DE102009024497A1 - Kraft-Wärme-Kopplung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung, ein Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10), ein Anschlusssystem (4; 12) für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10), ein Fahrzeug (1) für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10) und einen Wärmespeicher (3; 14). Die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplung kann einen nachhaltigen Beitrag zur Dezentralisierung der gekoppelten Energieumwandlung, zu einer beachtlichen Erhöhung der Energienutzungsgrade, zu einer entsprechenden Reduzierung der CO-Emissionen und somit zu einem Schutz der Umwelt und zu einer Aufrechterhaltung der gewohnten Mobilität leisten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung, ein Kraft-Wärme-Kopplungs-System, ein Anschlusssystem für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System, ein Fahrzeug für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System und einen Wärmespeicher.
  • Kraftfahrzeuge werden derzeit bevorzugt mit flüssigen Kraftstoffen betrieben. Diese Kraftstoffe besitzen einen vergleichsweise hohen spezifischen Heizwert, sind einfach zu lagern, abzufüllen und zu transportieren. Flüssige Kraftstoffe fossilen Ursprungs sind jedoch endlich und unterliegen großen preislichen Schwankungen. Die in Kraftfahrzeugen verwendeten Verbrennungskraftmaschinen haben einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad. Bei dem Betrieb der Kraftfahrzeuge entstehen Abgas- und Abwärmeemissionen. Die CO-, NOx-, Kohlenwasserstoff- und Ruß-Bestandteile können bereits mit Katalysatoren und Filtern weitestgehend schadfrei gemacht werden. Das CO2 ist jedoch weiter besonders klimarelevant. Seine schädliche Wirkung in der Atmosphäre kann wirksam nur durch eine Reduzierung des Brennstoffverbrauchs selbst gemindert werden.
  • Es wird deshalb verstärkt nach alternativen Kraftstoffen und Antriebskonzepten gesucht.
  • Alternative flüssige Kraftstoffe nicht fossilen Ursprungs wie Bioalkohole, Bioöle oder Biodiesel haben neben dem Vorteil hoher spezifischer Energiedichten eine geringe Klimarelevanz. Zur vollständigen Verbrennung wird dem Pflanzenölkraftstoff in bestimmten Betriebszuständen Dieselkraftstoff beigemischt. Es wird partiell landwirtschaftliche Nutzfläche in Anspruch genommen. Der stoffliche wie energetische Inhalt der alternativen Kraftstoffe wird ebenso wenig genutzt wie der fossiler Kraftstoffe.
  • Auch gasförmige Kraftstoffe wie (Erd)gas oder Wasserstoff werden intensiv erprobt. Die Leistung optimal auf (Erd)gas angepasster Benzinmotoren ist meist geringer, als die der Original-Benzinmotoren. Kraftfahrzeug-Dieselmotoren werden nur selten auf gasförmige Brennstoffe umgestellt, obwohl sie eine höhere Effizienz haben. Sie benötigen als Zündstrahlmotoren zusätzlichen Dieselkraftstoff.
  • Gasförmige Kraftstoffe sind aufwendiger in derselben Energiemenge zu speichern als flüssige. Der Transport und die Lagerung in Hochdruckleitungen und -speichern erfordern stets eine nicht unbedeutende Verdichtungsarbeit, die bei der Drosselung ungenutzt verloren geht. Hochdruckspeicher bergen ein erhöhtes Gefahrenpotential, insbesondere in Verkehrsmitteln. Wegen der noch geringen Reichweite der gasförmigen Tankinhalte sind häufige Tankstopps und ein zusätzlicher herkömmlicher Brennstofftank notwendig, um jederzeit auf Benzin umstellen zu können.
  • Die erforderliche (Erd)gas-Tankstellen-Infrastruktur ist noch nicht ausreichend vorhanden und beansprucht immense Mittel zu ihrer Entwicklung. Häufig wird der Ausbau dadurch erschwert, dass sich in der Nähe vorhandener Tankstellen, insbesondere an Autobahnen keine Gasleitungen befinden. Tankstellen innerhalb von Ortschaften haben wiederum nur Anschluss an Gasleitungen niedrigen Druckniveaus. Entsprechend hoch ist der Aufwand für die Gasverdichtung auf Drücke bis über 300 bar. Aus diesem Grunde werden (Erd)gas-Abfüllstationen oft unabhängig von gewöhnlichen Tankstellen platziert und sind verkehrstechnisch entsprechend ungünstig gelegen, zum Teil in Versorgungsunternehmen befindlich und haben nur begrenzte Öffnungszeiten.
  • Wasserstoff bietet neben der Möglichkeit der Anwendung in seriennahen Verbrennungsmotoren bei der Nutzung in s. g. Brennstoffzellen den Vorteil eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrads der direkten Umwandlung der chemischen in elektrische Energie. Dabei entsteht im wesentlichen Wasserdampf, der sich in der Atmosphäre allerdings ebenfalls klimarelevant auswirkt. Wasserstoff muss zur Erreichung einer Fahrstrecke von 500 km bei Drücken von ca. 700 bar gespeichert werden. Dabei entsteht ein WTT-(well-to-tank-)-Wirkungsgrad von nur ca. 54% (Quelle: R K. Ahluwalia et al.: Fuel cell efficiencies of different automotive an-board hydrogen storage options. Int'I J. Hydrogen Energy 32, 2007, 3592–3602). Die niedrige Molekülgröße macht Wasserstoff entsprechend flüchtig und erzeugt ein höheres Gefahrenpotential als Benzin oder (Erd)gas. Zudem haben Brennstoffzellen derzeit noch eine geringe Lebensdauer und einen sehr hohen Preis.
  • Als der sauberste Antrieb überhaupt, da im Fahrzeug völlig emissionsfrei, scheint der elektrische. Die Erzeugung der elektrischen Energie kann vollständig regenerativ erfolgen und wäre damit klimaneutral. Ein Problem des Elektroantriebs ist derzeit jedoch neben der fehlenden Infrastruktur und den langen Beladungszeiten der bekannten Akkumulatorentypen noch die Möglichkeit der zuverlässigen und preiswerten Speicherung größerer Energiemengen für längere Fahrdistanzen. Zur Überbrückung einer Wegstrecke von 100 km wird ein ca. 150 Kilogramm schwerer Akkupack nötig (Quelle: PHOTON – das Solarstrom-Magazin, April 2007). Aus diesem Grund werden vorerst vor allem Hybridantriebe aus gekoppelten Elektro- und Verbrennungskraftmaschinen für die Großserie favorisiert. Dabei wird ein Optimum aus Mehrgewicht, Mehrpreis und Kraftstoffeinsparung angestrebt, was derzeit noch zu einem eher geringen elektrischen Anteil an den beiden Antriebsformen und somit zu einem geringen Einsparpotential an fossilen Energieträgern führt. Außerdem dient die Hybridkomponente der Rückgewinnung von Antriebsenergie beim Bremsen. Die Nutzung der elektrischen Speicherbatterie im Kraftfahrzeug für die Akkumulierung extern möglichst sauber gewonnener Elektroenergie steht mit so genannten plug-in-Hybrid-Fahrzeugen erst bevor. Der derzeit noch relativ geringe Anteil regenerativer Energien am so genannten Strom-Mix von beispielsweise ca. 15% in Deutschland im Jahr 2008 behaftet diese Antriebsform in den kommenden Jahren noch mit einer bedeutenden Klimarelevanz.
  • Im Interesse der Reduzierung der klimarelevanten Emissionen und der Steigerung der Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, mit vergleichsweise einfachen Mitteln den Verbrauch dieser Energieträger auch im Verkehr kurzfristig bedeutend zu senken. Insbesondere soll das allgemein anerkannte Ziel berücksichtigt werden, eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 20 bis 40% bis zum Jahr 2020 gegenüber 1990 zu erreichen. Dazu soll ein Verfahren sowie ein System zur Kraft-Wärme-Kopplung bereitgestellt werden und auch ein Fahrzeug, ein Anschlusssystem sowie ein Wärmespeicher dafür.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung gemäß Anspruch 1, dem Kraft-Wärme-Kopplungs-System nach Anspruch 23, dem Anschlusssystem nach den Ansprüchen 31, 32 und 33, dem Fahrzeug nach Anspruch 34 und dem Wärmespeicher nach den Ansprüchen 40 und 41.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Nutzung von (Ab)wärme von Kraftfahrzeugen in externen Einrichtungen (d. h. gezielt erzeugter Wärme und/oder während des Betriebs des Fahrzeugs anfallender Wärme) bzw. durch die Nutzung von in externen Einrichtungen anfallender Fremdwärme in Kraftfahrzeugen (also von Wärme, die dem Kraftfahrzeug zugeführt wird), also von (mindestens) einem Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozess, insbesondere mit zeitlichem Versatz, ein enormes Energie-Einsparpotenzial besteht.
  • „Kraft-Wärme-Kopplung” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die bei der „Herstellung” oder der Nutzung einer Exergie (Kraft, Elektroenergie etc.) anfallende (Ab)wärme genutzt wird. Diese Nutzung kann insbesondere zeitlich versetzt mit Hilfe eines Wärmespeichers, der die Wärme erst später abgibt, erfolgen. Beispielsweise kann es sich um im Fahrzeug mittels eines Verbrennungsprozesses erzeugte Kraft handeln, wobei in einem Wärmespeicher des Fahrzeugs Wärme zur späteren Abgabe und Nutzung an externe Wärmesenken oder teilweise im Fahrzeug aufgefangen und bereitgehalten wird. Kraft-Wärme-Kopplung heißt auch, extern ggf. bei Kraft-Wärme-Kopplung angefallene (Niedertemperatur-) bzw. (Ab)wärme für die Nutzung im Fahrzeug bereitzustellen, um z. B. die Exergie Elektroenergie zur Fortbewegung aufzubewahren und nicht für die Heizung oder Kühlung, also für thermische Prozesse zu vergeuden. Kraft-Wärme-Kopplung heißt ebenfalls, die Prozesse der Fortbewegung mit externer oder interner (Ab)wärme effizienter zu gestalten, z. B. indem die Druckluft für einen pneumatischen Motor vor der Entspannung vorgewärmt wird und somit die Fortbewegung begünstigt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird von Wärme stets dann im weitesten physikalischen Sinne gesprochen, wenn gegenüber einem bestimmten Bezugsniveau eine positive oder negative Wärmedifferenz besteht. Es kann sich bei „Wärme” also sowohl um Wärme (positive Wärmedifferenz) also auch um Kälte (negative Wärmedifferenz) handeln und es wird zwischen Wärme und Kälte nicht speziell unterschieden. Auch wird im Rahmen der Erfindung nicht zwischen Abwärme und Wärme unterschieden, sondern im Folgenden einheitlich von Wärme gesprochen.
  • Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung gleichbedeutend von Fahrzeugen und Kraftfahrzeugen gesprochen, wobei stets Kraftfahrzeuge gemeint sind, also alle Arten von Fahrzeugen, die einen eigenen Antrieb besitzen. Diese können Straßenfahrzeuge sein oder Schienen gebundene Fahrzeuge, oder deren Anhänger. Es kann sich allerdings auch um Wasserfahrzeuge oder Luftfahrzeuge handeln.
  • Zwar ist es bereits bekannt, Wärme in Kraftfahrzeugen insbesondere für die Beheizung des Motors beim Kaltstart zu speichern (z. B. WO 96/31694 A1 ). Dies verkürzt die verschleißrelevante Kaltstartphase, erhöht die Lebensdauer des Motors, verringert den Kraftstoffverbrauch und verbessert den Komfort der Insassen in der kalten Jahreszeit ähnlich einer Standheizung, jedoch ohne den Bedarf zusätzlichen Kraftstoffes. Dafür genügt ein kleiner mit Vakuum sehr gut gedämmter Wärmespeicher, gefüllt mit dem Kühlmedium selbst, oder, zur Erhöhung der Speicherdichte, mit einem Latentwärmespeichermedium, wie es z. B. aus DE 393 12 05 A1 und DE 402 08 60 A1 bekannt ist. Es handelt sich hierbei jedoch erkennbar um eine reine Eigennutzung der Wärme. An eine über das Fahrzeug hinausgehende Nutzung der gespeicherten Wärme in Kraft-Wärme-Kopplung wurde dabei bisher nicht gedacht.
  • Weiterhin ist bereits bekannt, Wärme eines externen Anbieters, die am Anfallort nicht verwendet werden kann und daher entsorgt werden müsste, mittels eines Fahrzeugs zu einem Drittnutzer zu transportieren, wovon die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht. Dabei sind bisher Container mit einem latenten Wärmespeicher oder Kesselwaggons für fühlbare Wärme vorgesehen, um die Wärme vom Anfallort zum Nutzer zu transportieren. Allerdings wird die gespeicherte Wärme weder in dem Kraftfahrzeug, das den Container transportiert, noch in dem dem Kesselwaggon vorgespannten Schienenfahrzeug genutzt oder erzeugt. Außerdem kam es bisher wegen des erhöhten Transportaufwandes nicht zu einer breiten Anwendung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Wärme zwischen zumindest einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug oder dgl., das insbesondere zumindest einen Speicher für latente und/oder fühlbare Wärme aufweist, und zumindest einem Distributionspunkt für Wärme ausgetauscht wird, wobei zumindest ein Teil der Wärme in dem Fahrzeug angefallene Wärme und/oder in dem Fahrzeug zu nutzende Wärme ist, wobei zumindest ein Teil der zu nutzenden Wärme nicht direkt der Fortbewegung dient, sondern diese höchstens begünstigt.
