DE19829402A1

DE19829402A1 - 220V Wechselstrom-Wärmespeicherheizung für Kraftfahrzeuge mit Fahrgastraum

Info

Publication number: DE19829402A1
Application number: DE19829402A
Authority: DE
Inventors: Peter Frenzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2000-01-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmespeicherheizung für Kraftfahrzeuge mit Fahrgastraum, aufweisend:

a) ein Generator, der als Stromerzeuger einen Wechselstrom mit 220 Volt Betriebsspannung erzeugen und an Wärmespei cheraggregate abgeben kann.
Hier beziehe ich mich auf eine Veröffentlichung der Zeit schrift "Freie Presse"vom 2./3. Mai 1998; "Bald 220 Volt in den Autos?".
Der Artikel bezieht sich auf ein neues System mit der Be zeichnung ISAD, daß schon bald das herkömmliche elektri sche System im Auto revolutionieren wird.
Der beschriebene Generator kann außer 12 oder 24 Volt für das Bordnetz zusätzlich eine viel höhere Spannung abgeben, beispielsweise 220 Volt für übliche Haushaltsgeräte.
Bei herkömmlichen Fahrzeugheizungen mit motorabhängigen Heizgeräten werden Heizgeräte eingesetzt, die durch Ver brennung von Brennstoff Wärme erzeugen und an Wärmeträger abgeben können.
Diese Methode ist aus energiewirtschaftlicher Sicht zum Einen, wie Umwelt schonenden Gesichtspunkten zum Anderen nicht zeitgemäß.
Ebenso ist die Betreiberfreundlichkeit auf Grund der vor handenen technischen Möglichkeit eingeengt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Fahrzeug heizung auf Grundlage von erzeugter Speicherwärme elektri scher Art zu jeder Zeit dem Fahrgastraum ohne Inanspruch nahme von zusätzlicher Energie zuzuführen.
Dabei soll die Erwärmung des Fahrzeuginnenraumes mit einer angenehmen Temperatur in zeitlich bestimmter oder auch au genblicklicher Zeit; sowie eine Vereisung der Fahrzeug scheiben verhindert oder eine sichere Enteisung der Fahr zeugscheiben zu bestimmter Zeit gewährleistet sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Fahrzeugheizung erfin dungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
b) einen 220 Volt Wechselstromkreis mit:
Generator, Hauptsicherung, eines Hauptschalters, von dort fließt der Strom zu einem Sicherungsrelais, einer Sicht feld-Diodenanzeige und weiter zu einer Wechselstrom-Ver teileranschlußbuchse.
- - einer Wechselstrom-Anschlußleitung mit Steckverbinder zu einer Wärmespeicher-Fußmatte oder über weitere An schlußleitungen zu Wärmespeicher-Fußmatten im Baukasten prinzip miteinander verbindbar.
c) einen für den Betrieb der Wärmespeicher-Fußmatten notwen digen Gleichstrom-, und Steuerschaltkreis mit Ansteue rung:
- - der fahrzeugeigenen Batterie, weiter zu einem Sicherungselement, einem Steuergerät und zu einer Gleich strom-Verteileranschlußbuchse.
- - einer Gleichstrom-, Steueranschlußbuchse.
- - einer Gleichstrom-, Steuerkabelanschlußleitung zu einem in der Wärmespeicher-Fußmatte eingebautem Rotations-Wal zengebläse sowie einer Lüftungsklappe oder über weitere Anschlußleitungen zu den in den Wärmespeicher-Fußmatten eingebauten Rotations-Walzengebläsen sowie den Lüftungs klappen führt.
(d) einen für den Betrieb der Wärmespeicher-Fußmatten notwen digen zentralen Membran-Umluftansaugstutzen mit:
- - Abgangs-, Anschlußstutzen, einer Anschlußkanalleitung zu einer Wärmespeicher-Fußmatte oder über weitere Ab gangs-, Anschlußstutzen zu Wärmespeicher-Fußmatten:
e) ein für die Wärmespeicher-Fußmatten vorgesehenes Steuerge rät, daß den Betrieb der Wärmespeicherheizung steuert.
f) die 220 V Wechselstrom betriebenen Wärmespeicher-Fußmat ten mit Luftansaugstutzen, den Lüftungsklappen und den Ro tationsgebläsen sowie den angewinkelten Luftaustrittsöff nungen erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
g) daß die Wärmespeicher-Fußmatten Lüftungsklappen mit Zeit-abhängig programmierter Ansteuerung vom Steuergerät, und Luftaustrittsöffnungen sowie ein ebenfalls auf gleichem Steuerimpuls reagierendes Rotations-Walzengebläse haben.
h) außerdem Innenklappen mit Luftaustrittsöffnungen temperatur abhängig über Meßfühler und Steuergerät-Impuls angesteuert werden, die die Umluft über das vorhandene fahrzeugeigene Heizsystem mit zusätzlichem Anschluß über Kanalleitungen und Anschlußstutzen bei gleichzeitiger Ansteuerung der Rotations-Walzengebläse, leitet.
i) daß die Wärmespeicher-Fußmatte aus einer Wärmespei cher-Kernplatte, mehreren Lamellenplatten, zwischenliegenden Heizspiralen, einem umlaufenden Umluftkanal, einer umlau fenden Wärmedämmbeplattung, einem flexiblen keramischen Mosaikplättchen-Ummantelungskörper sowie einer fußseitigen textilen Belegung besteht.

