DE102008042587A1 - Cooling system, particularly cooling bag for transporting cooled material independently from connection at electronic line network, has energy storage unit and refrigeration unit which is provided with energy by energy storage unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kühlsysteme, zugehörige Energiespeichereinheiten, ein Kühlverfahren und ein Herstellverfahren für Energiespeichereinheiten, und insbesondere auf Netz unabhängige Kühlsysteme.The The present invention relates to refrigeration systems, associated ones Energy storage units, a cooling method and a manufacturing method for energy storage units, and in particular for mains independent cooling systems.
Das Einstellen und Einhalten definierter Temperaturen vor allem im Bereich von +40°C bis –30°C, ist eine vordringliche Aufgabe der Kältetechnik, z. B. im medizinischen Bereich: Kühlhalten von Sera, Präparaten, Organen u. ä.; im apparativen Bereich zum Einhalten der optimalen Betriebstemperatur: Rechner, Geräte, Computer; zum Kühlung von Bearbeitungsmaterialien beim Schleifen, Schneiden, Polieren für Präzisionslaufwerke, Pretiosen usw.The Setting and maintaining defined temperatures, especially in the area from + 40 ° C to -30 ° C, is an urgent one Task of refrigeration, z. In the medical field: Keeping cool sera, preparations, organs and. etc .; in the apparatus area to maintain the optimum operating temperature: Computers, apparatus, computers; for cooling processing materials grinding, cutting, polishing for precision drives, Precious etc.
In manchen Fällen, z. B. bei Outdoor-Aktivitäten, sollte ein Kühlsystem, wie z. B. eine Kühltasche, für den Transport von Kühlgut unabhängig von einem Anschluss an ein elektrisches Leitungsnetz betrieben werden können. Ein dazu geeignetes Kühlsystem enthält neben dem Kühlaggregat zum Erzeugen von Kälte, mit der der Kühlraum, in dem sich das Kühlgut befindet, gekühlt wird, eine Energiespeichereinheit, um das Kühlaggregat mit Kälte zu versorgen.In In some cases, eg. For outdoor activities, should a cooling system, such. B. a cooler, independent for the transport of refrigerated goods be operated from a connection to an electrical line network can. Includes a suitable cooling system in addition to the refrigeration unit for generating cold, with the the refrigerator, in which the refrigerated goods is cooled, an energy storage unit to to supply the refrigeration unit with cold.
Die Kühlaggregate arbeiten vorzugsweise – durch Ausnutzung der Verdampfungswärme – nach dem Prinzip der Kompressions- und Absorptionskältemaschinen.The Cooling units work preferably - by utilization the heat of vaporization - according to the principle of compression and absorption chillers.
Im
Kompressionskälteverfahren werden Ammoniak oder andere
spezielle organische Flüssigkeiten (siehe:
Beim Absorptionskühler wird z. B. einem Gemisch aus Ammoniak/Wasser durch einen Absorber Ammoniak (NH3) entzogen (Gasphasenprozess). Durch die erzwungene Verdampfung des NH3 tritt Abkühlung ein. Durch Erwärmung des Absorbers wird das NH3 wieder freigesetzt und dem äußeren Umlaufsystem wieder zugeführt. Vorteilhafterweise kommt dieses Verfahren ohne bewegliche Teile (Kompressor mit Kolben) aus.When absorption cooler z. B. a mixture of ammonia / water by an absorber ammonia (NH 3 ) withdrawn (gas phase process). Due to the forced evaporation of NH 3 , cooling occurs. By heating the absorber, the NH 3 is released again and fed back to the outer circulation system. Advantageously, this method comes without moving parts (compressor with piston).
Ein
weiteres Kühlverfahren ist die thermoelektrische Kühlung
mittels des Peltier-Effektes. Hier geht die Kühlung von
einem aus zwei verschiedenen Metallen oder Hohlleitern bestehenden
Blocks aus, dessen eine Fläche sich bei Stromdurchfluss
abkühlt, während sich die gegenüberliegende
Fläche erwärmt. (siehe:
Durch
die erzeugte Kälte werden entweder direkt eine oder mehrere
Außenflächen des Kühlraums gekühlt,
oder aber es wird ein Kühlmittel in einem Kühlkreislauf
gekühlt, das seinerseits eine oder mehrere Außenflächen
des Kühlraums kühlt. Kühlmittel (vgl.
