DE19839995A1

DE19839995A1 - Kunststoff-Eisspeicherelement

Info

Publication number: DE19839995A1
Application number: DE19839995A
Authority: DE
Inventors: Michael Bittmann; Friedrich Widemann
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2018-09-03
Also published as: DE19839995C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eisspeicherelement (28), insbesondere für eine Standklimaanlage eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus wenigstens einem Hohlkörper zur Bildung wenigstens eines Speicherraums (34, 34') für ein im aufgetauten Zustand flüssiges Eisspeichermedium und eine Luftblase als Ausgleichsvolumen zur Kompensation der Volumenexpansion des Eisspeichermediums beim Einfriervorgang des Eisspeichermediums, das in wärmeleitende Verbindung mit einem in einer Kältemittelleitung (30) strömenden Kältemittel bringbar ist. Erfindungsgemäß ist der Hohlkörper als Kunststoffblasteil gebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eisspeicherelement, insbesondere für eine Standklimaanlage eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus wenigstens einem Hohlkörper zur Bildung wenigstens eines Speicherraums für ein im aufgetauten Zustand flüssiges Eisspeichermedium und eine Luftblase als Ausgleichsvolumen zur Kompensation der Volumenexpansion des Eisspeichermediums beim Einfriervorgang des Eisspeichermediums, das in wärmeleitende Verbindung mit einem in einer Kältemittelleitung strömenden Kältemittel bringbar ist.

Im Zusammenhang mit Standklimaanlagen für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Lastkraftwagen ist es heutzutage üblich, die vorstehend genannten Eisspeicherelemente aus Aluminiumstrangpreßprofilen zu erstellen, wobei Kältemittelleitungen außen an den Strangpreßprofilen in engem Kontakt mit diesen angebracht sind. Diese Kältespeicherelemente haben sich bewahrt, sind jedoch mit dem Nachteil eines hohen Gewichts und relativ hoher Herstellungskosten behaftet. Außerdem muß sorgfältig die Problematik der Volumenexpansion des Kältespeichermediums beachtet werden, mit welchem die Kältespeicherelemente befüllt sind, da ein relativ großes Volumen pro Kältespeicherelement vorliegt, wodurch das Risiko eines Berstens dieser Elemente beim Einfrieren relativ hoch ist, wenn diesbezüglich keine speziellen Maßnahmen ergriffen werden.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kältespeicherelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei niedrigem Gewicht kostengünstig herstellbar ist und der Volumenexpansion des Kältespeichermediums ohne aufwendige Maßnahmen zu widerstehen vermag.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach ist mit anderen Worten erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Kältespeicherelement aus Kunststoff-, bevorzugt PE-Blasteilen herzustellen. Bevorzugte Volumina dieser äußerst leichtgewichtigen Blasteile liegen zwischen 0,5 und 11.

Das technische Problem der Volumenexpansion des Kältespeichermediums beim Einfrieren ist bei den erfindungsgemäß aus Kunststoff bestehenden Kältespeicherelementen dadurch gelöst, daß dieses Material an sich schon nachgiebig ist, wobei die im Speicherraum vorgesehene Luftblase ebenfalls zum Ausgleich der Volumenexpansion des Eisspeichermediums beiträgt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das technische Problem der Volumenexpansion des Kältespeichermediums dadurch überwunden, daß zusätzlich die Wandung des Eisspeicherelements gefaltet bzw. gewellt gebildet ist. Dadurch vermag dieser Wandungsteil der Volumenexpansion des Eisspeichermediums problemlos zu folgen, so daß ein Bersten des Eisspeicherelements auch unter ungünstigen Umständen ausgeschlossen werden kann.

Abgesehen davon, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die Eisspeicherelemente durch Blasformen aus Kunststoff herzustellen, beträchtlich Gewicht eingespart wird im Vergleich zu den herkömmlichen schweren Aluminiumstrangpreßprofilen, ist hiermit auch eine deutliche Kosteneinsparung verbunden, da die Kunststoffblasteile deutlich preiswerter sind als Aluminiumstrangpreßprofile. Ferner kann auf ein kostengünstigeres Speichermedium (z. B. Wasser) zurückgegriffen werden.

Nicht zuletzt kann je nach Kundenanforderung und zur Verfügung stehendem Bauraum die Anzahl der Kunststoffblasteile variiert werden. Dadurch ist zielgerichtet ein modularer Aufbau einer Eisspeichereinheit für den in Rede stehenden Einsatz möglich.

Ein optimaler Wärmeübergang zwischen Eisspeicherelement und Kältemittelleitung wird erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, daß der das Eisspeicherelement bildende Hohlkörper von zumindest einem Kanal zur Aufnahme der Kältemittelleitung durchsetzt ist, dessen Wandung in engem Kortakt mit der Außenwandung der Kältemittelleitung steht. Bevorzugt durchsetzt dieser Kanal den Hohlkörper zentral.

