DE19857121B4

DE19857121B4 - Kältespeicher, insbesondere für die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes

Info

Publication number: DE19857121B4
Application number: DE19857121.6A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dürr Gottfried; Dr.rer.nat. Feuerecker Günther; Dipl.-Ing. Karl (FH) Fulterer; Dipl.-Ing. Hans-Dieter (FH) Hinderberger; Dipl.-Ing. Klingler Dietrich; Dr.-Ing. Molt Kurt; Dipl.-Ing. Jürgen (FH) Otto; Wolfgang Reier; Dipl.-Ing. Salzer Ulrich; Dipl.-Ing. Schmadl Dieter; Dipl.-Ing. Schmid Markus; Werner Schwahn
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2018-12-12
Also published as: DE19857121A1

Abstract

Kältespeicher für die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes, bestehend aus einem Gehäuse (2, 23, 72) und einer Vielzahl von darin angeordneten, dicht geschlossenen und mit einem Speichermedium gefüllten Kammern (68), die einen flachen Querschnitt aufweisen und die in mindestens einer Gruppe angeordnet sind, sowie mindestens einem ein Wärmeträgermedium führenden und sich zwischen den Kammern (68) erstreckenden Kanal (18, 22), wobei zwischen zwei benachbarten Kammern (68) jeweils mindestens ein Kanal (18, 22) vorgesehen ist, und jeder der Kanäle (18, 22) mit in dem Gehäuse (2, 23, 72) gebildeten Verteil- und Sammelkammern (10, 11) verbunden 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 und wobei die Kammern (68) eine ebene Erstreckung aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kammern einer Gruppe zu einem Block (20, 60 bis 65) zusammengesetzt sind, wobei die Kammern (68) durch Stützmittel in vorgegebenem Abstand gehalten werden und dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (68) aus einem Metallrohr bestehen, das endseitig mit Verschlüssen (70) versehen ist und die Kanäle (18, 22) aus Flachrohren gebildet sind.

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 Fahrzeugkabine, das einen Kältespeicher umfasst. Dieser Kältespeicher besteht aus mehreren, parallel zueinander ausgerichteten 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 Kompressionskälteaggregates handelt. Mit der fahrzeugseitigen Kälteanlage kann der Kältespeicher geladen werden und im Bedarfsfall ist die gespeicherte Kälte zur Klimatisierung der Fahrerkabine entnehmbar. Hierzu wird ein Luftstrom über die Oberflächen der mit dem Speichermedium gefüllten Kammern geführt 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 Kältemittelkreislauf, 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 Ventilmittel vorgesehen, durch die der im Eisspeicher angeordnete 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 Luftführungskanäle vorzusehen, die eine direkte Wärmeabgabe an die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Luft zu ermöglichen.
Die US 4 393 918 A offenbart eine Latentwärmespeichervorrichtung, die in einem Wärmeübertrager angeordnet ist. Dabei ist in jeder Kammer des Wärmeübertragers ein Container angeordnet, die aufeinander gestapelt sind.
Die DE 41 33 360 A1 offenbart eine Latentwärmespeichervorrichtung mit in einem von einem Wärmeträger durchströmten Gehäuse angeordneten Wärmespeicherelementen, deren Hülle die Form flachgedrückter Schläuche besitzt.
