AT501614B1 - Wärmetauscher und temperierbehälter mit wärmetauscher - Google Patents

Description

2 AT 501 614 B1

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, mit einer evakuierten, zumindest ein Reaktionsmedium enthaltenden Reaktionskammer und einer ein Aktivierungsmedium enthaltenden Speicherkammer, die ein Aktivierungsmedium enthält, das mit dem Reaktionsmedium temperaturverändernd reagiert, wobei die Reaktionskammer mit der Speicherkammer in Kommunikation 5 bringbar ist, wodurch das Reaktionsmedium und das Aktivierungsmedium in Kontakt gebracht werden und die temperaturverändernde Reaktion ausgelöst wird, wobei die Reaktionskammer von Wänden aus vakuumdichtem Material begrenzt wird, die zumindest abschnittsweise durch Stützkörper im Abstand voneinander gehalten werden, wobei die Stützkörper Transportwege für das Reaktionsmedium innerhalb der Reaktionskammer freihalten. 10

Die Erfindung betrifft weiters einen Temperierbehälter mit einem Wärmetauscher.

Es sind bereits temperaturregelnde Verpackungsmodule bekannt, die es einem Verbraucher ermöglichen, das Packgut zum gewünschten Zeitpunkt durch Aktivierung des Moduls auf einen 15 vordefinierten Temperaturbereich zu bringen, wobei das Packgut entweder (durch Ver-dunstungs/Entspannungsprozesse oder eine endotherme Reaktion von Reagenzien) abgekühlt wird oder durch eine exotherme Reaktion von Reagenzien erhitzt wird. Ein wichtiger Bestandteil dieser temperaturregelnden Verpackungsmodule ist der Wärmetauscher, der für eine optimale Temperaturübertragung der erzeugten Kälte/Wärme auf das Packgut zu sorgen hat. 20

Der Wärmetauscher sollte folgende Eigenschaften aufweisen: • maximale Kontaktfläche zum Packgut, damit in einer kurzen Zeit ein großer Wärmeaustausch mit dem Packgut stattfinden kann; 25 · minimales Volumen, um dem Packgut maximales Volumen bereitzustellen, d.h. möglichst großes Verhältnis von Wärmetauscherfläche zu Wärmetauschervolumen; • Gute Wärmeleitung, um dem Wärmeaustausch möglichst geringen Widerstand zu leisten; • Formstabilität, damit das eingeschlossene Volumen gleich bleibt (z.B. wichtig bei luftevakuierten Wärmetauschern, in denen ein Verdampfungsprozess sowie ein Dampftransport stattfin- 30 det); • Dichtheit (Minimale Permeabilität, maximale Dichtheit), um einen Materialaustausch (Gas, Dampf, Armomastoffe, etc...) zwischen Wärmetauscher und Umgebung zu verhindern: Kein Auslaufen von Wärmetauscherinnenmaterial in die Umgebung und kein Eindringen von Umgebungsmaterial in den Wärmetauscher sowie bei Vakuumsystemen (z.B. Ab/Adsorptions- 35 kühlprozesse) kein Eindringen von Gasmolekülen in den Wärmetauscher; • anpassbare Form, damit der Wärmeaustauscher den thermodynamischen Gegebenheiten und der Verpackung angepasst werden kann.

Dazu kommt noch, dass temperaturregelnde Verpackungen/Module nur einen geringen zusätz-40 liehen Kostenanteil an der Verpackung generieren dürfen und daher der Wärmetauscher sehr billig und effizient herstellbar sein muss.

