DE102010034082A1 - Wärmeleitplatte mit einem Netz von Strömungskanälen, Verfahren zum Transport von Wärme und elektrochemischer Energiespeicher - Google Patents

Wärmeleitplatte mit einem Netz von Strömungskanälen, Verfahren zum Transport von Wärme und elektrochemischer Energiespeicher Download PDF

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Abstract

Bei einer Wärmeleitplatte (1) mit einem Netz von Strömungskanälen (2), wenigstens einem Einlass (3) und wenigstens einem Auslass (4) für ein Fluid sind die Strömungskanäle derart angeordnet sind, dass ein Fluid, welches an dem wenigstens einen Einlass in das Netz von Strömungskanälen einströmt, eine Anordnung von zu temperierenden Zonen (5) der Wärmeleitplatte durchströmen und anschließend an dem wenigstens einen Auslass aus dem Netz von Strömungskanälen ausströmen kann. Die Strömungskanale sind in wenigstens zwei Ebenen übereinander angeordnet. Das Netz von Strömungskanälen umfasst eine in wenigstens einer ersten Ebene angeordnete, baumartige Struktur von Verteilerkanälen (6), die von dem wenigstens einen Einlass in das Netz von Strömungskanälen ausgehend ein Fluid zu den zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte leiten. Das Netz von Strömungskanälen umfasst außerdem eine in wenigstens einer zweiten Ebene angeordnete, baumartige Struktur von Sammelkanälen (7), die ein Fluid in den zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte aus den Verteilerkanälen aufnehmen und zu dem wenigstens einem Auslass aus dem Netz von Strömungskanälen leiten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmeleitplatte, ein Verfahren zum Transport von Wärme und einen elektrochemischen Energiespeicher und insbesondere die Temperierung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers mit Hilfe einer Wärmeleitplatte. Wärmeleitplatten werden in unterschiedlichen technischen Anwendungsgebieten zum Transport von Wärme zwischen Wärmequellen und Wärmesenken, insbesondere zum Temperieren technischer Bauteile und insbesondere zum Kühlen elektrochemischer Energiespeicher, beispielsweise in Elektrofahrzeugen verwendet.
  • Die DE 10 2008 027 293 A1 beschreibt eine solche Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie mit einem Kühlkörper mit Kanälen, die von einem Fluid durchströmt werden, wobei die elektrochemischen Speicherelemente mit dem Kühlkörper in thermischem Kontakt stehen und Wärme der Speicherelemente an das Fluid übertragen wird.
  • Die DE 10 2008 034 868 A1 beschreibt eine Batterie mit einem Batteriegehäuse und einer darin angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie, wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen wärmeleitend mit der Wärmeleitplatte verbunden und somit mit ihren Polkontakten durch diese hindurchragend befestigt sind.
  • Die DE 10 2008 034 869 A1 beschreibt eine Batterie mit mehreren, einen Zellenverbund bildenden Batteriezellen und einer mit den Batteriezellen über Leitelemente wärmeleitend verbundenen Kühlplatte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit diesen oder anderen bekannten Lösungen verbundenen Nachteile oder Beschränkungen nach Möglichkeit wenigstens teilweise zu vermeiden und eine technische Lehre zum Transport von Wärme mit Hilfe einer Wärmeleitplatte anzugeben. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach einem der Vorrichtungsansprüche bzw. durch ein Verfahren nach einem Verfahrensansprüche gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist eine Wärmeleitplatte mit einem Netz von Strömungskanälen vorgesehen, mit wenigstens einem Einlass und wenigstens einem Auslass für ein Fluid. Die Strömungskanäle sind in der Wärmeleitplatte derart angeordnet, dass ein Fluid, welches an dem wenigstens einen Einlass in das Netz von Strömungskanälen einströmt, eine Anordnung von zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte durchströmen und anschließend an dem wenigstens einen Auslass aus dem Netz von Strömungskanälen ausströmen kann. Die Strömungskanäle sind in wenigstens zwei Ebenen übereinander angeordnet. Das Netz von Strömungskanälen umfasst eine in wenigstens einer ersten Ebene angeordnete, baumartige Struktur von Verteilerkanälen, die von dem wenigstens einen Einlass in das Netz von Strömungskanälen ausgehend, ein Fluid zu den zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte leiten. Das Netz von Strömungskanälen umfasst eine in wenigstens einer zweiten Ebene angeordnete baumartige Struktur von Sammelkanälen, die ein Fluid in den zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte aus den Verteilerkanälen aufnehmen und zu dem wenigstens einen Auslass aus dem Netz von Strömungskanälen leiten.
  • Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum Transport von Wärme vorgesehen, bei dem eine erfindungsgemäße Wärmeleitplatte verwendet wird. Schließlich ist erfindungsgemäß auch ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, der mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens temperiert wird oder dessen elektrische Kontakte wenigstens teilweise mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte in wärmeleitenden Kontakt stehen.
  • Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist unter einer Wärmeleitplatte ein wärmeleitender Körper zu verstehen, der aufgrund seiner Form oder seiner Materialbeschaffenheit und vorzugsweise auch aufgrund seiner konstruktiven Eigenschaften geeignet ist, Wärme von wenigstens einer Wärmequelle zu wenigstens einer Wärmesenke zu transportieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine solche Wärmeleitplatte mit einem Netz von Strömungskanälen ausgestattet. Durch diese Strömungskanäle fließt ein gasförmiges, flüssiges oder fließfähiges Fluid, dessen chemische oder physikalische Zusammensetzung derart gewählt ist, dass der Fluss dieses Fluids durch die Strömungskanäle den Wärmetransport von der wenigstens einen Wärmequelle zu der wenigstens einen Wärmesenke unterstützt. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um ein Kältemittel oder um ein Kühlmittel handeln, das vorzugsweise aus einem externen Kältekreislauf oder Kühlkreislauf kommend an einem Einlass der Wärmeleitplatte in das Netz von Strömungskanälen der Wärmeleitplatte eintritt, dieses Netz von Strömungskanälen durchströmt und schließlich an einem Auslass der Wärmeleitplatte aus dem Netz von Strömungskanälen austritt und dem Kühlkreislauf oder Kältekreislauf erneut zugeführt wird.
  • Die erfindungsgemäße Wärmeleitplatte weist eine Anordnung von zu temperierenden Zonen auf, die so von den Strömungskanälen durchzogen sind, dass das durch die Strömungskanäle fließende Fluid diese zu temperierenden Zonen durchströmt, überströmt oder unterströmt. Diese zu temperierenden Zonen können die Wärmeleitplatte ganz oder teilweise überdecken; insbesondere kann diese Anordnung der zu temperierenden Zonen auch aus einer einzigen zu temperierenden Zone bestehen, welche die Wärmeleitplatte ganz oder teilweise überdeckt. Auf den beiden Seiten der Wärmeleitplatte können die zu temperierenden Zonen in unterschiedlicher Weise angeordnet sein.
  • Die Strömungskanäle sind in der Wärmeleitplatte in wenigstens zwei übereinander oder untereinanderliegenden Ebenen angeordnet. Dabei sind auch Übergänge zwischen diesen Ebenen möglich. Diese Ebenen liegen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu den beiden im Wesentlichen parallel liegenden großen äußeren Begrenzungsflächen der im Wesentlichen plattenförmigen Wärmeleitplatte. Das Netz von Strömungskanälen umfasst dabei eine in wenigstens einer ersten Ebene angeordnete baumartige Struktur von Verteilerkanälen, die von dem wenigstens einen Einlass in das Netz von Strömungskanälen ausgehend ein Fluid zu dem zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte leiten. Eine erfindungsgemäße Wärmeleitplatte kann eine Mehrzahl von vorzugsweise baumartigen Strömungskanalnetzen enthalten, die von unterschiedlichen Fluiden mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, insbesondere Wärmetransporteigenschaften durchströmt werden können.
