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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Wärmetauscher für ein elektrisches Element, insbesondere einen Akkupack, um eine homogene Temperatur in dem elektrischen Element aufrechtzuerhalten.
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Im Allgemeinen sind Akkupacks in Kraftfahrzeugen vorgesehen, um verschiedene Elemente der Kraftfahrzeuge mit Strom zu versorgen. Beim Laden oder Entladen der in den Akkupacks vorgesehenen Akkumulatorzellen kann Wärme erzeugt werden, die reguliert bzw. verringert werden muss, damit die Batterien effizient geladen und entladen werden können. Ferner muss die Temperatur der Akkupacks aufrechterhalten werden, um die Lebensdauer des Akkupacks zu erhöhen.
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Um die Temperatur des Akkupacks auf einem optimalen Niveau zu halten, kann ein Wärmetauscher an dem Akkupack vorgesehen sein, der die in dem Akkupack erzeugte Wärme mit einem durch den Wärmetauscher strömenden Kühlmittel austauscht, um die in dem Akkupack erzeugte Wärme abzuführen. Ferner kann der herkömmliche Wärmetauscher einheitliche Kühlkanäle besitzen, die sich durch den Wärmetauscher erstrecken, sodass das in einen Einlass des Wärmetauschers eintretende Kühlmittel kälter ist als das im Rest des Wärmetauschers strömende Kühlmittel. Damit kann der herkömmliche Wärmetauscher ein unterschiedliches Maß an Wärmeaustausch zwischen der durch Akkumulatorzellen erzeugten Wärme und dem Kühlmittel über den Akkupack verursachen. Da der mit dem Akkupack versehene Wärmetauscher eine einheitliche Kontaktfläche aufweisen kann, kann es zu einem ungleichmäßigen Wärmeaustausch über den Akkupack kommen. Dadurch kann der Akkupack in unterschiedlichen Bereichen des Akkupacks unterschiedliche Temperaturen haben, was zu einer ineffektiven Leistung des Akkupacks führt. Ferner kann die ineffektive Kühlung der Batterien die Lebensdauer des Akkupacks verringern.
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Demgemäß besteht nach wie vor ein Bedarf an einem Wärmetauscher, der eine homogene Temperatur über den Akkupack aufrechterhält. Ferner besteht ein Bedarf an einem Wärmetauscher, der die Lebensdauer des Akkupacks erhöht.
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In der vorliegenden Beschreibung können einige Elemente oder Parameter indexiert sein, wie zum Beispiel ein erstes Element und ein zweites Element. In diesem Fall soll diese Indexierung, wenn nicht anders angegeben, nur der Differenzierung und Benennung von Elementen dienen, die einander ähnlich, aber nicht identisch sind. Aus einer solchen Indexierung sollte keine Vorstellung hinsichtlich der Priorisierung abgeleitet werden, da diese Ausdrücke austauschbar sind, ohne die Erfindung zu verlassen. Außerdem impliziert diese Indexierung keine Reihenfolge bei der Montage oder Verwendung der erfindungsgemäßen Elemente.
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Unter Berücksichtigung der obigen Erläuterungen stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Wärmetauscher für ein elektrisches Element bereit. Der Wärmetauscher umfasst eine erste Platte, eine zweite Platte, die zur thermischen Kopplung mit dem elektrischen Element eingerichtet ist, und eine Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen. Die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen sind zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte ausgebildet, um einen Wärmeaustausch zwischen einem in der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen strömenden Fluid und dem elektrischen Element zu ermöglichen. Der Wärmetauscher umfasst ferner einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt der Wärmeaustauschkanäle steht mit einem ersten der elektrischen Elemente in thermischem Kontakt, und der zweite Abschnitt der Wärmeaustauschkanäle steht mit einem zweiten der elektrischen Elemente in thermischem Kontakt. Ferner besitzt der erste Abschnitt einen von dem Flächeninhalt des zweiten Abschnitts verschiedenen Flächeninhalt.
