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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Wärmetauscher, der zum Temperieren mehrerer im Wesentlichen fester Körper wie etwa Modulen eines Batteriepakets geeignet ist.
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Aus
DE 10 2011 081 149 A1 ist ein solcher Wärmetauscher bekannt, bei dem jeweils in einem Zwischenraum zwischen Modulen eines Batteriepakets eine Wärmeleiterplatte angeordnet ist, die eine anisotrop wärmeleitende Folie aus verdichtetem Graphitexpandat enthält. Die Wärmeleiterplatte nimmt durch Kontakt ihrer Hauptoberflächen mit den Batteriemodulen von diesen Wärme auf und gibt sie an ein Kühlmodul ab, indem ein unterer Rand der Wärmeleiterplatte in eine Nut des Kühlmoduls eingestellt und gut wärmeleitend mit diesem verbunden ist.
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Ein Vorschlag, um eine solche gut wärmeleitende Verbindung herzustellen, ist die Verwendung eines wärmeleitenden Klebers. Dort, wo sich zwischen Wärmeleiterplatte und Kühlmodul kein Kleber befindet, fehlt es an einem für eine effiziente Wärmeübertragung notwendigen innigen Kontakt. Dort, wo sich eine Kleberschicht befindet, trägt sie zum Gesamtwärmewiderstand des herkömmlichen Wärmetauschers bei.
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Ein anderer aus dem genannten Dokument bekannter Vorschlag ist, eine Metallbeschichtung an der Wärmeleiterplatte vorzusehen und diese am Kühlmodul zu verlöten. Auch hier tragen Metallbeschichtung und Lot zum Gesamtwärmewiderstand bei.
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Aufgabe einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, einen Wärmetauscher mit vermindertem Wärmewiderstand zu schaffen.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst, indem bei einem Wärmetauscher mit wenigstens einer Wärmeleiterplatte, die ein anisotrop wärmeleitendes Material enthält, dessen Wärmeleitfähigkeit parallel zu einer Hauptoberfläche der Wärmeleiterplatte höher ist als senkrecht zu der Hauptoberfläche, ein Kanal für ein Wärmeträgerfluid in einem Abstand von einer hier als Übertragungskante bezeichneten Kante der Wärmeleiterplatte vorgesehen ist, der kleiner ist als die Stärke der Wärmeleiterplatte.
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Aufgrund der anisotropen Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleiterplatte hat die Übertragungskante für den Wärmeaustausch mit dem in dem Kanal zirkulierenden Wärmeträgerfluid eine wesentlich höhere Bedeutung als eine gleich große parallel zur Hauptoberfläche orientierte Grenzfläche. Deshalb hat eine Minimierung des Abstands zwischen Übertragungskante und Kanal hier einen erheblich größeren Einfluss auf den Wärmewiderstand des Wärmetauschers als eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Wärmetauscherplatte und einer den Kanal umgebenden Wandung an einer Hauptoberfläche der Wärmeleiterplatte.
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Vorzugsweise ist das anisotrop wärmeleitende Material Graphit, insbesondere verdichtetes Graphitexpandat, es kommen aber auch andere Materialien in Betracht. Auch Graphen ist für eine stark anisotrope Wärmeleitfähigkeit bekannt und wäre gut geeignet, wenn es in ausreichender Schichtdicke zu vertretbaren Kosten verfügbar wäre.
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Die Dicke der Wärmeleiterplatte und folglich auch der Abstand zwischen der Übertragungskante und Kanal sollte klein sein im Verhältnis zur Kantenlänge; sie kann weniger als ein Fünfzigstel, vorzugsweise sogar weniger als ein Hundertstel der Kantenlänge betragen.
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Einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zu Folge ist der Abstand zwischen der Übertragungskante und dem Kanal null, das heißt die Übertragungskante der Wärmeleiterplatte begrenzt selbst den Kanal.
