AT527873A1 - Heat transfer device - Google Patents
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- AT527873A1 AT527873A1 ATA51012/2023A AT510122023A AT527873A1 AT 527873 A1 AT527873 A1 AT 527873A1 AT 510122023 A AT510122023 A AT 510122023A AT 527873 A1 AT527873 A1 AT 527873A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung (4) umfassend einen Elementkörper, der zumindest einen Fluidkanal (9) aufweist, wobei der Fluidkanal (9) zumindest teilweise von einem ersten Wärmeübertragungselement (6) gebildet ist, wobei das erste Wärmeübertragungselement (6) aus einem ersten Verbund- material gebildet ist, das in der angegebenen Reihenfolge übereinander eine erste Kunststoffschicht (13), eine erste leitfähige Schicht (14) und eine zweite Kunst- stoffschicht (15) aufweist, wobei die erste leitfähige Schicht (14) eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C nach DIN EN 50994:2017-11 von zumindest 1 S/m und/oder eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C nach ASTM E1530 von zumindest 0,1 W/mK aufweist, und das erste Verbundmaterial auf der zweiten Kunststoffschicht (15) und damit verbunden eine zweite leitfähige Schicht (16) aufweist, die eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C nach DIN EN 50994:2017-11 von zumindest 1 S/m und/oder eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C nach ASTM E1530 von zumindest 0,1 W/mK aufweist.The invention relates to a heat transfer device (4) comprising an element body having at least one fluid channel (9), wherein the fluid channel (9) is at least partially formed by a first heat transfer element (6), wherein the first heat transfer element (6) is formed from a first composite material having a first plastic layer (13), a first conductive layer (14) and a second plastic layer (15) one above the other in the specified order, wherein the first conductive layer (14) has an electrical conductivity at 25 °C according to DIN EN 50994:2017-11 of at least 1 S/m and/or a thermal conductivity at 25 °C according to ASTM E1530 of at least 0.1 W/mK, and the first composite material has on the second plastic layer (15) and connected thereto a second conductive layer (16) which has an electrical conductivity at 25 °C according to DIN EN 50994:2017-11 of at least 1 S/m and/or a thermal conductivity at 25 °C according to ASTM E1530 of at least 0.1 W/mK.
Description
Weiter betrifft die Erfindung einen Akkumulator mit zumindest einem Speicherelement zur Speicherung von elektrischer Energie und zumindest einer Wärmeüber-Furthermore, the invention relates to an accumulator with at least one storage element for storing electrical energy and at least one heat transfer
tragungsvorrichtung zur Kühlung oder Temperierung des Speicherelements. transfer device for cooling or tempering the storage element.
Die Verwendung von mehrschichtigen Folien in Kühlern von Akkumulatoren ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die WO 03/071616 A2 eine elektrochemische Speichereinheit mit mehreren elektrochemischen Zellen und einem Kühlbalg, der aus einem verformbaren wärmeleitenden Material gebildet ist und einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss aufweist, und der von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird. Das Material, das bei der Herstellung des Kühlbalges verwendet wird, kann ein mehrschichtiges Material sein. Beschrieben ist eine dreischichtige Konstruktion, bei der eine Metallschicht zwischen einer ersten Polymerschicht und einer zweiten Polymerschicht angeordnet ist. Beispielsweise kann eine dünne Metallfolie wie etwa eine Aluminiumfolie verwendet werden, um die Wasserdampfdurchlässigkeit über The use of multilayer films in accumulator coolers is already known from the prior art. For example, WO 03/071616 A2 describes an electrochemical storage unit with multiple electrochemical cells and a cooling bellows formed from a deformable, thermally conductive material, having an inlet connection and an outlet connection, and through which a heat transfer medium flows. The material used in the manufacture of the cooling bellows can be a multilayer material. A three-layer construction is described in which a metal layer is arranged between a first polymer layer and a second polymer layer. For example, a thin metal foil, such as aluminum foil, can be used to increase the water vapor permeability across
die Lebensdauer des Kühlbalges zu minimieren. Ein heißsiegelfähiger Film, wie to minimize the lifespan of the cooling bladder. A heat-sealable film, such as
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der Metallfolie angebracht. attached to the metal foil.
Aus der AT 520 018 A1 ist ein Akkumulator mit zumindest einer Zelle zur Speicherung für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung zur Kühlung oder Temperierung der Zelle bekannt, wobei die Kühlvorrichtung zumindest eine mehrschichtige Folie zur Ausbildung eines Kühlmittelkanals aufweist. Die Folie besteht aus einem Laminat, das eine erste Kunststofffolie, eine damit verbundene Verstärkungsschicht, eine mit der Verstärkungsschicht verbundene Metallfolie oder eine mit der Verstärkungsschicht verbundene metallisierte weitere Kunststoff-From AT 520 018 A1, an accumulator with at least one cell for storing electrical energy and at least one cooling device for cooling or tempering the cell is known, wherein the cooling device has at least one multilayer film for forming a coolant channel. The film consists of a laminate comprising a first plastic film, a reinforcement layer connected thereto, a metal foil connected to the reinforcement layer, or a metallized further plastic film connected to the reinforcement layer.
folie aufweist. foil.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Sicherheit eines Ak-The present invention is based on the object of improving the safety of an
kumulators zu verbessern. to improve the accumulator.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit der eingangs genannten Wärmeübertragungsvorrichtung gelöst, bei der das erste Verbundmaterial auf der zweiten Kunststoffschicht und damit verbunden eine zweite leitfähige Schicht aufweist, die eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C nach DIN EN 50994:2017-11 von zumindest 1 S/m und/oder eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C nach ASTM E1530 von zumindest 0,1 W/mK aufweist. The object of the invention is achieved with the heat transfer device mentioned at the outset, in which the first composite material has a second conductive layer on the second plastic layer and connected thereto, which has an electrical conductivity at 25 °C according to DIN EN 50994:2017-11 of at least 1 S/m and/or a thermal conductivity at 25 °C according to ASTM E1530 of at least 0.1 W/mK.
Weiter wird die Aufgabe mit dem eingangs genannten Akkumulator gelöst, bei The task is then solved with the accumulator mentioned at the beginning, where
dem die Wärmeübertragungsvorrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist. in which the heat transfer device is designed according to the invention.
Von Vorteil ist dabei, dass mit der zweiten leitfähigen Schicht einerseits ein verbessertes Überwachungssystem für den Akkumulator zur Verfügung gestellt werden kann. Es ist damit möglich, durch die elektrische Kontaktierung der beiden leitfähigen Schichten eine Beschädigung des Wärmeübertragungselements bereits dann zu erkennen, wenn die Wärmeübertragungsvorrichtung noch keine Leckage aufweist. Beispielsweise kann auf diese Weise ein von außen in das Wär-The advantage here is that the second conductive layer provides an improved monitoring system for the accumulator. The electrical contact between the two conductive layers makes it possible to detect damage to the heat transfer element even before the heat transfer device has a leak. For example, this allows a leakage of heat from the outside into the heat transfer device.
meübertragungselement eindringender Fremdkörper erkannt werden. Andererseits foreign bodies penetrating the transmission element can be detected. On the other hand,
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über die Fläche des Wärmeübertragungselements erreicht werden kann. can be achieved via the surface of the heat transfer element.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verbundmaterial auf der zweiten leitfähigen Schicht eine dritte Kunststoffschicht aufweist. Es ist damit ein Schutz der zweiten leitfähigen Schicht erreichbar, sodass diese dünner ausgeführt werden kann. Es ist damit nicht nur möglich, den elektrischen Widerstand der Schicht zu verändern, sondern ist damit auch die Steifigkeit bzw. die Biegeschlaffheit des Wärmeübertragungselementes zu verändern, sodass sich die Wärmeübertragungsvorrichtung besser an Konturen von ei-According to one embodiment of the invention, the composite material may have a third plastic layer on top of the second conductive layer. This provides protection for the second conductive layer, allowing it to be made thinner. This not only allows the electrical resistance of the layer to be modified, but also the rigidity or flexural flexibility of the heat transfer element, allowing the heat transfer device to adapt better to the contours of a
nem Akkumulator anpassen kann. an accumulator can be adjusted.
