WO2006037707A1 - Verfahren und vorrichtung zur regulierung der temperatur einer betriebsflüssigkeit und/oder von komponenten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regulierung der temperatur einer betriebsflüssigkeit und/oder von komponenten Download PDF

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WO2006037707A1
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Markus Buerglin
Hartmut Lueders
Dirk Heilig
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for regulating the temperature of an operating fluid and / or components, in particular of an internal combustion engine.
  • the present invention relates to a device for regulating the temperature of an operating fluid and / or components, in particular an internal combustion engine.
  • Such methods and devices are well known in the art and are used, for example, to control the temperature of urea-water solutions added as reductant precursors, particularly diesel engine exhaust gases, to reduce their level of nitrogen oxide.
  • Exhaust gas aftertreatment processes of this type are also referred to as SCR (Selective Catalytic Reduction) processes.
  • a disadvantage of known SCR methods and the corresponding devices for this is the limited Winter suitability, which results from a relatively high freezing point of the urea-water solution used of about -11 ° Celsius.
  • a lowering of the freezing point of the urea-water solution, for example by 5 additives is not practical because of the correspondingly increased costs and because of possible negative effects on the further exhaust aftertreatment and a possible poisoning of an existing catalyst in the exhaust system.
  • the present invention has the object to improve a method and an apparatus of the type mentioned in that a better winter performance with low energy consumption and without affecting another 0 exhaust aftertreatment and / or a catalyst is possible.
  • this object is achieved according to the invention by using an auxiliary liquid which can release heat to the operating fluid and / or the components in a reversible process and / or absorb it.
  • the term "supercooled melt” means a chemical substance which can be converted back into the liquid phase in a reversible process from a liquid phase to a crystalline state and from this crystalline state.
  • Temperature increase can be used via suitable means for heat conduction for heating or even thawing the operating fluid.
  • the supercooled melt may even crystallize spontaneously, i. within about a few seconds, from the liquid phase to the crystalline state.
  • An electrical heater for temperature control of the equipment would have a relatively high heat output and a correspondingly high power consumption, in order to thaw the equipment in a comparatively short time can.
  • Auxiliary fluid takes up the heat of crystallization again and thereby re-enters the liquid phase, whereby m the Hilfshnetechnik one of the zugebowten crystallization heat corresponding amount of energy is stored in chemical form. This amount of energy can be advantageously used according to the invention to reheat the operating fluid.
  • the process according to the invention does not require any maintenance or replacement of the auxiliary liquid.
  • Sodium acetate trihydrate (H 3 C-COONa x 3 H 2 O) is due to its good water solubility and its high melting or heat of crystallization very good as Hilfshnetechnik for the inventive method, because when using an aqueous solution of
  • auxiliary flux in a defined manner for crystallization.
  • the time of release of the crystallization heat can be predetermined, so that a targeted heating of the operating fluid can be performed.
  • the auxiliary liquid in a further embodiment of the method according to the invention, it is quite particularly advantageous for the auxiliary liquid to be defined in the liquid state.
  • the auxiliary liquid can be provided at a predeterminable time to release the heat of crystallization again.
  • ErfmdungsgeEnt excitation for example, mechanically and / or electromagnetically and / or electromechanically and / or thermally done.
  • an existing heat source is used to displace the crystallized auxiliary liquid into the liquid state or into the liquid phase. As already described, is for a transformation of the crystallized
  • This k ⁇ stallisations energie can when using the inventive method within an internal combustion engine, for example, from a thermal Energy of the cooling water of the internal combustion engine are obtained, which is available after reaching the operating temperature of the internal combustion engine.
  • hot engine oil of the internal combustion engine can be used for this purpose.
  • Another very advantageous variant of the method according to the invention is characterized in that the operating fluid, in particular during a cold start, is heated by the auxiliary fluid. In this way, it is possible to heat the operating fluid in a short time to its operating temperature, without this, for example, electrical energy is provided.
  • the crystallization energy can crystallized Auxiliary liquid for "Regenration", ie for re-reaching the liquid phase, for example, as already described by already existing heat sources such as supplied by cooling water of the internal combustion engine or by eg electric heaters with relatively low heat output, the auxiliary liquid, the required amount of heat over longer To give time.
  • a fluid container is provided with at least two chambers for receiving the operating fluid or the auxiliary fluid, wherein the chambers at least partially in
  • the fluid container can also serve, for example, as a fluid line or line for the operating fluid and / or the auxiliary fluid.
  • an excitation device is provided in the region of the auxiliary liquid.
  • the excitation device can be arranged, for example, directly on a wall of the auxiliary liquid-containing chamber.