Die Stromzufuhr für die Heizspiralen erfolgt über eine Stromanschlußschiene mit eingangsseitiger Steckverbindung. Die Fahrzeugheizung kann sowohl im Baukastenprinzip als Nachrüstsatz, oder auch als 1 Element/Festblockheizung ausgeführt und eingebaut werden.

Im wesentlichen wird das vom jeweiligen Fahrzeugtyp, den Ansprüchen des Betreibers, wie dem Fahrzeughersteller be stimmt.

Vornehmlich ist als Nachrüstung an Fahrzeugbetreiber gedacht, die das Kraftfahrzeug im Winterhalbjahr zur ständigen Nut zung im Freien parken müssen.

Die Vorteilhaftigkeit der Erfindung ist hierbei zum Start zeitpunkt des Kraftfahrzeuges in einem vorgewärmten Fahr zeuginnenraum, wie Eisfreiheit der Autoscheiben beziehungs weise Kraftfahrzeugscheiben zu suchen.

Ferner wird die weitere Nützlichkeit der Erfindung bei längerem Stau auf Autobahnen oder sonstigen Straßen wie übrigen Veranlassungen zum Stehen des Fahrzeuges erkennbar. Der Motor kann abgestellt werden.

Das herkömmliche fahrzeugeigene Heizsystem wird geschlossen. Die Wärmespeicherheizung wird in Betrieb genommen.

Die auszuschöpfende beziehungsweise zur Verfügung stehende Wärmemenge hängt dabei vom gespeicherten Wärmehaushalt der Wärmespeicher-Fußmatten beziehungsweise des Wärme-Festblocks ab.

Dieser wird von den Betriebsstunden des Kraftfahrzeugen wie bereits entnommener Wärmemenge bestimmt.

Dabei werden durch laufende Vorderfahrzeuge lästige ange saugte Abgasgerüche im Fahrzeuginnenraum vermieden. Weiter wird durch leerlaufende Motoren insbesondere verun reinigte Luft nicht unwesentlich bei breiter Anwendung mini miert.

Der Benzinverbrauch wird gesenkt.

Bei der erfindungsgemäßen Fahrzeugheizung soll ein Steuer gerät mit Microrechner zum betreiben der strombetätigten Rotations-Walzengebläse, der strombetätigten Lüftungsklap pen, der strombetätigten Innenklappen zur Anwendung kommen. Je nach gewünschter Nutzungsart ist das Steuergerät Zeit-, beziehungsweise temperaturabhängig zu programmieren, oder aber bei Bedarf einfach einzuschalten.

