DE102009036547A1

DE102009036547A1 - Anordnung zum Beeinflussen eines Wärmetransports

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Publication number: DE102009036547A1
Application number: DE200910036547
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Dipl.-Ing. Finkbeiner; Herbert Dr. Flögel; Jürgen Dipl.-Ing. Maue; Alexander Dr.-Ing. Müller; Georg Seidel; Ernst Peter Dr. Weidmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zum Beeinflussen eines Wärmetransports zwischen einem Aggregat (3) eines Kraftfahrzeugs (2) und einer das Kraftfahrzeug (1) umgebenden Umwelt (11), mit einer Begrenzung (9) zum Abgrenzen des Aggregats (3) von der Umwelt (11). Um ein verbessertes Beeinflussen des Wärmetransports zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Begrenzung (9) wärmedämmende Eigenschaften und zumindest einen Phasenübergangswärmespeicher (13), der zu einem ersten Anteil (33) in einer ersten Phase und einem zweiten Anteil (35) in einer zweiten Phase, wobei die Anteile (33, 35) unter Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme, insbesondere Schmelzwärme, Lösungswärme, Kristallisationswärme und/oder Adsorptionswärme, variierbar sind, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beeinflussen eines Wärmetransports zwischen einem Aggregat eines Kraftfahrzeugs und einer das Kraftfahrzeug umgebenden Umwelt, mit einer Begrenzung zum Abgrenzen des Aggregats von der Umwelt.
Anordnungen zum Beeinflussen eines Wärmetransports zwischen einem Aggregat eines Kraftfahrzeugs und einer das Kraftfahrzeug umgebenden Umwelt sind bekannt. Es kann sich dabei um eine Wärmeisolierung handeln, die einen Wärmeübergang von dem Aggregat zur Umwelt oder umgekehrt verlangsamt, beispielsweise um in dem Aggregat vorhandene Wärmeenergie möglichst lange in diesem zu halten, also nicht in die Umwelt abzugeben, beispielsweise nach einem Abstellen eines Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs.
Die DE 10 2006 004 432 A1 betrifft eine Vorrichtung und Verfahren für ein Gehäuse zur akustischen Isolierung einer Ölwanne aus Gussaluminium. Mittels einer erzwungenen Reaktion wird eine Schallabstrahlung in einem breiten Frequenzbereich für strukturell feste Motorölwannen aus Gussaluminium erzeugt. Die Ölwanne umfasst eine isolierende Schaumgummischicht, die mit der Ölwanne gekoppelt ist, und eine äußere Barriereschicht aus Urethan, die mit der isolierenden Schaumgummischicht gekoppelt ist. Die Vibrationsisolierung erfolgt lokal auf den Oberflächen der Ölwanne, nicht an den Befestigungen, die die Ölwanne mit dem Motor verbinden.
Die DE 36 43 055 C1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einer umhüllenden Kapsel. Die Brennkraftmaschine ist mit einer schallisolierenden Kapsel versehen, innerhalb derer ein Kühlluftstrom in Abhängigkeit von der Kapselinnentemperatur richtungsmäßig und räumlich verschiedenartig geführt wird. Während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine wird Kühlluft zunächst über eine Abgasanlage geführt, wärmt sich dabei auf und gibt die aufgenommene Wärmemenge an das Gehäuse der Brennkraftmaschine ab.
Aus der DE 10 2006 009 600 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine bekannt, die innerhalb einer Kapsel im Kraftfahrzeug angeordnet ist. Diese Kapsel ist eine wärmeisolierende Kapsel, die die Brennkraftmaschine weitestgehend umschließt. Die Kapsel ist teilweise von zumindest einem Bauteil der Brennkraftmaschine gebildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung zum Beeinflussen eines Wärmetransports zwischen einem Aggregat eines Kraftfahrzeugs und einer das Kraftfahrzeug umgebenden Umwelt bereitzustellen, insbesondere zum Verbessern von Kaltstart- und/oder Kühleigenschaften des Kraftfahrzeugs.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe bei einer Anordnung zum Beeinflussen eines Wärmetransports zwischen einem Aggregat eines Kraftfahrzeugs und einer das Kraftfahrzeug umgebenden Umwelt, mit einer Begrenzung zum Abgrenzen des Aggregats von der Umwelt dadurch gelöst, dass die Begrenzung wärmedämmende Eigenschaften und zumindest einen Phasenübergangswärmespeicher mit einem ersten Anteil in einer ersten Phase und einem zweiten Anteil in einer zweiten Phase aufweist, wobei die Anteile unter Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme, insbesondere Schmelzwärme, Lösungswärme, Kristallisationswärme und/oder Adsorptionswärme, variierbar sind.
