WO2011000818A2 - Vorrichtung zur gewinnung elektrischer energie in einem motorbetriebenen fahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zur gewinnung elektrischer energie in einem motorbetriebenen fahrzeug Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B60K11/04—Arrangement or mounting of radiators, radiator shutters, or radiator blinds
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Definitions

  • the invention relates to a device for obtaining electrical energy in a motor vehicle, comprising a thermoelectric generator unit having at least one thermoelectric module which thermally contacts one side with a heat source and the other side with a coolant circuit.
  • Thermoelectric generators for generating electrical energy by utilizing a temperature difference, in which, for example, the exhaust heat of an internal combustion engine is utilized, have been known for some time.
  • the thermoelectric module of such generator units consists of a series of p- and n-doped legs, which are provided at the ends with electrical contacts.
  • the Seebeck effect is utilized in which the temperature difference between two ends (a high-temperature section and a low-temperature section) of a metal or semiconductor part causes a potential difference.
  • thermoelectric generator for an internal combustion engine
  • the generator has a hot side, which is associated with the exhaust duct and a cool side (coolant heat exchanger), which communicates with the cooling circuit of the internal combustion engine.
  • coolant heat exchanger coolant heat exchanger
  • a disadvantage is the fact that the vehicle radiator on the thermoelectric generator unit, a relatively large heat load is supplied, which means that the vehicle radiator must be larger in size to dissipate the additional heat load. Since the internal combustion engine coolant typically has a temperature of 90 ° C.-110 ° C. during operation, the usable enthalpy gradient for the TEG unit and the Carnot efficiency are disadvantageously reduced.
  • DE 10 2006 057 662 A1 discloses a vehicle with a thermoelectric generator, in which a heat exchanger through which the exhaust gas flows is used as the heat source and cooling air flows through or flows through the cooling elements of the thermoelectric generator.
  • the heat exchanger elements and the cooling elements of the thermoelectric generator are formed by flat tubes which are alternately stacked one above the other, wherein the tubes forming the cooling elements are arranged substantially transversely to the heating elements forming the tubes.
  • the air- entry for the radiator elements is arranged for example in the underbody area of the vehicle.
  • thermoelectric generator directly to a heat-emitting component, such as the vehicle engine, arranged and thermally conductively connected thereto.
  • the heat sink of the thermoelectric generator is realized either by cooling fins, which are acted upon by the wind, or is e.g. connected to a liquid flowing through the cooling circuit of the vehicle.
  • the air intakes on the vehicle front must be increased, whereby the cw value of the vehicle is deteriorated
  • there is an increased heat input into the cooling circuit of the vehicle whereby it must be dimensioned correspondingly larger.
  • the object of the invention is to improve a device for obtaining electrical energy in a motor-driven vehicle such that sufficient cooling of the low-temperature side of the thermoelectric generator unit can be provided without significantly deteriorating the aerodynamic values of the vehicle or without additional active components such To install fans, pumps, etc.
  • this object is achieved in that one of a possible coolant circuit for engine or oil cooling of the vehicle independent coolant circuit is provided for dissipating heat energy in a body part of the vehicle, wherein on the vehicle interior facing side of the body part by means of thermally conductive contact elements in the Coolant circuit integrated coolant heat exchanger is arranged.
  • the heat dissipated by the thermoelectric module is introduced into existing, largely aerodynamically optimized body parts of the vehicle, so that the cw value is not adversely affected thereby.
  • Another advantage of an engine cooling independent cooling circuit is that a low temperature circuit with an operating temperature range of 30 0 C to 50 0 C, instead of the usual 95 ° C, can be used. As a result, it is possible to use conventional refrigerants which undergo a liquid / gas phase change during operation, whereby the effect of nucleate boiling can be utilized for efficient heat transfer.
  • the rear wall of the vehicle roof or the wheel well can be used.
