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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Gehäuse, mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, wobei das Gehäuse zwei flächig ausgedehnte Flächen aufweist, die durch schmale Flächen miteinander verbunden sind und das Gehäuse zwischen einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil ein Innenvolumen aufweist, wobei das Innenvolumen einen Verteilerbereich aufweist, der in einen Einlassbereich und einen Auslassbereich geteilt ist, und das Innenvolumen weiterhin einen Umlenkbereich aufweist, wobei der Einlassbereich mit dem Umlenkbereich über einen ersten Strömungskanal in Fluidkommunikation steht und der Umlenkbereich mit dem Auslassbereich über einen zweiten Strömungskanal in Fluidkommunikation steht, wobei der Fluideinlass mit dem Einlassbereich und der Fluidauslass mit dem Auslassbereich in Fluidkommunikation steht.
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Stand der Technik
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In Elektrofahrzeugen werden Energiespeicher eingesetzt, um einen Elektromotor zu betreiben. Als Energiespeicher kommen dabei oft Akkumulatoren auf Lithium-Ionen Basis oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren zum Einsatz. Alternativ dazu finden auch Hochleistungskondensatoren sogenannte Super-Caps Verwendung.
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Bei alle genannten Energiespeichern kommt es während des Betriebs, insbesondere beim schnellen Laden und Entladen der Energiespeicher, zu einer starken Wärmeentwicklung.
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Temperaturen von ca. 50°C und mehr können jedoch die Energiespeicher beschädigen und ihre Lebensdauer maßgeblich reduzieren. Ebenso schädigen zu niedrige Temperaturen die Energiespeicher nachhaltig.
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Um die Leistungsfähigkeit der Energiespeicher zu erhalten, müssen diese daher aktiv temperiert werden. Hierbei überwiegen die Anteile der Kühlung deutlich. Die Kühlung kann beispielsweise durch das Einbringen von fluiddurchströmten Wärmeübertragern erfolgen. Bei den Wärmeübertragern handelt es sich nach Lösungen im Stand der Technik oft um fluiddurchströmte Elemente, die zwischen zwei flächigen Deckplatten ein oder mehrere Fluidkanäle aufweisen, welche von einem Fluid durchströmbar sind.
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Vorteilhafterweise werden dabei alle Zellen der Energiespeicher auf einem gleichmäßigen Temperaturniveau gehalten. Ebenso sollten starke Temperaturgradienten innerhalb der Zellen vermieden werden.
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Die Platten der Wärmeübertrager können im Falle der Kühlung von einem kalten Fluid durchströmt werden, zum Zwecke der Aufheizung können sie jedoch auch von einem warmen Fluid durchströmt werden.
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Um eine möglichst hohe Energieeffizienz zu erreichen, ist insbesondere in Elektrofahrzeugen eine möglichst gewichtsoptimierte Bauweise vorteilhaft.
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Im Stand der Technik sind Lösungen beschrieben, die Wärmeübertrager verwenden, die aus metallischen Materialien gefertigt sind. Eine solche Lösung offenbart beispielsweise das Gebrauchsmuster
DE 20 2012 102 349 U1 .
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Weiterhin sind Wärmeübertrager bekannt, welche durch eine Umlenkung des Kühlfluids in seiner Hauptströmungsrichtung um einen Winkel von etwa 180° eine Hinströmstrecke und eine Rückströmstrecke ausbilden. Hierzu wird das Fluid am Ende der Hinströmstrecke umgelenkt und strömt in entgegengesetzter Richtung zurück.
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Im Stand der Technik sind hierzu Wärmeübertrager bekannt, in denen das Fluid in einer Mehrzahl von Strömungskanälen vom Einströmbereich hin zum Umlenkbereich strömt. Im Umlenkbereich werden die Fluidströme aus den einzelnen Strömungskanälen zusammengeführt und in einem gemeinsamen Bereich umgelenkt. Nach der Umlenkung wird das Fluid wieder auf eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufgeteilt und strömt sodann wieder in der Mehrzahl von Strömungskanälen entlang der Rückströmstrecke hin zum Ausströmbereich des Wärmeübertragers.
