WO2020223747A1 - Kühlvorrichtung - Google Patents

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WO2020223747A1
WO2020223747A1 PCT/AT2020/060172 AT2020060172W WO2020223747A1 WO 2020223747 A1 WO2020223747 A1 WO 2020223747A1 AT 2020060172 W AT2020060172 W AT 2020060172W WO 2020223747 A1 WO2020223747 A1 WO 2020223747A1
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evaporation
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mat
structural elements
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Stefan Gaigg
Franz PÖHN
Alfred STAUDINGER
Christoph Wilfling
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Miba Emobility Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a cooling device comprising a shell made of at least one single or multilayer film that forms an interior space in which a working medium and at least one evaporation element for converting at least part of the working medium from the liquid to the gaseous state are contained.
  • the invention further relates to an accumulator with a storage module or a plurality of storage modules for electrical energy and at least one cooling device for cooling or temperature control for the at least one storage module.
  • heat sinks are used in which at least onedeffenka channel is formed. These heat sinks are arranged between the individual modules of the accumulator or on the modules.
  • a module is an independent unit of the accumulator, so not necessarily just one cell.
  • DE10 2008 054 958 A1 describes a temperature control system for controlling the temperature of at least one rechargeable battery of a motor vehicle with at least one heat transport device for thermally connecting the battery to at least one heat source and / or heat sink arranged in the motor vehicle.
  • the heat transport device has at least one heat contact area for releasable thermal contacting of the battery and at least one heat pipe for heat transport.
  • a heat pipe also referred to as a heat pipe
  • a heat pipe is a self-contained system in an essentially tubular or flat housing, which has a fluid inside that is close to its boiling point due to the prevailing pressure at operating temperature.
  • the heat pipe If the heat pipe is heated in a partial area, the fluid changes into the gas phase in order to flow inside the heat pipe in the direction of a cooler area, to condense there and to flow back along the inner walls of the housing of the heat pipe into the warmer area.
  • the heat pipe extracts heat from its surroundings in an evaporation area and transfers this heat to the surroundings of the condensation area of the heat pipe.
  • the present invention is based on the object of creating an improved system for cooling a rechargeable battery, that is to say an accumulator.
  • This object of the invention is achieved with the initially mentioned cooling device in which at least one mat made of or with inorganic fibers is arranged between the evaporation element and the shell, and in which the evaporation element has knob-shaped structural elements and / or is designed as a foam element.
  • the object of the invention is achieved by the initially mentioned accumulator, in which the cooling device is designed according to the invention.
  • the advantage here is that a simple construction of the cooling device is possible.
  • the nub-shaped structural elements enable vertical heat transport, that is to say in particular the primary removal of heat from the storage cells of the accumulator.
  • the heat is then removed from the system in a horizontal direction with the integration of the mat made of or with the inorganic fibers in “cold” areas of the cooling device, where the heat takes place through heat exchange and condensation of the working medium. Due to the selected structure of the cooling device, it can be produced by simply inserting the at least one mat made of or with the inorganic fibers and the evaporation element. An inexpensive design of the cooling device can also be achieved there with.
  • a plurality of evaporation elements are arranged in the interior of the casing.
  • the evaporation element or the evaporation elements are each made of a polymer material and are formed in one piece.
  • the evaporation elements can thus be produced without the need for tools, so that post-processing is not necessary.
  • the material mix of the cooling device can be reduced in this way, since it can essentially only consist of plastics and the at least one mat made of or with the inorganic fibers.
  • a mat made of / with inorganic fibers is also arranged between the multiple evaporation elements.
  • the arrangement of several evaporation elements also has the advantage that the vertical heat conduction of the cooling device can be improved.
  • the knob-shaped structural elements are porous, in particular, according to a further variant, they are formed by glass elements or ceramic elements or sintered copper elements.
  • a correspondingly large evaporation space can thus be made available within the cooling device.
  • the capillary liquid transport within the cooling device can thus be improved.
  • it can also provide a spacing function for the front from the rear of the shell, so that the interior space is not partially reduced even at low temperatures. Because of the improved heat transport, the temperature in the interior of the cooling device can namely be kept relatively low, whereby the internal pressure in the interior is also relatively low and thus the pressure difference outside to inside is greater.
  • the evaporation element has a holding element in which the knob-shaped structure elements are kept.
  • the knob-shaped structural elements as individual elements, different arrangements of such structural elements can be easily implemented, whereby the modularity of the cooling device can be increased.
  • An improved adaptation of the cooling device to the respective cooling task can be achieved there.
  • the risk of breakage of the components of the cooling device made of glass can thus also be reduced, since this can reduce the rigidity of the cooling device.
  • the holding element is plate-shaped and made of a polymer material, whereby the mechanical filling of the holding element with the knob-shaped structural elements can be improved.
  • a weight reduction can be achieved in comparison to other materials.
  • the polymeric material is a hydrophilic plastic, with which the capillary pumping action of the mat made from or with the inorganic fibers can be better supported.
  • a further embodiment of the cooling device can provide that at least one plastic element made of a hydrophilic polymer material is arranged between the shell and the evaporation element.
  • At least one metal element is arranged between the casing and the evaporation element.
  • Their arrangement in the interior has the advantage that the chemical stress on the metal element can be foreseen in comparison to its arrangement on an outside of the cooling device and can therefore be better controlled.
  • the shell is at least partially formed by a composite film made of at least one polymeric material and a metal film.
  • the advantage here is that the heat transfer element are simply made from a film or two interconnected films can.
  • the flexibility of the cooling device with regard to its geometry can thus be increased.
  • a composite film it is possible on the one hand to simplify the closability of the interior by means of plastic welding.
  • better heat distribution over the surface of the cooling device can be achieved through the metal foil, whereby its efficiency can be improved. Due to the better heat distribution due to the improved thermal conductivity of the foils, hotspots can also be better prevented during operation of the cooling device.
  • thedevor direction can also be given a barrier function.
  • a simplification of the production of the cooling device can be achieved if, according to an embodiment variant, it is provided that the casing is formed from two interconnected foils. It is thus possible to arrange the individual components of the cooling device one on top of the other and then to connect the two films to one another. The degree of automation in the manufacture of the cooling device can thus also be increased.
  • the two films are different from one another.
  • the thermal properties of the cooling device can thus be improved in that the respective film can be better adapted to its intended use.
  • the foil lying on one cell of the accumulator can be made thinner, that is, the other foil of the casing.
  • the cooling device it can be provided that it is designed in the form of a plate or with an L-shaped cross-section, whereby its installation in an accumulator can be improved.
  • the cooling device is arranged at least partially between the two storage modules, a further cooling device being arranged between the storage modules, which rests against the cooling device.
  • the plurality of storage modules are connected to one another via at least one busbar, the cooling device being arranged adjacent to the busbar.
  • FIG. 1 shows a variant embodiment of the cooling device in an exploded view
  • FIG. 5 shows a variant embodiment of the cooling device in an exploded view
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the heat transport within a plattenför shaped cooling device
  • FIG. 10 shows an arrangement with a plurality of storage cells for electrical energy cooled with the cooling device and with a secondary cooler
  • Fig. 13 shows a further embodiment of the cooling device in side view ceti th.
  • a first variant embodiment of a cooling device 1 is shown.
  • the cooling device 1 comprises a shell 2 which forms an interior 3.
  • At least one evaporation element 4 is arranged in the interior 3.
  • a working medium not shown, is contained in the interior 3.
  • the working medium can be water, for example. However, other liquids or gases can also be used as long as the condition is met that the working medium can at least partially evaporate and condense again during operation of the cooling device 1 in order to achieve cooling of the object equipped with the cooling device 1.
  • the shell 2 consists of or comprises at least one film made of a polymeric or with a polymeric material.
  • a polymeric material within the meaning of the invention is a material composed of polymers which are produced from monomers or oligomers by known reactions.
  • the polymeric material is a plastic made from organic polymers.
  • the envelope 2 can consist of only a single film which is folded on one side and welded or glued on the other sides to form the interior 2.
  • the casing 2 has a first film 5 and a second film 6.
  • the first film 5 can form a base part and the second film 6 can form a cover part, or vice versa.
  • the film or the first and second films 5, 6 can be formed in one layer, for example made of a plastic selected from a group consisting of PE, PP, POM, PA, PPS, crosslinked polyolefins, thermoplastic elastomers Ether / ester base, styrene block copolymers, silicone elastomers.
  • a plastic selected from a group consisting of PE, PP, POM, PA, PPS, crosslinked polyolefins, thermoplastic elastomers Ether / ester base, styrene block copolymers, silicone elastomers.
  • a composite film made of at least one polymeric material is used as the film or as the first and second films 5, 6 and at least one metal foil is formed.
  • the polymeric material can be a plastic selected from a group consisting of PE, PP, POM, PA, PPS, cross-linked polyolefins, thermoplastic elastomers based on ethers / esters, styrene block copolymers, silicone elastomers .
  • the polymeric material is preferably PE or PP or PA6.
  • the metal foil can for example be an aluminum foil or a copper foil or a gold foil or a silver foil.
  • a metal foil it is also possible to use a metallized plastic film, the plastic preferably being selected from the group of plastics mentioned above.
  • the metal foil can form the outer or the inner layer of the composite foil.
  • the inner layer is that layer that faces the interior.
  • mixed variants are also possible.
  • the first foil 5 can have the metal foil on the inside and the second foil 6 can have the metal foil on the outside, or vice versa.
  • At least one of the further layers can consist of a polymeric material, in particular a plastic selected from the group mentioned above.
  • the metal layer can be arranged between two layers, each made of a polymer material.
  • One of the layers is preferably formed from what is known as a sealing film, via which the first is connected to the second film 5, 6.
  • the two sealing films are preferably partially in direct contact with one another, that is to say form the innermost layers of the composite film facing the interior.
  • the metal foil can have a layer thickness between 7 pm and 50 pm, in particular between 10 pm and 20 pm.
  • the layer made of the polymer material, in particular the plastic can have a layer thickness between 10 ⁇ m and 200 ⁇ m. If the composite film has a plurality of such layers, each of these layers can have a layer thickness selected from this range.
  • the composite film can also have a reinforcing layer.
  • the reinforcement layer preferably comprises or consists of a fiber reinforcement.
