DE102014208362A1

DE102014208362A1 - Kombinierter Ein- und Auslasssammler für eine thermoelektrische Temperiereinrichtung

Info

Publication number: DE102014208362A1
Application number: DE102014208362.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Grünwald; Stefan Hirsch
Original assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-11-05
Also published as: US20150316299A1; US9644868B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kombinierten Ein- und Auslasssammler (1) für eine thermoelektrische Temperiereinrichtung, – mit einem einen ersten Kasteninnenraum (3) teilweise umhüllenden äußeren Sammlerkasten (2), – mit einem im ersten Kasteninnenraum (3) vorgesehenen inneren Sammlerkasten (4), welcher einen zweiten Kasteninnenraum (5) teilweise umhüllt, – wobei der äußere und der innere Sammlerkasten (2, 4) eine gemeinsame Anschlussseite (6) zum Anschließen einer Fluidleitung (17a, 17b) aufweist, – wobei an der Anschlussseite (6) wenigstens eine erste Durchgangsöffnung (7a, 7b) zum Ein- oder Ausleiten eines Fluids in den ersten Kasteninnenraum (3) bzw. aus diesem und wenigstens eine zweite Durchgangsöffnung (8a, 8b) zum Ein- oder Ausleiten eines Fluids in den zweiten Kasteninnenraum (5) bzw. aus diesem vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen kombinierten Ein- und Auslasssammler für eine thermoelektrische Temperiereinrichtung sowie eine thermoelektrische Temperiereinrichtung mit einem solchen kombinierten Ein- und Auslasssammler. Die Erfindung betrifft ferner eine Temperier-Anordnung mit wenigstens einer solchen thermoelektrischen Temperiereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Temperier-Anordnung.
In modernen Hybrid- und Elektrokraftfahrzeugen kommen oftmals Lithium-Ionen-Batterien als wiederaufladbare Energiespeicher zum Einsatz. Eine hinsichtlich Lebensdauer und maximaler Energiespeichermenge optimierte Batterie benötigt für die einzelnen Batteriezellen eine entsprechend leistungsfähige Temperiereinrichtung, welches insbesondere eine Erwärmung der Batterie über eine maximale Betriebstemperatur hinaus zu verhindern vermag.
Gerade bei der Temperierung von Lithium-Ionen-Batterien muss die von der Temperiereinrichtung zur Verfügung gestellte Heiz- bzw. Kühlleistung möglichst gleichmäßig auf die einzelnen Batteriezellen der Lithium-Ionen-Batterie verteilt werden. Wird die Temperierung über eine Heiz- bzw. Kühlplatte vorgenommen, an welcher besagte Batteriezellen durch flächigen Kontakt thermisch angebunden sind, so ergibt sich daraus zwingend das Erfordernis einer nahezu vollständig homogenen Plattentemperatur. Wird die Platte mit Hilfe eines als Heiz- oder Kühlmittel wirkenden Fluids, optional in Kombination mit Peltier-Elementen, direkt oder indirekt temperiert, so ist die Eintrittstemperatur des Fluides in die Tempereiereinrichtung von der Austrittstemperatur verschieden, da das Fluid im Kühlfall Wärme aufgenommen und im Heiz-Fall Wärme abgegeben hat. Daraus folgt bei homogenem Wärmeübergangskoeffizienten vom Fluid an die Batterie jedoch, dass die zu temperierenden Batteriezellen keine räumlich gleichmäßige Wärmezufuhr oder -abfuhr erfahren und somit nicht homogen temperiert werden.
Aus dem Stand der Technik sind vor diesem Hintergrund Kühlsysteme bekannt, welches mittels zweier halbschalenartig ausgebildeter Kühlplatten, die in einem aneinander befestigten Zustand einen Kühlmittelkanal für ein Kühlmittel ausbilden, einen Wärmeaustausch zwischen der Batterie und den Kühlplatten gestatten, wobei die zum Verdampfen des flüssigen Kühlmittels erforderliche Verdampfungsenthalpie der Batterie in Form von Wärme entzogen wird. Wird ein lediglich einphasiges, also in nur flüssiger Form vorliegendes Kühlmittel verwendet, dann kann besagter Wärmeaustausch von thermoelektrischen Elementen, etwa in Form sogenannter Peltier-Elemente, unterstützt werden, die an definierten Stellen zwischen zu kühlender Batterie und den Kühlplatten angebracht werden.
Eine Möglichkeit, dem unerwünschten Effekt einer räumlich inhomogenen Temperierung der Batteriezellen entgegenzuwirken, besteht darin, durch benachbarte Fluidkanäle mit alternierender Strömungsrichtung zwischen zwei Enden einer Platte eine im Mittel homogene Verteilung der Fluidtemperatur zu erreichen. In einem solchen Szenario wird an der Temperiereinrichtung ein gemeinsamer Ein- und Auslasssammler vorgesehen. Über einen Fluideinlass wird das Fluid in den Sammler eingebracht und dort mit Hilfe geeigneter, leitungsdefinierender Strukturen auf die verschiedenen, benachbarten Fluidkanäle verteilt, über welche die thermische Wechselwirkung des Fluids mit den Batteriezellen erfolgen kann. Nach dem Durchströmen besagter Fluidkanäle strömt das Fluid wieder in den Ein- und Auslasssammler zurück und wird über einen gemeinsamen Fluidauslass aus diesem ausgeleitet. Die aus dem Stand der Technik bekannte DE 10 2012 211 259 offenbart einen nach diesem Prinzip arbeitenden Ein- und Auslasssammler.
