DE10112042A1 - Vorrichtung zur Beheizung eines Fahrzeuges - Google Patents
Vorrichtung zur Beheizung eines FahrzeugesInfo
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Abstract
Die Vorrichtung dient zur Beheizung eines Fahrzeuges und weist mindestens eine Verbrennungseinrichtung für einen Energieträger und mindestens eine elektrische Einrichtung auf. Die Verbrennungseinrichtung ist mit einer Brennkammer versehen, die mit mindestens einem Wärmetauscher sowie mit mindestens einem Abgaskanal gekoppelt ist. Die Verbrennungskammer ist mit einem Generator für elektrische Energie gekoppelt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beheizung
eines Fahrzeuges, die mindestens eine
Verbrennungseinrichtung für einen Energieträger und
mindestens eine elektrische Einrichtung aufweist und bei
der die Verbrennungseinrichtung mit einer Brennkammer
versehen ist, die mit mindestens einem Wärmetauscher
sowie mit mindesten einem Abgaskanal gekoppelt ist.
Die heutzutage in PKW, LKW, Baufahrzeugen und Booten
eingebauten motorunabhängigen Fahrzeugheizungen, die im
weiteren Text auch "Standheizungen" genannt werden,
erzeugen Wärme durch die Verbrennung von Kraftstoff. Der
Kraftstoff wird mittels einer Kraftstoffpumpe zusammen
mit Verbrennungsluft, die mittels eines
Frischluftgebläses aus der Umgebungsluft angesaugt wird,
in die Brennkammer der Standheizung gefördert und dort
durch eine Glühkerze entzündet. Die entstehende Wärme
wird über Wärmetauscher bei Wasserheizungen an das
Motorkühlwasser übertragen oder bei Luftheizungen unter
Verwendung eines Sekundärluftstromes weitertransportiert.
Beiden Bauarten gemeinsam ist, daß der Fahrzeuginnenraum
(und der Motor bei Wasserheizgeräten) zuverlässig und
unabhängig vom Fahrzeugmotor erwärmt werden kann.
Nachteilig bei allen heute verwendeten Standheizungen ist
die limitierte Betriebszeit. Diese wird in der Regel
nicht durch den Kraftstoffvorrat begrenzt (Verbrauch ca.
0,4 l/h bei Pkw's), sondern durch die eingeschränkte
Kapazität der Fahrzeugbatterie. Bei elektrischen
Leistungsaufnahmen von 40 W ist eine PKW-Batterie mit
45 Ah, insbesondere im Winter, wenn sie physikalisch
bedingt bei den dann herrschenden Temperaturen eine
deutlich niedrigere Kapazität aufweist, sehr schnell
entladen.
Dem Vorteil des vorgeheizten Fahrzeuges steht dann der
Nachteil entgegen, daß der Fahrzeugmotor wegen zu tief
entladener Fahrzeugbatterie nicht mehr gestartet werden
kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu
konstruieren, daß eine mittlere elektrische
Energieaufnahme der Gesamteinrichtung vermindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Verbrennungskammer mit einem Generator für
elektrische Energie gekoppelt ist.
Die oben erläuterten Nachteile werden bei der
vorgeschlagenen Standheizung mit integrierter
Spannungsquelle vollständig vermieden. Alle zum Betrieb
der Standheizung notwendigen elektrischen Verbraucher,
wie Kraftstoffpumpe, Verbrennungsluftgebläse, Glühkerze,
Regelelektronik, sekundäre Luftgebläse oder
Wasserpumpen, werden während des Heizbetriebes von der
eigenen Spannungsquelle der Standheizung versorgt. Die
Fahrzeugbatterie unterstützt nur noch die Startphase der
Standheizung. Damit ist die Betriebszeit der Standheizung
nur noch vom Kraftstoffvorrat begrenzt. In der Praxis
bedeutet das einen z. B. auch für Taxis vorteilhaften
stundenlangen Betrieb.
Es bietet sich zudem die Möglichkeit an, überschüssige
elektrische Energie zur Speisung von sonstigen
elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug, wie die
Radioanlage, zu verwenden, oder die Fahrzeugbatterie
aufzuladen.
Dazu ist die integrierte Spannungsquelle lediglich etwas
größer zu dimensionieren.
Als Spannungsquelle bietet sich idealerweise ein
Peltierelement an, das Spannung beruhend auf dem Seebeck-
Effekt erzeugt. Dieses Element weist keine mechanisch
bewegten Teile auf und ist daher wesentlich
unempfindlicher und geräuschärmer als ggf. denkbare
andere Lösungen, wie kleine Turbinen, Verbrennungsmotoren
oder Stirling-Motoren, die jeweils einen kleinen
herkömmlichen Generator antreiben.
Das Peltierelement erzeugt Spannung und Strom aus einer
Temperaturdifferenz, die bei einer Standheizung z. B.
zwischen Brennkammer und Umgebungsluft immer vorhanden
ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Standheizung und
Fig. 2 ein Gesamtschema einer erfindungsgemäßen
Standheizung.
