DE4118979A1

DE4118979A1 - Vorrichtung zur erzeugung von strom

Info

Publication number: DE4118979A1
Application number: DE4118979A
Authority: DE
Inventors: Roland Sieber
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-06-08
Filing date: 1991-06-08
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2011-06-09
Also published as: DE4118979C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom für in einem Kraftfahrzeug vorgese hene Aggregate, insbesondere für eine Waschanlage mit einem Vorratsbehälter zur Aufnahme von Flüssigkeit, die über mindestens eine Versorgungsleitung mit einer eine Auslaßöffnung aufweisenden Düse in Verbindung steht, wobei die in der Anlage vorhandene Flüssigkeit und/oder die Aggregate über eine Heizvorrichtung aufheizbar sind.

Es ist bereits eine temperaturabhängig geschaltete Auf tau- und Frostsicherungseinrichtung für eine Scheiben waschanlage bekannt, bei der Düsen und Schlauchleitun gen zwischen Behälter und den übrigen Einrichtungen beheizbar sind. Die Stromversorgung erfolgt über eine Batterie. Durch die Abzweigung eines Teils des Stroms als Heizstrom für Auftau- und Frostsicherungseinrich tungen einer Scheibenwaschanlage wird der Energie bedarf zur Versorgung der Heizung vergrößert und somit der Gesamtwirkungsgrad verschlechtert.

Ferner ist es bekannt, mit thermoelektrischen Modulen bzw. Peltierelementen Kälte und Wärme zu erzeugen. Der artige Module eignen sich für Wasserkühler, Wasserwär mer, Klimaanlagen und Kältemaschinen. Jede Zelle eines derartigen Moduls besteht aus einem positiven und einem negativen Teil, der aus thermoelektrischem Halbleiter material gebildet ist. Die Basis für die Wirkung der Thermozellen ist der Seebeck-Effekt. Er entsteht, wenn spezielle Halbleiter auf einer Seite erhitzt und auf der anderen Seite gekühlt werden. Hierdurch werden die freien Elektronen von der heißen Seite in die kältere Region getrieben, und es kann ein Strom fließen, der bei einer Nennspannung bis zu 3 A erreichen kann.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, die in einem Kraftfahrzeug vorhandene Energie auf einfache Weise zur Erwärmung für die Aggregate insbesondere für die Waschanlage einzusetzen.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Heizungsvorrichtung aus mindestens einem Thermo generator besteht, der im Bereich von aufheizbaren Tei len der Verbrennungskraftmaschine oder deren Aggregate angeordnet ist. Hierdurch wird auf einfache Weise die vorhandene Energie, die sonst als Wärmeabstrahlung ver lorenginge, zurückgewonnen und der Heizvorrichtung zum Aufwärmen von Teilen in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Waschanlage zur Verfügung gestellt. Hierzu eignet sich in vorteilhafter Weise ein Thermo generator, der auf den aufgeheizten Teilen der Verbren nungskraftmaschine plaziert wird. Somit kann auf sehr kostengünstige Weise die normalerweise verlorengehende Abstrahlenergie zumindest teilweise eingefangen und der Heizung als Heizstrom zur Verfügung gestellt werden. Die normalerweise dafür eingesetzte Batterie kann dadurch entlastet und für andere Aufgaben eingesetzt werden. Durch die aufgezeigte Maßnahme und die vorteil hafte Integrierung von Thermogeneratoren läßt sich der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine insgesamt verbessern.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß der Thermogenerator ein oder mehrere thermo-elektronische Module aufweist, die auf der Oberfläche der Verbrennungskraftmaschine oder deren Aggregate angeordnet und in Reihe geschaltet sind und daß der Thermogenerator auf einem Auspuffkrümmer angeordnet ist und über Elektroleitungen mit einer oder mehreren Heizungsvorrichtungen bzw. der Waschanlage in Verbindung steht.

