WO1999058912A1 - Eisgefüllter kältespeicher zum wiederholten gefrieren und abschmelzen - Google Patents

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WO1999058912A1
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Joachim Paul
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Integral Energietechnik Gmbh
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to an ice-filled cold storage for repeated freezing and melting according to the preamble of the main claim.
  • Cold stores are e.g. used in refrigeration, in particular for vehicle cooling and air conditioning.
  • Vehicles are cooled and air-conditioned because they allow the air temperature and humidity to reach levels that can affect the driver's concentration, which can affect traffic safety. Furthermore, the comfort needs of vehicle occupants and requirements for goods to be transported are also reasons for air treatment.
  • Vehicles that are not in operation cannot usually be cooled or air-conditioned, since the cooling and air conditioning systems are usually supplied by the vehicle drive. As a result, these vehicles - especially in the sun - can heat up considerably.
  • Heating is particularly critical when the vehicle is occupied and the engine cannot or may not be operated, so that the air conditioning and cooling are not functional, since the drive is not available to them, as is the case, for example, on buses, on ferries, Trucks in front of border crossings for stop-and-go traffic or smog.
  • the invention is based on the object • to provide a cold store just for these cases. This saves a separate drive for refrigeration or air conditioning systems, and it can be cooled and air-conditioned independently of the operation of the drive motor.
  • Ice is proposed for storage operation, particularly in motor vehicles.
  • the ice is made from water or an aqueous solution or mixture (hereinafter simply referred to as water for the sake of clarity).
  • water aqueous solution or mixture
  • water has both the highest specific heat capacity and the highest specific melting enthalpy. In addition, water is cheap and harmless. This makes water a suitable storage medium. Due to the high enthalpy of melting, the storage of cold by ice (latent energy) is clearly superior to the storage of cold water (sensitive energy) due to the lower volume or weight.
  • water also shows abnormal behavior in the ice area compared to most other substances.
  • the volume increases when ice forms, to decrease again when the ice cools down. If this change in volume cannot be compensated for by design measures (e.g. by using a buffer volume), containers in which ice is generated could be burst by the ice pressure.
  • the cold store should be light and small. This requires the complete freezing of the water to ice, with the result that the change in volume during freezing and melting is reliably absorbed.
  • the refrigeration system in the vehicle which is supplied by the vehicle drive, takes over the cooling of the vehicle interior during operation within the scope of the available power and / or can (additionally) supply the cold store ("charging mode"). Part of the cooling capacity or the full cooling capacity is used for ice formation (if the water in the cold storage is heated, the water is first cooled to freezing point).
  • the ice is cooled further after freezing ("subcooling") or the cold supply to the cold store is interrupted. In any case, the volume of the ice has increased - at least temporarily. - 3 -
  • the cold storage of a vehicle must therefore be "cycle-stable", i. H. all charging and discharging states including partial discharge must be operationally reliable over any number of cycles.
  • the invention achieves the desired goal with a cold accumulator with the features of the main claim, in which - 4 -
  • the container in which the ice is formed and melted is made elastic.
  • ribs or rib segments or depressions or spikes can be provided on the envelope to increase the heat transfer surface.
  • the casing be designed with more than one recess and that clamping elements be provided to hold the segments together.
  • the covering can also be formed entirely by tensioning elements.
  • a pipeline for supplying cooling fluid be in heat transfer contact with the inside or outside of the casing.
  • the cover can also have a pillow shape with a pocket for holding a pipeline.
  • a pillow-shaped casing can also surround the refrigerant fluid pipeline in such a way that this pillow is placed around the pipeline in such a way that this pipeline is located in "folds" of the pillow.
  • a fixation e.g. gluing can be omitted in this case.
  • the shell By dividing the shell into chambers, smaller individual volumes are created in which ice is retained. These small volumes can be represented, for example, by longitudinal and / or transverse seams of the pillow-shaped envelope.
  • the pillow-shaped envelope can be divided into the small volumes, for example by vulcanizing, welding, gluing or sewing. - 5 -
  • the capsules can be filled with a freezable fluid, a certain volume of the capsule being able to remain free of fluid. Expediently, this is an air volume which is compressed when the fluid freezes and which does not, or only slightly, increase the volume of the capsule. The high ice pressure is thus absorbed by a compressible gas.