  • the fiber reinforcement is given before given as a separate layer, which is arranged between two layers of polymer material.
  • the fiber reinforcement can also be arranged within a layer of polymeric material.
  • the polymeric material is preferably a plastic, in particular selected from the group of plastics mentioned above.
  • the fiber reinforcement can be formed from fibers and / or threads which are selected from a group comprising or consisting of glass fibers, aramid fibers, carbon fibers, mineral fibers such as basalt fibers, natural fibers such as e.g. Hemp, sisal, and combinations thereof.
  • the reinforcement layer can achieve improved rigidity and strength. Furthermore, the composite film can thus have a reduced thermal expansion, which leads to fewer stresses in the cooling device 1 in the event of temperature changes.
  • the first and the second film 5, 6 are preferably used with the same surface area (each viewed in plan view).
  • the first film 5 is different from the second film 6.
  • one of the two films 5, 6 can have a thinner sealing film than the other of the two films 5, 6.
  • This welding frame 7 is arranged between the film parts when only one film is used or between the first and second films 5, 6.
  • the welding frame 7 connects to the foil parts or the first and second foils 5, 6 and together with them forms a tight weld seam. It is thus possible to make the composite film (s) thinner and thus the thermal properties to improve the cooling device 1, since the higher layer thickness for the production of the th weld is made available by the welding frame 7.
  • the said film or the first and / or the second film 5, 6 are preformed in order to be able to better form the interior 3 or to improve the assembly of the cooling device 1.
  • the said film or the first and / or the second film 5, 6 can be at least approximately trough-shaped in order to be able to insert the at least one evaporation element 4 better.
  • the preform can e.g. take place in a hydraulic or pneumatic press rule, especially at elevated temperature.
  • a first variant of the evaporation element 4 is shown in an oblique view.
  • the evaporation element 4, which is used in particular in the cooling device 1 according to FIG. 1, is plate-shaped and has a holding element 8 on which a plurality of knob-shaped structural elements 9 are arranged.
  • the nub-shaped struc ture elements 9 protrude beyond the surface of the holding element 8 in one direction, that is, up or down.
  • Fig. 4 a variant of this evaporation element 4 is shown.
  • the only difference from that according to FIG. 3 is that the knob-shaped structural elements 9 protrude beyond the, in particular, plate-shaped holding element 8, both upwards and downwards.
  • the evaporation element 4 according to FIG. 3 or FIG. 4 is preferably made from a polymer material, in particular from an organic plastic.
  • the organic plastic can be selected from the group of plastics mentioned above.
  • the knob-shaped structural elements 9 are at least approximately cylindrical, in particular cylindrical, in these design variants of the evaporation element 4. They can have a diameter 10 which is selected from a range from 1 mm to 10 mm, in particular from a range from 1 mm to 3 mm. Furthermore, they can have a height 11 which is selected from a range from 1 mm to 10 mm, in particular from a range from 1 mm to 5 mm. The height 11 is measured from the surface of the holding element 8.
  • the holding element itself can have a thickness in the direction of the height 11, which is selected from a range from 0.1 mm to 3 mm, in particular from a range of 0.3 mm up to 1.5 mm.
  • the height 11 of the structural elements 9 can be selected from the aforementioned range for the height 11 both on the top and on the bottom of the Garelemen tes 8.
  • the knob-shaped structural elements 9 can have the same height 11 on both sides or have a larger protrusion over the holding element 8 on one side than on the other side.
  • a maximum distance 12 between immediately adjacent structural elements 9 can be selected from a range from 0.5 mm to 20 mm, in particular from a range from 1 mm to 10 mm.
  • the knob-shaped structural elements 9 can be arranged in rows and columns, as can be seen from FIGS. 3 and 4. But they can also have a different geometric arrangement on the holding elements 9.
  • the knob-shaped structural elements 9 serve in particular to form a gas space in the interior 3 of the cooling device 1.
  • the evaporation element 4 can have a rectangular base area. However, other geometries are also possible, for example a square, a triangular, etc.
  • a thermally conductive plastic can be used for the production of the holding element 8 and / or the knob-shaped structural elements 9. This can be achieved, for example, by adding thermally conductive particles to the base polymer, e.g. Particles made of hexagonal boron nitride or graphite are added.
  • the cooling device 1 is at least one mat 13 of or with inorganic fibers between the shell 2 and the evaporation element is arranged.
  • a mat 13 is arranged on both sides of the Verdampfungselemen tes 4, that is, above and below the evaporation element 4.
  • the mat (s) 13 can be formed in one or more layers. purpose of the mat (s) 13 is the provision of the horizontal heat conduction, as has already been stated above.
  • At least one further mat 14 made of or with inorganic fibers can be arranged. This can be arranged in an approximately meandering manner so that the evaporation elements 4 alternately abut this further mat 14 above and below, as can be seen from the illustration of the cooling device in FIG.
  • the mat 13 and the further mat 14 can consist of inorganic fibers.
  • the fibers can be selected from a group comprising or consist of glass fibers, mineral fibers, such as, for example, basalt fibers, etc. Glass fibers are particularly preferably used.
  • the glass fibers used here are, in particular, glass fibers in the narrower sense, that is to say with a silicate structure, for example quartz glass or glass which was produced from SiCk as the main component.
  • the mats 13 and the further mat 14 can be a scrim, a knitted fabric, a fleece, a Ge fabric, etc., made of the fibers.
  • the mat (s) 13 and / or the further mat 14 can have a weight per unit area between 30 g / m 2 and 800 g / m 2 , in particular between 50 g / m 2 and 600 g / m 2 . Furthermore, the mat (s) 13 and / or the further mat 14 can have one or more layers.
  • the mat (s) 13 and / or the further mat 14 can consist of at least 80%, in particular at least 90%, preferably at least 99.9%, of the inorganic fibers.
  • the mat (s) 13 and / or the further mat 14 are preferably cleaned before they are used in the cooling device, for example by means of a solvent or thermally.
  • the mat (s) 13 and / or the further mat 14 preferably lie directly against the knob-shaped structural elements 9.
  • the fibers are at least partially embedded in a matrix, in particular an open-pore matrix, for example made of a plastic.
  • the evaporation element 4 or that the evaporation elements 4 have strip-shaped elements 15. This can or these can form the aforementioned welding frame 7 (Fig. 2) and / or a support frame according to a further embodiment of the cooling device 1.
  • the strip-shaped elements 15 are arranged in such a way that the welding frame 7 results when all the evaporation elements 4 are arranged next to one another in a plane.
  • FIGS. 1 to 4 a further and possibly independent execution variants of the cooling device 1 are shown, in turn, the same reference characters or component names as in FIGS. 1 to 4 are used for the same parts.
  • FIGS. 1 to 4 the same reference characters or component names as in FIGS. 1 to 4 are used for the same parts.
  • the cooling device 1 according to FIG. 5 again has the shell 2, which is formed in particular from the first film 5 and the second film 6, and which the working medium absorbs the interior 3 forms, an at least one-layer mat 13 made of or with inorganic Fibers, especially glass fibers, and at least one evaporation element 4.
  • the mat 13 made of or with inorganic fibers is arranged between the evaporation element 4 and the first film 3.
  • the evaporation element 4 is used to transfer at least part of the working medium from the liquid to the gaseous state.
  • the evaporation element 4 has the, in particular plate-shaped, holding element 8 and the knob-shaped structural elements 9.
  • the knob-shaped structural elements 9 are not made of plastic but of glass, that is to say are glass elements. These glass elements are produced in particular from a glass powder using a sintering process. For this purpose, a glass powder is preferably used, the grain size of which is between 25 ⁇ m and 250 ⁇ m, in particular between 50 ⁇ m and 150 ⁇ m. However, glass powders with other grain sizes can also be used. In general, nub-shaped structural elements 9 of porous design are preferred. As mentioned, these can be formed by glass elements. But you can also consist of other materials, for example as ceramic elements or as sintered copper elements.
  • the porosity of the knob-shaped structural elements 9 can be between 5% and 50%, in particular between 10% and 30%.
  • the porosity denotes the ratio of the void volume to the total volume of the structural elements 9.
  • the porosity can be measured, for example, with a porosimeter or by the water displacement method according to Archimedes.
  • the pores of the porous knob-shaped structural elements 9 can have a maximum diameter between 50 ⁇ m and 250 ⁇ m, in particular between 75 ⁇ m and 150 ⁇ m.
  • the sintering process creates porous structural elements 9 which contribute to the capillary liquid transport within the cooling device 1. So you can act as a capillary pump. For the vertical transport of liquid or heat, these structural elements 9 are in contact, in particular in direct contact, with the layers or plies of the cooling device 1 arranged above and below, as in the previous variants of the cooling device 1.
  • the knob-shaped structural elements 9 preferably have an at least approximately mushroom-shaped habit.
  • the maximum diameter 10 of these structural elements can be selected from a range from 3 mm to 20 mm, in particular from a range from 5 mm to 15 mm.
  • the height 11 of the and the maximum distance 12 between the knob-shaped structural elements 9 reference is made to the above explanations.
  • the knob-shaped structural elements 9 of this embodiment variant are not connected to one another, but are individual elements.
  • the holding element 8 is provided with recesses or openings 16, into each of which a structural element 9 is inserted.
  • the maximum diameter of the openings 16 is preferably smaller than the maximum diameter of the structural elements 9, so that although they can be inserted into the openings 16, they rest with the “mushroom head” on the holding element 8.
  • the knob-shaped structural elements 9 can have a shape such that they can be arranged protruding into the opening 16 and resting on the holding element 8.
  • they can have a support surface that extends at least in regions over the circumference. This support surface can be formed, for example, on a web or on a cross-sectional widening, for example a stepped step.
  • knob-shaped structural elements 9 do not have to be designed in the form of a knob, but that the “knob shape” can be seen in interaction with the holding element 8.
  • the evaporation element 4 as a whole thus has the nub-shaped surface.
  • the holding element 8 is preferably designed in the form of a plate.
  • the shape of the openings 16 is preferably adapted to the shape of the structural elements 9.
  • the openings 16 can be designed to be circular if the structural elements 9 have a cylindrical section which is inserted into or through the openings 16.
  • the holding element 8 preferably consists of a polymeric material, in particular a plastic, preferably selected from the plastics mentioned above, for example PE.