In einem Phasenübergangswärmespeicher ist Wärme unter Ausnutzung einer Enthalpie einer reversiblen thermodynamischen Zustandsänderung speicherbar und wieder entnehmbar. Dazu nutzen Phasenübergangswärmespeicher die Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Phasenübergangsmaterials, welches als Speichermedium dient. Geeignet sind Speichermedien die eine hohe Schmelzwärme bei einem Phasenwechsel von fest nach flüssig freisetzen. Diese Wärme wird auch als latente Wärme (latent vom Lateinischen latere = verborgen sein) bezeichnet, da sie ohne gleichzeitige Temperaturerhöhung gespeichert bzw. freigesetzt werden kann. Das Speichermedium ist typischerweise so gewählt, dass eine Rekristallisation, d. h. ein Phasenwechsel von flüssig nach fest kurz unterhalb einer Schmelztemperatur eintritt.
Unter variierbar kann eine Möglichkeit eines Wechsels von Aggregatszuständen der Anteile des Phasenübergangswärmespeichers verstanden werden. Die erste und zweite Phase sind vorzugsweise ausgewählt aus einem festen und einem flüssigen Aggregatszustand beziehungsweise einer festen und flüssigen Phase. Durch die Begrenzung hindurch kann ein Wärmetransport von dem Aggregat zur Umwelt oder umgekehrt stattfinden. Es kann sich dabei beispielsweise um von dem Aggregat des Kraftfahrzeuges, beispielsweise einer Abgasreinigungskomponente, einer Antriebsquelle, einem elektrischen und/oder mechanischen Energiewandler, einem Elektromotor und/oder einem Verbrennungsmotor erzeugte Abwärme handeln, die an die Umwelt abgeführt wird.
Vorteilhaft kann an einer sogenannten Schalttemperatur bzw. Phasenübergangstemperatur des Phasenübergangswärmespeichers ein Einspeichern oder Freisetzen von gespeicherter Wärme stattfinden. Ein tatsächlich stattfindender Wärmedurchgang durch die Begrenzung, die den Phasenübergangswärmespeicher aufweist, ist also um die eingespeicherte oder abgegebene Wärmemenge verringert bzw. erhöht. Vorteilhaft kann dieser Effekt dazu ausgenutzt werden, dass das Aggregat nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs bzw. außer Betrieb nehmen des Kraftfahrzeugs möglichst lange mittels von dem Phasenübergangswärmespeicher wieder abgegebener Wärme temperiert bleibt, beispielsweise auf einer für einen später erfolgenden Neustart günstigen Temperatur, wobei vorteilhaft Verbrauchs- und Emissionswerte des Kraftfahrzeugs verringert werden können. Ferner ist es positiv möglich, beispielsweise bei Lastspitzen, insbesondere bei sogenannten Overboost-Funktionen eine dabei anfallende überschüssige Wärmemenge in dem Phasenübergangspeicher schnell aufzunehmen bzw. einzuspeichern um diese Wärmemenge in einer späteren, Abwärme schwächeren Betriebsphase wieder abzugeben.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass der Phasenübergangswärmespeicher die wärmedämmenden Eigenschaften aufweist. Besonders vorteilhaft kann der Phasenübergangswärmespeicher selbst die wärmedämmenden Eigenschaften aufweisen, also eine vergleichsweise kleine Wärmeleitzahl aufweisen, wobei vorteilhaft insbesondere die Funktionen Abgrenzen, Wärmedämmen sowie Wärmespeichern in nur einem Bauteil vereint sein können.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass der Phasenübergangswärmespeicher eine unterkühlte Lösung oder Schmelze aufweist, wobei durch Phasenänderung in einen festen Aggregatszustand latente Wärme freisetzbar ist. Vorteilhaft kann mittels der unterkühlten Lösung latente Wärme verlustfrei gespeichert und bei Bedarf wieder freigegeben werden. Vorteilhaft kann der erste Anteil des Phasenübergangswärmespeichers, der beispielsweise in dem festen Aggregatszustand vorliegt, in einen Unterkühlungszustand mit einer Unterkühlungstemperatur, beispielsweise in Form von der unterkühlten Schmelze oder Lösung, die einen metastabilen Zustand aufweist, gebracht werden. Vorteilhaft kann dieser metastabile