DE4118979C2 - Device for generating electricity - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom für in einem Kraftfahrzeug vorgesehene 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, dass die Heizvorrichtung aus mindestens einem Thermogenerator besteht, der im Bereich von aufwärmbaren Teilen der Verbrennungsmaschine oder deren Aggregate angeordnet ist.The invention relates to a device for generating of electricity for units provided in a motor vehicle, especially for a car wash with a storage container for absorbing liquid that has at least one Supply line with an outlet opening Nozzle is connected, the existing in the system Liquid and / or the aggregates via a heating device are heated that the heating device from at least a thermal generator, which is in the range of heatable parts of the internal combustion engine or their Aggregates is arranged.
Es ist bereits eine temperaturabhängig geschaltete Auftau- und Frostsicherungseinrichtung für eine Scheibenwaschanlage bekannt, bei der Düsen und Schlaucheinrichtungen zwischen Behälter und den übrigen Einrichtung beheizbar sind. Die Stromversorgung erfolgt über eine Batterie. Durch die Abzweigung eines Teils des Stroms als Heizstrom für Auftau- und Frostsicherungseinrichtungen einer Scheibenwaschanlage wird der Energie-Bedarf zur Versorgung der Heizung vergrößert und somit der Gesamtwirkungsgrad verschlechtert.There is already a temperature-dependent defrost and frost protection device for a windscreen washer system known in the case of nozzles and hose devices between Containers and the rest of the device are heated. The Power is supplied by a battery. Through the Branch of part of the electricity as heating current for thawing and frost protection devices of a windscreen washer system the energy requirement for supplying the heating is increased and thus the overall efficiency deteriorates.
Ferner ist es bekannt, mit thermoelektrischen Modulen bzw. Peltierelementen Kälte und Wärme zu erzeugen. Derartige Module eignen sich für Wasserkühler, Wasserwärmer, Klimaanlagen und Kältemaschinen. Jede Zelle eines derartigen Moduls besteht aus einem positiven und einem negativen Teil, der aus thermoelektrischem Halbleitermaterial gebildet ist. Die Basis für die Wirkung der Thermozellen ist der Leebeck- Effekt. Er entsteht, wenn spezielle Halbleiter auf einer Seite erhitzt und auf der anderen Seite gekühlt werden. Hierdurch werden die freien Elektroden von der heißen Seite in die kältere Region getrieben, und es kann ein Strom fließen, der bei der Nennspannung bis zu 3 A erreichen kann.It is also known to use thermoelectric modules or Peltier elements to generate cold and heat. such Modules are suitable for water coolers, water heaters, Air conditioners and chillers. Every cell of one Module consists of a positive and a negative part, which is formed from thermoelectric semiconductor material. The basis for the effect of the thermal cells is the Leebeck Effect. It arises when special semiconductors on a Side heated and cooled on the other side. This will free the electrodes from the hot side driven into the colder region and there can be a current flow, which can reach up to 3 A at the nominal voltage.
In der DE 24 27 074 A1 wird eine Stromerzeugungseinrichtung beschrieben, die einen thermoionischen Wandler aufweist, um aus der in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltenen Wärmeenergie Strom zu erzeugen. Hierzu lehrt diese Druckschrift, den thermoionischen Wandler direkt mit den Abgasen in Kontakt zu bringen. Der Wandler wird zwischen Auslassventil und Krümmer angeordnet. Nachteilig ist die relativ komplizierte Gestaltung des Wandlers, bzw. der einzelnen Thermionikelemente, und deren Anpassung in die Brennkraftmaschine. Diese Anpassung von Bauteilen in eine bereits existierende Brennkraftmaschine erfordert eine nachträgliche Umgestaltung der Brennkraftmaschine, die erhebliche Auswirkungen auf die Produktion der Brennkraftmaschine hat. So sind andere Werkzeuge, Montage- und Prüfabläufe in die bereits bestehenden Fertigungs- und Montagelinien zu integrieren. Da jeder Hersteller über eine umfangreiche Motorenplatte verfügt, multiplizieren sich die Kosten und Aufwendungen mit der Anzahl der angebotenen Motoren. Deswegen führt bei einem Ausfall des Wandlers, dessen Reparatur infolge seines Einbauortes zu unverhältnismäßig hohen Kosten.DE 24 27 074 A1 describes a power generation device described, which has a thermionic converter to from the contained in the exhaust gases of the internal combustion engine Thermal energy to generate electricity. This teaches them Documentation, the thermionic converter directly with the To bring exhaust gases into contact. The converter is between Exhaust valve and manifold arranged. The disadvantage is that relatively complicated design of the converter, or individual thermionic elements, and their adaptation in the Internal combustion engine. This adjustment of components into one existing internal combustion engine requires one subsequent redesign of the internal combustion engine significant impact on the production of the Has internal combustion engine. So other tools, assembly and test procedures in the existing manufacturing and Integrate assembly lines. Since every manufacturer has a extensive engine plate, the multiply Costs and expenses with the number of offered Engines. Therefore, if the converter fails, its repair due to its installation location disproportionately high cost.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom für in einem Kraftfahrzeug vorgesehen Aggregate zu schaffen, bei der es nicht zu den oben genannten Nachteilen kommt. The invention is therefore based on the object Device for generating electricity for in one Motor vehicle provided to create gensets in which it does not come to the disadvantages mentioned above.