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WO2018210364A1 - Wärmetauschmodul - Google Patents

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Info

Publication number
WO2018210364A1
WO2018210364A1 PCT/DE2018/000136 DE2018000136W WO2018210364A1 WO 2018210364 A1 WO2018210364 A1 WO 2018210364A1 DE 2018000136 W DE2018000136 W DE 2018000136W WO 2018210364 A1 WO2018210364 A1 WO 2018210364A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchange
fluid
heat
exchange module
module
Prior art date
Application number
PCT/DE2018/000136
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Horzella
Sandeep BOLINENI RAO
Martin Adldinger
Original Assignee
Gentherm 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 Gentherm Gmbh filed Critical Gentherm Gmbh
Publication of WO2018210364A1 publication Critical patent/WO2018210364A1/de

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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a heat exchange module for transferring heat between different fluids, wherein the heat exchange module has at least two outer fluid sections and at least one inner fluid section disposed between the outer fluid sections.
  • the invention relates to a heat exchange system, wherein the
  • Heat exchange system comprising a heat exchange module and a remote heat source, which is spaced from the heat exchange module, wherein the remote heat source is adapted to heat with a heat exchange fluid
  • the invention also relates to a vehicle comprising a heat exchange system.
  • Modern vehicles have different heat sources that need to be cooled to ensure the safety and performance of the vehicle.
  • the heat sources are electrical devices, such as batteries or electric current transformers, specific temperature ranges must be maintained to avoid functional failure and / or damage in these electrical devices.
  • heat exchange modules either lead to excessive energy consumption or do not provide enough cooling capacity. Due to the excessive energy consumption, such heat exchange modules can not be used in energy efficient vehicles, such as electric or hybrid vehicles. In the case of insufficient energy consumption
  • Cooling capacity prohibits integration of such heat exchange modules in a vehicle in any case.
  • the object of the present invention is to provide a solution that enables efficient heat exchange between different fluids.
  • a heat exchange module according to claim 1, wherein the at least two outer fluid portions are adapted to exchange heat with a first heat exchange fluid, and the inner fluid portion is adapted to exchange heat with a second heat exchange fluid.
  • the heat exchange module allows a heat exchange between a first heat exchange fluid and a second heat exchange fluid, wherein the first and the second heat exchange fluid are different from each other.
  • the first and second heat exchange fluid may be a liquid fluid or a gaseous fluid. Due to the fact that the outer fluid portions and the inner fluid portion are adapted to exchange heat with different heat exchange fluids, the heat exchange module allows one of the heat exchange fluid to be cooled by the other heat exchange fluid.
  • the first heat exchange fluid or the second heat exchange fluid may flow within a fluid circuit to cool a remote heat source. To improve the cooling of the remote heat source, the outer
  • Fluid portions or the inner fluid portion may be integrated into the fluid circuit in order to additionally cool the heat exchange fluid flowing in the fluid circuit.
  • the heat exchange fluid flowing in the fluid circuit may be the first heat exchange fluid or the second heat exchange fluid.
  • the heat exchange module comprises at least one heat pump device, which is adapted to pump heat between an outer fluid section and the inner fluid section.
  • the at least one heat pump device leads to a further improvement in the efficiency of the heat exchange module.
  • the heat exchange module comprises two
  • Heat pumping devices wherein the first heat pumping device is adapted to heat between a first outer fluid portion and the inner
  • the at least one heat pump device comprises at least one thermoelectric
  • thermoelectric device wherein the thermoelectric device is preferably arranged between the outer fluid portions and / or between an outer fluid portion and the inner fluid portion.
  • the at least one heat pump device may comprise a plurality of thermoelectric devices, wherein the plurality of thermoelectric devices are preferably arranged in a common plane.
  • the at least one heat pumping device comprises a large thermoelectric device replacing the plurality of thermoelectric devices.
  • the large thermoelectric device or devices are configured as Peltier elements and include two sides, wherein heat is pumped from one side to the other when a voltage is applied to the large thermoelectric device or the plurality of thermoelectric devices.
  • the at least one heat pump device is surrounded by an insulating material and / or a planteleitmaterial between an outer fluid portion and the at least one heat pump device and / or disposed between the at least one heat pump device and the inner fluid portion.
  • Insulating material prevents unintentional heat exchange with the
  • the thermal interface material between the outer fluid section and the heat pump and / or between the heat pump and the inner fluid section increases the thermal coupling of the sections, wherein the thermal interface material is thermal grease, thermal glue, thermal filler material, a thermal pad or a thermal adhesive.
  • each outer fluid section comprises a fluid chamber adapted to receive a liquid first heat exchange fluid, the fluid chambers being in communication with each other Fluid communication are.
  • the liquid first heat exchange fluid may be water or a liquid coolant. It is preferred if the fluid chambers of the outer fluid sections have the same volume, width, height, depth and / or shape. It is also preferred if the fluid chambers of the other
  • Fluid portions are interconnected by means of a connecting tube, wherein the connecting tube extends at least over the height of the inner fluid portion.
  • the connecting tube may be configured as a bent tube and / or is directly accessible to a user due to its lateral arrangement. It is preferred if the at least one heat pump device is in contact with a housing of a fluid chamber. This allows for improved heat exchange between the outer fluid section and the at least one heat pump device.
  • an outer fluid portion comprises a fluid inlet port and another outer fluid portion comprises a fluid outlet port, wherein the outer fluid portions are adapted to be integrated into a fluid circuit by the fluid inlet port and the fluid outlet port ,
  • the fluid inlet port and the fluid outlet port are disposed on the same side of the side of the heat exchange module.
  • each outer fluid portion includes a fluid inlet port and a fluid outlet port, wherein the fluid inlet port of a first outer
  • Fluid portion are adapted to be coupled to a fluid circuit, and the fluid outlet port of the first outer fluid portion and the fluid inlet port of the second outer fluid portion are connected to each other by means of the connecting tube.
  • the inner fluid section is adapted to having a gaseous second
  • Heat exchange fluid to exchange heat wherein the heat exchange module comprises at least one fan which is adapted to generate an air flow through the inner fluid portion.
  • the gaseous second heat exchange fluid may be the ambient air.
  • the at least one fan is configured to have one Aspirate ambient air and to blow the ambient air through the inner fluid section. In an alternative embodiment, the at least one fan is configured to draw ambient air through the inner fluid section.
  • the inner fluid portion may include one or more heat sinks and / or a plurality of heat exchange fins, fins, and / or pins.
  • the at least one heat pumping device may be in contact with the one or more heat sinks of the inner fluid section.
  • At least one fan is arranged laterally with respect to the inner fluid section and / or is adapted to generate an air flow substantially parallel to the at least one heat pump device. It is preferred if the fluid chambers are configured as flat chambers, which are arranged substantially parallel to the at least one heat pump device, so that the
  • the heat exchange module may include one or more support walls configured to support the structure of the heat exchange module.
  • two support walls are disposed on opposite sides of the heat exchange module and connect the housings of the fluid chambers of the other
  • Fluid sections may be mounted by screws to the support walls.
  • the inner fluid section comprises first and second heat exchange structures, wherein each heat exchange structure preferably comprises a multiplicity of heat exchange pins, fins and / or ribs. Furthermore, it is preferred if the first and the second heat exchange structure are identical in sections or completely in shape and / or size.
  • Heat exchange structure may be arranged in a mirror-inverted manner.
  • the first and the second heat exchange structure can be arranged directly on one another.
  • Heat exchange structure be spaced apart.
  • a Heat source between the first and second heat exchange structure may be arranged.
  • the heat source may be an electrical device, such as an electrical current transformer, preferably a DC-DC converter.
  • the inner fluid portion comprises a fluid chamber, which is adapted to receive a liquid second heat exchange fluid.
  • the liquid second heat exchange fluid may be water or a liquid coolant.
  • the fluid chamber of the inner fluid section has two compartments, the compartments being in fluid communication with each other. It is preferred if the compartments have the same volume, width, height, depth and / or shape. It is also preferred if the compartments have separate housings, with the separate housings being mounted directly on top of each other. It is preferred if the at least one heat pump device is in contact with a housing of a fluid chamber. This allows for improved heat exchange between the outer fluid section and the at least one heat pump device.