Die bekannten Anordnungen benötigen einen großen Bauaufwand, insbesondere im Hinblick auf die zusätzlichen Komponenten 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, einen 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 Merkmalen 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 werden kann. Der Kältespeicher wird mittels einem einzigen Wärmeträgermedium geladen und entladen, so dass lediglich Anschlüsse bzw. Zuleitungen für ein einziges Wärmeträgermedium 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 Speicherkapazität in dem Gehäuse zwei oder mehrere Blöcke seitlich nebeneinander oder übereinander angeordnet werden. Diese variable Zusammenstellung von Blöcken führt zu einer Modulbauweise standardisierter Bauelemente, mit der den geforderten 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 Seitenwände und ein Boden des Gehäuses ein wannenförmiges Bauteil, 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 Ausführungsform des Gehäuses besteht dieses aus Aluminiumblech, wobei die Wandteile bzw. der Boden vorzugsweise stoffschlüssig und somit dicht verbunden sind. Dieses Gehäuse wird mit einem Isoliermantel umgeben, so dass die thermischen Verluste gering sind. Alternativ dazu kann das Gehäuse 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 Festigkeitsgründen können die Wände mit einer Verrippung versehen sein, wobei die Rippen zweckmäßigerweise bei der Herstellung 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 Griffflügel vorgesehen, die ebenfalls bei der Herstellung durch entsprechende Formgebung geschaffen werden können.
Eine andere Ausgestaltung des Gehäuses besteht darin, dass eine der Verteil- oder Sammelkammer zugewandte Stirnseite die Einbauöffnung bildet und alle übrigen Seiten als geschlossenes Gehäuse anzusehen sind. Die Außenwand der Verteil- oder Sammelkammer ist in diesem Fall der aufsetzbare und dichtend verschließende Deckel. Bei Gehäusen aus Kunststoff 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 Leitungswasser 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 eingefüllt wird.
Gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Gestaltung bestehen die Kammern aus einer schlauchartigen Hülle aus Kunststoff, wobei die Enden der Hüllen verschweißt oder verklebt oder auf andere geeignete Weise dicht verschlossen sind. Je nach Beschaffenheit der Kunststoffhülle und auch der entsprechenden Abmessungen kann es vorteilhaft sein, in vorgegebenen 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 geodätische Belastung bei Neigung, beispielsweise einer Berg- oder Talfahrt, reduziert. Als Stützmittel zwischen den Hüllen sind zweckmäßigerweise Flachrohre vorgesehen, die als Kanäle für das Wärmeträgermedium dienen.
Alternativ zu den Hüllen aus Kunststoff können auch flache bzw. eine geringe Höhe zwischen den beiden Flächen aufweisende 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 notwendigen Abstandes zur Bildung eines Kanals für das Wärmeträgermedium 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 Stirnseiten des Blockes bzw. mehrerer zusammengefasster Blöcke mit Gitterelementen zu versehen, wobei in diesen Gitterelementen Öffnungen vorgesehen sind, die die Kanäle mit der Verteil- und Sammelkammer verbinden. Es wird in diesem Zusammenhang als zweckmäßig erachtet, die Öffnungen dem Querschnitt der Kanäle anzupassen und deckungsgleich auszurichten. 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 abgewinkelten Streifen gebildet, welche durch Ausformungen des Gitterelementes entstehen, wobei die Ausformungen als Durchtrittsöffnungen für das Wärmeträgermedium in die Flachrohre oder aus diesen heraus dienen.
Sofern eine größere Blocktiefe, das heißt die Längserstreckung in Durchströmungsrichtung des Wärmeträgermediums vorgesehen ist, sollten in Längsrichtung der Kanäle mindestens zwei schlauchartige Hüllen hintereinanderliegend angeordnet 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 übereinander gestapelt werden. Dabei kann der Tragabschnitt im Querschnitt wellenförmig sein, wobei an den Wellenkuppen jeweils 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 gestreckter 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.
