DE102010013467A1 - Tempering element for use in tempering device for e.g. hybrid car, has heat conductive layers arranged between Peltier element layers, where electric current causes tempering of conductive layers based on Peltier effect - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Temperierelement und eine Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.The present invention relates to a tempering and a temperature control device for a vehicle, in particular for an electric or hybrid vehicle.
Bei Elektrofahrzeugen steht keine Verbrennungsabwärme zum Heizen der Kabine zur Verfügung. Elektrisch resistives Heizen erfordert eine erhebliche Vergrößerung der Batteriekapazitäten, was im Allgemeinen sehr kostenintensiv ist. Es sind daher alternative Heizmethoden und auch Kühlmethoden gefragt, um den Bedarf an elektrischer Energie zur Aufrechterhaltung des Passagierkomforts zu verringern.In electric vehicles, there is no waste heat for heating the cabin. Electrically resistive heating requires a significant increase in battery capacity, which is generally very expensive. Alternative heating methods and cooling methods are therefore needed to reduce the need for electrical energy to maintain passenger comfort.
Für Elektrofahrzeuge stellen PTC-Zuheizer oder Kaltleiter-Zuheizer eine Möglichkeit dar, ohne Mitführung eines Brennstoffes wie Benzin, Bioethanol etc. den Heizbedarf der Passagierkabine in den kälteren Jahreszeiten zu decken. Luftseitig angeordnete PTC-Zuheizer werden bereits in Serie für Fahrzeuge mit zeitweise geringen Abwärmen produziert, etwa für moderne Dieselfahrzeuge beim Kaltstart. Eine Realisierungsform besteht hier beispielsweise in einem Heizkörperprinzip mit übereinander geklebten Lagen von Berippungen mit PTC-Steinen zwischen den Lagen. Dieses Design ist zwar besonders einfach, da kein den Heizkörper oder Teile davon umschließender Rahmen, Gehäuse, Rohr o. ä. erforderlich ist, sondern durch die Klebeverbindungen eine serielle stoffschlüssige Verbindung mit den jeweiligen benachbarten Lagen besteht. Da bei dieser einfachen Bauweise die Berippung selbst stromführend ist, eignet sich diese jedoch ausschließliche für Niedervoltanwendungen, z. B. für das 12 V-Bordnetz.For electric vehicles, PTC heaters or PTC auxiliary heaters represent a possibility to cover the heating requirements of the passenger cabin in the colder seasons without carrying a fuel such as gasoline, bioethanol, etc. PTC heaters located on the air side are already being produced in series for vehicles with temporarily low waste heat, for example for modern diesel vehicles during cold starts. One form of realization here, for example, in a radiator principle with superimposed layers of nipples with PTC stones between the layers. Although this design is particularly simple, since no the radiator or parts thereof enclosing frame, housing, pipe o. Ä. Is required, but by the adhesive bonds a serial cohesive connection with the respective adjacent layers. Since in this simple construction, the ribbing is self-energized, but this is only suitable for low-voltage applications, such. B. for the 12 V electrical system.
Ein weiterer Ansatz ist eine Realisierung eines Heizkörpers mit Peltiertechnologie. In diesem Zusammenhang wurden z. B. bereits Prototypen eines Heizkörpers mit alternativer Kühlfunktion zur Unterstützung des AC-Kreises vorgestellt. Bei diesen Prototypen erscheint jedoch das Bauprinzip relativ aufwändig und dreidimensional, z. B. ist eine hohe Tiefe erforderlich.Another approach is a realization of a radiator with Peltier technology. In this context, z. B. already prototypes of a radiator with alternative cooling function to support the AC circuit presented. In these prototypes, however, the construction principle appears relatively complex and three-dimensional, z. B. is a high depth required.