Fig. 1 erläutert den grundsätzlichen Aufbau einer
Standheizung. Im oberen Teil befindet sich die
Brennkammer (11) mit der Heizflamme (1). Im unteren Teil
ist die Umgebungsluft dargestellt. Dazwischen verläuft
der Wärmetauscher (2). Der Wärmetauscher ist hier mit dem
Wärmeträgermedium (3) Wasser gefüllt. Das
spannungserzeugende Peltierelement besteht aus der
Metallplatte (14) aus dem Material B, deren eine Hälfte
sich in der Brennkammer (11) der Standheizung befindet.
Die zweite Hälfte ist außerhalb der Standheizung in der
kühleren Umgebungsluft (12) angeordnet. Beide sind
verbunden durch den Steg (13), der die Durchführung durch
den Wärmetauscher (2) darstellt.
Die zwei Metallplatten (5, 6) aus dem Material (A) sind
jeweils galvanisch an den Trennstellen (7, 8) mit den
Hälften der Metallplatte (13) verbunden (verlötet). Aus
den Metallplatten (5, 6) sind jeweils die Stromleiter (9)
und (10), die ebenfalls aus dem Material A bestehen,
heraus geführt. Liegen die Trennstellen (7, 8) auf den
unterschiedlichen Temperaturniveaus T1 und T2, was
während des Heizbetriebes der Fall ist, so wird gemäß dem
Seebeck-Effekt zwischen den Enden der Leiter (9) und
(10) eine elektrische Spannung erzeugt. Die
Gesetzmäßigkeit dafür lautet: U = (QA - QB)(T1 - T2).
Dabei ist U die entstehende Spannung, QA und QB sind die
Seebeck-Koeffizienten der Metalle A und B und T1 und T2
sind die unterschiedlichen Temperaturniveaus.
Durch entsprechende Auswahl der Materialpaarung A/B ist
es möglich, eine Wunschspannung zu erhalten. Diese
Spannung wird dann benutzt, um die elektrischen
Verbraucher der Standheizung zu betreiben. Eine
zwischengeschaltete Regelungselektronik sorgt für die
Spannungsstabilisierung während des Betriebes der
Standheizung bzw. für eine Umschaltung auf die
Fahrzeugbatterie während der Start- und Abschaltphase.
Wird die überschüssige Energie zur Ladung der
Fahrzeugbatterie benutzt, so regelt die Elektronik auch
dieses. Handelsübliche Peltierelemente sind z. B. in der
Leistungsklasse 15 V, 4 A lieferbar, so daß der
elektrische Konsum von gängigen Standheizungen in jedem
Fall gedeckt wird.
Fig. 2 erläutert den Aufbau in einem Gesamtschema.
Zentrales Element ist die Brennkammer (11), welche durch
die Heizflamme (1) aufgeheizt wird. Die Erzeugung der
Heizflamme (1) sowie die Wärmeübertragung werden wie
nachfolgend beschrieben.
Mittels des Gebläses (22) wird zur Verbrennung benötigte
Luft durch den Stutzen (17) aus der Umgebung (12)
angesaugt. In diese Verbrennungsluft wird Kraftstoff
mittels der Düse (20) eingespritzt. Der Kraftstoff wird
über den Stutzen (19) aufgenommen. Die externe
Kraftstoffpumpe ist hier aus Gründen der Vereinfachung
nicht dargestellt. Mittels der erhitzten Glühkerze (21)
wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet und bildet
die Heizflamme (1). Der erhitzte Wärmetauscher (2) wird
von einem Wärmeträger (3) durchströmt, der am Stutzen
(15) kalt einströmt und am Stutzen (16) wieder erwärmt
aus der Standheizung austritt. Das Abgas der Heizflamme
tritt am Stutzen (18) aus.
Im einseitig erhitzten Zustand liefert das Peltier-
Element (4) elektrische Energie. Diese wird über die
Leiter (9) und (10) in die Regelungselektronik (23)
eingespeist und umgeformt. Über die Leiter (25, 26)
versorgt die Regelungselektronik dann die Glühkerze (21)
sowie das Gebläse (22) mit stabilisierter elektrischer
Energie. Über den Anschluß (28) können weitere
Verbraucher, die hier nicht dargestellt sind, versorgt
werden. (27) ist die Verbindungsleitung zur
Fahrzeugbatterie.
Solange das Peltierelement (4) keine ausreichende
elektrische Energie liefert, wie in der Aufheiz (Start)-
oder Abkühl-(End)phase, wird die Regelungselektronik von
der Fahrzeugbatterie aus mit Energie versorgt und
übernimmt ihrerseits die Versorgung der dargestellten
Komponenten. Erreicht oder überschreitet die bereit
gestellte Leistung des Peltierelementes den aktuellen
Verbrauch der Komponenten, so wird die Stromzufuhr aus
der Fahrzeugbatterie unterbunden oder die
Fahrzeugbatterie sogar geladen.