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Bei einer Ausführungsform hat der erste Abschnitt der Kanäle einen veränderlichen Querschnitt und der zweite Abschnitt der Kanäle hat einen konstanten Querschnitt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Wärmetauscher einen dritten Abschnitt von Kanälen mit veränderlichem Querschnitt aufweisen.
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Bei einer Ausführungsform ist der Fluidkontaktflächeninhalt in dem ersten Abschnitt der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen zu dem elektrischen Element hin 3 bis 20%, vorzugsweise 5 bis 15%, kleiner als der Fluidkontaktflächeninhalt in dem zweiten Abschnitt der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen zu dem elektrischen Element hin.
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In einem Beispiel umfasst die erste Platte einen zweiten Plattenteil und einen ersten Plattenteil mit Vertiefungen, die die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen bilden.
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In einem weiteren Beispiel umfasst die zweite Platte einen ersten Plattenteil und einen zweiten Plattenteil, wobei die ersten Plattenteile der ersten und zweiten Platte voneinander beabstandet sind und dabei die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen bilden, wobei die zweiten Plattenteile der ersten und zweiten Platte flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind.
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Ferner steht die zweite Platte mit der ersten Platte in Kontakt, um die in der ersten Platte vorgesehene Vertiefung als geschlossene Kanäle auszubilden.
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Bei noch einer weiteren Ausführungsform verzweigt sich die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen entlang der Strömungsrichtung als ein von dem ersten Abschnitt der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen ausgehender Baum.
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In einer Ausgestaltung stellt die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen einen U-förmigen Kanal dar. Ferner sind auf einer Seite des Wärmetauschers ein Einlass und ein Auslass ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung stellt die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen einen I-förmigen Kanal dar. Ferner sind auf gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauschers jeweils ein Einlass und ein Auslass ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein thermisches System vorgesehen. Das thermische System umfasst einen Wärmetauscher und ein elektrisches Element. Ferner ist das elektrische Element als eine Mehrzahl von Akkusätzen ausgebildet, die voneinander beabstandet sind, und das elektrische Element befindet sich unter der ersten Platte und steht mit dieser in thermischer Wechselwirkung.
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Ferner ist der erste Abschnitt der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen eingerichtet, um mit einem ersten Satz von Zellen des elektrischen Elements in Kontakt zu stehen, und der zweite Abschnitt der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen ist eingerichtet, um mit einem zweiten Satz von Zellen des elektrischen Elements in Kontakt stehen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Verhältnis zwischen dem ersten Plattenteil und einem zweiten Plattenteil in dem ersten Abschnitt der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen kleiner als ein Verhältnis zwischen dem ersten Plattenteil und einem zweiten Plattenteil in dem zweiten Abschnitt der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen, und zwar in einem Bereich von 80% bis 97%, vorzugsweise 95% bis 85%, vorteilhafterweise etwa 90%.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich. Eine vollständigere Würdigung der Erfindung und vieler der damit verbundenen Vorteile werden leicht ersichtlich, wenn die Erfindung anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren besser verständlich wird. Darin zeigen:
- 1A eine schematische Darstellung des Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 1 B und 1C Explosionsansichten des Wärmetauschers aus 1A ohne bzw. mit dem Akkupack;
- 2 eine Querschnittsansicht des mit einer zweiten Platte versehenen Wärmetauschers aus 1A; und
- 3A-C Draufsichten von Kanälen des Wärmetauschers aus 1A, in denen die Flächeninhalte der Fluidkontaktfläche der Kanäle in unterschiedlichen Abschnitten entlang der Länge der Kanäle dargestellt ist.