Von Vorteil ist dabei auch, wenn nach einer Ausführungsvariante dazu die dritte Kunststoffschicht eine flüssigkeitsdicht (wasserdicht) ist und/oder eine Wasserdampfdurchlässigkeit gemäß DIN 53122-1 / DIN 53122-A von maximal 200 g/m?d aufweist. Aufgrund dieser dritten Kunststoffschicht können im Inneren des Wärmeübertragungselements bzw. der Wärmeübertragungsvorrichtung auftretende Brüche ebenfalls bereits vor dem Auftreten einer Leckage erkannt werden, da durch innere Schichten durchtretendes Fluid aus dem Fluidkanal der Wärmeübertragungsvorrichtung mit der dritten Kunststoffschicht am Austreten gehindert werden It is also advantageous if, according to a design variant, the third plastic layer is liquid-tight (waterproof) and/or has a water vapor permeability according to DIN 53122-1 / DIN 53122-A of maximum 200 g/m²d. Due to this third plastic layer, cracks occurring inside the heat transfer element or heat transfer device can also be detected before a leak occurs, since fluid penetrating the inner layers from the fluid channel of the heat transfer device is prevented from escaping by the third plastic layer.
kann. can.
Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite leitfähige Schicht aus einem metallischen Werkstoff bestehen, insbesondere aus dem gleichen metallischen Werkstoff bestehen. Es ist damit einerseits eine Verbesserung der voranstehenden Effekte betreffend die elektrische Leitfähigkeit und thermische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger dünner Ausführbarkeit des Wärmeübertragungselements erreichbar. Andererseits kann durch die Verwendung von gleichen metallischen Werkstoffen der Detekto-According to another embodiment of the invention, the first and second conductive layers may be made of a metallic material, in particular of the same metallic material. This allows, on the one hand, an improvement in the aforementioned effects regarding electrical conductivity and thermal conductivity while simultaneously allowing a thinner design of the heat transfer element. On the other hand, by using the same metallic materials, the detector
raufbau vereinfacht werden. structure can be simplified.
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chen einer besseren Betriebstemperatur erwärmt werden sollen. to a better operating temperature.
Weitere Ausführungsvarianten der Erfindung können vorsehen, dass die erste leitfähige Schicht unmittelbar auf der ersten Kunststoffschicht, die zweite Kunststoffschicht unmittelbar auf der ersten leitfähigen Schicht und die zweite leitfähige Schicht unmittelbar auf der zweiten Kunststoffschicht angeordnet sind und dass gegebenenfalls die dritte Kunststoffschicht unmittelbar auf der zweiten leitfähigen Schicht angeordnet ist. Es ist damit nicht nur ein einfacherer Schichtaufbau erreichbar, sondern kann damit auch eine Verbesserung des Wärmetransports durch das Wärmeübertragungselement oder eine Verbesserung der Messung von Further embodiments of the invention can provide that the first conductive layer is arranged directly on the first plastic layer, the second plastic layer is arranged directly on the first conductive layer, and the second conductive layer is arranged directly on the second plastic layer, and that, if appropriate, the third plastic layer is arranged directly on the second conductive layer. This not only allows for a simpler layer structure, but can also improve the heat transport through the heat transfer element or improve the measurement of
elektrischen Größen erreicht werden. electrical quantities can be achieved.
Für eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Wärmeübertragungsvorrichtung kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass der Elementkörper ein zweites Wärmeübertragungselement aufweist, das gleich ausgebildet ist, wie das erste Wärmeübertragungselement. Es ist damit einfacher möglich, die Wärmeübertragungsvorrichtung an mehrere Speicherelemente anleg-To increase the performance of the heat transfer device, according to one embodiment of the invention, the element body can be provided with a second heat transfer element that is identical in design to the first heat transfer element. This makes it easier to connect the heat transfer device to multiple storage elements.
bar auszubilden. bar training.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann zum Schutz der Wärmeübertragungsvorrichtung auch vorgesehen sein, dass der Elementkörper ein Schutzelement aus einem Werkstoff aufweist, der ein E-Modul nach ISO 527 According to a further embodiment of the invention, in order to protect the heat transfer device, it can also be provided that the element body has a protective element made of a material which has an E-modulus according to ISO 527
von zumindest 100 MPa aufweist. of at least 100 MPa.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden For a better understanding of the invention, it will be explained with reference to the following
Figuren näher erläutert. Figures explained in more detail.
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Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor und einem Akkumulator; Fig. 1 shows a motor vehicle with an electric motor and an accumulator;
Fig. 2 einen Akkumulator in Schrägansicht mit einem Wärmeübertragungselement; Fig. 2 shows an accumulator in oblique view with a heat transfer element;
Fig. 3 den Akkumulator nach Fig. 1 in Schrägansicht ohne Wärmeübertra-Fig. 3 shows the accumulator according to Fig. 1 in an oblique view without heat transfer.
gungselement; supply element;
Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Wärmeübertragungselement; Fig. 5 einen Ausschnitt aus dem Wärmeübertragungselement; Fig. 6 einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsvariante eines Wärme-Fig. 4 shows a section of the heat transfer element; Fig. 5 shows a section of the heat transfer element; Fig. 6 shows a section of a further embodiment of a heat
übertragungselementes; transmission element;
Fig. 7 Einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante eines Wärmeübertra-Fig. 7 A section of a variant of a heat exchanger
gungselementes. supply element.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-By way of introduction, it should be noted that in the variously described embodiments, identical parts are provided with identical reference symbols or component designations, whereby the disclosures contained in the entire description can be applied analogously to identical parts with identical reference symbols or component designations. Furthermore, the positional information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc., refers to the directly described and illustrated figure, and these positional
angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. information must be transferred to the new location in the event of a change in location.
Angaben zu Normen beziehen sich immer auf die zum Anmeldetag der die Priorität begründenden Erstanmeldung jeweils letztgültige Fassung dieser Normen, so-Information on standards always refers to the latest version of these standards as of the filing date of the first application establishing the priority, so-
fern nicht etwas anderes explizit angegeben ist. unless otherwise explicitly stated.
In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 1, beispielsweise ein PKW, gezeigt. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen Elektromotor 2 und einen Akkumulator 3 auf. Vorzugsweise ist Fig. 1 shows a motor vehicle 1, for example a passenger car. The motor vehicle 1 has an electric motor 2 and a battery 3. Preferably,
der Elektromotor 2 der einzige Antrieb des Kraftfahrzeuges 1. the electric motor 2 is the sole drive of the motor vehicle 1.
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satzgebieten Anwendung finden kann. areas of application.
In den Fig. 2 und 3 ist der Akkumulator 3, d.h. eine wiederaufladbare Batterie (Sekundärbatterie), in Schrägansicht dargestellt, wobei die Fig. 2 den Akkumulator 3 mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung 4 und die Fig. 3 den Akkumulator 3 ohne In Figs. 2 and 3, the accumulator 3, i.e. a rechargeable battery (secondary battery), is shown in an oblique view, wherein Fig. 2 shows the accumulator 3 with a heat transfer device 4 and Fig. 3 shows the accumulator 3 without
diese Wärmeübertragungsvorrichtung 4 zeigt. this heat transfer device 4 shows.
Der Akkumulator 3 umfasst mehrere Speicherelemente 5 bzw. Zellen für die Speicherung von elektrischer Energie (im Folgenden nur mehr als Speicherelement 5 bezeichnet). Die Speicherelemente 5 können quaderförmig, würfelförmig, zylinder-The accumulator 3 comprises several storage elements 5 or cells for storing electrical energy (hereinafter referred to as storage element 5). The storage elements 5 can be cuboid, cubic, cylindrical,
förmig, etc., ausgebildet sein. shaped, etc.
Da der prinzipielle Aufbau derartiger Akkumulatoren 3 (insbesondere für die E-Mobility) aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt ist, sei zur Vermeidung Since the basic structure of such accumulators 3 (especially for e-mobility) is known from the relevant state of the art, in order to avoid
von Wiederholungen darauf verwiesen. referred to by repetitions.