Beim rein elektrischen Heizen wird hochwertige elektrische Energie in minderwertige Wärmeenergie umgewandelt. Zweierlei Überlegungen stehen dem entgegen. Zum einen kostet eine Bereitstellung einer elektrischen Speicherkapazität, z. B. mittels Li-Ion-Batterien ca. 500–700 EUR/kWh. Die bisher angedachten Technologien mit Peltierelementen sind aufgrund der höheren Komplexität der elektrischen Verschaltung von abwechselnd p- und n-dotierten Bausteinen in elektrischer Serienschaltung aufwändiger realisierbar als Heizungen mit PTC-Zuheizer. Elektrische Isolatoren sind in der Regel auch thermisch isolierend und verschlechtern die Wärmeübergänge. Die Thermoelektrik ist bei hohen treibenden Temperaturgradienten noch stärker von der Reduzierung des COP bzw. des Wirkungsgrades betroffen als konventionelle Wärmepumpen.In purely electric heating, high-quality electrical energy is converted into low-quality thermal energy. Two considerations stand in the way. Firstly, a provision of an electrical storage capacity, z. B. by Li-ion batteries about 500-700 EUR / kWh. The previously envisaged technologies with Peltier elements are more complicated to realize than heaters with PTC heater due to the higher complexity of the electrical interconnection of alternating p- and n-doped devices in electrical series circuit. Electrical insulators are usually also thermally insulating and worsen the heat transfer. At high driving temperature gradients, thermoelectrics are even more affected by the reduction in COP and efficiency than conventional heat pumps.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Temperierelement und eine verbesserte Temperiervorrichtung zu schaffen.It is the object of the present invention to provide an improved tempering element and an improved tempering device.
Diese Aufgabe wird durch ein Temperierelement gemäß Anspruch 1 sowie eine Temperiervorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by a tempering according to claim 1 and a tempering according to claim 8.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geschickte Serienschaltung von Peltier-Elementen ein Heiz- bzw. Kühlkörper im Schichtdesign ermöglicht werden kann, dergestalt, dass jeweils gleich dotierte Peltier-Elemente benachbart in einer Schicht angeordnet sind.The present invention is based on the finding that a heating or cooling element in the layer design can be made possible by a clever series connection of Peltier elements, such that in each case identically doped Peltier elements are arranged adjacent in a layer.
Der Einsatz von Peltierelementen unterscheidet sich vom Einsatz von PTC-Steinen unter anderem durch die Tatsache, dass zwei verschieden dotierte Materialien, also p- und n-dotierte Elemente, miteinander in Verschaltung stehen. Standardmäßig bilden die Peltierelemente eine derartige Konfiguration, dass jeweils eine Warmseite zweier unterschiedlich dotierter Peltierelemente und eine Kaltseite zweier unterschiedlich dotierter Peltierelemente elektrisch leitend verbunden sind, so dass sich insgesamt eine serielle Schaltung ergibt. Eine derartige Konfiguration lässt sich jedoch kaum direkt auf einen fertigungsgerechten Heizkörper bzw. Kühlkörper übertragen, da die metallischen Leiter keinen durchgehenden Steg bilden, der über zwei unterschiedlich dotierte, unmittelbar benachbarte Elemente hinausgeht. Die Unterbrechungen könnten nur durch einen elektrischen Nichtleiter überbrückt werden. Dieser Nichtleiter stellt für den Wärmeübergang auf beiden Seiten ein Hindernis dar.Among other things, the use of Peltier elements differs from the use of PTC bricks due to the fact that two differently doped materials, ie p- and n-doped elements, are interconnected. By default, the Peltier elements form such a configuration that in each case one hot side of two differently doped Peltier elements and one cold side of two differently doped Peltier elements are electrically conductively connected, resulting in a total of one serial circuit. However, such a configuration can hardly be transferred directly to a production-appropriate radiator or heat sink, since the metallic conductors do not form a continuous ridge, which goes beyond two differently doped, immediately adjacent elements. The interruptions could only be bridged by an electrical non-conductor. This non-conductor is an obstacle to the heat transfer on both sides.
