DE19857121A1 - Kältespeicher, insbesondere für die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes - Google Patents

Abstract

Ein Kältespeicher, insbesondere für die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes, besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse und einer Vielzahl von darin angeordneten Speicherelementen. Diese sind aus Kammern mit im wesentlichen flachem Querschnitt gebildet, die dicht geschlossen und mit einem Speichermedium gefüllt sind. Diese Kammern sind in mindestens einer Gruppe parallel zueinander angeordnet und ein Kanal, der ein Wärmeträgermedium führt, erstreckt sich zwischen den Kammern. Jeder der Kanäle ist mit in dem Gehäuse gebildeten Verteil- und Sammelkammern verbunden und am Gehäuse sind im Bereich der Verteil- und Sammelkammern mindestens ein Zulaufanschluß und ein Rücklaufanschluß vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältespeicher, insbesondere für die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Die US 5,644,929 A beschreibt ein Kühlgerät für eine Fahr­ zeugkabine, das einen Kältespeicher umfaßt. Dieser Kälte­ speicher besteht aus mehreren, parallel zueinander ausge­ richteten Kammern, die mit einem Kälte speichernden Medium gefüllt sind. Zwischen den parallel zueinander angeordneten Kammern erstreckt sich serpentinenartig eine Rohrschlange, bei der es sich um den Verdampfer eines Kompressionskäl­ teaggregates handelt. Mit der fahrzeugseitigen Kälteanlage kann der Kältespeicher geladen werden und im Bedarfsfall ist die gespeicherte Kälte zur Klimatisierung der Fahrerka­ bine entnehmbar. Hierzu wird ein Luftstrom über die Ober­ flächen der mit dem Speichermedium gefüllten Kammern ge­ führt und dieser gekühlte Luftstrom in die Fahrerkabine eingeblasen.

Ein ähnliches System ist aus der EP 0 839 679 A2 bekannt, die eine Vorrichtung zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraumes beschreibt. Diese Vorrichtung umfaßt einen ersten Kältemit­ telkreislauf, der einen Kompressor, einen Kondensator und wenigstens einen Verdampfer umfaßt. Es ist darüber hinaus ein zweiter Kältemittelkreislauf vorgesehen, der wenigstens einen zweiten Verdampfer umfaßt, der mit einem Eisspeicher zu einer Baueinheit verbunden ist. Darüber hinaus sind Ven­ tilmittel vorgesehen, durch die der im Eisspeicher angeord­ nete Verdampfer parallel zu dem Verdampfer der Klimaanlage betreibbar ist. Es ist dabei vorgesehen, die Baueinheit aus Eisspeicher und zweitem Verdampfer als flächiges Element in einer Wand des Fahrzeuginnenraumes anzuordnen und Luftfüh­ rungskanäle vorzusehen, die eine direkte Wärmeabgabe an die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Luft zu ermöglichen.

Die bekannten Anordnungen benötigen einen großen Bauauf­ wand, insbesondere im Hinblick auf die zusätzlichen Kompo­ nenten des Kältemittelkreises, was sich ungünstig auf die Herstellkosten auswirkt. Darüber hinaus ist eine Isolation des Kältespeichers wegen der Luftführungskanäle schwierig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei­ nen Kältespeicher der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem eine Reduzierung des Bauaufwandes und ein variablerer Einsatz möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Kältespeicher mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile des Kältespeichers sind darin zu sehen, daß dieser selbst aus einfach aufgebauten Bauteilen besteht und gegen thermische Abstrahlung gut isoliert wer­ den kann. Der Kältespeicher wird mittels einem einzigen Wärmeträgermedium geladen und entladen, so daß lediglich Anschlüsse bzw. Zuleitungen für ein einziges Wärmeträgerme­ dium erforderlich sind.

Zur vereinfachten Handhabung beim Einbau in das Gehäuse und lagesicheren Halterung in diesem ist es zweckmäßig, daß die Kammern einer Gruppe zu einem Block zusammengesetzt sind, wobei die Kammern durch Stützmittel in vorgegebenem Abstand gehalten werden. Dabei können je nach gewünschter Speicher­ kapazität in dem Gehäuse zwei oder mehrere Blöcke seitlich nebeneinander oder übereinander angeordnet werden. Diese variable Zusammenstellung von Blöcken führt zu einer Modul­ bauweise standardisierter Bauelemente, mit der den gefor­ derten Bedingungen in geeigneter Weise Rechnung getragen werden kann. Vorzugsweise ist das Gehäuse im wesentlichen quaderförmig gestaltet und mit Mitteln zur Befestigung versehen.

In besonders günstiger Ausführungsform bilden vier Seiten­ wände und ein Boden des Gehäuses ein wannenförmiges Bau­ teil, das an seiner dem Boden gegenüberliegenden Seite eine Einbauöffnung bildet, durch die der Block bzw. die Blöcke eingesetzt werden können. Diese Einbauöffnung wird mittels eines Deckels dichtend verschlossen. Gemäß einer Ausfüh­ rungsform des Gehäuses besteht dieses aus Aluminiumblech, wobei die Wandteile bzw. der Boden vorzugsweise stoff­ schlüssig und somit dicht verbunden sind. Dieses Gehäuse wird mit einem Isoliermantel umgeben, so daß die thermi­ schen Verluste gering sind. Alternativ dazu kann das Gehäu­ se aus einem Kunststoff bestehen, der bei entsprechender Wandstärke thermisch isolierend wirkt, wobei die Wandstärke vorzugsweise zwischen 20 mm und 30 mm beträgt. Ein solches Gehäuse ist auf einfache Weise einstückig herstellbar, so daß lediglich der Deckel als Einzelteil gefertigt und nachträglich montiert werden muß.