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Nachteilig an den Lösungen nach dem Stand der Technik ist insbesondere, dass durch die Zusammenführung des Fluids nach der Hinströmstrecke zu einer gemeinsamen Umlenkung, der gesamte Volumenstrom des Fluids durch einen gemeinsamen Umlenkbereich strömt. Der vergleichsweise geringe Querschnitt des Umlenkbereiches führt zu hohen Druckverlusten innerhalb des Wärmeübertragers, weiterhin führt dies zu einem Ansteigen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids. Außerdem ist die Gleichverteilung des Fluids auf die Strömungskanäle, welche sich an den Umlenkbereich anschließen, nicht in ausreichendem Maße gewährleistet, so dass es zu Temperaturdifferenzen aufgrund der Ungleichverteilung kommen kann.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wärmeübertrager bereitzustellen, der eine Bündelung der Fluidströme aus mehreren Strömungskanälen zur Richtungsumlenkung verhindert, und damit auch eine weitere Aufspaltung in die rückströmenden Strömungskanäle vermeidet. Weiterhin soll der Wärmeübertrager bei reduziertem Bauvolumen einen geringen Gesamtdruckverlust für das Fluid erzeugen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Gehäuse, mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, wobei das Gehäuse zwei flächig ausgedehnte Flächen aufweist, die durch schmale Flächen miteinander verbunden sind und das Gehäuse zwischen einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil ein Innenvolumen aufweist, wobei das Innenvolumen einen Verteilerbereich aufweist, der in einen Einlassbereich und einen Auslassbereich geteilt ist, und das Innenvolumen weiterhin einen Umlenkbereich aufweist, wobei der Einlassbereich mit dem Umlenkbereich über einen ersten Strömungskanal in Fluidkommunikation steht und der Umlenkbereich mit dem Auslassbereich über einen zweiten Strömungskanal in Fluidkommunikation steht, wobei der Fluideinlass mit dem Einlassbereich und der Fluidauslass mit dem Auslassbereich in Fluidkommunikation steht, wobei der erste Strömungskanal und der zweite Strömungskanal durch ein Einlegeelement gebildet sind, welches in das Innenvolumen des Gehäuses einlegbar ist und den Verteilerbereich in einen oberen Bereich und einen unteren Bereich unterteilt.
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Durch das Einlegeelement werden die Strömungskanäle ausgeformt und gleichzeitig ein zweiteiliger Verteilerbereich im Inneren des Gehäuses gebildet. Der obere Bereich des Verteilerbereiches steht dabei mit den ersten Strömungskanälen in Fluidkommunikation und der untere Verteilerbereich mit den zweiten Strömungskanälen.
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Dies ist besonders vorteilhaft, da der Wärmeübertrager insgesamt durch eine geringe Anzahl an Elementen gebildet ist, was seine Montage vereinfacht und die Kostenentstehung minimiert.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann es vorgesehen sein, dass das Gehäuseunterteil durch einen wannenartigen Boden gebildet ist, der aus einem Bodenbereich und aufgestellten Randbereichen gebildet ist.
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Ein wannenartiger Boden mit aufgestellten Randbereichen ist insbesondere vorteilhaft, da der Boden selbst bereits einen Hohlraum ausbildet, der von einem Fluid durchströmt werden kann. Der wannenartige Boden ist darüber hinaus einfach mit einem Deckel abschließbar, wodurch ein fluiddichtes Gehäuse für einen Wärmeübertrager entsteht.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn das Gehäuseoberteil durch eine Platte gebildet ist.
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An die Platte, die vorteilhafterweise im Wesentlichen eben ist, können auf einfache Weise zu kühlende oder zu wärmende Elemente angebunden werden. Außerdem ist ein im Wesentlichen ebener Deckel vorteilhaft mit dem Gehäuseunterteil verbindbar.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann es vorgesehen sein, dass der erste Strömungskanal und der zweite Strömungskanal im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind.
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Eine im Wesentlichen parallele Führung der Strömungskanäle ist konstruktiv einfach zu gestalten und benötigt wenig Bauraum. Außerdem kann ein Wärmeübertrag zu benachbart liegenden Strömungskanälen stattfinden, wodurch eine homogenere Temperaturverteilung erreicht werden kann.
