WO2013071976A1 - Wärmespeicher - Google Patents

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WO2013071976A1
WO2013071976A1 PCT/EP2011/070408 EP2011070408W WO2013071976A1 WO 2013071976 A1 WO2013071976 A1 WO 2013071976A1 EP 2011070408 W EP2011070408 W EP 2011070408W WO 2013071976 A1 WO2013071976 A1 WO 2013071976A1
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heat
heat storage
container
engine
oil
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PCT/EP2011/070408
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Andreas Eilemann
Spasoje Ignjatovic
Rüdiger KÖLBLIN
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Behr Gmbh & Co. Kg
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Priority to CN201180074889.2A priority patent/CN103988045B/zh
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    • F01M5/02—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
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    • F01P2011/205—Indicating devices; Other safety devices using heat-accumulators
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 a heat accumulator according to claim 1 and to a heat accumulator according to claims 3 and 4,
  • Heat storage especially for use in a motor vehicle, are known in a variety of the prior art.
  • a well-known type of heat storage which is also designed and implemented for use in motor vehicles, for example, the latent heat storage, which consists of an inner container, the memory core in which ateriespe I ascertain, for example, a storage salt, and an outer container with an interposed Heat insulation exists.
  • the known heat storage types are provided for heat insulation of the engine oil or the cooling water.
  • a disadvantage of the known heat accumulators is that the heat storage due to the choice of materials (usually stainless steel) is subject to a high design effort at the same time increased production costs and complex operating processes are necessary due to their technical design. Such heat storage thus take in terms of their structural and technical design still wishes open.
  • the object is achieved according to the invention characterized in that the heat storage, in particular for use in a motor vehicle, with a einbrinkbaren in the engine oil circuit, with the engine running through the motor oil and is decoupled from the circuit heat storage container is provided with the engine off, being used as a heat storage tank Oil sump of the engine, in particular in its lower part, is provided and provided with heat-insulating container walls and in particular an element for increasing the heat capacity of the heat storage is provided cher.
  • a part or area of the oil pan thus acts as a heat storage, wherein in the heat storage, the hot oil can be stored when the engine is turned off. When the engine is restarted or the vehicle is opened, the hot stored engine oil can be pumped back into the engine.
  • the blocking of the hot engine oil in the heat storage tank can be done via at least one valve or the like.
  • the oil sump is essentially formed in one piece and includes in a lower portion of the heat storage container.
  • an oil-filled transmission housing in particular automatic transmission housing may be provided, wherein the transmission housing is shared as a heat storage tank and designed accordingly.
  • the oil pan and the transmission housing are divided into two separate layers.
  • a further embodiment provides to propose a heat accumulator, in particular for use in a motor vehicle, with a heat storage tank which can be incorporated into the engine oil circuit, flows through the engine oil when the engine is running and is decoupled from the circuit when the engine is switched off, the heat storage tank being a separate heat-insulated auxiliary tank may be formed, and wherein the additional container is arranged in the region of the oil pan or at this and connected via corresponding means with this, to allow inflow of hot oil from the oil pan in the additional container or from the additional container into the oil pan into and in particular, an element for increasing the heat capacity of the heat accumulator is provided.
  • a further embodiment provides a heat accumulator, in particular for use in a motor vehicle, with a heat storage container through which the engine can flow when the engine is running and is disconnected from the circuit when the engine is switched off, wherein the heat accumulator is an auxiliary reservoir having an inlet opening and an outlet opening is provided and provided with heat-insulating container walls, and wherein in particular an element for increasing the heat capacity of the heat accumulator is provided.
  • the engine With the heat storage tank faster heating of the interior is made possible by faster heating of the engine.
  • the engine generates heat that is stored in the cooling water and released via the radiator. This heat should be stored so that the engine can be brought to operating temperature after a restart as soon as possible after a long time.
  • the coolant is reheated during replacement.
  • the heat accumulator releases hot coolant into the engine and cold coolant flows into the heat accumulator, where it is reheated to a higher temperature by the hot heat accumulator.
  • not only cold cooling liquid is supplied to the cooling liquid circuit, but also a preheated cooling liquid, which does not load the coolant temperature during operation as much as if the cooling liquid had not been preheated.
  • the saucer is also used as a reservoir of the engine coolant circuit.
  • the heat storage tank consists of heat-insulating container walls of each other, in particular cylindrical, inner or outer containers, each with intermediate heat insulating layer.
  • two cylindrical closed containers made of plastic or other suitable materials are provided, wherein a container is larger and a container is smaller, such that the larger container is suitable for receiving the smaller container, wherein between the outer container wall of the small Container and the inner container wall of the larger container, a heat-insulating intermediate layer is provided (thermos principle).
