DE102018128685A1

DE102018128685A1 - Kühlsystem für einen Fahrzeugmotorantrieb

Info

Publication number: DE102018128685A1
Application number: DE102018128685.6A
Authority: DE
Inventors: Feng Zhou; Ercan Mehmet DEDE
Original assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc; Toyota Engineering and Manufacturing North America Inc
Current assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US10700571B2; US20190181717A1; US11183901B2; US20220077743A1; US20200280239A1

Abstract

Modulare Kühlanordnungen sind zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl einem Leistungsmodul als auch einem Fahrzeugmotor vorgesehen. Jede Kühlanordnung kann eine erste Kühlstruktur beinhalten, die zumindest eine Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor definiert. Es kann eine zweite Kühlstruktur bereitgestellt sein, die zumindest eine Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit einem Leistungsmodul definiert. Es kann eine Zwischenschichtstruktur bereitgestellt sein, die so konfiguriert ist, dass sie die erste Kühlstruktur mit der zweiten Kühlstruktur koppelt. Die erste Kühlstruktur, die zweite Kühlstruktur und die Zwischenschichtstruktur sind in einer gestapelten Anordnung positioniert und so konfiguriert, dass sie eine Strömung eines Kühlmittelfluids von einem Fluideinlass, der in der ersten Kühlstruktur definiert ist, durch die Zwischenschichtstruktur und zu zumindest einem Wärmesenkenmerkmal der zweiten Kühlstruktur ermöglichen. Das Kühlmittelfluid wird dann durch einen Fluidauslass geleitet, der in der zweiten Kühlstruktur definiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Kühlsysteme und insbesondere ein Leistungselektronik-Kühlsystem für die gleichzeitige Kühlung sowohl eines Fahrzeugmotors als auch eines Leistungsmoduls.
Hintergrund
Die hierin aufgeführte Beschreibung des Hintergrunds dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Offenbarungskontexts. Soweit in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben, gelten sowohl die Arbeit der genannten Erfinder als auch Aspekte der Erfindung, die am Anmeldetag im Übrigen nicht als Stand der Technik bezeichnet werden dürfen, weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Technologie.
Für viele Komponenten von Elektro- und Hybridfahrzeugen, wie z. B. Leistungselektronikvorrichtungen und den Fahrzeugmotor, kann während eines Betriebs eine Kühlung erforderlich sein. Bislang sind Wärmehandhabungsvorrichtungen verwendet worden, die mit einer Wärmeerzeugungsvorrichtung, wie z. B. einer Leistungselektronikvorrichtung, zum Abführen von Wärme abzuführen und zum Senken der Betriebstemperatur der Leistungselektronikvorrichtung gekoppelt sind. Ein Kühlfluid kann z. B. in die Wärmehandhabungsvorrichtung eingeführt werden, wo es von der Wärmehandhabungsvorrichtung Wärme überwiegend durch konvektive und/oder konduktive Wärmeübertragung aufnimmt. Das Kühlfluid wird dann von der Wärmehandhabungsvorrichtung abgeführt, wodurch Wärme von der Leistungselektronikvorrichtung abgeführt wird. Da jedoch die thermischen Anforderungen einer Leistungselektronikvorrichtung und eines Fahrzeugmotors aufgrund von Wärmeflussdifferenzen variieren können, gestaltet sich ein kombiniertes Kühlsystem, das sowohl Leistungselektronikvorrichtungen sowie einem Fahrzeugmotor in effizienter Weise Rechnung trägt, als komplex.
Es sind daher verschiedene Kühlverfahren vorgeschlagen und versucht worden. Jedoch waren bestimmte Versuche in Bezug auf entweder die Effektivität bei der Abführung der Wärme und/oder den aufwendigen und kostspieligen Entwurf des Kühlsystems mehr oder minder begrenzt erfolgreich. Dementsprechend besteht weiterhin Bedarf an einer verbesserten Möglichkeit zum Kühlen von Komponenten von Elektrofahrzeugen.
Dieser Abschnitt sieht eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung vor, ist jedoch keine umfassende Offenbarung von deren vollständigem Schutzbereich oder all ihrer Merkmale.
Die vorliegenden Lehren sehen in verschiedenen Aspekten ein Kühlsystem zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl einem Leistungsmodul als auch einem Fahrzeugmotor vor. Das Kühlsystem beinhaltet ein Fahrzeugmotorgehäuse und eine Mehrzahl von Verteilern in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotorgehäuse. Jeder Verteiler definiert einen Kühlfluideinlass, einen Kühlfluidauslass und eine Verteilungsausnehmung, die eine Fluidkommunikation zwischen dem Kühlfluideinlass und dem Kühlfluidauslass ermöglicht. Die Verteilungsausnehmung kann durch eine Wand mit einer äußeren Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor definiert sein. Ein Verteiler-Fluideinsatzstück kann innerhalb der Verteilungsausnehmung angeordnet sein, die eine Mehrzahl von Einlassverzeigungskanälen und Auslassverzweigungskanälen definiert. Ein Leistungsmodul kann mit dem Verteiler, und mit einem ersten Wärmesenkenmerkmal, das zwischen dem Leistungsmodul und dem Verteiler-Fluideinsatzstück angeordnet ist, gekoppelt sein. Von jedem Kühlfluideinlass ist eine Strömung eines Kühlmittelfluids durch die Einlassverzweigungskanäle des Verteiler-Fluideinsatzstückes für ein Aufprallen auf das erste Wärmesenkenmerkmal vorgesehen. Das Kühlmittelfluid wird dann durch die Auslassverzweigungskanäle des Verteiler-Fluideinsatzstückes und zu dem Kühlfluidauslass des jeweiligen Verteilers zurückgeführt.
In anderen Aspekten sehen die Lehren der vorliegenden Anmeldung ein Kühlsystem vor, das eine Mehrzahl von geschichteten Anordnungen zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl einem Leistungsmodul als auch einem Fahrzeugmotor beinhaltet. Jede geschichtete Anordnung kann eine erste Schicht beinhalten, die obere und untere einander gegenüberliegende Hauptoberflächen definiert. Die obere Hauptoberfläche der ersten Schicht beinhaltet ein Wärmesenkenmerkmal in thermischer Kommunikation mit entweder dem Leistungsmodul oder dem Fahrzeugmotor. Eine zweite Schicht ist ausgebildet, die obere und untere einander gegenüberliegende Hauptoberflächen definiert. Die obere Hauptoberfläche der zweiten Schicht ist benachbart zu der unteren Hauptoberfläche der ersten Schicht angeordnet. Eine dritte Schicht ist ausgebildet, die obere und untere einander gegenüberliegende Hauptoberflächen definiert. Die obere Hauptoberfläche der dritten Schicht ist benachbart zu der unteren Hauptoberfläche der zweiten Schicht angeordnet, und die untere Hauptoberfläche der dritten Schicht ist in thermischer Kommunikation mit dem jeweils anderen von dem Leistungsmodul und dem Fahrzeugmotor. Die erste Schicht, die zweite Schicht und die dritte Schicht sind in einer gestapelten Anordnung positioniert und so konfiguriert, dass sie eine Strömung eines Kühlmittelfluids von einem Fluideinlass, der in der dritten Schicht definiert ist, durch einen inneren Bereich der zweiten Schicht und zu dem Wärmesenkenmerkmal ermöglichen, das in der ersten Schicht angeordnet ist. Das Kühlmittelfluid wird dann durch einen äußeren Bereich der zweiten Schicht und zu einem Fluidauslass zurückgeleitet, der in der dritten Schicht definiert ist.
In noch weiteren Aspekten sehen die vorliegenden Lehren ein modulares Kühlsystem zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl einem Leistungsmodul als auch einem Fahrzeugmotor vor. Das modulare Kühlsystem kann eine Mehrzahl von Kühlanordnungen beinhalten. Jede Kühlanordnung kann eine erste Kühlstruktur beinhalten, die zumindest eine Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor definiert. Es kann eine zweite Kühlstruktur bereitgestellt sein, die zumindest eine Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit einem Leistungsmodul definiert. Es kann eine Zwischenschichtstruktur bereitgestellt sein, die konfiguriert ist, um die erste Kühlstruktur mit der zweiten Kühlstruktur zu koppeln. Die erste Kühlstruktur, die zweite Kühlstruktur und die Zwischenschichtstruktur können in einer gestapelten Anordnung positioniert und konfiguriert sein, um eine Strömung eines Kühlmittelfluids von einem Fluideinlass, der in der ersten Kühlstruktur definiert ist, durch die Zwischenschichtstruktur und zu zumindest einem Wärmesenkenmerkmal der zweiten Kühlstruktur zu ermöglichen. Das Kühlmittelfluid wird dann durch einen Fluidauslass geleitet, der in der zweiten Kühlstruktur definiert ist.