Zur
von einem Stromnetz unabhängigen Energieversorgung können
z. B. Gaspatronen eingesetzt werden. Eine Alternative besteht im
Einsatz von Akkumulatoren (Akkus) oder Batterien. Ein Kühlsystem
mit Akku wird z. B. in der Patentschrift
In
Akkus werden häufig Li-Ionen-Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen
eingesetzt. Bei diesen Zellen besteht ein Problem in einer möglichen
Erwärmung mit einem dementsprechenden Leistungsabfall.
Ein Überhitzen kann sogar zum Versagensfall führen (siehe:
Daher wird in Systemen, die mit Li-Ionen-Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen betrieben werden, wie z. B. der Waeco CoolFreeze CF-32UP, häufig eine Temperaturüberwachung des Akkus eingesetzt, die das Gerät vor einer Überhitzung des Akkus abschaltet. In diesem Fall kann aber auch das Kühlgut im Kühlraum nicht mehr gekühlt werden, was nachteilig sein kann.Therefore is used in systems containing Li-ion cells or lithium-polymer cells operated, such. As the Waeco CoolFreeze CF-32UP, often one Temperature monitoring of the battery used, which is the device Switch off before overheating the battery. In this case but also the refrigerated goods in the refrigerator no longer be cooled, which may be disadvantageous.
Auch für andere Energiespeichereinheiten, z. B. Batterien oder andere Arten von Akkumulatoren, gibt es einen Temperaturbereich optimaler Effizienz.Also for other energy storage units, eg. B. batteries or other types of accumulators, there is a temperature range optimal efficiency.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Kühlsystem, eine zugehörige Energiespeichereinheit, ein Kühlverfahren und ein Herstellverfahren für eine solche Energiespeichereinheit anzugeben.task The invention is an improved cooling system, a associated energy storage unit, a cooling method and a manufacturing method of such an energy storage unit specify.
Dieses Ziel wird durch eine Integration der zum Betrieb des Kühlaggregates verwendeten Energiespeichereinheit in die Kühlung des Kühlsystems erreicht.This The goal is an integration of the operation of the cooling unit used energy storage unit reached in the cooling of the cooling system.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Kühlsystem, eine Energiespeichereinheit, ein Kühlverfahren und ein Herstellverfahren zum Herstellen einer Energiespeichereinheit gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit. Weitere Details sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.The present invention provides a cooling system, an energy storage unit, a cooling method and a manufacturing method for producing an energy Giespeichereinheit according to the independent claims ready. Further details are given in the respective dependent claims.
Im Einzelnen wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein Kühlsystem mit einer Energiespeichereinheit und einem Kühlaggregat bereitgestellt, das von der Energiespeichereinheit mit Energie versorgt wird und Kälte erzeugt, wobei ein Teil der von dem Kühlaggregat erzeugten Kälte zur Kühlung der Energiespeichereinheit verwendet wird bzw. verwendet werden kann.in the Individually, according to a first aspect of the invention, a cooling system with an energy storage unit and a cooling unit provided, which supplies power from the energy storage unit is generated and cold, being part of the refrigeration unit generated cold for cooling the energy storage unit is used or can be used.
In einem solchen Kühlsystem wird vermieden, dass sich die Energiespeichereinheit erhitzt und es deswegen zum Versagensfall kommt. Auch kann die Energiespeichereinheit in einem Temperaturbereich optimaler Effizienz betrieben werden.In Such a cooling system is avoided that the Energy storage unit heated and therefore it to failure comes. Also, the energy storage unit in a temperature range optimal efficiency.
Das Kühlsystem kann ferner einen Kühlmittelpfad für einen Fluss eines Kühlmittels aufweisen, das durch die erzeugte Kälte gekühlt wird, wobei ein Abschnitt des Kühlmittelpfades wärmeleitend mit der Energiespeichereinheit verbunden ist.The Cooling system may further include a coolant path for having a flow of a coolant through the produced cold is cooled, with a section the coolant path thermally conductive with the energy storage unit connected is.
