THERMISCHE KONDITIONIERUNG VON BAUTEILEN

Abstract

 Offenbart ist eine Vorrichtung zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum. Die Vorrichtung weist einen Reaktionsbehälter zum Bereitstellen eines Sorbenten zur Aufnahme eines Sorptivs und zur Abgabe eines Desorptivs auf, der eine Schnittstelle zum Herstellen eines Rörperkantakts, eine Zuleitung zum Zuführen des Sorptivs und eine Ableitung zum Ableiten des Desorptivs hat. Darüber hinaus hat die Vorrichtung eine Einrichtung zum Beaufschlagen der Ableitung mit einem Unterdruck gegenüber einem Innendruck des Reaktionsbehälters, und ein Verfahren zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum und ein Verfahren zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum.

[0002] Insbesondere im elektrotechnischen Bereich, der sämtliche technische Gebiete durchzieht, wird oftmals eine definierte Wärmeab- oder zufuhr benötigt um Bauteile im Rahmen ihrer Betriebstemperatur und somit die gesamte elektrische Schaltung zu stabilisieren. Eine Wärmeabfuhr ist grundsätzlich nur möglich wenn die Temperatur einer wärmeaufnehmenden Senke geringer ist als die Temperatur einer wärmeabgebenden Quelle. Insbesondere bei terrestrischen Anwendungen lässt sich die Regulierung der Temperatur von Komponenten, beispielsweise durch Verwendung von Lüftern, technisch einfach und effektiv umsetzen. Eine Herausforderung stellt die Wärmeabfuhr von Komponenten bei extraterrestrischen Anwendungen dar. Im thermisch gut isolierenden Vakuum können u.a. Wärmerohre bzw. Heat Pipes oder geschlossene Flüssigkeitskühlungen verwendet werden, um Wärme von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke zu transportieren. Die Wärmesenke kann beispielsweise durch Abstrahlung über Radiatoren an den Weltraum realisiert werden.

[0003] Eine Möglichkeit der thermischen Konditionierung besteht in der Verwendung von offenen Verdampfern, welche die Wärme einem Behälter zuführen in dem eine Flüssigkeit bei dem ihrer Temperatur entsprechenden Dampfdruck verdampft und den Dampf an die Umgebung abgibt. Eine weitere Möglichkeit der thermischen Konditionierung bieten thermochemische Wärmespeicher. Dabei werden exotherm bzw. endotherm ablaufende Prozesse zur Erzeugung bzw. zur Aufnahme von Wärme genutzt. In der DE102010047371A1 ist ein selbstkühlendes Bierfass als Beispiel für einen thermochemischen Wärmespeicher gezeigt, bei dem ein Arbeitsmittel desorbiert und Wärme abführt.

[0004] Extraterrestrische Systeme müssen jedoch in Schwerelosigkeit, lageunabhängig und auch bei großen äußeren Krafteinwirkungen funktionieren und zudem vorzugsweise regelbar sein. Vor allem ist die Auslegung der Behälter bei Verdampfern insofern problematisch, als dass sichergestellt werden muss, dass trotz Vakuum, Schwerelosigkeit oder beschleunigter Bewegung keine Flüssigkeit aus dem Behälter entweicht, da dann die entsprechende Verdampfungsenthalpie nicht mehr genutzt werden kann. Um den Flüssigkeitsverlust zu vermeiden basieren solche Verdampfer entweder auf Kapillarstrukturen, welche die Flüssigkeit durch deren Oberflächenspannung auf der Wärmeaustauschfläche halten, oder auf wasserundurchlässigen, aber dampfdiffusionsoffenen Membranen. Diese Systeme sind im Hinblick auf extreme Betriebsbedingungen komplex, schwer und damit auch teuer.

[0005] Weniger komplexe und somit kostengünstigere extraterrestrische Systeme sehen vor, eine thermische Konditionierung mittels eines Körperkontakts zwischen einem Körper mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und dem jeweiligen Bauteil herzustellen. Ein Beispiel für ein derartiges System ist ein Aluminiumkühlkörper. Nachteilig ist jedoch, dass der Aluminiumkühlkörper eine verhältnismäßig große Masse erfordert, um die entstehende Wärme abführen zu können. Ein weiteres bekanntes System zur extraterrestrischen thermischen Konditionierung eines Bauteils basiert auf dem Prinzip der Phase-Change-Material-Technologie.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum zu schaffen.

