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Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher gemäß Anspruch 1 sowie einen Wärmespeicher gemäß der Ansprüche 3 und 4.
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Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, sind in einer Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannt.
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Ein bekannter Wärmespeichertyp, der auch für den Einsatz in Kraftfahrzeugen konzipiert und realisiert ist, ist beispielsweise der Latentwärmespeicher, der aus einem Innenbehälter, dem Speicherkern, in dem sich ein Wärmespeichermittel, z. B. ein Speichersalz, befindet und aus einem Außenbehälter mit einer dazwischen vorgesehenen Wärmeisolation besteht. Beispielsweise werden die bekannten Wärmespeichertypen für eine Wärmeisolation des Motoröls oder des Kühlwassers vorgesehen. Nachteilig an den bekannten Wärmespeichern ist jedoch, dass die Wärmespeicher aufgrund der Materialwahl (zumeist Edelstahl) einem hohen konstruktiven Aufwand bei gleichzeitig erhöhten Herstellungskosten unterliegen und aufgrund ihrer technischen Ausgestaltung aufwendige Betriebsprozesse notwendig sind.
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Derartige Wärmespeicher lassen somit im Hinblick auf ihre konstruktive und technische Ausgestaltung noch Wünsche offen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, verbesserte Wärmespeicher zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Wärmespeicher mit den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motoröl-Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor von dem Motoröl durchströmten und bei abgeschaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppelten Wärmespeicherbehälter versehen ist, wobei als Wärmespeicherbehälter die Ölwanne des Motors, insbesondere in ihrem unteren Teil, vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden versehen ist. Ein Teil bzw. Bereich der Ölwanne fungiert somit als Wärmespeicher, wobei in dem Wärmespeicher das heiße Öl gespeichert werden kann wenn der Motor abgestellt wird. Wird der Motor wieder gestartet oder das Fahrzeug geöffnet, kann das heiße gespeicherte Motoröl zurück in den Motor gepumpt bzw. gefördert werden. Die Absperrung des heißen Motoröls im Wärmespeicherbehälter kann über zumindest ein Ventil oder dergleichen erfolgen. Mit Hilfe des Wärmespeicherbehälters ist ein schnelleres Aufheizen des Innenraums durch schnelleres Erhitzen des Motoröls sowie ein geringerer Kraftstoffverbrauch in der Kaltlaufphase (weniger Reibung im Motor durch warmes Motoröl) realisierbar. Die Ölwanne ist hierbei im Wesentlichen einstückig ausgebildet und beinhaltet in einem unteren Teilbereich den Wärmespeicherbehälter.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein ölgefülltes Getriebegehäuse, insbesondere Automatik-Getriebegehäuse vorgesehen sein kann, wobei das Getriebegehäuse als Wärmespeicherbehälter mitbenutzt und entsprechend ausgebildet ist. Insbesondere wird die Ölwanne und das Getriebegehäuse in zwei separate Schichten geteilt. Wird der Motor abgestellt, schließen die Ventile den isolierten Bereich der Ölwanne ab, so dass das dem isolierten Bereich der Ölwanne zugeführte Öl nicht weiter oder nur geringfügig abkühlen kann. Auch hier kann die Speicherung des heißen Getriebeöls eine schnelle und schonende Aufheizung des Motors in der Kaltlaufphase und schnellere Höchstbelastungsgrenzen der einzelnen Getriebekomponenten bewirken.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, einen Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motoröl-Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor von dem Motoröl durchströmten und bei abgeschaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppelten Wärmespeicherbehälter vorzuschlagen, wobei der Wärmespeicherbehälter als separater wärmeisolierter Zusatzbehälter ausgebildet sein kann, und wobei der Zusatzbehälter im Bereich der Ölwanne oder an dieser angeordnet und über entsprechende Mittel mit dieser verbunden ist, um einen Zufluss von heißem Öl aus der Ölwanne in den Zusatzbehälter hinein oder von dem Zusatzbehälter hinaus in die Ölwanne hinein zu ermöglichen. Denkbar wäre beispielsweise den Zusatzbehälter unmittelbar an einen Teilbereich der Ölwanne anzuschließen, um Bauraum zu sparen.