Wie aus dem Vergleich der beiden Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist die Wärmeübertragungsvorrichtung 4 an einer Seite des Akkumulators 3 angeordnet. Es kann aber auch vorgesehen werden, dass sich die Wärmeübertragungsvorrichtung 4 über zumindest zwei Oberflächen des Akkumulators 1 erstreckt, beispielsweise oben und seitlich und gegebenenfalls unten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Wärmeübertragungsvorrichtung 4 auch zwischen den Speicherelementen 5 oder nur unterhalb der Speicherelemente 5 oder nur im Bereich der Seitenwände As can be seen from the comparison of Figs. 2 and 3, the heat transfer device 4 is arranged on one side of the accumulator 3. However, it can also be provided that the heat transfer device 4 extends over at least two surfaces of the accumulator 1, for example, above and laterally and optionally below. Alternatively or additionally, the heat transfer device 4 can also be arranged between the storage elements 5 or only below the storage elements 5 or only in the region of the side walls.
der Speicherelemente 5 angeordnet sein. the storage elements 5.
Die Wärmeübertragungsvorrichtung 4 kann sich über sämtliche Speicherelemente 5 erstrecken (wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist), damit mit nur einer Wärmeübertragungsvorrichtung 4 sämtliche Speicherelemente 5 gekühlt bzw. temperiert werden können. Es aber auch möglich, in dem Akkumulator 3 für die Speicherelemente 5 mehrere Wärmeübertragungsvorrichtungen 4 vorzusehen, beispielsweise zwei The heat transfer device 4 can extend over all storage elements 5 (as can be seen in Fig. 1), so that all storage elements 5 can be cooled or tempered with only one heat transfer device 4. However, it is also possible to provide several heat transfer devices 4 in the accumulator 3 for the storage elements 5, for example two
oder drei oder vier. or three or four.
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der (den) Wärmeübertragungsvorrichtung(en) 4 an. the heat transfer device(s) 4.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Begriffe Oberseite, etc., auf die Einbau-It should be noted that the terms top, etc., refer to the installation
lage des Akkumulators 3 beziehen. position of the accumulator 3.
Weiter sei darauf hingewiesen, dass die Speicherelemente 5 modulartig ausgebildet sein können, sodass diese also auch als Speichermodule bezeichnet werden It should also be noted that the storage elements 5 can be designed in a modular manner, so that they are also referred to as storage modules
können. can.
Zudem sei darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Beschreibung der Akkumulator 3 mit mehreren Speicherelementen 5 beschrieben wird. Der Akkumulator 3 kann aber auch nur ein Speicherelement 5 aufweisen. Die Ausführungen in der Beschreibung können daher entsprechend auch auf diese Ausführungsvariante It should also be noted that in the present description, the accumulator 3 is described with several storage elements 5. However, the accumulator 3 can also have only one storage element 5. The statements in the description can therefore also be applied to this embodiment variant.
angewandt werden. be applied.
Bei sämtlichen Ausführungsvarianten umfasst die Wärmeübertragungsvorrichtung 4 ein erstes Wärmeübertragungselement 6 und vorzugsweise auch ein zweites Wärmeübertragungselement 7 oder besteht aus diesen, wie dies aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist. Das erste und das zweite Wärmeübertragungselement 6, 7 können auch zu einem einzigen Element kombiniert sein, indem das erste Wärme-In all embodiments, the heat transfer device 4 comprises a first heat transfer element 6 and preferably also a second heat transfer element 7 or consists of these, as can be seen from Figs. 4 and 5. The first and second heat transfer elements 6, 7 can also be combined into a single element by the first heat
übertragungselement 6 an einer Kante umgebogen (zusammengefaltet) wird. transmission element 6 is bent (folded) at one edge.
Das erste Wärmeübertragungselement 6 und das zweite Wärmeübertragungselement 7 sind vorzugweise gleich ausgebildet, sodass im Folgenden nur mehr auf das erste Wärmeübertragungselement 6 Bezug genommen wird. Die Ausführungen dazu können auf das weitere Wärmeübertragungselement 7 übertragen werden. Es besteht aber die Möglichkeit, dass das zweite Wärmeübertragungselement 7 einen anderen Aufbau aufweist, beispielsweise mehr oder weniger Schichten als das erste Wärmeübertragungselement 6. Die Werkstoffe für diesen Schichtaufbau des zweiten Wärmeübertragungselements 7 können für diese Ausführungsvarianten aus den zu dem ersten Wärmeübertragungselement 6 be-The first heat transfer element 6 and the second heat transfer element 7 are preferably of identical design, so that in the following, reference is only made to the first heat transfer element 6. The explanations in this regard can be transferred to the further heat transfer element 7. However, it is possible for the second heat transfer element 7 to have a different structure, for example, more or fewer layers than the first heat transfer element 6. The materials for this layer structure of the second heat transfer element 7 can be selected for these embodiments from the materials used for the first heat transfer element 6.
schriebenen Werkstoffen ausgewählt werden. described materials can be selected.
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wie dies zu Fig. 7/7 noch näher beschrieben wird. as will be described in more detail in Fig. 7/7.
Das erste Wärmeübertragungselement 6 ist als erstes Folienmaterial mehrschich-The first heat transfer element 6 is a first multi-layer foil material.
tig ausgebildet. properly trained.
Das mehrschichtige Folienmaterial des ersten Wärmeübertragungselements 6 der Wärmeübertragungsvorrichtung 4 liegt an den Speicherelementen 5 an, insbesondere unmittelbar. Nachdem das mehrschichtige Folienmaterial flexibel ist, also nicht steif ist, kann sich dieses an Unebenheiten der Speicherelemente 5 oder zwischen den Speicherelementen 5 anpassen. Eine Ausgleichsmasse zwischen der Wärmeübertragungsvorrichtung 4 und den Speicherelementen 5 ist nicht erforderlich. The multilayer foil material of the first heat transfer element 6 of the heat transfer device 4 rests against the storage elements 5, particularly directly. Since the multilayer foil material is flexible, i.e., not rigid, it can adapt to unevenness in the storage elements 5 or between the storage elements 5. A leveling compound between the heat transfer device 4 and the storage elements 5 is not required.
Weiter umfasst die Wärmeübertragungsvorrichtung 4 zumindest einen Fluidkanal 9, der sich von zumindest einem Anschlusselement 10 für die Zufuhr eines Arbeitsfluids bis zu zumindest einem Anschlusselement 11 für die Abfuhr des Arbeitsfluids erstreckt. Der zumindest eine Fluidkanal 9 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeübertragungselement 6, 7 oder zwischen zwei Lagen des ersten Wärmeübertragungselements 6 oder zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 6 und dem Schutzelement 8 durch nur partielles Verbinden des ersten Wärmeübertragungselement 6 mit dem zweiten Wärmeübertragungselement 7 oder dem Schutzelement 8 oder der zwei Lagen des ersten Wärmeübertragungselements 6 ausgebildet. Beispielsweise kann der zumindest eine Fluidkanal 9 durch Verkleben oder Verschweißen der Folienmaterialien bzw. Elemente unter Ausbildung von Verbindungsbereichen 12, wie z.B. von Stegen (siehe Fig. 5), hergestellt werden. Der zumindest eine Fluidkanal 9 entsteht dabei in den nicht verbundenen Bereichen neben den Verbindungsbereichen 12. Der zumindest eine Fluidkanal 9 ist also nicht durch ein gesondertes Bauteil gebildet. Generell werden die Verbindungstechniken vorzugsweise derart gewählt, dass keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine flüssigkeitsdichte Ausführung der The heat transfer device 4 further comprises at least one fluid channel 9, which extends from at least one connection element 10 for supplying a working fluid to at least one connection element 11 for discharging the working fluid. The at least one fluid channel 9 is formed between the first and second heat transfer elements 6, 7, or between two layers of the first heat transfer element 6, or between the first heat transfer element 6 and the protective element 8, by only partially connecting the first heat transfer element 6 to the second heat transfer element 7 or the protective element 8, or the two layers of the first heat transfer element 6. For example, the at least one fluid channel 9 can be produced by gluing or welding the film materials or elements to form connecting regions 12, such as webs (see Fig. 5). The at least one fluid channel 9 is created in the unconnected regions next to the connecting regions 12. The at least one fluid channel 9 is therefore not formed by a separate component. In general, the connection techniques are preferably chosen in such a way that no additional measures have to be taken to ensure a liquid-tight design of the
Verbindung zu erhalten. to get connected.
