DE8509842U1 - Container for preheating the (starter) battery of internal combustion engines - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung unterkllhibarer Latentwärme-Speichermassen zur gezielten und v/i UkUrI Ich abrufbären Vorwärmung kaiteempfindlIcher Baugruppen von Verbrennungskraf tniaschlnen u.dgl. und betrifft die Vorwärmung der (Starter-) Batterie von Verbrennungskraftmaschinen. Es Ist bekannt, daß die Kapazität von in Kraftfahrzeugen verwendeten wiederaufladbaren Batterien bei einer Temperatur von -15 C nur noch \/k bis 1/3 betrügt, und eine schwach geladene Batterie erreicht bei diesen Temperaturen schnei! ihre Entladeschlußspannung.The invention relates to the use of low-temperature latent heat storage masses for the targeted and v / i UkUrI I retrievable preheating of kaite-sensitive assemblies of combustion power tniaschlnen and the like. And relates to the preheating of the (starter) battery of internal combustion engines. It is known that the capacity of rechargeable batteries used in motor vehicles at a temperature of -15 C, only \ / k to 1/3 cheating, and a weakly charged battery reaches schnei at these temperatures! their final discharge voltage.

Ls sind bereits Vorschlüge bekannt geworden, die Starterbatterie vorzuwiirmen, z.B. Heizelemente in der Wandung des Batteriebehälters anzuordnen (DE-PS 6'» 70 03) oder sie In einen Trog zu setzen (DE-OS 17 71 073). Jedoch muß hlerbei die Heizleistung entweder aus der Batterie entnommen werden oder aus einer externen Stromquelle, die aber bei Im Freien abgestellten fahrzeugen In aller Regel nicht vorhanden und nicht erreichbar Ist.There are already proposals known to vorzuwiirm the starter battery, e.g. heating elements in the wall of the To arrange the battery container (DE-PS 6 '»70 03) or to put it in a trough (DE-OS 17 71 073). However, the heating power must either be taken from the battery or from an external power source, which is usually not the case with vehicles parked outdoors exists and cannot be reached.

In der DE-OS lh J»8 739 Ist ausführlich dargelegt, daß WSrmeenergie als Schmelzenthalpie in unterkühlten Salzschmelzen Ober lange Zeiträume verlustfrei gespeichert werden kann. Eine solche Schmelze Ist Natriumacetat-Trlhydrat. Seine Enthalpietemperatur für den Übergang flüssig-fest liegt bei 58° C, die speicherbare Latentwh'rme pro Gewichts- oder Volumeneinheit ist wesentlich größer als die spezifischeDE-OS Ih J »8 739 explains in detail that thermal energy can be stored as melting enthalpy in supercooled salt melts over long periods of time without loss. One such melt is sodium acetate hydrate. Its enthalpy temperature for the liquid-solid transition is 58 ° C, the storable latent heat per unit weight or volume is significantly greater than the specific one Wurme des Wassers. Die Schmelze ist angeblich bis -10° C-als sog. kritische UnterkUhiungstemperatur -■unterkUhibar und kann, unempfindlich gegen Erschütterungen und Verunrelnigungen, bei Temperaturen darüber monatelang Im unterkUhlten Zustand verbleiben, so daß eine Wärme!sot at ion - wie bet Ublichen Flüssigkeitsspeichern - überflüssig wird. Durch Impfung mit einem Kristall oder durch lokale. UnterkühlungWorms of the water. The melt is allegedly below -10 ° C - as a so-called critical undercooling temperature - ■ undercoolable and, insensitive to vibrations and impurities, can remain in the hypothermic state for months at temperatures above, so that a warmth sot ation - like bed Usual fluid reservoirs - becomes superfluous. By Inoculation with a crystal or by local. Hypothermia

Unter die kritische Unterkühlungstempera tür kann der KrI- »talIIsationsvorgang willkürlich eingeleitet Werden. Dabei erwärmt sich die Schmelze auf die Enthaipletemperatur und kristallisiert bei dieser unter stetiger Abgabe der gespelcherten Latentwh'rme aus.Below the critical subcooling temperature, the »The talIIization process can be arbitrarily initiated. Included the melt heats up to the entrainment temperature and crystallizes in this with steady release of the spelled latent heat.