Ein derartiger Ansatz bedingt jedoch zwingend einen Aufbau des Ein- und Auslasssammler mit dreidimensionalen Strömungsstrukturen, was einen deutlich erhöhten Fertigungsaufwand bei der Herstellung des Ein- und Auslasssammlers bedingt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kombinierten Ein- und Auslasssammler zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut ist und bei welchem die oben genannten Nachteile nicht mehr auftreten.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, einen kombinierten Ein- und Auslasssammler mit einem äußeren und einem inneren Sammlerkasten auszustatten, wobei der innere Sammlerkasten innerhalb des äußeren Sammlerkastens angeordnet ist und beide Sammlerkästen eine gemeinsame Anschlussseite zum Anschließen von Fluidleitungen aufweisen. Hierzu ist an der Anschlussseite wenigstens eine erste Durchgangsöffnung zum Ein- oder Ausleiten eines Fluids in den ersten Kasteninnenraum bzw. aus diesem vorgesehen. Wenigstens eine zweite Durchgangsöffnung dient zum Ein- oder Ausleiten des Fluids in den zweiten Kasteninnenraum bzw. aus diesem heraus.
Der hier vorgestellte Ansatz gestattet es, das oben genannte Prinzip einer Temperierung der Batteriezellen mit Hilfe von zueinander benachbart angeordneten Fluidleitungen, die abwechselnd mit entgegengesetzter Strömungsrichtung vom Fluid durchströmt werden, zu realisieren, ohne das hierzu der Ein- und Auslasssammler mit dreidimensionalen Strömungsstrukturen ausgestattet werden müsste. Vielmehr gestattet der hier vorgestellte, erfindungsgemäße kombinierte Ein- und Auslasssammler den Anschluss aller zur Temperierung der Batteriezellen erforderlichen Fluidleitungen an der Anschlussseite. Ein aufwändiger, aus dem genannten Stand der Technik bekannter Aufbau des Ein- und Auslasssammlers mit dreidimensionalen Fluidleitungsstrukturen entfällt.
Aufgrund des konstruktiv einfachen Aufbaus des hier vorgestellten Ein- und Auslasssammlers, der im Wesentlichen aus den beiden Sammlerkästen gebildet wird, ergeben sich erhebliche Kostenvorteile bei der Herstellung. Zur Herstellung des hier vorgestellten Sammlerkastens kommt insbesondere ein Kunststoffspritzverfahren in Betracht, was bedeutet, dass technische aufwändige Lötprozesse bei der Fertigung des Sammlers vermieden werden können. Weiterhin erlaubt das hier vorgestellte Konzept die Realisierung des erfindungsgemäßen Ein- und Auslasssammlers mit einem geringen Eigengewicht.
Ein erfindungsgemäßer kombinierter Ein- und Auslasssammler für eine thermoelektrische Temperiereinrichtung umfasst einen einen ersten Kasteninnenraum teilweise umhüllenden äußeren Sammlerkasten sowie einen im ersten Kasteninnenraum vorgesehenen inneren Sammlerkasten, welcher wiederum einen zweiten Kasteninnenraum teilweise umhüllt. Die beiden Sammlerkästen weisen eine gemeinsame Anschlussseite zum Anschließen einer jeweiligen Fluidleitung auf. Erfindungsgemäß ist an der Anschlussseite wenigstens eine erste Durchgangsöffnung zum Ein- oder Ausleiten eines Fluids in den ersten Kasteninnenraum bzw. aus diesem vorgesehen. Wenigstens eine zweite, ebenfalls an der Anschlussseite vorgesehene Durchgangsöffnung gestattet das Ein- oder Ausleiten eines Fluids in den bzw. aus dem zweiten Kasteninnenraum.
Über den äußeren, beispielsweise als Einlasssammler dienenden Sammlerkasten wird das Fluid durch dessen erste Durchgangsöffnung der an die Öffnung angeschlossenen Fluidleitung zugeführt, wo es einer thermischen Wechselwirkung mit den zu temperierenden Bauteilen, etwa den bereits genannten Batteriezellen unterzogen wird. Mit Hilfe eines Umlenksammlers, der ebenso wie die Fluidleitung nicht Teil des kombinierten Ein- und Auslasssammlers ist, kann das Fluid sodann in eine weitere Fluidleitung übertreten und in dieser zum kombinierten Ein- und Auslasssammler zurückströmen. Der Anschluss dieser Fluidleitung an die zweite Durchgangsöffnung ermöglicht es dem Fluid, in den inneren Sammlerkasten, der als Auslasssammler dient, einzuströmen. In einer Variante kann auch der innere Sammlerkasten als Einlasssammler und der äußere Sammlerkasten dementsprechend als Auslasssammler verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die gemeinsame Anschlussseite eine gemeinsame Anschlusswand aufweisen, in welcher die erste und die zweite Durchgangsöffnung vorgesehen sind. Dies bedeutet, dass die Anschlussseite nicht notwendigerweise vollständig offen ausgebildet sein muss, sondern durch eine Anschlusswand gebildet werden kann, in welcher besagte Durchgangsöffnungen vorgesehen sind.
In einer dazu alternativen Ausführungsform wird vorgeschlagen, die Anschlussseite der beiden Kastenwände offen zu gestalten. Dies bedeutet, dass die Durchgangsöffnungen ausschließlich durch äußere Kastenwände des äußeren Sammlerkastens und innere Kastenwände des inneren Sammlerkastens begrenzt werden, die nicht Teil der Anschlussseite sind.
