DE10103403C1

DE10103403C1 - Automobile with IC engine and steam powered electricity generation device for supplying onboard electrical network

Info

Publication number: DE10103403C1
Application number: DE10103403A
Authority: DE
Inventors: Joachim Blum; Uwe Griesmeier
Original assignee: Xcellsis AG
Current assignee: Mercedes Benz Fuel Cell GmbH
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: DE10103403C5

Abstract

The automobile has an IC engine (8), an onboard electrical network for supplying a number of electrical loads and a steam powered electricity generation device (1), with a steam generator (4), a condenser (3) and an electromechanical converter (5) for supplying current to the onboard electrical network. The steam generator uses a catalytic burner (2) and the condenser is coupled to the automobile cooling circuit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Dampfmaschine gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a vehicle with a steam engine according to the General term of the independent claim.

Aus der US 5,708,306 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, bei der ein Dampfmaschinenprozeß zusätzliche Antriebsenergie für das Fahrzeug liefert, um einen Verbrennungsmotor zu unterstützen. Dabei wird über einen Kompressor ein pneumatischer Motor betrieben, der mit der Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden ist und zur Unterstützung des Antriebsmotors zugeschaltet werden kann. Zur Dampferzeugung wird Wasser im Kreislauf geführt, in mehreren Reservoirs vorgewärmt und schließlich durch die Abwärme der Fahrzeugabgase verdampft. Allerdings läßt sich die Dampferzeugung mittels Abgasabwärme nicht fein steuern.From US 5,708,306 A1 a vehicle is known in which a Steam engine process additional drive energy for that Vehicle supplies to support an internal combustion engine. A pneumatic motor is used via a compressor operated, which is connected to the drive shaft of the vehicle is switched on and to support the drive motor can be. Water is circulated to generate steam guided, preheated in several reservoirs and finally evaporated by the waste heat of the vehicle exhaust gases. However leaves the steam generation by means of waste gas heat is not fine Taxes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug anzugeben, bei dem die Bordstromversorgung durch eine kompakten, energetisch günstig geführten Dampfmaschinenprozeß unterstützt wird.The invention has for its object a vehicle to specify, in which the on-board power supply by a compact, energetically favorably managed steam engine process is supported.

Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is performed on a vehicle with the characteristics of Claim 1 solved.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß zum einen eine sehr kompakte Vorrichtung geschaffen wird, zum anderen sich die Möglichkeit bietet, leise und emissionsarm Strom in einem Bordnetz zu erzeugen, wobei alle flüssigen und gasförmigen Treibstoffe geeignet sind. Die verwendete Dampfmaschine weist einen hohen Wirkungsgrad auf und ist wartungsarm, so daß der Wirkungsgrad des Fahrzeugs insgesamt verbessert ist.The advantage of the solution according to the invention is that a very compact device is created to others have the opportunity to be quiet and low in emissions Generate electricity in an electrical system, all liquid and gaseous fuels are suitable. The one used Steam engine has a high efficiency and is low maintenance, so that the overall efficiency of the vehicle is improved.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the Features to be explained below not only in the combination given in each case, but also in others Combinations or alone can be used without the To leave the scope of the present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor.Further advantages and refinements of the invention are based the further claims and the description.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei die Figur zeigt:The invention is described below with reference to a drawing described, the figure showing:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Fahrzeugs mit einer Dampfmaschine. Fig. 1 is a schematic representation of a preferred vehicle with a steam engine.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Fahrzeug schematisch dargestellt. Das Fahrzeug weist einen Antriebsmotor 8 und ein Bordnetz mit elektrischen Verbrauchern auf. Zusätzlich zu dem Antriebsmotor 8 ist eine Dampfmaschine 1 mit einem Dampfkessel 4 und einem Dampfkondensator 3 vorgesehen. Der Dampfkessel 4 wird durch einen zumindest teilweise katalytisch arbeitenden Brenner 2 betrieben. Der katalytisch arbeitende Brenner 2 kann in den Dampfkessel 4 integriert sein. Der katalytisch arbeitender Brenner 2 hat den Vorteil, daß auf kleinem Raum Wärme mit hoher Effizienz erzeugt werden kann. Dabei wird ein flüssiges oder gasförmiges Brennmittel katalytisch in einem exothermen Prozeß oxidiert. Die dabei entstehende Wärme wird dazu benutzt, ein Betriebsmittel der Dampfmaschine, vorzugsweise Wasser oder ein frostsicheres Wasser-Alkohol-Gemisch, zu verdampfen. Die Menge der entstehenden Wärme kann durch die Menge des katalytisch umgesetzten Brennmittels leicht und dynamisch gesteuert werden. Es ist auch möglich, einen Teil des Brenners zu betreiben, indem ein Teil des Brennmittels mit einer Flamme verbrannt wird. Die katalytische Umsetzung hat jedoch den Vorteil, daß die Emissionen des katalytischen Brenners 3 umweltfreundlich sind. Außerdem hat die katalytische Umsetzung einen hohen Wirkungsgrad.In Fig. 1 a section of a vehicle according to the invention is shown schematically. The vehicle has a drive motor 8 and an electrical system with electrical consumers. In addition to the drive motor 8 , a steam engine 1 with a steam boiler 4 and a steam condenser 3 is provided. The steam boiler 4 is operated by an at least partially catalytic burner 2 . The catalytically operating burner 2 can be integrated in the steam boiler 4 . The catalytically operating burner 2 has the advantage that heat can be generated with high efficiency in a small space. A liquid or gaseous fuel is catalytically oxidized in an exothermic process. The heat generated is used to vaporize a steam engine, preferably water or a frost-proof water-alcohol mixture. The amount of heat generated can be controlled easily and dynamically by the amount of the catalytically converted fuel. It is also possible to operate part of the burner by burning part of the fuel with a flame. However, the catalytic conversion has the advantage that the emissions of the catalytic burner 3 are environmentally friendly. In addition, the catalytic conversion is very efficient.