  • the coolant heat exchanger for using the convective circulation of the coolant to a coolant inlet which is arranged geodetically above the thermoelectric unit and the heat source, wherein a riser is provided, the coolant outlet of the thermoelectric generator unit with the coolant inlet of the coolant heat exchanger combines.
  • the thermosyphon principle can be exploited, so that no active components such as pumps, etc. are necessary for the transport of the coolant.
  • thermosiphon principle is known in another context from DE 34 07 521 C1 and is used here to maintain a cooling circuit for a turbocharger after stopping the internal combustion engine by a thermosiphon effect.
  • the removal of the heat energy takes place here, however, in the engine cooling circuit, so that the disadvantages mentioned above occur.
  • thermosyphon Another application of a thermosyphon is known from WO 2008/025707 A1, in which a thermoelectric generator in an internal combustion engine and means for limiting the temperature of the generator are shown.
  • the thermosyphon is here - in contrast to the invention - arranged on the high-temperature side of the thermoelectric generator unit and serves to avoid too high temperatures for the used here TEG Any material with a relatively low maximum temperature of about 350 0 C.
  • Fig. 1 shows an inventive device for obtaining electrical
  • Fig. 2 is a detail section along line H-II in Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a detail section along the line III-III in Fig. 1.
  • Fig. 4 shows an application of the thermosiphon principle for dissipating heat energy of an EGR system in a truck.
  • the device according to the invention shown schematically in FIG. 1 and the details according to FIG. 2 and FIG. 3 is installed in a motor vehicle 10 with an internal combustion engine 11 and serves to recover electrical energy from the waste heat of the exhaust system.
  • thermoelectric generator unit 1 is arranged in the exhaust gas line 12, for example in the flow direction, according to a device 13 for exhaust gas aftertreatment.
  • the thermoelectric generator unit 1 has a plurality of thermoelectric modules 2 which thermally contact with one side a heat source 3 (here in the form of the exhaust gas heat exchanger 3 ') and with the opposite side a coolant of a coolant circuit 4.
  • the coolant circuit 4 does not load the existing cooling water circuit 20 of the vehicle 10 but is connected to dissipate heat energy with a body part 5 of the vehicle 10, said body part 5 (for example, a side wall, rear wall, roof area or the wheel arch of the car) of the ambient air or is exposed to the wind, so that is provided for an effective heat dissipation.
  • the heat energy is emitted into the body part 5 with the aid of a coolant heat exchanger 6, which is arranged on the side 7 of the body part 5 facing the vehicle interior by means of thermally conductive contact elements 8 (see FIG.
  • the operation of the coolant circuit 4 preferably takes place without active circulation means according to the functional principle of the thermosyphon, the body-side coolant heat exchanger 6 for utilizing the convective circulation of the coolant having a coolant inlet 9, which is arranged above the thermoelectric generator unit 1.
  • a riser 14 is provided, which connects the coolant outlet 15 in the upper region of the thermoelectric generator unit 1 with the coolant inlet 9 of the coolant heat exchanger 6.
  • the coolant heat exchanger 6 has a meandering in the flow direction of the coolant falling heat exchanger tube 16, which opens via a connection or downpipe 17 into the coolant inlet 18 in the lower region of the thermoelectric generator unit 1.
  • the coolant heat exchanger 6 may also consist of a plurality of heat exchanger tubes arranged in parallel.
  • the heat source used is an exhaust gas heat exchanger 3 'through which the exhaust gas of the internal combustion engine 11 of the vehicle 10 flows; however, within the scope of the invention it is also possible to use a heat-emitting component of the drive unit such as engine, oil sump, etc. as the heat source 3 with its surface the thermoelectric module 2 of the generator unit 1 is in direct thermal contact.
  • a heat-emitting component of the drive unit such as engine, oil sump, etc.
  • the coolant circulating in the coolant circuit 4 may preferably be a coolant, for example a coolant used in vehicle air conditioning systems, which during operation undergoes a liquid / gaseous phase change.