Erfindungsgemäß bestehen die Kammern aus einem Metallrohr, das endseitig mit Verschlüssen versehen ist. Hierbei können die Verschlüsse durch eingepresste Stopfen gebildet sein, wobei das hier bevorzugterweise in Betracht zu ziehende Material, nämlich ein Aluminiumwerkstoff, durch das Einpressen der Stopfen gleichzeitig die Dichtfunktion bewirkt. Das Metallrohr wird vorzugsweise aus einem Profilelement mit seitlichen Leisten und zwei im Abstand übereinander verlaufenden Wänden gebildet, wobei der Abstand einer Wand zur benachbarten Wand des folgenden 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 berücksichtigt, welche Länge der Kanäle für das Wärmeträgermedium für einen optimalen Wärmeaustausch zweckmäßig ist. Diese Festlegungen 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 beträgt. 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 zumindest an der obersten und der untersten Leiste der gestapelten Profilelemente eingreifen. Damit die Profilelemente beim Übereinanderstapeln sicher ihre Position einnehmen, ist es zweckmäßig, die seitlichen Leisten der Profilelemente am oberen und unteren Rand zur formschlüssigen Verbindung 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, insbesondere Salzlösungen, die aus Gründen des Korrosionsschutzes als NaCl, CaCl₂ oder MgCl₂ ausgeführt sein können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Kältespeichers,
2 eine perspektivische Darstellung eines aus Speicherelementen und Kanälen gebildeten Blocks,
3 einen Ausschnitt eines Blockes mit stirnseitiger Stützvorrichtung,
4 eine schematische Darstellung eines Kältespeichers mit Mitteln zur Strömungsbeeinflussung im Zulauf- und Rücklaufbereich,
5 ein Gehäuse in perspektivischer Darstellung,
6 einen Ausschnitt des Querschnitts einer Ausführungsvariante des Blocks mit Profilelementen,
7 eine Darstellung einer ersten Ausführung einer Kammer für das Speichermedium,
8 eine Ausführungsvariante zu 7,
9 eine Ausführungsvariante des Profilelementes im Ausschnitt und vergrößert,
10 einen Schnitt durch einen Block mit Profilelementen in der Form gemäß 9,
11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI in 10,
12 einen Spannanker aus Kunststoff,
13 einen Ausschnitt der Gehäusewand mit Aufnahme für den Spannanker,
14 eine Ausführungsform zur Verbindung zweier nebeneinander angeordneter Blöcke,
15 eine vergrößerte Darstellung der Verbindung zweier übereinander angeordneter Profilelemente,
16 eine schematische Darstellung eines aus mehreren Blöcken gebildeten Kältespeichers (ohne Gehäuse),
17 eine Ausführungsform eines Profilelementes mit von diesem gebildeter Kammer,
18 einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch das Profilelement der 17 mit endseitigem Verschluss.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kältespeichers 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 Seitenwänden 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 Verbindung erzielt ist. Parallel zu der stirnseitigen Wand 6 erstreckt sich in einem vorgegebenen Abstand eine Zwischenwand 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 mehrere Blockaufnahmen 14 unterteilen, wobei die einzubringenden Blöcke aus einer Vielzahl von flachen, sich zwischen den Zwischenwänden 8 und 9 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 entspricht und deckungsgleich zu diesen angeordnet sind. Da das Gehäuse 2 in Richtung der Wände 3, 4 eine große Erstreckung aufweist, ist zur Unterteilung in Längsrichtung eine Zwischenwand 15 vorgesehen, so dass in jeder der Blockaufnahmen 14 zwei Blöcke in Durchströmungsrichtung hintereinanderliegend angeordnet sind. An der Oberseite des Gehäuses 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 1 nicht dargestellten Deckels dichtend geschlossen.
Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines aus Speicherelementen und Kanälen gebildeten nicht erfindungsgemäßen Blocks 20, der zum Einsatz in die Blockaufnahme 14 des Gehäuses 2 in 1 bestimmt ist. Dieser Block 20 umfasst wechselweise gestapelte Hüllen 21 und Flachrohre 22, wobei alle Flachrohre 22 ausgerichtet übereinander liegen. Die Hüllen 21 liegen jeweils 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 vorzugsweise ein Glykolgemisch benutzt, wie es auch als Kühlmittel für Brennkraftmaschinen Verwendung findet. Alternativ ist auch die Verwendung von Salzlösungen denkbar.