  • Das die Strömungskanäle durchströmende Fluid kann vorzugsweise während des Durchströmens der Strömungskanäle auch seinen Aggregatzustand ändern, insbesondere von der flüssigen in die gasförmige Phase übergehen, also verdampfen und seiner Umgebung so Wärme entziehen, oder umgekehrt, von der gasförmigen in die flüssige Phase übergehen, also kondensieren, und auf diese Weise seiner Umgebung Wärme zuführen. Vorzugsweise können diese Phasenübergänge in verschiedenen Bereichen des Netzes von Strömungskanälen zeitlich nebeneinander ablaufen. Beispielsweise kann das Fluid in den Verteilerkanälen verdampfen und in den Sammlerkanälen kondensieren oder, umgekehrt, in den Verteilerkanälen kondensieren und in den Sammlerkanälen verdampfen, je nachdem, welche Zonen zu kühlen oder zu erwärmen sind. Bei anderen Ausführungsformen kann eine Verdampfung in einem Teil der Zonen ablaufen, während eine Kondensation in einem anderen Teil der Zonen stattfindet.
  • Unter einer baumartigen Struktur von Verteilerkanälen ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung von Verteilerkanälen zu verstehen, die so ausgestaltet ist, dass sie das Fluid, welches in den wenigstens einen Einlass in das Netz von Strömungskanälen eintritt, in der vom Anwender gewünschten Weise so in dem Netz von Strömungskanälen verteilt, dass die einzelnen zu temperierenden Zonen gleichmäßig oder in Abhängigkeit von der Stärke der in ihrem Bereich befindlichen Wärmesenken oder Wärmequellen von dem Fluid durchströmt, überströmt oder unterströmt werden. Als Veranschaulichung für eine solche baumartige Struktur von Verteilerkanälen können sich verzweigende arterielle Blutgefäße des menschlichen oder tierischen Blutkreislaufs dienen. Diese arteriellen Blutgefäße verästeln sich immer feiner und gehen schließlich in ein System von kapillaren Blutgefäßen über, die das Blut gleichmäßig oder nach Maßgabe der physiologischen Anforderungen bestimmter Körperregionen verteilen, um schließlich in sich zu venösen Strukturen vereinigenden Kapillaren gesammelt zu werden. In ähnlicher Weise weist das Netz von Strömungskanälen der erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte eine in wenigstens einer zweiten Ebene angeordnete, baumartige Struktur von Sammelkanälen auf, die ein Fluid in den zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte aus den Verteilerkanälen aufnehmen und zu dem wenigstens einen Auslass aus dem Netz von Strömungskanälen leiten. Die Venen entsprechen in diesem Bild den Sammelkanälen, während die Arterien den Verteilerkanälen entsprechen.
  • Bei geeigneter Ausführung sind die baumartigen Strukturen des Netzes in wenigstens zwei Ebenen mit dem Vorteil verbunden, dass die Strömungskanäle sehr flexibel nach Maßgabe der jeweiligen Anforderungen der zugrundeliegenden Anwendung verlaufen können, wogegen bei einer Anordnung in nur einer Ebene sich Beschränkungen durch die Unmöglichkeit von sich kreuzenden Strömungskanälen ergeben würden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in wenigstens einigen der zu temperierenden Zonen auf wenigstens einer Seite der Wärmeleitplatte Wärmekontaktflächen vorgesehen, die durch ihre Form, Anordnung oder durch ihre Materialbeschaffenheit zur Herstellung eines wärmeleitenden Kontakts der Wärmeleitplatte mit einer Wärmesenke oder mit einer Wärmequelle eingerichtet sind. Derartige Wärmekontaktflächen können vorzugsweise entsprechend geformte, insbesondere geschliffene Flächen innerhalb oder außerhalb einer der beiden im Wesentlichen parallelen äußeren Wandflächen der Wärmeleitplatte sein, die so geformt und angeordnet sind, dass sie eine wärmeleitende Kontaktierung der Wärmeleitplatte mit entsprechenden Kontaktflächen der Wärmesenken oder Wärmequellen unterstützen.