  • Fluid portions is adapted to exchange heat with a gaseous first heat exchange fluid
  • the heat exchange module comprises at least one fan, preferably a plurality of fans, which are adapted to generate an air flow through the outer fluid portions.
  • Heat exchange fluid may be the ambient air.
  • the at least one fan is configured to draw in the ambient air and to blow the ambient air through an outer fluid portion or both outer fluid portions.
  • the at least one fan is configured to communicate ambient air through an outer fluid portion or both outer
  • the outer fluid portions may include one or more heat sinks and / or a plurality of heat exchange fins, fins, and / or pins.
  • the at least one heat pumping device may be in contact with the one or more heat sinks of an outer fluid portion or both outer fluid portions.
  • the at least two outer fluid sections and the at least one inner fluid section are arranged between a plurality of fans and / or each of the plurality of fans is adapted to generate an air flow substantially perpendicular to the at least one heat pump device.
  • the heat exchange module may comprise two mounting frames each extending from the inner
  • Fluid portion extend over one of the outer fluid portions, and at least one fan is mounted on each mounting frame.
  • the heat exchange module according to the invention comprises an electric heat source, wherein the electric heat source is arranged so that it exchanges heat with an outer fluid portion and / or the inner fluid portion. It is preferred if the electric heat source is in direct contact with an outer fluid section and / or the inner fluid section. In an alternative embodiment, the electric heat source is integrated into an outer fluid section and / or the inner fluid section. Thermal conduction material, such as thermal grease, thermal glue, thermal filler material, a thermal pad or a thermal adhesive, may be interposed between the
  • a heat exchange module is preferred in which the electric heat source between the outer fluid sections or laterally with respect to the outer
  • Fluid sections is arranged.
  • an electric unit including the electric heat source has one
  • the electrical unit comprising the electric heat source may include heat exchange pins, fins and / or fins.
  • Heat exchange structure of the inner fluid portion arranged. It is also preferred if the first heat exchange structure and the second
  • Heat exchange structure are arranged in a mirror-inverted manner, wherein both heat exchange structures comprise heat exchange pins, fins and / or ribs. It is further preferred if the heat exchange pins, fins and / or ribs of the first heat exchange structure and the second heat exchange structure are facing each other or pointing away from each other.
  • the heat exchange module includes an electric heat source
  • the heat exchange pins, fins and / or fins of the first heat exchange structure and the second heat exchange structure are facing in the direction of the electric heat source, it is preferable to face away from the electric heat source and / or are in contact with the electric heat source.
  • a heat exchange module is preferred in which the electrical
  • Heat source is an electrical current transformer, preferably a DC-DC converter.
  • the electric power converter may be connected to an onboard power supply in case the heat exchange module is used in conjunction with a vehicle.
  • the electric current transformer can be connected to the at least one heat pump device and supplies the at least one heat pump device with electric current. It is preferred if the output voltage of the electric current transformer of the
  • Input voltage of the at least one heat pump device corresponds.
  • the object of the invention is also achieved by a heat exchange system according to
  • the heat exchange module of the heat exchange system according to the invention is configured according to one of the embodiments described above, and the at least two outer fluid portions or the at least one inner fluid portion is / are integrated into the fluid circuit. Therefore, the heat exchange fluid flowing in the fluid circuit may be the first heat exchange fluid or the second heat exchange fluid.
  • the remote heat source is an electrical device, preferably a battery or a rechargeable battery. Particularly in the field of electromobility, there is a need for high performance heat exchange modules capable of producing a liquid one
  • a heat exchange system with a control unit is preferred, wherein the control unit is configured, the heat exchange module, the first
  • Heat exchange fluid the second heat exchange fluid to control the at least one fan and / or the at least one heat pumping device of the heat exchange module. It is preferred if the control unit controls the flow rate of the first heat exchange fluid and / or the second heat exchange fluid.
  • Control unit may control the electrical power, the voltage and / or the current that is applied to a flow generator for the first heat exchange fluid and / or the second heat exchange fluid, and / or to the at least one fan and / or the at least one heat pump device is created.
  • the control unit may be configured to cause cooling and / or heating of the heat exchange fluid flowing in the fluid circuit until the heat exchange fluid flowing in the fluid circuit reaches a specific temperature or a specific temperature range. Further, the controller may be configured to maintain the heat exchange fluid flowing in the fluid circuit at a specific temperature or within a specific temperature range.
  • control unit is adapted to a simultaneous cooling of the in the
  • the heat exchange module is capable of the flowing in the fluid circuit heat exchange fluid and the electrical Heat source to cool at the same time. This further improves the efficiency of the heat exchange system.
  • the object of the invention is also achieved by a vehicle according to claim 21.
  • the heat exchange system of the vehicle according to the invention is configured according to one of the above-described embodiments.
  • Fig. 1 is a perspective view of an inventive
  • FIG. 2 is another perspective view of the heat exchange module illustrated in FIG. 1; FIG.
  • FIG. 3 is an exploded view of that shown in Fig. 1 and Fig. 2
  • Fig. 4 is a perspective view of another invention
  • FIG. 5 is an exploded view of the heat exchange module shown in FIG. 4; FIG.
  • Fig. 6 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 7 is a schematic representation of another invention
  • FIGS. 1, 2 and 3 show a heat exchange module 10 having two outer fluid sections 16a, 16b and an inner fluid section 26 which is interposed between the two outer fluid portions 16a, 16b is arranged.
  • the two outer fluid sections 16a, 16b are each adapted to exchange heat with a liquid first heat exchange fluid, namely water.
  • the inner fluid portion 26 is adapted to be filled with a gaseous second heat exchange fluid, namely
  • Each outer fluid portion 16a, 16b is in contact with an outer plate 34a, 34b and includes a fluid chamber 18a, 18b adapted to receive the liquid first heat exchange fluid, wherein the fluid chambers 18a, 18b are provided with a fluid chamber 18a, 18b
  • the outer fluid portion 16b includes a fluid inlet port 22a, and the outer fluid portion 16a includes a fluid outlet port 24b, wherein the outer fluid portions 16a, 16b are adapted to enter into one through the fluid inlet port 22a and the fluid outlet port 24b
  • the connecting tube 20 is connected to the
  • Outlet port 24a of the outer fluid portion 16b and the inlet port 20b of the outer fluid portion 16a connected.
  • the inner fluid section 26 includes first and second heat exchange structures 14a, 14b.
  • Each heat exchange structure 14a, 14b includes a plurality of heat exchange pins 28 that are adapted to exchange heat with the gaseous second heat exchange fluid.
  • the heat exchange pins 28 of the first heat exchange structure 14a and the second heat exchange structure 14b face each other with the front surfaces of the pins 28 of the first heat exchange structure 14a in contact with the front surfaces of the pins 28 of the second heat exchange structure 14b.
  • the heat exchange module 10 includes three fans 30 a - 30 c, which are surrounded by a cover 32.
  • the fans 30a-30c are laterally disposed with respect to the inner fluid portion 26.
  • Two support walls 36a, 36b are disposed on opposite sides of the inner fluid portion 26, the outer fluid portions 16a, 16b being mounted to the support walls 36a, 36b by means of support members 38.
  • the mounting elements 38 are configured as screws.
  • a first heat pumping device 40 a is disposed between the outer fluid portion 16 a and the inner fluid portion 26.
  • a second heat pumping device 40b is disposed between the inner fluid section 26 and the outer fluid section 16b.
  • the heat pumping devices 40a, 40b are adapted to pump heat between the outer fluid sections 16a, 16b and the inner fluid section 26.
  • the fans 30a-30c are adapted to provide airflow in the
  • Each heat pump device 40a, 40b comprises 12 thermoelectric devices 42, wherein the thermoelectric devices 42 are Peltier elements and are surrounded by insulating material 44.