Für eine offene Gestaltung der Anschlussseite empfiehlt es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, auch die zweite Durchgangsöffnung nach außen, zum ersten Kasteninnenraum hin, ausschließlich durch innere Kastenwände des inneren Sammlerkastens zu begrenzen.
Hinsichtlich der Geometrie der beiden Sammlerkästen eröffnen sich für den Fachmann verschiedene Optionen. Sollen die Sammlerkästen mittels eines Spritzverfahrens hergestellt werden, so empfiehlt sich eine im Wesentlichen quaderförmige geometrische Formgebung. Im Querschnitt umfassen die beiden Sammlerkästen dann jeweils zwei innere und äußere Kastenwände, die jeweils orthogonal zur Anschlussseite oder Anschlusswand angeordnet sind. Darüber hinaus weisen sie jeweils eine innere und eine äußere Kastenwand auf, die der Anschlussseite bzw. der Anschlusswand gegenüberliegen.
Alternativ dazu ist eine Ausführungsform als bevorzugt anzusehen, bei welcher die genannte quaderförmige Geometrie, welche die Ausbildung mehrere Kastenwände mit Kanten zwischen benachbarten Wänden bedingt, durch eine geometrische Formgebung mit reduzierter Kantenzahl ersetzt wird. In dieser Ausführungsform besitzt der äußere Sammlerkasten eine der Anschlussseite oder der Anschlusswand gegenüberliegende äußere Sammlerwand, die im Querschnitt des kombinierten Ein- und Auslasssammlers die Geometrie eines Kreissegments aufweist. Entsprechend weist der innere Sammlerkasten eine der Anschlussseite oder der Anschlusswand gegenüberliegende innere Sammlerwand aufweist, die im Querschnitt des kombinierten Ein- und Auslasssammlers ebenfalls die Geometrie eines Kreissegments besitzt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine thermoelektrische Temperiereinrichtung, insbesondere für eine Energieversorgungseinheit eines Kraftfahrzeugs, mit einem kombinierten Ein- und Auslasssammler sowie einem mit diesem fluidisch kommunizierenden Umlenksammler. Zusätzlich umfasst die Temperiereinrichtung eine erste Fluidleitung, welche derart an der Anschlussseite angeordnet ist, dass die erste Durchgangsöffnung über die erste Fluidleitung und den Umlenksammler mit der zweiten Durchgansöffnung in Fluidverbindung steht. In analoger Weise umfasst die Temperiereinrichtung eine zweite Fluidleitung, welche derart an der Anschlussseite angeordnet ist, dass die erste Durchgangsöffnung über die zweite Fluidleitung und den Umlenksammler mit der zweiten Durchgansöffnung in Fluidverbindung steht.
Besonders zweckmäßig können die beiden Fluidleitungen jeweils entlang einer gemeinsamen Längsrichtung und bezüglich einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung benachbart zueinander angeordnet werden. Dies impliziert, dass der kombinierte Ein- und Auslasssammler an einem bezüglich der Längsrichtung ersten Längsende der beiden Fluidleitungen angeordnet wird. Der Umlenksammler wird an einem dem ersten Längsende gegenüberliegenden, zweiten Längsende der beiden Fluidleitungen angebracht. Eine derartige Anordnung erfordert besonders wenig Bauraum.
In einer fertigungstechnisch besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform wird vorgeschlagen, in jeder der beiden Fluidleitungen zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsabschnitt ein sich entlang der Längsrichtung erstreckendes Trennelement vorzusehen. Dieses unterteilt die Fluidleitung in der Querrichtung in einen ersten und den zweiten Leitungsabschnitt, die sich folglich ebenfalls beide entlang der Längsrichtung erstrecken. Die Fluidverbindung zwischen den beiden Leitungsabschnitten wird dabei über den Umlenksammler hergestellt. Gemäß dieser Ausführungsform kommuniziert der erste Leitungsabschnitt der ersten Fluidleitung fluidisch sowohl mit der ersten Durchgangsöffnung des kombinierte Ein- und Auslasssammlers als auch mit dem Umlenksammler, und der zweite Leitungsabschnitt der ersten Fluidleitung kommuniziert fluidisch sowohl mit der zweiten Durchgangsöffnung des kombinierten Ein- und Auslasssammlers als auch dem Umlenksammler. In analoger Weise kommuniziert der erste Leitungsabschnitt der zweiten Fluidleitung fluidisch sowohl mit der zweiten Durchgangsöffnung des kombinierte Ein- und Auslasssammlers als auch mit dem Umlenksammler, und der zweite Leitungsabschnitt der zweiten Fluidleitung kommuniziert fluidisch sowohl mit der ersten Durchgangsöffnung des kombinierten Ein- und Auslasssammlers als auch mit dem Umlenksammler.
Für eine besonders platzsparende konstruktive Realisierung der vorangehend erläuterten Anordnung der Fluidleitungen und ihrer beiden Leitungsabschnitte relativ zum Ein- und Auslasssammler sowie zum Umlenksammler empfiehlt es sich, die beiden Fluidleitungen als separate Flachrohre auszubilden, die in Querrichtung nebeneinander angeordnet sind. Alternativ ist jedoch auch vorstellbar, die beiden Fluidleitungen in Form eines einzigen Flachrohrs zu realisieren. Die dann erforderliche fluidische Aufteilung in die erste und zweite Fluidleitung mag mittels einer sich entlang der Längsrichtung erstreckenden Flachrohr-Trennwand realisiert werden. Diese kann integral am Flachrohr ausgeformt sein.