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Das anisotrop wärmeleitende Material der Wärmeleiterplatte kann von einer Schutzschicht, z. B. aus einem zähen Kunststoff, ummantelt sein. Eine solche Schutzschicht auf den Hauptoberflächen kann die Handhabung der Wärmeleiterplatten beim Zusammenbau des Wärmetauschers erleichtern, da sie, insbesondere wenn Graphit als anisotrop wärmeleitendes Material verwendet wird, Materialverluste durch Abreiben verhindert.
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Da die Wärmeleitfähigkeit einer solchen Schutzschicht zumindest in zu den Hauptoberflächen paralleler Richtung im Allgemeinen schlechter ist als die des anisotrop wärmeleitenden Materials, sollte die Dicke der Schutzschicht auf das zum Schutz des darunter liegenden anisotrop wärmeleitenden Materials unbedingt notwendige Mail beschränkt sein; insbesondere sollte der Anteil der Schutzschicht an der Dicke der Wärmeleiterplatte weniger als die Hälfte betragen.
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Eine solche dünne Schutzschicht kann auch an der Übertragungskante vorgesehen sein, da aufgrund der geringen Dicke ihr Einfluss auf den Gesamtwärmewiderstand des Wärmetauschers vernachlässigbar ist. Die Schutzschicht kann hier, falls erforderlich, einen Abbau des anisotrop wärmeleitenden Materials in Kontakt mit dem im Kanal zirkulierenden Wärmeträgerfluid verhindern helfen. Wenn das anisotrop wärmeleitende Material in Kontakt mit dem Wärmeträgerfluid hinreichend stabil ist, ist allerdings der einfacheren Fertigung wegen bevorzugt, dass das anisotrop wärmeleitende Material an der Übertragungskante freiliegt.
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Um eine hohe Wärmeübertragungsleistung zwischen Wärmeleiterplatte und Wärmeträgerfluid zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn die Übertragungskante lang ist. Um eine lange Übertragungskante in einem kompakten Wärmetauscher unterzubringen, kann die Übertragungskante einen wellen- oder kammförmigen Verlauf aufweisen.
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Der Kanal kann entlang der Übertragungskante oder quer zu dieser verlaufen. Bevorzugt ist eine Ausrichtung quer zur Übertragungskante, da dies die Realisierung eines modularen, je nach Bedarf mit unterschiedliche Zahlen von Wärmeleiterplatten aufweisenden Wärmetauschers erleichtert.
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Die Übertragungskante kann einen Durchgang der Wärmeleiterplatte begrenzen. Dies erleichtert insbesondere den Zusammenbau des Wärmetauschers, da eine Dichtung auf eine Hauptoberfläche der Wärmeleiterplatte lokalisiert bleiben und sich rings um den Durchgang erstrecken kann, und keine von einer Hauptoberfläche der Wärmeleiterplatte zur anderen reichende Dichtung benötigt wird.
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Wenn der Durchgang zwischen einem Hauptwärmeaustauschbereich und einem Rand der Wärmeleiterplatte angeordnet ist, findet ein Wärmeübergang zwischen Wärmeleiterplatte und Wärmeträgerfluid hauptsächlich an der dem Hauptwärmeaustauschbereich zugewandten Seite des Durchgangs statt. Deswegen sollte die dem Hauptwärmeaustauschbereich zugewandte Übertragungskante des Durchgangs länger sein als eine dem Rand zugeordnete passive Kante.
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Um die in der Wärmeleiterplatte fließende Wärme schnell und vollständig zum Wärmeträgerfluid abzuleiten, kann der Durchgang insbesondere quer zu einer mittleren Richtung des Wärmeflusses in der Wärmeleiterplatte langgestreckt sein und/oder Teil einer quer zu dieser mittleren Richtung langgestreckten Anordnung von Durchgängen sein.
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Außerhalb der Wärmeleiterplatte kann der Kanal ferner von wenigstens einem Kanalabschnitt begrenzt sein, der an der Wärmeleiterplatte, insbesondere an einer Hauptoberfläche derselben, rings um die Öffnung dicht anliegt.