Die 3 Anwendungssituationen des Heizgerät-Steuergerätes (18) zur Wahleinstellung:

Situation 1 (Stau)

- Längerer Fahrzeugstau
- Heizung notwendig
- Motor Aus
- vorhandenes Heizsystem
- ZU
- Zusatzheizung Hand (1)
- EIN
- Zusatzheizung Hand (2)
- AUS

Situation 2 (Zeit)

- Zeitabhängige Zuschaltung
- Fahrzeug abparken
- Automatik Zeit (5)
- EIN
- Zeit EIN (10) suchen
- Zeit EIN (10) programmieren (12)
- Zeit AUS (11) suchen
- Zeit AUS (11) programmieren (12)

Situation 3 (Temperatur)

- Temperaturabhängige Zuschaltung über Temperaturfühler
Nutzung des vorhandenen Fahr zeug-Heizendsystems
- Fahrzeug abparken
- Automatik Temperatur (3)
- EIN
- fahrzeugeigenes Lüftungssystem auf Fahrzeugscheiben fixieren
- Temperatur EIN (7) suchen
- Temperatur EIN (9) programmieren
- Temperatur AUS (8) suchen
- Temperatur AUS (9) programmieren

Nach Fahrbetriebaufnahme ist bei:

Situation 2

- Automatik Zeit (6) auf
- AUS zu stellen

bei:

Situation 3

- Automatik Temperatur (4) auf
- AUS zu stellen.

Eine technische Möglichkeit der Erfindungsausführung ist an hand der schematisch dargestellten Zeichnungen

Fig. 1 Wärmespeicherheizung, Funktionsschemata,

Fig. 2 Wärmespeicher-Fußmatte (Querschnitt),

Fig. 3 Steuergerät mit integriertem Microrechner,
gegeben und soll im Einzelnen so erläutert werden:
In Fig. 1 erkennt man den 220 Volt Wechselstrom erzeugenden Generator 1, den 220 Volt Wechselstromkreis 2, in Stromfluß richtung Hauptsicherung 3, Hauptschalter 4, von dort zu einem Sicherungsrelais-Feld und zugehörige Sichtfeld-Diodenanzei ge 6 für die optische Kontrolle der Funktion.

Von hier wird der Strom zu einer Wechselstrom-Verteileran schlußbuchse 7 geleitet.

Vom Generator wird separat ein Gleichrichter 14 angesteuert. Mittels Steckverbindung wird eine Wechselstrom-Anschlußlei tung 8 von der Wechselstrom-Verteileranschlußbuchse 7 zu ei ner Wärmespeicher-Fußmatte geführt.

Wichtig für den Betrieb der Wärmespeicher-Fußmatten ist der Gleichstromkreis 15.

Er besteht im hauptsächlichen in der Ansteuerung der Fahr zeug-Batterie 16, weiter zu einem Sicherungselementen-Kasten 17, einem Steuergerät 18 mit integriertem Microrechner und letzt lich dem Anschluß einer Gleichstrom-Verteileranschlußbuchse und Steuerkabelanschluß 19.

Über Steckverbinder-Gleichstrom-, wie Steuerleitung 20 wird das in der Wärmespeicher-Fußmatte 9 vorhandene Rotations-Walzen gebläse 23 sowie die Lüftungsklappe 26 und die Innenklap pe 40 angesteuert.

Über einen Membran-Umluftansaugstutzen 29 mit Abgangs-Anschluß stutzen 30, einer Anschlußkanalleitung 31 wird die Wärmespei cher-Fußmatte 9 angebunden.

In gleicher Weise sind wie beschrieben und wie in Fig. 1 er kennbar, die Wärmespeicher-Fußmatten 10 und 11 funktionell in der Wärmespeicherheizung integriert.

Für die Ansteuerung der Innenklappe 41 kommt aber lediglich nur das Wärmespeicher-Fußmattenpaar 9 und 10 in Betracht. Die Wärmespeicher-Fußmatte 11 ist dann bei Fahrzeugstart separat zur Unterstützung der fahrzeugeigenen Heizung bis zum warmlaufen des Motors zu nutzen.

Fig. 2 stellt den Aufbau und Wirkungsprinzip einer Wärme speicher-Fußmatte als Nachrüst/Element dar.

