DE102017004047A1 - tempering - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung mit einem Fluidkissen, welches einseitig an eine thermische Konditioniereinheit, z. B. ein oder mehrere Peltierelemente, angebunden ist und über die thermische Konditioniereinheit thermisch konditioniert wird. Die Erfindung kann zur thermischen Konditionierung von Kontaktflächen z. B. Armlehnen aber auch zur thermischen Konditionierung von Festkörpern wie z.B. Batteriezellen genutzt werden.The invention relates to a temperature control device with a fluid cushion, which on one side to a thermal conditioning unit, for. B. one or more Peltier elements, is connected and thermally conditioned via the thermal conditioning unit. The invention can be used for thermal conditioning of contact surfaces z. As armrests but also for the thermal conditioning of solids such. Battery cells are used.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung mit einem Fluidkissen, welches einseitig an eine thermische Konditioniereinheit, beispielsweise eine Kühlplatte oder Peltierelemente, angebunden ist und über eine solche Einheit thermisch konditioniert wird. Die Erfindung kann zur thermischen Konditionierung von Kontaktflächen z. B. Armlehnen aber auch zur thermischen Konditionierung von Festkörpern wie beispielsweise Batteriezellen genutzt werden.The invention relates to a temperature control device with a fluid cushion which is connected on one side to a thermal conditioning unit, for example a cooling plate or Peltier elements, and is thermally conditioned via such a unit. The invention can be used for thermal conditioning of contact surfaces z. B. armrests but also for thermal conditioning of solids such as battery cells can be used.

Heutige thermisch konditionierte Oberflächen sind Festkörper und werden entweder direkt elektrisch beheizt, sind mit einer thermischen Konditioniereinheit z.B. einem Peltierelement direkt oder über einen Festkörper verbunden, oder werden fluidisch mit einem thermisch konditionierten Fluid durchströmt, bzw. sind über einen Festkörper mit einem fluidisch durchströmten Körper verbunden.Today's thermally conditioned surfaces are solid and are either directly electrically heated, are coated with a thermal conditioning unit, e.g. a Peltier element connected directly or via a solid, or are flowed through fluidically with a thermally conditioned fluid, or are connected via a solid body with a fluidly flowed body.

Der bekannte Stand der Technik weist mehrere Nachteile auf. In vielen Anwendungen sind weiche bzw. elastisch oder plastisch verformbare Oberflächen gefordert. Bei Oberflächen, mit denen der Mensch in Berührung kommt hat dies Gründe des haptischen Komfortempfindens. Zur Temperierung von Festkörpern, welche auf thermisch konditionierte Oberflächen aufgebracht werden, werden verformbare - vorzugsweise plastisch verformbare - Oberflächen benötigt, um den thermischen Kontaktwiderstand zwischen Oberfläche und Festkörper zu reduzieren. Nach dem heutigen Stand der Technik werden diese weichen Oberflächen über weiche bzw. elastisch oder plastisch verformbare Festkörper realisiert. Dabei kann die weiche Festkörperoberfläche selber mit Hohlräumen versehen sein und mit einem thermisch konditionierten fluidischen Medium durchströmt und so thermisch konditioniert werden, oder die Oberfläche ist an weitere Festkörper angebunden, welche über eine solche Weise thermisch konditioniert werden, oder die Oberfläche ist direkt an eine thermische Konditioniereinheit, z. B. ein oder mehrere Peltierelemente, angebunden. Der Nachteil bei den unterschiedlichen Ausführungen ist, dass bei den Oberflächen ein Kompromiss zwischen Weichheit und thermischer Leitfähigkeit gefunden werden muss, bzw. wenn die Oberfläche z. B. ausgeführt als Kapillarrohrmatte direkt mit einem thermisch konditioniertem Fluid durchströmt wird, eine Fluidzu- und -abfuhr vorzusehen ist.The known state of the art has several disadvantages. In many applications soft or elastically or plastically deformable surfaces are required. Surfaces that come into contact with people have reasons for their haptic sense of comfort. For the tempering of solids, which are applied to thermally conditioned surfaces, deformable - preferably plastically deformable - surfaces are needed to reduce the thermal contact resistance between the surface and solid. According to the current state of the art, these soft surfaces are realized via soft or elastically or plastically deformable solids. In this case, the soft solid surface itself be provided with cavities and flowed through with a thermally conditioned fluidic medium and thus thermally conditioned, or the surface is connected to other solids, which are thermally conditioned in such a way, or the surface is directly to a thermal Conditioning unit, z. B. one or more Peltier elements connected. The disadvantage of the different designs is that a compromise between softness and thermal conductivity must be found in the surfaces, or if the surface z. B. designed as a capillary tube directly through which a thermally conditioned fluid flows, a fluid supply and removal is provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperiervorrichtung mit einer Oberfläche zu entwickeln, welche nicht durchströmt werden muss und bei welcher die thermische Leitfähigkeit und die Weichheit nicht über die Festkörpereigenschaften beschränkt sind und welche zudem thermisch konditioniert werden kann.The invention has for its object to develop a tempering with a surface that does not have to be flowed through and in which the thermal conductivity and softness are not limited by the solid state properties and which can also be thermally conditioned.

Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Temperiervorrichtung mit den in den Ansprüchen 1 bis 9 angegebenen Merkmalen gelöst.The object of the invention is achieved by a temperature control device with the features specified in claims 1 to 9.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Temperiervorrichtung neben einer thermischen Konditioniereinheit, z. B. eine Kühlplatte oder Peltierelemente mit Kühlkörper, ein Fluidkissen aufweist. Das Fluidkissen ist dabei je nach Ausführung mit einer Flüssigkeit oder einem gelartigem Fluid gefüllt und ist direkt oder über weitere Festkörperschichten thermisch an die thermische Konditioniereinheit angebunden. Zu temperierende Objekte, wie beispielsweise Batteriezellen, oder Oberflächenschichten werden gegenüber der thermischen Konditioniereinheit auf der anderen Seite direkt oder über weitere Festkörperschichten an das Fluidkissen thermisch angebunden. Über die gleichmäßige Druckverteilung im Fluid und die gute Verformbarkeit der das Fluid umgebenden Festkörperschicht werden bereits durch geringe Spannkräfte zwischen zu temperierenden Objekt und der thermischen Konditioniereinheit Toleranzen ausgeglichen sowie der thermische Kontaktwiderstand zwischen der thermischen Konditioniereinheit und dem Fluidkissen sowie zwischen dem Fluidkissen und dem zu temperierenden Objekt stark reduziert. Die Spannkraft zwischen thermischer Konditioniereinheit und zu temperierenden Objekt kann bei zu temperierenden Festkörpern, wie beispielsweise Batteriezellen, vorzugsweise über eine Verspannvorrichtung oder über das Eigengewicht der Festkörper eingestellt werden. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik sind für die gute thermische Anbindung und den Toleranzausgleich zwischen thermischer Konditioniereinheit und zu kühlenden Objekt keine weichen - plastisch oder elastisch verformbaren - Festkörpermaterialien erforderlich, welche durch Verformung eine thermisch vorteilhafte Anbindung sicherstellen und eine beschränkte thermische Leitfähigkeit aufweisen.The invention is based on the generic state of the art in that the tempering in addition to a thermal conditioning unit, for. B. a cooling plate or Peltier elements with heat sink, a fluid cushion. Depending on the design, the fluid cushion is filled with a liquid or a gel-like fluid and is thermally connected directly or via further solid-state layers to the thermal conditioning unit. Objects to be tempered, such as battery cells, or surface layers, for example, are thermally bonded to the fluid cushion directly or via further solid-state layers relative to the thermal conditioning unit on the other side. About the uniform pressure distribution in the fluid and the good deformability of the fluid surrounding solid layer tolerances are already compensated by low clamping forces between object to be tempered and the thermal conditioning tolerances and the thermal contact resistance between the thermal conditioning unit and the fluid cushion and between the fluid cushion and the object to be tempered greatly reduced. The clamping force between the thermal conditioning unit and the object to be tempered can be adjusted in the case of solids to be tempered, such as battery cells, preferably via a bracing device or via the dead weight of the solids. In contrast to the known state of the art, no soft - plastically or elastically deformable - solid state materials are required for good thermal bonding and tolerance compensation between thermal conditioning unit and object to be cooled, which ensure a thermally advantageous connection by deformation and have a limited thermal conductivity.

