of the following constituents: water, alcohols, ethanol or glycol.
  • the second useful medium may have at least one of the following components: air, heat transfer medium for a heating device or fresh air for a vehicle cabin.
  • the invention relates to a ventilation device with an energy recovery device according to the invention.
  • the ventilation device can be implemented in one of the following systems: a vehicle, a building, a car or a room.
  • the invention is a vehicle and / or a building associated, which is equipped with a ventilation device according to the invention. In particular, when used in an electrically powered vehicle, which experience has shown that there is often a shortage of energy, can be saved by such energy recovery device much energy.
  • this also includes embodiments with two, three or any other multiplicity of components.What is described for an object can also be applied to the predominant part or the entirety of all other objects of the same type. Unless stated otherwise, intervals are defined their edge points. "A / s / s" is hereafter as undefined A and may mean "a single" or "at least one".
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a vehicle having an energy recovery device according to the invention.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an energy recovery device according to the invention.
  • a vehicle 1 which has an inventive energy recovery device 51.
  • vehicles 1, ie in particular devices for transporting persons and / or goods, such as land, water, rail or aircraft, in particular aircraft, ships or motor vehicles, are equipped with air conditioning devices.
  • the air-conditioning device 5 comprises an object which is suitable for influencing a controlled system with regard to at least one climate parameter.
  • the controlled system should be brought to a specific desired value or into a specific nominal range, at least for a short time, and / or be held there permanently.
  • This process allows for temperature control, ventilation humidification or dehumidification and / or air conditioning.
  • such an air conditioning device for tempering or air conditioning for example, a vehicle seat during long car rides or for the pre-tempering of fuel is suitable.
  • the air conditioning device 5 moreover usually has at least one ventilation device 6.
  • the ventilation device comprises in particular a device which can be used to selectively change the air composition or the air flows in a specific area or space, such as an onboard air conditioning system of a vehicle, at least partially air permeable distance media , Spacer fabrics and / or air conditioning inserts. This allows the ventilation of at least one air conditioning system 2, such as a surface of an object, in particular for dehumidifying or tempering person-near or touched by people surfaces of a climate control system. 2
  • the at least one ventilation device 6 has at least one air conveying device 7.
  • air conveying device includes in particular a device for moving air. Conceivable, for example, axial or radial fans.
  • FIG. 2 shows an energy recovery device 51 according to the invention.
  • the energy extractor 51 is designed to extract heat from a feed medium 52 containing thermal energy.
  • the energy extraction device 51 has a heat transfer device 53.
  • the heat transfer device 53 is designed to be able to transfer heat energy from the feed medium 52 to a payload medium 54.
  • the feed medium 52 may in particular be at least partially around the exhaust air of a vehicle. test cabin, the exhaust gas of an internal combustion engine, heated cooling water of an engine cooling system or air from a building.
  • the useful medium 54 has in particular one of the constituents water, glycol, alcohols or ethanol. For an ideal circulation, a fluid circuit 80 is provided for the useful medium 54.
  • the heat transfer device 53 For optimum operation, the heat transfer device 53, a separator 57, which is intended to keep the feed medium 52 and the Nutz-medium 54 separated from each other.
  • a transfer of heat from the feed medium 52 to the Nutz- medium 54 are made as long as the temperature T s of the feed medium 52 is higher than the temperature T N of the Nutz-medium 54.
  • a second exchange zone 56 of the heat transfer device 53 is intended to allow a transfer of heat from the feed medium 52 to the Nutz medium 54, even if the temperature T s of the feed medium 52 is lower than the temperature T N of the Nutz- Medium 54.
  • the second exchange zone 56 comprises for transmitting heat from the feed medium 52 to the Nutz-medium 54 at least one heat pump 58, even at a lower temperature T s of the feed medium 52 against the temperature T N of the Nutz-medium 54 heat to transfer the useful medium 54 can.
  • the first exchange zone 55 usually no heat pump 58 is provided, since here at a higher temperature T s of the feed medium 52 relative to the temperature T N of the payload medium 54, a simple heat conduction from the feed medium 52 to the payload medium 54th should be used.