Dadurch können sowohl ein Kühlraum als auch die Energiespeichereinheit durch einen Kühlmittelkreislauf gekühlt werden, was einen einfachen Aufbau des Kühlsystems ermöglicht.Thereby Both a refrigerator and the energy storage unit be cooled by a coolant circuit, which allows a simple construction of the cooling system.
In einem solchen Kühlsystem kann die Energiespeichereinheit einen Abschnitt des Kühlmittelpfades aufweisen.In Such a cooling system, the energy storage unit have a portion of the coolant path.
Dies ermöglicht eine besonders effiziente Kälteübertragung auf die Energiespeichereinheit und eine kompakte Bauweise.This enables a particularly efficient cold transfer on the energy storage unit and a compact design.
In einem solchen Kühlsystem kann der Kühlmittelpfad einen Kühlkreislauf bildet, der den Abschnitt des Kühlmittelpfades, den die Energiespeichereinheit aufweist, enthält.In Such a cooling system, the coolant path forming a cooling circuit that covers the portion of the coolant path, which has the energy storage unit contains.
Insbesondere ein geschlossener Kühlkreislauf ermöglicht eine effektive Verwendung des Kühlmittels und einen energiesparenden Betrieb des Kühlsystems.Especially a closed cooling circuit allows one effective use of the coolant and an energy-saving Operation of the cooling system.
Das Kühlsystem kann ferner einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur und einen Regler aufweisen, wobei die zur Kühlung der Energiespeichereinheit verwendete Kälte in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur geregelt wird.The Cooling system may further include a temperature sensor for detecting a temperature and a regulator, the cooling for the energy storage unit used cold depending on the detected temperature is controlled.
So kann die Temperatur der Energiespeichereinheit geregelt werden, insbesondere um die Temperatur in einem Temperaturintervall optimaler Effizienz der Energiespeichereinheit zu halten.So the temperature of the energy storage unit can be regulated, in particular to the temperature in a temperature interval optimal Efficiency of the energy storage unit.
Das Kühlsystem mit Temperatursensor und Regler kann ferner einen Kühlmittelpfad mit einem Abschnitt, der wärmeleitend mit der Energiespeichereinheit verbunden ist, und eine Durchflusssteuerungseinrichtung zum Steuern einer Kühlmitteldurchflussrate durch diesen Abschnitt aufweisen, wobei die Durchflusssteuerungseinrichtung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur durch den Regler eingestellt wird.The Cooling system with temperature sensor and regulator can also a coolant path with a portion that conducts heat is connected to the energy storage unit, and a flow control device for controlling a refrigerant flow rate therethrough Section, wherein the flow control device in Dependent on the measured temperature set by the controller becomes.
Auf diese Art kann einfach eine Regelung der Temperatur der Energiespeichereinheit in einem System mit Kühlkreislauf erreicht werden.On This type can simply control the temperature of the energy storage unit be achieved in a system with a cooling circuit.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Energiespeichereinheit für ein Kühlsystem nach dem ersten Aspekt bereitgestellt, die einen Kühlmittelpfad aufweist.To A second aspect of the present invention is an energy storage unit provided for a cooling system according to the first aspect, having a coolant path.
Dies ermöglicht eine besonders effiziente Kälteübertragung auf die Energiespeichereinheit und eine kompakte Bauweise.This enables a particularly efficient cold transfer on the energy storage unit and a compact design.
Die Energiespeichereinheit kann eine im Wesentlichen zylinderförmige Elektrolytzelle aufweisen, die ein im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse zwischen den Grundflächen des Zylinders verlaufendes Rohr umfasst, das als Kühlmittelpfad dienen kann.The Energy storage unit may be a substantially cylindrical Electrolyte cell having a substantially parallel to Cylinder axis extending between the base surfaces of the cylinder Includes tube that can serve as a coolant path.
Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Energiespeichereinheit nur eine einzelne Elektrolytzelle aufweist.These Embodiment is particularly advantageous when the Energy storage unit has only a single electrolyte cell.
Bei der Energiespeichereinheit nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kann auch zumindest eine Elektrolytzelle in einem Gehäuse angeordnet sein und der Kühlmittelpfad durch das Gehäuse führen.at the energy storage unit according to the second aspect of the invention can also at least one electrolytic cell in a housing be arranged and the coolant path through the housing to lead.
Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Energiespeichereinheit mehrere Elektrolytzellen aufweist.These Embodiment is particularly advantageous when the Energy storage unit has a plurality of electrolyte cells.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Kühlverfahren bereitgestellt, bei dem ein Kühlaggregat zum Erzeugen von Kälte mit Energie von einer Energiespeichereinheit versorgt wird, wobei ein Teil der erzeugten Kälte zur Kühlung der Energiespeichereinheit verwendet wird bzw. verwendet werden kann.To A third aspect of the invention is a cooling method provided in which a cooling unit for generating Cold supplied with energy from an energy storage unit is, with part of the generated cold for cooling the energy storage unit is used or used can.
Hierdurch wird vermieden, dass sich die Energiespeichereinheit erhitzt und es deswegen zum Versagensfall kommt. Auch kann die Energiespeichereinheit in einem Temperaturbereich optimaler Effizienz betrieben werden.hereby prevents the energy storage unit heats up and it therefore comes to failure. Also, the energy storage unit in a temperature range of optimum efficiency can be operated.
Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellverfahren zum Herstellen einer Energiespeichereinheit nach einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, bei dem das als Kühlmittelpfad dienende Rohr als Wickeldorn für die Elektrolytzelle verwendet wird.According to a fourth aspect of the present invention, a manufacturing method for manufacturing an energy storage unit according to a Ausfüh Example of the second aspect of the present invention is provided, in which the pipe serving as a coolant path is used as a winding mandrel for the electrolytic cell.
Daher benötigt man keinen zusätzlichen Herstellungsschritt zum Herstellen des Kühlmittelpfades.Therefore you do not need an additional manufacturing step for producing the coolant path.
Weitere Details, Vorteile und Ausführungsformen sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.Further Details, advantages and embodiments are the following detailed description together with the attached Drawings visible.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of exemplary embodiments
In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen werden gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.In the following description of exemplary embodiments and the accompanying drawings will be the same or similar Components provided with the same or similar reference numerals.
Das
Kühlaggregat im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist eine Kompressionskältemaschine, bei der z. B. Ammoniak
oder andere spezielle organische Flüssigkeiten verdichtet
(Kompressionskühlaggregate) und dann mittels einer Düse
verdampft (Verdampfer) werden, wobei die zum Verdampfen erforderliche
Verdampfungswärme der Umgebung (z. B. Kühlkreislaufmittel)
entzogen wird (
Die Energiespeichereinheit 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Lithium-Ionen Zelle (Li-Ionen Zelle).The Energy storage unit 2 in the present embodiment is a lithium-ion cell (Li-ion cell).
Lithium-Ionen (Polymer) Zellen weisen eine Spannung von 3,2 bis 3,5 Volt auf und haben als Einzelzellen Nominalkapazitäten von 6 Ah (z. B. Typ 6 Ah HP – 341450 LPP der GAIA-Akkumulatorenwerke) bis z. B. 485 Ah (der HE Zelle 1702100, ebenfalls von den GAIA-Akkumulatorenwerke).Lithium-ion (Polymer) cells have a voltage of 3.2 to 3.5 volts and have as individual cells nominal capacities of 6 Ah (z. B. Type 6 Ah HP - 341450 LPP of the GAIA accumulator plants) to z. B. 485 Ah (the HE cell 1702100, also from the GAIA Akkumulatorenwerke).
Die
Energiespeichereinheit
Der
Kühlraum
Der
Kühlraum
Die
Kühlmittelleitung
Gemäß
Im Folgenden wird die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung erläutert.The following is the operation of the present invention explained.
Das
Kühlaggregat
Von
dem Kühlraum
Der
Fluss des durch die Energiespeichereinheit
Im
Folgenden wird die Energiespeichereinheit
Als
Kühlmittel werden vorzugsweise – insbesondere
wegen der Ozon-Problematik – ”soft”-Fluorkohlenwasserstoffe
wie Perfluor-tert.butanol, Hexafluorpropanol, Perfluorbutyltetrahydrofuran,
Tri-(Tetra- oder Hexa-)-fluorpropanon, oder Pentan oder Cyclopentan
oder ein Gemisch aus diesen Stoffen verwendet. Als Kühlmittel
werden in dieser Konfiguration nicht Wasser, Salze oder ionische
Flüssigkeiten verwendet, damit keine Korrosion des Rohres
Da das Rohr symmetrisch zur Längsachse des Zylinders angebracht ist, wird das Rohr bei der Herstellung der Elektrolytzelle (Li-Ionen Zelle oder Li-Ionen Polymerzelle) als Wickeldorn für die Trilaminate der Li-basierten Elektrolytzelle verwendet, um einen Röhrenwickel zu erhalten.There the tube is mounted symmetrically to the longitudinal axis of the cylinder is, the tube in the production of the electrolyte cell (Li-ion Cell or Li-ion polymer cell) as a mandrel for the Trilaminate used the Li-based electrolytic cell to make a To get tube winding.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.The The present invention is not limited to the embodiments shown limited.