Das Gehäuse kann als mehrwandiger Hohlkörper ausgeführt sein, vorzugsweise sind dabei die Kammern zwischen mehreren Lagen einer Wand mit einem Isoliermaterial gefüllt. Aus Fe­ stigkeitsgründen können die Wände mit einer Verrippung ver­ sehen sein, wobei die Rippen zweckmäßigerweise bei der Her­ stellung des Kunststoffgehäuses angeformt wurden und somit ohne zusätzlichen Arbeitsgang entstehen. Bei Gehäusen mit massiven Wänden ist die Herstellung durch Rotationsformen durchaus geeignet, wobei mit diesem Verfahren gleichzeitig auch Anschlußstutzen und Halterungen geformt werden können, ebenso ist es möglich, Einlegeteile vorzusehen, die in dem Kunststoffmaterial verankert werden. Damit die Handhabung des Kältespeichers insbesondere beim Einbau in ein Fahrzeug erleichtert wird, werden Griffmulden oder Grifflügel vorge­ sehen, die ebenfalls bei der Herstellung durch entspre­ chende Formgebung geschaffen werden können.

Eine andere Ausgestaltung des Gehäuses besteht darin, daß eine der Verteil- oder Sammelkammer zugewandten Stirnseite die Einbauöffnung bildet und alle übrigen Seiten als ge­ schlossenes Gehäuse anzusehen sind. Die Außenwand der Ver­ teil- oder Sammelkammer ist in diesem Fall der aufsetzbare und dichtend verschließende Deckel. Bei Gehäusen aus Kunst­ stoff können Deckel und Gehäuse durch ein geeignetes Schweißverfahren dichtend verbunden werden. Alternativ hierzu ist auch eine Klebeverbindung oder eine mechanische Verbindung, beispielsweise durch Verspannen, möglich, wobei gegebenenfalls eine Dichtung eingelegt wird.

Als Speichermedium in den Kammern ist vorzugsweise Lei­ tungswasser vorgesehen, wobei in den Kammern neben dem Speichermedium ein gasförmiges Restvolumen von vorzugsweise 10% bis 20% verbleiben soll. Dieses Restvolumen ist im Hinblick auf die Volumenänderung des Speichermediums bei der Phasenumwandlung zweckmäßig. Alternativ hierzu kann auch ein saugfähiges Material wie beispielsweise ein Vlies oder Zellstoff vorgesehen sein, wobei dieses saugfähige Material vollständig getränkt und dann in die Kammern ein­ gefüllt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beste­ hen die Kammern aus einer schlauchartigen Hülle aus Kunst­ stoff, wobei die Enden der Hüllen verschweißt oder verklebt oder auf andere geeignete Weise dicht verschlossen sind. Je nach Beschaffenheit der Kunststoffhülle und auch der ent­ sprechenden Abmessungen kann es vorteilhaft sein, in vorge­ gebenen Abständen die Flachseiten der Hülle miteinander fest zu verbinden, beispielsweise in der Form, daß mehrere zusammenhängende Kissen aus einer Hülle gebildet werden. Bei Hüllen aus nicht formstabilem Material wird somit die Länge der einzelnen Kammern begrenzt, was auch die geodäti­ sche Belastung bei Neigung, beispielsweise einer Berg- oder Talfahrt, reduziert. Als Stützmittel zwischen den Hüllen sind zweckmäßigerweise Flachrohre vorgesehen, die als Ka­ näle für das Wärmeträgermedium dienen.

Alternativ zu den Hüllen aus Kunststoff können auch flache bzw. eine geringe Höhe zwischen den beiden Flächen aufwei­ sende Blechhohlkörper vorgesehen werden, die nach Art einer flüssigkeitsdicht verschlossenen Dose gestaltet sind. Die Dosenwandung kann unmittelbar vom Wärmeträgermedium umspült werden und bei ausreichender Steifigkeit der Dose kann diese auch ohne Rohrkörper unter Einhaltung eines notwendi­ gen Abstandes zur Bildung eines Kanals für das Wärmeträger­ medium in einer Traganordnung befestigt sein.

Damit die Hüllen in der Durchströmungsrichtung des Blockes bzw. der Blöcke an ihren Stirnseiten festgelegt und gegen Verschieben gesichert sind, ist es zweckmäßig, die Stirn­ seiten des Blockes bzw. mehrerer zusammengefaßter Blöcke mit Gitterelementen zu versehen, wobei in diesen Gitterele­ menten Öffnungen vorgesehen sind, die die Kanäle mit der Verteil- und Sammelkammer verbinden. Es wird in diesem Zu­ sammenhang als zweckmäßig erachtet, die Öffnungen dem Quer­ schnitt der Kanäle anzupassen und deckungsgleich auszurich­ ten. Die Gitterelemente können mit Vorsprüngen versehen sein, die unter die Enden der Flachrohre greifen und somit als Stütze für die Rohre und die darauf liegenden Hüllen dienen. Die Vorsprünge sind vorzugsweise aus nach innen ab­ gewinkelten Streifen gebildet, welche durch Ausformungen des Gitterelementes entstehen, wobei die Ausformungen Durchtrittsöffnungen für das Wärmeträgermedium in die Flachrohre oder aus diesen heraus dienen.

