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Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung und einen Energiespeicher mit einer Kühleinrichtung.
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Die Anforderungen an Energiespeicher für Kraftfahrzeuge sind unterschiedlich, denn je nach Funktion (Hybrid- oder Elektrofahrzeug) werden hohe Leistungs- und/oder Energiedichten bei einem möglichst kleinen Bauraum verlangt. Diese Anforderungen werden im Stand der Technik beispielsweise durch Li-Ionen-Zellen als elektrochemische und/oder elektrostatische Energiequelle realisiert. Beim Betrieb entsteht durch hohe Lade- und Entladeströme am Innenwiderstand der Zellen bzw. der Doppelschichtkapazität Wärme. Dies tritt im besonders hohen Maße bei Hybridfahrzeugen auf.
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Für eine optimale Funktion, hohe Lebensdauer und Sicherheit im Betrieb muss die an den elektrochemischen und/oder elektrostatischen Energiespeichern entstehende Wärme möglichst optimal an die Umgebung abgegeben werden. Aufgrund der hohen, insgesamt entstehenden Wärmemenge ist eine möglichst zielgerichtete Abführung der Wärme erforderlich. Es ist also das Ziel, eine möglichst starke Wärmesenke zu schaffen, mit einem möglichst geringen thermischen Widerstand zwischen der Wärmequelle, also der Speicherzelle, und der Wärmesenke.
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Hierzu ist es nach dem Stand der Technik bekannt, gestapelt angeordnete Kühlfinnen zu verwenden. Die Kühlfinnen weisen hierbei flache Bereiche auf, in denen die Speicherzellen angebracht werden können, sowie Bereiche mit erhöhter Dicke, welche dazu dienen, einen hinreichenden Abstand zwischen den flachen Bereichen benachbarter Kühlfinnen zu erzielen, um hinreichend Bauraum zum Anbringen der Speicherzellen an den flachen Bereichen zu schaffen. Derartige Kühlfinnen weisen jedoch einen relativ komplizierten Aufbau auf und sind schwierig herzustellen. Dies erhöht den Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten einer entsprechenden Kühleinrichtung.
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Eine Kühleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 10 2011 109 306 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlkonzept bzw. eine Kühleinrichtung für einen Energiespeicher bereitzustellen, die einen reduzierten Bauraum und eine erhöhte Kühlwirkung aufweisen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Kühleinrichtung sowie durch einen Energiespeicher gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Die Kühleinrichtung weist mindestens ein plattenförmiges Kühlelement mit zwei Seiten auf, wobei das Kühlelement auf mindestens einer der Seiten mindestens einen Bereich zum Kontaktieren einer Speicherzelle eines Energiespeichers umfasst. Der Bereich ist eben. Die Ebene, in der das plattenförmige Kühlelement angeordnet ist, wird als Plattenebene bezeichnet. Je plattenförmiges Kühlelement umfasst die Kühleinrichtung mindestens einen dem Kühlelement zugeordneten Kühlmittelverteiler, der auf einer der Seiten des plattenförmigen Kühlelements angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß sind das Kühlelement und der Kühlmittelverteiler als separate Bauteile ausgebildet, d.h., sie sind nicht einstückig ausgebildet. Der Kühlmittelverteiler weist mindestens zwei durch die Plattenebene hindurch verlaufende erste Durchgangsöffnungen auf, die zum Zuführen und Abführen von Kühlmittel zum bzw. vom Kühlelement dienen. Insbesondere sind die mindestens zwei ersten Durchgangsöffnungen zur Plattenebene im Wesentlichen orthogonal. Unter „im Wesentlichen orthogonal“ ist hierbei zu verstehen, dass ein Winkel zwischen Achsen der Durchgangsöffnungen und einer Flächennormale der Plattenebene höchstens 10° beträgt. Die durch die Plattenebene hindurch verlaufenden erste Durchgangsöffnungen haben eine Längsrichtung, die durch die Plattenebene hindurch verläuft.