  • Zwingend vorgesehen ist also der Wärmeaustausch zwischen dem Fahrzeug und einem Distributionspunkt für Wärme. Die Wärme kann dann von dem Distributionspunkt bzw. einer den Distributionspunkt versorgenden Einrichtung bereitgestellt und in dem Fahrzeug selbst genutzt werden oder/und von dem Fahrzeug bereitgestellt und in dem Distributionspunkt bzw. einer von dem Distributionspunkt versorgten Einrichtung genutzt werden. Dabei soll bei der Kraft-Wärme-Kopplung im Fahrzeug zumindest ein Teil der Wärme nicht direkt der Fortbewegung dienen, wie es beispielsweise mit Dampfmaschinen oder Stirling-Motoren möglich wäre. Durch dieses neue Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren bestehen einerseits keine Transportprobleme hinsichtlich der Wärme und andererseits wird die Wärme sehr effektiv genutzt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Wärmespeicher des Fahrzeugs gespeist mit Wärme für den Betrieb und/oder mit Wärme aus dem Betrieb des Fahrzeugs, direkt oder indirekt über ein Wärmeträgermedium. Dabei meint Betrieb den allgemeinen Unterhalt des Kraftfahrzeugs und nicht nur dessen Fortbewegung, allerdings kann das Fahrzeug im Betrieb natürlich auch fortbewegt werden. Zweckmäßig kann es sich dann um Wärme für die Temperierung von
    • – elektrischen Akkumulatoren oder Batterien oder anderweitigen Speichern von Fortbewegungsenergie, insbesondere in Form von Wasserstoff, Erdgas, Druckluft oder anderen energiereichen Brennstoffen, Energieträgern, Medien und/oder Hilfsstoffen,
    • – den Antriebsaggregaten des Fahrzeugs selbst, insbesondere aus der Kühlung eines insbesondere elektrischen, elektrochemischen (z. B. einer Brennstoffzelle), hydraulischen, pneumatischen, mechanischen (z. B. ein Schwungrad) und/oder thermischen Antriebs (z. B. Verbrennungsmotor, Gasturbine, Stirling etc.), oder dergleichen, bevorzugt
    • – aus dem Kühlwasser (mit oder ohne Frostschutzmittel), Schmieröl, Verbrennungsluft (z. B. unverdichtet beim Start, verdichtet beim Betrieb) und/oder anderer Arbeits- und Hilfsstoffe und/oder
    • – aus den Abgasen, insbesondere vor dem Katalysator (durch Vorwärmung beim Start) und/oder nach dem Katalysator, mit oder ohne Nutzung der Kondensationswärme (Brennwert/Heizwert),
    • – dem mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antriebsstrang und/oder dem Verteilsystem, dem Steuer- bzw. Regelungssystem oder den Verbrauchern dieser Energie selbst, insbesondere dem Getriebe, den Lagern (z. B. Kugellagern, Wälzlagern etc.), der Leistungselektronik, den Hochspannungskabeln, den Leuchtmitteln etc.,
    • – den mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Bremsen zur beschleunigten Verzögerung des Fahrzeugs, insbesondere Generator-, Druckluft- (u. a. Retarder), Trommel-, Scheiben- und/oder Wasserbremsen, und/oder
    • – der Kabine, dem Fahrgast-, dem Transportraum des Fahrzeugs und/oder den transportierten Gütern selbst (z. B. der Beheizung, Klimatisierung und/oder dem gekühlten/gefrosteten Transport)
    und dgl. handeln. Auf diese Weise wird eine möglichst vollständige Nutzung der Wärme im Zusammenhang mit der Fortbewegung des Kraftfahrzeugs erreicht.
  • Besonders bevorzugt wird die Größe des Wärmespeichers des Fahrzeugs nach der nutzbar gemachten Wärmemenge, also der Wärme und Abwärme, aus dem Betrieb des Fahrzeugs und/oder nach der zu nutzenden Wärmemenge bei dem Betrieb des Fahrzeugs oder der Differenz daraus bemessen. Dabei kann sowohl eine vorherige Bemessung dadurch erfolgen, dass die beispielsweise an einem Tag zu erwartende Wärmemenge bestimmt und die Größe des Wärmespeichers darauf abgestimmt wird. Andererseits kann auch dem Fahrzeug eine durchschnittliche zu erwartende Wärmemenge – die sich aus den geplanten Betriebsbedingungen ergibt – zugeordnet und die Größe des Wärmespeichers darauf abgestimmt werden.
  • Zweckmäßig wird zwischen dem Fahrzeug mit Wärmespeicher und dem zumindest einen Distributionspunkt Wärme vor Fahrtantritt, unterwegs und/oder nach einer Fahrt ausgetauscht. „Unterwegs” meint hierbei, dass eine Unterbrechung der Fahrt des Fahrzeugs, jedoch nicht dessen Abbruch erfolgt.
  • Weiterhin zweckmäßig wird die Größe des Wärmespeichers des Fahrzeugs nach der durchschnittlichen Fahrstrecke des Fahrzeugs bemessen. Auch hierdurch kann eine bedeutende Optimierung erfolgen, da dadurch das im Fahrzeug mitgeführte Gewicht minimal gehalten und somit der Verbrauch minimiert werden. Dabei soll das Fahrzeug mit Wärmespeicher vorzugsweise mindestens 2 km, bevorzugt mindestens 4 km, insbesondere mindestens 6 km zurücklegen.
  • Andererseits ist es zweckmäßig, wenn sich die durchschnittlich zurückgelegte Fahrstrecke des Fahrzeugs nach der maximalen Größe des Wärmespeichers des Fahrzeugs richtet. Dabei soll das Fahrzeug mit Wärmespeicher vorzugsweise bis zu einem Distributionspunkt für Wärme höchstens 100 km, bevorzugt höchstens 80 km, insbesondere höchstens 60 km zurücklegen.
  • Insbesondere falls das Fahrzeug längere Strecken zurücklegt, sollte das Fahrzeug zwischen mindestens zwei Distributionspunkten verkehren und mit einem jeden Distributionspunkt Wärme austauschen. So verbleibt keine überschüssige Wärme im Fahrzeug oder bleibt durch Kühlung ungenutzt, sondern alle Wärme kann Distributionspunkten zugeführt werden.
  • Der Austausch der Wärme erfolgt bevorzugt besonders einfach dadurch, dass zwischen dem Fahrzeug und dem Distributionspunkt ein Wärmeträgermedium zumindest teilweise direkt ausgetauscht wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmeaustausch auch dadurch erfolgen, dass die Wärme zwischen dem Fahrzeug und dem Distributionspunkt über zumindest einen Wärmeübertrager ausgetauscht wird, wobei der Wärmeübertrager bevorzugt außerhalb des Fahrzeugs angeordnet wird.
  • Wenn der Wärmespeicher des Fahrzeugs und/oder ein Wärmespeicher des Distributionspunktes zumindest teilweise austauschbar ausgebildet sind, lässt sich zum einen die Größe variabel gestalten und der jeweils erwarteten Wärmemenge anpassen. Desweiteren kann beim Wärmeaustausch auch einfach ein Austausch des Wärmespeichers erfolgen.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in dem Wärmespeicher des Fahrzeugs Kälte für den Betrieb des Fahrzeugs (z. B. für die Klimatisierung des Fahrzeugs im Betrieb) gespeichert wird und diese Kälte durch im Betrieb des Fahrzeugs erzeugte Wärme, insbesondere Wärme eines Verbrennungsprozesses und/oder der Bremsen, zumindest teilweise ersetzt wird. Auf diese Weise ist der Wärmespeicher besonders effektiv einsetzbar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass Wärme zwischen dem Fahrzeug, bevorzugt dem Wärmespeicher des Fahrzeugs, über den Distributionspunkt zumindest mit einer fahrzeugunabhängigen externen Wärmesenke, bevorzugt mit einem Heiz-, Warmwasserbereitungs- oder Klimatisierungssystem, einer (Erd)gasentspannung, insbesondere von Hochdruck(erd)gasbetankungsanlagen, oder mit zumindest einem anderen Fahrzeug mit Wärmespeicher ausgetauscht wird. Dadurch wird die im Fahrzeug angefallene Wärme bevorzugt einer direkten Nutzung zugeführt, was den Wirkungsgrad erhöht. Eine Zwischenspeicherung der Wärme am Distributionspunkt in einem Zeit- und/oder saisonalen Wärmespeicher, insbesondere einem Erdwärmespeicher oder dgl. kann dadurch umgangen werden, ist allerdings dennoch zusätzlich möglich, beispielsweise für eine zeitlich versetzte Nutzung der Wärme.
  • Sehr vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Distributionspunkt Wärme von zumindest einer fahrzeugunabhängigen externen Quelle, bevorzugt von Gasverdichtern, insbesondere von Hochdruck(erd)gasbetankungsanlagen, von Industriebetrieben, Solaranlagen, Zeit- und/oder saisonalen Wärmespeichern, insbesondere einem Erdwärmespeicher oder dgl., oder von einem oder mehreren Fahrzeugen mit Wärmespeicher für Fahrzeuge mit Wärmespeicher vorrätig hält. Dann stellt der Distributionspunkt eine Art Tankstelle für den Wärmebedarf von Fahrzeugen beispielsweise für deren Klimatisierung dar, die von externen Quellen gespeist wird, die ein großes Wärmeaufkommen aufweisen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Distributionspunkt Wärme (oder Kälte) für zumindest ein Fahrzeug mit Wärmespeicher zur Verfügung stellen, insbesondere mittels Wärme von zumindest einem Fahrzeug und/oder einer fahrzeugunabhängigen, von externer Quelle getriebenen Kältemaschine oder Wärmepumpe.
  • Zweckmäßig ist es vorgesehen, dass der Wärmespeicher des Fahrzeugs hinsichtlich der Wärmespeichermenge variabel gehalten wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass neben der Wärme (bei einem Austausch über einen Wärmeübertrager) und/oder dem Wärmeträgermedium auch Elektroenergie, Signale, Informationen, Brennstoff, Energieträger, Hilfsmedien, Abgas- und/oder Zuluftkondensat und/oder dgl. zwischen dem Fahrzeug und dem Distributionspunkt ausgetauscht werden. Dann lässt sich der Wärmeaustausch zeitlich sehr effektiv verwirklichen.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Antriebsaggregat des Fahrzeugs insbesondere im Stillstand als Blockheizkraftwerk betrieben wird, insbesondere wenn die gespeicherte Wärmemenge für externe Prozesse nicht ausreichen sollte. (Erd)gas aus dem örtlichen Gasnetz ist hierfür ein besonders geeigneter Brennstoff.
  • Zweckmäßig wird ein Teil der Wärmemenge der Verbesserung des Kaltstartverhaltens des Fahrzeugs zugewiesen. Dadurch wird der Verbrauch des Fahrzeugs im Betrieb gesenkt. Der Nutzen kann bis zu 0,5 Ltr./100 km betragen, was höher wäre, als die dafür zugewiesene Wärmeenergie.
  • Eine andere Verbesserung sieht vor, dass bei oder nach einer Außerbetriebnahme des Fahrzeugs zuerst die in dem Fahrzeug gespeicherte Restwärme, insbesondere Wärme der Antriebsaggregate, wie Motor, Getriebe und dgl., und/oder Wärme der Wärmeübertrager, bevorzugt der Wärmeübertrager in Heizung, Wasserbremse, Abgaskühler und dgl., und danach erst die in den fahrzeuginternen Wärmespeichern gesammelte Wärme an eine externe Wärmesenke abgeführt wird.
  • Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die konditionierte Luft am Austritt aus dem Fahrgastraum im Wesentlichen wieder in den Urzustand versetzt wird, wobei indirekt mit einem Wärmeübertrager (also einem Rekuperator) unmittelbar oder in einem Verbundsystem mittelbar, oder mit einem oder mehreren Regeneratoren direkt Wärme (oder Kälte) an die Zuluft weitestgehend übertragen und/oder zeitweilig in den Wärmespeicher eingelagert wird.
  • Alle Merkmale des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Verfahrens lassen sich natürlich kombinieren.
  • Selbständiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße System für die Kraft-Wärme-Kopplung, insbesondere für das Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend zumindest ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug oder dgl., das bevorzugt zumindest einen Speicher für latente und/oder fühlbare Wärme aufweist, und zumindest einen Distributionspunkt für Wärme, wobei das Fahrzeug mit dem Distributionspunkt zumindest zum teilweisen Austausch von in dem Fahrzeug angefallener Wärme und/oder in dem Fahrzeug zu nutzender Wärme verbindbar ist, wobei zumindest ein Teil der zu nutzenden Wärme nicht direkt der Fortbewegung dient, wobei zur Verbindung miteinander koppelbare fahrzeug- und distributionspunktseitige Anschlüsse vorgesehen sind.
  • Bevorzugt ist der Speicher angepasst, zumindest einen Teil der im Fahrzeug anfallenden Wärme und/oder der im Fahrzeug nicht direkt für die Fortbewegung zu nutzenden Wärme und/oder der Differenz daraus zu speichern.
  • Besonders vorteilhaft ist der Distributionspunkt ein Gebäude, eine Einrichtung, ein anderes Fahrzeug oder dgl., wobei der Distributionspunkt insbesondere ein Wohngebäude, ein Geschäfts- oder Verwaltungsgebäude, ein Industriebetrieb, eine Garage, insbesondere eine Tiefgarage oder ein Parkhaus, ein Parkplatz, eine Tankstelle oder dgl. ist. Dann lassen sich das erfindungsgemäße Verfahren und System besonders einfach in bestehende Verkehrskonzepte einbinden.
  • Vorzugsweise weist der Distributionspunkt zumindest eine Ersatzwärmequelle auf. Dann kann Wärme auch dann an Fahrzeuge abgegeben werden, wenn diese nicht in ausreichender Menge von Fahrzeugen bereitgestellt wird.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Distributionspunkt zumindest einen Wärmespeicher, insbesondere einen ober- oder unterirdischen, insbesondere einen Behälter- und/oder einen Erdwärmespeicher auf.
  • Zweckmäßig sind der Wärmespeicher des Fahrzeugs und/oder der Wärmespeicher des Distributionspunktes zumindest teilweise austauschbar ausgebildet.
  • Außerdem weist der Distributionspunkt in einer besonderen Ausgestaltung zumindest eine Kältemaschine oder eine Wärmepumpe auf.
  • Um ohne Frostschutzmittel auszukommen, sind der Wärmespeicher, die Wärmeträgermedienleitungen und/oder die Wärmeübertrager etc. frostsicher ausgebildet.
  • Alle Merkmale des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems lassen sich natürlich kombinieren.