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Es ist anzumerken, dass die Figuren die Erfindung für ihre Implementierung ausreichend ausführlich offenbaren, wobei die Figuren ggf. zu einer besseren Definition der Erfindung beitragen. Die Erfindung sollte jedoch nicht auf die in der Beschreibung offenbarte Ausführungsform beschränkt sein.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Akkupack mit einer oder mehreren Zellen. Die eine oder mehreren Zellen sind zu dem Akkupack zusammengefasst. Der Akkupack kann elektrische Komponenten eines Fahrzeugs mit Energie versorgen. Wenn der Akkupack die Hauptquelle für die Energieversorgung der elektrischen Komponenten des Fahrzeugs darstellt, kann sich der Akkupack aufheizen und die Temperatur des Akkupacks muss für eine effiziente Leistung der Zellen auf einem optimalen Niveau gehalten werden. Ferner können die eine oder mehreren Zellen in dem Akkupack eine unterschiedliche Menge an Wärme freisetzen und deshalb eine unterschiedliche Temperatur haben, sodass ein zum Kühlen der Zellen mit dem Akkupack verbundener Wärmetauscher in der Lage sein sollte, den Akkupack gleichmäßig zu kühlen, damit die Durchschnittstemperatur der einen oder mehreren Zellen gleich bleibt. Im Falle einer über den Akkupack ungleichmäßigen Kühlung des Akkupacks ist es aufwendig, eine homogene Temperatur über den Akkupack zu erreichen. Um eine homogene Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit über den Wärmetauscher zu erreichen, ist der Wärmetauscher mit nicht-identischen Kühlmittelkontaktflächen zwischen dem Wärmetauscher und dem Akkupack versehen. Da die Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit in dem Wärmetauscher nicht identisch über den Wärmetauscher ist, kann der Wärmetauscher den Akkupack entsprechend der von den entsprechenden Zellen des Akkupacks freigesetzten Wärmemenge kühlen, wodurch eine homogene Temperatur über den Akkupack erreicht wird.
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Während Ausgestaltungen eines Wärmetauschers mit einer nicht-identischen Kühlmittelkontaktfläche über den Wärmetauscher für einen oben beschriebenen Akkupack, die somit auch für andere Geräte implementiert werden können, ein heterogenes Temperaturniveau über die der Kühlung dienenden Geräte aufweisen, werden die Ausführungsformen im Kontext des bzw. der nun folgenden Systeme beschrieben.
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1A, 1 B und 1C zeigen unterschiedliche Ansichten eines Wärmetauschers 100 für ein elektrisches Element 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektrische Element 102 versorgt alle elektrischen Komponenten mit Energie und strahlt während der Versorgung der elektrischen Komponenten Wärme ab. In einem Beispiel zeigt 1A eine schematische Ansicht des Wärmetauschers 100, und die 1 B und 1C zeigen Explosionsansichten des Wärmetauschers 100 ohne bzw. mit dem elektrischen Element 102. Das elektrische Element 102 ist eine Ansammlung von hintereinander angeordneten Zellen in einem Fahrzeug, um die verschiedenen Komponenten in dem Fahrzeug mit elektrischer Energie zu versorgen. Das elektrische Element 102 kann in Kontakt mit dem Wärmetauscher 100 vorgesehen sein, um einen Wärmeaustausch zwischen der in dem elektrischen Element 102 erzeugten Wärme und einem in dem Wärmetauscher 100 strömenden Kühlmittel zu erlauben. Bei einer Ausführungsform kann das elektrische Element 102 die hintereinander angeordneten Zellen 102A, 102B aufweisen und dazu eingerichtet sein, nach Bedarf zu laden und zu entladen. Beim Laden oder Entladen der Zellen 102A, 102B in dem elektrischen Element 102 können die Zellen Wärme freisetzen, was unerwünscht ist. Ferner kann das in den Wärmetauscher 100 strömende Kühlmittel an unterschiedlichen Orten eine