Besonders zweckmäßig kann auch das die beiden Fluidleitungen in den ersten und zweiten Leitungsabschnitt aufteilende Trennelement in der Art einer fluiddichten Trennwand ausgebildet werden.
Um den Wärmeaustausch zwischen dem durch die Fluidleitungen strömendem Fluid und dem zu temperierenden Bauteil, etwa besagten Batteriezellen zu verbessern, können die Fluidleitungen mit Peltier-Elementen ausgestattet werden. Definiert man eine orthogonal zur Längs- und zur Querrichtung verlaufende Richtung als ”Hochrichtung”, so können besagte Peltier-Elemente – erforderlich sind mindestens zwei solche Peltier–Elemente, besonders zweckmäßig ist jedoch eine Variante mit einer Mehrzahl solcher Peltier-Elemente – auf einer die erste Fluidleitung in besagter Hochrichtung begrenzenden Rohrwand angeordnet sein. Es empfiehlt sich dabei eine Anordnung der Elemente entlang der Längsrichtung und im Abstand zueinander. Entsprechendes gilt mutatis mutandis für die zweite Fluidleitung.
Betrachtet man den kombinierten Ein- und Auslasssammler in einer Strömungsebene, welche durch die Längs- und die Querrichtung der Fluidleitungen definiert ist, so mag eine Ausführungsform als besonders bevorzugt erachtet werden, bei welcher der kombinierte Ein- und Auslasssammler in der Strömungsebene ein im Wesentlichen U-förmiges Profil besitzt.
Kostenvorteile bei der Herstellung ergeben sich, wenn der kombinierte Ein- und Auslasssammler und der Umlenksammler als Einheit ausgebildet werden. Hierzu empfiehlt es sich, in einer durch die Längs-und Querrichtung definierten Ebene zwischen den beiden Sammlern eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der Fluidleitungen bereitzustellen, wobei der kombinierte Ein- und Auslasssammler und der Umlenksammler beide integral an der Aufnahmevorrichtung ausgeformt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, die besagte Aufnahmeeinrichtung mit einer komplementär zu den Fluidleitungen ausgebildeten, insbesondere wannenartigen, Oberflächengeometrie auszustatten. In eine solche wannenartige Aufnahmeeinrichtung kann dann das die Fluidleitungen ausbildende Flachrohr quasi ”eingelegt” werden. Dies gilt auch für den Fall, dass jede der beiden Fluidleitungen aus einem separaten Flachrohr gebildet wird.
Weitere Kostenvorteile ergeben sich, wenn der kombinierte Ein- und Auslasssammler, die Aufnahmeeinrichtung und der Umlenksammler, insbesondere mittels eines Spritzverfahrens, aus einem Kunststoff hergestellt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Temperier-Anordnung mit wenigstens einer elektrischen Energieversorgungseinheit, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, sowie mit einer zur Temperierung thermisch an die elektrische Energieversorgungseinheit angekoppelten Temperiereinrichtung mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Temperier-Anordnung. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen kombinierten Sammlers in einem Querschnitt,
2 eine Variante des Beispiels der 1,
3 eine Draufsicht auf die Anschlussseite des Sammlers der 1 und 2,
4 eine Variante des Beispiels der 3,
5 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Temperiervorrichtung,
6 eine Variante des Beispiels der 5.
1 illustriert ein Beispiel eines erfindungsgemäßen kombinierten Ein- und Auslasssammlers 1 – im Folgenden der Einfachkeit halber als ”Sammler” 1 bezeichnet – für eine thermoelektrische Temperiereinrichtung in einer grobschematischen Darstellung und in einem Querschnitt senkrecht zu einer Hochrichtung H des Sammlers 1. Dieser umfasst einen äußeren Sammlerkasten 2, der einen ersten Kasteninnenraum 3 teilweise umhüllt. Im ersten Kasteninnenraum 3 ist ein innerer Sammlerkasten 4 angeordnet, welcher wiederum einen zweiten Kasteninnenraum 5 teilweise umhüllt. Der äußere und der innere Sammlerkasten 2, 4 besitzen beide eine gemeinsame Anschlussseite 6 zum Anschließen von in 1 nicht dargestellten Fluidleitungen.
Wie 1 erkennen lässt, sind an der Anschlussseite 6 zwei erste Durchgangsöffnungen 7a, 7b zum Ein- oder Ausleiten eines Fluids in den ersten Kasteninnenraum 4 und zwei zweite Durchgangsöffnungen 8a, 8b zum Ein- oder Ausleiten eines Fluids in den zweiten Kasteninnenraum 5 vorgesehen. Zur Verdeutlichung zeigt die 2 eine Draufsicht auf die Anschlussseite 6 entlang einer orthogonal zur Hochrichtung H verlaufenden Längsrichtung L des Sammlers 1.
Man erkennt, dass auf der Anschlussseite 6 ein Steg 9 vorgesehen ist, welcher die beiden zweiten Durchgangsöffnungen 8a, 8b voneinander trennt. In einer Variante kann auf einen solchen Steg 9 aber auch verzichtet werden. In diesem Fall werden die an der Anschlussseite 6 vorhandenen Durchgangsöffnungen 7a, 7b, 8a, 8b ausschließlich durch äußere Kastenwände 10 des äußeren Sammlerkastens 2 und innere Kastenwände 11 des inneren Sammlerkastens 4 begrenzt.