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Da der Wärmeaustausch zwischen Wärmeleiterplatte und Wärmeträgerfluid im Wesentlichen entlang der Übertragungskante stattfindet, ist die Wärmeleitfähigkeit des Kanalabschnitts für die Effizienz des Wärmetauschers von geringer Bedeutung. Der Kanalabschnitt kann daher kostengünstig aus einem Kunststoff gefertigt sein, der nicht in Hinblick auf Wärmeleitfähigkeit optimiert zu sein braucht. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Kunststoff ist, dass dessen Wärmeausdehnung, die im Allgemeinen die von Metall übertrifft, sich weniger stark von derjenigen von Batteriemodulen unterscheidet, die einer bevorzugten Anwendung zufolge als zu temperierende Objekte zwischen den Wärmeleiterplatten vorgesehen sein können. Temperaturinduzierte Spannungen im Wärmetauscher können dadurch gering gehalten werden, außerdem ist es möglich, durch geeignete Wahl von Querschnittsform und Stärke der Wände eines Kanalausschnitts aus Kunststoff diesen eine gewisse Elastizität zu verleihen, durch die unterschiedliches thermisches Expansionsverhalten der Komponenten des Wärmetauschers und der zwischen den Wärmeleiterplatten angeordneten zu temperierenden Objekte ausgeglichen werden kann.
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Ein Durchgang des Kanalabschnitts sollte einen Querschnitt aufweisen, der mit dem Querschnitt des Durchgangs der Wärmeleiterplatte deckungsgleich oder größer ist, um zu verhindern, dass die Übertragungskante an einer schwach von Wärmeträgerfluid durchströmten Ausbuchtung des Kanals zu liegen kommt. Ein Vorspringen der Wärmeleiterplatte in den Kanal kann hingenommen werden, da dadurch die Strömung des Wärmeträgerfluids an der Übertragungskante eher verstärkt als beeinträchtigt wird; allerdings sollte die Querschnittsverengung des Kanals durch die vorspringende Wärmeleiterplatte nicht so stark sein, dass Turbulenzen des Wärmeträgerfluids den in den Kanal hineinragenden Rand der Wärmeleiterplatte zum Schwingen anregen können.
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Des weiteren ermöglicht die Erfindung, dem Wärmetauscher eine modulare, je nach Zahl der zu temperierenden Objekte erweiterbare Struktur zu geben, in der mehrere Wärmeleiterplatten und mehrere Kanalabschnitte alternierend angeordnet und miteinander verbunden sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine teils auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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2 eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers und mehrerer durch den Wärmetauscher zu temperierender Batteriemodule gemäß einer weiterentwickelten Ausgestaltung der Erfindung;
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3 die Anbindung einer Wärmeleiterplatte an den Kanal des Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausgestaltung;
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4 eine zu 3 analoge Darstellung gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
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5 eine zu 3 analoge Darstellung gemäß einer dritten Ausgestaltung;
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6 eine zu 3 analoge Darstellung gemäß einer vierten Ausgestaltung;
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7 eine zu 3 analoge Darstellung gemäß einer fünften Ausgestaltung;
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8 eine Draufsicht auf eine Hauptoberfläche einer Wärmeleiterplatte;
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9 eine Abwandlung der Wärmeleiterplatte aus 8;
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10 eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer dritten Ausgestaltung;
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11 eine fragmentarische Draufsicht auf eine in dem Wärmetauscher der 10 verwendbare Wärmeleiterplatte; und
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12 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer vierten Ausgestaltung.
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1 zeigt einen Wärmetauscher gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Der Wärmetauscher umfasst mehrere Wärmeleiterplatten 1 und eine Basis 2, an der die Wärmeleiterplatten 1 befestigt sind. Die Basis 2 ist hier ein aus Kunststoff extrudiertes Hohlprofil, in dem sich, voneinander getrennt durch Stege 3, mehrere Kammern 4 parallel zueinander erstrecken. Die Kammern 4 sind außerhalb der Basis 2 in hier nicht dargestellter Weise strömungstechnisch parallel oder in Reihe verbunden, um einen Kanal 5 für ein Wärmeträgerfluid zu bilden.