  • a small container In the larger container is, in the described embodiment, a small container.
  • the inner container flows through the respective heat storage medium with the engine running and can be decoupled when it is switched off in the sense of a thermally insulated storable heat reservoir.
  • the inner container may have two or more nozzles, or the like, which are connected to the coolant circuit and can be guided to the outside through suitable openings in the outer container. The connections themselves can also be insulated from the inside to reduce heat loss.
  • valves in particular non-return valves, or floats or the like may be provided for demarcation or shut-off ticks, so that the heat accumulator results in a completely insulated and thermally sealed system.
  • a heat insulating layer may be provided in the form of a plastic insulating layer.
  • a heat insulating layer may be provided in the form of an air insulating layer.
  • foam, styrofoam, silica or, for example, vacuum plates can also be used as the insulating layer.
  • a panel-like construction of a heat storage tank may be provided, such that the heat storage tank has a plurality of individual through-flow or flow around insulation panels (vacuum panels).
  • both the inner and the outer container are made of plastic.
  • the heat insulating layer is formed between the two containers as an evacuated thermal insulation body.
  • Such heat-insulating body consist for example of a core of pressed silica powder, which is vacuum-tight packed or packed in a high barrier film.
  • the shape of this heat-insulating body is preferably plate-shaped, but can take almost any shape depending on the application.
  • evacuated heat insulation body can be dispensed in particular to the evacuation of the space between the inner and outer container.
  • the inlet opening is formed as an inlet nozzle and the outlet opening as an outlet nozzle, wherein preferably the inlet nozzle and / or the outlet nozzle is at least partially disposed between the inner and outer container.
  • the heat accumulator comprises a plurality of chambers communicating through each through at least one opening connected to each other.
  • the element for increasing the thermal capacity is an element which is connected to the inner container or formed integrally therewith.
  • a good thermal connection can be achieved, which leads to rapid charging or discharging, which leads to the rapid heating of, for example, cooling fluid flowing into the heated heat accumulator.
  • the element is a plastic or metal element which has or causes an increased wall thickness.
  • the element reinforces the wall of the inner container at least regionally or in its entirety, or if the wall, in particular of the inner container, possibly also of the outer container, is provided with an increased wall thickness.
  • An inventive heat storage is not only suitable for the storage of thermal energy of internal combustion engines. It is also suitable for use in vehicles with electric or hybrid drive. It can also be used for example in a fluid circuit for temperature control of the battery of the vehicle. This is particularly advantageous, thereby the temperature of the battery is accelerated, if
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first heat storage device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second heat accumulator according to the invention.
  • FIG. 3 shows the schematic illustration of a third heat accumulator according to the invention
  • Fig. 4 according to the heat storage.
  • Fig. 3 in plan view;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further heat accumulator according to the invention
  • Fig. 6 is a schematic representation of another heat storage device according to the invention.
  • Fig. 7 shows an embodiment with an element with increased heat capacity.
  • Fig. 1 shows a heat storage 1, for use in a motor vehicle, being provided as a heat storage tank 2, the oil pan 3 of the motor 4, in particular in its lower part 5, and provided with heat-insulating container walls 6.
  • the heat storage tank 2 is made in one piece with the motor housing 7. Within the motor housing 7, an amount of oil 8 is present.
  • the oil 8 is located within the motor housing 7 and surrounds the arranged within the motor housing 7 drive elements 9.
  • the motor 4 is located in the schematic representation shown here in a position of use or in operative operation.
  • the oil 8 present inside the motor housing 7 can flow into the heat storage tank 2 via the inlet openings 10 and 11, which are closed and releasable by means of two valves 12, 13, where it is kept warm due to the heat-insulating properties of the same , If the motor vehicle is started again or the doors are opened, the warm oil 8 can be pumped back into the motor housing 7 via a mechanism, not shown, in particular a pump.
  • the inner region 14 of the heat storage container 2 is thermally insulated.
  • This inner region 14 can be permanently flowed through (with the valves 12, 13 open) and can only be closed when the engine 4 is switched off or serve as an extra reservoir, which is only opened when the engine 4 is switched off.
  • the targeted formation of the inner wall of the container which comes into contact with the oil, a targeted increase in the heat capacity can be achieved. This can be done by the choice of material, the wall thickness or by the provision of an additional component.
  • FIG. 2 shows a heat accumulator 15 for use in a motor vehicle, with a heat storage tank 16 that can be integrated into the engine coolant circuit, wherein an additional tank is provided as the heat storage tank 16, which with heat-insulating tank walls 18, 19 consists of mutually, in particular cylindrical, walls , inner and outer containers 20, 21 each with intermediate heat insulating layer 22 consists.