  • Weiterhin wird selbständiger Schutz für das erfindungsgemäße Anschlusssystem für das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungs-System beansprucht, wobei der fahrzeug- und/oder der distributionspunktseitige Anschluss an einem Doppelschlauch angeordnet sind, wobei der Doppelschlauch bevorzugt wärmeisoliert ausgebildet ist und insbesondere eine parallele oder koaxiale Bauweise aufweist. Dadurch können Wärmeverluste beim Wärmeaustausch minimiert werden.
  • Zusätzlicher Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Anschlusssystem für das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungs-System, wobei der fahrzeug- und der distributionspunktseitige Anschluss steckbar koppelbar ausgebildet sind, wobei bevorzugt die Kupplung gegenüber einer unbeabsichtigten Trennung der Anschlüsse mit einer Sicherung versehen ist und bevorzugt als flüssigkeitsdichte, insbesondere als hermetisch dichte Kupplung ausgebildet ist. Dadurch lassen sich die Anschlüsse besonders einfach und sicher verbinden.
  • Weiterer selbständiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Anschlusssystem für das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungs-System, wobei die Kupplung mit der Startanlage, wie Zündung und dgl., des Fahrzeugs in Verbindung steht und so ausgebildet ist, dass im eingekoppelten Zustand der Anschlüsse ein Starten des Fahrzeugs verhindert ist. Hierdurch wird die Sicherheit zusätzlich erhöht.
  • Die vorgenannten erfindungsgemäßen Anschlusssysteme lassen sich in ihren Merkmalen natürlich kombinieren, so dass sich weitere Verbesserungen ergeben.
  • Außerdem wird selbständiger Schutz beansprucht für das erfindungsgemäße Fahrzeug für das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungs-System und/oder das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das Fahrzeug bevorzugt mindestens einen Speicher für latente und/oder fühlbare Wärme aufweist. Dieses erfindungsgemäße Fahrzeug weist einen fahrzeugseitigen Anschluss zum Austausch zumindest von einem Teil von im Fahrzeug anfallender Wärme und/oder im Fahrzeug zu nutzender Wärme mit einem Distributionspunkt auf, wobei zumindest ein Teil der zu nutzenden Wärme nicht direkt der Fortbewegung dient, sondern diese höchstens begünstigt.
  • Vorteilhaft ist der Speicher angepasst, zumindest einen Teil der im Fahrzeug anfallenden Wärme und/oder der im Fahrzeug zu nutzenden Wärme und/oder der Differenz daraus zu speichern.
  • Besonders zweckmäßig steht der Wärmespeicher des Fahrzeugs in Wärme kommunizierender Verbindung mit
    • – elektrischen Akkumulatoren bzw. Batterien oder anderweitigen Speichern von Fortbewegungsenergie, insbesondere in Form von Wasserstoff, Erdgas, Druckluft oder anderen energiereichen Brennstoffen, Energieträgern, Medien und/oder Hilfsstoffen,
    • – dem Antriebsaggregat des Fahrzeugs selbst, bevorzugt einem elektrischen, elektrochemischen (z. B. einer Brennstoffzelle), hydraulischen, pneumatischen, mechanischen (z. B. einem Schwungrad) und/oder thermischen Antrieb (z. B. Verbrennungsmotor, Gasturbine, Stirling etc.), oder dergleichen, insbesondere
    • – dem Kühlwasser (mit oder ohne Frostschutzmittel), dem Schmieröl, der Verbrennungsluft (z. B. unverdichtet beim Start, verdichtet beim Betrieb) und/oder anderen Arbeits- und Hilfsstoffen und/oder
    • – den Abgasen, insbesondere vor dem Katalysator (z. B. durch Vorwärmung beim Start) und/oder nach dem Katalysator, mit oder ohne Nutzung der Kondensationswärme (Brennwert/Heizwert),
    • – dem mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antriebsstrang und/oder dem Verteilsystem, den Steuer- bzw. Regelungssystemen oder den Verbrauchern dieser Energie selbst, insbesondere dem Getriebe, den Lagern (z. B. Kugellagern, Wälzlagern etc.), der Leistungselektronik, den Hochspannungskabeln, den Leuchtmitteln etc.,
    • – den mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Bremsen zur beschleunigten Verzögerung des Fahrzeugs, insbesondere Generator-, Druckluft- (u. a. Retarder), Trommel-, Scheiben- und/oder Wasserbremsen, und/oder
    • – der Kabine, dem Fahrgast-, dem Transportraum des Fahrzeugs und/oder den transportierten Gütern selbst (für die Beheizung, Klimatisierung und/oder den gekühlten/gefrosteten Transport)
    und dgl.
  • Bevorzugt ist das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug. Bei diesem wird aufgrund des Fehlens von anfallender Verbrennungswärme für eine gesonderte Wärmeversorgung für die Klimatisierung ohne die Nutzung der wertvollen Exergie gesorgt.
  • Besonders wünschenswert ist es, wenn der fahrzeugseitige Anschluss gemeinsam mit einem Anschluss für Elektroenergie, Signale, Informationen, Brennstoff, Energieträger, Hilfsmedien, Abgas- und/oder Zuluftkondensat oder dgl. unter einem gemeinsamen Abdeckelement, insbesondere einem Tank- oder Servicedeckel, angeordnet ist. Dann kann mit der Wärme zugleich auch ein weiterer Austausch, beispielsweise über einen gemeinsamen genormten Anschluss erfolgen, so dass der Nutzer nur einen einzigen Anschluss betätigen muss.
  • Zweckmäßig weist das erfindungsgemäße Fahrzeug und/oder der Distributionspunkt des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems wenigstens eine Wärmesenke auf, wobei die Wärmesenke bevorzugt ein Heiz-, Warmwasserbereitungs- oder Klimatisierungssystem, eine (Erd)gasentspannung, insbesondere von Hochdruck(erd)gasbetankungsanlagen, ein Zeit- und/oder saisonaler Wärmespeicher, insbesondere ein Erdwärmespeicher oder dgl. oder zumindest ein anderes Fahrzeug mit Wärmespeicher ist.
  • Schließlich wird selbständiger Schutz beansprucht für den erfindungsgemäßen Wärmespeicher für das erfindungsgemäße Fahrzeug und/oder das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungs-System, wobei der Wärmespeicher des Fahrzeugs und/oder des Distributionspunktes Schichtleiteinrichtungen für das Wärmeträgermedium aufweist wobei die Schichtleiteinrichtungen bevorzugt einen das Wärmespeichervolumen zumindest teilweise ausfüllenden offenporigen Körper, insbesondere schwammartigen Körper insbesondere niedriger Wärmeleitfähigkeit, aufweist..
  • Weiterer selbständiger Schutz wird beansprucht für den erfindungsgemäßen Wärmespeicher für das erfindungsgemäße Fahrzeug und/oder das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungs-System, wobei der Wärmespeicher des Fahrzeugs und/oder des Distributionspunktes modular aufgebaut ist und mindestens zwei Speicherpatronen aufweist. In dieser Ausgestaltung können die Speicherpatronen natürlich vorteilhaft auch Schichtleiteinrichtungen aufweisen.
  • Vorteilhaft kann bei dem modularen Aufbau vorgesehen sein, dass die Speicherpatronen untereinander über Steckverbindungen verbindbar sind. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn die Speicherpatronen in ein oder mehreren insbesondere stapelbaren Speicherpatronenbehältern anordenbar sind.
  • Für den modularen Aufbau hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Speicherpatronen bzgl. des Flusses des Wärmeträgermediums in Reihe und/oder parallel nach Tichelmann verschaltet sind.
  • Der erfindungsgemäße Wärmespeicher weist bevorzugt eine frostsichere Ausführung auf.
  • Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Wärmespeicher so ausgebildet, dass zumindest ein Teil der Wärme über Veränderungen der chemischen Bindungen des Wärmeträgers speicherbar ist.
  • Auch ist es besonders vorteilhaft, wenn der Wärmespeicher so ausgebildet ist, dass ein Wärmeträgermedium mit Beimengungen in gekapselter Form, insbesondere mit Eiskristallen, PCM-Modulen oder dgl.. anreicherbar ist.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Wärmespeicher in Bezug auf das Wärmespeichervolumen weniger Wärmespeichermedium enthält und das verbleibende Volumen insbesondere durch ein druckloses oder unter Druck stehendes gasförmiges Medium ausgefüllt ist.
  • Ferner kann in den Wärmespeicherpatronen zumindest eine Zwischenwand, insbesondere eine Membran oder dgl., vorgesehen sein, die das Wärmespeichervolumen unterteilt, wobei bevorzugt ein abgeteilter Teil des Wärmespeichervolumens mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist.
  • Schließlich kann der Wärmespeicher vorteilhaft angepasst sein, Kondensat aus dem Abgas oder der Zuluft des Fahrzeugs als Wärmeträgermedium aufzunehmen.
  • Im Folgenden wird nun die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplung anhand detaillierter Darstellungen verdeutlicht, wobei es vor allem um Fragen der detaillierten Umsetzung, die die Erfindung allerdings nicht beschränkt, und der Wirtschaftlichkeit geht.
  • Für die Sammlung der bei dem üblichen Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor entstehenden Wärme auf den in der Praxis meist anzutreffenden Kurzstrecken sind vergleichsweise kleine Speichergrößen erforderlich. Die Wärme kann auf einem relativ hohen Temperaturniveau von ca. 90°C oder auch darüber über längere Zeit gespeichert werden, was es problemlos mit verfügbaren Technologien möglich macht, im täglichen Leben erforderliche Niedertemperaturprozesse wie z. B. die Heizung, Warmwasserbereitung und Klimatisierung von Gebäuden usw. zu betreiben.
  • In dieser Betriebsart der vorliegenden Erfindung, wenn die bei der Fortbewegung des Kraftfahrzeugs anfallende Wärme zur Nutzung durch einen Dritten verwendet wird, handelt es sich also um eine Kraft-Wärme-Kopplung. Alternativ kann der Antrieb auch ohne Fortbewegung des Fahrzeugs betrieben werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug im Stillstand als Blockheizkraftwerk betrieben werden, wobei dann aufgrund der Erzeugung von Elektroenergie ebenfalls eine Kraft-Wärme-Kopplung vorliegt.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösungen einer solchen Form der örtlich und zeitlich getrennten Speicher-gebundenen Kraft-Wärme-Kopplung sind die volkswirtschaftlich erzielbaren Energieeinsparungen von bis zu ca. 40% gegenüber getrennten Prozessen, ein bedeutender Anstieg des Kraftstoffnutzungsgrades im Kraftfahrzeug mit Ottomotor von derzeit nur ca. 26%, und des Energienutzungsgrades von maximal ca. 54% bei getrennter Umwandlung der Energieträger in Fortbewegungs- und Wärmeenergie, auf bis zu ca. 90% (bei Brennwertnutzung aus den Abgasen) bei gekoppelter Nutzung, sowie die entsprechende Verringerung oder Eliminierung intern wie extern erforderlicher Komponenten wie Autokühler, Heizkessel, Wärmespeicher, Wärmeübertrager etc., der damit verbundenen Wärmeverluste, klimarelevanten Emissionen etc.
  • Bei in Deutschland zu ca. 50% üblichen Fahrstrecken von maximal 6 km (Quelle: Mobilität in Deutschland 2002; www.kontiv2002.de) fällt in verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen relativ wenig Wärme für eine Wärmespeicherung für externe Prozesse an. Hier wird sich voraussichtlich vorrangig die Elektromobilität durchsetzen.
  • Bei Entfernungen von 6 bis 15 km sind je nach Wärmenutzungsgrad und Verbrennungsverfahren im Kraftfahrzeug zwischen 7 und 16 handelsübliche Wärmespeicherpatronen in Form von Thermoskannen ähnlichen Behältern mit einem Inhalt von ca. 5,2 kg und einem Wärmeinhalt von ca. 600 Wh bei einer Spreizung von –20°C auf 90°C erforderlich, um die anfallende Wärme vollständig aufzunehmen. Hier werden ca. 24% der täglichen Wegstrecken mit dem motorisierten Individualverkehr (MIV) zurückgelegt.
  • Bei den statistisch ca. 26% über 15 km Entfernung hinaus anfallenden Fahrten kann – je nach Wärmenutzungsgrad und Verbrennungsverfahren im Kraftfahrzeug – bis ca. 60 km Entfernung sämtliche anfallende Wärme in bis zu ca. 25 serienmäßigen Wärmespeicherpatronen sinnvoll gespeichert und genutzt werden.
  • Mit den Wegstrecken zwischen 6 und 60 km Entfernung können somit über 45% der täglich allein mit dem MIV anfallenden Wegstrecken wirtschaftlich für eine Kraft-Wärme-Kopplung im Kraftfahrzeug zugänglich gemacht werden. Dies entspricht über 735.437.000 km/d. Dabei entsteht eine Energieeinsparung von ca. 16 bis 40%, der Energienutzungsgrad erreicht 65 bis 90%. Der für die Fortbewegung erforderliche Brennstoffverbrauch sinkt auf 70 bis 39%. So können täglich maximal knapp 259.900 MWh/d an Energie eingespart werden. Bei einer Nutzung an ca. 200 Tagen im Jahr wären somit in Deutschland maximal ca. 51,9 Mrd. kWh/a entspr. 6,38 Mio. t SKE/a an Brennstoff oder 5,18 Mrd. m3/a an (Erd)gas allein mit der Kraft-Wärme-Kopplung im MIV einzusparen. Dies entspricht etwa 8,5% der im Jahr 2007 in deutschen Haushalten verbrauchten Energie (Energieflussbild 2007 für die Bundesrepublik Deutschland; Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen AGEB), bzw. ca. 50% der für die Warmwasserbereitung normengerecht erforderlichen Wärme (18 kWh/m2a; ohne Zirkulationsverluste). Damit wäre die Energieeinsparung mit der Kraft-Wärme-Kopplung im MIV z. B. um ca. das 9,8 fache höher, als die mit der Solarthermie im Jahr 2008 in Deutschland erreichte Substitution herkömmlicher Energieträger (Bund Erneuerbare Energie e. V.; Pressemitteilung 01/09; www.bee-ev.de). Geht man davon aus, dass mit der Wärme im Wesentlichen (Erd)gas als bevorzugter Energieträger im Neubau verdrängt wird, so entsteht eine maximale Minderung der CO2-Emissionen um ca. 11,5 Mio. t CO2/a.