Weitere Anwendungsbereiche und verschiedene Verfahren zum Verbessern der vorstehenden Technologie werden anhand der hierin vorgesehenen Beschreibung offenbar. In dieser Zusammenfassung dienen die Beschreibung sowie spezifische Beispiele ausschließlich der Veranschaulichung und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die vorliegenden Lehren werden anhand der ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser verständlich.

1A ist eine isometrische Ansicht von einem beispielhaften Fahrzeugmotor und einem Fahrzeugmotorgehäuse mit einem Kühlsystem mit einer Mehrzahl von Anordnungen zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl Leistungsmodulen als auch einem Fahrzeugmotor.
1B ist eine isometrische Ansicht des Fahrzeugmotorgehäuses und des Kühlsystems von 1A;
1C ist eine isometrische Explosionsansicht des Fahrzeugmotorgehäuses und des Kühlsystems von 1B, die eine Mehrzahl von Verteilern und Leitungen darstellt, die als ein Teil des Fahrzeugmotorgehäuses integral ausgebildet sind;
2 ist eine seitliche Draufsicht auf das Fahrzeugmotorgehäuse von 1B mit der Mehrzahl von integralen Verteilern und Leitungen;
3 ist eine isometrische Teilschnittansicht des Fahrzeugmotorgehäuses von 2, die entlang der Linie 3-3 erstellt worden ist;
4 ist eine seitliche Draufsicht auf ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugmotorgehäuses mit einer Mehrzahl von modularen Verteilereinheiten, die benachbart zu dem Fahrzeugmotorgehäuse angeordnet sind;
5A ist eine isometrische Ansicht von einer beispielhaften Anordnung mit einer modularen Verteilereinheit gemäß einem ersten Aspekt;
5B stellt die Anordnung mit der modularen Verteilereinheit von 5A mit einer Mehrzahl von mit derselben thermisch gekoppelten Leistungsmodulen dar;
5C ist eine isometrische Explosionsansicht von der Anordnung mit der modularen Verteilereinheit von 5B;
6A ist eine Draufsicht von oben auf die beispielhafte Anordnung mit der modularen Verteilereinheit von 5A-5C, die eine Mehrzahl von Verteiler-Fluideinsatzstücken darstellen, die in einer jeweiligen Mehrzahl von Verteilungsausnehmungen angeordnet sind;
6B ist eine isometrische Teilschnittansicht der modularen Verteilereinheit von 6A, die weitere Einzelheiten von einer Kühlfluid-Einlassleitung darstellt;
7A ist eine perspektivische Seitenansicht von einer beispielhaften Wärmesenkenplatte mit einer Mehrzahl von ausgerichteten Lamellen als ein Wärmesenkenmerkmal;
7B ist eine seitliche Draufsicht auf die beispielhafte Wärmesenkenplatte und das Wärmesenkenmerkmal von 7A;
8A ist eine isometrische Ansicht eines beispielhaften Verteiler-Fluideinsatzstückes mit Einlass- und Auslassverzweigungskanälen, die benachbart zu einem Wärmesenkenmerkmal und einer Wärmesenkenplatte gemäß einem ersten Aspekt angeordnet sind;
8B ist eine isometrische Ansicht eines beispielhaften Verteiler-Fluideinsatzstückes mit konisch zulaufenden Einlassverzweigungskanalwänden, die benachbart zu einem Wärmesenkenmerkmal und einer Wärmesenkenplatte gemäß einem zweiten Aspekt angeordnet sind;
9A ist eine Draufsicht von unten auf das Verteiler-Fluideinsatzstück gemäß einem Aspekt;
9B ist eine isometrische Ansicht, die die Unterseite des Verteiler-Fluideinsatzstücks von 9A zeigt;
9C ist eine perspektivische Seitenansicht, die die Auslassverzweigungskanäle des Verteiler-Fluideinsatzstückes von 9A zeigt;
9D ist eine Draufsicht von oben auf ein beispielhaftes Verteiler-Fluideinsatzstück von 9A;
9E ist eine isometrische Ansicht, die die Oberseite des Verteiler-Fluideinsatzstückes von 9A zeigt;
10 ist eine teilweise auseinandergenommene, isometrische Ansicht einer beispielhaften Anordnung mit einer modularen Verteilereinheit gemäß einem zweiten Aspekt;
11 ist eine seitliche Draufsicht auf die Explosionsansicht der Anordnung mit der modularen Verteilereinheit von 10;
12 ist eine seitliche Draufsicht auf ein beispielhaftes Leistungsmodul mit einem integrierten Wärmesenkenmerkmal;
13 ist eine seitliche Draufsicht auf ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugmotorgehäuse mit einem modularen Kühlsystem mit einer Mehrzahl von geschichteten Anordnungen, die benachbart zu dem Fahrzeugmotorgehäuse angeordnet sind;
14 ist eine isometrische Ansicht einer beispielhaften geschichteten Kühlanordnung, die in 13 gezeigt ist;
15 ist eine isometrische Explosionsansicht der geschichteten Kühlanordnung von 14;
16 ist eine Draufsicht von oben auf eine erste Schicht der geschichteten Kühlanordnung von 14;
17 ist eine Draufsicht von oben auf eine zweite Schicht der geschichteten Kühlanordnung von 14;
18 ist eine Draufsicht von oben auf eine dritte Schicht der geschichteten Kühlanordnung von 14;
19 ist eine seitliche Draufsicht auf ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugmotorgehäuse mit einem modularen Kühlsystem mit einer Mehrzahl von Kühlanordnungen, die benachbart zu dem Fahrzeugmotorgehäuse angeordnet sind; und
20 ist eine isometrische Explosionsansicht einer beispielhaften Kühlanordnung von 19;

Es wird darauf hingewiesen, dass die hierin aufgeführten Figuren zum Zweck der Beschreibung von bestimmten Aspekten als Beispiel für die allgemeinen Charakteristiken der Verfahren und Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Technologie dienen sollen. Diese Figuren geben die Charakteristiken eines beliebigen Aspekts möglicherweise nicht genau wieder und sind nicht notwendigerweise als Definition oder Einschränkung spezifischer Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs dieser Technologie aufzufassen. Weiterhin können bestimmte Aspekte Merkmale aus einer Kombination von Merkmalen beinhalten.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Technologie sieht Systeme und Verfahren für eine Leistungselektronikkühlung vor, die für eine gleichzeitige Kühlung von sowohl einem Leistungsmodul als auch einem Fahrzeugmotor (z. B. dem Stator des Fahrzeugmotors) konfiguriert sind. Diese Technologie kann in ihren verschiedenen Aspekten auf einen Fahrzeugmotor für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug bezogen sein. Diese vorteilhafte kombinierte Kühlung von zwei oder mehr Wärmeerzeugungsvorrichtungen kann durch Bereitstellen von Kühlanordnungen realisiert werden, die benachbart zu einem Fahrzeugmotorgehäuse in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor auf einer Seite und in thermischer Kommunikation mit einem Leistungsmodul auf einer gegenüberliegenden Seite angeordnet sind. Die Kühlanordnungen können eine Strömung eines Kühlmittelfluids so leiten, dass Wärme von den zwei oder mehr Wärmeerzeugungsvorrichtungen zeitgleich abgeführt wird. In bestimmten Aspekten können die Kühlanordnungen mit dem Fahrzeugmotor an sich, und in einem Beispiel mit dem Fahrzeugmotorgehäuse benachbart zu dem Stator integriert sein. In anderen Aspekten stellt die Technologie eine Mehrzahl von modularen Kühlanordnungen bereit, die mit dem Fahrzeugmotor und insbesondere mit dem Fahrzeugmotorgehäuse gekoppelt sein können.
Der Einfachheit halber werden hierin, mit Ausnahme des Fahrzeugmotors (Stators), Wärmeerzeugungsvorrichtungen, die in der vorliegenden Technologie zweckmäßig sind, allgemein als Leistungsmodule bezeichnet. Leistungsmodule können Inverter und Kondensatoren, elektronische Bauelemente, wie z. B. Halbleiterbauelemente, Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET), Leistungsdioden, Leistungs-Bipolartransistoren, Leistungs-Thyristorbauelemente und dergleichen, beinhalten, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Das Leistungsmodul kann eine Komponente in einer Inverter- und/oder Wandlerschaltung sein, die für einen elektrischen Antrieb von Hochlastvorrichtungen, wie z. B. Elektromotoren in elektrifizierten Fahrzeugen (z. B. Hybridfahrzeugen, Plug-in-Hybridfahrzeugen, Plug-in-Elektrofahrzeugen und dergleichen), verwendet wird.