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Eine besonders günstige Ausgestaltung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der Einlassbereich und der Auslassbereich des Verteilerbereiches in unterschiedlichen Ebenen innerhalb des Verteilerbereiches angeordnet sind.
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Über die Anordnung des Einlass- und des Auslassbereiches in unterschiedlichen Ebenen innerhalb des Verteilerbereiches, kann eine vorteilhafte Fluidführung realisiert werden. Der obere und der untere Verteilerbereich werden durch das Einlegeelement erzeugt. Aus dem Verteilerbereich strömt das Fluid im Falle der ersten Strömungskanäle direkt in diese Strömungskanäle. Im Falle der zweiten Strömungskanäle, strömt das Fluid von den Strömungskanälen in den Verteilerbereich. Insgesamt kann so eine Trennung des einströmenden und des ausströmenden Fluids erreicht werden.
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Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn der Verteilerbereich in einen oberen, dem Gehäuseoberteil zugewandten Bereich und einen unteren, dem Gehäuseunterteil zugewandten Bereich aufteilbar ist, wobei einer der Bereiche der Einlassbereich ist und der andere Bereich der Auslassbereich ist.
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Die Aufteilung in einen oberen und einen unteren Bereich ist besonders vorteilhaft, da sich beide Bereich so jeweils über die gesamte Breite des Wärmeübertragers erstrecken können, ohne sich dabei gegenseitig zu behindern.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strömungskanäle ausgehend vom Verteilerbereich erweitern, wobei sich der erste Strömungskanal ausgehend von einer Höhe, die im Wesentlichen der Höhe des Einlassbereiches entspricht, und sich der zweite Strömungskanal ausgehend von einer Höhe, die im Wesentlichen der Höhe des Auslassbereiches entspricht, zu einer Höhe erweitern, die im Wesentlichen der Höhe des Innenvolumens entspricht, wobei die Höhe entlang einer Flächennormalen auf einer und relativ zu einer der flächig ausgedehnten Flächen des Gehäuses gemessen ist.
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Durch eine Aufweitung der Strömungskanäle, ausgehend vom Verteilerbereich hin zum Umlenkbereich ist es möglich, die Strömungskanäle im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen, wobei sowohl die ersten Strömungskanäle, als auch die zweiten Strömungskanäle im Wesentlichen jeweils eine gemeinsame Höhe aufweisen, die der Innenhöhe des Gehäuses entspricht. So können größtmögliche Strömungskanäle erzeugt werden, die parallel zueinander verlaufen und die jeweils mit einem eigenen Verteilerbereich in Fluidkommunikation stehen. Gleichzeitig wird eine insgesamt kompakte Bauweise erreicht.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Einlegeelement in einem Schnitt quer zur Hauptdurchströmungsrichtung ein wellenartiges Profil aufweist.
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Über ein wellenartiges Profil können besonders vorteilhaft parallel zueinander und in einer Ebene liegende Strömungskanäle erzeugt werden. Weiterhin ist ein wellenartiges Profil sehr widerstandsfähig gegen mechanische Einwirkungen von außen, was den Wärmeübertrager zusätzlich stabilisiert. Die Wandstärken des Gehäuseoberteils und des Gehäuseunterteils können daher reduziert werden.
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Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist es außerdem vorgesehen, dass das Einlegeelement zwischen das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil einlegbar ist, wobei einer der aufgestellten Randbereiche des Gehäuseunterteils eine erste Aussparung aufweist, über welche zumindest ein erster Strömungskanal mit zumindest einem zweiten Strömungskanal in Fluidkommunikation steht.
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Über die Aussparung in einem der aufgestellten Randbereiche kann eine einfache Umlenkung des Fluids von einem ersten Strömungskanal in einen zweiten Strömungskanal erfolgen. Die Aussparung in dem Randbereich ist darüber hinaus einfach zu erzeugen. Durch eine einfache Variation der Aussparung in Größe und/oder Form lassen sich darüber hinaus auch mehrere erste Strömungskanäle mit mehreren zweiten Strömungskanälen verbinden.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Fluideinlass und/oder der Fluidauslass an einem der aufgestellten Randbereiche angeordnet sind.
