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Die
Erfindung betrifft eine Latentkältespeichervorrichtung,
wie sie zum Beispiel für
die Standklimatisierung eines Fahrzeugs zum Einsatz kommt.
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Kältespeicher-
bzw. Latentkältespeichersysteme
mit integrierten Latentkältespeichervorrichtungen,
welche häufig
bei entsprechenden Standklimatisierungssystemen von Fahrzeugen,
insbesondere von Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommen, dienen einerseits
vor allem dazu, eine von einer herkömmlichen, konventionellen,
durch ein laufendes Antriebsaggregat betriebene Standardklimaanlage
erzeugte Kühlleistung
zeitweise zusätzlich
zu unterstützen,
um die benötigte, überdurchschnittlich
erforderliche Kühlleistung
für den
Fahrzeuginnenraum zur Verfügung
zu Stellen. Andererseits wird die beispielsweise während der
Fahrt in den Kältespeicherelementen
einer Latentkältespeichervorrichtung
gespeicherte Kälteenergie
bzw. Kälte
während
der Ruhepausen, d.h. bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor in der Nacht
im Rahmen des Betriebs des Standklimatisierungssystems zur Klimatisierung
einer Schlafkabine verwendet. Die Erzeugung, Abspeicherung und der Abruf,
d.h. das Abführen
der Kälte
in den Kältespeicherelementen
eines Kältespeicherelements
unterliegt dabei einem allseits bekannten Verfahren bzw. Ablauf
für ein
Standklimatisierungssystem, welcher jedoch wesentlich von den Kreislaufkomponenten und
insbesondere der Ausführung
und Gestaltung der Latentkältespeichervorrichtung
abhängt.
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Im
Folgenden wird kurz auf bereits vorhandene, den Stand der Technik
repräsentierende
Latentkältespeichervorrichtungen
eingegangen und deren kennzeichnenden Merkmale analysiert, interpretiert
und beurteilt.
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Aus
der
DE 198 39 995
A1 ist ein als Latentkältespeicher
fungierendes, in Leichtbauweise ausgeführtes Kunststoff-Eisspeicherelement
für eine Standklimaanlage
eines Kraftfahrzeugs bekannt, welches aus einem für Kältespeicherzwecke
vorgesehenen Hohlkörper
besteht, der einerseits zum Teil mit einem im aufgetauten Zustand
flüssig
vorliegenden Eisspeichermedium und zum Teil mit Luft gefüllt ist.
Der, durch den Einfriervorgang, d.h. mit dem Aufladen des Speichers
mit einhergehenden Volumenvergrößerung des
Speichermediums wird im Sinne einer Verhinderung der Zerstörung des
Hohlkörpers durch
den Gefriervorgang dadurch entgegnet, dass die vom Hohlkörper zusätzlich eingeschlossene
bzw. beinhaltete Luftblase als Ausgleichsvolumen zur Kompensation
dient. Jedoch ist die Kontaktfläche
für einen
Wärmeaustausch
zur entsprechend vorgesehenen Kältemittelleitung
in der gezeigten Lösung
zu gering, um eine geforderte Kühlleistung
und Dynamik des Systems hinsichtlich dem Be- und Entladen zu gewährleisten,
da zudem auch der Widerstand zur Übertragung durch die entsprechenden
Kunststoffmaterialien sehr hoch ist. Hinzuzufügend ist, dass damit eine entsprechend
große
Bauweise, einhergeht.
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Mit
DE 102 42 463 A1 wird
ein mit mehreren plattenförmigen
und gestapelten Speicherkörpern ausgestatteter
Kälte-/Wärmespeicher
für ein
im aufgetauten Zustand flüssig
vorliegendes Speichermedium vorgeschlagen, wobei die Speicherkörper wärmeleitend
und über
als Flachrohre ausgeführte
Wärmeträgerrohre,
welche großflächig zwischen
den gestapelten Speicherkörpern
anliegen und entsprechend meanderförmig verlaufen, verbunden sind.
Die Speicherkörper
des Kälte-/Wärmespeichers
bestehen dabei aus einem Graphitmatrixmaterial, in dessen Poren
Wasser eindringen und sich ablagern kann. Des Weiteren umfasst der
Kälte/Wärmespeicher
ein entsprechendes Gehäuse,
welches derart stabil ausgestaltet ist, um eine gewünschte Schutz- und
Isolierfunktion bereitzustellen. Der in diesem Dokument offenbarte
Latentkältespeicher
weist hinsichtlich der Verwendung von Graphit und die damit verbundene
Wassereinlagerung ein relativ hohes Gewicht auf. Abgesehen von hohen
Herstellkosten und einer noch nicht nachgewiesenen Langzeitstabilität des Speichermediums
der genannten Art sind zudem die thermodynamischen Wirk- bzw. Kontaktflächen für den Wärmeaustausch
zwischen den Speicherkörpern
und den entsprechenden Wärmeträgerrohren
zum Be- und Entladen der Speicherkörper gering.
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Aus
der
DE 198 57 121
A1 ist ein Kältespeicher
bekannt, der aus einem Gehäuse
besteht und unter anderem eine Vielzahl von darin angeordneten Kammern
umfasst, die dicht geschlossen sind und ein Speichermedium beinhalten.
Zwischen zwei benachbarten Kammern, welche einen flachen Querschnitt
aufweisen befindet sich jeweils ein Kanal, welcher ein Wärmeträgermedium
führt.
In den Kammern befindet sich neben dem Speichermedium ein gasförmiges Restvolumen.