  • the containers 20, 21 are made of plastic and each have a removable cover element 23, 24. About dowel pins 25, 26 of the inner re container 20 are fixed within the outer container 21.
  • the cover element 24 has two through openings 30, 31 guided in the cover member 23 connecting pieces 27, 28, via which the inner container 20 can be connected to the engine-coolant circuit.
  • the connecting pieces 27, 28 can be closed and opened by means of valves, not shown.
  • the cooling water 29 is stored thermally insulated, which can if necessary, for example when starting the engine, via a mechanism, not shown, in particular a pump, can be transported back into the engine coolant circuit.
  • the heat insulating layer 22 may be made of styrofoam.
  • a targeted increase in the heat capacity can be achieved. This can be done by the Materialwahi, the wall thickness or by the provision of an additional component.
  • the wall thickness can be optimized, so that an increased capacity results.
  • the choice of plastic can provide benefits in terms of increasing the capacity.
  • Fig. 3 shows a heat accumulator 32 consisting of plastic and having a plurality of inner and / or outer insulation panels 33, through which the medium to be kept warm can flow.
  • Fig. 4 shows the heat storage 32 in plan view. Evident are the two connecting pieces 35 and 36, via which the heat accumulator 32, for example, to an engine coolant circuit, similar to that described in FIG. 2, can be connected.
  • FIGS. 5 and 6 show a further inventive heat accumulator according to the present invention, wherein in the two figures, for the sake of clarity, only the inner container 20 is shown.
  • several openings 37 can be seen in FIG. 5, through which the cooling fluid can flow through the individual chambers 38 in a serpentine manner.
  • Each of the eight chambers is thus fluidly through an opening connected to an adjacent chamber.
  • Fig. 6 shows the heat accumulator according to the invention in a side view.
  • the inlet 27 and outlet pipe 28 which are arranged between the inner 20 and the outer container, not shown.
  • the inlet and outlet ports respectively open into an inlet 40a and outlet channel 40b, wherein the inlet and outlet channel is formed such that open spaces 39 arise between the inner container 20 and the two stubs.
  • These clearances 39 are provided for a heat insulating layer, not shown, so that it is possible to thermally decouple the inner container 20 from the nozzle.
  • thermosyphons create a temperature stratification between the hot coolant and the cold connection. Thus, a total of thermal discharge at standstill of the cooling liquid can be avoided.
  • FIG. 7 shows a heat accumulator 15, for use in a motor vehicle, with a heat storage tank 16 that can be integrated into the engine coolant circuit, wherein an additional tank is provided as the heat accumulator tank 16, with heat-insulating tank walls 18, 19 made of one another, in particular cylindrical , inner or outer containers 20, 21, each with an intermediate heat insulating layer 22.
  • the heat accumulator essentially corresponds to that of FIG. 2, wherein the wall of the inner container has a double-layered construction.
  • the container is provided with Wandaufiage 50, wherein the lid is provided with the support 51.
  • the targeted formation of the wall of the container 20, which comes into contact with the cooling liquid a targeted increase in the heat capacity can be achieved. This can be done by the choice of material, the wall thickness or by the provision of an additional component.
  • the wall thickness can be optimized in the choice of plastic as a wall material targeted so that increased capacity results.
  • the choice of plastic can provide benefits in terms of increasing the capacity.

Abstract

Wärmespeicher (1), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motoröl-Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor (4) von dem Motoröl (8) durchströmten und bei abgeschaltetem Motor (4) von dem Kreislauf abgekoppelten Wärmespeicherbehälter (2), wobei als Wärmespeicherbehälter (2) die Ölwanne (3) des Motors (4), insbesondere in ihrem unteren Teil (5), vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden (6) versehen ist und insbesondere ein Element zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers vorgesehen ist.

Description

Wärmespeicher
Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher gemäß Anspruch 1 sowie einen Wärmespeicher gemäß der Ansprüche 3 und 4,
Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, sind in einer Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannt. Ein bekannter Wärmespeichertyp, der auch für den Einsatz in Kraftfahrzeugen konzipiert und realisiert ist, ist beispielsweise der Latentwärmespeicher, der aus einem Innenbehälter, dem Speicherkern, in dem sich ein Wärmespe ich ermittel, z.B. ein Speichersalz, befindet und aus einem Außenbehälter mit einer dazwischen vorgesehenen Wärmeisolation besteht. Beispielsweise werden die bekannten Wärmespeichertypen für eine Wärmeisolation des Motoröls oder des Kühlwassers vorgesehen. Nachteilig an den bekannten Wärmespeichern ist jedoch, dass die Wärmespeicher aufgrund der Materialwahl (zumeist Edelstahl) einem hohen konstruktiven Aufwand bei gleichzeitig erhöhten Herstellungskosten unterliegen und aufgrund ihrer technischen Ausgestaltung aufwendige Betriebsprozesse notwendig sind. Derartige Wärmespeicher fassen somit im Hinblick auf ihre konstruktive und technische Ausgestaltung noch Wünsche offen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, verbesserte Wärmespeicher zur Verfü- gung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Wärmespeicher mit den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un- teransprüche.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motoröl-Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor von dem Motoröl durchströmten und bei abgeschaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppelten Wärmespeicherbehälter versehen ist, wobei als Wärmespeicherbehälter die Ölwanne des Motors, insbesondere in ihrem unteren Teil, vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden versehen ist und insbesondere ein Element zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespei- chers vorgesehen ist.