Anstelle
der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Kompressionskältemaschine
kann als Kühlaggregat
Beim Absorptionskühler wird z. B. einem Gemisch aus Ammoniak/Wasser durch einen Absorber Ammoniak entzogen (Gasphasenprozess), und durch die erzwungene Verdampfung (des NH3) tritt eine Abkühlung ein. Durch eine Erwärmung des Absorbers wird das NH3 wieder freigesetzt und dem äußeren Umlaufsystem wieder zugeführt.When absorption cooler z. As a mixture of ammonia / water removed by an absorber ammonia (gas phase process), and by the forced evaporation (of the NH 3 ) occurs a cooling. By heating the absorber, the NH 3 is released again and fed back to the outer circulation system.
Beim
Peltierelement erfolgt die Kühlung durch einen thermoelektrischen
Effekt (Peltier-Effekt). Hier geht die Kühlung von einem
aus zwei verschiedenen Metallen oder Hohlleitern bestehenden Blocks
aus, dessen eine Fläche sich bei Stromdurchfluss abkühlt,
während sich die gegenüberliegende Fläche
erwärmt (
Vorteilhafterweise
kommen diese beiden Kühlverfahren ohne bewegliche Teile
(Kompressor mit Kolben) aus. Allerdings wird dafür in einem
Kühlsystem mit einem Kühlmittel eine Pumpe o. ä.
benötigt, um das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung
Anstelle
der Li-Ionen Zelle der Ausführungsbeispiele kann als Energiespeichereinheit
Beispielsweise können Li-Ionen Zellen zu einem Batteriesystem, vorzugsweise parallel, zusammengeschaltet werden, z. B. zu der Batterie 60 Ah HE-490130250 der GAIA Akkumulatorenwerke.For example Li-ion cells can be added to a battery system, preferably parallel, be interconnected, z. B. to the battery 60 Ah HE-490130250 the GAIA accumulator works.
In
Ein
Querschnitt der Batterie
Die
Energiespeichereinheit
Die
Energiespeichereinheit
Die
Energiespeichereinheit
Anstelle
eines geschlossenen Kühlraums
Die
Kühlmittelleitung
Der
Kühlmittelpfad
Der
Temperaturmesser und der Regler können auch weggelassen
werden, und das Ventil
Das
Ventil
Alternativ
oder zusätzlich kann auch ein Ventil in dem Abschnitt des
Kühlmittelpfades für den Kühlraum
Die
Temperaturmessung muss nicht in der Energiespeichereinheit
Es
kann auch die gesamte Kühlmittelleitung
Dies
kann zum Beispiel bei Verwendung von Peltierelementen als Kühlaggregat
Entsprechende Kühlsysteme ohne bewegliche Teile lassen sich auch mit Adsorptionskühlmaschinen konstruieren.Appropriate Cooling systems without moving parts can also be used Construct adsorption chillers.
Das
gesamte Kühlsystem kann aus separaten Einheiten für
das Kühlaggregat
Der Bereich der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern wird durch die angehängten Patentansprüche angegeben.Of the The scope of the invention is not limited to the embodiments described and modifications, but is limited by the appended Claims specified.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 4115964 C1 [0009] - DE 4115964 C1 [0009]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- - Wikipedia.org./wiki/K% [0069] - Wikipedia.org./wiki/K% [0069]
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DE200810042587 DE102008042587A1 (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Cooling system, particularly cooling bag for transporting cooled material independently from connection at electronic line network, has energy storage unit and refrigeration unit which is provided with energy by energy storage unit |
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