Für ein allgemeines Verständnis der Umgebung der vorliegenden Technologie sieht 1A eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Anordnung 50 vor, die einen Fahrzeugmotor 52 und ein Fahrzeugmotorgehäuse 54 mit einem Kühlsystem mit einer Mehrzahl von Kühlanordnungen 56 zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl einer Anzahl von Leistungsmodulen 58 als auch des Fahrzeugmotors 52 beinhaltet. Im Allgemeinen kann der Fahrzeugmotor 52 verschiedene Standardkomponenten, wie z. B. eine Welle 60, einen Rotor 62, einen Stator 64 und ein Fahrzeugmotorgehäuse (Statorgehäuse) 54, beinhalten. Es wird darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Details im Inneren des Fahrzeugmotors 52 der Einfachheit halber nicht gezeigt sind. In verschiedenen Aspekten können die Leistungsmodule 58 schließlich mit dem Fahrzeugmotorgehäuse 54 gekoppelt sein, so dass eine Drehbewegung der Welle 60 und des Rotors 62 die Leistungsmodule 58 nicht in Rotation versetzt.
1 B ist eine isometrische Ansicht des Fahrzeugmotorgehäuses 54 und des Kühlsystems von 1A ohne die inneren Komponenten des Fahrzeugmotors 52. 1C ist eine isometrische Explosionsansicht des Fahrzeugmotorgehäuses 54 und des Kühlsystems von 1B, die ferner die Kühlanordnungen 56 darstellt, die eine Mehrzahl von integralen Verteilern 66, Kühlfluideinlässen 68 und Kühlfluidauslässen 70 beinhalten, die als ein Teil des Fahrzeugmotorgehäuses 54 integral ausgebildet sind. 2 ist eine seitliche Draufsicht auf das Fahrzeugmotorgehäuse 54 von 1B mit der Mehrzahl von integralen Verteilern 66 und Kühlfluideinlässen 68 und -auslässen 70. 3 ist eine isometrische Teilschnittansicht des Fahrzeugmotorgehäuses 54 von 2, die entlang der Linie 3-3 erstellt worden ist. In bestimmten Aspekten, wie speziell in 3 gezeigt ist, kann es für die Kühlfluideinlässe 68 wünschenswert sein, wenn sie auf einer ersten Seite 72 des Fahrzeugmotorgehäuses 54 angeordnet sind, und für die Kühlfluidauslässe 70, wenn sie auf einer zweiten Seite 74 des Fahrzeugmotorgehäuses 54 gegenüberliegend zu der ersten Seite 72 angeordnet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass in anderen Aspekten die Anordnung gegenteilig sein kann, und dass in noch weiteren Aspekten die Kühlfluideinlässe 68 und -auslässe 70 auf derselben Seite des Fahrzeugmotorgehäuses 54 angeordnet sein können. Obgleich das Fahrzeugmotorgehäuse 54 gezeigt ist mit einem äußeren Umfang 76, der im Allgemeinen als ein Achteck mit acht Seiten mit Kühlanordnungen 56 geformt ist, und mit einem im Wesentlichen kreisförmigen inneren Umfang 78, der mit dem Stator 64 in thermischem Kontakt wäre, sind auch andere Formen machbar oder zu bevorzugen.
Das Kühlmittelfluid kann eine beliebige zweckmäßige Flüssigkeit sein, wie z. B. deionisiertes Wasser oder Kühlerwasser, und kann in einem passenden Kühlfluidreservoir (nicht gezeigt) gespeichert sein. Andere nicht einschränkende beispielhafte Kühlmittelfluids beinhalten Wasser, organische Lösungsmittel, anorganische Lösungsmittel und Gemische derselben. Beispiele für solche Lösungsmittel können kommerzielle Kältemittel, wie z. B. R-134a, R717 und R744 umfassen. Die Auswahl der Zusammensetzung des Kühlmittelfluids, das in Verbindung mit verschiedenen Leistungsmodulen und Fahrzeugmotortypen verwendet wird, kann, neben anderen Eigenschaften, basierend auf dem Siedepunkt, der Dichte und der Viskosität des Kühlmittelfluids erfolgen. In verschiedenen Beispielen kann das Kühlmittelfluid in einem Strahl in einem mehr oder weniger lokalisierten Bereich bei hoher Geschwindigkeit derart gelenkt werden, dass das Kühlmittelfluid auf eine Oberfläche des Wärmesenkenmerkmals und/oder der Wärmesenkenplatte aufprallt, die mit zumindest einer Wärmeerzeugungsvorrichtung thermisch gekoppelt ist.
4 ist eine seitliche Draufsicht auf ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugmotorgehäuse 54 mit einer Mehrzahl von modularen Verteilereinheiten 80, die so konfiguriert sind, dass sie als Kühlanordnungen dienen, die benachbart zu der Außenseite 76 des Fahrzeugmotorgehäuses 54 angeordnet sind. 5A ist eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Anordnung mit einer modularen Verteilereinheit 80 gemäß einem ersten Aspekt, die eine parallel ausgerichtete Gruppierung 82 von drei modularen Strahlaufprallbereichen 84, 86, 88 beinhaltet. Die Verteilereinheit 80 weist eine Einlassseite 90 mit einer Einlassleitung 92 auf, die eine Fluidkommunikation in der Richtung des Fluidwegpfeils 93 zwischen dem Kühlmittelfluideinlass 68 und jedem von den drei modularen Strahlaufprallbereichen 84, 86, 88 über jeweilige Einlassverbindungsrohre 94 bereitstellt. Die Verteilereinheit 80 weist zudem eine Auslassseite 96 mit einer Auslassleitung 98 auf, die eine Fluidkommunikation zwischen den drei modularen Strahlaufprallbereichen 84, 86, 88 über jeweilige Auslassverbindungsrohre 100 (wie in 6A am besten gezeigt ist) zu dem Kühlfluidauslass 70 in der Richtung des Fluidwegpfeils 97 bereitstellt. Die Verteilereinheit definiert eine erste Hauptoberfläche 102 und eine zweite, gegenüberliegende Hauptoberfläche 104. Eine Mehrzahl von Wärmeübertragungs- oder Wärmesenkenplatten 106 kann im Wesentlichen bündig mit der ersten Hauptoberfläche 102 abschließen. Jede Hauptoberfläche 102, 104 kann in der thermischen Kopplungskommunikation mit einer Wärmeerzeugungsvorrichtung, wie z. B. einem Leistungsmodul 58 oder dem Fahrzeugmotor 52, ausgerichtet sein.
5B stellt die Anordnung mit der modularen Verteilereinheit 80 von 5A mit einer Mehrzahl von mit derselben thermisch gekoppelten Leistungsmodulen 58 dar, und 5C ist eine isometrische Explosionsansicht der Anordnung mit der modularen Verteilereinheit 80 von 5B. Wie in 5C gezeigt ist, definiert jeder Aufprallbereich 84, 86, 88 eine Verteilungsausnehmung 108, die zumindest teilweise durch eine untere Wand 110 und eine aufrechte Umfangswand 112 definiert ist. In verschiedenen Aspekten definiert die gegenüberliegende Hauptseite der unteren Wand 110 zudem die äußere Hauptoberfläche 104, die mit einer Wärmeerzeugungsvorrichtung in einer thermischen Kopplungskommunikation sein kann. Ein Verteiler-Fluideinsatzstück 114 ist innerhalb jeder Verteilungsausnehmung angeordnet. Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, kann jedes Verteiler-Fluideinsatzstück 114 eine Mehrzahl von Einlassverzweigungskanälen 116 und Auslassverzweigungskanälen 118 definieren.
6A ist eine Draufsicht von oben auf die beispielhafte modulare Verteilereinheit 80 von 5A-5C, die die Mehrzahl von Verteilerfluid-Einsatzstücken 114 darstellt, die in einer jeweiligen Mehrzahl von Verteilungsausnehmungen 108 angeordnet sind, so dass der Kühlmittelfluid-Strömungspfad, der durch die verschiedenen Richtungspfeile angezeigt ist, besser zu erkennen ist. 6B ist eine isometrische Teilschnittansicht der modularen Verteilereinheit 80 von 6A, die weitere Einzelheiten von einer Kühlfluid-Einlassleitung 92 und von Einlassverbindungsrohren 94 darstellt.