Ein Teil bzw. Bereich der Ölwanne fungiert somit als Wärmespeicher, wobei in dem Wärmespeicher das heiße öl gespeichert werden kann wenn der Motor abgestellt wird. Wird der Motor wieder gestartet oder das Fahrzeug geöffnet, kann das heiße gespeicherte Motoröl zurück in den Motor gepumpt bzw. gefördert werden. Die Absperrung des heißen Motoröls im Wärmespeicherbehälter kann über zumindest ein Ventil oder dergleichen erfolgen. Mit Hilfe des Wärmespeicherbehälters ist ein schnelleres Aufheizen des Innenraums durch schnelleres Erhitzen des Motoröls sowie ein geringerer Kraft- stoffverbrauch in der Kaltlaufphase (weniger Reibung im Motor durch warmes Motoröl) realisierbar. Die Ölwanne ist hierbei im Wesentlichen einstückig ausgebildet und beinhaltet in einem unteren Teilbereich den Wärme- speicherbehälter. Durch die Erhöhung der Wärmekapazität mittels des Elementes zur Erhöhung der Wärmekapazität kann dieser Effekt weiterhin gesteigert werden, weil dadurch ein Nachheizen des im Wärmespeicher befindlichen Fluids beim Austausch erfolgt,
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein ölgefülltes Getriebegehäuse, insbesondere Automatik-Getriebegehäuse vorgesehen sein kann, wobei das Getriebegehäuse als Wärmespeicherbehälter mitbenutzt und entsprechend ausgebildet ist. Insbesondere wird die Ölwanne und das Getriebegehäuse in zwei separate Schichten geteilt. Wird der Motor abgestellt, schließen die Ventile den isolierten Bereich der Ölwanne ab, so dass das dem isolierten Bereich der Ölwanne zugeführte Öl nicht weiter oder nur geringfügig abkühlen kann. Auch hier kann die Speicherung des heißen Getriebeöls eine schnelle und schonende Aufheizung des Motors in der Kaltlaufphase und schnellere Höchstbelastungsgrenzen der einzelnen Getriebekomponenten bewirken.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, einen Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motoröl- Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor von dem Motoröl durchströmten und bei abgeschaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppelten Wärmespeicherbehälter vorzuschlagen, wobei der Wärmespeicherbehälter als separater wärmeisolierter Zusatzbehälter ausgebildet sein kann, und wobei der Zusatzbehälter im Bereich der Ölwanne oder an dieser angeordnet und über entsprechende Mittel mit dieser verbunden ist, um einen Zufluss von heißem Öl aus der Ölwanne in den Zusatzbehälter hinein oder von dem Zusatzbehälter hinaus in die Ölwanne hinein zu ermöglichen und wobei insbesondere ein Element zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers vorgesehen ist.
Denkbar wäre beispielsweise den Zusatzbehälter unmittelbar an einen Teilbereich der Ölwanne anzuschließen, um Bauraum zu sparen. Eine weitere Ausführungsform sieht einen Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motor-Kühlflüssigkeit- Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor durchströmten und bei abge- schaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppeltem Wärmespeicherbehalter vor, wobei als Wärmespeicherbehalter ein Zusatzbehälter mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden versehen ist und wobei insbesondere ein Element zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers vorgesehen ist.
Mit dem Wärmespeicherbehalter wird ein schnelleres Aufheizen des Innenraums durch schnelleres Erhitzen des Motors ermöglicht. Insbesondere erzeugt der Motor Wärme, die im Kühlwasser gespeichert und über den Kühler abgegeben wird. Diese Wärme soll gespeichert werden, damit der Motor, nachdem er längere Zeit gestanden war, nach einem Neustart möglichst schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden kann.
