DE102021129383A1 - Pressure equalization and volume equalization in the cooling circuit - Google Patents

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Abstract

Kühlanordnung (8) zur Kühlung eines Objekts (4), mit einem Kühlkreislauf (10) für ein inkompressibles Fluid (12), mit einem Ausgleichsbehälter (16) am Kühlkreislauf (10) mit einem Fluidraum (20) für das Fluid (12), wobei der Ausgleichsbehälter (16) einen starren ersten Wandabschnitt (28a) und einen zweiten Wandabschnitt (28b) aufweist, die zusammen den Fluidraum (20) umgrenzen, wobei zumindest ein Teil des zweiten Wandabschnittes (28b) als Bewegungsbereich (34) relativ zum ersten Wandabschnitt (28a) beweglich ist, um das Volumen (VR) des Fluidraumes (20) zu verändern, wobei A) der zweite Wandabschnitt (28b) insgesamt als Bewegungsbereich (34) starr und relativ zum ersten Wandabschnitt (28a) beweglich ausgeführt ist, und/oder B) eine Gestalt des Bewegungsbereiches des zweiten Wandabschnittes veränderbar ist.Eine Objektanordnung (6) enthält die Kühlanordnung (8) und das Objekt (4).Ein Flugzeug (2) enthält die Objektanordnung (6), wobei das Flugzeug (2) im Flug durch die aus den Brennstoffzellen als Teil des Objekts gewonnene elektrische Energie angetrieben ist und / oder dessen Stromnetz durch die Brennstoffzellen gespeist ist.Cooling arrangement (8) for cooling an object (4), with a cooling circuit (10) for an incompressible fluid (12), with an expansion tank (16) on the cooling circuit (10) with a fluid space (20) for the fluid (12), wherein the expansion tank (16) has a rigid first wall section (28a) and a second wall section (28b) which together delimit the fluid chamber (20), with at least a part of the second wall section (28b) as a movement area (34) relative to the first wall section (28a) is movable in order to change the volume (VR) of the fluid chamber (20), wherein A) the second wall section (28b) is designed to be rigid overall as a movement area (34) and movable relative to the first wall section (28a), and/ or B) a shape of the movement range of the second wall section can be changed.An object arrangement (6) contains the cooling arrangement (8) and the object (4).An aircraft (2) contains the object arrangement (6), the aircraft (2) in the Flight is powered by the electrical energy generated from the fuel cells as part of the object and/or whose power grid is fed by the fuel cells.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zur Kühlung eines Objekts. Die Kühlanordnung enthält einen Kühlkreislauf / Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Objekts, der im Betrieb zirkulierend von einem die Kühlung des Objekts bewirkenden inkompressiblen Fluid / Kühlmittel durchströmt ist. Das Fluid unterliegt bei einer Änderung des Temperaturniveaus einer Volumenänderung, bezogen auf einen bestimmten Druck, d.h. z.B. bei Atmosphärendruck. Steht kein Raum zur Volumenänderung zur Verfügung, reagiert das Fluid mit einer Druckänderung im Kühlkreislauf. Dies gilt insbesondere für inkompressible Fluide.The invention relates to a cooling arrangement for cooling an object. The cooling arrangement contains a cooling circuit/coolant circuit for cooling the object, through which an incompressible fluid/coolant which causes cooling of the object flows circulating during operation. When the temperature level changes, the fluid is subject to a change in volume in relation to a certain pressure, i.e. at atmospheric pressure, for example. If there is no space available for the volume change, the fluid reacts with a pressure change in the cooling circuit. This applies in particular to incompressible fluids.

Aus der DE 10 2017 001 447 A1 ist ein Ausgleichsbehälter für einen Kühlmittelkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens bekannt, mit einer Ausgleichsöffnung, über welche Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes in einen Innenraum des Ausgleichsbehälters einströmbar und aus diesem ausströmbar ist, wobei im Innenraum des Ausgleichsbehälters eine Membran angeordnet ist, welche den Innenraum in ein fluidisch mit der Ausgleichsöffnung verbundenes Ausgleichsvolumen sowie in ein von diesem getrenntes Vorspannvolumen unterteilt, welches über eine Befüllöffnung des Ausgleichsbehälters mit einem Medium befüllbar ist.From the DE 10 2017 001 447 A1 an expansion tank for a coolant circuit of an internal combustion engine of a motor vehicle is known, with an expansion opening through which coolant of the coolant circuit can flow into and out of an interior space of the expansion tank, with a membrane being arranged in the interior space of the expansion tank, which divides the interior space into a fluidic the compensating opening connected compensating volume and divided into a separate from this bias volume, which can be filled with a medium via a filling opening of the equalizing tank.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf eine Kühlanordnung vorzuschlagen.The object of the present invention is to propose improvements in relation to a cooling arrangement.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlanordnung gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.The object is achieved by a cooling arrangement according to patent claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention and other categories of the invention result from the further claims, the following description and the attached figures.

Die Kühlanordnung dient bzw. ist eingerichtet zur Kühlung eines Objekts. Insbesondere dient die Kühlanordnung dazu bzw. ist dazu eingerichtet, im Betrieb einen vorgebbaren Druck in einem Fluid einzustellen, welches in einem Kühlkreislauf der Kühlanordnung zirkuliert.The cooling arrangement serves or is set up to cool an object. In particular, the cooling arrangement serves or is set up to set a predefinable pressure in a fluid during operation, which circulates in a cooling circuit of the cooling arrangement.

Die Kühlanordnung enthält einen Kühlkreislauf. Dieser dient bzw. ist eingerichtet zur Kühlung des Objekts. Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Kühlanordnung ist der Kühlkreislauf zirkulierend von einem die Kühlung des Objekts bewirkenden inkompressiblen Fluid durchströmt. Mit anderen Worten zirkuliert das Fluid durch den bzw. entlang des Kühlkreislaufes, nimmt dabei Wärme vom Objekt auf und gibt diese insbesondere an andere Stelle im Kühlkreislauf wieder ab, z.B. an einem Kühler. Hierzu ist der Kühlkreislauf insbesondere mit einer Förderpumpe für das Fluid ausgerüstet. Das Volumen des Fluids im Kühlkreislauf variiert. Dies rührt daher, dass das Fluid einer Wärmeausdehnung bei Temperaturänderung unterliegt. Diese hier angesprochene Temperaturausdehnung des Fluid betrifft dieses als Ganzes. Gemeint ist also hier nicht die Temperaturschwankungen des Fluid bei Zirkulation im Kühlkreislauf, sondern die Änderung des Temperaturniveaus im Kühlkreislauf insgesamt.The cooling arrangement includes a cooling circuit. This serves or is set up to cool the object. When the cooling arrangement is operated as intended, an incompressible fluid that causes the cooling of the object flows circulating through the cooling circuit. In other words, the fluid circulates through or along the cooling circuit, absorbing heat from the object and releasing it to another point in the cooling circuit, e.g. to a cooler. For this purpose, the cooling circuit is equipped in particular with a feed pump for the fluid. The volume of fluid in the cooling circuit varies. This is because the fluid undergoes thermal expansion as the temperature changes. The temperature expansion of the fluid discussed here affects it as a whole. What is meant here is not the temperature fluctuations of the fluid during circulation in the cooling circuit, but the change in the temperature level in the cooling circuit as a whole.

Bei dem „Volumen“ des Fluids ist hierbei dasjenige Volumen angesprochen, welches das Fluid ohne äußeren Zwang, d.h. z.B. bei Atmosphärendruck annehmen würde, wenn es die entsprechende Temperatur aufweist. Tatsächlich steht jedoch dem Fluid im Kühlkreislauf nur dessen (kontantes) Volumen / Gesamtvolumen zur Verfügung. Eine o.g. „Volumenzunahme“ könnte also im Kühlkreislauf (unter Zwang des gegebenen Volumens des Kühlkreislaufes) nicht stattfinden. Stattdessen würde das Fluid - gerade wegen dessen Inkompressibilität - mit einer starken Druckerhöhung im Kühlkreislauf reagieren. Daher ist ein Ausgleichsvolumen (Fluidraum) in Form eines Ausgleichsbehälters am Kühlkreislauf vorgesehen, um das zusätzliche Fluid-Volumen aus dem Kühlkreislauf abzuleiten und damit die zwangsweise Druckerhöhung zu vermeiden. Bei abnehmendem Volumen wird Fluid aus dem Fluidraum zurück in den Kühlkreislauf gebracht.The "volume" of the fluid refers to the volume that the fluid would assume without external force, i.e. e.g. at atmospheric pressure, if it was at the appropriate temperature. In fact, however, only its (constant) volume / total volume is available to the fluid in the cooling circuit. A "volume increase" mentioned above could therefore not take place in the cooling circuit (under constraint of the given volume of the cooling circuit). Instead, the fluid - precisely because of its incompressibility - would react with a strong increase in pressure in the cooling circuit. A compensating volume (fluid space) in the form of a compensating tank is therefore provided on the cooling circuit in order to derive the additional fluid volume from the cooling circuit and thus avoid the forced increase in pressure. When the volume decreases, fluid is brought back into the cooling circuit from the fluid space.

„Inkompressibel“ ist hier im Sinne der üblichen Inkompressibilität von Flüssigkeiten wie zum Beispiel Wasser oder Öl zu verstehen. Tatsächlich sind diese Flüssigkeiten zu einem gewissen Grad kompressibel, reagieren jedoch mit einer - im Vergleich z.B. zu Gasen wie Luft oder Stickstoff - mit einer wesentlich größeren Druckerhöhung in einem abgeschlossenen Volumen bei ansonsten gleichen Verhältnissen (Volumen, Temperaturänderung, ...)."Incompressible" is to be understood here in the sense of the usual incompressibility of liquids such as water or oil. In fact, these liquids are compressible to a certain extent, but react with a - compared to e.g. gases such as air or nitrogen - with a significantly greater increase in pressure in a closed volume under otherwise identical conditions (volume, temperature change, ...).

Die Kühlanordnung enthält weiterhin das Fluid.The cooling arrangement also contains the fluid.

Die Kühlanordnung enthält außerdem einen bzw. den oben genannten Ausgleichsbehälter (auch „Druckausgleichsbehälter“). Der Ausgleichsbehälter enthält einen Fluidraum (Ausgleichsvolumen). Dieser ist am Kühlkreislauf „angeschlossen“, d.h. über eine Ausgleichsöffnung oder Ausgleichsleitung fluidisch kommunizierend mit diesem verbunden. Fluid kann also zwischen Kühlkreislauf und Fluidraum über die Ausgleichsöffnung / -leitung hin und her fließen. Der Fluidraum ist im Betrieb der Kühlanordnung zumindest teilweise - insbesondere vollständig, d.h. ausschließlich / ohne Gas- oder Luftraum - mit dem Fluid gefüllt.The cooling arrangement also contains a surge tank (also referred to as "surge tank") mentioned above. The expansion tank contains a fluid space (compensation volume). This is “connected” to the cooling circuit, i.e. it is fluidically connected to it via an equalization opening or equalization line. Fluid can therefore flow back and forth between the cooling circuit and the fluid space via the equalizing opening/line. During operation of the cooling arrangement, the fluid space is at least partially--in particular completely, i.e. exclusively/without a gas or air space--filled with the fluid.