  • the liquid level 19 is indicated by dashed lines in the generator unit 1.
  • the evaporating in the generator unit 1 refrigerant rises in the riser 14, condenses with heat to the body part 5 and flows through the downcomer 17 back into the generator unit. 1
  • thermoelectric generator unit not shown here, may be arranged.
  • the dissipated through the vehicle radiator heat output without activation of the vehicle radiator fan is around 100 KW. This value is often exceeded as a result of ever higher exhaust gas recirculation rates to meet increasingly stringent exhaust emissions regulations.
  • EURO6 engines it comes even in the operation of long-distance commercial vehicles in countries without mountain routes already to activation rates of vehicle cooling fans in the range of 10%.
  • the resulting increased fuel consumption is at least 1% - 2%.
  • a part of the cooling power is now delivered via the vehicle outer skin, whereby the frequency of the cooling fan activation and the associated additional fuel consumption can be substantially reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie in einem motorbetriebenen Fahrzeug (10), mit einer thermoelektrischen Generatoreinheit (1), die zumindest ein thermoelektrisches Modul (2) aufweist, welches mit einer Seite eine Wärmequelle (3) und mit der anderen Seite einen Kühlmittelkreislauf thermisch kontaktiert. Erfindungsgemäß ist ein von einem allfälligen Kühlmittelkreislauf (20) zur Motor- oder Ölkühlung des Fahrzeugs (10) unabhängiger Kühlmittelkreislauf (4) zur Abfuhr von Wärmeenergie in ein Karosserieteil (5) des Fahrzeuges (10) vorgesehen, wobei an der dem Fahrzeuginneren zugewandten Seite (7) des Karosserieteils (5) mittels thermisch leitender Kontaktelemente (8) ein in den Kühlmittelkreislauf (4) integrierter Kühlmittelwärmetauscher (6) angeordnet ist. Das Karosserieteil (5) kann ein geeigneter Bereich einer Seitenwand, der Rückwand, des Dachs oder des Radkastens des Fahrzeugs (10) sein.

Description

- i -
Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie in einem motorbetriebenen Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie in einem motorbetriebenen Fahrzeug, mit einer thermoelektrischen Generatoreinheit, die zumindest ein thermoelektrisches Modul aufweist, welches mit einer Seite eine Wärmequelle und mit der anderen Seite einen Kühlmittelkreislauf thermisch kontaktiert.
Thermoelektrische Generatoren (TEG) zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Ausnützung einer Temperaturdifferenz, bei welchen beispielsweise die Abgaswärme einer Brennkraftmaschine ausgenutzt wird, sind bereits seit längerer Zeit bekannt. Das thermoelektrische Modul derartiger Generatoreinheiten besteht aus einer Reihe von p- und n- dotierten Schenkeln, die an deren Enden mit elektrischen Kontakten versehen sind. Dabei wird der Seebeck-Effekt ausgenützt, bei welchem die Temperaturdifferenz zwischen zwei Enden (einem Hochtemperaturabschnitt und einem Niedrigtemperaturabschnitt) eines Metall- oder Halbleiterteils eine Potentialdifferenz hervorruft.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2005 005 077 Al ein thermoelektrischer Generator für eine Brennkraftmaschine bekannt geworden, der an einen Abgaskanal angeschlossen ist. Der Generator weist eine heiße Seite auf, welche dem Abgaskanal zugeordnet ist und eine kühle Seite (Kühlmittelwärmetauscher), welche mit dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Nachteilig ist die Tatsache, dass dem Fahrzeugkühler über die thermoelektrische Generatoreinheit eine relativ große Wärmelast zugeführt wird, was dazu führt, dass der Fahrzeugkühler größer dimensioniert werden muss, um die zusätzliche Wärmelast abzuführen. Da das Kühlmittel der Brennkraftmaschine im Betrieb typischerweise eine Temperatur von 900C - 1100C aufweist, sind das nutzbare Enthalpiegefälle für die TEG Einheit und der Carnotsche Wirkungsgrad nachteiligerweise vermindert.