Als AnwendungsbeIspiel sind Wärmekissen und die Vorwärmung von Autos itzen genannt* Eine praktische Anwendunq haben diese Vorschläge nicht gefunden.Examples of application are heat cushions and preheating called by cars * These have a practical application Suggestions not found.

In der DE-OS 29 07 353 Ist weitergehend die Verv/endung des Natrlumacetat-Trlhydrats als Kühlmittel und Wärmespeichermittel für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, anstelle des üblichen Wasserglykolgemisches ausführlich beschrieben. Die Aufladung geschieht dabei auf einfachste Welse durch die Motorabwärme; die gespeicherteIn DE-OS 29 07 353, the use of the Sodium acetate hydrate as a coolant and heat storage medium for internal combustion engines, especially motor vehicle engines, instead of the usual water / glycol mixture. The charging happens on simplest catfish through the engine waste heat; the saved

Abwärme wird vor dem Kaltstart freigesetzt, um den MotorWaste heat is released to the engine before a cold start

oder Teile desselben so vorzuwärmen, daß die Warmlaufpbase abgekürzt werden kann. - Um jedoch die kritische Unterkühlungstemperatur auf mindestens - 15° C abzusenken, sind Maßnahmen erforderlich, durch die der Schmelzpunkt deror parts of it to preheat so that the warm-up base can be abbreviated. - However, in order to lower the critical subcooling temperature to at least - 15 ° C, Measures are required to reduce the melting point of the 0 Masse von -f 58° C auf t ^9° C abgesenkt und die Latentwä'rmekapazi tat der Kühlnii ttelmenge erheblich verringert w I rd.0 mass decreased from -f 58 ° C to t ^ 9 ° C and the latent heat capacity of the cooling device was considerably reduced will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Methode für die VorwHrmung der Batterie vor einem Kaltstart zu '25 nutzen.The invention is based on the object of providing this method for preheating the battery before a cold start '25 use.

Diese Aufgabe wird mit einem Behälter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is with a container with the characterizing features of the main claim solved. Advantageous embodiments are Subject of the subclaims.

B · ■B · ■

• · I • · I 11

I I 1 I I I II I 1 I I I I

r erf ihdyiordnung-gemäß tinnii i'liälen—ctes ibpues ge4ö3rfe-ir erf ihdyiordnung-according to tinnii i'liälen-ctes ibpues ge4ö3rfe-i

Die Aufladung des in dem Behälter enthaltenen Speichers erfolgt nach dem Start aus der Motorabwärme mittels eines Wärmetauschers, der in einem abschaltbaren Sekundärkreislauf des Kühlmittelkreislaufes liegt. Bei der EntladungThe accumulator contained in the container is charged after starting from the waste heat from the engine by means of a Heat exchanger, which is located in a secondary circuit of the coolant circuit that can be switched off. When unloading

wird die Speicherwärme an die Batterie abgegeben. Die Menge und damit die Größe des Behälters richtet sich nachthe stored heat is transferred to the battery. The amount and thus the size of the container depends on

( ) dem Volumen der Batterie und der Wärmekapazität der gewähl-() the volume of the battery and the heat capacity of the selected

ten Speichermasse. Letztere soll möglichst groß sein.th storage mass. The latter should be as large as possible.

Dabei genüqt es, wenn die Batterieflüssigkeit mit der Speicherwärme aus einem Bereich um -15 C bis auf + 10 C aufgewärmt wird, denn bei dieser Temperatur beträgt die Batteriekapazität bereits wieder ca. 75 % der Volladung. Die Enthalpietemperatur darf nicht zu hoch liegen, da sie bei der Aufladung deutlich überschritten werden muß, um alle bei der Entladung entstandenen Kristalle restlos aufzulösen, andererseits die Batterie aber dabei längere Zeit mit dieser Temperatur belastet wird. Eine obere Temperaturgrenze von '-O + 50° ^r- sollte nicht überschritten werden, da sonst der Λ1-. terungsvorgang der Batterie beschleunigt wird. Da die Temperatur des Kühlmittels bei laufendem Motor höhere TemperaIt is sufficient if the battery fluid is warmed up with the stored heat from a range of -15 C to + 10 C, because at this temperature the battery capacity is already approx. 75 % of the full charge. The enthalpy temperature must not be too high, as it must be clearly exceeded during charging in order to completely dissolve all the crystals formed during discharge, but on the other hand the battery is exposed to this temperature for a longer period of time. An upper temperature limit of '-O + 50 ° ^r - should not be exceeded, otherwise the Λ1-. The process of charging the battery is accelerated. Because the temperature of the coolant when the engine is running higher tempera