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Das Kühlelement weist mindestens eine zweite Durchgangsöffnung auf, die ebenfalls durch die Plattenebene hindurch verläuft. Die mindestens eine zweite Durchgangsöffnung verläuft insbesondere in einer zur Plattenebene im Wesentlichen orthogonalen Richtung. Die zweite Durchgangsöffnung überdeckt zumindest bereichsweise mindestens eine der ersten Durchgangsöffnungen und dient zum Durchführen des Kühlmittels durch das Kühlelement und durch die Plattenebene hindurch, insbesondere in der zur Plattenebene im Wesentlichen orthogonalen Richtung.
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Der Aufbau mit dem plattenförmigen Kühlelement und dem zum Kühlelement separaten Kühlmittelverteiler ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau. Die plattenförmigen Kühlelemente sind aufgrund ihrer einfachen Formgebung deutlich leichter herzustellen als aus dem Stand der Technik bekannte Kühlfinnen. Ein Abstand zwischen den Kühlelementen wird durch die separaten Kühlmittelverteiler realisiert, die ebenfalls einfach herstellbar sind und beispielsweise als Stangenpressprofile ausgebildet sein können. Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Kühleinrichtungen ist ihre Skalierbarkeit. Eine Anzahl von Kühlelementen kann frei gewählt und die Kühleinrichtung somit nach einem Baukastenprinzip an einzelfallspezifische Anforderungen angepasst werden. Auch die Kühlleistung kann über die Höhe der Kühlmittelverteiler einfach eingestellt werden. Werden hohe Kühlmittelverteiler verwendet, steht eine hohe Wärmeleitung zur Verfügung. Wird eine geringere Kühlleistung benötigt, können niedrigere Kühlmittelverteiler verwendet werden.
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Erfindungsgemäß überdeckt die zweite Durchgangsöffnung des Kühlelements beide ersten Durchgangsöffnungen des Kühlmittelverteilers, zumindest abschnittsweise. Hierdurch bildet die zweite Durchgangsöffnung einen Strömungskanal, der die beiden ersten Durchgangsöffnungen miteinander verbindet und der eine innerhalb der Plattenebene verlaufende Querströmung ermöglicht. Dies führt zu einer verbesserten Wärmeabführung vom Kühlelement. In derartigen Ausführungsformen fließt zumeist ein Großteil des Kühlmittels durch die Plattenebene und das Kühlelement hindurch, und insbesondere in der zur Plattenebene orthogonalen Richtung durch das Kühlelement hindurch, während ein kleinerer Teil des Kühlmittels innerhalb der Plattenebene oder der Plattenebene entlang von einer als Kühlmittelzufuhr dienenden ersten Durchgangsöffnung zu der als Kühlmittelableitung dienenden anderen ersten Durchgangsöffnung fließt. Der Strömungskanal verbindet die beiden ersten Durchgangsöffnungen miteinander. Der Kühlmittelverteiler begrenzt den Strömungskanal in einer durch die Plattenebene hindurch führenden Richtung und insbesondere in der zur Plattenebene orthogonalen Richtung. Somit kann eine Vielzahl von Kühlelementen mit jeweils mindestens einem zugeordneten Kühlmittelverteiler gestapelt werden, wobei sich ein Druck des Kühlmittels in einem vordersten, einem Zu- bzw. Ablauf des gesamten Kühlmittelverteilers am nächsten liegenden Kühlelement nur geringfügig vom Druck des Kühlmittels in einem hintersten Kühlelement unterscheidet.