Durch die erhöhte Wärmekapazität wird die Kühlfiüssigkeit beim Austausch nachgeheizt. Der Wärmespeicher gibt heiße Kühlflüssigkeit in den Motor ab und kalte Kühlflüssigkeit strömt in den Wärmespeicher nach und wird dort durch den heißen Wärmespeicher auf eine höhere Temperatur nachgeheizt. Dadurch wird dem Kühlflüssigkeitskreislauf nicht nur kalte Kühlflüssigkeit zugeführt, sondern eine vorgewärmte Kühlfiüssigkeit, was die Kühlmitteltem- peratur im Betrieb nicht so stark belastet, als wenn die Kühlflüssigkeit nicht vorgewärmt wäre.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Wärmespeicherbehalter auch als Ausgleichsbehälter des Motor-Kühlflüssigkeit-Kreislaufs ver- wendet. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird Gewicht eingespart, so dass in weiterer Folge der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs verringert werden kann. Beispielsweise besteht der Wärmespeicherbehälter aus wärmeisolierenden Behälterwänden aus zueinander, insbesondere zylindrischen, inneren bzw. äußeren Behältern mit jeweils zwischenliegender Wärmeisolierschicht. Bei- spielsweise sind zwei zylindrische geschlossene Behälter aus Kunststoff o- der anderen geeigneten Materialien vorgesehen, wobei ein Behälter größer und ein Behälter kleiner ausgebildet ist, dergestalt, dass der größere Behälter zur Aufnahme des kleineren Behälters geeignet ist, wobei zwischen der äußeren Behälterwand des kleinen Behälters und der inneren Behälterwand des größeren Behälters eine wärmeisolierende Zwischenschicht vorgesehen ist (Thermoskannen-Prinzip). In dem größeren Behälter befindet sich, in der geschilderten Ausführung, ein kleiner Behälter. Zur Verbesserung der Wärmedämmung ist der dazwischenliegende Zwischenraum evakuiert. Durch beispielsweise eine Beschichtung oder Verspiegelung der dem Nutzinhalt zugewandten Seite, kann der Wärmeverlust durch Reflexion der Wärmestrahlung weiter vermindert werden. Durch diese Konstruktion wird der Wärmeausgleich zwischen innen und außen, der sowohl durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung als auch durch Konvektion erfolgen kann, verringert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der innere Behälter von dem jeweiligen Wärmespeichermedium bei laufendem Motor durchströmt und bei dessen Abschaltung im Sinne eines thermisch isolierten speicherbaren Wärmereservoirs abkoppelbar ist. Beispielsweise kann der innere Behälter zwei oder mehr Stutzen, oder dergleichen aufweisen, die an den Kühlmittel- kreislauf angeschlossen sind und durch geeignete Öffnungen im äußeren Behälter nach außen geführt werden können. Die Anschlüsse selber können ebenfalls von innen isoliert werden, um Wärmeverluste zu verringern. Ferner können zu Abgrenzungs- oder Absperrzecken Ventile, insbesondere Rückschlagventile, oder Schwimmer oder dergleichen vorgesehen sein, so dass sich durch den Wärmespeicher ein in sich komplett isoliertes und thermisch abgeschlossenes System ergibt. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine Wärme-Isolierschicht in Form einer Kunststoff-Isolierschicht vorgesehen sein kann. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine Wärme-Isolierschicht in Form einer Luft-Isolierschicht vorgesehen sein kann. Beispielsweise können als Isolationsschicht ferner Schaum, Styropor, Kieselsäure oder beispielsweise Vakuumplatten zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein paneelartiger Aufbau eines Wärmespeicherbehälters vorgesehen sein, dergestalt, dass der Wärmespeicherbehälter eine Vielzahl von einzelnen durchströmten oder umströmten Isolationspaneelen (Vakuumpaneelen) aufweist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass sowohl der innere als auch der äußere Behälter aus Kunststoff ausgebildet sind. Ferner ist in dieser Ausführungsform nicht zwingend, aber bevorzugt, die Wärmeisolierschicht zwischen den beiden Behältern als ein evakuierter Wärmedämm- körper ausgebildet. Derartige Wärmedämmkörper bestehen beispielsweise aus einem Kern aus gepresstem Kieselsäurepulver, der in einer Hochbarrierenfolie vakuumdicht verpackt beziehungsweise eingepackt ist. Die Form dieser Wärmedämmkörper ist bevorzugt plattenförmig, kann jedoch je nach Anwendungsfall fast jede beliebige Form einnehmen. Durch die Verwendung derartiger evakuierter Wärmedämmkörper kann insbesondere auf das Evakuieren des Raumes zwischen dem inneren und äußeren Behälter verzichtet werden. Somit kann insgesamt ein kostengünstiger Wärmespeicher zur Verfügung gestellt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einlassöffnung als ein Einlassstutzen und die Auslassöffnung als ein Auslassstutzen ausgebildet ist, wobei bevorzugt der Einlassstutzen und/oder der Auslassstutzen zumindest teilweise zwischen dem inneren und äußeren Behälter angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Wärmespeicher mehrere Kammern, die durch jeweils durch mindestens eine Öffnung kommunizierend miteinander verbunden sind. Somit ist es möglich durch die Größe der Öffnung das Entladeverhalten gezielt zu beeinflussen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Element zur Erhöhung der Wärmeka- pazität ein Element ist, das mit dem inneren Behälter verbunden oder mit diesem einteilig ausgebildet ist. Dadurch kann eine gute thermische Anbin- dung realisiert werden, die zur schnellen Aufladung bzw. Entladung führt, was zum schnellen Erwärmen beispielsweise von Kühlflüssigkeit führt, die in den erwärmten Wärmespeicher einströmt.