Zustand dazu ausgenutzt werden, über längere Zeiträume, gänzlich ohne Wärmeverluste die Phasenübergangsenthalpie, beispielsweise in Form von Lösungsenthalpie zu speichern. Für den Fall, dass die eingespeicherte Wärmemenge wieder benötigt wird, kann ein Wechsel von dem ersten Aggregatszustand in den zweiten Aggregatszustand ausgelöst werden, wobei die Wärmemenge wieder freisetzbar ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass dem Wärmespeicher eine Keimbildungsvorrichtung zum Einbringen eines Reaktionskeims in den die Unterkühlungstemperatur aufweisenden ersten Anteil des Phasenübergangswärmespeichers zugeordnet ist. Unter Reaktionskeim kann beispielsweise ein Kristallisationskeim verstanden werden, an dem die weitere Reaktion bzw. Umwandlung von dem ersten Aggregatszustand in den zweiten Aggregatszustand, beispielsweise in Form von Kristallisation, abläuft. Die Keimbildungsvorrichtung kann beispielsweise eine schallemittierende Vorrichtung aufweisen, die Schallwellen bzw. Druckwellen in den Phasenübergangswärmespeicher einbringt. Dabei kann es entweder durch Verdichtungen und Dekompressionszonen zu einer Keimbildung kommen oder gegebenenfalls durch Abgabe geringster Partikelmengen einer die Schallwellen abgebenden Oberfläche der Keimbildungsvorrichtung. Die Keimbildungsvorrichtung kann beispielsweise ein Piezoelement und/oder eine Springfeder, die von einem ersten Zustand sprunghaft in einen zweiten Zustand bringbar ist, aufweisen. Denkbar ist beispielsweise eine Zuordnung durch eine Schall übertragende Strecke. Insbesondere kann der Phasenübergangswärmespeichers die Keimbildungsvorrichtung aufweisen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass der Phasenübergangswärmespeicher ein Adsorbens aufweist, wobei der Phasenübergang des Phasenübergangswärmespeichers in Anwesenheit des Adsorbens mittels reversibler Physiosorbtion eines Adsorptivs an dem Adsorbens unter Bildung eines Adsorbats stattfindet. Der Phasenübergangswärmespeicher weist also das Adsorbens auf, an dem zum Einspeichern bzw. Abgeben von Wärme unter Bildung des Adsorbats das Adsorptiv reversibel anlagerbar ist. Vorteilhaft kann mittels der reversiblen Physiosorbtion eine vergleichsweise große Wärmemenge pro Volumen und/oder Gewicht des Phasenübergangswärmespeichers eingespeichert bzw. wieder abgegeben werden, ohne dass sich der Phasenwärmeübergangsspeicher dadurch verbraucht. Es ist denkbar, dass für das Adsorbtiv ein Speicher vorgesehen ist. Es ist jedoch auch möglich, das Adsorbtiv, beispielsweise in Form von Wasser aus der Umwelt zu entnehmen und dieser wieder zuzuführen. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet Adsorption die Anlagerung oder Anreicherung von Adsorptiven, insbesondere Stoffen und/oder Molekülen, an ein Adsorbens, wobei das Adsorbens die äußere oder bei porösen Materialien auch die innere Oberfläche eines Festkörpers und/oder die Grenzfläche zwischen zwei Phasen sein kann. Unter Adsorption wird insbesondere Physisorption verstanden, bei der nicht chemische Bindungen, sondern insbesondere Van-der-Waals-Kräfte für die Anlagerung oder Anreicherung des Adsorptivs und somit für die Bildung eines Adsorbats am Adsorbens verantwortlich sind. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet das Adsorbat nicht nur die Gesamtheit der Stoffe und/oder Moleküle, die direkt mit dem Adsorbens in Kontakt treten, sondern auch diejenigen Stoffe und/oder Moleküle, die sich nachfolgend, insbesondere in Form eines Kondensats, an die direkt mit dem Adsorbens in Kontakt befindlichen Stoffe und/oder Moleküle anlagern und somit eine im Vergleich zu einer Phase des Adsorptivs weniger fluide Phase aus adsorbierten Stoffen und/oder Molekülen bilden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass die Phasenübergangstemperatur zwischen –30 und +40°C, insbesondere zur