Die Kanäle
sind dabei über eine
gemeinsame Verteil- und Sammelkammer mit dem Gehäuse verbunden, wobei die Verteil-
und Sammelkammer über
einen Zulaufanschluß und
einen Rücklaufanschluß verfügt. Dadurch,
dass für
den Belade- als auch für
den Entladevorgang das Wärmeträgermedium
jeweils durch die dafür
vorgesehenen Kanäle
strömen
muss, wird ein zusätzlicher
Wärmeaustausch
benötigt,
um den Kältespeicher
aufzuladen. Folglich muss zur Aufladung eine Verdampfertemperatur
geringer sein, was die Effizienz des Gesamtsystems verringert und
den Kraftstoffverbrauch entsprechend ansteigen lässt. Des Weiteren unterliegt
der in diesem Dokument offenbarte Kältespeicher relativ hohen Herstellkosten,
da leckdichte Hartlötvorgänge an den
Kammern und flachen Kanälen sowie
Zwischenwänden
notwendig werden.
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Vor
dem Hintergrund des Standes der Technik liegt die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine Latentkältespeichervorrichtung
anzugeben, welche beispielsweise in entsprechenden Standklimatisierungssystemen
von Fahrzeugen zum Einsatz kommt, die einerseits ein reduziertes
Gewicht und vorteilhafte Struktureigenschaften aufweist, sowie andererseits
eine effizientere Betriebsweise hinsichtlich dem Beladen und dem
Entladen von Kältespeicherelementen
der Latentkältespeichervorrichtung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei
zweckmäßige Ausführungsformen
durch die Merkmale der abhängigen
Ansprüche
beschrieben sind.
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Nach
Maßgabe
der Erfindung ist daher eine Latentkältespeichervorrichtung vorgesehen,
welche vorteilhaft für
Standklimatisierungssysteme von Fahrzeugen verwendet werden bzw.
darin integriert werden kann, wobei deformierbare, als Taschen ausgeführte Verpackungen,
welche ein Kältespeichermedium
zur Speicherung von Kälteenergie
aufweisen Kältespeicherelemente
ausbilden, von denen mindestens zwei unter Ausbildung einer sandwichartigen
Anordnung bezüglich
eines Wärmeleitelementes
angeordnet sind. Dadurch, dass für
die Aufbewahrung des Kältespeichermediums
zur Speicherung von Kälteenergie
in einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
elastisch deformierbare Taschen vorgesehen sind, welche mit dem
Kältespeichermedium
gefüllt
sind und somit Kältespeicherelemente
ausbilden, ist eine Reihe an Vorteilen gegenüber den verschiedenen vorbekannten
Latentkältespeichervorrichtungen
gegeben. Einerseits ist durch eine derartige Ausführung des
Kältespeicherelements hinsichtlich
des Verformungsverhaltens die Gefahr des Kaputtgehens bzw. Platzens
und Auslaufens nicht gegeben bzw. vermieden, da sich die für das Kältespeichermedium
vorgesehene Verpackung in Gestalt der deformierbaren Tasche entsprechend dem
Volumenbedarf des Kältespeichermediums
anpasst. Wie bekannt, findet vor allem beim Aufladevorgang der Kältespeicherelemente
einer Latentkältespeichervorrichtung,
d.h. beim Abführen
der Wärme aus
dem Kältespeichermedium
der Kältespeicherelemente
eine entsprechende Volumenvergrößerung des
Kältespeichermediums
statt, welche eine ungünstig
ausgeführte
Verpackung des Kreislaufmediums zerstören kann und damit die Latentkältespeichervorrichtung
unbrauchbar macht. In Bezug auf die ein Kältespeicherelement umgebenden
räumlichen Randbedingungen
in Form von Oberflächen,
mit denen das Kältespeicherelement
im Wesentlichen in Kontakt bzw. Berührung kommt und über die
der Wärmeaustausch
beim Beladen und beim Entladen des Kältespeicherelementes stattfindet,
lässt sich
mit einem wie hier vorgeschlagenen Kältespeicherelement in Gestalt
einer Tasche eine optimale, räumliche
Anpassung des Kältespeicherelementes
erreichen, welche somit über
die entsprechenden Wirkflächen
die entsprechenden Wärmeaustauschvorgänge weiter
verbessert. Die Anordnung von Kältespeicherelementen
und Wärmeleitelementen
in sandwichartiger Gestalt garantiert dabei eine große Packungsdichte
dieser Wirkkomponenten, welche den zur Verfügung stehenden Raum optimal
ausnutzen.
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Vorteilhaft
weist das Wärmeleitelement
zumindest einen plattenförmigen
Abschnitt auf. Dadurch ist eine gute Verbindung bzw. Anbindung an anliegende,
als gefüllte
Taschen ausgeführte
Kältespeicherelemente
gegeben, welche somit eine verbesserte Betriebsweise in Form des
Wärmeaustauschs
beim Beladen und/oder beim Entladen der Kältespeicherelemente mit sich
bringt. Neben dem erhöhten
Wirkungsgrad ist dadurch auch ein weiterer Vorteil hinsichtlich
der Herstellung des Wärmeleitelements
gegeben, welcher somit einfach und kostengünstig beispielsweise durch
einen Schmiede-, Tiefzieh-, Press- oder Walzvorgang realisiert werden kann.
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Vorzugsweise
ist bei einer erfindungsgemäßen Latentkaltespeichervorrichtung
mindestens ein Wärmeleitelement
von serpentinenförmiger
Gestalt. Dadurch lässt
sich ein verbesserter Wärmeaustausch
zwischen dem Wärmeleitelement
und dem Kältespeicherelement
erreichen, da die taschenartig ausgeführten, Kältespeicherelemente optimal,
d.h. raumausfüllend
in die entsprechenden Abschnitte bzw. Bereiche des serpentinenförmig gestalteten Wirkelements
integ riert werden können.