Weiterhin ist es auch zweckmäßig, wenn das Element ein Kunststoff- oder Metallelement ist, welches eine erhöhte Wandstärke aufweist oder bewirkt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn das Element die Wand des inneren Behälters zumindest bereichsweise oder gesamtheitlich verstärkt oder die Wand insbesondere des inneren Behälters ggf. auch des äußeren Behälters mit einer erhöhten Wandstärke versehen ist. Durch eine zumindest im Wesentlichen gesamtheitliche Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers durch die Wandung des Wärmespeichers selbst, kann eine effektive Nutzung er- zielt werden, weil der direkte Wärmeübergang von der Wandung zur Flüssigkeit erfolgen kann.
Ein erfindungsgemäßer Wärmespeicher eignet sich nicht nur für die Speicherung von thermischer Energie von Brennkraftmaschinen. Er ist auch ge- eignet in Fahrzeugen mit Elektroantrieb oder mit Hybridantrieb eingesetzt zu werden. Dabei kann er beispielsweise auch in einem Fluidkreislauf zur Temperierung der Batterie des Fahrzeugs eingesetzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, das dadurch die Temperierung der Batterie beschleunigt wird, wenn
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Wärmespeichers;
Fig. 2 die schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Wärmespeichers;
Fig. 3 die schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen Wärmespeichers; Fig. 4 den Wärmespeicher gem. Fig. 3 in Draufsicht;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmespeichers; Fig. 6 die schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmespeichers; und
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel mit einem Element mit erhöhter Wärmekapazität.
Fig. 1 zeigt einen Wärmespeicher 1 , zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei als Wärmespeicherbehälter 2 die Ölwanne 3 des Motors 4, insbesondere in ihrem unteren Teil 5, vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden 6 versehen ist.
Der Wärmespeicherbehälter 2 ist einstückig mit dem Motorgehäuse 7 hergestellt. Innerhalb des Motorgehäuses 7 ist eine Menge an Öl 8 vorhanden. Das Öl 8 befindet sich innerhalb des Motorgehäuses 7 und umgibt die innerhalb des Motorgehäuses 7 angeordneten Antriebselemente 9. Der Motor 4 befindet sich in der hier gezeigten schematischen Darstellung in einer Gebrauchsstellung bzw. im Wirkbetrieb.
Wird der Motor abgestellt, kann das innerhalb des Motorgehäuses 7 vorhandene Öl 8 über die Einlassöffnungen 10 und 1 1 , welche mittels zweier Ventile 12, 13 verschlossen und freigebbar sind, in den Wärmespeicherbehälter 2 fließen und wird dort aufgrund der wärmeisolierenden Eigenschaften dessel- ben warmgehalten. Wird das Kraftfahrzeug wieder gestartet oder werden die Türen geöffnet, kann das warme Öl 8 über einen nicht dargestellten Mechanismus, insbesondere eine Pumpe, zurück in das Motorgehäuse 7 gepumpt werden. Insbesondere ist somit der innere Bereich 14 des Wärmespeicherbehälters 2 wärmeisoliert. Dieser innere Bereich 14 kann dauerdurchströmt sein (bei geöffneten Ventilen 12, 13) und nur bei abgestelltem Motor 4 verschlossen werden oder als extra Speicher dienen, der nur geöffnet wird, wenn der Motor 4 abgestellt wird. Durch die gezielte Ausbildung der Innenwand des Be- hälters, die mit dem Öl in Berührung kommt, kann eine gezielte Erhöhung der Wärmekapazität erreicht werden. Dies kann durch die Materialwahl, die Wandstärke oder durch das Vorsehen eines Zusatzbauteils erfolgen.
Fig. 2 zeigt einen Wärmespeicher 15, zur Verwendung in einem Kraftfahr- zeug, mit einem in den Motor-Kühlflüssigkeit-Kreislauf einbindbaren Wärmespeicherbehälter 16, wobei als Wärmespeicherbehälter 16 ein Zusatzbehälter vorgesehen ist, der mit wärmeisolierenden Behälterwänden 18, 19 aus zueinander, insbesondere zylindrischen, inneren bzw. äußeren Behältern 20, 21 mit jeweils zwischenliegender Wärmeisolierschicht 22 besteht.