Sofern eine größere Blocktiefe, das heißt die Längser­ streckung in Durchströmungsrichtung des Wärmeträgermediums vorgesehen ist, sollten in Längsrichtung der Kanäle minde­ stens zwei schlauchartige Hüllen hintereinanderliegend an­ geordnet sein. Gegebenenfalls sind Maßnahmen vorzusehen, durch die die Hüllen in Längsrichtung gesehen in ihrer Lage festgelegt sind. Ein besonders geeigneter Aufbau eines aus Kammern und Kanälen bestehenden Blockes wird darin gesehen, daß Profilelemente mit zwei parallelen seitlichen Leisten und einem dazwischen angeordneten Tragabschnitt für die Hüllen vorgesehen sind, wobei die Profilelemente übereinan­ der gestapelt werden. Dabei kann der Tragabschnitt im Quer­ schnitt wellenförmig sein, wobei an den Wellenkuppen je­ weils die Hüllen anliegen und zwischen den Wellentälern und den Hüllen Zwischenräume gebildet werden, die als Kanäle für das Wärmeträgermedium dienen. Eine andere Ausgestaltung des Tragabschnittes besteht darin, daß dieser als gestreck­ ter Steg zwischen den seitlichen Leisten ausgebildet ist und mit auf der Oberseite und der Unterseite angeformten Stützelementen versehen ist, wobei an den Stützelementen die Hüllen anliegen und zwischen diesen Stützelementen auf jeder Seite die Kanäle für das Wärmeträgermedium gebildet sind.

Anstelle der Hüllen aus Kunststoff können die Kammern aus einem Metallrohr bestehen, das endseitig mit Verschlüssen versehen ist. Hierbei können die Verschlüsse durch einge­ preßte Stopfen gebildet sein, wobei das hier bevorzugter­ weise in Betracht zu ziehende Material, nämlich ein Alumi­ niumwerkstoff, durch das Einpressen der Stopfen gleichzei­ tig die Dichtfunktion bewirkt. Das Metallrohr wird vorzugs­ weise aus einem Profilelement mit seitlichen Leisten und zwei im Abstand übereinander verlaufenden Wänden gebildet, wobei der Abstand einer Wand zur benachbarten Wand des fol­ genden Profilelementes den Kanal für das Wärmeträgermedium definiert.

Der Kältespeicher kann auf einfache Weise an die jeweiligen Einbauverhältnisse, das heißt den zur Verfügung stehenden Bauraum, angepaßt werden. Darüber hinaus wird berücksich­ tigt, welche Länge der Kanäle für das Wärmeträgermedium für einen optimalen Wärmeaustausch zweckmäßig ist. Diese Fest­ legungen haben auch Auswirkungen auf die Länge der Kammern, wobei diese Länge zweckmäßigerweise zwischen 200 mm und 300 mm liegen sollte und vorzugsweise 250 mm bis 260 mm be­ trägt. Die Kammern haben üblicherweise eine Breite von ca. 100 mm bis 150 mm, vorzugsweise 125 mm, und eine Höhe von ca. 10 mm bis 20 mm, vorzugsweise 14 mm.

Damit die einen Block bildenden Elemente einem vorgegebenen Maß entsprechen und auch Volumenänderungen, bedingt durch unterschiedliche Drücke, nicht zu Maßänderungen führen, sind die Profilelemente mindestens eines Blocks über an den Seiten montierte Zuganker befestigt. Diese Zuganker sind vorzugsweise zur Befestigung des Blockes im Gehäuse und/oder zum Anbau eines weiteren Blockes ausgebildet. Die Zuganker weisen Vorsprünge auf, die in Vertiefungen zumin­ dest an der obersten und der untersten Leiste der gestapel­ ten Profilelemente eingreifen. Damit die Profilelemente beim Übereinanderstapeln sicher ihre Position einnehmen, ist es zweckmäßig, die seitlichen Leisten der Profilelemen­ te am oberen und unteren Rand zur formschlüssigen Verbin­ dung mit dem jeweils nächsten Profilelement auszubilden, wobei vorzugsweise eine Nut/Federverbindung vorzusehen ist.

Als Wärmeträgermedium kann beispielsweise ein Glykolgemisch dienen, dessen Gefrierpunkt entsprechend niedrig liegt. Es kommen jedoch auch andere Kälteträger in Betracht, insbe­ sondere Salzlösungen, die aus Gründen des Korrosionsschut­ zes als Na Cl, Ca Cl₂ oder Mg Cl₂ ausgeführt sein können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kältespeichers,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines aus Spei­ cherelementen und Kanälen gebildeten Blocks,

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Blockes mit stirnseitiger Stützvorrichtung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kältespeichers mit Mitteln zur Strömungsbeeinflussung im Zulauf- und Rücklaufbereich,

Fig. 5 ein Gehäuse in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 einen Ausschnitt des Querschnitts einer Ausfüh­ rungsvariante des Blocks mit Profilelementen,

Fig. 7 eine Darstellung einer ersten Ausführung einer Kam­ mer für das Speichermedium,

Fig. 8 eine Ausführungsvariante zu Fig. 7,

Fig. 9 eine Ausführungsvariante des Profilelementes im Ausschnitt und vergrößert,

Fig. 10 einen Schnitt durch einen Block mit Profilelementen in der Form gemäß Fig. 9,

Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 10,

Fig. 12 einen Spannanker aus Kunststoff,

Fig. 13 einen Ausschnitt der Gehäusewand mit Aufnahme für den Spannanker,

Fig. 14 eine Ausführungsform zur Verbindung zweier neben­ einander angeordneter Blöcke,

Fig. 15 eine vergrößerte Darstellung der Verbindung zweier übereinander angeordneter Profilelemente,