7A ist eine perspektivische Seitenansicht einer beispielhaften Wärmesenkenplatte 106, die gegenüber der in den 5A-5C gezeigten um 180 Grad gedreht ist und ein Wärmesenkenmerkmal darstellt, das Mehrzahl von ausgerichteten Lamellen 107 beinhaltet. 7B ist eine seitliche Draufsicht auf die beispielhafte Wärmesenkenplatte 106 und eine Mehrzahl von ausgerichteten Lamellen 107, wie in 7A gezeigt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene unterschiedliche Wärmesenkenmerkmale mit der vorliegenden Technologie verwendet werden können, wie z. B. eine Mehrzahl von Pins, Mikrokanal-Arrays oder dergleichen, die in geeigneter Art und Weise oder Ausrichtung angeordnet sind, so dass die Wärme unter Verwendung eines Strahlaufprallvorgangs mit dem Kühlfluid abgeleitet werden kann.
8A-8B stellen isometrische Ansichten von beispielhaften Verteiler-Fluideinsatzstücken 114 mit einem oder mehreren Einlassverzweigungskanälen 116 und einem oder mehreren Auslassverzweigungskanälen 118 dar, wobei die Verteiler-Fluideinsatzstücke 114 benachbart zu einem Wärmesenkenmerkmal 120 und einer Wärmesenkenplatte 106 gemäß einem ersten und einem zweiten Aspekt angeordnet sind.
Wie speziell gezeigt ist, definiert jedes Verteiler-Fluideinsatzstück 114 drei Einlassverzweigungskanäle 116 und zwei Auslassverzweigungskanäle 118, wobei der Kühlmittelweg durch die Richtungspfeile bezeichnet ist. Die Einlassverzweigungskanäle 114 sind mit dem einen oder mit mehreren abgewinkelten Verbindungsrohren 94 fluidisch gekoppelt, wenn das individuelle Verteiler-Fluideinsatzstück 114 innerhalb der Verteilungsausnehmung 108 des jeweiligen individuellen Aufprallbereichs 84, 86, 88 positioniert ist, wodurch ein Bereich des Einlasskühlmittelfluid-Strömungswegs 93 definiert ist. Der eine oder die mehreren Auslassverzweigungskanäle 118 sind mit dem einen oder den mehreren Auslassverbindungsrohren 100 fluidisch gekoppelt, wenn die individuellen Verteiler-Fluideinsatzstücke 114 innerhalb der jeweiligen Verteilungsausnehmungen 108 des individuellen Aufprallbereichs 84, 86, 88 positioniert sind, wodurch ein weiterer Bereich des Auslasskühlmittelfluid-Strömungswegs 97 definiert ist. Der eine oder die mehreren Einlassverzweigungskanäle 114 und der eine oder die mehreren Auslassverzweigungskanäle 116 können alternierend innerhalb des Verteiler-Fluideinsatzstücks 114 so positioniert sein, dass jeder Einlassverzweigungskanal 116 benachbart zu zumindest einem Auslassverzweigungskanal 118 positioniert ist, und ein jeder Auslassverzweigungskanal 118 benachbart zu zumindest einem Einlassverzweigungskanal 116 positioniert ist. Ferner können die Verteiler-Fluideinsatzstücke 114 eine Kanaloberfläche 120 definieren, die nahe der unteren Wand 110 der Verteilungsausnehmung 108 positioniert ist, wenn das Verteiler-Fluideinsatzstück 114 innerhalb der Verteilungsausnehmung 108 und einer Schlitzoberfläche 122 (9A-9B) positioniert ist, die nahe des Wärmesenkenmerkmals der Wärmesenkenplatte 106 positioniert ist, wenn die Wärmesenkenplatte 106 mit der modularen Verteilereinheit 80 gekoppelt ist.
In einigen Aspekten, beispielsweise in dem in 8B gezeigten Aspekt, definieren der eine oder die mehreren Einlassverzweigungskanäle 116 einen oder mehrere konisch zulaufende Bereiche 124. Ein konisch zulaufender Bereich 124 kann z. B. mit dem einen oder den mehreren abgewinkelten Einlassverbindungsrohren 94 ausgerichtet sein und kann so konfiguriert sein, dass der Massenstrom des Kühlmittelfluids geändert wird, das den Fluidströmungsweg durchläuft. Ferner können in anderen Aspekten einer oder mehrere von den Auslassverzweigungskanälen 118 zudem einen oder mehrere konisch zulaufende Bereiche aufweisen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der eine oder die mehreren Einlassverzweigungskanäle 116 und der eine oder die mehreren Auslassverzweigungskanäle 118 viele verschiedene Konfigurationen annehmen können, die viele verschiedene Gefälle, Längen, diskontinuierliche Abschnitte, nichtlineare Abschnitte und dergleichen beinhalten können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Technologie abzuweichen.
9A-9E stellen verschiedene Ansichten eines beispielhaften Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 dar. 9A ist eine Draufsicht von unten auf das Verteiler-Fluideinsatzstück 114, und 9B ist eine isometrische Ansicht, die die Unterseite des Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 zeigt. 9C ist eine perspektivische Seitenansicht, die ferner die Auslassverzweigungskanäle 118 des Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 zeigt. 9D ist eine Draufsicht von oben auf ein Verteiler-Fluideinsatzstück 114, das eine Mehrzahl von Aufprallschlitzen 126 definiert, und 9E ist eine isometrische Ansicht, die die Oberseite des Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 zeigt.
Wie in 9D-9E gezeigt ist, definieren die Verteiler-Fluideinsatzstücke 114 ferner einen oder mehrere Aufprallschlitze 126, die mit dem einen oder den mehreren Einlassverzweigungskanälen 116 fluidisch gekoppelt sind, und können einen Durchsatzabschnitt des Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 derart ausbilden, dass das Kühlmittelfluid durch den Aufprallschlitz 126, z. B. als Strahlen eines Kühlmittelfluids, gelangen kann. Die Aufprallschlitze 126 können einheitliche oder nichteinheitliche Querschnittsbereiche definieren und viele verschiedene Größen und Formen annehmen, um Kühlmittelfluidstrahlen bereitzustellen, die auf die Wärmesenkenplatte 106 aufprallen sollen, und um Wärme von der Wärmesenkenplatte 106 auf das Kühlmittelfluid zu übertragen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Im Betrieb erleichtern die Aufprallschlitze 126 ein Aufprallen des Strahls von den Verteiler-Fluideinsatzstücken 114 auf die Wärmesenkenplatten 106.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 9A bis 9E, definieren die Verteiler-Fluideinsatzstücke 114 ferner einen oder mehrere Sammelschlitze 128, die mit dem einen oder den mehreren Auslassverzweigungskanälen 116 fluidisch gekoppelt sind, und können zusätzliche Durchsatzabschnitte des Verteiler-Fluideinsatzstücks 114 derart ausbilden, dass das Kühlmittelfluid durch die Sammelschlitze 128 gelangen kann. Die Sammelschlitze 128 sind in Fluidkommunikation mit den Aufprallschlitzen 126, so dass das Kühlmittelfluid, das aus dem Verteiler-Fluideinsatzstück 114 durch einen einzelnen Aufprallschlitz 126 austritt, in das Verteiler-Fluideinsatzstück 114 durch einen einzelnen Sammelschlitz 128, beispielsweise einen benachbarten Sammelschlitz 128, erneut eintritt. Die Sammelschlitze 128 können einheitliche oder nichteinheitliche Formen und Querschnittsbereiche definieren, und können viele verschiedene Größen und Formen annehmen, um ein Kühlmittelfluid zu sammeln, nachdem es auf das Wärmesenkenmerkmal der Wärmesenkenplatte 106 aufgeprallt ist, und um Wärme von der Wärmesenkenplatte 106 zu übertragen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5A kann die Verteilereinheit 80 eine oder mehrere Wärmesenkenplatten 106 beinhalten, die mit dem einen oder den mehreren Aufprallbereichen gekoppelt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass eine beliebige Anzahl von Aufprallbereichen 84, 86, 88 und eine beliebige Anzahl von Wärmesenkenplatten 106 in Betracht gezogen werden. In einigen Ausführungsformen können beispielsweise zwei oder mehr Wärmesenkenplatten 106 mit einem individuellen Aufprallbereich 84, 86, 88 gekoppelt sein, und in anderen Ausführungsformen kann eine individuelle Wärmesenkenplatte 106 mit zwei oder mehr Aufprallbereichen 84, 86, 88 gekoppelt sein. Die Wärmesenkenplatten 106 können aus einem thermisch leitfähigen Material gefertigt