Aus der WO 2001/010738 A1 ist eine selbstkühlende Getränkedose bekannt, bei der ein Kühlprozess auf Basis einer Adsorptionskältemaschine implementiert ist. Das in sich geschlossene 45 System umfasst zwei evakuierte Vakuumkammern. Die Kammer 1 besteht aus einem aufwändigen, dünnwandigen Aluminium-Tiefziehteil (doppelt tiefgezogen), das mit Wassergel beschichtet ist. Diese Kammer 1 stellt den Verdampfer und Wärmetauscher dar. Die Kammer 2 ist mit einem Ab/Adsorbermaterial für Wasserdampf gefüllt. Kammer 2 ist weiters mit einem phasenändernden Material (Phase Change Material - PCM) als Wärmesenke umgeben, das bei so Wärmeeinwirkung vom festen in den flüssigen Aggregatzustand wechselt und dabei ohne eigene Temperaturzunahme Wärme aufnimmt. Der Kühlprozess wird durch das Verbinden der beiden Kammern aktiviert. Dabei verdampft das Wassergel aus Kammer 1 durch das Vakuum schon bei Temperaturen unter 100°C (Verdampfungstemperatur entsprechend der Dampfdruckkurve, sodass eine Verdampfung bis in den °C-Minusbereich möglich ist) und entzieht 55 durch den Verdampfungsprozess dem die Kammer 1 umgebenden Getränk Wärme. Der ent- 3 AT 501 614 B1 standene Wasserdampf wird dabei vom Ab/Adsorber in Kammer 2 gebunden, und somit bleibt das Vakuum aufrecht und der Verdampfungs- und Kühlprozess setzt sich fort. Gleichzeitig begrenzt das umgebende Phasenänderungsmaterial die Temperatur des Ab/Adsorbers, da dieser beim Adsorbieren warm wird. Nachteilig an dieser bekannten selbstkühlenden Getränkedose ist der Umstand, dass der doppelt tiefgezogene Alukühlkörper aufwändig herzustellen und daher teuer ist. Da sich dieser in der Getränkedose befindet, muss er zusätzlich zum Getränk hin abgedichtet werden. Weiters ist die Ab/Adsorberkammer außerhalb der Dose angeordnet und es muss eine vakuumdichte Verbindung zwischen Adsorber und Kühlkörper sowie eine gasdichte Abgrenzung zur Umgebung hergestellt werden. Eine ähnliche selbstkühlende Getränkedose ist auch aus der WO 2003/073019 A1 bekannt.

Aus der WO 1992/002770 A1 ist eine vakuumisolierte, Adsorbens-betriebene Kühlvorrichtung bekannt, deren Kühlprinzip jenem der in dem oben angeführten Schriften offenbarten selbstkühlenden Getränkedosen entspricht. Der Unterschied ist, dass gemäß der Offenbarung der WO 1992/002770 A1 der Ab/Adsorberkörper (Kammer 2) direkt vom Kühlkörper (Kammer 1) umgeben ist und das ganze Modul, also auch der Ab/Adsorberkörper im Packgut schwimmt. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, dass sich aufgrund des geometrischen Aufbaus (Adsorber vom Kühlkörper umgeben) ein geringerer Wirkungsgrad und somit eine Vergrößerung des Moduls ergibt. Dadurch ist weniger Platz für das Packgut, was diese Kühlvorrichtung im Verhältnis teuer macht. Weiters treten thermische Kannibalisierungseffekte auf, welche die Kühlleistung herabsetzen, da in der von der Verdampfungskammer umschlossenen Adsorberkammer Kondensationsabwärme entsteht, welche wiederum eine zusätzliche Verdampfung in der Verdampfungskammer bewirkt, welche grundsätzlich ausschließlich durch Wärmeentzug aus dem Packgut stattfinden sollte.

Aus der US 4,736,599 ist ein Wärmetauscher bekannt, der aus zumindest zwei kommunizierenden Kammern besteht. Eine Kammer enthält ein Vakuum, das den Siedepunkt von ebenfalls in der Kammer befindlichem Wasser senkt. Eine zweite Kammer enthält ein Adsorbens, das den Dampf ad/absorbiert, der durch das kochende Wasser in der ersten Kammer erzeugt wird. Innere Stützkörper zwischen den Wänden der Kammern verhindern, dass die Wände der Kammern zusammenfallen, während sich das Vakuum in den Kammern befindet. Die Stützkörper weisen Poren und Kanäle auf, damit sich der Wasserdampf zwischen den Kammern bewegen kann. Die Wände der Kammern bestehen aus demselben Material wie die Dosen, in denen sie untergebracht sind, das heißt aus Aluminiumblech. Durch diese Materialwahl kann mit vertretbarem Aufwand nur eine eingeschränkte Vielfalt in der Formgebung der Kammern erzielt werden. Bezeichnenderweise sind die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Kammern auch nur quaderförmig. Insbesondere ist es schwierig Kammern mit großen Oberflächen herzustellen, wie das Ausführungsbeispiel des Quaders beweist. Daher ist die Kühlwirkung nicht optimal. Weiters ist auch die Permeabilität nicht zufriedenstellend.