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10, 11 aufweist. 10, 11.
Das Arbeitsfluid, das die Wärmeübertragungsvorrichtung 4 durchströmt, ist insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch, kann aber The working fluid flowing through the heat transfer device 4 is in particular a liquid, for example a water-glycol mixture, but can
auch ein Gas sein. also be a gas.
Das erste Wärmeübertragungselement 6 ist ein Verbundmaterial. In einer ersten Ausführungsvariante weist es in der angegebenen Reihenfolge von innen nach außen übereinander eine erste Kunststoffschicht 13, eine erste leitfähige Schicht The first heat transfer element 6 is a composite material. In a first embodiment, it comprises, in the specified order from the inside to the outside, a first plastic layer 13, a first conductive layer
14, eine zweite Kunststoffschicht 15 und eine zweite leitfrähige Schicht 16 auf. 14, a second plastic layer 15 and a second conductive layer 16.
Die erste leitfähige Schicht 14 weist eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C nach DIN EN 50994:2017-11 von zumindest 1 S/m, insbesondere zwischen 1 x 10? S/m (1x 10 Exponent 2 S/m) und 1 x 10% S/m (1 x 10 Exponent 8 S/m), und/oder eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C nach ASTM E1530 von zumindest 0,1 W/mK, insbesondere zwischen 20 W/mK und 450 W/mK auf. Es werden zwar metallische erste leitfähige Schichten 14 mit entsprechend höheren Werten für die elektrische Leitfähigkeit bzw. die Wärmeleitfähigkeit bevorzugt, allerdings können bei dünnen ersten leitfähigen Schichten 14 (siehe Angaben zur Schichtdicke im Folgenden) auch Werkstoffe mit niedrigen Werten von bis zu zumindest 1 S/m bzw. 0,1 W/mK ein-The first conductive layer 14 has an electrical conductivity at 25°C according to DIN EN 50994:2017-11 of at least 1 S/m, in particular between 1 x 10? S/m (1 x 10 exponent 2 S/m) and 1 x 10% S/m (1 x 10 exponent 8 S/m), and/or a thermal conductivity at 25°C according to ASTM E1530 of at least 0.1 W/mK, in particular between 20 W/mK and 450 W/mK. Although metallic first conductive layers 14 with correspondingly higher values for electrical conductivity or thermal conductivity are preferred, materials with low values of down to at least 1 S/m or 0.1 W/mK can also be used for thin first conductive layers 14 (see information on layer thickness below).
gesetzt werden. be set.
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Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Schichtdickenangaben nicht für Werkstoffe mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit bzw. niedrigen Wärmeleitfähig-However, it should be noted that the coating thickness specifications do not apply to materials with low electrical conductivity or low thermal conductivity.
keit beschränkt ist. ity is limited.
Die zweite leitfähige Schicht 16 weist eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C nach DIN EN 50994:2017-11 von zumindest 1 S/m, insbesondere zwischen 1 x 10? S/m (1x 10 Exponent 2 S/m) und 1 x 10% S/m (1 x 10 Exponent 8 S/m), und/oder eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C nach ASTM E1530 von zumindest 0,1 W/mK, insbesondere zwischen 20 W/mK und 450 W/mK auf. Auch für die zweite leitfähige Schicht 16 gilt, dass zwar metallische zweite leitfähige Schichten 14 mit entsprechend höheren Werten für die elektrische Leitfähigkeit bzw. die Wärmeleitfähigkeit bevorzugt sind, allerdings bei dünnen ersten leitfähigen Schichten 14 (siehe Angaben zur Schichtdicke im Folgenden) auch Werkstoffe mit niedrigen Werten von bis The second conductive layer 16 has an electrical conductivity at 25°C according to DIN EN 50994:2017-11 of at least 1 S/m, in particular between 1 x 10? S/m (1 x 10 exponent 2 S/m) and 1 x 10% S/m (1 x 10 exponent 8 S/m), and/or a thermal conductivity at 25°C according to ASTM E1530 of at least 0.1 W/mK, in particular between 20 W/mK and 450 W/mK. The same applies to the second conductive layer 16: metallic second conductive layers 14 with correspondingly higher values for electrical conductivity or thermal conductivity are preferred, but for thin first conductive layers 14 (see information on layer thickness below), materials with low values of up to
zu zumindest 1 S/m bzw. 0,1 W/mK eingesetzt werden können. to at least 1 S/m or 0.1 W/mK.
Die erste Kunststoffschicht 13 ist unmittelbar anliegend an den zumindest einen Fluidkanal 9 und diesen begrenzend angeordnet, sodass das Arbeitsfluid, das im Betrieb der Wärmeübertragungsvorrichtung 4 durch den Fluidkanal 9 fließt in direktem Kontakt mit der ersten Kunststoffschicht 13 steht. Die zweite leitfähige Schicht 16 bildet bei dieser Ausführungsvariante die äußerste Schicht, die am wei-The first plastic layer 13 is arranged directly adjacent to the at least one fluid channel 9 and delimits it, so that the working fluid that flows through the fluid channel 9 during operation of the heat transfer device 4 is in direct contact with the first plastic layer 13. The second conductive layer 16 forms the outermost layer in this embodiment, which is the furthest
testen vom Fluidkanal 9 entfernte Schicht des Verbundmaterials. test layer of the composite material removed from fluid channel 9.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die erste leitfähige Schicht 14 unmittelbar auf der ersten Kunststoffschicht 13, die zweite Kunststoffschicht 15 unmittelbar auf der ersten leitfähigen Schicht 14 und die zweite leitfä-According to one embodiment variant, it can be provided that the first conductive layer 14 is directly on the first plastic layer 13, the second plastic layer 15 is directly on the first conductive layer 14 and the second conductive
hige Schicht 16 unmittelbar auf der zweiten Kunststoffschicht 15 angeordnet sind. layer 16 is arranged directly on the second plastic layer 15.
Die erste leitfähige Schicht 14 kann durch Folie oder eine Bedampfung der ersten Kunststoffschicht 13, z.B. eine PVD-Schicht, gebildet sein. Die zweite leitfähige Schicht 16 kann durch Folie oder eine Bedampfung der zweiten Kunststoffschicht 15, z.B. eine PVD-Schicht, gebildet sein. The first conductive layer 14 can be formed by a foil or by vapor deposition of the first plastic layer 13, e.g., a PVD layer. The second conductive layer 16 can be formed by a foil or by vapor deposition of the second plastic layer 15, e.g., a PVD layer.
Die erste Kunststoffschicht 13 und/oder die zweite Kunststoffschicht 15 be-The first plastic layer 13 and/or the second plastic layer 15
steht/bestehen bevorzugt zu zumindest 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus einem preferably consists of at least 80% to 100% by weight of a
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thermoplastischen Kunststoff oder einem Elastomer, d.h. aus einem Polymer. Der thermoplastische Kunststoff kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend bzw. bestehend aus Polyethylen (PE), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), insbesondere PA 6, PA 66, PA 11, PA 12, PA 610, PA 612, Polyphenylensulfid (PPS), Polyethylenterephthalat (PET), vernetzte Polyolefine, bevorzugt Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE). Das Elastomer kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend bzw. bestehend aus thermoplastische Elastomere wie z.B. thermoplastische Vulkanisate, olefin-, amin-, ester-basierende, thermoplastische Polyurethane, insbesondere thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester thermoplastic plastic or an elastomer, i.e., a polymer. The thermoplastic plastic can be selected from a group comprising or consisting of polyethylene (PE), polyoxymethylene (POM), polyamide (PA), in particular PA 6, PA 66, PA 11, PA 12, PA 610, PA 612, polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene terephthalate (PET), cross-linked polyolefins, preferably polypropylene (PP), and polytetrafluoroethylene (PTFE). The elastomer can be selected from a group comprising or consisting of thermoplastic elastomers such as thermoplastic vulcanizates, olefin-, amine-, or ester-based thermoplastic polyurethanes, in particular ether/ester-based thermoplastic elastomers.