unterschiedliche Fähigkeit zum Wärmeaustausch besitzen, da die Temperatur des Kühlmittels über den Wärmetauscher 100 nicht identisch ist. Zum Beispiel hat das durch einen Einlass des Wärmetauschers 100 eintretende Kühlmittel ein niedrigeres Temperaturniveau als das am Körper des Wärmetauschers 100 strömende Kühlmittel. Dagegen hat das aus einem Auslass des Wärmetauschers 100 kommende Kühlmittel eine höhere Temperatur als der Körper des Wärmetauschers 100. Daher ist der Wärmeaustausch zwischen der von dem elektrischen Element 102 erzeugten Wärme und dem in dem Wärmetauscher 100 strömenden Kühlmittel ungleichmäßig. Das elektrische Element 102 kann daher unterschiedliche Temperaturniveaus über das elektrische Element 102 aufweisen. Zum Beispiel können die in den Ecken des elektrischen Elements 102 vorgesehenen Zellen 102A mit dem Kühlmittel in thermischem Kontakt stehen, dass verglichen mit dem Kühlmittel, das mit den in dem elektrischen Element 102 vorgesehenen Zellen 102B in thermischem Kontakt steht, die niedrigste Temperatur und die höchste Temperatur hat. Daher kommt es über das elektrische Element 102 zu einem heterogenen Wärmeaustausch, was die Lebensdauer des elektrischen Elements verringert. Um ein solches Szenario zu vermeiden, ist die Kühlmittelkontaktfläche über den Wärmetauscher modifiziert, sodass im Einlassbereich des Wärmetauschers 100 und im Auslassbereich weniger Kühlmittelströmung stattfindet als im übrigen Wärmetauscher 100.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Wärmetauscher eine erste Platte 106 und eine zweite Platte 112 auf, die zur Kopplung mit der ersten Platte 106 eingerichtet ist. Ferner ist auf der erste Platte 106 oder auf der zweiten Platte 112 eine Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen 104 ausgebildet. Bei einer Ausführungsform kann die Mehrzahl von Kanälen 104 teilweise auf der ersten Platte 106 und auf der zweiten Platte 112 ausgebildet sein. Ferner ist die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen 104 mit unterschiedlichen Querschnitten in dem Wärmetauscher 100 ausgebildet, um den Strom des Kühlmittels in der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen mit unterschiedlichen Volumina und unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen 104, nachfolgend als Kanäle bezeichnet, können in der ersten Platten 106 des Wärmetauschers 100 ausgebildet sein. Die erste Platte 106 kann einen ersten Plattenteil 106A mit Vertiefungen und einen zweiten Plattenteil 106 aufweisen. Bei einer Ausführungsform können die in dem ersten Plattenteil 106A der ersten Platte 106 gebildeten Vertiefungen die Kanäle 104 bilden, wenn die erste Platte 106 mit der zweiten Platte 112 gekoppelt ist. Die zweite Platte 112 ist so ausgebildet, dass die erste Platte 106 mit dem elektrischen Element 102 in Kontakt steht. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Platte 112 mit dem elektrischen Element 102 in thermischem Kontakt stehen, um den Wärmeaustausch zwischen dem elektrischen Element 102 und dem in den Kanälen 104 des Wärmetauschers 100 strömenden Kühlmittel zu erlauben. Bei einem weiteren Beispiel können die Kanäle 104 zwischen der ersten Platte 106 und der zweiten Platte 112 gebildet sein, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem elektrischen Element 102 zu erlauben. Bei einem weiteren Beispiel umfasst die zweite Platte 112 einen ersten Plattenteil 112A und einen zweiten Plattenteil 112B. Ferner sind die ersten Plattenteile 106A, 112A der ersten Platte 106 und der zweiten Platte 112 voneinander beabstandet und bilden dadurch die Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen, und die zweiten Plattenteile 106B, 112B der ersten Platte 106 und der zweiten Platte 112 sind flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.