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Zusätzlich zu einem durch die zweite Durchgangsöffnung gebildeten Strömungskanal kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelverteiler mindestens einen in oder entlang einer zur Plattenebene parallelen Ebene verlaufenden Verbindungskanal umfasst. Der Verbindungskanal ermöglicht eine Kühlmittelströmung zwischen beiden ersten Durchgangsöffnungen innerhalb oder entlang dieser parallelen Ebene. Ein Verlauf entlang der Plattenebene entspricht einem im Wesentlichen parallelen Verlauf hierzu oder einem die Plattenebene in flachem Winkel kreuzenden Verlauf. Hierdurch kann - ähnlich wie durch einen oben beschriebenen Strömungskanal - eine Verbesserung der Kühlleistung erzielt werden. Das durch den Verbindungskanal fließende Kühlmedium kühlt hierbei die Verteilerstruktur, die wiederum Wärme vom Kühlelement abführt.
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Vorzugsweise kann der Kühlmittelverteiler mindestens zwei Verbindungskanäle umfassen, die jeweils auf einer Seite des Kühlmittelverteilers angeordnet sind. Es kann also eine Mittelebene definiert werden, die mittig durch den Kühlmittelverteiler verläuft und die im Wesentlichen parallel zur Plattenebene angeordnet ist, wobei die beiden Verbindungskanäle außerhalb und insbesondere im Wesentlichen parallel zu der Mittelebene angeordnet sind. Wird der Kühlmittelverteiler dann beidseitig mit Kühlelementen verbunden, kann die Wärme von beiden Kühlelementen besonders gut abgeführt werden, da auf beiden Seiten jeweils ein Verbindungskanal nahe der Oberfläche des Kühlmittelverteilers verläuft, so dass die Wärme nur eine kurze Wegstrecke zwischen dem Kühlelement und dem Verbindungskanal zurücklegen muss. Hierdurch ist ein Wärmeleitwiderstand zwischen dem Kühlelement und dem Verbindungskanal klein.
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Der Verbindungskanal kann auch derart ausgebildet sein, dass er auf seiner zum Kühlelement weisenden Seite durch das Kühlelement selbst verschlossen wird. Hierdurch kommt eine durch den Verbindungskanal fließende Kühlmittelströmung in Kontakt mit dem Kühlelement und kühlt dieses somit direkt.
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Der Kühlmittelverteiler kann außerdem spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene aufgebaut sein, die parallel zur Plattenebene verläuft. Hierdurch wird ein Zusammenbau der Kühleinrichtung erleichtert, da aufgrund der Symmetrie die Richtung der Anordnung des Kühlmittelverteilers unerheblich ist.
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Die Kühleinrichtung kann zusätzlich zum mindestens einen Kühlelement und dem mindestens einen Kühlmittelverteiler pro Kühlelement ein Umlenkelement aufweisen, das zum Umlenken einer durch eine der ersten Durchgangsöffnungen zum Umlenkelement fließenden Strömung in die andere erste Durchgangsöffnung dient. Das Umlenkelement kann insbesondere am Ende eines Stapels bzw. eines Stacks angeordnet sein, wobei der Stapel bzw. der Stack aus mehreren gestapelten Kühlelementen mit jeweils zugeordneten Kühlmittelverteilern besteht. Das Kühlelement dient dazu, die gesamte von einem Kühlmittelzulauf ausgehende am Umlenkelement ankommende Strömung in Richtung eines Kühlmittelablaufs umzuleiten.
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Das Umlenkelement kann beispielsweise als eine Stirnplatte ausgebildet sein, die einen internen Kanal aufweist, der an beiden ersten Durchgangsöffnungen angeschlossen ist. Der interne Kanal weist vorzugsweise einen geringeren Strömungswiderstand auf als gegebenenfalls vorhandene Strömungs- oder Verbindungskanäle.
