WO2012104166A1

WO2012104166A1 - Wärmespeichermodul

Info

Publication number: WO2012104166A1
Application number: PCT/EP2012/051004
Authority: WO
Inventors: Andreas LAUB; Klaus Fieback; Dirk Carsten Buettner
Original assignee: Pfinder Kg
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2012-08-09
Also published as: DE102011010823A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmespeichermodul, insbesondere zum Einsatz in der Klimatechnik, vorzugsweise im Fahrzeugbau, das einen ein Polymer aufweisenden Endlosstrang (12) aufweist, der mit einem Phasenwechselmaterial befüllt ist, wobei an zumindest einer Oberfläche des Endlosstranges Abstandhalter angeordnet sind und wobei der Endlosstrang entweder schlangenförmig gefaltet oder spiralförmig gewickelt ist, so dass durch die Abstandhalter eine Struktur gebildet wird, in der der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs (12) von Luft umströmt werden kann.

Description

Wärmespeichermodul

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmespeichermodul unter Verwendung von Phasenwechselmaterialien, ein Klimagerät, das ein solches Wärmespeichermodul aufweist und Herstellungsverfahren für solche Wärmespeichermodule.

[0002] Phasenwechselmaterialien (englisch: phase change materials, PCM) sind Materialien, deren latente Schmelz-, Lösungs- oder Absorptionswärme wesentlich größer ist als die Wärme, die sie aufgrund ihrer normalen spezifischen Wärmekapazität, also ohne den Phasenumwandlungsweg, speichern können. Unter Verwendung solcher Materialien können sogenannte Latentwärmespeicher hergestellt werden, mit denen thermische Energie auch über lange Zeit ohne größere Verluste gespeichert werden kann.

[0003] Die Fähigkeit thermische Energie über lange Zeit verlustfrei zu speichern, macht solche Materialien insbesondere für den Einsatz in der Klimatechnik interessant. Dementsprechend wurden bereits zum Beispiel Wärmespeichermodule unter Verwendung von PCMs entwickelt und beschrieben. Insbesondere ist es bekannt, metallische Lamellenwärmetauscher mit PCMs zu befüllen, um deren thermische Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass aufgrund der Größe und des Gewichts solcher metallischen Wärmespeichermodule diese sich praktisch nur zum Einsatz in der Gebäudetechnik eignen. [0004] Es hat sich nun aufgrund neuerer Entwicklungen im Bereich des Kraftfahrzeugsbaus, insbesondere im Bereich der Personenkraftfahrzeuge, ein Bedarf ergeben, kleinere leichtere, jedoch gleichzeitig einfach herzustellende Wärmespeichermodule zu entwickeln. Moderne Kraftfahrzeuge weisen häufig zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs eine sogenannte Start-Stopp-Automatik auf. Ein solches System schaltet beim Stillstehen des Fahrzeugs, zum Beispiel an einer Ampel oder in einem Stau, unter gewissen Parametern wie beispielsweise dem Herausnehmen des Ganges und dem Loslassen des Kupplungspedals, den Motor ab. Aufgrund des hohen Leistungsverbrauchs einer in einem Kraftfahrzeug angebrachten Klimaanlage führt dieses Abschalten des Motors gleichzeitig zu einem Ausschalten eines in dem Fahrzeug installierten Klimageräts. Dies kann bei Stopp-and-Go-Verkehr zum Beispiel im Stadtbereich gekoppelt mit hohen Außentemperaturen dazu führen, dass sich der Innenraum eines Kraftfahrzeugs stark aufheizt, was die üblicherweise von einer Klimaanlage erwartete positive Wirkung auf die Fahrzeuginsassen völlig zunichte macht. Um diesem Problem zu begegnen, wurde angedacht Autoklimaanlagen mit Wärmespeichermodulen zum Beispiel auf Basis von PCMs auszurüsten. In so ausgerüsteten Fahrzeugen kann in den Fällen, in denen zum Beispiel an einer Ampel der Motor abgestellt ist, der in den Fahrzeugraum eingeblasenen Außenluft über ein Wärmespeichermodul Wärme entzogen und diese so gekühlt werden. Die dann in dem Wärmespeichermodul gespeicherte Wärme könnte dann zu den Zeiten, in denen der Motor und somit der Kompressor des Klimageräts läuft, wiederum über die Kühlleistung des Klimageräts dem Wärmespeichermodul entzogen werden.

[0005] Für einen Einsatz insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik wäre es im Hinblick darauf, das Fahrzeuggewicht nicht unnötig zu erhöhen, wünschenswert, deutlich leichtere Wärmespeichermodule als zurzeit bekannt zur Verfügung zu stellen. Im Hinblick auf die üblicherweise im Kraftfahrzeugbau erreichten Stückzahlen ist es ferner notwendig, solche Wärmespeichermodule ohne Aufwand in einer größeren Menge in massenweiser Serienfertigung herzustellen. Schlussendlich ist es ferner noch wünschenswert, dass solche Wärmespeichermodule einen so hohen Wirkungsgrad wie möglich aufweisen.