Weiters ist aus der DE 10 2006 057 662 Al ein Fahrzeug mit einem thermoelektrischen Generator bekannt geworden, bei welchem als Wärmequelle ein vom Abgas durchströmter Wärmetauscher verwendet wird und die Kühlelemente des thermoelektrischen Generators von kühlender Luft um- bzw. durchströmt werden. Die Wärmetauscherelemente und die Kühlelemente des thermoelektrischen Generators sind durch Flachrohre gebildet, die abwechselnd stapelartig übereinander angeordnet sind, wobei die die Kühlelemente bildenden Rohre im Wesentlichen quer zu den die Heizelemente bildenden Rohren angeordnet sind. Der Luft- eintritt für die Kühlerelemente ist beispielsweise im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet.
Aus der WO 2008/095582 Al ist ein Fahrzeug mit einem thermoelektrischen Generator bekannt, bei welchem der thermoelektrische Generator unmittelbar an einer Wärme abgebenden Komponente, beispielsweise dem Fahrzeugmotor, angeordnet und thermisch leitend damit verbunden ist. Die Wärmesenke des thermoelektrischen Generators wird entweder durch Kühlrippen realisiert, die vom Fahrtwind beaufschlagt sind, oder ist z.B. an einen flüssigkeitsdurchströmten Kühlkreislauf des Fahrzeugs angeschlossen. Im ersten Fall müssen die Lufteinläs- se an der Fahrzeugfront vergrößert werden, wodurch der cw-Wert des Fahrzeugs verschlechtert wird, im zweiten Fall erfolgt ein erhöhter Wärmeeintrag in den Kühlkreislauf des Fahrzeugs, wodurch dieser entsprechend größer dimensioniert werden muss.
Aus der DE 42 19 938 Al ist es bekannt, zweischalige Aluminium-Verkleidungsplatten als Karosserieteile herzustellen, in deren Zwischenraum Strömungswege für ein Kühlmittel geformt werden, wodurch die Verkleidungsplatten als eine Art Wärmetauscher fungieren können. Die Herstellung erfolgt nach einem aufwendigen Verfahren. Die derart hergestellten Wärmetauscher sind im Kühlkreislauf für die Motorkühlung eingebunden.
Aus der DE 10 2004 049 636 Al ist eine ähnliche Vorrichtung zur Kühlung von flüssigen, gasförmigen oder fließfähigen Medien von Fahrzeugen bekannt, die ebenfalls eine doppelwandige oder mehrwandige Ausbildung der Mantelhülle eines Fahrzeugs aufweist, in deren Zwischenraum ein Kühlmedium geführt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie in einem motorbetriebenen Fahrzeug derart zu verbessern, dass für eine ausreichende Kühlung der Niedertemperaturseite der thermoelektrischen Generatoreinheit gesorgt werden kann, ohne die aerodynamischen Werte des Fahrzeugs maßgeblich zu verschlechtern bzw. ohne zusätzliche aktive Komponenten wie Lüfter, Pumpen etc. einbauen zu müssen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein von einem allfälligen Kühlmittelkreislauf zur Motor- oder Ölkühlung des Fahrzeugs unabhängiger Kühlmittelkreislauf zur Abfuhr von Wärmeenergie in ein Karosserieteil des Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei an der dem Fahrzeuginneren zugewandten Seite des Karosserieteils mittels thermisch leitender Kontaktelemente ein in den Kühlmittelkreislauf integrierter Kühlmittelwärmetauscher angeordnet ist. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die vom thermoelektrischen Modul abgeführte Wärme in bereits vorhandene, großteils aerodynamisch optimierte Karosserieteile des Fahrzeugs eingeleitet, so dass der cw-Wert dadurch in keiner Weise beeinträchtigt wird. Durch die Tatsache, dass kein zusätzlicher Wärmeeintrag in den Motorkühlkreis erfolgt, können beispielsweise bei einem PKW mit Kühlerjalousien diese häufiger bzw. weiter geschlossen und so der Vorteil ausgenützt werden, dass bei geschlossenen Jalousien der cw-Wert um typischerweise 5% niedriger ist als bei offenen Jalousien. Weiters kann dadurch häufiger auf die Aktivierung des Fahrzeuglüfters verzichtet werden.