  • the fluid in the shell can be a substance that either freezes at a different temperature or remains liquid as intended.
  • the shell can contain a freezing fluid as intended, while the capsules contain a non-freezing fluid as intended. This is particularly the case if the capsules contain a compressible substance (a gas, e.g. air). This gas would absorb the ice pressure of the surrounding freezing fluid and change its volume.
  • a compressible substance a gas, e.g. air
  • each of these options has its special areas of application, which depend in particular on the geometry and the desired time component of the cold store.
  • the individual capsules are advantageously designed to restore their shape elastically, but an element provided in the capsules for compensating for the change in volume and restoring the shape of the capsule, for example a spring, can also be provided. Another way to restore the capsule shape is to compensate for a change in volume of gas volume in the capsules.
  • the capsules with lenses and / or barbell shape are suggested.
  • 1 is an elastic sheath 2, which is surrounded by a dimensionally stable sheath 3, the refrigerant fluid pipe (s) 4 being attached to the outside of the sheath 2,
  • FIG. 2 a representation corresponding to FIG. 1 with a refrigerant fluid pipeline 4 centrally through the water to be frozen
  • FIG. 5 shows an elastic envelope which is surrounded by a dimensionally stable envelope, the refrigerant fluid pipeline (s) being attached within the envelope,
  • FIG. 7 shows an elastic sleeve as in FIG. 6, which is divided into smaller individual volumes by "binding" by means of constriction,
  • Fig. 9 is a pillow-shaped elastic cover, which is divided by point-like connections 8 of the two surfaces, and
  • FIG. 10 shows a pillow-shaped elastic sleeve which is divided into chambers by longitudinal and / or transverse seams 9.
  • an elastic envelope 2 is surrounded by a dimensionally stable envelope 3, so that overall there is a rigid, dimensionally stable container in which water can be frozen and melted as ice, the volume change at typical operating temperatures by an elastic inner layer and a slight change in shape of the outer layer can be absorbed. Due to the thin inner layer of the casing 2, heat transfer is readily possible. The expansion will continue - 7 -
  • the shell 2 improve the full-surface good thermal contact, since the intimacy of the connection is increased.
  • the heat is dissipated through pipes 4 filled with cold fluid, in which the cooling fluid is evaporated, in order to make the required cooling capacity available.
  • These pipelines 4 can, as in FIG. 1, be arranged outside or as in FIGS. 2 and 5 inside.
  • the pipes 4 can be in heat transfer contact with the casing 2.
  • the casing 2 is designed as a "cushion", for example as a long casing 2 divided by longitudinal and transverse seams 9, which are placed around the pipeline (s) and then inserted overall into the casing. This avoids seams between the casing 2 and the pipeline 4, which increases operational reliability.
  • a further embodiment with the straps 5 surrounding the sheath can be carried out with elastic straps or, if the sheath 2 is very elastic, also with fixed straps 5 which are not elastic, in the latter case the volume change in the slots between the straps Expansion of the shell is recorded.
  • rigid "inserts" in the form of bars or rods can be inserted between the casing and the tensioning straps, which define the geometry of the cold store.
  • the sheath 2 shown in FIG. 6, which is divided by tying with stripping devices 6, can, for example, be divided from an elongated hose with the aid of metallic clips, cords, vulcanization or the like, thereby forming individual chambers which form the Reduce the effects of the buoyancy of frozen ice in non-frozen water to a smaller volume and thus also "homogenize" the effects of the buoyancy.
  • FIG. 10 shows an example of a dumbbell-shaped capsule 7; spherical or lenticular capsules are of course also possible.
  • dumbbell-shaped capsule 7 achieves a particularly large surface area which, on the other hand, leaves enough elasticity in the capsule wall to compensate for changes in volume.
  • the capsules also be filled with a freezable fluid, a certain volume of the capsule remaining free of fluid.
  • a freezable fluid a certain volume of the capsule remaining free of fluid.
  • this is an air volume which is compressed when the fluid freezes and which does not, or only slightly, increase the volume of the capsule.
  • the high ice pressure is thus caused by a compressible gas, e.g. B. air added.
  • Organic salts such as acetate, formate, propionate, but also glycol, sugar or fructose, ammonia, potash or a potash compound, glycerol, calcium chloride, magnesium chloride, sodium chloride or ethanol, isopropanol, methanol can be used as the freezing point-lowering substance.