[0006] Abgesehen von den oben beschriebenen Metalllamellenwärmetauschern wurden Wärmespeichermodule unter Verwendung von PCMs bisher dadurch hergestellt, dass die PCMs üblicherweise in granulierter und mikroverkapselter Form einzeln in Beutel oder Säcke abgefüllt wurden und diese dann individuell zu Gebinden zusammengestellt wurden.

[0007] Dieses Vorgehen hat dabei zum einen den Nachteil, dass dieses Einfüllen und Zusammenstellen zu Gebinden insbesondere im Hinblick darauf, dass beim Einfüllen in die Säcke darauf geachtet werden muss, dass ein nur geringer Lufteinschluss entsteht, noch immer recht aufwändig ist. Gleiches gilt für das Zusammenfassen der einzelnen Beutel zu spezifischen Gebinden. Ein solches Vorgehen eignet sich hierbei in keiner Weise dazu, bei den Stückzahlen eingesetzt werden, wie sie im Kraftfahrzeugbau notwendig sind. Ferner hat sich auch gezeigt, dass bei der Abfüllung von PCMs in größere Beutel oder auch beim Zusammenfassen einzelner Beutel zu Gebinden häufig der Wirkungsgrad leidet, da die Umströmung der PCMs durch die z.B. warme Luft nicht für den gesamten Bereich des Gebindes sichergestellt werden kann.

[0008] Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmespeichermodul zu beschreiben, das sowohl ein niedriges Gewicht als auch einen hohen thermischen Wirkungsgrad besitzt und das auf einfache Weise in hoher Stückzahl industriell hergestellt werden kann. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Klimagerät, insbesondere ein Fahrzeugklimagerät, zu beschreiben, mit dem insbesondere die oben beschriebenen Probleme im Hinblick auf die Start-Stopp-Automatik in modernen PKWs gelöst werden.

[0009] Es ist des Weiteren eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Herstellen eines Wärmespeichermoduls zu beschreiben, mit dem leichte und hochleistungsfähige Wärmespeichermodule großtechnisch hergestellt werden können.

[0010] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Wärmespeichermodul, insbesondere zum Einsatz in der Klimatechnik, vorzugsweise im Fahrzeugbau, gelöst, das einen ein Polymer aufweisenden Endlosstrang aufweist, der mit einem Phasenwech- selmaterial befüllt ist, wobei an zumindest einer Oberfläche des Endlosstranges Abstandhalter angeordnet sind und wobei der Endlosstrang entweder schlangenförmig gefaltet oder spiralförmig gewickelt ist, so dass durch die Abstandhalter eine Struktur gebildet wird, in der der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs von Luft umströmt werden kann.

[0011] Die Aufgabe wird ferner durch ein Klimagerät, insbesondere ein Fahrzeugklimagerät, gelöst, das ein Wärmespeichermodul gemäß der Erfindung aufweist.

[0012] Das Problem wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichermoduls gelöst, das die folgenden Schritte aufweist, nämlich a) Bereitstellen eines Endlosstrangs an ein Polymer aufweisenden Kettenbeuteln,

b) Einfüllen eine Phasenwechselmaterials in die Beutel des Endlosstrangs, c) Anbringen von Abstandhaltern an zumindest einer Seite des Endlosstrangs, und

d) Aufwickeln oder Auffalten des befüllten und mit Abstandhaltern versehenen Endlosstranges, um eine spiralförmige oder schlangenförmige Struktur zu erhalten, in der der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs von Luft umströmt werden kann.

[0013] In diesem erfindungsgemäßen Verfahren können ggf. die Schritte b) und c) auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, das heißt zum Beispiel können die Abstandhalter an dem Endlosstrang aus Kettenbeuteln angefügt werden, bevor das Phasenwechselmaterial in die Beutel eingefüllt wird. In letzterem Fall können die Abstandhalter bereits bei der Herstellung der Kettenbeutel zum Beispiel in deren Oberflächenstruktur eingearbeitet werden. Ggf. kann auch das Herstellen des Beutels und das Befüllen des Beutels in einem Schritt erfolgen.

[0014] Erfindungsgemäß wird das Problem ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichermoduls gelöst, das die folgenden Schritte aufweist, nämlich a) Bereitstellen eines Endlosstrangs eines mit Phasenwechselmaterialien gefüllten Polymermatrixsystems, b) Anbringen von Abstandhaltern an zumindest einer Seite des Endlosstrangs, und

c) Aufwickeln oder Auffalten des mit Abstandhaltern versehenen Endlosstranges, um eine spiralförmige oder schlangenförmige Struktur zu erhalten, in der der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs von Luft umströmt werden kann.