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Die in der ersten Platte 106 gebildeten Kanäle 104 können eingeteilt werden in einen ersten Abschnitt von Kanälen 108 und in einen zweiten Abschnitt von Kanälen 110. Bei einer Ausführungsform hat der erste Abschnitt von Kanälen 108 einen kleineren Querschnitt als der zweite Abschnitt von Kanälen 110, sodass der erste Abschnitt von Kanälen 108 eine andere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels hat als der zweite Abschnitt von Kanälen 110. Mit anderen Worten, der erste Abschnitt von Kanälen 108 hat einen von dem Flächeninhalt des zweiten Abschnitts von Kanälen 110 verschiedenen Flächeninhalt, vorzugsweise hat der erste Abschnitt von Kanälen 108 einen kleineren Flächeninhalt als der zweite Abschnitt von Kanälen 110. Da der Querschnitt des ersten Abschnitts von Kanälen 108 kleiner ist als der des zweiten Abschnitts von Kanälen 110, ist der Wärmeaustausch zwischen den in dem elektrischen Element 102 vorgesehenen Zellen 102A, die dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 entsprechen, und dem in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 strömenden Kühlmittel niedriger als in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 des Wärmetauschers 100. Ferner ist das in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108, der dem Einlass entspricht, strömende Kühlmittel kälter als das in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 strömende Kühlmittel. Und das in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108, der dem Auslass entspricht, strömende Kühlmittel ist heißer als das in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 strömende Kühlmittel. Um daher einen gleichmäßigen Wärmeaustausch zwischen dem elektrischen Element 102 und dem Wärmetauscher 100 zu erreichen, ist ein kleinerer Querschnitt der Kanäle in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 besser als der Querschnitt der Kanäle in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110. Ferner sind die ersten und zweiten Abschnitte von Kanälen 108, 110 Abschnitte, die in einem thermischen Kontakt zwischen den Kanälen 104 und den elektrischen Elementen 102 stehen. Mit anderen Worten, der erste Abschnitt von Kanälen 108 entspricht der Summe jedes einzelnen Abschnitts der Kanäle 108-1, 108-2, 108-3, die vom hier betrachteten elektrischen Element „gesehen“ werden.
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Ferner ist das in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 strömende Kühlmittel vergleichsweise wärmer als das in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 strömende Kühlmittel, sodass ein größerer Querschnitt der Kanäle in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 erforderlich ist, um die in dem elektrischen Element 102 vorgesehenen Zellen 102B auf das Sollniveau zu kühlen. Dadurch wird das elektrische Element 102 über alle Zellen des elektrischen Elements 102 auf der Solltemperatur gehalten.
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Bei einer Ausführungsform sind die Kanäle 104 auf der erste Platte 106 eingeprägt, um die Kanäle 104 als halb-geschlossene Kanäle zu bilden. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Kanäle 104 durch die Schaffung einer Vertiefung auf dem ersten Plattenteil 106A der ersten Platte 106 gebildet, wie in 2 gezeigt. Ferner ist die zweite Platte 112 auf einer Seite der ersten Platte 106 befestigt, auf der die Vertiefungen vorgesehen sind, sodass die Vertiefungen zu geschlossenen Kanälen werden können. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des mit einer zweiten Platte 112 versehenen Wärmetauschers 100. Ferner ist die zweite Platte 112 so mit der ersten Platte 106 versehen, dass die Kanäle/Vertiefungen 104 auf der ersten Platte 106 und der zweiten Platte 112 geschlossene Kanäle bilden, damit das Kühlmittel hindurchfließen kann. Die zweite Platte 112 kann mit dem elektrischen Element 102 in thermischem Kontakt stehen, um den Wärmeaustausch dazwischen zu ermöglichen. Ferner ist der erste Abschnitt von Kanälen 108 so ausgebildet, dass der erste Abschnitt von Kanälen 108 zu einem einzigen Kanal zusammengeführt ist. Mit anderen Worten, ein Ende des ersten Abschnitts von Kanälen 108 kann entlang einer zu einer Strömungsrichtung des Kühlmittels entgegengesetzten Richtung zu einem einzigen Kanal zusammengeführt sein. Der so gebildete einzelne Kanal kann das Einleiten und die Aufnahme des Kühlmittels zu und von den Kanälen erlauben, und ein anderes Ende des ersten Abschnitts von Kanälen 108 ist mit dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 verbunden. Der erste Abschnitt von Kanälen 108 und der zweite Abschnitt von Kanälen 110 sind miteinander verbunden, um die Kanäle 104 zu bilden, die einen kontinuierlichen Strom des Kühlmittels in dem Wärmetauscher 100 erlauben. Ferner werden der Wärmetauscher 100 und das elektrische Element 102 kollektiv als thermisches System bezeichnet.