Der Auspuffkrümmer bietet beim Motoranlassen am schnellsten ungenutzte Wärme, die dann nach ihrer Umwandlung in elektrischen Strom unmittelbar an eine elektrische Heizung weitergeleitet werden kann. Eine derartige Anlage läßt sich auch ohne weiteres bei älte ren Fahrzeugen ohne große bauliche Veränderungen ein setzen, so daß der Gesamtwirkungsgrad der gesamten Anlage wesentlich verbessert werden kann.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß zwischen dem Thermogenerator und der Außenoberfläche eines Aggregats der Verbrennungskraftmaschine ein Isolie rungselement vorgesehen ist, damit bei sehr hohen Tem peraturen an der Außenoberfläche des Krümmers eine Beschädigung der Thermogeneratoren vermieden wird, die in vorteilhafter Weise bei einer Temperaturdifferenz von 180°C und etwas darüber hinaus eingesetzt werden können. Da aber an der Außenoberfläche des Auspuffkrüm mers Temperaturen über 250°C auftreten, bildet die Iso lierung einen wirksamen Schutz für die Thermogenerato ren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil haft, daß der Thermogenerator über die Elektroleitungen mit einer in dem Vorratsbehälter, an der Versorgungs leitung und/oder den an den Versorgungsleitungen ange ordneten Düsen in Verbindung steht. Hierdurch wird auf sehr einfache Weise sichergestellt, daß insbesondere die Düsen, bei denen normalerweise infolge des Fahrt windes, besonders in kälteren Jahreszeiten, sehr schnell eine Verdampfung des Kühlmittels eintritt, immer funktionsfähig bleiben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die Kühlrippenabdeckung in Richtung des Fahrtwindes zeigt und der Thermogerator in deren Windschatten angeordnet ist. Hierdurch wird mit einfachen baulichen Mitteln eine effektive Kühlung des Thermogenerators erreicht.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfin dung, daß die vom Thermogenerator abgegebene Leistung über einen Akkumulator der Heizung zugeführt wird.

Im Zusammenhang mit der Anordnung des Thermogenerators ist es von Vorteil, daß der Thermogenerator mit einer Elektroanlage des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht und daß zwischen dem Thermogenerator und einem Schalt ventil in der elektrischen Leitung der Heizung der Thermostatschalter vorgesehen ist, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur das Schaltventil öffnet bzw. schließt. Durch den Einbau eines steuerbaren Schaltventils wird ferner sichergestellt, daß bei Nichtgebrauch der Waschanlage die Versorgungsleitungen nicht vollständig gelehrt werden, so daß beim Einsatz der Waschanlage sofort Reinigungswasser zur Verfügung steht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteran sprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren beschrieben bzw. dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzel merkmalen erfindungswesentlich sind.

In den Figuren ist die Erfindung an einer Ausführungs form beispielsweise dargestellt, ohne auf diese Ausfüh rungsform beschränkt zu sein. Es zeigt:

Fig. 1 eine Waschanlage für ein Kraftfahrzeug mit einer Heizvorrichtung mit einem Thermogenerator zur Beheizung des Waschwassers im Vorratsbehälter, der Versorgungsleitungen und der Austritts düsen,

Fig. 2 ein weiteres Anwendungsgebiet eines an dem Auspuffkrümmer angeordneten Thermo generators, der mit einer Elektroanlage in Verbindung steht.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Vorrichtung zur Erzeu gung von Strom für in Kraftfahrzeugen vorgesehene Aggregate unter anderem einer Scheibenwaschanlage gemäß Fig. 1 oder einer Elektroanlage gemäß Fig. 2 darge stellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 enthält einen Vorratsbehälter 2, der zur Aufnahme von Flüssigkeit 3 bzw. Waschwasser einer in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht dargestellten Scheibenwaschanlage dient. Der Vorratsbehälter 2 weist eine Pumpe 15 mit einem Abgriff 16 für die Restmengenanzeige auf. An die Pumpe 15 ist eine als Schlauch ausgebildete Versor gungsleitung 11 angeschlossen, in die ein Rückhalte bzw. Schaltventil 14 eingebaut ist. Das Schaltventil 14 weist eingangsseitig eine Einlaßöffnung für die Versor gungsleitung 11 und ausgangsseitig zwei Auslaßöffnun gen 27 und 28 auf, an die die Versorgungsleitungen 11′ und 11′′ angeschlossen sind. Am Ausgangsende der Ver sorgungsleitungen 11′ und 11′′ befindet sich je eine Düse 4, über die das Reinigungsmittel bzw. das Wasser 3 der in Fig. 1 nur angedeuteten Scheibenwaschanlage 12 zugeführt wird.