  • the polymer material is a hydrophilic plastic, for example a polyamide (e.g. PA 6, PEI).
  • a hydrophobic plastic can also be used which has a hydrophilic coating or the surface of which has been made hydrophilic, for example fluorinated.
  • a plastic can be used for this variant embodiment which has a polar surface, where the wetting angle for water is between 0 ° and 45 °, in particular between 0 ° and 20 °. The contact angle measurement is based on the method specified in DIN 55660-2: 2011-12.
  • the holding element 8 can be connected to the mat 13 with connecting elements 17, which are arranged, for example, in the corner regions of the holding element.
  • the mat 13 can also have corresponding recesses or openings 18 into or through which the connecting elements 17 can be inserted.
  • at least one plastic element 19 is arranged, which in particular consists of a hydrophilic polymer material or a polymer There is material with a hydrophilic surface.
  • the plastic element 19 is preferably formed from PA or PE.
  • the plastic element 19 is designed in particular in the form of a plate and preferably has a surface area that is at least approximately as large as that of the mat 13 or the evaporation element 4.
  • the evaporation element 4 has a surface area that is at least approximately as large as that of the mat 13, in each case in plan view.
  • the plastic element 19 and / or the holding element 8 can have a thickness which is selected from a range from 0.4 mm to 4 mm, in particular from a range from 0.5 mm to 1 mm .
  • the first film 5 of the shell can have a layer with hydrophilic properties, the layer being the innermost, i.e. the interior 3 facing, is the position of the first film 5.
  • the effect of the arrangement of the plastic element 19, namely the formation of a capillary channel between the holding element 8 and the plastic element 19, can thus also be achieved.
  • a metal plate or metal layer is used, in particular a copper plate or copper layer.
  • the mat 13 preferably rests directly on the knob-shaped structural elements 9, in particular on their underside, which faces the first film 5 of the shell 2.
  • the liquid transport can thus be improved.
  • a mat 13 made of or with inorganic fibers is arranged on the upper side of the noppenförmi gene structural elements 9 (in particular directly adjacent to the structural elements 9), that is to say that side which the second slide 6 is facing.
  • At least one metal element 20 can be arranged between the casing and the evaporation element.
  • the metal element 20 is preferably made of copper. But it can also be a different metal, e.g. Aluminum, or a metal alloy, e.g. a copper alloy, can be used.
  • the metal element 20 can have a thickness which is selected from a range from 0.2 mm to 1 mm, in particular from a range from 0.3 mm to 0.5 mm. Furthermore, the metal element 20 can be preformed, for example trough-shaped, with which the interior 3 can be formed better. With the metal element 20, the cooling device 1 can be given better mechanical stability, among other things.
  • the metal element 20 can have a surface area which at least approximately corresponds to that of the evaporation element 4 or which lies between the area of the evaporation element 4 and that of the second film 6, viewed in plan view.
  • the cooling device 1 can be designed in the form of a plate or with an L-shaped cross section.
  • a cooling device 1 according to the embodiment variant according to FIG. 5 is shown here. However, these forms of the cooling device 1 can also be applied to the further embodiment variants of the cooling device 1.
  • the cooling device 1 has a vertical section 21 and a horizontal section 22.
  • the horizontal section 22 takes place the heat (arrows 23) instead of evaporation of the working medium.
  • the gaseous working medium is then passed into the vertical section 21, in which the condensation of the working medium takes place by releasing heat to the environment (arrows 24).
  • the components of the cooling device 1 are preferably arranged in the interior 3 in the heat-emitting zone opposite to the heat-absorbing zone. I.e. that e.g. the Metallele element 20 in the heat-emitting section 21 subsequently to the first film 5 of the shell 2 and in the heat-absorbing section 22 then to the second film 6 of the shell 2 is arranged.
  • the cooling device 1 can have the sequence first film 5, plastic element 19, mat 13, holding element 8 with the structural elements 9, metal element 20, second film 6.
  • the cooling device 1 can have the sequence first film 5, metal element 20, holding element 8 with the structural elements 9, mat 13, plastic element 19, second film 6.
  • a reservoir for non-condensable gases is formed between the structural elements 9, the holding element 8 and the plastic element 19 in the section 21.
  • the L-shaped cooling device 1 can be arranged so that the accumulator 35 stands on the horizontal section 22 and that the vertical section 21 is arranged in the area of a side wall of the accumulator 25.
  • the plate-shaped design of the cooling device 1 can also have the heat-absorbing section 22 and at least one of the heat-emitting sections 21. From all sections 21, 22 are arranged in one plane.
  • the accumulator 25 again stands on the heat-absorbing section 22.
  • the two heat-emitting sections 21 are arranged adjacent to the accumulator 25 laterally.
  • FIG. 10 shows a plurality of storage modules 26 for electrical energy of the accumulator 25 (FIG. 8).
  • the cooling device 1 is in turn L-shaped.
  • Two cooling devices 1 and 209 storage modules 26 are shown by way of example. These details are not to be understood as limiting the invention, but are purely exemplary in nature.
  • the two cooling devices 1 are arranged in such a way that the heat-emitting sections 21 are arranged side by side, with one or more additional cooling units 27 (secondary coolers) being (are) arranged between these sections 21, in particular directly adjacent to the two sections 21 of the cooling device 1.
  • additional cooling units 27 secondary coolers
  • the heat from the cooling device 1 is released via the sections 21 to the furtherdevor device 27, which subsequently transports the heat away from the area of the accumulator 25.
  • the further cooling device 27 can be a liquid cooler, as shown in Fig. 10 Darge, and for example be integrated into the cooling system of a motor vehicle.
  • the further cooling device 27 is an air cooler or gas cooler, as shown in FIG. 11.
  • the two versions differ only in the size of the further cooling device 27.
  • the air or gas cooler is made larger in comparison to the liquid cooler.
  • the further cooling device 27 can be an evaporative cooler (refrigerant evaporator) or can be integrated into the circuit of an evaporative cooler (refrigerant evaporator), for example in the circuit of an air conditioning system of a motor vehicle.
  • FIG. 12 shows an embodiment of the accumulator 25 in which the storage modules 27 are electrically contacted via two busbars 28.
  • Each of the two busbars 28 is cooled or tempered with a cooling device 1, for which purpose the cooling devices 1 are arranged in contact with the busbars 28, in particular in direct contact.
  • a further embodiment of the cooling device 1 is shown cut ge in side view.
  • a foam element 29 is arranged in the interior 3 of the shell 2.
  • the mat 13 is again arranged from or with the inorganic fibers.
  • the foam element 29 is preferably on at least four sides surrounded by the mat 13, in particular completely encased.
  • the metal element 20 can also be arranged between the second film 6 and the mat 13.
  • This cooling device 1 can in turn have several of these evaporation elements 4 in the interior 3, similar to that embodiment variant according to FIG. 1, in which case the several foam elements 29 can also be completely surrounded by a mat 13 according to a further embodiment variant.
  • the foam element 29 can be a metal foam, for example a copper foam or a nickel foam, or a plastic foam, etc.
  • the foam element 29 preferably has an inherent rigidity which is so great that the foam element 29 is self-supporting.
  • the foam element 29 preferably has a porosity of at least 70%, in particular at least 80%, preferably at least 90%. With regard to the measurement of the porosity, reference is made to the preceding statements.
  • the pores of the foam element 29 can have a maximum diameter between 0.5 mm and 5 mm, in particular between 1 mm and 1.3 mm.
  • the foam element 29 again provides the gas channels for the gas transport.
  • the liquid is transported via the mat 13.
  • the foam element 29 can also be designed with knob-shaped structural elements 9 (e.g. Fig. 3 or Fig. 5).
  • the at least one evaporation element 4 is preferably completely (on all sides) surrounded by the envelope 2.
  • the cooling device 1 can, however, not only be used to cool the storage modules 26 or the busbars of an accumulator 25, but also generally to cool an accumulator 25 or an accumulator package with several accumulators 25, or electronic components, electric motors, etc ..
  • the exemplary embodiments show possible design variants of the cooling device 1 or the accumulator 25, it being noted at this point that combinations of the individual design variants with one another are also possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (1) umfassend eine Hülle (2) aus zumindest einer ein- oder mehrschichtigen Folie (5, 6), die einen Innenraum (3) bildet, in dem ein Arbeitsmedium und zumindest ein Verdampfungselement (4) zur Überführung zumindest eines Teils des Arbeitsmediums vom flüssigen in den gasförmigen Zustand enthalten sind, wobei zwischen dem Verdampfungselement (4) und der Hülle (2) zumindest eine Matte (13) aus/mit anorganischen Fasern angeordnet ist, und das Verdampfungselement (4) noppenförmige Strukturelemente (9) aufweist und/oder als Schaumelement (29) ausgebildet ist.

Description

KÜHLVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung umfassend eine Hülle aus zumindest einer ein- oder mehrschichtigen Folie, die einen Innenraum bildet, in dem ein Arbeitsmedium und zu mindest ein Verdampfungselement zur Überführung zumindest eines Teils des Arbeitsmedi ums vom flüssigen in den gasförmigen Zustand enthalten sind.
Weiter betrifft die Erfindung einen Akkumulator mit einem Speichermodul oder mehreren Speichermodulen für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung zur Kühlung oder Temperierung für das zumindest eine Speichermodul.
Die Lebensdauer und die Effektivität sowie auch die Sicherheit einer wiederaufladbaren Bat terie für die sogenannte E-Mobility hängen unter anderem auch von der Temperatur im Be trieb ab. Aus diesem Grund wurden schon verschiedenste Konzepte für die Kühlung bzw. Temperierung der Akkumulatoren vorgeschlagen. Im Wesentlichen lassen sich die Konzepte in zwei Typen unterteilen, nämlich die Luftkühlung sowie die Wasserkühlung bzw. generell die Kühlung mit Flüssigkeiten.
Für die Wasserkühlung werden Kühlkörper verwendet, in denen zumindest ein Kühlmittelka nal ausgebildet ist. Diese Kühlköper werden zwischen den einzelnen Modulen des Akkumula tors oder auf den Modulen angeordnet. Ein Modul ist dabei eine selbstständige Einheit des Akkumulators, also nicht zwingend nur eine Zelle.