Vorteilhafterweise können mehrere mit dem Kanal versehener Eisspeicherelemente bevorzugt mit gegenseitigem Abstand auf einer gemeinsamen Kältemittelleitung angeordnet werden, um auf diese Weise kostengünstig und wirksam eine Eisspeicher- Baueinheit bereitzustellen.

Alternativ kann diese Eisspeicher-Baueinheit auch dadurch bereitgestellt werden, daß mehrere Eisspeicherelemente in einer schubladenartigen Aufnahme aufgenommen sind, die mit der Kältemittelleitung in bevorzugt inniger Verbindung steht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Fahrerkabine eines Lastkraftwagens mit einer Kompressionskälteanlage und mehreren Eisspeicher-Baueinheiten;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Eisspeicher-Baueinheit mit mehreren erfindungsgemäß ausgebildeten Eisspeicherelementen und;

Fig. 3 eine perspektivische Seitenansicht eines Eisspeicherelements.

Im Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 ein Teil eines Lastkraftwagens 1 dargestellt, bei dem innerhalb einer Fahrerkabine 2 ein Fahrzeuginnenraum ausgebildet ist. Die Fahrerkabine 2 wird nach oben von einem Dach 3 und nach hinten von einer Rückwand 4 begrenzt. Innerhalb des hinteren Teils der Kabine ist eine horizontale Trennwand 5 vorgesehen, wie sie als Liegefläche zur Aufteilung von Schlafkojen in einem Lastkraftwagen des Fernverkehrs üblich ist, bei dem der hintere Teil der Fahrerkabine 2 als Schlafkabine 6 ausgebildet ist.

In einem Motorraum 7 des Lastkraftwagens 1 ist ein Kompressor 8 angeordnet, der mittels einer Magnetkupplung 9 mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor des Fahrzeugs über Keilriemen verbindbar ist. Der Kompressor 8 ist in einen ersten Kältemittelkreislauf eingebunden, wobei er über eine Vorlaufleitung 11 mit einem Verflüssiger 10, einem Sammler 12 und einem ersten Verdampfer 13 mit Expansionsorgan verbunden ist. Das im ersten Kältemittelkreislauf kursierende Kältemittel wird vom ersten Verdampfer 13 über eine Rücklaufleitung 14 zum Kompressor 8 zurückgeleitet.

Zwischen Sammler 12 und erstem Verdampfer 13 ist ein Umschaltventil 15 vorgesehen, bei dem von der Vorlaufleitung 11 eine Zweig-Vorlaufleitung 16 abzweigt, die zu einem zweiten Kältemittelkreislauf gehört. In diesen zweiten Kältemittelkreislauf sind eine oder mehrere Eisspeicher-Baueinheiten integriert, welche jeweils aus einem zweiten Verdampfer mit Expansionsorgan und einem diesen umgebenen Eisspeicher bestehen. Eine erste Eisspeicher-Baueinheit 17 ist im Bereich der Rückwand 4 des Lastkraftwagens 1 angeordnet. Das über die Zweig-Vorlaufleitung 16 zuströmende Kältemittel kann über eine Zweigleitung 18, optional mittels eines weiteren nicht dargestellten Umschaltventils zu einer zweiten Eisspeicher-Baueinheit 19 und einer dritten Eisspeicher-Baueinheit 21 geleitet werden. Die zweite Eisspeicher-Baueinheit 19 ist dabei in der horizontalen Trennwand 5 im Bereich der Schlafkabine 6 vorgesehen.

Die dritte Eisspeicher-Baueinheit 21 ist im Bereich des Daches 3 vorgesehen. Sie steht über eine weitere Zweigleitung 18 in Verbindung mit der Zweig-Vorlaufleitung 16 des Kältemittels. Die Eisspeicher-Baueinheiten 17, 19 bzw. 21 sind an eine gemeinsame Rücklaufleitung 22 angeschlossen, welche ihrerseits mit der Rücklaufleitung 14 des Kältemittels zum Kompressor 8 verbunden ist. Ein in der Rücklaufleitung 22 angeordnetes Rückschlagventil 27 unterbindet dabei das Zurückströmen von Kältemittelgas zu den Eisspeicher-Baueinheiten 17, 19 bzw. 21 und das dortige Auskondensieren.

Die Eisspeicher-Baueinheit 17 ist in einem Aufnahmeraum 23 angeordnet, welcher von der Rückwand 4 der Fahrerkabine 2 und einer davor mit Abstand angeordneten Zwischenwand 24 vorgesehen ist. Wahlweise kann die Eisspeicher-Baueinheit auch in einen Ausschnitt der Rückwand eingesetzt werden. Ebenso sind die optional oder alternativ vorgesehene Eisspeicher-Baueinheit 21 im Dachbereich und die weitere optional oder alternativ vorgesehene Eisspeicher-Baueinheit 19 im Bereich der horizontalen Trennwand 5 jeweils in einem Aufnahmeraum 23 vorgesehen, der durch eine Doppelwandigkeit hergestellt wird.