Die Behälter 20, 21 sind aus Kunststoff gefertigt und weisen jeweils ein abnehmbares Deckelelement 23, 24 auf. Über Passstifte 25, 26 kann der inne- re Behälter 20 innerhalb des äußeren Behälters 21 fixiert werden. Das Deckelelement 24 weist zwei durch Öffnungen 30, 31 im Deckelelement 23 geführte Anschlussstutzen 27, 28 auf, über die der innere Behälter 20 an den Motor-Kühlmittel-Kreislauf anbindbar ist. Die Anschlussstutzen 27, 28 kön- nen mittels nicht dargestellter Ventile verschlossen und geöffnet werden. Innerhalb des Behälters 20 ist das Kühlwasser 29 wärmeisoliert gespeichert, welches bei Bedarf, z.B. beim Starten des Motors, über einen nicht dargestellten Mechanismus, insbesondere eine Pumpe, zurück in den Motor- Kühlflüssigkeit-Kreislauf befördert werden kann. Beispielsweise kann die Wärmeisolierschicht 22 aus Styropor bestehen.
Durch die gezielte Ausbildung der Wand des Behälters 20, die mit der Kühlflüssigkeit in Berührung kommt, kann eine gezielte Erhöhung der Wärmekapazität erreicht werden. Dies kann durch die Materialwahi, die Wandstärke oder durch das Vorsehen eines Zusatzbauteils erfolgen. So kann bei der Wahl von Kunststoff als Wandmaterial die Wandstärke gezielt optimiert werden, so dass eine erhöhte Kapazität resultiert. Auch kann die Wahl des Kunststoffs Vorteile hinsichtlich der Erhöhung der Kapazität erbringen. Fig. 3 zeigt einen Wärmespeicher 32 bestehend aus Kunststoff und aufweisend mehrere innere und/oder äußere Isolationspaneele 33, durch die das warmzuhaltende Medium strömen kann. Fig. 4 zeigt den Wärmespeicher 32 in Draufsicht. Zu erkennen sind die beiden Anschlussstutzen 35 und 36, über die der Wärmespeicher 32 beispielsweise an einen Motor-Kühlflüssigkeit- Kreislauf, ähnlich wie unter Fig. 2 beschrieben, angeschlossen werden kann.
Die Fig. 5 und Fig.6 zeigen einen weiteren erfindungsgemäßen Wärmespeicher gemäß vorliegender Erfindung, wobei in den beiden Figuren der Übersichtlichkeit halber lediglich der innere Behälter 20 dargestellt ist. In Fig. 5 sind insbesondere mehrere Öffnungen 37 zu erkennen, durch die die Kühlflüssigkeit serpentinenartig durch die einzelnen Kammern 38 strömen kann. Jede der insgesamt acht Kammern ist somit durch eine Öffnung fluidisch mit einer benachbarten Kammer verbunden. Je nach Größe der einzelnen Öffnungen ist es somit möglich, das Entladeverhalten der Kühlflüssigkeit zu beeinflussen. Fig. 6 zeigt den erfindungsgemäßen Wärmespeicher in einer Seitenansicht. Zu erkennen ist der Einlass- 27 beziehungsweise Auslassstutzen 28, die zwischen dem inneren 20 und dem nicht dargestellten äußeren Behälter angeordnet sind. Der Einlass- beziehungsweise Auslassstutzen münden jeweils in einen Einlass- 40a beziehungsweise Auslasskanal 40b, wobei der Einlass- beziehungsweise Auslasskanal derart ausgebildet ist, dass zwischen dem inneren Behälter 20 und den beiden Stutzen Freiräume 39 entstehen. Diese Freiräume 39 sind für eine nicht dargestellte Wärmeisolierschicht vorgesehen, so dass es möglich ist, den inneren Behälter 20 von den Stutzen thermisch zu entkoppeln. Zusätzlich wird durch Thermosiphons eine Tempera- turschichtung zwischen der heißen Kühlflüssigkeit und den kalten Stutzen erzeugt. Somit kann insgesamt ein thermisches Entladen bei Stillstand der Kühlflüssigkeit vermieden werden.