  • Um hier eine optimale Anpassung an die Wegstrecken zu erreichen, wird die im Kraftfahrzeug zu installierende Wärmespeichergröße nach der durchschnittlichen Fahrstrecke des jeweiligen Fahrzeugs und dem Umfang der Auskopplung der anfallenden Wärme bemessen. Die Wärmenutzung kann durch Zirkulation des in den Wärmespeichern befindlichen Wärmeträgermediums mit im Fahrzeug oder extern befindlichen Zirkulationspumpen direkt oder über Wärmeübertrager und die Wärmeabgabe an geeignete Wärmesenken wie die Heiz-, Warmwasserbereitungs- oder Klimatisierungssysteme von Gebäuden wie dem Wohnhaus oder Arbeitsort des Kraftfahrzeugführers selbst oder dritter Wärmeverbraucher erfolgen. Dazu wird zwischen der Wärmesenke und dem im Kraftfahrzeug befindlichen Wärmespeicher temporär eine wärmegedämmte vorzugsweise steckbar koppelbare Doppelschlauchverbindung gespannt.
  • Um über eine Entfernung von 60 km hinaus mit Wärmespeichern auf sensibler Funktionsweise sämtliche anfallende Wärme wirtschaftlich auffangen zu können, sind bereits unterwegs Wärmesenken zu bedienen. Hierfür ist es erforderlich, Wärmeentladungsstellen (Distributionspunkte) zu schaffen, vorzugsweise z. B. an vorhandenen Tank- und/oder Raststellen oder an anderen öffentlich zugänglichen Orten, wo ggf. gegen Entgelt die bereits gespeicherte Wärme übernommen wird. Bei Entgeltzahlung für die abgelieferte Wärme können die Brennstoffkosten in gleicher Höhe gesenkt werden.
  • Die Wärmeabgabe kann in kürzester Zeit durch Abkühlung des Speichermediums über interne oder externe Wärmeübertrager, oder einfacher durch direkten Austausch des warmen Wärmeträgermediums gegen kaltes erfolgen. Die Wärmeentladungsstellen können dann die übernommene Wärme sinnvoll direkt selbst nutzen oder an Dritte abgeben. Das neue Wärmeangebot können z. B. die Fahrzeugführer nutzen, die an diesem Tag gerade nicht die erforderliche Wegstrecke zurückgelegt haben, um die eigenen Wärmespeicher vollständig zu laden.
  • Die Distribution von Wärme an Tankstellen ermöglicht weiterhin die Abgabe von Wärme an Dritte, die an der Tankstelle oder in deren Umgebung angefallen ist, z. B. in Form von Wärme an Gasverdichtern von Hochdruck(erd)gasbetankungsanlagen, aus in der Nähe befindlichen Industriebetrieben, von Solaranlagen auf dem Tankstellendach etc.
  • Desweiteren können Elektrofahrzeuge ihren Bedarf an Heizwärme für die eigene Fahrgastraumbeheizung oder externen Verbrauch an Tankstellen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor übernehmen und in ebensolche fahrzeuginternen Wärmespeicher tanken.
  • Auch kann der fahrzeuginterne Wärmespeicher im Sommer auch als Kältespeicher für die Klimatisierung des Fahrgastraums oder für externen Verbrauch genutzt werden. Dies kommt wiederum Elektrofahrzeugen besonders zugute, da die Klimatisierung des Fahrgastraums die Kapazität des elektrischen Akkumulators schmälern und die überbrückbare Wegstrecke weiter beschränken würde. An den Tankstellen kann mittels der aufgekauften Wärme zentralisiert Kälte produziert und abgegeben werden, z. B. mit Absorptions- oder Adsorptionswärmepumpen. Im Kraftfahrzeug entfallen auf diese Weise die individuelle Klimaanlage, die damit verbundenen Kosten für Anschaffung, Betrieb und Wartung, die Emission von Kältemitteln in die Umwelt etc. Diese Art der Klimatisierung ist natürlich auch für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren nutzbar.
  • Die Distribution von Kälte ermöglicht ebenso die Abgabe von Kalte, die an der Tankstelle oder in deren Umgebung angefallen ist, z. B. in Form von (Ab)kälte aus der (Erd)gasentspannung an Hochdruck(erd)gasbetankungsanlagen, aus in der Nähe befindlichen Industriebetrieben, von saisonalen Kältespeichern oder Erdbohrungen auf dem Tankstellengelände etc.
  • Da Wärme wegen der Dissipation in die Umwelt nicht unbegrenzt gelagert werden kann und das Temperaturniveau des Wärmeträgers sich beständig dem der Umgebung annähert, ist möglichst für eine unmittelbare Nutzung zu sorgen. Analoges gilt für die gespeicherte Kälte. Ist dies nicht möglich, so kann über eine latente Speicherung eine längere Zeit ohne Temperaturabsenkung überbrückt werden. So ist die Kältespeicherung mittels Eis aus Wasser oder anderen Medien seit langem üblich. Auch Wärme wird mit Latentwärmespeichermedien auf festen Temperaturniveaus eingespeichert, gelagert und wieder freigegeben. Chemische Speicher ermöglichen die verlustfreie Speicherung von Wärme. Es besteht die Möglichkeit, die latent oder chemisch gebundene Energie dem Wärmeträgermedium in gekapselter Form beizugeben. Damit bleibt der Wärmeträger bei höherer Wärmekapazität pumpbar. Ein Beispiel hierfür ist flüssiger Eisbrei.
  • Beispiele der Kraft-Wärme-Kopplung in Kraftfahrzeugen und deren Wirtschaftlichkeit
  • Bei
    • – einer in Deutschland durchschnittlichen täglichen Wegstrecke von ca. 15 km mit dem MIV (Mobilität in Deutschland 2002; www.kontiv2002.de),
    • – einem Kraftfahrzeug mit Ottomotor mit einem durchschnittlichen Verbrauch in Höhe von ca. 7 Ltr./100 km,
    • – der Nutzung von 100% der Wärme des Kühlwassers, des Schmieröls und des Abgases (Heizwert-bezogen),
    • – einer Benutzung des Kraftfahrzeugs an ca. 200 Tagen im Jahr,
    • – einem Benzinpreis von ca. 1,54 Euro/Ltr., entspr. ca. 0,17 Euro/kWh,
    • – einem Mehrpreis der zusätzlichen Ausrüstungen im Kraftfahrzeug wie den 13 Wärmespeicherpatronen in Höhe von ca. 530,- EUR,
    • – wird eine Rückflussdauer einer Anlage zur Wärmespeicherung im Kraftfahrzeug von ca. 3,2 Jahren entspr. einer Gesamtfahrstrecke von ca. 9.800 km möglich.
  • Mit den ca. 1.000 kWh nutzbar gemachter Wärme jährlich lässt sich ein durchschnittliches Wohnhaus mit einer Wohnfläche von ca. 102 m2 normgerecht mit Warmwasser versorgen (18 kWh/m2a; ohne Zirkulationsverluste). Dies entspricht ca. 129 Ltr./d Warmwasser mit 10/45°C (Kalt-/Warmwassertemperatur) täglich.
  • Die Energieeinsparung gegenüber der getrennten Energieumwandlung im Kraftfahrzeug und in einem Heizkessel mit ca. 90% Nutzungsgrad beträgt ca. 32,3%, der Gesamtenergienutzungsgrad steigt um ca. 26%, von ca. 54% auf ca. 80% (Heizwert- Nutzung aus den Abgasen), der für die Fortbewegung erforderliche Benzinverbrauch sinkt um ca. 50% auf ca. 3,5 Ltr./100 km, das Gewicht der zusätzlichen Ausrüstungen im Kraftfahrzeug beträgt ca. 87 kg entspr. ca. 66 Litern Wärmeträgermedium, und der für den Transport der zusätzlichen Masse entstehende Mehrverbrauch in Höhe von ca. 1,7% wurde bei den Betrachtungen berücksichtigt.
  • Bei einem Kraftfahrzeug mit Dieselmotor mit einem durchschnittlichen Brennstoffverbrauch von ca. 5,3 Ltr./100 km müssen täglich ca. 19,5 km zurückgelegt werden, um denselben Wärmespeicher aus 13 Patronen vollständig mit Wärme aus Kühlwasser, Schmieröl und Abgas (Heizwert-bezogen) zu befüllen. Der für die Fortbewegung erforderliche Brennstoffverbrauch sinkt um ca. 53% auf ca. 2,8 Ltr./100 km. Die Rückflussdauer einer Anlage zur Wärmespeicherung steigt geringfügig auf ca. 3,6 Jahre.
  • Die kürzeste Rückflussdauer von ca. 2,5 bzw. 2,8 Jahren und damit ein wirtschaftliches Optimum werden bei ca. 25 Wärmespeicherpatronen und einer Fahrstrecke von 28,6 bzw. 36,1 km/d erreicht. Eine kürzere Wegstrecke zur Befüllung derselben Wärmespeichergröße wird möglich, wenn nicht nur die heizwertbezogene Wärme der Abgase genutzt wird, sondern auch der Brennwert. Gelingt es nicht, die entstehende Wärme zu 100% aufzufangen, sondern entstehen größere Verluste in die Umwelt, so wirkt sich dies erhöhend auf die erforderliche Wegstrecke zur vollständigen Befüllung der Wärmespeicherpatronen aus. Gleiches gilt im Winter, wo eine nicht unbedeutende Wärmemenge bereits für die Beheizung des Fahrgastraumes erforderlich wird.
  • An den Tagen, an denen das Kraftfahrzeug weniger genutzt wird oder steht – in dem angeführten Beispiel an 165 Tagen im Jahr, ist eine Ersatzwärmequelle (im Haus oder an der Tankstelle) erforderlich. Dies kann umgangen werden, wenn die Warmwassernutzung dem Betrieb des Kraftfahrzeuges weitestgehend angepasst wird (oder ggf. auch umgekehrt), man also zu diesbezüglichen Kompromissen in der Lage und bereit ist.
  • Ebenfalls besteht die Möglichkeit, das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs an diesen Tagen als Blockheizkraftwerk zu betreiben (d. h. dass das Fahrzeug zwar nicht gefahren wird, der Antriebsstrang jedoch als Elektro- und Wärmegenerator in der Garage sinnvoll betrieben wird, wobei man zwar keine Fahrstrecke zurückgelegt hat, aber die in Kraft- Wärme-Kopplung genutzte Energie und damit der Gesamtenergienutzungsgrad weiter steigen), also mit diesem Elektroenergie zu erzeugen, diese selbst zu verbrauchen, in einen Akkumulator oder ggf. in ein Niederspannungsnetz einzuspeisen und die freiwerdende Wärme im zugeordneten Haushalt zu nutzen. Die besten Voraussetzungen hierfür bieten (Voll-)Hybridfahrzeuge.
  • In der Zeit der Abwesenheit des Fahrzeugs von dem mit Wärme zu versorgenden Haushalt kann dieser – sofern erforderlich – aus einem Zwischenspeicher bedient werden. In diesen wird die Wärme aus dem Kraftfahrzeug eingespeist, indirekt über einen Wärmeübertrager oder besser direkt durch den Austausch des Wärmeträgers. Wenn der Zwischenspeicher in seiner Kapazität größer ausgelegt wird, als der im Kraftfahrzeug enthaltene Speicher, so kann die in der Woche ggf. nicht genutzte Wärme in Form der in dem betrachteten Beispiel maximal bereitstehenden ca. 645 Ltr. warmen Wassers für das Wochenende aufgespart werden.
  • Bei täglich stark schwankenden zurückzulegenden Wegstrecken besteht die Möglichkeit, den Wärmeträger-Inhalt des Wärmespeichers oder aber die Anzahl der im Fahrzeug platzierten Wärmespeicherpatronen zu ändern. Hierfür können die Wärmespeicherpatronen in leichte, stabile, gut handhabbare und bei Bedarf stapelbare Flaschenkästen integriert und mit Steckverbindungen untereinander verbunden werden. Diese Flaschenkästen werden dann bevorzugt im Kofferraum oder unter dem Fahrzeugboden platziert und fixiert. Wenn einmal dieser Platz für anderweitiges Gepäck benötigt wird, z. B. für sperrige Güter oder bei einer Urlaubsreise, können die Wärmespeicherpatronen zeitweilig entfernt und eingelagert werden.
  • Eine andere Möglichkeit der bedarfsgerechten Anpassung der speicherbaren Wärmemenge besteht in der Anpassung des Wärmespeicherinhalts bei konstantem Wärmespeichervolumen. So kann das Wärmespeichermedium bedarfsgerecht getankt oder abgelassen werden. Der freie Raum im Wärmespeicher wird zum Beispiel durch drucklose oder unter Druck stehende Luft ersetzt.
  • Die Wärmespeicher können auch als Membrangefäße ausgeführt sein. Die Membran teilt das Gefäß in zwei Bereiche, wobei der eine mit Wärmespeichermedium, der andere mit einem Gas wie Luft, Stickstoff oder ähnlichem gefüllt ist. Je nach Füllungsstand variiert der Druck im gasförmigen Medium. Auf diese Art werden nun auch die Ausdehnung des Wärmespeichermediums bei der Erwärmung und die Kontraktion bei der Abkühlung kompensiert.
  • Eine weitere sehr effiziente Möglichkeit der Befüllung des Wärmespeichers mit Wärmespeichermedium während der Fahrt besteht in der Aufnahme von bei der Brennwertnutzung aus dem Abgas frei werdendem Kondensat in einen gesonderten Behälter oder direkt in den Wärmespeicher. So wird die Umwelt gleichzeitig vor dem leicht saueren Kondensat geschützt. Das Kondensat kann noch im Fahrzeug oder später im Distributionspunkt selbst oder in dem an diesen angeschlossenen Kanalisationssystem in der Mischung mit basischen Medien neutralisiert werden.