Es besteht daher nach wie vor das Problem, einen Wärmetauscher zu schaffen, der die eingangs zitierten Erfordernisse erfüllt und der darüber hinaus billig und effizient herstellbar ist.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch Fortbildung eines gattungsgemäßen Wärmetauschers, indem als vakuumdichtes Material, das Wände der Reaktionskammer bildet, eine flexible Folie, vorzugsweise eine Verbundfolie, verwendet wird, sowie durch Bereitstellen eines Temperierbehälters mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt. Durch diese Gestaltung ist ein frei formbarer Wärmetauscher herstellbar, der hocheffizient mit industriellen Fertigungsprozessen herstellbar und somit äußerst preisgünstig ist, wobei die Herstellung aufgrund der Verwendung der Folie an die unterschiedlichsten Formungsvorgaben anpassbar ist. Die Folie ist bevorzugt als Kunststofffolie oder Metallfolie, Verbundfolien als Kunststoff-Metall-Folienverbünde ausgeführt. Als Beispiel für eine Verbundfolie sei eine dreischichtige Folie mit einer Außenschicht aus Polyester, einer Mittelschicht aus Aluminium und einer Innenschicht aus Polyethylen genannt. Benachbarte Schichten sind jeweils mit einem Polyurethan 2-Komponentenkleber verklebt. 4 AT 501 614 B1

Effizient herstellbare Wärmetauscher mit hoher Verlässlichkeit werden erzielt, wenn die Folie siegelbar und/oder klebbar ist.

Weiters bietet der erfindungsgemäße Wärmetauscher die folgenden Vorteile: 5 • eine sehr große Kontaktfläche zum zu temperierenden Packgut, sodass in einer kurzen Zeit ein großer Wärmeaustausch mit dem Packgut stattfinden kann; • ein minimales Eigenvolumen bei geringem Eigengewicht, so dass sich ein sehr großes Verhältnis von Wärmetauscherfläche zu Wärmetauschervolumen ergibt; io · eine gute Wärmeleitung durch die dünnschichtigen Wände aus flexiblem, vakuumdichten Material hindurch; • eine hohe Formstabilität, damit das eingeschlossene Volumen auch während des Ablaufs der Temperierprozesse gleich bleibt (insbesondere kann der Wärmetauscher nicht in sich zusammenfallen); 15 · minimale Permeabilität und maximale Dichtheit, so dass ein Materialaustausch (Gas, Dampf,

Armomastoffe, etc...) zwischen dem Wärmetauscher und seiner Umgebung verhindert wird. Es sei erwähnt, dass über längere Zeiträume ablaufende Gasdiffusionsprozesse eine Eigenschaft jedes bekannten Werkstoffes und für die vorliegende Erfindung akzeptabel sind. Auslaufen von Reaktionsmaterial aus dem Wärmetauscherinneren in die Umgebung wird jedoch 20 ebenso verhindert, wie ein Eindringen von Umgebungsmaterial (Packgut) in den Wärmetauscher; • eine anpassbare Form, damit der Wärmeaustauscher den thermodynamischen Gegebenheiten und dem Temperierbehälter, bei dem er Verwendung finden soll, angepasst werden kann. 25 Es sei weiters erwähnt, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher einen oder mehrere Stützkörper umfassen kann.

Die Stützkörper können gemäß der Erfindung auf mehrere Arten realisiert werden. In einer ersten Variante sind Stützkörper aus Granulat gebildet, wobei das Granulat vorzugsweise porös 30 ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind Granulatkörner kugelförmig. Die Granulatkörner definieren zwischen einander Transportwege für die Reaktionsmedien. In einer zweiten Variante sind Stützkörper aus Formkörpern gebildet. Die Transportwege werden zwischen bzw. an den Formkörpern definiert, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung die Formkörper offenporig sind und die Poren ebenfalls Transportwege für Reaktionsmedien bilden. In einer 35 dritten Variante weisen Stützkörper eine Rahmenkonstruktion auf. Die Rahmenkonstruktion kann unterschiedliche gerade, gekrümmte, gewinkelte, gewellte Träger, Abstandshalter etc. aufweisen. Sie kann als Fachwerk ausgebildet sein. Für eine optimale Temperaturübertragung ist es weiters zweckmäßig, wenn einige oder alle Stützkörper aus gut wärmeleitendem Material gebildet sind. 40