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Der Wärmetauscher 100 kann mindestens einen Einlass 202 aufweisen, der dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel in die Kanäle 104 einzuleiten, und mindestens einen Auslass 204, der dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel von den Kanälen 104 aufzunehmen, nachdem das Kühlmittel Wärme von dem elektrischen Element 102 abgezogen hat. Ferner sind der mindestens eine Einlass 202 und der mindestens eine Auslass 204 auf der ersten Platte 106 ausgebildet. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind der mindestens eine Einlass 202 und der mindestens eine Auslass 204 mit dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 verbunden, damit das Kühlmittel in den Kanälen 104 des Wärmetauschers 100 zirkulieren kann. In diesem Fall handelt es sich bei dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 um U-förmige Kanäle, die mit dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 verbunden sind, um die Kanäle 104 zu bilden. Da der erste Abschnitt von Kanälen 108 und der zweite Abschnitt von Kanälen 110 miteinander verbunden sind, können die Kanäle 104 zwei Enden aufweisen, wie zum Beispiel ein erstes Ende 206A und ein zweites Ende 206B. Ferner gehören sowohl das erste Ende 206A als auch das zweite Ende 206B in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 zu den Kanälen 104, wie in 1A dargestellt. Der mindestens eine Einlass 202 ist mit dem ersten Ende 206A der Kanäle 104 verbunden, und der mindestens eine Auslass 204 ist mit dem zweiten Ende 206B der Kanäle 104 verbunden. In diesen Fällen sind das erste Ende 206A und das zweite Ende 204A der Kanäle 104 entlang einer zu einer Strömungsrichtung des Kühlmittels entgegengesetzten Richtung zu einem einzigen Kanal zusammengeführt und sind jeweils mit dem mindestens einen Einlass 202 und dem mindestens einen Auslass 204 verbunden. Daher ist die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 aus der Mehrzahl von Kanälen 104 niedriger als in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110. Da der zu den Kanälen 104 gehörige erste Abschnitt von Kanälen 108 eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels hat als der zweite Abschnitt von Kanälen 110, ist der Wärmeaustausch in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 geringer als in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110. Ferner können sich die Kanäle 104 entlang der Strömungsrichtung des Kühlmittels wie ein Baum ausgehend von einem Einlass aus dem Satz von Einlässen 202 in dem ersten Abschnitt 108 der Mehrzahl von Wärmeaustauschkanälen 104 verzweigen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Satz von Einlässen 202 mit dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 verbunden, und der Satz von Auslässen 204 ist mit dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 verbunden. In diesem Fall handelt es sich bei dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 um I-förmige Kanäle. Ferner kann der Satz von Einlässen 202 an einem Ende der ersten Platte 106 gebildet und mit dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 verbunden sein, und der Satz von Auslässen 204 kann am anderen Ende der ersten Platte 106 gebildet und mit dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 verbunden sein. Der Satz von Einlässen 202 kann mit Leitungen verbunden sein, die das Kühlmittel mit sich führen, und ist dazu eingerichtet, das Kühlmittel in die Kanäle 104 einzuleiten. Da der zu den Kanälen 104 gehörige erste Abschnitt von Kanälen 108 eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels hat als der zweite Abschnitt von Kanälen 110, ist der Wärmeaustausch in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 geringer als in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110. Da die Zellen 102A in der Ecke des elektrischen Elements 102 weniger Wärme abstrahlen als die übrigen Zellen in dem elektrischen Element 102, ist ein geringerer Wärmeaustausch in dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 als in dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110 optimal, um die Durchschnittstemperatur über dem elektrischen Element 102 aufrechtzuerhalten.