Demgegenüber illustriert die 3 eine Variante des Sammlers 1 der 1 und 2, bei welcher die gemeinsame Anschlussseite 6 eine gemeinsame Anschlusswand 12 aufweist, in welcher die ersten und zweiten Durchgangsöffnungen 7a, 7b, 8a, 8b vorgesehen sind. Auch im Beispiel der 2 kann auf den Steg 9 verzichtet werden.
Betrachtet man nun wieder die Darstellung der 1 und 2, so erkennt man, dass die zweiten Durchgangsöffnungen 8a, 8b nach außen, zum ersten Kasteninnenraum 3 hin, durch innere Kastenwände 11 des inneren Sammlerkastens 4 begrenzt werden. Wie 1 anschaulich belegt, können die beiden Sammlerkästen 2, 4 jeweils eine im Wesentlichen quaderförmige geometrische Formgebung aufweisen. Dies bedeutet, dass besagte Sammlerkästen 2, 4 in dem in 1 dargestellten Querschnitt jeweils zwei innere und äußere Kastenwände 11a, 10a umfassen, die jeweils unter einem rechten Winkel zur Anschlussseite 6 bzw. zur Anschlusswand 12 – vgl. hierzu auch 3 – angeordnet sind. Eine weitere innere bzw. äußere Kastenwand 11b, 10b, liegt der Anschlussseite 6 bzw. der Anschlusswand 12 gegenüber.
Demgegenüber illustriert 4 eine Variante, bei welcher der äußere Sammlerkasten 2 eine der Anschlussseite 6 bzw. der Anschlusswand 12 gegenüberliegende äußere Sammlerwand 13 aufweist, die im in 4 gezeigten Querschnitt des kombinierten Ein- und Auslasssammlers 1 die Geometrie eines Kreissegments besitzt. Entsprechend weist auch der innere Sammlerkasten 4 eine der Anschlussseite 6 bzw. der Anschlusswand 12 gegenüberliegende innere Sammlerwand 14 auf, die im Querschnitt des kombinierten Ein- und Auslasssammlers 1 ebenfalls die Geometrie eines Kreissegments besitzt.
Im Folgenden sei nun das Augenmerk auf die Darstellung der 5 gerichtet, welche, ebenfalls in einem Querschnitt, den vorangehend diskutierten kombinierten Ein- und Auslasssammler 1 als Teil einer thermoelektrischen Temperiereinrichtung 15 für eine Energieversorgungseinheit eines Kraftfahrzeugs zeigt. Die Temperiereinrichtung 15 umfasst neben besagtem kombinierten Ein- und Auslasssammler 1 auch einen Umlenksammler 16, welcher über eine erste Fluidleitung 17a und eine zweite Fluidleitung 17b fluidisch mit dem Sammler 1 kommuniziert. Man erkennt, dass die beiden Fluidleitungen 17a, 17b sich jeweils entlang einer gemeinsamen Längsrichtung L erstrecken, welche der Längsrichtung L des Sammlers 1 entspricht. Bezüglich einer quer zur Längsrichtung L verlaufenden Querrichtung Q sind diese benachbart zueinander angeordnet. Der kombinierte Ein- und Auslasssammler 1 ist an einem bezüglich der Längsrichtung L ersten Längsende 18a der beiden Fluidleitungen 17a, 17b angeordnet, der Umlenksammler 16 hingegen an einem dem ersten Längsende L gegenüberliegenden, zweiten Längsende 18b der beiden Fluidleitungen 17a, 17b. Definiert man durch die Längs- und die Querrichtung L, Q eine Strömungsebene für das durch die Fluidleitungen 17a, 17b strömende Fluid, so weist der kombinierte Ein- und Auslasssammler 1 in besagter Strömungsebene – diese entspricht der Zeichenebene der Figuren – ein im Wesentlichen U-förmiges Profil auf.
Ferner ist in jeder der beiden Fluidleitungen 17a, 17b ein sich entlang der Längsrichtung L erstreckendes, in 5 in gestrichelter Darstellung gezeigtes Trennelement 19a, 19b vorgesehen. Dieses unterteilt die beiden Fluidleitungen 17a, 17b in der Querrichtung Q jeweils in einen ersten und einen zweiten Leitungsabschnitt 17a-1, 17a-2, 17b-1, 17b-2, die sich beide entlang der Längsrichtung L erstrecken und über das Trennelement 19a, 19b fluidisch voneinander getrennt sind. Der erste Leitungsabschnitt 17a-1 der ersten Fluidleitung 17a kommuniziert dabei über den Umlenksammler 16 fluidisch mit zweiten Leitungsabschnitt 17a-2.
Entsprechendes gilt mutatis mutandis für die beiden Leitungsabschnitte 17b-1 und 17b-2 der zweiten Fluidleitung 17b.
Die Trennelemente 19a, 19b können fluiddicht ausgebildet sein, oder aber, wie in 5 durch die gestrichelte Darstellung der Trennwände 19a, 19b wiedergegeben, fluiddurchlässig ausgebildet sein.