  • Fluid in the shell can be a substance that either freezes at a different temperature or remains liquid as intended.
  • the casing can also contain a freezing fluid as intended, while the capsules contain a non-freezing fluid as intended. This is particularly the case if the capsules contain a compressible substance, e.g. B. contain a gas such as air. This gas will absorb the ice pressure of the surrounding freezing, freezing fluid and change its volume.
  • a compressible substance e.g. B. contain a gas such as air. This gas will absorb the ice pressure of the surrounding freezing, freezing fluid and change its volume.
  • a lenticular or dumbbell-shaped capsule design is therefore more appropriate. It is irrelevant whether it is a freezing liquid (expansion) or a non-freezing liquid.
  • lenticular capsules are particularly suitable for this.
  • the covers 2 in pillow form in larger dimensions, the pillows overall enclosing the cold fluid line.
  • Such casings which are also subdivided into small “partial cushions”, can either be segmented by point-like connections or can be provided with net-like structures in the interior in order to prevent ice from floating.
  • An expansion volume e.g. B. in the form of a gas or air-filled body or a compressible material, for. B. foam rubber, are "sewn" in place.
  • a gas or air-filled body or a compressible material for. B. foam rubber

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Abstract

Eisgefüllter Kältespeicher zum wiederholten Gefrieren und, unter Abkühlung von Luft oder eines Kältefluids, Abschmelzen des Eises, mit einer elastischen Hülle (2) für einen Eisvorrat, die durch eine im wesentlichen formstabile Umhüllung (3) unter engem Wärmeübertragungskontakt am Ort einer Luft- oder Fluidführung gehalten ist, die zur Vorbeiführung von zu kühlender oder zu entfeuchtender Luft oder eines Kühlfluides am Eisvorrat eingerichtet ist.

Description

- 1 -
Eisgefüllter Kältespeicher zum wiederholten Gefrieren und Abschmelzen
Die Erfindung betrifft einen eisgefüllten Kältespeicher zum wiederholten Gefrieren und Abschmelzen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Kältespeicher werden z.B. in der Kältetechnik insbesondere für die Fahrzeugkühlung und -klimatisierung eingesetzt.
Fahrzeuge werden gekühlt und klimatisiert, da in ihnen die Lufttemperatur und -feuchtigkeit Werte erreichen kann, welche die Konzentration des Fahrzeugführers beeinträchtigen können, was sich auf die Sicherheit des Verkehrs auswirken kann. Weiter sind auch Komfortbedürfnisse von Fahrzeuginsassen sowie Anforderungen von Transportgut Grund für die Luftbehandlung.
Fahrzeuge, die sich nicht in Betrieb befinden, können üblicherweise nicht gekühlt bzw. klimatisiert werden, da die Kälte- und Klimaanlage üblicherweise vom Fahrzeugantrieb mitversorgt wird. Das führt dazu, daß sich diese Fahrzeuge - besonders in der Sonne - stark aufheizen können.
Besonders kritisch ist die Aufheizung, wenn das Fahrzeug besetzt ist und der Motor nicht betrieben werden kann oder darf, so daß die Klimatisierung und Kühlung nicht funktionsfähig ist, da der Antrieb für sie nicht verfügbar ist, wie dies zum Beispiel bei Bussen, auf Fähren, LKWs vor Grenzübergängen beim Stop-and-Go Verkehr oder bei Smog der Fall ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe • zugrunde, gerade für diese Fälle einen Kältespeicher vorzuhalten. Hierdurch erspart man sich einen separaten Antrieb von Kälte bzw. Klimaanlagen, und es kann unabhängig vom Betrieb des Antriebsmotors gekühlt und klimatisiert werden.
Für den Speicher-Betrieb insbesondere bei Kraftfahrzeugen wird Eis vorgeschlagen. Das Eis wird aus Wasser oder einer wassrigen Lösung bzw. Mischung erzeugt (nachfolgend der Verständlichkeit halber lediglich als Wasser bezeichnet) . - 2 -
Unter allen praxisüblichen Einstoff-Flüssigkeiten hat Wasser sowohl die höchste spezifische Wärmekapazität als auch die höchste spezifische Schmelzenthalpie. Zudem ist Wasser billig und ungefährlich. Dies macht Wasser zu einem geeigneten Speichermedium. Wegen der hohen Schmelzenthalpie ist die Kältespeicherung durch Eis (latente Energie) der Speicherung von kaltem Wasser (sensible Energie) wegen des geringeren Volumens bzw. Gewichts deutlich überlegen.