Der erfindungsgemäße Ansatz beschreibt einen Heizkörper mit möglicher Kühlfunktion zur Heizung bzw. Kühlung der Kabine eines Elektrofahrzeuges, der mit möglichst geringem Aufwand und bereits einsetzbaren Fertigungstechnologien möglichst kostengünstig produziert werden kann und zudem einen hohen Wirkungsgrad durch Optimierung der Wärmeübergänge aufweist.The approach of the invention describes a radiator with a possible cooling function for Heating or cooling of the cabin of an electric vehicle that can be produced as inexpensively as possible with the least possible effort and already deployable manufacturing technologies and also has a high efficiency by optimizing the heat transfer.
Ein erfindungsgemäßer Heizkörper kann einfach zu fertigende, durchgehende Stege für eine Berippung und durchgehende Kanäle für Kühlwasser aufweisen, die jeweils als elektrische Leiter ausgeführt sind. Durch eine möglichst direkte thermische Anbindung der Peltier-Elemente an eine Flüssig- und/oder Luftseite kann ein hoher Wärmeübergang realisiert werden, was insbesondere darauf zurückzuführen ist, dass keine elektrischen Isolatoren als Wärmebarrieren in diesem Bereich vorhanden sind –. Vorteilhafterweise kann eine derartige Kombination aus Serien- und Parallelschaltung auf 12 V abgestimmt werden. Der Wärmeübergang an Rippen auf der Luftseite und einen Kühlwasserkanal kann gemäß einer Ausführungsform zweiseitig ausgeführt sein. Ein derartiger Aufbau bietet den weiteren Vorteil, dass eine mögliche thermische Isolationswirkung einer galvanischen Trennung, z. B. zwischen den Rippen, unproblematisch, da hier aufgrund der Symmetriebedingung kein Temperaturgradient existiert. Insgesamt besteht ein bedeutender Vorteil in einer möglichst geringen Abweichung von bereits gemäß bestehenden Fertigungsverfahren hergestellten Heizkörpern, z. B. mit PTC-Zuheizern, bei gleichzeitig optimalem Wärmeübergang. Es ergibt sich somit ein optimaler Wirkungsgrad oder COP (coefficient of performance). Ein gemäß dem hier erfindungsgemäßen Ansatz gestaltetes Grunddesign bietet somit den Vorteil, dass es sich von dem eines Heizkörpers mit stoffschlüssiger Verbindung im Wesentlichen durch zwei Punkte unterscheidet. Erstens sind Kühlwasserkanäle als Wärmequelle, für einen Heizbetrieb, oder als Wärmesenke, für einen Kühlbetrieb, bereits vorhanden. Und zweitens ist mittig zwischen den Wellrippen eine elektrische Isolierschicht vorhanden. Eine Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Heizkörpers mit Peltier-Elementen für einen Heiz- oder Kühlbetrieb gestaltet sich entsprechend so, dass Netto-Wärmeströme in Summe nur in vertikaler Richtung auftreten und so zu verstehen sind.A radiator according to the invention can have easily produced, continuous webs for a ribbing and continuous channels for cooling water, which are each designed as electrical conductors. By a very direct thermal connection of the Peltier elements to a liquid and / or air side, a high heat transfer can be realized, which is due in particular to the fact that no electrical insulators are available as a heat barrier in this area -. Advantageously, such a combination of series and parallel connection can be tuned to 12 V. The heat transfer at ribs on the air side and a cooling water channel can be performed on two sides according to an embodiment. Such a structure offers the further advantage that a possible thermal insulation effect of galvanic isolation, z. B. between the ribs, unproblematic, since no temperature gradient exists here due to the symmetry condition. Overall, there is a significant advantage in the smallest possible deviation from already manufactured according to existing manufacturing processes radiators, eg. B. with PTC auxiliary heaters, at the same time optimal heat transfer. This results in an optimal efficiency or COP (coefficient of performance). A basic design designed in accordance with the approach according to the invention thus has the advantage that it differs from that of a radiator having a material-locking connection substantially by two points. First, cooling water channels are already present as a heat source, for a heating operation, or as a heat sink, for a cooling operation. And secondly, there is an electrical insulating layer in the middle between the corrugated ribs. An operation of a radiator according to the invention with Peltier elements for a heating or cooling operation is designed accordingly so that net heat flows occur in sum only in the vertical direction and are to be understood.