Bei geringem Leistungsbedarf, vorzugsweise unterhalb von 20 kW, wird günstigerweise zur Expansion des Dampfes in der Dampfmaschine 1 ein Kolbenmotor und/oder ein Druckluftmotor vorgesehen, während bei hohem Leistungsbedarf, vorzugsweise ab 20 kW, zur Expansion des Dampfes in der Dampfmaschine 1 eine Turbine vorgesehen ist.If the power requirement is low, preferably below 20 kW, a piston motor and / or a compressed air motor is advantageously provided for the expansion of the steam in the steam engine 1 , while a turbine is provided for the expansion of the steam in the steam engine 1 if the power requirement is high, preferably from 20 kW is.

Der Dampfkondensator 3 ist zur Kühlung vorzugsweise mit einem Fahrzeugkühlkreislauf 7 verbunden. Im Dampfkondensator 3 wird der Dampf des Betriebsmittels der Dampfmaschine 1 wieder in die flüssige Phase überführt und wieder dem Dampfkessel 4 zugeführt.The steam condenser 3 is preferably connected to a vehicle cooling circuit 7 for cooling. In the steam condenser 3 , the steam of the operating medium of the steam engine 1 is transferred back into the liquid phase and fed back to the steam boiler 4 .

Ein Aggregat 5 wird über eine Welle 6 mechanisch angetrieben. Das Aggregat 5 kann ein Klimaaggregat einer Klimaanlage sein oder ein Generator im Bordnetz zur Versorgung elektrischer Verbraucher.An assembly 5 is mechanically driven via a shaft 6 . The unit 5 can be an air conditioning unit of an air conditioning system or a generator in the vehicle electrical system for supplying electrical consumers.

Beim Betreiben der Klimaanlage kann in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug auf einen elektrischen Antrieb des Klimaaggregats verzichtet werden. Der Antriebsmotor 8 kann dementsprechend entlastet werden. Da die Bordnetzversorgung bei modernen Fahrzeugen einen nennenswerten Anteil an der Gesamtleistung des Fahrzeugs hat, ist die Entlastung des Antriebsmotors 8 spürbar. Dann steht entweder deutlich mehr Antriebsleistung für das Fahrzeug zur Verfügung oder der Antriebsmotor 8 kann erheblich kleiner ausgelegt werden. Insgesamt führt dies zu einer Ersparnis von Kosten und Gewicht und einer Verbrauchsminderung sowie zu einer Verringerung von unerwünschten Emissionen bei unvermindertem Fahrkomfort.When operating the air conditioning system, an electric drive of the air conditioning unit can be dispensed with in the vehicle according to the invention. The drive motor 8 can be relieved accordingly. Since the on-board power supply in modern vehicles has a significant share in the overall performance of the vehicle, the relief of the drive motor 8 is noticeable. Then either significantly more drive power is available for the vehicle or the drive motor 8 can be designed significantly smaller. Overall, this leads to savings in costs and weight and a reduction in fuel consumption, as well as a reduction in undesirable emissions with undiminished driving comfort.

