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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums in ein Trägermaterial, bei dem das Trägermaterial zum Einbringen des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums in einem zumindest teilweise evakuierbaren Behälter angeordnet wird.
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Durch die gattungsgemäßen Verfahren können Kälte- beziehungsweise Wärmespeicher hergestellt werden, mit denen thermische Energie gespeichert werden kann. Derartige Speicher können, ohne darauf beschränkt zu sein, beispielsweise im Zusammenhang mit der Klimatisierung von Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden.
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Die bekannten gattungsgemäßen Verfahren sehen vor, dass das Trägermaterial in einem festen Behälter angeordnet wird, der durch eine Vakuumpumpe evakuiert werden kann (Autoklav). Nach der Evakuierung wird das in der Regel flüssige Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium aus einem Vorratsgefäß derart in den festen Behälter eingelassen, dass sich der Behälter mit dem Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium füllt, wobei in der Regel vorgesehen ist, dass das Trägermaterial vollständig in das Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium eingetaucht wird.
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Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
EP 0 914 399 B1 bekannt.
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Aus der
DE 197 23 391 A1 ist eine Latentwärmespeichermaterial-Packung bekannt, die sowohl bei Wärme- als auch Kälteanwendung verwendbar ist. Die Latentwärmespeichermaterial-Packung, die mit einem Latentwärmespeichermaterial befüllt ist, ist als mehrschichtige Umhüllungsfolie ausgebildet ist, wobei eine für die Wasserdampfdurchlässigkeit optimierte Folie jeweils zwischen einer hochfesten Polyethylenfolie angeordnet ist.
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Die
DE 196 30 073 A1 offenbart ein System zur Speicherung Wärme oder Kälte. Das bekannte System weist ein Trägermaterial in Form von Graphitmatrizen auf, das in einem festen Exsiccator angeordnet ist.
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Aus der
EP 0 889 941 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Wärmezellen bekannt. Dabei wird eine tablettenförmige Feststoffmischung in einem Folienbeutel verpackt. In diesen Folienbeutel wird, nach dessen Befestigung, mithilfe einer Nadel Wasser injiziert, um die Wärmezelle zu aktivieren.
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Die
US 5,711,136 A offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Evakuieren von Beuteln, die zum Aufnehmen von Granulat oder Pulver dienen.
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Die bekannten gattungsgemäßen Verfahren weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Beispielsweise ist das Vorsehen des zumindest teilweise evakuierbaren Behälters in Form eines Autoklaven aufwendig. Weiterhin ist die Überwachung der Beladung des Trägermaterials mit Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium bei der Verwendung eines Autoklaven in der Regel nicht kontinuierlich möglich, so dass die bekannten gattungsgemäßen Verfahren häufig diskontinuierlich durchgeführt werden müssen. Insbesondere wenn das Trägermaterial zur Überprüfung der aktuellen Beladung mit Kältebeziehungsweise Wärmespeichermedium ein oder mehrmals aus dem Autoklaven entnommen werden muss, kann es zu einem Verlust von Speichermedium kommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Verfahren derart weiterzubilden, dass sie einfacher und damit kostengünstiger durchgeführt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- a) Anordnen des Trägermaterials in einem Behälter aus Folienmaterial,
- b) zumindest teilweises Evakuieren des Behälters aus Folienmaterial mit einer Evakuiereinrichtung, und
- c) Einbringen von Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium in den Behälter aus Folienmaterial mit einer Befülleinrichtung.
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Durch diese Vorgehensweise kann auf den Einsatz eines Autoklaven zur Erzeugung des Vakuums verzichtet werden, da der zu evakuierende Bereich durch den Behälter aus Folienmaterial bereitgestellt beziehungsweise begrenzt wird. Vorzugsweise verbleibt das Trägermaterial auch nach der Beladung mit dem Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium in dem Behälter aus Folienmaterial, um Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediumverluste sicher vermeiden zu können. Das vorzugsweise aus Kunststoff gebildete Folienmaterial kann somit zwei Aufgaben übernehmen, nämlich die Bereitstellung beziehungsweise Begrenzung des zu evakuierenden Bereichs und die Vermeidung von Speichermediumverlusten nach dem Befüllvorgang. Das Anordnen des Trägermaterials in dem Behälter aus Folienmaterial gemäß dem Verfahrensschritt a) kann auf jede geeignete Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Trägermaterial in einem bereits zumindest teilweise vorgefertigten Behälter angeordnet werden oder der Behälter kann um das Trägermaterial herum gebildete werden, beispielsweise durch geeignetes Falten und Verschweißen des Folienmaterials.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Behälter aus Folienmaterial durch einen Folienschlauch oder einen Folienbeutel gebildet wird. Folienschläuche beziehungsweise Folienbeutel sind als Fertigprodukte am Markt erhältlich, wobei der Einsatz von vorgefertigten Folienschläuchen oder Folienbeuteln die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vielen Fällen vereinfacht. Wie erwähnt, können die Folienschläuche beziehungsweise Folienbeutel jedoch auch während beziehungsweise durch die Durchführung des Verfahrensschrittes a) gebildet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die Evakuiereinrichtung an einem offenen Ende des Behälters aus Folienmaterial angekoppelt wird. Bei der Evakuiereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vakuumpumpe handeln, die eine geeignete Kupplungseinrichtung zum Ankoppeln des offenen Endes des Behälters aus Folienmaterial aufweist. Die Kupplungseinrichtung kann beispielsweise durch einen Stutzen gebildet werden, über den ein offenes Ende eines Folienschlauches unter Abdichtung gezogen werden kann.
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In ähnlicher Weise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise vorgesehen, dass die Befülleinrichtung an einem offenen Ende des Behälters aus Folienmaterial angekoppelt wird. Sofern der Behälter aus Folienmaterial durch einen Folienschlauch gebildet wird, kommen insbesondere Ausführungsformen in Betracht, bei denen an einem offenen Ende des Folienschlauches die Evakuiereinrichtung und an dem anderen offenen Endes des Folienschlauches die Befülleinrichtung angekoppelt wird. Sofern der Behälter aus Folienmaterial durch einen Folienbeutel gebildet wird, kommen insbesondere Ausführungsformen in Betracht, bei denen die Evakuiereinrichtung und die Befülleinrichtung gleichzeitig oder in Form einer Kombieinrichtung an dem einzigen offenen Ende des Folienbeutels angekoppelt werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schritte b) und c) zumindest teilweise gleichzeitig durchgeführt werden. Dabei wird mit der Befüllung vorzugsweise erst dann begonnen, wenn die Evakuierung zumindest schon teilweise erfolgt ist. Ein gleichzeitiges Evakuieren und Befüllen kommt insbesondere bei der Verwendung von Folienschläuchen in Betracht, weil in diesem Fall das Trägermaterial vorzugsweise zwischen der Evakuiereinrichtung und der Befülleinrichtung angeordnet ist, so dass ein direktes Ansaugen des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums durch die Evakuiereinrichtung vermieden werden kann.
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Alternativ kommen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass die Schritte b) und c) nacheinander durchgeführt werden. Diese Lösung bietet sich insbesondere bei der Verwendung von Folienbeuteln an, da in diesem Fall der Einlass der Evakuiereinrichtung und der Auslass der Befülleinrichtung häufig benachbart zueinander angeordnet sind, so dass bei einer gleichzeitigen Evakuierung und Befüllung unter Umständen Teile des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums in unerwünschter Weise von der Evakuiereinrichtung angesaugt werden könnten. Die Schritte b) und c) werden jedoch auch dann in vorteilhafter Weiser nacheinander durchgeführt, wenn der evakuierte Behälter aus Folienmaterial dicht verschlossen wird, bevor das Trägermaterial mit Speichermedium beladen wird.
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Je nach Ausführungsform wird für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt, dass ein oder mehrere offene Enden des Behälters aus Folienmaterial nach der Durchführung des Schrittes b) oder c) dicht verschlossen werden, insbesondere durch Verschweißen. Dabei kommt ein Verschließen des oder der offenen Enden nach der Durchführung des Verfahrensschrittes c) insbesondere in Betracht, wenn die Evakuiereinrichtung und/oder die Befülleinrichtung an einem offenen Ende des Behälters aus Folienmaterial angekoppelt werden. Ein Verschließen des oder der offenen Enden bereits nach der Durchführung des Verfahrensschrittes b) kommt insbesondere in Betracht, wenn die Befüllung des Trägermaterials mit dem Speichermedium nicht über ein offenes Ende des Behälters aus Folienmaterial erfolgt, wie beispielsweise bei der nachfolgend erläuterte Ausführungsform.
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Die Erfindung umfasst weiterhin Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen vorgesehen ist, dass die Befülleinrichtung zumindest eine Injektionsnadel aufweist, mit der der Behälter aus Folienmaterial zum Einbringen des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums durchstochen wird. Aufgrund des innerhalb des Behälters aus Folienmaterial herrschenden Unterdrucks wird das Speichermedium, beispielsweise bis zur Sättigung des Trägermaterials über die Injektionsnadel(n) angesaugt. Vorzugsweise wird durch ein Injektionsnadelabdichtsystem sichergestellt, dass ein Ansaugen von Luft oder Fremdstoffen an der Einstichstelle vermieden wird.
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Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt, dass das Gewicht des Trägermaterials vor der Durchführung des Schrittes c) bestimmt wird. Diese Gewichtsermittlung ist vorteilhaft, um prozesssicher in nachgeschalteten Arbeitsgängen den definierten Füllgrad des Trägermaterials mit Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium sicherstellen zu können, beispielsweise eine Sättigung des Trägermaterials.
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Insbesondere in diesem Zusammenhang wird bevorzugt, dass eine definierte Menge des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums in dem Trägermaterial vorgesehen wird.
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Zu diesem Zweck kann das erfindungsgemäße Verfahren vorsehen, dass die definierte Menge des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums durch eine als Dosiereinrichtung arbeitende Befülleinrichtung vorgesehen wird. Beispielsweise kann das Trägermaterial vor der Befüllung gewogen werden, wodurch beispielsweise die zur Sättigung des Trägermaterials erforderliche Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediummenge bestimmt werden kann. Exakt diese Menge kann dann über die Dosiereinrichtung zugeführt werden. Die Dosiereinheit kann beispielsweise einen Dosierzylinder und/oder einen mit einem Abschaltventil gekoppelten Volumenstromzähler umfassen. Der gewünschte Füllgrad kann somit innerhalb der Toleranzen der Dosiereinrichtung sichergestellt werden.
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Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die definierte Menge des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums vorgesehen wird, indem das Trägermaterial zunächst mit Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium überfüllt und anschließend solange ein Trocknungsprozess durchgeführt wird, bis die definierte Menge des Kälte- beziehungsweise Warmespeichermediums erreicht ist. Diese Lösung kommt insbesondere in Betracht, wenn der Behälter aus Folienmaterial erst nach der Durchführung des Verfahrensschrittes c) dicht verschlossen wird. Das Trägermaterial wird dabei vorzugsweise vor und nach der Befüllung mit Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium gewogen. Da die Summe des Trägermaterialgewichts und des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediumgewichts eine Funktion des Füllgrades darstellt, kann über eine Gewichtsmessung der Füllgrad exakt ermittelt werden. Die überfüllte Einheit kann dann unter ständigem Wiegen beispielsweise mit Heißluft so lange getrocknet werden, bis das Gesamtgewicht dem geforderten Füllgrad entspricht.
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Das erfindungsgemaße Verfahren kann auch vorsehen, dass die definierte Menge des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums vorgesehen wird, indem das Trägermaterial zunächst mit Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium überfüllt und anschließend so lange Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium abgesaugt wird, bis die definierte Menge des Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermediums erreicht ist. Auch in diesem Fall wird vorzugsweise so lange überschüssiges Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium abgesaugt, bis das Gesamtgewicht der Einheit dem geforderten Füllgrad entspricht.
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Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Trägermaterial durch eine Matrix, insbesondere eine Graphitmatrix gebildet ist. Dabei kann das Trägermaterial beispielsweise in Plattenform oder in Form von Plattenpaketen vorliegen.
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Weiterhin wird bevorzugt, dass das Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium durch ein Phasenwechselmaterial gebildet ist, beispielsweise durch Wasser oder Paraffin. Selbstverständlich kommen auch andere Phasenwechselmaterialien in Betracht, die dem Fachmann gut bekannt sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung, die eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht;
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2 eine schematische Darstellung, die eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht;
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3 eine schematische Darstellung, die eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
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1 veranschaulicht eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Behälter 14 aus Folienmaterial 16 durch einen Folienschlauch 18 gebildet ist. Der Folienschlauch 18 weist ein erstes offenes Ende 22 und ein zweites offenes Ende 24 auf. An dem ersten offenen Ende 22 wird eine nicht dargestellte Evakuiereinrichtung angekoppelt, um Luft 28 aus dem Behälter 14 abzusaugen. An dem zweiten offenen Ende 24 des Folienschlauches 18 wird eine ebenfalls nicht dargestellte Befülleinrichtung angekoppelt, um dem in dem Folienschlauch 18 angeordneten Trägermaterial 12 in Form einer Graphitmatrix Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium 10 zuzuführen. Nach der Erzeugung des Vakuums innerhalb des Behälters 14 aus Folienmaterial 16 wird das Speichermedium 10 vorzugsweise dosiert in Abhängigkeit vom Gewicht des Trägermaterials zugeführt. Anschließend werden die beiden offenen Enden 22, 24 des Folienschlauches 18 verschlossen. Das Verschließen erfolgt vorzugsweise durch Verschweißen, beispielsweise mit Hilfe eines Heizdrahtes oder irgendeiner anderen geeigneten Wärmequelle.
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2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Behälter 14 aus Folienmaterial 16 durch einen Folienbeutel 20 gebildet wird. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird das Trägermaterial 12 in dem Behälter 14 angeordnet. Anschließend wird ein nicht dargestelltes, die Evakuiereinrichtung und die Befülleinrichtung bildendes Kombigerät an dem offenen Ende 22 des Folienbeutels 20 angekoppelt. Innerhalb des Behälters 14 wird dann durch Absaugen von Luft 28 ein Vakuum erzeugt. Anschließend wird Kalte- beziehungsweise Wärmespeichermedium 10 zugeführt. Der gewünschte Füllgrad kann bei dieser wie auch bei der ersten Ausführungsform sichergestellt werden, indem das Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium 10 von vorneherein in der richtigen Menge dosiert zugeführt wird, indem das Trägermaterial 12 zunächst mit Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium 10 überfüllt und anschließend ein Trocknungsprozess durchgeführt wird oder indem das Trägermaterial 12 zuerst mit Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium 10 überfüllt und anschließend so lange Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium 10 abgesaugt wird, bis der gewünschte Füllgrad erreicht ist.
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3 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform wird das Trägermaterial 12 zunächst in einem Behälter 14 aus Folienmaterial 16 angeordnet und der Behälter 14 wird evakuiert. Anschließend wird der Behälter 14 aus Folienmaterial 16 dicht verschlossen, beispielsweise durch Verschweißen. An das in Folienmaterial 16 verpackte und evakuierte Trägermaterialpaket 12 wird anschließend eine Befülleinrichtung angedockt, die im dargestellten Fall mehrere Injektionsnadeln 26 aufweist. Die Injektionsnadeln 26 sind vorzugsweise an eine als Dosiereinrichtung arbeitende Befülleinrichtung angeschlossen. Die Injektionsnadeln 26 durchstechen das Folienmaterial 16 und schaffen somit eine Verbindung des evakuierten Raums zum Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium. Aufgrund des innerhalb des evakuierten Behälters 14 herrschenden Unterdrucks wird das Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium beispielsweise bis zur Sättigung des Trägermaterials über die Injektionsnadel 26 angesaugt. Dabei ist vorzugsweise sichergestellt, dass beim Einstechen der Injektionsnadeln 26 in beziehungsweise durch das Folienmaterial 16 keine Luftansaugung beziehungsweise Fremdstoffeinbringung über die Einstichstellen erfolgt. Zu diesem Zweck kann gegebenenfalls ein zusätzliches Injektionsnadeldichtsystem vorgesehen werden.
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Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Graphitmatrix in vorteilhafter Weise als Trägermaterial 12 verwendet werden, wobei das Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium 10 beispielsweise durch Wasser oder Paraffin gebildet sein kann.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kälte- beziehungsweise Wärmespeichermedium
- 12
- Trägermaterial
- 14
- Behälter
- 16
- Folienmaterial
- 18
- Folienschlauch
- 20
- Folienbeutel
- 22
- erstes offenes Ende
- 24
- zweites offenes Ende
- 26
- Injektionsnadel
- 28
- Luft