Kühlung, zwischen 20°C und 160°C, insbesondere für ein Kühlmittel, Öl und/oder zur Kühlung/Pufferung von Bauteilen, oder zwischen 120°C und 500°C, insbesondere für Abgas führende Komponenten und/oder zur Bauteilkühlung, liegt. Vorteilhaft kann die Phasenübergangstemperatur auf eine Betriebstemperatur des Aggregats des Kraftfahrzeuges abgestimmt sein, beispielsweise auf eine gewünschte Temperatur eines Schmiermittels und/oder eines Kühlmittels und/oder eine leicht unterhalb einer Materialbelastungsgrenztemperatur. Im Falle eines Schmiermittels kann die Temperatur so abgestimmt sein, dass dieses bereits sehr gute Schmiereigenschaften, eine genügend geringe Viskosität und damit vergleichsweise geringe Wirkungsgradverluste aufweist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass der Phasenübergangswärmespeicher, insbesondere das Adorbens und/oder das Adsorbat, zumindest einen Vertreter der folgenden Gruppe aufweist: Silicagel, Metallhydrid, Zeolithe, Natriumsulfat, insbesondere Decahydrat (Na₂So₄·10H₂O, Glaubersalz), ein Salzhydrat, ein Alaun, Paraffin, ein Hartparaffin, ein Alkohol, Zucker, ein Gemenge aus Zucker und Alkohol, Bariumhydroxid, insbesondere Ba(OH)₂ 8H₂O, Acetamid, MgNO3 LiNO3 6H₂O, Natriumhydroxid, insbesondere NaOH H₂O, Naphtalen, Stearinsäure, Natriumthiosulfat-Pentahydrat, Magnesiumnitrat-Hexahydrat, Magnesiumchlorid-Monohydrat, ein Gemenge aus Magnesiumnitrat-Hexahydrat und Magnesiumchlorid-Monohydrat, Palmitinsäure, Myristinsäure, Natriumacetat-Trihydrat und/oder ein Gemenge aus zumindest zwei der zuvor genannten Komponenten aufweist. Vorteilhaft kann durch die Wahl der Inhaltsstoffe des Phasenübergangswärmespeichers eine gewünschte Phasenübergangstemperatur, eine Wärmeleitzahl und/oder die maximal speicherbare Wärmemenge pro Volumen bzw. Gewichtsanteil gewählt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Begrenzung zumindest eine den Phasenübergangswärmespeicher aufweisende Schicht und/oder Mikrokapseln aufweist. Vorteilhaft kann der Phasenübergangswärmespeicher, insbesondere in Form von Paraffin, in der zumindest einen Schicht und/oder den Mikrokapseln eingeschlossen werden. Unter Schicht kann eine Lage eines Verbundwerkstoffs verstanden werden, beispielsweise eine Lage mit einem offenporigen oder geschlossenporigen Schaum, dessen Hohlräume mit dem Phasenübergangswärmespeicher gefüllt sind. Ferner kann unter Schicht eine von zwei Grenzschichten begrenzte flächige Kammer verstanden werden, in der der Phasenübergangswärmespeicher eingeschlossen ist. Bei einer besonders einfach aufgebauten Ausführung besteht die Anordnung nur aus einer geschlossenporigen Schicht, die in nur einem Bauteil die Begrenzung bildet und den Phasenübergangswärmespeicher in den Mikrokapseln aufweist und vorteilhaft gewünschte wärmedämmende Eigenschaften aufweist. Vorteilhaft kann der in der zumindest einen Schicht und/oder den Mikrokapseln eingeschlossene Phasenübergangswärmespeicher einen Phasenübergang von fest zu flüssig oder umgekehrt vollziehen, je nach dem ob Wärme zugeführt wird oder abgeführt wird. Ferner kann unter Mikrokapsel eine den Phasenübergangswärmespeicher – beispielsweise in Form eines sogenannten PCM-Materials – einschließende Umhüllung verstanden werden, wobei eine Vielzahl solcher Umhüllungen in ein Trägermaterial eingebracht sind oder selbst das Trägermaterial ausmachen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass die Begrenzung eine Wärmedämmschicht mit einer Wärmeleitzahl zwischen 0,2 und 0,005 J/(msK) und eine Schichtdicke zwischen 1 mm und 30 mm,