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In einer oberen Wand 6 der Basis 2 sind mehrere zueinander parallele und quer zu den Kammern 4 ausgerichtete Schlitze 7 eingebracht, die die Kammern 4 anschneiden.
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Die Schlitze 7 sind vorgesehen, um jeweils eine hier als Übertragungskante 8 dienende untere Kante der Wärmeleiterplatten 1 aufzunehmen. Während die vordersten Schlitze 7 in der Darstellung der 1 noch frei sind, ist über dem vorletzten eine zur Montage darin vorgesehene Wärmeleiterplatte 1 dargestellt, und eine weitere Wärmeleiterplatte 1 ist im hintersten Schlitz 7 mit Hilfe einer Klebstoffraupe 10 montiert, die an der Wand 6 und an den Hauptoberflächen 9 der Wärmeleiterplatte 1 dicht anschließt.
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Die Übertragungskante 8 taucht auf diese Weise unmittelbar in die Kammern 4 ein, so dass ein Wärmeaustausch zwischen der Wärmeleiterplatte 1 und im Kanal 5 zirkulierendem Wärmeträgerfluid durch direkten Kontakt des Wärmeträgerfluids mit der Übertragungskante 8 stattfindet.
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2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Wärmetauschers zusammen mit durch den Wärmetauscher zu kühlenden Modulen 11 eines Batteriepakets. Die Module 11 umfassen jeweils eine elektrochemische Zelle; es können aber auch mehrere parallele oder in Reihe verschaltete elektrochemische Zellen gemeinsam ein Modul 11 bilden. Eine äußere Hülle der Module 11 ist durch einen Kunststoffbeutel oder ein dünnwandiges, nachgiebiges Gehäuse gebildet, das Elektrolyt und Elektroden des Moduls 11 umschließt.
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In der auseinandergezogenen Darstellung der 2 sind die Module 11 jeweils durch schmale Spalte 12 voneinander getrennt. Im zusammengebauten Zustand sind die Spalte 12 von den Wärmeleiterplatten 1 des unter den Modulen 11 dargestellten Wärmetauschers ausgefüllt, so dass – hier in einem oberen Bereich 19 jeder Wärmeleiterplatte 1 – ein großflächiger Kontakt zwischen wenigstens einer Hauptoberfläche 9 der Wärmeleiterplatte 1 und einem Modul 11 hergestellt werden kann, der eine effiziente Übertragung von Abwärme auf die Wärmeleiterplatte 1 ermöglicht.
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Zwischen den Wärmetauscherplatten 1 sind in 2 jeweils aus Kunststoff spritzgeformte Kanalelemente 13 zu sehen. Die Kanalelemente 13 erstrecken sich jeweils entlang einer Kante, hier der Unterkante, der rechteckigen Wärmetauscherplatten 1 und sind miteinander abwechselnden schlitzförmigen Durchgängen 14 und runden Öffnungen 15 versehen. Entsprechende Durchgänge 16 und Öffnungen 17 befinden sich auch an den Wärmetauscherplatten 1. Die Öffnungen 15, 17 sind vorgesehen, um Spannstangen oder lange Schrauben 18 aufzunehmen, so dass durch Hindurchschieben der Schrauben 18 durch die Öffnungen 15, 17 und auf Schrauben von (nicht dargestellten) Muttern auf die Schrauben 18 die Kanalelemente 13 und Wärmetauscherplatten 1 gegeneinander gepresst werden können. Weitere, nicht gezeigte Spannmittel können vorgesehen sein, um die oberen Bereiche 19 der Wärmetauscherplatten 1 und die Batteriemodule 11 zu klemmen.