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Temperierelement für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen: einer ersten Peltier-Element-Lage; einer zweiten Peltier-Element-Lage; einer ersten elektrisch leitfähigen Wärmeleiterlage zum Leiten eines ersten Wärmeleitfluids; und einer zweiten elektrisch leitfähigen Wärmeleiterlage zum Leiten eines zweiten Wärmeleitfluids, wobei die erste Peltier-Element-Lage, die zweite Peltier-Element-Lage, die erste Wärmeleiterlage und die zweite Wärmeleiterlage in Form eines Stapels angeordnet sind, so dass die erste Wärmeleiterlage und/oder die zweite Wärmeleiterlage zwischen der ersten Peltier-Element-Lage und der zweiten Peltier-Element-Lage angeordnet ist, und wobei ein durch den Stapel geleiteter elektrischer Strom aufgrund eines Peltier-Effekts eine Temperierung der ersten Wärmeleiterlage und der zweiten Wärmeleiterlage bewirkt.The present invention provides a temperature control element for a vehicle, comprising: a first Peltier element layer; a second Peltier element layer; a first electrically conductive heat conducting layer for conducting a first heat conducting fluid; and a second electrically conductive heat conducting layer for conducting a second heat conducting fluid, wherein the first Peltier element layer, the second Peltier element layer, the first heat conducting layer and the second heat conducting layer are arranged in the form of a stack so that the first heat conducting layer and / or the second heat conducting layer is arranged between the first Peltier element layer and the second Peltier element layer, and wherein an electric current conducted through the stack causes a tempering of the first heat conducting layer and the second heat conducting layer due to a Peltier effect.
Das Temperierelement kann beispielsweise in einem Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug eingesetzt werden, um eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu temperieren. Temperieren kann dabei sowohl erwärmen als auch abkühlen bedeuten. Die erste Peltier-Element-Lage und die zweite Peltier-Element-Lage können aus zwei unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien gebildet sein. So kann beispielsweise die erste Peltier-Element-Lage n-dotiert und die zweite Peltier-Element-Lage p-dotiert oder umgekehrt die erste Peltier-Element-Lage p-dotiert und die zweite Peltier-Element-Lage n-dotiert sein. Anstelle von Halbleitermaterialien können für die Peltier-Element-Lagen auch andere geeignete Leiter eingesetzt werden. Die erste und zweite elektrisch leitfähige Wärmeleiterlage können aus einem gut leitenden Metall gebildet sein. Ein an das Temperierelement angelegter Strom kann an einem Ende des Stapels in das Temperierelement eintreten, den gesamten Stapel durchlaufen und ihn an einem gegenüberliegenden Ende wieder verlassen, zum Beispiel über geeignete Kontakte, die mit einer elektrischen Leitung verbunden sind. Die erste und zweite elektrisch leitfähige Wärmeleiterlage können jeweils von einem Wärmeleitfluid durchströmt werden. Die erste und zweite Wärmeleiterlage können in dem Stapel bezüglich der ersten und zweiten Peltier-Element-Lage so angeordnet sein, dass eine durch den Peltier-Effekt erzeugte Temperatur auf die in denselben geführten Wärmeleitfluide übertragen werden kann. Gemäß dem Peltier-Effekt und der Anordnung der Wärmeleiterlagen in Bezug auf die Peltier-Element-Lagen wird bei einem Betrieb des Temperierelements stets eines der Wärmeleitfluide erwärmt und das andere gekühlt. Bei dem ersten und zweiten Wärmeleitfluid kann es sich z. B. jeweils um ein Gas oder um eine Flüssigkeit handeln. Entsprechend einer zu erzielenden Aufgabe des Temperierelements kann dabei eines der Wärmeleitfluide dazu dienen, in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs geleitet zu werden, um diese zu kühlen oder zu erwärmen. Wird der Stromfluss in dem Temperierelement umgekehrt, so kann das Wärmeleitfluid, das davor durch das Temperierelement erwärmt wurde nun abgekühlt werden, oder umgekehrt. Um einen Leckstrom über das Wärmeleitfluid zu verhindern, kann zwischen dem Wärmeleitfluid und einer dem Wärmefluid zugewandten Oberfläche der Wärmeleiterlage eine elektrische Isolierung angeordnet sein.The tempering can be used for example in an electric or hybrid vehicle to temper a passenger compartment of the vehicle. Tempering can mean heating as well as cooling. The first Peltier element layer and the second Peltier element layer may be formed from two differently doped semiconductor materials. For example, the first Peltier element