Basis, Styrol-Block-Copolymere, Silikonelastomere. Base, styrene block copolymers, silicone elastomers.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass unter einem Polymer im Sinne der Erfindung ein synthetisches oder natürliches Polymer verstanden wird, das aus entsprechen-It should be mentioned at this point that a polymer in the sense of the invention is understood to be a synthetic or natural polymer which is made from corresponding
den Monomeren hergestellt ist. the monomers.
Vorzugsweise besteht die erste Kunststoffschicht 13 aus einer sogenannten Siegelfolie. Dies hat den Vorteil, dass z.B. das erste Wärmeübertragungselement 5 mit dem zweiten Wärmeübertragungselement 6 oder dem Schutzelement 8 direkt Preferably, the first plastic layer 13 consists of a so-called sealing film. This has the advantage that, for example, the first heat transfer element 5 can be directly bonded to the second heat transfer element 6 or the protective element 8.
miteinander verbunden werden können. can be connected to each other.
Die zweite Kunststoffschicht 15 kann insbesondere aus PA oder PET bestehen. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die zweite Kunststoffschicht 15 aus mehreren Teilschichten besteht, beispielsweise aus einer Kombination aus PA und PET, wobei in diesem Fall die PET Teilschicht vorzugsweise weiter entfernt vom Fluid-The second plastic layer 15 can in particular consist of PA or PET. It is also possible for the second plastic layer 15 to consist of several sub-layers, for example a combination of PA and PET, in which case the PET sub-layer is preferably further away from the fluid.
kanal 9 angeordnet ist als die PA Teilschicht. channel 9 is arranged as the PA sublayer.
Es ist aber auch möglich, andere Kunststoffe, wie z.B. duroplastische Kunststoffe bzw. duroplastische Werkstoffe einzusetzen, die dann beispielsweise mit einem Klebstoff miteinander verklebt werden. Hierzu eignen sich insbesondere Zweikomponenten Klebstoffsysteme auf Polyurethanbasis oder Silikonbasis oder auch However, it is also possible to use other plastics, such as thermosetting plastics or thermosetting materials, which are then bonded together using an adhesive. Two-component adhesive systems based on polyurethane or silicone are particularly suitable for this purpose, or
Heißklebesysteme. Hot melt systems.
Generell kann zwischen zwei Schichten des ersten Wärmeübertragungselements In general, between two layers of the first heat transfer element
6 eine Kleberschicht angeordnet sein, insbesondere vollflächig. Beispielsweise 6 an adhesive layer may be arranged, in particular over the entire surface. For example
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kann/können die erste Kunststoffschicht 13 mit der ersten leitfähigen Schicht 14 und oder die erste leitfähige Schicht 14 mit der zweiten Kunststoffschicht 15 und/oder die zweite Kunststoffschicht 15 mit der zweiten leitfähigen Schicht 16 the first plastic layer 13 can be connected to the first conductive layer 14 and/or the first conductive layer 14 can be connected to the second plastic layer 15 and/or the second plastic layer 15 can be connected to the second conductive layer 16
über eine Kleberschicht (nicht dargestellt) verbunden sein. be connected via an adhesive layer (not shown).
Die erste leitfähige Schicht 14 und/oder die zweite leitfähige Schicht 16 ist/sind bevorzugt (eine) Metallschicht(en). Insbesondere ist die erste leitfähige Schicht 14 und/oder die zweite leitfähige Schicht 15 eine Aluminiumschicht bzw. bestehen aus dem gleichen metallischen Werkstoff. Es sind aber auch andere Metalle verwendbar, wie beispielsweise Kupfer oder Silber oder metallische Legierungen. Die erste leitfähige Schicht 14 und/oder die zweite leitfähige Schicht 16 kann/können aber auch durch einen anderen Werkstoff gebildet sein, wie beispielsweise durch ein leitfähiges Polymer, z.B. mit Graphit oder Ruß oder Metallpartikel oder Metallfasern versetzte Polymere, wie z.B. PE,PP,PA, PET, oder Polypyrrol oder Polyethin. The first conductive layer 14 and/or the second conductive layer 16 is/are preferably a metal layer(s). In particular, the first conductive layer 14 and/or the second conductive layer 15 is/are an aluminum layer or consists of the same metallic material. However, other metals can also be used, such as copper or silver or metallic alloys. The first conductive layer 14 and/or the second conductive layer 16 can also be formed from a different material, such as a conductive polymer, e.g., polymers containing graphite or carbon black, or metal particles or metal fibers, such as PE, PP, PA, PET, or polypyrrole or polyethene.
Die erste leitfähige Schicht 14 und/oder die zweite leitfähige Schicht 16 kann/können beispielsweise eine Schichtstärke zwischen 5 um und 100 um aufweisen. Nach einer Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass die zweite leitfähige Schicht 16 eine zweite Schichtdicke aufweist, die gleich oder größer ist zu einer ersten Schichtdicke der ersten leitfähigen Schicht 14. Es kann aber umgekehrt auch die erste leitfähige Schicht 14 eine größere Schichtdicke aufweist als die zweite leitfähige Schicht 16. Es sind aber auch Ausführungen mit einer Schichtdicke von weniger als 5 um möglich, indem beispielswiese ein Metall, insbesondere Aluminium, auf eine der Kunststoffschichten 13, 14 aufgedampft wird bzw. mittels eines PVD-Verfahrens abgeschieden wird. In diesem Fall kann/können die erste leitfähige Schicht 14 und/oder die zweite leitfähige Schicht 16 auch eine Schichtdicke von nur einigen Atomlagen (beispielswiese zwischen 2 und 10 The first conductive layer 14 and/or the second conductive layer 16 can, for example, have a layer thickness between 5 μm and 100 μm. According to one embodiment, it can be provided that the second conductive layer 16 has a second layer thickness that is equal to or greater than a first layer thickness of the first conductive layer 14. Conversely, however, the first conductive layer 14 can also have a greater layer thickness than the second conductive layer 16. However, embodiments with a layer thickness of less than 5 μm are also possible, for example by vapor-depositing a metal, in particular aluminum, onto one of the plastic layers 13, 14 or depositing it using a PVD process. In this case, the first conductive layer 14 and/or the second conductive layer 16 can also have a layer thickness of only a few atomic layers (for example, between 2 and 10
Atomlagen) aufweisen. atomic layers).
Die zweite leitfähige Schicht 16 kann auch aus einem leitfähigem Aufdruck auf der Kunststoffschicht 15 bestehen. Beispielsweise kann die zweite leitfähige Schicht The second conductive layer 16 can also consist of a conductive print on the plastic layer 15. For example, the second conductive layer
16 aus einer Carbon Paste, einem Lack oder einem druckfähigen Material versetzt 16 made of a carbon paste, a varnish or a printable material
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mit leitfähigen Partikeln, wie z.B. aus einem Metall oder Graphit, Ruß, hergestellt made with conductive particles, such as metal or graphite, carbon black
sein. be.
Die erste Kunststoffschicht 13 und/oder die zweite Kunststoffschicht 15 kann/kön-The first plastic layer 13 and/or the second plastic layer 15 can
nen eine Schichtdicke zwischen 10 um und 200 um aufweisen. can have a layer thickness between 10 µm and 200 µm.