Zum Beispiel könnte
darunter eine abschnittsweise rechtwinkelige Struktur mit abwechselnd
und versetzt gegenüberliegenden Übergangsbereichen
verstanden werden, wobei parallel liegende, plattenförmige Abschnitte
im Abstand der Höhe
der Wärmespeicherelemente
angeordnet sind.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Latentkältespeichervorrichtung
für mindestens
ein Kältespeicherelement
mindestens einen Expansionsbereich auf. Dieser gewährleistet
die Möglichkeit einer
ungehinderten Verformung des oder der Kältespeicherelements(e) vor
allem während
des Aufladevorgangs und einer damit einhergehenden Volumenzunahme
bzw. erhöhten
Platzbedarfs des Kältespeicherelements,
hervorgerufen durch das Kältespeichermedium.
Der Expansionsbereich liegt dabei vorteilhaft beispielsweise zwischen
benachbarten Kältespeicherelementen
oder zwischen mindestens einem Kältespeicherelement
und mindestens einer Gehäusewand
oder zwischen mindestens einem Kältespeicherelement
und mindestens einer kreislaufmediumführenden Leitung.
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Vorzugsweise
ist zumindest eine kreislaufmediumführende Leitung einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung,
welche zum Beladen und/oder zum Entladen der Kältespeicherelemente dient zumindest
teilweise mit dem Wärmeleitelement verbunden.
Dadurch ergibt sich der Vorteil einer vergrößerten Kontaktfläche zwischen
den kreislaufmediumführenden
Leitungen und dem Wärmeleitelement bzw.
den Kältespeicherelementen,
wonach die beispielsweise beim Aufladen der Kältespeicherelemente aus dem
Kältespeichermedium
abzuführende Wärme unmittelbar
bzw. direkt über
das Wärmeleitelement
durch die entsprechenden Leitungen abgeführt wird.
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Mindestens
eine Leitung bei einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung ist dabei
vorteilhaft formschlüssig
und/oder reibschlüssig
mit dem Wärmeleitelement
verbunden. Der sich dadurch ergebende Vorteil lässt sich ebenfalls in einer
bezüglich
Wirksamkeit gesteigerten Latentkältespeichervorrichtung
beim Aufladevorgang der Kältespeicherelemente
beispielsweise erkennen. Der Fachmann wird erkennen, dass selbstverständlich auch
eine entsprechend integrale Ausführung
von Wärmeleitelement
mit entsprechender Leitung denkbar bzw. realisierbar ist.
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Vorzugsweise
weist zumindest ein Wärmeleitelement
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
mindestens einen Vorsprung auf, welcher zur Verbesserung zumindest
einer Verbindung einer Leitung mit dem Wärmeleitelement dient. Beispielsweise
ist darunter ein für
die Aufnahme bzw. Befestigung einer kreislaufmediumführenden
Leitung entsprechend ausgebildeter Abschnitt eines Wärmeleitelements
zu verstehen, welcher entsprechend geformt bzw. vorteilhaft gefaltet
sich um den Umfang der kreislaufmediumwirkenden Leitung entsprechend
erstreckt.
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Vorteilhaft
sind bei einer erfindungsgemäßen Latentkaltespeichervorrichtung
Leitungen des gleichen Kreislaufs (Belade- oder Entladekreislauf) mehrfach
in paralleler Anordnung auf einem Wärmeleitelement verteilt. Abgesehen
von einer aneinanderanliegenden Anordnung der Leitungen zum Beladen
und/oder zum Entladen der Kältespeicherelemente
verbessert eine derartige Konfiguration der Leitungen die jeweilige
Betriebsweise des Beladens und/oder des Entladens der Kältespeicherelemente der
erfindungsgemäßen Latentkaltespeichervorrichtung.
Vorzugsweise liegt dabei der Abstand zwischen diesen Leitungen im
Bereich von 6 mm bis 20 mm, insbesondere im Bereich von 8 mm bis
14 mm.
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Vorzugsweise
befindet sich mindestens eine Leitung zum Beladen und/oder zum Entladen
der Kältespeicherelemente
im Wesentlichen in mindestens einem Expansionsbereich. Dadurch ist
einerseits ein einfach herzustellender Aufbau gegeben, andererseits
besteht bei entsprechender Verformung der Kältespeicherelemente beim Aufladevorgang beispielsweise
die Möglichkeit,
dass zusätzliche Kontaktflächen zwischen
den Kältespeicherelementen
und den kreislaufmediumführenden
Leitungen entstehen.
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Vorteilhaft
befindet sich zumindest eine Leitung einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
benachbart zu einer Endzone eines Kältespeicherelementes bzw. einer
Tasche. Dadurch lässt
sich einerseits ein einfacher Aufbau bzw. eine vorteilhafte Bauweise
realisieren, andererseits können
mindestens zwei Kältespeicherelemente
von einer Leitung hinsichtlich Wärmeaustauschvorgänge angesprochen
werden.
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Vorzugsweise
ist zumindest eine Leitung über
mindestens eine Befestigungseinrichtung mit mindestens einer Verbindungsleitung
verbunden. Dadurch wird vor allem eine kompakte Bauweise erreicht,
die zudem noch zusätzliches
Gewicht spart, da auf ein kompliziertes Sys tem an Leitungen durch die
vorgesehene gemeinsame Verbindungsleitung verzichtet werden kann.