layer may be n-doped and the second Peltier element layer may be p-doped, or conversely the first Peltier element layer may be p-doped and the second Peltier element layer may be n-doped. Instead of semiconductor materials, other suitable conductors can be used for the Peltier element layers. The first and second electrically conductive heat conducting layers may be formed from a highly conductive metal. A current applied to the tempering element can enter the tempering element at one end of the stack, pass through the entire stack and leave it again at an opposite end, for example via suitable contacts which are connected to an electrical line. The first and second electrically conductive heat conducting layer can each be traversed by a heat conducting fluid. The first and second heat conducting layers may be disposed in the stack with respect to the first and second Peltier element layers so that a temperature generated by the Peltier effect can be transmitted to the heat conducting fluids carried therein. According to the Peltier effect and the arrangement of the heat conductor layers with respect to the Peltier element layers, one of the heat conducting fluids is always heated during operation of the tempering element and the other is cooled. In the first and second heat-conducting fluid may be, for. B. each act on a gas or a liquid. In accordance with a task to be achieved by the tempering element, one of the heat-conducting fluids can serve to be conducted into a passenger compartment of the vehicle in order to cool or heat it. If the current flow in the temperature control element is reversed, then the heat conduction fluid that was previously heated by the temperature control element can now be cooled, or vice versa. In order to prevent a leakage current via the heat-conducting fluid, an electrical insulation can be arranged between the heat-conducting fluid and a surface of the heat-conducting layer facing the thermal fluid.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Temperierelement eine weitere erste elektrisch leitfähige Wärmeleiterlage umfassen und zusätzlich oder alternativ eine weitere zweite elektrisch leitfähige Wärmeleiterlage umfassen. Dabei kann die weitere erste und/oder weitere zweite Wärmeleiterlage durch zumindest eine der ersten oder zweiten Peltier-Element-Lage von der ersten oder zweiten Wärmeleiterlage getrennt in dem Stapel angeordnet sein. Beispielsweise kann der Stapel so aufgebaut sein, dass sich zuunterst des Stapels die weitere zweite Wärmeleiterlage befindet, auf der die erste Peltier-Element-Lage angeordnet ist. Auf dieser wiederum kann die erste Wärmeleiterlage angeordnet sein, auf der sich die zweite Peltier-Element-Lage befindet. Die zweite Wärmeleiterlage kann den Abschluss des Temperierelementstapels bilden. Alternativ kann der Stapel so aufgebaut sein, dass die weitere erste Wärmeleiterlage die erste Schicht des Stapels bildet. Auf dieser können nacheinander zum Beispiel erste Peltier-Element-Lage, die zweite Wärmeleiterlage, die erste Wärmeleiterlage, die zweite Peltier-Element-Lage und die weitere zweite Wärmeleiterlage angeordnet sein, wobei zwischen der zweiten Wärmeleiterlage und der ersten Wärmeleiterlage eine thermische Isolierschicht angeordnet sein kann.According to one embodiment, the tempering element may comprise a further first electrically conductive heat conducting layer and additionally or alternatively comprise a further second electrically conductive heat conducting layer. In this case, the further first and / or further second heat conductor layer can be arranged separated from the first or second heat conductor layer in the stack by at least one of the first or second Peltier element layer. For example, the stack may be constructed such that at the bottom of the stack is the further second heat conductor layer on which the first Peltier element layer is arranged. On this turn, the first heat conductor layer may be arranged, on which the second Peltier element layer is located. The second heat conductor layer can form the end of the Temperierelementstapels. Alternatively, the stack may be constructed so that the further first heat conducting layer forms the first layer of the stack. The first Peltier element layer, the second heat conductor layer, the first heat conductor layer, the second Peltier element layer and the further second heat conductor layer can be arranged one after the other, with a thermal insulation layer being arranged between the second heat conductor layer and the first heat conductor layer can.