Neben der Verbindung der Einzelschichten des ersten Folienmaterials über Klebstoffe kann auch die Coextrusion und die Extrusionsbeschichtung als Verbindungsmöglichkeit eingesetzt werden. Selbstverständlich ist auch eine Kombination möglich, dass mehrere Polymere coextrudiert und mit einer extrusionsbeschichteten Metallschicht miteinander klebekaschiert werden. Generell können sämtliche bekannte Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien bzw. Folienlaminaten ver-In addition to bonding the individual layers of the first film material with adhesives, coextrusion and extrusion coating can also be used as joining options. Of course, a combination is also possible, whereby several polymers are coextruded and adhesively laminated with an extrusion-coated metal layer. In general, all known processes for producing composite films or film laminates can be used.
wendet werden. be applied.
Die zweite Kunststoffschicht 16 kann aus dem gleichen Polymer bestehen bzw. dieses umfassen wie die erste Kunststoffschicht 13. Die zweite Kunststoffschicht 16 kann aber auch aus einem anderen Polymer bestehen bzw. dieses umfassen. Beispielsweise kann die erste Kunststoffschicht 13 aus PP und die weitere Kunststoffschicht 15 aus PA oder PET oder PTFE bestehen bzw. diese Polymere um-The second plastic layer 16 can consist of or comprise the same polymer as the first plastic layer 13. However, the second plastic layer 16 can also consist of or comprise a different polymer. For example, the first plastic layer 13 can consist of PP and the further plastic layer 15 can consist of PA, PET, or PTFE, or these polymers can be
fassen. grasp.
Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass das erste und das zweite Wärmeübertragungselement 6, 7 gleich ausgebildet sein können. So zeigt die Fig. 5 auch für das zweite Wärmeübertragungselement 7 den vierschichtigen Schichtaufbau des ersten Wärmeübertragungselements 6, wobei die erste Kunststoffschicht 13 den Fluidkanal 9 begrenzend angeordnet ist, insbesondere diesen unmittelbar be-It should be noted again that the first and second heat transfer elements 6, 7 can be of identical design. Thus, Fig. 5 also shows the four-layer structure of the first heat transfer element 6 for the second heat transfer element 7, with the first plastic layer 13 being arranged to delimit the fluid channel 9, in particular directly surrounding it.
grenzt und die zweite leifähige Schicht 16 die äußere Schicht bildet. and the second conductive layer 16 forms the outer layer.
Die erste leitfähige Schicht 14 und die zweite leitfähige Schicht 16 kann/können gegenüber dem Fluidkanal 9 elektrisch isoliert im ersten Wärmeübertragungselement 6 angeordnet sein. Am einfachsten kann dies mit der ersten Kunststoffschicht 13 erreicht werden. Es können hierfür in dem ersten Wärmeübertragungselement 6 aber auch andere/zusätzliche Schichten vorgesehen sein, sodass die The first conductive layer 14 and the second conductive layer 16 can be arranged in the first heat transfer element 6 so as to be electrically insulated from the fluid channel 9. This can be achieved most easily with the first plastic layer 13. However, other/additional layers can also be provided for this purpose in the first heat transfer element 6, so that the
erste leitfähige Schicht 14 und die zweite leitfähige Schicht 16 im Normalbetrieb first conductive layer 14 and the second conductive layer 16 in normal operation
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der Wärmeübertragungsvorrichtung 4 also nicht in Kontakt mit dem Fluidkanal 9 the heat transfer device 4 is therefore not in contact with the fluid channel 9
stehen. stand.
Sämtliche Schichten des ersten und/oder zweiten Wärmeübertragungselements 6, 7 weisen vorzugsweise die gleiche Flächenausdehnung auf, sind also vorzugsweise gleich groß. Weiter erstrecken sich vorzugsweise sämtliche Schichten durchgehend über zumindest 80 %, insbesondere 90 %, besonderes bevorzugt 100 %, über die Gesamtfläche der Schicht mit der größten Fläche. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind insbesondere die beiden leitfähigen Schichten 14, 16 All layers of the first and/or second heat transfer element 6, 7 preferably have the same surface area, i.e., they are preferably the same size. Furthermore, all layers preferably extend continuously over at least 80%, in particular 90%, particularly preferably 100%, of the total area of the layer with the largest area. In other words, in particular, the two conductive layers 14, 16
keine Schichten aus einzelnen Leiterbahnen. no layers of individual conductor tracks.
Zudem sind vorzugsweise alle Schichten durchgehend über zumindest 80 %, insbesondere 90 %, besonderes bevorzugt 100 %, ihrer jeweils einer anderen In addition, all layers are preferably continuous over at least 80%, in particular 90%, particularly preferably 100%, of their respective
Schicht zugewandten Oberfläche mit dieser Oberfläche mit der jeweils unmittelbar benachbarten Schicht verbunden. Besonders bevorzugt sind die Schichten vollflä-The surface facing the layer is connected to this surface with the immediately adjacent layer. Particularly preferably, the layers are fully
chig miteinander verbunden. closely connected to each other.
Das erste Wärmeübertragungselement 6 kann beispielsweise einen Schichtaufbau erste Kunststoffschicht 13 (z.B. aus PP) / erste Kleberschicht / erste leitfähige Schicht 14 (z.B. aus Al) / zweite Kleberschicht / zweite Kunststoffschicht 15 (z.B. aus PTFE) / dritte Kleberschicht / zweite leitfähige Schicht 16 (z.B. aus Al) aufweisen. Das erste Wärmeübertragungselement 6 kann aber auch einen Schichtaufbau erste Kunststoffschicht 13 (z.B. aus PP) / erste leitfähige Schicht 14 (z.B. aus Al) / zweite Kunststoffschicht 15 (z.B. aus PET) / zweite leitfähige Schicht 16 (z.B. The first heat transfer element 6 can, for example, have a layer structure comprising a first plastic layer 13 (e.g., made of PP) / first adhesive layer / first conductive layer 14 (e.g., made of Al) / second adhesive layer / second plastic layer 15 (e.g., made of PTFE) / third adhesive layer / second conductive layer 16 (e.g., made of Al). However, the first heat transfer element 6 can also have a layer structure comprising a first plastic layer 13 (e.g., made of PP) / first conductive layer 14 (e.g., made of Al) / second plastic layer 15 (e.g., made of PET) / second conductive layer 16 (e.g.,
aus Al) aufweisen. Mischvarianten aus diesen made of Al). Mixed variants of these
Die erste leitfähige Schicht 14 und/oder die zweite leitfähige Schicht 16 können für verschiedenste Zwecke eingesetzt werden. Beispielsweise kann damit Flüssigkeitsdichtheit der Wärmeübertragungsvorrichtung 4 verbessert oder die Dampfdurchlässigkeit werden. Andererseits sind damit aber auch Messverfahren möglich, beispielsweise die Feststellung eines Lecks in der Wärmeübertragungsvorrichtung 4, wozu der elektrische Widerstand zwischen den leitfähigen Schich-The first conductive layer 14 and/or the second conductive layer 16 can be used for a variety of purposes. For example, they can improve the liquid-tightness of the heat transfer device 4 or increase vapor permeability. On the other hand, they can also be used for measurement methods, such as detecting a leak in the heat transfer device 4, for which the electrical resistance between the conductive layers
ten 14, 16 überwacht wird. Die elektrische Leitfähigkeit kann aber auch für andere ten 14, 16. However, the electrical conductivity can also be used for other
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Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zur Erwärmung des Arbeitsfluids. Andererseits kann die Wärmeleitfähigkeit der leitfähigen Schichten 14, 16 für die Wärmeverteilung bzw. den Wärmetransport genutzt werden. Es ist auch möglich, in einer der beiden leitfähigen Schichten 14, 16 die elektrische Leitfähigkeit und in der anderen der beiden leitfähigen Schichten 14, 16 die Wärmeleitfähigkeit zu nut-purposes, for example, to heat the working fluid. On the other hand, the thermal conductivity of the conductive layers 14, 16 can be used for heat distribution or heat transport. It is also possible to use the electrical conductivity in one of the two conductive layers 14, 16 and the thermal conductivity in the other of the two conductive layers 14, 16.
zen. zen.