In einer Fortbildung der Erfindung sind die Stützkörper als Speicherelemente für das Reaktionsmedium ausgebildet (z.B. in Poren der Stützelemente) oder bestehen ganz oder teilweise aus dem Reaktionsmedium. Es gibt zahlreiche Reaktionsmedien, die während ihrer endothermen oder exothermen Reaktion formstabil bleiben. Als Beispiele seien Silicagele genannt. 45

Wenn der erfindungsgemäße Wärmetauscher für Kühlanwendungen eingesetzt werden soll, ist vorgesehen, dass die in der Reaktionskammer des Wärmetauschers gespeicherten Reaktionsmedien Verdampfungsmedien und/oder endotherme Reaktionsmittel umfassen. Für Heizanwendungen ist vorgesehen, dass die in der Reaktionskammer des Wärmetauschers gespei-50 cherten Reaktionsmedien exotherme Reaktionsmittel umfassen.

Die Reaktionskammer des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit einer, wahlweise evakuierten, Speicherkammer verbunden oder verbindbar. Die Speicherkammer kann einerseits direkt in den Wärmetauscher integriert sein, wobei sie vorzugsweise durch Klebe-, Siegel- oder andere 55 Befestigungstechniken mit dem flexiblen, vakuumdichten Material des Wärmetauschers 5 AT 501 614 B1 verbunden ist. Alternativ dazu kann die Speicherkammer als separate, austauschbare Einheit ausgebildet sein, die zur Aktivierung des Wärmetauschers mit seiner Reaktionskammer in Kommunikation gebracht wird. Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zu Kühlzwecken ist vorgesehen, in der Speicherkammer ein Adsorbermedium und optional eine 5 Wärmesenke, wie z.B. ein phasenveränderndes Mittel (PCM), unterzubringen. Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zu Erwärmungszwecken ist die Speicherkammer mit einem Aktivierungsmittel ausgestattet, das bei in-Kontakt-bringen mit dem in der Reaktionskammer enthaltenen Reaktionsmittel eine exotherme Reaktion bewirkt, wobei optional in der Reaktionskammer ein Latentwärmespeicher, wie z.B. ein phasenveränderndes Mittel (PCM), io angeordnet ist, um die Temperatur in der Reaktionskammer innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu halten.

Vor der Aktivierung des Wärmetauscher ist die Reaktionskammer von der Speicherkammer zweckmäßig durch eine Membran oder ein Ventil getrennt, wobei das Ventil z.B. ein Ventilblatt 15 umfassen kann. Zur Aktivierung des Wärmetauschers wird die Membran durch einen Aktuator durchtrennt bzw. wird ein Aktuator benutzt, um das Ventil zu öffnen.

Die Erfindung wird nun anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 einen erfin-20 dungsgemäßen Wärmetauscher im Längsschnitt, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs des Wärmetauschers von Fig. 1, Fig. 3 eine geschnittene Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, die Figuren 4A und 4B geschnittene Teilansichten von wiederum einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, die Figuren 6A und 6B eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 25 Temperierbehälters im Längsschnitt, und die Figuren 7A und 7B eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Temperierbehälters im Längsschnitt.