  • the excitation device in an embodiment of the plurality of chambers as a concentric pipe, it is also possible, the excitation device to be attached to a T-piece or an end of the pipeline, so that a crystallization of the auxiliary liquid can be reliably introduced.
  • the fluid container to a third chamber which can be acted upon with cooling water or the like to heat the auxiliary liquid.
  • heating means for heating the heating fluid may be designed, for example, as an electric heater which is suitable for supplying the auxiliary liquid with the energy required for the transition from the crystalline state into the liquid phase. For this purpose, a much lower electrical power is required than would be required for a quick direct heating or even thawing of the operating fluid by means of an electric heater.
  • a further very advantageous embodiment of the present invention is characterized in that the auxiliary liquid in the region of a port for removing operating fluid from a reservoir and / or in the region of a return and / or along a connection between a port for removing operating fluid from a reservoir and a return is provided.
  • auxiliary liquid in the region of the connection for the removal of operating fluid from the reservoir allows in the case of a frozen operating fluid targeted heating of the operating fluid in the region of the terminal, so that already thawed at a very early stage resources can be removed through the connection from the reservoir while, for example, the remaining operating fluid is still frozen.
  • the auxiliary liquid is provided along a connection between a connection for removing operating fluid from a reservoir and a return for the operating fluid in the reservoir, so that a cycle of the operating fluid can already be set in motion while some areas of the operating fluid are still frozen ,
  • a channel of molten fuel is formed along the heat-donating auxiliary liquid, which connects the return to the port and thus allows circulation of the working fluid.
  • the inventive method is not on the
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the device according to the invention
  • Figure 4a shows a fourth embodiment of the device according to the invention in a first operating state
  • FIG. 4b shows the embodiment according to FIG. 4a in a second operating state.
  • the device 10 for regulating the temperature of an operating fluid 11 shown in FIG. 1 consists of a fluid container with two chambers, the first chamber containing the operating fluid 11 and being arranged inside the second chamber containing an auxiliary fluid 12.
  • the auxiliary liquid 12 is sodium acetate trihydrate (H 3 C-COONa x 3 H 2 O).
  • the auxiliary liquid 12 and the operating fluid 11 are in thermal contact with each other, which is made possible, for example, by at least partially heat-conducting walls of the chambers of the fluid container or by heat exchangers not shown in FIG.
  • an excitation device 13 is provided in the device 10 according to FIG. 1, which can stimulate the auxiliary liquid 12, which is in the form of a supercooled melt, to spontaneously change from a liquid phase to a crystalline state.
  • a crystallization energy of the auxiliary liquid 12 is released, which has an effect on the device 10 according to the invention by an increase in the temperature of the auxiliary liquid 12. Due to the thermal contact between the auxiliary liquid 12 and the operating liquid 11, a heat transfer from the auxiliary liquid 12 to the operating liquid 11 takes place, so that the operating liquid 11 is heated by means of the liberated crystallization energy of the auxiliary liquid 12.
  • the excitation device 13 can initiate the crystallization of the auxiliary liquid 12, for example, by a mechanical and / or an electromagnetic and / or an electromechanical and / or a thermal excitation.
  • FIG. 2 Another embodiment of the device 10 according to the invention is shown in FIG.
  • the device 10 has, analogously to the embodiment of FIG. 1, a fluid container with two chambers, but in the present case a first chamber containing the auxiliary liquid 12 is located inside the fluid container and a second chamber containing the operating fluid 11 Fluid container outside is arranged around the first chamber around.
  • the excitation device 13 may be arranged, for example, at one end or at a T-piece of the fluid container in order to be able to act directly on the auxiliary liquid 12.
  • the auxiliary liquid 12 After the auxiliary liquid 12 has delivered its crystallization energy to the environment or to the operating fluid 11, it is in crystalline form, that is, in a solid phase. From this crystalline form is by supplying the crystallization energy again in the liquid phase 'can be transferred. This process is almost completely reversible, so that a maintenance of the device 10 and in particular a refilling of the auxiliary liquid 12 is not required.
  • the auxiliary liquid 12 is supplied with the crystallization energy required for the transition into the liquid phase by the operating liquid 11. This is made possible, for example, by the operating fluid 11, after a certain operating time, assuming an operating temperature which is sufficiently high in order to supply the auxiliary fluid 12 with the corresponding crystallization energy.
  • the illustrated in Figure 3 embodiment of the device 10 according to the invention shows a reservoir 11 'for the operating fluid 11, in the a chamber receiving the auxiliary liquid 12 protrudes.
  • the reservoir 11 ' has in its lower part a port IIa, which serves to remove the operating fluid 11 from the reservoir 11'. Furthermore, the reservoir 11 'in its upper region to a return IIb, via which the reservoir 11' operating fluid 11 can be fed.