Aus dem Stand der Technik ist weiter bekannt, dass für die Wärmeleitung sogenannte Heat- pipes eingesetzt werden.
So beschreibt die DE10 2008 054 958 Al ein Temperiersystem zum Temperieren mindestens einer wiederaufladbaren Batterie eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einer Wärmetransport vorrichtung zur thermischen Anbindung der Batterie an mindestens eine im Kraftfahrzeug an geordnete Wärmequelle und/oder Wärmesenke. Die Wärmetransportvorrichtung weist min destens einen Wärmekontaktbereich zur lösbaren thermischen Kontaktierung der Batterie und mindestens eine Heatpipe zum Wärmetransport auf. Eine Heatpipe (auch als Wärmerohr bezeichnet) ist vereinfacht ausgedrückt ein in sich ge schlossenes System in einem im Wesentlichen rohrförmigen oder flachen Gehäuse, das in sei nem Inneren ein Fluid aufweist, das sich aufgrund des herrschenden Drucks bei Betriebstem peratur nahe an seinem Siedepunkt befindet. Wird die Heatpipe in einem Teilbereich erwärmt, so geht das Fluid in die Gasphase über, um im Inneren der Heatpipe in Richtung eines kühle ren Bereichs zu strömen, dort zu kondensieren und entlang der Innenwände des Gehäuses der Heatpipe in den Wärmeren Bereich zurückzufließen. Bei diesem (Wärme-)Transportprozess entzieht die Heatpipe in einem Verdampfungsbereich ihrer Umgebung Wärme und führt diese Wärme der Umgebung des Kondensationsbereichs der Heatpipe zu.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes System zur Kühlung einer wiederaufladbaren Batterie, also eines Akkumulators, zu schaffen.
Diese Aufgabe der Erfindung wird mit der eingangs genannten Kühlvorrichtung gelöst, bei der zwischen dem Verdampfungselement und der Hülle zumindest eine Matte aus oder mit anorganischen Fasern angeordnet ist, und bei der das Verdampfungselement noppenförmige Strukturelemente aufweist und/oder als Schaumelement ausgebildet ist.
Weiter wird die Aufgabe der Erfindung durch den eingangs genannten Akkumulator gelöst, bei dem die Kühlvorrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass damit ein einfacher Aufbau der Kühlvorrichtung möglich ist.
Durch die noppenförmigen Strukturelemente kann der vertikale Wärmetransport ermöglicht werden, also insbesondere der primäre Abtransport der von den Speicherzellen es Akkumula tors stammenden Wärme. Die Entfernung der Wärme aus dem System erfolgt dann in hori zontaler Richtung unter Einbindung der Matte aus oder mit den anorganischen Fasern in „kalte“ Bereiche der Kühlvorrichtung, wo die Wärme durch Wärmeaustausch und dabei statt- findende Kondensation des Arbeitsmediums stattfindet. Aufgrund der gewählten Struktur der Kühlvorrichtung kann diese durch das einfache Einlegen der zumindest einen Matte aus oder mit den anorganischen Fasern und des Verdampfungselementes hergestellt werden. Es ist da mit auch eine kostengünstige Ausführung der Kühlvorrichtung erzielbar.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung kann vorgesehen sein, dass im Innen raum der Hülle mehrere Verdampfungselemente angeordnet sind. Durch die Vermeidung von nur einem einzigen Verdampfungselement, das sich annähernd über die gesamte Flächenaus dehnung der Kühlvorrichtung erstreckt, kann mehr Flexibilität in die Kühlvorrichtung inte griert werden, sodass sich diese besser an unebene Oberflächen anpassen kann. Dadurch kann wiederum die Effektivität der Kühlvorrichtung verbessert werden.
Zur weiteren Vereinfachung der Herstellung der Kühlvorrichtung und zur Reduktion der Her stellkosten kann vorgesehen werden, dass das Verdampfungselemente oder die Verdamp fungselemente jeweils aus einem polymeren Werkstoff und einstückig ausgebildet ist oder sind. Die Verdampfungselemente können damit werkzeugfallend hergestellt sein, sodass also Nachbearbeitung nicht erforderlich ist. Darüber hinaus kann damit der Materialmix der Kühl vorrichtung reduziert werden, da diese im Wesentlichen nur aus Kunststoffen und der zumin dest einen Matte aus oder mit den anorganischen Fasern bestehen kann.
Für eine weitere Verbesserung des horizontalen Wärmetransports kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung vorgesehen sein, dass zwischen den mehreren Ver dampfungselementen ebenfalls eine Matte aus/mit anorganischen Fasern angeordnet ist. Die Anordnung von mehreren Verdampfungselementen hat zudem den Vorteil, dass dadurch die vertikale Wärmeleitung der Kühlvorrichtung verbessert werden kann.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmetransportes kann nach einer anderen Aus führungsvariante der Kühlvorrichtung vorgesehen sein, dass die noppenförmigen Strukturele mente porös ausgebildet sind, insbesondere nach einer weiteren Ausführungsvariante durch Glaselemente oder Keramikelemente oder gesinterte Kupferelemente gebildet sind. Es kann damit ein entsprechend großer Verdampfungsraum innerhalb der Kühlvorrichtung zur Verfü gung gestellt werden. Zudem kann damit der kapillare Flüssigkeitstransport innerhalb der Kühlvorrichtung verbessert werden. Darüber hinaus kann damit auch eine Abstandhaltefunk- tion für die Vorder- von der Rückseite der Hülle zur Verfügung gestellt werden, sodass der Innenraum auch bei niedrigen Temperaturen nicht teilweise reduziert wird. Durch den verbes serten Wärmetransport kann nämlich die Temperatur im Innenraum der Kühlvorrichtung rela tiv niedrig gehalten werden, wodurch auch der Innendruck im Innenraum relativ niedrig ist und damit die Druckdifferenz außen zu innen größer ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Verdampfungselement ein Halteelement aufweist, in dem die noppenförmigen Struktu- relemente gehalten sind. Durch die Ausbildung der noppenförmigen Strukturelemente als Ein zelelemente können unterschiedliche Anordnungen von derartigen Strukturelementen einfach realisiert werden, womit die Modularität der Kühlvorrichtung erhöht werden kann. Es ist da mit eine verbesserte Anpassung der Kühlvorrichtung an die jeweilige Kühlaufgabe erreichbar. Zudem kann damit auch die Bruchgefahr der aus Glas bestehenden Bestandteile der Kühlvor richtung reduziert werden, da damit die Steifigkeit der Kühlvorrichtung reduziert werden kann. Dies wiederum erlaubt eine bessere Anpassung der Kühlvorrichtung an unterschiedliche Oberflächen-Beschaffenheiten, womit die Anlage der Kühlvorrichtung an zu kühlende Ge genstände und damit die Effektivität der Kühlung verbessert werden kann.
Vorzugsweis ist nach einer Ausführungsvariante dazu das Halteelement plattenförmig und aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet, wodurch das maschinelle Befüllen des Halteelemen tes mit den noppenförmigen Strukturelementen verbessert werden kann. Darüber hinaus kann damit im Vergleich zu anderen Werkstoffen eine Gewichtsreduktion erreicht werden.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung dazu kann vorgesehen sein, dass der polymere Werkstoff ein hydrophiler Kunststoff ist, womit die kapillare Pumpwir kung der Matte aus oder mit den anorganischen Fasern besser unterstützt werden kann.
Zur weiteren Verbesserung der Ausbildung von kapillaren Kanälen im Innenraum der Kühl vorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung vorgesehen sein, dass zwischen der Hülle und dem Verdampfungselement zumindest ein Kunststoffele ment aus einem hydrophilen polymeren Werkstoff angeordnet ist.
Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität der Kühlvorrichtung kann gemäß einer Aus führungsvariante der Kühlvorrichtung vorgesehen sein, dass zwischen der Hülle und dem Verdampfungselement zumindest ein Metallelement angeordnet ist. Dabei hat deren Anord nung im Innenraum den Vorteil, dass die chemische Beanspruchung des Metallelementes im Vergleich zu dessen Anordnung an einer Außenseite der Kühlvorrichtung vorhersehbar und damit besser beherrschbar ist.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Hülle zumindest teilweise durch eine Verbundfolie aus zumindest einem polymeren Werk stoff und einer Metallfolie gebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Wärmeübertragungs element einfach aus einer Folie oder zwei miteinander verbundenen Folien hergestellt werden kann. Es kann damit die Flexibilität der Kühlvorrichtung hinsichtlich deren Geometrie erhöht werden. Durch den Einsatz einer Verbundfolie kann einerseits eine Vereinfachung der Ver- schließbarkeit des Innenraums durch Kunststoffschweißen erreicht werden. Andererseits kann durch die Metallfolie eine bessere Wärmeverteilung über die Fläche der Kühlvorrichtung er reicht werden, wodurch deren Effizienz verbessert werden kann. Durch die bessere Wärme verteilung aufgrund der verbesserten Wärmeleitfähigkeit der Folien können zudem Hotspots im Betrieb der Kühlvorrichtung besser verhindert werden. Daneben kann damit der Kühlvor richtung aber auch eine Barrierefunktion verliehen werden.
Eine Vereinfachung der Herstellung der Kühlvorrichtung kann erreicht werden, wenn nach einer Ausführungsvariante vorgesehen ist, dass die Hülle aus zwei miteinander verbundenen Folien gebildet ist. Es ist damit möglich, die einzelnen Bestandteile der Kühlvorrichtung ein fach übereinander anzuordnen und danach die beiden Folien miteinander zu verbinden. Damit kann auch der Automatisierungsgrad der Herstellung der Kühlvorrichtung erhöht werden.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung dazu kann vorgesehen sein, dass die beiden Folien zueinander unterschiedlich sind. Es können damit die thermischen Eigenschaf ten der Kühlvorrichtung verbessert werden, indem die jeweilige Folie an besser an deren Ein satzzweck angepasst werden kann. Beispielsweise kann die an einer Zelle des Akkumulators anliegende Folie dünner ausgeführt werden also die andere Folie der Hülle.
Nach weiteren Ausführungsvarianten der Kühlvorrichtung kann vorgesehen sein, dass diese plattenförmig oder mit L-förmigen Querschnitt ausgebildet ist, womit deren Einbau in einen Akkumulator verbessert werden kann.