Wie aus Fig. 1 der Zeichnung hervorgeht, ist die Ver sorgungsleitung 11 auf ihrer gesamten Länge mit einem elektrisch beheizbaren Schlauch 18 überzogen und jede Düse 4 als PTC beheizbare Düse ausgebildet.

An die beiden elektrisch beheizbaren Schläuche 18 sowie die beiden Düsen 4 sind elektrische Leitungen 19 und 20 angeschlossen, die mit einem Thermogenerator 6 in Ver bindung stehen.

Im Vorratsbehälter 2 befindet sich eine mit 7 gekenn zeichnete Heizungsvorrichtung, die ebenfalls über elek trische Leitungen 21, 22 bzw. 19, 20 mit dem Thermogene rator 6 in Verbindung steht.

In den mit dem elektrischen Schlauch 18 verbundenen elektrischen Leitungen 19 und 20 ist ein Thermostat schalter 23 vorgesehen, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur den elektrisch beheizbaren Schlauch 18 oder die Heizung 7 von dem Thermogenerator abschaltet, so daß eine Beheizung der Versorgungslei tung 11 oder eine Stromversorgung der Heizung 7 nur dann erfolgt, wenn ein bestimmtes Temperaturniveau unterschritten wird.

Der über die elektrischen Leitungen 21 und 22 mit den verschiedenen Heizungen verbundene Thermogenerator 6 ist auf der Oberfläche eines Auspuffkrümmers 24 ange ordnet. Der in Fig. 1 dargestellte Thermogenerator 6 kann jedoch auch an jeder beliebigen anderen Stelle eines Aggregats der Verbrennungskraftmaschine vorgese hen sein, das mindestens eine Temperatur von 50°C oder mehr aufweist.

Der Thermogenerator 6 kann aus einem oder mehreren in Reihe oder parallel geschalteten thermo-elektronischen Modulen 8 bestehen, in denen freie Elektronen von der heißen Seite in die kältere Region fließen. Hierdurch wird elektrischer Strom erzeugt, der eine Leistung von mindestens 3 A bei einer Nennspannung von 12 Volt erreichen kann. Durch die vorteilhafte Anwendung des Thermogenerators 6 kann also Wärme direkt in Strom umgewandelt werden und zur Betreibung einer oder mehre rer Heizungen benutzt werden. Auf diese Weise braucht nicht mehr, wie bisher, eine Batterie zur Stromversor gung der einzelnen Heizaggregate eingesetzt werden. Da die Abstrahlenergie von der Verbrennungskraftmaschine bzw. den einzelnen Aggregaten normalerweise als Ver lustwärme nicht genutzt wird, kann sie hier in vorteil hafter Weise zur Wirkungsgradverbesserung eingesetzt werden und insbesondere zur Erhitzung des Reinigungs wassers von Waschanlagen oder anderer Elektroanlagen benutzt werden, die dann einsatzbereit sein müssen, wenn die Verbrennungskraftmaschine eingeschaltet ist.

Da Auspuffkrümmer normalerweise eine Temperatur von ca. 800°C erreichen können, ist zwischen der Unterseite des Thermogenerators 6 und der Oberfläche des Auspuff krümmers 24 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Wärmedämmschicht vorgesehen, die verhindert, daß am Thermogenerator eine Zerstörung eintritt.

Die vom Thermogenerator abgegebene elektrische Energie kann entweder direkt der Heizung 7, die am Vorrats behälter 2 angeordnet ist, zugeführt oder in einem Akku gespeichert und dann der Heizung 7 zugeleitet werden.