Die Aufnahmeräume 23 sind jeweils durch einen Eintritt 23A und einen Austritt 23B mit der Fahrerkabine 2 verbunden, so daß eine Luftströmung durch den doppelwandigen Aufnahmeraum 23 stattfinden kann. Diese Luftdurchströmung, die entweder durch Konvektion aufgrund der temperaturbedingten Dichteunterschiede der Luft in der Fahrerkabine 2 stattfindet oder aber durch ein optional vorgesehenes Gebläse 25 zwangsweise stattfindet, kann mittels eines Absperrorgans 26 geregelt werden. Das Absperrorgan 26 ist beispielsweise als schwenkbare Klappe ausgebildet, welche beispielhaft am oberen Ende des Aufnahmeraums 23 für die Eisspeicher-Baueinheit 17 dargestellt ist. Die Klappe kann manuell oder motorisch betätigt werden und durch entsprechende andere Absperrorgane, wie verschiebbare Gitter oder Schieber ersetzt werden. Auch wenn dies in der Fig. 1 nicht dargestellt ist, versteht sich, daß auch die anderen Aufnahmeräume 23 für die Eisspeicher-Baueinheiten 19 bzw. 21 jeweils mit einem entsprechenden Absperrorgan und/oder einem Gebläse ausgestattet sein können. Durch den Eintritt 23A strömt Luft entsprechend dem Pfeil A in den Aufnahmeraum 23, wird an der betreffenden Eisspeicher-Baueinheit 17, 19 bzw. 21 vorbeigeleitet und dabei abgekühlt und verläßt durch die Austrittsöffnungen 23B entsprechend dem Pfeil B als abgekühlte Luft die Aufnahmeräume 23 in Richtung zur Fahrerkabine 2.

Die Anlage ist vorzugsweise so ausgelegt, daß der Kompressor 8 genügend Leistung aufweist, um auch bei großem Kältebedarf während des Betriebes des Fahrzeugmotors nicht nur genügend Kälteleistung für den ersten Verdampfer 13 zur normalen Abkühlung der Fahrerkabine 2 während der Fahrt bereitzustellen, sondern zusätzlich einen oder mehrere der Eisspeicher-Baueinheiten 17, 19, 21 durch Umwandlung von Wasser in Eis aufzuladen, so daß bei einer anschließenden Pause durch eine einfache Durchströmung der betreffenden Aufnahmeräume 23 mit Luft eine Abkühlung der Fahrerkabine 2 erreicht werden kann. Hierdurch ist gewährleistet, daß der Fahrer während seiner Ruhe- bzw.

Schlafpausen auch in wärmeren Ländern ein angenehmes Klima in der Fahrerkabine 2 vorfindet.

In Fig. 2 ist eine der Eisspeicher-Baueinheiten 17, 19, 21 im Querschnitt, jedoch ohne Seitenwände dargestellt. Als Bezugszahl wurde dabei exemplarisch die 17 verwendet. Dabei sind innerhalb einer nicht gezeigten umgebenden Gehäuse-Außenwand und einer Isolierschicht 29 im Ausführungsbeispiel nebeneinander zwei Eisspeicherelemente 28 und 28' angeordnet. Erfindungsgemäß sind diese Eisspeicherelemente 28 und 28' als Polyethylen (PE)-Kunststoffblasteile konstruktiv so ausgeführt, daß sie sich beim Einfrieren verformen lassen können, um die Volumenexpansion des in ihnen enthaltenem Speichermediums unbeschadet zu überstehen. Zu diesem Zweck weisen die im übrigen identisch ausgebildeten und bis auf Hochkommata mit denselben Bezugsziffern für dieselben Bestandteile versehenen Eisspeicherelemente 28, 28' vorzugsweise in ihrer Umfangswandung Faltbereiche 32, 32' und 33, 33' auf. Bei diesen Faltbereichen handelt es sich um gewellt verlaufende Wandbereiche der Eisspeicherelemente 28, 28', die wie bei 31 anhand des einen Eisspeicherelements 28 gezeigt, einer Volumenexpansion des im Eisspeicherelement 28 enthaltenen Eisspeichermediums durch Auseinanderziehen zu folgen vermögen.