turwerte annimmt, muß der durch den Batteriebehälter geführte Sekundärkreislauf abschaltbar sein.assumes ture values, it must be possible to switch off the secondary circuit running through the battery container.

Besonders vorteilhaft erscheint daher die Verwendung vonThe use of therefore appears to be particularly advantageous

^Calciumchlorid-Pentahydrat als Speichermaterial, und diese Masse ist in technischer Reinheit preisgünstig zu erhalten, hat eine Enthalpietemperatur von 30 C, eine hohe Wärmekapazität von 78 cal/Mol. und ist um 38° C unterkühlbar (DE-OS^ Calcium chloride pentahydrate as a storage material, and this Mass can be obtained inexpensively in technical purity, has an enthalpy temperature of 30 C and a high heat capacity of 78 cal / mole. and can be subcooled by 38 ° C (DE-OS

3ß 25 50 106). Ihre kritische Unterkühlungstemperatur kann mit3ß 25 50 106). Your critical subcooling temperature can be with

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• tineni Zusatz eines Frostschutzmittels auf Glykol"Grundlage { • tineni addition of an antifreeze agent based on glycol " { bis auf -15° C abgesenkt werden; erst darunter tritt einecan be lowered to -15 ° C; only below does one step

spontane Kristallisation ein.spontaneous crystallization.

V^! Die Kristallisation der untef-kUhl ten Schmelze läßt sich inV ^! The crystallization of the under-cold melt can be carried out in

fe 5 bekannter Weise auf mechanischem Wege mittels eines Sälz-fe 5 in a known manner by mechanical means by means of a salting

'-] kristal 1-Spenders oder auf elektrischem Wege durch örtliche'-] crystal 1 donor or by electrical means through local

jj Unterkühlung unter die kritische UnterkühlungstemperaturSubcooling below the critical subcooling temperature

ΊΊ mittels eines Peltierelements auslösen (DE-PS 30 M 202,trigger using a Peltier element (DE-PS 30 M 202,

Ii ' ) dort jedoch zur Verhinderung einer Unterkühlung). DaraufIi ' ) there, however, to prevent hypothermia). Thereon

%% 10 erwärmt sich die Speichermasse bis auf ihre Enthalpietem-10, the storage mass is heated up to its enthalpy

I peratur und gibt bei dieser Temperatur die gespeicherteI temperature and at this temperature gives the stored

ii Latentwärme über die Innenwand des Behälters an die kalteLatent heat through the inner wall of the container to the cold one

■'■ ' Batterie ab.Battery off.

ίί Die Erfindung kann sowohl in Verbindung mit einem herkömm-The invention can be used both in connection with a conventional

$$ ''5 liehen Kühlmittel, Wasser mit Zusatz eines Frostschutzmit-'' 5 borrowed coolant, water with the addition of an antifreeze

* tels, angewendet, also nachgerüstet werden, als auch bevoi— "' zugt in Verbindung mit der Verwendung eines Latentwärme-* tels, used, i.e. retrofitted, as well as bevoi— "'added in connection with the use of a latent heat

■ Speichermaterials auch im Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine, wie dies in der erwähnten DE-OS 29 07 353■ Storage material also in the cooling circuit of the internal combustion engine, as described in DE-OS 29 07 353 mentioned

, \ 20 beschrieben ist., \ 20 is described.