Für eine kompaktere Ausführung des Akkumulators kann nach einer Ausführungsvariante des Akkumulators vorgesehen sein, dass die Kühlvorrichtung zumindest teilweise zwischen den beiden Speichermodulen angeordnet ist, wobei zwischen den Speichermodulen eine weitere Kühlvorrichtung angeordnet ist, die an der Kühlvorrichtung anliegt.
Nach einer anderen Ausführungsvariante des Akkumulators kann auch vorgesehen sein, dass die mehreren Speichermodule über zumindest eine Stromschiene miteinander verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung an der Stromschiene anliegend angeordnet ist. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung in Explosionsdarstellung;
Fig. 2 eine Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung in Draufsicht;
Fig. 3 eine Ausführungsvariante eines Verdampfungselementes;
Fig. 4 eine andere Ausführungsvariante eines Verdampfungselementes;
Fig. 5 eine Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung in Explosionsdarstellung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Wärmetransportes innerhalb einer plattenför migen Kühlvorrichtung;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Wärmetransportes innerhalb einer L-förmigen
Kühlvorrichtung;
Fig. 8 die Anordnung der Kühlvorrichtung an einem Akkumulator;
Fig. 9 eine alternative Ausbildung der Kühlvorrichtung an einem Akkumulator;
Fig. 10 eine Anordnung mit mehreren mit der Kühlvorrichtung gekühlten Speicherzellen für elektrische Energie und mit einem Sekundärkühler;
Fig. 11 eine Alternative Ausbildung des Sekundärkühlers;
Fig. 12 ein Akkumulator mit gekühlter Stromschiene;
Fig. 13 eine weitere Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung in Seitenansicht geschnit ten.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei- che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsvariante einer Kühlvorrichtung 1 dargestellt. Die Kühlvor richtung 1 umfasst eine Hülle 2, die einen Innenraum 3 bildet. Im Innenraum 3 ist zumindest ein Verdampfungselement 4 angeordnet. Weiter ist im Innenraum 3 ein nicht dargestelltes Ar beitsmedium enthalten. Das Arbeitsmedium kann beispielsweise Wasser sein. Es sind aber auch andere Flüssigkeiten oder Gase einsetzbar, solange die Bedingung erfüllt ist, dass das Arbeitsmedium während des Betriebes der Kühlvorrichtung 1 zumindest teilweise verdamp fen und wieder kondensieren kann, um damit die Kühlung des mit der Kühlvorrichtung 1 aus gestatteten Gegenstandes zu erreichen.
Die Hülle 2 besteht aus oder umfasst zumindest eine Folie aus einem polymeren oder mit ei nem polymeren Werkstoff.
Ein polymerer Werkstoff im Sinne der Erfindung ist ein Werkstoff der aus Polymeren, die durch bekannte Reaktionen aus Monomeren oder Oligomeren hergestellt sind. Insbesondere ist der polymere Werkstoff ein Kunststoff aus organischen Polymeren.
Es ist möglich, dass die Hülle 2 aus nur einer einzigen Folie besteht, die an einer Seite gefaltet und an den anderen Seiten zur Ausbildung des Innenraums 2 geschweißt oder geklebt ist. Ge mäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Hülle 2 aber eine erste Folie 5 und eine zweite Folie 6 auf. Die erste Folie 5 kann einen Bodenteil und die zweite Folie 6 einen De ckelteil bilden, oder umgekehrt.
Prinzipiell kann die Folie oder können die erste und die zweite Folie 5, 6 einlagig ausgebildet sein, beispielsweise aus einem Kunststoff bestehen, der ausgewählt ist aus einer Gruppe be stehend aus PE, PP, POM, PA, PPS, vernetzte Polyolefine, thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester Basis, Styrol-Block-Copolymere, Silikonelastomere.
Bevorzugt wird gemäß einer Ausführungsvariante als Folie oder werden als erste und die zweite Folie 5, 6 eine Verbundfolie eingesetzt, die aus zumindest einem polymeren Werkstoff und zumindest einer Metallfolie gebildet ist. Der polymere Werkstoff kann dabei ein Kunst stoff sein, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus PE, PP, POM, PA, PPS, ver netzte Polyolefine, thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester Basis, Styrol-Block-Copoly- mere, Silikonelastomere. Vorzugsweise ist der polymere Werkstoff PE oder PP oder PA6.
Die Metallfolie kann beispielsweise eine Aluminiumfolie oder eine Kupferfolie oder eine Goldfolie oder eine Silberfolie sein. Anstelle einer Metallfolie kann auch eine metallisierte Kunststofffolie eingesetzt werden, wobei der Kunststoff bevorzugt aus der voranstehend ge nannten Gruppe von Kunststoffen ausgewählt ist.
Die Metallfolie kann die äußere oder die innere Lage der Verbundfolie bilden. Die innere Lage ist dabei jene Lage, die dem Innenraum zugewandt ist. Es sind aber auch Mischvarian ten möglich. So kann die erste Folie 5 die Metallfolie innenliegend und die zweite Folie 6 die Metallfolie außenliegend aufweisen, oder umgekehrt.
Es sind auch mehr als zweischichtige Ausführungen der Verbundfolie möglich, beispielsweise dreischichtige oder vierschichtige. In diesem Fall kann zumindest eine der weiteren Schichten aus einem polymeren Werkstoff bestehen, insbesondere einen Kunststoff ausgewählt aus der voranstehend genannten Gruppe.
Bei mehr als zweischichtigen Ausführungen der Verbundfolie kann die Metallschicht zwi schen zwei Lagen aus jeweils einem polymeren Werkstoff angeordnet sein. Dabei ist bevor zugt eine der Lagen aus einer sogenannten Siegelfolie gebildet, über die die erste mit der zweiten Folie 5, 6 verbunden wird. Bevorzugt liegen die beiden Siegelfolien teilweise unmit telbar aneinander an, bilden also die innersten, dem Innenraum zugewandten Lagen der Ver bundfolie.
Die Metallfolie kann eine Schichtstärke zwischen 7 pm und 50 pm, insbesondere zwischen 10 pm und 20 pm, aufweisen.
Die Lage aus dem polymeren Werkstoff, insbesondere dem Kunststoff kann eine Schichtdicke zwischen 10 pm und 200 pm aufweisen. Sofern die Verbundfolie mehrere derartigen Lagen aufweist, kann jede dieser Lagen eine Schichtdicke ausgewählt aus diesem Bereich aufweisen. Die Verbundfolie kann auch eine Verstärkungsschicht aufweisen. Bevorzugt umfasst die Ver stärkungsschicht eine oder besteht aus einer Faserverstärkung. Die Faserverstärkung ist bevor zugt als eigene Schicht ausgebildet, die zwischen zwei Lagen aus polymerem Werkstoff ange ordnet ist. Die Faserverstärkung kann aber auch innerhalb einer Lage aus polymerem Werk stoff angeordnet sein. Der polymere Werkstoff ist bevorzugt ein Kunststoff, insbesondere aus gewählt aus voranstehend genannter Gruppe von Kunststoffen.
Die Faserverstärkung kann aus Fasern und/oder Fäden gebildet sein, die ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Glasfasern, Aramidfasem, Kohlenstofffasem, Mineralfasern, wie beispielsweise Basaltfasem, Naturfasern, wie z.B. Hanf, Sisal, und Kom binationen daraus.
Durch die Verstärkungsschicht kann eine verbesserte Steifigkeit und Festigkeit erreicht wer den. Weiter kann damit die Verbundfolie eine reduzierte Wärmedehnung aufweisen, was bei Temperaturänderungen zu weniger Spannungen in der Kühlvorrichtung 1 führt.
Bevorzugt werden die erste und die zweiter Folie 5, 6 mit gleicher Flächenausdehnung (je weils in Draufsicht betrachtet) eingesetzt.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die erste Folie 5 unter schiedliche ist zur zweiten Folie 6. Beispielsweise kann ein der beiden Folien 5, 6 eine dün nere Siegelfolie aufweisen, als die anderen der beiden Folien 5, 6.
Wie erwähnt kann die Folie oder können die erste und die zweite Folie 5, 6 miteinander ver schweißt werden. Dazu kann ein Schweißrahmen 7 aus einem Kunststoff, insbesondere ausge wählt aus einem der vorgenannten Kunststoffe, verwendet werden, der eine Flächenausdeh nung aufweist, die größer ist, als die Flächenausdehnung des Innenraums 2 aber kleiner ist, als die Flächenausdehnung der Kühlvorrichtung 1 (jeweils in Draufsicht betrachtet), wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist, die eine Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 1 in Draufsicht zeigt. Dieser Schweißrahmen 7 wird dabei zwischen die Folienteile bei Verwendung von nur einer Folie oder zwischen der ersten und der zweite Folie 5, 6 angeordnet. Durch das Verschweißen verbindet sich der Schweißrahmen 7 mit den Folienteilen oder der ersten und der zweiten Fo lie 5, 6 und bildet zusammen mit dieser/diesen eine dichte Schweißnaht aus. Es ist damit möglich die Verbundfolie(n) dünner auszuführen und damit die thermischen Eigenschaften der Kühlvorrichtung 1 zu verbessern, da die höhere Schichtdicke für das Herstellen der dich ten Schweißnaht durch den Schweißrahmen 7 zur Verfügung gestellt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die genannte Folie bzw. die erste und/oder die zweite Folie 5, 6 vorgeformt werden, um damit den Innenraum 3 besser ausbilden zu können bzw. um damit den Zusammenbau der Kühlvorrichtung 1 zu verbessern. Dazu kann die genannte Folie bzw. die erste und/oder die zweite Folie 5, 6 zumindest annä hernd wannenförmig ausgebildet werden, um das zumindest eine Verdampfungselement 4 besser einlegen zu können. Die Vorformung kann z.B. in einer hydraulischen oder pneumati schen Presse erfolgen, insbesondere bei erhöhter Temperatur.