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Thermogenerator auf der Oberfläche der Verbrennungskraftmaschine oder deren Aggregate angeordnet ist. Hierdurch wird auf einfache Weise die vorhandene Energie, die sonst als Wärmeabstrahlung verloren ginge, zurückgewonnen und der Heizvorrichtung zum Aufwärmen von Teilen in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Waschanlage, zur Verfügung gestellt. Die nach dem Stand der Technik vorhandenen Nachteile werden weitgehendst vermieden. In vorteilhafter Weise eignet sich ein Thermogenerator, der auf den aufgeheizten Teilen der Verbrennungskraftmaschine platziert wird. Somit kann auf sehr kostengünstige Weise die normalerweise verlorengehende Abstrahlenergie zumindest teilweise eingefangen und der Heizung als Heizstrom zur Verfügung gestellt werden. Die normaler Weise dafür eingesetzte Batterie kann dadurch entlastet und für andere Aufgaben eingesetzt werden. Durch die aufgezeigte Maßnahme und die vorteilhafte Integrierung von Thermogeneratoren lässt sich der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine insgesamt verbessern.The object underlying the invention is thereby solved that the thermogenerator on the surface of the Internal combustion engine or their units arranged is. In this way, the existing is in a simple manner Energy that would otherwise be lost as heat radiation, recovered and the heater to warm up Parts in the internal combustion engine, especially the Car wash, provided. According to the state of the Disadvantages existing in technology are largely avoided. A thermogenerator is advantageously suitable on the heated parts of the internal combustion engine is placed. Thus, the normally lost radiation energy at least partially captured and used as heating current for heating Will be provided. The normal way for that used battery can be relieved and for others Tasks are used. Through the measure shown and the advantageous integration of thermal generators the overall efficiency of the internal combustion engine improve.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Thermogenerator ein oder mehrere thermo- elektronische Module aufweist, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Diese Anordnung ist vorteilhaft und relativ problemlos zu realisieren. According to a preferred embodiment of the invention provided that the thermogenerator one or more thermo- has electronic modules in series or parallel are switched. This arrangement is advantageous and relative easy to implement.
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.The exhaust manifold offers when starting the engine fastest unused heat, which then after their Conversion to electrical power directly to one electric heating can be passed on. A Such a system can also be easily used in cold vehicles without major structural changes set so that the overall efficiency of the total Plant can be significantly improved.
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.An additional possibility is according to a continuation extension of the device according to the invention that between the thermogenerator and the outer surface of one Aggregate of the internal combustion engine an isolie tion element is provided so that at very high tem temperatures on the outer surface of the manifold Damage to the thermogenerators is avoided advantageously in the case of a temperature difference of 180 ° C and slightly more can. But since on the outer surface of the exhaust manifold When temperatures exceed 250 ° C occur, the Iso effective protection for 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.In a further embodiment of the invention, it is advantageous liable that the thermogenerator over the electrical lines with one in the reservoir, at the supply line and / or attached to the supply lines ordered nozzles is connected. This will turn on very simple way that ensures in particular the nozzles, which are usually due to driving winds, especially in colder seasons, very much Evaporation of the coolant occurs quickly always remain functional.
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.According to a preferred embodiment of the Invention appropriate solution is finally provided that the The cooling fins cover points in the direction of the wind and the thermo generator arranged in their slipstream is. This is done with simple structural means effective cooling of the thermal generator is achieved.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfin dung, daß die vom Thermogenerator abgegebene Leistung über einen Akkumulator der Heizung zugeführt wird.It is of particular importance for the present inventor that the output from the thermogenerator is supplied to the heater via an accumulator.
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.In connection with the arrangement of the thermal generator it is advantageous that the thermogenerator with a Electrical system of the motor vehicle is connected and that between the thermal generator and a switch valve in the electrical line of the heater of the Thermostat switch is provided when reached the switching valve opens at a certain temperature or closes. By installing a controllable Switching valve is also ensured that at The washing lines do not use the supply lines not fully taught, so when in use cleaning water is immediately available to the car wash stands.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteran sprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren beschrieben bzw. dargestellt. Further details of the invention are in the Unteran sayings, in the description and in the figures described or illustrated.