  • nuclearleitmaterial 46 is between the outer fluid portion 16a and the heat pump device 40a and between the
  • Heat pump device 40 a and the inner fluid portion 26 is arranged.
  • heat conduction material 46 is disposed between the outer fluid portions 16b and the heat pumping device 40b and between the heat pumping device 40b and the inner fluid portion 26.
  • Figures 4 and 5 also show a heat exchange module 10 having two outer fluid sections 16a, 16b and an inner fluid section 26 disposed between the outer fluid sections 16a, 16b.
  • the outer fluid portions 16a, 16b are adapted to exchange heat with a gaseous first heat exchange fluid, namely, the ambient air
  • the inner fluid portion 26 is adapted to exchange heat with a liquid second heat exchange fluid, water.
  • the inner fluid portion 26 includes a fluid chamber 18 adapted to receive the liquid second heat exchange fluid.
  • the fluid chamber 18 of the inner fluid portion 26 has two compartments, the compartments with each other in
  • Fluid communication stand The compartments have the same volume and in the
  • compartments have separate housings, with the separate housings mounted directly on top of each other.
  • Fluid portion 26 includes a fluid inlet port 22 and a fluid outlet port 24, wherein the inner fluid portion 26 is adapted to by means of the fluid inlet port 22 and the fluid outlet port 24 to be integrated into a fluid circuit.
  • the outer fluid portions 16a, 16b each include a plurality of
  • Heat exchange pins 28 are adapted to exchange heat with the gaseous first heat exchange fluid.
  • the heat exchange pins 28 of the first outer fluid portion 16a and the second outer fluid portion 16b face away from each other, with the heat exchange pins 28 of the first outer
  • Fluid section 16a toward the fan 30a, 30b and have the heat exchange pins 28 of the second outer fluid portion 16b toward the fan 30c, 30d have.
  • the fans 30a, 30b are mounted on a mounting frame 48a and adapted to generate airflow through the outer fluid portion 16a.
  • the fans 30c, 30d are mounted on a mounting frame 48b and adapted to generate an air flow through the outer fluid portion 16b.
  • a first heat pumping device 40 a is disposed between the outer fluid portion 16 a and the inner fluid portion 26.
  • a second heat pumping device 40b is disposed between the inner fluid section 26 and the outer fluid section 16b.
  • the heat pumping devices 40a, 40b are adapted to pump heat between the outer fluid sections 16a, 16b and the inner fluid section 26.
  • Each heat pump device 40a, 40b comprises 12 thermoelectric devices 42, wherein the thermoelectric devices 42 Peltier elements and of
  • Heat pump device 40 a and the inner fluid portion 26 is arranged.
  • heat conduction material 46 is also disposed between the outer fluid portions 16b and the heat pumping device 40b and between the heat pumping device 40b and the inner fluid portion 26.
  • the outer fluid portions 16a, 16b and the inner fluid portion 26 are disposed between the fans 30a-30d.
  • Each of the multiple fans 30a-30d is to adapted to generate an air flow substantially perpendicular to heat pumping devices 40a, 40b.
  • FIG. 6 shows a heat exchange system 100 having a heat exchange module 10 and a remote heat source 104 spaced from the heat exchange module 10, the remote heat source 104 being an electrical device, namely a battery.
  • the remote heat source 104 is adapted to exchange heat with a heat exchange fluid flowing in a fluid circuit 102.
  • the two outer fluid sections 16 a, 16 b of the heat exchange module 10 are integrated into the fluid circuit 102, so that the fluid flowing within a fluid circuit 102
  • Heat exchange fluid is the first heat exchange fluid with the outer
  • Fluid portions 16a, 16b exchanges heat.
  • the heat exchange module 10 includes an electric heat source 50, wherein the electric heat source 50 is arranged to communicate with the inner heat source 50
  • the electric heat source 50 is an electric current converter, namely, a DC-DC converter, and is disposed between the first and second heat exchange structures 14 a, 14 b of the inner fluid portion 26.
  • the fins 28 of the first heat exchange structure 14 a and the second heat exchange structure 14 b face toward the electric heat source 50 and are in contact with the electric heat source 50.
  • the heat exchange system 100 also includes a control unit 106.
  • Control unit 106 is configured to configure the heat exchange module 10 and the
  • the heat exchange system 100 illustrated in FIG. 7 differs from the heat exchange system 100 shown in FIG. 6 in that it does not include an electric heat source interposed between the first and second ones
  • Heat exchange structure 14 a, 14 b of the inner fluid portion 26 is arranged. Therefore, the fins 28 of the first heat exchange structure 14 a and the second heat exchange structure 14 b face each other, with the front surfaces of the fins 28 of the first heat exchange structure 14 a being in contact with the front surfaces of the fins 28 of the second heat exchange structure 14 b.
  • the electric heat source 50 is disposed laterally with respect to the outer fluid portions 16a, 16b and is part of an electrical unit.
  • the electrical unit has a passage in the vicinity of the inner fluid portion 26 to allow a gaseous second heat exchange fluid to pass through the electrical unit.
  • the electrical unit also includes heat exchange fins for improved heat exchange with the second heat exchange fluid.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmetauschmodul (10) zum Übertragen von Wärme zwischen verschiedenen Fluiden, wobei das Wärmetauschmodul (10) mindestens zwei äußere Fluidabschnitte (16a, 16b) und mindestens einen inneren Fluidabschnitt (26) umfasst, der zwischen den äußeren Fluidabschnitten (16a, 16b) angeordnet ist, wobei die mindestens zwei äußeren Fluidabschnitte (16a, 16b) dazu angepasst sind, Wärme mit einem ersten Wärmetauschfluid auszutauschen, und der innere Fluidabschnitt (26) dazu angepasst ist, Wärme mit einem zweiten Wärmetauschfluid auszutauschen.

Description

Wärmetauschmodul
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmetauschmodul zum Übertragen von Wärme zwischen verschiedenen Fluiden, wobei das Wärmetauschmodul mindestens zwei äußere Fluidabschnitte und mindestens einen inneren Fluidabschnitt aufweist, der zwischen den äußeren Fluidabschnitten angeordnet ist.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Wärmetauschsystem, wobei das
Wärmetauschsystem ein Wärmetauschmodul und eine entfernte Wärmequelle aufweist, die von dem Wärmetauschmodul beabstandet ist, wobei die entfernte Wärmequelle dazu angepasst ist, Wärme mit einem Wärmetauschfluid
auszutauschen, das in einem Fluidkreislauf fließt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug, das ein Wärmetauschsystem umfasst.
Moderne Fahrzeuge haben verschiedene Wärmequellen, die gekühlt werden müssen, um die Sicherheit und die Leistung des Fahrzeugs sicherzustellen.
Insbesondere wenn die Wärmequellen elektrische Vorrichtungen sind, wie zum Beispiel Batterien bzw. Akkus oder elektrischer Stromwandler, müssen spezifische Temperaturbereiche beibehalten werden, um bei diesen elektrischen Vorrichtungen ein Funktionsversagen und/oder Beschädigungen zu vermeiden.
Bekannte Wärmetauschmodule führen jedoch entweder zu einem übergroßen Energieverbrauch oder bieten nicht genügend Kühlkapazität. Aufgrund des exzessiven Energieverbrauchs können solche Wärmetauschmodule nicht in energieeffizienten Fahrzeugen, wie zum Beispiel elektrischen oder hybriden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. In dem Fall einer nicht ausreichenden
Kühlkapazität verbietet sich eine Integration solcher Wärmetauschmodule in ein Fahrzeug auf jeden Fall.
- 1 -
Bestätigungskopie Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung vorzustellen, die einen effizienten Wärmetausch zwischen verschiedenen Fluiden ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Wärmetauschmodul gemäß Anspruch 1 erfüllt, wobei die mindestens zwei äußeren Fluidabschnitte dazu angepasst sind, Wärme mit einem ersten Wärmetauschfluid auszutauschen, und der innere Fluidabschnitt dazu angepasst ist, Wärme mit einem zweiten Wärmetauschfluid auszutauschen.