Unter „Ausgleich“ bzw. „Druckausgleich“ ist hier streng genommen folgendes zu verstehen: der Ausgleichsbehälter ist eigentlich mehr ein Volumen-Ausgleichsbehälter als ein Druck-Ausgleichsbehälter. Denn bei einer Volumenänderung des Fluids aufgrund von Temperaturänderung tritt überschüssiges (bei gleichem bzw. ähnlichem Fluiddruck nicht mehr in den Kühlkreislauf „passendes“) Fluid / Volumen in den Ausgleichsbehälter bzw. Fluidraum über oder Fluid aus dem Ausgleichsbehälter strömt zurück in den Kühlkreislauf, um letzteren bei Volumenabnahme des Fluids mit weiterem Fluid aufzufüllen. In anderen Worten wird also mehr oder weniger (Teil-)Volumen des Fluid aus dem Kühlkreislauf in den Fluidraum „ausgelagert“.Strictly speaking, “compensation” or “pressure compensation” means the following: the expansion tank is actually more of a volume expansion tank than a pressure expansion tank ter. Because if the volume of the fluid changes due to a change in temperature, excess fluid/volume (which no longer "fits" in the cooling circuit at the same or similar fluid pressure) escapes into the expansion tank or fluid space, or fluid from the expansion tank flows back into the cooling circuit to fill the latter to be filled with more fluid if the volume of the fluid decreases. In other words, more or less (partial) volume of the fluid is "outsourced" from the cooling circuit to the fluid space.

Der Ausgleichsbehälter weist einen starren ersten Wandabschnitt auf. Dieser enthält insbesondere eine Einlassöffnung in den Fluidraum, durch welche der oben erläuterte Volumenaustausch / -ausgleich von Fluid zwischen Kühlkreislauf und Fluidraum erfolgt. Die Einlassöffnung ist also die Ausgleichsöffnung oder das Ende der am Kühlkreislauf angeschlossenen Ausgleichsleitung.The expansion tank has a rigid first wall section. This includes, in particular, an inlet opening into the fluid space, through which the above-explained volume exchange/compensation of fluid between the cooling circuit and the fluid space takes place. The inlet opening is therefore the equalization opening or the end of the equalization line connected to the cooling circuit.

Alternativ oder zusätzlich ist eine derartige Einlassöffnung in einem zweiten Wandabschnitt vorgesehen. Der Ausgleichsbehälter weist den zweiten Wandabschnitt auf. Erster und zweiter Wandabschnitt zusammen (bzw. wenigstens ein jeweiliger Abschnitt von erstem und zweitem Wandabschnitt) umgrenzen den Fluidraum, bilden also vollständig dessen Wandung. Neben (zumindest Teilen von) erstem und zweitem Wandabschnitt enthält die Wandung des Fluidraums also keine weiteren Anteile.Alternatively or additionally, such an inlet opening is provided in a second wall section. The expansion tank has the second wall section. The first and second wall section together (or at least one respective section of the first and second wall section) delimit the fluid space, ie completely form its wall. In addition to (at least parts of) the first and second wall section, the wall of the fluid space therefore contains no further parts.

Zumindest ein Teil des zweiten Wandabschnittes bildet einen Bewegungsbereich des Ausgleichsbehälters. Der Bewegungsbereich kann auch mit dem zweiten Wandabschnitt identisch sein. Der Bewegungsbereich ist relativ zum ersten Wandabschnitt beweglich, um das Volumen des Fluidraumes zu verändern. „Beweglich“ ist hier insbesondere im Sinne von „aktiv veränderbar“ zu verstehen, d.h. steuerbar / einstellbar / vorgebbar. Dies stellt eine Abgrenzung z.B. zu der - in diesem Sinne „passiven“ bekannten Membran als zweitem Wandabschnitt / Bewegungsbereich in einem Ausgleichsbehälter dar. Denn eine solche Membran wird passiv durch den Druck des Fluids verändert, verformt, verschoben, gedehnt und reagiert allenfalls mit einer Gegenspannkraft auf die Volumenänderung des Fluids im Ausgleichsbehälter (in der Regel Kompression von Gas jenseits der Membran). Vorliegend wird die Form / Lage des zweiten Wandabschnittes / Bewegungsbereiches insbesondere jedoch tatsächlich aktiv vorgegeben / unter äußerem Zwang z.B. durch einen Aktor eingestellt, d.h. das Volumen des Fluidraumes wird fest vorgegeben bzw. eingestellt. Hierauf reagiert das Fluid dann (bei dessen je nach Temperaturniveau gegebenem Volumen) mit einem bestimmten Druck im Kühlkreislauf/ Fluidraum.At least part of the second wall section forms a movement area of the expansion tank. The range of movement can also be identical to the second wall section. The movement portion is moveable relative to the first wall portion to vary the volume of the fluid space. "Movable" is to be understood here in particular in the sense of "actively changeable", i.e. controllable / adjustable / specifiable. This represents a distinction, e.g. from the - in this sense "passive" known membrane as the second wall section / area of movement in an expansion tank. Because such a membrane is passively changed, deformed, shifted, stretched by the pressure of the fluid and reacts at most with a counter-tensioning force on the change in volume of the fluid in the expansion tank (usually compression of gas beyond the diaphragm). In the present case, however, the shape/position of the second wall section/movement area is in particular actually actively specified/set under external pressure, e.g. by an actuator, i.e. the volume of the fluid space is firmly specified or set. The fluid then reacts to this (at its volume, which depends on the temperature level) with a certain pressure in the cooling circuit/fluid space.

Die entsprechende Volumenanpassung erlaubt das Einströmen / Ausströmen von Fluid in den oder aus dem Fluidraum und dabei die Einstellung des Drucks des Fluids (im Kühlkreislauf und auch im Fluidraum). Denn entscheidend für den Fluiddruck ist lediglich das tatsächliche Volumen des Fluids, welches es bei Atmosphärendruck einnehmen würde und der tatsächlich für das Fluidvolumen zur Verfügung stehende Hohlraum, den es ausfüllen kann. Mit anderen Worten erlaubt die Volumenanpassung des Fluidraums also eine Druckbeeinflussung im Fluid. Insofern ist es gemäß der Erfindung möglich, das Fluid hinsichtlich seines Drucks einzustellen bzw. zu steuern, ohne hierfür das Fluid einem Kontakt mit Sauerstoff aussetzen zu müssen.The corresponding volume adjustment allows the inflow / outflow of fluid into or out of the fluid space and the adjustment of the pressure of the fluid (in the cooling circuit and also in the fluid space). The decisive factor for the fluid pressure is only the actual volume of the fluid that it would occupy at atmospheric pressure and the cavity actually available for the fluid volume that it can fill. In other words, the volume adjustment of the fluid space allows the pressure in the fluid to be influenced. In this respect it is possible according to the invention to adjust or control the pressure of the fluid without having to expose the fluid to contact with oxygen for this purpose.

Für den zweiten Wandabschnitt sind nun zwei Varianten möglich, die alternativ oder gemeinsam auftreten können:

  • In einer Variante A) ist der zweite Wandabschnitt insgesamt als Bewegungsbereich ausgeführt. Der zweite Wandabschnitt ist dann - wie der erste Wandabschnitt - ebenfalls starr ausgeführt und in seiner Gänze relativ zum ersten Wandabschnitt beweglich ausgeführt. Insbesondere ist dabei der zweite Wandabschnitt nach Art eines Kolbens im ersten Wandabschnitt nach Art eines Zylinders verschiebbar geführt, wobei der Kolben-/Zylinder-Vergleich nur für den Bewegungsbereich des zweiten Wandabschnitts im ersten Wandabschnitt gelten muss, ansonsten können die Wandabschnitte beliebig geformt sein.
Two variants are now possible for the second wall section, which can occur alternatively or together:
  • In a variant A), the second wall section is designed overall as a movement area. The second wall section is then—like the first wall section—also designed to be rigid and to be movable in its entirety relative to the first wall section. In particular, the second wall section is slidably guided in the manner of a piston in the first wall section in the manner of a cylinder, with the piston/cylinder comparison only having to apply to the range of motion of the second wall section in the first wall section, otherwise the wall sections can be of any shape.

In einer Variante B) ist eine Gestalt des Bewegungsbereiches des zweiten Wandabschnittes veränderbar. Unter „Gestalt“ ist hier eine Form / Lage zu verstehen. Unter „Veränderbar“ ist daher eine Verformung / Verkrümmung / Lageänderung des Bewegungsbereiches relativ zum ersten Wandabschnitt zu verstehen. Insofern ist also eine Lage einzelner Orte / Abschnitte des Bewegungsbereiches relativ zueinander und/oder zum ersten Wandabschnittes oder zu einem nicht zum Bewegungsbereich gehörenden (festen) Teil / Abschnitt des zweiten Wandabschnittes veränderbar. In diesem Sinne ist also der Bewegungsbereich beweglich zum ersten Wandabschnitt ausgeführt.
Der zweite Wandabschnitt bildet damit eine „Trennvorrichtung“ im Ausgleichsbehälter, die den Fluidraum vom restlichen Raum (Arbeitsvolumen, z.B. Gasraum / Luftraum) des Ausgleichsbehälters trennt. Das Arbeitsvolumen steht hier mit der Umgebung des Ausgleichsbehälters in Verbindung und weist dessen Druckniveau auf.
In a variant B), the shape of the movement area of the second wall section can be changed. “Gestalt” here means a form/position. “Changeable” is therefore to be understood as meaning a deformation/bending/change in position of the movement area relative to the first wall section. In this respect, the position of individual locations/sections of the movement area relative to one another and/or to the first wall section or to a (fixed) part/section of the second wall section that does not belong to the movement area can be changed. In this sense, the movement area is designed to be movable relative to the first wall section.
The second wall section thus forms a “separator” in the expansion tank, which separates the fluid space from the rest of the space (working volume, eg gas space/air space) of the expansion tank. The working volume is in connection with the surroundings of the expansion tank and shows its pressure level.

Die gemäß der Erfindung dargestellten Varianten A und / oder B eröffnen viele Möglichkeiten des Druck- / Volumenausgleichs in einer Kühlanordnung.The variants A and/or B presented according to the invention open up many possibilities of pressure/volume balancing in a cooling arrangement.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Kühlanordnung wenigstens einen Aktor. Dieser ist zur aktiven Verstellung des Bewegungsbereiches eingerichtet. Der Aktor bewirkt also die aktive zwangsweise Vorgabe der Bewegung / Form / Lage des Bewegungsbereiches, insbesondere des gesamten zweiten Wandabschnitts relativ zum ersten Wandabschnitt. Damit wird das Volumen des Fluidraums aktorisch zwangsweise eingestellt / vorgegeben. Über das gegebene Volumen des Fluids bei einem bestimmten Temperaturniveau ist damit dessen Druck einstellbar. Der Aktor ist insbesondere als Direktantrieb für den Bewegungsbereich, insbesondere Linearantrieb, ausgeführt. Alternativ kann jedoch auch eine Hebelmechanik, ein Getriebe, ein Scherengelenk, usw. eine Bewegungskopplung zwischen Aktor und Bewegungsbereich bewirken.In a preferred embodiment, the cooling arrangement contains at least one actuator. This is set up for active adjustment of the range of motion. The actuator thus causes the active compulsory specification of the movement/shape/position of the movement area, in particular of the entire second wall section relative to the first wall section. Thus, the volume of the fluid space is forcibly adjusted/specified by actuators. The pressure of the fluid can thus be adjusted via the given volume of the fluid at a specific temperature level. The actuator is designed in particular as a direct drive for the range of motion, in particular a linear drive. Alternatively, however, a lever mechanism, a gear, a scissors joint, etc., can cause a movement coupling between the actuator and the movement area.

Insbesondere enthält die Kühlanordnung wenigstens einen Drucksensor zur Erfassung eines aktuellen Drucks / Druckniveaus des Fluids an einem bestimmten Punkt / Bereich des Kühlkreislaufs / Fluidraumes. Der Aktor kann dann in Abhängigkeit von druckkorrelierten Daten, die vom Sensor erfasst werden, betrieben werden. In particular, the cooling arrangement contains at least one pressure sensor for detecting a current pressure/pressure level of the fluid at a specific point/area of the cooling circuit/fluid space. The actuator can then be operated as a function of pressure-correlated data recorded by the sensor.

Insbesondere kann so ein bestimmter Druck im Fluid eingestellt (gesteuert oder geregelt) werden. Die Kühlanordnung enthält insbesondere auch eine Steuerung für den Aktor, um so eine bestimmte Bewegung / Stellung des Bewegungsbereiches zu verursachen / einzustellen. Insbesondere erfolgt die Steuerung auf Basis einer vom Drucksensor bereitgestellten druckkorrelierten Größe. Insbesondere kann so - zum Beispiel durch eine Regelung - der Druckwert des Fluids zwischen einem unteren und oberen Schwellwert gehalten werden.In particular, a specific pressure in the fluid can be adjusted (controlled or regulated) in this way. In particular, the cooling arrangement also contains a controller for the actuator in order to cause/adjust a specific movement/position of the movement area. In particular, the control takes place on the basis of a pressure-correlated variable provided by the pressure sensor. In particular, the pressure value of the fluid can thus be kept between a lower and an upper threshold value, for example by regulation.

In einer bevorzugten Variante der obigen Ausführungsform ist der Aktor ein elektrischer und/oder hydraulischer und/oder pneumatischer Antrieb. Somit ergeben sich mannigfaltige Möglichkeiten zur Manipulation des Bewegungsbereiches.In a preferred variant of the above embodiment, the actuator is an electric and/or hydraulic and/or pneumatic drive. This results in a variety of options for manipulating the range of motion.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Kühlanordnung wenigstens ein kompressibles Pufferelement, das im Fluidraum angeordnet ist. Ein entsprechendes Pufferelement dient ebenfalls einem Druck- / Volumenausgleich des Fluids im Fluidraum / Kühlkreislauf. Ein entsprechendes Pufferelement wirkt wie die oben erläuterte passive Membran. Das Pufferelement enthält bzw. bildet in diesem Sinne das oben genannte Vorspannvolumen. „Kompressibel“ steht hier in Relation zu „Inkompressibel“ und bedeutet, dass das Pufferelement wesentlich kompressibler als das Fluid ist. Somit können insbesondere kleinere Volumen- / Druckschwankungen im Fluid durch das Pufferelement aufgefangen werden, ohne hierfür den Bewegungsbereich bewegen zu müssen. Insbesondere kann so der oben genannte Aktor geschont werden, indem dieser von entsprechend kleinen Korrekturbewegungen des Bewegungsbereichs entlastet ist und der Druck im Fluid dennoch innerhalb der gewünschten Grenzen bleibt.In a preferred embodiment, the cooling arrangement contains at least one compressible buffer element, which is arranged in the fluid space. A corresponding buffer element also serves to equalize the pressure/volume of the fluid in the fluid space/cooling circuit. A corresponding buffer element acts like the passive membrane explained above. In this sense, the buffer element contains or forms the above-mentioned pretensioning volume. Here, "compressible" is related to "incompressible" and means that the buffer element is significantly more compressible than the fluid. Thus, in particular smaller volume/pressure fluctuations in the fluid can be absorbed by the buffer element without having to move the movement area for this purpose. In particular, the above-mentioned actuator can be protected in this way, in that it is relieved of correspondingly small corrective movements of the movement area and the pressure in the fluid nevertheless remains within the desired limits.

Insbesondere enthält der Fluidraum (zusammen mit dem Kühlkreislauf, einer Ausgleichsleitung usw.) ausschließlich das Fluid und das Pufferelement und ansonsten keinerlei Elemente. Hierdurch herrschen genau bekannte Gegebenheiten im Kühlkreislauf / Fluidraum.In particular, the fluid space (together with the cooling circuit, an equalizing line, etc.) contains only the fluid and the buffer element and no other elements. As a result, there are precisely known conditions in the cooling circuit / fluid space.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist das Pufferelement ein kompressibles loses Gas oder ein kompressibler elastischer Gegenstand. Das lose Gas liegt insbesondere als Gasblase im Fluidraum vor, also als Gasraum bzw. Gasvolumen, also ein gasgefüllter Teilraum des Fluidraumes, in dem kein Fluid vorhanden ist. „Elastisch“ ist hier im Sinne von kompressibel, aber „fest / nicht gasförmig“ zu verstehen. In a preferred variant of this embodiment, the buffer element is a compressible loose gas or a compressible elastic object. The loose gas is present in particular as a gas bubble in the fluid space, ie as a gas space or gas volume, ie a gas-filled partial space of the fluid space in which no fluid is present. "Elastic" is to be understood here in the sense of compressible but "solid / not gaseous".

Der Gegenstand kann jedoch insbesondere z.B. gasgefüllt sein, wobei die Kompressibilität / Elastizität dann insbesondere im Wesentlichen durch das Gas / die Gasfüllung erreicht wird. Der Gegenstand ist insbesondere ein gasgefülltes dehnbares Kissen oder ein Schaumkörper aus geschlossenzelligem Schaum. Die einzelnen geschlossenen Schaumzellen entsprechen dann in etwa einer Vielzahl gasgefüllter elastischer Körper / Teil-Gegenstände.However, the object can in particular be gas-filled, for example, in which case the compressibility/elasticity is then essentially achieved by the gas/the gas filling. In particular, the object is a gas-filled stretchable cushion or a foam body made of closed-cell foam. The individual closed foam cells then roughly correspond to a large number of gas-filled elastic bodies/partial objects.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Kühlanordnung wenigstens ein Federelement, das den zweiten Wandabschnitt oder den Bewegungsbereich in Bezug auf eine Komprimierung des Fluidraumes (ein kleineres, abnehmendes Volumen des Fluidraum) hin federnd vorspannt. Somit ist z.B. kein Aktor notwendig, um in Variante A) den zweiten Wandabschnitt oder in Variante B) den Bewegungsbereich in Bezug auf eine Komprimierung / in Richtung zu kleineren Volumina des Fluidraumes hin zu bewegen. Das Federelement bewirkt damit insbesondere einen bestimmten Mindestdruck im Fluid. Insbesondere ist das Federelement jedoch mit einem Aktor kombiniert, so dass der Aktor vom Federelement unterstützt wird. Insbesondere weist das Federelement eine lineare Federkennlinie auf. Insbesondere weist das Federelement eine in Richtung zu einem größeren Volumen des Fluidraumes hin degressive Federkennlinie auf. Dies ermöglicht einen größeren Federhub (und damit Bewegungsspielraum des Bewegungsbereiches und damit Volumenausgleich im Fluidraum) bei gleichen Federkräften im Vergleich zu einer linearen Federkennlinie.In a preferred embodiment, the cooling arrangement includes at least one spring element that resiliently biases the second wall portion or the range of motion in relation to compression of the fluid space (a smaller, decreasing volume of the fluid space). Thus, for example, no actuator is necessary in order to move the second wall section in variant A) or the movement area in variant B) in relation to a compression/in the direction of smaller volumes of the fluid space. The spring element thus effects in particular a certain minimum pressure in the fluid. In particular, however, the spring element is combined with an actuator, so that the actuator is supported by the spring element. In particular, the spring element has a linear spring characteristic. In particular, the spring element has a degressive spring characteristic in the direction of a larger volume of the fluid space. This enables a larger spring stroke (and thus more freedom of movement of the movement area and thus volume compensation in the fluid space) with the same spring forces in comparison to a linear spring characteristic.

In einer bevorzugten Variante der oben genannten Ausführungsform mit Aktor ist der zweite Wandabschnitt nach Variante A) ausgeführt und der Aktor ist ein Linearantrieb zur Verschiebung des zweiten Wandabschnittes im ersten Wandabschnitt. Insbesondere bilden die Wandabschnitte die oben erläuterte „Kolben im Zylinder“-Konfiguration. Somit erfolgt eine besonders einfache motorische aktive Verstellung / Einstellung der Größe des Fluidraumes, insbesondere des Kolbens im Zylinder. Insbesondere kann diese Ausführungsform auch mit dem oben genannten Federelement kombiniert werden. Je nach Auslegung der Federkraft in Bezug auf die notwendigen Niederhaltekräfte des zweiten Wandabschnittes kann es erforderlich sein, dass der Aktor alleine Zugkräfte oder auch alleine Druckkräfte oder auch Zug- und Druckkräfte auf den zweiten Wandabschnitt ausüben muss. So können entsprechend viele Varianten von Aktorkonfigurationen gefunden werden.In a preferred variant of the above-mentioned embodiment with an actuator, the second wall section is designed according to variant A) and the actuator is a linear drive for displacing the second wall section in the first wall section. In particular, the wall sections form the "piston in cylinder" configuration discussed above. A particularly simple, motor-driven, active adjustment/adjustment of the size of the fluid space, in particular of the piston in the cylinder, is thus achieved. In particular, this embodiment can also be combined with the spring element mentioned above. Depending on the design of the spring force in relation to the necessary hold-down forces of the second wall section, it may be necessary for the actuator to exert tensile forces alone or compressive forces alone or also tensile and compressive forces on the second wall section. In this way, a correspondingly large number of variants of actuator configurations can be found.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Wandabschnitt nach Variante B) ausgeführt und der Ausgleichsbehälter weist ein starres Gehäuse auf. Zumindest ein Teil des Gehäuses bildet den ersten Wandabschnitt. Im Innenraum des Gehäuses bzw. des Ausgleichsbehälters ist ein Dehnelement angeordnet. Zumindest ein Teil der Oberfläche des Dehnelements bildet den zweiten Wandabschnitt, insbesondere den Bewegungsbereich. Das Volumen des Dehnelements ist veränderbar, um die Gestalt des Bewegungsbereiches des zweiten Wandabschnittes zu verändern. So lassen sich besonders variantenreiche Ausführungsformen der Kühlanordnung bedarfsgerecht entwerfen. Das Dehnelement befindet sich also - insbesondere vollständig - im Ausgleichsbehälter und begrenzt (zusammen mit dem ersten Wandabschnitt) den Fluidraum. Das Fluid befindet sich außerhalb des Dehnelements.In a preferred embodiment, the second wall section is designed according to variant B) and the expansion tank has a rigid housing. At least part of the housing forms the first wall section. An expansion element is arranged in the interior of the housing or the expansion tank. At least part of the surface of the expansion element forms the second wall section, in particular the movement area. The volume of the expander is variable to change the shape of the range of motion of the second wall section. In this way, particularly varied embodiments of the cooling arrangement can be designed as required. The expansion element is therefore located—in particular completely—in the expansion tank and delimits (together with the first wall section) the fluid space. The fluid is outside of the expansion element.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist das Dehnelement ein in seiner Form und/oder Länge veränderbarer Faltenbalg. Durch Änderung von Form und/oder Länge ergibt sich eine Volumenänderung des Faltenbalges bzw. Dehnelements. Insbesondere ist der Faltenbalg einzig in einer Längserstreckungsrichtung eindimensional veränderbar, d.h. erfährt keine Biege-, sondern alleine eine Dehn- oder Stauchbewegung, um eine Volumenänderung zu bewirken. Somit ergibt sich eine besonders einfache Lösung für ein Dehnelement.In a preferred variant of this embodiment, the expansion element is a bellows whose shape and/or length can be changed. A change in shape and/or length results in a change in volume of the bellows or expansion element. In particular, the bellows can only be changed one-dimensionally in a direction of longitudinal extent, i.e. it does not undergo a bending movement, but only an expansion or compression movement in order to bring about a change in volume. This results in a particularly simple solution for an expansion element.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Wandabschnitt nach Variante B) ausgeführt. Zumindest ein Teil des Ausgleichsbehälters und damit des Fluidraumes ist selbst als Dehnelement ausgeführt. Das Fluid befindet sich hier also - im Gegensatz zu oben - innerhalb des Dehnelements. Der erste Wandabschnitt ist zumindest teilweise durch einen Einlassbereich des Ausgleichsbehälters, ggf. des Dehnelements gebildet. Der Einlassbereich ist derjenige, der eine Einlassöffnung für das Fluid zum Anschluss an den Kühlkreislauf aufweist. Zumindest ein Teil des Bewegungsbereiches ist durch einen verformbaren Bereich des Dehnelements gebildet. Auch dies führt zu einer alternativen Lösung für einen Ausgleichsbehälter.In a preferred embodiment, the second wall section is designed according to variant B). At least a part of the expansion tank and thus of the fluid space is itself designed as an expansion element. So here fluid is - contrary to above - within expansion element. The first wall section is at least partially formed by an inlet area of the expansion tank, possibly the expansion element. The inlet area is that which has an inlet opening for the fluid for connection to the cooling circuit. At least part of the movement area is formed by a deformable area of the expansion element. This also leads to an alternative solution for an expansion tank.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist auch hier das Dehnelement ein in seiner Form und/oder Länge veränderbarer Faltenbalg. Der Bewegungsbereich oder zumindest der oben genannte Teil des Bewegungsbereiches ist dann durch zumindest einen Teil eines Balgbereiches des Faltenbalges gebildet. Die oben für den Faltenbalg (Fluid ist außerhalb diesem) getroffenen Aussagen gelten sinngemäß auch hier.In a preferred variant of this embodiment, the expansion element is also a bellows that can be changed in terms of its shape and/or length. The area of movement or at least the above-mentioned part of the area of movement is then formed by at least part of a bellows area of the bellows. The statements made above for the bellows (the fluid is outside of it) apply here as well.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform mit dem oben genannten Aktor ist der zweite Wandabschnitt zumindest teilweise auch durch zumindest einen Teil eines Angriffsbereiches des Aktors am Faltenbalg gebildet. Der Angriffsbereich dient dazu, dass der Aktor Form und / oder Länge des Faltenbalges aktiv verändern kann. Der Aktor dient also dazu bzw. ist dazu eingerichtet, den Faltenbalg in seiner Form / Länge zu manipulieren, insbesondere diesen ausschließlich linear zu dehnen oder zu stauchen. Dann ist der Aktor insbesondere ein Linearantrieb. Da aufgrund der aktorischen Bewegung auch der Angriffsbereich bewegt wird, bietet sich dieser besonders als Teil des zweiten Wandabschnittes, insbesondere Teil des Bewegungsbereiches an.In a preferred variant of this embodiment with the above-mentioned actuator, the second wall section is at least partially also formed by at least part of an area where the actuator acts on the bellows. The attack area is used so that the actuator can actively change the shape and/or length of the bellows. The actuator is therefore used or is set up to manipulate the shape/length of the bellows, in particular to stretch or compress it exclusively linearly. Then the actuator is in particular a linear drive. Since the attack area is also moved as a result of the actuator movement, this is particularly suitable as part of the second wall section, in particular part of the movement area.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Objektanordnung nach Anspruch 13. Diese enthält die erfindungsgemäße Kühlanordnung und das Objekt.The object of the invention is also achieved by an object arrangement according to claim 13. This contains the cooling arrangement according to the invention and the object.

Die Objektanordnung und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlanordnung erläutert.The object arrangement and at least some of its possible embodiments and the respective advantages have already been explained in connection with the cooling arrangement according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Objekt eine Brennstoffzellenanordnung. Diese enthält wenigstens eine durch die Kühlanordnung zu kühlende Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle ist insbesondere eine solche in einem elektrisch angetriebenen Flugzeug und / oder in einem Flugzeug, bei dem ein Stromnetz des Flugzeuges dauerhaft oder zeitweise durch die aus den Brennstoffzellen gewonnene elektrische Energie gespeist ist. Mit anderen Worten könnte es sich alternativ oder zusätzlich auch um eine Brennstoffzelle handeln, die (nur) für eine Strom- oder Notstromversorgung (und gegebenenfalls nicht den Antrieb) des Flugzeugs genutzt wird. „Angetrieben“ ist dabei so zu verstehen, dass sich dies auf den Hauptantrieb des Flugzeuges für dessen Flug bezieht. Das Flugzeug wird also nicht durch Verbrennungsmotoren / Turbinen / Triebwerke angetrieben, sondern durch Elektromotoren, z.B. mit Propellern. Die elektrische Energie für die Elektromotoren und damit dem Flug / Vortrieb des Flugzeuges wird durch die Brennstoffzellen erzeugt. Das elektrisch angetriebene Flugzeug enthält also eine Brennstoffzellenanordnung mit Brennstoffzellen, die ihrerseits durch die Kühlanordnung gekühlt sind. Insbesondere in diesem Einsatzfall ist das erfindungsgemäße Kühlsystem wegen seiner Drucksteuer- / -regeleigenschaften besonders vorteilhaft.In a preferred embodiment, the object is a fuel cell assembly. This contains at least one fuel cell to be cooled by the cooling arrangement. The fuel cell is in particular one in an electrically powered aircraft and/or in an aircraft in which a power supply system of the aircraft is fed permanently or temporarily by the electrical energy obtained from the fuel cells. In other words, it could alternatively or additionally also be a fuel cell that (only) is used for power or emergency power supply (and if not the engine(s) of the aircraft is used. "Powered" is understood to refer to the aircraft's main engine for flight. So the aircraft is not driven by internal combustion engines / turbines / engines, but by electric motors, eg with propellers. The electrical energy for the electric motors and thus the flight / propulsion of the aircraft is generated by the fuel cells. The electrically powered aircraft thus contains a fuel cell arrangement with fuel cells, which in turn are cooled by the cooling arrangement. In this application in particular, the cooling system according to the invention is particularly advantageous because of its pressure control/regulation properties.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Flugzeug gemäß Patentanspruch 15. Dieses enthält die oben beschriebene Objektanordnung mit der Brennstoffzellenanordnung als Objekt. Das Flugzeug ist bzw. wird wie oben beschrieben im Flug durch die aus den Brennstoffzellen gewonnene elektrische Energie angetrieben und / oder ein Stromnetz des Flugzeugs ist bzw. wird dauerhaft oder zeitweise durch die aus den Brennstoffzellen gewonnene elektrische Energie gespeist.The object of the invention is also achieved by an aircraft according to patent claim 15. This contains the object arrangement described above with the fuel cell arrangement as the object. As described above, the aircraft is or will be driven in flight by the electrical energy obtained from the fuel cells and/or a power grid of the aircraft is or will be permanently or temporarily fed by the electrical energy obtained from the fuel cells.

Das Flugzeug und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Objektanordnung und der erfindungsgemäßen Kühlanordnung erläutert.The aircraft and at least some of its possible embodiments and the respective advantages have already been explained in connection with the object arrangement according to the invention and the cooling arrangement according to the invention.

Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch „die Erfindung“ genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.The invention is based on the following findings, observations and considerations and also has the following embodiments. The embodiments are sometimes also referred to as “the invention” for the sake of simplicity. The embodiments can also contain parts or combinations of the above-mentioned embodiments or correspond to them and/or optionally also include embodiments that have not been mentioned before.

Die Erfindung beruht auf der Idee der Entwicklung eines Ausgleichsbehälters mit insbesondere aktiver Reglung des Fluidvolumens unter Ausschluss von Kontakt des Fluids mit Sauerstoff in kompakter bzw. raumsparender Bauweise.The invention is based on the idea of developing a compensating tank with, in particular, active regulation of the fluid volume while excluding contact of the fluid with oxygen in a compact and space-saving design.

Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass es aus der Praxis bzw. dem Stand der Technik bekannt ist, ein Ausgleichsgefäß mit einem Gasraum (Vorspannvolumen / Membran / Ausgleichsvolumen, passiv) zu nutzen: Im Allgemeinen werden in Fluidkreisläufen passive Ausgleichsbehälter zur Kompensation der Wärme- / Volumenausdehnung der Fluide verwendet. Hierbei wird eine Gasblase (Vorspannvolumen) bei Ausdehnung der Flüssigkeit komprimiert. Nur durch einen ausreichend großen Gasraum (Vorspannvolumen) entsteht ein flacher Druckanstieg.The invention is based on the observation that it is known from practice or the state of the art to use an expansion tank with a gas space (preload volume/membrane/equalization volume, passive): In general, passive expansion tanks are used in fluid circuits to compensate for the heat / Volume expansion of the fluids used. Here, a gas bubble (preload volume) is compressed when the liquid expands. Only with a sufficiently large gas space (preload volume) does a flat increase in pressure occur.

Die Erfindung beruht auf folgender Idee: Um den Systemdruck (Druck im Fluid) konstant zu halten bzw. auf einen gewünschten Wert einzustellen, wird der Ausgleichsbehälter insbesondere als Zylinder mit einem Kolben / Faltenbalg ausgeführt. „Unterhalb“ des Kolbens (auf der dem Fluidraum zugewandten Seite des Kolbens) befindet sich das Fluid und optional ein kleiner Gasraum (Pufferelement). Bei Ausdehnung des Fluids wird der Druckanstieg (im Kühlkreislauf / Fluidraum) optional durch Sensoren detektiert und der Kolben / Faltenbalg durch eine von außen wirkende Kraft (z.B. Linearantrieb (Aktor) etc. und / oder Federkraft) direkt oder mittels Hebelmechanik (zwischen Aktor und zweitem Wandabschnitt / Bewegungsbereich) herausgezogen und damit das zur Verfügung stehende Volumen (des Fluidraumes) vergrößert. Dadurch wird dem durch die Ausdehnung des Fluids entstehenden Druckanstieg im Kühlkreislauf / Fluidraum entgegengewirkt, um den Druck z.B. unterhalb eines Maximaldrucks zu halten. Ein kleiner Gasraum (Pufferelement, evtl. als abgeschlossener Ballon) dient der Pufferung von Druckstößen und ermöglicht eine feine Regelung. Bei Abkühlung sinkt der Systemdruck (Druck im Fluid) was ebenfalls durch die Sensorik erfasst wird und der Kolben / Faltenbalg wird nach innen (zum Fluidraum hin) gedrückt um das Volumen (des Fluidraumes) wieder zu verkleinern. Dies bedingt einen Druckanstieg (im Fluid), der den Druckabfall durch die Abkühlung (Volumenabnahme des Fluids) kompensiert, um z.B. einen Minimaldruck im Fluid aufrecht zu erhalten.The invention is based on the following idea: In order to keep the system pressure (pressure in the fluid) constant or set it to a desired value, the expansion tank is designed in particular as a cylinder with a piston/bellows. “Below” the piston (on the side of the piston facing the fluid space) is the fluid and optionally a small gas space (buffer element). When the fluid expands, the increase in pressure (in the cooling circuit / fluid space) is optionally detected by sensors and the piston / bellows is released by an external force (e.g. linear drive (actuator) etc. and / or spring force) directly or by means of a lever mechanism (between the actuator and the second Wall section / range of motion) pulled out and thus the available volume (of the fluid space) increased. This counteracts the pressure increase in the cooling circuit/fluid space caused by the expansion of the fluid, in order to keep the pressure below a maximum pressure, for example. A small gas space (buffer element, possibly as a closed balloon) is used to buffer pressure surges and enables fine control. When it cools down, the system pressure (pressure in the fluid) drops, which is also recorded by the sensors and the piston / bellows is pressed inwards (towards the fluid space) to reduce the volume (of the fluid space) again. This causes an increase in pressure (in the fluid) that compensates for the drop in pressure due to the cooling (decrease in volume of the fluid) in order, for example, to maintain a minimum pressure in the fluid.

Durch diese Art der Drucksteuerung / -regelung kann der Ausgleichsbehälter deutlich kleiner ausgeführt werden als bei der aus dem Stand der Technik bekannten passiven Gasblase (Vorspannvolumen), da diese schlicht entfällt. Dies bedingt gerade im Flugzeug deutliche Einsparungen beim Gewicht (Umhüllung des Vorspannvolumens entfällt) und dem Bauraum (Vorspannvolumen entfällt). Außerdem werden eine feinere Druckregelung und damit ein kleinerer Systemgesamtdruck (insbesondere weniger Schwankung des Drucks im Fluid) möglich.This type of pressure control/regulation means that the expansion tank can be made significantly smaller than in the case of the passive gas bubble (preload volume) known from the prior art, since this is simply not required. This requires significant savings in terms of weight (no encasing of the prestressed volume) and installation space (no prestressed volume) in aircraft. In addition, a finer pressure control and thus a smaller total system pressure (in particular less fluctuation of the pressure in the fluid) are possible.

Durch die Kombination eines kleinen Gasraums (Pufferelement) zur Pufferung von Druckspitzen mit der motorischen Veränderung des Volumens (Aktor) können sehr kleine Ausgleichsbehälter verwendet werden, die gleichzeitig eine sehr feine Druckregelung erlauben.The combination of a small gas space (buffer element) for buffering pressure peaks with the motorized change in volume (actuator) means that very small expansion tanks can be used, which at the same time allow very fine pressure control.

Gemäß der Erfindung ergibt sich somit ein insbesondere aktiv geregelter Ausgleichsbehälter, der mittels mechanischer Verstellung (Aktor / Federelement) einer Trennvorrichtung (zweiter Wandabschnitt / Bewegungsbereich) den gewünschten Druck (im Fluid) einsteuert / einregelt. Gleichzeitig wird ein Kontakt des Fluids zu Sauerstoff vermieden.According to the invention, this results in a particularly actively controlled expansion tank, which by means of mechanical adjustment (actuator/spring element) of a separating device (second wall deflector section / range of motion) controls / regulates the desired pressure (in the fluid). At the same time, contact of the fluid with oxygen is avoided.

Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:

  • 1 ein Flugzeug mit einer Brennstoffzelle, die von einer Kühlanordnung gekühlt wird,
  • 2 einen zu 1 alternativen Ausgleichsbehälter mit enthaltenem Dehnelement außerhalb des Fluids,
  • 3 einen zu 1 alternativen Ausgleichsbehälter mit fluidgefülltem Dehnelement,
  • 4 einen zu 1 alternativen Ausgleichsbehälter mit Federelement,
  • 5 einen zu 1 alternativen Ausgleichsbehälter mit verlängertem Federelement,
  • 6 unterschiedliche Federkennlinien für die Federelemente aus 4 und 5.
Further features, effects and advantages of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment of the invention and the attached figures. Show, each in a schematic principle sketch:
  • 1 an aircraft with a fuel cell cooled by a cooling arrangement,
  • 2 one to 1 alternative reservoir with included expansion element outside the fluid,
  • 3 one to 1 alternative expansion tank with fluid-filled expansion element,
  • 4 one to 1 alternative reservoir with spring element,
  • 5 one to 1 alternative reservoir with extended spring element,
  • 6 different spring characteristics for the spring elements 4 and 5 .

1 zeigt einen Ausschnitt aus einem nicht näher dargestellten Flugzeug 2. Dieses weist einen nicht dargestellten elektrischen Antrieb auf, wird also durch elektrische Energie anstelle von fossilen Brennstoffen zum Fliegen angetrieben. Die elektrische Energie wird aus einem Objekt 4 in Form einer Brennstoffzellenanordnung gewonnen, die im Wesentlichen eine Mehrzahl von Brennstoffzellen enthält. In der 1 ist stellvertretend für das Objekt 4 lediglich eine der Brennstoffzellen dargestellt. Im Betrieb müssen die Brennstoffzellen gekühlt werden. 1 shows a detail of an aircraft 2, not shown. This has an electric drive, not shown, so it is powered by electric energy instead of fossil fuels for flying. The electrical energy is obtained from an object 4 in the form of a fuel cell arrangement which essentially contains a plurality of fuel cells. In the 1 only one of the fuel cells is shown as representative of the object 4 . During operation, the fuel cells have to be cooled.

Das Flugzeug 2 enthält daher eine Objektanordnung 6; diese umfasst das Objekt 4 sowie eine Kühlanordnung 8 zur Kühlung des Objekts 4, hier der dargestellten Brennstoffzelle. Die Kühlanordnung 8 dient also zur Kühlung des Objekts 4.The aircraft 2 therefore contains an object arrangement 6; This includes the object 4 and a cooling arrangement 8 for cooling the object 4, here the fuel cell shown. The cooling arrangement 8 is therefore used to cool the object 4.

Die Kühlanordnung 8 enthält einen Kühlkreislauf 10 zur eigentlichen Kühlung des Objekts 4. Im Betrieb ist der Kühlkreislauf 10 von einem inkompressiblen Fluid 12 (Medium, in 1 schraffiert angedeutet) durchströmt, was in 1 durch einen den Kreislauf der Durchströmung andeutenden Pfeil 14 dargestellt ist. Das Fluid 12 ist Teil der Kühlanordnung 8. Das Fluid 12 bewirkt die eigentliche Kühlung des Objekts 4, in dem es im Vorbeiströmen Wärme von diesem aufnimmt und innerhalb des Kühlkreislaufs 10 - an einem Kühler, nicht dargestellt - wieder abgibt. Eine Pumpe 15 im Kühlkreislauf 10 dient der Aufrechterhaltung des Kreislaufstroms des Fluids 12 in Richtung des Pfeils 14.The cooling arrangement 8 contains a cooling circuit 10 for the actual cooling of the object 4. During operation, the cooling circuit 10 is filled with an incompressible fluid 12 (medium, in 1 hatched) flows through what is in 1 is represented by an arrow 14 indicating the circulation of the flow. The fluid 12 is part of the cooling arrangement 8. The fluid 12 causes the actual cooling of the object 4 in that it absorbs heat from it as it flows past and releases it again within the cooling circuit 10—at a cooler, not shown. A pump 15 in the cooling circuit 10 serves to maintain the circulatory flow of the fluid 12 in the direction of the arrow 14.

Aufgrund von Änderungen des gesamten Temperaturniveaus des Fluids 12 unterliegt dieses einer Ausdehnung bei Erwärmung und Schrumpfung bei Abkühlung, d.h. das Volumen VF des Fluids 12 variiert. Bei dem Volumen VF des Fluids 12 ist hierbei dasjenige Volumen angesprochen, welches das Fluid 12 ohne Zwang, d.h. z.B. bei Atmosphärendruck annehmen würde. Tatsächlich steht jedoch für das Fluid 12 lediglich das Gesamtvolumen von Kühlkreislauf 10 (dieses wird vorliegend stets als konstant angenommen) zuzüglich des Volumens VR des Fluidraum 20 zur Verfügung. Die (vom Fluid „erwünschte“) Ausdehnung führt (wenn diese nicht stattfinden kann) zu einer Druckerhöhung des Drucks p des Fluids 12 im Kühlkreislauf 10 und Fluidraum 12 (wenn dieser konstantes Volumen VR aufweist).Due to changes in the overall temperature level of the fluid 12, it expands when heated and contracts when cooled, i.e., the volume VF of the fluid 12 varies. The volume VF of the fluid 12 refers to the volume that the fluid 12 would assume without being forced, i.e. at atmospheric pressure, for example. In fact, however, only the total volume of the cooling circuit 10 (this is always assumed to be constant in the present case) plus the volume VR of the fluid chamber 20 is available for the fluid 12 . The expansion (“desired” by the fluid) leads (if this cannot take place) to a pressure increase of the pressure p of the fluid 12 in the cooling circuit 10 and fluid space 12 (if this has a constant volume VR).

Um diese Volumenänderung im Fluid 12 auszugleichen, ist am Kühlkreislauf 10 ein Ausgleichsbehälter 16 angeschlossen. Der „Anschluss“ ist hier durch eine Ausgleichsleitung 18 symbolisch dargestellt. Der Ausgleichsbehälter 16 kann jedoch alternativ auch direkt am Kühlkreislauf angeschlossen sein. Der Ausgleichsbehälter 16 weist einen Fluidraum 20 auf, der hier vollständig gefüllt ist und ein gesamtes Volumen VR aufweist. Ein Teil der Füllung besteht aus dem Fluid 12, der restliche Teil der Füllung aus einem kompressiblen Pufferelement 22. Das Pufferelement 22 ist hier ein kompressibel elastischer Gegenstand 26, hier eine mit Gas gefüllte elastische Blase. Das Pufferelement 22 ist ebenfalls Teil der Kühlanordnung 8. Vorliegend ist also der Fluidraum 20 nur teilweise mit dem Fluid 12 gefüllt.In order to compensate for this change in volume in the fluid 12 , a compensating tank 16 is connected to the cooling circuit 10 . The "connection" is symbolically represented here by an equalizing line 18 . Alternatively, however, the expansion tank 16 can also be connected directly to the cooling circuit. The expansion tank 16 has a fluid space 20 which is completely filled here and has a total volume VR. A part of the filling consists of the fluid 12, the remaining part of the filling consists of a compressible buffer element 22. The buffer element 22 is here a compressible elastic object 26, here an elastic bladder filled with gas. The buffer element 22 is also part of the cooling arrangement 8. In the present case, the fluid chamber 20 is only partially filled with the fluid 12.

Der Ausgleichsbehälter 16 weist einen ersten starren Wandabschnitt 28a auf, der hier nach Art eines topfförmigen Zylinders mit Boden ausgeführt ist. Der Ausgleichsbehälter 16 weist auch einen zweiten, hier ebenfalls starren Wandabschnitt 28b auf, der hier gemäß einer Variante A) der Erfindung nach Art eines Kolbens ausgeführt ist, der im Zylinder mit einem einzigen Freiheitsgrad linear gleiten kann. Hier ist also der zweite Wandabschnitt 28b insgesamt starr und relativ zum ersten Wandabschnitt 28a beweglich ausgeführt. Die ausschließlich lineare eindimensionale Beweglichkeit ist in der 1 durch eine Doppelpfeil 32 angedeutet. Der gesamte zweite Wandabschnitt 28b bildet daher einen Bewegungsbereich 34 des Ausgleichsbehälters 16.The expansion tank 16 has a first rigid wall section 28a, which is designed here in the manner of a pot-shaped cylinder with a bottom. The reservoir 16 also has a second wall portion 28b, here also rigid, which here, according to variant A) of the invention, is made in the manner of a piston capable of sliding linearly in the cylinder with a single degree of freedom. Here, the second wall section 28b is rigid overall and is designed to be movable relative to the first wall section 28a. The exclusively linear one-dimensional mobility is in the 1 indicated by a double arrow 32. The entire second wall section 28b therefore forms a movement area 34 of the expansion tank 16.

Erster Wandabschnitt 28a (dessen bis zum Kolben reichender unterer Teil) und zweiter Wandabschnitt 28b umgrenzen zusammen den Fluidraum 20. Der Fluidraum 20 ist also einzig durch die Wandabschnitte 28a und 28b vollständig umgrenzt. Die Beweglichkeit des Bewegungsbereiches 34 in Richtung des Doppelpfeils 32 führt dazu, dass das Volumen VR des Fluidraums 20 veränderbar ist.First wall section 28a (its lower part reaching to the piston) and second wall section 28b together delimit fluid chamber 20. Fluid chamber 20 is therefore completely delimited solely by wall sections 28a and 28b. The mobility of the movement area 34 in the direction of the double arrow 32 means that the volume VR of the fluid chamber 20 can be changed.

Bei einer Zunahme des Volumens VF (wenn dieses sich ungehindert ausdehnen kann) des Fluids 12 im Kühlkreislauf 10 aufgrund von Temperaturerhöhung (gesamtes Temperaturniveau aller Anteile des Fluids 12) weicht ein so entstehender zusätzlicher Volumenanteil des Fluids über die Ausgleichsleitung 18 in den Ausgleichsbehälter 16 bzw. den Fluidraum 20 aus. Durch aktives Verschieben des zweiten Wandabschnittes 28b (in 1 nach oben) wird das Volumen VR des Fluidraum 20 in entsprechendem Maße vergrößert, so dass das zusätzliche Volumen (das Mehr an Volumen VF) des Fluids 12 Platz findet. Bei Temperaturabnahme und Volumenverkleinerung im Fluid 12 strömt eine entsprechende Fluidmenge aus dem Fluidraum 20 durch die Ausgleichsleitung 18 in den Kühlkreislauf 10 zurück; der zweite Wandabschnitt 28b wird aktiv in 1 nach unten bewegt und das Volumen VR des Fluidraum 20 wird entsprechend verkleinert.If the volume VF (if it can expand unhindered) of the fluid 12 in the cooling circuit 10 increases due to an increase in temperature (total temperature level of all parts of the fluid 12), an additional volume proportion of the fluid that is created in this way escapes via the equalizing line 18 into the equalizing tank 16 or the fluid chamber 20 from. By actively sliding the second wall section 28b (in 1 upwards), the volume VR of the fluid space 20 is increased to a corresponding extent, so that the additional volume (the more volume VF) of the fluid 12 finds space. When the temperature decreases and the volume in the fluid 12 decreases, a corresponding quantity of fluid flows back from the fluid chamber 20 through the equalizing line 18 into the cooling circuit 10; the second wall section 28b becomes active in 1 moves down and the volume VR of the fluid chamber 20 is reduced accordingly.

Um die entsprechende Bewegung des zweiten Wandabschnittes 28b zu bewerkstelligen, enthält die Kühlanordnung 8 einen Aktor 36, hier ein elektrischer Antrieb in Form eines Linearmotors, der ein Abtriebselement 38 aufweist, welches in Richtung des Doppelpfeils 40 linear verfahrbar ist. Der Aktor 36 bzw. das Abtriebselement 38 ist direkt - also ohne Zwischenschaltung eines Hebelgetriebes oder einer sonstigen Übertragungsanordnung - mit dem zweiten Wandabschnitt 28b verbunden. Der Aktor 36 ist damit als eine Betätigungseinheit (elektromechanischer Linearantrieb) zur aktiven Verstellung des Bewegungsbereiches 34 eingerichtet.In order to bring about the corresponding movement of the second wall section 28b, the cooling arrangement 8 contains an actuator 36, here an electric drive in the form of a linear motor which has an output element 38 which can be moved linearly in the direction of the double arrow 40. The actuator 36 or the output element 38 is connected directly to the second wall section 28b, ie without the interposition of a lever mechanism or any other transmission arrangement. The actuator 36 is thus set up as an actuation unit (electromechanical linear drive) for the active adjustment of the movement range 34 .

Durch die aktorische Verstellung (Aktor 36) des Bewegungsbereiches 34 / zweiten Wandabschnittes 28b und damit des Volumens VR des Fluidraums 20 wird auch das Gesamtvolumen, welches für das Fluid 12 in der Kühlanordnung 8 (einschließlich Kühlkreislauf 10) zur Verfügung steht, verändert. Im Verhältnis der Volumina, welche das Fluid 12 aufgrund seiner Temperatureigenschaften (im drucklosen Zustand) einnehmen möchte (Fluidvolumen VF), und welches tatsächlich für das Fluid 12 zur Verfügung steht (hier Betrachtung des Fluidraumvolumens VR, da nur dieses veränderbar ist) ergibt sich so ein Druck p im Fluid 12. Durch die Einstellung des Volumens VR, welches also für das Fluid 12 zur Verfügung gestellt wird, kann der Druck p im Fluid 12 eingestellt werden. Insbesondere kann dieser somit in einem Bereich zwischen einem Minimaldruck pmin und einem Maximaldruck pmax gehalten werden (in 1 symbolisch dargestellt).The total volume available for the fluid 12 in the cooling arrangement 8 (including the cooling circuit 10) is also changed by the actuator-controlled adjustment (actuator 36) of the movement area 34/second wall section 28b and thus of the volume VR of the fluid chamber 20. In relation to the volume that the fluid 12 wants to take up due to its temperature properties (in the unpressurized state) (fluid volume VF), and which is actually available for the fluid 12 (here consideration of the fluid space volume VR, since only this can be changed) this results a pressure p in the fluid 12. By setting the volume VR, which is thus made available for the fluid 12, the pressure p in the fluid 12 can be set. In particular, this can thus be kept in a range between a minimum pressure pmin and a maximum pressure pmax (in 1 represented symbolically).

Insgesamt zeigt 1 damit eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der zweite Wandabschnitt 28b nach Variante A) ausgeführt ist und der Aktor 36 ein Linearantrieb zu dessen Verschiebung im ersten Wandabschnitt 28a ist.Total shows 1 thus an embodiment of the invention in which the second wall section 28b is designed according to variant A) and the actuator 36 is a linear drive for its displacement in the first wall section 28a.

Der starre Wandabschnitt 28a ist hier Teil eines starren Gehäuses 42 des Ausgleichsbehälters 16. Um die Bewegung des zweiten Wandabschnittes zu ermöglichen, verfügt der Ausgleichsbehälter 16 bzw. das Gehäuse 42 über einen Raum in Form eines Arbeitsvolumens 68, dass sich auf der dem Fluidraum 20 gegenüberliegenden Seite des zweiten Wandabschnittes 28b befindet. Das Gehäuse 42 bzw. der Ausgleichsbehälter 16 enthält einen Einlassbereich 52. Dieser wiederum enthält eine Einlassöffnung 54 für das Fluid 12 zum Einströmen in den / aus dem Ausgleichsbehälter 16. Die Einlassöffnung 54 dient damit zum Anschluss des Ausgleichsbehälters an die Ausgleichsleitung 18 bzw. über diese an den Kühlkreislauf 10.The rigid wall section 28a is here part of a rigid housing 42 of the expansion tank 16. In order to enable the movement of the second wall section, the expansion tank 16 or the housing 42 has a space in the form of a working volume 68 that is located opposite the fluid space 20 Side of the second wall portion 28b is located. The housing 42 or the expansion tank 16 contains an inlet area 52. This in turn contains an inlet opening 54 for the fluid 12 to flow into/out of the expansion tank 16. The inlet opening 54 is therefore used to connect the expansion tank to the expansion line 18 or via this to the cooling circuit 10.

1 zeigt damit eine aktive Druckregelung am Ausgleichsbehälter 16 bzw. einer Trennvorrichtung / Trennkolben in Form des zweiten Wandabschnittes 28b. 1 thus shows an active pressure regulation on the expansion tank 16 or a separating device/separating piston in the form of the second wall section 28b.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Ausgleichsbehälters 16. Wie in 1 weist dieser ein Gehäuse 42, einen Einlassbereich 52 mit Einlassöffnung 56, einen starren ersten Wandabschnitt 28a und einen Aktor 36 auf. Im Innenraum des Gehäuses 42 ist ein Dehnelement 44 angeordnet. Ein Teil der Oberfläche 46 des Dehnelements 44 bildet hier den zweiten Wandabschnitt 28b und auch den Bewegungsbereich 34. Das Volumen VD des Dehnelements 44 ist veränderlich. Mit der entsprechenden Veränderung ändert sich die Gestalt des Bewegungsbereiches 34. 2 shows an alternative embodiment of an expansion tank 16. As in FIG 1 this has a housing 42, an inlet area 52 with an inlet opening 56, a rigid first wall section 28a and an actuator 36. An expansion element 44 is arranged in the interior of the housing 42 . A part of the surface 46 of the stretching element 44 here forms the second wall section 28b and also the movement area 34. The volume VD of the stretching element 44 is variable. With the corresponding change, the shape of the movement area 34 changes.

Das Dehnelement 44 ist hier als Faltenbalg 48 ausgeführt, der in seiner Form bzw. Länge veränderbar ist. Vorliegend ist der Faltenbalg entlang seiner Längserstreckungsrichtung 49 linear dehnbar oder stauchbar. Die Längenveränderung ist wieder durch einen Pfeil 32 angedeutet. Der Aktor 36 ist entsprechend 1 ausgeführt, nur dass dieser hier an mit seinem Abtriebselement 38 an einem Angriffsbereich 50 des Faltenbalges 48 angreift, um den Faltenbalg 48 in Richtung des Doppelpfeils 32 zu strecken oder zu stauchen, um dessen Volumen VD zu ändern. Ein im Fluidraum 20 angeordnetes Pufferelement 22 ist in der hier dargestellten Ausführungsform ein kompressibles loses Gas 24, das in Form einer Gasblase oben auf dem Fluid aufschwimmt bzw. den Faltenbalg 48 umgibt.The expansion element 44 is designed here as a bellows 48, the shape and length of which can be changed. In the present case, the bellows can be stretched or compressed linearly along its direction of longitudinal extension 49 . The change in length is again indicated by an arrow 32 . The actuator 36 is corresponding 1 embodied, except that this engages here with its driven element 38 on a working area 50 of the bellows 48 in order to stretch or compress the bellows 48 in the direction of the double arrow 32 in order to change its volume VD. In the embodiment shown here, a buffer element 22 arranged in the fluid space 20 is a compressible, loose gas 24 which floats on top of the fluid in the form of a gas bubble or surrounds the bellows 48 .

2 zeigt damit im Gegensatz zu 1 eine Variante B) der Erfindung, wonach eine Gestalt des Bewegungsbereiches 34 des zweiten Wandabschnittes 28b veränderbar ist. Vorliegend geschieht dies dadurch, dass sich der (faltbare) Balgbereich 56 als Bewegungsbereich 34 verändert, wenn der Faltenbalg 48 in Richtung des Doppelpfeils 32 gestreckt oder gestaucht wird. Der Angriffbereich 50 als Teil des zweiten Wandabschnittes 28b dagegen ist zwar in seiner Lage relativ zum ersten Wandabschnitt verschiebbar, ändert jedoch seine Form nicht. 2 thus shows in contrast to 1 a variant B) of the invention, according to which a shape of the movement area 34 of the second wall section 28b can be changed. In the present case, this occurs in that the (foldable) bellows area 56 changes as a movement area 34 when the bellows 48 is stretched or compressed in the direction of the double arrow 32 . The attack area 50 as part of the second wall section 28b, however, is displaceable in position relative to the first wall portion but does not change shape.

Auch 2 zeigt damit eine aktive Druckregelung am Ausgleichsbehälter 16, hier mit Hilfe eines Faltenbalges 48. Hier bildet - entsprechend dem Kolben in 1 - der Faltenbalg 48 die Trennvorrichtung, um den Fluidraum vom restlichen Innenraum (Arbeitsvolumen 68, Innenraum des Faltenbalges 48) des Gehäuses 42 zu trennen.Also 2 thus shows an active pressure control on the expansion tank 16, here with the help of a bellows 48. Here - corresponding to the piston in 1 - The bellows 48, the separating device to separate the fluid space from the rest of the interior (working volume 68, interior of the bellows 48) of the housing 42.

3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Ausgleichsbehälters 16. Ein Teil dessen ist hier selbst als Dehnelement 44, hier speziell wieder als Faltenbalg 48, ausgeführt. Der Faltenbalg 48 ist also im Gegensatz zu 2 hier mit dem Fluid 12 sowie mit dem Pufferelement 22 gefüllt. Antrieb 36, Angriffsbereich 50, lineare Bewegbarkeit des Faltenbalges 48 (Doppelfpeil 32) etc. sind entsprechend zu oben ausgeführt mit dem Unterschied, dass hier das Abtriebselement 38 außen und nicht innen am Faltenbalg 48 angreift. 3 shows a further alternative embodiment of a compensating tank 16. A part of this is itself designed as an expansion element 44, here specifically as a bellows 48 again. The bellows 48 is therefore in contrast to 2 filled here with the fluid 12 and with the buffer element 22 . Drive 36, engagement area 50, linear mobility of the bellows 48 (double arrow 32) etc. are designed in the same way as above with the difference that here the output element 38 acts on the bellows 48 on the outside and not on the inside.

Der erste Wandabschnitt 28a ist hier ausschließlich durch den Einlassbereich 52 des Ausgleichsbehälters 16 gebildet, welcher wieder die Einlassöffnung 54 für das Fluid 12 in den Ausgleichsbehälter 16 enthält. Die Einlassöffnung 54 dient damit zum Anschluss an den Kühlkreislauf 10 bzw. die Ausgleichsleitung 18. Das Arbeitsvolumen 68 umgibt den Faltenbalg 48 innerhalb des Gehäuses 42.The first wall section 28a is formed here exclusively by the inlet area 52 of the equalizing tank 16, which again contains the inlet opening 54 for the fluid 12 into the equalizing tank 16. The inlet opening 54 is therefore used for connection to the cooling circuit 10 or the compensating line 18. The working volume 68 surrounds the bellows 48 within the housing 42.

Auch hier ist der zweite Wandabschnitt 28b also nach Variante B) der Erfindung ausgeführt. Der Bewegungsbereich 34 ist - wie in Figur zwei - durch einen verformbaren Bereich des Dehnelements 44 gebildet. Dieser verformbare Bereich ist wie oben der Balgbereich 56 des Faltenbalges 48. Ein weiterer Teil des zweiten Wandabschnittes 28b (außerhalb des formveränderlichen Bewegungsbereiches 34) ist hier ebenfalls wie oben durch den Angriffsbereich 50 des Faltenbalges 48 für den Aktor 36 bzw. dessen Abtriebselement 38 gebildet. Auch hier dient der Aktor 36 also dazu, die Form bzw. Länge des Faltenbalges 48 bzw. von dessen Balgbereich 56 zu verändern. Dies erfolgt wieder durch Dehnen und Stauchen entlang der Längserstreckungsrichtung 49 des Faltenbalges 48.Here, too, the second wall section 28b is designed according to variant B) of the invention. As in FIG. 2, the movement area 34 is formed by a deformable area of the expansion element 44 . As above, this deformable area is the bellows area 56 of the bellows 48. Another part of the second wall section 28b (outside the variable-shape movement area 34) is also formed here, as above, by the engagement area 50 of the bellows 48 for the actuator 36 or its driven element 38. Here, too, the actuator 36 is used to change the shape or length of the bellows 48 or of its bellows area 56 . This is done again by stretching and compressing along the direction of longitudinal extent 49 of the bellows 48.

Auch 3 zeigt damit eine aktive Druckregelung am Ausgleichsbehälter 16 mithilfe eines Faltenbalges 48. Auch hier wirkt der Faltenbalg 48 als Trennvorrichtung zwischen dem Fluidraum 20 und dem Arbeitsvolumen 68.Also 3 thus shows an active pressure control on the expansion tank 16 with the help of a bellows 48. Here, too, the bellows 48 acts as a separating device between the fluid space 20 and the working volume 68.

4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Ausgleichsbehälters 16. Diese entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform nach 1 mit dem Unterschied, dass hier kein Aktor 36 vorgesehen ist. Stattdessen enthält die Kühlanordnung 8 ein Federelement 60, hier eine Schraubenfeder, die sich zwischen dem Gehäuse 42 des Ausgleichsbehälters 16 und dem zweiten Wandabschnitt 28b / Kolben abstützt. Das Federelement 60 spannt daher den beweglichen zweiten Wandabschnitt 28b, der hier wieder in Gänze dem Bewegungsbereich 34 entspricht, in Bezug auf eine Komprimierung des Fluidraumes 20, d.h. in Richtung zu einem kleineren /abnehmenden Volumen VR des Fluidraum 20 hin (angedeutet durch den Pfeil 62) vor, trachtet also danach, den Fluidraum 20 zu verkleinern. Eine optionale Führung 64 in Form einer Führungsstange ist am zweiten Wandabschnitt 28b befestigt und verschiebbar (Doppelpfeil 32) im Gehäuse 42 geführt, um den gesamten zweiten Wandabschnitt 28b entsprechend gerade / linear im ersten Wandabschnitt 28a zu führen. 4 shows a further alternative embodiment of a compensating tank 16. This essentially corresponds to the embodiment according to FIG 1 with the difference that no actuator 36 is provided here. Instead, the cooling arrangement 8 contains a spring element 60, here a helical spring, which is supported between the housing 42 of the expansion tank 16 and the second wall section 28b/piston. The spring element 60 therefore tensions the movable second wall section 28b, which here again corresponds entirely to the movement area 34, in relation to a compression of the fluid chamber 20, i.e. in the direction of a smaller/decreasing volume VR of the fluid chamber 20 (indicated by the arrow 62 ) before, so seeks to reduce the fluid space 20. An optional guide 64 in the form of a guide rod is attached to the second wall section 28b and slidably guided (double arrow 32) in the housing 42 in order to correspondingly guide the entire second wall section 28b straight/linearly in the first wall section 28a.

4 zeigt damit eine passive Druckregelung am Ausgleichsbehälter 16 / Trennkolben (Trennvorrichtung, zweiter Wandabschnitt 28b). Der Vordruck bzw. Druck p im Medium (Fluid 12) wird also hier über eine Feder (Federelement 60) aufgebracht und nicht - wie aus dem Stand der Technik bekannt - über ein geschlossenes Vorspannvolumen. Anstelle eines solchen (dichten, druckbeaufschlagten) Vorspannvolumens ist hier wieder das (mit dem Außenraum kommunizierende, drucklose / unter Atmosphären- / Umgebungsdruck stehende) Arbeitsvolumen 68 vorhanden. 4 thus shows a passive pressure control on the equalizing tank 16/separating piston (separating device, second wall section 28b). The admission pressure or pressure p in the medium (fluid 12) is thus applied here via a spring (spring element 60) and not--as is known from the prior art--via a closed pretensioning volume. Instead of such a (tight, pressurized) prestressing volume, the working volume 68 (communicating with the outside, unpressurized/under atmospheric/ambient pressure) is present here again.

5 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach 4, die platzsparend bzw. volumensparend gestaltet ist. Ein (in der Figur oberer) Federraum 66 des Arbeitsvolumens 68 / Innenraumes des Gehäuses 42 ist mit geringerem Durchmesser ausgeführt als ein restliches (in der Figur unteres) Arbeitsvolumen 68. Nur das restliche Arbeitsvolumen 68 bietet Platz zum Verfahren des zweiten Wandabschnittes 28b / Verformen des Bewegungsbereiches 34). Je größer die Querschnittsfläche des Kolbens (quer zur Bewegungsrichtung des Doppelpfeils 32), also zweiten Wandabschnittes 28b gewählt wird, desto geringer ist die maximale Federkraft F der Druckfeder in Form des Federelements 60, desto geringer die Federlänge L. Insgesamt ergibt sich so eine flachere Federkurve. 5 shows a variant of the embodiment 4 , which is designed to save space or volume. A (upper in the figure) spring chamber 66 of the working volume 68 / interior of the housing 42 is designed with a smaller diameter than a remaining (lower in the figure) working volume 68. Only the remaining working volume 68 offers space for moving the second wall section 28b / deforming the range of motion 34). The larger the cross-sectional area of the piston (transverse to the direction of movement of the double arrow 32), i.e. the second wall section 28b, is selected, the lower the maximum spring force F of the compression spring in the form of the spring element 60, and the lower the spring length L. Overall, this results in a flatter spring curve .

5 zeigt damit ebenso eine passive Druckregelung am Ausgleichsbehälter 16 / Trennkolben (Trennvorrichtung, zweiter Wandabschnitt 28b) wie 4. 5 thus also shows a passive pressure regulation on the expansion tank 16/separating piston (separating device, second wall section 28b) as in FIG 4 .

6 zeigt Federkennlinien 70a,b für unterschiedliche Federelemente 60. Aufgetragen ist die Federkraft F über dem Federweg s. Die Federkennlinie 70a ist eine lineare Federkennlinie, die Federkennlinie 70b ist eine degressive Federkennlinie. Die Federkraft F1 ergibt sich aus dem minimal benötigten hydraulischen Vordruck im Kühlkreislauf 10, also Minimaldruck pmin des Kühlmittels in Form des Fluids 12. Die Federkraft F2 ergibt sich aus dem maximal zulässigen Druck pmax des Kühlmittels (Fluid12) im Kühlkreislauf 10. Eine entsprechende Funktionalität kann mit einem Federelement 60 mit der Federkennlinie 70a erreicht werden. Dabei ergibt sich ein Federhub s1. Eine degressive Federkennlinie 70b kann vorteilhaft sein, da sie einen größeren Federhub s2 (entsprechend Volumenausgleich im Fluidraum 20) ermöglicht, ohne dass die maximale Federkraft F2 und damit der Maximaldruck pmax im Flüssigkeitskreislauf, also Kühlkreislauf 10 des Fluids 12 überschritten oder die minimale Federkraft F1 und damit der Minimaldruck pmin unterschritten wird. 6 shows spring characteristics 70a,b for different spring elements 60. The spring force F is plotted against the spring deflection s. The spring characteristic 70a is a linear spring characteristic, the spring characteristic 70b is a degressive spring characteristic. The spring force F1 results from the minimum required required hydraulic admission pressure in the cooling circuit 10, i.e. minimum pressure pmin of the coolant in the form of the fluid 12. The spring force F2 results from the maximum permissible pressure pmax of the coolant (Fluid12) in the cooling circuit 10. A corresponding functionality can be achieved with a spring element 60 with the spring characteristic 70a be reached. This results in a spring stroke s1. A degressive spring characteristic 70b can be advantageous because it enables a larger spring stroke s2 (corresponding to volume compensation in the fluid chamber 20) without exceeding the maximum spring force F2 and thus the maximum pressure pmax in the liquid circuit, i.e. cooling circuit 10 of the fluid 12, or the minimum spring force F1 and so that the minimum pressure pmin is not reached.

BezugszeichenlisteReference List

22
FlugzeugAirplane
44
Objektobject
66
Objektanordnungobject arrangement
88th
Kühlanordnungcooling arrangement
1010
Kühlkreislaufcooling circuit
1212
FluidFluid
1414
PfeilArrow
1515
Pumpepump
1616
Ausgleichsbehältersurge tank
1818
Ausgleichsleitungcompensation line
2020
Fluidraumfluid space
2222
Pufferelementbuffer element
2424
Gas (lose)gas (loose)
2626
GegenstandObject
28a28a
erster Wandabschnittfirst wall section
28b28b
zweiter Wandabschnittsecond wall section
3232
Doppelpfeildouble arrow
3434
Bewegungsbereichrange of motion
3636
Aktoractuator
3838
Abtriebselementoutput element
4040
Doppelpfeildouble arrow
4242
GehäuseHousing
4444
Dehnelementstretching element
4646
Oberflächesurface
4848
Faltenbalgbellows
4949
Längserstreckungsrichtunglongitudinal direction
5050
Angriffsbereichattack range
5252
Einlassbereichentry area
5454
Einlassöffnungintake port
5656
Balgbereichbellows area
6060
Federelementspring element
6262
PfeilArrow
6464
Führungguide
6666
Federraumspring room
6868
Arbeitsvolumenvolume of work
7070
Federkernlinie innerspring line
VRVR
Volumen (Fluidraum)volume (fluid space)
VDvd
Volumen (Dehnelement)Volume (expansion element)
VFvf
Volumen (Fluid)volume (fluid)
pp
DruckPrint
pminpmin
Minimaldruckminimal pressure
pmaxpmax
Maximaldruckmaximum pressure
Ff
Federkraftspring force
ss
Federwegtravel
LL
Federlängespring length

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017001447 A1 [0002]DE 102017001447 A1 [0002]

Claims (15)

Kühlanordnung (8) zur Kühlung eines Objekts (4), - mit einem Kühlkreislauf (10) zur Kühlung des Objekts (4), der im Betrieb zirkulierend von einem die Kühlung des Objekts (4) bewirkenden inkompressiblen Fluid (12) durchströmt ist, dessen Volumen variiert, - mit dem Fluid (12), - mit einem Ausgleichsbehälter (16), der einen am Kühlkreislauf (10) angeschlossenen und im Betrieb zumindest teilweise mit dem Fluid (12) gefüllten Fluidraum (20) aufweist, - wobei der Ausgleichsbehälter (16) einen starren ersten Wandabschnitt (28a) und einen zweiten Wandabschnitt (28b) aufweist, wobei erster (28a) und zweiter Wandabschnitt (28b) zusammen den Fluidraum (20) umgrenzen, wobei zumindest ein Teil des zweiten Wandabschnittes (28b) als Bewegungsbereich (34) des Ausgleichsbehälters (16) relativ zum ersten Wandabschnitt (28a) beweglich ist, um das Volumen (VR) des Fluidraumes (20) zu verändern, wobei - A) der zweite Wandabschnitt (28b) insgesamt als Bewegungsbereich (34) ebenfalls starr und relativ zum ersten Wandabschnitt (28a) beweglich ausgeführt ist, und/oder - B) eine Gestalt des Bewegungsbereiches des zweiten Wandabschnittes veränderbar ist.Cooling arrangement (8) for cooling an object (4), - with a cooling circuit (10) for cooling the object (4), through which an incompressible fluid (12) which causes cooling of the object (4) flows circulating and whose volume varies, - with the fluid (12), - with an expansion tank (16) which has a fluid space (20) connected to the cooling circuit (10) and at least partially filled with the fluid (12) during operation, - wherein the expansion tank (16) has a rigid first wall section (28a) and a second wall section (28b), the first (28a) and second wall section (28b) together delimiting the fluid space (20), at least part of the second wall section ( 28b) as a movement area (34) of the expansion tank (16) relative to the first wall section (28a) is movable in order to change the volume (VR) of the fluid space (20), wherein - A) the second wall section (28b) as a whole as a movement area (34) is also designed to be rigid and movable relative to the first wall section (28a), and/or - B) a shape of the movement range of the second wall section is changeable. Kühlanordnung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (8) wenigstens einen Aktor (36) enthält, der zur aktiven Verstellung des Bewegungsbereiches (34) eingerichtet ist.Cooling arrangement (8) after claim 1 , characterized in that the cooling arrangement (8) contains at least one actuator (36) which is set up for the active adjustment of the movement range (34). Kühlanordnung (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (36) ein elektrischer und/oder hydraulischer und/oder pneumatischer Antrieb ist.Cooling arrangement (8) after claim 2 , characterized in that the actuator (36) is an electric and/or hydraulic and/or pneumatic drive. Kühlanordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (8) wenigstens ein kompressibles Pufferelement (22) enthält, das im Fluidraum (20) angeordnet ist.Cooling arrangement (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling arrangement (8) contains at least one compressible buffer element (22) which is arranged in the fluid space (20). Kühlanordnung (8) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pufferelement (22) ein kompressibles loses Gas (24) oder ein kompressibler elastischer Gegenstand (26) ist.Cooling arrangement (8) after claim 4 , characterized in that the buffer element (22) is a compressible loose gas (24) or a compressible elastic object (26). Kühlanordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (8) wenigstens ein Federelement (60) enthält, das den zweiten Wandabschnitt (28b) oder den Bewegungsbereich (34) in Bezug auf eine Komprimierung des Fluidraumes hin federnd vorspannt.Cooling arrangement (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling arrangement (8) contains at least one spring element (60) which resiliently prestresses the second wall section (28b) or the movement area (34) in relation to a compression of the fluid space . Kühlanordnung (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandabschnitt (28b) nach Variante A) ausgeführt ist und der Aktor (36) ein Linearantrieb zu dessen Verschiebung im ersten Wandabschnitt (28a) ist.Cooling arrangement (8) according to one of claims 2 until 6 , characterized in that the second wall section (28b) is designed according to variant A) and the actuator (36) is a linear drive for its displacement in the first wall section (28a). Kühlanordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandabschnitt (28b) nach Variante B) ausgeführt ist und der Ausgleichsbehälter (16) ein starres Gehäuse (42) aufweist, wobei zumindest ein Teil des Gehäuses (42) den ersten Wandabschnitt (28a) bildet, und im Innenraum des Gehäuses (42) ein Dehnelement (44) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche (46) des Dehnelements (44) den zweiten Wandabschnitt (28b) bildet, und wobei das Volumen (VD) des Dehnelements (44) veränderbar ist, um die Gestalt des Bewegungsbereiches (34) zu verändern.Cooling arrangement (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the second wall section (28b) is designed according to variant B) and the expansion tank (16) has a rigid housing (42), at least part of the housing (42) having the forms the first wall section (28a), and an expansion element (44) is arranged in the interior of the housing (42), at least part of the surface (46) of the expansion element (44) forming the second wall section (28b), and the volume ( VD) of the stretching element (44) is variable in order to change the shape of the range of motion (34). Kühlanordnung (8) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (44) ein in seiner Form und/oder Länge veränderbarer Faltenbalg (48) ist.Cooling arrangement (8) after claim 8 , characterized in that the expansion element (44) is a bellows (48) whose shape and/or length can be changed. Kühlanordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandabschnitt (28b) nach Variante B) ausgeführt ist und zumindest ein Teil des Ausgleichsbehälters (16) selbst als Dehnelement (44) ausgeführt ist, wobei der erste Wandabschnitt (28a) zumindest teilweise durch einen Einlassbereich (52) des Dehnelements (44) gebildet ist, der eine Einlassöffnung (54) für das Fluid (12) zum Anschluss an den Kühlkreislauf (10) aufweist, und wobei zumindest ein Teil des Bewegungsbereiches (34) durch einen verformbaren Bereich des Dehnelements (44) gebildet ist.Cooling arrangement (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the second wall section (28b) is designed according to variant B) and at least part of the expansion tank (16) itself is designed as an expansion element (44), the first wall section (28a ) is formed at least partially by an inlet area (52) of the expansion element (44), which has an inlet opening (54) for the fluid (12) for connection to the cooling circuit (10), and at least part of the movement area (34) through a deformable area of the expansion element (44) is formed. Kühlanordnung (8) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (44) ein in seiner Form und/oder Länge veränderbarer Faltenbalg (48) ist und der Bewegungsbereich (34) oder ein Teil dessen durch zumindest einen Teil eines Balgbereiches (56) des Faltenbalges (48) gebildet ist.Cooling arrangement (8) after claim 10 , characterized in that the expansion element (44) is a bellows (48) whose shape and/or length can be changed and the movement area (34) or a part thereof is formed by at least part of a bellows area (56) of the bellows (48). . Kühlanordnung (8) nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandabschnitt (28b) zumindest teilweise auch durch zumindest einen Teil eines Angriffsbereiches (50) des Aktors (36) am Faltenbalg (48) zur Veränderung der Form und / oder Länge gebildet ist.Cooling arrangement (8) after claim 11 combined with claim 2 , characterized in that the second wall section (28b) is at least partially formed by at least a part of an engagement area (50) of the actuator (36) on the bellows (48) to change the shape and / or length. Objektanordnung (6), mit der Kühlanordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit dem Objekt (4).Object arrangement (6), with the cooling arrangement (8) according to one of the preceding claims and with the object (4). Objektanordnung (6) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (4) eine Brennstoffzellenanordnung ist, die wenigstens eine durch die Kühlanordnung (8) zu kühlende Brennstoffzelle enthält.Object arrangement (6) according to Claim 13 , characterized in that the object (4) is a fuel cell arrangement which contains at least one fuel cell to be cooled by the cooling arrangement (8). Flugzeug (2), mit der Objektanordnung (6) nach Anspruch 14, wobei das Flugzeug (2) im Flug durch die aus den Brennstoffzellen gewonnene elektrische Energie angetrieben ist und / oder ein Stromnetz des Flugzeugs dauerhaft oder zeitweise durch die aus den Brennstoffzellen gewonnene elektrische Energie gespeist ist.Aircraft (2), with the object arrangement (6) after Claim 14 , wherein the aircraft (2) is powered in flight by the electrical energy obtained from the fuel cells and / or a power grid of the aircraft is fed permanently or temporarily by the electrical energy obtained from the fuel cells.
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