In Fig. 3 ist eine erste Ausführungsvariante des Verdampfungselementes 4 in Schrägansicht dargestellt. Das Verdampfungselement 4, das insbesondere in der Kühlvorrichtung 1 nach Fig. 1 eingesetzt wird, ist plattenförmig ausgebildet und weist eine Halteelement 8 auf, auf dem mehrere noppenförmige Strukturelemente 9 angeordnet sind. Die noppenförmigen Struk turelemente 9 überragen dabei die Oberfläche des Halteelementes 8 in einer Richtung, also nach oben oder nach unten.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante dieses Verdampfungselementes 4 dargestellt. Der ein zige Unterschied zu jenem nach Fig. 3 ist dabei, dass die noppenförmigen Strukturelemente 9 das insbesondere plattenförmige Halteelement 8 sowohl nach oben als auch nach unten über ragen.
Das Verdampfungselement 4 nach Fig. 3 bzw. Fig. 4 ist bevorzugt aus einem polymeren Werkstoff, insbesondere aus einem organischen Kunststoff, hergestellt. Der organische Kunststoff kann aus der voranstehend genannten Gruppe von Kunststoffen ausgewählt sein.
Es kann bei diesen Ausführungsvarianten des Verdampfungselementes 4 weiter vorgesehen sein, dass das Halteelement 8 und die Strukturelemente 9 einstückig, insbesondere werkzeug fallend, ausgebildet sind.
Die noppenförmigen Strukturelemente 9 sind bei diesen Ausführungsvarianten des Verdamp fungselementes 4 zumindest annähernd zylinderförmig, insbesondere zylinderförmig, ausge bildet. Sie können einen Durchmesser 10 aufweisen, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 1 mm bis 10 mm, insbesondere aus einem Bereich von 1 mm bis 3 mm. Weiter können sie eine Höhe 11 aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 1 mm bis 10 mm, insbesondere aus einem Bereich von 1 mm bis 5 mm. Die Höhe 11 bemisst sich dabei ab der Oberfläche des Halteelementes 8. Das Halteelement selbst kann eine Dicke in Richtung der Höhe 11 aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,1 mm bis 3 mm, insbesondere aus einem Bereich von 0,3 mm bis 1,5 mm.
Im Fall der Ausführungsvariante des Verdampfungselementes 4 nach Fig. 4 kann die Höhe 11 der Strukturelemente 9 sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite des Halteelemen tes 8 aus dem genannten Bereich für die Höhe 11 ausgewählt sein. Dabei können die noppen förmigen Strukturelemente 9 in beidseitig die gleiche Höhe 11 aufweisen oder auf einer Seite einen größeren Überstand über das Halteelement 8 aufweisen, als auf der anderen Seite.
Ein maximaler Abstand 12 zwischen unmittelbar benachbarten Strukturelementen 9 kann aus gewählt sein aus einem Bereich von 0,5 mm bis 20 mm, insbesondere aus einem Bereich von 1 mm bis 10 mm.
Die noppenförmigen Strukturelemente 9 können in Reihen und Spalten angeordnet sein, wie dies aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist. Sie können aber auch eine andere geometrische An ordnung auf dem Haltelemente 9 aufweisen.
Die noppenförmigen Strukturelemente 9 dienen insbesondere der Ausbildung eines Gasraums im Innenraum 3 der Kühlvorrichtung 1.
Das Verdampfungselement 4 kann eine rechteckige Grundfläche aufweisen. Es sind aber auch andere Geometrien möglich, beispielsweise eine quadratische, eine dreieckförmige, etc.
Zu Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit kann für die Herstellung des Halteelementes 8 und/oder der noppenförmigen Strukturelemente 9 ein wärmeleitfähiger Kunststoff eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass dem Basispolymer Wärmeleitfähig keitspartikel, wie z.B. Partikel aus hexagonalem Bornitrid oder aus Graphit, zugesetzt werden.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist in der die Kühlvorrichtung 1 zumindest eine Matte 13 aus oder mit anorganischen Fasern zwischen der Hülle 2 und dem Verdampfungselement ange ordnet. Im konkret dargestellten Ausführungsbeispiel ist beidseitig des Verdampfungselemen tes 4, also oberhalb und unterhalb des Verdampfungselementes 4, je eine derartige Matte 13 angeordnet. Die Matte(n) 13 kann/können einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Zweck der Matte(n) 13 ist die Bereitstellung der horizontale Wärmeleitung, wie dies voranstehend schon ausgeführt wurde.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung, die ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, kann bei Vorhandensein von mehr als einem Verdampfungselement 4 im Innenraum 3 der Kühlvorrichtung 1 zumindest eine weitere Matte 14 aus oder mit anorganischen Fasern ange ordnet sein. Diese kann dabei annähernd mäanderförmig verlaufend angeordnet sein, sodass die Verdampfungselemente 4 abwechselnd oben und unten an dieser weiteren Matte 14 anlie- gen, wie sich dies aus der Darstellung der Kühlvorrichtung in Fig. 1 ergibt.
Die Matte 13 und die weitere Matte 14 können aus anorganischen Fasern bestehen. Die Fa sern können ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend oder bestehen aus Glasfasern, Mi neralfasern, wie beispielsweise Basaltfasern, etc.. Besonders bevorzugt werden Glasfasern eingesetzt. Als Glasfasern kommen hier insbesondere Glasfasern im engeren Sinne, also mit silikatischer Struktur, beispielsweise Quarzglas bzw. Glas, das aus SiCk als Hauptbestandteil hergestellt wurde, zum Einsatz.
Die Matten 13 und die weitere Matte 14 können ein Gelege, ein Gewirke, ein Vlies, ein Ge webe, etc., aus den Fasern sein.
Die Matte(n) 13 und/oder die weitere Matte 14 können eine Flächengewicht zwischen 30 g/m2 und 800 g/m2, insbesondere zwischen 50 g/m2 und 600 g/m2, aufweisen. Weiter können die Matte(n) 13 und/oder die weitere Matte 14 ein- oder mehrlagig ausgeführt sein.
Die Matte(n) 13 und/oder die weitere Matte 14 können zu zumindest 80 %, insbesondere zu zumindest 90 %, vorzugsweise zu zumindest 99,9 %, aus den anorganischen Fasern bestehen.
Weiter der die Matte(n) 13 und/oder die weitere Matte 14 vor deren Einsatz in der Kühlvor richtung vorzugsweise gereinigt, beispielsweise mittels eines Lösungsmittels oder thermisch.
Die Matte(n) 13 und/oder die weitere Matte 14 liegen bevorzugt unmittelbar an den noppen förmigen Strukturelementen 9 an.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Fasern in einer Matrix, insbesondere einer offen- porigen Matrix, z.B. aus einem Kunststoff, zumindest teilweise eingebettet sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Verdampfungs element 4 oder dass die Verdampfungselemente 4 leistenförmige Elemente 15 aufweisen. Dieses kann bzw. diese können dabei nach einer weiteren Ausführungsvariante der Kühlvor richtung 1 den vorgenannten Schweißrahmen 7 (Fig. 2) und/oder einen Stützrahmen bilden. Bei mehreren Verdampfungselementen 4 werden die leistenförmigen Elemente 15 dabei so angeordnet, dass sich der Schweißrahmen 7 ergibt, wenn alle Verdampfungselemente 4 in ei ner Ebene nebeneinanderliegend angeordnet sind.
In den Fig. 5 bis 7 sind eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungs varianten der Kühlvorrichtung 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugs zeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den Fig. 1 bis 4 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung zu den vorangegange nen Fig. 1 bis 4 hingewiesen bzw. Bezug genommen, insbesondere auf die Matte 13, die Hülle 2, die Ausführungen zur Anordnung der noppenförmigen Strukturelemente 9, etc..
Die Kühlvorrichtung 1 nach Fig. 5 weist wieder die Hülle 2 auf, die insbesondere aus der ers ten Folie 5 und der zweiten Folie 6 gebildet ist, und die den das Arbeitsmedium aufnehmen den Innenraum 3 bildet, eine zumindest einlagige Matte 13 aus oder mit anorganischen Fa sern, insbesondere Glasfasern, sowie zumindest ein Verdampfungselement 4 auf. Die Matte 13 aus oder mit anorganischen Fasern ist dabei zwischen dem Verdampfungselemente 4 und der ersten Folie 3 angeordnet. Wie bei voranstehenden Ausführungsvarianten der Kühlvor richtung 1 dient das Verdampfungselement 4 der Überführung zumindest eines Teils des Ar beitsmediums vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.
Das Verdampfungselement 4 weist das, insbesondere plattenförmige, Halteelement 8 und die noppenförmigen Strukturelemente 9 auf.
Anders als bei voranstehenden Ausführungsvarianten der Kühlvorrichtung 1 bestehen die noppenförmigen Strukturelemente 9 nicht aus einem Kunststoff, sondern aus Glas, sind also Glaselemente. Diese Glaselemente werden insbesondere aus einem Glaspulver nach einem Sinterverfahren hergestellt. Dafür wird bevorzugt ein Glaspulver eingesetzt, dessen Korn größe zwischen 25 pm und 250 pm, insbesondere zwischen 50 pm und 150 pm, beträgt. Es sind aber auch Glaspulver mit anderen Korngrößen einsetzbar. Generell werden porös ausgebildete noppenförmige Strukturelemente 9 bevorzugt. Diese kön nen wie genannt durch Glaselemente gebildet sein. Sie können aber auch aus anderen Werk stoffen bestehen, beispielsweise als Keramikelemente oder als gesinterte Kupferelemente aus gebildet sein.
Generell kann die Porosität der noppenförmigen Strukturelemente 9 zwischen 5 % und 50 %, insbesondere zwischen 10 % und 30 %, betragen. Die Porosität bezeichnet dabei das Verhält nis von Hohlraumvolumen zum Gesamtvolumen der Strukturelemente 9. Die Porosität kann beispielsweise mit einem Porosimeter oder durch die Wasserverdrängungsmethode nach Ar- chimedes gemessen werden.
Die Poren der porösen noppenförmigen Strukturelemente 9 können einen maximalen Durch messer zwischen 50 pm und 250 pm, insbesondere zwischen 75 pm und 150 pm, aufweisen.
Durch das Sinterverfahren entstehen poröse Strukturelemente 9, die an dem kapillaren Flüs sigkeitstransport innerhalb der Kühlvorrichtung 1 mitwirken. Sie können also als Kapillar pumpen wirken. Für den vertikalen Flüssigkeits- bzw. Wärmetransport stehen diese Struktu relemente 9 wie bei den voranstehenden Ausführungsvarianten der Kühlvorrichtung 1 mit den jeweils darunter und darüber angeordneten Schichten bzw. Lagen der Kühlvorrichtung 1 in Kontakt, insbesondere in direktem Kontakt.