  • the chamber having the auxiliary liquid 12 according to FIG. 3 is also in thermal contact with the chamber
  • an excitation device is provided, which is not shown in FIG.
  • FIG. 4a shows a further embodiment of the device 10 according to the invention, in which in turn a reservoir 11 'for the operating fluid 11 is provided which has a connection IIa and a return IIb.
  • the auxiliary fluid 12 is provided in a separate chamber within the reservoir 11 '.
  • FIG. 4 a shows the device 10 according to the invention in a first operating state, in which, as symbolized by the arrows shown in FIG. 4 a, heat from the auxiliary liquid 12 to the operating liquid 11 is delivered.
  • the process of heat release in the auxiliary liquid 12 can, as described above, in turn be initiated by the excitation device 13, which according to FIG. 4a is arranged at an upper region of the storage container 11 '.
  • FIG. 4b Another operating state of the device 10 shown in FIG. 4a is shown in FIG. 4b.
  • the auxiliary liquid 12 is in its solid phase, that is, it is in crystalline form.
  • the cooling water line 14 is heated by an internal combustion engine (not shown) supplied cooling water, which serves to heat the auxiliary liquid 12.
  • the cooling water line 14 is in thermal contact with the auxiliary liquid 12 having chamber.
  • the cooling water supplied in this way has a sufficiently high temperature, so that, as symbolized by the arrows in Figure 4b, the crystallization energy can be delivered from the cooling water to the auxiliary liquid 12, whereupon the auxiliary liquid 12 passes from its crystalline state into the liquid phase ,
  • auxiliary liquid 12 This virtually a “regeneration” of the auxiliary liquid 12 is feasible, which can be excited again after the transition to the liquid phase for spontaneous crystallization, whereby the operating fluid 11 can be heated one more time.
  • an existing during operation of an internal combustion engine waste heat for example from the cooling water of the internal combustion engine, advantageous for the transfer of the auxiliary liquid 12 in the liquid phase and thus used for storing energy in the auxiliary liquid 12 in chemical form.
  • the inventive method is not limited to the regulation of the temperature of a working fluid, but any other components, in particular an internal combustion engine with the inventive method and the corresponding device can be heated or thawed and / or cooled.
  • the auxiliary liquid 12 in the reservoir 11 '(Fig. 4a) in the region of the terminal IIa and the return IIb and along a connection between the terminal IIa and the return IIb is provided. In this way, in the case of a frozen

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit (11) und/oder von Komponenten, insbesondere einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Hilf sf lüssigkeit (12) verwendet wird, die in einem reversiblen Prozess Wärme an die Betriebsflüssigkeit (11) und/oder die Komponenten abgegeben und/oder von dieser aufnehmen kann.

Description

20.09.2004 BEH/GGA
Robert Bosch GmbH, 70442 Stuttgart
Verfahren und Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit und/oder von Komponenten
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit und/oder von Komponenten insbesondere einer Brennkraftmaschine.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit und/oder von Komponenten insbesondere einer Brennkraftmaschine.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise dazu eingesetzt, um die Temperatur von Harnstoff-Wasser-Lösungen zu regulieren, welche als Reduktionsmittelvorläufer insbesondere dieselmotorischen Abgasen zugesetzt werden, um deren Stickoxidanteil zu verringern. Abgasnachbehandlungsverfahren dieses Typs werden auch als SCR (Selective Catalytic Reduction) -Verfahren bezeichnet.
Ein Nachteil bekannter SCR-Verfahren sowie der entsprechenden Vorrichtungen hierfür ist die eingeschränkte Wintertauglichkeit, welche sich aus einem verhältnismäßig hohen Gefrierpunkt der verwendeten Harnstoff-Wasser-Lösung von etwa -11° Celsius ergibt. Eine Absenkung des Gefrierpunkts der Harnstoff-Wasser-Lόsung z.B. durch 5 Additive ist aufgrund der entsprechend erhöhten Kosten hierfür und wegen möglicher negativer Effekte auf die weitere Abgasnachbehandlung sowie einer möglichen Vergiftung eines im Abgastrakt vorhandenen Katalysators nicht praktikabel.
10. Zur Umgehung dieser Probleme verwenden einige bekannte
Systeme elektrische Heizvorrichtungen zur Temperierung bzw. zum Auftauen der Harnstoff-Wasser-Lösung, welche allerdings aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs wenig attraktiv sind.
15 Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine bessere Wintertauglichkeit bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch und ohne Beeinträchtigung einer weiteren 0 Abgasnachbehandlung und/oder eines Katalysators ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelost, dass eine Hilfsflüssigkeit verwendet wird, die in einem reversiblen 5 Prozess Wärme an die Betriebsflüssigkeit und/oder die Komponenten abgeben und/oder von dieser aufnehmen kann.