Bei zu kühlenden Oberflächenschichten, wie beispielsweise Armlehnen in Kraftfahrzeugen, kann die Spannkraft vorzugsweise über die Oberflächenschicht aufgenommen werden. Die Spannkraft kann beispielsweise über eine Dehnung des Oberflächenmaterials oder über elastisch verformbare Druckelemente, wie beispielsweise Druckfedern, welche die Druckkraft auf die thermische Konditioniereinheit aufbringen, eingestellt werden. Die Verformbarkeit bzw. Weichheit der so thermisch konditionierten Oberfläche wird vorzugsweise über den Fülldruck im Fluidkissen, die Geometrie des Fluidkissens und die Spannkraft eingestellt. Gegenüber dem Stand der Technik kann so eine Oberfläche, wie beispielsweise eine Armlehne effektiv thermisch konditioniert, das heißt beheizt und gekühlt werden, ohne den Komfort hinsichtlich der Weichheit einzuschränken oder die Oberfläche rückseitig mit einem thermisch konditionierten Fluid beispielsweise über Kapillarrohrmatten zu durchströmen.For surface layers to be cooled, such as armrests in motor vehicles, the clamping force can preferably be absorbed via the surface layer. The clamping force can be adjusted, for example, by stretching the surface material or by elastically deformable pressure elements, such as compression springs, which apply the compressive force to the thermal conditioning unit. The deformability or softness of the thus thermally conditioned surface is preferably adjusted via the filling pressure in the fluid cushion, the geometry of the fluid cushion and the clamping force. Compared to the prior art, such a surface, such as an armrest, can be effectively thermally conditioned, ie, heated and cooled, without sacrificing softness comfort, or by flowing the surface with a thermally conditioned fluid, for example via capillary tube mats.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die thermische Konditioniereinheit mindestens ein Peltierelement und mindestens einen Kühlkörper auf. Die Peltierelemente sind einseitig thermisch an das Fluidkissen und auf der anderen Seite thermisch an den Kühlkörper angebunden. Bei Bestromung der Peltierelemente wird je nach Stromrichtung, Stromstärke und Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten der Peltierelemente Wärme aufgenommen und auf der anderen Seite zuzüglich der elektrisch aufgenommenen Leistung wieder abgeführt. Somit wird je nach Stromrichtung, Stromstärke und Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten der Peltierelemente das Fluidkissen gekühlt oder geheizt, sodass sich auf der Oberfläche die gewünschte Temperatur einstellen lässt. Der Kühlkörper steht dabei thermisch im Austausch mit der Umgebung oder wird von einem thermisch konditionierten Fluid durchströmt.In a particularly advantageous embodiment, the thermal conditioning unit has at least one Peltier element and at least one heat sink. The Peltier elements are thermally connected on one side thermally to the fluid cushion and on the other side thermally connected to the heat sink. When the Peltier elements are energized, heat is absorbed depending on the current direction, current intensity and temperature difference between the two sides of the Peltier elements, and dissipated again on the other side plus the electrically absorbed power. Thus, depending on the current direction, current intensity and temperature difference between the two sides of the Peltier elements, the fluid cushion is cooled or heated so that the desired temperature can be set on the surface. The heat sink is thermally in exchange with the environment or is flowed through by a thermally conditioned fluid.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung einer solchen Temperiervorrichtung, z. B. eingesetzt als thermisch konditionierte Oberfläche in einem Kraftfahrzeuge, kann Licht an das Kissen angebracht werden, welches abhängig von der Temperatur die Farbe ändert. Die Lichtfarbe unterstützt die Wahrnehmbarkeit der Temperatur.In a particularly advantageous embodiment of such a tempering device, for. B. used as a thermally conditioned surface in a motor vehicle, light can be attached to the cushion, which changes depending on the temperature of the color. The light color supports the perceptibility of the temperature.