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Das plattenförmige Kühlelement kann mit im Wesentlichen konstanter Dicke ausgebildet sein, d.h., ein Flächenanteil des Bereichs, in dem die Dicke um mehr als 10% von einem Median der Dicke abweicht, ist kleiner als 10% der Gesamtfläche. Insbesondere kann die Dicke des Kühlelements sogar über seine gesamte Fläche, bis auf Fertigungsungenauigkeiten von unter 10% der Dicke, konstant sein. Durch das Ausbilden mit konstanter Dicke kann das Kühlelement besonders einfach dargestellt werden. Beispielsweise kann das Kühlelement als Blech ausgebildet sein, in das die mindestens eine zweite Durchgangsöffnung eingebracht ist.
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In der zweiten Durchgangsöffnung kann vorzugsweise ein Dichtelement angeordnet sein, das eine Verbindung zwischen der zweiten Durchgangsöffnung des Kühlelements und mindestens einer der ersten Durchgangsöffnungen des Kühlmittelverteilers abdichtet. Mit „abdichten“ ist hierbei gemeint, dass ein Austreten des verwendeten Kühlmittels (beispielsweise Wasser) durch die Dichtung verhindert wird.
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Als Material für das Kühlelement und/oder den Kühlmittelverteiler sind vor allem Materialien mit guter Wärmeleitung geeignet. Vorzugsweise ist eine Wärmeleitfähigkeit des Materials des Kühlelements und/oder des Kühlmittelverteilers größer als 1 W/(m K), größer als 10 W/(m K) oder größer als 100 W/(m K). Beispielsweise kann als Material ein Metall wie Aluminium oder ein Kunststoff verwendet werden. Ebenso kann Graphit oder ein Verbundmaterial verwendet werden.
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Der Kühlmittelverteiler kann beispielsweise stabförmig (als Stab mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt) oder U-förmig ausgebildet sein. Der Kühlmittelverteiler liegt vorzugsweise flächig an dem Kühlelement in abgedichteter Weise an. Der Kühlmittelverteiler kann beispielsweise in einem Randbereich des Kühlelements angeordnet sein.
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Die Kühleinrichtung kann bevorzugt eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Kühlelementen aufweisen, die gestapelt angeordnet sind. Zwischen je zwei Kühlelementen ist jeweils mindestens ein Kühlmittelverteiler angeordnet. Die Mehrzahl von Kühlelementen mit jeweils zugeordneten Kühlmittelverteilern ergibt zusammen einen Kühlkreislauf mit einem gemeinsamen Anschluss für die Zuführung und Ableitung des Kühlmittels.
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Die Kühlelemente und/oder Kühlmittelverteiler der Kühleinrichtung können vorzugsweise identisch zueinander ausgebildet sein. Eine derartige identische Ausbildung ermöglicht es, eine Größe der Kühleinrichtung und somit eine Anzahl der anbindbaren Speicherzellen flexibel zu verändern, ohne Änderungen an den Kühlmittelverteilern oder Kühlelementen selbst vornehmen zu müssen. Es wird somit eine modulare Bauweise ermöglicht, die leicht an einzelfallspezifische Anforderungen angepasst werden kann.
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Zusätzlich zu einer Kühleinrichtung betrifft die Erfindung einen Energiespeicher, der mindestens eine Speicherzelle sowie eine Kühleinrichtung umfasst. Vorzugsweise umfasst der Energiespeicher eine Vielzahl von Speicherzellen.