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3 zeigt in einem Schnitt entlang der in 2 mit III-III bezeichneten Ebene einen Ausschnitt aus einer zwischen zwei Kanalelementen 13 geklemmten Wärmeleiterplatte 1. Dargestellt ist jeweils ein Teil der den Kanal 5 bildenden Durchgänge 14, 16 und einer den Kanal 5 begrenzenden oberen Wand 20 der Kanalelemente 13. Die oberen Wände 20 weisen einander zugewandte Flansche 21 auf, zwischen denen die Wärmeleiterplatte 1 geklemmt ist.
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Die Wärmeleiterplatte 1 ist zum größten Teil gebildet durch eine Schicht 22 aus Graphitexpandat, das in einer zu den Hauptoberflächen 9 senkrechten Richtung stark verdichtet ist, um ihm eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit zu verleihen. Die Verdichtung führt dazu, dass die untereinander nur locker gebundenen Kristallschichten des Graphits sich parallel zu den Hauptoberflächen 9 ausrichten, mit der Folge, dass innerhalb der Schichten, parallel zu den Hauptoberflächen 9, Schwingungen und folglich auch Wärme hocheffizient übertragen werden, in Richtung senkrecht zur Oberfläche jedoch nicht.
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Das Ausmaß der Verdichtung ist hier so gewählt, dass die Schicht 22 noch in der Lage ist, dem Anpressdruck der Flansche 21 weit genug nachzugeben, um einen engen, gegen das im Kanal 5 zirkulierende Wärmeträgerfluid abdichtenden Kontakt zwischen den Kanalelementen 13 und der Wärmeleiterplatte 1 rings um die Durchgänge 14, 16 herzustellen.
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Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität kann, wie in 3 gestrichelt angedeutet, in die Graphitschicht 22 eine Substratschicht 23 aus einem zähen Material, z. B. eine Kunststofffolie, eine Faserschicht oder dergleichen, eingebettet sein. Die Dicke der Substratschicht ist erheblich geringer als die der Graphitschicht 22, typischerweise weniger als ein Fünftel.
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Die Graphitschicht 22 ist vollflächig, auch entlang ihrer Übertragungskante 8, mit einer Schutzschicht 24 aus Kunststoff überzogen, die Graphitverluste durch Abrieb beim Zusammenbau des Wärmetauschers verhindert. Diese Schutzschicht 24 verhindert auch einen unmittelbaren Kontakt zwischen der Graphitschicht 22 und dem Wärmeträgerfluid an der Übertragungskante 8, doch da die Dicke der Schutzschicht 24 wesentlich kleiner ist als die der Graphitschicht 22, vorzugsweise weniger als ein Zehntel der Dicke der Graphitschicht 22, hat sie auf die Effizienz des Wärmeaustauschs zwischen Graphitschicht 22 und Wärmeträgerfluid keinen nennenswerten Einfluss.
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Indem die Schutzschicht 24 einen direkten Kontakt zwischen Graphitschicht 22 und Wärmeträgerfluid verhindert, verhindert sie auch, dass die Übertragungskante 8 von zirkulierendem Wärmeträgerfluid angegriffen und Graphit von dort abgetragen wird. Allerdings ist die Herstellung der Schutzschicht 24 relativ aufwändig, da sie auf die Schicht 22 einer jeden Wärmeleiterplatte 1 einzeln, nach Zuschneiden der Schicht 22 aus Flachmaterial und Freischneiden der Durchgänge 16 darin, aufgetragen werden muss.
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Erheblich rationeller ist es, die Graphitschicht 22 als Endlosmaterial, zum Beispiel in Bandform, oder in Form von Platten mit größerer Kantenlänge als der der Wärmeleiterplatten 1 zu fertigen, beide Hauptoberflächen mit einer Schutzschicht 25 zu überziehen und anschließend die Wärmeleiterplatten 1 zuzuschneiden und die Durchgänge 16 darin zu erzeugen. Dies führt dazu, dass, wie in 4 gezeigt, an der Übertragungskante 8 die Graphitschicht 22 in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmeträgerfluid gelangt. Da die Übertragungskante 8 mit den benachbarten Innenseiten 26 der Wände 20 bündig ist und das Wärmeträgerfluid im Durchgang 16 laminar fließen kann, ist die mechanische Beanspruchung der Übertragungskante 8 durch das zirkulierende Wärmeträgerfluid gering, so dass die Übertragungskante 8 bei ausreichender Verdichtung des Graphits stabil ist.