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Vorteilhaft
umfasst die Befestigungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
einen Pressring. Dadurch kann im Vergleich zu üblichen Schweiß- oder
Lötverfahren
oder sonstigen denkbaren Befestigungseinrichtungen vor allem ein
schneller und kostengünstiger
Zusammenbau- bzw. Montagevorgang realisiert werden.
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Vorzugsweise
ist mindestens eine kreislaufmediumführende Leitung serpentinenförmig zwischen
mindestens zwei Kältespeicherelementen ausgeführt. Eine
derartig ausgeführte
Latentkältespeichervorrichtung
weist dabei vor allem eine vorteilhafte gleichmäßige Temperaturverteilung insbesondere
in entsprechenden Kältespeicherelementen auf,
da mindestens zwei Oberflächen
von der Leitung umgeben sind.
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Vorzugsweise
sind bei einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
mindestens ein Wärmeleitelement
und die mindestens zwei Kältespeicherelemente
in sandwichartiger Anordnung mit mindestens einem Stützelement
verbunden. Das Stützelement
ist dabei vorteilhaft beispielsweise als Winkelblech ausgeführt, an
denen das Wärmeleitelement
beispielsweise angeschweißt,
angelötet
oder angeschraubt ist. Selbstverständlich wären für die Realisierung der Verbindung
des Wärmeleitelementes
mit dem Stützelement
auch andere Befestigungseinrichtungen bzw. dafür erforderliche Verfahren denkbar.
Die Integration eines solchen Stützelements
erhöht
einerseits für
die notwendige Stabilität der
Struktur der erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung,
andererseits ist darüber
hinaus die Möglichkeit
der Montage an eine dafür
vorgesehene Struktur der Latentkältespeichervorrichtung
bereits gegeben. Durch eine derartig vorteilhafte Ausführung ist
bereits eine ausreichende Stabilität der Struktur bzw. des Aufbaus
der Latentkältespeichervorrichtung gegeben,
so dass ein Gehäuse
nicht mehr im Wesentlichen diese Funktion erfüllen muss und somit beispielsweise
aus Kunststoff ausgeführt
werden kann, was einen Gewichtsvorteil mit sich bringt.
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Vorteilhaft
weist mindestens ein Stützelement
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
Einrichtungen zum Befestigen an eine dafür vorgesehene Struktur auf.
Diese Einrichtungen können
beispielsweise vorteilhaft als Bohrungen für Schrauben oder Innengewinde für entsprechende Gewindebolzen
ausgeführt
sein. Denkbar waren jedoch auch jegliche anderen Einrichtungen,
Mechanismen oder Verfahren zum Befestigen.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein Kältespeicherelement
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet. Materialien dieser Art weisen
eine hohe Wärmeleitfähigkeit
auf, was vorteilhaft für
die entsprechenden Wärmeaustauschvorgänge beim
Beladen und/oder beim Entladen der Kältespeicherelemente ist. Zudem
sind derartige Werkstoffe einfach und kostengünstig verarbeitbar sowie im
Hinblick auf das Ende des Produktlebenszykluses der Latentkältespeichervorrichtung
recyclefähig
bzw. wieder verwendbar.
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Vorteilhaft
sind die Taschen der Kältespeicherelemente
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
aus Kunststoff ausgebildet. Dies garantiert zum einen eine notwendige
Flexibilität
hinsichtlich des vergrößerten Volumenbedarfs
des Kältespeichermediums
beim Aufladen des Kältespeicherelementes,
d.h. beim Gefriervorgang. Zum anderen kann der für das Kältespeichermedium zur Verfügung stehende
Raum derartiger Verpackungen optimal ausgenutzt werden, da die Befüllung mit
einem Gas zur Kompensation hinfällig
wird. Zudem ermöglicht
eine derartige Ausführung
der Taschen neben dem guten Dehnungs- und Verformungsverhalten eine
einfache Herstellung sowie notwendige Dichtheit. Vorteilhaft haben
derartige, aus Kunststoff bestehende Taschen eine Wanddicke im Bereich
von 0.05 mm bis 0.5 mm.
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Vorzugsweise
weist mindestens eine Tasche mindestens eines Kältespeicherelements mindestens
eine Zwischenwand auf. Dadurch wird vor allem die Struktur der Tasche
derart geändert
bzw. verbessert, dass eine erhöhte
Stabilität
des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung erreicht
wird.
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Vorteilhaft
ist die erfindungsgemäße Latentkaltespeichervorrichtung
von einem Gehäuse
mit einem Kopfbereich, einem Seitenbereich und einem Deckbereich
umgeben. Durch eine, in das Gehäuse derart
integrierte Latentkältespeichervorrichtung lässt sich
die Montage wesentlich vereinfachen bzw. auch automatisieren. Des
Weiteren schützt
ein derartiges Gehäuse
die Latentkältespeichervorrichtung vor
Fremdstoffen wie aggressiv wirkenden Fluiden beispielsweise. Zudem
hilft ein derartiges Gehäuse der
Struktur bzw. dem Aufbau der Latentkältespei chervorrichtung eine
weitere, zusätzliche
Stabilität und
Widerstandsfähigkeit
gegen Vibrationen beispielsweise zu erlangen.
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Vorteilhaft
ist ein Zwischenbereich zwischen dem Gehäuse und der Latentkältespeichervorrichtung
mit Schaummaterial ausgebildet. Damit ist eine hinsichtlich geringerer
Verluste vorteilhafte Isolierung bezüglich Vibrationen und/oder
Geräusche
beispielsweise gegeben, welche die Stabilität der Latentkältespeichervorrichtung
zusätzlich
unterstützt.