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Die erste und/oder die zweiten Durchgangsöffnungen haben einen Querschnitt, der in der Erstreckungsrichtung der Kühlmittelverteiler langgestreckt ist. Dadurch ergibt sich ein vorteilhaftes Verhältnis von Fläche zu Volumen innerhalb des Kühlmittelverteilers, der auf diese Weise zur effizienten Wärmeabfuhr dient. Das Verhältnis des Quadrat des Umfangs des Querschnitts zu dem Flächeninhalt des Querschnitts beträgt insbesondere mindestens 18, 20 oder 25, vorzugsweise mindestens 28 oder 30. Ein langgestreckter Querschnitt hat insbesondere ein Seitenverhältnis von Länge zu Höhe von mindestens 1.5, 2, oder 3, insbesondere mindestens 5, und vorzugsweise mindestens 10. Dadurch wird ein hoher Flächenbelag der Durchgangsöffnungen erreicht, über den Wärme aufgenommen oder abtransportiert werden kann. Als Länge des Seitenverhältnisses wird die Erstreckung des Querschnitts in Erstreckungsrichtung des jeweiligen Kühlmittelverteilers (im Wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung des gestapelten Kühlmittelverteilers) bezeichnet. Als Breite des Seitenverhältnisses wird die Erstreckung des Querschnitts senkrecht hierzu bezeichnet. Die Länge und die Breite des Seitenverhältnisses liegen in der Plattenebene oder sind parallel hierzu. Der Querschnitt hat vorzugsweise die Form eines Langlochs, dessen Länge der Länge des Seitenverhältnisses entspricht und dessen Höhe der Breite des Seitenverhältnisses entspricht. Der Querschnitt kann insbesondere einen rechteckigen, polygonalen, ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Dies umfasst auch rechteckige und polygonale Querschnitte mit abgerundeten Ecken. Bei rechteckigen oder trapezoiden oder parallelogrammförmigen Querschnitten werden die Seitenlängen zur Definition des Seitenverhältnisses verwendet, insbesondere die kürzere der beiden unterschiedlich langen, parallelen Seiten bei trapezoiden Querschnitten. Bei ovalen oder elliptischen Querschnitten entspricht das Seitenverhältnis der Hauptachsenlänge zur Nebenachsenlänge. Der Verbindungskanal und/oder der Strömungskanal können eine Querschnittsform wie die Durchgangsöffnungen aufweisen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Energiespeichers mit einem Kühlelement, zwei Kühlmittelverteilern und zwei Speicherzellen,
- 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Energiespeichers mit einer Vielzahl von Kühlelementen, Kühlmittelverteilern und Speicherzellen,
- 3 eine perspektivische Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Kühleinrichtung, bei der die Kühlmittelverteiler U-förmig ausgebildet sind,
- 4 eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Kühleinrichtung mit stabförmigen Kühlmittelverteilern,
- 5 eine Schnittdarstellung durch die Kühleinrichtung der 4,
- 6 eine weitere perspektivische Darstellung der Kühleinrichtung aus 4,
- 7 eine der Schnittdarstellung entsprechende Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der die Kühlmittelverteiler Verbindungskanäle zur Verbindung von Vor- und Rücklauf aufweisen,
- 8 eine perspektivische Darstellung wie in 6 für die Ausführungsform eines Kühlmittelverteilers aus 7,
- 9 eine Explosionsdarstellung für eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Kühleinrichtung, bei der weder im Kühlmittelverteiler noch im Kühlelement eine seitliche Strömung vorgesehen ist,
- 10 eine Schnittdarstellung wie in 10 für die Kühleinrichtung aus 9 und
- 11 eine perspektivische Darstellung wie in 6 für die Ausführungsform des nicht erfindungsgemäßen Kühlmittelverteilers aus 9.
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Detaillierte Beschreibung der Figuren
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In 1 ist eine perspektivische Ansicht auf eine erste Ausführungsform eines Energiespeichers 1 dargestellt, wobei der Energiespeicher ein Kühlelement 2, zwei Kühlmittelverteiler 3 und zwei Speicherzellen 4 (eine der Speicherzellen 4 ist durch das Kühlelement 2 verdeckt) umfasst. Der Kühlmittelverteiler 3 weist Durchgangsöffnungen 5 auf, die zum Durchleiten von Kühlmittel dienen. Außerdem weist der Kühlmittelverteiler 3 weitere Durchgangsöffnungen 6 auf, durch die ein Spannelement zum Verspannen der Kühlmittelverteiler gegenüber dem Kühlelement hindurchgeführt werden kann. Das Kühlelement 2 weist korrespondierende Öffnungen auf, die in der Ansicht jedoch verdeckt und somit nicht sichtbar sind.