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Um die Übertragungskante 8 wie gezeigt exakt bündig mit den Innenseiten 26 der Wände zu machen, ist eine hochpräzise Montage erforderlich, die um so schwieriger ist, je dünner und flexibler die Wärmeleiterplatten 1 und je länger die Durchgänge 16 in ihnen sind. Um sicherzustellen, dass die Übertragungskante 8 nicht hinter die Innenseiten 26 zurückspringt, kann es zweckmäßig sein, die Abmessungen der Durchgänge 16 etwas kleiner zu wählen als die der Durchgänge 14, und ein Vorspringen der Übertragungskanten 8 oder von ihnen gegenüberliegenden Kanten der Durchgänge 16 in den Kanal 5 in Kauf zu nehmen.
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5 zeigt eine Variante, bei der die Durchgänge 16 in die mit der Schutzschicht 25 überzogene Graphitschicht 22 geschnitten sind, die Ränder der Durchgänge 16 allerdings mit einer deckenden flexiblen Lackschicht 27 versehen sind, so dass die Graphitschicht 22 vom Wärmeträgerfluid getrennt ist. Eine solche Lackschicht 27 kann zweckmäßig sein, wenn das Graphit der Schicht 22 relativ schwach verdichtet ist und die Möglichkeit besteht, dass es dem Druck der Flansche 21 durch plastische Verformung und Vordringen in den Kanal 5 hinein nachgibt.
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Um die Haftung einer solchen Lackschicht 27 im Falle einer plastischen Verformung der Schicht 22 zu verbessern, kann sich die Lackschicht 27, wie in 6 gezeigt, auch beiderseits der Übertragungskante 8 bis auf die Schutzschichten 25 erstrecken, so dass sie an ihren Rändern durch flächige Klebung an den Schutzschichten 25 und/oder durch Klemmen zwischen diesen und den Flanschen 21 gesichert ist.
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Bei Verwendung eines hoch verdichteten Graphits für die Schicht 22, der selbst nicht in dem für einen fluiddichten Kontakt zwischen Wärmeleiterplatte 1 und Kanalelementen 13 notwendigen Maße nachgiebig ist, können, wie in 7 gezeigt, die Flansche 21 jeweils mit einer sich rings um den Durchgang 16 erstreckenden und einen elastischen Dichtring 29 aufnehmende Nut 28 versehen sein.
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In 2 haben die Durchgänge 16 jeweils die Form von langgestreckten Schlitzen, deren Längsrichtung auf der mittleren Flussrichtung der Wärme in den Wärmeleiterplatten 1, hier der Vertikalen, senkrecht steht. So bietet jeder Durchgang 16 dem Wärmefluss eine lange Übertragungskante 8 dar. Um die Warmeübertragung von den Wärmeleiterplatten 1 auf das in Kanal 5 zirkulierende Wärmeträgerfluid weiter zu effektivieren, ist es nützlich, die Übertragungskante 8 zu verlängern. Dies geschieht bei der in 8 in einer fragmentarischen Draufsicht gezeigten Wärmeleiterplatte 1 dadurch, dass die Übertragungskante 8 an der dem Bereich 19 zugewandten oberen Seite der Durchgänge 16 kamm- bzw. wellenförmig ausgebildet ist. Eine gegenüberliegende, zur von dem über Drehmodulen abgewandten unteren Kante der Wärmeleiterplatte 1 benachbarte passive Kante 30 des Durchgangs 16 verläuft weiterhin geradlinig. Eine Verlängerung ist hier nicht nötig, da der Wärmeaustausch über diese Kante 30 vernachlässigbar ist.