[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.

[0008] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts funktioniert unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum. Die Vorrichtung weist einen Reaktionsbehälter zum Bereitstellen eines Sorbenten zur Aufnahme eines Sorptivs und zur Abgabe eines Desorptivs auf, der eine Schnittstelle zum Herstellen des Körperkontakts, eine Zuleitung zum Zuführen des Sorptivs und eine Ableitung zum Ableiten des Desorptivs hat. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Beaufschlagen der Ableitung mit einem Unterdruck gegenüber einem Innendruck des Reaktionsbehälters auf.

[0009] Die Vorrichtung kann einem oder mehreren Bauteil/en über die Schnittstelle direkt oder indirekt Wärme entziehen oder zuführen. Sie ist im Gegensatz zu kapillar- oder membranbasierten Systemen unabhängig von äußeren physikalischen Gegebenheiten und kann daher unter anderem auch in Vakuum- und/oder Schwerelosigkeitsbedingungen sowie bei beschleunigten Bewegungen wie sie beispielsweise in Automobilen, Luftfahrzeugen und Raumfahrzeugen auftreten eingesetzt werden. Somit ist ein konstantes Halten einer Betriebstemperatur unabhängig von äußeren Bedingungen möglich. Im Verhältnis zum vorbeschriebenen Aluminiumkörpersystem ist sie bei gleicher Kühlleistung wesentlich gewichtsreduzierter bzw. leichter. Es wird darauf hingewiesen, dass auch die Vorsehung eines vorkonditionierten Sorbats, also eines Sorbenten mit einem Sorptiv, im Reaktionsbehälter vom Wortlaut des Patentanspruchs 1 umfasst ist, da ja auch hier das Sorptiv grundsätzlich zugeführt werden muss. Unter einer Zuleitung wird somit auch eine beispielsweise nach dem Zuführen verschlossene Behälteröffnung verstanden.

[0010] Die Zuleitung des Reaktionsbehälters erstreckt sich bevorzugterweise von einem Vorratsbehälter, der das Sorptiv bereitstellt. Durch diese Maßnahme kann der Reaktionsbehälter nachgefüllt werden. Das Nachfüllen kann dabei derart erfolgen, das beim Aufnehmen des Sorptivs der Sorbent Adsorptionsenergie erzeugt, die dann zum Heizen genutzt werden kann.

[0011] Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Reaktionsbehälter eine in seinem Innenraum angeordnete Wärmeleitstruktur auf. Durch die Wärmeleitstruktur kann die Wärme des Bauteils über die Schnittstelle homogen und schnell in den Reaktionsbehälter geleitet werden (Kühlfunktion). Ebenfalls ermöglicht die Wärmeleitstruktur ein schnelles und gleichmäßiges Abführen der im Reaktionsbehälter entstehenden Wärme an ein Bauteil (Heizfunktion). Vorzugsweise ist die Wärmeleitstruktur in Form einer Rippenstruktur oder eines Schaums ausgeführt. Diese kann beispielsweise aus Metall wie Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung oder aus einem anderen gut wärmeleitenden Material bestehen.

[0012] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Ableitung der Vorrichtung eine Ventileinrichtung zum Auf- und Zusteuern der Ableitung zur Außenumgebung auf. Insbesondere bei extraterrestrischen Anwendungen und bei kleinem Umgebungsdruck kann durch diese Maßnahme die Ableitung ohne eine Zuhilfenahme von Unterdruckpumpen mit einem Unterdruck gegenüber einem Innendruck des Reaktionsbehälters beaufschlagt werden.

[0013] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Unterdruckpumpe auf, die die Ableitung mit einem Unterdruck gegenüber einem Innendruck des Reaktionsbehälters beaufschlägt. Hierdurch ist die Funktion der Vorrichtung beispielsweise bei Atmosphärendruck, jedoch auch bei höheren Umgebungsdrücken gegeben.