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Die Anordnung des Fluideinlasses und/oder des Fluidauslasses an einem der aufgestellten Randbereiche, kann eine besonders vorteilhafte Ausführung darstellen. Über eine solche Anordnung lässt sich ein besonders bauraumsparender Wärmeübertrager aufbauen. Außerdem können die beiden flächig ausgedehnten Ober- und Unterflächen des Wärmeübertragers vollständig zur Anbindung des Wärmeübertragers an zu kühlenden oder zu erwärmende Komponenten genutzt werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung, kann es vorgesehen sein, dass das Gehäuseunterteil im Wesentlichen aus einem Kunststoff gebildet ist und das Gehäuseoberteil im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
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Eine Ausbildung aus einer Kombination aus metallischen Werkstoffen und Kunststoffen ist insbesondere vorteilhaft, da so ein niedrigeres Gesamtgewicht realisierbar ist, als bei einem vollständig aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Wärmeübertrager.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen ist auch ein Aufbau des Wärmeübertragers vollständig aus Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff vorsehbar. Ebenfalls eine Ausgestaltung des Gehäuseoberteils aus Kunststoff und des Gehäuseunterteils aus einem metallischen Werkstoff.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen Schnitt durch einen Wärmeübertrager, wobei der Schnitt parallel zu den Strömungskanälen verläuft,
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2 mehrere Schnitte durch den Wärmeübertrager, wobei die Schnitte quer zu den Strömungskanälen verlaufen und sie die Ausgestaltung der Strömungskanäle ausgehend vom Verteilerbereich in mehreren Teilschritten darstellen,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers, wobei im Detail der Umlenkbereich dargestellt ist,
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4 eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers, mit Darstellung des Fluideinlasses und des Fluidauslasses,
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5 eine weitere perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers gemäß 4, ohne den Fluideinlass und den Fluidauslass,
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6 eine perspektivische Detailansicht des Fluidauslassbereiches des Wärmeübertragers gemäß der 4 und 5, und
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7 eine perspektivische Detailansicht des Einlegeelementes des Wärmeübertragers.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Wärmeübertrager 1. Der Wärmeübertrager 1 ist aus einem Gehäuse 6 gebildet, welches im Wesentlichen aus einem wannenartigen Gehäuseunterteil 7 und einem im Wesentlichen ebenen Gehäuseoberteil 8 besteht. Das Gehäuseunterteil 7 ergibt mit dem Gehäuseoberteil 8 einen fluiddicht abgeschlossenen Körper, der in seinem Inneren einen Hohlraum ausbildet, welcher von einem Fluid durchströmt werden kann.
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Der Innenraum des Wärmeübertragers 1 ist von einem Einlegeelement 9 unterteilt. Das Einlegeelement 9 bildet dabei sowohl erste Strömungskanäle 4 als auch zweite Strömungskanäle 5 aus. Darüber hinaus unterteilt das Einlegeelement 9 einen im Inneren des Wärmeübertragers 1 angeordneten Verteilerbereich 14 in einen oberen Verteilerbereich 15 sowie einen unteren Verteilerbereich 16.
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Der obere Verteilerbereich 15 entspricht in dem in 1 gezeigten Beispiel dem Einlassbereich 2 dar. Der untere Verteilerbereich 16 entspricht dem Auslassbereich 3. Der Einlassbereich 2 sowie der Auslassbereich 3 stehen mit in der 1 nicht gezeigten Fluideinlässen und Fluidauslässen in Fluidkommunikation. Der genaue Aufbau der ersten Strömungskanäle 4 beziehungsweise zweiten Strömungskanäle 5 sowie insbesondere des Einlegeelements 9 werden in den nachfolgenden Figuren erläutert.
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Das wannenartige Gehäuseunterteil 7 besteht im Wesentlichen aus einem ebenen Bodenbereich und aufgestellten Randbereichen, die umlaufend um den ebenen Bodenbereich angeordnet sind. Das Gehäuseunterteil 7 kann an seinen aufgestellten Randbereichen vorteilhafterweise Aussparungen aufweisen, in welche das Gehäuseoberteil 8 passgenau eingelegt werden kann. Auf diese Weise kann ein sehr kompaktes Gehäuse 6 für einen Wärmeübertrager 1 geschaffen werden, das an seinen Außenflächen keine störenden Absätze aufweist. Auch kann das wannenartige Gehäuseunterteil 7 so konstruiert sein, dass das Gehäuseoberteil 8 passgenau auf die aufgestellten Randbereiche aufgelegt und mit diesen verbunden werden kann.