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Weiterhin
vorteilhaft sind die mit dem zum Beispiel serpentinenförmig gestalteten
Wärmeleitelement
verbundenen Leitungen zum Beladen und/oder Entladen der Kältespeicherelemente
im Bereich der Seitenwände
der Kältespeicherelemente
anzuordnen, welche bei dieser Ausführung mit den Übergangsbereichen
des serpentinenförmig
gestalteten Wärmeleitelements
ebenfalls in Kontakt stehen. Daraus resultiert wiederum eine Verbesserung
des Wärmeaustauschs
zwischen dem Wärmeleitelement
und des in den Taschen der Kältespeicherelemente
vorhandenen Kältespeichermediums.
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Die
Erfindung betrifft eine Latentkältespeichervorrichtung,
welche vor allem durch die Vorteile eines effizienten Aufbaus bzw.
einer optimalen Struktur sowie einer leistungsfähigeren Betriebsweise gekennzeichnet
ist.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die jedoch als rein
beispielhaft und in keinster Weise beschränkend verstanden sein soll.
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Es
zeigen:
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung (100)
in einer Schnittebene;
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung (100)
mit Gehäuse
(5) und Stützelementen
(6) in einer Schnittebene;
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3a, 3b zeigen
einen Querschnitt einer ausgeführten
Befestigungseinrichtung für
kreislaufmediumführende
Leitungen (10) an ein Wärmeleitelement
(1)
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung (100)
in einer Schnittebene mit einem serpentinenförmig gestaltetem Wärmeleitelement
(1);
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung (100)
in einer Seitenansicht mit zwei serpentinenförmig gestalteten, sich überlagernden
Wärmeleitelementen
(1);
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung (100)
in einer Seitenansicht mit einer serpentinenförmig gestalteten, kreislaufmediumführenden
Leitung (10);
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7 zeigt
einen im Querschnitt dargestellten Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung (100)
mit einer Befestigungseinrichtung (9) für kreislaufmediumführende Leitungen
(10) an eine gemeinsame Verbindungsleitung (11);
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8 zeigt
eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Latentkaltespeichervorrichtung
(100) in perspektivischer Ansicht mit serpentinenförmig gestalteten
kreislaufmediumführenden
Leitungen (10a, 10b) sowie serpentinenförmig ausgebildetem
Wärmeleitelement
(1).
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1 zeigt
einen Querschnitt durch eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Latentkaltespeichervorrichtung (100).
Die Latentkältespeichervorrichtung
(100) umfasst dabei mehrere Wärmeleitelemente (1)
und mehrere Kältespeicherelemente
(2), welche sandwichartig angeordnet sind. Jeweils ein
Wärmeleitelement
(1) weist dabei im Wesentlichen in einer Ebene liegenden
plattenförmigen
Abschnitte (1a) auf, welche von Befestigungseinrichtungen
(1b) des Wärmeleitelements
(1) für
kreislaufmediumführende
Leitungen (10a, 10b) unterbrochen werden. Je nach
Größe und Konfiguration
der Latentkältespeichervorrichtung (100)
können
selbstverständlich
mehr oder weniger plattenförmige
Abschnitte (1a) bzw. Befestigungseinrichtungen (1b)
für kreislaufmediumführende Leitungen
(10a, 10b) und damit Kältespeicherelemente (2) wie
hier gezeigt sinnvoll bzw. notwendig sein.
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Die
Wärmeleitelemente
(1) sind dabei vorteilhaft aus Aluminium oder aus Kupfer
ausgebildet. Die Verwendung eines derartigen Materials bzw. Werkstoffs
begünstigt
den Wärmeaustausch
zwischen den kreislaufmediumführenden
Leitungen (10a, 10b) und den Kältespeicherelementen (2) über die
plattenförmigen
Abschnitte (1a).
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Die
Kältespeicherelemente
(2) sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel von 1 vorteilhaft
im Bereich zwischen den plattenförmigen
Abschnitten (1a) der Wärmeleitelemente
(1) angeordnet bzw. stehen mit den plattenförmigen Abschnitten
(1a) in Kontakt. Die Anzahl der zu integrierenden Kältespeicherelemente
(2) in einer Ebene wird dabei von der Anzahl der plattenförmigen Abschnitt
(1a) eines Wärmeleitelements
(1) festgelegt.
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Bei
der hier gezeigten Ausführungsform
einer Latentkältespeichervorrichtung
(100) sind die Wärmeleitelemente
(1) und die Kältespeicherelemente
(2) senkrecht zu den plattenförmigen Abschnitten (1a)
der Wärmeleitelemente
(1) alternierend, d.h. einfach abwechselnd angeordnet bzw.
gestapelt. Die Kältespeicherelemente
(2) der Latentkältespeichervorrichtung
(100) aus 1 sind als deformierbare und
zugleich nicht zerstörbare,
taschenartige Verpackungen bzw. als Taschen ausgebildet und beinhalten
ein Kältespeichermedium
(3) Das Kältespeichermedium
(3) kann dabei vorteilhaft Wasser sein. Vorzugsweise weisen
bei der gezeigten Ausführungsform
der Latentkältespeichervorrichtung
(100) die Kältespeicherelemente
(2) eine im wesentlichen quaderförmige Gestalt auf, um damit
optimal in die zur Verfügung
stehenden Bereiche zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden plattenförmigen Abschnitten
(1a) entsprechender Wärmeleitelemente (1)
integriert bzw. gepresst werden zu können.