  • the heat transfer device 53 may have at least one first operating state in which the separation device 57 permits a transfer of heat from the feed medium 52 to the useful medium 54 by simple heat conduction, as long as the temperature T s of the feed medium 52 is higher is when the temperature T N of the useful medium 54.
  • the heat-transfer device 53 can comprise at least one second operating state, in which the heat pump is turned on 58, to transfer heat from the feed medium 52 on the useful medium 54, when the temperature T s of the feed medium 52 is lower than the temperature T N of the Nutz-medium 54th
  • the heat transfer device 53 may comprise at least a first heat exchanger 60 and a second heat exchanger 61.
  • the first heat exchanger 60 is assigned to the first exchanger zone 55, the second heat exchanger scher 61 of the second exchange zone 56.
  • the useful medium 54 extends within a first flow path 70, the feed medium 52 in a second flow path 74, each separated by the separator 57, by the heat transfer device 53 and the first and second Exchanger zone 55, 56.
  • the feed medium 52 is passed through the first and second heat exchangers 60, 61 in the passage through the heat transfer device 53 along the second flow path 74.
  • the useful medium 54 is also passed along the second flow path 70 through the first and second heat exchangers 60, 61 of the heat transfer device 53.
  • heat is transferred from the feed medium 52 to the useful medium by heat conduction, as long as the temperature T s of the feed medium 52 is higher than the temperature T N of the useful medium 54.
  • a heat transfer body 63 which is at least partially disposed within the second flow path 74 in the region of the second exchange zone 56, the heat of the feed medium 52, in particular in the case that the temperature T s of the feed medium 52 is lower than the temperature T N of Nutz-medium 54, yet recorded, and be transferred by means of the heat pump to the Nutz-medium 54.
  • the second heat exchanger 61 which includes a heat pump 58, in the flow direction behind the first heat exchanger 60, which does not include a heat pump 58, is arranged.
  • the fluid circuit 80 of the useful medium 54 may further be arranged a third heat exchanger 71.
  • the third heat exchanger 71 is acted upon on the one hand by the first useful medium 54, on the other hand by a second useful medium 54 '. This is intended to transfer the heat from the first useful medium 54 to the second useful medium 54 '.
  • the second useful medium 54 ' is at least partially provided air, a heat transfer medium of a heating device or the fresh air for a vehicle cabin. With the help of the ventilation device 6 or the air conveyor 7, the tempered Nutz-medium 54 'are transported to the destination.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Gewinnungseinrichtung (51), - die einem Wärmeenergie beinhaltenden Speise-Medium (52) Wärme entzieht, und - die dafür eine Wärme-Übertragungseinrichtung (53) aufweist, um Wärmeenergie vom Speise-Medium auf ein Nutz-Medium (54) zu übertragen. Es ist vorgesehen, dass - dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) eine Trenneinrichtung (57) aufweist, die beide Medien (52, 54) voneinander beabstandet, - dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) mindestens eine erste Tauscherzone (55) aufweist, - die eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium (52) auf das Nutz-Medium (54) gestattet, solange die Temperatur des Speise-Mediums höher liegt als die des Nutz-Mediums (54, 54'), und - dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) mindestens eine zweite Tauscherzone (56) aufweist, - die eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium (52) auf das Nutz-Medium (54, 54') auch dann gestattet, wenn die Temperatur des Speise-Mediums niedriger liegt als die des Nutz-Mediums.

Description

Energie-Gewinnungseinrichtung zur Erschließung thermischer Energie aus einem Wärmeenergie beinhaltenden Medi um
Die vorliegende Erfindung betrifft Energie-Gewinnungseinrichtung zur Erschließung thermischer Energie aus einem Wärmeenergie beinhaltenden Medium gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1. Dabei entzieht die Energie- Gewinnungseinrichtung einem Wärmeenergie beinhaltenden Speise-Medium Wärme mittels einer Wärme-Übertragungseinrichtung, um die Wärme vom Speise-Medium auf ein Nutz-Medium zu übertragen.
In vielen Fällen werden derartige Energie-Gewinnungseinrichtungen genutzt, um beispielsweise Heizenergie einsparen zu können. Dennoch sind die aus dem Stand der Technik bekannten Energie-Gewinnungseinrichtungen meist sehr teuer und arbeiten oft nur in engen Temperaturbereichen zufriedenstellend, bzw. sind in manchen Tempe- raturbereichen nicht einsetzbar.
Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Energie-Gewinnungseinrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise vermeidet, und eine Einrichtung zu erschaffen, welche sowohl in engen als auch weiten Temperaturbereichen zuverlässig arbeitet. Zur Erreichung des oben genannten Ziels schlägt die vorliegende Erfindung eine Energie-Gewinnungseinrichtung vor, welche einem Wärmeenergie beinhaltenden Speise- Medium Wärme entzieht und dafür eine Wärme-Übertragungseinrichtung aufweist, um Wärmeenergie vom Speise-Medium auf ein Nutz-Medium zu übertragen. Die Wärme- Übertragungseinrichtung weist eine Trenneinrichtung auf, welche das Speise-Medium und das Nutz-Medium voneinander beabstandet. Weiterhin weist die Wärme-Übertragungseinrichtung mindestens eine erste Tauscherzone auf, welche eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium auf das Nutz-Medium gestattet, solange die Temperatur des Speise-Mediums höher liegt als die Temperatur des Nutz-Mediums. Zusätzlich weist die Wärme-Übertragungseinrichtung mindestens eine zweite Tau- scherzone auf, welche eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium auf das Nutz-Medium auch dann gestattet, wenn die Temperatur des Speise-Mediums niedriger liegt als die Temperatur des Nutz-Mediums.
Diese Vorgehensweise erlaubt eine effiziente Übertragung von Energie vom Speise- Medium auf das Nutz-Medium über einen weiten Temperaturbereich hinweg. In dem Fall, dass der Temperaturunterschied zwischen den beiden Medien relativ hoch ist, kann die Wärme auf einfache Art und Weise durch Wärmeleitung übertragen werden. Ist der Temperaturunterschied gering, oder ist das Speise-Medium kälter als das Nutz- Medium, kann dennoch Wärme effizient vom Speise-Medium auf das Nutz-Medium übertragen werden. Es hat sich dabei zudem als vorteilhaft erwiesen, dass die erste Tauscherzone ohne eine Wärmepumpe und die zweite Tauscherzone mit mindestens einer Wärmepumpe ausgestattet ist. Dies erlaubt, weiterhin Wärme von dem Speise-Medium auf das Nutz- Medium zu übertragen.
Wie bereits beschrieben, ist es vorgesehen, dass die Energie-Gewinnungseinrichtung einem Wärmeenergie beinhaltenden Speise-Medium Wärme entzieht, wobei die Energie-Gewinnungseinrichtung dafür eine Wärme-Übertragungseinrichtung aufweist, um Wärmeenergie vom Speise-Medium auf ein Nutz-Medium zu übertragen. Zu diesem Zweck kann die Wärme-Übertragungseinrichtung eine Tauscherzone aufweisen, an der das Speise-Medium und das Nutz-Medium durch eine Trenneinrichtung voneinan- der beabstandet sind. Die Wärme-Übertragungseinrichtung weist dabei mindestens einen ersten Betriebszustand auf, in welchem die Trenneinrichtung eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium auf das Nutz-Medium durch einfache Wärmeleitung gestattet, solange die Temperatur des Speise-Mediums höher liegt als die Temperatur des Nutz-Mediums. Zudem weist die Wärme-Übertragungseinrichtung mindestens ei- nen zweiten Betriebszustand auf, in welchem eine Wärmepumpe zugeschaltet ist, um Wärme vom Speise-Medium auf das Nutz-Medium zu übertragen, wenn die Temperatur des Speise-Mediums niedriger liegt als die Temperatur des Nutz-Mediums. Diese Arbeitsweise erlaubt, die Energie-Gewinnungseinrichtung mit nur einer Wärmepumpe effizient an unterschiedliche