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Die 2 zeigt einen Schnitt durch den Wärmeübertrager 1 aus 1. Im Unterschied zur 1 läuft die Schnittebene nun nicht parallel zu den ersten Strömungskanälen 4 und zweiten Strömungskanälen 5, sondern quer zu diesen.
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Die 2 zeigt insgesamt sechs Schnitte durch den Wärmeübertrager 1. Von oben nach unten stellen die sechs Querschnitte jeweils Schnitte an unterschiedlichen Stellen durch den Wärmeübertrager 1 dar. Beginnend vom Verteilerbereich 14 zeigen die Schnitte die Entwicklung des Einlegeelementes 9 vom ebenen Verteilerbereich 14 hin zu den vollständig ausgebildeten Strömungskanälen 4, 5.
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Die ersten Strömungskanäle 4 stellen hier jeweils die Strömungskanäle dar, welche mit dem Einlassbereich 2 des Wärmeübertragers 1 in Fluidkommunikation stehen. Die zweiten Strömungskanäle 5 stehen jeweils mit dem Auslassbereich 3 in Fluidkommunikation. Die ersten Strömungskanäle 4 bilden somit die Hinströmstrecke, in welcher das Fluid ausgehend vom Einlassbereich 2 in den Wärmeübertrager 1 strömt. Die ersten Strömungskanäle 4 sind über nicht gezeigte Umlenkungen mit den zweiten Strömungskanälen 5 verbunden und stehen mit diesen in Fluidkommunikation. Die zweiten Strömungskanäle 5 bilden die Rückströmstrecke, welche schließlich mit dem Auslassbereich 3 in Fluidkommunikation steht.
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Wie in den einzelnen Schnitten der 2 zu erkennen ist, entstehen die ersten Strömungskanäle 4 beziehungsweise münden die zweiten Strömungskanäle 5 im oberen Verteilerbereich 15 beziehungsweise im unteren Verteilerbereich 16. Wie in 1 bereits beschrieben wird der ober Verteilerbereich 15 und der untere Verteilerbereich 16 durch das Einlegeelement 9 ausgebildet. Mit zunehmender Entfernung vom Verteilerbereich 14 erweitern sich die ersten Strömungskanäle 4 und zweiten Strömungskanäle 5 jeweils.
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Das Einlegeelement 9 geht dabei von einer im Wesentlichen ebenen Ausprägung im Verteilerbereich 14 zu einer im Wesentlichen wellenförmigen Ausprägung über. Im untersten Schnitt der 2 sind die ersten Strömungskanäle 4 und zweiten Strömungskanäle 5 vollständig ausgebildet. Es ist gut zu erkennen, dass die beiden Strömungskanäle 4, 5 sich jeweils über annähernd die gesamte Höhe des Innenvolumens des Gehäuses 6 erstrecken. Lediglich das Einlegeelement 9 mit seiner Materialstärke bildet den Unterschied zur Innenhöhe des Gehäuses 6.
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In alternativen Ausführungen ist auch eine Ausbildung der Strömungskanäle vorsehbar, wobei die Strömungskanäle eine geringere Höhe als die Höhe des Innenvolumens aufweisen. Vorteilhafterweise sind die Strömungskanäle in einer solchen Ausführung mit Abstützelementen gegen die Innenflächen des Innenvolumens abgestützt.
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Weitere Details zum Aufbau des Einlegeelementes 9 und zur Ausbildung der ersten Strömungskanäle 4 beziehungsweise der zweiten Strömungskanäle 5 folgen in den nachfolgenden Figuren.
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Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers 1, wobei das obere Gehäuseteil 8 in der Ansicht der 3 größtenteils weggeschnitten ist. Im Gehäuseunterteil 7 ist das Einlegeelement 9 in den wannenartigen Hohlraum innerhalb des Gehäuseunterteils 7 eingelegt. Zu erkennen ist, dass die ersten Strömungskanäle 4, welche die Hinströmstrecke bilden und die zweiten Strömungskanäle 5, welche die Rückströmstrecke bilden, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Im Inneren des Wärmeübertragers 1 ist eine Vielzahl erster Strömungskanäle 4 und zweiter Strömungskanäle 5 angeordnet.