Unabhängig von der Anzahl an Kunststoffschicht 13, 15 im Schichtaufbau des ersten Wärmeübertragungselements 6 sind vorzugsweise sämtliche Kunststoffschichten 13, 15 aus einem Polymer gebildet, das aus den voranstehend genannten PoIymeren ausgewählt ist. Dabei können mehrere oder alle Kunststoffschicht 13, 15 Regardless of the number of plastic layers 13, 15 in the layer structure of the first heat transfer element 6, all plastic layers 13, 15 are preferably formed from a polymer selected from the polymers mentioned above. Several or all plastic layers 13, 15
aus dem gleichen Polymer gebildet sein, oder mehrere oder alle Kunststoffschicht be made of the same polymer, or several or all plastic layers
13, 15 aus unterschiedlichen Polymeren gebildet sein. 13, 15 may be formed from different polymers.
Dies trifft auch auf eine weitere, in Fig. 6 ausschnittsweise dargestellte Ausführungsvariante des Wärmeübertragungselements 6 zu. Es sei dazu auch auf die This also applies to another embodiment of the heat transfer element 6, shown in detail in Fig. 6. Reference should also be made to the
voranstehenden Ausführungen verweisen. refer to the above statements.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsvariante weist das Verbundmaterial des ersten Wärmeübertragungselements 6 eine dritte Kunststoffschicht 17 auf, die auf der zweiten leitfähigen Schicht 16 angeordnet ist. Nach einer Ausführungsvariante kann das erste Wärmeübertragungselement 6 den Schichtaufbau erste Kunststoffschicht 13 (z.B. aus PP) / erste Kleberschicht / erste leitfähige Schicht 14 (z.B. aus Al) / zweite Kleberschicht / zweite Kunststoffschicht 15 (z.B. aus PTFE) / dritte Kleberschicht / zweite leitfähige Schicht 16 (z.B. aus Al), vierte Kleberschicht / dritte Kunststoffschicht 17 (z.B. aus PA oder PET) aufweisen. Das erste Wärmeübertragungselement 6 kann aber auch einen Schichtaufbau erste Kunststoffschicht 13 (z.B. aus PP) / erste leitfähige Schicht 14 (z.B. aus Al) / zweite Kunststoffschicht 15 (z.B. aus PET und/oder PA) / zweite leitfähige Schicht 16 (z.B. aus Al) / dritte Kunststoffschicht 17 (z.B. aus PET) aufweisen, sodass also die Schichten unmittelbar aufeinander angeordnet sind. Mischvarianten aus diesen Ausführungsvarianten sind auch hier möglich. Ebenso kann die dritte Kunststoffschicht 17 wie auch die zweite Kunststoffschicht 15 aus mehreren Teilschichten bestehen, wie In the embodiment shown in Fig. 6, the composite material of the first heat transfer element 6 has a third plastic layer 17 arranged on the second conductive layer 16. According to one embodiment, the first heat transfer element 6 can have the layer structure of first plastic layer 13 (e.g., made of PP) / first adhesive layer / first conductive layer 14 (e.g., made of Al) / second adhesive layer / second plastic layer 15 (e.g., made of PTFE) / third adhesive layer / second conductive layer 16 (e.g., made of Al), fourth adhesive layer / third plastic layer 17 (e.g., made of PA or PET). The first heat transfer element 6 can also have a layered structure comprising a first plastic layer 13 (e.g., made of PP) / first conductive layer 14 (e.g., made of Al) / second plastic layer 15 (e.g., made of PET and/or PA) / second conductive layer 16 (e.g., made of Al) / third plastic layer 17 (e.g., made of PET), so that the layers are arranged directly on top of one another. Mixed variants of these design variants are also possible here. Likewise, the third plastic layer 17, as well as the second plastic layer 15, can consist of several sub-layers, such as
dies voranstehend für die zweite Kunststoffschicht 15 ausgeführt wurde. this was explained above for the second plastic layer 15.
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Bei dieser Ausführungsvariante besteht auch die Möglichkeit, dass die zweite leitfähige Schicht 16 auf die dritte Kunststoffschicht 17 aufgedruckt oder aufgedampft ist. Es sei dazu auf die voranstehenden Ausführungen betreffend das Aufdrucken bzw. Aufdampfen der zweiten leitfähigen Schicht 16 auf die zweite Kunststoff-In this embodiment, it is also possible for the second conductive layer 16 to be printed or vapor-deposited onto the third plastic layer 17. Reference is made to the above explanations regarding the printing or vapor-depositing of the second conductive layer 16 onto the second plastic layer 17.
schicht 15 verwiesen. layer 15.
Die dritte Kunststoffschicht 17 kann aus einem Polymer bestehen (= 100 Gew.- %) bzw. dieses zumindest zu 80 Gew.-% aufweisen, das aus den voranstehend genannten Polymeren für die erste und zweite Kunststoffschicht 13, 15 genannt wur-The third plastic layer 17 can consist of a polymer (= 100 wt.%) or at least 80 wt.% of this polymer, which was selected from the above-mentioned polymers for the first and second plastic layers 13, 15.
den. the.
Die dritte Kunststoffschicht 17 kann eine Schichtdicke zwischen 10 um und 200 The third plastic layer 17 can have a layer thickness between 10 µm and 200
um aufweisen. to have.
Sämtliche Kunststoffschichten 13, 15, 17 können eine gleich große oder eine unterschiedliche Schichtdicke aufweisen. Beispielsweise kann die erste Kunststoffschicht 13 eine Schichtdicke zwischen 40 um bis 150 um aufweisen. Die zweite und die dritte Kunststoffschicht 15, 17 können jeweils eine Schichtdicke zwischen 10 um und 50 um aufweisen. Die erste Kunststoffschicht 13 kann, verglichen mit der zweiten und dritten Kunststoffschicht 15, 17 die größte Schichtdicke aufwei-All plastic layers 13, 15, 17 can have the same or different thicknesses. For example, the first plastic layer 13 can have a thickness between 40 µm and 150 µm. The second and third plastic layers 15, 17 can each have a thickness between 10 µm and 50 µm. The first plastic layer 13 can have the greatest thickness compared to the second and third plastic layers 15, 17.
sen. sen.
Gemäß einer Ausführungsvariante dazu kann die dritte Kunststoffschicht 17 eine flüssigkeitsdichte (wasserdichte) Schicht sein und/oder eine Wasserdampfdurchlässigkeit gemäß DIN 53122-1 / DIN 53122-A von maximal 200 g/m?d, insbeson-According to a variant, the third plastic layer 17 can be a liquid-tight (waterproof) layer and/or have a water vapor permeability according to DIN 53122-1 / DIN 53122-A of maximum 200 g/m²d, in particular
dere zwischen 100 g/m?d und 180 g/m*d, aufweisen. especially between 100 g/m?d and 180 g/m*d.
Wie bereits voranstehend ausgeführt, kann nach eine Ausführungsvariante, die ausschnittsweise in Fig. 7 dargestellt ist, vorgesehen sein, dass der Elementkörper der Wärmeübertragungsvorrichtung 4 das Schutzelement 8 aus einem Werkstoff aufweist, der ein E-Modul nach ISO 527 von zumindest 100 MPa, insbesondere zwischen 3000 MPa und 15000 MPa, aufweist. Der Werkstoff kann beispielsweise ein faserverstärkter Kunststoff, wie z.B. ein glasfaser- bzw. generell (mine-As already explained above, according to a variant embodiment, which is partially shown in Fig. 7, it can be provided that the element body of the heat transfer device 4 has the protective element 8 made of a material that has an E-modulus according to ISO 527 of at least 100 MPa, in particular between 3000 MPa and 15000 MPa. The material can, for example, be a fiber-reinforced plastic, such as a glass fiber or generally (mineral-
ral)faserverstärktes Polymer, wie PP, PAG, sein. ral)fiber-reinforced polymer, such as PP, PAG.
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Die Anbindung des ersten Wärmeübertragungselements 6 an das Schutzelement 8 kann beispielsweise direkt mit der ersten Kunststoffschicht 13 oder über einen The connection of the first heat transfer element 6 to the protective element 8 can, for example, be made directly with the first plastic layer 13 or via a
Klebstoff (beispielsweise einen der voranstehend genannten) erfolgen. adhesive (for example one of those mentioned above).