Die Wärmespeicher-Fußmatte 9 hat eine Lüftungsklappe 26 mit zeitabhängig programmierter Ansteuerung vom Steuergerät 18.

Weiter eine Luftaustrittsöffnung 44, sowie ein ebenfalls auf gleichen Steuerimpuls reagierendes Rotations-Walzengebläse 23. Gleiches trifft auf die Fußmatten 10 und 11 zu.

Hier sind es die Luftaustrittsöffnungen 45 und 46, sowie die Rotations-Walzengebläse 24 und 25.

Die Wärmespeicher-Fußmatten 9 und 10 im Baukastenprinzip an einander geordnet, besitzen weiter jeweils eine Innenklappe 40 und 41 mit Luftaustrittsöffnungen wie Verbindungsstutzen 42 und 43, die temperaturabhängig über Temperatur-Meßfühler 58 und Steuergerät 18 mit angesteuert werden.

Die Wärmespeicher-Fußmatte 9 wie (10 und 11) besitzt eine Wärmespeicher-Kernplatte 48 und ein Paket von Wärmespeicher-Lamel lenplatten 49 mit zwischenliegenden Heizspiralen 56, so wie einen um das Lamellenpaket umlaufenden Umluftkanal 57. Um den Umluftkanal liegt ein Mosaikplättchen-Ummantelungskör per sowie eine ebenfalls umlaufende Wärmedämmbeplattung 51. Draufseitig als Fußablage ist die Fußmatte mit angepaßter tex tiler Belegung 52 ausgestattet.

Die Stromzuführung zu den Heizspiralen erfolgt über eine Strom anschlußschiene mit eingangsseitiger Steckverbindung 55.

Die Betriebsweise der beschriebenen Wärmespeicherheizung wird von 3 Gebrauchssituationen bestimmt.

Im Einzelnen:
Situation 1 = Stausituation
Situation 2 = Zeitsituation
Situation 3 = Temperatursituation.

Voraussetzung ist grundsätzlich, daß für optimale Betriebs fähigkeit ausreichend Wärmekapazität produziert wird. Das hängt ausschließlich von der Laufzeit des Kraftfahrzeuges ab.

Infolge des laufenden Fahrzeuges produziert der Generator eine 220 Volt Wechselspannung.

Über Sicherungselemente, Hauptschalter, wird der Strom zur zen tral angeordneten Steckbuchse geleitet.

Weiter über Kabelverbindung zu den Heizspiralen der Wärmespei cher-Fußmatten.

Die produzierte Wärme wird in der Kernspeicherplatte wie den Lamellenplatten gespeichert.

Der flexible keramische Mosaikplättchen-Ummantelungskörper kompensiert den gespeicherten Wärmehaushalt.

Die umlaufende Wärmedämmplatte isoliert das Wärmepaket.

Vom Generator wird über einen Wechselstrom-Gleichrichter der Gleichstrom über die fahrzeugeigene Batterie zum Steuergerät mit integriertem Microrechner geleitet.

Von hier geht eine Gleichstrom-,Steuerleitung zu den Steck buchsen; über weitere steckbare Verkabelung zu den Lüftungs klappen und Rotations-Walzengebläsen in den Wärmespeicher-Fuß matten.

Mit Auslösen eines jeweiligen Steuerimpulses werden die Rota tions-Walzengebläse zum rotieren, die Lüftungsklappen synchron zum Öffnen gebracht.

Damit wird Fahrzeug-Innenluft über den zentral angebrachten Membran-Ansaugstutzen in die Umluftkanäle der Wärme speicher-Fußmatten gesaugt.

Durch die Zwischenräume der Wärmespeicher-Kernplatten zu den Lamellenplatten, den Umluftkanälen zu den keramischen Ummantelungskörpern wird die Luft in den Wärmespeicher-Fußmat ten gemischt, erhitzt über die Walzen-Rotationsgebläse und geöffneten Lüftungsklappen zurück in den Fahrzeug-Innenraum transportiert.

Die Luftströmung ist durch Pfeile mit voll geschwärzter Spitze markiert.