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Eine weitere Ausführungsform sieht einen Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motor-Kühlflüssigkeit-Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor durchströmten und bei abgeschaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppeltem Wärmespeicherbehälter vor, wobei als Wärmespeicherbehälter ein Zusatzbehälter vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden versehen ist. Mit dem Wärmespeicherbehälter wird ein schnelleres Aufheizen des Innenraums durch schnelleres Erhitzen des Motors ermöglicht. Insbesondere erzeugt der Motor Wärme, die im Kühlwasser gespeichert und über den Kühler abgegeben wird. Diese Wärme soll gespeichert werden, damit der Motor, nachdem er längere Zeit gestanden war, nach einem Neustart möglichst schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden kann.
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Beispielsweise besteht der Wärmespeicherbehälter aus wärmeisolierenden Behälterwänden aus zueinander, insbesondere zylindrischen, inneren bzw. äußeren Behältern mit jeweils zwischenliegender Wärmeisolierschicht. Beispielsweise sind zwei zylindrische geschlossene Behälter aus Kunststoff oder anderen geeigneten Materialien vorgesehen, wobei ein Behälter größer und ein Behälter kleiner ausgebildet ist, dergestalt, dass der größere Behälter zur Aufnahme des kleineren Behälters geeignet ist, wobei zwischen der äußeren Behälterwand des kleinen Behälters und der inneren Behälterwand des größeren Behälters eine wärmeisolierende Zwischenschicht vorgesehen ist (Thermoskannen-Prinzip). In dem größeren Behälter befindet sich, in der geschilderten Ausführung, ein kleiner Behälter. Zur Verbesserung der Wärmedämmung ist der dazwischenliegende Zwischenraum evakuiert. Durch beispielsweise eine Beschichtung oder Verspiegelung der dem Nutzinhalt zugewandten Seite, kann der Wärmeverlust durch Reflexion der Wärmestrahlung weiter vermindert werden. Durch diese Konstruktion wird der Wärmeausgleich zwischen innen und außen, der sowohl durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung als auch durch Konvektion erfolgen kann, verringert.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der innere Behälter von dem jeweiligen Wärmespeichermedium bei laufendem Motor durchströmt und bei dessen Abschaltung im Sinne eines thermisch isolierten speicherbaren Wärmereservoirs abkoppelbar ist. Beispielsweise kann der innere Behälter zwei oder mehr Stutzen, oder dergleichen aufweisen, die an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind und durch geeignete Öffnungen im äußeren Behälter nach außen geführt werden können. Die Anschlüsse selber können ebenfalls von innen isoliert werden, um Wärmeverluste zu verringern. Ferner können zu Abgrenzungs- oder Absperrzecken Ventile, insbesondere Rückschlagventile, oder Schwimmer oder dergleichen vorgesehen sein, so dass sich durch den Wärmespeicher ein in sich komplett isoliertes und thermisch abgeschlossenes System ergibt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine Wärme-Isolierschicht in Form einer Kunststoff-Isolierschicht vorgesehen sein kann. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine Wärme-Isolierschicht in Form einer Luft-Isolierschicht vorgesehen sein kann. Beispielsweise können als Isolationsschicht ferner Schaum, Styropor, Kieselsäure oder beispielsweise Vakuumplatten zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein paneelartiger Aufbau eines Wärmespeicherbehälters vorgesehen sein, dergestalt, dass der Wärmespeicherbehälter eine Vielzahl von einzelnen durchströmten oder umströmten Isolationspaneelen (Vakuumpaneelen) aufweist.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass sowohl der innere als auch der äußere Behälter aus Kunststoff ausgebildet sind. Ferner ist in dieser Ausführungsform nicht zwingend, aber bevorzugt, die Wärmeisolierschicht zwischen den beiden Behältern als ein evakuierter Wärmedämmkörper ausgebildet. Derartige Wärmedämmkörper bestehen beispielsweise aus einem Kern aus gepresstem Kieselsäurepulver, der in einer Hochbarrierenfolie vakuumdicht verpackt beziehungsweise eingepackt ist. Die Form dieser Wärmedämmkörper ist bevorzugt plattenförmig, kann jedoch je nach Anwendungsfall fast jede beliebige Form einnehmen. Durch die Verwendung derartiger evakuierter Wärmedämmkörper kann insbesondere auf das Evakuieren des Raumes zwischen dem inneren und äußeren Behälter verzichtet werden. Somit kann insgesamt ein kostengünstiger Wärmespeicher zur Verfügung gestellt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen:
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1 die schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Wärmespeichers;
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2 die schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Wärmespeichers;
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3 die schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen Wärmespeichers;
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4 den Wärmespeicher gem. 3 in Draufsicht.