[0014] Bevorzugterweise ist die Ableitung der Vorrichtung stromabwärts der Unterdruckpumpe über eine Rückleitung mit dem Vorratsbehälter verbunden. Durch die Rückleitung wird ein Kreislauf geschaffen so dass die Vorrichtung in sich geschlossen ist. Bei entsprechender Länge der Rückleitung kann diese das Desorptiv in das Sorptiv kondensieren und es in den Vorratsbehälter einspeisen.

[0015] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in der Rückleitung ein Kondensator zum Überführen des Desorptivs in das Sorbtiv angeordnet. Diese Maßnahme erlaubt eine kontrollierte Überführung des Desorptivs in das Sorptiv.

[0016] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Zuleitung eine erste Ventileinrichtung zum Auf- und Zusteuern der Zuleitung auf. Die erste Ventileinrichtung kann beispielsweise in Form eines Dosierventils, eines Absperrhahns und dergleichen ausgeführt sein. Hierdurch lässt sich das Zuführen des Sorptivs steuern und regeln.

[0017] In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in der Ableitung eine zweite Ventileinrichtung zum Auf- und Zusteuern der Ableitung angeordnet. Analog zur Zuleitung ist es vorteilhaft die zweite Ventileinrichtung beispielsweise in Form eines Dosierventils, eines Absperrhahns und dergleichen auszuführen. Diese Maßnahme ermöglicht es sowohl den Unterdruck in der Ableitung als auch das Ableiten des Desorptivs zu steuern und zu regeln.

[0018] In der Vorrichtung zur thermischen Konditionierung des Bauteils kann ein Messsystem zum Erfassen von Betriebsparametern vorgesehen sein. Hierdurch können verschiedene Betriebsparameter wie zum Beispiel Temperatur im Reaktionsbehälter, und der Unterdruck in der Ableitung erfasst werden. Beim Einsatz der Vorrichtung als Wärmequelle kann bevorzugterweise die Temperatur des Reaktionsbehälters zum Regeln der ersten Ventileinrichtung in der Zuleitung genutzt werden. Bei Einsatz der Vorrichtung als Wärmesenke kann bevorzugterweise die Temperatur des Reaktionsbehälters zum Regeln der zweiten Ventileinrichtung in der Ableitung genutzt werden.

[0019] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum wird ein Bauteil thermisch dadurch eingestellt, beispielsweise auf seine SollTemperatur, dass ein Sorptiv in einen mit dem Bauteil im Körperkontakt stehenden Reaktionsbehälter zugeleitet wird, in dem ein das Sorptiv aufnehmbarer Sorbent bereitgestellt ist, und/oder dass ein im Reaktionsbehälter gebildetes Desorptiv aus dem Reaktionsbehälter abgeleitet wird.

[0020] Hierdurch kann die Temperatur des Bauteils durch eine Zuleitung des Sorptivs in und/oder eine Ableitung des Desorptivs aus dem Reaktionsbehälter beeinflusst werden. Der Unterdruck lässt sich unabhängig von den äußeren physikalischen Gegebenheiten erzeugen, sodass die thermische Konditionierung unabhängig von äußeren Einflüssen und der Ausrichtung des Bauteils im Raum erfolgen kann.

[0021] Bevorzugterweise erfolgt das Ableiten des Desorptivs aus dem Reaktionsbehälter durch eine Druckdifferenz zwischen dem Reaktionsbehälter und der Ableitung. Vorteilhafterweise kann die Druckdifferenz dabei entweder durch eine Unterdruckpumpe oder durch ein Ausnutzen eines möglichen niedrigen Umgebungsdrucks erfolgen. Insbesondere bei extraterrestrischen Anwendungen können hierdurch Gewicht und Kosten eingespart werden.

[0022] Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Desorptiv temperatur- und/oder druck- und/oder zeitgesteuert aus dem Reaktionsbehälter abgeleitet. Diese Maßnahme ermöglicht eine vollständige ableitungsseitige Automatisierung der thermischen Konditionierung des Bauteils.

[0023] Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Sorptiv in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter dem Reaktionsbehälter zugeleitet. Diese Maßnahme ermöglicht eine vollständige zuleitungsseitige Automatisierung der thermischen Konditionierung des Bauteils.