In der Zeichnung zeigt:

  • 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung mit einem Fluidkissen - beispielsweise angeordnet in einer Armlehne -, welches über ein Peltierelement thermisch konditioniert wird, einen Kühlkörper aufweist und welches über eine Lichtquelle verfügt, welche in Abhängigkeit der Temperatur des Kissens die Farbe ändert.
In the drawing shows:
  • 1 schematically a perspective view of an embodiment of a tempering with a fluid pad - for example, arranged in an armrest - which is thermally conditioned via a Peltier element, having a heat sink and which has a light source which changes the color depending on the temperature of the pad.

Die in der 1 gezeigte, exemplarische Temperiervorrichtung besitzt ein Fluidkissen (3), welches von einem Oberflächenbezug (2) abgedeckt wird. Über die thermische Konditioniereinheit - hier ein Peltierelement (5) mit einem Kühlkörper (6) - wird das Fluidkissen gekühlt oder aufgeheizt, sodass sich entsprechend die dargestellten Wärmestromrichtungen (1a und 1b) einstellen. An die untere Seite des Peltierelements ist der Kühlkörper (6) angebracht, über welchen die Wärme aufgenommen bzw. abgeführt wird. Dieser kann wie in der Abbildung gezeigt auch von einem fluidischen Medium durchströmt werden. Für diesen Zweck weist der Kühlkörper mindestens einen Fluideinlass (7) und mindestens einen Fluidauslass (8) auf. Zudem ist an den Oberflächenbezug eine oder mehrere Lichtquellen bzw. -leisten (4a und 4b) angebracht, welche in Abhängigkeit der Temperatur die Farbe ändert. Der Druck in dem Fluidkissen (3) und die Anpressung an die thermische Konditioniereinheit (5) - zur Minimierung des Wärmetransportwiderstands zwischen thermischer Konditioniereinheit (5) und Fluidkissen (3) sowie thermischer Konditioniereinheit (5) und Kühlkörper (6) - wird über die Bespannung des Oberflächenbezugs (2) realisiert, welche an einen anliegenden Festkörper (9) montiert wird.The in the 1 shown exemplary tempering device has a fluid pad ( 3 ), which depends on a surface reference ( 2 ) is covered. About the thermal conditioning unit - here a Peltier element ( 5 ) with a heat sink ( 6 ) - the fluid cushion is cooled or heated, so that correspondingly the heat flow directions ( 1a and 1b ) to adjust. To the lower side of the Peltier element is the heat sink ( 6 ), via which the heat is absorbed or removed. This can also be flowed through by a fluidic medium as shown in the figure. For this purpose, the heat sink has at least one fluid inlet ( 7 ) and at least one fluid outlet ( 8th ) on. In addition to the surface reference one or more light sources or strips ( 4a and 4b ), which changes the color depending on the temperature. The pressure in the fluid cushion ( 3 ) and the contact pressure to the thermal conditioning unit ( 5 ) - to minimize the heat transfer resistance between thermal conditioning unit ( 5 ) and fluid cushions ( 3 ) as well as thermal conditioning unit ( 5 ) and heat sink ( 6 ) - is about the covering of the surface reference ( 2 ), which are attached to an adjacent solid ( 9 ) is mounted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1a1a
Wärmestromrichtung (Fluidkissen wird gekühlt)Heat flow direction (fluid cushion is cooled)
1b1b
Wärmestromrichtung (Fluidkissen wird geheizt)Heat flow direction (fluid cushion is heated)
22
Oberflächenbezugsurface covering
33
Fluidkissenfluid cushion
4a4a
Lichtquelle oder -leiste, welches in Abhängigkeit der Temperatur die Farbe ändertLight source or bar, which changes the color depending on the temperature
4b4b
Lichtquelle oder -leiste, welches in Abhängigkeit der Temperatur die Farbe ändertLight source or bar, which changes the color depending on the temperature
55
PeltierelementPeltier element
66
Kühlkörperheatsink
77
Fluideinlassfluid inlet
88th
Fluidauslassfluid outlet
99
Festkörpersolid

