專利名稱：潛熱存儲(chǔ)裝置及其制造方法
潛熱存儲(chǔ)裝置及其制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)、特別是機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的潛熱存儲(chǔ)裝 置。另外，本發(fā)明還涉及一種用于制造所述潛熱存儲(chǔ)裝置的方法。從專利文件DE 102004052106A1和DE 102004052107A1中可知，用于內(nèi)燃機(jī)的排
氣系統(tǒng)的潛熱存儲(chǔ)裝置利用相變材料進(jìn)行操作。所述相變材料的特征在于，在各自所需的 存儲(chǔ)溫度，它在液態(tài)和固態(tài)之間進(jìn)行相變化。當(dāng)供熱給潛熱存儲(chǔ)裝置時(shí)，所述相變材料熔化 并且因此呈現(xiàn)為它的液體狀態(tài)。當(dāng)潛熱存儲(chǔ)裝置釋放熱量時(shí)，所述相變材料固化，即其呈現(xiàn) 為固體狀態(tài)。這種類型的相變材料優(yōu)選為鹽類。所述潛熱存儲(chǔ)裝置的核心的問題在于，在各自的相變過程中產(chǎn)生的相變材料的熔 化膨脹問題。根據(jù)材料的不同，這個(gè)膨脹率可以在5%至20%之間。這里，每個(gè)熔化過程都 將導(dǎo)致相變材料的膨脹而其固化過程將導(dǎo)致相應(yīng)的收縮。所述材料膨脹將導(dǎo)致填充有相變 材料的存儲(chǔ)裝置空間的極大的荷載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種關(guān)于潛熱存儲(chǔ)裝置或其制造方法的改進(jìn)的技術(shù)方案解決上 述問題，所述裝置或方法的特征在于減少了在變相過程中由材料膨脹引起的潛熱存儲(chǔ)裝置 的荷載。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)問題都將通過獨(dú)立權(quán)利要求所保護(hù)的技術(shù)方案而解決。優(yōu)選的 實(shí)施例將體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。本發(fā)明是基于這樣一個(gè)大體的想法的，S卩，以其不僅包括基本容積也包括膨脹容 積的方式設(shè)定存儲(chǔ)容積，其中，所述存儲(chǔ)容積存在于被相變材料填充的空腔內(nèi)，所述基本容 積是相變材料在固態(tài)呈現(xiàn)的容積，所述膨脹容積是相變材料在熔化狀態(tài)呈現(xiàn)的除基本容積 之外的容積。換句話說，在相應(yīng)的空腔內(nèi)提供的存儲(chǔ)容積已經(jīng)考慮了相變材料熔化時(shí)的材 料膨脹。因此，融化的過程中，可以充分減少形成空腔的殼體的膨脹荷載。特別有利的是這樣一個(gè)實(shí)施例，其中，一方面所述膨脹容積考慮到了相變材料的 熔化膨脹，而另一方面也考慮到了相變材料的溫度膨脹，所述溫度膨脹即為液態(tài)的相變材 料在溫度達(dá)到潛熱存儲(chǔ)裝置的預(yù)定的最大操作溫度之前所承受的。這個(gè)實(shí)施例考慮到相變 溫度(即相變材料的熔化溫度)通常低于通常的潛熱存儲(chǔ)裝置的操作溫度的事實(shí)。在到達(dá) 潛熱存儲(chǔ)裝置的最大操作溫度之前，為了將形成空腔的主體的過多的壓力荷載限制到一個(gè) 可容許的數(shù)值，在容積內(nèi)對(duì)液態(tài)相變材料的熱膨脹作出了相應(yīng)的考慮。另外或者可選擇地，另外一個(gè)實(shí)施例的膨脹容積可以考慮到在各自的空腔內(nèi)的預(yù) 定的最大操作壓力，這使得在潛熱存儲(chǔ)裝置的預(yù)定的最大操作溫度時(shí)在空腔內(nèi)產(chǎn)生液態(tài)的 相變材料。為了將形成空腔的主體的壓力荷載減少到或者限制到容許值，這個(gè)方法也將導(dǎo) 致膨脹容積的最優(yōu)化，并且由此導(dǎo)致存儲(chǔ)容積的最優(yōu)化。根據(jù)另外一個(gè)實(shí)施例，各自的空腔可以被設(shè)置成密封的。另外，可以選擇所述膨脹 容積，從而當(dāng)相變材料固化時(shí)在空腔內(nèi)形成真空。根據(jù)更進(jìn)一步的優(yōu)選，這個(gè)真空可以被特別地設(shè)置，從而當(dāng)潛熱存儲(chǔ)裝置在其正常的操作溫度區(qū)間操作時(shí)，在液態(tài)的相變材料達(dá)到 預(yù)定的操作壓力。如果潛熱存儲(chǔ)裝置的操作溫度相對(duì)比較高時(shí)，則所述結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢，并 且比如還可避免液態(tài)相變材料的沸騰，。