[0024] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Desorptiv zum Sorptiv kondensiert und als Sorptiv in den Vorratsbehälter rückgespeist. Hierdurch wird ein geschlossener Kreislauf geschaffen, der beispielsweise Vorteile bei einem langfristig vorgesehenen Betrieb schafft, da keine Verluste des Sorptivs und/oder Desorptivs auftreten.

[0025] Zum Verdeutlichen der erfindungsgemäßen Funktionsweise sei mit anderen Worten erwähnt, dass beispielsweise die Temperatur oder der Druck im Reaktionsbehälter die Regelgrößen sein können, die Ventileinrichtungen jedoch werden insbesondere zum Regeln des Drucks genutzt, die somit als Stellglied bzw. Stellglieder wirken. Es bietet sich auch die Möglichkeit an, beispielsweise einen Soll-Innendruck im Reaktionsbehälter vorzugeben, der durch die Ventileinrichtungen selbsttätig geregelt wird. Hierbei kann ein gemessener Ist-Druck mit dem Soll-Druck verglichen werden und entsprechend über die Ventileinrichtung nachgeregelt werden.

[0026] Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

[0027] Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2

eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Rückführung,

Fig. 3

einen Schnitt durch einen Bereich eines Reaktionsbehälters mit einer in seinem Innenraum angeordneten rippenförmigen Wärmeleitstruktur, und

Fig. 4

einen Schnitt durch einen Bereich eines Reaktionsbehälters mit einer in seinem Innenraum angeordneten schaumförmigen Wärmeleitstruktur.

[0028] In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselbe Bezugsziffer auf.

[0029] In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur thermischen Konditionierung eines Bauteils 2 mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils 2 im Raum gezeigt.

[0030] Die Vorrichtung 1 hat einen Reaktionsbehälter 4, der sich hier im direkten Körperkontakt mit dem Bauteil 2 befindet und in dessen Innenraum 6 ein Sorbent 8 bereitgestellt ist. Allerdings ist hier nicht der gesamte Innenraum 6 mit dem Sorbenten 8 aufgefüllt, sondern gemäß der Darstellung in Figur 1 ist oberhalb des Sorbents 8 ein freier Teilinnenraum 10 gebildet. Ein Füllgrad des Reaktionsbehälters 4 bzw. dessen Innenraum 6 richtet sich individuell beispielsweise nach der jeweils zu leistenden thermischen Konditionierung und nach dem Sorbenten 8. Der Sorbent 8 ist hier beispielsweise Kieselgel in Granulatform. Zur Herstellung des hier beispielhaften direkten Körperkontakts hat der Reaktionsbehälter 4 eine nicht gezeigte Schnittstelle. Die Schnittstelle erlaubt beispielsweise eine lösbare Formschlussverbindung in Form einer sogenannten Snap-and-Click-Verbindung oder eine lösbare Schraubverbindung. Alternativ kann die Schnittstelle auch eine Stoffschlussverbindung wie eine Klebeverbindung, eine Nietverbindung, eine Crimpverbindung, und dergleichen ermöglichen. Insbesondere ermöglicht die zumindest eine Schnittstelle einen spielfreien, belastbaren und zudem bevorzugterweise größflächigen direkten oder indirekten Körperkontakt zwischen dem Reaktionsbehälter 4 und dem thermisch einzustellenden Bauteil 2. Bei einem indirekten Körperkontakt ist der Reaktionsbehälter 4 von dem Bauteil 2 beabstandet und eine Wärmebrücke über beispielsweise Verbindungselemente mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie Wärmerohre hergestellt.

[0031] Über eine Zuleitung 12 steht der Reaktionsbehälter 4 mit einem Vorratsbehälter 14 in Fluidverbindung. Zum Auf- und Zusteuern der Zuleitung 12 ist in dieser eine hier als Dosierventil ausgeführte erste Ventileinrichtung 16 angeordnet. In dem Vorratsbehälter 14 befindet sich ein Sorptiv 15, welches dem Sorbenten 8 im Reaktionsbehälter 4 zugeführt werden kann. Dass Sorptiv 15 ist auf den Sorbenten 8 abgestimmt und im hier gezeigten Ausführungsbeispiel Wasser.