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Zu
Erhöhung
der Stabilität
eines Kältespeicherelements
(2) bzw. einer Tasche sowie durch die Anordnung von derartigen
Taschen mit Wärmeleitelementen
(1) einer daraus resultierenden zusätzlichen erhöhten Stabilität des Gesamtaufbaus
ist in mindestens einer Tasche eines Kältespeicherelements (1)
mindestens eine Seitenwand (2a) integriert, welche senkrecht
zu den plattenförmigen
Abschnitten (1a) der Wärmeleitelemente
(1) verläuft. Die
Taschen der Kältespeicherelemente
(2) sind durch die integrierten Seitenwände (2a) entsprechend
beschriebener Lage in mehrere Bereiche unterteilt, welche jedoch
vollständig
mit Kältespeichermedium
(3) gefüllt
sind.
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Wie
in 1 gezeigt, sind dabei die Wärmeleitelemente (1)
an ihren äußeren Rändern abgewinkelt.
Dadurch ergibt sich für
die in den äußeren plattenförmigen Abschnitten
(1a) der Wärmeleitelemente (1)
befindlichen Kältespeicherelemente
(2) eine Begrenzung. Die abgewinkelten Abschnitte (1c)
an den äußeren Rändern der
Wärmeleitelemente
(1) dienen jedoch auch der Befestigung an eine dafür vorgesehene
Struktur der Latentkältespeichervorrichtung (100),
welche anhand von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
dargestellt bzw. noch näher
erläutert
wird.
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Des
Weiteren sind in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
einer Latentkältespeichervorrichtung
(100) Bereiche (4) bzw. Zonen vorgesehen, in denen
sich keine Kältespeicherelemente
(2), keine Wärmeleitelemente
(1) und keine kreislaufmediumführenden Leitungen (10a, 10b)
befinden. Diese Bereiche (4) bieten den Kältespeicherelementen
(2) ausreichend Raum bzw. Platz für eine Deformation in Form
einer Expansion beispielsweise. Vor allem beim Aufladevorgang der
Kältespeicherelemente
(2), d.h. beim Entzug von in den Kältespeicherelementen (2)
vorhandener Wärme über die
plattenförmigen
Abschnitte (1a) der Wärmeleitelemente
(1) bzw. die kreislaufmediumführenden Leitungen (10a)
findet eine durch den damit verbundenen Gefriervorgang Volumenzunahme
des Kältespeichermediums
(3) bzw. der elastisch deformierbaren Kältespeicherelemente (2)
statt, welche nicht behindert werden darf um Beschädigungen
jeglicher Art an entsprechend genannten Komponenten der Latentkältespeichervorrichtung
(100) zu vermeiden.
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Beladen
und/oder Entladen (Wärmeentzug, Wärmezufuhr)
werden die Kältespeicherelemente
(2) wie bereits geschildert über mindestens eine kreislaufmediumführende Leitung
(10a, 10b), welche zumindest teilweise mit dem
jeweiligen Wärmeleitelement
(1) verbunden ist, an dessen plattenförmigen Abschnitten (1a)
sich die Kältespeicherelemente
(2) befinden.
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Im
in 1 in Querschnittsansicht dargestellten Ausführungsbeispiel
einer Latentkältespeichervorrichtung
(100) befindet sich zwischen benachbarten Kältespeicherelementen
(2) einer Ebene, d.h. zwischen benachbarten Kältespeicherelementen (2),
die zwischen zwei Wärmeleitelementen
(1) angeordnet sind jeweils eine, mit einem Wärmeleitelement (1)
verbundene kreislaufmediumführende
Leitung (10a, 10b). Wie aus 1 ersichtlich,
sind dabei für jeweils
ein Wärmeleitelement
(1) zwei kreislaufmediumführende Leitungen zum Beladen
(10a) der entsprechenden Kältespeicherelemente (2)
sowie eine kreislaufmediumführende
Leitung zum Entladen (10b) der Kältespeicherelemente (2)
vorgesehen, welche über
entsprechende, bereits genannte und im Weiteren noch näher dargestellte
vorteilhafte Befestigungseinrichtungen der Wärmeleitelemente (1)
mit den Wärmeleitelementen
(1) verbunden sind. Selbstverständlich können derartige kreislaufmediumführende Leitungen
(10a, 10b) auch integraler Bestandteil der Wärmeleitelemente
(1) sein, d.h. die Ausführung
von Wärmeleitelement
(1) und kreislaufmediumführenden Leitungen (10a, 10b)
wäre in
integraler Bauweise. Damit verbunden wäre ein Wegfall einer Befestigungseinrichtung
für die
kreislaufmediumführenden
Leitungen (10a, 10b) an den Wärmeleitelementen (1).
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2 zeigt
einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
(100), welche hinsichtlich der Anordnung der Wärmeleitelemente
(1) und der Kältespeicherelemente
(2) derjenigen von 1 entspricht.