Fig. 16 eine schematische Darstellung eines aus mehreren Blöcken gebildeten Kältespeichers (ohne Gehäuse),

Fig. 17 eine Ausführungsform eines Profilelementes mit von diesem gebildeter Kammer,

Fig. 18 einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch das Profilelement der Fig. 17 mit endseitigem Ver­ schluß.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kälte­ speichers 1 mit einem Gehäuse 2, dessen Deckel abgenommen und in dieser Figur nicht dargestellt ist. Das Gehäuse 2 umfaßt einen Boden 5 mit in Längsrichtung verlaufenden Sei­ tenwänden 3, 4 und stirnseitigen Wänden 6, 7. Die Wände 3, 4, 6, 7 sind mit dem Boden 5 fest verbunden, vorzugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung wie Schweißen oder Löten, durch die gleichzeitig eine flüssigkeitsdichte Ver­ bindung erzielt ist. Parallel zu der stirnseitigen Wand 6 erstreckt sich in einem vorgegebenen Abstand eine Zwischen­ wand 9, so daß in dem Hohlraum zwischen der stirnseitigen Wand 6 und der Zwischenwand 9 eine Verteilkammer 10 gebildet wird, an der ein Zulaufanschluß 12 für ein Wärmeträgermedium angeordnet ist. Parallel zu der stirnseitigen Wand 7 erstreckt sich eine Zwischenwand 8, wobei in dem Abstand zwischen den Wänden 7 und 8 eine Sammelkammer 11 für das Wärmeträgermedium gebildet und dieser ein Rücklaufanschluß 13 zugeordnet ist.

Zwischen den Zwischenwänden 8 und 9 erstrecken sich mehrere parallel zu den Wänden 3, 4 der Längsseiten verlaufende Zwischenwände 16, die den Innenraum des Gehäuses 2 in meh­ rere Blockaufnahmen 14 unterteilen, wobei die einzubringen­ den Blöcke aus einer Vielzahl von flachen, sich zwischen den Zwischenwänden 7 und 8 erstreckenden Kanälen 18 und mit den Kanälen in wärmeleitender Verbindung stehenden und mit einem Speichermedium gefüllten Kammern 19 bestehen. In den Zwischenwänden 8 und 9 sind Langlöcher 17 angeordnet, die dem Querschnitt der die Kanäle 18 bildenden Flachrohre ent­ spricht und deckungsgleich zu diesen angeordnet sind. Da das Gehäuse 2 in Richtung der Wände 3, 4 eine große Er­ streckung aufweist, ist zur Unterteilung in Längsrichtung eine Zwischenwand 15 vorgesehen, so daß in jeder der Block­ aufnahmen 14 zwei Blöcke in Durchströmungsrichtung hinter­ einanderliegend angeordnet sind. An der Oberseite des Ge­ häuses 2 ist eine Einbauöffnung gebildet, durch die alle Blockaufnahmen 14 zum Zwecke des Einbaus der Speicherblöcke zugänglich sind. Nach vollständiger Bestückung wird die Einbauöffnung mittels eines in Fig. 1 nicht dargestellten Deckels dichtend geschlossen.

Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines aus Speicherelementen und Kanälen gebildeten Blocks 20, der zum Einsatz in die Blockaufnahme 14 des Gehäuses 2 in Fig. 1 bestimmt ist. Dieser Block 20 umfaßt wechselweise gesta­ pelte Hüllen 21 und Flachrohre 22, wobei alle Flachrohre 22 ausgerichtet übereinander liegen. Die Hüllen 21 liegen je­ weils großflächig an den beiden benachbarten Flachrohren 22 an und stehen somit in guter wärmeleitender Verbindung mit den Flachrohren. In den Hüllen 21 sind die Kammern 19 zur Aufnahme des Speichermediums gebildet und die Flachrohre 22, die stirnseitig offen sind, dienen als Kanäle 18 für das Wärmeträgermedium. Als Wärmeträgermedium wird vorzugs­ weise ein Glykolgemisch benutzt, wie es auch als Kühlmittel für Brennkraftmaschinen Verwendung findet. Alternativ ist auch die Verwendung von Salzlösungen denkbar.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines Längsschnittes durch den Block 20 dargestellt, der aus den die Speicherelemente bil­ denden Hüllen 21 und den Flachrohren 22 besteht. Stirnsei­ tig ist an dem Block 20 ein Gitterelement 51 angeordnet, das Öffnungen aufweist, in denen die Rohrenden der Flach­ rohre 22 aufgenommen sind. Es ist aber auch möglich, das Gitterelement 51 so auszuführen, daß die Rohrenden an der Innenseite des Gitterelementes bündig abschließen und dis Öffnungen als Verbindung von der Verteilkammer zu den Flachrohren dienen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind Vorsprünge 51' vorgesehen, die zur Innenseite des Blockes 20 gerichtet sind und auf denen die Rohrenden der Flach­ rohre 22 abgestützt sind. Die Vorsprünge 51' sind dabei aus abgewinkelten Streifen des Gitterelementes 51 gebildet, so daß die durch das Abwinkeln entstehenden Öffnungen als Durchtritt für das Wärmeträgermedium dienen.

Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Aus­ führungsvariante des Kältespeichers 1 in Fig. 1. Dabei sind die Blöcke 20 zu einer anderen Modulvariante zusammenge­ fügt, woraus ersichtlich ist, daß das System an beliebige Bauraumvorgaben anpaßbar ist. In den Verteil- und Sammel­ kammern 10, 11 des Gehäuses 72 sind gelochte Wandelemente 71 vorgesehen, die zu einer Vergleichmäßigung des Strö­ mungsprofils dienen. Die Lage und Richtung des Zulaufan­ schlusses 12 und Rücklaufanschlusses 13 ist derart gewählt, daß die Strömung aus bzw. in die Anschlußstutzen in Längs­ richtung der Verteil- und Sammelkammer 10, 11 erfolgt, was ebenfalls zur gleichmäßigen Beaufschlagung aller Flachrohre beiträgt.