Für den Fall das das Temperierelement eine weitere zweite elektrisch leitfähige Wärmeleiterlage umfasst kann die zweite Wärmeleiterlage einen ersten elektrischen Kontakt und die weitere zweite Wärmeleiterlage einen zweiten elektrischen Kontakt aufweisen. Dabei können die erste Peltier-Element-Lage und die zweite Peltier-Element-Lage zwischen der zweiten Wärmeleiterlage und der weiteren zweiten Wärmeleiterlage angeordnet sein. Die erste Wärmeleiterlage kann zwischen der ersten Peltier-Element-Lage und der zweiten Peltier-Element-Lage angeordnet sein. Gemäß dieser Anordnung kann, ein erster Peltier-Effekt an der ersten Wärmeleiterlage erzielt werden, so dass die erste Wärmeleiterlage entsprechend einer Polung des durch den Stapel geleiteten Stroms erwärmt oder gekühlt werden kann. Gemäß einem zu dem ersten Peltier-Effekt entgegengesetzten weiteren Peltier-Effekt kann die zweite Wärmeleiterlage erwärmt werden, wenn die erste Wärmeleiterlage gekühlt wird beziehungsweise gekühlt wird, wenn die erste Wärmeleiterlage erwärmt wird. Diese Anordnung bietet den weiteren Vorteil, dass keine thermisch isolierende Schicht zwischen den einzelnen Lagen erforderlich ist, stets unterschiedlich temperierte Wärmeleiterlagen stets durch eine Peltier-Element-Lage getrennt sind. Bei einer Stapelung des Temperierelements mit einem weiteren gleichen Temperierelement ist zudem lediglich eine galvanische Trennung und keine thermogalvanische Trennung zwischen den Temperierelementen erforderlich ist, da hier zwei Wärmeleiterlagen benachbart zueinander angeordnet sind, die demselben Peltier-Effekt ausgesetzt sind und somit eine gleiche Temperatur aufweisen.In the case where the tempering element comprises a further second electrically conductive heat conducting layer, the second heat conducting layer may have a first electrical contact and the further second heat conducting layer may have a second electrical contact. In this case, the first Peltier element layer and the second Peltier element layer can be arranged between the second heat conductor layer and the further second heat conductor layer. The first thermal conductor layer may be disposed between the first Peltier element layer and the second Peltier element layer. According to this arrangement, a first Peltier effect can be achieved at the first heat conducting layer, so that the first heat conducting layer can be heated or cooled in accordance with a polarity of the current conducted through the stack. According to a further Peltier effect opposed to the first Peltier effect, the second heat conducting layer can be heated when the first heat conducting layer is cooled or cooled when the first heat conducting layer is heated. This arrangement offers the further advantage that no thermally insulating layer between the individual layers is required, always different tempered thermal conductor layers are always separated by a Peltier element layer. In a stacking of the tempering with another equal tempering only a galvanic separation and no thermo-galvanic separation between the tempering is also required, since two heat conducting layers are arranged adjacent to each other, which are exposed to the same Peltier effect and thus have a same temperature.