根據(jù)另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各自的空腔能以這種方式設(shè)置或者設(shè)計(jì)，即相變材料 的固化發(fā)生在空間上分散的微小的區(qū)域，從而使得所述的基本容積和膨脹容積在固化狀態(tài) 時(shí)被混合。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)相變材料熔化 時(shí)，所述材料的膨脹在整個(gè)存儲(chǔ)容積內(nèi)的 空間分散區(qū)域。因此，可以減少或避免局部的過量的壓力或者危險(xiǎn)的壓力狀況的發(fā)生。比 如說，在相變材料的熔化的過程中，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域比第二區(qū)域熔化得早并且當(dāng)?shù)诙^(qū)域阻塞 第一區(qū)域的膨脹時(shí)，所述危險(xiǎn)的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生。通過在空間上分散的微小區(qū)域內(nèi)的固化，因 而，在這些微小區(qū)域的熔化也會(huì)導(dǎo)致存在空間上的分散。因此可避免或減少閉合的熔化區(qū) 域的發(fā)展。根據(jù)另外一個(gè)技術(shù)方案，所述各自的空腔可以包含用于這一目的的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)， 當(dāng)固化時(shí)其產(chǎn)生空間上分散的微小區(qū)域。在所述各自的空腔內(nèi)，所述毛細(xì)管力能保證，即使 在溫度下降并最優(yōu)選在固化時(shí)，液態(tài)的相變材料仍然保持空間上的分散。另外或者可選擇地，所述空間上分散的微小區(qū)域也可以由此產(chǎn)生，S卩，在各自的空 腔內(nèi)形成有多個(gè)中空子空間，并且所述中空子空間通過狹窄的點(diǎn)和/或通過改變方向的點(diǎn) 以聯(lián)通的方式彼此連接。另外或可選擇地，也可以使各自的空腔在其壁上具有表面結(jié)構(gòu)，這 將提高液態(tài)相變材料的潤濕性。通過這種方法，可以抑制或者防止固化時(shí)液態(tài)相變材料的 合流(flowing-together)。本發(fā)明另外的重要的特征和優(yōu)點(diǎn)將體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求、附圖及參照附圖的相應(yīng) 的


中?？梢岳斫獾氖牵衔奶岬降暮拖挛膶⒔忉屨f明的特征不僅能被用于所述的相應(yīng)組 合，還可以在不離開本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下被用于其他組合或者單獨(dú)使用。

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將在附圖中展示，并且通過以下描述進(jìn)行詳細(xì)解釋說明，其 中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或者相似或者功能相同的部件。以下是各幅附圖的說明，圖1是潛熱存儲(chǔ)裝置的高度簡化的截面示意圖。圖2是與圖1所示相同的截面在液態(tài)(a)和在固態(tài)(b)時(shí)的示意圖。圖3另一個(gè)實(shí)施例的與圖1所示相同的截面的示意圖。圖4是又一實(shí)施例的與圖1所示相同的截面在液態(tài)(a)和在固態(tài)(b)時(shí)的示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1-4，應(yīng)用于圖中未示出的并優(yōu)選安裝在機(jī)動(dòng)車輛上的內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng) 內(nèi)的潛熱存儲(chǔ)裝置1，其包括殼體2，所述殼體2的壁3至少圍出一個(gè)空腔4。在實(shí)施例中， 每個(gè)都只示出了一個(gè)單獨(dú)空腔4。有一點(diǎn)大體上是清楚的，即在所述殼體2內(nèi)或者在所述潛 熱存儲(chǔ)裝置1內(nèi)也可以包括多個(gè)所述空腔4。這里，各自的空腔4包括或者限定由大括號(hào)標(biāo)記的存儲(chǔ)容積5，所述存儲(chǔ)容積5容納相變材料6。這就意味著，空腔4或其存儲(chǔ)容積5或 多或少地被相變材料6填充。