[0015] Dadurch, dass das Wärmespeichermodul der vorliegenden Erfindung aus Endlossträngen gefertigt wird, können die Wärmespeichermodule der vorliegenden Erfindung im kontinuierlichen Betrieb hergestellt werden, so dass diese ohne Probleme in großer Stückzahl hergestellt werden können.

[0016] Dadurch, dass das erfindungsgemäße Wärmespeichermodul ferner, abgesehen von den Phasenwechselmaterialien, hauptsächlich aus Materialien auf Polymerbasis besteht, zeichnet sich das erfindungsgemäße Wärmespeichermodul auch durch ein niedriges Gewicht aus.

[0017] Durch das Vorsehen der Abstandhalter und das Aufwickeln bzw. Auffalten des Endlosstranges so, dass der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs von Luft umströmt werden kann, wird ferner ein hoher Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wärmespeichermoduls sichergestellt.

[0018] Unter dem Begriff "Wärmespeicherung" wird im Kontext der vorliegenden Erfindung die Aufnahme von Wärme durch das erfindungsgemäße Wärmespeichermodul unter Auslösung eines Phasenwechsels in dem Phasenwechselmaterial verstanden. Die Aufnahme von Wärme in dem Wärmespeichermodul kann hierbei zum einen dazu dienen, Wärme zu speichern, um diese zur späteren Bereitstellung von thermischer Energie wieder abzugeben. Die Aufnahme von Wärme kann allerdings auch zum anderen dazu verwendet werden, zum Beispiel der Umgebungsluft thermische Energie zu Kühlzwecken zu entziehen, um somit sozusagen Kälte bereitzustellen. In letzterem Fall wird die in dem Wärmespeichermodul gespeicherte thermische Energie zu einem späteren Zeitpunkt durch Kühlen des Wärmespeichermoduls diesem wieder entzogen. [0019] Der Ausdruck "Phasenwechselmatenal" oder "PCM", wie er im Kontext der vorliegenden Erfindung verwendet wird, schließt jedes dem Fachmann bekannte Phasenwechselmatenal einschließlich Phasenwechselmatenalien auf Salzhydratbasis und Phasenwechselmatenalien auf Paraffinbasis ein. Die Phasenwechselmatenalien können dabei in reinem Zustand vorliegen, auf Trägern absorbiert sein oder zum Beispiel mit Verdickungsmitteln bzw. Viskositätseinstellern vermischt sein. Ggf. können den Phasenwechselmatenalien zur Verbesserung der physikalischen und thermischen Eigenschaften auch weitere Zusatzstoffe wie beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhren zugegeben werden.

[0020] Die Form und Größe des erfindungsgemäßen Wärmespeichermoduls ist nicht besonders eingeschränkt und kann im Prinzip jede beliebige Form und Größe sein. Im Allgemeinen wird die exakte Form des Wärmespeichermoduls durch die Herstellungsweise beeinflusst werden, wobei Wärmespeichermodule, in denen der Endlosstrang schlangenförmig gefaltet ist, häufiger Quader-, Würfel- oder zum Beispiel Keilformen aufweisen, während die spiralförmig gewickelten Wärmespeichermodule eher zylindrische, und Kegel oder kegelstumpfförmige Formen aufweisen werden.

[0021] In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Endlosstrang ausgewählt aus den mit Phasenwechselmatenal gefüllten Kettenbeuteln und den mit Phasenwechselmatenal gefüllten Polymermatrixsystemen.

[0022] Bei der Verwendung der beiden oben genannten Typen von Endlossträngen hat sich gezeigt, dass diese eine besonders einfache Herstellung des Wärmespeichermoduls ermöglichen, wobei das im Endeffekt erhaltene Wärmespeichermodul auch über lange Zeit über hervorragende physikalische Eigenschaften verfügt.

[0023] Ein Endlosstrang aus einem mit Phasenwechselmatenalien gefüllten Polymermatrixsystem kann zum Beispiel wie beschrieben in der WO 2009/118344 hergestellt werden. Ein solcher Endlosstrang aus einem Polymermatrixsystem kann ferner an seiner Außenseite zum Schutz der Oberfläche beschichtet sein. Beispiele für solche Schichten sind Schichten auf Textilbasis oder auf Basis von Metallfolien, insbesondere Aluminiumfolien.