Claims (9)

Temperiervorrichtung mit einem Fluidkissen und einer thermischer Konditioniereinheit, wobei das Fluidkissen mit einer Flüssigkeit oder einem Gel gefüllt ist, das Fluidkissen einseitig an die thermische Konditioniereinheit angebunden ist und eine Spannkraft vorgesehen ist, welche den notwendigen Druck zur Minimierung der thermischen Kontaktwiderstände zwischen der thermischen Konditioniereinheit und dem Fluidkissens sowie zwischen dem Fluidkissen und dem zu temperierenden Objekt, einer Oberfläche oder ein oder mehrere Festkörper, einstellt.Temperature control device comprising a fluid cushion and a thermal conditioning unit, wherein the fluid cushion is filled with a liquid or a gel, the fluid cushion is unilaterally connected to the thermal conditioning unit and a clamping force is provided which the necessary pressure to minimize the thermal contact resistance between the thermal conditioning unit and the fluid pad and between the fluid pad and the object to be tempered, a surface or one or more solids, adjusts. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu temperierende Objekt eine Oberfläche ist und die Oberfläche die Spannkraft aufnimmt.Tempering after Claim 1 , characterized in that the object to be tempered is a surface and the surface receives the clamping force. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft über das Eigengewicht des Festkörpers oder einer Verspannung des Festkörpers auf das Fluidkissen aufgebracht wird.Temperature control device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping force on the weight of the solid or a strain of the solid body is applied to the fluid cushion. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft über das Eigengewicht des Fluidkissens aufgebracht wird.Temperature control device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping force is applied via the weight of the fluid cushion. Temperiervorrichtung nach nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Konditioniereinheit mindestens ein Peltierelement und mindestens einen Kühlkörper aufweist, wobei der Kühlkörper thermisch im Austausch mit der Umgebung steht oder von einem thermisch konditionierten Fluid durchströmt wird. Temperature control device according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal conditioning unit has at least one Peltier element and at least one heat sink, wherein the heat sink is thermally in exchange with the environment or is flowed through by a thermally conditioned fluid. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Geometrie des Kissens, der Elastizität des Kissenmaterials und durch den Fülldruck des Fluids die Weichheit bzw. Verformbarkeit der Oberfläche eingestellt wird.Temperature control device according to one of the preceding claims, characterized in that the softness or deformability of the surface is adjusted by the geometry of the pad, the elasticity of the pad material and by the filling pressure of the fluid. Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle an das Oberflächenmaterial angebracht ist, welche abhängig von der Temperatur des Kissens die Farbe ändert.Temperature control device according to one of the preceding claims, characterized in that a light source is attached to the surface material, which changes depending on the temperature of the cushion, the color. Innenverkleidung für ein Kraftfahrzeug mit einer Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche aufweisend ein Bezug und eine Trägerplatte, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezug oberhalb des Fluidkissens angeordnet ist und die Spannwirkung zwischen Fluidkissen und thermischer Konditioniereinheit durch die Verbindung zwischen Trägerplatte und Bezug realisiert ist.Interior trim for a motor vehicle with a tempering device according to one of the preceding claims comprising a cover and a support plate, characterized in that the reference is disposed above the fluid cushion and the clamping effect between the fluid cushion and thermal conditioning unit is realized by the connection between the support plate and cover. Batteriekühlvorrichtung mit einer Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche aufweisend Batteriezellen und ein Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Batteriezellen und Gehäuse die Temperiervorrichtung angeordnet ist und die Spannkraft über eine Verspannung zwischen Batteriezellen und Gehäuse realisiert ist.Battery cooling device with a temperature control device according to one of the preceding claims comprising battery cells and a housing, characterized in that between battery cells and housing, the temperature control device is arranged and the clamping force is realized via a tension between battery cells and housing.
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