Der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 wird nun anhand der Fig. 1 erläutert, die einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher 1 zeigt. Der Wärmetauscher 30 1 weist eine Reaktionskammer 2 auf. Die Reaktionskammer 2 ist durch Wände aus einem flexiblen, vakuumdichten Material 3 begrenzt, die durch Stützkörper 4 im Abstand voneinander gehalten werden, wobei die Stützkörper die Geometrie des Kühlkörpers 1 festlegen und Transportwege 5 für die in der Reaktionskammer 2 enthaltenen Reaktionsmedien offen halten, wie in Fig. 2 zu sehen, die einen vergrößerten Längsschnitt eines Teilbereichs des Wärmetauschers 1 35 zeigt. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und Fig. 2 sind die Stützkörper 4 als Rahmenelemente ausgebildet, die die Transportwege 5 für das Reaktionsmedium offen lassen. Das flexible, vakuumdichte Material 3 ist beispielsweise als Verbundfolie ausgeführt und bildet eine Außenhaut des Wärmetauschers, die eine Kontaktfläche zum umgebenden Packgut darstellt. Das flexible, vakuumdichte Material 3 dichtet die Reaktionskammer 2 gegenüber der Umgebung ab 40 und sorgt somit für die Trennung von Reaktionskammer 2 und Packgut. An den Innenseiten der Begrenzungswände der Reaktionskammer 2 ist ein Reaktionsmedium 11 angeordnet (siehe Fig. 2). Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das flexible vakuumdichte Material 3 über die Reaktionskammer 2 hinaus nach unten gezogen und bildet eine Begrenzungswand 3a einer Vertiefung 6, die als Speicherkammer ausgebildet werden kann, indem die Vertiefung nach Befüllung mit 45 einem Reaktionsmedium, Aktivierungsmedium und/oder Adsorbens am Boden verschlossen wird, oder in die ein Modul einsteckbar ist, das eine Speicherkammer enthält, wie weiter unten näher erläutert wird. Die Vertiefung 6 ist gegenüber der Reaktionskammer durch eine Trennwand 3b abgedichtet. so Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 wird hergestellt, indem das flexible vakuumdichte Material 3 über die Stützkörper 4 gezogen wird (oder die Stützkörper 4 in eine Konfiguration des flexiblen vakuumdichten Materials 3 eingeschoben werden. Anschließend wird die dadurch definierte Reaktionskammer 2 evakuiert und der Wärmetauscher 1 versiegelt. Durch den Unterdrück (Vakuum) in der Reaktionskammer 2 des Wärmetauschers 1 resultieren externe Druck-55 kräfte auf die Außenflächen des flexiblen, vakuumdichten Materials 3, die das flexible vakuum- 6 AT 501 614 B1 dichte Material 3 fest gegen die Stützkörper 4 pressen, wodurch das flexible vakuumdichte Material 3 in Kombination mit den Stützkörpem 4 zu einer steifen Wärmetauschergeometrie verbunden wird. Bei der Verwendung des Wärmetauschers 1 als Kühlmodul ermöglicht das Vakuum in der Reaktionskammer 2 gleichzeitig die Verdampfung von Kühlflüssigkeit als Reakti-5 onsmittel bei geringen Temperaturen.

Vorzugsweise wird als flexibles vakuumdichtes Material 3 eine dünne Mehrschichtfolie (10 pm bis 300 pm) ausgewählt, die kleb- bzw. siegelbar ist. Die geringe Wandstärke der Folie garantiert eine gute Wärmeleitung und durch ihre Kleb- bzw. Siegelbarkeit eine hohe Dichtheit zur io Umgebung. Dies ist wichtig bei luftevakuierten Wärmetauschern (ebenso bei exothermen Prozessen im Wärmetauscher, bei denen die Reaktionsmittel nicht mit der Umgebung in Kontakt treten dürfen und gute Barriereeigenschaften aufweisen müssen). Die Wärmetauscherflächen können aufgrund der hochflexiblen Geometriegestaltung sehr nahe aneinander angeordnet werden, somit wird das Verhältnis Oberfläche zu Volumen maximiert. Weiters garantiert die 15 erfindungsgemäße Abstandskonstruktion einen gleich bleibend geringen Abstand zwischen den Wärmetauscherflächen.

Außer der Ausbildung der Stützkörper 4 als Rahmenkonstruktion sieht die Erfindung noch die folgenden Varianten zur Ausbildung einer Abstandskonstruktion vor: 20

Fig. 3 zeigt in einem Schnitt durch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers die Ausbildung von Stützkörpern als formstabile Formkörper 10, die vorzugsweise offenporig sind. In den Poren des Formkörpers 10 befindet sich ein Reaktionsmedium 11'. Diese Formkörper 10 sind von dem flexiblen vakuumdichten Material 3 umgeben. Der Porenanteil der 25 Formkörper 10 sowie Kanäle an den Formkörpem und Zwischenräume zwischen den Formkörpern definieren die Reaktionskammer und die Transportwege für Reaktionsmittel. Ist der Wärmetauscher Teil eines Ab/Adsorptionskühlprozesses, so kann das Formkörpermaterial zusätzlich gut Wärme leitend sein. Weiters soll es das Kühlmedium (Flüssigkeit, Gel, etc...), welches während der Kühlung verdampft, aufnehmen/speichern können. 30

