DE10107837A1

DE10107837A1 - Wiederverwertung der Restwärme beim Fahrzeug

Info

Publication number: DE10107837A1
Application number: DE10107837A
Authority: DE
Inventors: Markus Schmalholz; Christoph Biadatz; Christian Scherf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wiederverwertung der Restwärme bei einem Kraftfahrzeug. Um die Restwärme zu nutzen, wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung, insbesondere eine Klimaanlage, vorgeschlagen, bei der die zu nutzende Wärmeenergie wechselweise durch Behälter 5, 7 geleitet wird. Die Behälter sind mit einem reversibel dehydratisierbaren Stoff befüllt. Jeweils ein Behälter 5, 7 steht mit einem weiteren Behälter 9, 11 über eine Ansaugbrücke ASI, ASII in Verbindung. Die Verbindung ist wechselweise offen oder geschlossen. Die Behälter 9, 11 sind mit einem Material befüllt, das Wasser aufnehmen kann und werden von Leitungen 14, 15, die spiralförmig verlaufen, durchsetzt. Die Leitungen sind über eine Pumpe 16 mit umkehrbarer Förderrichtung mit dem Kondensator 13 der Klimaanlage verbunden. Mit der Vorrichtung läßt sich der Innenraum eines Kraftfahrzeuges klimatisieren. Die Klimaanlage arbeitet auf ausschließlich ökologischer Basis (Fig.).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wiederverwertung der Restwärme bei einem Kraftfahrzeug.

Beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise ei nes Personenkraft- oder Lastkraftwagens, wird in der Regel mehr als 50% der im Treibstoff enthaltenen Energie in Wär me umgewandelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Restwärme beim Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbe sondere eines Benzin- oder Dieselmotors, bzw. auch eines Wasserstoffmotors, für den Betrieb anderer Verbraucher zu nutzen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Hauptan spruchs aufweist.

Bei einer bevorzugten Anwendung der Vorrichtung han delt es sich um eine Klimaanlage, mit der der Innenraum des Fahrzeugs klimatisierbar ist. Diese Klimaanlage zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie auf einer ökologisch verträglichen Basis arbeitet und über die mittlere Lebens dauer eines Kraftfahrzeugs im Vergleich mit den Klimaanla gen nach dem Stand der Technik erhebliche Einsparungen er laubt.

Weitere, für die Erfindung wesentliche Merkmale sowie die hieraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.

In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung zur Nutzung der Restwärme eines Motors zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt. Mit dieser Vorrichtung ist es mög lich, einen Verbraucher im Fahrzeug mit der in der Restwär me enthaltenen Wärmeenergie zu betreiben. Vorzugsweise wird die Vorrichtung als Klimaanlage eingesetzt.

Die schematische Darstellung zeigt eine Anordnung zur Verwertung der Restwärme in Form einer Klimaanlage.

Über eine Leitung 1 wird das heiße Abgas eines Benzin- oder Dieselmotors bzw. einem Wasserstoffmotor der heiße Wasserdampf entweder einer Leitung 2 oder einer Leitung 3 zugeführt. Die Beaufschlagung der Leitung 2 oder der Lei tung 3 wird durch ein Steuergerät 4 gesteuert und ist ab hängig von den Stellungen zweier Ventile VWI und VWII.

Die Leitung 2 führt - hermetisch abgeschlossen - in das Innere eines Behälters 5 und verläuft hier in Form ei ner Spirale 6, bevor sie den Behälter 5 wieder verläßt.

Die Leitung 3 mündet in einen Behälter 7, nimmt den Innenraum dieses Behälters in Form einer Spirale 8 im we sentlichen ein und verläßt anschließend den Behälter.

Die Behälter 5 und 7 sind mit Zeolith gefüllt. Die wichtigste Eigenschaft einiger Zeolithe besteht darin, re versibel dehydratisiert werden zu können. Sie unterliegen dabei selbst bei mehreren Tausend Zyklen keiner wesentli chen Strukturänderung des Gittergerüsts, solange Druck und Temperaturen gewisse Grenzen nicht überschreiten.