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Wenn die Durchgänge 16 wie in 8 gezeigt, mit Hilfe von zwischen der Wärmeleiterplatte 1 und den Kanalelementen 13 geklemmten Dichtringen 29 gedichtet sind, dann muss jeweils zwischen den in einer Reihe parallel zu einer unteren Kante 31 der Wärmeleiterplatte 1 nebeneinander angeordneten Durchgängen 16 und Öffnungen 17 ausreichend Platz für die Dichtringe 29 freigehalten werden. Um hierdurch in Richtung der Kante 31 abfließende Wärme aufzufangen und abzuleiten, können die Durchgänge 16 und Öffnungen 17, wie in 9 gezeigt, in zwei gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sein, so dass Wärme, die zu den zwei Durchgängen 16 der oberen Reihe hindurch in Richtung der unteren Kante 31 fließt, von einem Durchgang 16 der unteren Reihe abgefangen wird. Insbesondere können die Durchgänge 16 der Wärmeleiterplatte aus 1 jenseits der Kanalelemente 13 untereinander so in Reihe verbunden sein, dass die Durchgänge 16 der unteren Reihe jeweils einen stromaufwärtigen und die der oberen Reihe einen stromabwärtigen Teil des Kanals 5 bilden.
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10 zeigt eine Ausgestaltung des Wärmetauschers, bei der die Wärmeleiterplatten 1 sich jeweils symmetrisch beiderseits der Kanalelemente 13 erstrecken, um sowohl oberhalb als auch unterhalb der Kanalelemente 13 Batteriemodule 11 zwischen sich aufzunehmen. Bei dieser Ausgestaltung fließt von den Batteriemodulen 11 abgegebene Wärme in den Wärmeleiterplatten 1 sowohl von oben als auch von unten zu den in der Mitte in einer horizontalen Reihe angeordneten Durchgängen 16. Es gibt daher keine passive Kante; die Durchgänge 16 sind oben und unten von Übertragungskanten 8 begrenzt, die, wie in 11 gezeigt, auch wellen- bzw. kammförmig ausgebildet sein können.
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Bei der in 12 gezeigten Variante erstrecken sich Kanalelemente 13 an zwei einander gegenüberliegenden Rändern der Wärmeleiterplatten 1, und die in 12 nicht dargestellten Batteriemodule 11 füllen die Zwischenräume zwischen den Kanalelementen 13 und den Wärmeleiterplatten 1. Das so erhaltene Batteriepaket ist einerseits mechanisch robust, zum anderen ist der Weg der Wärme entlang der Wärmeleiterplatten 1 verkürzt, so dass ein noch geringerer Wärmewiderstand erzielt werden kann.
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Ein mechanisch besonders stabiler Aufbau kann erhalten werden, indem die beiden Kanalelemente 13 der Ausgestaltung der 12 durch ein weiteres Kanalelement zu einer U-förmigen Struktur verbunden sind, die sich entlang von drei der vier Kanten der Wärmeleiterplatten 1 erstreckt.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmeleiterplatte
- 2
- Basis
- 3
- Steg
- 4
- Kammer
- 5
- Kanal
- 6
- obere Wand
- 7
- Schlitz
- 8
- Übertragungskante
- 9
- Hauptoberfläche
- 10
- Klebstoffraupe
- 11
- Modul
- 12
- Spalt
- 13
- Kanalelement
- 14
- Durchgang
- 15
- Öffnung
- 16
- Durchgang
- 17
- Öffnung
- 18
- Schraube
- 19
- oberer Bereich
- 20
- obere Wand
- 21
- Flansch
- 22
- Graphitschicht
- 23
- Substratschicht
- 24
- Schutzschicht
- 25
- Schutzschicht
- 26
- Innenseite
- 27
- Lackschicht
- 28
- Nut
- 29
- Dichtring
- 30
- passive Kante
- 31
- untere Kante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011081149 A1 [0002]