Die Fig. 5 zeigt ein Gehäuse 23 mit einem von dem Gehäuse abgenommenen Deckel 24. Das Gehäuse 23 wie auch der Deckel 24 bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff, wobei die Materialdicke vorzugsweise 20 mm bis 30 mm beträgt, es kön­ nen jedoch abweichend je nach Anforderungen auch andere Materialstärken in Betracht gezogen werden. Es kommen auch doppelwandige Strukturen mit ausgeschäumten Hohlräumen in Betracht. Das Gehäuse 23 ist als wannenförmiges Bauteil 26 vorzugsweise einstückig hergestellt und umfaßt dabei die vier Wände 3, 4, 6 und 7 sowie den Boden 5. An der oberen Seite der Wände 3, 4, 6, 7 ist eine Einbauöffnung 25 gebil­ det, die zum Einbringen der aus Kammern und Kanälen gebil­ deten Blöcke dient. Diese Einbauöffnung 25 wird nach Ein­ setzen der Blöcke mittels des Deckels 24 dicht verschlos­ sen. Hierfür kommen insbesondere Kunststoffschweißverfahren in Betracht, es ist jedoch auch eine Verklebung oder mecha­ nisches Verspannen unter Zwischenschaltung einer Dichtung in Betracht zu ziehen.

An dem unteren Rand der Wand 4 sind hervorstehende Platten 27 angeformt, in denen Öffnungen zum Durchtritt von Befe­ stigungsmitteln vorgesehen sind. An Stelle angeformter Platten können diese auch als Einlegeteile bei der Herstel­ lung des Gehäuses vorgesehen werden. Etwa in der Mitte der Längserstreckung der Wände 3 und 4 sind an der zu dem In­ nenraum des Gehäuses 23 gerichteten Seite längliche Ver­ tiefungen 28 vorgesehen, die zur Aufnahme von Befestigungs­ elementen dienen, welche den eingesetzten Block oder ggf. auch eine Mehrzahl von diesen lagesicher in dem Gehäuse 23 halten. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen bezüglich der Blockbreite und dem Innenraum des Gehäuses 23 sind lei­ stenförmige Vorsprünge 29 vorgesehen, durch deren Gestal­ tung eine entsprechende Elastizität gegeben ist, die eine Anpassung an das Blockmaß gewährleistet. Es ist in Fig. 5 außerdem dargestellt, daß an der Stirnseite 6 der Zulaufan­ schluß 12 und an der anderen Stirnseite 7 der Rücklaufan­ schluß 13 vorgesehen ist. Auch diese Anschlüsse können bei einem aus Kunststoff hergestellten Gehäuse 23 einstückig angeformt werden.

Die Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt des Querschnitts einer Ausführungsvariante eines aus Kanälen und Kammern gebilde­ ten Blocks, das heißt, die Blickrichtung entspricht der Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums. Dabei sind eine Vielzahl von Profilelementen 33 übereinander gestapelt. Die Profilelemente 33 bestehen aus seitlichen Leisten 34, 35 sowie einem sich zwischen den Leisten 34, 35 erstreckenden Tragabschnitt 36. Der Tragabschnitt 36 ist quer zur Längs­ richtung des Profilelementes 33 wellenförmig gestaltet und dient zur Auflage einer schlauchartigen Hülle 30, die das Speichermedium enthält. Die Hülle 30 liegt mit ihren Flach­ seiten an den Wellenkuppen 37 bzw. 37' an, so daß zwischen den Wellentälern 39 bzw. 39' und der Hülle 30 Kanäle 38 ge­ bildet werden, durch die das Wärmeträgermedium strömt. Die Höhe der seitlichen Leisten 34, 35 ist so bemessen, daß zwischen den Tragabschnitten 36 zweier benachbarter Profil­ elemente 33 eine Höhe gegeben ist, die mindestens annähernd der entsprechenden Bemessung der Hülle 30 entspricht, so daß diese mit den jeweiligen Wellenkuppen der sie ein­ schließenden Profilelemente 33 in Berührung kommt. Um die Profilelemente 33 ausgerichtet und gegen Verschiebung gesi­ chert übereinander zu stapeln, sind an der Oberkante und der Unterkante der seitlichen Leisten 34, 35 Formgebungen vorgesehen, die eine Nut/Feder-Verbindung 40 ergeben. An den Außenseiten der seitlichen Leisten 34, 35 sind Vertie­ fungen 41 angeordnet, in die Vorsprünge 42 eines seitlich angeordneten Zugankers 43 greifen, so daß der Block bei seiner Handhabung und im späteren Einbau sicher zusammenge­ halten wird. Die Profilelemente sind vorzugsweise im Extru­ sionsverfahren hergestellt und bestehen aus Leichtmetall oder Kunststoff.