Das Schutzelement 8 kann eine Schichtdicke zwischen 1 mm und 10 mm aufwei-The protective element 8 can have a layer thickness between 1 mm and 10 mm.
sen. sen.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsvariante bildet das Schutzelement 8 einen Teil des zumindest einen Fluidkanals 9. Das Schutzelement 8 kann aber auch das erste oder zweite Wärmeübertragungselement 6, 7 abdeckend angeordnet In the embodiment shown in Fig. 7, the protective element 8 forms part of the at least one fluid channel 9. However, the protective element 8 can also be arranged to cover the first or second heat transfer element 6, 7.
sein. be.
Für den Fall, dass eine oder mehrere der leitfähigen Schicht(en) 14, 16 direkt auf die eine der Kunststoffschichten 12, 15, 17 aufgebracht wird oder werden, kann In the event that one or more of the conductive layer(s) 14, 16 is or are applied directly to one of the plastic layers 12, 15, 17,
dies beispielsweise auch mit einem Druckverfahren (z.B. Siebdruck, Rollendruck, Tintenstrahldruck, Gravurdruck, Tiefdruck, Flachdruck, Stempeldruck), durch Aufsprühen, Aufdampfen, Plasmabeschichten, Sputtern, Pulverbeschichten, etc., er-This can also be achieved, for example, with a printing process (e.g. screen printing, roll printing, inkjet printing, gravure printing, gravure printing, planographic printing, stamp printing), by spraying, vapor deposition, plasma coating, sputtering, powder coating, etc.
folgen. consequences.
Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen The embodiments show or describe possible variants, whereby it should be noted that combinations of the individual
Ausführungsvarianten untereinander möglich sind. Different versions are possible.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Wärmeübertragungsvorrichtung 4 diese nicht zwin-For the sake of order, it should finally be pointed out that for a better understanding of the structure of the heat transfer device 4, this does not necessarily
genderweise maßstäblich dargestellt ist. gender-wise scaled.
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Bezugszeichenliste List of reference symbols
Kraftfahrzeug motor vehicle
Elektromotor electric motor
Akkumulator Wärmeübertragungsvorrichtung Accumulator heat transfer device
Speicherelemente Wärmeübertragungselement Wärmeübertragungselement Schutzelement Storage elements Heat transfer element Heat transfer element Protection element
Fluidkanal Anschlusselement Anschlusselement Verbindungsbereich Kunststoffschicht Fluid channel connection element connection element connection area plastic layer
Schicht layer
Kunststoffschicht plastic layer
Schicht layer
Kunststoffschicht plastic layer
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Patentansprüche Patent claims
1. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) umfassend einen Elementkörper, der zumindest einen Fluidkanal (9) aufweist, wobei der Fluidkanal (9) zumindest teilweise von einem ersten Wärmeübertragungselement (6) gebildet ist, wobei das erste Wärmeübertragungselement (6) aus einem ersten Verbundmaterial gebildet ist, das in der angegebenen Reihenfolge übereinander eine erste Kunststoffschicht (13), eine erste leitfähige Schicht (14) und eine zweite Kunststoffschicht (15) aufweist, wobei die erste leitfähige Schicht (14) eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C nach DIN EN 50994:2017-11 von zumindest 1 S/m und/oder eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C nach ASTM E1530 von zumindest 0,1 W/mK aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbundmaterial auf der zweiten Kunststoffschicht (15) und damit verbunden eine zweite leitfähige Schicht (16) aufweist, die eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C nach DIN EN 50994:2017-11 von zumindest 1 S/m und/oder eine Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C nach ASTM E1530 von 1. Heat transfer device (4) comprising an element body having at least one fluid channel (9), wherein the fluid channel (9) is at least partially formed by a first heat transfer element (6), wherein the first heat transfer element (6) is formed from a first composite material having, one above the other in the specified order, a first plastic layer (13), a first conductive layer (14) and a second plastic layer (15), wherein the first conductive layer (14) has an electrical conductivity at 25°C according to DIN EN 50994:2017-11 of at least 1 S/m and/or a thermal conductivity at 25°C according to ASTM E1530 of at least 0.1 W/mK, characterized in that the first composite material has a second conductive layer (16) on the second plastic layer (15) and connected thereto, which second conductive layer has an electrical conductivity at 25°C according to DIN EN 50994:2017-11 of at least 1 S/m and/or a thermal conductivity at 25 °C according to ASTM E1530 of
zumindest 0,1 W/mK aufweist. at least 0.1 W/mK.
2. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial auf der zweiten leitfähigen Schicht (16) 2. Heat transfer device (4) according to claim 1, characterized in that the composite material on the second conductive layer (16)
eine dritte Kunststoffschicht (17) aufweist. a third plastic layer (17).
3. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kunststoffschicht (17) flüssigkeitsdicht und/oder eine Wasserdampfdurchlässigkeit gemäß DIN 53122-1 / DIN 53122-A von maximal 200 3. Heat transfer device (4) according to claim 2, characterized in that the third plastic layer (17) is liquid-tight and/or has a water vapor permeability according to DIN 53122-1 / DIN 53122-A of maximum 200
g/m?d aufweist. g/m?d.
4. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite leitfähige Schicht (14, 16) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus dem gleichen metallischen Werkstoff bestehen. 4. Heat transfer device (4) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first and the second conductive layer (14, 16) consist of a metallic material, in particular of the same metallic material.
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5. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite leitfähige Schicht (16) eine zweite Schichtdicke aufweist, die gleich oder größer ist zu einer ersten Schichtdicke der ersten leitfähigen Schicht (14). 5. Heat transfer device (4) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second conductive layer (16) has a second layer thickness which is equal to or greater than a first layer thickness of the first conductive layer (14).
6. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste leitfähige Schicht (14) unmittelbar auf der ersten Kunststoffschicht (13), die zweite Kunststoffschicht (15) unmittelbar auf der ersten leitfähigen Schicht (14) und die zweite leitfähige Schicht (16) unmittelbar 6. Heat transfer device (4) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first conductive layer (14) is directly on the first plastic layer (13), the second plastic layer (15) is directly on the first conductive layer (14) and the second conductive layer (16) is directly
auf der zweiten Kunststoffschicht (15) angeordnet sind. are arranged on the second plastic layer (15).
7. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste leitfähige Schicht (14) unmittelbar auf der ersten Kunststoffschicht (13), die zweite Kunststoffschicht (15) unmittelbar auf der ersten leitfähigen Schicht (14), die zweite leitfähige Schicht (16) unmittelbar auf 7. Heat transfer device (4) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the first conductive layer (14) is directly on the first plastic layer (13), the second plastic layer (15) is directly on the first conductive layer (14), the second conductive layer (16) is directly on
der zweiten Kunststoffschicht (15) und die dritte Kunststoffschicht (17) unmittelbar the second plastic layer (15) and the third plastic layer (17) directly
auf der zweiten leitfähigen Schicht (16) angeordnet sind. are arranged on the second conductive layer (16).
8. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementkörper ein zweites Wärmeübertragungselement (7) aufweist, das gleich ausgebildet ist, wie das erste Wärmeüber-8. Heat transfer device (4) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the element body has a second heat transfer element (7) which is designed in the same way as the first heat transfer
tragungselement (6). support element (6).
9. Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementkörper ein Schutzelement (8) aus einem Werkstoff aufweist, der ein E-Modul nach ISO 527 von zumindest 100 MPa 9. Heat transfer device (4) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the element body has a protective element (8) made of a material having an E-modulus according to ISO 527 of at least 100 MPa
aufweist. has.
10. Akkumulator (3) mit zumindest ein Speicherelement (5) zur Speiche-10. Accumulator (3) with at least one storage element (5) for storing
rung für elektrische Energie und zumindest einer Wärmeübertragungsvorrichtung supply for electrical energy and at least one heat transfer device
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(4) zur Kühlung oder Temperierung des Speicherelements (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche (4) for cooling or tempering the storage element (5), characterized in that the heat transfer device (4) according to one of the claims
1 bis 9 ausgebildet ist. 1 to 9 is trained.
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Claims (10)
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