Wasser zeigt allerdings auch im Eisbereich anormales Verhalten im Vergleich zu den meisten anderen Stoffen. Insbesondere erhöht sich das Volumen bei Eisbildung, um bei Unterkühlung des Eises wieder abzunehmen. Sofern diese Volumenänderung durch konstruktive Maßnahmen nicht ausgeglichen werden kann (z. B. durch ein Puffervolumen) , könnten Behälter, in denen Eis erzeugt wird, durch den Eisdruck zum Platzen gebracht werden.
Aus Gewichts- und Platzgründen sollte der Kältespeicher dazu leicht und klein sein. Dies bedingt das vollständige Gefrieren des Wassers zu Eis mit der Folge, daß die Volumenveränderung beim Gefrieren und Abschmelzen betriebssicher absorbiert wird.
Erfindungsgemäß werden diese Randbedingungen durch einen Kältespeicher mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.
Die im Fahrzeug befindliche Kälteanlage, welche vom Fahrzeugantrieb versorgt wird, übernimmt während des Betriebes im Rahmen der verfügbaren Leistung die Kühlung des Fahrzeuginnenraums und/oder kann (zusätzlich) den Kältespeicher versorgen ("Ladebetrieb") . Hierbei wird ein Teil der Kälteleistung oder die volle Kälteleistung zur Eisbildung verwendet (sofern das Wasser des Kältespeichers erwärmt ist, wird zuerst das Wasser auf den Gefrierpunkt abgekühlt) .
Je nach Regelbarkeit der Kälteanlage wird das Eis nach dem Gefrieren weiter abgekühlt ("Unterkühlung") oder die Kälteversorgung des Kältespeichers wird unterbrochen. Auf jeden Fall hat sich das Volumen des Eises - zumindest zeitweise - erhöht. - 3 -
Sobald der Kältespeicher zur Luftkühlung verwendet wird ("Entladebetrieb") , wird ein Wärmestrom zum Eis das Eis erwärmen und /oder abschmelzen lassen. Das Eis verwandelt sich wieder in Wasser, welches ggf. noch aufgewärmt wird. Auch dieser Entladevorgang ist mit Volumenveränderungen verbunden.
Die Volumenveränderungen im Lade- und Entladebetrieb führen dazu, daß durch die veränderten spezifischen Volumina zusätzliche Auftriebskräfte wirksam werden, welche - insbesondere im Entladebetrieb - dazu führen, daß abgeschmolzenes Eis im Wasser aufschwimmen kann. Sofern der Kältespeicher bei jedem Betriebszyklus vollständig entladen wird (das Eis wird dabei komplett abgeschmolzen) , herrschen bei erneutem Ladebetrieb stets dieselben Ausgangsbedingungen, unter denen sich das Eis an der kältesten Stelle des Kältespeichers zuerst bildet. Diese Art des Ladebetriebes ist reproduzierbar und konstruktiv vergleichsweise einfach zu beherrschen.
Schwierig ist jedoch der Betrieb des Kältespeichers, wenn das Eis noch nicht vollständig abgeschmolzen ist, bevor der Kältespeicher wieder von der Kälteanlage versorgt wird ("Teilentladung") . Durch die Auftriebskräfte des Eises und ggf. durch Kräfte aus dem Fahrzeugbetrieb kann sich Eis eines teilentladenen Speichers an Stellen ansammeln, wo es bei erneutem Ladebetrieb zu zusätzlichen Problemen führt. Akkumuliertes Eis wird bei Energieabfuhr durch die Kältemaschine örtlich ggf. zu noch höherer Volumen- und damit Druckzunahme führen. Dies belastet die Behälterkonstruktion zusätzlich.
Man kann dem Problem der Teilentladung damit begegnen, daß die Regelung der Kühlung so bewirkt wird, daß stets eine Vollentladung erfolgen muß, bevor ein erneutes Einfrieren zugelassen wird. Dies ist jedoch eine Energieverschwendung und ist auch aus rein zeitlichen Gründen bei beispielsweise Kraftfahrzeugen meist nicht möglich oder sinnvoll.