  • Auch eine besondere Materialbeschaffenheit dieser Wärmekontaktflächen kann die Wärmeleitung zwischen den zu kontaktierenden Wärmesenken oder Wärmequellen fördern, insbesondere dann, wenn das Material, aus dem diese Wärmekontaktflächen bestehen, aus einer Gruppe von Materialien mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit gewählt wird. Bei einigen Anwendungen der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Material so gewählt wird, dass bei hoher Wärmeleitfähigkeit der elektrische Widerstand so hoch ist, dass im Wesentlichen von einer elektrischen Isolation gesprochen werden kann. Diese Materialeigenschaften sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei den Wärmequellen oder Wärmesenken um elektrisch leitende Kontakte eines elektrochemischen Energiespeichers handelt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gehören die Wärmekontaktflächen einer von wenigstens zwei Gruppen von Wärmekontaktflächen an, die gegeneinander und gegenüber der restlichen Wärmeleitplatte elektrisch isoliert, aber wenigstens mit der restlichen Wärmeleitplatte wärmeleitend verbunden sind. Jede Gruppe von Wärmekontaktflächen umfasst dabei vorzugsweise diejenigen Wärmekontaktflächen, die mit elektrisch leitenden Kontakten gleichnamiger elektrischer Polarität und Spannung einer mit Hilfe der Wärmeleitplatte zu temperierenden Einrichtung in Kontakt stehen. Bei anderen technischen Anwendungen kann die Einteilung der Wärmekontaktflächen in mehr als zwei Gruppen vorteilhaft sein, insbesondere dann, wenn mehr als zwei Gruppen elektrisch leitender Kontakte mit Hilfe der Wärmeleitplatte zu temperieren sind, die sich beispielsweise durch elektrische Spannungen oder andere elektrische Eigenschaften, wie beispielsweise an diesen elektrischen Leitern anliegende elektrische Signale unterscheiden, so dass zwischen elektrischen Kontakten unterschiedlicher Klassen keine elektrisch leitende Verbindung hergestellt werden darf.
  • Bei diesen und anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die vorteilhaft auch miteinander kombiniert werden können, dienen die Wärmekontaktflächen neben der Verbesserung des wärmeleitenden Kontaktes zwischen der Wärmeleitplatte und den zu temperierenden Wärmequellen oder Wärmesenken vorzugsweise auch noch der elektrischen Verbindung der elektrischen Leiter untereinander, soweit sie derselben Gruppe oder Klasse angehören. Wärmekontaktflächen unterschiedlicher Gruppen sind in diesen Ausführungsbeispielen also gegeneinander und gegenüber der restlichen Wärmeleitplatte elektrisch isoliert, aber wenigstens mit der restlichen Wärmeleitplatte und möglicherweise auch untereinander innerhalb derselben Gruppe wärmeleitend miteinander verbunden. Derartige Strukturen lassen sich beispielsweise dadurch verwirklichen, dass die Wärmekontaktflächen von der restlichen Wärmeleitplatte durch eine elektrisch isolierende, aber wärmeleitende Wärmeleitfolie oder Wärmeleitpaste getrennt sind.