Im folgenden wird die Erfindung an einem AusführungsbeispielIn the following the invention is based on an exemplary embodiment

' noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen'explained in more detail. Show in the drawing

'. Fig. 1 die schematische Darstellung des Kühlkreislaufes'. Fig. 1 shows the schematic representation of the cooling circuit

^ . eines Kfz-Motors; ; i_; ^. an automobile engine; ; i _;

|; 25 Fig. 2 die schematische Darstellung einer Batterie in|; 25 Fig. 2 shows the schematic representation of a battery in

I ihrem Behälter.I their container.

Fig. 1 zeigt den Kühlmittelkreislauf eines Kfz-Motors 1 mit Kühler 2, Pumpe 3 und Regel thermostat h und einen Sekundärkreislauf 5 mit Batterie 6 in einem Behälter 7 mit Thermostatventil 8.1 shows the coolant circuit of a motor vehicle engine 1 with radiator 2, pump 3 and control thermostat h and a secondary circuit 5 with battery 6 in a container 7 with thermostatic valve 8.

Wird im Hauptkühlkreislauf ein Latentwärme-Speichermaterial verwendet, so ist dieser bei kaltem Motor durch thermostatgesteuerte Ventile 9, 10 abschaltbar, damit sich die Kristallisation der Schmelze, wenn ihre Latentwärme abgerufen wird, njr im Mantel des Motors 1 vollzieht.If a latent heat storage material is used in the main cooling circuit, this is done when the engine is cold Thermostatically controlled valves 9, 10 can be switched off so that the crystallization of the melt, when its latent heat is called up, takes place in the jacket of the motor 1.

Der Sekundärkreislauf 5 dient zur Aufladung der Latentwärme-Speichermasse im Behälter 7. Die Aufladung setzt ein, sobald die Masse im Mantel des Motors 1 durch dessen Abwärme vollständig verflüssigt ist und die Ventile 9» öffnen. Sie wird beendet, wenn der Thermostat des VentilsThe secondary circuit 5 is used to charge the latent heat storage mass in the container 7. The charge continues on as soon as the mass in the jacket of the engine 1 is completely liquefied by its waste heat and the valves 9 » to open. It will stop when the thermostat of the valve 8 ein Ansteigen der Behäl tertejmperatur über die Enthalpietemperatur, auf der die Masse während des Aufladens verharrt hat, feststellt und das Ventil sperrt.8 detects a rise in the container temperature above the enthalpy temperature at which the mass remained during charging and the valve closes.

Bei abgeschaltetem Motor 1 sinkt die Innentemperatur des Behälters 7 allmählich bis auf die Umgebungstemperatur ab, die Masse bleibt aber flüssig, und die gespeicherte Latentwärme bleibt bis zum Abruf bei dem nächsten Kaltstart erhalten.When motor 1 is switched off, the internal temperature of the Container 7 gradually down to ambient temperature, but the mass remains liquid, and the stored Latent heat is retained until it is called up at the next cold start.

Fig. 2 zeigt einen doppelwand igen geschlossenen Behälter 7» in den die Batterie 6 wie in einen Trog eingesetzt ist.Fig. 2 shows a double-walled closed container 7 »in which the battery 6 is inserted like in a trough.

Die Behälteraußenwand 7·2 kann aus einem wärmedämmendenThe container outer wall 7 * 2 can be made of a heat insulating

Hartschaumstoff bestehen. Die Innenwand 7.1 solleinen guten Wärmeübergang an die Wände des Batteriegehäuses ermög-1iChen; sie kann z.B. aus einer flexiblen Metallfolie be" stehen. In den BehälterraUffl Ist eine Rohrschlänge 9 eingeRigid foam consist. The inner wall 7.1 should enable good heat transfer to the walls of the battery housing; it can e.g. be made of a flexible metal foil " stand. A pipe loop 9 is inserted into the container rack setzt, die mit dem Sekundärkreislauf 5 (Fig. 1) zu verbindensets that connect to the secondary circuit 5 (Fig. 1)

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ist. An der Einlaufseite sitzt ein Thermostatventil 8, das auf die Temperatur der Behälterfüllung anspricht, sobald diese über die Enthalpietemperatur der eingefüllten Speichermasse ansteigt.is. On the inlet side there is a thermostatic valve 8, which responds to the temperature of the container filling as soon as it exceeds the enthalpy temperature of the filled one Storage mass increases.