Der Kältespeicher eines Fahrzeuges muß also "zyklenfest" sein, d. h. alle Lade- und Entladezustände einschließlich der Teilentladung müssen über beliebig viele Zyklen betriebssicher sein.
Die Erfindung erreicht das gewünschte Ziel mit einem Kältespeicher mit den Merkmalen des Hauptanspruches, bei dem - 4 -
der Behälter, in welchem das Eis gebildet und abgeschmolzen wird, elastisch ausgebildet ist. Vorteilhaft ist insbesondere eine elastische Hülle vorzusehen, die durch äußere formstabile Umhüllung ortsfest in engem Wärmeübertragungskontakt mit kühlender und/oder zu entfeuchtender Luft oder einem anderen Kühlfluid gehalten ist. Dabei können insbesondere an der Umhüllung, Rippen oder Rippensegmente oder Vertiefungen oder Stacheln zur Erhöhung der Wärmeübergangsfläche vorgesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, eine im wesentlichen im Querschnitt kreisförmige elastische Hülle in einer umgebenden kreisförmigen formstabilen Umhüllung unterzubringen, bei der ein Kreisabschnitt als Schlitz ausgespart ist zur Ermöglichung einer Volumenänderung der Hülle durch Verformung der Umhüllung.
Weiter wird vorgeschlagen, daß die Umhüllung mit mehr als einer Aussparung ausgeführt ist und Spannelemente zum Zusammenhalten der Segmente vorgesehen sind. Die Umhüllung kann auch ganz durch Spannelemente gebildet werden. Weiter wird vorgeschlagen, daß eine Rohrleitung zur Kältefluidzu- führung mit der Innen- oder Außenseite der Umhüllung in Wärmeübergangskontakt steht. Bei der Anordnung einer Kältefluidrohrleitung in der Hülle kann die Hülle mit der Rohrleitung verbunden werden in der Form, daß die Hülle am Ein- und Austritt der Rohrleitung mit dieser dauerhaft dicht verbunden wird (z. B. durch Verkleben von Rohr und Hülle) .
Auch kann die Hülle Kissenform mit einer Tasche zur Aufnahme einer Rohrleitung haben. Eine kissenförmige Hülle kann die Kältefluidrohrleitung auch derart umschließen, daß dieses Kissen so um die Rohrleitung gelegt wird, daß diese Rohrleitung in "Falten" des Kissens befindlich ist. Eine Fixierung z.B. durch Kleben kann in diesem Fall entfallen.
Durch eine Aufteilung der Hülle in Kammern werden kleinere Einzelvolumina geschaffen, in denen jeweils Eis zurückgehalten bleibt. Diese kleinen Volumina können beispielsweise durch Längs- und/oder Quernähte der kissenförmigen Hülle dargestellt werden. Die kissenförmige Hülle kann z.B. durch Vulkanisieren, Verschweißen, Verkleben oder Vernähen in die kleinen Volumina aufgeteilt werden. - 5 -
Ebenso kann man in die Hülle einen Teil des Fluids oder ein anderes Fluid in Form von Kapseln einbringen. Durch die Haufenbildung der Kapseln ist ein Aufschwimmen derselben (nahezu) unterbunden, schmelzendes Eis kann somit nicht mehr, durch Auftrieb bedingt, stark aufschwimmen. Damit wird eine weitgehend homogene Struktur in der Hülle erhalten.
Man kann die Kapseln mit einem gefrierfähigen Fluid befül- len, wobei ein bestimmtes Volumen der Kapsel frei von Fluid bleiben kann. Zweckmäßigerweise handelt es sich dabei um ein Luftvolumen, welches beim Gefrieren des Fluids zusammengedrückt wird und das Volumen der Kapsel nicht oder nur gering ansteigen läßt. Der hohe Eisdruck wird somit durch ein kompressibles Gas aufgenommen.