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In 2 ist ein Energiespeicher 1' dargestellt, der eine Vielzahl von Kühlelementen 2, Kühlmittelverteilern 3 und Speicherzellen 4 aufweist, die jeweils identisch wie in 1 aufgebaut sind. Zwischen jeweils zwei Kühlelementen 2 befindet sich ein Kühlmittelverteiler 3. Die jeweils korrespondierenden Öffnungen 5 aller Kühlelemente 2 und Kühlmittelverteiler 3 fluchten und bilden somit einen Kühlmittelzulauf und Kühlmittelablaufkanal. Im dargestellten Beispiel liegen die Speicherzellen 4 beidseitig an den Kühlelementen 2 an, d.h., Kühlelemente 2 und Speicherzellen sind abwechselnd angeordnet. Die Speicherzellen 4 können jedoch alternativ auch nur einseitig an den Kühlelementen anliegen, so dass jeweils eine Speicherzelle 4 zwischen zwei Kühlelementen 2 angeordnet ist.
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In 3 ist eine Ausführungsform einer Kühleinrichtung 7 im zusammengebauten Zustand in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Kühleinrichtung 7 umfasst zwei Kühlmittelverteiler 8, die U-förmig ausgebildet sind und in beiden Schenkeln der U-Form jeweils eine Durchgangsöffnung 9 aufweisen. Außerdem weist die Kühleinrichtung 7 ein Kühlelement 10 auf, das als planparallele Platte ausgebildet ist. Die Durchgangsöffnungen verlaufen durch eine Ebene hindurch, in der sich die planparallele Platte erstreckt und insbesondere orthogonal zu der durch die planparallele Platte definierten Ebene.
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In einer nicht dargestellten weiteren alternativen Ausführungsform einer Kühleinrichtung ist der Kühlmittelverteiler rahmenförmig ausgebildet. In dieser Ausführungsform können die Kühlmittelverteiler auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Rahmenform jeweils eine Durchgangsöffnung aufweisen.
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In 4 ist eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung 11 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform aus 3 dahingehend, dass der Kühlmittelverteiler 12 als Stab mit rechteckigen Querschnitt ausgebildet ist, der entlang einer unteren Kante des Kühlelements 13 verläuft. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Kühlmittelverteiler 12 zwei durch die Plattenebene hindurch verlaufende und insbesondere zur Plattenebene orthogonale Durchgangsöffnungen 14, 15 auf. Das Kühlelement 13 hingegen hat nur eine als Langloch 16 ausgebildete Durchgangsöffnung, die mit jeweils beiden Durchgangsöffnungen 14, 15 der Kühlmittelverteiler 12 verbunden ist. Hierdurch ermöglicht das Langloch 16 eine seitliche Strömung des Kühlmittels zwischen der als Kühlmittelzulauf dienenden Durchgangsöffnung 14 und der als Kühlmittelrücklauf dienenden Durchgangsöffnung 15. Durch die seitliche Strömung wird ein effizienter Wärmeabtransport über die gesamte Breite des Kühlelements gewährleistet.
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Außerdem zu erkennen ist, dass im Langloch 16 ein Dichtring 17 angeordnet ist. Der Dichtring 17 weist im spannungsfreien Zustand (also bevor das Kühlelement 13 mit den Kühlmittelverteilern 12 verbunden wird) eine größere Dicke als das Kühlelement 13 auf. Hierdurch wird der Dichtring beim Zusammenbau der Kühleinrichtung 11 zwischen beiden Kühlmittelverteilern 12 zusammengedrückt und führt somit an beiden Kühlmittelverteilern 12 zu einer Abdichtung, die ein Austreten des Kühlmittels (beispielsweise Wasser) verhindert.