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Gut zu erkennen in 3 ist das Einlegeelement 9, welches in dem vom Verteilerbereich 14 abgewandten Bereich zu einem vollständig wellenartigen Profil ausgebildet ist, welches die Strömungskanäle 4, 5 ausbildet.
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Der dem Verteilerbereich 14 im Wesentlichen gegenüberliegende Randbereich des Gehäuseunterteils 7 weist eine Mehrzahl von Aussparungen 11 auf. Diese Aussparungen 11 bilden den Umlenkbereich 10 des Wärmeübertragers 1.
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In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die Aussparungen 11 jeweils durch einen halbkreisförmigen Ausschnitt in dem aufgestellten Randbereich des Gehäuseunterteils 7 gebildet. Es ist jeweils ein erster Strömungskanal 4 mit einem zweiten Strömungskanal 5 verbunden.
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In alternativen Ausführungen können auch mehrere erste Strömungskanäle mit mehreren zweiten Strömungskanälen verbunden sein. Dazu ist die Aussparung entsprechend so zu dimensionieren, dass sie mehrere Strömungskanäle miteinander verbindet.
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Der Vorteil der Umlenkung, wie sie in 3 dargestellt ist, ist, dass jeder einzelne Strömungskanal 4 jeweils mit nur einem Strömungskanal 5 in Fluidkommunikation steht. Das Fluid, welches durch die ersten Strömungskanäle 4 zum Umlenkbereich 10 strömt, wird nicht zentral in einem gemeinsamen Sammler zusammengeführt und anschließend auf die zweiten Strömungskanäle 5 verteilt. Hierdurch entsteht ein Vorteil, insbesondere hinsichtlich des entstehenden Druckverlustes innerhalb des Wärmeübertragers 1. Aufgrund der Vermeidung eines starken Druckverlustes ist auch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Vergleich zu einem gemeinsam umgelenkten Wärmeübertrager 1 niedriger.
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Alternativ zu den in 3 gezeigten Aussparungen können auch beispielsweise rechteckige Aussparungen vorgesehen sein.
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Das Einlegeelement 9 ist so dimensioniert, dass es fest im Inneren des Gehäuseunterteils 7 eingelegt werden kann. Hierzu kann das Gehäuseunterteil 7 beispielsweise Ausnehmungen und Nuten aufweisen, in welche das Einlegeelement 9 passgenau eingelegt werden kann. Weiterhin stützt sich das Einlegeelement 9 an der Wandung, welche die Aussparung 11 aufweist, ab. Zur Sicherung des Einlegeelementes 9 kann es mit dem Gehäuseunterteil und/oder dem Gehäuseoberteil verbunden werden. Hierzu kommen je nach verwendeten Materialien unter anderem Verfahren wie Löten, Schweißen und Kleben in Frage.
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Insbesondere die an die aufgestellten Randbereiche des Gehäuseunterteils 7 angrenzenden Bereiche des Einlegeelementes 9 sind fluiddicht mit dem Gehäuseunterteil 7 und/oder dem Gehäuseoberteil 8 zu verbinden, um eine Leckageströmung innerhalb des Wärmeübertragers 1 zu verhindern.
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Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers 1 mit seinem Gehäuseunterteil 7, dem Gehäuseoberteil 8, welches teilweise für die Darstellung in 4 weggeschnitten ist, sowie dem Einlegeelement 9 im Inneren des Wärmeübertragers 1. Zusätzlich sind in der 4 ein Fluideinlass 12 sowie ein Fluidauslass 13 dargestellt.