Es ist beispielsweise zu entscheiden, ob sich in den Kapseln und in der Hülle dasselbe Fluid oder verschiedene Fluide befinden. Das Fluid in der Hülle kann eine Substanz sein, welche entweder bei einer anderen Temperatur gefriert oder bestimmungsgemäß flüssig bleibt. Ebenso kann die Hülle ein bestimmungsgemäß gefrierendes Fluid enthalten, während in den Kapseln ein bestimmungsgemäß nichtge- frierendes Fluid enthalten ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Kapseln eine kompressible Substanz (ein Gas, z.B. Luft) enthalten. Dieses Gas würde den Eisdruck des umgebenden, gefrierenden Fluids aufnehmen und sein Volumen verändern.
Jede dieser Möglichkeiten hat ihre speziellen Einsatzgebiete, die sich insbesondere nach der Geometrie und der gewünschten Zeitkomponente des Kältespeichers richten. Die einzelnen Kapseln werden vorteilhafterweise elastisch ihre Form wieder herstellend ausgeführt, es kann jedoch auch ein in den Kapseln vorgesehenes die Volumenänderung kompensierendes, für die Kapselform wiederherstellendes Element, beispielsweise eine Feder, vorgesehen werden. Eine andere Möglichkeit, die Kapselform wieder herzustellen, ist eine Volumenänderung kompensierendes Gasvolumen in den Kapseln. Schließlich werden die Kapseln mit Linsen und/oder Hantelform vorgeschlagen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt: - 6 -
Fig. 1 eine elastische Hülle 2, die von einer formstabilen Umhüllung 3 umgeben ist, wobei die Kältefluidrohrleitung (en) 4 außen an der Hülle 2 angesetzt sind,
Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung mit einer Kältefluidrohrleitung 4 mittig durch das zu gefrierende Wasser,
Fig. 3 eine Aufteilung der Umhüllung in mehrere Segmente,
Fig. 4 eine weitere Ausführung, in der die Umhüllung durch Spannband 5 gebildet ist,
Fig. 5 eine elastische Hülle, die von einer formstabilen Umhüllung umgeben ist, wobei die Kältefluidrohrleitung (en) innerhalb der Umhüllung angesetzt sind,
Fig. 6 eine elastische Hülle,
Fig. 7 eine elastische Hülle wie in Fig. 6, welche durch "Abbinden" mittels Einschnürung in kleinere Einzelvolumina aufgeteilt ist,
Fig. 8 eine hanteiförmige Kapsel 7,
Fig. 9 eine kissenförmige elastische Hülle, welche durch punktartige Verbindungen 8 der beiden Flächen aufgeteilt ist, und
Fig.10 eine kissenförmige elastische Hülle, welche durch Längs- und/oder Quernähte 9 in Kammern aufgeteilt ist.
In der Fig. 1 ist eine elastische Hülle 2 von einer formstabilen Umhüllung 3 umgeben, so daß sich insgesamt ein starrer, formstabiler Behälter ergibt, in dem Wasser gefroren und als Eis abgeschmolzen werden kann, wobei die Volumenänderung bei typischen Betriebstemperaturen durch eine elastische Innenlage und eine leichte Formveränderung der Außenlage aufgenommen werden kann. Durch die dünne Innenlage der Hülle 2 ist ein Wärmedurchgang ohne weiteres möglich. Weiter wird sich durch die Ausdehnung - 7 -
der Hülle 2 der vollflächige gute Wärmekontakt noch verbessern, da die Innigkeit der Verbindung erhöht wird.
Die Wärmeabfuhr erfolgt dabei durch kältefluidgefüllte Rohrleitungen 4, in welchen das Kältefluid verdampft wird, um so die benötigte Kälteleistung verfügbar zu machen. Diese Rohrleitungen 4 können, wie in der Fig. 1 außen oder wie in der Fig. 2 und 5 innerhalb angeordnet werden. Die Rohrleitungen 4 können mit der Hülle 2 in Wärmeübergangskontakt steht.
Bevorzugt wird eine Ausführung, in der die Hülle 2 als "Kissen" beispielsweise als lange durch Längs- und Quernähte 9 unterteilte Hülle 2 ausgebildet ist, die um die Rohrleitung (en) gelegt werden und dann insgesamt in die Umhüllung eingesetzt werden, gebildet ist. Dadurch werden Nahtstellen zwischen Hülle 2 und Rohrleitung 4 vermieden, was die Betriebssicherheit erhöht.