Die Figuren 4A und 4B zeigen Details einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, bei dem die Stützkörper formstabiles, idealer Weise kugelförmiges Granulat 7 umfassen, das zwischen das flexible vakuumdichte Material 3 eingebracht wird und es im Abstand voneinander hält, wodurch die Reaktionskammer 2' definiert wird. Der Raum zwischen den 35 Granulatkörnern stellt einen Transportweg 8 für Reaktionsmittel bereit. Zusätzlich kann das Granulat 7 porös sein, um den Transport der Reaktionsmittel weiter zu verbessern. Ist der Wärmetauscher Teil eines Ab/Adsorptionskälteprozesses, so sollte das Granulat 7 zusätzlich gut Wärme leitend sein. Weiters soll es ein Reaktionsmittel (Flüssigkeit, Gel, etc...) aufnehmen/speichern können, z.B. in seinen Poren. Alternativ oder ergänzend dazu können Granulat-40 körner 9 selbst aus dem Reaktionsmedium bestehen.

Durch die Evakuierung der Reaktionskammer 2' werden die Granulatkörner 7, 9 durch externe Druckkräfte fest gegeneinander gepresst, wodurch bei entsprechender Konfiguration des flexiblen vakuumdichten Materials hohe Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Form des Wärmetau-45 schers möglich sind. In Fig. 4B ist als Beispiel eine Ausbuchtung 2a der Reaktionskammer zu sehen, die zu einer Oberflächenvergrößerung des Wärmetauschers führt.

Die Figuren 5A und 5B zeigen in der Perspektive bzw. im Querschnitt ein Beispiel für die freie Formbarkeit eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers T. Es sei betont, dass die Form des so erfindungsgemäßen Wärmetauschers durch die formbaren Materialien frei wählbar ist und so jeder thermodynamischen Anforderung und Optimierung angepasst werden kann.

Im Folgenden werden zwei Anwendungsbeispiele von erfindungsgemäßen Wärmetauschern in Temperierbehältern erläutert. 55 7 AT 501 614 B1

Das erste Anwendungsbeispiel zeigt den Einsatz eines Wärmetauschers 22 in einem als zu kühlende Dose ausgebildeten Temperierbehälter 20, der in den Figuren 6A und 6B im Längsschnitt dargestellt ist. Der Wärmetauscher 22 ist in den Aufnahmeraum 29 des Temperierbehälters 20 integriert und wird im Aufnahmeraum 29 von einer Flüssigkeit als zu kühlendem Packgut 5 21 umgeben. Der Wärmetauscher 22 arbeitet nach dem Adsorptionskälteprinzip und weist dazu eine Reaktionskammer 23 und eine Speicherkammer 25 auf, die als Adsorptionskammer ausgebildet ist und die vor der Aktivierung durch eine Membran 24 von der Reaktionskammer 23 getrennt ist (siehe Fig. 6A). Die Reaktionskammer 23 steht in wärmeleitender Beziehung mit dem Packgut 21 und hat idealer Weise eine große Oberfläche. In der Reaktionskammer 23 io befindet sich eine Verdampfungsflüssigkeit (Kühlmittel: beispielsweise Wasser), die beim Verdampfen dem Packgut 21 Wärme entzieht. Die Speicherkammer 25 ist mit einem Adsorber und einer Wärmesenke, z.B. ein phasenänderndes Material [PCM], oder einem endothermen Reaktionsmittel oder einem Material mit hoher Wärmekapazität gefüllt, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. 15

