DE10103403C5

DE10103403C5 - Fahrzeug mit Dampfmaschine

Info

Publication number: DE10103403C5
Application number: DE10103403A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Blum; Uwe Dipl.-Phys. Griesmeier
Original assignee: Ballard Power Systems AG; Siemens VDO Electric Drives Inc
Current assignee: Mercedes Benz Fuel Cell GmbH
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: DE10103403C1

Abstract

Fahrzeug mit einem Antriebsmotor (8) und einem Bordnetz mit elektrischen Verbrauchern, wobei zusätzlich zu dem Antriebsmotor (8) eine Dampfmaschine (1) mit einem Dampfkessel (4) und einem Dampfkondensator (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkessel (4) durch einen zumindest teilweise katalytisch arbeitenden Brenner (2) betrieben wird, dass die Dampfmaschine (1) mechanisch mit einem elektromechanischen Wandler (5) verbunden ist und elektrischer Strom des elektromechanischen Wandlers (5) ins Bordnetz einspeisbar, wobei der Dampfkondensator (3) zur Kühlung mit einem Fahrzeugkühlkreislauf (7) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Dampfmaschine gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug anzugeben, bei dem die Bordstromversorgung durch eine kompakten, energetisch günstig geführten Dampfmaschinenprozeß unterstützt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

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.

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.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei die Figur zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Fahrzeugs mit einer Dampfmaschine.
In 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Fahrzeug mit einem Antriebsmotor (8) und einem Bordnetz mit elektrischen Verbrauchern, wobei zusätzlich zu dem Antriebsmotor (8) eine Dampfmaschine (1) mit einem Dampfkessel (4) und einem Dampfkondensator (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkessel (4) durch einen zumindest teilweise katalytisch arbeitenden Brenner (2) betrieben wird, dass die Dampfmaschine (1) mechanisch mit einem elektromechanischen Wandler (5) verbunden ist und elektrischer Strom des elektromechanischen Wandlers (5) ins Bordnetz einspeisbar, wobei der Dampfkondensator (3) zur Kühlung mit einem Fahrzeugkühlkreislauf (7) verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der katalytisch arbeitende Brenner (2) in den Dampfkessel (4) integriert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Expansion des Dampfes ein Kolbenmotor und/oder ein Druckluftmotor vorgesehen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Expansion des Dampfes eine Turbine vorgesehen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkessel (3) der Dampfmaschine (1) als Standheizung des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfmaschine (1) zusätzlich über eine Antriebswelle (6) mit einem Klimaaggregat (5) einer Klimaanlage des Fahrzeugs verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (8) ein Verbrennungsmotor ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (8) ein von einem Energiespeicher mit Strom versorgter Elektromotor ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (8) ein von der Dampfmaschine (1) mittelbar mit Strom versorgter Elektromotor ist.