  • Bei anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die auch mit Merkmalen oben beschriebener oder anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, steht wenigstens eine Wärmekontaktfläche mit einer Wärmesenke oder mit einer Wärmequelle über eine zwischen der wenigstens einen Wärmekontaktfläche und einer Wärmesenke oder einer Wärmequelle angeordneten elektrisch isolierenden Wärmeleitfolie oder elektrisch isolierenden Wärmeleitpaste in einem wärmeleitenden Kontakt. Derartige Wärmeleitpasten werden beispielsweise gewonnen, indem wärmeleitende kleine Festkörper in einen elektrisch isolierenden, beispielsweise wachsartigen Material fein verteilt werden. Wärmekontaktflächen können jedoch auch aus einer wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Keramikschicht aufgebaut sein, die beispielsweise Verbindungen wie Lithiumcarbid oder Aluminiumnitrit enthält. Andere Beispiele für Materialien zur Herstellung von Wärmeleitfolien oder Wärmekontaktflächen sind elektrisch isolierende Elastomere, denen wärmeleitende Füllstoffe in Form von beispielsweise Aluminiumplättchen beigefügt sind. Die Aluminiumplättchen sorgen für eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit, wobei jedoch das Material insgesamt elektrisch isolierend bleibt. Als Füllstoffe in thermoelastischen Gummiverbindungen oder Kunststoffen eignen sich auch kleine Teilchen aus Bohrnitrit oder Aluminium. Wärmeleitfolien lassen sich auch darstellen als Polymerfolien, in welche Grafitfasern als wärmeleitende Füllstoffe eingelassen sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Strukturen zur Anbringung von Befestigungsmitteln an der Wärmeleitplatte vorgesehen, mit deren Hilfe wenigstens eine Wärmekontaktfläche an eine Wärmesenke oder Wärmequelle angepresst werden kann. Derartige Strukturen sind vorzugsweise in Form von mit Gewinden ausgestatteten Bohrungen in der Wärmeleitplatte ausgestaltet, so dass in diese Bohrungen Schrauben oder Bolzen oder ähnliche Befestigungselemente mit zu den Gewinden dieser Bohrungen passenden Gewinden eingeschraubt werden können. Andere Möglichkeiten zur Realisierung solcher Strukturen sind dem Fachmann geläufig und müssen hier nicht näher dargestellt werden. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die Befestigungsstrukturen aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen und vorteilhaft ist es in einigen Anwendungsfällen weiterhin, wenn diese Strukturen aus elektrisch isolierenden Materialien bestehen oder durch den Einsatz die Strukturen umgebender elektrisch isolierender Materialien elektrisch von der Umgebung isoliert sind.
  • Bei anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die auch mit den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen und mit anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können, sind die Strömungskanäle wenigstens teilweise aus einem elektrisch isolierenden, aber gut wärmeleitenden Material gebildet. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist auch der Einsatz von elektrisch leitenden Fluiden möglich, welche häufig bessere Wärmeleiteigenschaften haben, als elektrisch isolierende Fluide.
  • Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zum Transport von Wärme vorgesehen, indem eine erfindungsgemäße Wärmeplatte verwendet wird. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird bei diesem Verfahren ein elektrochemischer Energiespeicher temperiert, d. h. gekühlt oder erwärmt, indem seine elektrischen Kontakte in einen wärmeleitenden Kontakt mit einer erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte gebracht werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe der Figuren näher beschrieben.
  • Dabei zeigt
  • 1 in schematischer Weise ein bevorzugtes Beispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte in Draufsicht;
  • 2 in schematischer Weise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte in perspektivischer Seitenansicht.
  • Wie in der 1 schematisch gezeigt wird, ist die Wärmeleitplatte 1 mit einem Netz von Strömungskanälen 2 ausgestattet. Ein Fluid strömt durch den Einlass 3 in die Verteilerkanäle 6 und erreicht auf diesem Wege die zu temperierenden Zonen 5, in denen das Fluid Wärme mit seiner Umgebung austauscht. Daraufhin wird das Fluid in den Sammelkanälen 7 gesammelt und verlässt das Netz von Strömungskanälen durch den Auslass 4.
  • 2 zeigt die gleiche Anordnung in einer perspektivischen Seitenansicht. Erkennbar ist die Anordnung der Verteilerkanäle 6 in einer oberen Ebene, die über vertikal verlaufende Strömungskanäle mit den Sammelkanälen 7 in einer unteren Ebene verbunden sind. Die Darstellungen in den 1 und 2 sind zumindest teilweise nur schematisch zu interpretieren. So können die Verteilerkanäle 6 und die Sammelkanäle auch andere baumartige Strukturen aufweisen, deren Teilstücke weder geradlinig noch horizontal oder vertikal verlaufen müssen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt und beruht auf dem allgemeineren Gedanken, ein Fluid über eine baumartige Struktur von Verteilern den zu temperierenden Zonen 5 einer Wärmeleitplatte zuzuführen und das Fluid in diesen zu temperierenden Zonen 5 mit Hilfe einer baumartigen Struktur von Sammelkanälen 7 wieder zu sammeln. Insofern macht sich die Erfindung ein von menschlichen oder tierischen Blutkreisläufen bekanntes Prinzip zunutze, wobei eine Arterie sich zunehmend verzweigt, bis die Gefäße in ein Kapillarsystem übergehen, das den Organismus gleichmäßig oder nach physiologischen Anforderungen durchzieht.