Fig. 7 zeigt eine schlauchartige Hülle 30, die mit dem Speichermedium gefüllt und an den Enden ihrer Längser­ streckung flüssigkeitsdicht geschlossen ist. Diese Hülle besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der auf einfache Weise an den Enden zusammengedrückt und verschweißt werden kann. Die Hülle 30 bildet auf diese Weise eine Kammer 19 zur Aufnahme des Speichermediums, wofür vorzugsweise Lei­ tungswasser in Betracht kommt. Damit bei der Änderung des Aggregatzustandes von Wasser zu Eis der Innendruck begrenzt wird, sollte in der Hülle 30 ein entsprechendes Luftvolumen vorhanden sein, das beispielsweise zwischen 10% und 20% des Gesamtvolumens betragen kann. Es ist jedoch auch möglich, ein vollständig getränktes Vlies oder einen Zellstoff als Füllung für die Hülle 30 vorzusehen. In einem solchen Fall kann auf das Luftpolster verzichtet werden. Wie aus Fig. 5 weiter deutlich wird, besitzt die schlauchartige Hülle 30 eine Gesamtlänge L, die vorzugsweise im Bereich zwischen 200 mm und 300 mm liegt und bevorzugterweise etwa 250 mm beträgt. Die Breite B der Hülle sollte zwischen 100 mm und 150 mm betragen, sie liegt vorzugsweise bei ca. 125 mm. Die Höhe der schlauchartigen Hülle sollte im Bereich zwischen 10 mm und 20 mm liegen, als besonders geeignet wird eine Höhe H von 14 mm angesehen.

In Fig. 8 ist als Ausführungsvariante eine Hülle 30' darge­ stellt, die ebenfalls aus einem Kunststoffschlauch gebildet wird und insofern im wesentlichen der Beschreibung zu Fig. 5 entspricht. Um die Festigkeit gegen entstehenden Innen­ druck zu erhöhen, ist die Hülle 30' in bestimmten Abständen A derart zusammengedrückt, daß die parallelen Flachseiten aneinanderliegen und durch thermische Einwirkung miteinan­ der verschweißt sind. Dadurch ergeben sich mehrere Teilkam­ mern, deren Einzellänge begrenzt ist, so daß die Verbin­ dungsstellen der Flachseiten als Zuganker wirken. Es ergibt sich dadurch eine kissenförmige Struktur der schlaucharti­ gen Hülle 30', wobei die Gesamtmaße für Länge, Breite und Höhe durchaus denjenigen, die zu Fig. 7 angegeben sind, entspricht.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsvariante des Profilelementes im Ausschnitt und vergrößert dargestellt. Dieses Profilele­ ment 44 umfaßt ebenfalls seitliche Leisten 45 mit an der Oberkante und Unterkante vorgesehenen Ausformungen 46, 46' für die Nut/Feder-Verbindung. Das Profilelement 44 besitzt einen Tragabschnitt 47 in Form eines gestreckten Steges, an dem sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite Stützelemente 48, 48' angeformt sind. Die Stützelemente 48, 48' dienen zur Anlage der bereits zuvor beschriebenen Hül­ len, so daß zwischen den Stützelementen 48 bzw. 48' Kanäle 49 gebildet werden. An der Außenseite weist die seitliche Leiste 45 die Vertiefung 41 auf, in welche der Vorsprung 42 des Zugankers 43 einrastbar ist.

Die Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch einen Block 50 mit Profilelementen 44 in der Form, die in Fig. 9 dargestellt ist. Dabei sind mehrere Profilelemente 44 übereinander ge­ stapelt und zwischen den einzelnen Profilelementen 44 be­ finden sich die schlauchartigen Hüllen 30 mit dem darin enthaltenen Speichermedium. Die Hüllen 30 liegen jeweils an den Stützelementen 48, 48' der benachbarten Tragabschnitte 47 an, wobei zwischen der Außenseite der Hülle 30 und dem Tragabschnitt 47 mehrere Kanäle 49 für das Wärmeträgerme­ dium gebildet sind.

In Fig. 11 ist ein Schnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 10 gezeigt, woraus hervorgeht, daß die Stirnseite des Blockes 50 mit einem Gitterelement 51 versehen ist. Dieses Gitterelement besteht aus einer dünnen Platte 52 mit Öff­ nungen 53, deren Form und Größe derart bemessen ist, daß sie über den Gesamtquerschnitt der an dem Tragabschnitt 47 befindlichen Kanäle 49 reicht. Somit stellt das Gitterele­ ment für das durchströmende Wärmeträgermedium keinen Strö­ mungswiderstand dar. Auf der Höhe der eingelegten Hüllen 30 ist das Gitterelement 51 zumindest teilweise geschlossen oder mit Streben versehen, damit die das Speichermedium enthaltenden Hüllen in Durchströmungsrichtung des Wärmeträ­ germediums in ihrer Lage gesichert sind.

In Fig. 12 ist der Zuganker 43 detaillierter dargestellt, wobei im mittleren Bereich auch der Querschnitt des Zugan­ kerprofils ersichtlich ist. Der Zuganker 43 verfügt nahe den Enden seiner Längserstreckung über die Vorsprünge 42, die zum Eingriff in die Leisten der Profilelemente dienen, wobei es ausreichend ist, daß jeweils ein formschlüssiger Eingriff in die Leiste des obersten und untersten Profil­ elementes eines Blockes gegeben ist.

In Fig. 13 ist der Abschnitt der Wand 3 des in Fig. 5 ge­ zeigten Gehäuses 23 dargestellt, der die längliche Vertie­ fung 28 zur Aufnahme des in Fig. 12 gezeigten Zugankers 43 enthält. Beim Einbau des Blockes in das Gehäuse werden die Zuganker 43 mit ihrem H-förmigen Profil in die Vertiefung 28 eingeschoben, so daß die an den Seitenwänden der Vertie­ fung 28 befindlichen Vorsprünge 53 in die seitlichen Aus­ nehmungen 55 des H-Profils greifen.