Der erste Leitungsabschnitt 17a-1 der ersten Fluidleitung 17a kommuniziert fluidisch mit der ersten Durchgangsöffnung 7a des kombinierte Ein- und Auslasssammlers 1, der zweite Leitungsabschnitt 17a-2 der ersten Fluidleitung 7a mit der zweiten Durchgangsöffnung 8a. In analoger Weise kommuniziert der erste Leitungsabschnitt 17b-1 der zweiten Fluidleitung 17b fluidisch mit der zweiten Durchgangsöffnung 8b des kombinierten Ein- und Auslasssammlers 1, und der zweite Leitungsabschnitt 17a-2 der zweiten Fluidleitung 7b mit der ersten Durchgangsöffnung 7b. Dies bedeutet, dass die erste Fluidleitung 17a derart an der Anschlussseite 6 des Sammlers 1 angeordnet ist, dass die erste Durchgangsöffnung 7a über den ersten Leitungsabschnitt 17a-1 mit dem Umlenksammler 16 in Fluidverbindung steht und dieser über den zweiten Leitungsabschnitt 17a-2 mit der zweiten Durchgangsöffnung 8a des Sammlers in Fluidverbindung steht. Entsprechendes gilt für die zweite Fluidleitung 17b. Diese ist folglich derart an der Anschlussseite 6 angeordnet, dass die erste Durchgangsöffnung 7b über den zweiten Leitungsabschnitt 17b-2 der zweiten Fluidleitung 17b mit dem Umlenksammler 16 und dieser über den ersten Leitungsabschnitt 17b-1 der zweiten Fluidleitung 17b mit der zweiten Durchgangsöffnung 8b in Fluidverbindung steht.
Im Folgenden sollen die zwischen dem Ein- und Auslasssammler 1 und dem Umlenksammler mit Hilfe der beiden Fluidleitungen 17a, 17b realisierten Fluidpfade genauer erläutert werden. Zunächst sei das Augenmerk jedoch nochmals auf den in den 1, 4 und 5 gezeigten Sammler 1 gerichtet. Man erkennt, dass an einer den Sammler 1 in Hochrichtung H begrenzenden Kastenwand 10c ein fluidisch mit dem äußeren Sammlerkasten 2 kommunizierender Fluideinlass 20 und ein fluidisch mit dem inneren Sammlerkasten 4 kommunizierender Fluidauslass 21 vorgesehen sein kann. In einer Variante des Beispiels können Fluideinlass 20 und Fluidauslass 21 auch vertauscht sein.
Wie 5 zeigt, kann somit ein Fluid F über den Fluideinlass 20 in den äußeren Sammlerkasten 2 eingebracht werden. Von dort strömt es entweder durch den ersten Leitungsabschnitt 17a-1 der ersten Fluidleitung 17a oder durch den zweiten Leitungabschnitt 17b-2 der zweiten Fluidleitung 17b in den Umlenksammler 16. Vom Umlenksammler 16 kann das Fluid F entweder durch den zweiten Leitungsabschnitt 17a-2 der ersten Fluidleitung 17a oder durch den ersten Leitungsabschnitt 17b-1 der zweiten Fluidleitung 17b in den inneren Sammlerkasten 4 des Sammlers 1 zurückströmen und diesen über den Fluidauslass 21 wieder verlassen.
Hinsichtlich der technischen Realisierung der beiden Fluidleitungen 17a, 17b eröffnen sich dem Fachmann eine Vielzahl an Optionen, unter welchen er unter anwendungsspezifischen Gesichtspunkten auszuwählen vermag. Dabei empfiehlt sich besonders ein Variante, bei welcher die beiden Fluidleitungen 17a, 17b als separate Flachrohre ausgebildet werden (nicht gezeigt). Als besonders zweckmäßig erweist sich die in den Figuren gezeigte Variante, bei welcher die beiden Fluidleitungen 17a, 17b in einem gemeinsamen Flachrohr 22 angeordnet sind und durch eine sich entlang der Längsrichtung L erstreckende Flachrohr-Trennwand 23 fluidisch voneinander getrennt werden. Die Flachrohr-Trennwand 23 kann integral am Flachrohr ausgeformt sein. Die thermische Kopplung des Fluids mit dem zu kühlenden Bauteil erfolgt im Bereich der Fluidleitungen 17a, 17b, wie nachfolgend noch genauer erörtert werden wird.
Wie 5 illustriert, wird durch eine orthogonal zur Längs- und zur Querrichtung L, Q verlaufende Richtung eine Hochrichtung H des Flachrohrs 22 definiert. Man erkennt, dass die Fluidleitungen 17a, 17b mit mehreren Peltier-Elementen 24 ausgestattet sind, um den Wärmeaustausch zwischen dem durch die Fluidleitungen 17a, 17b strömendem Fluid und dem zu temperierenden Bauteil, etwa besagten Batteriezellen zu verbessern. Besagte Peltier-Elemente 24 können auf einer das Flachrohr 22 in der Hochrichtung H begrenzenden Rohrwand 26 angeordnet werden. Dabei empfiehlt sich eine benachbarte Anordnung der Peltier-Elemente 24 entlang der Längsrichtung L sowohl im Bereich der ersten als auch zweiten Fluidleitung 17a, 17b. Es ergibt sich somit die in 5 dargestellte, zweireihige Anordnung von Peltier-Elementen 24 entlang der Längsrichtung L. Im Beispiel der Figuren sind exemplarisch jeweils fünf solcher Peltier-Elemente 24 gezeigt; es ist klar, dass in Varianten des Beispiels auch eine andere Anzahl möglich ist. Zur Aufnahme der Peltier-Elemente 24 können auf der Rohrwand 26 komplementär zu diesen ausgebildete Ausnehmungen vorgesehen sein (nicht gezeigt), in welche die Peltier-Element 24 eingesetzt werden. Auf der Rohrwand 26 kann das von der Temperiereinrichtung 15 zu temperierende Bauteil, insbesondere eine elektrischen Energieversorgungseinheit in Form einer wiederaufladbaren Batterie, angeordnet werden, so dass die thermische Kopplung des die Fluidleitungen 17a, 17b des Flachrohrs 23 durchströmenden Fluids zur Temperierung des – Idealerweise flächig an der Rohrwand 26 anliegenden – Bauteils über eben diese Rohrwand 26 erfolgen kann.