如圖1所示，所述存儲(chǔ)容積5是這樣設(shè)定的，即它包括由一個(gè)括號(hào)標(biāo)記的基本容積 7和由一個(gè)括號(hào)標(biāo)記的膨脹容積8。換句話說，所述基本容積7和膨脹容積8結(jié)合形成所述 存儲(chǔ)容積5。所述基本容積7由相變材料6在其固態(tài)所呈現(xiàn)的容積形成。這里，所述基本容 積7能考慮到相變材料6在其固態(tài)時(shí)的最大熱膨脹，所述最大熱膨脹一般發(fā)生在其固化溫 度。與此相反的，所述膨脹容積8考慮到由相變材料6在熔化狀態(tài)時(shí)額外呈現(xiàn)的容積。在 從固態(tài)到液態(tài)的相變過程中，相變材料6會(huì)膨脹。這個(gè)材料膨脹由所述膨脹容積8所容納。 圖1中所示的基本容積7與膨脹容積8的比率是夸大的。通常，膨脹容積8是基本容積7 的5% -20%。這里，這些數(shù)字僅僅是舉例而已。
如圖1所示，所述膨脹容積8現(xiàn)在可以考慮到由一個(gè)括號(hào)標(biāo)記的相變材料6的熔 化膨脹9，并且在另一方面，考慮到由一個(gè)括號(hào)標(biāo)記的相變材料6的溫度膨脹10。所述熔 化膨脹9是在變相過程中，即在相變材料6的熔化溫度時(shí)獲得的。在相變材料6在其熔化 溫度時(shí)可應(yīng)用的容積的基礎(chǔ)上，所述液態(tài)的相變材料6能隨著升高的溫度而更進(jìn)一步的膨 脹?，F(xiàn)在，所述溫度膨脹10考慮到當(dāng)液態(tài)相變材料6達(dá)到潛熱存儲(chǔ)裝置1的預(yù)定的最大操 作溫度時(shí)所獲得的液態(tài)相變材料6的容積的增長。舉例來說，潛熱存儲(chǔ)裝置1可以設(shè)計(jì)成 最大的排氣溫度為400°C。在這種情況下，所述潛熱存儲(chǔ)裝置1的一般操作溫度可處于從 350-380°C的操作溫度區(qū)間內(nèi)。這里，可以理解的是這些數(shù)值范圍也僅僅是舉例。通過考慮 到溫度膨脹10，甚至在達(dá)到最大操作溫度時(shí)，所述殼體2的荷載也可以被限制到允許值。另外，原則上可以選擇所述膨脹容積8，從而能將預(yù)定最大操作壓力額外地考慮到 各自的空腔4上。所述殼體2設(shè)計(jì)成能承受預(yù)定的最大操作壓力，比如說10巴左右的。計(jì) 算所述膨脹容積8，從而，在潛熱存儲(chǔ)裝置1的預(yù)定最大操作溫度，可以獲得上述的在空腔4 內(nèi)的液態(tài)相變材料6的最大可容許的操作壓力。為了能在空腔4和殼體2的環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)壓差，所述殼體2或者各自的空腔4設(shè)置 為適當(dāng)密封的，其中所述殼體2并未指定任何不泄露的細(xì)節(jié)。由于密封的空腔4，另一實(shí)施 例中的所述膨脹容積8也可明確的進(jìn)行選擇，因此，隨著相變材料6的固化，在空腔4內(nèi)形 成真空。通過對(duì)膨脹容積8的合適的計(jì)算，這個(gè)真空可以明確地實(shí)現(xiàn)。舉例來說，真空可以 存在于已經(jīng)設(shè)定好了的用于固化的相變材料6的空腔4中，這樣，隨著相變材料6的液化， 在相變材料6內(nèi)顯現(xiàn)高于環(huán)境壓力的預(yù)定的操作壓力。更優(yōu)選地，隨著相變材料6的固化 而在空腔4內(nèi)顯現(xiàn)的所述真空能被這樣設(shè)計(jì)或者設(shè)定，從而當(dāng)潛熱存儲(chǔ)裝置1在其預(yù)定的 操作溫度區(qū)間內(nèi)操作時(shí)，顯現(xiàn)上述的存在于液態(tài)相變材料6內(nèi)的預(yù)定操作壓力。通過這樣 的配置，所述經(jīng)常出現(xiàn)在潛熱存儲(chǔ)裝置1的操作過程中的熱膨脹的影響能被完全考慮到， 由此可以獲得用于殼體2或者其壁3的材料的最小荷載。圖2a所示的是所述相變材料6完全液化后的狀態(tài)。由于所述存儲(chǔ)容積5的相應(yīng) 設(shè)計(jì)，整個(gè)空腔4被液態(tài)相變材料6所填充。優(yōu)選地，如圖2b所示，所述空腔4能這樣配置 或設(shè)計(jì)，以使得相變材料6的固化發(fā)生在空間上分散的微小區(qū)域11。如圖2b所示，所述基 本容積7和所述膨脹容積8在固態(tài)時(shí)混合并且分散在整個(gè)空腔4內(nèi)。更優(yōu)選地，如圖1中 由線12所示的層或分割可以被消除，其中，所述空腔4的一部分被固化的相變材料6的固 體小塊完全的填充，同時(shí)所述空腔4的剩余部分是空的。在相變材料6的熔化過程中，相變材料6的固化的空間上分散的微小區(qū)域11導(dǎo)致相應(yīng)的空間上分散的熔化區(qū)域。更優(yōu)選地， 能導(dǎo)致殼體2的破壞的在相變材料6的固化區(qū)域內(nèi)的熔化區(qū)域的封裝可以被避免。