sein, zum Beispiel und ohne Einschränkung auf Kupfer, Aluminium, Stahl, thermisch verbesserte Kompositmaterialien, polymerische Kompositmaterialien, Graphit oder dergleichen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 7A kann jede individuelle Wärmesenkenplatte 106 eine Aufpralloberfläche 105 mit der Anordnung von Lamellen 107 aufweisen, die sich in Richtung auf die Schlitzoberfläche 122 des Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 erstrecken, das innerhalb der jeweiligen Verteilungsausnehmung 108 lösbar positioniert ist. Die Anordnung von Lamellen 107 kann nahe dem Verteiler-Fluideinsatzstück 114 sein, und in einigen Ausführungsformen kann die Anordnung von Lamellen 107 die Schlitzoberfläche 122 des Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 kontaktieren. Wie in 5C gezeigt ist, kann die Wärmesenkenplatte 106 innerhalb eines Wärmesenkenplatten-Aufnahmeabschnitts 130 der Verteilungsausnehmung 108 positioniert sein. Die Aufpralloberfäche 105, die die Anordnung von Lamellen 107 beinhaltet, erstreckt sich in Richtung auf das Verteiler-Fluideinsatzstück 114 derart, dass die Anordnung von Lamellen 107 nahe der Aufprallschlitze 126 und der Sammelschlitze 128 des Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 positioniert sind, sodass dazwischen eine Aufprallkammer gebildet wird. In einem anderen Aspekt kann ein weiteres Wärmesenkenmerkmal, wie z. B. eine Wärmesenkenplatte 106 mit oder ohne eine Mehrzahl von Lamellen oder Stiften, ein Mikrokanal-Array oder dergleichen, ebenso innerhalb der Verteilungsausnehmung 108 derart positioniert sein, dass die Wärmesenkenplatte 106 benachbart ist zu der unteren Wand 110, und letztlich in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor 52 ist. In dieser Hinsicht wäre das Verteiler-Fluideinsatzstück 114 zwischen zwei Wärmesenkenplatten 106 und beliebigen anderen Wärmesenkenmerkmalen dazwischen sandwichartig angeordnet. In noch einem weiteren Aspekt kann die untere Wand 110, die die Verteilungsausnehmung 108 definiert, mit einer inneren Hauptoberfläche 132 entgegengesetzt zu der äußeren Hauptoberfläche 104 vorgesehen sein, die mit einem Wärmesenkenmerkmal integriert oder gekoppelt ist. In noch weiteren Aspekten kann die untere Wand 110 an sich ein Wärmesenkenmerkmal oder eine Wärmesenken-/Übertragungsplatte sein.
Im Betrieb nimmt die Anordnung von Lamellen 107 ein Kühlmittelfluid von den Aufprallschlitzen 126 auf, und die Anordnung von Lamellen 107 leitet das Kühlmittelfluid in Richtung auf die Sammelschlitze 128. In einigen Ausführungsformen kann z. B. die Aufpralloberfläche 105 ferner eine oder mehrere Rillen beinhalten, die eine Kühlmittelfluidströmung durch die Aufprallkammer leiten können. Die eine oder die mehreren Rillen können innerhalb der Anordnung von Lamellen 107 positioniert sein. Die eine oder die mehreren Rillen können z. B. im Wesentlichen parallel und nahe der Aufprallschlitze 126 und der Sammelschlitze 128 des Verteiler-Fluideinsatzstückes 114 verlaufen und das Kühlmittelfluid zwischen Aufprallschlitzen 126 und Sammelschlitzen 128 leiten. Die Wärmesenkenplatte 106 kann mit dem Wärmesenkenplatten-Aufnahmeabschnitt 130 über eine beliebige passende Verbindung gekoppelt sein, wodurch eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem jeweiligen Aufprallbereich 84, 86, 88 und der Wärmesenkenplatte 106 erzeugt wird, wodurch die jeweilige Aufprallkammer dazwischen ausgebildet wird. Beispielhafte Verbindungen beinhalten Dichtungen zwischen unbewegten Teilen und mechanische Befestigungselemente, O-Ringe, Weichlöten, Hartlöten, Ultraschallschweißen und dergleichen, sind aber nicht auf dieselben beschränkt. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, können die eine oder die mehreren Anordnungen von Lamellen 107 den Positionen von der einen oder den mehreren Wärmeerzeugungsvorrichtungen entsprechen, wie z. B. den Leistungsmodulen, die nahe der Wärmesenkenplatte 107 positioniert sind.
Jegliche Dichtungen, die verwendet werden, können aus einer Vielzahl von Materialien gefertigt sein, die eine fluiddichte Abdichtung zwischen im Allgemeinen nicht kompatiblen Körpern bereitstellen. Beispiele für solche Materialien beinhalten natürliche oder synthetische Elastomere, kompatible Polymere, wie z. B. Silikon, und dergleichen, sind aber nicht auf dieselben beschränkt. Die eine oder die mehreren Dichtungen zwischen unbewegten Teilen können auch aus einer Anordnung gefertigt sein, die kompatible Materialien und nicht kompatible Materialien beinhaltet, so dass die eine oder die mehreren Dichtungen zwischen unbewegten Teilen gewünschte Dichtungseigenschaften bereitstellen, während sie ihre geometrische Konfiguration beibehalten. In anderen Ausführungsformen werden keine Dichtungen zwischen unbewegten Teilen verwendet, wie z. B. Ausführungsformen, wo ein Weich- und Hartlöten zum Koppeln der Wärmesenkenplatten 106 angewendet wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 7A erhöhen die eine oder die mehreren Anordnungen von Lamellen 107 den lokalen Oberflächenbereich der Wärmesenkenplatte 106, so dass ein Kühlmittelfluid, das an die Wärmesenkenplatte 106 geliefert wird, Wärme von der Wärmesenkenplatte 106 effizient mitführen kann. Durch Vergrößern des Oberflächenbereichs der Wärmesenkenplatte 106, kann die Wärmeübertragungsrate von der Wärmesenkenplatte 106 auf das Kühlmittelfluid verbessert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Wärmesenkenplatte 106, die die eine oder die mehreren Anordnungen von Lamellen 107 beinhaltet, viele verschiedene Konfigurationen aufweisen, einschließlich solcher, die aus einheitlichen, isotropen Materialien, anisotropen Materialien, Verbundmaterialien oder dergleichen gefertigt sind. In einigen Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Anordnungen von Lamellen 107 der Wärmesenkenplatte 106 eine Beschichtung, z. B. eine poröse Beschichtung, beinhalten, die den Oberflächenbereich von der einen oder den mehreren Anordnungen von Lamelle 107 vergrößert, wodurch die Wärmeübertragung weg von der Wärmesenkenplatte 106 verbessert wird. In einigen Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Anordnungen von Lamellen 107 aus einem porösen Material konstruiert sein. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass in einigen Ausführungsformen die Wärmesenkenplatten 106 nicht mit der einen oder den mehreren Anordnungen von Lamellen 107 versehen sein können.
10 ist eine teilweise auseinandergenommene, isometrische Ansicht einer beispielhaften Anordnung mit einer modularen Verteilereinheit 80 gemäß einem weiteren Aspekt, wo zumindest ein Wärmesenkenmerkmal mit einem oder mehreren Leistungsmodulen 58 direkt integriert oder direkt gekoppelt ist, ohne dass eine separate Wärmesenkenplatte 106 verwendet wird, die zwischen dem Leistungsmodul 58 und dem Verteiler-Fluideinsatzstück 114 angeordnet ist, wie andererseits in 5B - 5C gezeigt ist. 11 ist eine seitliche Draufsicht auf die Explosionsansicht der modularen Verteilereinheit 80 von 10, und 12 ist eine seitliche Draufsicht auf ein beispielhaftes Leistungsmodul 58 mit einem integrierten Wärmesenkenmerkmal. Wie gezeigt ist, kann das Leistungsmodul 58 mit einem integrierten Wärmesenkenmerkmal 134 versehen sein, z. B. einer Anordnung von Lamellen oder Stiften, die direkt oder indirekt mit dem Leistungsmodul 58 gekoppelt und in thermischer Kommunikation sind. Wie gezeigt ist, kann das integrierte Wärmesenkenmerkmal 134 die gleiche Größe und Form aufweisen wie der Satz von Lamellen 107, die mit der Wärmesenkenplatte 106 bereitgestellt ist, wie in 7A-7B gezeigt ist, und so konfiguriert sein, dass es mit dem Verteiler-Fluideinsatzstück 114 zusammenarbeitet.