Die 6 zeigt schließlich eine Variante der Temperiereinrichtung 15 der 5, bei welcher die beiden Sammler 1, 16 als eine Baueinheit ausgebildet werden. Demnach geht der kombinierte Ein- und Auslasssammler 1 entlang der Längsrichtung L mittels einer Aufnahmeeinrichtung 25 zur Aufnahme des Flachrohrs 22 einschließlich der Fluidleitungen 17a, 17b in den Umlenksammler 16 über. Dabei sind der kombinierte Ein- und Auslasssammler 1 und der Umlenksammler 16 beide integral an der Aufnahmevorrichtung 25 ausgeformt. Mit anderen Worten, der Sammler 1, die Aufnahmevorrichtung 25 und der Umlenksammler 16 bilden eine Einheit aus, welche kostengünstig, beispielsweise mittels eines Spritzverfahrens, aus einem Kunststoff hergestellt werden können. Ein aufwändiges Verlöten der einzelnen Komponenten entfällt bei dieser Variante. Daraus können sich erhebliche Kostenvorteile ergeben können. Zur Aufnahme des Flachrohrs 22 besitzt die Aufnahmeeinrichtung 25 bevorzugt eine zum Flachrohr 22 komplementäre Oberflächengeometrie. Daher empfiehlt es sich, die Aufnahmeeinrichtung etwa in der Art einer Aufnahmewanne auszubilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012211259 A1 [0005]

Claims

Kombinierter Ein- und Auslasssammler (1) für eine thermoelektrische Temperiereinrichtung, – mit einem einen ersten Kasteninnenraum (3) teilweise umhüllenden äußeren Sammlerkasten (2), – mit einem im ersten Kasteninnenraum (3) vorgesehenen inneren Sammlerkasten (4), welcher einen zweiten Kasteninnenraum (5) teilweise umhüllt, – wobei der äußere und der innere Sammlerkasten (2, 4) eine gemeinsame Anschlussseite (6) zum Anschließen einer Fluidleitung (17a, 17b) aufweist, – wobei an der Anschlussseite (6) wenigstens eine erste Durchgangsöffnung (7a, 7b) zum Einleiten eines Fluids in den ersten Kasteninnenraum (3) und/oder zum Ausleiten des Fluids aus dem ersten Kasteninnenraum (3) vorgesehen ist, – wobei an der Anschlussseite (6) wenigstens eine zweite Durchgangsöffnung (8a, 8b) zum Einleiten des Fluids in den zweiten Kasteninnenraum (5) und/oder zum Ausleiten aus dem zweiten Kasteninnenraum (5) vorgesehen ist.
Kombinierter Ein- und Auslasssammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Anschlussseite (6) eine gemeinsame Anschlusswand (12) aufweist, in welcher die erste und die zweite Durchgangsöffnung (7a, 7b, 8a, 8b) vorgesehen sind.
Kombinierter Ein- und Auslasssammler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (7a, 7b, 8a, 8b) ausschließlich durch äußere Kastenwände (10a, 10b, 10c, 13) des äußeren Sammlerkastens (2) und durch innere Kastenwände (11a, 11b, 14) des inneren Sammlerkastens (4) begrenzt sind, die nicht Teil der Anschlussseite sind.
Kombinierter Ein- und Auslasssammler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung (8a, 8b) nach außen, zum ersten Kasteninnenraum (3) hin, ausschließlich durch innere Kastenwände (11a, 11b) des inneren Sammlerkastens (4) begrenzt ist.
Kombinierter Ein- und Auslasssammler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die beiden Sammlerkästen (2, 4) eine im Wesentlichen quaderförmige geometrische Formgebung besitzen, – im Querschnitt des kombinierten Ein- und Auslasssammlers (1) jeweils zwei äußere und innere Kastenwände (10a, 11a) umfassen, die jeweils orthogonal zur Anschlussseite (6) oder zur Anschlusswand (12) angeordnet sind, – im Querschnitt jeweils eine äußere und eine innere Kastenwand (10b, 11b) aufweisen, die der Anschlussseite (6) oder der Anschlusswand (12) gegenüberliegen.
Kombinierter Ein- und Auslasssammler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der äußere Sammlerkasten (2) eine der Anschlussseite (6) oder der Anschlusswand (12) gegenüberliegende äußere Sammlerwand (13) aufweist, die im Querschnitt des kombinierten Ein- und Auslasssammlers (1) die Geometrie eines Kreissegments besitzt, – der innere Sammlerkasten (4) eine der Anschlussseite (6) oder der Anschlusswand (12) gegenüberliegende innere Sammlerwand (14) aufweist, die im Querschnitt des kombinierten Ein- und Auslasssammlers (1) die Geometrie eines Kreissegments besitzt.
Thermoelektrische Temperiereinrichtung (15), insbesondere für eine Energieversorgungseinheit eines Kraftfahrzeugs, – mit einem kombinierten Ein- und Auslasssammler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit einem fluidisch mit diesem kommunizierenden Umlenksammler (16), – mit einer ersten Fluidleitung (17a), welche derart an der Anschlussseite (6) angeordnet ist, dass die erste Durchgangsöffnung (7a) über die erste Fluidleitung (17a) und den Umlenksammler (16) mit der zweiten Durchgangsöffnung (8a) in Fluidverbindung steht, – mit einer zweiten Fluidleitung (17b), welche derart an der Anschlussseite (6a) angeordnet ist, dass die erste Durchgangsöffnung (7b) über die zweite Fluidleitung (17b) und den Umlenksammler (16) mit der zweiten Durchgansöffnung (8b) in Fluidverbindung steht.
