AT502322B1 - COOLING SYSTEM - Google Patents
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Description
2 AT 502 322 B12 AT 502 322 B1
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem zur bedarfsabhängigen Kühlung einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine mit zumindest einem keramischen Wärmespeicherelement über zumindest einen ersten Wärmeleiter verbindbar ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur bedarfsabhängigen Kühlung einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a cooling system for demand-dependent cooling of an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine with at least one ceramic heat storage element via at least one first heat conductor is connectable. Furthermore, the invention relates to a method for demand-dependent cooling of an internal combustion engine.
Es ist bekannt, dass in der bedarfsabhängig geregelten Motorkühlung ein hohes Potenzial zur Absenkung des Kraftstoffverbrauches durch eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine vorhanden ist. Um dieses Potenzial zu nutzen, wird in der Zeitschrift MTZ 3/2005, Jahrgang 66, Seiten 184 bis 191 in dem Artikel "Bedarfsabhängig geregelte Motorkühlung", Gerald Eifler et al. ein Kühlsystem mit Flüssigkeitskühlung und einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe und einem Flüssigkeitskühler vorgeschlagen, wobei für eine schnelle Aufheizung des Motors die Motorkühlung bei laufendem Motor gänzlich abgeschalten werden kann. Zur Detektion der Motortemperatur wurden Temperatursensoren im Bereich der Zylinderkopfdichtung verwendet. Nachteilig ist allerdings, dass nur die Wasserzirkulation gestoppt werden kann, das System an sich allerdings eine hohe thermische Trägheit aufweist.It is known that there is a high potential in the demand-controlled engine cooling for reducing the fuel consumption by rapid heating of the internal combustion engine. In order to exploit this potential, MTZ 3/2005, Volume 66, pages 184 to 191, in the article "Demand-Dependent Regulated Engine Cooling", Gerald Eifler et al. proposed a cooling system with liquid cooling and an electrically driven water pump and a liquid cooler, wherein for a quick heating of the engine, the engine cooling can be switched off completely with the engine running. To detect the engine temperature, temperature sensors were used in the area of the cylinder head gasket. The disadvantage, however, is that only the circulation of water can be stopped, but the system itself has a high thermal inertia.
Eine namhafte Senkung des Treibstoffverbrauches lässt sich allerdings nur erzielen, wenn der Kühlkreislauf völlig abgeschalten und die thermische Trägheit minimiert werden kann.However, a significant reduction in fuel consumption can only be achieved if the cooling circuit is completely switched off and the thermal inertia can be minimized.
Die DE 32 45 026 A1 offenbart ein Verfahren zur Temperierung bei Kraftfahrzeugen, wobei ein Latentwärmespeicher durch Motorabfallwärme aufgeheizt und ihm bei Bedarf Wärme über ein Leitungssystem für ein Wärmeübertragungsmedium entnommen wird.DE 32 45 026 A1 discloses a method for temperature control in motor vehicles, wherein a latent heat storage heated by engine waste heat and heat is removed as needed via a conduit system for a heat transfer medium.
Die CH 672 368 A5 zeigt eine Wärmekraftanlage, welche auch für Fahrzeuge eingesetzt werden kann. Die Wärmekraftanlage enthält einen Wärmespeicher, von welchem die Wärmeenergie auf eine Wärmekraftmaschine übertragen wird. Der Wärmespeicher enthält ein Speichermedium in fester und/oder flüssiger Form, wie beispielsweise Aluminium, Keramik, Beton oder ein Salzgemisch auf Basis von Alkali- und Erdalkalihalogeniden. Die Wärmeenergie kann mittels eines Sonnenkollektors, eines externen Wärmespeichers oder aber auch durch eine Heizspirale mittels einer externen Stromquelle auf den Wärmespeicher übertragen werden.The CH 672 368 A5 shows a thermal power plant, which can also be used for vehicles. The thermal power plant includes a heat storage, from which the heat energy is transferred to a heat engine. The heat storage contains a storage medium in solid and / or liquid form, such as aluminum, ceramic, concrete or a salt mixture based on alkali and alkaline earth halides. The heat energy can be transferred by means of a solar collector, an external heat storage or even by a heating coil by means of an external power source to the heat storage.
Aus der DE 102 49 541 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bedarfsweisen Erhöhung der Abwärme von Brennkraftmaschinen bekannt, wobei die Kabinenluft durch beheizte PTC-Heizkeramiken aufheizbar ist.From DE 102 49 541 A1 a method and a device for demand-increasing the waste heat of internal combustion engines is known, wherein the cabin air can be heated by heated PTC heating ceramics.