  • Die Wärme wird dem Speicher im Kraftfahrzeug entnommen, indem ein leichter isolierter Doppelschlauch in paralleler oder koaxialer Bauweise mit einer Sicherheits-Kupplung an ein am Kraftfahrzeug vorhandenes Gegenstück gekoppelt wird. Diese Kupplung wird optimal unter dem Tankdeckel angeordnet. Beim Einkuppeln entsteht eine tropfenfreie hermetische Verbindung, über die kein Wärmeträger in die Umwelt und keine Luft in das geschlossene Flüssigkeitssystem gelangt. Eine möglichst internationale Standardisierung der Kupplungen, Wärmespeicher, Flaschenkästen etc. ist anzustreben. Dann können die Wärmespeicher in verschiedenen Fahrzeugen eingesetzt und auch später bzw. alternativ nachgenutzt werden. Um ein versehentliches Abfahren ohne Trennung der Kupplung zu verhindern, sollte sich an der Steckdose ein Kontakt befinden, der z. B. die Zündung im verbundenen Zustand unterbricht.
  • Neben den medienführenden Schläuchen kann die Kupplung auch eine Steckdose für parallel geführte elektrische Kabel enthalten, um Signale und/oder elektrische Spannung aus und in das Kraftfahrzeug zu leiten. So kann die im Akkumulator gespeicherte in Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte elektrische Energie z. B. auch zum Antrieb der erforderlichen Umwälzpumpe für das Wärmeträgermedium genutzt werden. Ein Signal über den Füllungsgrad des Wärmespeichers kann dazu genutzt werden, auf eine alternative Wärmequelle umzuschalten oder vor Fahrtbeginn die Restwärme aus dem Wärmespeicher im Kraftfahrzeug in den externen Wärmespeicher gezielt umzuladen, oder dem entgegen vor Fahrtbeginn Wärme aus dem Hauseigenen Wärmespeicher in den externen Wärmespeicher des Kraftfahrzeugs umzuladen, um das Kaltstartverhalten zu verbessern oder den Fahrgastraum angenehm zu temperieren.
  • Durch die geringen Wärmeverluste der mit Vakuum optimal gedämmten Wärmespeicherpatronen besteht die Möglichkeit, Wasser als Wärmeträger einzusetzen. Wasser ist umweltneutral, hat die besten Stoffkennwerte bzgl. Wärmekapazität, Pumpfähigkeit und Wärmeübergang. Es würden je nach Umgebungstemperatur mehrere Tage vergehen, bis dieses sich von ca. 80°C bis auf den Gefrierpunkt abkühlt. Bei Gefahr des Einfrierens kann das Kraftfahrzeug in einer frostsicheren Garage untergestellt oder der Wärmespeicher aus dem Kraftfahrzeug entnommen und frostsicher eingelagert werden, oder ggf. das Wasser kurzzeitig mit elektrischer Energie aus dem Akkumulator temperiert werden. Weitere Alternativen wären, das Wasser ggf. zu entleeren oder besser den Wärmespeicher, die Anschlussleitungen und Wärmeübertrager frostsicher auszuführen. Eine technische Lehre hierfür ist u. a. in DE 100 39 111 B4 gegeben. Sie würden dann bei einem eventuellen Einfrieren und erneuten Auftauen des Wasserinhalts nicht beschädigt werden. Frostschutzmittel werden dagegen nicht bevorzugt, da sie sehr kostenintensiv sind, schlechtere Stoffkennwerte haben als Wasser und nicht umweltneutral sind.
  • Eine Erweiterung der Kraft-Wärme-Kopplung im Kraftfahrzeug kann z. B. auch dadurch erreicht werden, dass die beim Bremsen des Kraftfahrzeugs frei werdende Wärmeenergie in den Wärmespeicher eingebracht wird. Diese Form der Rückgewinnung der Bewegungsenergie ist z. B. mit wassergekühlten Bremsen oder so genannten hydraulischen bzw. Wasserbremsen möglich.
  • Sofern eine Solaranlage in dem zu versorgenden Haushalt vorhanden ist, lässt sich die gespeicherte Wärme aus dem Kraftfahrzeug besonders einfach nutzen, indem die beiden Wärmeträgerkreisläufe miteinander direkt gekoppelt werden. Der Wärmespeicher des Kraftfahrzeugs kann dann wie eine gesonderte Kollektorbank behandelt werden, was in vielen Solarregelungen bereits vorgesehen ist. Befindet sich hingegen im Haushalt eine Wärmepumpe, so kann mit dieser das Wärmeträgermedium im kraftfahrzeuginternen Wärmespeicher besonders tief ausgekühlt werden und so zur Klimatisierung oder zur Erhöhung des Nutzungsgrads (wenn eine im Haus befindliche Wärmepumpe genutzt wird, um den Fahrzeugspeicher auszukühlen, damit dieser Speicher bei Fahrt mehr Wärme aufnehmen kann, erhöht sich die nutzbare Wärmemenge im Fahrzeug, und im Gesamtverbund mit dem Haus erhöht sich die in Kraft-Wärme-Kopplung genutzte Energiemenge) der Wärme und des Speichers dienen. Beide Nutzungsmöglichkeiten lassen sich besonders vorteilhaft auch kombinieren.
  • Die Beheizung bzw. Kühlung des Fahrgastraumes ist energieintensiv, da der Fahrgastraum meist nicht gezielt gegen Wärmeverluste gedämmt ist, ein sehr guter Wärmeübergang an der Fahrtwind umströmten Karosserie erfolgt und eine große Aufheizung durch die direkte Sonneneinstrahlung entsteht. Andererseits wird nur ein geringer Teil der Fahrgastraum-Beaufschlagung im Umluftbetrieb durchströmt. Die meiste konditionierte Luft verlässt diesen bei hohen Luftwechselraten sofort wieder. Mit dem Wärmeträgerkreislauf und den darin eingebundenen Wärme- bzw. Kältespeichern besteht nun die Möglichkeit, die konditionierte Luft am Austritt aus dem Fahrgastraum wieder nahezu in den Urzustand der Umgebungsluft zu versetzen, indem indirekt mit einem Wärmeübertrager, also einem Rekuperator unmittelbar oder in einem Verbundsystem (aus zwei Wärmeübertragern, verbunden mit zwei Rohrleitungen und einer Umwälzpumpe) mittelbar, oder mit einem bzw. zwei Regeneratoren (aus einer Speichermasse, z. B. aus Keramik, Aluminium, Guss etc., die wechselweise mit den beiden Luftströmen erwärmt und abgekühlt werden) direkt die Wärme bzw. Kälte an die Zuluft weitestgehend übertragen oder zeitweilig in den Wärmespeicher eingelagert wird. Dabei ist wesentlich, dass konditionierte Luft im Fahrgastraum für den Fahrgast angenehme Parameter (t, rH) hat, die sich vom Urzustand der Umgebungsluft zum Teil sehr stark unterscheiden. Wenn die Abluft wiederum nahezu in diesen Urzustand versetzt wird, kann die für die Konditionierung erforderlich gewesene Energie für die Erwärmung, Kühlung bzw. für die Lufttrocknung mit hohem Rückgewinnungsgrad der Zuluft zugeführt und damit erhalten werden.
  • Durch eine Serienschaltung der einzelnen Speicherpatronen kann die gespeicherte Kälte durch die im Betrieb gesammelte Wärme des Verbrennungsprozesses, der Abluft des Fahrgastraumes und der Bremsen etc. verdrängt bzw. ersetzt werden. So sind stets alle Speicherpatronen sinnvoll genutzt. Hierzu sind die Speicherpatronen mit entsprechenden Schichteinrichtungen speziell ausgelegt. Hier soll also in den Patronen vor Fahrtantritt Kälte gespeichert sein zur Klimatisierung und diese Kälte wird verbraucht und kann sukzessive durch Wärme ersetzt werden, die wiederum an dritte Verbraucher abgegeben wird. Hierfür gibt es verschiedene bereits bekannte Schichteinrichtungen, z. B. Lochbleche, Siebgewebe etc. Bevorzugt umfasst die Schichteinrichtung in den Wärmespeicherpatronen einen das Innere teilweise oder vollständig ausfüllenden offenporigen Körper, insbesondere Schwammkörper, bevorzugt aus Material niedriger Wärmeleitfähigkeit, der die Schichtung weiter verbessert.
  • Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass die vorgeschlagene Schichtleiteinrichtung auch außerhalb des Fahrzeugs in Wärmespeichern vorteilhaft genutzt werden kann. Ferner sind die einzelnen aufgezeigten Elemente auch einzeln nutzbar und müssen nur bei Bedarf und Wirtschaftlichkeit zu einem Gesamtsystem ausgebaut werden. Auch der Wirtschafts- und der öffentliche Verkehr können mit Wärme-Kälte-Speichern besonders sinnvoll und wirtschaftlich zu Systemen der Kraft-Wärme-Kopplung ausgerüstet werden. Hier ist es überdies egal, ob die vorgeschlagenen Einrichtungen sich im Triebfahrzeug oder einem von diesem gezogenen Anhänger befinden.
  • Zusammenfassend bestehen bei der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile:
    • – die große mögliche Energie- und CO2-Einsparung von maximal ca. 40% im Verkehr und Haushalt durch den maximal möglichen Energienutzungsgrad von ca. 90%,
    • – die Möglichkeit der sofortigen Umsetzung durch die Nutzung erprobter und bewährter Systeme und Komponenten, also von Verbrennungsmotor getriebenen Kraftfahrzeugen, handelsüblichen Wärmespeichern, Wärmeübergabestationen etc.,
    • – die geringen Zusatzkosten für die Ausrüstung eines Kraftfahrzeugs mit den erforderlichen Komponenten – es handelt sich beim Automobilbau um Großserienproduktion
    • – die Möglichkeit der preiswerten Nachrüstung in bereits in Gebrauch befindlichen Kraftfahrzeugen,
    • – die Universalität der gespeicherten Wärmeenergie durch das hohe mögliche Temperaturniveau des Wärmeträgers, da im Kraftfahrzeug im Durchschnitt ein Kühlwassertemperaturniveau von mindestens 80°C ansteht, und mit der Abgaswärme theoretisch ein noch wesentlich höheres Temperaturniveau erreicht werden kann, mit dem man jeder Zeit heizen oder hygienisch Warmwasser bereiten, oder die man in Kälte umwandeln kann, was z. B. bei einer Solaranlage nur bei ausreichender Sonneneinstrahlung und meist nur von April bis Oktober möglich ist,
    • – die hohe Flexibilität bei der Nutzung des Systems – der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann den Umfang der Wärmenutzung frei bestimmen, obwohl es im persönlichen wie im öffentlichen Interesse natürlich geboten ist, diesen zu maximieren, steht die Mobilität weiter im Vordergrund – auch über weitere Strecken, als z. B. mit derzeit verfügbaren elektrischen Akkumulatoren oder Gasspeicherflaschen möglich ist,
    • – der geringe Aufwand und die kurze Zeitdauer, um die Wärme den Speichern im Fahrzeug zu entnehmen oder diese von extern zu beladen,
    • – die hohe Sicherheit der Technologie – wie bei Kraftstofftanks, Wärmespeichern etc. ist die Technik der Flüssigkeitsspeicherung im Kraftfahrzeug erprobt, der Wärmeträger kann nur bei sehr schweren Unfällen ggf. in die Umwelt entweichen, ist aber meist biologisch abbaubar, brennt und explodiert nicht, wäre bei Wasser völlig umweltneutral und könnte lediglich mit seiner hohen Temperatur ein Gefahrenpotential darstellen, was durch die Platzierung im Fahrzeugboden oder Kofferraum jedoch gering ist und
    • – die Zukunftstauglichkeit/Nachhaltigkeit
    • – auch bei der Verbrennung von alternativen Kraftstoffen entsteht durch die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung ein zusätzlicher Nutzen,
    • – Elektrofahrzeuge sind im Winter beheizbar und im Sommer klimatisierbar – die zur Verfügung stehende Energiemenge für die Fortbewegung wird durch die Entnahme von wertvoller Exergie aus dem elektrischen Akkumulator – im Winter für die Beheizung und im Sommer für die Klimatisierung des Fahrgastraumes nicht mehr reduziert, eine Zusatzheizung mit Benzin oder Diesel oder eine elektrische Klimaanlage werden überflüssig; die Wärme- bzw. Kältespeicherung kann also umgekehrt auch zu einer zeitlich versetzten Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung mit Wärmequellen außerhalb von Elektromobilen dienen,
    • – die lange Lebensdauer und die Nach- bzw. Umnutzbarkeit der Wärme- bzw.
    • Kältespeicherpatronen und
    • – die allmähliche Umnutzung der bereits vorhandenen verkehrstechnisch gut gelegenen Infrastruktur der öffentlichen Tankstellen für die Distribution von Wärme und Kälte; während durch das Laden von elektrischen Akkumulatoren an heimischen oder öffentlichen Steckdosen die Tankstellen zunehmend bedeutungslos würden, können sie durch den ansteigenden Handel mit Wärme und Kälte weiter bestehen und eine sinnvolle neue Funktion übernehmen.
  • Dabei sind folgende Besonderheiten für eine optimale Anpassung zu berücksichtigen:
    • – es ist in den meisten Fällen die erforderliche Infrastruktur auf der Seite der Wärmenutzung noch zu schaffen, die vorhandene anzupassen oder auszutauschen, dies betrifft die individuelle wie die öffentliche Nutzung der gespeicherten Wärme bzw. Kälte,
    • – der Stellplatz des Kraftfahrzeugs ist nicht immer optimal für die Wärmenutzung gelegen – größere Abstände führen zu entsprechenden Wärmeverlusten. Einfamilien- und Reihenhäuser sowie Tiefgaragen und Parkhäuser bieten hierfür die besten Voraussetzungen und
    • – bei 50% der durchschnittlich zurückgelegten Entfernungen bis ca. 6 km ist eine Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung voraussichtlich erst mit Elektromobilen sinnvoll.
  • Um die Merkmale und Vorteile der Erfindung weiter zu verdeutlichen, werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer ersten Ausgestaltung,
  • 2 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer zweiten Ausgestaltung,
  • 3 eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems mit dem erfindungsgemäßen Distributionspunkt in einer ersten Ausgestaltung in Zusammenwirkung mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug nach 1,
  • 4 eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems mit dem erfindungsgemäßen Distributionspunkt in einer zweiten Ausgestaltung in Zusammenwirkung mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug nach 1,
  • 5 eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems mit dem erfindungsgemäßen Distributionspunkt in einer dritten Ausgestaltung in Zusammenwirkung mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug nach 1, und
  • 6 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer dritten Ausgestaltung.