Vorteile der Erfindung
Aufgrund der Möglichkeit des Wärmeaustauschs zwischen der Betriebsflüssigkeit und der Hilfsflüssigkeit ist eine separate Heizvorrichtung zur Temperierung der Betriebsflüssigkeit nicht erforderlich.
Ganz besonders vorteilhaft ist bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, eine unterkühlte Schmelze als Hilfsflüssigkeit zu verwenden.
In diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff "unterkühlte Schmelze" eine chemische Substanz verstanden, welche in einem reversiblen Prozess von einer flüssigen Phase in einen kristallinen Zustand und aus diesem kristallinen Zustand wieder in die flüssige Phase überführbar ist.
Bei dem Übergang der unterkühlten Schmelze von der flüssigen Phase in den kristallinen Zustand wird Energie in Form der sog. Kristallisationswärme frei, welche eine Temperaturerhöhung der Hilfsflüssigkeit beziehungsweise eines sie umgebenden Mediums bewirkt. Diese
Temperaturerhöhung kann über geeignete Mittel zur Wärmeleitung zum Erwärmen oder sogar zum Auftauen der Betriebsflüssigkeit verwendet werden.
Vorzugsweise kann die unterkühlte Schmelze sogar spontan kristallisieren, d.h. etwa innerhalb weniger Sekunden von der flüssigen Phase in den kristallinen Zustand übergehen. Durch die hierbei freigesetzte Wärmemenge kann ein eingefrorenes Betriebsmittel rasch aufgetaut werden. Eine elektrische Heizung zur Temperierung des Betriebsmittels, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, müsste eine verhältnismäßig hohe Heizleistung und eine dementsprechend hohe Leistungsaufnahme aufweisen, um das Betriebsmittel in vergleichbar kurzer Zeit auftauen zu können.
Neben der großen elektrischen Leistungsaufnahme ist hierbei auch die Investition in eine derartig leistungsfähige elektrische Heizung nachteilig, die z.B. gemessen an einer Betriebsdauer eines Kraftfahrzeugs insgesamt nur eine sehr geringe Betriebsdauer aufweist und ansonsten ungenutzt gleichsam als Ballast in dem Kraftfahrzeug „mitfahrt" und auf diese Weise unnötig den Kraftstoffverbrauch erhöht.
Um die Hilfsflussigkeit vom kristallinen Zustand wieder m die flussige Phase zu versetzen, muss der Hilfsflussigkeit Energie zugeführt werden, die etwa der vorstehend beschrieben Kristallisationswarme entspricht. Die
Hilfsflussigkeit nimmt die Kristallisationswarme wieder auf und geht dadurch erneut in die flussige Phase über, wodurch m der Hilfsflussigkeit eine der zugefuhrten Kristallisationswarme entsprechende Energiemenge in chemischer Form gespeichert wird. Diese Energiemenge kann erfindungsgemaß vorteilhaft dazu verwendet werden, erneut die Betriebsflüssigkeit zu erwarmen.
Aufgrund der nahezu perfekten Reversibilität der Kristallisation beziehungsweise des Übergangs von dem kristallinen Zustand m die flussige Phase, erfordert das erfindungsgemaße Verfahren keinerlei Wartung oder einen Austausch der Hilfsflussigkeit.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Verfahrens wird als Hilfsflussigkeit eine unterkühlte Schmelze von Natriumacetat-Trihydrat verwendet. Natriumacetat-Tπhydrat (H3C-COONa x 3 H2O) eignet sich wegen seiner guten Wasserloslichkeit und seiner hohen Schmelzwarme bzw. Kristallisationswarme sehr gut als Hilfsflussigkeit für das erfindungsgemaße Verfahren, weil bei der Verwendung einer wassrigen Losung von
Natriumacetat-Trihydrat eine besonders hohe Wärmemenge bezogen auf die Hilfsflussigkeitsmenge bzw. auf die verwendete Stoffmenge des Natriumacetat-Tπhydrats freisetzbar bzw. speicherbar ist.
Ganz besonders vorteilhaft ist bei einer weiteren Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Verfahrens vorgesehen, dass die Hilfsflussigkeit definiert zur Kristallisation angeregt wird. Auf diese Weise ist der Zeitpunkt der Freisetzung der Kristallisationswarme vorgebbar, so dass eine gezielte Erwärmung der Betriebsflüssigkeit durchgeführt werden kann.
Ganz besonders vorteilhaft ist bei einer weiteren Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Verfahrens vorgesehen, dass die Hilfsflussigkeit definiert m den flussigen Zustand versetzt wird. Hierdurch kann die Hilfsflussigkeit zu einer vorgebbaren Zeit bereitgestellt werden, um erneut die Kristallisationswarme freizusetzen.