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In 5 ist ein Schnitt entlang des Langlochs 16 dargestellt. Wie durch den Pfeil 19 angedeutet, verläuft innerhalb der Ebene des Kühlelements 13 eine Strömung von der Öffnung 14 zur Öffnung 15.
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Die Kühleinrichtung aus den 4 und 5 ist in 6 perspektivisch mit nur einem montierten Kühlmittelverteiler 12 dargestellt. In dieser Abbildung ist besonders gut zu erkennen, dass der Dichtring 17 innerhalb der Öffnung 16 angeordnet ist und am Kühlmittelverteiler 12 dichtend anliegt. Auch in dieser Figur wird der Strömungsverlauf durch Pfeile angedeutet.
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In den 7 und 8 ist eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Kühleinrichtung 18 in den 5 und 6 entsprechenden Ansichten dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsform dahingehend, dass das Kühlelement 19 zwei getrennte Durchgangsöffnungen 20 und 21 aufweist, die zu den beiden Durchgangsöffnungen 22 und 23 der Kühlmittelverteiler 24 korrespondierend geformt sind. Um eine seitlich verlaufende Strömung zu ermöglichen, weisen die Kühlmittelverteiler 24 Verbindungskanäle 25 auf. Die Verbindungskanäle 25 werden durch das Kühlelement 19 begrenzt. Somit tritt eine seitliche Kühlmittelströmung in direkten Kontakt zum Kühlelement 19, wodurch ein Wärmeabtransport vom Kühlelement 19 verbessert wird. Als seitlicher Verlauf wird eine Richtung beschrieben, die sich an einer Erstreckungsrichtung des Kühlelement 19 orientiert, d.h. die im Wesentlichen parallel zur Plattenebene oder in dieser verläuft.
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Eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Kühleinrichtung 26 ist in den 9, 10 und 11 abgebildet. In dieser Ausführungsform ist das Kühlelement 27 - wie in der Ausführungsform aus den 7 und 8 - mit zwei separaten Öffnungen 28, 29 ausgebildet, so dass innerhalb der Plattenebene keine seitliche Strömung auftritt. Die Kühlmittelverteiler 30 weisen - wie im Ausführungsbeispiel der 5 und 6 - keine seitlichen Verbindungskanäle auf, so dass auch in den Kühlmitteverteilern 30 keine seitliche Strömung auftritt.
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Diese Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen, weist jedoch bei gleichem Kühlmitteldurchfluss eine etwas geringere Kühlleistung als die vorangehenden Ausführungsformen auf. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Druck im gesamten Kühlkreislauf nahezu konstant ist.
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Um die als Kühlmittelzulauf dienende Öffnung 28 mit der als Kühlmittelablauf dienende Öffnung 29 zu verbinden, ist an einem Ende der Kühleinrichtung, d.h. anschließend an einen letzten Kühlmittelverteiler 30, eine nicht dargestellte Stirnplatte angeschlossen, die einen Verbindungskanal aufweist und somit eine Strömung zwischen beiden Durchgangsöffnungen 28, 29 in Richtung des Pfeils 31 ermöglicht.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in allen Ausführungsformen auch mehrere Kühlelemente gestapelt angeordnet sein können, wobei jeweils zwischen den Kühlelementen mindestens ein Kühlmittelverteiler angeordnet ist. Werden die Ausführungsformen der 4 bis 8 mit mehreren Kühlelementen realisiert, sind die einzelnen Kühlelemente parallel an den Kühlmittelzulauf und Kühlmittelablauf angeschlossen, während bei der Ausführungsform der 9 bis 11 eine serielle Verbindung der Kühlelemente erzeugt wird.
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Alle abgebildeten Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass der Querschnitt des Kühlmittelzulaufs und Kühlmittelablaufs an vorgegebene Anforderungen (abhängig von einer Anzahl der Kühlelemente und der geforderten Kühlleistung) angepasst werden kann, ohne das Änderungen der äußeren Abmessungen notwendig sind.