aufweist, die zumindest bereichsweise zwischen der Umwelt und dem Wärmespeicher angebracht ist. Vorteilhaft kann mittels der Wärmedämmschicht grundsätzlich ein Wärmeübergang zwischen dem Aggregat und der Umwelt verlangsamt werden, so dass sich das Aggregat, beispielsweise im Falle einer kühleren Umwelt langsamer abkühlt. Vorteilhaft kann mittels des Wärmespeichers, sofern dieser zuvor aufgeladen wurde, dieser Vorgang zusätzlich verlangsamt werden, so dass auch nach einer längeren Abstellzeit des Kraftfahrzeuges das Aggregat noch eine erhöhte Temperatur, vorzugsweise eine Betriebstemperatur aufweist, die nahe der Phasenübergangstemperatur des Phasenübergangswärmespeichers liegt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass das Aggregat eine Ölwanne, ein Getriebegehäuse, ein/en Motorblock, ein Hinterachsgetriebe, oder eine Abgasreinigungsvorrichtung aufweist, insbesondere ist. Vorteilhaft können ein oder mehrere unterschiedliche Komponenten mit der Begrenzung mit dem Phasenübergangswärmespeicher versehen sein und entsprechend besser, insbesondere nach einem Neustart schneller, temperiert werden. Bei der Abgasreinigungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Katalysator, insbesondere ausgelegt als Dreiwege-, Oxidations-, Speicher- und/oder Reduktionskatalysator, insbesondere selektive katalytische Reduktion (SCR), handeln. Vorteilhaft kann nach dem Neustart eine Anspringtemperatur des Katalysators schneller erreicht werden. Die unterschiedlichen Komponenten können unterschiedliche Betriebstemperaturen und/oder Anspringtemperaturen aufweisen, wobei eine jeweilige Phasenübergangstemperatur vorteilhaft an die jeweilige Betriebstemperatur und/oder Anspringtemperatur angepasst sein kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist vorgesehen, dass das Aggregat einen Ölsumpf aufweist, wobei der Phasenübergangswärmespeicher benachbart zu dem Ölsumpf oder, insbesondere in Form von Mikrokapseln, im Ölsumpf angeordnet ist. Vorteilhaft kann zwischen dem Phasenwärmeübergangswärmespeicher und dem Ölsumpf ein besonders guter Wärmeübergang stattfinden, wobei der Ölsumpf vorteilhaft besonders gut im Bereich der Phasenübergangstemperatur des Phasenübergangswärmespeichers gehalten werden kann, beispielsweise um bei einem Betrieb des Kraftfahrzeuges ein temporäres Überhitzen des Ölsumpfes bzw. des sich darin befindlichen Öls zu verhindern. Vorteilhaft kann auch der Ölsumpf nach einem Abstellen des Kraftfahrzeuges möglichst lange auf einer gegenüber der Umwelt erhöhten Temperatur gehalten werden.
Die Aufgabe ist außerdem bei einem Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Anordnung gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Erfindung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Aggregats eines Kraftfahrzeugs, das zumindest teilweise mit einem Phasenübergangswärmespeicher versehen ist;
2 einen teilweise dargestellten Schnitt mit einem Detail des in 1 gezeigten Aggregats, wobei im Unterschied der Phasenübergangswärmespeicher Mikrokapseln aufweist; und
3 einen teilweise dargestellten Schnitt mit einem Detail des in 1 gezeigten Aggregats zur Verdeutlichung eines Phasenübergangs des Phasenübergangswärmespeichers.
1 zeigt eine Anordnung 1 bei einem teilweise dargestellten Kraftfahrzeug 2 mit einem schematisch dargestellten Aggregat 3. Die Anordnung dient zum Beeinflussen eines Wärmetransports zwischen dem Aggregat 3 des Kraftfahrzeugs 2 und einer das Kraftfahrzeug 2 umgebenden Umwelt 11. Bei dem Aggregat 3 kann es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges 2 handeln. Es ist jedoch auch denkbar, dass es sich bei dem Aggregat 3 um einen Energiewandler, beispielsweise ein Getriebe oder einen elektrischen Energiewandler und/oder einen Elektromotor handelt. Das Aggregat 3 weist eine Ölwanne 5 mit einem Ölsumpf 7 auf. Der Ölsumpf 7 ist mittels einer Begrenzung 9 der Ölwanne 5, von einer Umwelt 11 des Kraftfahrzeuges 2 abgegrenzt. Die Begrenzung 9 weist einen benachbart zu dem Ölsumpf 7 angeordneten Phasenübergangswärmespeicher 13 auf. Der Phasenübergangswärmespeicher 13 ist ein wärmespeicherungfähiges Material, das