Die Fig. 14 zeigt eine Möglichkeit zum formschlüssigen Ver­ binden zweier nebeneinander angeordneter Blöcke durch un­ mittelbaren Eingriff der seitlichen Leisten 45 der Profil­ elemente 44. Im übrigen entspricht die Ausführungsform der Profilelemente 44 mit dazwischen angeordneten mit Speicher­ medium gefüllten Kammern der Beschreibung zu Fig. 10, so daß auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.

Die Fig. 15 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Nut/Feder-Verbindung 46 in Fig. 10. Dabei weist die Leiste 45' an ihrer Unterseite eine Nut 46' auf, die nahe ihres Nutrandes eine nach innen gerichtete Wölbung 56 besitzt. Die darunter befindliche Leiste 45" ist an ihrer Oberseite mit der Feder 46" versehen, wobei diese Feder auf der der Wölbung 56 zugewandten Seite eine Verdickung 57 aufweist, die hinter die Wölbung 56 greift und damit einen Formschluß in Einsteckrichtung bildet und wodurch die Profilelemente einrastbar sind.

Die Fig. 16 zeigt in schematischer Darstellung einen aus mehreren Blöcken 60 bis 65 gebildeten Kältespeicher ohne das diesen umgebende Gehäuse. Dabei ist die Anordnung der Blöcke 60 bis 65 derart getroffen, daß in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums jeweils 2 Blöcke 60, 61 bzw. 62, 63 bzw. 64, 65 hintereinander liegen. Diese jeweils aus zwei Blöcken bestehenden Gruppen sind seitlich nebeneinander an­ geordnet und mit ihren Vorderkanten zueinander ausgerich­ tet, wobei diese Vorderkante die Begrenzung der Verteil- und Sammelkammer bildet.

Die Fig. 17 zeigt den Querschnitt durch ein Profilelement 58, das aus zwei seitlichen Leisten 59 sowie zwei sich zwi­ schen den Leisten 59 im Abstand zueinander erstreckenden Wänden 66 und 67 besteht. Zwischen den Wänden 66, 67 sowie den seitlichen Leisten 59 wird daher eine Kammer 68 gebil­ det, die mit dem Speichermedium gefüllt wird. Die Höhe der seitlichen Leisten 59 ist derart bemessen, daß zwischen den benachbarten Wänden 66 bzw. 67' zweier aufeinanderfolgender Profilelemente 58, 58' ein Abstand verbleibt, durch den ein Kanal 69 für das Wärmeträgermedium gebildet wird.

Die Fig. 18 zeigt einen Ausschnitt des Längsschnittes durch das Profilelement 58 gemäß Fig. 17 mit einem endseitigen Verschluß 70. Die Kammer 68 in dem Profilelement 58 wird vorzugsweise mit einem vollständig getränkten Vlies gefüllt und nach Befüllung mittels des endseitig einzutreibenden Verschlusses 70 flüssigkeitsdicht geschlossen. Da es sich bei dem Profilelement 58 und dem Verschluß 70 vorzugsweise um Bauelemente aus Aluminiumwerkstoffen handelt, ist beim Einpressen des Verschlusses 70 in das Ende des Profilele­ mentes 58 die notwendige Dichtheit auch ohne zusätzliche Maßnahmen erreicht.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Spei­ cherelemente bzw. Hüllen stets als im wesentlichen flache Elemente dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, Hüllen mit vergleichbarer Querschnittsform in ihrer Längser­ streckung auf einer gekrümmten Bahn als Bogen oder gar zu einem Ring zu formen. Ferner ist die Anordnung mehrerer Speicherelemente in Form einer Spirale möglich, wobei die Spiralwindungen einen ausreichenden Abstand für den Durch­ fluß des Wärmeträgermediums aufweisen.

Claims (32)

1. Kältespeicher, insbesondere für die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes, bestehend aus einem Gehäu­ se (2, 23, 72) und einer Vielzahl von darin angeordne­ ten, dicht geschlossenen und mit einem Speichermedium gefüllten Kammern (19, 68), die einen im wesentlichen flachen Querschnitt aufweisen und die in mindestens einer Gruppe angeordnet sind, sowie mindestens einem ein Wärmeträgermedium führenden und sich zwischen den Kammern (19, 68) erstreckenden Kanal (18, 38, 49, 69), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbar­ ten Kammern (19, 68) jeweils mindestens ein Kanal (18, 38, 49, 69) vorgesehen ist, und jeder der Kanäle (18, 38, 49, 69) mit in dem Gehäuse (2, 23, 72) ge­ bildeten Verteil- und Sammelkammern (10, 11) verbun­ den ist, wobei das Gehäuse (2, 23) im Bereich der Verteil- und Sammelkammern (10, 11) mit mindestens einem Zulaufanschluß (12) und einem Rücklaufanschluß (13) versehen ist.

2. Kältespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium eine Gefriertemperatur zwischen +5°C und -5°C aufweist.

3. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern eine im we­ sentlichen ebene Erstreckung aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind.

4. Kältespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern einer Gruppe zu einem Block (20, 50, 60 bis 65) zusammengesetzt sind, wobei die Kammern (19, 68) durch Stützmittel in vorgegebenem Abstand gehalten werden.

5. Kältespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (2, 23) zwei oder mehrere Blöcke (20, 50, 60 bis 65) seitlich nebeneinander oder übereinander angeordnet sind.

6. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2, 23, 72) im wesentlichen quaderförmig gestaltet und mit Mit­ teln zur Befestigung versehen ist.

7. Kältespeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vier Seitenwände (3, 4, 6, 7) und ein Boden (5) des Gehäuses (2, 23, 72) ein wannenförmiges Bauteil (26) mit einer Einbauöffnung (25) für den mindestens einen Block (20, 50, 60 bis 65) bilden und die Einbauöffnung (25) mittels eines Deckels (24) verschlossen ist.

8. Kältespeicher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus Leichtmetallblech, vorzugsweise Aluminium besteht und mit einem Isoliermantel versehen ist.

9. Kältespeicher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (23) aus ei­ nem Kunststoff besteht, wobei die Wandstärke vorzugs­ weise zwischen 20 mm und 30 mm beträgt.

10. Kältespeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (23) aus ei­ ner mehrwandigen Struktur besteht, wobei die Hohl­ räume zwischen den Wandschichten mit einem Isolierma­ terial, vorzugsweise einem Schaum gefüllt sind.

11. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufanschluß (12) und Rücklaufanschluß (13) derart angeordnet sind, daß die Strömungsrichtung in Längserstreckung der Ver­ teil- und Sammelkammer (10, 11) und im wesentlichen quer zur Richtung der Kanäle (18, 38, 49, 69) ver­ läuft.

12. Kältespeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verteil- und Sam­ melkammer (10, 11) gelochte Wandelemente (71) zur Strömungsvergleichmäßigung vorgesehen sind.

13. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium Lei­ tungswasser ist.

14. Kältespeicher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammern (19) neben dem Speichermedium ein gasförmiges Restvolumen von vorzugsweise 10% bis 20% vorgesehen ist.

15. Kältespeicher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammern (19, 68) ein vollständig getränktes, saugfähiges Material wie Vlies oder Zellstoff vorgesehen ist.

16. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (19) aus ei­ ner schlauchartigen Hülle (21, 30) aus Kunststoff be­ stehen, wobei die Enden (31) der Hülle (30) ver­ schweißt oder verklebt sind.

17. Kältespeicher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Längser­ streckung der Hülle (30) in vorgegebenen Abständen (A) die Flachseiten miteinander fest verbunden sind und somit die Hülle aus mehreren zusammenhängenden Kissen besteht.

18. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel zwischen den Hüllen (21) aus Flachrohren (22) bestehen, die als Kanäle (18) für das Wärmeträgermedium dienen.

19. Kältespeicher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (50) bzw. die Blöcke an ihren in einer Ebene ausgerichteten Stirn­ seiten mit Gitterelementen (51) versehen sind, wobei Öffnungen (53) in den Gitterelementen (51) die Kanäle (38, 49) mit der Verteil- und Sammelkammer (10, 11) verbinden.

20. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung der Ka­ näle (18, 38, 49) mindestens zwei schlauchartige Hül­ len (21, 30) hintereinanderliegend angeordnet sind.

21. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß Profilelemente (33, 44) mit zwei parallelen seitlichen Leisten (34, 35, 45) und einem dazwischen angeordneten Tragabschnitt (36, 47) für die Hüllen (30) vorgesehen sind.

22. Kältespeicher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragabschnitt (36) im Querschnitt wellenförmig ist, wobei an den Wellenkup­ pen (37, 37') jeweils die Hüllen (30) anliegen und Zwischenräume gebildet sind, die als Kanäle (38) für das Wärmeträgermedium dienen.

23. Kältespeicher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragabschnitt (47) als gestreckter Steg zwischen den seitlichen Leisten (45) ausgebildet und mit auf der Oberseite und der Unterseite angeformten Stützelementen (48, 48') ver­ sehen ist, wobei an den Stützelementen (48, 48') die Hüllen (30) anliegen und zwischen den Stützelementen (48, 48') einer Seite die Kanäle (49) für das Wärme­ trägermedium gebildet sind.

24. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (68) aus ei­ nem Metallrohr bestehen, das endseitig mit Verschlüs­ sen (70) versehen ist.

25. Kältespeicher nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschlüsse (70) ein­ gepreßte Stopfen vorgesehen sind.

26. Kältespeicher nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr aus einem Profilelement (58) mit seitlichen Leisten (59) und zwei im Abstand übereinander verlaufenden Wänden (66, 67) gebildet ist, wobei der Abstand einer Wand (66) zur benachbarten Wand (67') des folgenden Profilele­ mentes (58') den Kanal (69) für das Wärmeträgermedium definiert.

27. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (19, 68) eine Länge (L) zwischen 200 mm und 300 mm, vorzugsweise 250 mm bis 260 mm aufweisen.

28. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern eine Breite (B) von ca. 100 mm bis 150 mm, vorzugsweise 125 mm, und eine Höhe (H) von ca. 10 mm bis 20 mm, vorzugs­ weise 14 mm aufweisen.

29. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilelemente (33, 44) mindestens eines Blocks (50) über an den Seiten montierte Zuganker (43) befestigt sind.

30. Kältespeicher nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (43) zur Be­ festigung des Blocks (50) im Gehäuse (23) und/oder zum Anbau eines weiteren Blocks ausgebildet sind.

31. Kältespeicher nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (43) Vor­ sprünge (42) aufweisen, die in Vertiefungen (41) zu­ mindest an der obersten und der untersten Leiste (45) der gestapelten Profilelemente (44) eingreifen.

32. Kältespeicher nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Leisten (34, 35, 45) der Profilelemente (33, 44) am oberen und unteren Rand zur formschlüssigen Verbindung mit dem jeweils nächsten Profilelement ausgebildet sind, wobei dies vorzugsweise eine Nut/Feder-Verbindung (40, 46) ist.