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Der Fluideinlass 12 und der Fluidauslass 13 sind in der 4 auf Vorsprüngen, welche über die rechteckige Grundform des Wärmeübertragers 1 hinausgehen, angeordnet. In alternativen Ausführungsformen ist auch eine Anordnung des Fluideinlasses 12 beziehungsweise Fluidauslasses 13 an anderer Stelle vorsehbar. Beispielsweise ist eine Einströmung durch einen der aufgestellten Randbereiche ebenso vorstellbar wie eine Anordnung des Fluideinlasses 12 beziehungsweise Fluidauslasses 13 auf der Unterseite des Wärmeübertragers 1 oder eine Anordnung von jeweils einem Fluideinlass 12 beziehungsweise einem Fluidauslass 13 auf der Unterseite und/oder der Oberseite. Die Ausführung des Fluideinlasses 12 beziehungsweise Fluidauslasses 13 als Rohrstutzen ist als beispielhaft zu sehen. Andere Ausbildungen sind ebenfalls im Sinne der Erfindung vorsehbar.
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Die 5 zeigt eine Ansicht, welche ähnlich zu der in 4 ist. Im Unterschied zur 4 sind nun die Fluideinlass- beziehungsweise Fluidauslassstutzen 12, 13 nicht dargestellt. Es ist besonders gut zu erkennen, dass die Vorsprünge, an welchen der Fluideinlass 12 beziehungsweise Fluidauslass 13 vorgesehen sind, unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen.
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Der linke Vorsprung, welcher den Fluideinlass 12 in den Wärmeübertrager 1 darstellt, ist so ausgebildet, dass er mit dem oberen Verteilerbereich 15, welcher oberhalb des Einlegeelements 9 innerhalb des Wärmeübertragers 1 gebildet ist, in einer Ebene liegt. Ein durch den Einlassstutzen einströmendes Fluid wird damit über den Einlassbereich 22 direkt auf das Einlegeelement 9 und damit in den oberen Verteilerbereich 15 geleitet. Der Auslassbereich 23 am rechten Vorsprung liegt hingegen in einer tieferen Ebene und steht direkt in Fluidkommunikation mit dem unteren Verteilerbereich 16, welcher unterhalb des Einlegeelements 9 ausgebildet ist. Das Fluid wird somit zwischen dem Einlassbereich 22 und dem Auslassbereich 23 wirksam durch den Verteilerbereich 14 des Einlegeelements 9 getrennt.
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Vom Einlassbereich 22 strömt das Fluid in den oberen Verteilerbereich 15 und verteilt sich dort über die gesamte Breite des Wärmeübertragers 1. Aufgrund der Gestaltung des Einlegeelements 9 strömt das Fluid in die ersten Strömungskanäle 4, welche sich ausgehend vom oberen Verteilerbereich 15 erweitern und schließlich über die gesamte Höhe des Innenvolumens des Wärmeübertragers 1 verlaufen. Nach der Umlenkung im in 3 gezeigten Umlenkbereich 10 strömt das Fluid durch die zweiten Strömungskanäle 5 auf gesamter Höhe des Innenvolumens zurück, bevor sich die Strömungskanäle 5 verjüngen und in den unteren Verteilerbereich 16 münden. Von dort fließt das Fluid über die gesamte Breite des Wärmeübertragers 1 hin zum Auslassbereich 23, welcher mit dem nicht gezeigten Fluidauslass 13 in Fluidkommunikation steht.
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Das Gehäuse 6 des Wärmeübertragers 1 ist somit durch das Einlegeelement 9 effektiv in zwei Ebenen unterteilt, die einmal den Einlass- und Hinströmbereich darstellen und zum anderen den Rückström- und Auslassbereich.
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Die 6 zeigt eine Detailansicht des vorderen rechten Bereichs, der bereits in 5 dargestellt wurde. Hier ist noch einmal besonders gut zu erkennen, wie sich die ersten Strömungskanäle 4 ausgehend vom oberen Verteilerbereich 15 ausbilden. Der Übergangsbereich des ersten Strömungskanals 4 ist mit dem Bezugszeichen 21 markiert. Weiterhin ist zu erkennen, wie der zweite Strömungskanal 5 sich hin zum unteren Verteilerbereich 16 verjüngt. Der Übergangsbereich des zweiten Strömungskanals 5 ist mit dem Bezugszeichen 20 kenntlich gemacht. Im Wesentlichen bilden sich die Strömungskanäle 4, 5 aus der ebenen Fläche, welche den Verteilerbereich 14 bildet, aus, indem sich das Einlegeelemente 9 aus dem ebenen Bereich immer stärker zu einem wellenförmigen Profil entwickelt. Der größte Teil der Strömungskanäle 4, 5 ist durch das wellenförmige Profil des Einlegeelementes 9 gebildet.