Ein weiterer Vorteil eines von der Motorkühlung unabhängigen Kühlkreislaufes besteht darin, dass ein Niedertemperaturkreislauf mit einem Betriebstemperaturbereich von 300C bis 500C, an Stelle der üblichen 95°C, eingesetzt werden kann. Das führt dazu, dass herkömmlicher Kältemittel eingesetzt werden können, die im Betrieb einen Phasenwechsel flüssig/gasförmig unterliegen, wobei der Effekt des Blasensiedens für einen effizienten Wärmetransport ausgenützt werden kann.
Als bevorzugte Karosserieteile können Bereiche einer Seitenwand, der Rückwand des Fahrzeugdachs oder des Radkastens herangezogen werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kühlmittelwärmetauscher zur Nutzung der konvektiven Umwälzung des Kühlmittels einen Kühlmitteleinlass auf, der geodätisch oberhalb der thermoelektrischen Einheit sowie der Wärmequelle angeordnet ist, wobei eine Steigleitung vorgesehen ist, die den Kühlmittelauslass der thermoelektrischen Generatoreinheit mit dem Kühlmitteleinlass des Kühlmittelwärmetauschers verbindet. Damit kann das Thermosiphonprinzip ausgenutzt werden, so dass für den Transport des Kühlmittels keine aktiven Bauelemente wie Pumpen etc. notwendig sind.
Das Thermosiphonprinzip ist zwar in einem anderen Zusammenhang aus der DE 34 07 521 Cl bekannt und wird hier dazu verwendet, einen Kühlkreislauf für einen Turbolader nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine durch eine Ther- mosiphonwirkung aufrecht zu erhalten. Die Abfuhr der Wärmeenergie erfolgt hier allerdings in den Motorkühlkreislauf, so dass die eingangs erwähnten Nachteile auftreten.
Eine weitere Anwendung eines Thermosiphons ist aus der WO 2008/025707 Al bekannt, in welcher ein thermoelektrischer Generator in einer Brennkraftmaschine und Mitteln zur Temperaturbegrenzung an dem Generator aufgezeigt werden. Der Thermosiphon ist hier - im Unterschied zur Erfindung - an der Hochtemperaturseite der thermoelektrischen Generatoreinheit angeordnet und dient zur Vermeidung von zu hohen Temperaturen für die hier eingesetzten TEG-Mate- rialen mit relativ niedriger Maximaltemperatur von ca. 3500C.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer
Energie in einem PKW in schematischer Darstellung;
Fig. 2 einen Detailschnitt gemäß Linie H-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Detailschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1; sowie
Fig. 4 eine Anwendung des Thermosiphon-Prinzips zur Abfuhr von Wärmeenergie eines AGR-Systems in einem LKW.
Die in der Fig. 1 und den Details gemäß Fig. 2 und Fig. 3 schematisch dargestellte, erfindungsgemäße Vorrichtung ist in ein motorbetriebenes Fahrzeug 10 mit einer Brennkraftmaschine 11 eingebaut und dient zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Abfallwärme des Abgassystems.