Bei der Herstellung werden beide Kammern 23, 25 evakuiert und anschließend durch die Membran 24 voneinander getrennt. Solange die Membran 24 intakt ist, kann in der Reaktionskammer 23 keine kontinuierliche Reaktion stattfinden, da der schlagartig entstehende Dampfdruck in der Reaktionskammer sich entsprechend der Temperatur des Packguts 21 einstellt und 20 ein Verdampfungsprozess in der Reaktionskammer 23 damit von selbst zu erliegen kommt. Es kommt somit zu keiner weiteren Verdampfung, solange die Dampfsenke (Speicherkammer 25) nicht mit der Reaktionskammer 23 verbunden wird. Dadurch kann der Temperierbehälter 20 über einen längeren Zeitraum inaktiv gelagert und erst bei Bedarf aktiviert werden. 25 Die Aktivierung des Kühlprozesses erfolgt, wie in Fig. 6B dargestellt, durch die Durchtrennung der Membran 24 mit dem als Dorn ausgebildeten Aktuator 26, wodurch die Reaktionskammer 23 mit der Speicherkammer 25 kommuniziert und ein Dampftransport zwischen den beiden Kammern stattfinden kann. Dadurch wird der Kühlprozess in Gang gesetzt, da der in der Reaktionskammer 23 entstehende Dampf im Adsorber der Speicherkammer 25 wieder zu Wasser 30 kondensiert (die Kondensation setzt Wärme frei, welche von der Wärmesenke aufgenommen wird) und somit eine kontinuierliche Verdampfung ermöglicht, welche dem Packgut 21 Wärme entzieht und dieses abkühlt. Der Kühlprozess kommt erst zum Erliegen, wenn entweder der Adsorber gesättigt ist, das gesamte Verdampfungsmedium (Kühlmittel) verdampft ist oder das Packgut 21 keine weitere Verdampfungswärme bereitstellen kann - also das Packgut 21 auf 35 den gewünschten Temperaturbereich abgekühlt wurde.

Es sei erwähnt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die Speicherkammer 25 in den Wärmetauscher 22 integriert ist. 40 Das zweite Anwendungsbeispiel zeigt anhand der Figuren 7A und 7B den Einsatz eines Wärmetauschers 32 als Heizmodul in einem Temperierbehälter 30, wobei der Wärmetauscher beispielsweise mit einem exothermen Reaktionssystem realisiert ist. In der Reaktionskammer 33 des Wärmetauschers 32 befindet sich ein nicht dargestelltes Reaktionsmittel (z.B. CaCI2), das durch Vermengung mit einer Flüssigkeit (z.B. Wasser) aus einer Speicherkammer 35 Reak-45 tionswärme freisetzt, also exotherm reagiert, und somit das Packgut 31 im Aufnahmeraum 39 des Temperierbehälters 30 erhitzt. Die Speicherkammer 35 ist in ein separates Modul 40 integriert, das austauschbar mit dem Temperierbehälter 30 verbindbar ist. Bei der Herstellung wird die Speicherkammer 35 mit der Aktivierungsflüssigkeit 37 befüllt, mit einer Membran 34 verschlossen und evakuiert. Ebenso wird die Reaktionskammer 33 evakuiert, um die Formstabilität so des Wärmetauschers 32 zu gewährleisten. Das Modul 40 wird auf den Temperierbehälter 30 aufgesetzt. Solange jedoch die Membran 34 der Speicherkammer 35 bzw. die Trennwand 38 der Reaktionskammer 33 intakt sind, findet keine Vermengung der beiden Reaktionssubstanzen statt (wie in Fig. 7A dargestellt). Dadurch kann der Temperierbehälter 30 über einen längeren Zeitraum inaktiv gelagert und erst bei Bedarf aktiviert werden. 55

Claims (2)