[0032] Von dem Reaktionsbehälter 4 erstreckt sich eine Ableitung 18 zum Ableiten eines im Reaktionsbehälter 4 gebildeten Desorptivs, die in eine Einrichtung 20 zum Beaufschlagen der Ableitung mit einem Unterdruck mündet. Im Falle von extraterrestrischer Anwendung kann es genügen, wenn die Einrichtung 20 ein auf- und zusteuerbares Außenventil ist, das in die Außenumgebung mündet. Im Falle von terrestrischen Anwendungen ist die Einrichtung beispielsweise eine in Figur 2 gezeigte Unterdruckpumpe 22. In der Ableitung 18 ist eine zweite Ventileinrichtung 26 angeordnet. Die zweite Ventileinrichtung 26 umfasst ein Absperrventil 24 und ein stromabwärts des Absperrventils angeordnetes Dosierventil 25. Stromaufwärts des Absperrventils ist ein Filterelement 28 zum Rückhalten von Verunreinigungen im Desorptiv angeordnet. Je nach Anforderungen können auch passive Blenden zumindest teilweise die aktiven Ventileinrichtungen 16, 26 ersetzen.

[0033] Zudem befindet sich in der Ableitung 18 stromaufwärts der zweiten Ventileinrichtung 26 ein Drucksensor 30, der die Messung eines Drucks in der Ableitung 18 und damit eines Betriebsparameters zur Regelung der zweiten Ventileinrichtung 26 ermöglicht. Weiterhin kann ein am Reaktionsbehälter 4 angebrachter Temperatursensor 32 zur Temperaturüberwachung des Sorbenten 8 bzw. Reaktionsbehälters 4 dienen und somit beispielsweise alternativ zum Druck oder ergänzend zur Regelung der zweiten Ventileinrichtung 26 und/oder der ersten Ventileinrichtung 16 herangezogen werden. Der Temperatursensor 32 kann auch direkt am oder im thermisch zu konditionierenden Bauteil 2 angebracht werden. Solch ein Vorgehen bietet insbesondere dann Vorteile, wenn komplexe Regelalgorithmen wie beispielsweise PID Regler (Proportional-Integral-Derivative Controller) angewandt werden.

[0034] Befindet sich der Sorbent 8 in einem sorbierbaren Zustand, so kann durch Öffnen des zulaufseitigen Dosierventils 16 das Sorptiv 15 in den Reaktionsbehälter 4 geleitet werden. Hierbei kommt es zur Sorption des Sorptivs 15, wodurch Wärme an den Reaktionsbehälter 4 abgegeben wird. Die Wärme wird an das Bauteil 2 abgegeben, wodurch dieses erwärmt wird. Die Vorrichtung 1 wird somit als Wärmequelle genutzt.

[0035] Zur Verwendung der Vorrichtung 1 als Wärmesenke ist aus dem Rekationsbehälter 4 das Desorptiv abzuführen. Durch Öffnen des Absperrventils 24 bzw. der zweiten Ventileinrichtung 26 wird der Druck im Reaktionsbehälter 4 reduziert. Hierbei wird eine Desorption und eine Ableitung des Desorptivs eingeleitet, wodurch dem Reaktionsbehälter 4 Wärme entzogen wird. Die Sorption und Desorption im Reaktionsbehälter 4 sind reversibel, sodass durch kontrolliertes Einleiten des Sorptivs 15 bzw. durch kontrolliertes Ableiten des Desorptivs eine thermische Konditionierung des Bauteils 2 durch Wärmeerzeugung und/oder Wärmeentzug erreicht werden kann. Eine ausschließliche Verwendung der Vorrichtung 1 als Wärmesenke ist auch unabhängig oder ohne eine Zuführung des Sorptivs 15 möglich. Dabei kann der Reaktionsbehälter 4 stattdessen mit einem vorkonditionierten Sorbat 8, also eines Sorbenten 8 mit einem Sorptiv 15, versehen sein.