Einsatzbedingungen anpassen zu können. Die mindestens eine Wärmepumpe weist dabei idealerweise mindestens eine der folgenden Komponenten auf: eine thermoelektrische Einrichtung, ein Peltier-Element oder einen Kompressor. Für das Speise-Medium ist insbesondere mindestens einer der folgenden Bestandteile vorgesehen: Abluft einer Fahrzeugkabine, Abgas eines Verbrennungsmotors, erwärmtes Kühlwasser einer Motorkühlung oder Luft, die einem Bauwerk oder dessen Teilen entnommen ist. Die Wärme-Übertragungseinrichtung kann mindestens einen ersten Wärmetauscher und einen zweiten Wärmetauscher aufweisen, sowie einen ersten Strömungspfad, welcher das Speise-Medium bei einem Durchgang durch die Wärme-Übertragungseinrichtung durch den ersten und den zweiten Wärmetauscher leitet. Dabei kann vorgesehen sein, dass lediglich der zweite Wärmetauscher mit einer Wärmepumpe aus- gestattet ist, und dass der zweite Wärmetauscher, welcher eine Wärmepumpe aufweist, bezüglich der Strömungsrichtung des Speise-Mediums hinter dem ersten Wärmetauscher, welcher keine Wärmepumpe aufweist, angeordnet ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Wärme-Übertragungseinrichtung einen zweiten Strömungspfad aufweist, der das Nutz-Medium bei einem Durchgang durch die Wärme-Übertragungseinrichtung durch den ersten und den zweiten Wärmetauscher leitet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der zweite Wärmetauscher, welcher eine Wärmepumpe aufweist, bezüglich der Strömungsrichtung des Nutz-Mediums hinter dem ersten Wärmetauscher, welcher keine Wärmepumpe aufweist, angeordnet ist.
Durch diese Ausgestaltungsvarianten kann die Wärme, wenn der Temperaturunter- schied zwischen dem Speise-Medium und dem Nutz-Medium relativ hoch ist, im konventionellen ersten Wärmetauscher weiterhin durch einfache Wärmeleitung übertragen werden.
Als weiteren Bestandteil der Erfindung kann die Wärme-Übertragungseinrichtung mindestens einen Fluidkreislauf aufweisen, in welchem ein erstes Nutz-Medium zur Zirku- lation vorgesehen ist. Zudem kann mindestens ein dritter Wärmetauscher vorgesehen sein, welcher einerseits mit dem ersten Nutz-Medium und andererseits mit einem zweiten Nutz-Medium beaufschlagt ist, um Wärme vom ersten Nutz-Medium auf das zweite Nutz-Medium übertragen zu können.
Idealerweise weist das erste Nutz-Medium mindestens einen der folgenden Bestandtei- le auf: Wasser, Alkohole, Ethanol oder Glykol. Das zweite Nutz-Medium kann dabei mindestens einen der folgenden Bestandteile aufweisen: Luft, Wärmeträgermedium für eine Heizeinrichtung oder Frischluft für eine Fahrzeugkabine. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Belüftungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Energie-Gewinnungseinrichtung. Die Belüftungseinrichtung kann dabei in einem der folgenden Systeme implementiert sein: einem Fahrzeug, einem Bauwerk, einem PKW oder einem Zimmer. Zudem ist der Erfindung ein Fahrzeug und/oder ein Bauwerk zugehörig, welches mit einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung ausgestattet ist. Insbesondere bei einem Einsatz in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, bei welchem erfahrungsgemäß oftmals Energiemangel herrscht, lässt sich durch eine derartige Energie-Gewinnungseinrichtung viel Energie sparen.