In den Figuren ist die Erfindung an einer Ausführungs form beispielsweise dargestellt, ohne auf diese Ausfüh rungsform beschränkt zu sein. Es zeigt:In the figures, the invention is an embodiment Form shown, for example, without this form to be limited. It shows:
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. 1 shows a washing system for a motor vehicle with a heater with a thermal generator to heat the washing water in the reservoir, the supply lines and the exit nozzle,
Fig. 2 ein weiteres Anwendungsgebiet eines an dem Auspuffkrümmer angeordneten Thermo generators, der mit einer Elektroanlage in Verbindung steht. Fig. 2 shows another application of a thermo generator arranged on the exhaust manifold, which is connected to an electrical system.
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.In the drawing, 1 shows a device for generating electricity for units provided in motor vehicles, including a windscreen washer system according to FIG. 1 or an electrical system according to FIG. 2 Darge.
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 angeschossen, 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.The device 1 shown in Fig. 1 comprises a reservoir 2, which for receiving liquid 3 and a wash water used in the drawing for simplicity washer, not shown. The storage container 2 has a pump 15 with a tap 16 for the remaining quantity display. To the pump 15 , a supply line 11 formed as a hose is shot, into which a retaining or switching valve 14 is installed. The switching valve 14 has on the input side an inlet opening for the supply line 11 and on the output side two outlet openings 27 and 28 to which the supply lines 11 'and 11 "are connected. At the output end of the supply lines 11 ' and 11 " there is a nozzle 4 , via which the cleaning agent or water 3 is supplied to the windshield washer system 12 , which is only indicated in FIG. 1.
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.As can be seen from Fig. 1 of the drawing, the supply line 11 is coated over its entire length with an electrically heatable hose 18 and each nozzle 4 is designed as a PTC heatable nozzle.
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.At the two electrically heated hoses 18 and the two nozzles 4 , electrical lines 19 and 20 are connected, which are connected to a thermogenerator 6 in United.
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 the reservoir 2 there is a 7 marked heating device, which is also via electrical lines 21 , 22 and 19 , 20 with the thermogenerator 6 in connection.
In den mit dem elektrisch beheizbaren 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. In the connected to the electrically heatable hose 18 , electrical lines 19 and 20 , a thermostat switch 23 is provided, which switches off the electrically heated hose 18 or the heater 7 from the thermal generator when a certain temperature is reached, so that heating of the supply line 11 or the heater 7 is only supplied with power when the temperature falls below a certain level.
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.The thermogenerator 6 connected to the various heaters via the electrical lines 21 and 22 is arranged on the surface of an exhaust manifold 24 . The thermogenerator 6 shown in FIG. 1 can, however, also be hen at any other point in an assembly of the internal combustion engine that has at least a temperature of 50 ° C. or more.
Der Thermogenerator 6 kann aus einem oder mehreren in Reihe oder paralell 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.The thermal generator 6 can consist of one or more thermo-electronic modules 8 connected in series or in parallel, in which free electrons flow from the hot side into the colder region. This generates electrical current that can achieve a power of at least 3 A at a nominal voltage of 12 volts. Due to the advantageous application of the thermal generator 6 , heat can be converted directly into electricity and used to operate one or more heaters. In this way, a battery for power supply of the individual heating units no longer needs to be used, as has been the case up to now. Since the radiation energy from the internal combustion engine or the individual units is normally not used as heat loss, it can be used here advantageously to improve efficiency and, in particular, to heat the cleaning water of washing systems or other electrical systems, which are then ready for use if the internal combustion engine is switched on.
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.Since exhaust manifolds can normally reach a temperature of about 800 ° C, between the underside of the thermogenerator 6 and the surface of the exhaust manifold 24, a thermal barrier coating, not shown in the drawing, is provided, which prevents destruction on the thermogenerator.
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.The electrical energy emitted by the thermal generator can either be fed directly to the heater 7 , which is arranged on the storage container 2 , or stored in a battery and then fed to the heater 7 .
Bei einer Temperaturdifferenz von 230° zu 30°C reichen acht in Reihe geschaltete thermo-elektronische 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.With a temperature difference of 230 ° to 30 ° C, eight thermo-electronic modules connected in series are sufficient to generate a voltage of 14 volts and an output of 3 watts. A further increase in performance can be brought about by connecting further thermoelectronic modules 8 in series.
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.As can be seen from FIGS. 1 and 2, a cooling fin cover 5 is attached to the outside of the manifold, which advantageously lies with its cooling fins in the wind.
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.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the thermo generator 6 is connected via electrical lines 21 and 22 to an electrical system 26 , which is then supplied with the necessary current via the thermo generator 6 when the internal combustion engine is put into operation. If the internal combustion engine is switched off, a switching element (not shown in the drawing) can be used to switch the thermogenerator 6 automatically to an accumulator fed by it, so that the power supply is guaranteed even when the internal combustion engine is switched off.
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