[0036] Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur thermischen Konditionierung. Im wesentlichen Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 erlaubt das zweite Ausführungsbeispiel eine Kreislaufführung und insbesondere eine geschlossene Kreislaufführung. Die Vorrichtung hat hierzu eine Rückleitung 34 zum Rückführen des Desorptivs als Kondensat in den Vorratsbehälter 14, die sich von einer Unterdruckpumpe 22 erstreckt und in dem Vorratsbehälter 14 mündet. Mittels der Unterdruckpumpe 22 ist ein Unterdruck erzeugbar, der das Desorptiv bei geöffneten zweiten Ventileinrichtung 26 aus dem Reaktionsbehälter 4 ableitet und der Rückleitung 34 zuführt. Zur gezielten Bildung des Kondensats und somit zur gezielten Umwandlung des Desorptivs in das Sorptiv ist in der Rückleitung 34 optional ein Kondensator 36 und stromabwärts des Kondensators 36 eine Förderpumpe 38 zum Fördern des gewonnen Sorptivs in den Vorratsbehälter 14 unabhängig von einer Lage und Bewegung der Vorrichtung 1 im Raum angeordnet.

[0037] Damit die im Sorbenten 8 entstehende Wärme während der Sorption gleichmäßig und schnell an das Bauteil 2 geleitet werden kann oder vom Bauteil 2 an den Sorbenten 8 abgegeben werden kann, ist in den hier zeigten Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 in den Innenräumen 6 der Reaktionsbehälter 4 jeweils zumindest teilweise die Innenräume 6 der Reaktionsbehälter 4 ausfüllende Wärmeleitstrukturen 39, 40 gemäß den Figuren 3 oder 4 angeordnet. Die Wärmeleitstrukturen 39, 40 bestehen aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Beispielsweise sind sie aluminiumbasiert.

[0038] Die Wärmeleitstruktur 39, 40 ist jeweils derart in dem Innenraum 6 des Reaktionsbehälters 4 angeordnet, dass diese sowohl mit dem Sorbenten 8 als auch mit einer Behälterwandung einen größtmöglichen Körperkontakt herstellt. Die gitterförmige Wärmeleitstruktur 39 nach Figur 3 unterteilt den Innenraum 6 beispielsweise in eine Vielzahl von bodennahen Kammern 41 zum Anordnen bzw. zur Aufnahme des Sorbenten 8, wobei sich seine Gittertrennwände 42 senkrecht vom Behälterboden 43 erstrecken. Um eine konstante und lageunabhängige Verteilung des Sorbenten 8 im Reaktionsbehälter 4 sicherzustellen, ist zumindest ein Rückhalteelement 44 vorgesehen.

[0039] Das Rückhalteelement 44 ist hier ein Sieb, das gemäß den Darstellungen nach den Figuren 3 und 4 oberhalb der Wärmeleitstrukturen 39, 40 angeordnet ist. Bevorzugterweise besteht das Sieb ebenfalls aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Beispielsweise ist es metallisch und aluminiumbasiert.

[0040] Bezogen auf die gitterförmige Wärmeleitstruktur 39 begrenzt das Sieb deren Kammern zum Teilinnenraum 10 nach oben. Bei Ausbildung der Wärmeleitstruktur 40 als Schaum gemäß Figur 4, begrenzt das Rückhalteelement 44 zum Teilinnenraum 10 an sich offene Poren des Schaums 40 und verhindert somit einen Austritt des Sorbents 8 aus den Poren. Die Poren selbst können untereinander in Verbindung stehen. Alternativ kann der Schaum 40 eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Einzelwaben aufweisen.

[0041] Offenbart ist eine Vorrichtung zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum. Die Vorrichtung weist einen Reaktionsbehälter zum Bereitstellen eines Sorbenten zur Aufnahme eines Sorptivs und zur Abgabe eines Desorptivs auf, der eine Schnittstelle zum Herstellen eines Körperkontakts, eine Zuleitung zum Zuführen des Sorptivs und eine Ableitung zum Ableiten des Desorptivs hat. Darüber hinaus hat die Vorrichtung eine Einrichtung zum Beaufschlagen der Ableitung mit einem Unterdruck gegenüber einem Innendruck des Reaktionsbehälters, und ein Verfahren zur thermischen Konditionierung eines Bauteils mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils im Raum.