Erfmdungsgemaß kann die Anregung beispielsweise mechanisch und/oder elektromagnetisch und/oder elektromechanisch und/oder thermisch erfolgen.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird eine vorhandene Wärmequelle genutzt, um die kristallisierte Hilfsflussigkeit in den flussigen Zustand bzw. in die flussige Phase zu versetzen. Wie bereits beschrieben, ist für eine Transformation der kristallisierten
Hilfsflussigkeit m die flussige Phase die Zufuhr der Kristallisationsenergie erforderlich. Diese Kπstallisationsenergie kann bei Verwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens innerhalb einer Brennkraftmaschine beispielsweise aus einer thermischen Energie des Kuhlwassers der Brennkraftmaschine gewonnen werden, welche nach Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine zur Verfugung steht. Alternativ kann z.B. auch heißes Motorol der Brennkraftmaschine hierfür verwendet werden.
Es ist ebenso möglich, andere bereits vorhandene Wärmequellen zur Verflüssigung der kristallisierten Hilfsflussigkeit zu nutzen. Beispielsweise kann hierfür auch eine Abwarme von Komponenten des Abgasstrangs der Brennkraftmaschine und dergleichen verwendet werden.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, elektrische Heizelemente zur Erwärmung der Hilfsflussigkeit zu verwenden.
Eine weitere sehr vorteilhafte Variante des erfindungsgemaßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsflüssigkeit, insbesondere bei einem Kaltstart, durch die Hilfsflussigkeit erwärmt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebsflüssigkeit in kurzer Zeit auf ihre Betriebstemperatur zu erwarmen, ohne dass hierfür beispielsweise elektrische Energie vorzusehen ist.
Insbesondere ist durch die Anwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens aufgrund der raschen Freisetzung der Kπstallisationsenergie der Hilfsflussigkeit eine schnelle Erwärmung der Betriebsflüssigkeit möglich, ohne dass eine entsprechend hohe elektrische Heizleistung bereitgestellt werden musste.
Die Kristallisationsenergie kann der kristallisierten Hilfsflüssigkeit zur „Regenration", d.h. zum erneuten Erreichen der flüssigen Phase, beispielsweise wie bereits beschrieben durch ohnehin vorhandene Wärmequellen wie zum Beispiel durch Kühlwasser der Brennkraftmaschine zugeführt werden oder auch durch z.B. elektrische Heizvorrichtungen mit verhältnismäßig geringer Heizleistung, die der Hilfsflüssigkeit die erforderliche Wärmemenge über längere Zeit zuführen.
Eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 angegeben.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Fluidbehälter mit mindestens zwei Kammern zur Aufnahme der Betriebsflüssigkeit beziehungsweise der Hilfsflüssigkeit vorgesehen, wobei die Kammern zumindest teilweise in
Wärmekontakt miteinander stehen. Auf diese Weise ist ein guter Wärmeaustausch zwischen der Betriebsflüssigkeit und der Hilfsflüssigkeit gewährleistet. Der Fluidbehälter kann beispielsweise auch als Fluidleitung beziehungsweise Leitung für die Betriebsflüssigkeit und/oder die Hilfsflüssigkeit dienen.
Zur Einleitung der Kristallisation der in flüssiger Phase vorliegenden Hilfsflüssigkeit ist bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Hilfsflüssigkeit eine Anregungsvorrichtung vorgesehen. Die Anregungsvorrichtung kann beispielsweise direkt an einer Wand der die Hilfsflüssigkeit aufweisenden Kammer angeordnet sein.
Bei einer Ausbildung der mehreren Kammern als konzentrische Rohrleitung ist es auch möglich, die Anregungsvorrichtung an ein T-Stück oder ein Ende der Rohrleitung anzubringen, so dass eine Kristallisation der Hilfsflüssigkeit zuverlässig einleitbar ist.
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Fluidbehälter eine dritte Kammer auf, die mit Kühlwasser oder dergleichen beaufschlagbar ist, um die Hilfsflüssigkeit zu erwärmen.
Eine andere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht Heizmittel zur Erwärmung der Heizflüssigkeit vor. Diese Heizmittel können beispielsweise als elektrische Heizung ausgelegt sein, die dazu geeignet ist, der Hilfsflüssigkeit die zum Übergang vom kristallinen Zustand in die flüssige Phase erforderliche Energie zuzuführen. Hierzu ist eine weitaus geringere elektrische Leistung erforderlich, als sie für eine schnelle direkte Aufheizung oder sogar ein Auftauen der Betriebsflüssigkeit mittels einer elektrischen Heizung erforderlich wäre.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsflüssigkeit im Bereich eines Anschlusses zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter und/oder im Bereich eines Rücklaufs und/oder entlang einer Verbindung zwischen einem Anschluss zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter und einem Rücklauf vorgesehen ist.