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1 zeigt einen Wärmespeicher 1, zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei als Wärmespeicherbehälter 2 die Ölwanne 3 des Motors 4, insbesondere in ihrem unteren Teil 5, vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden 6 versehen ist.
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Der Wärmespeicherbehälter 2 ist einstückig mit dem Motorgehäuse 7 hergestellt. Innerhalb des Motorgehäuses 7 ist eine Menge an Öl 8 vorhanden. Das Öl 8 befindet sich innerhalb des Motorgehäuses 7 und umgibt die innerhalb des Motorgehäuses 7 angeordneten Antriebselemente 9. Der Motor 4 befindet sich in der hier gezeigten schematischen Darstellung in einer Gebrauchsstellung bzw. im Wirkbetrieb.
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Wird der Motor abgestellt, kann das innerhalb des Motorgehäuses 7 vorhandene Öl 8 über die Einlassöffnungen 10 und 11, welche mittels zweier Ventile 12, 13 verschlossen und freigebbar sind, in den Wärmespeicherbehälter 2 fließen und wird dort aufgrund der wärmeisolierenden Eigenschaften desselben warmgehalten. Wird das Kraftfahrzeug wieder gestartet oder werden die Türen geöffnet, kann das warme Öl 8 über einen nicht dargestellten Mechanismus, insbesondere eine Pumpe, zurück in das Motorgehäuse 7 gepumpt werden.
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Insbesondere ist somit der innere Bereich 14 des Wärmespeicherbehälters 2 wärmeisoliert. Dieser innere Bereich 14 kann dauerdurchströmt sein (bei geöffneten Ventilen 12, 13) und nur bei abgestelltem Motor 4 verschlossen werden oder als extra Speicher dienen, der nur geöffnet wird, wenn der Motor 4 abgestellt wird.
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2 zeigt einen Wärmespeicher 15, zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motor-Kühlflüssigkeit-Kreislauf einbindbaren Wärmespeicherbehälter 16, wobei als Wärmespeicherbehälter 16 ein Zusatzbehälter vorgesehen ist, der mit wärmeisolierenden Behälterwänden 18, 19 aus zueinander, insbesondere zylindrischen, inneren bzw. äußeren Behältern 20, 21 mit jeweils zwischenliegender Wärmeisolierschicht 22 besteht.
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Die Behälter 20, 21 sind aus Kunststoff gefertigt und weisen jeweils ein abnehmbares Deckelelement 23, 24 auf. Über Passstifte 25, 26 kann der innere Behälter 20 innerhalb des äußeren Behälters 21 fixiert werden. Das Deckelelement 24 weist zwei durch Öffnungen 30, 31 im Deckelelement 23 geführte Anschlussstutzen 27, 28 auf, über die der innere Behälter 20 an den Motor-Kühlmittel-Kreislauf anbindbar ist. Die Anschlussstutzen 27, 28 können mittels nicht dargestellter Ventile verschlossen und geöffnet werden. Innerhalb des Behälters 20 ist das Kühlwasser 29 wärmeisoliert gespeichert, welches bei Bedarf, z. B. beim Starten des Motors, über einen nicht dargestellten Mechanismus, insbesondere eine Pumpe, zurück in den Motor-Kühlflüssigkeit-Kreislauf befördert werden kann. Beispielsweise kann die Wärmeisolierschicht 22 aus Styropor bestehen.
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3 zeigt einen Wärmespeicher 32 bestehend aus Kunststoff und aufweisend mehrere innere und/oder äußere Isolationspaneele 33, durch die das warmzuhaltende Medium strömen kann. 4 zeigt den Wärmespeicher 32 in Draufsicht. Zu erkennen sind die beiden Anschlussstutzen 35 und 36, über die der Wärmespeicher 32 beispielsweise an einen Motor-Kühlflüssigkeit-Kreislauf, ähnlich wie unter 2 beschrieben, angeschlossen werden kann.