[0024] Zur Herstellung eines Endlosstrangs von Kettenbeuteln können sämtliche dem Fachmann bekannten Verfahren verwendet werden. Die hierbei möglichen Herstellungsverfahren schließen unter anderem das Herstellen eines Endlosstrangs von leeren Kettenbeuteln, die in einem zweiten Schritt mit einem Phasenwechselmaterial befüllt werden, das Bereitstellen eines schlauchförmigen Endlosstrangs, das Befüllen dieses Endlosstrangs mit Phasenwechselmaterial und dann das regelmäßige oder unregelmäßige Abtrennen von einzelnen Abteilen sowie zum Beispiel das Bereitstellen einer ersten Folie, das Auflegen eines festen Phasenwechselmaterials oder eines mit Phasenwechselmaterial imprägnierten Trägers, wobei dieser vorzugsweise ebenfalls als Endlosstrang vorliegt, und das Auflegen einer zweiten Folie auf die Kombination aus der ersten Folie und dem Phasenwechselmaterial bzw. dem Träger gefolgt von einem Verschweißen zumindest der beiden Folien entlang der Längsseite des Endlosstrangs sowie einem Abtrennen einzelner Abteile, ein.

[0025] Es ist ferner denkbar, in einem Schritt die Beutel aus einem Endlosstrang, zum Beispiel einer Kunststofffolie, zu bilden und die Beutel während der Herstellung gleich zu befüllen. In jedem Fall ist hierbei insbesondere darauf hinzuweisen, dass bei der Herstellung des Endlosstrangs mit gefüllten Kettenbeuteln darauf zu achten ist, dass ein Lufteinschluss in den Kettenbeuteln so gering wie möglich gehalten wird, da ggf. in den Kettenbeuteln vorliegende Luft einen deutlich höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als die Phasenwechselmaterialien. Dies kann zum Beispiel beim Erwärmen des Beutels zu einer Druckbelastung des Kettenbeutels und im Zuge von mehreren Erwärmungs-/Abkühlzyklen zu einer Beschädigung des Beutels und somit einem Austreten des Phasenwechselmaterials führen, was im Endeffekt zur Zerstörung des Wärmespeichermoduls führen wird.

[0026] In einer weiteren Ausgestaltung der oben genannten Maßnahme bestehen die Kettenbeutel aus einer Mehrschichtfolie, vorzugsweise aus einer Aluminium aufweisenden Mehrschichtfolie. [0027] Durch Verwendung einer Mehrschichtfolie können durch Kombination mehrerer Materialien den Kettenbeuteln besonders positive physikalische Eigenschaften verliehen werden. Insbesondere durch das Vorsehen von Aluminium in dem Mehrschichtmaterial kann zum einen die thermische Leitfähigkeit des Kettenbeutels erhöht werden und zum anderen kann ein Eindringen Luft, was wie oben beschrieben unerwünscht ist, sicher verhindert werden.

[0028] In einer besonderes bevorzugten Ausgestaltung besteht der Kettenbeutel zumindest aus einem Dreischichtmaterial, wobei die erste an der Innenseite des Kettenbeutels angebrachte und dem Phasenwechselmaterial zugewandte Schicht vorzugsweise aus Polyethylen (PE) besteht, was insbesondere im Hinblick darauf, dass dies ein leichtes Verschweißen der verschiedenen Folienteile miteinander ermöglicht, bevorzugt ist. Die nächste Schicht wird üblicherweise durch eine Polyamidschicht (PA) gebildet, die zum einen dem Kettenbeutel eine besonders gute Stabilität und Reißfestigkeit verleiht und zum anderen ein Durchdringen und damit möglicherweise ein Ausschwitzen von auf Paraffin basierten Phasenwechselmaterialien sicher verhindern kann. Die letzte Schicht wird in der besonders bevorzugten Ausführungsform dann hauptsächlich aus Aluminium gebildet, was insbesondere bevorzugt ist, um ein Eindringen von Luft in Kettenbeutel, was wie oben beschrieben unerwünscht ist, und ein Austreten von Phasenwechselmaterialien zu verhindern.

[0029] In einer weiteren Ausgestaltung ist das in den Kettenbeuteln enthaltene Phasenwechselmaterial in einem Träger enthalten, insbesondere ist der Träger dabei ausgewählt aus den Schwämmen, den Geweben und den Verdickungsmitteln.

[0030] Das Vorsehen eines Trägers zur Aufnahme des Phasenwechselmateri- als hat zum einen den Vorteil, dass dadurch das Phasenwechselmaterial sozusagen immobilisiert werden kann, was dessen Verarbeitung während der Herstellung des fraglichen Endlosstrangs vereinfacht. Zum anderen kann durch das Vorsehen eines Trägers selbst bei Reißen des Kettenbeutelmaterials ein Austreten des Phasenwechsel- materials deutlich gemindert werden, so dass die Leistungsfähigkeit des Wärmespeichermoduls selbst bei Beschädigung des Kettenbeutelmaterials noch über lange Zeit erhalten bleibt. [0031] Durch Vorsehen eines Trägers kann ferner zum einen ein Lufteinschluss bei der Herstellung der Beutel auch durch in den PCMs vorhandene Luft gemindert werden. Zum anderen können insbesondere Textile und schwammartige Träger Ausdehnungsraum bereitstellen und auf diese Weise den Beutel entlasten.