Die Anordnung der Hilfsflüssigkeit im Bereich des Anschlusses zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter ermöglicht im Falle einer eingefrorenen Betriebsflüssigkeit ein gezieltes Erwärmen der Betriebsflüssigkeit im Bereich des Anschlusses, so dass bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt aufgetautes Betriebsmittel durch den Anschluss aus dem Vorratsbehälter entnommen werden kann, während beispielsweise die restliche Betriebsflüssigkeit noch gefroren ist.
Ein schnelles Auftauen der Betriebsflüssigkeit im Bereich des Rücklaufs ist ebenso zweckmäßig. Besonders vorteilhaft ist die Hilfsflüssigkeit entlang einer Verbindung zwischen einem Anschluss zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter und einem Rücklauf für die Betriebsflüssigkeit in den Vorratsbehälter vorgesehen, so dass ein Kreislauf der Betriebsflüssigkeit bereits in Gang gesetzt werden kann, während manche Bereiche der Betriebsflüssigkeit noch gefroren sind. In diesem Fall bildet sich beim Freisetzen der in der Hilfsflüssigkeit gespeicherten Kristallisationsenergie ein Kanal aus geschmolzenem Betriebsmittel entlang der Wärme abgebenden Hilfsflüssigkeit aus, der den Rücklauf mit dem Anschluss verbindet und auf diese Weise eine Zirkulation der Betriebsflüssigkeit erlaubt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die
Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit beschränkt, vielmehr können beliebige andere Komponenten insbesondere einer Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung erwärmt bzw. aufgetaut und/oder abgekühlt werden.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Zeichnung
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 4a zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Betriebszustand, und
Figur 4b zeigt die Ausführungsform gemäß Figur 4a in einem ' zweiten Betriebszustand.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Figur 1 abgebildete Vorrichtung 10 zur Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit 11 besteht aus einem Fluidbehälter mit zwei Kammern, wobei die erste Kammer die Betriebsflüssigkeit 11 enthält und innerhalb der zweiten Kammer angeordnet ist, die eine Hilfsflüssigkeit 12 enthält. Bei der Hilfsflüssigkeit 12 handelt es sich um Natriumacetat-Trihydrat (H3C-COONa x 3 H2O) .
Wie in Figur 1 durch die Pfeile symbolisiert, stehen die Hilfsflüssigkeit 12 und die Betriebsflüssigkeit 11 miteinander in Wärmekontakt, was z.B. durch zumindest teilweise wärmeleitende Wände der Kammern des Fluidbehälters oder durch nicht in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher ermöglicht ist. Ferner ist bei der Vorrichtung 10 gemäß Figur 1 eine Anregungsvorrichtung 13 vorgesehen, welche die als unterkühlte Schmelze ausgebildete Hilfsflüssigkeit 12 dazu anregen kann, spontan von einer flüssigen Phase in einen kristallinen Zustand überzugehen.
Bei dem Übergang der Hilfsflüssigkeit 12 von der flüssigen Phase in den kristallinen Zustand wird eine Kristallisationsenergie der Hilfsflüssigkeit 12 frei, was sich durch eine Temperaturerhöhung der Hilfsflüssigkeit 12 auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auswirkt. Durch den Wärmekontakt zwischen der Hilfsflüssigkeit 12 und der Betriebsflüssigkeit 11 findet dabei ein Wärmeübergang von der Hilfsflüssigkeit 12 zur Betriebsflüssigkeit 11 statt, so dass die Betriebsflüssigkeit 11 mittels der frei werdenden Kristallisationsenergie der Hilfsflüssigkeit 12 erwärmt wird.
Die Anregungsvorrichtung 13 kann die Kristallisation der Hilfsflüssigkeit 12 beispielsweise durch eine mechanische und/oder eine elektromagnetische und/oder eine elektromechanische und/oder eine thermische Anregung einleiten.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist in Figur 2 dargestellt. Wie aus Figur 2 ersichtlich, weist die Vorrichtung 10 analog zur Ausführungsform von Figur 1 einen Fluidbehälter mit zwei Kammern auf, wobei sich im vorliegenden Fall jedoch eine die Hilfsflüssigkeit 12 enthaltende erste Kammer im Inneren des Fluidbehälters befindet und eine die Betriebsflüssigkeit 11 enthaltende zweite Kammer des Fluidbehälters außen um die erste Kammer herum angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Anregungsvorrichtung 13 beispielsweise an einem Ende beziehungsweise an einem T- Stück des Fluidbehälters angeordnet sein, um direkt auf die Hilfsflüssigkeit 12 einwirken zu können.