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In 3A-C sind Draufsichten der Kanäle 104 des Wärmetauschers 100 von 1A dargestellt. Die Kanäle 104 des Wärmetauschers 100 sind über den Zellen 102A des elektrischen Elements 102 angeordnet. Die Zellen 102A sind hintereinander in Reihen in dem elektrischen Element 102 angeordnet. Die Reihen von Zellen 102A sind in dem elektrischen Element 102 gleich weit voneinander beabstandet, wie in 3A-C dargestellt. Zum Beispiel sind in 3A-C die Draufsichten der Kanäle 104 mit Flächen 106C mit Kühlmittelkontakt und Flächen 106D ohne Kühlmittelkontakt mit den Reihen von Zellen 102A dargestellt. Mit anderen Worten, der erste Plattenteil 106A wird hier als die Flächen 106C mit Kühlmittelkontakt angesehen, und der zweite Plattenteil 106B wird hier als die Flächen 106D ohne Kühlmittelkontakt angesehen. Gemäß der in 3A-C dargestellten Ausgestaltung sind die Kanäle 104 als drei Segmente dargestellt, wie zum Beispiel als erstes Segment 302 mit vier Reihen von Zellen 102A gemäß 3A, als zweites Segment 304 mit drei Reihen von Zellen 102A gemäß 3B und als drittes Segment 306 mit drei Reihen von Zellen 102A gemäß 3C. Ferner befindet sich der erste Abschnitt von Kanälen 108 in dem ersten Segment gemäß 3A, und der zweite Abschnitt von Kanälen 110 ist in allen drei Segmenten dargestellt. Ferner besitzen die den ersten beiden Reihen von Zellen 102A entsprechenden Kanäle 104 einen kleineren Fluidkontaktflächeninhalt als die übrigen Reihen von Zellen 102A. Ferner kann der Wärmetauscher 100 in drei Zonen unterteilt sein, nämlich eine erste Zone 310, eine zweite Zone 312 und eine dritte Zone 314. Ferner werden die in 3A dargestellten Reihen 1-2 als erste Zone 310 angesehen, die in 3B-C dargestellten Reihen 3-6 werden als zweite Zone 312 angesehen, und die in 3C dargestellten Reihen 7-8 werden als dritte Zone 314 angesehen. Bei einer Ausführungsform ist die Kontaktfläche zwischen Kühlmittel und Fluid in der ersten Zone 310 und der dritten Zone 314 kleiner als bei der zweiten Zone 312. Bei diesem Beispiel umfasst die erste Zone 310 den ersten Abschnitt von Kanälen 108, und die zweite und dritte Zone 312, 314 umfassen den zweiten Abschnitt von Kanälen 110. Ferner beträgt ein Verhältnis zwischen der Platte 106A des ersten Teils bzw. den Flächen 302 mit Kühlmittelkontakt und der Platte 106B des zweiten Teils bzw. den Flächen 304 ohne Kühlmittelkontakt in der ersten Zone 310 80%. Ferner beträgt ein Verhältnis zwischen der Platte 106A des ersten Teils bzw. den Flächen 302 mit Kühlmittelkontakt und der Platte 106B des zweiten Teils bzw. den Flächen 304 ohne Kühlmittelkontakt in der zweiten Zone 312 100%.
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Wie oben dargestellt, entsprechen die ersten beiden Zellen, d.h. Reihe 1 und 2, dem ersten Abschnitt von Kanälen 108, der einen kleineren Fluidflächeninhalt besitzt als der zweite Abschnitt von Kanälen 110. Die übrigen Reihen von Zellen, d.h. die Reihen 3-8, entsprechen dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110, der einen größeren Fluidflächeninhalt besitzt. Da der Fluidflächeninhalt bei dem ersten Abschnitt von Kanälen 108 kleiner ist als bei dem zweiten Abschnitt von Kanälen 110, erfolgt der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetauscher 100 und dem elektrischen Element 102 gleichmäßig über das elektrische Element 102. Der Wärmetauscher 100 kühlt das elektrische Element 102 auf eine Durchschnittstemperatur über das elektrische Element 102 und gibt unabhängig von den Zellen 102A in dem elektrischen Element Wärme mit einer anderen Temperatur ab. Daher kann eine homogene Temperatur der Zellen in dem elektrischen Element 102 erreicht werden, wodurch die Lebensdauer des elektrischen Elements 102 erhöht wird.
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Ganz offensichtlich sind angesichts der obigen Lehre zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es versteht sich daher, dass die Erfindung auch anders als hierin speziell beschrieben praktiziert werden kann.
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In jedem Fall kann und soll die Erfindung nicht auf die in diesem Dokument speziell beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, da es noch andere Ausführungsformen geben könnte. Die Erfindung soll sich auf jedes äquivalente Mittel und jede technisch mögliche Kombination von Mitteln erstrecken.