In 3 ist ein Ausschnitt eines Längsschnittes durch den nicht erfindungsgemäßen Block 20 dargestellt, der aus den die Speicherelemente bildenden Hüllen 21 und den Flachrohren 22 besteht. Stirnseitig ist an dem Block 20 ein Gitterelement 51 angeordnet, das Öffnungen aufweist, in denen die Rohrenden der Flachrohre 22 aufgenommen sind. Es ist aber auch möglich, das Gitterelement 51 so auszuführen, dass die Rohrenden an der Innenseite des Gitterelementes bündig abschließen und die Öffnungen als Verbindung von der Verteilkammer zu den Flachrohren dienen. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind Vorsprünge 51' vorgesehen, die zur Innenseite des Blockes 20 gerichtet sind und auf denen die Rohrenden der Flachrohre 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 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante des Kältespeichers 1 in 1. Dabei sind die Blöcke 20 zu einer anderen Modulvariante zusammengefügt, woraus ersichtlich ist, dass das System an beliebige Bauraumvorgaben anpassbar ist. In den Verteil- und Sammelkammern 10, 11 des Gehäuses 72 sind gelochte Wandelemente 71 vorgesehen, die zu einer Vergleichmäßigung des Strömungsprofils dienen. Die Lage und Richtung des Zulaufanschlusses 12 und Rücklaufanschlusses 13 ist derart gewählt, dass die Strömung aus bzw. in die Anschlussstutzen in Längsrichtung der Verteil- und Sammelkammer 10, 11 erfolgt, was ebenfalls zur gleichmäßigen Beaufschlagung aller Flachrohre beiträgt.
Die 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 können 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 gebildet, die zum Einbringen der aus Kammern und Kanälen gebildeten Blöcke dient. Diese Einbauöffnung 25 wird nach Einsetzen der Blöcke mittels des Deckels 24 dicht verschlossen. Hierfür kommen insbesondere Kunststoffschweißverfahren in Betracht, es ist jedoch auch eine Verklebung oder mechanisches 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 Befestigungsmitteln vorgesehen sind. An Stelle angeformter Platten können diese auch als Einlegeteile bei der Herstellung des Gehäuses vorgesehen werden. Etwa in der Mitte der Längserstreckung der Wände 3 und 4 sind an der zu dem Innenraum des Gehäuses 23 gerichteten Seite längliche Vertiefungen 28 vorgesehen, die zur Aufnahme von Befestigungselementen 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 leistenförmige Vorsprünge 29 vorgesehen, durch deren Gestaltung eine entsprechende Elastizität gegeben ist, die eine Anpassung an das Blockmaß gewährleistet. Es ist in 5 außerdem dargestellt, dass an der Stirnseite 6 der Zulaufanschluss 12 und an der anderen Stirnseite 7 der Rücklaufanschluss 13 vorgesehen ist. Auch diese Anschlüsse können bei einem aus Kunststoff hergestellten Gehäuse 23 einstückig angeformt werden.
Die 6 zeigt einen Ausschnitt des Querschnitts einer nicht erfindungsgemäßen Variante eines aus Kanälen und Kammern gebildeten Blocks, das heißt, die Blickrichtung entspricht der Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums. Dabei ist 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 Längsrichtung des Profilelementes 33 wellenförmig gestaltet und dient zur Auflage einer schlauchartigen Hülle 30, die das Speichermedium enthält. Die Hülle 30 liegt mit ihren Flachseiten an den Wellenkuppen 37 an, so dass zwischen den Wellentälern 39 und der Hülle 30 Kanäle 38 gebildet werden, durch die das Wärmeträgermedium strömt. Die Höhe der seitlichen Leisten 34, 35 ist so bemessen, dass zwischen den Tragabschnitten 36 zweier benachbarter Profilelemente 33 eine Höhe gegeben ist, die mindestens annähernd der entsprechenden Bemessung der Hülle 30 entspricht, so dass diese mit den jeweiligen Wellenkuppen der sie einschließenden Profilelemente 33 in Berührung kommt. Um die Profilelemente 33 ausgerichtet und gegen Verschiebung gesichert 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 Vertiefungen 41 angeordnet, in die Vorsprünge 42 eines seitlich angeordneten Zugankers 43 greifen, so dass der Block bei seiner Handhabung und im späteren Einbau sicher zusammengehalten wird. Die Profilelemente sind vorzugsweise im Extrusionsverfahren hergestellt und bestehen aus Leichtmetall oder Kunststoff.