13 ist eine seitliche Draufsicht auf ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugmotorgehäuse 54 mit einem modularen Kühlsystem mit einer Mehrzahl von geschichteten Kühlanordnungen 150, die benachbart zu dem Fahrzeugmotorgehäuse 54 zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl einem Leistungsmodul 58 als auch einem Fahrzeugmotor 52 angeordnet sind. 14 ist eine isometrische Ansicht von einer beispielhaften geschichteten Kühlanordnung 150, wie in 13 gezeigt ist, und 15 ist eine isometrische Explosionsansicht der geschichteten Kühlanordnung 150, die die Beziehung zwischen drei Lagen 152, 154 und 156 veranschaulicht. Es wird darauf hingewiesen, dass, obgleich die Anordnungen 150 mit einer im Allgemeinen rechtwinkeligen Form dargestellt sind, andere Formen und Entwürfe genauso innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Technologie liegen. Obgleich im Speziellen drei Schichten gezeigt sind, können alternative Entwürfe auch mehr oder weniger Schichten verwenden, und es ist ebenso vorstellbar, dass die spezielle Integration einer Mehrzahl von Schichten auch unter Verwendung einer 3-D-Drucktechnologie erreicht werden kann, so dass eine einzelne Schicht mit den gleichen Merkmalen, wie z. B. den Kühlmittelwegen, erzeugt wird, die aus der zusammengebauten geschichteten Kombination von drei unterschiedlichen im Wesentlichen planaren Strukturen resultiert. Die Schichten 152, 154, 156 können ähnliche thermisch leitfähige Materialien aufweisen wie jene, die vorstehend in Bezug auf die Wärmesenkenplatte 106 erläutert wurden.
16 ist eine Draufsicht von oben auf eine erste Schicht 152 der geschichteten Kühlanordnung 150, 17 ist eine Draufsicht von oben auf eine zweite Schicht 154 der geschichteten Kühlanordnung 150, und 18 ist eine Draufsicht von oben auf eine dritte Schicht 156 der geschichteten Kühlanordnung 15 von 14.
15 und 16 veranschaulichen Details der ersten Schicht 152, die eine obere Hauptoberfläche 158 und eine untere gegenüberliegende Hauptoberfläche 160 definiert. Die obere Hauptoberfläche 158 der ersten Schicht 152 beinhaltet zumindest ein Wärmesenkenmerkmal 162, das so konfiguriert ist, dass es mit jeweils einem von einem Leistungsmodul 58 (wie gezeigt) und dem Fahrzeugmotor 52 (nicht gezeigt) in thermischer Kommunikation ist.
15 und 17 veranschaulichen Details der zweiten Schicht 154, die eine obere Hauptoberfläche 164 und eine untere gegenüberliegende Hauptoberfläche 166 definiert, wobei in dem zusammengebauten Zustand die obere Hauptoberfläche 164 der zweiten Schicht 154 benachbart zu der unteren Hauptoberfläche 160 der ersten Schicht 152 angeordnet ist.
15 und 18 veranschaulichen Details der zweiten Schicht 156, die eine obere Hauptoberfläche 168 und eine untere gegenüberliegende Hauptoberfläche 170 definiert, wobei die obere Hauptoberfläche 168 der dritten Schicht 156 benachbart ist zu der unteren Hauptoberfläche 166 der zweiten Schicht 154 angeordnet ist, und wobei im zusammengebauten Zustand die untere Hauptoberfläche 170 der dritten Schicht 156 mit jeweils einem von dem Leistungsmodul 58 und dem Fahrzeugmotor 52 in thermischer Kommunikation ist.
Wie gezeigt, definiert die untere Schicht, oder die dritte Schicht 156, einen Kühlfluideinlass 172 und einen Kühlfluidauslass 174. Weitere Details der Kühlmittelfluidkreislaufs vor dem Eintritt in den Einlass 172 und nach dem Verlassen des Auslasses 174 sind der Einfachheit halber nicht gezeigt und davon abhängig, ob die dritte Schicht 156 mit dem Fahrzeugmotor 52 oder dem Leistungsmodul 58 in thermischer Kommunikation sein soll. Zum einfacheren Verständnis basiert die nachstehende Beschreibung auf einem ersten Aspekt, wo die erste Schicht 152 in thermischer Kommunikation mit einem Leistungsmodul 58 ist, und die dritte Schicht in thermischer Kommunikation mit einem Fahrzeugmotor 52 ist. Fall die Bereitstellung einer Anordnung mit umgekehrter Konfiguration wünschenswert ist, wäre ein gewöhnlicher Fachmann in der Lage, entsprechende Modifizierungen vorzunehmen.
Die obere Hauptoberfläche 168 der dritten Schicht 156 definiert einen mit einer Ausnehmung versehen Fluidkanal 176 darin. Das Kühlmittelfluid, das durch den mit einer Ausnehmung versehenen Kanal 176 gelangt, ist mit der Wärmeerzeugungsvorrichtung, wie z. B. einem Fahrzeugmotor, der benachbart zu der unteren Hauptoberfläche 170 der dritten Schicht 156 angeordnet ist, in thermischer Kommunikation. Wie gezeigt , kann die Form des Fluidkanals 176 im Wesentlichen trapezförmig sein, wobei sie mit einem äußeren Bereich 178 mit einer größeren Breite nahe des Kühlfluideinlasses 172 beginnt und zu einem inneren Bereich 180 mit einer geringeren oder schmäleren Breite in einer Richtung auf den mittleren Bereich der Schicht 156 führt. Die obere Hauptoberfläche 164 der zweiten 154 definiert zudem einen mit einer Ausnehmung versehen Fluidkanal 182 darin. Desgleichen kann die Form des Fluidkanals 182 der zweiten Schicht 154 ebenso im Wesentlichen trapezförmig sein, wobei sie einen inneren Bereich 184 mit einer schmäleren Breite nahe eines mittleren Bereichs der Schicht 154 aufweist, zu einem äußeren Bereich 186 mit einer größeren Breite führt, der einen Kühlfluideinlass 188 definiert, der mit dem Kühlfluidauslass 174 der dritten Schicht 156 in einem zusammengebauten Zustand in Fluidkommunikation ist. Wie in 15 am besten gezeigt ist, kann der innere Bereich 184 der zweiten Schicht 154 eine Mehrzahl von Eindringöffnungen 190 beinhalten, die mit dem mit einer Ausnehmung versehenen Fluidkanal 176 der dritten Schicht 156 fluidisch gekoppelt sind und so konfiguriert sind, dass sie Kühlmittelfluidstrahlen zu dem Wärmesenkenmerkmal 162 der ersten Schicht 152 leiten, die mit einem Leistungsmodul 58 in thermischer Kommunikation ist. In verschiedenen Aspekten kann das Wärmesenkenmerkmal 162 eine Mikrokanal-Anordnung oder dergleichen beinhalten, die so konfiguriert ist, dass sie Kühlmittelfluidstrahlen aufnimmt und Wärme von einer benachbarten Wärmeerzeugungsvorrichtung abführt.
Im zusammengebauten Zustand sind die erste Schicht 152, die zweite Schicht 154 und die dritte Schicht 156 in einer gestapelten Anordnung ausgerichtet und positioniert und sind so konfiguriert, dass sie zusammenwirken, um eine Strömung eines Kühlmittelfluids von einem Fluideinlass 172, der in der dritten Schicht 156 definiert ist, durch einen mit einer Ausnehmung versehenen Kanal 176 zu einem ersten Bereich 184 der zweiten Schicht 154 vorzusehen. Das Kühlmittelfluid bewegt sich durch die Strahleindringöffnungen 190, die zu dem Wärmesenkenmerkmal 162 gerichtet sind, das in der ersten Schicht 152 angeordnet ist. Das Kühlmittelfluid wird weiterhin zurück zu dem mit einer Ausnehmung versehenen Kanal 182 der zweiten Schicht 154 und durch einen äußeren Bereich 186 des mit einer Ausnehmung versehenen Kanals 182 der zweiten Schicht 154 zu den Fluidauslässen 188, 174 in jeweils der zweiten und dritten Schicht 154, 156 geleitet.