Der Behälter 5 ist über eine Ansaugbrücke ASI mit ei nem weiteren Behälter 9 verbunden. In die Ansaugbrücke ASI ist ein Ventil VI eingeschaltet, das entweder geöffnet oder geschlossen ist. Über eine Steuerleitung 10 ist die Stel lung des Ventils VI vom Steuergerät 4 steuerbar.

In analoger Weise ist der Behälter 7 mit einer Ansaug brücke ASII mit einem weiteren Behälter 11 verbunden. In die Ansaugbrücke ASII ist ein Ventil VII eingeschaltet, das ebenfalls entweder geöffnet oder geschlossen ist. Die Schaltstellung des Ventils VII wird vom Steuergerät 4 über eine Steuerleitung 12 gesteuert.

Von einem Kondensator 13 führt eine Leitung 14 zum Behälter 9, verläuft in dessen Innerem in Form einer Spira le 15 und ist im weiteren Verlauf an eine Pumpe 16 ange schlossen. Eine weitere Leitung 17 führt von der Pumpe 16 in den Innenraum des Behälters 11 und nimmt dort die Form einer Spirale 18 ein, bevor sie den Behälter 11 wieder ver läßt und zum Kondensator 13 führt.

Die Förderrichtung der Pumpe 16 ist umkehrbar.

Die Temperatur der in den Leitungen 14 und 17 geführ ten Flüssigkeit wird mit Hilfe von Temperatursensoren 19 erfaßt. Die gemessene Temperatur wird über Leitungen 20 und 21 dem Steuergerät 4 mitgeteilt.

Die Behälter 9 und 11 sind im Inneren mit einem Mate rial gefüllt, das Wasser aufnehmen kann. Die Behälter sind mit Wasser so weit befüllt, daß eine Art "Wasserschwamm" gebildet wird.

Wesentlich ist ferner, daß die Behälter hermetisch abgedichtet sind, so daß durch Abpumpen der im Inneren der Behälter 9 und 11 eingeschlossenen Luft ein konstanter Un terdruck erzeugt werden kann.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:
Das Ventil VII wird geöffnet. Das im Wasserschwamm des Behälters 11 enthaltene Wasser tritt über die Ansaugbrücke ASII in den Behälter 7 und in das darin enthaltene Zeolith über. Der Wasserdampf wird mit einer sehr hohen Geschwin digkeit vom Zeolith aufgenommen. Die Folge hiervon ist, daß der Wasserschwamm im Behälter 11 gefriert. Die Pumpe 16 pumpt über die Leitung 17 Flüssigkeit in den Innenraum des Behälters 11. Es folgt ein Herunterkühlen dieser Flüssig keit in der Spirale 18 durch den Wasserschwamm des Behäl ters 11. Von hier aus gelangt die heruntergekühlte Flüssig keit im weiteren Verlauf über die Leitung 17 in den Konden sator 13.

Wenn der vorstehend beschriebene Vorgang abläuft, sind die Ventile VWI und VI geöffnet. Die Behälter 5 und 9 wer den "ausgeheizt". Beim Ausheizen wird das heiße Abgas bzw. der Wasserdampf durch die Spirale 6 des Behälters 5 gelei tet. Das vom Zeolith abgegebene Wasser (Wasserdampf) wech selt durch die Ansaugbrücke ASI in den kalten Wasserschwamm des Behälters 9 über. Hier kondensiert das Wasser, da die vom Kondensator über die Leitung geführte Flüssigkeit, wel che immer noch kalt ist, den Wasserschwamm kühlt.

Wenn letztlich die Behälter 5 und 9, die ein Aggregat bilden, ausgeheizt sind, d. h., wenn das vorher im Zeolith enthaltene Wasser vollständig in den Wasserschwamm überge treten ist, werden die Ventile VI und VWI wieder geschlos sen. In diesem Zustand (VI geschlossen) wird die Kälteener gie gespeichert, bis das Ventil VI wieder geöffnet wird (VI geöffnet).

Analog hierzu verlaufen die Vorgänge in den Behäl tern 7 und 11, die ebenfalls ein Aggregat bilden.