  • Die vorstehend und nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
  • Die Erfindung sieht eine Wärmeleitplatte 1 mit einem Netz von Strömungskanälen 2 vor, mit wenigstens einem Einlass 3 und wenigstens einem Auslass 4 für ein Fluid. Die Strömungskanäle sind in der Wärmeleitplatte 1 derart angeordnet, dass ein Fluid, welches an dem wenigstens einen Einlass 3 in das Netz von Strömungskanälen 2 einströmt, eine Anordnung von zu temperierenden Zonen 5 der Wärmeleitplatte 1 durchströmen und anschließend an dem wenigstens einen Auslass 4 aus dem Netz von Strömungskanälen 2 ausströmen kann.
  • Die Strömungskanäle sind in wenigstens zwei Ebenen übereinander angeordnet. Das Netz von Strömungskanälen 2 umfasst eine in wenigstens einer ersten Ebene angeordnete, baumartige Struktur von Verteilerkanälen 6, die von dem wenigstens einen Einlass 3 in das Netz von Strömungskanälen 2 ausgehend, ein Fluid zu den zu temperierenden Zonen 5 der Wärmeleitplatte 1 leiten. Das Netz von Strömungskanälen 2 umfasst eine in wenigstens einer zweiten Ebene angeordnete baumartige Struktur von Sammelkanälen 7, die ein Fluid in den zu temperierenden Zonen 5 der Wärmeleitplatte 1 aus den Verteilerkanälen 6 aufnehmen und zu dem wenigstens einen Auslass 4 aus dem Netz von Strömungskanälen 2 leiten.
  • Außerdem ist auch ein Verfahren zum Transport von Wärme, beispielsweise zur Kühlung oder zur Erwärmung einer Fahrzeugbatterie, vorgesehen, bei dem eine erfindungsgemäße Wärmeleitplatte 1 verwendet wird. Schließlich ist erfindungsgemäß auch ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, der mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens temperiert wird oder dessen elektrische Kontakte wenigstens teilweise mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte 1 in wärmeleitenden Kontakt stehen. Unter einer Wärmeleitplatte 1 ist in diesem Zusammenhang ein wärmeleitender Körper zu verstehen, der aufgrund seiner Form oder seiner Materialbeschaffenheit und vorzugsweise auch aufgrund seiner konstruktiven Eigenschaften geeignet ist, Wärme von wenigstens einer Wärmequelle zu wenigstens einer Wärmesenke zu transportieren.
  • Die erfindungsgemäße Wärmeleitplatte 1 weist eine Anordnung von zu temperierenden Zonen 5 auf, die so von den Strömungskanälen 2 durchzogen sind, dass das durch die Strömungskanäle fließende Fluid diese zu temperierenden Zonen 5 durchströmt, überströmt oder unterströmt. Diese zu temperierenden Zonen 5 können die Wärmeleitplatte 1 ganz oder teilweise überdecken; insbesondere kann diese Anordnung der zu temperierenden Zonen 5 auch aus einer einzigen zu temperierenden Zone bestehen, welche die Wärmeleitplatte 1 ganz oder teilweise überdeckt. Auf den beiden Seiten der Wärmeleitplatte 1 können die zu temperierenden Zonen 5 in unterschiedlicher Weise angeordnet sein.