Durch öffnen der Innenklappen und synchron dazu dem Steuerim puls zu den Rotations-Walzengebläsen, kann die erwärmte Misch luft über den Anschlußstutzen des bestehenden Heizsystems als weitere Variante in den Fahrzeuginnenraum transportiert werden.

Die Fahrzeug-Innenraumtemperatur steigt und wird bei:

- Automatik/Temperatur-Einstellung auf die gewünschte Raumtemperatur
- Automatik/Zeit-Einstellung bis zur gewünschten Aus-Zeit,

gebracht. Bei Auslösen des jeweiligen Steuerimpulses werden die Rotations-Walzengebläse abgeschalten und synchron dazu die Innen-, beziehungsweise die Lüftungsklappen geschlossen. Der Heizvorgang ist damit beendet.

Die Laststufigkeit der Wärmespeicherplatten zur Sichtkontrolle kann über ein dafür vorgesehenes Instrumentarium am Steuer gerät erfolgen.

Die Auslegung der Speicherkapazität der Wärmespeicher-Fußmat ten oder des 1 Element/Wärmespeicher-Festblocks richtet sich im wesentlichen nach dem dafür vorgesehenen Fahrzeugtyp.

Maßgeblich spielt dabei der Kubikmeter zu erwärmende Raumin halt des jeweiligen Fahrgastraumes als Bemessungskenngröße die entscheidende Rolle.

Angestrebt werden sollte eine technische Ausführung, die sich durch einfache Bedienung, solide Grundausführung sowie gutes Preis-, Leistungsverhältnis, anbietet.

Diese Anforderungen sollten dem Nachrüstsatz, wie der werks seitigen Grundausstattung gleichermaßen gelten.

Claims

1. 220 V Wechselstrom-Wärmespeicherheizung für Kraftfahrzeuge mit Fahrgastraum, aufweisend:

(a) einen Generator (1), der als Stromerzeuger einen Wechselstrom mit 220 V Wechselspannung erzeugen und ab geben kann

dadurch gekennzeichnet,

(b) einen 220 V Wechselstromkreis (2) mit:
- - Stromfluß zu einer Hauptsicherung (3), weiter eines Hauptschalters (4), von dort zu einem Sicherungsrelais, einer Sichtfeld-Diodenanzeige (6) und weiter zu einer Wechselstrom-Verteileranschlußbuchse (7) führt,
- - Anschluß eines Strom-Gleichrichters (14),
- - einer Wechselstrom-Anschlußleitung (8) mit Steckver binder zu einer Wärmespeicher-Fußmatte (9), oder über weitere Anschlußleitungen (12 und 13) zu Wärme speicher-Fußmatten (10 und 11) führt,
c) einen für den Betrieb der Wärmespeicher-Fußmatten (9, 10 und 11) notwendigen Gleichstromkreis mit:
- - Ansteuerung der Fahrzeug-Batterie (16), weiter zu ei nem Sicherungs-Elementenkasten (17), einem Steuerge rät mit integriertem Microrechner (18) zu einer Gleichstrom-Verteileranschlußbuchse und Steuerkabel anschluß (19),
- - einer Anschlußleitung (20), zu einem in der Wärmespei cher-Fußmatte (9) eingebautem Rotations-Walzengebläse (23) sowie einer Lüftungsklappe (26) oder über weitere Anschlußleitungen (21 und 22), zu den in den Wärmespei cher-Fußmatten (10 und 11) eingebauten Rotations-Wal zengebläsen (24 und 25) sowie den Lüftungsklappen (27 und 28), führt.
  Weiter die Innenklappen (40 und 41) ansteuert.
d) einen für den Betrieb der Wärmespeicher-Fußmatten not wendigen zentralen Membran-Umluftansaugstutzen (29) mit:
- - Abgangs-, Anschlußstutzen (30), einer Anschluß-Kanal leitung (31), oder weiteren Anschluß-Kanalleitungen (32 und 33), zu einer Wärmespeicher-Fußmatte (9), oder über weitere Abgangs-,Anschlußstutzen (34 und 35) zu Wärmespeicher-Fußmatten (10 und 11),
e) ein für die Wärmespeicher-Fußmatten (9, 10 und 11) vor gesehenes Steuergerät (18), das den Betrieb der Wär mespeicherheizung steuert,
f) die 220 V Wechselstrom betriebenen Wärmespei cher-Fußmatten (9, 10 und 11) mit Luftansaugstutzen (36, 37 und 38), den Lüftungsklappen (26, 27 und 28), den Rotations-Walzengebläsen (23, 24 und 25), sowie den angewinkelten Luftaustrittsöffnungen (53),