Die hierbei jedoch im Querschnitt dargestellten kreislaufmediumführenden
Leitungen (10a, 10b) ebenso wie in 1 kreisringförmigen Querschnitts zum
Beladen und/oder zum Entladen (10a, 10b) der Kältespeicherelemente
(2) über
die plattenförmigen Abschnitte
(1a) der Wärmeleitelemente
(1) sind hierbei in der gezeigten Ausführungsform der Latentkältespeichervorrichtung
(100) jedoch paarweise aneinanderliegend in den entsprechenden
Expansionsbereichen (4) von benachbarten Kältespeicherelementen
(2) mit den Wärmeleitelementen
(1) verbunden. Des Weiteren umfasst die Latentkältespeichervorrichtung
(100) aus 2 unter anderem ein die Latentkältespeichervorrichtung
(100) umgebendes Gehäuse
(5), welches entsprechend der Bauweise bzw. Anordnung und
Ausführung
der Wärmeleitelemente (1)
und der Kältespeicherelemente
(2) eine vorzugsweise quaderförmige Gestalt hat und vorteilhaft
aus Kunststoff ausgebildet ist, um unter anderem eine Gewichtsreduzierung
zu erreichen. Wie in dem Ausführungsbeispiel
von 2 ersichtlich, sind dabei die Wärmeleitelemente über ihre
außen
befindlichen, abgewinkelten Abschnitte (1c) mit zwei als
Stützelemente
(6) fungierenden, in U-förmiger Gestalt
ausgeführten
Winkelblechen über
beispielsweise Schraub-, Löt-,
oder Schweißverbindungen
entsprechend verbunden. Die Stützelemente
bzw. Winkelbleche (6) der hier gezeigten Ausführungsform
der Latentkältespeichervorrichtung
(100) sind dabei über
mindestens eine Befestigungseinrichtung in Gestalt einer Bohrung
(7) zur Befestigung bzw. Verschraubung der Latentkältespeichervorrichtung
(100) mit dem Gehäuse
(5) verbunden. In 2 ist zudem
noch ersichtlich, dass ein vor allem zur Isolation vorgesehenes
Material, vorzugsweise Hartschaum, sich in den jeweiligen Zwischenbereichen
(8) zwischen den Wänden
des Gehäuses
(5) und den Oberflächen
entsprechender Kältespeicherelemente
(2), Wärmeleitelemente
(1), Stützelemente
(6) oder kreislaufmediumführender Leitungen (10a, 10b)
befindet.
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3a zeigt
einen Querschnitt eines Ausschnitts eines Wärmeleitelements (1)
des Ausführungsbeispiels
einer Latentkältespeichervorrichtung (100)
von 1 in einem Bereich, in welchem das Wärmeleitelement
(1) mit einer kreislaufmediumführenden Leitung (10)
zum Beladen und/oder zum Entladen der Kältespeicherelemente (2)
(in 3a nur ansatzweise dargestellt) verbunden ist.
Außerhalb
eines für
eine kreislaufmediumführende
Leitung (10) entsprechend vorgesehenen Bereichs (1b)
des Wärmeleitelements
(1) lassen sich ansatzweise die bereits in 1 beschriebenen
plattenförmigen
Abschnitte (1a) zur Aufnahme der Kältespeicherelemente (2)
erkennen.
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Die
gezeigte kreislaufmediumführende
Leitung (10) weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
in 3a (wie auch in den 1 oder 2)
einen kreisringförmigen
Querschnitt auf. Die Verbindung der kreislaufmediumführenden
Leitung (10) mit dem Wärmeleitelement
(1) wird dabei durch Verpressung der kreislaufmediumführenden
Leitung (10) bzw. deren entsprechenden Oberfläche mit
entsprechenden geformten Abschnitten bzw. Bereichen (1b) des
Wärmeleitelements
(1) form- und/oder reibschlüssig erreicht. Die dabei ausgebildeten
Vorsprünge
(1d), welche sich über
den Umfang der kreislaufmediumführenden
Leitung (10) entsprechend erstrecken, helfen zusätzlich,
die kreislaufmediumführende
Leitungen (10) mit dem Wärmeleitelement (1)
zu verbinden. Eine derartige Befestigung ist einfach und schnell
zu realisieren.
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3b zeigt
die anhand 3a näher erläuterten Befestigungseinrichtung,
jedoch für
zwei benachbarte, d.h. aneinander liegende kreislaufmediumführende Leitungen
(10a, 10b) zum Beladen und/oder Entladen der Kältespeicherelemente
(2).
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In 4 ist
eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
(100) im Querschnitt gezeigt, welche hinsichtlich erforderlicher
Wärmeaustauschvorgänge zum
Beladen und/oder zum Entladen der Latentkältespeicherelemente (2)
optimiert ist. Dargestellt ist demnach ein Wärmeleitelement (1),
welches eine serpentinenförmige
Gestalt aufweist und zwar dahingehend, dass die jeweiligen plattenförmigen Abschnitte
(1a) des Wärmeleitelements
(1) parallel zueinander im Abstand der Höhe der Kältespeicherelemente
(2) bzw. der Taschen angeordnet sind. Die Befestigungseinrichtungen
(1b) des Wärmeleitelements
(1) sind bei einem derart serpentinenförmig ausgeführten Wärmeleitelement (1)
vorteilhaft an den seitlichen, jeweils gegenseitig und versetzt
zueinander liegenden Übergangsbereichen
zwischen den plattenförmigen
Abschnitten (1a) angeordnet bzw. bilden diese. Damit wird
gewährleistet,
dass neben den Flächen
der Kältespeicherelemente
(2) bzw. Taschen, welche mit den plattenförmigen Abschnitten
(1a) des Wärmeleitelements
(1) in Kontakt stehen jeweils mindestens noch zusätzlich eine
der Seitenflächen
(2b) der Kältespeicherelemente
(2) in Berührung
mit dem Wärmeleitelement
(1) durch die Fläche der
Befestigungseinrichtung (1b) des Wärmeleitelements (1)
kommt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
befinden sich dabei vorteilhaft die kreislaufmediumführenden
Leitungen zum Beladen (10a) der Kältespeicherelemente (2)
an den dafür
vorgesehenen Befestigungseinrichtungen (1b) des Wärmeleitelements
(1) auf der einen Seite der Serpentine und die kreislaufmediumführenden
Leitungen zum Entladen der Kältespeicherelemente
(10b) auf der anderen Seite der Serpentine an den dafür vorgesehenen Befestigungseinrichtungen
(1b) des Kreislaufelements (1) serpentinenförmiger Gestalt.
