DE19719824A1

DE19719824A1 - Verfahren zur Nutzung der in Kraftfahrzeugen anfallenden Prozeßwärme

Info

Publication number: DE19719824A1
Application number: DE19719824A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Thau
Original assignee: THAU BARBARA
Current assignee: THAU BARBARA
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 1998-11-19

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der in Kraftfahrzeugen anfallenden Prozeßwärme.

Die überwiegende Mehrheit der heute im Einsatz befindlichen Kraftfahr zeuge weist als Antriebsaggregat einen Verbrennungsmotor auf. In diesen Verbrennungsmotoren wird die in fossilen Treibstoffen, wie beispielsweise Benzin oder Diesel, enthaltene Energie durch einen Verbrennungsprozeß in mechanische Energie sowie Wärmeenergie umgesetzt. Genutzt werden kann beim Gebrauch des Kraftfahrzeugs jedoch im wesentlichen allein der mechanische Energieanteil. Die entstehende Prozeßwärme dagegen muß, um eine Beschädigung bzw. Zerstörung des Verbrennungsmotors zu verhindern, durch ein Kühlmedium aus dem Verbrennungsmotor abgeführt und über einen Wärmetauscher an die Umgebung abgegeben werden. Ein Großteil der in fossilen Brennstoffen enthaltenen Energie ist damit verlo ren, woraus sich die schlechten Gesamtwirkungsgrade von Kraftfahrzeug verbrennungsmotoren erklären.

Zugleich besteht ein großer Bedarf an Wärmeenergie, insbesondere zur Beheizung von Wohngebäuden und zur Bereitung von Brauchwasser. Diese Wärmeenergie wird wiederum durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen in Hausbrandanlagen zur Verfügung gestellt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfin dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nutzung der in Kraftfahr zeugen anfallenden Prozeßwärme in der Art einer Kraft-Wärme-Kopplung zur Verfügung zu stellen, um dadurch Energie zu sparen und die Umwelt zu schonen. Außerdem ergibt sich bei steigenden Kosten für Primärener gieträger ein zusätzlicher Kostenvorteil durch Einsparung von Brennstoff.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in dem Kraftfahrzeug ein Wärmespeicher, beispielsweise ein Wassertank, eingebaut. Die im Ver brennungsmotor entstehende Prozeßwärme wird dann zumindest teilweise durch das Kühlmedium in den Wärmespeicher, z. B. durch Aufheizen des Speichermediums, eingespeist. Die Entnahme der Prozeßwärme ist dabei auf die konventionellen Betriebsanforderungen eines Verbrennungsmotors, insbesondere auf die Regelung der Betriebstemperatur, abzustimmen. Nach Abstellen des Kraftfahrzeuges kann der mitgeführte Wärmespeicher an ein stationäres System zur Aufnahme von Wärmeenergie angeschlossen werden. Die in dem Wärmespeicher enthaltene Wärmeenergie wird dann aus dem Kraftfahrzeug in das stationäre System eingespeist. Danach kann die Prozeßwärme innerhalb des stationären Systems entweder weiter transportiert oder direkt genutzt werden, beispielsweise zu Heizzwecken in einem Privathaushalt. Der Wärmespeicher kann nach der Abgabe der Wärmeenergie an das stationäre System erneut Prozeßwärme bei der nächsten Fahrt mit dem Kraftfahrzeug aufnehmen. Als stationäre Systeme zur Nutzung der Prozeßwärme ist insbesondere an den Warmwasserkreis lauf in Privathäusern zu denken. Die Wärmeauskopplung könnte dabei ohne Zeitverlust über Nacht in der Garage stattfinden. Es ist aber genauso möglich, Tankstellen mit speziellen Systemen auszustatten, die während der Betankung des Kraftfahrzeuges an den Wärmespeicher angeschlossen werden können und die Prozeßwärme aufnehmen. Aus großen Wärmespei chern solcher Tankstellen oder anderer, zu diesem Zweck speziell einge richteten Wärmeübernahmestellen, kann die Wärmeenergie dann dezentral weiterverteilt werden. Die hohen Kosten für ein verzweigtes Leitungsnetz, wie sie bei der Kraft-Wärme-Kopplung durch Fernwärmenutzung von Kraftwerksabwärme entsteht, entfallen im wesentlichen, da die Verteilung der Wärme durch die Kraftfahrzeuge selbst erfolgt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeenergie aus dem Kühlkreis lauf des Verbrennungsmotors in den Wärmespeicher des Kraftfahrzeugs und/oder aus dem Wärmespeicher des Kraftfahrzeugs in des stationäre System zur Speicherung und/oder Transport von Wärmeenergie über Wärmetauscher fließt. Da dabei keinerlei Stoffaustausch zwischen den einzelnen Teilsystemen notwendig ist, sind geschlossene Kühlmittelkreis läufe möglich. Eine Verschmutzung, insbesondere des Brauchwassers von Privathäusern, wird somit ausgeschlossen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand lediglich eine bevorzugte Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Kühlmittelkreislaufes in einem Kraftfahrzeug mit integriertem Prozeßwärmespeicher;

Fig. 2 den schematischen Aufbau eines Prozeßwärmeeinspeisungssystems in einem Einfamilienhaus,

Fig. 3 in schematischer Ansicht die Kopplung eines Kraftfahrzeuges an ein Einfamilienhaus zur Einspeisung von Wärmeenergie.