  • Die Strömungskanäle sind in der Wärmeleitplatte 1 in zwei übereinander oder untereinanderliegenden Ebenen angeordnet. Diese Ebenen liegen, wie in den Figuren schematisch dargestellt, vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu den beiden im Wesentlichen parallel liegenden großen äußeren Begrenzungsflächen der im Wesentlichen plattenförmigen Wärmeleitplatte 1. Das in den 1 und 2 gezeigte Netz von Strömungskanälen 2 umfasst eine in wenigstens einer ersten Ebene angeordnete baumartige Struktur von Verteilerkanälen 6, die von einen Einlass 3 in das Netz von Strömungskanälen 2 ausgehend ein Fluid zu dem zu temperierenden Zonen 5 der Wärmeleitplatte 1 leiten. Eine erfindungsgemäße Wärmeleitplatte 1 kann auch eine Mehrzahl von vorzugsweise baumartigen Strömungskanalnetzen enthalten, die von unterschiedlichen Fluiden mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, insbesondere Wärmetransporteigenschaften durchströmt werden können.
  • Das die Strömungskanäle durchströmende Fluid kann vorzugsweise während des Durchströmens der Strömungskanäle auch seinen Aggregatzustand ändern, insbesondere von der flüssigen in die gasförmige Phase übergehen, also verdampfen und seiner Umgebung so Wärme entziehen, oder umgekehrt, von der gasförmigen in die flüssige Phase übergehen, also kondensieren, und auf diese Weise seiner Umgebung Wärme zuführen. Vorzugsweise können diese Phasenübergänge in verschiedenen Bereichen des Netzes von Strömungskanälen 2 auch zeitlich nebeneinander ablaufen. Beispielsweise kann das Fluid in den Verteilerkanälen 6 verdampfen und in den Sammlerkanälen kondensieren oder, umgekehrt, in den Verteilerkanälen 6 kondensieren und in den Sammlerkanälen verdampfen, je nachdem, welche Zonen 5 zu kühlen oder zu erwärmen sind. Bei anderen Ausführungsformen kann eine Verdampfung in einem Teil der Zonen 5 ablaufen, während eine Kondensation in einem anderen Teil der Zonen 5 stattfindet.
  • Die in den 1 und 2 gezeigte baumartige Struktur von Verteilerkanälen 6 ist so ausgestaltet, dass sie das Fluid, welches in den wenigstens einen Einlass 3 in das Netz von Strömungskanälen 2 eintritt, in der vom Anwender gewünschten Weise so in dem Netz von Strömungskanälen 2 verteilt, dass die einzelnen zu temperierenden Zonen 5 gleichmäßig oder in Abhängigkeit von der Stärke der in ihrem Bereich befindlichen Wärmesenken oder Wärmequellen von dem Fluid durchströmt, überströmt oder unterströmt werden.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, sind die baumartigen Strukturen des Netzes in zwei Ebenen mit dem Vorteil verbunden, dass die Strömungskanäle sehr flexibel nach Maßgabe der jeweiligen Anforderungen der zugrundeliegenden Anwendung verlaufen können, wogegen bei einer Anordnung in nur einer Ebene sich Beschränkungen durch die Unmöglichkeit von sich kreuzenden Strömungskanälen 2 ergeben würden.