Im dargestellten Beispiel ist eine thermoelektrische Generatoreinheit 1 im Abgasstrang 12 beispielsweise in Strömungsrichtung nach einer Einrichtung 13 zur Abgasnachbehandlung angeordnet. Die thermoelektrische Generatoreinheit 1 weist mehrere thermoelektrische Module 2 auf, welche mit einer Seite eine Wärmequelle 3 (hier in Form der Abgaswärmetauscher 3') und mit der gegenüberliegenden Seite ein Kühlmittel eines Kühlmittelkreislauf 4 thermisch kontaktieren. Der Kühlmittelkreislauf 4 belastet nun nicht den vorhandenen Kühlwasserkreislauf 20 des Fahrzeuges 10 sondern ist zur Abfuhr von Wärmeenergie mit einem Karosserieteil 5 des Fahrzeuges 10 verbunden, wobei dieser Karosserieteil 5 (beispielsweise eine Seitenwand, Rückwand, Dachbereich oder der Radkasten des PKW) der Umgebungsluft bzw. dem Fahrtwind ausgesetzt ist, so dass für eine effektive Wärmeabfuhr gesorgt ist.
Die Abgabe der Wärmeenergie in den Karosserieteil 5 erfolgt mit Hilfe eines Kühlmittelwärmetauschers 6, der an der dem Fahrzeuginneren zugewandten Seite 7 des Karosserieteils 5 mittels thermisch leitender Kontaktelemente 8 (s. Fig. 3) angeordnet ist.
Der Betrieb des Kühlmittelkreislaufes 4 erfolgt bevorzugt ohne aktive Umwälzmittel nach dem Funktionsprinzip des Thermosiphons, wobei der karosseriesei- tige Kühlmittelwärmetauscher 6 zur Nutzung der konvektiven Umwälzung des Kühlmittels einen Kühlmitteleinlass 9 aufweist, der oberhalb der thermoelektri- schen Generatoreinheit 1 angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist eine Steigleitung 14 vorgesehen, die den Kühlmittelauslass 15 im oberen Bereich der thermo- elektrischen Generatoreinheit 1 mit dem Kühlmitteleinlass 9 des Kühlmittelwärmetauschers 6 verbindet.
Im dargestellten Beispiel weist der Kühlmittelwärmetauscher 6 ein mäanderartig in Fließrichtung des Kühlmittels fallend angeordnetes Wärmetauscherrohr 16 auf, das über eine Anschluss- oder Fallleitung 17 in den Kühlmitteleinlass 18 im unteren Bereich der thermoelektrischen Generatoreinheit 1 mündet. Der Kühlmittelwärmetauscher 6 kann auch aus mehreren, parallel angeordneten Wärmetauscherrohren bestehen.
Bevorzugt wird als Wärmequelle ein vom Abgas der Brennkraftmaschine 11 des Fahrzeuges 10 durchströmter Abgaswärmetauscher 3' verwendet, es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, eine wärmeemittierende Komponente der Antriebseinheit wie Motor, Ölwanne, etc. als Wärmequelle 3 zu verwenden, mit deren Oberfläche das thermoelektrische Modul 2 der Generatoreinheit 1 direkt in thermischem Kontakt steht.
Das im Kühlmittelkreislauf 4 zirkulierende Kühlmittel kann bevorzugt ein Kältemittel sein, beispielsweise ein in Fahrzeugklimaanlagen verwendetes Kältemittel, das im Betrieb einem Phasenwechsel flüssig/gasförmig unterliegt. Der Flüssigkeitsspiegel 19 ist in der Generatoreinheit 1 strichliert angedeutet. Das in der Generatoreinheit 1 verdampfende Kältemittel steigt in der Steigleitung 14 auf, kondensiert unter Wärmeabgabe an das Karosserieteil 5 und fließt durch die Fallleitung 17 zurück in die Generatoreinheit 1.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeugs 10, bei welchem der Kühlmittelkreislauf 4 - unter Ausnützung des Thermosiphonprinzips - über einen Wärmetauscher 21 mit dem AGR-System 22, (bzw. einem Turbolader oder einer anderen wärmeemittierende Komponente der Antriebseinheit) in thermischem Kontakt steht. Die vom AGR-System abgegebene Wärme wird dadurch ohne zusätzliche aktive Komponenten sowie ohne Belastung der Fahrzeugkühlung direkt in die großflächigen Rück- und Seitenteile der Karosserie 5 des Nutzfahrzeugs eingeleitet. Zwischen dem AGR-System 22 und dem Wärmetauscher 21 kann eine hier nicht dargestellte thermoelektrische Generatoreinheit angeordnet sein.