19 ist eine seitliche Draufsicht auf ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugmotorgehäuses 54 mit einem modularen Kühlsystem mit einer Mehrzahl von geschichteten Anordnungen 200, die benachbart zu dem Fahrzeugmotorgehäuse angeordnet sind. 20 ist eine isometrische Explosionsansicht von einer von den beispielhaften Kühlanordnungen von 19. In verschiedenen Aspekten ist die Kühlanordnung 200 mit einer ersten Kühlstruktur 202 versehen, die zumindest eine äußere Hauptwärmeübertragungs-Oberfläche 204 in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor über das Gehäuse definiert. Es kann eine zweite Kühlstruktur 206 vorgesehen sein, die zumindest eine äußere Hauptwärmeübertragungs-Oberfläche in thermischer Kommunikation mit einem Leistungsmodul 58 definiert. Es ist eine Zwischenschichtstruktur 210 vorgesehen, die zwischen der ersten Kühlstruktur 202 und der zweiten Kühlstruktur 206 angeordnet ist, und die optional konfiguriert sein kann, um die erste Kühlstruktur 202 mit der zweiten Kühlstruktur 206 zu koppeln.
In einem zusammengebauten Zustand sind die erste Kühlstruktur 202, die zweite Kühlstruktur 206 und die Zwischenschichtstruktur 210 in einer gestapelten Anordnung positioniert, die darin einen Kühlmittelströmungsweg definiert. Die Kühlstruktur 200 ist z. B. so konfiguriert, dass sie eine Kühlmittelfluidströmung von einem Fluideinlassbereich 212, der als durch die erste Kühlstruktur 202 bereitgestellt gezeigt ist, durch die Zwischenschichtstruktur 210 und zu zumindest einem Wärmesenkenmerkmal 214 der der zweiten Kühlstruktur 206 bereitstellt. Das Kühlmittelfluid kann ferner durch einen Fluidauslassbereich 216 geleitet werden, der als durch die zweite Kühlstruktur 206 bereitgestellt gezeigt ist.
Wie in Bezug auf die anderen Aspekte der Technologie angegeben worden ist, sind weitere Einzelheiten des Kühlmittelfluidkreislaufs vor dem Eintritt in den Fluideinlassbereich 212 und nach dem Verlassen des Fluidauslassbereichs 216 der Einfachheit halber nicht gezeigt, und sind von verschiedenen anderen entwurfsbezogenen Überlegungen abhängig, die ein gewöhnlicher Fachmann mit den entsprechenden Modifikationen in vorzunehmen in der Lage wäre.
Wie in 20 gezeigt ist, kann das Wärmesenkenmerkmal 216 der zweiten Kühlstruktur 206 eine Mehrzahl von Lamellen, Stiften oder ein Mikrokanal-Array oder dergleichen beinhalten, das letztlich mit dem Leistungsmodul 58 in thermischer Kommunikation ist (19). In verschiedenen Aspekten kann der untere Bereich 218 der zweiten Struktur 206 eine Aufpralloberfläche 220 beinhalten und als eine Wärmesenken-/Übertragungsplatte dienen.
Die erste Kühlstruktur 202 ist mit einem Gehäuse 54 des Fahrzeugmotors 52 in thermischer Kommunikation und definiert, wie gezeigt, eine Mehrzahl von Kanälen 222, die letztlich eine Mehrzahl von Aperturöffnungen bereitstellen, die in einer Seitenwand 224 der ersten Kühlstruktur definiert sind, die so konfiguriert sind, dass sie das Kühlmittelfluid über die erste Kühlstruktur 202 und schließlich in Richtung auf die Zwischenschichtstruktur leiten. Die Formen und Größen der Kanäle, Aperturöffnungen und anderen Leitungen können basierend auf entwurfsrelevanten Überlegungen variieren.
Die Zwischenschichtstruktur 210 kann mit einer Mehrzahl von Strahlaufprallöffnungen 226 versehen sein, die so konfiguriert sind, dass sie Kühlmittelfluidstrahlen zu dem Wärmesenkenmerkmal 214 der zweiten Kühlstruktur 206 leiten. Das Wärmesenkenmerkmal 214 kann mit einer geeigneten Geometrie versehen sein, die mit dem unteren Abschnitt 218 der zweiten Struktur 206 so zusammenwirken soll, dass das Kühlmittelfluid zu dem Fluidauslassbereich geleitet wird.
Die vorstehende Beschreibung dient dem Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung und soll keineswegs die Offenbarung, deren Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten einschränken. Sie erhebt weder Anspruch auf Vollständigkeit noch soll sie die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer speziellen Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn diese im Speziellen nicht gezeigt oder beschrieben ist. Diese kann auch auf viele Arten und Weisen variiert werden. Solche Variationen sind nicht als von der Offenbarung abweichend zu betrachten, und all diese Modifikationen sollen im Schutzbereich der Offenbarung enthalten sein.
Der hierin verwendete Ausdruck „zumindest eine/r/s von A, B und C“ ist so auszulegen, dass er unter Hinzuziehung einer nicht exklusiven ODER-Verknüpfung eine logische Bedeutung hat (A oder B oder C). Es wird darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Die Offenbarung von Bereichen beinhaltet die Offenbarung von allen Bereichen und unterteilten Bereichen innerhalb des gesamten Bereichs einschließlich der Endpunkte.
Die Überschriften (wie z. B. „Hintergrund“ und „Kurzfassung“) sowie Zwischenüberschriften, die hierin verwendet werden, dienen nur der allgemeinen Themengliederung innerhalb der vorliegenden Offenbarung und sollen die Offenbarung der Technologie oder einen beliebigen Aspekt derselben nicht einschränken. Die Aufzählung von mehreren Ausführungsformen mit angegebenen Merkmalen soll andere Ausführungsformen mit zusätzlichen Merkmalen oder andere Ausführungsformen, die unterschiedliche Kombinationen der angegebenen Merkmale beinhalten, nicht ausschließen.
Die hierin verwendeten Ausdrücke „aufweisen“ und „beinhalten“ sowie deren Varianten sind nicht einschränkend, so dass eine Aufzählung von aufeinanderfolgenden Elementen oder eine Liste nicht den Ausschluss von anderen ähnlichen Elementen bedeutet, die in den Vorrichtungen und Verfahren dieser Technologie nützlich sein können. Desgleichen sind die Ausdrücke „können“ und „dürfen“ sowie deren Varianten nicht einschränkend, so dass eine Aufzählung, in der eine Ausführungsform bestimmte Elemente oder Merkmale aufweisen kann oder darf, nicht den Ausschluss anderer Ausführungsformen der vorliegenden Technologie bedeutet, die diese Elemente oder Merkmale nicht enthalten.
Der hierin verwendete Ausdruck „Fahrzeug“ ist so verstehen, dass er eine breite Bedeutung hat, und sollte alle Typen von Fahrzeugen beinhalten, deren Beispiele einschränkungslos einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, ein Motorrad, einen Geländewagen, einen Bus, ein Boot, ein Flugzeug, einen Helikopter, einen Rasenmäher, ein Freizeitfahrzeug, ein Vergnügungsparkfahrzeug, ein Landfahrzeug, ein Baufahrzeug, eine Straßenbahn, ein Golfcart, einen Zug oder Transportwagen etc. beinhalten.
Zum Zweck dieser Offenbarung bedeutet der Ausdruck „gekoppelt“ (und dessen Varianten) im Allgemeinen die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Komponenten miteinander. Die Verbindung kann z. B. feststehend oder beweglich beschaffen sein. Die Verbindung kann dadurch erhalten werden, dass die beiden Komponenten und beliebige zusätzliche Zwischenelemente oder Komponenten als ein einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den beiden Komponenten integral ausgebildet werden. Wenn nicht anders angegeben, kann eine derartige Verbindung dauerhaft beschaffen sein oder beweglich oder lösbar beschaffen sein.
Die breit gefassten Lehren gemäß der vorliegenden Offenbarung können in vielen verschiedenen Formen implementiert sein. Obgleich diese Offenbarung spezielle Beispiele beinhaltet, sollte daher der wahre Umfang der Offenbarung nicht auf dieselben beschränkt sein, da dem Fachmann andere Modifikationen nach Durchsicht der Spezifikation sowie der nachstehenden Ansprüche offenbar werden. Eine Bezugnahme auf einen Aspekt oder verschiedene Aspekte hierin bedeuten, dass ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur oder Eigenschaft, die in Verbindung mit einer Ausführungsform oder einem speziellen System beschrieben ist, in zumindest einer Ausführungsform oder einem Aspekt beinhaltet ist. Das Auftauchen des Ausdrucks „in einem Aspekt“ (oder Variationen derselben) beziehen sich nicht notwendigerweise auf denselben Aspekt oder dieselbe Ausführungsform. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die verschiedenen hierin erläuterten Verfahrensschritte nicht in der gleichen Reihenfolge ausgeführt werden müssen wie dargestellt, und dass nicht jeder Verfahrensschritt in jedem Aspekt oder jeder Ausführungsform erforderlich ist.