Fig. 7 zeigt einen Wärmespeicher 15, zur Verwendung in einem Kraftfahr- zeug, mit einem in den Motor-Kühlflüssigkeit-Kreislauf einbindbaren Wärmespeicherbehälter 16, wobei als Wärmespeicherbehälter 16 ein Zusatzbehälter vorgesehen ist, der mit wärmeisolierenden Behälterwänden 18, 19 aus zueinander, insbesondere zylindrischen, inneren bzw.. äußeren Behältern 20, 21 mit jeweils zwischenliegender Wärmeisolierschicht 22 besteht. Der Wär- mespeicher entspricht im Wesentlichen dem der Figur 2, wobei die Wand des inneren Behälters doppellagig ausgebildet ist. Der Behälter ist mit der Wandaufiage 50 versehen, wobei der Deckel mit der Auflage 51 versehen ist. Durch die gezielte Ausbildung der Wand des Behälters 20, die mit der Kühlflüssigkeit in Berührung kommt, kann eine gezielte Erhöhung der Wär- mekapazität erreicht werden. Dies kann durch die Materialwahl, die Wandstärke oder durch das Vorsehen eines Zusatzbauteils erfolgen. So kann bei der Wahl von Kunststoff als Wandmaterial die Wandstärke gezielt optimiert werden, so dass eine erhöhte Kapazität resultiert. Auch kann die Wahl des Kunststoffs Vorteile hinsichtlich der Erhöhung der Kapazität erbringen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Wärmespeicher (1 ), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motoröl-Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor (4) von dem Motoröl (8) durchströmten und bei abgeschaltetem Motor (4) von dem Kreislauf abgekoppelten Wärmespeicherbehälter (2), wobei als Wärmespeicherbehälter (2) die Ölwanne (3) des Motors (4), insbesondere in ihrem unteren Teil (5), vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden (6) versehen ist und insbesondere ein Element zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers vorgesehen ist.
2. Wärmespeicher nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch, ein ölgefüll- tes Getriebegehäuse, insbesondere Automatik-Getriebegehäuse, wobei das Getriebegehäuse als Wärmespeicherbehälter mitbenutzt und entsprechend ausgebildet ist.
3. Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motoröl-Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor von dem Motoröl durchströmten und bei abgeschaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppelten Wärmespeicherbehälter, wobei der Wärmespeicherbehälter als separater wärmeisolierter Behälter ausgebildet ist, wobei der Behälter im Bereich der Ölwanne angeordnet und über entsprechende Mittel mit dieser verbunden ist, um einen Zufluss von Öl aus der Ölwanne in den Behälter hinein oder von dem Behälter hinaus in die Ölwanne hinein zu ermöglichen und insbesondere ein Element zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers vorgesehen ist.
4. Wärmespeicher (15, 32), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motor-Kühlflüssigkeit-Kreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor durchströmten und bei abgeschaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppeltem Wärmespeicherbehälter (16), wobei als Wärmespeicherbehälter (16) ein Zusatzbehälter mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung vorgesehen und mit wärmeisolierenden Behälterwänden (18, 19) versehen ist und insbesondere ein Element zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers vorge-
. sehen ist.
5. Wärmespeicher nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch, wärmeisolierende Behälterwände (18, 19) aus zueinander, insbesondere zylindrischen, inneren bzw. äußeren Behältern (20, 21 ) mit jeweils zwischenliegender Wärmeisolierschicht (22).
6. Wärmespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Behälter (20) von dem jeweiligen Wärmespeichermedium bei laufendem Motor durchströmt und bei dessen Abschaltung im Sinne eines thermisch isolierten speicherbaren Wärmereservoirs abkoppelbar ist.
7. Wärmespeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere (20) und der äußere (21 ) Behälter aus Kunststoff ausgebildet sind.
8. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierschicht (22) als ein evakuierter Wärmedämmkörper ausgebildet ist.
9. Wärmespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmedämmkörper gepresstes Kieselsäurepulver umfasst.
10. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch, eine Wärme-Isolierschicht in Form einer Kunststoff-Isolierschicht (33).
1 1. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Wärme-Isolierschicht in Form einer Luft-Isolierschicht.
12. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 4 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung als ein Einlassstutzen (27, 35) und die Auslassöffnung als ein Auslassstutzen (28, 36) ausgebildet ist.
13. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassstutzen und/oder der Auslassstutzen zumindest teilweise zwischen dem inneren und äußeren Behälter angeordnet ist.
14. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher mehrere Kammern (38) umfasst, die jeweils durch zumindest eine Öffnung (37) kommunizierend miteinander verbunden sind.
15. Wärmespeicher nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zur Erhöhung der Wärmekapazität ein Element ist, das mit dem inneren Behälter verbunden oder mit diesem einteilig ausgebildet ist.
16. Wärmespeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Kunststoff- oder Metallelement ist, welches eine erhöhte Wandstärke aufweist.
17. Wärmespeicherelement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Element die Wand des inneren Behälters zumindest bereichsweise oder gesamtheitlich verstärkt oder die Wand des inneren Behälters mit einer erhöhten Wandstärke versehen ist.
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