Bei einer Temperaturdifferenz von 230° zu 30°C reichen acht in Reihe geschaltete thermoelektronische Module aus, um eine Spannung von 14 Volt und eine Leistung von 3 Watt zu erzeugen. Eine weitere Leistungssteigerung kann dadurch herbeigeführt werden, daß weitere thermo elektronische Module 8 in Reihe geschaltet werden.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist auf der Außenseite des Krümmers eine Kühlrippenabdeckung 5 angebracht, die in vorteilhafter Weise mit ihren Kühl rippen im Fahrtwind liegt.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Thermo generator 6 über elektrische Leitungen 21 und 22 mit einer Elektroanlage 26 verbunden, die über den Thermo generator 6 mit dem notwendigen Strom dann versorgt wird, wenn die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb genommen ist. Wird die Verbrennungskraftmaschine abge schaltet, so kann über ein in der Zeichnung nicht dar gestelltes Schaltelement der Thermogenerator 6 automa tisch auf einen von ihm gespeisten Akkumulator umge schaltet werden, so daß die Stromversorgung auch bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine gleichbleibend gewährt ist.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Vorratsbehälter
3 Flüssigkeit
4 Düse
5 Kühlrippenabdeckung
6 Thermogenerator
7 Heizungsvorrichtung
8 thermo-elektronisches Modul
11, 11′, 11′′ Versorgungsleitung
12 Scheibenwaschanlage
14 Schaltventil
15 Pumpe
16 Abgriff
18 elektrisch beheizbarer Schlauch
19 elektrische Leitung
20 elektrische Leitung
21 elektrische Leitung
22 elektrische Leitung
23 Thermostatschalter
24 Auspuffkrümmer
26 Elektroanlage
27 Auslaßöffnung
28 Auslaßöffnung

Claims

1. Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Strom für in einem Kraftfahrzeug vorgesehene Aggregate, ins besondere für eine Waschanlage mit einem Vorrats behälter (2) zur Aufnahme von Flüssigkeit, die über mindestens eine Versorgungsleitung (11) mit einer eine Auslaßöffnung aufweisenden Düse (4) in Verbindung steht, wobei die in der Anlage vorhan dene Flüssigkeit und/oder die Aggregate über eine Heizvorrichtung (7) aufheizbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungsvorrichtung (7) aus mindestens einem Thermogenerator (6) besteht, der im Bereich von aufwärmbaren Teilen der Ver brennungskraftmaschine oder deren Aggregate ange ordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Thermogenerator (6) ein oder mehrere thermo-elektronische Module (8) aufweist, die auf der Oberfläche der Verbrennungskraftmaschine oder deren Aggregate angeordnet und in Reihe oder parallel geschaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermogenerator (6) auf einem Auspuffkrümmer (24) angeordnet ist und Elektroleitungen (21, 22) mit einer oder mehreren Heizungsvorrichtungen (7) der Vorrichtung (1) bzw. der Waschanlage (12) in Verbindung stehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zwischen dem Thermogenerator (6) und der Außenoberfläche eines Aggregats der Verbrennungs kraftmaschine ein Isolierungselement vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermogenerator (6) über die Elektroleitun gen (21, 22) mit einer in dem Vorratsbehälter (2), an der Versorgungsleitung (11) und/oder den an den Versorgungsleitungen angeordneten Düsen (4) in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abstrahlfläche des Aggregats der Verbrennungskraftmaschine und dem Thermogenera tor (6) eine Kühlrippenabdeckung (5) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippenabdeckung (5) in Richtung des Fahrtwindes zeigt und der Thermogenerator (6) in deren Windschatten angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Thermogenerator (6) abgegebene Leistung über einen Akkumulator der Heizung (7) zugeführt wird.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermogenerator (6) mit einer Elektro anlage (26) des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Thermogenerator (6) und einer Hei zung ein Thermostatschalter (23) vorgesehen ist, der mit einem in der Versorgungsleitung (11) vor gesehenen Schaltventil (14) wirkungsmäßig verbun den ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Thermogenerator (6) und einem Schaltventil (14) in der elektrischen Lei tung (11) der Heizung der Thermostatschalter (23) vorgesehen ist, der bei Erreichen einer bestimm ten Temperatur das Schaltventil (14) öffnet bzw. schließt.