WO2017140671A2 - Wärmeübertrager - Google Patents

Wärmeübertrager Download PDF

Info

Publication number
WO2017140671A2
WO2017140671A2 PCT/EP2017/053284 EP2017053284W WO2017140671A2 WO 2017140671 A2 WO2017140671 A2 WO 2017140671A2 EP 2017053284 W EP2017053284 W EP 2017053284W WO 2017140671 A2 WO2017140671 A2 WO 2017140671A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rib structure
base layer
heat exchanger
layer
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/053284
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2017140671A3 (de
Inventor
DR. Jürgen GRÜNWALD
Christian Heneka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Priority to US15/999,526 priority Critical patent/US20200161526A1/en
Priority to CN201780011854.1A priority patent/CN108701745A/zh
Priority to DE112017000863.8T priority patent/DE112017000863A5/de
Publication of WO2017140671A2 publication Critical patent/WO2017140671A2/de
Publication of WO2017140671A3 publication Critical patent/WO2017140671A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20—Arrangements for cooling
    • H10W40/22—Arrangements for cooling characterised by their shape, e.g. having conical or cylindrical projections
    • H10W40/226—Arrangements for cooling characterised by their shape, e.g. having conical or cylindrical projections characterised by projecting parts, e.g. fins to increase surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20—Arrangements for cooling
    • H10W40/28—Arrangements for cooling comprising Peltier coolers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger with a rib structure and a thermoelectric tempering device.
  • the invention further relates to an arrangement of such a heat exchanger with such a tempering device and such a rib structure.
  • Heat exchangers usually serve to heat exchange with a fluid. It is conceivable that the heat exchanger with an electric
  • the disadvantage here is that it comes in the operation of such heat sources to a dissipative heat generation, a comparatively low efficiency and / or comparatively high
  • thermoelectric temperature control device with a Peltier element, which realizes a heat exchange in the manner of a "pumping" of the heat.
  • Peltier elements in this case comprise a large number of semiconductors which are electrically connected to one another in a specific manner On the one hand, this requires electrical contact
  • the present invention therefore deals with the problem of improved for a heat exchanger of the type mentioned and for an arrangement of such a heat exchanger or at least other
  • the present invention is based on the general idea, in one
  • thermoelectric tempering device comprising at least one Peltier element
  • Peltier element to the rib structure and electrically isolate from the rib structure by a base layer.
  • the semiconductors of the Peltier element are thus mounted directly on the rib structure, so that in particular the deformable, in particular elastically deformable, property of the rib structure is used to arrange the semiconductors of the Peltier element according to move relative to each other.
  • improved adaptation of the Peltier element to thermal changes occurs, in particular to improved mechanical contractions and / or expansions.
  • the load capacity and the life of the Peltier element and thus of the heat exchanger are thus improved.
  • the base layer for electrical insulation it is possible to dispense with separate plates for electrical insulation, so that a heat exchange of the Peltier element is improved and the efficiency is thus increased.
  • the heat exchanger in this case has a flow space which can be flowed through by a fluid, which is referred to below as the first fluid.
  • the rib structure is in this case
  • the first fluid exchanges heat with a heat transfer space, wherein between the
  • Rib structure and the heat transfer space which preferably fluidly from
  • thermoelectric temperature control device for heat transfer between the heat transfer space and the flow space is arranged.
  • the thermoelectric tempering device has at least one such Peltier element, wherein the Peltier element has a plurality of semiconductors, namely p-doped P-type semiconductor and n-type doped N-type semiconductor.
  • the electrical insulating base layer is part of a connection structure, which also has an electrically conductive connection layer.
  • the connection structure is arranged on the side of the rib structure facing the Peltier element.
  • the base layer is provided on the rib structure, while the connection layer is applied on the side of the base layer facing away from the rib structure. That is, the base layer electrically isolates the connection layer from the fin structure.
  • the Connecting layer are such a P-type semiconductor and such N-type semiconductor for electrically contacting these semiconductors mounted, these semiconductors are arranged on the side facing away from the base layer side of the connecting layer. That is, the electrical contacting of the P-type semiconductor with the N-type semiconductor occurs via the interconnect layer, which is electrically isolated from the fin structure by means of the base layer.
  • the semiconductors can move with thermomechanical loads with the rib structure and thus in particular thermal stresses can be prevented or at least reduced. Accordingly, said extended life and increased load capacity of the Peltier element and thus of the heat exchanger is achieved.
  • the heat exchange via the rib structure which is usually metalliferous and thus provides improved heat exchange possibilities and thus leads to an improved efficiency of the Peltier element and, accordingly, the associated tempering device or the heat exchanger.
  • a plurality of such connection structures are provided, wherein via the respective connection structure such a P-type semiconductor and such an N-type semiconductor are electrically contacted with one another.
  • the rib structure is preferably made of a metal or a metal alloy. It is conceivable in particular, the rib structure made of aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy
  • Connection layer opposite side can in principle arbitrary
  • an electrical connection element for example an electrically conductive plate element and the like, can be used.
  • a possible further necessary electrical contacting of the rib structure can in principle be configured as desired. It is conceivable, for example, different Rib structures in the flow space to electrically contact each other.
  • the base layer may, in principle, be a layer connected to the rib structure. It is preferred if the base layer cohesively with the
  • the compound may alternatively or additionally be based at least in part on chemical bonds and / or on
  • the base layer is provided by oxidation on the fin structure.
  • the rib structure is provided with the base layer by a corresponding oxidation. It is conceivable, for example, to apply the base layer by an oxidizing reaction to the rib structure, in particular to coat the rib structure with a corresponding oxidation. Such a coating of the rib structure with the
  • Base layer leads in particular to the production of an electrically insulating layer, which can be very thin, for example in the range of a few ⁇ m, thick. Such a base layer thus provides a sufficiently high electrical insulation and at the same time, in particular due to the thin design, a comparatively low barrier for the heat exchange.
  • Embodiments in which the base layer, in particular by the corresponding connection with the rib structure, exhibits comparable expansion and contraction properties with the rib structure lead to a stable connection between the basic structure and the rib structure and thus between the semiconductors and the rib structure , thus, a corresponding thermally stable connection between the rib structure and the base layer is achieved, which leads to a correspondingly movable arrangement of the semiconductor.
  • the rib structure is provided with the base layer by a reduction-oxidation reaction are also preferred. That is, the base layer is bonded to the rib structure through a reduction-oxidation reaction. This also results in a stable connection between the base layer and the rib structure, wherein the base layer advantageously with the rib structure comparable expansion and / or
  • the oxidation or the application of the reduction-oxidation reaction also leads to the formation of a corresponding electrically insulating layer of the metal-containing rib structure.
  • the rib structure is thus locally produced an oxidized layer.
  • the base layer is prepared by the oxidation or the reduction-oxidation reaction of the rib structure itself. That is, the base layer is realized by locally oxidizing the rib structure in the region of the base layer or subjecting it to a reduction-oxidation reaction. Such a base layer is thus provided integrally on the rib structure. In addition, this does not require a separate connection of the base layer with the ribbed structure.
  • the base layer can be anodized onto the rib structure if the rib structure is made of aluminum or contains aluminum.
  • connection layers may be assigned such a common base layer. That means that such
  • Base layer electrically opposite at least two such connection layers isolated the rib structure. It is conceivable to provide the rib structure on the side facing the semiconductors wholly or at least in essential regions of the connection structures entirely with the base layer. This facilitates the provision of the rib structure with the at least one
  • connection layer Base layer.
  • rib structure the risk of short circuits between the connection layer and the rib structure is thereby at least reduced.
  • the rib structure can also be provided only in areas of the connecting layers, each with such a base layer.
  • the respective connection layer is assigned such a separate base layer, which is separate from the base layer of other connection layers.