Das erfindungsgemäße Wärmetauschmodul ermöglicht einen Wärmetausch zwischen einem ersten Wärmetauschfluid und einem zweiten Wärmetauschfluid, wobei das erste und das zweite Wärmetauschfluid voneinander verschieden sind. Das erste und das zweite Wärmetauschfluid können ein flüssiges Fluid oder ein gasförmiges Fluid sein. Aufgrund der Tatsache, dass die äußeren Fluidabschnitte und der innere Fluidabschnitt dazu angepasst sind, Wärme mit verschiedenen Wärmetauschfluiden auszutauschen, ermöglicht es das Wärmetauschmodul, dass eines der Wärmetauschfluid mittels des anderen Wärmetauschfluids gekühlt wird. Das erste Wärmetauschfluid oder das zweite Wärmetauschfluid können innerhalb eines Fluidkreislaufs fließen, um eine entfernte Wärmequelle zu kühlen. Um die Kühlung der entfernten Wärmequelle zu verbessern, können die äußeren
Fluidabschnitte oder der innere Fluidabschnitt in den Fluidkreislauf integriert sein, um zusätzlich das in dem Fluidkreislauf fließende Wärmetauschfluid zu kühlen. Das in dem Fluidkreislauf fließende Wärmetauschfluid kann das erste Wärmetauschfluid oder das zweite Wärmetauschfluid sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls umfasst das Wärmetauschmodul mindestens eine Wärmepumpvorrichtung, die dazu angepasst ist, Wärme zwischen einem äußeren Fluidabschnitt und dem inneren Fluidabschnitt zu pumpen. Die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung führt zu einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads des Wärmetauschmoduls. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Wärmetauschmodul zwei
Wärmepumpvorrichtungen, wobei die erste Wärmepumpvorrichtung dazu angepasst ist, Wärme zwischen einem ersten äußeren Fluidabschnitt und dem inneren
Fluidabschnitt des Wärmetauschmoduls zu pumpen, und die zweite Wärmepumpvorrichtung dazu angepasst ist, Wärme zwischen dem inneren
Fluidabschnitt und einem zweiten äußeren Fluidabschnitt zu pumpen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls umfasst die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung mindestens eine thermoelektrische
Vorrichtung, wobei die thermoelektrische Vorrichtung vorzugsweise zwischen den äußeren Fluidabschnitten und/oder zwischen einem äußeren Fluidabschnitt und dem inneren Fluidabschnitt angeordnet ist. Die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung kann mehrere thermoelektrische Vorrichtungen umfassen, wobei die mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung eine große thermoelektrische Vorrichtung, welche die mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen ersetzt. Die große thermoelektrische Vorrichtung oder die mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen sind als Peltier- Elemente konfiguriert und umfassen zwei Seiten, wobei Wärme von einer Seite zur anderen gepumpt wird, wenn an die große thermoelektrische Vorrichtung oder die mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen eine Spannung angelegt wird.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls ist die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung von einem Dämmmaterial umgeben und/oder ist ein Wärmeleitmaterial zwischen einem äußeren Fluidabschnitt und der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung und/oder zwischen der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung und dem inneren Fluidabschnitt angeordnet. Das
Dämmmaterial vermeidet einen unbeabsichtigten Wärmetausch mit der
Umgebungsluft, was den Wärmepumpen-Wirkungsgrad negativ beeinflussen würde. Das Wärmeleitmaterial zwischen dem äußeren Fluidabschnitt und der Wärmepumpe und/oder zwischen der Wärmepumpe und dem inneren Fluidabschnitt erhöht die thermische Kopplung der Abschnitte, wobei das Wärmeleitmaterial thermisches Fett, thermischer Leim, thermisches Füllmaterial, ein thermisches Polster oder ein thermischer Klebstoff sind.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls umfasst jeder äußere Fluidabschnitt eine Fluidkammer, die dazu angepasst ist, ein flüssiges erstes Wärmetauschfluid aufzunehmen, wobei die Fluidkammern miteinander in Fluidkommunikation sind. Das flüssige erste Wärmetauschfluid kann Wasser oder ein flüssiges Kühlmittel sein. Es wird bevorzugt, wenn die Fluidkammern der äußeren Fluidabschnitte dasselbe Volumen, dieselbe Breite, Höhe, Tiefe und/oder Form haben. Es wird ebenfalls bevorzugt, wenn die Fluidkammern der anderen
Fluidabschnitte mittels eines Verbindungsrohrs miteinander verbunden sind, wobei das Verbindungsrohr sich mindestens über die Höhe des inneren Fluidabschnitts erstreckt. Das Verbindungsrohr kann als ein gebogenes Rohr konfiguriert sein und/oder ist für einen Benutzer aufgrund seiner seitlichen Anordnung direkt zugänglich. Es wird vorgezogen, wenn die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung mit einem Gehäuse einer Fluidkammer in Kontakt ist. Dies ermöglicht einen verbesserten Wärmetausch zwischen dem äußeren Fluidabschnitt und der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls umfasst ein äußerer Fluidabschnitt einen Fluid-Einlassanschluss und umfasst ein anderer äußerer Fluidabschnitt einen Fluid-Auslassanschluss, wobei die äußeren Fluidabschnitte dazu angepasst sind, mittels des Fluid-Einlassanschlusses und des Fluid-Auslassanschlusses in einen Fluidkreislauf integriert zu sein. Vorzugsweise sind der Fluid-Einlassanschluss und der Fluid-Auslassanschluss auf derselben Seite seitlich am Wärmetauschmodul angeordnet. In einer Ausführungsform umfasst jeder äußere Fluidabschnitt einen Fluid-Einlassanschluss und einen Fluid- Auslassanschluss, wobei der Fluid-Einlassanschluss eines ersten äußeren
Fluidabschnitts und der Fluid-Auslassanschluss eines zweiten äußeren
Fluidabschnitts dazu angepasst sind, mit einem Fluidkreislauf gekoppelt zu werden, und der Fluid-Auslassanschluss des ersten äußeren Fluidabschnitts und der Fluid- Einlassanschluss des zweiten äußeren Fluidabschnitts mittels des Verbindungsrohrs miteinander verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls ist der innere Fluidabschnitt dazu angepasst, mit einem gasförmigen zweiten
Wärmetauschfluid Wärme auszutauschen, wobei das Wärmetauschmodul mindestens einen Lüfter umfasst, der dazu angepasst ist, einen Luftstrom durch den inneren Fluidabschnitt zu erzeugen. Das gasförmige zweite Wärmetauschfluid kann die Umgebungsluft sein. Der mindestens eine Lüfter ist dazu konfiguriert, eine Umgebungsluft anzusaugen und die Umgebungsluft durch den inneren Fluidabschnitt zu blasen. In einer alternativen Ausführungsform ist der mindestens eine Lüfter dazu konfiguriert, durch den inneren Fluidabschnitt Umgebungsluft anzusaugen. Der innere Fluidabschnitt kann einen oder mehrere Kühlkörper und/oder eine Vielzahl von Wärmetausch-Finnen, -Rippen und/oder -Stiften umfassen. Die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung kann mit dem einen oder den mehreren Kühlkörpern des inneren Fluidabschnitts in Kontakt sein.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls ist mindestens ein Lüfter seitlich mit Bezug auf den inneren Fluidabschnitt angeordnet und/oder ist dazu angepasst, einen Luftstrom im Wesentlichen parallel zu der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung zu erzeugen. Es wird bevorzugt, wenn die Fluidkammern als flache Kammern konfiguriert sind, die im Wesentlichen parallel zu der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung angeordnet sind, sodass die
Flüssigkeit innerhalb der Fluidkammern der anderen Fluidabschnitte und die Luft in dem inneren Fluidabschnitt in parallelen Ebenen strömen. Das Wärmetauschmodul kann eine oder mehrere Stützwände aufweisen, die dazu konfiguriert sind, die Struktur des Wärmetauschmoduls zu tragen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Stützwände an gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauschmoduls angeordnet und verbinden die Gehäuse der Fluidkammern der anderen
Fluidabschnitte miteinander. Die Gehäuse der Fluidkammern der äußeren
Fluidabschnitte können mittels Schrauben an den Stützwänden montiert sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls umfasst der innere Fluidabschnitt erste und zweite Wärmetauschstrukturen, wobei jede Wärmetauschstruktur vorzugsweise eine Vielzahl von Wärmetausch-Stiften, - Finnen und/oder -Rippen umfasst. Ferner wird es vorgezogen, wenn die erste und die zweite Wärmetauschstruktur abschnittsweise oder vollständig in Form und/oder Größe identisch sind. Die erste Wärmetauschstruktur und die zweite
Wärmetauschstruktur können in einer spiegelverkehrten Weise angeordnet sein. Die erste und die zweite Wärmetauschstruktur können direkt aufeinander angeordnet sein. In einer alternativen Ausführungsform können die erste und die zweite
Wärmetauschstruktur voneinander beabstandet sein. In dem Fall, in dem die erste und die zweite Wärmetauschstruktur voneinander beabstandet sind, kann eine Wärmequelle zwischen der ersten und der zweiten Wärmetauschstruktur angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Wärmequelle eine elektrische Vorrichtung, wie zum Beispiel ein elektrischer Stromwandler, vorzugsweise ein DC- DC-Wandler sein.
In noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Wärmetauschmoduls umfasst der innere Fluidabschnitt eine Fluidkammer, die dazu angepasst ist, ein flüssiges zweites Wärmetauschfluid aufzunehmen. Das flüssige zweite Wärmetauschfluid kann Wasser oder ein flüssiges Kühlmittel sein. Es wird bevorzugt, wenn die Fluidkammer des inneren Fluidabschnitts zwei Abteile hat, wobei die Abteile miteinander in Fluidkommunikation sind. Es wird bevorzugt, wenn die Abteile dasselbe Volumen, dieselbe Breite, Höhe, Tiefe und/oder Form haben. Ebenfalls wird es bevorzugt, wenn die Abteile getrennte Gehäuse haben, wobei die getrennten Gehäuse direkt aufeinander montiert sind. Es wird bevorzugt, wenn die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung mit einem Gehäuse einer Fluidkammer in Kontakt ist. Dies ermöglicht einen verbesserten Wärmetausch zwischen dem äußeren Fluidabschnitt und der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung.
Ferner wird ein Wärmetauschmodul bevorzugt, bei dem jeder der äußeren
Fluidabschnitte dazu angepasst ist, mit einem gasförmigen ersten Wärmetauschfluid Wärme auszutauschen, bei dem das Wärmetauschmodul mindestens einen Lüfter, vorzugsweise mehrere Lüfter, umfasst, die dazu angepasst sind, einen Luftstrom durch die äußeren Fluidabschnitte zu erzeugen. Das gasförmige erste
Wärmetauschfluid kann die Umgebungsluft sein. Der mindestens eine Lüfter ist dazu konfiguriert, die Umgebungsluft einzusaugen und die Umgebungsluft durch einen äußeren Fluidabschnitt oder beide äußere Fluidabschnitte auszublasen. In einer alternativen Ausführungsform ist der mindestens eine Lüfter dazu konfiguriert, Umgebungsluft durch einen äußeren Fluidabschnitt oder beide äußere
Fluidabschnitte anzusaugen. Die äußeren Fluidabschnitte können einen oder mehrere Kühlkörper und/oder eine Vielzahl von Wärmetausch-Finnen, -Rippen und/oder -Stiften umfassen. Die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung kann mit dem einen oder mit den mehreren Kühlkörpern eines äußeren Fluidabschnitts oder beider äußerer Fluidabschnitte in Kontakt sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls sind die mindestens zwei äußeren Fluidabschnitte und der mindestens eine innere Fluidabschnitt zwischen mehreren Lüftern angeordnet und/oder ist jeder der mehreren Lüfter dazu angepasst, einen Luftstrom im Wesentlichen senkrecht zu der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung zu erzeugen. Das Wärmetauschmodul kann zwei Montagerahmen umfassen, die sich jeweils von dem inneren
Fluidabschnitt über einen der äußeren Fluidabschnitte erstrecken, und mindestens ein Lüfter ist an jedem Montagerahmen montiert.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Wärmetauschmodul eine elektrische Wärmequelle, wobei die elektrische Wärmequelle so angeordnet ist, dass sie mit einem äußeren Fluidabschnitt und/oder dem inneren Fluidabschnitt Wärme austauscht. Es wird bevorzugt, wenn die elektrische Wärmequelle mit einem äußeren Fluidabschnitt und/oder dem inneren Fluidabschnitt in direktem Kontakt ist. In einer alternativen Ausführungsform ist die elektrische Wärmequelle in einen äußeren Fluidabschnitt und/oder den inneren Fluidabschnitt integriert. Wärmeleitmaterial, wie zum Beispiel thermisches Fett, thermischer Leim, thermisches Füllmaterial, ein thermisches Polster oder ein thermischer Klebstoff, können zwischen der
elektrischen Wärmequelle und einem äußeren Fluidabschnitt und/oder dem inneren Fluidabschnitt angeordnet sein.
Ferner wird ein Wärmetauschmodul bevorzugt, bei dem die elektrische Wärmequelle zwischen den äußeren Fluidabschnitten oder seitlich bezüglich der äußeren
Fluidabschnitte angeordnet ist. In dem Fall, in dem die elektrische Wärmequelle seitlich bezüglich der äußeren Fluidabschnitte angeordnet ist, wird bevorzugt, wenn eine elektrische Einheit, welche die elektrische Wärmequelle umfasst, einen
Durchgang in der Nähe der äußeren Fluidabschnitte und/oder des inneren
Fluidabschnitt aufweist, um es einem gasförmigen ersten Wärmetauschfluid oder einem gasförmigen zweiten Wärmetauschfluid zu erlauben, durch die elektrische Wärmequelle oder die elektrische Einheit zu gelangen. Die elektrische Einheit, welche die elektrische Wärmequelle umfasst, kann Wärmetausch-Stifte, -Finnen und/oder -Rippen umfassen. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls ist die elektrische Wärmequelle zwischen der ersten und der zweiten
Wärmetauschstruktur des inneren Fluidabschnitts angeordnet. Es wird auch vorgezogen, wenn die erste Wärmetauschstruktur und die zweite
Wärmetauschstruktur in einer spiegelverkehrten Weise angeordnet sind, wobei beide Wärmetauschstrukturen Wärmetausch-Stifte, -Finnen und/oder -Rippen umfassen. Es wird ferner bevorzugt, wenn die Wärmetausch-Stifte, -Finnen und/oder -Rippen der ersten Wärmetauschstruktur und der zweiten Wärmetauschstruktur zueinander weisen oder voneinander weg weisen. In dem Fall, in dem das Wärmetauschmodul eine elektrische Wärmequelle umfasst, wird bevorzugt, wenn die Wärmetausch- Stifte, -Finnen und/oder -Rippen der ersten Wärmetauschstruktur und der zweiten Wärmetauschstruktur in die Richtung der elektrischen Wärmequelle weisen, von der elektrischen Wärmequelle weg weisen und/oder mit der elektrischen Wärmequelle in Kontakt sind.