為了在相變材料6的固化過程中，獲得所述微小固態(tài)區(qū)域11的空間的分散，根據(jù) 圖3的所述空腔4配置有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)13 (舉例來說)。舉例來說，所述毛細(xì)管結(jié)構(gòu)13能通 過填滿空腔4的空間結(jié)構(gòu)14實(shí)現(xiàn)，其中，所述結(jié)構(gòu)對(duì)于相變材料6具有類似海綿的作用。例 如，這個(gè)結(jié)構(gòu)14能由多孔材料組成并且其特點(diǎn)在于有非常大的表面。另外或者可選擇地， 可以將表面結(jié)構(gòu)15裝配到封閉形成空腔4的殼體2的壁3上，其中，所述表面結(jié)構(gòu)15能使 液態(tài)相變材料6的附著力或潤濕性提高。由此，可以抑制在固化過程中的相變材料6的合 流(flowing-together)，這就能促進(jìn)空間上分散的微小固化區(qū)域11的形成。圖4a和4b簡單地作為示范的示出了一個(gè)實(shí)施例，其中，所述各自的空腔4包括多 個(gè)中空子空間16，其中所述中空子空間通過多個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)17或多個(gè)窄點(diǎn)18以可連通的方式 彼此連接。在圖4a中，整個(gè)空腔4被液化的相變材料6所填充。固化時(shí)，所述相變材料集 中在中空子空間16中，其中，轉(zhuǎn)向點(diǎn)17或窄點(diǎn)18之后將抑制相變材料6在中空子空間16 之間的合并。由此，所述微小的固化區(qū)域11在中空的子空間16內(nèi)形成。在液化時(shí)，相變材 料6能在獨(dú)立的中空子空間16中膨脹，在整個(gè)過程中沒有阻礙，也不會(huì)對(duì)殼體2造成損壞。本文所述的潛熱存儲(chǔ)裝置1能用不同的方法生產(chǎn)。優(yōu)選用一種填充方法，即，將固 體狀態(tài)的相變材料6以大塊或者以至少一個(gè)預(yù)制形狀體的方式引入到各自的空腔4。之后， 所述空腔4承受預(yù)定的真空并且在這個(gè)真空狀態(tài)被密封。由此，所述膨脹容積8就能考慮 到之前提到的與固態(tài)的相變材料6 —起存在于空腔4內(nèi)的真空。在一個(gè)可選的實(shí)施例內(nèi)，可將以大塊或者形狀體形式引入到各自的空腔4中的固 態(tài)相變材料6初步熔化，從而之后能用液態(tài)的相變材料6將空腔4密封。這里，液態(tài)相變材 料6的溫度可以在潛熱存儲(chǔ)裝置1的操作溫度區(qū)間內(nèi)或者等于潛熱存儲(chǔ)裝置1的最大操作溫度?；蛘哒f，為了隨后能用液態(tài)的相變材料6密封空腔4，將在液化狀態(tài)的相變材料6 填充到各自的空腔4內(nèi)同樣是可能的。這里，潛熱存儲(chǔ)裝置1的操作溫度范圍或者最大操 作溫度及操作中預(yù)期產(chǎn)生的壓力都將被考慮。
權(quán)利要求
一種用于內(nèi)燃機(jī)、特別是機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī)的的排氣系統(tǒng)的潛熱存儲(chǔ)裝置， 具有至少一個(gè)空腔(4)，所述空腔包括能容納相變材料(6)的存儲(chǔ)容積(5)； 其中，所述存儲(chǔ)容積(5)是這樣設(shè)定的，即它包括基本容積(7)和膨脹容積(8)，所述基本容積(7)為相變材料(6)在固態(tài)時(shí)呈現(xiàn)的，所述膨脹容積(8)為相變材料(6)在熔化狀態(tài)額外呈現(xiàn)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述膨脹容積(8)考慮到相變材 料(6)的熔化膨脹(9)和相變材料(6)的溫度膨脹(10)，其中，所述溫度膨脹(10)是液態(tài) 的相變材料6在潛熱存儲(chǔ)裝置(1)的預(yù)定最大操作溫度時(shí)獲得的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述膨脹容積(8)考慮到在 各自的空腔(4)中的預(yù)定最大操作壓力，其中，所述預(yù)定最大操作壓力是液態(tài)的相變材料 (6)在潛熱存儲(chǔ)裝置(1)的預(yù)定最大操作溫度時(shí)在空腔(4)內(nèi)產(chǎn)生的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述各自的空腔(4)是 密封的并且所述膨脹容積(8)是這樣選擇的，即隨著相變材料(6)的固化，能在其中形成真 空。