[0032] Die Verdickungsmittel, die auch als Viskositätseinsteller bezeichnet werden, können sowohl organische wie auch anorganische Verdickungsmittel sein. Beispiele für anorganische Verdickungsmittel schließen Grafite, insbesondere expandierte Grafite, ggf. modifizierte Kieselsäuren, Substanzen auf Basis von Aluminiumoxid, Bentonite u.a. ein. Beispiele für organische Verdicker schließen Verdicker auf Basis von Getreide, zum Beispiel Maismehl oder Getreideextrudaten und polymerische Verdicker ein. Bei Verdickern auf Basis von Polymeren ist es besonders bevorzugt, wenn diese spezifisch auf die PCMs "zugeschnitten" sind.

[0033] Üblicherweise werden die Verdicker in Mengen von 5 bis 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des verdickten PCMs eingesetzt. Es ist ferner denkbar, die Kettenbeutel mit z.B. einem Granulat eines mit einem Phasenwechselmaterial befüllten Polymermatrixmaterials zu befüllen.

[0034] Bei Befüllung der Beutel mit einem Granulat kann es zum Beispiel zur Verbesserung der Wärmeleitung, aber auch zur Verbesserung der anderen physikalischen Eigenschaften der befüllten Beutel sinnvoll sein, das Granulat in Kombination mit einem Gel, zum Beispiel einem Paraffingel oder einem Gel auf Wasserbasis, einzusetzen. Ein Gel auf Wasserbasis hat dabei ferner den Vorteil, dass damit einer ggf. vorhandenen Brennbarkeit des Granulats entgegengewirkt werden kann.

[0035] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Endlosstrang aus einem Phasenwechselmaterialien-Polymer-Compound, wobei insbesondere das Polymer Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE) und/oder ein Block-Copolymer ist, dem ggf. Polymethylmethacrylat (PMMA) zugegeben wurde. [0036] Es hat sich gezeigt, dass unter Verwendung der oben genannten Polymere besonders stabile Endlosstränge, insbesondere bandartige Endlosstränge gebildet werden können, in denen das Phasenwechselmaterial mit hoher Sicherheit immobilisiert ist. Dies führt zu einer besonderen Langlebigkeit des Wärmespeichermoduls gemäß der Erfindung.

[0037] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Wärmespeichermodul ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse vorzugsweise ein oder mehrere luftleitende Elemente aufweist.

[0038] Durch das Vorsehen eines Gehäuses kann das Wärmespeichermodul sicher durch Beschädigung von außen geschützt werden. Sollte das Wärmespeichermodul im Gehäuse ferner mit luftleitenden Elementen ausgestattet sein, kann dadurch ferner die Luftströmung um das Wärmespeichermodul optimiert werden, um somit eine möglichst hohe Leistung des Wärmespeichermoduls zu erreichen.

[0039] In einer besonderen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden ferner die Schritte a) und b) durch die folgenden Schritte gebildet, nämlich a1) Bereitstellen eines Endlosstrangs einer ersten ein Polymer aufweisenden Folie,

a2) Auflegen eines Endlosstrangs eines mit zumindest einem Phasenwechselmaterial imprägnierten Trägers auf den Endlosstrang der ersten Folie, a3) Auflegen eines Endlosstrangs einer zweiten ein Polymer aufweisenden

Folie auf die Kombination aus erster Folie und Träger, a4) Verschweißen des aus erster Folie, Träger und zweiter Folie gebildeten

Endlosstrangs entlang der Längsseiten des Endlosstrangs, und a5) ggf. Verschweißen des in a4) gebildeten Endlosstrangs in Querrichtung zur Bildung von einzelnen mit Phasenwechselmaterial befüllten Beuteln, wobei die Schritte a4) und a5) ggf. auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können. [0040] Dieses Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft für die massenhafte und industrielle Herstellung eines Endlosstrangs für ein Wärmespeichermodul der Erfindung erwiesen, insbesondere da darin der Endlosstrang des Wärmespeichermoduls basierend auf drei vorgefertigten Endlossträngen gefertigt werden kann, was die Produktion deutlich vereinfacht. Ferner kann hierbei die Fertigung zum Beispiel im Unterschied zu dem Verfahren, in dem einzelne Beutel mit Phasenwechselmaterial befüllt werden, praktisch ohne Unterbrechung erfolgen.