mittels einer inneren Grenzschicht 15 und einer äußeren Grenzschicht 17 eingeschlossen. Die innere Grenzschicht 15 trennt den Phasenübergangswärmespeicher 13 von dem Ölsumpf 7 und die äußere Grenzschicht 17 von einer eventuell zusätzlich vorhandenen Wärmedämmschicht 19 ab. Bei der Wärmedämmschicht kann es sich um bekannte Wärmedämmmaterialien, beispielsweise um offenporige oder geschlossenporige Schäume, beispielsweise Polyurethanschäume, Faserwerkstoffe, Steinwolle, Glasfaser und/oder Schwerschäume, insbesondere mit schalldämmenden Eigenschaften, handeln. Mittels eines ersten Doppelpfeils 21 ist ein Wärmeübergang zwischen dem Phasenübergangswärmespeicher 13 und der Umwelt 11 symbolisiert. Mittels eines zweiten Doppelpfeils 23 ist ein Wärmeübergang zwischen dem Ölsumpf 7 und dem Phasenübergangswärmespeicher 13 symbolisiert. Mittels Einspeicherung oder Abgabe von Wärme in den Phasenübergangswärmespeicher 13 sind auch in einem quasi stationären Zustand die mittels den Doppelpfeilen 21 und 23 symbolisierten Wärmemengen unterschiedlich, da bei einem Wärmetransport von dem Ölsumpf 7 in die Umwelt 11 eine Wärmemenge in den Phasenwärmeübergangsspeicher 13 eingespeichert oder ausgespeichert wird. Dies ist solange der Fall, solange der Phasenübergangswärmespeicher in zwei Phasen vorliegt, beispielsweise einen flüssigen und einen festen Aggregatszustand aufweist. Ob bei dem Wärmeübergang zwischen dem Ölsumpf 7 und der Umwelt 11 Wärme ausgespeichert oder eingespeichert wird, hängt grundsätzlich davon ab, ob dies im Bereich einer Phasengrenze oberhalb oder unterhalb einer Phasenübergangstemperatur des Phasenübergangswärmespeichers 13 stattfindet.
Der Phasenübergangswärmespeicher kann als latenter Wärmespeicher, der einen unterkühlten Zustand annehmen kann, ausgelegt sein. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Phasenübergang durch einen einfachen Wechsel eines Aggregatszustands, beispielsweise falls Paraffin bzw. Hartparaffin eingesetzt ist, stattfindet. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Phasenübergang mittels reversibler Absorption, beispielsweise von Wasser, insbesondere Wasserdampf, in einer konzentrierten Lösung stattfindet. Alternativ und/oder zusätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass der Phasenübergang mittels reversibler Physisorption, also Adsorption eines Adsorptivs an einem Adsorbens des Phasenübergangswärmespeichers 13 stattfindet. Dazu ist es denkbar, dass ein Speicher 25 zum Speichern des Adsorptivs vorgesehen ist. Das Adsorbens ist zwischen der inneren Grenzschicht 15 und der äußeren Grenzschicht 17 angeordnet und kann mittels des Speichers 25 mit dem Adsorptiv unter Bildung des Adsorbats in Berührung gebracht werden, beispielsweise gesteuert mittels eines Stellorgans 27, insbesondere eines Ventils. Zur Einspeicherung von latenter Wärme kann das Adsorbat unter Bildung des Adsorptivs dem Adsorbens entzogen werden und dem Speicher 25 zugeführt werden. Um die eingespeicherte latente Wärme wieder freizusetzen, kann das Adsorptiv unter Bildung des Adsorbats wieder dem Adsorbens zugeführt werden. Es ist denkbar, anstelle des separaten Speichers 25 diesen unmittelbar benachbart zu dem Adsorbens anzuordnen. Der Speicher 25 kann dazu so gestaltet sein, dass er mittels Kapillarkräften das Adsorptiv speichert. Es ist möglich, dass der Phasenübergangswärmespeicher 13 zur Speicherung mittels Physisorption unter einem Unterdruck steht, wobei dieser beispielsweise ein poröses Material aufweisen kann, das ohne größere Stabilitätsprobleme evakuierbar ist.
Mittels eines dritten Doppelpfeils 39 ist ein Wärmeübergang zwischen dem Adsorbtiv des Speichers 25 und der Umwelt 11 des Kraftfahrzeuges 2 eingezeichnet. Insofern kann diese Anordnung auch für einen zusätzlichen Wärmetransport zwischen der Umwelt 11 und dem Ölsumpf 7 genutzt werden.