Außerdem wird ein Wärmetauschmodul bevorzugt, bei dem die elektrische
Wärmequelle ein elektrischer Stromwandler, vorzugsweise ein DC-DC-Wandler ist. Der elektrische Stromwandler kann mit einer bordeigenen Stromversorgung verbunden sein, für den Fall, dass das Wärmetauschmodul in Verbindung mit einem Fahrzeug eingesetzt wird. Ferner kann der elektrische Stromwandler mit der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung verbunden sein und versorgt die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung mit elektrischem Strom. Es wird bevorzugt, wenn die Ausgangsspannung des elektrischen Stromwandlers der
Eingangsspannung der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung entspricht.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Wärmetauschsystem gemäß
Anspruch 17 gelöst. Das Wärmetauschmodul des Wärmetauschsystems gemäß der Erfindung ist gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert, und die mindestens zwei äußeren Fluidabschnitte oder der mindestens eine innere Fluidabschnitt ist/sind in den Fluidkreislauf integriert. Deshalb kann das in dem Fluidkreislauf fließende Wärmetauschfluid das erste Wärmetauschfluid oder das zweite Wärmetauschfluid sein. Hinsichtlich der Vorteile und möglicher Modifikationen des erfindungsgemäßen Wärmetauschsystems wird auf die oben beschriebenen Vorteile und möglichen Modifikationen des erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls verwiesen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschsystems ist die entfernte Wärmequelle eine elektrische Vorrichtung, vorzugsweise eine Batterie bzw. ein Akku. Insbesondere auf dem Gebiet der Elektromobilität besteht ein Bedarf nach leistungsstarken Wärmetauschmodulen, die dazu fähig sind, ein flüssiges
Wärmetauschfluid zu kühlen, das innerhalb eines Fluidkreislaufs fließt, um eine Batterie bzw. einen Akku zu kühlen.
Ferner ist ein Wärmetauschsystem mit einer Steuerungseinheit bevorzugt, wobei die Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, das Wärmetauschmodul, das erste
Wärmetauschfluid, das zweite Wärmetauschfluid, den mindestens einen Lüfter und/oder die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung des Wärmetauschmoduls zu steuern. Es wird bevorzugt, wenn die Steuereinheit die Strömungsrate des ersten Wärmetauschfluids und/oder des zweiten Wärmetauschfluids steuert. Die
Steuereinheit kann die elektrische Leistung, die Spannung und/oder den Strom steuern, die bzw. der an einen Strömungsgenerator für das erste Wärmetauschfluid und/oder das zweite Wärmetauschfluid angelegt wird, und/oder an den mindestens einen Lüfter und/oder die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung angelegt wird. Die Steuereinheit kann dazu konfiguriert sein, ein Kühlen und/oder ein Beheizen des Wärmetauschfluids zu bewirken, das in dem Fluidkreislauf fließt, bis das in dem Fluidkreislauf fließende Wärmetauschfluid eine spezifische Temperatur oder einen spezifischen Temperaturbereich erreicht. Ferner kann die Steuervorrichtung dazu konfiguriert sein, das in dem Fluidkreislauf fließende Wärmetauschfluid auf einer spezifischen Temperatur oder innerhalb eines spezifischen Temperaturbereichs zu halten.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschsystems ist die Steuereinheit dazu angepasst, eine gleichzeitige Kühlung des in dem
Fluidkreislauf fließenden Wärmetauschfluids und der elektrischen Wärmequelle mittels des Wärmetauschmoduls zu verursachen. Daher ist das Wärmetauschmodul dazu fähig, das in dem Fluidkreislauf fließende Wärmetauschfluid und die elektrische Wärmequelle zur gleichen Zeit zu kühlen. Dies verbessert ferner den Wirkungsgrad des Wärmetauschsystems.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 21 erfüllt. Das Wärmetauschsystem des Fahrzeugs gemäß der Erfindung ist gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert. Hinsichtlich der Vorteile und möglicher Modifikationen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird auf die oben beschriebenen Vorteile und möglichen Modifikationen des
erfindungsgemäßen Wärmetauschsystems verwiesen.
Die Erfindung wird ferner nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Wärmetauschmoduls;
Fig. 2 eine weitere perspektivische Darstellung des in Fig. 1 veranschaulichten Wärmetauschmoduls;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten
Wärmetauschmoduls;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Wärmetauschmoduls;
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung des in Fig. 4 gezeigten Wärmetauschmoduls;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Wärmetauschsystems; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Wärmetauschsystems.
Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 zeigen ein Wärmetauschmodul 10 mit zwei äußeren Fluidabschnitten 16a, 16b und einem inneren Fluidabschnitt 26, der zwischen den äußeren Fluidabschnitten 16a, 16b angeordnet ist. Die zwei äußeren Fluidabschnitte 16a, 16b sind jeweils dazu angepasst, mit einem flüssigen ersten Wärmetauschfluid, nämlich Wasser, Wärme auszutauschen. Der innere Fluidabschnitt 26 ist dazu angepasst, mit einem gasförmigen zweiten Wärmetauschfluid, nämlich der
Umgebungsluft, Wärme auszutauschen.
Jeder äußere Fluidabschnitt 16a, 16b ist mit einer äußeren Platte 34a, 34b in Kontakt und umfasst eine Fluidkammer 18a, 18b, die dazu angepasst ist, das flüssige erste Wärmetauschfluid aufzunehmen, wobei die Fluidkammern 18a, 18b mit einem
Verbindungsrohr 20 verbunden sind und daher miteinander in Fluidkommunikation stehen. Der äußere Fluidabschnitt 16b umfasst einen Fluid-Einlassanschluss 22a, und der äußere Fluidabschnitt 16a umfasst einen Fluid-Auslassanschluss 24b, wobei die äußeren Fluidabschnitte 16a, 16b dazu angepasst sind, mittels des Fluid- Einlassanschlusses 22a und des Fluid-Auslassanschlusses 24b in einen
Fluidkreislauf 102 integriert zu werden. Das Verbindungsrohr 20 ist mit dem
Auslassanschluss 24a des äußeren Fluidabschnitts 16b und dem Einlassanschluss 20b des äußeren Fluidabschnitts 16a verbunden.
Der innere Fluidabschnitt 26 umfasst erste und zweite Wärmetauschstrukturen 14a, 14b. Jede Wärmetauschstruktur 14a, 14b umfasst eine Vielzahl von Wärmetausch- Stiften 28, die dazu angepasst sind, mit dem gasförmigen zweiten Wärmetauschfluid Wärme auszutauschen. Die Wärmetausch-Stifte 28 der ersten Wärmetauschstruktur 14a und der zweiten Wärmetauschstruktur 14b weisen zueinander, wobei die vorderen Oberflächen der Stifte 28 der ersten Wärmetauschstruktur 14a mit den vorderen Oberflächen der Stifte 28 der zweiten Wärmetauschstruktur 14b in Kontakt sind.
Das Wärmetauschmodul 10 umfasst drei Lüfter 30a-30c, die von einer Abdeckung 32 umgeben sind. Die Lüfter 30a-30c sind bezüglich des inneren Fluidabschnitts 26 seitlich angeordnet. Zwei Stützwände 36a, 36b sind auf gegenüberliegenden Seiten des inneren Fluidabschnitts 26 angeordnet, wobei die äußeren Fluidabschnitte 16a, 16b an den Stützwänden 36a, 36b mittels ontageelementen 38 montiert sind. Die Montageelemente 38 sind als Schrauben konfiguriert. Eine erste Wärmepumpvorrichtung 40a ist zwischen dem äußeren Fluidabschnitt 16a und dem inneren Fluidabschnitt 26 angeordnet. Eine zweite Wärmepumpvorrichtung 40b ist zwischen dem inneren Fluidabschnitt 26 und dem äußeren Fluidabschnitt 16b angeordnet. Die Wärmepumpvorrichtungen 40a, 40b sind dazu angepasst, zwischen den äußeren Fluidabschnitten 16a, 16b und dem inneren Fluidabschnitt 26 Wärme zu pumpen. Die Lüfter 30a-30c sind dazu angepasst, einen Luftstrom im
Wesentlichen parallel zur ersten und zur zweiten Wärmepumpvorrichtung 40a, 40b zu erzeugen.
Jede Wärmepumpvorrichtung 40a, 40b umfasst 12 thermoelektrische Vorrichtungen 42, wobei die thermoelektrischen Vorrichtungen 42 Peltier-Elemente sind und von Dämmmaterial 44 umgeben sind. Wärmeleitmaterial 46 ist zwischen dem äußeren Fluidabschnitt 16a und der Wärmepumpvorrichtung 40a und zwischen der
Wärmepumpvorrichtung 40a und dem inneren Fluidabschnitt 26 angeordnet.