Bezugszeichenliste

[0042] 

1.

Vorrichtung zur thermischen Konditionierung

2.

Bauteil

4.

Reaktionsbehälter

6.

Innenraum

8.

Sorbent

10.

freier Teilinnenraum

12.

Zuleitung

14.

Vorratsbehälter

15.

Sorptiv

16.

erste Ventileinrichtung

18.

Ableitung

20.

Einrichtung zum Beaufschlagen der Ableitung mit Unterdruck

22.

Unterdruckpumpe

24.

Absperrventil

25.

Dosierventil

26.

zweite Ventileinrichtung

28.

Filterelement

30.

Drucksensor

32.

Temperatursensor

34.

Rückleitung

36.

Kondensator

38.

Förderpumpe

39.

gitterförmige Wärmeleitstruktur

40.

schaumförmige Gitterstruktur

41.

Kammer zur Aufnahme des Sorbenten

42.

Gitterwand

43.

Behälterboden

44.

Rückhalteelement

Ansprüche

1. Vorrichtung (1) zur thermischen Konditionierung eines Bauteils (2) mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils (2) im Raum, mit einem Reaktionsbehälter (4) zum Bereitstellen eines Sorbenten (8) zur Aufnahme eines Sorptivs (15) und zur Abgabe eines Desorptivs, der eine Schnittstelle zum Herstellen eines Körperkontakts, eine Zuleitung (12) zum Zuführen des Sorptivs (15) und eine Ableitung (18) zum Ableiten des Desorptivs hat, und mit einer Einrichtung (20) zum Beaufschlagen der Ableitung (18) mit einem Unterdruck gegenüber einem Innendruck des Reaktionsbehälters (4).

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei sich die Zuleitung (12) von einem Vorratsbehälter (14) zum Bevorraten des Sorptivs (15) erstreckt.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Innenraum des Reaktionsbehälters (4) eine Wärmeleitstruktur (39, 40) angeordnet ist.

4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Einrichtung (20) eine Ventileinrichtung zum Auf- und Zusteuern der Ableitung (18) zur Außenumgebung aufweist.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (20) eine Unterdruckpumpe (22) aufweist.

6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Ableitung (18) stromabwärts der Unterdruckpumpe (22) über eine Rückleitung (34) mit dem Vorratsbehälter (14) verbunden ist.

7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei in der Rückleitung (34) ein Kondensator (36) zum Überführen des Desorptivs in das Sorbtiv (15) angeordnet ist.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Zuleitung (12) eine erste Ventileinrichtung (16) zum Auf- und Zusteuern der Zuleitung (12) aufweist.

9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Ableitung (18) eine zweite Ventileinrichtung (26) zum Auf- und Zusteuern der Ableitung (18) angeordnet ist.

10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Messsystem (30, 32) zum Erfassen von Betriebsparametern vorgesehen ist.

11. Verfahren zur thermischen Konditionierung eines Bauteils (2) mittels direkten oder indirekten Körperkontakts unabhängig von einer Lage und Bewegung des Bauteils (2) im Raum, insbesondere zum Betreiben einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch Zuleiten eines Sorptivs (15) in einen mit dem Bauteil (2) im Körperkontakt stehenden Reaktionsbehälters (4), in dem ein das Sorptiv (15) aufnehmbarer Sorbent (8) bereitgestellt ist, und/oder durch Ableiten eines im Reaktionsbehälter (4) gebildeten Desorptivs aus dem Reaktionsbehälter (4) mittels Unterdruck das Bauteil (2) thermisch eingestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Desorptiv durch eine Druckdifferenz zwischen dem Reaktionsbehälter (4) und einer Ableitung (18) aus dem Reaktionsbehälter (4) abgeleitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Desorptiv temperatur- und/oder druck- und/oder zeitgesteuert aus dem Reaktionsbehälter (4) abgeleitet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei das Desorptiv kondensiert wird und als Sorptiv (15) in den Vorratsbehälter (14) rückgespeist wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Sorptiv (15) in Abhängigkeit von Betriebsparametern dem Reaktionsbehälter (4) zugeleitet wird.

Zeichnung