1. 8 AT 501 614 B1 Die Aktivierung des Heizprozesses erfolgt, wie in Fig. 7B gezeigt, durch die Durchtrennung der Membran 34 und der Trennwand 38 mittels eines als Dorn ausgebildeten Aktuators 36, wodurch die Reaktionskammer 33 mit der Speicherkammer 35 in Kommunikation gebracht wird und die Flüssigkeit 37 aus der Speicherkammer 35 in die Reaktionskammer 33 strömt, wo sie 5 mit dem Reaktionsmittel exotherm reagiert. Dadurch wird ein kontinuierlicher Erwärmungsprozess in Gang gesetzt, welcher das Packgut 31 erhitzt. Durch die Beimengung von Latentwärmespeichern (z.B. PCM) in der Reaktionskammer 33 des Wärmetauschers 32 wird eine dem Schmelzpunkt des Latentwärmespeichers entsprechende Temperatur erreicht, aber nicht überschritten - dadurch lassen sich entsprechend der Schmelztemperatur des Latentwärmespei-io chers vielfältige Temperaturbereiche (abhängig vom verwendeten Latentwärmespeicher) einstellen, um die gewünschte Packguttemperatur (je nach Anwendung: Getränk, Lebensmittel, Medikament) zu erhalten. Der Heizprozess kommt zum Erliegen wenn sich die Flüssigkeit 37 vollständig im Reaktionsmit-15 tel gelöst hat und die im Latentwärmespeicher gespeicherte Wärmemenge zur Gänze an das Packgut abgegeben wurde. Entsprechend der Schmelztemperatur des Latentwärmespeichers wird sichergestellt, dass es zu keinem Überschreiten der gewünschten Packguttemperatur kommt. 20 Patentansprüche: 1. Wärmetauscher, mit einer evakuierten, zumindest ein Reaktionsmedium enthaltenden Reaktionskammer (2, 2', 23, 33) und einer ein Aktivierungsmedium enthaltenden Speicher- 25 kammer (25, 35), die ein Aktivierungsmedium enthält, das mit dem Reaktionsmedium tem peraturverändernd reagiert, wobei die Reaktionskammer mit der Speicherkammer in Kommunikation bringbar ist, wodurch das Reaktionsmedium und das Aktivierungsmedium in Kontakt gebracht werden und die temperaturverändernde Reaktion ausgelöst wird, wobei die Reaktionskammer (2, 2', 23, 33) von Wänden aus vakuumdichtem Material (3) begrenzt 30 wird, die zumindest abschnittsweise durch Stützkörper (4, 7, 10) im Abstand voneinander gehalten werden, wobei die Stützkörper (4, 7, 9, 10) Transportwege (5, 8) für das Reaktionsmedium (11) innerhalb der Reaktionskammer freihalten, dadurch gekennzeichnet, dass das vakuumdichte Material (3), das Wände der Reaktionskammer bildet, eine flexible Folie, vorzugsweise eine Verbundfolie, ist. 35 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie siegelbar und/oder klebbar ist. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktions- 40 medium (11, 1T) Verdampfungsmedien, endotherme Reaktionsmittel oder exotherme Re aktionsmittel umfasst. 4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkammer (25) als Aktivierungsmedium ein Adsorbermedium und optional 45 eine Wärmesenke, wie z.B. ein phasenveränderndes Mittel (PCM), enthält. 5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkammer (35) als Aktivierungsmedium ein Aktivierungsmittel (37) enthält, das bei In-Kontakt-bringen mit dem Reaktionsmittel eine exotherme Reaktion bewirkt, wo- 50 bei optional in der Reaktionskammer (33) ein Latentwärmespeicher, wie z.B. ein phasen veränderndes Mittel (PCM), angeordnet ist. 6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Stützkörper aus Granulatkörnern (7, 9) gebildet sind, die durch das Vakuum in der Reaktions- 55 kammer gegeneinander gepresst werden, wobei die Granulatkörner (7, 9) vorzugsweise 9 AT 501 614 B1 porös sind. 7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Stützkörper aus Formkörpern (10) gebildet sind, die vorzugsweise offenporig sind. 5 8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Stützkörper als Rahmenkonstruktion (4) ausgebildet sind, an die die Folie durch das Vakuum in der Reaktionskammer gepresst wird. io 9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stützkörper (4, 7,10) aus gut wärmeleitendem Material gebildet sind. 10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stützkörper (7) als Speicherelemente für das Reaktionsmedium ausgebildet sind oder 15 dass Stützkörper (9) aus dem als Festkörper vorliegenden Reaktionsmedium bestehen. 11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkammer (25) in den Wärmetauscher (22) integriert ist, wobei die Speicherkammer vorzugsweise durch Verbindung mit dem flexiblen, vakuumdichten Material 20 am Wärmetauscher gehalten wird. 12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkammer (35) in einer separaten Einheit (40) ausgebildet ist. 25 13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (23, 33) von der Speicherkammer (25, 35) durch eine Membran (24, 34) und eine optionale Trennwand (38) oder ein Ventil getrennt ist. 14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch zumindest einen Aktuator 30 (26, 36) zum Durchtrennen der Membran (24, 34) und der optionalen Trennwand (38) oder zum Öffnen des Ventils. 15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkammer (25, 35) evakuiert ist. 35
2. 16. Temperierbehälter (20, 30) mit einem Aufnahmeraum (29, 39) zur Aufnahme eines zu temperierenden Produkts (21, 31), dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (22, 32) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 wärmeleitend mit dem Aufnahmeraum verbunden ist. 40 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 45 50 55