Diese Ausführung kann in Einzelheiten im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden. So kann die Batterie 6 nicht herausnehmbar in den Behälter 7 eingesetzt, sondern in einer Sonderausführung in diesen integriert sein, so daß das Batteriegehäuse selbst die Funktion der Innenwandung 1Ü 7.1 übernimmt. Die Gehäusewandstärke kann dann wesentlich geringer sein, da die Behälterwand 7.2 den mechanischen Schutz übernimmt. Anstelle der Rohrschlange 9 kann auch ein Flach- oder Rippenwärmetauscher eingesetzt sein.This embodiment can be modified in details within the scope of the invention. The battery 6 cannot do this removably inserted into the container 7, but be integrated in this in a special version, so that the battery housing itself takes over the function of the inner wall 1Ü 7.1. The housing wall thickness can then be significant be lower, since the container wall 7.2 takes over the mechanical protection. Instead of the pipe coil 9 can also a flat or finned heat exchanger can be used.

Claims (1)

• i *• i * GÜNTER SCHLIEBS · ciaudiusweg ITA .GÜNTER SCHLIEBS · ciaudiusweg ITA. DIPLOMINGENIEUR Telefon (06151],*«** 422400DIPLOM ENGINEER Telephone (06151], * «** 422400 6100 Darmstadt, den 1 9 .1 0 · 1 96100 Darmstadt, September 1, 2010 S 05 - Sb/ghS 05 - Sb / gh Betr.: Gebrauchsmusteranmeldung G 85 09 842.6Re: utility model application G 85 09 842.6 Behälter zur Vorwärmung der (Starter-) Batterie von Verbrennungskraftmasch inenContainer for preheating the (starter) battery of internal combustion engines .. SchutzansprücheProtection claims 1. Trogartiger, heizbarer Behälter zur Vorwärmung der (Starter-) Batterie von Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß1. Trough-like, heatable container for preheating the (starter) battery of internal combustion engines, characterized in that der Behälter (7) doppelwandig, am Rande geschlossen und mit einer unterkühlbaren Latentwärme-Speichermasse gefüllt ist und eine Vorrichtung zur Auslösung der Kristallisation der unterkühlten Speichermasse sowie einen Wärmetauscher (11) enthält, welcher an einen Sekundärkreislauf (5) des Kühlmittelkreislaufs der Haschine (1) anschließbar ist.the container (7) double-walled, closed at the edge and is filled with a supercoolable latent heat storage mass and a device for triggering the Crystallization of the supercooled storage mass as well contains a heat exchanger (11) which is connected to a secondary circuit (5) of the coolant circuit of the Machine (1) can be connected. 2. Behälter nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch2. Container according to claim 1,
marked by einen die Temperatur des Speichernedi ums im Behälter (7) abfühlenden Thermostaten (8) ,mittels dessen der Sekundärkreislauf (5) abschaltbar ist.one is the temperature of the storage medium in the container (7) sensing thermostat (8), by means of which the secondary circuit (5) can be switched off. 3, Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Außenwand wärmegedämmt ist.3, container according to claim 1, characterized in that its outer wall is thermally insulated. k. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k. Container according to claim 1, characterized in that seine Innenwand aus einer flexiblen Metallfolie besteht.its inner wall consists of a flexible metal foil. 5. Behälter nach Anspruch 1 in Verbindung mit einer Batterie,5. Container according to claim 1 in connection with a battery, dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that das Batteriegehäuse die Innenwand des Behälters (7) bildet.the battery housing forms the inner wall of the container (7). 6. Behälter nach Anspruch ■, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (7) mindestens ein Peltierelement6. Container according to claim ■, characterized in that at least one Peltier element in the container (7) angeordnet ist, mit dem die Speichermasse lokal unter ihre kritische Unterkühlungstemperatur unterkühl· bar ist.with which the storage mass is locally supercooled below its critical subcooling temperature is cash.