7 zeigt eine nicht erfindungsgemäße schlauchartige Hülle 30, die mit dem Speichermedium gefüllt und an den Enden ihrer Längserstreckung flüssigkeitsdicht geschlossen ist. Diese Hülle besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der auf einfache Weise an den Enden 31 zusammengedrückt und verschweißt werden kann. Die Hülle 30 bildet auf diese Weise eine Kammer 19 zur Aufnahme des Speichermediums, wofür vorzugsweise Leitungswasser 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 7 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 8 ist als nicht erfindungsgemäße Variante eine Hülle 30' dargestellt, die ebenfalls aus einem Kunststoffschlauch gebildet wird und insofern im Wesentlichen der Beschreibung zu 7 entspricht. Um die Festigkeit gegen entstehenden Innendruck zu erhöhen, ist die Hülle 30' in bestimmten Abständen A derart zusammengedrückt, dass die parallelen Flachseiten aneinanderliegen und durch thermische Einwirkung miteinander verschweißt sind. Dadurch ergeben sich mehrere Teilkammern, deren Einzellänge begrenzt ist, so dass die Verbindungsstellen 32 der Flachseiten als Zuganker wirken. Es ergibt sich dadurch eine kissenförmige Struktur der schlauchartigen Hülle 30', wobei die Gesamtmaße für Länge, Breite und Höhe durchaus denjenigen, die zu 7 angegeben sind, entspricht.
In 9 ist eine Ausführungsvariante des Profilelementes im Ausschnitt und vergrößert dargestellt. Dieses Profilelement 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 Hüllen, 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 10 zeigt einen Schnitt durch einen nicht erfindungsgemäßen Block 50 mit Profilelementen 44 in der Form, die in 9 dargestellt ist. Dabei sind mehrere Profilelemente 44 übereinander gestapelt und zwischen den einzelnen Profilelementen 44 befinden 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 Wärmeträgermedium gebildet sind.
In 11 ist ein Schnitt entlang der Linie XI-XI in 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 Öffnungen 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 Gitterelement für das durchströmende Wärmeträgermedium keinen Strömungswiderstand 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 Wärmeträgermediums in ihrer Lage gesichert sind.
In 12 ist der Zuganker 43 detaillierter dargestellt, wobei im mittleren Bereich auch der Querschnitt des Zugankerprofils 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 Profilelementes eines Blockes gegeben ist.
In 13 ist der Abschnitt der Wand 3 des in 5 gezeigten Gehäuses 23 dargestellt, der die längliche Vertiefung 28 zur Aufnahme des in 12 gezeigten Zugankers 43 enthält. Beim Einbau des Blockes in das Gehäuse 23 werden die Zuganker 43 mit ihrem H-förmigen Profil in die Vertiefung 28 eingeschoben, so dass die an den Seitenwänden der Vertiefung 28 befindlichen Vorsprünge 54 in die seitlichen Ausnehmungen 55 des H-Profils greifen.
Die 14 zeigt eine Möglichkeit zum formschlüssigen Verbinden zweier nebeneinander angeordneter Blöcke durch unmittelbaren Eingriff der seitlichen Leisten 45 der Profilelemente 44. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform der Profilelemente 44 mit dazwischen angeordneten mit Speichermedium gefüllten Kammern der Beschreibung zu 10, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Die 15 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Nut/Feder-Verbindung 46 in 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 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 angeordnet und mit ihren Vorderkanten zueinander ausgerichtet, wobei diese Vorderkante die Begrenzung der Verteil- und Sammelkammer bildet.