Der Wärmeaustausch zwischen der Hilfsflüssigkeit 12 und der Betriebsflüssigkeit 11 findet bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ebenso wie bei dem unter Bezug auf Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel statt.
Nachdem die Hilfsflüssigkeit 12 ihre Kristallisationsenergie an die Umgebung beziehungsweise an die Betriebsflüssigkeit 11 abgegeben hat, liegt sie in kristalliner Form, das heißt in einer festen Phase vor. Aus dieser kristallinen Form ist sie durch Zufuhr der Kristallisationsenergie erneut in die flüssige Phase ' überführbar. Dieser Vorgang läuft nahezu absolut reversibel ab, so dass eine Wartung der Vorrichtung 10 und insbesondere ein Nachfüllen der Hilfsflüssigkeit 12 nicht erforderlich ist.
Bei den in Figur 1 und Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Hilfsflüssigkeit 12 die zum Übergang in die flüssige Phase erforderliche Kristallisationsenergie durch die Betriebsflüssigkeit 11 zugeführt. Dies ist beispielsweise dadurch ermöglicht, dass die Betriebsflüssigkeit 11 nach einer gewissen Betriebsdauer eine Betriebstemperatur annimmt, welche ausreichend hoch ist, um der Hilfsflüssigkeit 12 die entsprechende Kristallisationsenergie zuzuführen.
Die in Figur 3 abgebildete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zeigt einen Vorratsbehälter 11' für die Betriebsflüssigkeit 11, in den eine die Hilfsflüssigkeit 12 aufnehmende Kammer hineinragt. Der Vorratsbehälter 11' weist in seinem unteren Bereich einen Anschluss IIa auf, der zur Entnahme der Betriebsflüssigkeit 11 aus dem Vorratsbehälter 11' dient. Ferner weist der Vorratsbehälter 11' in seinem oberen Bereich einen Rücklauf IIb auf, über den dem Vorratsbehälter 11' Betriebsflüssigkeit 11 zuführbar ist.
Wie vorstehend anhand der Figuren 1 und 2 bereits beschrieben, befindet sich auch die die Hilfsflüssigkeit 12 aufweisende Kammer gemäß Figur 3 in Wärmekontakt mit dem
Vorratsbehälter 11' für die Betriebsflüssigkeit 11, so dass auch bei dieser Ausführungsform eine Erwärmung der Betriebsflüssigkeit 11 durch von der Hilfsflüssigkeit 12 abgegebene Kristallisationswärme möglich ist.
Zur Anregung der Kristallisation der Hilfsflüssigkeit 12 ist wiederum eine Anregungsvorrichtung vorgesehen, die in Figur 3 nicht dargestellt ist.
Figur 4a zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, bei der wiederum ein Vorratsbehälter 11' für die Betriebsflüssigkeit 11 vorgesehen ist, der einen Anschluss IIa sowie einen Rücklauf IIb aufweist. In bekannter Weise, d.h. insbesondere auch in Wärmekontakt mit der Betriebsflüssigkeit 11, ist in einer separaten Kammer innerhalb des Vorratsbehälters 11' auch die Hilfsflüssigkeit 12 vorgesehen.
In Figur 4a ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 in einem ersten Betriebszustand gezeigt, bei dem wie durch die in Figur 4a eingezeichneten Pfeile symbolisiert, Wärme von der Hilfsflüssigkeit 12 an die Betriebsflüssigkeit 11 abgegeben wird. Der Prozess der Wärmefreisetzung in der Hilfsflüssigkeit 12 kann wie vorstehend beschrieben wiederum durch die Anregungsvorrichtung 13 eingeleitet werden, die gemäß Figur 4a an einem oberen Bereich des Vorratsbehälters 11' angeordnet ist.
Ein weiterer Betriebszustand der in Figur 4a gezeigten Vorrichtung 10 ist in Figur 4b dargestellt. In diesem Betriebszustand befindet sich die Hilfsflüssigkeit 12 in ihrer festen Phase, das heißt sie liegt in kristalliner Form vor. Mittels der Kühlwasserleitung 14 wird von einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) erhitztes Kühlwasser zugeführt, das zur Erwärmung der Hilfsflüssigkeit 12 dient. Hierzu steht die Kühlwasserleitung 14 in Wärmekontakt mit der die Hilfsflüssigkeit 12 aufweisenden Kammer.
Das auf diese Weise zugeführte Kühlwasser weist eine genügend hohe Temperatur auf, so dass, wie durch die Pfeile in Figur 4b symbolisiert, die Kristallisationsenergie von dem Kühlwasser an die Hilfsflüssigkeit 12 abgebbar ist, woraufhin die Hilfsflüssigkeit 12 von ihrem kristallinen Zustand in die flüssige Phase übergeht.
