EP4067804A1 - Wärmetauscher - Google Patents

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EP4067804A1
EP4067804A1 EP22163001.5A EP22163001A EP4067804A1 EP 4067804 A1 EP4067804 A1 EP 4067804A1 EP 22163001 A EP22163001 A EP 22163001A EP 4067804 A1 EP4067804 A1 EP 4067804A1
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EP
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heat exchanger
housing
heating
cooling medium
film
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Withdrawn
Application number
EP22163001.5A
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French (fr)
Inventor
Dominik Kempf
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ContiTech Techno Chemie GmbH
Original Assignee
ContiTech Techno Chemie GmbH
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Publication date
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    • F28F2255/14—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded
    • F28F2255/143—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded injection molded

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger.
  • heat exchangers have long been known and in use.
  • the temperature of the battery and the electronic components of battery-electric vehicles must be controlled, with heating or cooling operation being possible depending on the operating state.
  • heat exchangers used are often made up of specially shaped metal components, with metal plates being soldered together, for example, so that a cavity is created through which a heating or cooling medium can flow. If necessary, a heat exchanger designed in this way can also have barriers or guide surfaces influencing the flow of the heating or cooling medium. In addition, heat exchangers of this type have pipe connections as flow and return at opposite ends in the direction of flow of the heating or cooling medium.
  • Heat exchangers designed in this way should be as close as possible to the corresponding heat or cold source to be temperature-controlled, with the heat exchanger being in as close contact as possible with the heat or cold source. Since the heat or cold sources can have any geometry, optimum contact cannot always be achieved with the standard design of heat exchangers described. In addition, a structure made of metal parts is relatively expensive in terms of the materials and can take up a relatively large amount of space. The systems are not flexible and the dimensional changes in the heat exchangers caused by the temperature changes can lead to distortion of the heat exchangers and thus to an impermissible build-up of tension in relation to the heat or cold sources to be tempered.
  • the EP 0 555 471 A1 discloses a built-in element for heat exchangers, which is made up of at least two walls made of thermoplastic film fastened one on top of the other, with the walls each being designed as corrugated surfaces.
  • Such an element is preferably suitable as an internal heat exchanger through which fluid media that enter into an exchange reaction can flow, for example in countercurrent or cross-countercurrent.
  • Such elements are also not particularly flexible and likewise cannot be optimally contacted with the units to be heated or cooled.
  • the invention was based on the object of creating a heat exchanger of the type described at the outset, which can be produced inexpensively and can be flexibly adapted to the shape of the units to be heated or cooled.
  • the heat exchanger has a housing made of a plastic material, the housing having a first section with at least one connection for the inlet and at least one connection for the outlet of a heating or cooling medium and a second section having a can be assigned to the temperature-controlled component and has an opening on the housing side which is sealed in a fluid-tight manner with a film.
  • a foil can be easily welded to a plastic housing and offers good flexibility when adapting objects to be tempered.
  • the foil is a metal foil.
  • a metal foil has particularly good heat conduction and can be contacted with the components to be temperature-controlled, for example even without a heat-conducting paste.
  • the film is a plastic film.
  • the plastic film is coated with metal
  • the housing has at least one guide device for a heating or cooling medium.
  • the flow of the heating or cooling medium in the housing can be influenced by a guide device, so that heat transfer from the metal foil into the heating or cooling medium can be optimized.
  • Injection molding also enables complicated housing geometries to be formed well.
  • the housing is deep-drawn from a plastic film.
  • the housing can be produced particularly inexpensively by deep-drawing from a plastic film.
  • the metal foil has at least partially a predetermined geometric profile.
  • Such a profile allows the metal foil to be adapted particularly well to the geometries of the components to be temperature-controlled, so that good heat transfer is possible.
  • the figure 1 shows a heat exchanger 1 according to the invention in a section in side view.
  • the heat exchanger 1 has a housing 2 which is deep-drawn from a plastic film.