Bei Fernverkehrs-NFZ liegt die über den Fahrzeugkühler abführbare Wärmeleistung ohne Aktivierung des Fahrzeugkühlerlüfters bei rund 100 KW. Dieser Wert wird - als Folge der immer höheren Abgasrückführraten zur Erfüllung von immer strengeren Abgasemissionsvorschriften - häufig überschritten. Bei aktuellen EURO6 Motoren kommt es selbst im Betrieb des Fernverkehrs-NFZ in Ländern ohne Bergstrecken bereits zu Aktivierungsraten der Fahrzeugkühlerlüfter im Bereich von 10%. Der dadurch hervorgerufene Kraftstoffmehrverbrauch liegt bei immerhin 1% - 2%. Gemäß vorliegender Erfindung wird nun ein Teil der Kühlleistung über die Fahrzeugaußenhaut abgegeben, wodurch die Häufigkeit der Kühlerlüfteraktivierung und der damit verbundenen Kraftstoffmehrverbrauch wesentlich reduziert werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie in einem motorbetriebenen Fahrzeug (10), mit einer thermoelektrischen Generatoreinheit (1), die zumindest ein thermoelektrisches Modul (2) aufweist, welches mit einer Seite eine Wärmequelle (3) und mit der anderen Seite einen Kühlmittelkreislauf thermisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem allfälligen Kühlmittelkreislauf (20) zur Motor- oder Ölkühlung des Fahrzeugs (10) unabhängiger Kühlmittelkreislauf (4) zur Abfuhr von Wärmeenergie in ein Karosserieteil (5) des Fahrzeuges (10) vorgesehen ist, wobei an der dem Fahrzeuginneren zugewandten Seite (7) des Karosserieteils (5) mittels thermisch leitender Kontaktelemente (8) ein in den Kühlmittelkreislauf (4) integrierter Kühlmittelwärmetauscher (6) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieteil (5) ein Bereich einer Seitenwand, der Rückwand des Dachs oder des Radkastens des Fahrzeugs (10) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelwärmetauscher (6) zur Nutzung der konvektiven Umwälzung des Kühlmittels einen Kühlmitteleinlass (9) aufweist, der geodätisch oberhalb der thermoelektrischen Einheit (1) sowie der Wärmequelle (3) angeordnet ist, wobei eine Steigleitung (14) vorgesehen ist, die den Kühlmittelauslass (15) der thermoelektrischen Generatoreinheit (1) mit dem Kühlmitteleinlass (9) des Kühlmittelwärmetauschers (6) verbindet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelwärmetauscher (6) mäanderartig oder parallel geführte, in Fließrichtung des Kühlmittels vorzugsweise fallend angeordnete Wärmetauscherrohre (16) aufweist, die über einen Fallleitung (17) in den Kühlmitteleinlass (18) der thermoelektrischen Generatoreinheit (1) münden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (3) ein vom Abgas der Brennkraftmaschine (11) des Fahrzeuges durchströmter Abgaswärmetauscher (3') ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (3) ein AGR-System (20) oder ein Turbolader des Fahrzeugs (10) ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (3) eine wärmeemittierende Komponente der Antriebseinheit wie Motor, Ölwanne, etc. ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kühlmittelkreislauf (4) zirkulierende Kühlmittel ein Kältemittel ist, das im Betrieb einem Phasenwechsel flüssig/gasförmig unterliegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (4) ein Niedertemperaturkreislauf mit einem Betriebstemperaturbereich von 300C bis 500C ist.
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