  • In den 1 bis 6 sind rein schematisch bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei sind gleiche oder ähnliche Teile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen und teilweise wurde auf die wiederholte Angabe von Bezugszeichen verzichtet.
  • 1 zeigt das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung. Das Fahrzeug 1 weist ein Antriebsaggregat 2, üblicherweise einen Verbrennungsmotor für Benzin- oder Dieselkraftstoff auf, und einen Wärmespeicher 3, der sowohl mit dem Kühlkreislauf des Antriebsaggregats 2 als auch mit einem Anschluss 4 in Wärme leitender Verbindung steht, wobei die Verbindung über ein Wärmeträgermedium bereit gestellt wird, das in speziellen, bevorzugt wärmegedämmten Leitungen 5 geführt wird. Der fahrzeugseitige Anschluss 4 zum Austausch von Wärme mit einem Distributionspunkt (nicht gezeigt) liegt zusammen mit dem Anschluss 6 für die Kraftstoffzufuhr unter einem gemeinsamen Tankdeckel (nicht gezeigt).
  • 2 zeigt mit dem Fahrzeug 1' eine alternative Ausgestaltung des Fahrzeugs 1 nach 1, wobei hier zusätzlich eine Wasserbremse 7 und zur Heiz- bzw. Brennwertnutzung ein Abgaswärmeübertrager 8 in den Kühl- und Heizkreislauf des Antriebsaggregats 2 unter Zwischenschaltung eines Wärmeübertragers zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes 9 des Fahrzeugs 1' eingebunden sind.
  • Die Größe und Anzahl der Wärmespeicher 3 ist nach der täglich im Durchschnitt zurückzulegenden Fahrstrecke ausgelegt. Damit wird der Inhalt des Wärmespeichers während der Fahrt etwa einmal vollständig umgewälzt. Die einzelnen Wärmespeicher 3 sind in Reihe geschaltet. Das Wärmeträgermedium wird dem äußeren Wärmespeicher 3 mit einer Temperatur von ca. 12°C entnommen und dem Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes 9 des Fahrzeugs 1' zugeführt, wo er der ca. 22°C warmen Abluft Wärme entzieht, indem er sich auf ca. 20°C erwärmt und die Abluft auf ca. 14°C abgekühlt in die Umgebung entlässt. Das ca. 20°C warme Wärmeträgermedium gelangt nun über eine der Leitungen 5 zur Wasserbremse 7. Bei einem Bremsvorgang wird das Wärmeträgermedium hier auf ca. 35°C aufgewärmt. Ansonsten bleibt seine Temperatur unverändert und das Wärmeträgermedium tritt in den Kühlkreislauf des Antriebsaggregates 2 ein. Dort herrscht durch die Kühlung des Motorblocks und des Schmieröls des Antriebsaggregates, ggf. auch des Getriebes thermostatisch geregelt durchschnittlich eine Temperatur von ca. 80°C.
  • Ein Teil der Wärme wird an die Zuluft des Fahrgastraumes des Fahrzeugs 1' abgegeben, der Rest an das zirkulierende Wärmeträgermedium. Damit bleiben der serienmäßig vorgesehene Luftkühler des Antriebsaggregates 2 und sein Ventilator die gesamte Zeit über außer Betrieb. Die Kühlung wird damit unabhängig von der Umgebungslufttemperatur. Der serienmäßige Kühler und sein Ventilator können kleiner ausgelegt werden oder ggf. ganz entfallen. Eine Notkühlfunktion kann ggf. der Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes 9 des Fahrzeugs 1' übernehmen, wenn die zurückzulegende Wegstrecke einmal größer sein sollte, als die Wärmespeicherkapazität des Wärmespeichers 3. Über die zweite der Leitungen 5 wird das Wärmeträgermedium mit ca. 80°C dem Abgaswärmeübertrager 8 zur Heizwertnutzung zugeführt. Dort erfolgt eine Abkühlung der Abgase von über 500°C auf ca. 90°C. Das Wärmeträgermedium erwärmt sich auf ca. 95°C und tritt in den gegenüberliegenden äußeren Wärmespeicher 3 ein und verdrängt das noch kalte Wärmeträgermedium der Reihe nach durch alle Wärmespeicher 3, bis es am entgegen gesetzten Austritt anliegt und die Fahrt zum Zwecke der Wärmeabgabe an einem Distributionspunkt unterbrochen oder z. B. zu Hause beendet wird. Damit sich das warme und das kalte Wärmeträgermedium in den Wärmespeichern 3 bei der Fahrt nicht vermischen, sind die Wärmespeicher 3 mit einem offenporigen Schwamm aus Kunststoff oder anderen durchlässigen Materialien niedriger Wärmeleitfähigkeit gefüllt (nicht gezeigt).
  • Um auch den Brennwert der Abgase zu nutzen, wird der Abgaswärmeübertrager 8 wärmeträgermedienseitig in zwei separate Abschnitte unterteilt (nicht gezeigt). Die Heizwertnutzung erfolgt wie beschrieben, die Brennwertnutzung erfolgt mit dem im Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes 9 des Fahrzeugs 1' auf ca. 20°C vorgewärmten Wärmeträgermedium, oder unmittelbar mit zumindest einem Teil des kalten Wärmeträgermediums direkt aus dem Wärmespeicher 3. So kann das Abgas in einer zweiten Sektion des Abgaskühlers 8 abschließend unter den Taupunkt auf ca. 30°C abgekühlt werden. Weiterhin kann das ca. 45°C warme, dabei in großer Menge anfallende Abgaskondensat aufgefangen und ggf. neutralisiert in einen gesonderten Behälter oder direkt dem Wärmeträgerkreislauf und letztendlich dem Wärmespeicher 3 zugeführt werden (nicht gezeigt). Dort komprimiert es Luft oder Stickstoff, die sich ggf. hinter einer flexiblen Membran befinden (nicht gezeigt). Damit wird es physisch wie auch mit seinem noch vorhandenen Wärmeinhalt genutzt und gelangt nicht in die Umwelt. Dies ist vorteilhaft, da das Abgaskondensat leicht sauer ist und sich ggf. negativ auf die Fahrbahnen, andere Fahrzeuge, die Umwelt etc. auswirken könnte. Gleichzeitig muss nicht die gesamte Wegstrecke ein vollständig gefüllter Wärmespeicher 3 transportiert werden, da sich dieser nur allmählich unterwegs füllt. Und schlussendlich wird so gleichzeitig die thermisch bedingte Volumenänderung des Wärmeträgermediums kompensiert.
  • Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass im Sommer zur Klimatisierung des Fahrgastraumes des Fahrzeugs 1' speziell gekühltes Wärmeträgermedium aus dem Wärmespeicher 3 direkt dem Wärmeübertrager am Lufteintritt in den Fahrgastraum zugeführt wird, um erst im Anschluss ggf. die kalte Luft im Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes 9 des Fahrzeugs 1' wieder zu erwärmen und/oder dem Wärmeübertrager zur Brennwertnutzung (nicht gezeigt) und/oder der Wasserbremse 7 und dem Kühlkreislauf des Antriebsaggregates 2 und ggf. abschließend dem Heizwertkühler 8 des Abgases und dann erst wieder dem Wärmespeicher 3 zugeführt zu werden. Auf diese Weise können die im Fahrzeug 1' anfallende Wärme (bzw. genutzte Kälte) noch effektiver genutzt und die Umwelt noch besser geschützt werden.
  • In 3 ist eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems 10 mit dem erfindungsgemäßen Distributionspunkt 11 in einer ersten Ausgestaltung in Zusammenwirkung mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug 1 nach 1 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Distributionspunkt 11 einen Anschluss 12 aufweist, der als koaxialer Doppelschlauch ausgebildet ist und mit einer Entnahme- bzw. Einfülleinrichtung 13 ähnlich einer Zapfsäule verbunden ist. Diese Einrichtung 13 weist eine Zähleinrichtung auf, um die mit dem Fahrzeug 1 ausgetauschte Wärmemenge zu Verrechungszwecken zu bestimmen. Im dargestellten Beispiel wird das Wärmeträgermedium ausgetauscht, wobei dieses direkt einem Wärmespeicher 14 des Distributionspunktes 11 entnommen bzw. diesem zugeführt wird. Bei der Abführung einer positiven Wärmemenge aus dem Fahrzeug 1 wird beispielsweise kaltes Wärmeträgermedium aus dem Wärmespeicher 14 des Distributionspunktes 11 dem Wärmespeicher 3 des Fahrzeugs 1 zugeführt und warmes Wärmeträgermedium dem Wärmespeicher 3 des Fahrzeugs 1 entnommen und in den Wärmespeicher 14 des Distributionspunktes 11 eingeleitet. Der Distributionspunkt 11 ist dabei vorteilhaft eine gewöhnliche Tankstelle, so dass gleichzeitig auch Kraftstoff aufgenommen werden kann und so kein Zeitverzug entsteht. Die Einfülleinrichtung 13 misst in diesem Fall eine positive Wärmemenge, die dem Fahrzeugführer entsprechend zu vergüten oder mit dem gleichzeitig gezapften Brennstoff zu verrechnen ist. Ebenso besteht die Möglichkeit, das in einem Fahrzeug 1' aufgefangene Abgaskondensat zu übernehmen und einer Neutralisation und weiteren Nutzung oder der Kanalisation zuzuführen (nicht gezeigt).
  • In 4 ist eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems 10' mit dem erfindungsgemäßen Distributionspunkt 11' in einer zweiten Ausgestaltung in Zusammenwirkung mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug 1 nach 1 dargestellt. Hier ist der Distributionspunkt 11' eine Garage eines beispielsweise Wohnhauses. Der Distributionspunkt 11' weist einen Wärmespeicher 14' auf, der wiederum Wärme über den Anschluss 12 mit dem Fahrzeug 1 austauschen kann.
  • Nach einer Außerbetriebnahme des Fahrzeugs wird zuerst die in dem Fahrzeug 1 gespeicherte Restwärme, insbesondere Wärme des Antriebsaggregates 2, wie Motor, Getriebe und dgl., und/oder Wärme der Wärmeübertrager, bevorzugt der Wärmeübertrager in Heizung, Wasserbremse 7, Abgaskühler 8 und dgl., und danach erst die im Wärmespeicher 3 des Fahrzeugs 1 gesammelte Wärme an die externe Wärmesenke 14' abgeführt (nicht gezeigt). Der Wärmespeicher 14' ist mit den Systemen des Wärmehaushalts des Wohnhauses verbunden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug 1 auf Fahrstrecken angefallene Wärme zur Verwendung in dem Wohnhaus abgeben.
  • Falls diese Wärme nicht ausreicht, kann das Fahrzeug 1 auch als Blockheizkraftwerk, also im Stillstand betrieben werden, um benötigte Wärme zu erzeugen. Die dabei in Kraft-Wärme-Kopplung entstehende Elektroenergie wird entweder im Haushalt direkt genutzt, im Akkumulator (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 1 gespeichert oder in das Niederspannungsnetz (nicht gezeigt) abgegeben. Der Energienutzungsgrad des Brennstoffes steigt so auf nahezu 100%. Wenn das Fahrzeug 1 mehrere Tage nicht genutzt wurde, besteht auch die Möglichkeit, Wärme aus dem hauseigenen Wärmespeicher 14' über den Anschluss 12 und den fahrzeugseitigen Anschluss 4 in einen Teil des Wärmespeichers 3 des Fahrzeugs 1 überzuleiten, um das Kaltstartverhalten zu verbessern, den Brennstoffverbrauch in dieser Zeit zu reduzieren und den Fahrkomfort anzuheben. Der fahrzeug- und der distributionspunktseitige Anschluss 4 und 12 sind steckbar koppelbar ausgebildet, wobei die Kupplung gegenüber einer unbeabsichtigten Trennung der Anschlüsse mit einer Sicherung versehen ist und als flüssigkeitsdichte, hermetisch dichte Kupplung ausgebildet ist. Die Kupplung 4 steht mit der Startanlage, wie Zündung und dgl., des Fahrzeugs 1 in Verbindung (nicht gezeigt) und ist so ausgebildet, dass im eingekoppelten Zustand der Anschlüsse 4 und 12 ein Starten des Fahrzeugs 1 verhindert ist.
  • In 5 ist eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungs-Systems 10'' mit dem erfindungsgemäßen Distributionspunkt 11'' in einer dritten Ausgestaltung in Zusammenwirkung mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug 1 nach 1 gezeigt. Bei dem Distributionspunkt 11'' gemäß 5 handelt es sich prinzipiell um einen solchen ähnlich 3, wobei jedoch zusätzlich der Wärmespeicher 14'' des Distributionspunktes 11'' eine Wärmepumpe 15 zur Auskühlung eines Teils des Wärmeträgermediums durch Aufwärmung eines anderen Teils des Wärmeträgermediums im Wärmespeicher 14'' aufweist. Dadurch wird nicht normengerecht vom Kraftfahrzeug 1 übernommenes oder durch Wärmeverluste abgekühltes Wärmeträgermedium mit z. B. 40°C auf die erforderliche Temperatur transformiert, z. B. auf höchstens 12°C für kaltes Wärmeträgermedium und auf mindestens 60°C für warmes Wärmeträgermedium. Mit diesen Parametern kann die Wärme (bzw. Kälte) dann an interessierte Verbraucher gegen Entgelt abgegeben werden. Große Wärmepumpen 15 mit einem geringen Temperaturhub haben eine besonders hohe Effizienz und benötigen wenig Antriebsenergie. Als Antriebsenergie kann auch vom Fahrzeug 1 bereitgestellte Hochtemperaturwärme mit z. B. mehr als 70°C in Absorptions- oder Adsorptionswärmepumpen 15 genutzt werden (nicht gezeigt).
  • Zur besseren Schichtung kann auch der Wärmespeicher 14'' aus mehreren hydraulisch in Reihe geschalteten Behältern bestehen und/oder mit einem offenporigen Schwamm aus Kunststoff oder anderen durchlässigen Materialien niedriger Wärmeleitfähigkeit zumindest teilweise gefüllt sein (nicht gezeigt). Ebenso besteht die Möglichkeit, die Wärme (bzw. Kälte) über Erdsonden oder Aquifere im Untergrund des Territoriums des Distributionspunktes 11'' zum Teil über längere Zeiträume bis hin zwischen Sommer und Winter saisonal zu speichern (nicht gezeigt).