[0041] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0042] Die Erfindung wird nachfolgend anhand ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Wärmespeichermodul gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei der Endlosstrang spiralförmig gewickelt ist;

Figur 2 ein Wärmespeichermodul gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei der Endlosstrang schlangenförmig gefaltet ist;

Figur 3 schematisch eine Anlage zur Durchführung eines ersten Herstellungsverfahrens für ein Wärmespeichermodul;

Figur 4 schematisch eine Anlage zur Durchführung eines zweiten Herstellungsverfahrens für ein Wärmespeichermodul; und

Figur 5 schematisch eine Anlage durch Durchführung eines dritten Herstellungsverfahrens für ein Wärmespeichermodul. [0043] In Fig. 1 ist ein Wärmespeichermodul in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

[0044] Das Wärmespeichermodul 10 besteht hauptsächlich aus einem Endlosstrang 12 einer mit Phasenwechselmaterial gefüllten Polymermatrix, wobei es sich im vorliegenden Fall um eine Polymermatrix aus Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Copolymer handelt, das mit Polyethylenmetylacrylat versetzt wurde, und welche mit einem handelsüblichen PCM auf Paraffinbasis gefüllt ist. An der an der Innenseite liegenden Seite des Endlosstrangs sind hierbei Abstandhalter angebracht, die in der vorliegenden Zeichnung nicht sichtbar sind. Der Endlosstrang 12 wurde um ein zentrales Rohr 17 spiralförmig gewickelt, um dem Wärmespeichermodul 10 seine zylinderförmige Endform zu geben. Aufgrund der an der Endlosbahn 12 angebrachten Abstandhalter befinden sich innerhalb der spiralförmigen Wickelung Durchströmkanäle 16, so dass der große Teil der Oberfläche des Endlosstrangs 12 von Luft umströmt werden kann.

[0045] In Fig. 2 ist ein weiteres Wärmespeichermodul in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet. Das Wärmespeichermodul 20 besteht aus einem Endlosstrang 22 aus Kettenbeuteln, der aus den individuellen Beuteln gebildet wird, von denen einer hier beispielhaft mit der Bezugsziffer 24 bezeichnet ist, die über Verbindungsstücke, von denen eines mit der beispielhaften Bezugsziffer 26 bezeichnet ist, verbunden sind, um einen Endlosstrang 22 zu bilden. Der Endlosstrang 22 ist im vorliegenden Fall schlan- genförmig gefaltet, wobei zwischen die einzelnen Beutel 24 Abstandhalter 28 hier in Form von Textilvliesen angebracht sind. Die Textilvliese sind hierbei vollkommen luftdurchlässig, so dass auch hier der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs 22 von Luft umströmt werden kann.

[0046] Das Wärmespeichermodul 20 ist ferner in ein hier mit gestrichelten Linien dargestelltes Gehäuse 30 eingebaut. Das Gehäuse 30 weist ferner einen Lufteinlass 32 und einen Luftauslass 34 auf. Mittels dieses Gehäuses kann das Wärmespeichermodul 20 beispielsweise in eine Kraftfahrzeugklimaanlage eingebaut werden. [0047] In Fig. 3 ist eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Wärmespeichermoduls in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet.

[0048] Die Anlage 40 weist eine erste Zuführeinheit 42 für einen Endlosstrang 44 einer mit einem Phasenwechselmaterial befüllten Polymermatrix auf. Von dieser ersten Zuführeinheit 42 aus wird der Endlosstrang 44 einer zweiten Zuführeinheit 46 für Abstandhalter 48 zugeführt. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den Abstandhaltern 48 um luftdurchlässige schmale Endlosstränge aus einem flexiblen Polymerschaum, die jeweils an den beiden Längsseiten des Endlosstrangs 44 angebracht werden, um zum einen den Abstand in der Wicklung zu sichern, jedoch auch zum anderen, die Luftum- strömung der Oberfläche des Endlosstrangs 44 sicherzustellen. Nachdem die Abstandhalter 48 an dem Endlosstrang 44 angebracht wurden, zum Beispiel durch thermisches Verschweißen wie im vorliegenden Fall, wird der Endlosstrang 44 einer Aufwickeleinheit 50 zugeführt, wo dieser zu seiner endgültigen spiralförmigen Form aufgewickelt wird.

[0049] In Fig. 4 ist eine Anlage zur Durchführung eines zweiten Herstellungsverfahrens für ein Wärmespeichermodul in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet.

[0050] Die Anlage 60 weist eine Zuführeinheit 62 für einen Endlosstrang 64 aus im vorliegenden Fall nicht gefüllten Kettenbeuteln auf. Dieser Endlosstrang 64 wird einer Befüllstation 66 zugeführt, in der die einzelnen Kettenbeutel des Endlosstrangs 64 mit dem gewünschten Phasenwechselmaterial befüllt werden, das ggf. zur Verflüssigung auf eine geeignete Temperatur gebracht wird.