Im Folgenden werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Diese Ausführungen sollen die Erfindung verständlich machen. Sie haben jedoch nur beispielhaften Charakter. Selbstverständlich lassen sich innerhalb des durch unabhängige Ansprüche definierten Rahmens der Erfindung einzelne oder mehrere beschriebene Merkmale auch weglassen, abwandeln oder ergänzen. Auch können die Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen selbstverständlich miteinander kombiniert werden. Entscheidend ist, dass das Konzept der Erfindung im Wesentlichen umgesetzt ist. Wenn ein Merkmal zumindest teilweise zu erfüllen ist, so schließt dies ein, dass dieses Merkmal auch vollständig ist oder im Wesentlichen vollständig erfüllt ist.„Im Wesentlichen" bedeutet dabei insbesondere, dass die Umsetzung eine Erzielung des erwünschten Nutzens in erkennbarem Ausmaß erlaubt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass ein entsprechendes Merkmal zu mindestens 50 %, 90 %, 95 % oder 99 % erfüllt ist. Ist eine Mindestmenge angegeben, so kann selbstverständlich auch mehr als diese Mindestmenge verwendet werden. Wenn die Anzahl eines Bauteils mit mindestens einem angegeben ist, so beinhaltet dies insbesondere auch Ausführungsformen mit zwei, drei oder einer sonstigen Vielzahl von Bauteilen. Was für ein Objekt beschrieben ist, kann auch auf den über- wiegenden Teil oder die Gesamtheit aller anderen artgleichen Objekte angewandt werden. Sofern nichts anderes angegeben ist, schließen Intervalle ihre Randpunkte mit ein.„Ein/e/s" ist nachfolgend als unbestimmter Artikel gemeint und kann„ein einziges" oder„mindestens eines" bedeuten.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemä- ßen Energie-Gewinnungseinrichtung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energie- Gewinnungseinrichtung. In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 abgebildet, welches eine erfindungsgemäße Energie- Gewinnungseinrichtung 51 aufweist. Üblicherweise werden Fahrzeuge 1 , also insbesondere Einrichtungen zum Transport von Personen und/oder Gütern, wie Land-, Wasser-, Schienen- oder Luftfahrzeuge, insbesondere Flugzeuge, Schiffe oder auto- mobile Kraftfahrzeuge, mit Klimatisierungseinrichtungen ausgestattet. Die Klimatisierungseinrichtung 5 umfasst insbesondere einen Gegenstand, der geeignet ist, eine Regelstrecke hinsichtlich mindestens eines Klima-Parameters zu beeinflussen. Dabei soll die Regelstrecke zumindest kurzfristig auf einen bestimmten Sollwert oder in einen bestimmten Sollbereich gebracht, und/oder dauerhaft dort gehalten werden. Dieser Vorgang ermöglicht eine Temperierung, Belüftung Be- oder Entfeuchtung und/oder Klimatisierung. Insbesondere ist eine derartige Klimatisierungseinrichtung zur Temperierung oder Klimatisierung beispielsweise eines Fahrzeugsitzes bei längeren Autofahrten oder auch zur Vortemperierung von Treibstoff geeignet.
Weiterhin besitzt die Klimatisierungseinrichtung 5 zudem üblicherweise zumindest eine Belüftungseinrichtung 6. Die Belüftungseinrichtung umfasst insbesondere eine Einrichtung, die zur gezielten Veränderung der Luftzusammensetzung oder der Luftströmungen in einem bestimmten Flächen- oder Raumbereich genutzt werden kann, wie beispielsweise eine Bordklimaanlage eines Fahrzeugs, zumindest teilweise luftdurchlässige Abstandsmedien, Abstandsgewirke und/oder Klimatisierungseinleger. Dies erlaubt die Belüftung mindestens einer Klima-Regelstrecke 2, wie beispielsweise einer Oberfläche eines Gegenstandes, insbesondere zur Entfeuchtung oder Temperierung personennaher oder von Personen berührten Oberflächen einer Klima-Regelstrecke 2.
Vorteilhafterweise besitzt die zumindest eine Belüftungseinrichtung 6 mindestens eine Luftfördereinrichtung 7. Die Bezeichnung Luftfördereinrichtung beinhaltet insbesondere eine Einrichtung zum Bewegen von Luft. Denkbar sind zum Beispiel Axial- oder Radialventilatoren.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Energie-Gewinnungseinrichtung 51 abgebildet. Die Energie-Gewinnungseinrichtung 51 ist dazu vorgesehen, einem Wärmeenergie beinhaltenden Speise-Medium 52 Wärme zu entziehen. Zu diesem Zweck weist die Ener- gie-Gewinnungseinrichtung 51 eine Wärme-Übertragungseinrichtung 53 auf. Die Wärme-Übertragungseinrichtung 53 ist ausgebildet, um Wärmeenergie von dem Speise- Medium 52 auf ein Nutz-Medium 54 übertragen zu können. Bei dem Speise- Medium 52 kann es sich insbesondere zumindest teilweise um die Abluft einer Fahr- zeugkabine, das Abgas eines Verbrennungsmotors, erwärmtes Kühlwasser einer Motorkühlung oder um Luft aus einem Bauwerk handeln. Das Nutz-Medium 54 weist insbesondere eines der Bestandteile Wasser, Glykol, Alkohole oder Ethanol auf. Für eine ideale Zirkulation ist für das Nutz-Medium 54 ein Fluidkreislauf 80 vorgesehen. Für eine optimale Arbeitsweise weist die Wärme-Übertragungseinrichtung 53 eine Trenneinrichtung 57 auf, welche dazu vorgesehen ist, das Speise-Medium 52 und das Nutz-Medium 54 voneinander getrennt zu halten. Innerhalb einer ersten Tauscherzone 55 kann eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium 52 auf das Nutz- Medium 54 vorgenommen werden, solange die Temperatur Ts des Speise-Mediums 52 höher liegt als die Temperatur TN des Nutz-Mediums 54. Eine zweite Tauscherzone 56 der Wärme-Übertragungseinrichtung 53 ist dazu vorgesehen, eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium 52 auf das Nutz-Medium 54 auch dann zu gestatten, wenn die Temperatur Ts des Speise-Mediums 52 niedriger liegt als die Temperatur TN des Nutz-Mediums 54. Die zweite Tauscherzone 56 umfasst zur Übertragung von Wärme vom Speise-Medium 52 auf das Nutz-Medium 54 mindestens eine Wärmepumpe 58, um auch bei einer niedrigeren Temperatur Ts des Speise-Mediums 52 gegenüber der Temperatur TN des Nutz-Mediums 54 Wärme auf das Nutz-Medium 54 übertragen zu können. Für die erste Tauscherzone 55 ist üblicherweise keine Wärmepumpe 58 vorgesehen, da hier bei einer höheren Temperatur Ts des Speise- Mediums 52 gegenüber der Temperatur TN des Nutz-Mediums 54 eine einfache Wärmeleitung von dem Speise-Medium 52 auf das Nutz-Medium 54 genutzt werden soll.
Die Wärme-Übertragungseinrichtung 53 kann mindestens einen ersten Betriebszustand aufweisen, in welchem die Trenneinrichtung 57 eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium 52 auf das Nutz-Medium 54 durch einfache Wärmeleitung gestat- tet, solange die Temperatur Ts des Speise-Mediums 52 höher liegt als die Temperatur TN des Nutz-Mediums 54. Darüber hinaus kann die Wärme-Übertragungseinrichtung 53 mindestens einen zweiten Betriebszustand aufweisen, im dem die Wärmepumpe 58 zugeschaltet ist, um Wärme vom Speise-Medium 52 auf das Nutz- Medium 54 zu übertragen, wenn die Temperatur Ts des Speise-Mediums 52 niedriger liegt als die Temperatur TN des Nutz-Mediums 54.
Weiterhin kann die Wärme-Übertragungseinrichtung 53 mindestens einen ersten Wärmetauscher 60 und einen zweiten Wärmetauscher 61 umfassen. Dabei wird der erste Wärmetauscher 60 der ersten Tauscherzone 55 zugeordnet, der zweite Wärmetau- scher 61 der zweiten Tauscherzone 56. Das Nutz-Medium 54 verläuft innerhalb eines ersten Strömungspfads 70, das Speise-Medium 52 in einem zweiten Strömungspfad 74, jeweils durch die Trenneinrichtung 57 voneinander getrennt, durch die Wärme-Übertragungseinrichtung 53 bzw. die erste und zweite Tauscherzone 55, 56. Das Speise-Medium 52 wird bei dem Durchgang durch die Wärme-Übertragungseinrichtung 53 entlang des zweiten Strömungspfads 74 durch den ersten und zweiten Wärmetauscher 60, 61 geleitet. Das Nutz-Medium 54 wird dabei entlang des zweiten Strömungspfads 70 ebenfalls durch den ersten und zweiten Wärmetauscher 60, 61 der Wärme-Übertragungseinrichtung 53 geleitet. Innerhalb der ersten Tauscherzone 55 wird durch Wärmeleitung Wärme vom Speise-Medium 52 auf das Nutz-Medium übertragen, solange die Temperatur Ts des Speise-Mediums 52 höher liegt als die Temperatur TN des Nutz-Mediums 54. Mittels eines Wärmeübertragungskörpers 63, welcher zumindest teilweise innerhalb des zweiten Strömungspfads 74 im Bereich der zweiten Tauscherzone 56 angeordnet ist, kann die Wärme des Speise-Mediums 52, insbeson- dere in dem Fall, dass die Temperatur Ts des Speise-Mediums 52 niedriger liegt als die Temperatur TN des Nutz-Mediums 54, dennoch aufgenommen, und mittels der Wärmepumpe auf das Nutz-Medium 54 übertragen werden.