  • Außerdem ist eine Solar(wärme)anlage 16 auf dem Dach 17 des Distributionspunkts 11'' vorgesehen, die mit dem Wärmespeicher 14'' in Verbindung steht. Diese Solaranlage 16 nutzt somit die freie Dachfläche 17 der Tankstelle 11'' und stellt eine zusätzliche Versorgung mit Wärme (und ggf. auch Elektroenergie) sicher, um Fahrzeug 1 oder eine Wärmepumpe 15 auch dann mit Wärme (und ggf. auch Elektroenergie) versorgen zu können, wenn zuvor Fahrzeuge 1 oder 1' oder andere externe Quellen (nicht gezeigt) nicht ausreichend Wärme (und ggf. auch Elektroenergie) in den Wärmespeicher 14'' (oder einen elektrischen Akkumulator – nicht gezeigt) abgegeben haben.
  • 6 zeigt schließlich ein Elektrofahrzeug 1''. Hier wird der elektrische Antrieb 2' mit elektrischer Energie aus einem Akkumulator 18 betrieben, der über einen genormten Stecker 6' gespeist wird. Ein zusätzlicher Wärmeübertrager 19 zur Vorkühlung bzw. -heizung der Umgebungsluft vor dem Eintritt in den eigentlichen Wärmeübertrager zur Konditionierung der Luft für den Fahrgastraum bildet zusammen mit dem Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes 9 des Fahrzeugs 1'' und der separaten Ringleitung 5' ein gesondertes Kreislaufsystem zur Wärmerückgewinnung.
  • Die Größe und Anzahl der Wärmespeicher 3 ist nach der täglich im Durchschnitt zurückzulegenden Fahrstrecke ausgelegt. Damit wird der Inhalt des Wärmespeichers während der Fahrt etwa einmal vollständig umgewälzt. Die einzelnen Wärmespeicher 3 sind in Reihe geschaltet.
  • Das Wärmeträgermedium wird dem äußeren Wärmespeicher 3 mit einer Temperatur von ca. 0°C als Eisbrei entnommen und dem eigentlichen Wärmeübertrager zur Konditionierung der Luft für den Fahrgastraum des Fahrzeugs 1'' zugeführt, wo er der auf ca. 28°C vorgekühlten Zuluft Wärme entzieht, indem er sich auf ca. 18°C erwärmt und die Zuluft auf ca. 22°C abgekühlt und in den Fahrgastraum leitet. Das mit ca. 18°C immer noch kalte Wärmeträgermedium gelangt nun über eine der Leitungen 5 zum elektrischen Antriebsaggregat 2'. Bei der Fortbewegung wird das Wärmeträgermedium hier auf ca. 35°C aufgewärmt. Ansonsten bleibt seine Temperatur unverändert und das Wärmeträgermedium tritt weiter in den elektrischen Akkumulator 18 ein. Dort herrscht durch die Kühlung thermostatisch geregelt durchschnittlich eine Temperatur von ca. 320°C (Hochtemperaturbatterie). Die frei werdende Wärme wird an das zirkulierende Wärmeträgermedium abgegeben. Damit bleiben der serienmäßig vorgesehene Luftkühler des Akkumulators 18 und sein Ventilator die gesamte Zeit über außer Betrieb. Die Kühlung wird damit unabhängig von der Umgebungslufttemperatur. Der serienmäßige Kühler und sein Ventilator können kleiner ausgelegt werden oder ggf. ganz entfallen.
  • Über die zweite der Leitungen 5 wird das Wärmeträgermedium mit ca. 95°C dem gegenüberliegenden äußeren Wärmespeicher 3 zugeführt und verdrängt das gekühlte Wärmeträgermedium der Reihe nach durch alle Wärmespeicher 3, bis es am entgegen gesetzten Austritt anliegt und die Fahrt zum Zwecke der Wärmeabgabe/Kälteaufnahme an einem Distributionspunkt unterbrochen oder z. B. zu Hause beendet wird.
  • Damit sich das erwärmte und das gekühlte Wärmeträgermedium in den Wärmespeichern 3 bei der Fahrt nicht vermischen, sind die Wärmespeicher 3 mit einem offenporigen Schwamm aus Kunststoff oder anderen durchlässigen Materialien niedriger Wärmeleitfähigkeit gefüllt, die den Eisbrei zumindest teilweise passieren lassen (nicht gezeigt).
  • Eine Vorkühlung der Umgebungsluft vor dem Eintritt in den Wärmeübertrager zur eigentlichen Konditionierung der Luft für den Fahrgastraum erfolgt über ein gesondertes Kreislaufsystem zur Wärmerückgewinnung, das aus dem Wärmeübertrager 19 zusammen mit dem Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes 9 des Fahrzeugs 1'' und einer separaten Ringleitung 5' gebildet wird. Die Abluft des Fahrgastraumes mit ca. 24°C wird mit dem Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes 9 mit dem im geschlossenen Kreislauf zirkulierenden Wärmeträgermedium auf ca. 29°C erwärmt und in die Umgebung entlassen. Das auf ca. 26°C abgekühlte Kreislaufmedium strömt zum Wärmeübertrager 19 und kühlt die Umgebungsluft von 33°C auf ca. 28°C vor. Die vorgekühlte Luft muss nun im Wärmeübertrager zur eigentlichen Konditionierung der Luft für den Fahrgastraum nur noch von 28°C auf 22°C um 6 Kelvin gekühlt werden. Dies reduziert den Kühlaufwand von normal 11 Kelvin auf nur noch knapp 55%. Das Wärmeträgermedium zirkuliert mit 31°C in der separaten Ringleitung 5' erneut im Kreislaufsystem zur Wärmerückgewinnung. Eine dafür ggf. erforderliche Umwälzpumpe, Ventile und Regeleinrichtungen sind wie in den anderen Fällen nicht gesondert gezeigt. Ggf. genügt aber auch der sich selbst regelnde natürliche Umtrieb durch Dichteunterschiede des unterschiedlich temperierten Wärmeträgermediums.
  • Weiterhin kann das ca. 25°C kalte, dabei in großen Mengen aus der Zuluft anfallende Kondensat aufgefangen und ggf. in einen gesonderten Behälter oder direkt dem Wärmeträgerkreislauf und letztendlich dem Wärmespeicher 3 zugeführt werden (nicht gezeigt). Dort komprimiert es Luft oder Stickstoff, die sich ggf. hinter einer flexiblen Membran befinden (nicht gezeigt). Damit wird es physisch wie auch mit seinem noch vorhandenen Kälteinhalt genutzt. Gleichzeitig muss nicht die gesamte Wegstrecke ein vollständig gefüllter Wärmespeicher 3 transportiert werden, da sich dieser nur allmählich unterwegs füllt. Und schlussendlich wird so gleichzeitig die thermisch bedingte Volumenänderung des Wärmeträgermediums kompensiert. Die Überhitzung des Zuluft-Kondensats im elektrischen Akkumulator 18 auf mindestens 95°C tötet ggf. vorhandene Keime zuverlässig ab.
  • Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass im Winter zur Beheizung des Fahrgastraumes des Fahrzeugs 1'' extern auf mindestens ca. 24°C erwärmtes Wärmeträgermedium aus dem Wärmespeicher 3 direkt dem Wärmeübertrager am Lufteintritt in den Fahrgastraum zugeführt wird, um erst im Anschluss ggf. das elektrische Antriebsaggregat 2' und/oder den elektrischen Akkumulator 18 zu temperieren und erst dann wieder dem Wärmespeicher 3 mit ca. 95°C zugeführt zu werden. Auf diese Weise können die im Fahrzeug 1'' benötigte und die anfallende Wärme (bzw. Kälte) noch effektiver genutzt werden, ohne die wertvolle Exergie für thermische Prozesse aufzubrauchen. Außerdem wird der Prozess der Fortbewegung mittelbar begünstigt, indem der elektrische Antrieb 2' und ggf. auch das Steuer- bzw. Regelungssystem, die Leistungselektronik, die Hochspannungskabel, die elektrischen Kabel und die Steuerungselektronik (nicht gezeigt) stets maximal gekühlt und der elektrische Akkumulator 18 stets auf der optimalen Temperatur gehalten werden. So können die mögliche zurückzulegende Fahrstrecke und die erreichbare Lebensdauer des elektrischen Antriebsaggregates 2' und des Akkumulators 18 des Elektrofahrzeugs 1'' maximiert werden.
  • Aus dem vorstehenden ist klar geworden, dass die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplung sehr große Vorteile bietet. Dabei wird sie allerdings mit dem Kraftfahrzeug bei herkömmlichen, Verbrennungsmotor getriebenen Fahrzeugen auf maximal ca. 45% der zurückgelegten Wegstrecken beschränkt bleiben. Mit Elektrofahrzeugen kann sie weiter bis auf maximal ca. 95% ausgebaut werden. Die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplung kann damit einen nachhaltigen Beitrag zur Dezentralisierung der gekoppelten Energieumwandlung, zu einer beachtlichen Erhöhung der Energienutzungsgrade, zu einer entsprechenden Reduzierung der CO2-Emissionen und somit zu einem Schutz der Umwelt und zu einer Aufrechterhaltung der gewohnten Mobilität leisten.
    • 1, 1', 1''
    Fahrzeug
    2
    Antriebsaggregat mit Verbrennungsmotor
    2'
    elektrischer Antrieb
    3
    Wärmespeicher des Fahrzeugs
    4
    Anschluss des Fahrzeugs
    5
    Leitungen
    5'
    Leitungen
    6
    Anschluss für Kraftstoff
    6'
    Anschluss für Elektroenergie
    7
    Wasserbremse
    8
    Abgaswärmeübertrager
    9
    Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der (Ab)wärme aus der Abluft des Fahrgastraumes
    10, 10', 10''
    Kraft-Wärme-Kopplungs-System
    11, 11', 11''
    Distributionspunkt, u. a. für Wärme
    12
    Anschluss des Distributionspunktes
    13, 13'
    Entnahme- bzw. Einfülleinrichtung, u. a. für Wärme/Kälte
    14', 14', 14''
    Wärmespeicher des Distributionspunktes
    15
    Wärmepumpe
    16
    Solar(wärme)anlage
    17
    Dach des Distributionspunktes
    18
    elektrischer Akkumulator
    19
    Wärmeübertrager zur Vorkühlung bzw. -heizung der Umgebungsluft.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (50)

  1. Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung, wobei Wärme zwischen zumindest einem Fahrzeug (1; 1'; 1''), insbesondere Kraftfahrzeug oder dgl., das insbesondere zumindest einen Speicher (3) für latente und/oder fühlbare Wärme aufweist, und zumindest einem Distributionspunkt (11; 11'; 11'') für Wärme ausgetauscht wird, wobei zumindest ein Teil der Wärme in dem Fahrzeug (1; 1'; 1'') angefallene Wärme und/oder in dem Fahrzeug (1; 1'; 1'') zu nutzende Wärme ist, wobei zumindest ein Teil der zu nutzenden Wärme nicht direkt der Fortbewegung dient.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') gespeist wird mit Wärme für den Betrieb und/oder mit Wärme aus dem Betrieb des Fahrzeugs (1; 1'; 1''), direkt oder indirekt über ein Wärmeträgermedium, bevorzugt für die Temperierung von – elektrischen Akkumulatoren (18) oder Batterien oder anderweitigen Speichern von Fortbewegungsenergie, insbesondere in Form von Wasserstoff, (Erd)gas, Druckluft oder anderen energiereichen Brennstoffen, Energieträgern, Medien und/oder Hilfsstoffen, – den Antriebsaggregaten (2) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') selbst, insbesondere aus der Kühlung eines insbesondere elektrischen, elektrochemischen, hydraulischen, pneumatischen, mechanischen und/oder thermischen Antriebs (2), oder dergleichen, bevorzugt – aus dem Kühlwasser, Schmieröl, Verbrennungsluft und/oder anderer Arbeits- und Hilfsstoffe und/oder – aus den Abgasen, insbesondere vor dem Katalysator und/oder nach dem Katalysator, mit oder ohne Nutzung der Kondensationswärme, – dem mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antriebsstrang und/oder dem Verteilsystem, dem Steuer- bzw. Regelungssystem oder den Verbrauchern dieser Energie selbst, insbesondere des Getriebes, der Lager, der Leistungselektronik, der Hochspannungskabel, der Leuchtmittel etc., – den mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Bremsen zur beschleunigten Verzögerung des Fahrzeugs, insbesondere Generator-, Druckluft-, Trommel-, Scheiben- und/oder Wasserbremsen (7), und/oder – der Kabine, dem Fahrgast-, dem Transportraum des Fahrzeugs und/oder den transportierten Gütern selbst und dgl.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Wärmespeichers (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') nach der nutzbar gemachten Wärmemenge aus dem Betrieb des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') und/oder nach der zu nutzenden Wärmemenge bei dem Betrieb des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') oder der Differenz daraus bemessen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fahrzeug (1; 1'; 1'') mit Wärmespeicher (3) und dem zumindest einen Distributionspunkt (11; 11'; 11'') Wärme vor Fahrtantritt, unterwegs und/oder nach einer Fahrt ausgetauscht wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Wärmespeichers (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') nach der durchschnittlichen Fahrstrecke des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') bemessen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1; 1') mit Verbrennungsmotor (2) mit Wärmespeicher (3) mindestens 2 km, bevorzugt mindestens 4 km, insbesondere mindestens 6 km zurücklegt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die durchschnittlich zurückgelegte Fahrtstrecke des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') nach der maximalen Größe des Wärmespeichers (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') richtet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1; 1') mit Verbrennungsmotor (2) mit Wärmespeicher (3) bis zu einem Distributionspunkt (11; 11'; 11'') für Wärme höchstens 100 km, bevorzugt höchstens 80 km, insbesondere höchstens 60 km zurücklegt.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1; 1'; 1'') zwischen mindestens zwei Distributionspunkten (11; 11'; 11'') verkehrt und mit einem jeden Distributionspunkt (11; 11'; 11'') Wärme austauscht.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fahrzeug (1; 1'; 1'') und dem Distributionspunkt (11; 11'; 11'') ein Wärmeträgermedium zumindest teilweise direkt ausgetauscht wird.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zwischen dem Fahrzeug (1; 1'; 1'') und dem Distributionspunkt (11; 11'; 11'') über zumindest einen Wärmeübertrager ausgetauscht wird, wobei der Wärmeübertrager bevorzugt außerhalb des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') angeordnet wird.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') und/oder ein Wärmespeicher (14; 14'; 14'') des Distributionspunktes (11; 11'; 11'') zumindest teilweise austauschbar ausgebildet sind.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmespeicher (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') Kälte für den Betrieb des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') gespeichert wird und diese Kälte durch im Betrieb des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') erzeugte Wärme, insbesondere Wärme eines Verbrennungsprozesses und/oder der Bremsen (7) und/oder der Abluft des Fahrgastraumes und/oder eines elektrischen Antriebs (2') oder Akkumulators (18) oder dergleichen zumindest teilweise ersetzt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme zwischen dem Fahrzeug (1; 1'; 1''), bevorzugt dem Wärmespeicher (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1''), über den Distributionspunkt (11; 11'; 11'') zumindest mit einer fahrzeugunabhängigen externen Wärmesenke, bevorzugt mit einem Heiz-, Warmwasserbereitungs- oder Klimatisierungssystem, einer (Erd)gasentspannung, insbesondere von Hochdruck(erd)gasbetankungsanlagen oder mit zumindest einem anderen Fahrzeug (1; 1'; 1'') mit Wärmespeicher (3) ausgetauscht wird, wobei insbesondere eine Zwischenspeicherung der Wärme in einem Zeit- und/oder saisonalen Wärmespeicher (14; 14'; 14''), bevorzugt einem Erdwärmespeicher oder dgl. erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Distributionspunkt (11; 11'; 11'') Wärme von zumindest einer fahrzeugunabhängigen externen Quelle, bevorzugt von Gasverdichtern, insbesondere von Hochdruck(erd)gasbetankungsanlagen, von Industriebetrieben, Solaranlagen (16), Zeit- und/oder saisonalen Wärmespeichern (14; 14'; 14''), insbesondere einem Erdwärmespeicher oder dgl., oder von einem oder mehreren Fahrzeugen (1; 1'; 1'') mit Wärmespeicher (3) für Fahrzeuge (1; 1'; 1'') mit Wärmespeicher (3) vorrätig hält.