Dadurch wird vorteilhaft eine verbesserte Betriebsweise hinsichtlich
der entsprechenden Wärmeaustauschvorgänge erreicht.
Auch eine derartige Ausführung
der Latentkältespeichervorrichtung
(100) gibt den Kältespeicherelementen
(2) die Möglichkeit
zur Expansion, welche, wie bereits dargestellt, beispielsweise beim Aufladen
der Kältespeicherelemente
(2) erfolgt. Bei der gezeigten serpentinenförmigen Gestalt
des Wärmeleitelements
(1) mit entsprechend angeordneten kreislaufmediumführenden
Leitungen (10a, 10b) erstreckt sich somit der
thermodynamische Wirkbereich jeweils einer kreislaufmediumführenden
Leitung (10a, 10b) jeweils auf zwei plattenförmige Abschnitte
(1a) des Wärmeleitelements
(1), welches beim Auf- bzw. Beladevorgang und/oder Entladevorgang
der Kältespeicherelemente
(2) zu einer verbesserten, gleichmäßigeren Temperaturverteilung
in den Kältespeicherelementen
führt.
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5 zeigt
eine Ansicht auf die Anschlussseite eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung (100)
mit Wärmeleitelementen
(1) serpentinenförmiger
Gestalt, wie diese bereits anhand des Ausführungsbeispiels von 4 dargestellt
und näher
beschrieben wurde und mit zwischen entsprechend plattenförmigen Abschnitten
(1a) der Wärmeleitelemente
(1) integrierten Kältespeicherelementen
(2), die ein Kältespeichermedium
(3) aufweisen. Die kreislaufmediumführenden Leitungen zum Beladen und/oder
zum Entladen (10a, 10b) der Kältespeicherelemente (2),
welche sich hierbei auf einer Seite der Serpentine bzw. der serpentinenförmigen Gestalt
der Wärmeleitelemente
(1) befinden, sind jeweils am äußeren Ende bzw. an der äußeren Kante
am Beginn und am Ende der serpentinenförmigen Gestalt angeordnet.
Selbstverständlich
wäre auch
denkbar, die Serpentinenform der Wärmeleitelemente (1)
so zu gestalten, dass sich die kreislaufmediumführenden Leitungen (10a, 10b)
auf gegenüberliegenden
Seiten befinden.
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Die
in den 4 bzw. 5 gezeigte serpentinenförmige Ausführung eines
Wärmeleitelements
(1) kann auch auf die kreislaufmediumführenden Leitungen (10)
zum Beladen und/oder Entladen der Kältespeicherelemente (2) übertragen
werden.
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6 zeigt
eine Ansicht auf ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
(100), wonach eine kreislaufmediumführende Leitung 10 in serpentinenförmiger Gestalt
ausgeführt
ist, so dass die Wärmeleitelemente
(1) mit den voneinander beabstandeten Abschnitten der serpentinenförmig ausgeführten Leitung
(10) wärmeleitend
verbunden sind. Die Leitung (10), welche ein Kreislaufmedium
führt, ist
dabei als Flachrohr ausgebildet und erstreckt sich entsprechend über Wärmeleitelemente
(1) bzw. von diesen umfasste Kältespeicherelemente (2).
Selbstverständlich
wäre auch
wie im Falle der anhand 5 beschriebenen Konfiguration
eine parallele Anordnung von zwei kreislaufmediumführenden
Leitungen (10) in Serpentinenform denkbar.
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7 zeigt
eine vorteilhafte Ausführungsform
der Anbindung kreislaufmediumführender
Leitungen (10) an eine gemeinsame Verbindungsleitung (11) über ein
als Pressring (9) ausgeführtes Befestigungselement.
Die Endabschnitte der entsprechenden kreislaufmediumführenden
Leitungen (10) sind dabei in den von der gemeinsamen Verbindungsleitung
vorgesehenen Vorsprüngen
(11a) eingeführt und
werden diesen teilweise umgeben. Ein um die Vorsprünge (11)
herum sich befindlicher Ring ist mit diesen bzw. den von diesen
Vorsprüngen
(11) umgebenden Endabschnitten der kreislaufmediumführenden
Leitungen (10) formschlüssig
verpresst und gewährleistet
somit eine dichte Anbindung, welche sich im Vergleich zu aufwendigen
Schweiß-
oder Lötnähten einfach
und schnell realisieren lässt.
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8 zeigt
eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Latentkältespeichervorrichtung
(100) in perspektivischer Ansicht mit serpentinenförmig gestalteten
kreislaufmediumführenden
Leitungen (10a, 10b) und serpentinenförmig ausgeführtem Wärmeleitelement
(1). Die plattenförmigen
Abschnitte (1a) des Wärmeleitelements
(1) sind dabei im Wesentlichen parallel zueinander im Abstand
der Höhe
der Kältespeicherelemente
(2) bzw. Taschen angeordnet. Die kreislaufmediumführenden
Leitungen zum Beladen (10a) und zum Entladen (10b)
der sich zwischen den jeweiligen plattenförmigen Abschnitten (1a)
des Wärmeleitelements
(1) befindlichen Kältespeicherelemente
(2) sind da bei in serpentinenförmiger Gestalt ausgeführt und
an gegenüberliegenden
Seiten, d.h. Übergangsbereichen
des Wärmeleitelements
(1) angeordnet bzw. mit diesem verbunden.
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Zusammenfassend
lässt sich
feststellen, dass mit der vorliegenden Erfindung eine optimale Latentkältespeichervorrichtung
gegeben ist, deren dargestellte Merkmale miteinander beliebig kombinierbar
sind.