Die noppenförmigen Strukturelemente 9 weisen bei dieser Ausführungsvariante der Kühlvor richtung 1 bevorzugt einen zumindest annähernd pilzförmigen Habitus auf. Der maximale Durchmesser 10 dieser Strukturelemente kann ausgewählt aus einem Bereich von 3 mm bis 20 mm, insbesondere aus einem Bereich von 5 mm bis 15 mm. Hinsichtlich der Höhe 11 der sowie des maximalen Abstandes 12 zwischen den noppenförmigen Strukturelementen 9 sei auf voranstehende Ausführungen dazu verwiesen.
Die noppenförmigen Strukturelemente 9 dieser Ausführungsvariante sind nicht miteinander verbunden, sondern sind Einzelelemente. Um diese besser handhaben zu können, ist das Halt element 8 mit Ausnehmungen bzw. Durchbrüchen 16 versehen, in die je ein Strukturelement 9 eingesteckt ist. Dabei ist bevorzugt der maximale Durchmesser der Durchbrüche 16 kleiner als der maximale Durchmesser der Strukturelemente 9, sodass diese zwar in die Durchbrüche 16 eingesteckt werden können, jedoch dabei mit dem„Pilzkopf‘ auf dem Halteelement 8 auf liegen. Generell können die noppenförmigen Strukturelemente 9 eine Form aufweisen, dass sie so wohl in den Durchbruch 16 hineinragend und auf dem Halteelement 8 aufliegend angeordnet werden können. Beispielsweise können sie wie die in Fig. 5 gezeigten Strukturelemente 9 ei nen zumindest bereichsweise über den Umfang verlaufende Auflagefläche aufweisen. Diese Auflagefläche kann z.B. an einem Steg oder einer Querschnittserweiterung, beispielsweise ei ner stufenförmigen Absetzung, ausgebildet sein.
Erläuternd sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die noppenförmigen Strukturelemente 9 für sich nicht noppenförmig ausgebildet sein müssen, sondern dass die„Noppenform“ im Zusammenspiel mit dem Haltelement 8 zu sehen ist. Das Verdampfungselement 4 als gesam tes weist also die Noppenförmigkeit der Oberfläche auf.
Das Halteelement 8 ist gemäß einer Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 1 vorzugsweise plattenförmig ausgebildet. Weiter ist die Form der Durchbrüche 16 bevorzugt an die Form der Strukturelemente 9 angepasst. Beispielsweise können die Durchbrüche 16 kreisförmig ausge bildet sein, wenn die Strukturelemente 9 einen zylinderförmigen Abschnitt aufweisen, der in bzw. durch die Durchbrüche 16 hinein- bzw. hindurchgesteckt wird.
Weiter besteht das Halteelement 8 bevorzugt aus einem polymeren Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff, bevorzugt ausgewählt aus den voranstehend genannten Kunststoffen, beispielsweise PE. Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass der polymere Werkstoff ein hydrophiler Kunststoff ist, beispielsweise eine Polyamid (z.B. PA 6, PEI). Anstelle eines hydrophilen Kunststoffes kann auch eine hydrophober Kunst stoff verwendet werden, der eine hydrophile Beschichtung aufweist oder dessen Oberfläche wasseranziehend gemacht wurde, beispielsweise fluoriert wurde. Generell kann für diese Aus führungsvariante ein Kunststoff verwendet werden, der eine polare Oberfläche aufweist, wo bei der Benetzungswinkel für Wasser zwischen 0 ° und 45 °, insbesondere zwischen 0 ° und 20 °, beträgt. Die Kontaktwinkelmessung erfolgt in Anlehnung an das in der DIN 55660-2: 2011 - 12 genannte Verfahren.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 1 kann das Halteelement 8 mit Verbindungselementen 17, die beispielsweise in den Eckbereichen des Halteelementes ange ordnet sind, mit der Matte 13 verbunden sein. Dazu kann gemäß einer weiteren Ausführungs variante auch die Matte 13 entsprechende Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 18 aufweisen kann, ins die bzw. durch die die Verbindungselemente 17 gesteckt werden können. Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 1 kann vorgesehen sein, dass zwischen der Hülle 2 und dem Verdampfungselement 4, insbesondere zwischen der Matte 13 und der ersten Folie 5, zumindest ein Kunststoffelement 19 angeordnet ist, das insbesondere aus einem hydrophilen polymeren Werkstoff bzw. einem polymeren Werkstoff mit hydrophi ler Oberfläche besteht. Hinsichtlich Hydrophilie sei auf die voranstehenden Ausführungen dazu verwiesen.
Vorzugsweise ist das Kunststoffelement 19 aus PA oder PE gebildet.
Das Kunststoffelement 19 ist insbesondere plattenförmig ausgebildet und weist bevorzugt eine Flächenausdehnung auf, die zumindest annähernd so groß ist wie jene der Matte 13 oder des Verdampfungselementes 4.
Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass bei der Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 1 nach Fig. 5 das Verdampfungselement 4 eine Flächenausdehnung auf weist, die zumindest annähernd so groß ist, wie jene der Matte 13, jeweils in Draufsicht be trachtet.
Generell kann/können bei sämtlichen Ausführungsvarianten der Kühlvorrichtung 1 das Kunststoffelement 19 und/oder das Haltelement 8 eine Dicke aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,4 mm bis 4 mm, insbesondere aus einem Bereich von 0,5 mm bis 1 mm.
Alternativ zum Kunststoff elem ent 19 kann die erste Folie 5 der Hülle eine Lage mit hydrophi len Eigenschaften aufweisen, wobei die Lage die innerste, d.h. dem Innenraum 3 zugewandte, Lage der ersten Folie 5 ist. Es kann damit ebenfalls der Effekt der Anordnung des Kunststof felementes 19, nämlich die Ausbildung eines Kapillarkanals zwischen dem Halteelement 8 und dem Kunststoff elem ent 19, erreicht werden.
Es ist weiter möglich, dass anstelle des Kunststoffelementes 19 eine Metallplatte bzw. Metall schicht verwendet wird, insbesondere eine Kupferplatte bzw. Kupferschicht.
Bevorzugt liegt die Matte 13 direkt an den noppenförmigen Strukturelementen 9 an, insbeson dere an deren Unterseite, die der ersten Folie 5 der Hülle 2 zugewandt ist. Es kann damit der Flüssigkeitstransport verbessert werden. Nach einer Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 1 nach Fig. 5 kann auch vorgesehen sein, dass eine Matte 13 aus oder mit anorganischen Fasern an der Oberseite der noppenförmi gen Strukturelemente 9 angeordnet ist (insbesondere unmittelbar an den Strukturelementen 9 anliegend), also jener Seite, die der zweiten Folie 6 zugewandt ist. Mit dieser Ausführungsva riante kann die Verteilung der Flüssigkeit (des Arbeitsmediums im flüssigen Zustand) von den Strukturelementen 9 über die gesamte Fläche des Verdampfungselementes 4 verbessert werden. Im Bereich der Kondensation des Arbeitsmediums in der Kühlvorrichtung 1 kann da mit der Abtransport des kondensierten Arbeitsmediums beschleunigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 1 kann zwischen der Hülle und dem Verdampfungselement zumindest ein Metallelement 20 angeordnet sein.
Bevorzugt besteht das Metallelement 20 aus Kupfer. Es kann aber auch ein anders Metall, z.B. Aluminium, oder eine Metalllegierung, z.B. eine Kupferlegierung, eingesetzt werden.
Das Metallelement 20 kann eine Dicke aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,2 mm bis 1 mm, insbesondere aus einem Bereich von 0,3 mm bis 0,5 mm. Weiter kann das Metallelement 20 vorgeformt sein, beispielsweise wannenförmig, womit der Innenraum 3 besser ausgebildet werden kann. Mit dem Metallelement 20 kann der Kühlvorrichtung 1 unter anderem eine bessere mechanische Stabilität verliehen werden.
Das Metallelement 20 kann eine Flächenausdehnung aufweisen, die jener des Verdampfungs elementes 4 zumindest annähernd entspricht oder die zwischen der Flächenausdehnung des Verdampfungselementes 4 und jener der zweiten Folie 6 liegt, jeweils in Draufsicht betrach tet.
Wie aus den Fig 6 und 7 ersichtlich ist, kann die Kühlvorrichtung 1 plattenförmig oder mit L- förmigen Querschnitt ausgebildet sein. Dargestellt ist dabei eine Kühlvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 5. Diese Formen der Kühlvorrichtung 1 sind aber auch auf die weiteren Ausführungsvarianten der Kühlvorrichtung 1 anwendbar.
In der L-förmigen Konfiguration weist die Kühlvorrichtung 1 eine vertikalen Abschnitt 21 und einen horizontalen Abschnitt 22 auf. Im horizontalen Abschnitt 22 findet die Aufnahme der Wärme (Pfeile 23) durch Verdampfung des Arbeitsmediums statt. Das gasförmige Ar beitsmedium wird dann in den vertikalen Abschnitt 21 geleitet, in dem die Kondensation des Arbeitsmediums durch Wärmeabgabe an die Umgebung (Pfeile 24) erfolgt.
Bevorzugt sind die Bestandteile der Kühlvorrichtung 1 im Innenraum 3 in der wärmeabgeben- den Zone umgekehrt zur wärmeaufnehmenden Zone angeordnet. D.h. dass z.B. das Metallele ment 20 im wärmeabgebenden Abschnitt 21 anschließend an die erste Folie 5 der Hülle 2 und im wärmeaufnehmenden Abschnitt 22 anschließend an die zweite Folie 6 der Hülle 2 ange ordnet ist. Im wärmeaufnehmenden Abschnitt 22 kann die Kühlvorrichtung 1 die Abfolge erste Folie 5, Kunststoffelement 19, Matte 13, Haltelement 8 mit den Strukturelementen 9, Metallelement 20, zweite Folie 6 aufweisen. Im wärmeabgebenden Abschnitt 21 kann die Kühlvorrichtung 1 die Abfolge erste Folie 5, Metallelement 20, Haltelement 8 mit den Struk turelementen 9, Matte 13, Kunststoffelement 19, zweite Folie 6 aufweisen.