Außerdem ist Wärmeleitmaterial 46 zwischen den äußeren Fluidabschnitten 16b und der Wärmepumpvorrichtung 40b und zwischen der Wärmepumpvorrichtung 40b und dem inneren Fluidabschnitt 26 angeordnet.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen ebenfalls ein Wärmetauschmodul 10 mit zwei äußeren Fluidabschnitten 16a, 16b und einem inneren Fluidabschnitt 26, der zwischen den äußeren Fluidabschnitten 16a, 16b angeordnet ist. Die äußeren Fluidabschnitte 16a, 16b sind jedoch dazu angepasst, mit einem gasförmigen ersten Wärmetauschfluid, nämlich der Umgebungsluft, Wärme auszutauschen, und der innere Fluidabschnitt 26 ist dazu angepasst, mit einem flüssigen zweiten Wärmetauschfluid, nämlich Wasser, Wärme auszutauschen.
Der innere Fluidabschnitt 26 umfasst eine Fluidkammer 18, die dazu angepasst ist, das flüssige zweite Wärmetauschfluid aufzunehmen. Die Fluidkammer 18 des inneren Fluidabschnitts 26 hat zwei Abteile, wobei die Abteile miteinander in
Fluidkommunikation stehen. Die Abteile haben dasselbe Volumen und im
Wesentlichen dieselbe Form. Außerdem haben die Abteile getrennte Gehäuse, wobei die getrennten Gehäuse direkt aufeinander montiert sind. Der innere
Fluidabschnitt 26 umfasst einen Fluid-Einlassanschluss 22 und einen Fluid- Auslassanschluss 24, wobei der innere Fluidabschnitt 26 dazu angepasst ist, mittels des Fluid-Einlassanschlusses 22 und des Fluid-Auslassanschlusses 24 in einen Fluidkreislauf integriert zu werden.
Die äußeren Fluidabschnitte 16a, 16b umfassen jeweils eine Vielzahl von
Wärmetausch-Stiften 28 und sind dazu angepasst, mit dem gasförmigen ersten Wärmetauschfluid Wärme auszutauschen. Die Wärmetausch-Stifte 28 des ersten äußeren Fluidabschnitts 16a und des zweiten äußeren Fluidabschnitts 16b weisen voneinander weg, wobei die Wärmetausch-Stifte 28 des ersten äußeren
Fluidabschnitts 16a in Richtung auf Lüfter 30a, 30b weisen und die Wärmetausch- Stifte 28 des zweiten äußeren Fluidabschnitts 16b in Richtung auf Lüfter 30c, 30d weisen.
Die Lüfter 30a, 30b sind auf einem Montagerahmen 48a montiert und dazu angepasst, einen Luftstrom durch den äußeren Fluidabschnitt 16a zu erzeugen. Die Lüfter 30c, 30d sind auf einem Montagerahmen 48b montiert und dazu angepasst, einen Luftstrom durch den äußeren Fluidabschnitt 16b zu erzeugen.
Eine erste Wärmepumpvorrichtung 40a ist zwischen dem äußeren Fluidabschnitt 16a und dem inneren Fluidabschnitt 26 angeordnet. Eine zweite Wärmepumpvorrichtung 40b ist zwischen dem inneren Fluidabschnitt 26 und dem äußeren Fluidabschnitt 16b angeordnet. Die Wärmepumpvorrichtungen 40a, 40b sind dazu angepasst, zwischen den äußeren Fluidabschnitten 16a, 16b und dem inneren Fluidabschnitt 26 Wärme zu pumpen.
Jede Wärmepumpvorrichtung 40a, 40b umfasst 12 thermoelektrische Vorrichtungen 42, wobei die thermoelektrischen Vorrichtungen 42 Peltier-Elemente und von
Dämmmaterial 44 umgeben sind. Wärmeleitmaterial 46 ist zwischen dem äußeren Fluidabschnitt 16a und der Wärmepumpvorrichtung 40a und zwischen der
Wärmepumpvorrichtung 40a und dem inneren Fluidabschnitt 26 angeordnet.
Außerdem ist auch Wärmeleitmaterial 46 zwischen den äußeren Fluidabschnitten 16b und der Wärmepumpvorrichtung 40b und zwischen der Wärmepumpvorrichtung 40b und dem inneren Fluidabschnitt 26 angeordnet.
Die äußeren Fluidabschnitte 16a, 16b und der innere Fluidabschnitt 26 sind zwischen den Lüftern 30a-30d angeordnet. Jeder der mehreren Lüfter 30a-30d ist dazu angepasst, einen Luftstrom im Wesentlichen senkrecht zu Wärmepumpvorrichtungen 40a, 40b zu erzeugen.
Fig. 6 zeigt ein Wärmetauschsystem 100 mit einem Wärmetauschmodul 10 und einer entfernten Wärmequelle 104, die von dem Wärmetauschmodul 10 beabstandet ist, wobei die entfernte Wärmequelle 104 eine elektrische Vorrichtung, nämlich eine Batterie bzw. ein Akku ist.
Die entfernte Wärmequelle 104 ist dazu angepasst, mit einem Wärmetauschfluid, das in einem Fluidkreislauf 102 fließt, Wärme auszutauschen. Die zwei äußeren Fluidabschnitte 16a, 16b des Wärmetauschmoduls 10 sind in den Fluidkreislauf 102 integriert, sodass das innerhalb eines Fluidkreislaufs 102 fließende
Wärmetauschfluid das erste Wärmetauschfluid ist, das mit den äußeren
Fluidabschnitten 16a, 16b Wärme austauscht.
Das Wärmetauschmodul 10 umfasst eine elektrische Wärmequelle 50, wobei die elektrische Wärmequelle 50 so angeordnet ist, dass sie mit dem inneren
Fluidabschnitt 26 Wärme austauscht. Die elektrische Wärmequelle 50 ist ein elektrischer Stromwandler, nämlich ein DC-DC-Wandler, und ist zwischen der ersten und der zweiten Wärmetauschstruktur 14a, 14b des inneren Fluidabschnitts 26 angeordnet. Die Rippen 28 der ersten Wärmetauschstruktur 14a und der zweiten Wärmetauschstruktur 14b weisen in Richtung auf die elektrische Wärmequelle 50 und sind mit der elektrischen Wärmequelle 50 in Kontakt.
Das Wärmetauschsystem 100 umfasst auch eine Steuereinheit 106. Die
Steuereinheit 106 ist dazu konfiguriert, das Wärmetauschmodul 10 und die
Strömungsrate des in dem Fluidkreislauf 102 fließenden ersten Wärmetauschfluids zu steuern. Ferner ist die Steuereinheit 106 dazu angepasst, eine gleichzeitige Kühlung des Wärmetauschfluids, das in dem Fluidkreislauf 102 fließt, und der elektrischen Wärmequelle 50 mittels des Wärmetauschmoduls 10 zu verursachen.
Das Wärmetauschsystem 100, das in Fig. 7 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem Wärmetauschsystem 100, das in Fig. 6 gezeigt ist, dahingehend, dass es keine elektrische Wärmequelle umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten
Wärmetauschstruktur 14a, 14b des inneren Fluidabschnitts 26 angeordnet ist. Deshalb weisen die Rippen 28 der ersten Wärmetauschstruktur 14a und der zweiten Wärmetauschstruktur 14b in Richtung aufeinander, wobei die vorderen Oberflächen der Rippen 28 der ersten Wärmetauschstruktur 14a mit den vorderen Oberflächen der Rippen 28 der zweiten Wärmetauschstruktur 14b in Kontakt sind.
Die elektrische Wärmequelle 50 ist seitlich bezüglich der äußeren Fluidabschnitte 16a, 16b angeordnet und ist Teil einer elektrischen Einheit. Die elektrische Einheit hat einen Durchgang in der Nähe des inneren Fluidabschnitts 26, um es einem gasförmigen zweiten Wärmetauschfluid zu erlauben, durch die elektrische Einheit zu gelangen. Die elektrische Einheit umfasst auch Wärmetausch-Rippen für einen verbesserten Wärmeaustausch mit dem zweiten Wärmetauschfluid.