2 zeigt einen teilweise dargestellten Schnitt mit einem Detail des in der in 1 gezeigten Phasenübergangswärmespeichers 13, wobei im Unterschied der Phasenübergangswärmespeicher 13 in Mikrokapseln 29 eines Trägermaterials 31 untergebracht ist. Vorteilhaft können die innere Grenzschicht 15 und die äußere Grenzschicht 17 entfallen, so dass die Begrenzung 9 nur eine Schicht des Trägermaterials 31 mit den Mikrokapseln 29 sowie die daran angrenzende Wärmedämmschicht 19 aufweist. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, gänzlich auf die Wärmedämmschicht 19 zu verzichten, also nur die Schicht des Trägermaterials 31 mit den Mikrokapseln 29 als Begrenzung 9 vorzusehen, wobei in diesem Fall die Begrenzung 9 mit dem Trägermaterial 31 die Ölwanne 5 bildet. Dabei kann die Schicht des Trägermaterials 31 mit den Mikrokapseln 29 auch die Funktion der Wärmedämmschicht 19 übernehmen, also selbst wärmedämmende Eigenschaften aufweisen.
3 zeigt einen teilweise dargestellten Schnitt mit einem Detail der in der in 1 gezeigten Ölwanne 5. Beispielhaft sind ein erster Anteil 33 in einem ersten Aggregatszustand sowie ein zweiter Anteil 35 in einem zweiten Aggregatszustand des Phasenübergangswärmespeichers 13 eingezeichnet. Die Anteile 33 und 35 sind mittels einer Phasengrenze 37 voneinander abgegrenzt, wobei der erste Anteil beispielsweise flüssig und der zweite Anteil beispielsweise fest sein kann. Mittels eines vierten doppelten Pfeils 41 sind eine Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe bei einem entsprechenden Phasenübergang des Phasenübergangswärmespeichers 13 eingezeichnet. Entsprechend der mittels des vierten Pfeils 41 angedeuteten Wärmabgabe beziehungsweise Wärmeaufnahme verändern sich die Anteile 33 und 35, im Extremfall solange, bis nur einer der Anteile 33 und 35 vorliegt, was einem gänzlich vollzogenen Phasenwechsel entspricht.
Eine optionale Keimbildungsvorrichtung 43, die in 1 gestrichelt eingezeichnet und in 3 nicht dargestellt ist, kann beispielsweise in Form eines Druck- oder Schallwellen erzeugenden Piezo-, Feder- oder Knackblechelements einfach oder mehrfach im Bereich der Anteile 33 und 35 angeordnet sein. Nach Ansteuerung kann beispielsweise durch eine ausgelöste Schallwelle der Phasenübergang einer unterkühlten flüssigen Phase in eine feste Phase und somit die Freisetzung der eingespeicherten latenten Wärme initiiert werden.
Die innere Grenzschicht 15 kann biegeschlaffe Eigenschaften aufweisen, beispielsweise als Folie ausgeführt sein. Die äußere Grenzschicht 17 kann formstabil sein, beispielsweise als Formteil, Gussteil, Tiefziehteil, Schmiedeteil, Spritzgussteil oder ähnliches ausgeführt sein.
Zusätzlich kann die Wärmespeicherung und Wärmeabgabe des Phasenübergangswärmespeichers 13 zumindest teilweise auch mittels Physisorption erfolgen.
Das Aggregat 3 des Kraftfahrzeugs 2 weist im Sinne einer örtlich begrenzten Wärmedämmung, insbesondere an einer Motor-, Getriebe-, oder Hinterachsölwanne, den Phasenübergangswärmespeicher 13 auf, um eine Wärmeabgabe eines eingesetzten Schmiermittels während einer Stillstandszeit des Kraftfahrzeugs 2 zu verringern. Eine Wärmedämmung kann dabei innerhalb, außerhalb oder im Inneren der Begrenzung 9 angebracht sein und eine oder mehre Schichten umfassen, wobei mindestens eine dieser Schichten den Phasenübergangswärmespeicher 13, insbesondere sogenanntes PCM-Material, aufweist oder aus diesem besteht. Ferner ist es dankbar, dass die Begrenzung 9 aus wärmespeicherndern, insbesondere gleichzeitig wärmedämmendem, Material besteht. Vorteilhaft sind eine Schmiermitteltemperatur nach der Stillstandzeit des Kraftfahrzeugs 2, durch verringerte Wärmeabgabe und erhöhte Wärmekapazität der Begrenzung 9 erhöht, eine Reibung und dadurch ein Kraftstoffverbrauch während eines Kaltstarts sowie ein Verschleiß von Komponenten des Kraftfahrzeugs 2 verringert. Die Vorzüge ergeben sich vorteilhaft als passive Maßnahme, also ohne Regelungs- und Steuerungsaufwand.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
2: Kraftfahrzeug
3: Aggregat
5: Ölwanne
7: Ölsumpf