Besonders günstig ist die Verwendung des Dampfmaschinenprozesses zur Erzeugung von Strom an Bord eines Fahrzeugs. Dabei kann die Dampfmaschine mechanisch einen elektromechanischen Wandler 5 antreiben, etwa einen Generator, der wiederum Strom z. B. an das Bordnetz abgibt. Die Dampfmaschine 1 kann auch zum mechanischen Antrieb von mechanisch antreibbaren Aggregaten 5 verwendet werden. Dies ist besonders bei Stillstand des Fahrzeugs günstig. Die Versorgung der Aggregate 5 erfolgt leise, emissionsarm, und ist für alle flüssigen oder gasförmigen Treibstoffe geeignet. Die Dampfmaschine 1 ist wartungsarm und weist eine hohe Lebensdauer auf. Der geschlossene thermodynamische Dampfmaschinenprozeß hat einen höheren Wirkungsgrad als ein Verbrennungsmotor 8 im Leerlauf. Masse und Volumen der Dampfmaschine 1 mit Dampfkessel 4 und Dampfkondensator 3 eignen sich gut für den Fahrzeugeinsatz, und eine Dampfmaschine 1 stellt eine kostengünstige Lösung dar.The use of the steam engine process to generate electricity on board a vehicle is particularly favorable. The steam engine can mechanically drive an electromechanical transducer 5 , such as a generator, which in turn generates electricity e.g. B. to the electrical system. The steam engine 1 can also be used for the mechanical drive of mechanically drivable units 5 . This is particularly beneficial when the vehicle is stationary. The units 5 are supplied quietly, with low emissions, and are suitable for all liquid or gaseous fuels. The steam engine 1 requires little maintenance and has a long service life. The closed thermodynamic steam engine process has a higher efficiency than an internal combustion engine 8 when idling. The mass and volume of the steam engine 1 with steam boiler 4 and steam condenser 3 are well suited for use in vehicles, and a steam engine 1 is an inexpensive solution.

Besonders günstig ist, den Dampfkessel 4 der Dampfmaschine 1 als Standheizung des Fahrzeugs vorzusehen, wobei die Abwärme des Dampfkessels 4 zum Erwärmen des Fahrzeugs bzw. Fahrzeuginnenraums verwendet wird.It is particularly expedient to provide the steam boiler 4 of the steam engine 1 as an auxiliary heater for the vehicle, the waste heat from the steam boiler 4 being used to heat the vehicle or the vehicle interior.

Das Fahrzeug kann einen Verbrennungsmotor als Antriebsmotor 8 aufweisen oder einen Elektromotor, bevorzugt einen Elektromotor, der von einem Energiespeicher, z. B. einer Batterie, mit Strom versorgt wird. Der Elektromotor kann auch mittelbar über die Dampfmaschine 1 mit Strom versorgt werden, indem die Dampfmaschine den elektromechanischen Wandler 5 mechanisch antreibt und der Wandler 5 Strom an den Elektromotor liefert. Falls es sich um ein bevorzugtes Hybridfahrzeug handelt, kann der Strom auch an eine Batterie geliefert werden. Der Antriebsmotor 8 kann auch zumindest zeitweise oder auch zusätzlich von der Dampfmaschine 1 mechanisch angetrieben werden.The vehicle may have an internal combustion engine as the drive motor 8 or an electric motor, preferably an electric motor, which is powered by an energy store, e.g. B. a battery is powered. The electric motor can also be supplied with electricity indirectly via the steam engine 1 , in that the steam engine mechanically drives the electromechanical converter 5 and the converter 5 supplies current to the electric motor. If it is a preferred hybrid vehicle, the electricity can also be supplied to a battery. The drive motor 8 can also be mechanically driven at least temporarily or additionally by the steam engine 1 .

Claims

1. Vehicle with a drive motor ( 8 ) and an electrical system with electrical consumers, in addition to the drive motor ( 8 ) a steam engine ( 1 ) with a steam boiler ( 4 ) and a steam condenser ( 3 ) is provided, characterized in that the steam boiler ( 4 ) is operated by an at least partially catalytically operating burner ( 2 ), that the steam engine ( 1 ) is mechanically connected to an electromechanical converter ( 5 ) and electrical current of the electromechanical converter ( 5 ) can be fed into the vehicle electrical system.

2. Vehicle according to claim 1, characterized in that the catalytic burner ( 2 ) is integrated in the steam boiler ( 4 ).

3. Vehicle according to claim 1, characterized in that the steam condenser ( 3 ) for cooling is connected to a vehicle cooling circuit ( 7 ).

4. Vehicle according to claim 1, characterized, that a piston engine and / or a to expand the steam Air motor is provided.

5. Vehicle according to claim 1, characterized, that a turbine is provided for expanding the steam.

6. Vehicle according to claim 1, characterized in that the steam boiler ( 3 ) of the steam engine ( 1 ) is provided as auxiliary heating of the vehicle.

7. Vehicle according to claim 1, characterized in that the steam engine ( 1 ) is additionally connected via a drive shaft ( 6 ) to an air conditioning unit ( 5 ) of an air conditioning system of the vehicle.

8. Vehicle according to claim 1, characterized in that the drive motor ( 8 ) is an internal combustion engine.

9. Vehicle according to claim 1, characterized in that the drive motor ( 8 ) is an electric motor supplied with power from an energy store.

10. Vehicle according to claim 1, characterized in that the drive motor ( 8 ) from the steam engine ( 1 ) indirectly supplied with electricity is an electric motor.