  • connection piece 4 for the inlet and a connection piece 5 for the outlet of a heating or cooling medium (not shown here), which are each in fluid communication with the inner 6Z, 6A of the housing 2.
  • the housing 2 has an opening 8 at the end 7 of the housing 2 opposite the first end 3 of the housing 2 .
  • the housing 2 has a flange 9 which is arranged circumferentially around the entire opening 8 and which is welded to a metal foil 10 in a fluid-tight manner.
  • the interior 6Z, 6A of the housing 2 is divided into the sections 6Z and 6A by a web 11 projecting from the end 3 of the housing 2 to below the opening 8 of the housing 2 divided, the section 6Z being associated with the inlet connection 4 and the section 6A with the outlet connection 5.
  • the web 11 ends at its end facing the opening 8 at a predetermined distance from the metal foil 10. At its end associated with the opening 8, the web 11 has a region 12 which is spaced at a further predetermined distance from the metal foil 10 in this way , that a sink 12 forms in the web 11 .
  • the heat exchanger 1 in a 90 ° compared to the representation of 1 rotated section shown in side view.
  • Section 6Z is in front facing the viewer in this representation.
  • the inlet connection 4 is also shaped so that the outlet connection 5 is hidden behind the inlet connection 4 .
  • the inflow area 6Z and the outflow area 6A of the housing 2 are connected to one another via the depression 12 in the web 11 .
  • Connection lines (not shown here) for a heating or cooling medium can be connected to the sockets 4 and 5 .
  • the heating or cooling medium can be introduced through the inlet connection 4 into the section 6Z of the heat exchanger 1 and flows through the area 6Z, contact with the metal foil 10 being achievable.
  • the heating or cooling medium therefore flows from the inlet area 6Z via the depression 12 of the web 11 into the outlet area 6B of the heat exchanger 1. This creates good contact between the heating or cooling agent and the metal foil 10.
  • the metal foil 10 is in thermally conductive contact with an object to be temperature-controlled, not shown here, so that the object can be easily temperature-controlled by means of the heating or cooling medium flowing through the interior 6Z, 6A of the heat exchanger 1 and the contact of the heating or cooling medium with the metal foil 10 is.
  • the heat exchanger 1 is shown with an alternative design of a metal foil 13 .
  • the metal foil 13 has a convex profile 14 .
  • the profile 14 has a predetermined geometry that corresponds to the geometry of an object to be temperature-controlled, which is not shown here. the convex
  • the shape of the film 13 is only shown here as an example; any other geometries are possible.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1). Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher (1) der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der preiswert herstellbar ist und flexibel an die Form der zu wärmenden oder kühlende Aggregate anpassbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher (1) ein Gehäuse (2) aus einem Kunststoffmaterial aufweist, wobei das Gehäuse (2) einen ersten Abschnitt (3) mit mindestens einem Anschluss (4) für den Zulauf und mindestens einem Anschluss (5) für den Ablauf eines Heiz- oder Kühlmittels aufweist und einen zweiten Abschnitt (7) aufweist, der einem zu temperierenden Bauteil zuordenbar ist und gehäuseseitig eine Öffnung (8) aufweist, die mit einer Folie (10) fluiddicht verschlossen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher.
  • Wärmetauscher sind in einer großen Vielfalt seit langem bekannt und im Einsatz. Beispielsweise müssen die Batterie und die elektronischen Bauteile von batterieelektrischen Fahrzeugen temperiert werden, wobei je nach Betriebszustand ein Heiz- oder ein Kühlbetrieb infrage kommt.
  • Die dabei eingesetzten Wärmetauscher werden oftmals aus speziell geformten Metallbauteilen zusammengesetzt, wobei beispielsweise Metallplatten miteinander verlötet werden, sodass ein Hohlraum entsteht, durch den ein Heiz- oder Kühlmittel fließen kann. Gegebenenfalls kann ein derartig ausgebildeter Wärmetauscher auch den Fluss des Heiz- oder Kühlmittels beeinflussende Sperren oder Leitflächen aufweisen. Außerdem weisen Wärmetauscher dieser Art an in Flussrichtung des Heiz- oder Kühlmittels sich gegenüberliegenden Enden Rohranschlüsse als Vor- und Rücklauf auf.
  • Derartig ausgebildeter Wärmetauscher sollen möglichst nahe an der entsprechenden zu temperierenden Wärme- oder Kältequelle liegen, wobei ein möglichst inniger Kontakt des Wärmetauschers mit der Wärme- oder Kältequelle erreicht werden soll. Da die Wärme- oder Kältequellen beliebige Geometrien aufweisen können, ist bei der geschilderten Standardausbildung von Wärmetauschern ein optimaler Kontakt nicht immer erreichbar. Außerdem ist ein Aufbau aus Metallteilen relativ aufwendig in den Werkstoffen und kann relativ viel Bauraum beanspruchen. Die Systeme sind nicht flexibel und die durch die Temperaturveränderungen bedingten Dimensionsveränderungen der Wärmetauscher können zu Verzug der Wärmetauscher und damit zu unzulässigem Spannungsaufbau gegenüber den zu temperierenden Wärme- oder Kältequellen führen.
  • Zur Einsparung von Kosten und zur besseren Anpassung der Geometrie der Wärmetauscher an die zu wärmenden oder zu kühlenden Aggregate können auch Kunststoffe zum Einsatz kommen. Die EP 0 555 471 A1 offenbart ein Einbauelement für Wärmetauscher, welches aus mindestens zwei aufeinander befestigten Wänden aus thermoplastischer Kunststofffolie aufgebaut ist, wobei die Wände jeweils als gewellte Flächen gestaltet sind.
  • Ein derartiges Element ist bevorzugt als innerer Wärmetauscher geeignet, welche durch in Austauschreaktion miteinander tretenden fluide Medien durchströmbar ist, beispielsweise im Gegen- oder Kreuzgegenstrom. Derartige Elemente sind jedoch aufgrund ihrer Bauweise wegen der gewellten Flächen ebenfalls nicht besonders flexibel und lassen sich ebenfalls nicht optimal mit den zu wärmenden oder kühlenden Aggregaten kontaktieren.
  • In der DE 42 04 041 A1 ist ein Wärmetauscher offenbart, der durch Extrusion eines Schmelzebandes und anschließendes Erstarren ausgebildet ist. Auch dieser Wärmetauscher ist durch das bei der Extrusion und anschließenden Abkühlung des Schmelzebandes entstandene Profil relativ steif und ebenfalls nicht optimal mit den zu wärmenden oder kühlenden Aggregaten kontaktierbar.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der preiswert herstellbar ist und flexibel an die Form der zu wärmenden oder kühlende Aggregate anpassbar ist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher ein Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial aufweist, wobei das Gehäuse einen ersten Abschnitt mit mindestens einem Anschluss für den Zulauf und mindestens einem Anschluss für den Ablauf eines Heiz- oder Kühlmittels aufweist und einen zweiten Abschnitt aufweist, der einem zu temperierenden Bauteil zuordenbar ist und gehäuseseitig eine Öffnung aufweist, die mit einer Folie fluiddicht verschlossen ist.
  • Eine Folie lässt sich gut mit einem Kunststoffgehäuse verschweißen und bietet eine gute Flexibilität bei der Anpassung von zu temperierenden Gegenständen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Folie eine Metallfolie.
  • Eine Metallfolie weist eine besonders gute Wärmeleitung auf und ist, beispielsweise auch ohne eine Wärmeleitpaste, mit den zu temperierenden Bauteilen kontaktierbar.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Folie eine Kuststofffolie.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Kunststofffolie mit Metall beschichtet
  • Diese Anordnungen erlauben einerseits eine preiswerte Herstellung des Wärmetauschers und sorgen andererseits durch die guten Wärmeleiteigenschaften der Folien, insbesondere bei einer Metallbeschichtung oder Ganzmetallausbildung der Folie für einen guten Wirkungsgrad des Wärmetauschers.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse mindestens eine Leitvorrichtung für ein Heiz- oder Kühlmittel auf.
  • Durch eine Leitvorrichtung ist der Fluss des Heiz- oder Kühlmittels im Gehäuse beeinflussbar, sodass eine Wärmeübertragung von der Metallfolie in das Heiz- oder Kühlmittel optimierbar ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung in das Gehäuse ein Spritzgussteil.
  • Das Spritzgießen ermöglicht eine gute Ausformung auch komplizierter Geometrien des Gehäuses.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse aus einer Kunststofffolie tiefgezogen.
  • Durch Tiefziehen aus einer Kunststofffolie ist das Gehäuse besonders preiswert herstellbar.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Metallfolie mindestens teilweise ein vorbestimmtes geometrisches Profil auf.
  • Ein derartiges Profil erlaubt eine besonders gute Anpassung der Metallfolie an die Geometrien der zu temperierenden Bauteile, sodass eine gute Wärmeübertragung möglich ist.
  • Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einem Schnitt in Seitenansicht,
    • Fig. 2 den erfindungsgemäßen Wärmetauscher um 90° gedreht und
    • Fig. 3 den erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit einer alternativen Metallfolie.
  • Die Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 in einem Schnitt in Seitenansicht. Der Wärmetauscher 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das aus einer Kunststofffolie tiefgezogen ist.
  • An einem ersten Ende 3 des Gehäuses 2 sind ein Anschlussstutzen 4 für den Zulauf und ein Anschlussstutzen 5 für den Ablauf eines hier nicht gezeigten Heiz- oder Kühlmittels angeordnet, die jeweils mit dem inneren 6Z, 6A des Gehäuses 2 fluidführend in Verbindung stehen. An dem dem ersten Ende 3 des Gehäuses 2 gegenüberliegenden Ende 7 des Gehäuses 2 weist das Gehäuse 2 eine Öffnung 8 auf. Das Gehäuse 2 weist im Randbereich der Öffnung 8 einen Flansch 9 auf, der um die gesamte Öffnung 8 umlaufend angeordnet ist und der mit einer Metallfolie 10 fluiddicht verschweißt ist.
  • Das Innere 6Z, 6A des Gehäuses 2 ist durch einen vom Ende 3 des Gehäuses 2 bis unter die Öffnung 8 des Gehäuses 2 ragenden Steg 11 in die Abschnitte 6Z und 6A aufgeteilt, wobei der Abschnitt 6Z dem Zulaufstutzen 4 und der Abschnitt 6A dem Ablaufstutzen 5 zugeordnet ist.
  • Der Steg 11 endet an seinem der Öffnung 8 zugewandten Ende um ein vorbestimmtes Maß beabstandet von der Metallfolie 10. An seinem der Öffnung 8 zugeordneten Ende weist der Steg 11 einen Bereich 12 auf, der um ein weiteres vorbestimmtes Maß gegenüber der Metallfolie 10 derart beabstandet ist, dass sich im Steg 11 quasi eine Senke 12 bildet.
  • In der Fig. 2 ist der Wärmetauscher 1 in einem um 90° gegenüber der Darstellung der Fig. 1 gedrehten Schnitt in Seitendarstellung gezeigt. Der Abschnitt 6Z liegt in dieser Darstellung dem Betrachter zugewandt vorn. Der Zulaufstutzen 4 liegt ebenfalls Form, sodass der Ablaufstutzen 5 hinter dem Zulaufstutzen 4 verdeckt ist. Über die Senke 12 im Steg 11 sind der Zulaufbereich 6Z und der Ablaufbereich 6A des Gehäuses 2 miteinander verbunden. An die Stutzen 4 und 5 sind jeweils hier nicht gezeigte Anschlussleitungen für ein ebenfalls hier nicht gezeigtes Heiz- oder Kühlmittel anschließbar. Das Heiz- oder Kühlmittel ist durch den Zulaufstutzen 4 in den Abschnitt 6Z des Wärmetauschers 1 einleitbar und durchströmt den Bereich 6Z, wobei ein Kontakt zur Metallfolie 10 erreichbar ist.
  • Das Heiz- oder Kühlmittel strömt im Betrieb also vom Zulaufbereich 6Z über die Senke 12 des Steges 11 in den Ablaufbereich 6B des Wärmetauschers 1. Dabei entsteht ein guter Kontakt des Heiz- oder Kühlmittels mit der Metallfolie 10.
  • Die Metallfolie 10 steht mit einem hier nicht gezeigten zu temperierenden Gegenstand wärmeleitend in Kontakt, sodass mittels des durch das im Inneren 6Z, 6A des Wärmetauschers 1 fließenden Heiz- oder Kühlmittels und den Kontakt des Heiz- oder Kühlmittels mit der Metallfolie 10 der Gegenstand gut temperierbar ist.
  • In der Fig. 3 ist der Wärmetauscher 1 mit einer alternativen Ausbildung einer Metallfolie 13 dargestellt. Die Metallfolie 13 weist ein konvexes Profil 14 auf. Das Profil 14 weist eine vorbestimmte Geometrie auf, die mit der Geometrie eines hier nicht gezeigten zu temperierenden Gegenstandes korrespondiert. Die konvexe Form der Folie 13 ist hier nur beispielhaft gezeigt, es sind beliebige andere Geometrien möglich.
  • Durch die Geometrie des Profils 14 ist ein besonders guter Kontakt zwischen dem Wärmetauscher 1 und dem zu temperierenden Gegenstand möglich.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmetauscher
    2
    Gehäuse des Wärmetauschers 1
    3
    Erstes Ende des Wärmetauschers 1
    4
    Anschlussstutzen, Zulauf
    5
    Anschlussstutzen, Ablauf
    6Z, 6A
    Innenraum des Gehäuses 2, Zulaufbereich, Ablaufbereich
    7
    weiteres Ende des Wärmetauschers 1
    8
    Öffnung des Gehäuses 2
    9
    Flansch an der Öffnung des Gehäuses 2
    10
    Metallfolie
    11
    Steg im Gehäuse 2
    12
    Absenkung im Steg 11
    13
    Alternative Metallfolie
    14
    Profil der alternativen Metallfolie 13

Claims (8)

1. Wärmetauscher (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1) ein Gehäuse (2) aus einem Kunststoffmaterial aufweist, wobei das Gehäuse (2) einen ersten Abschnitt (3) mit mindestens einem Anschluss (4) für den Zulauf und mindestens einem Anschluss (5) für den Ablauf eines Heiz- oder Kühlmittels aufweist und einen zweiten Abschnitt (7) aufweist, der einem zu temperierenden Bauteil zuordenbar ist und gehäuseseitig eine Öffnung (8) aufweist, die mit einer Folie (10) fluiddicht verschlossen ist.
2. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) eine Metallfolie (10) ist.
3. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) eine Kunststofffolie ist.
4. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (10) mit Metall beschichtet ist.
5. Wärmetauscher (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mindestens eine Leitvorrichtung (11, 12) für ein Heiz- oder Kühlmittel aufweist.
6. Wärmetauscher (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein Spritzgussteil ist.
4. Wärmetauscher (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus einer Kunststofffolie tiefgezogen ist.
5. Wärmetauscher (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (13) mindestens teilweise ein vorbestimmtes geometrisches Profil (14) aufweist.
EP22163001.5A 2021-03-30 2022-03-18 Wärmetauscher Withdrawn EP4067804A1 (de)

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DE (1) DE102021203205A1 (de)

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