Die DE 38 24 099 A1 beschreibt ein Verfahren zur Beheizung eines Verbrennungsmotors, wobei in einem Wärmespeicher gespeicherte Wärme an die Brennluft vor deren Eintritt in den Verbrennungsraum des Motors abgegeben wird.DE 38 24 099 A1 describes a method for heating an internal combustion engine, wherein heat stored in a heat accumulator is released to the combustion air before it enters the combustion chamber of the engine.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Kraftstoffverbrauch durch Verbesserung des Kühlsystems wesentlich zu reduzieren.The object of the invention is to substantially reduce fuel consumption by improving the cooling system.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Wärmespeicherelement keramischer Art ist, das keramische Wärmespeicherelement aus einer Abfolge von keramischen und metallischen und/oder metallhaltigen Schichten aufgebaut sind und dass eine erste Gruppe von metallischen und metallhaltigen Schichten durch eine erste Sammelthermode miteinander verbunden sind, welche mit dem ersten Wärmeleiter thermisch verbunden ist, wobei vorzugsweise im ersten Wärmeleiter eine thermische erste Schalteinrichtung angeordnet ist.According to the invention this is achieved in that the heat storage element is ceramic type, the ceramic heat storage element are constructed from a sequence of ceramic and metallic and / or metal-containing layers and that a first group of metallic and metal-containing layers are interconnected by a first Sammelthermode, which with the first heat conductor is thermally connected, wherein preferably in the first heat conductor, a thermal first switching device is arranged.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das keramische Wärmespeicherelement mit einem Wärmetauscher thermisch verbindbar ist, wobei vorzugsweise in einem zweiten Wärmeleiter zwischen dem keramischen Wärmespeicherelement und dem Wärmetauscher eine thermische zweite Schalteinrichtung angeordnet ist.It when the ceramic heat storage element is thermally connectable to a heat exchanger, wherein preferably in a second heat conductor between the ceramic heat storage element and the heat exchanger, a thermal second switching device is arranged is particularly advantageous.
Durch Verwendung von Keramik als Speichermedium für thermische Energie kann diese über 3 AT 502 322 B1 metallische Wärmeleiter aus der Brennkraftmaschine geführt werden, wobei das Wärmespeicherelement über die Schalteinrichtungen von der Brennkraftmaschine und vom Wärmetauscher abtrennbar sind, so dass die Zu- und Abschaltung ohne Verzögerung wirksam wird.By using ceramic as a storage medium for thermal energy this can be performed over 3 AT 502 322 B1 metallic heat conductors from the internal combustion engine, the heat storage element via the switching devices of the internal combustion engine and the heat exchanger can be separated, so that the connection and disconnection without delay effective becomes.
Da Keramik ein hohes thermisches Energiespeichervermögen - bezogen auf das Volumen -aufweist, kann sie auch wesentlich besser als herkömmliche Speicherelemente gegenüber der Umgebung isoliert werden.Since ceramic has a high thermal energy storage capacity - in terms of volume - it can also be isolated from the environment much better than conventional storage elements.
Werden sowohl die Verbindungen zur Brennkraftmaschine, als auch zum Wärmetauscher getrennt, kann die Motorwärme sehr lang gespeichert werden und die Brennkraftmaschine dadurch auch schnell wieder erwärmt werden.If both the connections to the engine, as well as the heat exchanger separated, the engine heat can be stored for a long time and the internal combustion engine can be heated up quickly.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorsehen sein, dass das keramische Wärmespeicherelement pyroelektrische Keramik oder PTC-Keramik enthält. Bei Verwendung von PTC-Keramik kann die Brennkraftmaschine durch elektrische Energie erwärmt werden, bei Verwendung von pyroelektrischer Keramik kann aus dem Wärmespeicher elektrische Energie gewonnen werden.In a further embodiment of the invention can be provided that the ceramic heat storage element contains pyroelectric ceramic or PTC ceramic. When using PTC ceramic, the internal combustion engine can be heated by electrical energy, when using pyroelectric ceramic can be obtained from the heat storage electrical energy.
Keramik speichert pro Volumseinheit sehr viel mehr Wärme als Wasser, durch die geringe thermische Leitfähigkeit ist sie jedoch normalerweise kein geeignetes Medium, wenn Wärme schnell zu- oder abgeführt werden soll. Dies ändert sich jedoch, wenn die Keramik nicht mehr als monolithischer Block aufgeheizt wird, sondern in vielen dünnen Schichten, in die die Wärme durch metallische Zwischenlagen eingebracht wird. Solche Mehrlagen-Aufbauten aus abwechselnd metallischen und keramischen Schichten werden zur Speicherung von elektrischer Energie für Keramikkondensatoren bereits kommerziell verwendet.Ceramic stores much more heat per unit volume than water, but its low thermal conductivity is usually not a suitable medium for quickly adding or removing heat. This changes, however, when the ceramic is no longer heated as a monolithic block, but in many thin layers, in which the heat is introduced by metallic spacers. Such multilayer structures of alternating metallic and ceramic layers are already used commercially for the storage of electrical energy for ceramic capacitors.