  • Vorzugsweise sind in einigen der zu temperierenden Zonen 5 auf wenigstens einer Seite der Wärmeleitplatte 1 in den Figuren nicht gezeigte Wärmekontaktflächen vorgesehen, die durch ihre Form, Anordnung oder durch ihre Materialbeschaffenheit zur Herstellung eines wärmeleitenden Kontakts der Wärmeleitplatte 1 mit einer Wärmesenke oder mit einer Wärmequelle eingerichtet sind. Derartige Wärmekontaktflächen können vorzugsweise entsprechend geformte, insbesondere geschliffene, in den Figuren nicht gezeigte Flächen innerhalb oder außerhalb einer der beiden im Wesentlichen parallelen äußeren Wandflächen der Wärmeleitplatte 1 sein, die so geformt und angeordnet sind, dass sie eine wärmeleitende Kontaktierung der Wärmeleitplatte 1 mit entsprechenden Kontaktflächen der Wärmesenken oder Wärmequellen unterstützen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008027293 A1 [0002]
    • DE 102008034868 A1 [0003]
    • DE 102008034869 A1 [0004]

Claims (12)

  1. Wärmeleitplatte (1) mit einem Netz von Strömungskanälen (2), wenigstens einem Einlass (3) und wenigstens einem Auslass (4) für ein Fluid, wobei die Strömungskanäle derart angeordnet sind, dass ein Fluid, welches an dem wenigstens einen Einlass in das Netz von Strömungskanälen einströmt, eine Anordnung von zu temperierenden Zonen (5) der Wärmeleitplatte durchströmen und anschließend an dem wenigstens einen Auslass aus dem Netz von Strömungskanälen ausströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass – die Strömungskanale in wenigstens zwei Ebenen übereinander angeordnet sind, – das Netz von Strömungskanälen eine in wenigstens einer ersten Ebene angeordnete, baumartige Struktur von Verteilerkanälen (6) umfasst, die von dem wenigstens einen Einlass in das Netz von Strömungskanälen ausgehend ein Fluid zu den zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte leiten, und dass – das Netz von Strömungskanälen eine in wenigstens einer zweiten Ebene angeordnete, baumartige Struktur von Sammelkanälen (7) umfasst, die ein Fluid in den zu temperierenden Zonen der Wärmeleitplatte aus den Verteilerkanälen aufnehmen und zu dem wenigstens einem Auslass aus dem Netz von Strömungskanälen leiten.
  2. Wärmeleitplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einigen der zu temperierenden Zonen auf wenigstens einer Seite der Wärmeleitplatte Wärmekontaktflächen vorgesehen sind, die durch ihre Form, Anordnung oder ihre Materialbeschaffenheit zur Herstellung eines wärmeleitenden Kontakts der Wärmeleitplatte mit einer Wärmesenke oder mit einer Wärmequelle eingerichtet sind.
  3. Wärmeleitplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekontaktflächen einer von wenigstens zwei Gruppen von Wärmekontaktflächen angehören, die gegeneinander und gegenüber der restlichen Wärmeleitplatte elektrisch isoliert aber wenigstens mit der restlichen Wärmeleitplatte gut wärmeleitend verbunden sind.
  4. Wärmeleitplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekontaktflächen innerhalb einer Gruppe untereinander elektrisch leitend verbunden sind.
  5. Wärmeleitplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wärmekontaktfläche mit einer Wärmesenke oder mit einer Wärmequelle über eine zwischen der wenigstens einen Wärmekontaktfläche und einer Wärmesenke oder einer Wärmequelle angeordneten elektrisch isolierenden Wärmeleitfolie oder elektrisch isolierenden Wärmeleitpaste in einem wärmeleitenden Kontakt steht.
  6. Wärmeleitplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Strukturen zur Anbringung von Befestigungsmitteln vorgesehen sind, mit deren Hilfe wenigstens eine Wärmekontaktfläche an eine Wärmesenke oder an eine Wärmequelle angepresst werden kann.
  7. Wärmeleitplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle wenigstens teilweise aus einem elektrisch isolierenden aber gut wärmeleitenden Material gebildet sind.
  8. Verfahren zum Transport von Wärme, bei dem eine Wärmeleitplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein elektrochemischer Energiespeicher temperiert wird, indem seine elektrischen Kontakte in einem wärmeleitenden Kontakt mit einer Wärmeleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gebracht werden.
  10. Elektrochemischer Energiespeicher, der mit Hilfe eines Verfahrens nach Anspruch 9 temperiert wird.
  11. Elektrochemischer Energiespeicher mit elektrischen Kontakten, von denen wenigstens einige mit wenigstens einer Wärmeleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in wärmeleitendem Kontakt stehen.
  12. Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 11 mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen, dessen elektrische Kontakte über elektrisch leitfähige Strukturen wenigstens einer Wärmeleitplatte derart verbunden sind, dass die elektrochemischen Zellen zu einer Reihen- und/oder Parallelschaltung von Zellen zusammengeschaltet sind.
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