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Das Einlegeelement 9 kann dabei entweder aus einem Kunststoff, aber auch aus einem metallischen Werkstoff erzeugt werden. Für eine Erzeugung aus einem Kunststoff kann beispielsweise ein Spritzgussverfahren verwendet werden. Die Erzeugung aus einem metallischen Werkstoff kann beispielsweise durch ein Tiefziehverfahren erfolgen.
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Der Auslassbereich 23 ist in 5 und 6 durch eine Bohrung dargestellt. Diese Bohrung verläuft durch das Gehäuseunterteil 7 so weit, dass der unterste Punkt des Auslassbereichs 23 mit dem tiefsten Bereich des unteren Verteilerbereichs 16 im Wesentlichen in einer Ebene liegt. Die Bohrung des Auslassbereichs 23 führt somit sowohl durch die Ebene des oberen Verteilerbereichs 15 als auch durch die Ebene des Einlegeelementes 9, welches den Verteilerbereich 14 ausbildet. Zwischen der Bohrung des Auslassbereichs 23 und dem oberen Verteilerbereich 15 besteht keine Fluidkommunikation.
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Die 7 zeigt eine perspektivische Ansicht des Einlegeelements 9. Hier ist nach einmal besonders gut zu erkennen, dass sich das Einlegeelement 9 zum einen aus einem ebenen Bereich, welcher den Verteilerbereich 14 in einen oberen Verteilerbereich 15 und einen unteren Verteilerbereich 16 trennt, und dem weiteren Bereich, welcher den ersten und den zweiten Strömungskanal 4, 5 ausbildet, zusammensetzt. Weiterhin ist der Übergangsbereich 20 des zweiten Strömungskanals 5 sowie der Übergangsbereich 21 des ersten Strömungskanals 4 in der 7 gut zu erkennen. Entlang der Übergangsbereiche 20, 21 erweitern sich die Strömungskanäle 4, 5 ausgehend vom Verteilerbereich 14 aus auf ihre maximale Höhe.
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In den in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsformen sind der obere Verteilerbereich 15 sowie der untere Verteilerbereich 16 jeweils gleich groß. Das Einlegeelement 9 ist so dimensioniert, dass der Verteilerbereich 14 in zwei gleich große Abschnitte unterteilt ist. In alternativen Ausführungsformen ist auch eine Abkehr von dieser gleichmäßigen Trennung vorsehbar.
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Ein Schnitt quer zur Strömungsrichtung der Strömungskanäle 4, 5 zeigt, dass das Einlegeelement 9 im Wesentlichen einem rechteckigen Wellenprofil folgt. In alternativen Ausführungsformen sind auch hiervon abweichende Kanalaußenkonturen vorstellbar, so z. B. abgerundete Kanäle oder auch durch ein Zickzackmuster gebildete Kanäle.
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Besonders vorteilhaft an den Ausführungsformen nach den 1 bis 7 ist, dass der Wärmeübertrager 1 insgesamt aus einer geringen Anzahl von Elementen aufgebaut werden kann.
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Neben dem Gehäuseunterteil 7, welches entweder aus einem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff gefertigt werden kann, einem Gehäuseoberteil 8, welches ebenfalls sowohl aus einem Kunststoff als auch aus einem metallischen Werkstoff gefertigt werden kann, weist der Wärmeübertrager 1 im Wesentlichen nur das Einlegeelement 9 auf, welches im Inneren des Gehäuses 6 angeordnet ist. Die geringe Anzahl verschiedener Elemente führt zu einem einfachen Montageprozess und zu einer sehr robusten Gestaltung des Wärmeübertragers 1.
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Besonders vorteilhaft ist eine Materialkombination, bei der das Gehäuseunterteil 7 aus einem Kunststoff gebildet ist, das Gehäuseoberteil 8 aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und das Einlegeelement 9 durch entweder einen Kunststoff oder einen metallischen Werkstoff gebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012102349 U1 [0009]