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述膨脹容積(8)是這樣選擇 的，即隨著相變材料(6)的固化，能獲得預(yù)定的真空，所述預(yù)定的真空是這樣設(shè)定的，即在 液態(tài)的相變材料(6)中能形成預(yù)定的操作壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述真空是這樣設(shè)定的，即在潛 熱存儲(chǔ)裝置(1)的預(yù)定操作溫度區(qū)間內(nèi)在液態(tài)的相變材料(6)中能形成預(yù)定的操作壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的任一所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述各自的空腔(4) 是這樣配置和/或設(shè)計(jì)的，即所述變相材料(6)的固化發(fā)生在空間上分散的微小區(qū)域(11) 內(nèi)，以使得在固化狀態(tài)時(shí)所述基本容積(7)和所述膨脹容積(8)混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述各自的空腔(4)包括毛細(xì)管 結(jié)構(gòu)(13)，該結(jié)構(gòu)在固化時(shí)能產(chǎn)生空間上分散的微小區(qū)域(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述各自的空腔(4)由多個(gè) 中空的子空間(16)組成，所述中空子空間通過多個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)(17)和/或多個(gè)窄點(diǎn)(18)以可 連通的方式彼此連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9的任一所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述各自的空腔(4) 在其壁(3)上包括表面結(jié)構(gòu)(15)，所述結(jié)構(gòu)能提高液態(tài)相變材料的潤濕性。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10的任一所述的潛熱存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述各自的空腔(4) 包括空間結(jié)構(gòu)(14)，所述空間結(jié)構(gòu)相對(duì)于液態(tài)的相變材料(6)具有類似海綿的作用。
12.一種用于填充根據(jù)權(quán)利要求1-11的任一所述的潛熱存儲(chǔ)裝置的方法，-其中，固化狀態(tài)的所述相變材料(6)能以大塊或者以至少一個(gè)形狀體的方式被引入 到各自的空腔(4)并且所述空腔承受預(yù)定的真空并且被密封，或者-其中，固化狀態(tài)的所述相變材料(6)能以大塊或者以至少一個(gè)形狀體的方式被引入 到各自的空腔(4)，并且在各自的空腔(4)內(nèi)的所述相變材料(6)是熔化的，并且具有液態(tài) 相變材料(6)的所述空腔(4)被密封，或者-其中，液體狀態(tài)的所述相變材料(6)被填充到所述各自的空腔(4)中，并且具有液態(tài) 的相變材料(6)的所述空腔(4)被密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)、特別是機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的潛熱存儲(chǔ)裝置，其至少具有一個(gè)空腔(4)，所述空腔包括能容納相變材料(6)的存儲(chǔ)容積(5)。如果所述存儲(chǔ)容積(5)是這樣設(shè)定的，即它包括基本容積(7)和膨脹容積(8)，所述基本容積(7)為相變材料(6)在固態(tài)時(shí)呈現(xiàn)的，所述膨脹容積(8)為相變材料(6)在熔化狀態(tài)額外呈現(xiàn)的，那么所述潛熱存儲(chǔ)裝置(1)的材料荷載將會(huì)減少。
文檔編號(hào)F01N5/02GK101963468SQ20101023500
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者格爾德·蓋澤 申請(qǐng)人:J·埃貝斯佩歇合資公司