Damit ist quasi eine „Regeneration" der Hilfsflüssigkeit 12 durchführbar, die nach dem Übergang in die flüssige Phase erneut zur spontanen Kristallisation anregbar ist, wodurch die Betriebsflüssigkeit 11 ein weiteres Mal aufgeheizt werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine während des Betriebs einer Brennkraftmaschine vorhandene Abwärme, z.B. aus dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine, vorteilhaft zur Überführung der Hilfsflüssigkeit 12 in die flüssige Phase und damit zur Speicherung von Energie in der Hilfsflüssigkeit 12 in chemischer Form genutzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit beschränkt, vielmehr können beliebige andere Komponenten insbesondere einer Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung erwärmt bzw. aufgetaut und/oder abgekühlt werden.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Hilfsflüssigkeit 12 in dem Vorratsbehälter 11' (Fig. 4a) im Bereich des Anschlusses IIa und des Rücklaufs IIb sowie entlang einer Verbindung zwischen dem Anschluss IIa und dem Rücklauf IIb vorgesehen. Auf diese Weise kann im Falle eines gefrorenen
Betriebsmittels 11 das im Bereich der Hilfsflüssigkeit 12 bzw. der sie enthaltenden Kammer im Vorratsbehälter 11' befindliche Betriebsmittel 11 schnell aufgetaut werden, so dass eine Zirkulation des Betriebsmittels 11 zwischen dem Rücklauf IIb und dem Anschluss IIa frühzeitig ermöglicht wird, während andere Bereiche des Betriebsmittels 11 noch gefroren sind.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit (11) und/oder von Komponenten insbesondere einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsflüssigkeit (12) verwendet wird, die in einem reversiblen Prozess Wärme an die Betriebsflüssigkeit (11) und/oder die Komponenten abgeben und/oder von dieser aufnehmen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsflüssigkeit (12) eine unterkühlte Schmelze verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsflüssigkeit (12) eine wässrige Lösung von Natriumacetat-Trihydrat verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsflüssigkeit (12) definiert zur Kristallisation, insbesondere zur spontanen Kristallisation, angeregt wird und/oder definiert in den flüssigen Zustand versetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung mechanisch und/oder elektromagnetisch und/oder elektromechanisch und/oder thermisch erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorhandene Wärmequelle genutzt wird, um kristallisierte Hilfsflüssigkeit (12) in den flüssigen Zustand zu versetzen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsflüssigkeit (11) zur Erwärmung der Hilfsflüssigkeit (12) verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlwasser und/oder vorzugsweise elektrische Heizelemente zur Erwärmung der Hilfsflüssigkeit (12) verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsflüssigkeit (11), insbesondere bei einem Kaltstart, durch die Hilfsflüssigkeit (12) erwärmt wird, vorzugsweise bis auf eine Betriebstemperatur der Betriebsflüssigkeit (11) .
10. Vorrichtung (10) zur Regulierung der Temperatur einer Betriebsflüssigkeit (11) und/oder von Komponenten insbesondere einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Betriebsflüssigkeit (11) und/oder den Komponenten in Wärmekontakt verbundene Hilfsflüssigkeit (12) vorgesehen ist, die in einem reversiblen Prozess Wärme an die Betriebsflüssigkeit (11) und/oder die Komponenten abgeben und/oder von dieser aufnehmen kann.
11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 9 geeignet ist.
12. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluidbehälter mit mindestens zwei Kammern zur Aufnahme der Betriebsflüssigkeit (11) beziehungsweise der Hilfsflüssigkeit (12) vorgesehen ist, wobei die Kammern zumindest teilweise in Wärmekontakt miteinander stehen.
13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsflüssigkeit (12) eine unterkühlte Schmelze, vorzugsweise eine unterkühlte Schmelze von Natriumacetat-Trihydrat ist.
14. Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Hilfsflüssigkeit (12) eine Anregungsvorrichtung (13) vorgesehen ist, mittels der eine Kristallisation der Hilfsflüssigkeit (12) angeregt werden kann.
15. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte ;Kammer des
Fluidbehälters mit Kühlwasser oder dergleichen beaufschlagbar ist, um die Hilfsflüssigkeit (12) zu erwärmen.
16. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 - 15, gekennzeichnet durch Heizmittel zur Erwärmung der
Hilfsflüssigkeit (12) .
17. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsflüssigkeit (12) im Bereich eines Anschlusses (IIa) zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit (11) aus einem Vorratsbehälter (H') und/oder im Bereich eines Rücklaufs (Hb) und/oder entlang einer Verbindung zwischen einem Anschluss (IIa) zur Entnahme von Betriebsflüssigkeit (11) aus einem Vorratsbehälter (H') und einem Rücklauf (Hb) vorgesehen ist.
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