Bezugszeichenliste Wärmetauschmodul
a, 14b Wärmetauschstrukturen
a, 16b äußere Fluidabschnitte
, 18a, 18b Fluidkammern
Verbindungsrohr
, 22a, 22b Einlassanschlüsse
, 24a, 24b Auslassanschlüsse
innerer Fluidabschnitt
Stifte/Rippen
a-30d Lüfter
Abdeckung
a, 34b äußere Platte
a, 36b Stützwand
Montageelemente
a, 40b Wärmepumpvorrichtung
thermoelektrische Vorrichtung
Dämmmaterial
Wärmeleitmaterial
a, 48b Montagerahmen
elektrische Wärmequelle 0 Wärmetauschsystem
2 Fluidkreislauf
4 entfernte Wärmequelle
6 Steuereinheit

Claims

Patentansprüche
Wärmetauschmodul (10) zum Übertragen von Wärme zwischen
verschiedenen Fluiden, umfassend:
mindestens zwei äußere Fluidabschnitte (16a, 16b) und
mindestens einen inneren Fluidabschnitt (26), der zwischen den äußeren Fluidabschnitten (16a, 16b) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei äußeren
Fluidabschnitte (16a, 16b) dazu angepasst sind, Wärme mit einem ersten Wärmetauschfluid auszutauschen, und der innere Fluidabschnitt (26) dazu angepasst ist, Wärme mit einem zweiten Wärmetauschfluid auszutauschen.
Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 1 ,
gekennzeichnet durch mindestens eine Wärmepumpvorrichtung (40a, 40b), die dazu angepasst ist, Wärme zwischen einem äußeren Fluidabschnitt (16a, 16b) und dem inneren Fluidabschnitt (26) zu pumpen.
Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine
Wärmepumpvorrichtung (40a, 40b) mindestens eine thermoelektrische Vorrichtung (42) umfasst, wobei die thermoelektrische Vorrichtung (42) vorzugsweise zwischen den äußeren Fluidabschnitten (16a, 16b) und/oder zwischen einem äußeren Fluidabschnitt (16a, 16b) und dem inneren
Fluidabschnitt (26) angeordnet ist.
Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine
Wärmepumpvorrichtung (40a, 40b) von Dämmmaterial (44) umgeben ist und/oder dass Wärmeleitmaterial (46) zwischen einem äußeren Fluidabschnitt (16a, 16b) und der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung (40a, 40b) und/oder zwischen der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung (40a, 40b) und dem inneren Fluidabschnitt (26) angeordnet ist.
5. Wärmetauschmodul (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder äußere Fluidabschnitt (16a, 16b) eine Fluidkammer (18a, 18b) umfasst, die dazu angepasst ist, ein flüssiges zweites Wärmetauschfluid aufzunehmen, wobei die Fluidkammern (18a, 18b) miteinander in Fluidkommunikation sind.
6. Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Fluidabschnitt (16a, 16b) einen Fluid-Einlassanschluss (22a, 22b) umfasst und ein weiterer
Fluidabschnitt (16a, 16b) einen Fluid-Auslassanschluss (24a, 24b) umfasst, wobei die äußeren Fluidabschnitte (16a, 16b) dazu angepasst sind, mittels des Fluid-Einlassanschlusses (22a, 22b) und des Fluid-Auslassanschlusses (24a, 24b) in einen Fluidkreislauf (102) integriert zu werden.
7. Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der innere Fluidabschnitt (26) dazu angepasst ist, Wärme mit einem gasförmigen zweiten Wärmetauschfluid auszutauschen, wobei das Wärmetauschmodul (10) mindestens einen Lüfter (30a-30d) umfasst, der dazu angepasst ist, einen Luftrstrom durch den inneren Fluidabschnitt (26) zu erzeugen.
8. Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lüfter (30a-30d) bezüglich dem inneren Fluidabschnitt (26) seitlich angeordnet ist und/oder dazu angepasst ist, einen Luftstrom im Wesentlichen parallel zu der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung (40a, 40b) zu erzeugen.
9. Wärmetauschmodul (10) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der innere Fluidabschnitt (26) eine erste und eine zweite Wärmetauschstruktur (14a, 14b) umfasst, wobei jede
Wärmetauschstruktur (14a, 14b) vorzugsweise eine Vielzahl von
Wärmetausch-Stiften (28), -Finnen und/oder -Rippen umfasst.
10. Wärmetauschmodul (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Fluidabschnitt (26) eine Fluidkammer (18) umfasst, die dazu angepasst ist, ein flüssiges zweites Wärmetauschfluid aufzunehmen.
11. Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder der äußeren Fluidabschnitte (16a, 16b) dazu angepasst ist, Wärme mit einem gasförmigen ersten
Wärmetauschfluid auszutauschen, während das Wärmetauschmodul (10) mindestens einen Lüfter (30a-30d), vorzugsweise mehrere Lüfter (30a-30d) umfasst, die dazu angepasst sind, einen Luftstrom durch die äußeren
Fluidabschnitte (16a, 16b) zu erzeugen.
12. Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei äußeren
Fluidabschnitte (16a, 16b) und der mindestens eine innere Fluidabschnitt (26) zwischen mehreren Lüftern (30a-30d) angeordnet sind und/oder jeder der mehreren Lüfter (30a-30d) dazu angepasst ist, einen Luftstrom im
Wesentlichen senkrecht zur der mindestens einen Wärmepumpvorrichtung (40a, 40b) zu erzeugen.
13. Wärmetauschmodul (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine elektrische Wärmequelle (50), wobei die elektrische Wärmequelle (50) so angeordnet ist, dass sie Wärme mit einem äußeren Fluidabschnitt (16a, 16b) und/oder dem inneren Fluidabschnitt (26) austauscht.
14. Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wärmequelle (50) zwischen den äußeren Fluidabschnitten (16a, 16b) oder seitlich mit Bezug auf die äußeren Fluidabschnitte (16a, 16b) angeordnet ist.
15. Wärmetauschmodul (10) gemäß Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wärmequelle (50) zwischen der ersten und der zweiten Wärmetauschstruktur (14a, 14b) des inneren Fluidabschnitts (26) angeordnet ist.
16. Wärmetauschmodul (10) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wärmequelle (50) ein elektrischer Stromwandler, vorzugsweise ein DC-DC-Wandler, ist.
17. Wärmetauschsystem (100), umfassend
ein Wärmetauschmodul (10); und
eine entfernte Wärmequelle (104), die von dem Wärmetauschmodul (10) beabstandet ist, wobei die entfernte Wärmequelle (104) dazu angepasst ist, Wärme mit einem Wärmetauschfluid auszutauschen, das innerhalb eines Fluidkreislaufs (102) fließt;
dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschmodul (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist und die mindestens zwei äußeren Fluidabschnitte (16a, 16b) oder der mindestens eine innere
Fluidabschnitt (26) in den Fluidkreislauf (102) integriert ist/sind.
18. Wärmetauschsystem (100) gemäß Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die entfernte Wärmequelle (104) eine elektrische Vorrichtung, vorzugsweise eine Batterie bzw. ein Akku ist.
19. Wärmetauschsystem (100) gemäß Anspruch 17 oder 18,
gekennzeichnet, durch eine Steuerungseinheit (106), die dazu konfiguriert ist, das Wärmetauschmodul (10), das erste Wärmetauschfluid, das zweite Wärmetauschfluid, den mindestens einen Lüfter (30a-30d) und/oder die mindestens eine Wärmepumpvorrichtung (40a, 40b) des Wärmetauschmoduls (10) zu steuern.
Wärmetauschsystem (100) gemäß Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (106) dazu angepasst ist, eine gleichzeitige Kühlung des in dem Fluidkreislauf (102) fließenden Wärmetauschfluids und der elektrischen Wärmequelle (50) mittels des
Wärmetauschmoduls (10) zu verursachen.
1. Fahrzeug, umfassend:
ein Wärmetauschsystem (100);
dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschsystem (100) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20 konfiguriert ist.
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