Eine weitere Ausführung mit die Hülle umgebende Spannbändern 5 kann mit elastischen Spannbändern oder, sofern die Hülle 2 sehr elastisch ist, auch mit festen Spannbändern 5, die nicht elastisch sind, vorgenommen werden, wobei im letzten Fall die Volumenänderung in den Schlitzen zwischen den Spannbändern durch Ausdehnung der Hülle aufgenommen wird. Zur Erhöhung einer definierten Geometrie können weiter starre "Einlagen" in Form von Stäben oder Stangen zwischen Hülle und Spannbändern eingebracht werden, die die Geometrie des Kältespeichers definieren.
Die in der Fig. 6 dargestellte, durch Abbinden mit Abinn- deeinrichtungen 6 unterteilte Hülle 2 kann beispielsweise kann beispielsweise aus einem länglichen Schlauch mit Hilfe von metallischen Clips, Schnüren, Vulkanisation o. ä. unterteilt werden, wodurch sich einzelne Kammern bilden, welche die Auswirkungen des Auftriebs von gefrorenem Eis in nichtgefrorenem Wasser auf ein kleineres Volumen reduzieren und somit auch die Auswirkungen des Auftriebs mit "homogenisieren" .
Das unerwünschte "asymmetrische Ausfrieren" des Eises, das zu einer Verdichtung des Eises an oberen Stellen führt, wird somit auf kleine Bereiche und damit auch kleine absolute Längenänderungen der Eisvolumina unterteilt. - 8 -
Ebenso kann man in die Hülle einen Teil des Fluids oder ein anderes Fluid in Form von fluidgefüllten Kapseln 7 einbringen. Die Abbildung 10 zeigt ein Beispiel einer hanteiförmigen Kapsel 7; kugelige oder linsenförmige Kapseln sind selbstverständlich auch möglich.
Durch die hanteiförmige Kapsel 7 wird aber eine besonders große Oberfläche erreicht, die zum anderen in der Kapselwandung genügend Elastizität beläßt, um Volumenänderungen auszugleichen.
Vorgeschlagen wird, die Kapseln auch mit einem gefrierfähigen Fluid zu befullen, wobei ein bestimmtes Volumen der Kapsel frei von Fluid bleibt. Zweckmäßigerweise handelt es sich dabei um ein Luftvolumen, welches beim Gefrieren des Fluids zusammengedrückt wird und das Volumen der Kapsel nicht oder nur gering ansteigen läßt. Der hohe Eisdruck wird somit durch ein kompressibles Gas, z. B. Luft, aufgenommen.
Als gefrierpunkterniedrigende Substanz können organische Salze wie Azetat, Formiat, Propionat, aber auch Glykol, Zucker oder Fruchtzucker, Ammoniak, Pottasche oder eine Pottascheverbindung, Glyzerol, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Kochsalz oder Ethanol, Isopropanol, Methanol Verwendung finden.
Es ist ins Belieben für die jeweilige Anwendung gestellt, ob sich in den Kapseln oder in der Hülle dasselbe Fluid oder unterschiedliche Fluide befinden. Fluid in der Hülle kann eine Substanz sein, welche entweder bei einer anderen Temperatur gefriert oder bestimmungsgemäß flüssig bleibt.
Ebenso kann die Hülle ein bestimmungsgemäß gefrierendes Fluid enthalten, während in den Kapseln ein bestimmungsgemäß nicht gefrierendes Fluid enthalten ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Kapseln eine kompressible Substanz, z. B. ein Gas, wie Luft, enthalten. Dieses Gas wird den Eisdruck des umgebenden gefrierenden, gefrierenden Fluids aufnehmen und sein Volumen verändern.
Da die Kapseln ihre ursprüngliche Form nach einer Volumenveränderung wieder einnehmen sollen, ist es zweckmäßig, die Kapseln so auszubilden, daß keine bleibende Verformung eintreten kann. Diese Gefahr besteht insbesondere - 9 -
bei kugeligen Kapseln, welche durch ein allseitig wirkenden Außendruck "eingedellt" werden können und damit ihre ursprüngliche Form ggf. nicht wieder einnehmen können. Daher ist eine linsenförmige oder hanteiförmige Kapselgestaltung zweckmäßiger. Ob es sich um eine gefrierende Flüssigkeit (Ausdehnung) oder eine nichtgefrierende Flüssigkeit handelt, ist dabei ohne Belang.