Claims

Kühlsystem zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl einem Leistungsmodul als auch einem Fahrzeugmotor, wobei das Kühlsystem aufweist: ein Fahrzeugmotorgehäuse; eine Mehrzahl von Verteilern in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotorgehäuse, wobei jeder Verteiler definiert: einen Kühllfuideinlass; einen Kühllfuidauslass; eine Verteilungsausnehmung, die zwischen dem Kühlfluideinlass und dem Kühlfluidauslass eine Fluidkommunikation vorsieht, wobei die Verteilungsausnehmung zumindest teilweise durch eine Wand mit einer äußeren Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor definiert ist; ein Verteiler-Fluideinsatzstück, das innerhalb der Verteilungsausnehmung angeordnet ist, wobei das Verteiler-Fluideinsatzstück eine Mehrzahl von Einlassverzeigungskanälen und eine Mehrzahl von Auslassverzweigungskanälen definiert; ein Leistungsmodul, das mit dem Verteiler thermisch gekoppelt ist; und ein erstes Wärmesenkenmerkmal, das zwischen dem Leistungsmodul und dem Verteiler-Fluideinsatzstück angeordnet ist, wobei von jedem Kühlfluideinlass eine Strömung eines Kühlmittelfluids durch die Einlassverzweigungskanäle des Verteiler-Fluideinsatzstückes vorgesehen ist für ein Aufprallen auf das erste Wärmesenkenmerkmal, wobei das Kühlmittelfluid dann über die Auslassverzweigungskanäle des Verteiler-Fluideinsatzstückes und dann zu dem Kühlfluidauslass des jeweiligen Verteilers zurückgeführt wird.
Das Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei das erste Wärmesenkenmerkmal mit dem Leistungsmodul integriert ist und eine Mehrzahl von Lamellen oder Stiften aufweist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein zweites Wärmesenkenmerkmal, das in der Verteilungsaussprung angeordnet ist und in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor ist.
Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei das erste Wärmesenkenmerkmal eine Wärmesenkenplatte mit einer Mehrzahl von Lamellen oder Stiften aufweist.
Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei die die Verteilungsausnehmung definierende Wand eine innere Hauptoberfläche, gegenüberliegend der äußeren Hauptoberfläche aufweist, und das Wärmesenkenmerkmal mit der inneren Hauptoberfläche integriert ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Verteilern integral als Teil des Fahrzeugmotorgehäuses ausgebildet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Verteilern modulare Einheiten sind, die mit dem Fahrzeugmotorgehäuses ausgebildet sind.
Modulares Kühlsystem zum gleichzeitigen Kühlen sowohl von einem Leistungsmodul als auch einem Fahrzeugmotor, wobei das modulare Kühlsystem eine Mehrzahl von geschichteten Anordnungen beinhaltet, wobei jede geschichtete Anordnung aufweist: eine erste Schicht, die einander gegenüberliegende obere und untere Hauptoberflächen definiert, wobei die obere Hauptoberfläche der ersten Schicht ein Wärmesenkenmerkmal aufweist, das in thermischer Kommunikation mit einem von dem Leistungsmodul und dem Fahrzeugmotor ist; eine zweite Schicht, die einander gegenüberliegende obere und untere Hauptoberflächen definiert, wobei die obere Hauptoberfläche der zweiten Schicht benachbart zu der unteren Hauptoberfläche der ersten Schicht angeordnet ist; und eine dritte Schicht, die einander gegenüberliegende obere und untere Hauptoberflächen definiert, wobei die obere Hauptoberfläche der dritten Schicht benachbart zu der unteren Hauptoberfläche der zweiten Schicht angeordnet ist, und die untere Hauptoberfläche der dritten Schicht in thermischer Kommunikation mit dem jeweils anderen von dem Leistungsmodul und dem Fahrzeugmotor ist, wobei die erste Schicht, die zweite Schicht und die dritte Schicht in einer gestapelten Anordnung positioniert sind und so konfiguriert sind, dass sie eine Strömung eines Kühlmittelfluids von einem Fluideinlass, der in der dritten Schicht definiert ist, durch einen inneren Bereich der zweiten Schicht und zu dem Wärmesenkenmerkmal ermöglichen, das in der ersten Schicht angeordnet ist, wobei das Kühlmittelfluid ferner zurück durch einen äußeren Bereich der zweiten Schicht und zu einem Fluidauslass geleitet wird, der in der dritten Schicht definiert ist.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 8, wobei die obere Hauptoberfläche der dritten Schicht darin einen ausgenommenen Fluidkanal definiert, der eine Fluidkommunikation zwischen dem Fluideinlass und dem inneren Bereich der zweiten Schicht ermöglicht.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 9, wobei der ausgenommene Fluidkanal eine thermische Kommunikation zwischen der Strömung eines Kühlmittelfluids und dem Leistungsmodul oder dem Fahrzeugmotor ermöglicht.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 8, wobei die obere Hauptoberfläche der zweiten Schicht darin einen ausgenommenen Fluidkanal definiert, der eine Fluidkommunikation zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich der zweiten Schicht ermöglicht.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 11, wobei der innere Bereich der zweiten Schicht eine Mehrzahl von Aufprallöffnungen aufweist, die mit dem ausgenommenen Fluidkanal der dritten Schicht fluidisch gekoppelt sind und so konfiguriert sind, dass sie Kühlmittelfluidstrahlen zu dem Wärmesenkenmerkmal der ersten Schicht leiten.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 12, wobei das Wärmesenkenmerkmal ein Mikrokanal-Array aufweist.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 8, wobei die obere Hauptoberfläche der ersten Schicht in thermischer Kommunikation mit dem Leistungsmodul ist und die untere Hauptoberfläche der dritten Schicht in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor ist.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 8, wobei die dritte Schicht jeweils den Fluideinlass und den Fluidauslass als eine oder mehrere Aperturöffnungen definiert, die sich zwischen der oberen und der unteren Hauptoberfläche der dritten Schicht erstrecken.
Modulares Kühlsystem zum gleichzeitigen Kühlen von sowohl einem Leistungsmodul als auch einem Fahrzeugmotor, wobei das modulare Kühlsystem eine Mehrzahl von Kühlanordnungen beinhaltet, wobei jede Kühlanordnung aufweist: eine erste Kühlstruktur, die zumindest eine Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit dem Fahrzeugmotor definiert; eine zweite Kühlstruktur, die zumindest eine Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit einem Leistungsmodul definiert; und eine Zwischenschichtstruktur, die konfiguriert ist, um die erste Kühlstruktur mit der zweiten Kühlstruktur zu koppeln, wobei die erste Kühlstruktur, die zweite Kühlstruktur und die Zwischenschichtstruktur in einer gestapelten Anordnung positioniert sind und so konfiguriert sind, dass sie eine Strömung eines Kühlmittelfluids von einem Fluideinlass, der in der ersten Kühlstruktur definiert ist, durch die Zwischenschichtstruktur und zu zumindest einem Wärmesenkenmerkmal der zweiten Kühlstruktur ermöglichen, wobei das Kühlmittelfluid ferner durch einen Fluidauslass geleitet wird, der in der zweiten Kühlstruktur definiert ist.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 16, wobei das Wärmesenkenmerkmal der zweiten Kühlstruktur eine Mehrzahl von Lamellen oder Stiften in thermischer Kommunikation mit dem Leistungsmodul aufweist.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 16, wobei die erste Kühlstruktur mit einem Gehäuse des Fahrzeugmotors in thermischer Kommunikation ist und eine Mehrzahl von Kanälen definiert, die so konfiguriert sind, dass sie das Kühlmittelfluid über die erste Kühlstruktur und in Richtung auf die Zwischenschichtstruktur leiten.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 16, wobei der Fluideinlass eine Mehrzahl von Aperturöffnungen aufweist, die in einer Seitenwand der ersten Kühlstruktur definiert sind.
Modulares Kühlsystem nach Anspruch 16, wobei die Zwischenschichtstruktur eine Mehrzahl von Aufprallöffnungen aufweist, die so konfiguriert sind, dass sie Strahlen eines Kühlmittels zu dem Wärmesenkenmerkmal der zweiten Kühlstruktur leiten.