In Fig. 1 ist der Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs mit dem Wärme speicher 1, einem vorgeschalteten Wärmetauscher 13, dem Verbrennungs motor 2, einem Thermostat für den Wärmespeicher 3, einem Kühler 4, einem Motorthermostat 5, den Verbindungsleitungen 6 zwischen Motor und Wärmespeicher, einer Wasserpumpe 12 und einem Flansch 7 zum Anschluß an ein stationäres System dargestellt. Der Verbrennungsmotor 2 erzeugt während des Betriebs Prozeßwärme. Um eine Überhitzung des Verbrennungsmotors zu verhindern, ist ein Kühlmittel vorhanden, das die Aufgabe hat, die Wärme von dem Verbrennungsmotor abzuführen. Dieses geschieht üblicherweise mit Hilfe von Wasser als Kühlmittel, welches mit Hilfe der Pumpe 12 im Kühlmittelkreislauf umgepumpt wird. Um eine schnelle Abkühlung des Kühlmittels zu erreichen, ist der Kühler 4 in den Kühlmittelkreislauf eingeschaltet, der von Luft durchströmt wird und so die Prozeßwärme an die Umgebung abgibt. Um eine möglichst gleichblei bende Betriebstemperatur im Kühlkreislauf zu ermöglichen, wird der Kühler 4 über einen Thermostaten 5 zu- oder abgeschaltet, d. h. der Kühlerdurchfluß reguliert.

An anderer Stelle im Fahrzeug ist ein Wärmespeicher 1 eingebaut, der über die Leitungen 6 mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden ist. Der Wärmespeicherkreislauf wird mit Hilfe eines Thermostaten 3 zu- oder abgeschaltet. Das heißt also, sobald der Motor 2 die Betriebstemperatur erreicht hat, schaltet der Thermostat 3 den Wärmespeicherkreislauf zu, so daß über die Verbindung 6 das Kühlmedium zum Wärmespeicher 1 ge langt. Über den Wärmetauscher 13 wird die Prozeßwärme in den Speicher 1 eingekoppelt. Sobald der Wärmespeicher 1 maximal aufgeladen ist, schaltet der Thermostat 5 den Kühlerkreislauf ein und der Thermostat 3 den Wärmespeicherkreislauf aus. Die Wasserpumpe 12 sorgt für den notwendigen Umlauf des Kühlmittels. Der Wärmespeicher ist, um Wärme verluste zu verhindern, geeignet zu isolieren. Fällt der Energieinhalt in dem Wärmespeicher durch unvermeidliche Abstrahlverluste unterhalb eine Schaltschwelle, wird der Wärmespeicherkreislauf erneut geöffnet und der Wärmespeicher wiederum maximal aufgeladen.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines stationären Systems zur Aufnahme von Wärmeenergie am Beispiel eines Einfamilienhauses. Es sind dabei schematisch der Wärmespeicher 8 für Brauchwasser bzw. Heizung, ein Wärmetauscher 9, eine Pumpe 11 und ein Flansch 10 zum Anschluß an den Wärmespeicher eines Kraftfahrzeuges dargestellt.

In Fig. 3 ist der Wärmespeicher des Kraftfahrzeugs über den Flansch 7 und eine Verbindungsleitung 14 an den Wärmekreislauf des Einfamilien hauses über den Flansch 10 angeschlossen. Die im Wärmespeicher 1 enthaltene Wärmeenergie wird mit Hilfe eines Wärmetauschers 9 und einer Pumpe 11 in den Wärmespeicher 8 des Einfamilienhauses eingespeist. Nach Abschluß des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält der Wärmespei cher 8 des Einfamilienhauses einen Teil der beim Verbrennungsprozeß im Kraftfahrzeug entstandene Prozeßwärme. Der Wärmespeicher 1 ist entla den und kann erneut Prozeßwärme aufnehmen. Die im Wärmespeicher 8 enthaltene Wärmeenergie kann dann zur Beheizung des Hauses oder zur Brauchwasserbereitung genutzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Nutzung der in Kraftfahrzeugen anfallenden Prozeß- wärme, wobei das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor aufweist und die im Verbrennungsmotor entstehende Prozeßwärme durch ein Kühlmedium aus dem Verbrennungsmotor abgeführt und über einen Wärmetauscher an die Umgebung abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verbrennungsmotor entstehende Prozeßwärme durch das Kühlmedium zumindest teilweise in einen im Fahrzeug eingebauten Wärmespeicher überführt wird, der Wärmespeicher des Kraftfahr zeugs an ein stationäres System zur Speicherung und/oder Trans port von Wärmeenergie ankoppelbar und die im Wärmespeicher des Kraftfahrzeugs enthaltene Wärmeenergie in das stationäre System überführbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmefluß zwischen dem Kühlkreislauf des Verbrennungs motors und dem Wärmespeicher des Kraftfahrzeug und/oder zwi schen dem Wärmespeicher des Kraftfahrzeugs und dem stationären System zur Speicherung und/oder Transport von Wärmeenergie über Wärmetauscher erfolgt.