Nach einer gewissen Zeit ist das Wasser (Wasserdampf) vom Wasserschwamm des Behälters 11 über die Ansaugbrüc ke ASII in das Zeolith des Behälters 7 übergetreten.

Das Ventil VI wird geöffnet, um das Gefrieren des Was serschwamms im Behälter 9 einzuleiten. Das Ventil VWII wird ebenfalls geöffnet, um das Aggregat (gebildet aus den Be hältern 7 und 11) auszuheizen. Hierbei wird die Kälte lei tende Flüssigkeit nicht mehr durch die Spirale 18 gepumpt, sondern durch Umkehr der Förderrichtung durch die Spira le 15. Wenn das im Behälter 5 eingeschlossene Zeolith das Wasser wieder vollständig aufgenommen hat, wiederholt sich dieser Ablauf.

Mit der beschriebenen Vorrichtung läßt sich der Innen raum eines Kraftfahrzeugs hervorragend klimatisieren. Die Vorrichtung stellt eine Klimaanlage dar, die auf aus schließlich ökologischer Basis arbeitet. Die für die Küh lung erforderliche Temperatur läßt sich durch Verdunstung bei atmosphärer Temperatur (Umgebungstemperatur) erzeugen. Der zur Aufnahme und Abgabe von Wasser verwendete Stoff Zeolith ist ökologisch völlig unbedenklich und kann über mehrere Tausend Zyklen reversibel dehydratisiert werden.

Die beschriebene Vorrichtung läßt Ersparnisse gegen über einer herkömmlichen Klimaanlage erzielen. Bei einer durchschnittlichen Fahrleistung von etwa 1 500 km jährlich lassen sich über 200 Liter Kraftstoff einsparen. Die Bela stung der Umwelt wird somit ebenfalls reduziert. Im Ver gleich zum Preis einer herkömmlichen Klimaanlage lassen sich bei einer Betriebszeit von etwa 10 Jahren mehrere Tau send DM einsparen.

Bezugszeichen

1

Leitung

2

Leitung

3

Leitung

4

Steuergerät

5

Behälter

6

Spirale

7

Behälter

8

Spirale

9

Behälter

10

Steuerleitung

11

Behälter

12

Steuerleitung

13

Kondensator

14

Leitung

15

Spirale

16

Pumpe

17

Leitung

18

Spirale

19

Temperatursensoren

20

Leitung

21

Leitung
VI Ventil
VII Ventil
VWI Ventil
VWII Ventil
ASI Ansaugbrücke
ASII Ansaugbrücke

Claims

1. Vorrichtung zur Verwertung der Restwärme, insbeson dere durch einen Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, da durch gekennzeichnet, daß Kälte leitende Flüssigkeit über eine Pumpe (16) mit wechselnder Förder richtung durch Behälter (9, 11) geleitet wird, daß die zu nutzende Wärmeenergie (Abgase eines Verbrennungsmotors bzw. Wasserdampf eines Wasserstoffmotors) wechselweise durch Behälter (5, 7), die mit einem reversibel dehydratisierba ren Stoff befüllt sind, über Leitungen (2, 3) geleitet wird, wobei jeweils ein Behälter (5 bzw. 7) mit einem Be hälter (9, 11) über jeweils eine Ansaugbrücke (ASI, ASII) in Verbindung stehen, wobei diese Verbindung wechselweise offen bzw. geschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Behälter (5, 7, 9, 11) gegenüber der Umgebung hermetisch dicht sind und gegenüber dem Umgebungsdruck einen Unterdruck aufweisen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie über Ventile (VWI und VWII) wechselweise durch den Behälter (5) oder den Behälter (7) geführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch die Verwendung als Klimaanlage.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Innere der Behälter (5, 7) mit Zeolith befüllt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Innere der Behälter (9, 11) mit einem Material befüllt ist, das Wasser bzw. Wasser dampf speichert (Wasserschwamm).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Temperatur der Kälte leitenden Flüssigkeit über Temperatursensoren (19) erfaßt wird, die in der Nähe des Kondensators (13) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stellung der Venti le (VWI, VWII, VI, VII) und die Förderrichtung der Pumpe Zeit- oder temperaturabhängig durch ein Steuergerät (4) gesteuert werden.