Es ist auch möglich, zur Erhöhung der Rückstellkraft der Kapseln in die Kapsel kleine Federn (Spreizfedern, Schraubenfedern o.a.) oder einen kompressiblen Werkstoff, z. B. Schaumstoff, Gummi, einzubringen oder zusammen mit dem Fluid und ggf. einem Gaspolster einzubringen. Hierzu eignen sich insbesondere die linsenförmigen Kapseln.
Schließlich wird noch vorgeschlagen, die Hüllen 2 in Kissenform in größeren Dimensionen zu fertigen, wobei die Kissen insgesamt die Kältefluidleitung umschließen. Derartige, auch mattenartig in kleine "Teilkissen" unterteilte Hüllen können entweder durch punktförmige Verbindungen segmentiert werden oder auch mit netzartigen Strukturen im Innenraum versehen werden, um Eis am Aufschwimmen zu hindern.
In einer Hülle könnte auch ein Dehnungsvolumen, z. B. in Form eines gas- bzw. luftgefüllten Körpers oder eines kompressiblen Materials, z. B. Schaumgummi, ortsfest "eingenäht" werden. Jedoch ist zu beachten, daß aufschwimmendes Eis die Orientierung des Dehnungselementes nicht verändern darf und daß auch bei wiederholter Teilentladung die Rückstellkräfte dieses Dehnungsvolumens ausreichend hoch sein müssen, um jeweils die ursprüngliche Form wieder herzustellen.

Claims

- 10 -I 5085PATENTANSPRÜCHE
1. Eisgefüllter Kältespeicher zum wiederholten Gefrieren und, unter Abkühlung von Luft oder eines Kältefluids, Abschmelzen des Eises,
gekennzeichnet durch
eine elastische Hülle (2) für einen Eisvorrrat, die durch eine im wesentlichen formstabile Umhüllung (3) unter engem Wärmeübertragungskontakt am Ort einer Luft- oder Fluidführung gehalten ist, die zur Vorbeiführung von zu kühlender oder zu entfeuchtender Luft oder eines Kühl- fluides am Eisvorrat eingerichtet ist.
2. Kältespeicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Rippen oder Rippensegmente oder Vertiefungen oder Stacheln zur Erhöhung der Wärmeübergangsfläche an der Außenseite der Umhüllung (3) .
3. Kältespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen im Querschnitt kreisförmig eine elastische Hülle (2) umgebende Umhüllung (3), bei der ein Kreisabschnitt als Schlitz ausgespart ist, zur Ermöglichung einer eine Volumenänderung der Hülle (2) zulassenden Verformung der Umhüllung (3). - 11 -
4. Kältespeicher nach Ansprüche 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (3) mit mehr als einer Aussparung ausgeführt ist und Spannelemente (5) zum Zusammenhalt der Segmente vorgesehen sind.
5. Kältespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllung Spannbänder (5) um die elastische Hülle (2) herum vorgesehen sind.
6. Kältespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rohrleitung (4) zur Kältefluidzufuhrung in Kontakt mit Innen- oder Außenseite der Umhüllung (3) .
7. Kältespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (2) Kissenform mit einer Tasche zur Aufnahme einer Rohrleitung (4) versehen ist.
8. Kältespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Aufteilung der Hülle (2) in Kammern zur Schaffung kleiner Volumina, in denen Eis zurückgehalten bleibt.
9. Kältespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hülle (2) elastische Kleinhüllen (Kapseln) zur Aufnahme von Wasser eingebracht sind, die sowohl Dichtigkeit garantieren, wie auch die Auswirkungen des Auf- schwimmens von Eis kompensieren. - 12 -
10. Kältespeicher nach Anspruch 9 , gekennzeichnet durch Kapseln (7) in der Hülle, wobei innerhalb der Kapseln ein nicht gefrierendes Fluid vorgesehen ist.
11. Kältespeicher nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein in den Kapseln vorgesehenes, die Volumenänderungen kompensierendes und die Kapselform wiederherstellendes Element.
12. Kältespeicher nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein in den Kapseln vorgesehenes, die Volumenänderung kompensierendes und die Kapselform wiederherstellendes Gasvolumen.
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