Thermoelektrische Temperiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die beiden Fluidleitungen (17a, 17b) sich jeweils entlang einer gemeinsamen Längsrichtung (L) erstrecken und bezüglich einer quer zur Längsrichtung (L) verlaufenden Querrichtung (Q) fluidisch getrennt und benachbart zueinander angeordnet sind, – der kombinierte Ein- und Auslasssammler (1) an einem bezüglich der Längsrichtung (L) ersten Längsende (18a) der beiden Fluidleitungen (17a, 17b) angeordnet ist, – der Umlenksammler (16) an einem dem ersten Längsende (18a) in Längsrichtung (L) gegenüberliegenden, zweiten Längsende (18b) der beiden Fluidleitungen (17a, 17b) angebracht ist.
Thermoelektrische Temperiereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass – in jeder der beiden Fluidleitungen (17a, 17b) ein sich entlang der Längsrichtung (L) erstreckendes Trennelement (19a, 19b) vorgesehen ist, welches die Fluidleitung (17a, 17b) in der Querrichtung (Q) in einen ersten und einen zweiten Leitungsabschnitt (17a-1, 17a-2, 17b-1, 17b-2) unterteilt, die sich beide entlang der Längsrichtung (L) erstrecken, wobei der erste Leitungsabschnitt (17a-1, 17b-1) über den Umlenksammler (16) fluidisch mit dem ihm zugeordneten zweiten Leitungsabschnitt (17a-2, 17b-2) kommuniziert, – der erste Leitungsabschnitt (17a-1) der ersten Fluidleitung (17a) fluidisch mit der ersten Durchgangsöffnung (7a) des kombinierten Ein- und Auslasssammlers (1) und dem Umlenksammler (16) kommuniziert und der zweite Leitungsabschnitt (17a-2) der ersten Fluidleitung (17a) fluidisch mit der zweiten Durchgangsöffnung (8a) des kombinierten Ein- und Auslasssammlers (1) und dem Umlenksammler (16) kommuniziert, – der erste Leitungsabschnitt (17b-1) der zweiten Fluidleitung (17b) fluidisch mit der zweiten Durchgangsöffnung (8b) des kombinierten Ein- und Auslasssammlers (1) und dem Umlenksammler (16) kommuniziert und der zweite Leitungsabschnitt (17b-2) der zweiten Fluidleitung (17b) fluidisch mit der ersten Durchgangsöffnung (7b) des kombinierten Ein- und Auslasssammlers (1) kommuniziert und dem Umlenksammler (16).
Thermoelektrische Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die beiden Fluidleitungen (17a, 17b) als separate Flachrohre ausgebildet sind, oder dass – die beiden Fluidleitungen (17a, 17b) in einem gemeinsamen Flachrohr (22) angeordnet sind und durch ein sich entlang der Längsrichtung (L) erstreckende Flachrohr-Trennwand (23) fluidisch voneinander getrennt sind.
Thermoelektrische Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass – durch eine orthogonal zur Längs- und zur Querrichtung (L, Q) verlaufende Richtung eine Hochrichtung (H) des Flachrohrs (22) definiert ist, – auf einer die erste Fluidleitung (17a) in der Hochrichtung (H) begrenzende Rohrwand (26) wenigstens zwei Peltier-Elemente (24), vorzugsweise eine Mehrzahl von Peltier-Elementen (24), vorgesehen sind/ist, die entlang der Längsrichtung im Abstand zueinander angeordnet sind, – auf einer die zweite Fluidleitung (17b) in der Hochrichtung (H) begrenzende Rohrwand (26) wenigstens zwei Peltier-Elemente (24), vorzugsweise eine Mehrzahl von Peltier-Elementen (24), vorgesehen sind/ist, die entlang der Längsrichtung (L) im Abstand zueinander angeordnet sind.
Thermoelektrische Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – durch die Längs- und die Querrichtung (L, Q) eine Strömungsebene für das durch die Fluidleitungen (17a, 17b) strömende Fluid definiert ist, – der kombinierte Ein- und Auslasssammler (1) in der Strömungsebene ein im Wesentlichen U-förmiges Profil besitzt.
Thermoelektrische Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der kombinierte Ein- und Auslasssammler (1) entlang der Längsrichtung (L) mittels einer Aufnahmeeinrichtung (25) zur Aufnahme der Fluidleitungen (17a, 17b) in den Umlenksammler (16) übergeht, – der kombinierte Ein- und Auslasssammler (1) und der Umlenksammler (16) beide integral an der Aufnahmevorrichtung (25) ausgeformt sind.
Thermoelektrische Temperiereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (25) eine komplementär zu den Fluidleitungen (17a, 17b) ausgebildete, insbesondere wannenartige, Oberflächengeometrie besitzt.
Thermoelektrische Temperiereinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der kombinierte Ein- und Auslasssammler (1), die Aufnahmeeinrichtung (25) und der Umlenksammler (16), insbesondere mittels eines Spritzverfahrens, aus einem Kunststoff hergestellt sind.
Temperier-Anordnung, – mit wenigstens einer elektrischen Energieversorgungseinheit, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, – mit einer zur Temperierung thermisch an die elektrische Energieversorgungseinheit angekoppelten Temperiereinrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Temperier-Anordnung nach Anspruch 16.