  16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Distributionspunkt (11; 11'; 11'') Wärme für zumindest ein Fahrzeug (1; 1'; 1'') mit Wärmespeicher (3) zur Verfügung stellt, insbesondere mittels Wärme von zumindest einem Fahrzeug (1; 1'; 1'') und/oder einer fahrzeugunabhängigen, von externer Quelle getriebenen Kältemaschine oder Wärmepumpe (15).
  17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') hinsichtlich der Wärmespeichermenge variabel gehalten wird.
  18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Wärme und/oder dem Wärmeträgermedium auch Elektroenergie, Signale, Informationen, Brennstoff, Energieträger, Hilfsmedien, Abgas- oder Zuluftkondensat und/oder dgl. zwischen dem Fahrzeug (1; 1'; 1'') und dem Distributionspunkt (11; 11'; 11'') ausgetauscht werden.
  19. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (2) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') insbesondere im Stillstand als Blockheizkraftwerk betrieben wird.
  20. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Wärmemenge der Verbesserung des Kaltstartverhaltens des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') zugewiesen wird.
  21. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei oder nach einer Außerbetriebnahme des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') zuerst die in dem Fahrzeug (1; 1'; 1'') gespeicherte Restwärme, insbesondere Wärme der Antriebsaggregate (2; 2'), wie Motor, Getriebe, elektrischer Akkumulator (18) und dgl., und/oder Wärme der Wärmeübertrager, bevorzugt der Wärmeübertrager in Heizung, Wasserbremse (7), Abgaskühler (8), der Zuluft oder Abluft des Fahrgastraumes und dgl., und danach erst die im Wärmespeicher (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') gesammelte Wärme an eine externe Wärmesenke abgeführt wird.
  22. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konditionierte Luft am Austritt aus dem Fahrgastraum im Wesentlichen wieder in den Urzustand der Umgebungsluft versetzen wird, wobei indirekt mit Wärmeübertragern (9; 19) unmittelbar oder in einem Verbundsystem (5') mittelbar, oder mit einem oder mehreren Regeneratoren direkt Wärme an die Zuluft weitestgehend übertragen und/oder zeitweilig in den Wärmespeicher (3) eingelagert wird.
  23. System für die Kraft-Wärme-Kopplung (10; 10'; 10''), insbesondere für das Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend zumindest ein Fahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug oder dgl., das bevorzugt zumindest einen Speicher (3) für latente und/oder fühlbare Wärme aufweist, und zumindest einen Distributionspunkt (11; 11'; 11'') für Wärme, wobei das Fahrzeug (1) mit dem Distributionspunkt (11; 11'; 11'') zumindest zum teilweisen Austausch von in dem Fahrzeug (1) angefallener Wärme und/oder in dem Fahrzeug (1) zu nutzender Wärme verbindbar ist, wobei zumindest ein Teil der zu nutzenden Wärme nicht direkt der Fortbewegung dient, wobei zur Verbindung miteinander koppelbare fahrzeug- und distributionspunktseitige Anschlüsse (4, 12) vorgesehen sind.
  24. Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (3) angepasst ist, zumindest einen Teil der im Fahrzeug (1) anfallenden Wärme und/oder der im Fahrzeug (1) nicht direkt für die Fortbewegung zu nutzenden Wärme und/oder der Differenz daraus zu speichern.
  25. Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Distributionspunkt (11; 11'; 11'') ein Gebäude, eine Einrichtung, ein anderes Fahrzeug (1) oder dgl. ist, wobei der Distributionspunkt (11; 11'; 11'') insbesondere ein Wohngebäude, ein Geschäfts- oder Verwaltungsgebäude, ein Industriebetrieb, eine Garage, insbesondere eine Tiefgarage oder ein Parkhaus, ein Parkplatz, eine Tankstelle oder dgl. ist.
  26. Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Distributionspunkt (11; 11'; 11'') zumindest eine Ersatzwärmequelle aufweist.
  27. Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Distributionspunkt (11; 11'; 11'') zumindest einen Wärmespeicher (14; 14'; 14''), insbesondere einen ober- oder unterirdischen, insbesondere einen Behälter- und/oder einen Erdwärmespeicher aufweist.
  28. Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3) des Fahrzeugs (1) und/oder der Wärmespeicher (14; 14'; 14'') des Distributionspunktes (11; 11'; 11'') zumindest teilweise austauschbar ausgebildet sind.
  29. Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Distributionspunkt (11'') zumindest eine Kältemaschine oder eine Wärmepumpe (15) aufweist.
  30. Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3), die Wärmeträgermedienleitungen und/oder die Wärmeübertrager frostsicher ausgebildet sind.
  31. Anschlusssystem für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der fahrzeug- und/oder der distributionspunktseitige Anschluss (4, 12) an einem Doppelschlauch angeordnet sind, wobei der Doppelschlauch bevorzugt wärmeisoliert ausgebildet ist und insbesondere eine parallele oder koaxiale Bauweise aufweist.
  32. Anschlusssystem für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 30, insbesondere Anschlusssystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der fahrzeug- und der distributionspunktseitige Anschluss (4, 12) steckbar koppelbar ausgebildet sind, wobei bevorzugt die Kupplung gegenüber einer unbeabsichtigten Trennung der Anschlüsse mit einer Sicherung versehen ist und bevorzugt als flüssigkeitsdichte, insbesondere als hermetisch dichte Kupplung ausgebildet ist.
  33. Anschlusssystem für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 30, insbesondere Anschlusssystem nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung mit der Startanlage, wie Zündung und dgl., des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') in Verbindung steht und so ausgebildet ist, dass im eingekoppelten Zustand der Anschlüsse ein Starten des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') verhindert ist.
  34. Fahrzeug (1; 1'; 1'') für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 30 und/oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, das bevorzugt mindestens einen Speicher (3) für latente und/oder fühlbare Wärme aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1; 1'; 1'') einen fahrzeugseitigen Anschluss (4) zum Austausch zumindest von einem Teil von im Fahrzeug (1; 1'; 1'') anfallender Wärme und/oder im Fahrzeug (1; 1'; 1'') zu nutzender Wärme mit einem Distributionspunkt (11; 11'; 11'') aufweist, wobei zumindest ein Teil der zu nutzenden Wärme nicht direkt der Fortbewegung dient.
  35. Fahrzeug (1; 1'; 1'') nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (3) angepasst ist, zumindest einen Teil der im Fahrzeug (1; 1'; 1'') anfallenden Wärme und/oder der im Fahrzeug (1; 1'; 1'') zu nutzenden Wärme und/oder der Differenz daraus zu speichern.
  36. Fahrzeug (1; 1'; 1'') nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3) des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') in Wärme kommunizierender Verbindung steht, mit – elektrischen Akkumulatoren (18) bzw. Batterien oder anderweitigen Speichern von Fortbewegungsenergie, insbesondere in Form von Wasserstoff, Erdgas, Druckluft oder anderen energiereichen Brennstoffen, Energieträgern, Medien und/oder Hilfsstoffen, – dem Antriebsaggregat des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') selbst, bevorzugt einem elektrischen (2'), elektrochemischen, hydraulischen, pneumatischen, mechanischen und/oder thermischen (2) Antrieb, oder dergleichen, insbesondere – dem Kühlwasser, dem Schmieröl, der Verbrennungsluft und/oder anderen Arbeits- und Hilfsstoffen und/oder – den Abgasen, insbesondere vor dem Katalysator und/oder nach dem Katalysator, mit oder ohne Nutzung der Kondensationswärme, – dem mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antriebsstrang und/oder dem Verteilsystem, den Steuer- bzw. Regelungssystemen oder den Verbrauchern dieser Energie selbst, insbesondere dem Getriebe, den Lagern, der Leistungselektronik, den Hochspannungskabeln, den Leuchtmitteln etc., – den mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Bremsen zur beschleunigten Verzögerung des Fahrzeugs, insbesondere Generator-, Druckluft-, Trommel-, Scheiben- und/oder Wasserbremsen (7), und/oder – der Kabine, dem Fahrgast-, dem Transportraum des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') und/oder den transportierten Gütern selbst und dgl.
  37. Fahrzeug (1'') nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug (1'') ist.
  38. Fahrzeug (1; 1'; 1'') nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der fahrzeugseitige Anschluss (4) gemeinsam mit einem Anschluss für Elektroenergie (6'), Signale, Informationen, Brennstoff (6), Energieträger, Hilfsmedien, Abgas- oder Zuluftkondensat oder dgl. unter einem gemeinsamen Abdeckelement, insbesondere einem Tank- oder Servicedeckel, angeordnet ist.
  39. Fahrzeug (1; 1'; 1'') und/oder Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1; 1'; 1'') und/oder der Distributionspunkt (11; 11'; 11'') wenigstens eine Wärmesenke aufweisen, wobei die Wärmesenke bevorzugt ein Heiz-, Warmwasserbereitungs- oder Klimatisierungssystem, eine (Erd)gasentspannung, insbesondere von Hochdruck(erd)gasbetankungsanlagen, ein Zeit- und/oder saisonaler Wärmespeicher (14; 14'; 14''), insbesondere ein Erdwärmespeicher oder dgl. oder zumindest ein anderes Fahrzeug (1; 1'; 1'') mit Wärmespeicher (3) ist.
  40. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') für das Fahrzeug (1; 1'; 1'') und/oder das Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') und/oder des Distributionspunktes (11; 11'; 11'') Schichtleiteinrichtungen für das Wärmeträgermedium aufweist, wobei die Schichtleiteinrichtungen bevorzugt einen das Wärmespeichervolumen zumindest teilweise ausfüllenden offenporigen Körper, insbesondere schwammartigen Körper, bevorzugt niedriger Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  41. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14''), insbesondere nach Anspruch 40, für das Fahrzeug (1; 1'; 1'') und/oder das Kraft-Wärme-Kopplungs-System (10; 10'; 10'') nach einem der Ansprüche 23 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') des Fahrzeugs (1; 1'; 1'') und/oder des Distributionspunktes (11; 11'; 11'') modular aufgebaut ist und mindestens zwei Speicherpatronen aufweist.
  42. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherpatronen (3; 14; 14'; 14'') untereinander über Steckverbindungen verbindbar sind.
  43. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherpatronen (3; 14; 14'; 14'') in ein oder mehreren insbesondere stapelbaren Speicherpatronenbehältern anordenbar sind.
  44. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') nach einem der Ansprüche 41 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherpatronen (3; 14; 14'; 14'') bzgl. des Flusses des Wärmeträgermediums in Reihe und/oder parallel nach Tichelmann verschaltet sind.
  45. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') nach einem der Ansprüche 40 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Frostsicherung aufweist.
  46. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') nach einem der Ansprüche 40 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ausgebildet ist, zumindest einen Teil der Wärme über Veränderungen der chemischen Bindungen des Wärmeträgers zu speichern.
  47. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') nach einem der Ansprüche 40 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ausgebildet ist, ein Wärmeträgermedium mit Beimengungen in gekapselter Form, insbesondere mit Eiskristallen, PCM-Modulen oder dgl., aufzunehmen.
  48. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 40 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass das der Wärmespeicher in Bezug auf das Wärmespeichervolumen weniger Wärmespeichermedium enthält und das verbleibende Volumen insbesondere durch ein druckloses oder unter Druck stehendes gasförmiges Medium aufgefüllt ist.
  49. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') nach einem der Ansprüche 40 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zwischenwand, insbesondere eine Membran oder dgl., vorgesehen ist, die das Wärmespeichervolumen unterteilt, wobei bevorzugt ein abgeteilter Teil des Wärmespeichervolumens mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist.
  50. Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') nach einem der Ansprüche 40 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3; 14; 14'; 14'') angepasst ist Kondensat aus dem Abgas und/oder der Zuluft des Fahrzeugs (1'; 1'') aufzunehmen.
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