9: Begrenzung
11: Umwelt
13: Phasenübergangswärmespeicher
15: innere Grenzschicht
17: äußere Grenzschicht
19: Wärmedämmschicht
21: erster Doppelpfeil
23: zweiter Doppelpfeil
25: Speicher
27: Stellorgan
29: Mikrokapseln
31: Trägermaterial
33: erster Anteil
35: zweiter Anteil
37: Phasengrenze
39: dritter Doppelpfeil
41: vierter Doppelpfeil
43: Keimbildungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006004432 A1 [0003]
- DE 3643055 C1 [0004]
- DE 102006009600 A1 [0005]

Claims

Anordnung (1) zum Beeinflussen eines Wärmetransports zwischen einem Aggregat (3) eines Kraftfahrzeugs (2) und einer das Kraftfahrzeug (1) umgebenden Umwelt (11), mit einer Begrenzung (9) zum Abgrenzen des Aggregats (3) von der Umwelt (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung (9) wärmedämmende Eigenschaften und zumindest einen Phasenübergangswärmespeicher (13) mit einem ersten Anteil (33) in einer ersten Phase und einem zweiten Anteil (35) in einer zweiten Phase aufweist, wobei die Anteile (33, 35) unter Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme, insbesondere Schmelzwärme, Lösungswärme, Kristallisationswärme und/oder Adsorptionswärme, variierbar sind.
Anordnung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenübergangswärmespeicher (13) die wärmedämmenden Eigenschaften aufweist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenübergangswärmespeicher (13) eine unterkühlte Lösung oder Schmelze aufweist, wobei durch Phasenänderung in einen festen Aggregatszustand latente Wärme freisetzbar ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenübergangswärmespeicher (13) ein Adsorbens aufweist, wobei der Phasenübergang des Phasenübergangswärmespeichers (13) in Anwesenheit des Adsorbens mittels reversibler Physisorption eines Adsorptivs an dem Adsorbens unter Bildung eines Adsorbats stattfindet.
Anordnung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Phasenübergangswärmespeicher (13) eine Keimbildungsvorrichtung (43) zum Einbringen eines Reaktionskeims in den die Unterkühlungstemperatur aufweisenden ersten Anteil (33) des Phasenübergangswärmespeichers (13) zugeordnet ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenübergangstemperatur zwischen –30 und +40°C, zwischen 20°C und 160°C, oder zwischen 120°C und 500°C, liegt.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenübergangswärmespeicher (13) und/oder das Adsorbens und/oder das Adsorbat zumindest einen Vertreter der folgenden Gruppe aufweist: Silicagel, Metallhydrid, Zeolithe, Natriumsulfat, insbesondere Decahydrat (Na₂SO₄·10H₂O, Glaubersalz), ein Salzhydrat, ein Alaun, Paraffin, ein Hartparaffin, einen Alkohol, Zucker, ein Gemenge aus Zucker und Alkohol, Bariumhydroxid, insbesondere Ba(OH)₂ 8H₂O, Acetamid, MgNO3 LiNO3 6H₂O, Natriumhydroxid, insbesondere NaOH H₂O, Naphtalen, Stearinsäure, Natriumthiosulfat-Pentahydrat, Magnesiumnitrat-Hexahydrat, Magnesiumchlorid-Monohydrat, ein Gemenge aus Magnesiumnitrat-Hexahydrat und Magnesiumchlorid-Monohydrat, Palmitinsäure, Myristinsäure, Natriumacetat-Trihydrat und/oder ein Gemenge aus zumindest zwei der zuvor genannten Komponenten aufweist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung zumindest eine den Phasenübergangswärmespeicher (13) aufweisende Schicht und/oder Mikrokapseln (29) aufweist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung (9) eine Wärmedämmschicht (19) mit einer Wärmeleitzahl zwischen 0,2 und 0,005 J/(msK) und mit einer Schichtdicke zwischen 1 mm und 30 mm aufweist die zumindest bereichsweise zwischen der Umwelt (11) und dem Phasenübergangswärmespeicher (13) angebracht ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (3) eine Ölwanne (5), ein Getriebegehäuse, einen Motorblock, ein Hinterachsgetriebe oder eine Abgasreinigungsvorrichtung aufweist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (3) einen Ölsumpf (7) aufweist, wobei der Phasenübergangswärmespeicher (13) benachbart zu dem Ölsumpf (7) oder im Ölsumpf angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (2) mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.