Der Aufbau eines keramischen Wärmespeicherelementes wird durch Vielschicht-Technologie, wie sie unter anderem zur Herstellung von Keramikkondensatoren verwendet wird, realisiert. Eine einfache Verbindung mit einem Wärmetauscher ist möglich, wenn eine zweite Gruppe von metallischen und metallhaltigen Schichten durch eine zweite Sammelthermode miteinander verbunden sind, welche mit dem zweiten Wärmeleiter thermisch verbunden ist. Der Begriff "Thermode" wird in diesem Zusammenhang für den thermischen Anschluss des Wärmespeicherelementes verwendet.The structure of a ceramic heat storage element is realized by multilayer technology, as used, inter alia, for the production of ceramic capacitors. A simple connection to a heat exchanger is possible if a second group of metallic and metal-containing layers are connected to each other by a second Sammelthermode, which is thermally connected to the second heat conductor. The term " Thermode " is used in this context for the thermal connection of the heat storage element.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS.
Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einem keramischen Wärmespeicherelement in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 die Schaltung eines keramischen Wärmespeicherelementes in einer zweiten Ausführungsvariante und Fig. 3 die Schaltung eines keramischen Wärmespeicherelementes in einer dritten Ausführungsvariante.2 shows the circuit of a ceramic heat storage element in a second embodiment and FIG. 3 shows the circuit of a ceramic heat storage element in a third embodiment.
Fig. 1 zeigt ein Kühlsystem 1 für eine Brennkraftmaschine 2. Das Kühlsystem 1 weist ein keramisches Wärmespeicherelement 3 auf, welches thermisch über einen metallischen Wärmeleiter 4 mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden ist. Im ersten Wärmeleiter 4 ist eine erste Schalteinrichtung 5 angeordnet, über welche das keramische Wärmespeicherelement 3 zu- oder weggeschaltet werden kann. Das keramische Wärmespeicherelement besteht in dem Ausführungsbeispiel aus pyroelektrischer Keramik, wodurch eine nutzbare Spannungsquelle 6 entsteht. Mit U ist die abgegriffene Spannung bezeichnet. Das keramische Wärmespeicherelement 3 ist weiters über einen metallischen zweiten Wärmeleiter 7, in welchem eine zweite Schalteinrichtung 8 angeordnet ist, mit einem Wärmetauscher 9 verbunden. Über die zweite Schalteinrichtung 8 kann die keramische Kühleinrichtung 8 wahlweise mit dem Wärmetauscher 9 verbunden oder weggeschaltet werden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das keramische Wärmespeicherelement zwei Sammelthermoden 3a, 3b auf, welche mit jeweils einer Gruppe A, B von dünnen metallhaltigen Schichten des Wärmespeicherelementes 3 verbunden sind. Das Wärmespeicherelement 3 besteht aus vielen dünnen Keramikschichten 11, in1 shows a cooling system 1 for an internal combustion engine 2. The cooling system 1 has a ceramic heat storage element 3, which is thermally connected via a metallic heat conductor 4 to the internal combustion engine 2. In the first heat conductor 4, a first switching device 5 is arranged, via which the ceramic heat storage element 3 can be switched on or off. The ceramic heat storage element consists in the embodiment of pyroelectric ceramic, whereby a usable voltage source 6 is formed. With U the tapped voltage is designated. The ceramic heat storage element 3 is further connected via a metallic second heat conductor 7, in which a second switching device 8 is arranged, with a heat exchanger 9. Via the second switching device 8, the ceramic cooling device 8 can be selectively connected to the heat exchanger 9 or switched off. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the ceramic heat storage element has two collecting thermodes 3a, 3b, which are each connected to a group A, B of thin metal-containing layers of the heat storage element 3. The heat storage element 3 consists of many thin ceramic layers 11, in
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AT18052006A AT502322B1 (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | COOLING SYSTEM |
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Citations (4)
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- 2006-10-25 AT AT18052006A patent/AT502322B1/en not_active IP Right Cessation
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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MTZ 3/2005, JAHRGANG 66, SEITEN 184 BIS 191 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT502322A2 (en) | 2007-02-15 |
AT502322A3 (en) | 2007-08-15 |
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