Mit Hilfe einer Fluid-Fördereinrichtung 72 wird die Förderrichtung des ersten Strömungspfads 70 in Strömungsrichtung, symbolisiert anhand der Pfeile 73, aufrechterhal- ten. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der zweite Wärmetauscher 61 , welcher eine Wärmepumpe 58 umfasst, in Strömungsrichtung hinter dem ersten Wärmetauscher 60, welcher keine Wärmepumpe 58 umfasst, angeordnet ist. In manchen Fällen kann es dabei möglich sein, die thermische Energie des durch den ersten Wärmetauscher 60 abgekühlten Speise-Mediums 52 nochmals zur Wärmeübertragung mittels des zweiten Wärmetauschers 61 , welcher zur Wärmeübertragung eine Wärmepumpe 58 umfasst, nutzen zu können.
In dem Fluidkreislauf 80 des Nutz-Mediums 54 kann weiter ein dritter Wärmetauscher 71 angeordnet sein. Der dritte Wärmetauscher 71 ist dabei einerseits mit dem ersten Nutz-Medium 54, andererseits mit einem zweiten Nutz-Medium 54' beauf- schlagt. Dadurch soll die Wärme vom ersten Nutz-Medium 54 auf das zweite Nutz- Medium 54' übertragen werden. Als das zweite Nutz-Medium 54' ist zumindest teilweise Luft, ein Wärmeübertragungsmedium einer Heizungseinrichtung oder auch die Frischluft für eine Fahrzeugkabine vorgesehen. Mit Hilfe der Belüftungseinrichtung 6 bzw. der Luftfördereinrichtung 7 kann das temperierte Nutz-Medium 54' zu dem Bestimmungsort befördert werden.
Bezugszeichenliste
Fahrzeug
Klima-Regelstrecke
Klimatisierungseinrichtung
Belüftungseinrichtung
Luftfördereinrichtung
Energie-Gewinnungseinrichtung
Speise-Medium
Wärme-Übertragungseinrichtung
, 54' Nutz-Medium
, 56 Tauscherzone
Trenneinrichtung
Wärmepumpe
, 61 , 71 Wärmetauscher
Gerippter Wärmeübertragungskörper, 74 Strömungspfad
Fluid-Fördereinrichtung
Strömungsrichtung
Fluidkreislauf

Claims

Patentansprüche
Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ),
- die einem Wärmeenergie beinhaltenden Speise-Medium (52) Wärme entzieht, und
- die dafür eine Wärme-Übertragungseinrichtung (53) aufweist, um Wärmeenergie vom Speise-Medium auf ein Nutz-Medium (54) zu übertragen,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) eine Trenneinrichtung (57) aufweist, die beide Medien (52, 54) voneinander beabstandet,
- dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) mindestens eine erste
Tauscherzone (55) aufweist,
- die eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium (52) auf das Nutz-Medium (54) gestattet, solange die Temperatur des Speise-Mediums höher liegt als die des Nutz-Mediums (54, 54'), und
- dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) mindestens eine zweite
Tauscherzone (56) aufweist,
- die eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium (52) auf das Nutz-Medium (54, 54') auch dann gestattet, wenn die Temperatur des Speise-Mediums niedriger liegt als die des Nutz-Mediums.
Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Tauscherzone (55) ohne Wärmepumpe und die zweite
Tauscherzone (56) mit mindestens einer Wärmepumpe (58) ausgestattet ist.
Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ),
- die einem Wärmeenergie beinhaltenden Speise-Medium (52) Wärme entzieht, und
- die dafür eine Wärme-Übertragungseinrichtung (53) aufweist,
um Wärmeenergie vom Speise-Medium (52) auf ein Nutz-Medium (54) zu übertragen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) eine Tauscherzone (55) aufweist, an der beide Medien (52, 54) durch eine Trenneinrichtung (57) voneinander beabstandet sind,
dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) mindestens einen erste Betriebszustand aufweist,
in dem die Trenneinrichtung (57) eine Übertragung von Wärme vom Speise-Medium (52) auf das Nutz-Medium (54) durch einfache Wärmeleitung gestattet, solange die Temperatur des Speise-Mediums höher liegt als die des Nutz-Mediums,
und dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) mindestens einen zweiten Betriebszustand aufweist,
in dem eine Wärmepumpe (58) zugeschaltet ist, um Wärme vom Speise-Medium (52) auf das Nutz-Medium (54) zu übertragen, wenn die Temperatur des Speise-Mediums (52) niedriger liegt als die des Nutz-Mediums (54).
Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wärmepumpe (58) mindestens eine der folgenden Komponenten aufweist: Eine thermoelektrische Einrichtung, ein Peltier-Element oder einen Kompressor.
Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speise-Medium (52) mindestens einen der folgenden Bestandteile aufweist: Abluft einer Fahrzeugkabine, Abgas eines Verbrennungsmotors, erwärmtes Kühlwasser einer Motorkühlung oder Luft, die einem Bauwerk oder dessen Teilen entnommen ist.
Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ), nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) mindestens einen ersten Wärmetauscher (60) und einen zweiten Wärmetauscher (61 ) aufweist,
dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) einen Strömungspfad (74) aufweist, der das Speise-Medium (52) bei seinem Durchgang durch die Wärme- Übertragungseinrichtung (53) durch beiden Wärmetauscher (60, 61 ) leitet, dass nur der zweite von den beiden Wärmetauschern (61 ) mit einer Wärmepumpe (58) ausgestattet ist, und
dass der Wärmetauscher (61 ) mit Wärmepumpe (58) bezüglich der Strömungsrichtung des Speise-Mediums (52) hinter dem ersten Wärmetauscher (60) ohne Wärmepumpe (58) angeordnet ist.
Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) einen Strömungspfad (70) aufweist, der das Nutz-Medium (54, 54') bei seinem Durchgang durch die Wärme-Übertragungseinrichtung (53) durch beide Wärmetauscher (60, 61 ) leitet, und dass der Wärmetauscher (61 ) mit Wärmepumpe (58) auch bezüglich der Strömungsrichtung des Nutz-Mediums (54, 54') hinter dem ersten Wärmetauscher (60) ohne Wärmepumpe (58) angeordnet ist.
8. Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ), nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme-Übertragungseinrichtung (53)
- mindestens einen Fluidkreislauf (80) aufweist, in dem ein erstes Nutz-Medium (54) zur Zirkulation vorgesehen ist, und
- mindestens einen dritten Wärmetauscher (71 ), der einerseits mit dem ersten Nutz- Medium (54) und andererseits einem zweiten Nutz-Medium (54') beaufschlagt ist, um Wärme vom ersten Nutz-Medium (54) auf das zweite Nutz-Medium (54') zu übertragen.
9. Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ), nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Nutz-Medium (54) mindestens eine der folgenden Bestandteile aufweist: Wasser, Alkohole, Ethanol, Glykol.
10. Energie-Gewinnungseinrichtung (51 ), nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Nutz-Medium (54') einen der folgenden Bestandteile aufweist: Luft, Wärmeträgermedium für eine Heizeinrichtung und Frischluft für eine Fahrzeugkabine.
11. Belüftungseinrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Energie- Gewinnungseinrichtung (51 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgestattet ist.
12. Belüftungseinrichtung (6) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungseinrichtung in einem der folgenden Systeme implementiert ist: Einem Fahrzeug, einem Bauwerk, einem Pkw, einem Zimmer.
13. Fahrzeug (1) mit einer Belüftungseinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12.
14. Bauwerk mit einer Belüftungseinrichtung (6) nach Anspruch 11 oder 12.
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