Die 17 zeigt den Querschnitt durch ein Profilelement 58, das aus zwei seitlichen Leisten 59 sowie zwei sich zwischen 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 gebildet, 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 18 zeigt einen Ausschnitt des Längsschnittes durch das Profilelement 58 gemäß 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 Profilelementes 58 die notwendige Dichtheit auch ohne zusätzliche Maßnahmen erreicht.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Speicherelemente bzw. Hüllen stets als im Wesentlichen flache Elemente dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, Hüllen mit vergleichbarer Querschnittsform in ihrer Längserstreckung 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 Durchfluss des Wärmeträgermediums aufweisen.

Claims

Kältespeicher für die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes, bestehend aus einem Gehäuse (2, 23, 72) und einer Vielzahl von darin angeordneten, dicht geschlossenen und mit einem Speichermedium gefüllten Kammern (68), die einen flachen Querschnitt aufweisen und die in mindestens einer Gruppe angeordnet sind, sowie mindestens einem ein Wärmeträgermedium führenden und sich zwischen den Kammern (68) erstreckenden Kanal (18, 22), wobei zwischen zwei benachbarten Kammern (68) jeweils mindestens ein Kanal (18, 22) vorgesehen ist, und jeder der Kanäle (18, 22) mit in dem Gehäuse (2, 23, 72) gebildeten Verteil- und Sammelkammern (10, 11) verbunden 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 und wobei die Kammern (68) eine ebene Erstreckung aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kammern einer Gruppe zu einem Block (20, 60 bis 65) zusammengesetzt sind, wobei die Kammern (68) durch Stützmittel in vorgegebenem Abstand gehalten werden und dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (68) aus einem Metallrohr bestehen, das endseitig mit Verschlüssen (70) versehen ist und die Kanäle (18, 22) aus Flachrohren gebildet sind.
Kältespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschlüsse (70) eingepresste Stopfen vorgesehen sind.
Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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 Profilelementes (58') den Kanal (69) für das Wärmeträgermedium definiert.
Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (68) eine Länge (L) zwischen 200 mm und 300 mm, vorzugsweise 250 mm bis 260 mm aufweisen.
Kältespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (68) eine Breite (B) von ca. 100 mm bis 150 mm, vorzugsweise 125 mm, und eine Höhe (H) von ca. 10 mm bis 20 mm, vorzugsweise 14 mm aufweisen.
Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium eine Gefriertemperatur zwischen +5°C und –5°C aufweist.
Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2, 23) zwei oder mehrere Blöcke (20, 60 bis 65) seitlich nebeneinander oder übereinander angeordnet sind.
Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2, 23, 72) quaderförmig gestaltet und mit Mitteln zur Befestigung versehen ist.
Kältespeicher nach Anspruch 8, 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 mindestens einen Block (20, 60 bis 65) bilden und die Einbauöffnung (25) mittels eines Deckels (24) verschlossen ist.
Kältespeicher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus Leichtmetallblech, vorzugsweise Aluminium besteht und mit einem Isoliermantel versehen ist.
Kältespeicher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (23) aus einem Kunststoff besteht, wobei die Wandstärke vorzugsweise zwischen 20 mm und 30 mm beträgt.
Kältespeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (23) aus einer mehrwandigen Struktur besteht, wobei die Hohlräume zwischen den Wandschichten mit einem Isoliermaterial, vorzugsweise einem Schaum gefüllt sind.
Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufanschluss (12) und Rücklaufanschluss (13) derart angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung in Längserstreckung der Verteil- und Sammelkammer (10, 11) und quer zur Richtung der Kanäle (18, 69) verläuft.
Kältespeicher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verteil- und Sammelkammer (10, 11) gelochte Wandelemente (71) zur Strömungsvergleichmäßigung vorgesehen sind.
Kältespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium Leitungswasser ist.
Kältespeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kammern (19) neben dem Speichermedium ein gasförmiges Restvolumen von vorzugsweise 10% bis 20% vorgesehen ist.
Kältespeicher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kammern (19, 68) ein vollständig getränktes, saugfähiges Material wie Vlies oder Zellstoff vorgesehen ist.