Es ist weiter möglich, dass zwischen den Strukturelementen 9, dem Halteelement 8 und dem Kunststoffelement 19 im Abschnitt 21 ein Reservoir für nicht kondensierbare Gase ausgebil det ist.
Die Fig. 8 und 9 zeigen einen Akkumulator 25 mit zwei möglichen Anordnungen der Kühl vorrichtung 1 an dem Akkumulator 25. So kann gemäß Fig. 8 die L-förmige Kühlvorrichtung 1 so angeordnet sein, dass der Akkumulator 35 auf dem horizontalen Abschnitt 22 steht und dass der vertikale Abschnitt 21 im Bereich einer Seitenwand des Akkumulators 25 angeordnet ist.
Auch die plattenförmigen Ausbildung der Kühlvorrichtung 1 kann den wärmeaufnehmenden Abschnitt 22 und zumindest einen der wärmabgebenden Abschnitte 21 aufweisen. Alle Ab schnitte 21, 22 sind in einer Ebene angeordnet. Wiederum steht der Akkumulator 25 auf dem wärmeaufnehmenden Abschnitt 22. Die beiden wärmeabgebenden Abschnitte 21 sind seitlich an den Akkumulator 25 anschließend angeordnet.
Es besteht auch die Möglichkeit bei der plattenförmigen Ausbildung der Kühlvorrichtung 1, dass nur einer der wärmeabgebenden Abschnitte 21 angeordnet ist. Ebenso kann die L-Form nach Fig. 8 bzw. Fig. 7 in ein U-Form mit zwei wärmeabgebenden Abschnitten 21 abgewan delt werden. Die Fig. 10 zeigt mehrere Speichermodule 26 für elektrische Energie des Akkumulators 25 (Fig. 8). Die Kühlvorrichtung 1 ist wiederum L-förmig ausgebildet. Beispielhaft sind zwei Kühlvorrichtung 1 und 209 Speichermodule 26 dargestellt. Diese Angaben sind für die Erfin dung nicht beschränkend zu verstehen, sondern haben rein exemplarischen Charakter.
Die beiden Kühlvorrichtungen 1 sind derart angeordnet, dass die wärmeabgebenden Ab schnitte 21 nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei zwischen diesen Abschnitten 21 eine oder mehrere weitere Kühl vom chtung(en) 27 (Sekundärkühler) angeordnet ist (sind), insbesondere unmittelbar anliegend an den beiden Abschnitten 21 der Kühlvorrichtung 1.
Die Wärme aus der Kühlvorrichtung 1 wird über die Abschnitte 21 an die weitere Kühlvor richtung 27 abgegeben, die die Wärme in weiterer Folge aus dem Bereich des Akkumulators 25 abtransportiert.
Die weitere Kühlvorrichtung 27 kann ein Flüssigkeitskühler sein, wie dies in Fig. 10 darge stellt ist, und beispielsweise in das Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs eingebunden sein.
Es ist aber auch möglich, dass die weitere Kühlvorrichtung 27 kann ein Luftkühler bzw. Gas kühler ist, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Die beiden Ausführungen unterscheiden sich le diglich durch die Größe der weiteren Kühlvorrichtung 27. Der Luft- bzw. Gaskühler ist im Vergleich zu dem Flüssigkeitskühler größer ausgeführt.
Generell kann die weitere Kühlvorrichtung 27 aber ein Verdampfungskühler (Kältemittelver dampfer) sein bzw. in den Kreislauf eines Verdampfungskühlers (Kältemittelverdampfers) eingebunden sein, beispielsweise in den Kreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
Die Fig. 12 zeigt eine Ausführung des Akkumulators 25, bei dem die Speichermodule 27 über zwei Stromschienen 28 elektrisch kontaktiert sind. Jeder der beiden Stromschienen 28 wird mit einer Kühlvorrichtung 1 gekühlt bzw. temperiert., wozu die Kühlvorrichtungen 1 an den Stromschienen 28 anliegend, insbesondere unmittelbar anliegend, angeordnet sind.
In Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 1 in Seitenansicht ge schnitten dargestellt. Bei dieser Ausführungsvariante ist im Innenraum 3 der Hülle 2 ein Schaumelement 29 angeordnet. Zwischen dem Schaumelement 29 und der Hülle 2, die bevor zugt wieder aus der ersten und der zweiten Folie 5, 6 gebildet ist, ist wiederum die Matte 13 aus oder mit den anorganischen Fasern angeordnet. Bevorzugt ist das Schaumelement 29 an zumindest vier Seiten von der Matte 13 umgeben, insbesondere vollständig eingehüllt. Weiter kann zwischen der zweiten Folie 6 und der Matte 13 auch das Metallelement 20 angeordnet sein.
Auch diese Kühlvorrichtung 1 kann wiederum mehrere dieser Verdampfungselemente 4 im Innenraum 3 aufweisen, ähnlich zu jener Ausführungsvariante nach Fig. 1, wobei in diesem Fall die mehreren Schaumelemente 29 nach einer weiteren Ausführungsvariante auch jeweils vollständig von einer Matte 13 umgeben sein können.
Das Schaumelement 29 kann ein Metallschaum, beispielsweise ein Kupferschaum oder ein Nickelschaum, oder ein Kunststoffschaum, etc. sein. Generell weist das Schaumelement 29 bevorzugt eine Eigensteifigkeit auf, die so groß ist, dass das Schaumelement 29 selbsttragend ist.
Das Schaumelement 29 weist bevorzugt eine Porosität von mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 %, auf. Hinsichtlich der Messung der Porosität sei auf voranstehende Ausführungen dazu verwiesen.
Die Poren Schaumelementes 29 können einen maximalen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 1 mm und 1,3 mm, aufweisen.
Durch die Porosität stellt das Schaumelement 29 wieder die Gaskanäle für den Gastransport zur Verfügung. Der Flüssigkeitstransport erfolgt über die Matte 13.
Das Schaumelement 29 kann auch mit noppenförmigen Strukturelementen 9 (z.B. Fig. 3 oder Fig. 5) ausgebildet sein.
Generell ist das zumindest eine Verdampfungselement 4 im Rahmen der Erfindung bevorzugt vollständig (allseitig) von der Hülle 2 umgeben.
Die Kühlvorrichtung 1 kann aber nicht nur zur Kühlung der Speichermodule 26 oder der Stromschienen eines Akkumulators 25 eingesetzt werden, sondern generell zur Kühlung eines Akkumulators 25 oder eines Akkumulatorpakets mit mehreren Akkumulatoren 25, oder von Elektronikbauteilen, von Elektromotoren, etc.. Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Kühlvorrichtung 1 bzw. des Akkumulators 25, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der ein zelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Kühlvorrichtung 1 bzw. des Akkumulators 25 diese nicht zwingenderweise maß stäblich dargestellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung
Kühlvorrichtung
Hülle
Innenraum
V erdampfungselement
Folie
Folie
Schweißrahmen
Halteelement
Strukturelement
Durchmesser
Höhe
Abstand
Matte
Matte
Element
Durchbruch
Verbindungselement
Durchbruch
Kunststoffelement
Metallelement
Abschnitt
Abschnitt
Pfeil
Pfeil
Akkumulator
Speichermodul
Kühlvorrichtung
Stromschiene
Schaumelement

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Kühlvorrichtung (1) umfassend eine Hülle (2) aus zumindest einer ein- oder mehrschichtigen Folie (5, 6), die einen Innenraum (3) bildet, in dem ein Arbeitsmedium und zumindest ein Verdampfungselement (4) zur Überführung zumindest eines Teils des Arbeits mediums vom flüssigen in den gasförmigen Zustand enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdampfungselement (4) und der Hülle (2) zumindest eine Matte (13) aus/mit anorganischen Fasern angeordnet ist, und dass das Verdampfungselement (4) noppen förmige Strukturelemente (9) aufweist und/oder als Schaumelement (29) ausgebildet ist.
2. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Innen raum (3) der Hülle (4) mehrere Verdampfungselemente (4) angeordnet sind.
3. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement (4) aus einem polymeren Werkstoff und einstückig ausgebildet ist.
4. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verdampfungselementen (4) eine Matte (14) aus/mit anorganischen Fasern angeordnet ist.
5. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die noppenförmigen Strukturelemente (9) porös ausgebildet sind, insbesondere durch Glasele mente oder durch Keramikelemente oder durch gesinterte Kupferelemente gebildet sind.
6. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungselement (4) ein Halteelement (8) aufweist, in dem die noppenförmigen Strukturelemente (9) gehalten sind.
7. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hal teelement (8) plattenförmig und aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet ist.
8. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der poly mere Werkstoff ein hydrophiler Kunststoff ist.
9. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülle (2) und dem Verdampfungselement (4) zumindest ein Kunststoffele- ment (19) aus einem hydrophilen polymeren Werkstoff angeordnet ist.
10. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülle (2) und dem Verdampfungselement (4) zumindest ein Metallelement (20) angeordnet ist.
11. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich- net, dass die Hülle (2) zumindest teilweise durch eine Verbundfolie aus zumindest einem po lymeren Werkstoff und einer Metallfolie gebildet ist.
12. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich net, dass die Hülle (2) aus zwei miteinander verbundenen Folien (5, 6) gebildet ist.
13. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Folien (5, 6) zueinander unterschiedlich sind.
14. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, dass diese plattenförmig oder mit L-förmigen Querschnitt ausgebildet ist.
15. Akkumulator (25) mit einem Speichermodul (26) oder mehreren Speichermodu len (26) für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung (1) zur Kühlung oder Temperierung für das zumindest eine Speichermodul (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
16. Akkumulator (25) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl vorrichtung (1) zumindest teilweise zwischen den beiden Speichermodulen (26) angeordnet ist, wobei zwischen den Speichermodulen (26) eine weitere Kühlvorrichtung (27) angeordnet ist, die an der Kühlvorrichtung (1) anliegt.
17. Akkumulator (25) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Speichermodule (26) über zumindest eine Stromschiene (28) miteinander verbun den sind, wobei die Kühlvorrichtung (1) an der Stromschiene (28) anliegend angeordnet ist.
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