  • the base layer is larger, in particular has a larger cross section, than the connecting layer.
  • Rib structure prevents or at least reduces.
  • an improved thermal adaptation of the base layer is achieved because they do not adapt over a smaller area of the rib structure.
  • the heat exchange between the flow space or the first fluid and the heat transfer space which is supported by means of the thermoelectric temperature control device or the Peltier element, can be configured arbitrarily on the transfer space side.
  • the heat transfer space may, for example, be realized by a solid body which exchanges heat with the flow space or the first fluid.
  • thermoelectric temperature control device in particular the Peltier element
  • Rib structure and the tube is arranged.
  • Heat transfer space is in this case preferably fluidly from the flow space separated.
  • the second fluid may be a fluid which is different from the first fluid.
  • the heat transfer space can be traversed by a second fluid and bounded by a sheet metal structure, wherein the thermal tempering, in particular the semiconductors of the Peltier element, between the rib structure and the sheet metal structure are arranged.
  • the heat transfer space bounded by the sheet metal structure is preferably separated from the flow space by fluidic means.
  • the sheet metal structure advantageously has an uneven, for example corrugated shape and can be flowed through by the second fluid.
  • the sheet-metal structure can therefore also be designed, in particular, as such a rib structure, which is arranged in the heat transfer space.
  • Peltier element in particular the semiconductors facing side of the sheet metal structure a plurality of such connection structures are provided. It is the
  • Sheet metal structure provided with the base layer, wherein on the side remote from the sheet metal structure of the base layer, the connecting layer for electrically contacting such a P-type semiconductor is applied with such an N-type semiconductor.
  • the base layer preferably has such flexibility that the
  • Heat exchanger in particular the thermoelectric temperature control device, particularly preferably during the entire service life of the
  • Heat exchanger retains or remains on the rib structure.
  • the flexibility of the rib structure in particular in the area of the associated connection layer, and on the other hand, the flexibility of a Component to be adhered to the semiconductor on the side facing away from the rib structure side.
  • the flexibility of the base layer is therefore preferably matched to the flexibility of the rib structure and / or the component.
  • the flexibility of the base layer depends in particular on the thickness of the raw material underlying the rib structure or on the material from which the rib structure is made. This may, for example, be in the range from 30 ⁇ to 200 ⁇ . The same applies to said
  • connection layer is adapted to the rib structure and / or the component with regard to its flexibility, as explained above.
  • connection layer can be adapted in terms of its flexibility to the associated base layer, so that the connection between the connection layer and the associated base layer during operation of the heat exchanger, particularly preferably during the entire operating life of the heat exchanger is maintained and / or that the connection layer remains electrically conductive ,
  • both the rib structure and the component are designed to be flexible, for example, a maximum displacement of approximately 5 ⁇ m to 50 ⁇ m can be compensated for by flexible bending. If the rib structure or the component is rigid, for example designed as a tube, then for example a maximum displacement of 100 ⁇ m to 1000 ⁇ can be compensated by flexible bending.
  • the base layer and / or the bonding layer is / are therefore to be adapted accordingly in terms of their flexibility. This adaptation is advantageous in that the flexibility allows these bends, without the above
  • the connecting layer can in principle be made of any material, provided that the connecting layer has a sufficiently high electrical
  • the connecting layer from a metal or a metal alloy. It is advantageous if the
  • Connecting layer has an electrical conductivity which is higher than the conductivity of the rib structure.
  • the connecting layer thus has in particular an electrical conductivity which is higher than the electrical conductivity of aluminum or its alloys.
  • the connecting layer can have any desired shape.
  • the connection layer has a thickness extending from the base layer side to the side facing away from the base layer, which is at least 10 times smaller than a width running transversely to the thickness and / or as a transverse to the thickness and transverse to the width of the connecting layer length.
  • the connection layer is as thin and wide as possible. The thin one
  • connection layer leads to a corresponding connection layer
  • Bonding layer to establish a sufficiently high electrical connection between the associated semiconductors.
  • the base layer preferably has a thermal conductivity of at least 1 W / m K. Preferred are embodiments in which the base layer a
  • the base layer in a chemical and / or physical Connection with the rib structure preferably has a thermal conductivity between 1 W / m K and 10 W / m K, in particular between 1 W / m K and 5 W / m K.
  • Such a base layer formed by oxidation, in particular anodization, or reduction-oxidation reaction preferably has one
  • Thermal conductivity between 1 W / m K and 50 W / m K, in particular between 10 W / m K and 50 W / m K on.
  • the base layer is preferably thinner than 100 ⁇ , in particular between 1 ⁇ and 100 ⁇ thick. Particularly preferred embodiments are those in which the base layer has a thickness of between 30 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • connection structure is attached directly to the base layer and / or if the rib structure is provided directly with the base layer.
  • the rib structure can in principle be arbitrarily formed and / or shaped.
  • the rib structure is made of a sheet metal part and preferably in one piece.
  • the sheet metal part can be made by forming the rib structure. This leads to a cost-effective production to a Improvement of thermal conductivity and weight reduction.
  • Embodiments are preferred in which the rib structure has first and second base sections, which are spaced apart from each other and interconnected by legs of the rib structure.
  • first and second base sections which are spaced apart from each other and interconnected by legs of the rib structure.
  • Basic sections are arranged on the side facing away from the tempering of the first base sections.
  • the first base sections are arranged on the side facing away from the tempering of the first base sections.
  • Base sections and the second basic sections are parallel.
  • adjacent first and second base sections are connected to each other by a respective leg.
  • adjacent first and second base sections each have a common such leg, wherein protrude from the respective base portion two such legs, which connect the base portion with the two adjacent base portions.
  • first basic sections are spaced from each other.
  • second basic sections are spaced from each other. This leads in each case to a better reduction of thermally induced stresses, in particular stresses, and thus to an improved thermomechanical stability of the rib structure and consequently of the tempering device and the heat exchanger.
  • the adjacent legs of the rib structure are arranged inclined to each other.
  • Such a design of the rib structure leads to increased flexibility and elasticity of the rib structure and thus to an improved degradation of thermal loads, in particular stresses.
  • the protruding from the respective base leg legs each other facing and / or form an acute angle with the associated base section.
  • Fig. 3 is a view of the heat exchanger in another
  • Embodiment, 4 shows the section from FIG. 1 in a further exemplary embodiment, FIG.
  • Fig. 5 is the view of Fig. 4 in another embodiment.
  • a heat exchanger 1 is shown, which can be used in a motor vehicle, not shown otherwise.
  • the heat exchanger 1 has a flow space 2 and a heat transfer space 3 which is fluidly separated from the flow space 2.
  • the flow space 2 is flowed through by a first fluid, while the heat transfer space 3 is traversed by a second fluid. It comes in the heat exchanger 1 to a
  • Flow space 2 is arranged a rib structure 4, which in the shown
  • Longitudinal section has an omega-like shape.
  • the heat transfer space 3 is bounded by a tube 5, which also limits the flow space 2 or in the
  • thermoelectric temperature control device 6 is arranged with a Peltier element 7.
  • the Peltier element 7 has a multiplicity of p-doped P-type semiconductors 8 and n-type N-type semiconductors 9, which are arranged alternately along the tube 5 in the example shown.
  • a P-type semiconductor 8 and an N-type semiconductor 9 are electrically connected to one another.
  • On the tube 5 which is formed in particular as a flat tube 5 ', facing side of the semiconductor 8, 9 associated P-type semiconductor 8 and N-type semiconductor 9 are electrically connected to each other by means of an electrically conductive connecting element 10.
  • the tube 5 is electrically conductive and, for example, made of a metal, an electrically insulating plate 1 1 is arranged between the tube 5 and the connecting elements 0 in order to prevent short circuits between the connecting elements 10.
  • the tube 5 is on the Semiconductor 8, 9 facing side completely covered with the plate 1 1, which may be, for example, a ceramic plate 1 1 '.
  • the respective connection structure 12 has an electrically insulating base layer 13 and an electrically conductive connection layer 14.
  • the base layer 14 is formed as a separate element and attached to the rib structure 4.
  • a connection layer 14 is applied, in particular materially connected to the base layer 13.
  • the electrically conductive connection layer 14 electrically connects each such P-type semiconductor 8 and such N-type semiconductor 9 to each other.
  • Connection structures 12 spaced apart, so that the respective
  • connection structure 12 is assigned.
  • the semiconductors 8, 9 of the Peltier element 7 are thus electrically contacted with each other by means of the connection structure 12 and are electrically insulated from the metal-containing rib structure 4.
  • the associated semiconductors 8, 9 are attached to the associated connection layer 4, such that the semiconductors 8, 9 are mechanically connected to the fin structure 4 via the connection structure 12.
  • the elastic and flexible rib structure 4 is thus used in the Peltier element 7 for compensation and reduction of thermal stresses which may occur during operation of the heat exchanger 1, in particular of the Peltier element 7.
  • the base layer 13 by an oxidation, a reduction-oxidation reaction, in particular by anodizing, on the rib structure 4th be prepared or applied by means of external application of a layer by chemical and / or physical bonding on the rib structure 4.
  • FIG. 2 shows a cross section through the heat exchanger 1 in the region between the connection layers 14 and associated semiconductors 8, 9.
  • the Peltier element 7, in addition to the semiconductors 8, 9 adjacent to the tube 5, also has semiconductors 8, 9 which are spaced apart transversely thereto and which are also electrically contacted via such connection structures 12 and attached to the rib structure 4.
  • both the base layer 13 and the connection layer 14 are made thin. That is, in the connection layer 14, a thickness 15 of the connection layer 14 extending from the side facing the base layer 13 to the side facing away from the base layer 13 or a connection layer thickness 15 is significantly smaller than a transverse one
  • Connecting layer thickness 15 extending connecting layer width 16 and a transverse to the connection layer thickness 15 and transverse to the connection layer width 16 extending connection layer length 17. This thin form of
  • Connection layer 14 also ensures a flexible design and sufficient electrical conductivity of the connecting layer 14.
  • the thickness 15 of the connecting layer 14 is preferably a few ⁇ , for example. 1 to 100 ⁇ .
  • the base layer 14 also has a base layer thickness 8 that is significantly smaller than a base layer width 22 and a non base layer length 23 that run parallel to the corresponding dimensions of the connection layer 14.
  • the base layer thickness 18 is preferably between 1 ⁇ and 100 ⁇ , in particular between 30 ⁇ and 50 ⁇ .
  • the base layer 13 is larger than the associated connection layer 4, in particular has a larger cross section than the associated connection layer 14. In this way an improved electrical insulation of the connection structure 14 with respect to the rib structure 4 is achieved, in particular short circuits, for example caused by edge errors and / or positioning inaccuracies, avoided or at least reduced.
  • FIG. 3 is a similar view as shown in Fig. 2, wherein the view in Fig. 3 is slightly inclined and, accordingly, shown spatially.
  • FIG. 3 shows an embodiment which differs from that shown in FIG
  • Rib structure 4 has no omega-shaped design, but is wave-shaped. In the region of adjacent wave troughs facing the semiconductors 8, 9 of the wave-shaped rib structure 4, such semiconductors 8, 9 are provided and such associated connection structures 12 are provided, which electrically contact associated semiconductors 8, 9 and isolate them mechanically from the fin structure 4 of the
  • Connection layers 14 are provided, in the example shown all
  • Connection structures 14 is associated with such a common base layer 13, which extends over the entire of the semiconductor 8, 9 facing visible surface of the rib structure 4, in particular completely over this area. That is, the rib structure 4 is not each local to one of the respective ones
  • compound layer 14 associated base layer 13, but is provided entirely with such a base layer 13, which is associated with at least two such connection layers 14, in particular all connecting layers 14, and this electrically insulated from the rib structure 4.
  • the rib structure 4 can be compared to several individual
  • FIG. 4 Another embodiment of the heat exchanger 1 is shown in Fig. 4.
  • the heat exchanger 1 of FIG. 4 differs from that shown in FIG Heat exchanger 1 essentially by the configuration of the base layers 13 of the respective connection structure 12.
  • the base layers 13 are shown in dashed lines in Fig. 4 and part of the rib structure 4. That is, the basic structure 3 of the respective connection structure 12 is an integral part of the rib structure 4.
  • the integral configuration of the basic structure 13 on the rib structure 4 is preferably carried out by an oxidation or a reduction-oxidation reaction of the rib structure 4. That is, the respective
  • Base layer 13 is realized by a corresponding treatment of the rib structure 4. This is a particularly advantageous adaptation or similarity between the flexibility and / or the thermal expansion or
  • the respective base layer 13 is shown for better representation over the entire thickness of the rib structure 4, but this does not necessarily have to be the case.
  • the respective base layer 13 may have a base layer thickness 18 which is smaller than the thickness of the rib structure 4 in the associated region, the base layer thickness 18 preferably being smaller than the thickness of the rib structure 4 in the associated region.
  • the base layer thickness 18 is preferably between 1 ⁇ and 100 ⁇ , preferably between 30 ⁇ and 50 ⁇ .
  • FIG. 5 Another embodiment of the heat exchanger 1 is shown in Fig. 5. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 4 in particular in that a sheet-metal structure 19 is arranged in the heat transfer space 3, which like the rib structure 4 rib-like
  • the sheet metal structure 19 limits the heat transfer space 3 and can be flowed through by the second fluid.
  • the heat transfer space 3 and the flow space 2 are fluidically and thermally separated by a separation structure 20, wherein the separation structure 20 extends between adjacent semiconductors 8, 9 of the Peltier element 7. From Fig. 5 also shows that between the semiconductors 8, 9 and the
  • connection structures 12 are provided, wherein the respective connection structure 12 via the connection layer 14 and the base layer 3 associated semiconductor 8, 9 electrically contacted, electrically isolated from the sheet metal structure 19 and connects mechanically and thermally with the sheet metal structure 19. That is, on both sides of the semiconductor 8, 9 or of the Peltier element 7, such connection structures 12 for electrically contacting the semiconductors 8, 9 and electrically insulating the semiconductors 8, 9 with respect to the rib structure 4 or the sheet metal structures 19 and for mechanically connecting the semiconductors 8, 9 come with the rib structure 4 and the sheet metal structure 19 are used. This results in a formation of the heat exchanger that is particularly stable with respect to thermal loads.
  • the at least one base layer 13 and the connection layers 14 are arranged with respect to their flexibility to the rib structure 4, in particular in the region of the connection structure 12, and / or to the side of the semiconductor 8, 9 facing away from the base layer 13
  • Rib structure 4 or the component 5, 19 and / or the material from which the rib structure 4 and the component 5, 19 is made from In the rigid tube 5 and the flexible rib structure 4, the flexibility is in each case such that displacements of about 5 ⁇ to 50 ⁇ by flexible bending
  • connection layer 14 Base layer 13 and the electrically conductive property of the connection layer 14 are lost and without the corresponding connections dissolve.
  • the flexible sheet metal structure 9 and the flexible rib structure 4 is the
  • the rib structures 4 shown in FIGS. 1, 2, 4 and 5 each have first base sections 24, which are spaced apart from each other and each provided with such a base layer 13.
  • the respective rib structure 4 has second base sections 25, which are arranged on the side of the first base sections 24 facing away from the tempering device 6 and spaced therefrom. From the respective base portion 24, 25 are two legs 26 from which the first base portions 24 with the adjacent second
  • the sheet metal structure 19 is analogous to
  • Rib structure 4 is formed. That is, the sheet metal structure 19 also has first and second base portions 24, 25, which are connected to each other in the manner described above by legs 26, wherein the first
  • Base sections 24 are each provided with such a base layer 13.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) mit einer Rippenstruktur (4) und einer thermoelektrischen Temperiereinrichtung (6) mit zumindest einem Peltierelement (7), das p-dotierte P-Halbleiter (8) und n-dotierte N-Halbleiter (9) aufweist. Eine verbesserte Effizienz und eine erhöhte Belastbarkeit des Wärmeübertragers (1) ergibtsich durch Verbindungsstrukturen (12), diejeweils eine elektrisch isolierende Grundschicht (13) und eine elektrisch leitende Verbindungsschicht (14) aufweisen, wobei die Grundschicht (13) an der Rippenstruktur (4) vorgesehen ist und die Verbindungsschicht (14) auf der Grundschicht (13) angebracht ist, wobei zugehörige Halbleiter (8, 9) zum elektrischen Verbinden an der Verbindungsschicht (14) angebracht sind. Die Erfindung betrifft desweiteren eine Anordnung (21) aus einer solchen Rippenstruktur (4) sowie einer solchen Temperiereinrichtung (6), dessen Halbleiter (8, 9) mittels solcher Verbindungsstrukturen (12) elektrisch miteinander kontaktiert und an der Rippenstruktur (4) angebracht sind.

Description

Wärmeübertrager
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einer Rippenstruktur und einer thermoelektrischen Temperiereinrichtung. Die Erfindung betrifft desweiteren eine Anordnung eines solchen Wärmeübertragers mit einer solchen Temperiereinrichtung und einer solchen Rippenstruktur.
Wärmeübertrager dienen gewöhnlich dem Wärmeaustausch mit einem Fluid. Hierbei ist es vorstellbar den Wärmeübertrager mit einer elektrischen
Wärmequelle zu versehen. Der Nachteil hierbei ist, dass es im Betrieb derartiger Wärmequellen zu einer dissipativen Wärmeerzeugung kommt, zu einer vergleichsweise niedrigen Effizienz und/oder einemvergleichsweise hohen
Energieverbrauch führt.
Prinzipiell ist es vorstellbar, Wärmeübertrager mit einer Rippenstruktur zu versehen, die in einem Strömungsraum angeordnet sind, durch den das Fluid strömt, mit dem der Wärmeaustausch stattfindet. Derartige Rippenstrukturen sind gewöhnlich aus Blechen hergestellt und dienen dem besseren Wärmeaustausch mit dem Fluid und steigern somit insbesondere die Effizienz des
Wärmeübertragers.
Eine bessere Effizienz des Wärmeübertragers und/oder eine alternative
Ausgestaltung des Wärmeübertragers kann im Allgemeinen durch den Einsatz einer thermoelektrischen Temperiereinrichtung mit einem Peltierelement realisiert werden, das auf bekannte Weise einen Wärmeaustausch im Sinne eines „Pumpens" der Wärme realisiert. Derartige Peltierelemente umfassen hierbei eine Vielzahl von Halbleitern, die auf eine bestimmte Weise miteinander elektrisch zu kontaktieren sind. Dies erfordert einerseits das elektrische Kontaktieren
bestimmter Halbleiterelemente miteinander und andererseits das elektrische Isolieren anderer Halbleiterelemente gegeneinander. Um insbesondere einen unerwünschten Kurzschluss des Peltierelements zu vermeiden, ist es daher üblich, das Peltierelement an gegenüberliegenden Enden elektrisch isolierend auszubilden. Hierzu kommen gewöhnlich elektrisch isolierende Platten, aufgrund ihrer vorteilhaften Wärmeleitfähigkeitseigenschaften insbesondere Keramikplatten, zum Einsatz. Derartige Platten sind jedoch vergleichsweise starre Gebilde, die bei entsprechender thermischer Beanspruchung, insbesondere bei großen und/oder schnellen Temperaturänderungen, zu thermischen Spannungen und
Beschädigungen des Peltierelements bzw. der Temperiereinrichtung führen können. Zudem stellen derartige Platten eine thermische Barriere dar, die sich negativ auf die Effizienz der Temperiereinrichtung auswirken. Dies gilt auch für Keramikplatten, die vergleichsweise gute Wärmeleitfähigkeiten aufweisen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art sowie für eine Anordnung eines solchen Wärmeübertragers verbesserte oder zumindest andere
Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte
Effizienz und/oder eine verbesserte Lebensdauer und/oder eine erhöhte
Belastbarkeit auszeichnen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem
Wärmeübertrager mit einer Rippenstruktur und einer zumindest ein Peltierelement aufweisenden thermoelektrischen Temperiereinrichtung Halbleiter des
Peltierelements an die Rippenstruktur anzubringen und von der Rippenstruktur durch eine Grundschicht elektrisch zu isolieren. Die Halbleiter des Peltierelements sind also direkt an der Rippenstruktur angebracht, so dass insbesondere die verformbare, insbesondere elastisch verformbare, Eigenschaft der Rippenstruktur genutzt wird, um die Halbleiter des Peltierelements entsprechend relativ zueinander beweglich anzuordnen. In der Folge kommt es beim Betrieb des Wärmeübertragers bzw. des Peltierelements zu einer verbesserten Anpassung des Peltierelements an thermischen Änderungen, insbesondere zu verbesserten mechanischen Kontraktionen und/oder Expansionen. Die Belastbarkeit sowie die Lebensdauer des Peltierelements und somit des Wärmeübertragers werden also verbessert. Darüber hinaus kann durch die Verwendung der Grundschicht zur elektrischen Isolierung auf separate Platten zum elektrischen Isolieren verzichtet werden, so dass ein Wärmeaustausch des Peltierelements verbessert und die Effizienz somit erhöht wird.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist der Wärmeübertrager dabei einen Strömungsraum auf, der von einem Fluid, das nachfolgend als erstes Fluid bezeichnet wird, durchströmbar ist. Die Rippenstruktur ist in diesem
Strömungsraum angeordnet und vom ersten Fluid durchströmbar. Das erste Fluid tauscht Wärme mit einem Wärmetransferraum aus, wobei zwischen der
Rippenstruktur und dem Wärmetransferraum, der bevorzugt fluidisch vom
Strömungsraum getrennt ist, eine thermoelektrische Temperiereinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Wärmetransferraum und dem Strömungsraum angeordnet ist. Die thermoelektrische Temperiereinrichtung weist zumindest ein solches Peltierelement auf, wobei das Peltierelement mehrere Halbleiter, nämlich p-dotierte P-Halbleiter und n-dotierte N-Halbleiter aufweist. Die elektrische isolierende Grundschicht ist Bestandteil einer Verbindungsstruktur, die zudem eine elektrisch leitende Verbindungsschicht aufweist. Dabei ist die Verbindungsstruktur auf der dem Peltierelement zugewandten Seite der Rippenstruktur angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Grundschicht an der Rippenstruktur vorgesehen, während die Verbindungsschicht auf der von der Rippenstruktur abgewandten Seite der Grundschicht aufgebracht ist. Das heißt, dass die Grundschicht die Verbindungsschicht gegenüber der Rippenstruktur elektrisch isoliert. An der Verbindungsschicht sind ein solcher P-Halbleiter und ein solcher N-Halbleiter zum elektrischen Kontaktieren dieser Halbleiter angebracht, wobei diese Halbleiter auf der von der Grundschicht abgewandten Seite der Verbindungsschicht angeordnet sind. Das heißt, dass die elektrische Kontaktierung des P-Halbleiters mit dem N- Halbleiter über die Verbindungsschicht erfolgt, die mittels der Grundschicht elektrisch von der Rippenstruktur isoliert ist. Somit können sich die Halbleiter bei thermomechanischen Belastungen mit der Rippenstruktur bewegen und folglich insbesondere thermische Spannungen verhindert oder zumindest reduziert werden. Dementsprechend wird besagte verlängerte Lebensdauer und erhöhte Belastbarkeit des Peltierelements und somit des Wärmeübertragers erreicht.
Zudem erfolgt der Wärmeaustausch über die Rippenstruktur, die gewöhnlich metallhaltig ist und somit verbesserte Wärmeaustauschmöglichkeiten bietet und folglich zu einer verbesserten Effizienz des Peltierelements und dementsprechend der zugehörigen Temperiereinrichtung bzw. des Wärmeübertragers führt. Dabei sind mehrere solche Verbindungsstrukturen vorgesehen, wobei über die jeweilige Verbindungsstruktur ein solcher P-Halbleiter und ein solcher N-Halbleiter elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Die Rippenstruktur ist bevorzugt aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt. Denkbar ist es insbesondere, die Rippenstruktur aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bzw. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung
herzustellen.
Eine ggf. notwendige elektrische Kontaktierung der Halbleiter auf der der
Verbindungsschicht gegenüberliegenden Seite kann prinzipiell beliebig
ausgestaltet sein. Hierzu kann bspw. jeweils ein elektrisches Verbindungselement, bspw. ein elektrisch leitfähiges Plattenelement und dgl. zum Einsatz kommen.
Eine mögliche weitere notwendige elektrische Kontaktierung der Rippenstruktur kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Vorstellbar ist es bspw. unterschiedliche Rippenstrukturen im Strömungsraum elektrisch miteinander zu kontaktieren.
Vorstellbar ist es auch, diese Rippenstrukturen mit Hilfe einer auf der von der Rippenstruktur abgewandten Seite der Halbleiter verlaufenden elektrischen Verbindung elektrisch zu kontaktieren.
Die Grundschicht kann prinzipiell eine mit der Rippenstruktur verbundene Schicht sein. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Grundschicht stoffschlüssig mit der
Rippenstruktur verbunden, bspw. verklebt ist. Die Verbindung kann alternativ oder zusätzlich zumindest teilweise auf chemische Bindungen und/oder auf
physikalische Verbindungsarten, z.B. auf mechanisches Verkrallen, basieren. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Grundschicht durch eine Oxidation auf der Rippenstruktur versehen. Das heißt, dass die Rippenstruktur durch eine entsprechende Oxidation mit der Grundschicht versehen ist. Vorstellbar ist es bspw., die Grundschicht durch eine oxidierende Reaktion auf die Rippenstruktur aufzutragen, insbesondere die Rippenstruktur mit einer entsprechenden Oxidation zu beschichten. Eine solche Beschichtung der Rippenstruktur mit der
Grundschicht führt insbesondere zum Erzeugen einer elektrisch isolierenden Schicht, die sehr dünn, bspw. im Bereich von wenigen μιτι, dick sein kann. Eine solche Grundschicht bietet also eine ausreichend hohe elektrische Isolation und gleichzeitig, insbesondere durch die dünne Ausbildung, eine vergleichsweise geringe Barriere für den Wärmeaustausch.
Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen die Grundschicht, insbesondere durch die entsprechende Verbindung mit der Rippenstruktur, mit der Rippenstruktur vergleichbare Ausdehnungs- und Kontraktionseigenschaften aufweist, die zu einer stabilen Verbindung zwischen der Grundstruktur und der Rippenstruktur und somit zwischen den Halbleitern und der Rippenstruktur führen. Es wird also eine entsprechend thermisch stabile Verbindung zwischen der Rippenstruktur und der Grundschicht erreicht, die zu einer entsprechend beweglichen Anordnung der Halbleiter führt. Bevorzugt sind auch Ausführungsformen, bei denen die Rippenstruktur durch eine Reduktions-Oxidationsreaktion mit der Grundschicht versehen ist. Das heißt, dass die Grundschicht durch eine Reduktions-Oxidationsreaktion mit der Rippenstruktur verbunden wird. Auch hierdurch kommt es zu einer stabilen Verbindung zwischen der Grundschicht und der Rippenstruktur, wobei die Grundschicht vorteilhaft mit der Rippenstruktur vergleichbare Ausdehnungs- und/oder
Kontraktionseigenschaften aufweist, welche zu einer entsprechenden Stabilität im Falle von Temperaturänderung, insbesondere bei thermomechanischen
Belastungen, führen.
Das Oxidieren bzw. das Anwenden der Reduktions-Oxidationsreaktion führt zudem zu der Entstehung einer entsprechend elektrisch isolierenden Schicht der metallhaltigen Rippenstruktur. Auf die Rippenstruktur wird also lokal eine oxidierte Schicht erzeugt.
Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn die Grundschicht durch die Oxidation oder die Reduktions-Oxidationsreaktion der Rippenstruktur an sich hergestellt ist. Das heißt, dass die Grundschicht dadurch realisiert ist, dass die Rippenstruktur lokal im Bereich der Grundschicht oxidiert wird oder einer Reduktions- Oxidationsreaktion unterzogen wird. Eine solche Grundschicht ist also integral an der Rippenstruktur vorgesehen. Zudem ist hierdurch keine separate Verbindung der Grundschicht mit der Rippenstruktur notwendig.
Die Grundschicht kann bspw. auf die Rippenstruktur eloxiert werden, sofern die Rippenstruktur aus Aluminium hergestellt oder aluminiumhaltig ist.
Prinzipiell kann zumindest zwei solchen Verbindungsschichten eine solche gemeinsame Grundschicht zugeordnet sein. Das heißt, dass eine solche
Grundschicht zumindest zwei solche Verbindungsschichten elektrisch gegenüber der Rippenstruktur isoliert. Vorstellbar ist es dabei, die Rippenstruktur auf der den Halbleitern zugewandten Seite gänzlich oder zumindest in wesentlichen Bereichen der Verbindungsstrukturen gänzlich mit der Grundschicht zu versehen. Dies erleichtert das Versehen der Rippenstruktur mit der zumindest einen
Grundschicht. Zudem wird hierdurch die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen der Verbindungsschicht und der Rippenstruktur zumindest reduziert.
Die Rippenstruktur kann auch lediglich in Bereichen der Verbindungsschichten mit jeweils einer solchen Grundschicht versehen werden. In diesem Fall ist also insbesondere der jeweiligen Verbindungsschicht eine solche eigene Grundschicht zugeordnet, die von der Grundschicht anderer Verbindungsschichten separat ist. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Grundschicht größer ist, insbesondere einen größeren Querschnitt aufweist, als die Verbindungsschicht. Hierdurch werden insbesondere Kurzschlüsse zwischen der Verbindungsschicht und der
Rippenstruktur verhindert oder zumindest reduziert. Somit wird auch eine verbesserte thermische Anpassung der Grundschichte erreicht, weil diese sich nicht über kleinere Fläche der Rippenstruktur anpassen.
Der Wärmeaustausch zwischen dem Strömungsraum bzw. dem ersten Fluid und dem Wärmetransferraum, der mittels der thermoelektrischen Temperiereinrichtung bzw. dem Peltierelement unterstützt wird, kann transferraumseitig beliebig ausgestaltet sein. Der Wärmetransferraum kann bspw. durch einen Festkörper realisiert sein, der mit dem Strömungsraum bzw. dem ersten Fluid Wärme austauscht.
Vorstellbar ist es auch, dass der Wärmetransferraum von einem zweiten Fluid durchströmbar und von einem Rohr begrenzt ist, wobei die thermoelektrische Temperiereinrichtung, insbesondere das Peltierelement, zwischen der
Rippenstruktur und dem Rohr angeordnet ist. Der vom Rohr begrenzte
Wärmetransferraum ist hierbei vorzugsweise fluidisch vom Strömungsraum getrennt. Dabei kann das zweite Fluid ein vom ersten Fluid unterschiedliches Fluid sein.
Zu denken ist auch an Ausführungsformen, bei denen der Wärmetransferraum von einem zweiten Fluid durchströmbar und von einer Blechstruktur begrenzt ist, wobei die thermische Temperiereinrichtung, insbesondere die Halbleiter des Peltierelements, zwischen der Rippenstruktur und der Blechstruktur angeordnet sind. Auch hierbei ist der von der Blechstruktur begrenzte Wärmetransferraum vorzugsweise fluidisch vom Strömungsraum getrennt. Die Blechstruktur weist vorteilhaft eine unebene, bspw. gewellte Form auf und ist vom zweiten Fluid durchströmbar. Die Blechstruktur kann also insbesondere auch als eine solche Rippenstruktur ausgebildet sein, die im Wärmetransferraum angeordnet ist.
Vorstellbar ist es insbesondere, die Blechstruktur auf zur Rippenstruktur analoge Weise mit den Halbleitern des Peltierelements zu verbinden und/oder die
Halbleiter auf analoge Weise zu kontaktieren. Das heißt, dass auf der dem
Peltierelement, insbesondere den Halbleitern zugewandten Seite der Blechstruktur mehrere solche Verbindungsstrukturen vorgesehen sind. Dabei ist die
Blechstruktur mit der Grundschicht versehen, wobei auf der von der Blechstruktur abgewandten Seite der Grundschicht die Verbindungsschicht zum elektrischen Kontaktieren eines solchen P-Halbleiters mit einem solchen N-Halbleiter aufgebracht ist.
Die Grundschicht weist bevorzugt eine solche Flexibilität auf, dass die
Grundschicht ihre elektrische Isolationseigenschaft im Betrieb des
Wärmeübertragers, insbesondere der thermoelektrischen Temperiereinrichtung, besonders bevorzugt während der gesamten Betriebsdauer des
Wärmeübertragers, behält bzw. an der Rippenstruktur verbleibt. Dabei ist einerseits auf die Flexibilität der Rippenstruktur, insbesondere im Bereich der zugehörigen Verbindungsschicht, und andererseits auf die Flexibilität einer Komponente zu achten, mit dem die Halbleiter auf der von der Rippenstruktur abgewandten Seite verbunden sind. Die Flexibilität der Grundschicht ist also bevorzugt insoweit an die Flexibilität der Rippenstruktur und/oder der Komponente angepasst. Dabei hängt die Flexibilität der Grundschicht insbesondere von der Dicke des der Rippenstruktur zu Grunde liegenden Rohmaterials bzw. des Materials, aus dem die Rippenstruktur hergestellt ist, ab. Diese kann bspw. im Bereich von 30 μιη bis 200 μιη liegen. Entsprechendes gilt für besagte
Komponente.
Bevorzugt gilt entsprechendes für die Flexibilität der Verbindungsschicht. Das heißt, dass die Verbindungsschicht hinsichtlich ihrer Flexibilität, wie vorstehend erläutert, an die Rippenstruktur und/oder die Komponente angepasst ist.
Insbesondere kann die Verbindungsschicht hinsichtlich ihrer Flexibilität an die zugehörige Grundschicht angepasst sein, so dass die Verbindung zwischen der Verbindungschicht und der zugehörigen Grundschicht während des Betriebs des Wärmeübertragers, besonders bevorzugt während der Gesamtbetriebsdauer des Wärmeübertragers, erhalten bleibt und/oder dass die Verbindungsschicht elektrisch leitend bleibt.
Sind sowohl die Rippenstruktur als auch die Komponente flexibel ausgeführt, so ist beispielsweise eine maximale Verschiebung von etwa 5μηη bis 50 μιτι durch flexible Biegung zu kompensieren. Ist die Rippenstruktur oder die Komponente starr, beispielsweise als ein Rohr ausgebildet, so ist beispielsweise eine maximale Verschiebung von 100 μιτι bis 1000 μιτι durch flexible Biegung zu kompensieren. Die Grundschicht und/oder die Verbindungsschicht ist/sind also hinsichtlich ihrer Flexibilität dementsprechend anzupassen. Diese Anpassung ist vorteilhaft derart, dass die Flexibilität diese Biegungen erlaubt, ohne dass die vorstehenden
Eigenschaften der Grundschicht bzw. der Verbindungsschicht verloren gehen. Die Verbindungsschicht kann prinzipiell aus einem beliebigen Material hergestellt sein, sofern die Verbindungsschicht eine ausreichend hohe elektrische
Leitfähigkeit zum elektrischen Kontaktieren der zugehörigen Halbleiter aufweist. Vorstellbar ist es insbesondere, die Verbindungsschicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung herzustellen. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die
Verbindungsschicht eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die höher ist als die Leitfähigkeit der Rippenstruktur. Die Verbindungsschicht weist also insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit auf, die höher als die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium bzw. dessen Legierungen ist.
Die Verbindungsschicht kann hierbei prinzipiell eine beliebige Form aufweisen. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn die Verbindungsschicht eine sich von der der Grundschicht zugewandten Seite bis zu der von der Grundschicht abgewandten Seite erstreckende Dicke aufweist, die zumindest 10x kleiner ist als eine quer zur Dicke verlaufende Breite und/oder als eine quer zur Dicke und quer zur Breite verlaufende Länge der Verbindungsschicht. Mit anderen Worten, die Verbindungsschicht ist möglichst dünn und breit ausgebildet. Die dünne
Ausbildung der Verbindungsschicht führt hierbei zu einer entsprechend
vorteilhaften Flexibilität der Verbindungsschicht, um insbesondere thermische Spannungen auszugleichen. Die breite Ausbildung der Verbindungsschicht sorgt gleichzeitig für eine hohe elektrische Leitfähigkeit innerhalb der
Verbindungsschicht, um eine ausreichend hohe elektrische Verbindung zwischen den zugehörigen Halbleitern herzustellen.
Die Grundschicht weist bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 1 W/m K auf. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Grundschicht eine
Wärmeleitfähigkeit von zumindest mehreren W/m K, bspw. zwischen 1 und 50 W/m K aufweist. Somit wird der Wärmeaustausch zwischen den zugehörigen Halbleitern und der Rippenstruktur nicht oder verhältnismäßig wenig verringert. Dabei weist die Grundschicht bei einer chemischen und/oder physikalischen Verbindung mit der Rippenstruktur bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 1 W/m K und 10 W/m K, insbesondere zwischen 1 W/m K und 5 W/m K, auf. Eine solche durch Oxidation, insbesondere Eloxierung, bzw. Reduktions- Oxidationsreaktion ausgebildete Grundschicht weist bevorzugt eine
Wärmeleitfähigkeit zwischen 1 W/m K und 50 W/m K, insbesondere zwischen 10 W/m K und 50 W/m K, auf.
Die Grundschicht ist vorzugsweise dünner als 100 μιτι, insbesondere zwischen 1 μιτι und 100 μιτι dick. Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Grundschicht eine Dicke zwischen 30 μιτι und 50 μιτι aufweist.
Bevorzugt ist es, wenn zwischen der jeweiligen Verbindungsschicht und den zugehörigen Halbleitern keine weiteren Bestandteile, mit Ausnahme von
gegebenenfalls zum mechanischen Verbinden der Verbindungsschicht mit den Halbleitern notwendigen Bestandteilen, angeordnet sind. Das heißt, dass ein unmittelbares Anbringen der Halbleiter an der jeweiligen Verbindungsschicht bevorzugt ist. Somit kommt es neben einem besseren Wärmeaustausch zwischen der Temperiereinrichtung und der Rippenstruktur bzw. dem Strömungsraum zu einer weniger starren Ausbildung. Die weniger starre Ausbildung führt zu einem verbesserten Abbau thermisch bedingter Belastungen und somit zu einer
Verbesserung der thermomechanischen Stabilität.
Analog hierzu ist es bevorzugt, wenn die jeweilige Verbindungsstruktur unmittelbar an der Grundschicht angebracht ist und/oder wenn die Rippenstruktur unmittelbar mit der Grundschicht versehen ist.
Die Rippenstruktur kann prinzipiell beliebig ausgebildet und/oder geformt sein. Bevorzugt ist die Rippenstruktur aus einem Blechteil hergestellt und vorzugsweise einsteilig. Insbesondere kann das Blechteil durch Umformen zur Rippenstruktur hergestellt sein. Dies führt neben einer kostengünstigen Herstellung zu einer Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und einer Gewichtsreduzierung.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Rippenstruktur erste und zweite Grundabschnitte aufweist, die voneinander beabstandet und durch Schenkel der Rippenstruktur miteinander verbunden sind. Dabei ist der jeweilige erste
Grundabschnitt mit der Grundschicht versehen, wogegen die zweiten
Grundabschnitte auf der von der Temperiereinrichtung abgewandten Seite der ersten Grundabschnitte angeordnet sind. Insbesondere können die ersten
Grundabschnitte und die zweiten Grundabschnitte parallel verlaufen.
Bevorzugt sind benachbarte erste und zweite Grundabschnitte durch jeweils einen Schenkel miteinander verbunden. Dabei weisen benachbarte erste und zweite Grundabschnitte jeweils einen gemeinsamen solchen Schenkel auf, wobei vom jeweiligen Grundabschnitt zwei solche Schenkel abstehen, die den Grundabschnitt mit den beiden benachbarten Grundabschnitten verbinden. Dies gilt
selbstverständlich nicht zwingend für die äußersten Grundabschnitte.
Als Vorteilhaft erweisen sich Varianten, bei denen die ersten Grundabschnitte voneinander beabstandet sind. Vorteilhaft sind zudem Varianten, bei denen die zweiten Grundabschnitte voneinander beabstandet sind. Dies führt jeweils zu einem besseren Abbau thermisch verursachter Beanspruchungen, insbesondere Spannungen, und somit zu einer verbesserten thermomechanischen Stabilität der Rippenstruktur und folglich der Temperiereinrichtung und des Wärmeübertragers.
Gemäß vorteilhafter Varianten sind die benachbarten Schenkel der Rippenstruktur zueinander geneigt angeordnet. Eine derartige Ausbildung der Rippenstruktur führt zu einer erhöhten Flexibilität und Elastizität der Rippenstruktur und somit zu einem verbesserten Abbau thermischer Belastungen, insbesondere Spannungen. Dabei können die vom jeweiligen Grundabschnitt abstehenden Schenkel einander zugewandt sein und/oder mit dem zugehörigen Grundabschnitt einen spitzen Winkel bilden.
Es versteht sich, dass neben dem Wärmeübertrager auch eine Anordnung aus einer solchen Rippenstruktur und einer solchen Temperiereinrichtung, bei denen die Halbleiter der Temperiereinrichtung über solche Verbindungsstrukturen an der Rippenstruktur angebracht sind, zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmeübertrager,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Wärmeübertrager,
Fig. 3 eine Ansicht auf den Wärmeübertrager bei einem anderen
Ausführungsbeispiel, Fig. 4 den Schnitt aus Fig. 1 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 die Ansicht aus Fig. 4 bei einem anderen Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist ein Wärmeübertrager 1 gezeigt, der in einem im Übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen kann. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Strömungsraum 2 und einen fluidisch vom Strömungsraum 2 getrennten Wärmetransferraum 3 auf. Der Strömungsraum 2 wird von einem ersten Fluid durchströmt, während der Wärmetransferraum 3 von einem zweiten Fluid durchströmt wird. Dabei kommt es im Wärmeübertrager 1 zu einem
Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid. Im
Strömungsraum 2 ist eine Rippenstruktur 4 angeordnet, die im gezeigten
Längsschnitt eine omegaartige Form aufweist. Der Wärmetransferraum 3 wird von einem Rohr 5 begrenzt, das auch den Strömungsraum 2 begrenzt oder im
Strömungsraum 2 angeordnet ist. Zwischen der Rippenstruktur 4 und dem Rohr 5 bzw. dem Wärmetransferraum 3 ist eine thermoelektrische Temperiereinrichtung 6 mit einem Peltierelement 7 angeordnet. Das Peltierelement 7 weist eine Vielzahl von p-dotierten P-Halbleitern 8 und n-dotierten N-Halbleitern 9 auf, die im gezeigten Beispiel entlang des Rohrs 5 abwechselnd angeordnet sind. Zum elektrischen Verbinden der Halbleiter 8, 9 in der Art des Peltierelements 7 sind dabei jeweils ein P-Halbleiter 8 und ein N-Halbleiter 9 elektrisch miteinander verbunden. Auf der dem Rohr 5 das insbesondere als Flachrohr 5' ausgebildet ist, zugewandten Seite der Halbleiter 8, 9 sind zugehörige P-Halbleiter 8 und N- Halbleiter 9 mittels eines elektrisch leitenden Verbindungselements 10 elektrisch miteinander verbunden. Da das Rohr 5 elektrisch leitend und bspw. aus einem Metall hergestellt ist, ist zwischen dem Rohr 5 und den Verbindungselementen 0 eine elektrisch isolierende Platte 1 1 angeordnet, um Kurzschlüsse zwischen den Verbindungselementen 10 zu verhindern. Dabei ist das Rohr 5 auf der den Halbleitern 8, 9 zugewandten Seite gänzlich mit der Platte 1 1 bedeckt, die bspw. eine Keramikplatte 1 1 ' sein kann.
Auf der dem Peltierelement 7 und den Halbleitern 8, 9 zugewandten Seite der Rippenstruktur 4 sind mehrere Verbindungsstrukturen 12 vorgesehen. Die jeweilige Verbindungsstruktur 12 weist eine elektrisch isolierende Grundschicht 13 sowie eine elektrisch leitende Verbindungsschicht 14 auf. Im gezeigten Beispiel ist die Grundschicht 14 als separates Element ausgebildet und an der Rippenstruktur 4 angebracht. Auf der von der Rippenstruktur 4 abgewandten Seite der jeweiligen Grundschicht 13 und somit auf der den Halbleitern 8, 9 zugewandten Seite der jeweiligen Grundschicht 13 ist eine solche Verbindungsschicht 14 aufgebracht, insbesondere stoffschlüssig mit der Grundschicht 13 verbunden. Die elektrisch leitende Verbindungsschicht 14 verbindet jeweils einen solchen P-Halbleiter 8 und einen solchen N-Halbleiter 9 elektrisch miteinander. Dabei sind die
Verbindungsstrukturen 12 voneinander beabstandet, so dass das jeweilige
Halbleiterpaar, das heißt ein solcher P-Halbleiter 8 und ein solcher zugehöriger N- Halbleiter 9, einer solchen Verbindungsstruktur 12 zugeordnet ist. Auf der der Rippenstruktur 4 zugewandten Seite sind die Halbleiter 8, 9 des Peltierelements 7 also mittels der Verbindungsstruktur 12 miteinander elektrisch kontaktiert und gegenüber der metallhaltigen Rippenstruktur 4 elektrisch isoliert.
Die zugehörigen Halbleiter 8, 9 sind an der zugehörigen Verbindungsschicht 4 angebracht, derart, dass die Halbleiter 8, 9 über die Verbindungsstruktur 12 mit der Rippenstruktur 4 mechanisch verbunden sind. Die elastische und flexible Rippenstruktur 4 wird also im Peltierelement 7 zum Ausgleich und Abbau thermischer Spannungen, die im Betrieb des Wärmeübertragers 1 , insbesondere des Peltierelements 7, auftreten können, genutzt.
Hierbei kann die Grundschicht 13 durch eine Oxidation, eine Reduktions- Oxidationsreaktion, insbesondere durch Eloxieren, auf der Rippenstruktur 4 hergestellt sein oder mittels externen Aufbringens einer Schicht durch chemische und /oder physikalische Bindung auf der Rippenstruktur 4 aufgebracht sein.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Wärmeübertrager 1 im Bereich zwischen den Verbindungsschichten 14 und zugehörigen Halbleitern 8, 9 gezeigt. In Fig. 2 ist zunächst zu erkennen, dass das Peltierelement 7 neben dem entlang des Rohrs 5 benachbarten Halbleitern 8, 9 auch hierzu quer beabstandete Halbleiter 8, 9 aufweist, die auch über solche Verbindungsstrukturen 12 elektrisch kontaktiert und an der Rippenstruktur 4 angebracht sind. Aus Fig. 2 und Fig. 1 geht zudem hervor, dass sowohl die Grundschicht 13 als auch die Verbindungsschicht 14 dünn ausgebildet sind. Das heißt bei der Verbindungsschicht 14, das eine sich von der der Grundschicht 13 zugewandten Seite bis zu der von der Grundschicht 13 abgewandten Seite erstreckende Dicke 15 der Verbindungsschicht 14 oder eine Verbindungsschicht-Dicke 15 deutlich kleiner ist als eine quer zur
Verbindungsschicht-Dicke 15 verlaufende Verbindungsschicht-Breite 16 und eine quer zur Verbindungsschicht-Dicke 15 und quer zur Verbindungsschicht-Breite 16 verlaufende Verbindungsschicht-Länge 17. Diese dünne Form der
Verbindungsschicht 14 sorgt zugleich für eine flexible Ausbildung und ausreichend elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsschicht 14. Dabei beträgt die Dicke 15 der Verbindungsschicht 14 vorzugsweise wenige μιτι, bspw. 1 bis 100 μιτι.
Auch die Grundschicht 14 weist eine Grundschicht-Dicke 8 auf, die deutlich kleiner ist als eine Grundschicht-Breite 22 und eine nicht Grundschicht-Länge 23, die parallel zu den entsprechenden Dimensionen der Verbindungsschicht 14 verlaufen. Dabei beträgt die Grundschicht-Dicke 18 bevorzugt zwischen 1 μιη und 100 μιτι, insbesondere zwischen 30 μιτι und 50 μιτι. Die Grundschicht 13 ist hierbei größer als die zugehörige Verbindungsschicht 4, weist insbesondere einen größeren Querschnitt auf als die zugehörige Verbindungsschicht 14. Hierdurch wird eine verbesserte elektrische Isolation der Verbindungsstruktur 14 gegenüber der Rippenstruktur 4 erreicht, insbesondere Kurzschlüsse, beispielsweise verursacht durch Randfehlern und/oder Positionierungenauigkeiten, vermieden oder zumindest reduziert.
In Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 2 dargestellt, wobei die Ansicht in Fig. 3 etwas geneigt und dementsprechend räumlich dargestellt ist. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich von dem in Fig. 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die
Rippenstruktur 4 keine omegaförmige Ausbildung aufweist, sondern wellenförmig ausgebildet ist. Dabei sind im Bereich von benachbarten, den Halbleitern 8, 9 zugewandten Wellentälern der wellenförmig ausgebildeten Rippenstruktur 4 solche Halbleiter 8, 9 angeordnet und solche zugehörige Verbindungsstrukturen 12 vorgesehen, welche zugehörige Halbleiter 8, 9 elektrisch kontaktieren, elektrisch von der Rippenstruktur 4 isolieren und mechanisch mit der
Rippenstruktur 4 verbinden. Zudem ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine solche gemeinsame Grundschicht 13 für zumindest zwei solche
Verbindungschichten 14 vorgesehen, wobei im gezeigten Beispiel allen
Verbindungsstrukturen 14 eine solche gemeinsame Grundschicht 13 zugeordnet ist, die sich über die gesamte den Halbleitern 8, 9 zugewandte sichtbare Fläche der Rippenstruktur 4, insbesondere gänzlich über diese Fläche, erstreckt. Das heißt, dass die Rippenstruktur 4 nicht jeweils lokal mit einer der jeweiligen
Verbindungsschicht 14 zugeordneten Grundschicht 13 versehen, sondern gänzlich mit einer solchen Grundschicht 13 versehen wird, die zumindest zwei solchen Verbindungsschichten 14, insbesondere allen Verbindungsschichten 14, zugeordnet ist und diese elektrisch gegenüber der Rippenstruktur 4 isoliert. Die Rippenstruktur 4 lässt sich dabei im Vergleich zu mehreren einzelnen
Grundschichten 13 vereinfacht mit einer solchen gemeinsamen Grundschicht 13 versehen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Wärmeübertrager 1 aus Fig. 4 unterscheidet sich vom in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertrager 1 im Wesentlichen durch die Ausgestaltung der Grundschichten 13 der jeweiligen Verbindungsstruktur 12. Die Grundschichten 13 sind in Fig. 4 gestrichelt dargestellt und Bestandteil der Rippenstruktur 4. Das heißt, dass die Grundstruktur 3 der jeweiligen Verbindungsstruktur 12 ein integraler Bestandteil der Rippenstruktur 4 ist. Die integrale Ausgestaltung der Grundstruktur 13 an der Rippenstruktur 4 erfolgt bevorzugt durch eine Oxidation oder eine Reduktions- Oxidationsreaktion der Rippenstruktur 4. Das heißt, dass die jeweilige
Grundschicht 13 durch eine entsprechende Behandlung der Rippenstruktur 4 realisiert ist. Hierdurch ist eine besonders vorteilhafte Anpassung bzw. Ähnlichkeit zwischen der Flexibilität und/oder dem thermischen Ausdehnungs- bzw.
Kontraktionsverhalten der Grundschicht 13 und der Rippenstruktur 4 gegeben. Dabei ist die jeweilige Grundschicht 13 zur besseren Darstellung über die gesamte Dicke der Rippenstruktur 4 dargestellt, was jedoch nicht zwangsläufig der Fall sein muss. Das heißt, dass die jeweilige Grundschicht 13 eine Grundschicht-Dicke 18 aufweisen kann, die kleiner ist als die Dicke der Rippenstruktur 4 im zugehörigen Bereich, wobei die Grundschicht-Dicke 18 bevorzugt kleiner ist als die Dicke der Rippenstruktur 4 im zugehörigen Bereich. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Grundschicht-Dicke 18 vorzugsweise zwischen 1 μιτι und 100 μιτι, bevorzugt zwischen 30 μιτι und 50 μιτι.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1 ist in Fig. 5 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass im Wärmetransferraum 3 eine Blechstruktur 19 angeordnet ist, die wie die Rippenstruktur 4 rippenartig
ausgebildet ist und eine Omegaform aufweist. Die Blechstruktur 19 begrenzt hierbei den Wärmetransferraum 3 und ist vom zweiten Fluid durchströmbar. Der Wärmetransferraum 3 und der Strömungsraum 2 sind durch eine Trennstruktur 20 fluidisch und thermisch getrennt, wobei sich die Trennstruktur 20 zwischen benachbarten Halbleitern 8, 9 des Peltierelements 7 erstreckt. Aus Fig. 5 geht ferner hervor, dass zwischen den Halbleitern 8, 9 und der
Blechstruktur 19 auch solche Verbindungsstrukturen 12 vorgesehen sind, wobei die jeweilige Verbindungsstruktur 12 über die Verbindungsschicht 14 und die Grundschicht 3 zugehörige Halbleiter 8, 9 elektrisch kontaktiert, elektrisch von der Blechstruktur 19 isoliert und mechanisch sowie thermisch mit der Blechstruktur 19 verbindet. Das heißt, das beidseitig der Halbleiter 8, 9 bzw. des Peltierelements 7 solche Verbindungsstrukturen 12 zum elektrischen Kontaktieren der Halbleiter 8, 9 und zum elektrischen Isolieren der Halbleiter 8, 9 gegenüber der Rippenstruktur 4 bzw. der Blechstrukturen 19 sowie zum mechanischen Verbinden der Halbleiter 8, 9 mit der Rippenstruktur 4 bzw. der Blechstruktur 19 zum Einsatz kommen. Hierdurch ergibt sich eine besonders gegenüber thermischen Belastungen stabile Ausbildung des Wärmeübertragers.
In den gezeigten Beispielen sind die zumindest eine Grundschicht 13 sowie die Verbindungsschichten 14 hinsichtlich ihrer Flexibilität an die der Rippenstruktur 4, insbesondere im Bereich der Verbindungsstruktur 12, und/oder an die auf der von der Grundschicht 13 abgewandten Seite der Halbleiter 8, 9 angeordneten
Komponente 5, 19, hier also an das Rohr 5 bzw. an die Blechstruktur 19, angepasst. Diese Anpassung hängt dabei insbesondere von der Dicke der
Rippenstruktur 4 bzw. der Komponente 5, 19 und/oder dem Material ab, aus dem die Rippenstruktur 4 bzw. die Komponente 5, 19 hergestellt ist, ab. Bei dem starren Rohr 5 und der flexiblen Rippenstruktur 4 ist die Flexibilität jeweils derart, dass Verschiebungen von etwa 5μηη bis 50 μιτι durch flexible Biegung
kompensiert werden ohne dass die elektrisch isolierende Eigenschaft der
Grundschicht 13 und die elektrisch leitende Eigenschaft der Verbindungsschicht 14 verloren gehen und ohne dass sich die entsprechenden Verbindungen lösen. Bei der flexiblen Blechstruktur 9 und der flexiblen Rippenstruktur 4 ist die
Flexibilität von Grundschicht 13 und Verbindungsschicht 14 derart, dass
Verschiebungen von etwa 100 μιτι bis 1000 μιτι durch flexible Biegung
kompensiert werden ohne dass die elektrisch isolierende Eigenschaft der Grundschicht 13 und die elektrisch leitende Eigenschaft der Verbindungsschicht 14 verloren gehen und ohne dass sich die entsprechenden Verbindungen lösen. Die Rippenstruktur 4 bildet zusammen mit solchen Verbindungsstrukturen 12 und den zugehörigen Halbleitern 8, 9 des Peltierelements 7 eine Anordnung 2 , wobei eine solche Anordnung in den Fig. 2 und 3 zu sehen ist.
Die in den Figuren 1 , 2, 4 und 5 gezeigten Rippenstrukturen 4 weisen jeweils erste Grundabschnitte 24 auf, die voneinander beabstandet und jeweils mit einer solchen Grundschicht 13 versehen sind. Die jeweilige Rippenstruktur 4 weist zudem zweite Grundabschnitte 25 auf, die auf der von der Temperiereinrichtung 6 abgewandten Seite der ersten Grundabschnitte 24 angeordnet und von diesen beabstandet sind. Vom jeweiligen Grundabschnitt 24, 25 stehen zwei Schenkel 26 ab, welche die ersten Grundabschnitte 24 mit den benachbarten zweiten
Grundabschnitten 25 verbinden und umgekehrt. Somit steht vom jeweiligen ersten Grundabschnitt 24 ein solcher Schenkel 26 ab, der auch vom benachbarten zweiten Grundabschnitt 25 absteht. Die Schenkel 26 verlaufen im gezeigten Beispiel geneigt zu den zugehörigen Grundabschnitten 24, 25. Zudem sind die vom jeweiligen Grundabschnitt 24, 25 abstehenden Schenkel 26 einander zugewandt und bilden mit diesem Grundabschnitt 24, 25 einen spitzen Winkel.
Beim in Fig. 5 gezeigten Beispiel ist die Blechstruktur 19 analog zur
Rippenstruktur 4 ausgebildet. Das heißt, dass die Blechstruktur 19 ebenfalls erste und zweite Grundabschnitte 24, 25 aufweist, die auf die zuvor beschriebene Weise durch Schenkel 26 miteinander verbunden sind, wobei die ersten
Grundabschnitte 24 jeweils mit einer solchen Grundschicht 13 versehen sind.

Claims

Ansprüche Wärmeübertrager (1 ),
- mit einem von einem ersten Fluid durchströmbaren Strömungsraum (2),
- mit einer im Strömungsraum (2) angeordneten und vom ersten Fluid
durchströmbaren Rippenstruktur (4),
- mit einem Wärmetransferraum (3) zum Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid,
- mit einer zwischen der Rippenstruktur (4) und dem Wärmetransferraum (3) angeordneten thermoelektrischen Temperiereinrichtung (6) zur Wärmeübertragung zwischen dem Wärmetransferraum (3) und dem Strömungsraum (2),
- wobei die Temperiereinrichtung (6) zumindest ein Peltierelement (7) mit miteinander elektrisch kontaktierten p-dotierten P-Halbleitern (8) und n- dotierten N-Halbleitern (9) aufweist,
- wobei auf der dem Peltierelement (7) zugewandten Seite der
Rippenstruktur (4) mehrere Verbindungsstrukturen (12) vorgesehen sind,
- wobei die jeweilige Verbindungsstruktur (12) eine elektrisch isolierende Grundschicht (13) und eine elektrisch leitende Verbindungsschicht (14) aufweist,
- wobei die Rippenstruktur (4) mit der Grundschicht (13) versehen ist,
- wobei die Verbindungsschicht (14) auf der von der Rippenstruktur (4) abgewandten Seite der Grundschicht (13) aufgebracht ist,
- wobei ein solcher P-Halbleiter (8) und ein solcher N-Halbleiter (9) zum elektrischen Kontaktieren dieser Halbleiter (8, 9) auf der von der
Grundschicht (13) abgewandten Seite der Verbindungsschicht (14) an der Verbindungsschicht (14) angebracht sind.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rippenstruktur (4) durch eine Oxidation mit der Grundschicht (13) versehen ist.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rippenstruktur (4) durch eine Reduktions-Oxidations-Reaktion mit der Grundschicht (13) versehen ist.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grundschicht (13) durch die Oxidation oder die Reduktions- Oxidations-Reaktion der Rippenstruktur (4) hergestellt ist.
5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grundschicht (13) auf die Rippenstruktur (4) eloxiert ist.
6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetransferraum (3) von einem zweiten Fluid durchströmbar ist und von einem Rohr (5) begrenzt ist, wobei die thermoelektrische
Temperiereinrichtung (6) zwischen der Rippenstruktur (4) und dem Rohr (5) angeordnet ist.
7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetransferraum (3) von einem zweiten Fluid durchströmbar ist und von einer Blechstruktur (19) begrenzt ist, wobei die thermoelektrische Temperiereinrichtung (6) zwischen der Rippenstruktur (4) und der
Blechstruktur ( 9) angeordnet ist.
8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grundschicht (13) größer ist, insbesondere einen größeren
Querschnitt aufweist, als die zugehörige Verbindungsschicht (14).
9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest zwei solchen Verbindungsschichten (14) eine solche gemeinsame Grundschicht (13) zugeordnet ist.
10. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grundschicht (13) eine Flexibilität aufweist, die an die
Rippenstruktur (4) und/oder eine auf der von der Grundschicht (13) abgewandten Seite der Halbleiter (8,9) angeordneten Komponente (5, 19) angepasst ist.
1 1 . Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungsschicht (14) eine Flexibilität aufweist, die die
Rippenstruktur (4), insbesondere an die Grundschicht (13), und/oder eine auf der von der Grundschicht ( 3) abgewandten Seite der Halbleiter (8,9) angeordneten Komponente (5, 9) angepasst ist.
12. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grundschicht (13) eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 1 W/(mK) aufweist.
13. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungsschicht (14) eine sich von der der Grundschicht (13) zugewandten Seite bis zur der von der Grundschicht (13) abgewandten Seite erstreckende Verbindungsschicht-Dicke (15) aufweist, die zumindest zehn Mal kleiner ist als eine quer zur Verbindungsschicht-Dicke (15) verlaufende Breite (16) und/oder eine quer zur Verbindungsschicht-Dicke (15) und quer zur Breite (16) verlaufende Länge (17) der Verbindungsschicht (14).
14. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grundschicht (13) eine Grundschicht-Dicke (18) von 1 μηη bis 100 μιτι aufweist.
15. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Rippenstruktur (4) erste Grundabschnitte (24) aufweist, die mit der Grundschicht (13) versehen sind,
- dass die Rippenstruktur (4) zweite Grundabschnitte (25) aufweist, die auf der von der Temperiereinrichtung (6) abgewandten Seite der ersten Grundabschnitte (24) von den ersten Grundabschnitten (24) beabstandet angeordnet sind,
- dass die Rippenstruktur (4) von den Grundabschnitten (24, 25)
abstehende Schenkel (26) aufweist, welche die Grundabschnitte (24, 25) miteinander verbinden, - dass die vom jeweiligen Grundabschnitt (24, 25) abstehenden Schenkel (26) geneigt zueinander verlaufen.
16. Wärmeübertrager nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rippenstruktur (4) einstückig aus einem Blech hergestellt ist. 7. Anordnung (21 ) aus einer Rippenstruktur (4) und einer Temperiereinrichtung (6) eines Wärmeübertragers (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei Halbleiter (8, 9) der Temperiereinrichtung (6) über solche
Verbindungsstrukturen (12) an der Rippenstruktur (4) angebracht und miteinander elektrisch kontaktiert sind.
*****
PCT/EP2017/053284 2016-02-17 2017-02-14 Wärmeübertrager Ceased WO2017140671A2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/999,526 US20200161526A1 (en) 2016-02-17 2017-02-14 Heat exchanger
CN201780011854.1A CN108701745A (zh) 2016-02-17 2017-02-14 热交换器
DE112017000863.8T DE112017000863A5 (de) 2016-02-17 2017-02-14 Wärmeübertrager

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016202435.3A DE102016202435A1 (de) 2016-02-17 2016-02-17 Wärmeübertrager
DE102016202435.3 2016-02-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2017140671A2 true WO2017140671A2 (de) 2017-08-24
WO2017140671A3 WO2017140671A3 (de) 2018-02-01

Family

ID=58044075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/053284 Ceased WO2017140671A2 (de) 2016-02-17 2017-02-14 Wärmeübertrager

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200161526A1 (de)
CN (1) CN108701745A (de)
DE (2) DE102016202435A1 (de)
WO (1) WO2017140671A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019214497A1 (de) * 2019-09-23 2021-03-25 Mahle International Gmbh Rohrkörper-Anordnung für eine Temperiereinrichtung, Temperiereinrichtung sowie elektrische Vorrichtung

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110425767A (zh) * 2019-08-30 2019-11-08 冠冷科技(深圳)有限公司 一种方便调整形状的热电半导体制冷制热装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3138934A (en) * 1962-11-19 1964-06-30 Kysor Industrial Corp Thermoelectric heating and cooling system for vehicles
DE1944453B2 (de) * 1969-09-02 1970-11-19 Buderus Eisenwerk Peltierbatterie mit Waermeaustauscher
JP3451107B2 (ja) * 1992-10-05 2003-09-29 株式会社エコ・トゥエンティーワン 電子冷却装置
JP3951315B2 (ja) * 1995-05-26 2007-08-01 松下電工株式会社 ペルチェモジュール
DE10022726C2 (de) * 1999-08-10 2003-07-10 Matsushita Electric Works Ltd Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und Verfahren zum Herstellen desselben
JP3510831B2 (ja) * 1999-12-22 2004-03-29 株式会社小松製作所 熱交換器
JP2003124531A (ja) * 2001-10-11 2003-04-25 Komatsu Ltd 熱電モジュール
JP2003332642A (ja) * 2002-05-10 2003-11-21 Komatsu Electronics Inc 熱電変換素子ユニット
US7032389B2 (en) * 2003-12-12 2006-04-25 Thermoelectric Design, Llc Thermoelectric heat pump with direct cold sink support
US9105809B2 (en) * 2007-07-23 2015-08-11 Gentherm Incorporated Segmented thermoelectric device
US20090236087A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 Yamaha Corporation Heat exchange device
KR101195674B1 (ko) * 2009-01-29 2012-10-30 야마하 가부시키가이샤 열교환 유닛
DE102009058550A1 (de) * 2009-07-21 2011-01-27 Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh Thermoelektrisches Modul, Baugruppe mit Modul, thermoelektrische Generatoreinheit und Abgasleitungsvorrichtung mit Generatoreinheit
DE102009058673A1 (de) * 2009-12-16 2011-06-22 Behr GmbH & Co. KG, 70469 Thermoelektrischer Wärmetauscher

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019214497A1 (de) * 2019-09-23 2021-03-25 Mahle International Gmbh Rohrkörper-Anordnung für eine Temperiereinrichtung, Temperiereinrichtung sowie elektrische Vorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN108701745A (zh) 2018-10-23
US20200161526A1 (en) 2020-05-21
WO2017140671A3 (de) 2018-02-01
DE112017000863A5 (de) 2018-11-15
DE102016202435A1 (de) 2017-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1830404B1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102010054070B4 (de) Thermoelektrische Vorrichtung und thermoelektrisches Modul
DE102016014686B4 (de) Thermoelektrische Einrichtung, Verfahren zu seiner Herstellung, Getränkehalter für ein Fahrzeug sowie Temperier-Vorrichtung für Sitze
DE102009033370A1 (de) Stromschiene mit Kompensationsabschnitt
DE102012211952A1 (de) Leistungshalbleitermodul mit mindestens einem stressreduzierenden Anpasselement
EP3323156B1 (de) Thermoelektrischer wärmetauscher
WO2009052814A2 (de) Kühlvorrichtung für halbleiterbauelemente, halbleiter-kühlanordnung und verfahren zu deren herstellung
DE102016202435A1 (de) Wärmeübertrager
DE102009022877B4 (de) Gekühlte elektrische Baueinheit
DE102010024414A1 (de) Elektrothermisches Wandeln
DE102009024370A1 (de) Stromrichteranordnung mit Kühleinrichtung und Herstellungsverfahren hierzu
WO2019166242A1 (de) Vielschichtbauelement mit externer kontaktierung
DE102007003587B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit Druckkörper
EP3323155B1 (de) Thermoelektrischer wärmetauscher
WO2024099763A1 (de) Kühlstruktur eines fluiddurchströmbaren kühlers
WO2018153815A1 (de) Thermoelektrischer wärmeübertrager
EP3459110B1 (de) Kühldoseneinheit und leistungselektronische einrichtung mit kühldoseneinheit
EP4588100A1 (de) Fluiddurchströmbarer kühler zum kühlen eines leistungsmoduls
DE102019207556A1 (de) Thermoelektrisches Modul
WO2022268502A1 (de) Beidseitige kühlung von leistungselektronikbaugruppen
DE102009050178B3 (de) Leistungshalbleitermodul mit einem eine dreidimensionale Oberflächenkontur aufweisenden Substrat sowie Herstellungsverfahren hierzu
WO2009052816A2 (de) Trägerkörper für halbleiterbauelemente
DE102024211070A1 (de) Steifigkeitsoptimierter Alukühler
DE102022133174A1 (de) Kühlvorrichtung zur Kühlung elektronischer Komponenten, Verwendung derselben und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102016207190A1 (de) Peltier-Element

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17705121

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112017000863

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17705121

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2