Ferner weist jedes Eisspeicherelement 28, 28' mittig eine Bohrung bzw. einen Kanal auf, und die beiden Kanäle in den Eisspeicherelementen 28 und 28' werden durch eine gemeinsame Kältemittelleitung 30 zentral durchsetzt, die rohrförmig, vor allem kreiszylindrisch gebildet ist. Die Außenwandung der Kältemittelleitung 30 befindet sich im Eingriff bzw. im Kontakt mit den formgleich gebildeten Wänden der Kanäle 36, 36'. Die Eisspeicherelemente 28 und 28' sind derart auf die rohrförmige Kältemittelleitung 30 geschoben, daß sie mit ihren benachbaren Wänden im Bereich der dort vorgesehenen Faltbereiche unter Einschluß von Luftkanälen 35 aneinander grenzen. Die beiden Eisspeicherelemente 28 und 28' sind auf diese Weise mit seitlichem Abstand zueinander montiert, damit sie sich bei einer durch eine Volumenexpansion des in ihnen enthaltenen Eisspeichermediums verursachten Ausdehnung nicht gegenseitig behindern, und daß die Luft bei der Entladung bzw. dem Auftauen des Speichers die Eisspeicherelemente sauber umströmen kann.

Obwohl in Fig. 2 lediglich zwei Speicherelemente 28, 28' auf der Kältemittelleitung 30 angeordnet sind, richtet sich die Anzahl der auf die Kältemittelleitung schiebbaren Eisspeicherelemente ausschließlich nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum und der erforderliche Kälteleistung bzw. Kältespeicherkapazität, so daß modulare Systeme mit einer beliebigen Zahl von Eisspeicherelementen gebildet werden können.

Alternativ zu der in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform der Eisspeicher-Baueinheit 21 können die Eisspeicherelemente 28, 28' auch in einer schubladenartigen Aufnahme angeordnet sein, die ihrerseits in Verbindung mit der Kältemittelleitung steht, die in diesem Fall nicht die Eisspeicherelemente 28, 28' durchsetzend angeordnet ist, um einen optimalen Kälteeintrag zu gewährleisten.

Bezugszeichenliste

1

Lastkraftwagen

2

Fahrerkabine

3

Dach

4

Rückwand

5

(horizontale) Trennwand

6

Schlafkabine

7

Motorraum

8

Kompressor

9

Magnetkupplung

10

Verflüssiger

11

Vorlaufleitung

12

Sammler

13

Verdampfer

14

Rücklaufleitung

15

Umschaltventil

16

Zweig-Vorlaufleitung

17

Eisspeicher-Baueinheit

18

Zweigleitung

19

Eisspeicher-Baueinheit

20

Zweigleitung

21

Eisspeicher-Baueinheit

22

Rücklaufleitung

23

Aufnahmeraum

24

Eintritt (zu

23

)

25

Gebläse

26

Absperrorgan

27

Rückschlagventil

28

,

28

' Eisspeicherelement

29

Isolierschicht

30

Kältemittelleitung

31

Expansionsabschnitt

32

,

32

' Faltbereich

33

,

33

' Faltbereich

34

,

34

' Speicherraum

35

Luftkanal

36

,

36

' Kanal

Claims

1. Eisspeicherelement (28), insbesondere für eine Standklimaanlage eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus wenigstens einem Hohlkörper zur Bildung wenigstens eines Speicherraums (34, 34') für ein im aufgetauten Zustand flüssiges Eisspeichermedium und eine Luftblase als Ausgleichsvolumen zur Kompensation der Volumenexpansion des Eisspeichermediums beim Einfriervorgang des Eisspeichermediums, das in wärmeleitende Verbindung mit einem in einer Kältemittelleitung (30) strömenden Kältemittel bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper als Kunststoffblasteil gebildet ist.

2. Eisspeicherelement (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Hohlkörper bildende Blasteil aus Polyethylen (PE) besteht.

3. Eisspeicherelement (28) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Wandung (32, 33, 32', 33') des Hohlkörpers gefaltet bzw. gewellt gebildet ist.

4. Eisspeicherelement (28) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper von zumindest einem Kanal (36, 36') zur Aufnahme der Kältemittelleitung (30) durchsetzt ist.

5. Eisspeicherelement (28) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (36, 36') zur Aufnahme der Kältemittelleitung (30) den Hohlkörper zentral durchsetzt.

6. Anordnung aus mehreren Eisspeicherelementen (28, 28') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisspeicherelemente (28, 28') in einer schubladenartigen Aufnahme aufgenommen sind, die mit der Kältemittelleitung (30) in Verbindung steht.

7. Anordnung aus mehreren Eisspeicherelementen (28, 28') nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisspeicherelemente (28, 28') gemeinsam auf derselben Kältemittelleitung (30) angeordnet sind, welche die Kanäle (36, 36') der Eisspeicherelemente (28, 28') durchsetzt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisspeicherelemente (28, 28') mit gegenseitigem Abstand auf der gemeinsamen Kältemittelleitung (30) angeordnet sind.