Im Hinblick auf die Anordnung von Peltierelemten als
Generator (4) ist insbesondere auch daran gedacht, das
Peltierelement (4) in die Wandung der Brennkammer (11)
oder die Wandung der Abgasableitung zu integrieren. Dies
hat insbesondere bei einer Herstellung von größeren
Stückzahlen erhebliche Bedeutung im Hinblick auf eine
preiswerte Fertigung. Eine Kühlung des Peltierelementes
kann alternativ zur bereits erläuterten Luftkühlung auch
über eine Wasserkühlung, eine Ölkühlung oder durch andere
Kühlmedien erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, die
Brennkammer (11) zumindest bereichsweise mit einer
Doppelwandung zu versehen und innerhalb des hierdurch
bereitgestellten Hohlraumes ein Temperiermedium
zirkulieren zu lassen. Hierdurch kann eine wirksame
Kühlung des Peltierelementes realisiert werden.
Eine weitere Nutzungsvariante besteht darin, den
Generator (4) zur Versorgung von zusätzlichen
Verbrauchern zu nutzen, die typischerweise in einem
Ruhezustand des Fahrzeuges nicht an die Batterie
angeschlossen sind. Beispielsweise ist an die elektrische
Versorgung einer Scheibenheizung oder einer Sitzheizung
gedacht.
Eine weitere Variante besteht darin, die Standheizung mit
einer separaten eigenen Batterie auszustatten, die einen
Anlauf der Heizung auch dann ermöglicht, wenn die
Hauptbatterie des Fahrzeuges leer sein sollte. Bei einer
ausreichenden Dimensionierung des Generators (4) ist es
bei einer derartigen Ausführungsform insbesondere auch
möglich, beim Betrieb der Standheizung unter Verwendung
des Generators (4) die Hauptbatterie zumindest soweit
wieder aufzuladen, daß ein Start des Fahrzeuges möglich
ist.
Eine weitere Variante besteht darin, statt der Verwendung
einer eigenen Zusatzbatterie im Bereich der Standheizung
zumindest elektrische Anschlüsse im Bereich der
Standheizung vorzusehen, die einen Anschluß von
Zusatzbatterien ermöglichen. Es ist hierbei insbesondere
an Anschlüsse gedacht, die die Verwendung von
Taschenlampenbatterien oder Batterien für aufstellbare
Warnblinkleuchten ermöglichen. Schließlich ist auch noch
an eine Einkopplungsmöglichkeit für thermische Energie
gedacht, um hierdurch mit Hilfe des Generators (4)
zumindest soviel elektrische Energie zu erzeugen, um ein
Anlaufen der Standheizung zu ermöglichen.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Beheizung eines Fahrzeuges, die
mindestens eine Verbrennungseinrichtung für
einen Energieträger und mindestens eine
elektrische Einrichtung aufweist, und bei der
die Verbrennungseinrichtung mit einer
Brennkammer versehen ist, die mit mindestens
einem Wärmetauscher sowie mit mindestens einem
Abgaskanal gekoppelt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (11)
mit einem Generator (4) für elektrische Energie
gekoppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Generator (4)
mindestens bereichsweise in der Brennkammer
(11) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Generator (4)
mindestens teilweise in einer Wandung der
Verbrennungskammer (11) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Generator (4)
mindestens bereichsweise in dem Abgasweg (3)
angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Generator (4)
mindestens teilweise in einer Wandung des
Abgasweges (18) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4)
als ein Peltierelement ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4)
als Einheit aus einer Turbine und einem
Elektrogenerator ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4)
als Einheit aus einem Verbrennungsmotor und
einem Elektrogenerator ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Peltierelement
mindestens zum Teil in der Brennkammer (11) und
mindestens zu einem Teil in einer kühleren
Umgebung der Brennkammer (11) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Peltierelement
mindestens zum Teil in einer Wandung der
Brennkammer (11) und mindestens zu einem Teil
in einer kühleren Umgebung der Wandung der
Brennkammer (11) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4)
mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die
überschüssige Energie zu einer Fahrzeugbatterie
überträgt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4)
mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die
überschüssige Energie zu einem elektrischen
Verbraucher überträgt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4)
mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die
zumindest für eine zeitweilige Energieentnahme
aus einer Fahrzeugbatterie ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung einen Regler für einen
jeweiligen Spannungspegel aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10112042A DE10112042A1 (de) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Vorrichtung zur Beheizung eines Fahrzeuges |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10112042A DE10112042A1 (de) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Vorrichtung zur Beheizung eines Fahrzeuges |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10112042A1 true DE10112042A1 (de) | 2002-09-26 |
Family
ID=7677278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10112042A Withdrawn DE10112042A1 (de) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Vorrichtung zur Beheizung eines Fahrzeuges |
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DE (1) | DE10112042A1 (de) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |