DE8509842U1 - Behälter zur Vorwärmung der (Starter-)Batterie von Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung unterkllhibarer Latentwärme-Speichermassen zur gezielten und v/i UkUrI Ich abrufbären Vorwärmung kaiteempfindlIcher Baugruppen von Verbrennungskraf tniaschlnen u.dgl. und betrifft die Vorwärmung der (Starter-) Batterie von Verbrennungskraftmaschinen. Es Ist bekannt, daß die Kapazität von in Kraftfahrzeugen verwendeten wiederaufladbaren Batterien bei einer Temperatur von -15 C nur noch \/k bis 1/3 betrügt, und eine schwach geladene Batterie erreicht bei diesen Temperaturen schnei! ihre Entladeschlußspannung.

Ls sind bereits Vorschlüge bekannt geworden, die Starterbatterie vorzuwiirmen, z.B. Heizelemente in der Wandung des Batteriebehälters anzuordnen (DE-PS 6'» 70 03) oder sie In einen Trog zu setzen (DE-OS 17 71 073). Jedoch muß hlerbei die Heizleistung entweder aus der Batterie entnommen werden oder aus einer externen Stromquelle, die aber bei Im Freien abgestellten fahrzeugen In aller Regel nicht vorhanden und nicht erreichbar Ist.

In der DE-OS lh J»8 739 Ist ausführlich dargelegt, daß WSrmeenergie als Schmelzenthalpie in unterkühlten Salzschmelzen Ober lange Zeiträume verlustfrei gespeichert werden kann. Eine solche Schmelze Ist Natriumacetat-Trlhydrat. Seine Enthalpietemperatur für den Übergang flüssig-fest liegt bei 58° C, die speicherbare Latentwh'rme pro Gewichts- oder Volumeneinheit ist wesentlich größer als die spezifische Wurme des Wassers. Die Schmelze ist angeblich bis -10° C-als sog. kritische UnterkUhiungstemperatur -■unterkUhibar und kann, unempfindlich gegen Erschütterungen und Verunrelnigungen, bei Temperaturen darüber monatelang Im unterkUhlten Zustand verbleiben, so daß eine Wärme!sot at ion - wie bet Ublichen Flüssigkeitsspeichern - überflüssig wird. Durch Impfung mit einem Kristall oder durch lokale. Unterkühlung

Unter die kritische Unterkühlungstempera tür kann der KrI- »talIIsationsvorgang willkürlich eingeleitet Werden. Dabei erwärmt sich die Schmelze auf die Enthaipletemperatur und kristallisiert bei dieser unter stetiger Abgabe der gespelcherten Latentwh'rme aus.

Als AnwendungsbeIspiel sind Wärmekissen und die Vorwärmung von Autos itzen genannt* Eine praktische Anwendunq haben diese Vorschläge nicht gefunden.

In der DE-OS 29 07 353 Ist weitergehend die Verv/endung des Natrlumacetat-Trlhydrats als Kühlmittel und Wärmespeichermittel für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, anstelle des üblichen Wasserglykolgemisches ausführlich beschrieben. Die Aufladung geschieht dabei auf einfachste Welse durch die Motorabwärme; die gespeicherte

Abwärme wird vor dem Kaltstart freigesetzt, um den Motor

oder Teile desselben so vorzuwärmen, daß die Warmlaufpbase abgekürzt werden kann. - Um jedoch die kritische Unterkühlungstemperatur auf mindestens - 15° C abzusenken, sind Maßnahmen erforderlich, durch die der Schmelzpunkt der 0 Masse von -f 58° C auf t ^9° C abgesenkt und die Latentwä'rmekapazi tat der Kühlnii ttelmenge erheblich verringert w I rd.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Methode für die VorwHrmung der Batterie vor einem Kaltstart zu '25 nutzen.

Diese Aufgabe wird mit einem Behälter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Die Aufladung des in dem Behälter enthaltenen Speichers erfolgt nach dem Start aus der Motorabwärme mittels eines Wärmetauschers, der in einem abschaltbaren Sekundärkreislauf des Kühlmittelkreislaufes liegt. Bei der Entladung

wird die Speicherwärme an die Batterie abgegeben. Die Menge und damit die Größe des Behälters richtet sich nach

( ) dem Volumen der Batterie und der Wärmekapazität der gewähl-

ten Speichermasse. Letztere soll möglichst groß sein.

Dabei genüqt es, wenn die Batterieflüssigkeit mit der Speicherwärme aus einem Bereich um -15 C bis auf + 10 C aufgewärmt wird, denn bei dieser Temperatur beträgt die Batteriekapazität bereits wieder ca. 75 % der Volladung. Die Enthalpietemperatur darf nicht zu hoch liegen, da sie bei der Aufladung deutlich überschritten werden muß, um alle bei der Entladung entstandenen Kristalle restlos aufzulösen, andererseits die Batterie aber dabei längere Zeit mit dieser Temperatur belastet wird. Eine obere Temperaturgrenze von '-O + 50° ^r- sollte nicht überschritten werden, da sonst der Λ1-. terungsvorgang der Batterie beschleunigt wird. Da die Temperatur des Kühlmittels bei laufendem Motor höhere Tempera

turwerte annimmt, muß der durch den Batteriebehälter geführte Sekundärkreislauf abschaltbar sein.

Besonders vorteilhaft erscheint daher die Verwendung von

^Calciumchlorid-Pentahydrat als Speichermaterial, und diese Masse ist in technischer Reinheit preisgünstig zu erhalten, hat eine Enthalpietemperatur von 30 C, eine hohe Wärmekapazität von 78 cal/Mol. und ist um 38° C unterkühlbar (DE-OS

3ß 25 50 106). Ihre kritische Unterkühlungstemperatur kann mit

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• tineni Zusatz eines Frostschutzmittels auf Glykol"Grundlage { bis auf -15° C abgesenkt werden; erst darunter tritt eine

spontane Kristallisation ein.

V^! Die Kristallisation der untef-kUhl ten Schmelze läßt sich in

fe 5 bekannter Weise auf mechanischem Wege mittels eines Sälz-

'-] kristal 1-Spenders oder auf elektrischem Wege durch örtliche

j Unterkühlung unter die kritische Unterkühlungstemperatur

Ί mittels eines Peltierelements auslösen (DE-PS 30 M 202,

Ii ' ) dort jedoch zur Verhinderung einer Unterkühlung). Darauf

% 10 erwärmt sich die Speichermasse bis auf ihre Enthalpietem-

I peratur und gibt bei dieser Temperatur die gespeicherte

i Latentwärme über die Innenwand des Behälters an die kalte

■' Batterie ab.

ί Die Erfindung kann sowohl in Verbindung mit einem herkömm-

$ ''5 liehen Kühlmittel, Wasser mit Zusatz eines Frostschutzmit-

* tels, angewendet, also nachgerüstet werden, als auch bevoi— "' zugt in Verbindung mit der Verwendung eines Latentwärme-

■ Speichermaterials auch im Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine, wie dies in der erwähnten DE-OS 29 07 353

, \ 20 beschrieben ist.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel

' noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

'. Fig. 1 die schematische Darstellung des Kühlkreislaufes

^ . eines Kfz-Motors; ; i_;

|; 25 Fig. 2 die schematische Darstellung einer Batterie in

I ihrem Behälter.

Fig. 1 zeigt den Kühlmittelkreislauf eines Kfz-Motors 1 mit Kühler 2, Pumpe 3 und Regel thermostat h und einen Sekundärkreislauf 5 mit Batterie 6 in einem Behälter 7 mit Thermostatventil 8.

Wird im Hauptkühlkreislauf ein Latentwärme-Speichermaterial verwendet, so ist dieser bei kaltem Motor durch thermostatgesteuerte Ventile 9, 10 abschaltbar, damit sich die Kristallisation der Schmelze, wenn ihre Latentwärme abgerufen wird, njr im Mantel des Motors 1 vollzieht.

Der Sekundärkreislauf 5 dient zur Aufladung der Latentwärme-Speichermasse im Behälter 7. Die Aufladung setzt ein, sobald die Masse im Mantel des Motors 1 durch dessen Abwärme vollständig verflüssigt ist und die Ventile 9» öffnen. Sie wird beendet, wenn der Thermostat des Ventils 8 ein Ansteigen der Behäl tertejmperatur über die Enthalpietemperatur, auf der die Masse während des Aufladens verharrt hat, feststellt und das Ventil sperrt.

Bei abgeschaltetem Motor 1 sinkt die Innentemperatur des Behälters 7 allmählich bis auf die Umgebungstemperatur ab, die Masse bleibt aber flüssig, und die gespeicherte Latentwärme bleibt bis zum Abruf bei dem nächsten Kaltstart erhalten.

Fig. 2 zeigt einen doppelwand igen geschlossenen Behälter 7» in den die Batterie 6 wie in einen Trog eingesetzt ist.

Die Behälteraußenwand 7·2 kann aus einem wärmedämmenden

Hartschaumstoff bestehen. Die Innenwand 7.1 solleinen guten Wärmeübergang an die Wände des Batteriegehäuses ermög-1iChen; sie kann z.B. aus einer flexiblen Metallfolie be" stehen. In den BehälterraUffl Ist eine Rohrschlänge 9 einge setzt, die mit dem Sekundärkreislauf 5 (Fig. 1) zu verbinden

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ist. An der Einlaufseite sitzt ein Thermostatventil 8, das auf die Temperatur der Behälterfüllung anspricht, sobald diese über die Enthalpietemperatur der eingefüllten Speichermasse ansteigt.

Diese Ausführung kann in Einzelheiten im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden. So kann die Batterie 6 nicht herausnehmbar in den Behälter 7 eingesetzt, sondern in einer Sonderausführung in diesen integriert sein, so daß das Batteriegehäuse selbst die Funktion der Innenwandung 1Ü 7.1 übernimmt. Die Gehäusewandstärke kann dann wesentlich geringer sein, da die Behälterwand 7.2 den mechanischen Schutz übernimmt. Anstelle der Rohrschlange 9 kann auch ein Flach- oder Rippenwärmetauscher eingesetzt sein.

Claims (1)

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   GÜNTER SCHLIEBS · ciaudiusweg ITA .

   DIPLOMINGENIEUR Telefon (06151],*«** 422400

   6100 Darmstadt, den 1 9 .1 0 · 1 9

   S 05 - Sb/gh

   Betr.: Gebrauchsmusteranmeldung G 85 09 842.6

   Behälter zur Vorwärmung der (Starter-) Batterie von Verbrennungskraftmasch inen .

   Schutzansprüche

   1. Trogartiger, heizbarer Behälter zur Vorwärmung der (Starter-) Batterie von Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß

   der Behälter (7) doppelwandig, am Rande geschlossen und mit einer unterkühlbaren Latentwärme-Speichermasse gefüllt ist und eine Vorrichtung zur Auslösung der Kristallisation der unterkühlten Speichermasse sowie einen Wärmetauscher (11) enthält, welcher an einen Sekundärkreislauf (5) des Kühlmittelkreislaufs der Haschine (1) anschließbar ist.

   2. Behälter nach Anspruch 1,
   gekennzeichnet durch

   einen die Temperatur des Speichernedi ums im Behälter (7) abfühlenden Thermostaten (8) ,mittels dessen der Sekundärkreislauf (5) abschaltbar ist.

   3, Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Außenwand wärmegedämmt ist.

   k. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   seine Innenwand aus einer flexiblen Metallfolie besteht.

   5. Behälter nach Anspruch 1 in Verbindung mit einer Batterie,

   dadurch gekennzeichnet, daß

   das Batteriegehäuse die Innenwand des Behälters (7) bildet.

   6. Behälter nach Anspruch ■, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (7) mindestens ein Peltierelement

   angeordnet ist, mit dem die Speichermasse lokal unter ihre kritische Unterkühlungstemperatur unterkühl· bar ist.