dadurch gekennzeichnet,

g) daß die Wärmespeicher-Fußmatten (9, 10 und 11) Lüf tungsklappen (26, 27 und 28) mit zeitabhängig program mierter Ansteuerung vom Steuergerät (18) und Luftaus trittsöffnungen (44, 45 und 46) haben, sowie auf glei chen Steuerimpuls reagierende Rotations-Walzengebläse (23, 24 und 25),
h) daß die Wärmespeicher-Fußmatten (9 und 10) außerdem Innenklappen (40 und 41) mit Luftaustrittsöffnungen (42 und 43) haben, die temperaturabhängig über Tem peraturmeßfühler (58) und Steuergerät (18) mit Im puls angesteuert werden,
weiter die Umluft über das vorhandene Heizendsystem, mit zusätzlichem Anschluß über Kanalleitung (39) und Anschlußstutzen (47) bei gleichzeitiger Ansteuerung der Rotations-Walzengebläse (23 und 24), geleitet wird,
i) daß die Wärmespeicher-Fußmatten (9, 10 und 11) aus ei ner Wärmespeicher-Kernplatte (48), mehreren Wärme speicher-Lamellenplatten (49) mit zwischenliegenden Heizspiralen (56), einen umlaufenden Umluftkanal (57), einer ebenfalls umlaufenden Wärmedämmbeplattung (51), einem flexiblen Ummantelungskörper aus kerami schen Mosaikplättchen (50), sowie einer fußseitigen textilen Belegung (52), jeweilig besteht,
die Stromzufuhr erfolgt über eine Stromanschlußschie ne (54) mit eingangsseitiger Steckverbindung (55).

2. Fahrzeugheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 220 V Wechselstrom-Wärmespeicherheizung als Nach rüstsatz im Baukastensystem aufgebaut ist.

3. Fahrzeugheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 220 V Wechselstrom-Wärmespeicherheizung als 1 Element/Wärmespeicher-Festblock zentral, wie funktio nell beschrieben, ausgeführt und eingebaut werden kann.

4. Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (18) so ausgelegt ist, daß es unter Berücksichtigung der Uhrzeit in programmiertem Zeitintervall die strombetätigten Rotations-Walzengebläse (23, 24 und 25) ein- und ausschaltet, sowie die strom betätigten Lüftungsklappen (26, 27 und 28) synchron da zu öffnet und schließt.

5. Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (18) einen Temperaturfühler (58) für die Raumtemperatursteuerung hat.

6. Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (18) so aus gelegt ist, daß es unter Messung der Fahrkabinen-Raum temperatur über einen Temperaturfühler (58) einen un teren ersten Temperatur-Schaltpunkt, und einen zweiten oberen Schaltpunkt für die strombetätigten Rota tions-Walzengebläse (23 und 24) besitzt und beim ersten Schaltpunkt ein- und am zweiten Schaltpunkt ausschaltet; die strombetätigten Innenklappen (40 und 41) synchron dazu öffnet und schließt.

7. Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (18) so aus gelegt ist, daß es über einen Kippschalter EIN/AUS je derzeit möglich ist, die strombetätigten Rotations-Wal zengebläse (23, 24 und 25) mit den strombetätigten Lüf tungsklappen (26, 27 und 28) synchron ein-, beziehungs weise auszuschalten.

8. Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Steuergerät so ausgelegt ist, daß es über einen weiteren Kippschalter EIN/AUS jederzeit möglich ist, die strombetätigten Rota tions-Walzengebläse (23 und 24) mit den strombetätigten In nenklappen (40 und 41) synchron ein-, beziehungsweise auszuschalten.