[0051] Nach der Befüllstation 66 wird der Endlosstrang 64, der nun befüllte individuelle Beutel aufweist, von denen einer beispielhaft mit dem Bezugszeichen 68 versehen ist, einer Anbringeinheit 70 für Abstandhalter zugeführt, wo sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der individuellen Beutel 68 Abstandhalter 72 hier in Form von an den Beutel 68 anzuklebenden sphärischen Polymerpartikeln angebracht werden. [0052] Nach Verlassen der Anbringeinheit 70 wird der Endlosstrang 64 einer Stapeleinheit 74 zugeführt, in der der Endlosstrang 64 aufgrund der Art, in der die Zuführung des Endlosstrangs 64 erfolgt, schlangenförmig aufgefaltet wird, um ein Wärmespeichermodul 76 zu bilden.

[0053] Es ist einem Fachmann hierbei klar, dass in einer solchen Anlage 60 auch die Befüllstation 66 und die Anbringeinheit 70 vertauscht sein können. Auch kann der Endlosstrang 64 bereits von seiner Herstellung her Abstandhalter zum Beispiel in Form von Noppen in der Folie aufweisen. In letzteren Fall ist die Anbringeinheit 70 vollkommen überflüssig.

[0054] In Fig. 5 ist eine Anlage zur Durchführung eines dritten Verfahrens zur Herstellung eines Wärmespeichermoduls in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 80 versehen.

[0055] Die Anlage 84 weist eine Zuführeinheit 82 auf, mit der ein Endlosstrang 84 einer ersten Polymerfolie, ein Endlosstrang 86 eines mit Phasenwechselmaterialen imprägnierten Trägers, im vorliegenden Fall eines Textilvlieses und ein Endlosstrang 88 einer zweiten Polymerfolie bereitgestellt werden.

[0056] Von der Zuführeinheit 82 werden die drei Endlosstränge 84, 86 und 88 einer Zusammenführeinheit 90 zugeführt, wobei die Endlosstränge so angeordnet werden, dass diese aufeinander zu liegen kommen, wobei insbesondere der Endlosstrang 86 des Trägers etwas schmaler ist als die Endlosstränge der beiden polymeren Folien 84 und 88, so dass diese an beiden Seiten ein wenig über den mittigen Endlosstrang 86 überstehen. Im vorliegenden Fall erfolgt die Zuführung der drei Endlosstränge inline, was rein bautechnisch im Blick auf die Größe der Anlage vorteilhaft ist. Es ist allerdings ebenfalls möglich, die Endlosstränge 84, 86, 88 aus verschiedenen Richtungen der Zusammenführeinheit 90 zuzuführen.

[0057] Von der Zusammenführeinheit 90 werden die drei aufeinanderliegenden Endlosstränge 84, 86 und 88 einer ersten Verschweißeinheit 92 zugeführt, in der die beiden Endlosstränge der polymeren Folien 84 und 88 unter Zuhilfenahme einer jeweils dem mittigen Endlosstrang 86 zugewandten Polyethylenschicht entlang der Längsrichtung mittels einer erhitzten schmalen Walze verschweißt werden, um einen mit dem Träger gefüllten schlauchartigen Endlosstrang 94 zu bilden.

[0058] Im Anschluss an die Verschweißeinheit 92 wird der mit einem Träger gefüllte schlauchähnliche Endlosstrang 94 einer zweiten Verschweißeinheit 96 zugeführt, in der im vorliegenden Fall in regelmäßigen Abständen Verschweißungen in Querrichtung an dem schlauchartigen Endlosstrang 94 angebracht werden, um individuelle Beutel zu bilden, von denen einer beispielhaft hier mit der Bezugsziffer 98 bezeichnet ist.

[0059] Es ist einem Fachmann hierbei klar, dass ggf. die beiden Verschweißeinheiten 92 und 96 auch in ihrer Position vertauscht werden können.

[0060] Der so erhaltene Endlosstrang der miteinander verbundenen einzelnen Beutel 98 wird dann einer Anbringeinheit für Abstandhalter 100 zugeführt, wobei an der Oberseite der jeweiligen Beutel 98 Abstandhalter 102 in Form stangenförmiger Polymerkörper angebracht werden.

[0061] Nach der Anbringeinheit 100 wird der nun mit Abstandhaltern 102 versehene Endlosstrang aus Kettenbeuteln einer Aufwickeleinheit 104 zugeführt, wo dieser spiralförmig zu einem Wärmespeichermodul aufgewickelt wird, wobei wiederum das Vorsehen der Abstandhalter dazu führt, dass ein großer Teil der Oberfläche des Wärmespeichermoduls von Luft umströmt werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Wärmespeichermodul, insbesondere zum Einsatz in der Klimatechnik, vorzugsweise im Fahrzeugbau, das einen ein Polymer aufweisenden Endlosstrang (12; 22) aufweist, der mit einem Phasenwechselmateria! befüllt ist, wobei an zumindest einer Oberfläche des Endlosstranges Abstandhalter (28; 48; 72; 102) angeordnet sind und wobei der Endlosstrang entweder schlangenförmig gefaltet oder spiralförmig gewickelt ist, so dass durch die Abstandhalter (28; 48; 72; 102) eine Struktur gebildet wird, in der der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs (12; 22) von Luft umströmt werden kann.

2. Wärmerspeichermodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Endlosstrang (12; 22) ausgewählt ist aus den mit Phasenwechselmaterialien befüllten Kettenbeuteln (64) und den mit Phasenwechselmaterialien gefüllten Polymermatrixsystemen (44).

3. Wärmespeichermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenbeutel (64) aus einer Mehrschichtfolie, vorzugsweise aus einer Aluminium aufweisenden Mehrschichtfolie bestehen.

4. Wärmespeichermodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Kettenbeuteln (64) enthaltene Phasenwechselmaterial in einem Träger enthalten ist.

5. Wärmespeichermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ausgewählt ist aus den Schwämmen, den Geweben und den Verdickungsmitteln.

6. Wärmespeichermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endlosstrang ein Phasenwechselmaterial-Polymer-Compound ist, wobei insbesondere das Polymer LDPE, HDPE, LLDPE und/oder ein Block-Copolymer ist dem ggf. PMMA zugegeben ist.

7. Wärmespeichermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Gehäuse (30) für den Endlosstrang (12; 22) aufweist, wobei das Gehäuse (30) vorzugsweise ein oder mehrere luftleitende Elemente aufweist.

8. Klimagerät, insbesondere Fahrzeugklimagerät, das ein Wärmespeichermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichermoduls (10; 20) mit den folgenden Schritten, nämlich

a) Bereitstellen eines Endlosstrangs (22) an ein Polymer aufweisenden Kettenbeuteln (64),

b) Einfüllen eine Phasenwechselmaterials in die Beutel des Endlosstrangs (22),

c) Anbringen von Abstandhaltern (28; 48; 72; 102) an zumindest einer Seite des Endlosstrangs (22), und

d) Aufwickeln oder Auffalten des befüllten und mit Abstandhaltern (28; 48; 72;

102) versehenen Endlosstranges (22) um eine spiralförmige oder schlan- genförmige Struktur zu erhalten in der der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs (22) von Luft umströmt werden kann,

wobei die Schritte b) und c) ggf. auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenbeutel (64) aus einer Mehrschichtfolie, vorzugsweise aus einer Aluminium aufweisenden Mehrschichtfolie bestehen.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Kettenbeuteln (64) gefüllte Phasenwechselmaterial in einem Träger enthalten ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ausgewählt ist aus den Schwämmen, den Geweben und den Verdickungsmitteln.

13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) durch die folgenden Schritte gebildet werden, nämlich

a1) Bereitstellen eines Endlosstrangs (82) einer ersten ein Polymer aufweisenden Folie,

a2) Auflegen eines Endlosstrangs (84) eines mit zumindest einem Phasen- wechselmaterial imprägnierten Trägers auf den Endlosstrang der ersten Folie,

a3) Auflegen eines Endlosstrangs (86) einer zweiten ein Polymer aufweisenden Folie auf die Kombination aus erster Folie und Träger,

a4) Verschweißen des aus erster Folie, Träger und zweiter Folie gebildeten Endlosstrangs entlang der Längsseiten des Endlosstrangs, a5) ggf. Verschweißen des in a4) gebildeten Endlosstrangs (84) in Querrichtung zur Bildung von einzelnen mit Phasenwechselmaterial befüllten Beuteln,

wobei die Schritte a4) und a5) ggf. auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können.

14. Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichermoduls mit den folgenden Schritten, nämlich

a) Bereitstellen eines Endlosstrangs (44) eines mit Phasenwechselmaterialien gefüllten Polymermatrixsystems,

b) Anbringen von Abstandhaltern (28; 48; 72; 102) an zumindest einer Seite des Endlosstrangs, und

c) Aufwickeln oder Auffalten des mit Abstandhaltern (28, 48; 72; 102) versehenen Endlosstranges um eine spiralförmige oder schlangenförmige Struktur zu erhalten in der der größte Teil der Oberfläche des Endlosstrangs von Luft umströmt werden kann.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Endlosstrang ein Phasenwechselmaterial-Polymer-Compound ist, wobei insbesondere das Polymer LDPE, HDPE, LLDPE und/oder ein Block-Copolymer ist dem ggf. PMMA zugegeben ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, das ferner den Schritt des Einbau- ens des aufgewickelten bzw. aufgefalteten Endlosstrangs in ein Gehäuse (30) aufweist.