Alternativ kann das Temperierelement eine weitere erste Wärmeleiterlage und eine weitere zweite Wärmeleiterlage umfassen. Die erste Wärmeleiterlage kann einen ersten elektrischen Kontakt aufweisen, und die weitere erste Wärmeleiterlage kann einen zweiten elektrischen Kontakt aufweisen. Desweiteren kann das Temperierelement eine elektrische Leitung zum Verbinden der zweiten Wärmeleiterlage mit der weiteren zweiten Wärmeleiterlage aufweisen. Dabei können die erste Wärmeleiterlage und die zweite Wärmeleiterlage zwischen der ersten und der zweiten Peltier-Element-Lage angeordnet sein und die erste Peltier-Element-Lage und die zweite Peltier-Element-Lage zwischen der weiteren ersten Wärmeleiterlage und der weiteren zweiten Wärmeleiterlage angeordnet sein. Zwischen der ersten Wärmeleiterlage und der zweiten Wärmeleiterlage kann zudem eine galvanische und thermische Isolierlage angeordnet sein. Gemäß dieser Anordnung kann ein elektrischer Strom an dem ersten elektrischen Kontakt in das Temperierelement eintreten und von dort die zweite Peltier-Element-Lage, die zweite Wärmeleiterlage, über die elektrische Leitung die weitere zweite Wärmeleiterlage, die erste Peltie-Element-Lage und schließlich die weitere erste Wärmeleiterlage durchlaufen. An dem zweiten elektrischen Kontakt kann der elektrische Strom aus dem Temperierelement heraus- und unter Umständen in ein weiteres Temperierelement hineingeleitet werden.Alternatively, the tempering may comprise a further first heat conducting layer and a further second heat conducting layer. The first heat conducting layer may have a first electrical contact, and the further first thermal conducting layer may have a second electrical contact. Furthermore, the tempering element may have an electrical line for connecting the second heat conducting layer to the further second heat conducting layer. In this case, the first heat conducting layer and the second heat conducting layer can be arranged between the first and the second Peltier element layer and the first Peltier element layer and the second Peltier element layer can be arranged between the further first heat conducting layer and the further second heat conducting layer , Between the first heat conductor layer and the second heat conductor layer can also be arranged a galvanic and thermal insulating layer. According to this arrangement, an electric current can enter the tempering element at the first electrical contact and from there the second Peltier element layer, the second heat conducting layer, via the electrical line the further second heat conducting layer, the first Peltie element layer and finally the go through another first heat conductor layer. At the second electrical contact, the electric current can be led out of the tempering element and under certain circumstances into another tempering element.
Die erste Peltier-Element-Lage kann mindestens zwei benachbart zueinander angeordnete erste Peltier-Element-Leiter aufweisen, und die zweite Peltier-Element-Lage kann mindestens zwei benachbart zueinander angeordnete zweite Peltier-Element-Leiter aufweisen. Ein Abstand zwischen den einzelnen Peltier in Elementen kann abhängig von einer Wärmeleistung der Peltier-Element-Leiter gewählt sein. Zwischen den einzelnen Peltier-Element-Leitern kann eine elektrische Isolierung angeordnet sein. Je nach Ausdehnung der Peltier-Element-Lagen können entsprechend viele Peltier-Element-Leiter benachbart zueinander angeordnet sein. Dabei können die Peltier-Element-Leiter flächig, also beispielsweise sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung nebeneinander angeordnet sein.The first Peltier element layer may comprise at least two first Peltier element conductors disposed adjacent to each other, and the second Peltier element layer may comprise at least two second Peltier element conductors disposed adjacent to each other. A distance between the individual Peltier in elements may be selected depending on a heat output of the Peltier element conductors. Between the individual Peltier element conductors, an electrical insulation can be arranged. Depending on the extent of the Peltier element layers, a corresponding number of Peltier element conductors can be arranged adjacent to one another. In this case, the Peltier element conductors can be arranged flat, ie, for example, both in the longitudinal direction and in the transverse direction next to each other.
Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Wärmeleiterlage als ein Kühlmittelkanal ausgebildet sein und die zweite Wärmeleiterlage kann als ein Rippenelement ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Kühlmittelkanal als ein Rohr zum Führen einer Kühlmittelflüssigkeit ausgebildet sein. Das Rippenelement kann beispielsweise aus zwei Stegen gebildet sein, zwischen denen ein zick-zack- oder wellenförmig gebogenes Metallband angeordnet ist, so dass beispielsweise schräg angeordnete Rippen zwischen den Stegen gebildet werden. Bei dem zweiten Wärmeleitfluid kann es sich beispielsweise um Luft handeln, die aus einer Fahrzeugumgebung in das Fahrzeug geleitet und durch die zweite Wärmeleiterlage geführt wird, wo sie entsprechend einer Temperatur der zweiten Wärmeleiterlage gekühlt oder erwärmt wird. Ein derartiger Aufbau der zweiten Wärmeleiterlage bietet vorteilhafterweise eine große Temperaturübergangsfläche für das durch die zweite Wärmeleiterlage geführte Fluid. Selbstverständlich können auch die erste Wärmeleiterlage zum Führen von Luft und die zweite Wärmeleiterlage zum Führen einer Flüssigkeit ausgebildet sein. Ebenso kann die erste Wärmeleitlage eine Mehrzahl benachbart zueinander angeordnete Kühlmittelkanäle aufweisen und die weite Wärmeleiterlage kann eine Mehrzahl von benachbart zueinander angeordneten Rippenelementen aufweisen.According to one embodiment, the first heat conductor layer may be formed as a coolant channel and the second heat conductor layer may be formed as a rib member. For example, the coolant channel may be formed as a tube for guiding a coolant liquid. The rib element may for example be formed of two webs, between which a zig-zag or wavy bent metal band is arranged so that, for example, obliquely arranged ribs are formed between the webs. The second thermal fluid may be, for example, air coming from a vehicle environment the vehicle is passed and passed through the second heat conductor layer, where it is cooled or heated in accordance with a temperature of the second heat conductor layer. Such a construction of the second heat conducting layer advantageously offers a large temperature transition surface for the fluid guided through the second heat conducting layer. Of course, the first heat conducting layer for guiding air and the second heat conducting layer for guiding a liquid can also be formed. Likewise, the first heat conducting layer may have a plurality of coolant channels arranged adjacent to one another and the wide heat conducting layer may have a plurality of rib elements arranged adjacent to one another.
Die erste Wärmeleiterlage kann an einer Außenseite eine galvanische Isolierschicht aufweisen. Diese kann von einer Leiterschicht umgeben sein, die ausgebildet sein kann, um einen Stromfluss zwischen der ersten Peltier-Element-Lage und der zweiten Peltier-Element-Lage zu ermöglichen. Beispielsweise kann die erste Wärmeleiterlage vollständig von der Leiterschicht umschlossen sein, oder die Leiterschicht kann auf zwei gegenüberliegenden Seiten der ersten Wärmeleiterlage aufgebracht und mit einer elektrischen Leitung verbunden sein. Auf diese Weise kann der elektrische Stromfluss durch den Stapel des Temperierelements gewährleistet werden, wobei gleichzeitig die erste Wärmeleiterlage von einem elektrischen Stromfluss ausgenommen ist. So können Leckströme in das die erste Wärmeleiterlage durchströmende Kühlmittel hinein vermieden werden.The first heat conductor layer may have a galvanic insulating layer on an outer side. This may be surrounded by a conductor layer, which may be formed to allow a current flow between the first Peltier element layer and the second Peltier element layer. For example, the first heat conducting layer may be completely enclosed by the conductor layer, or the conductor layer may be applied on two opposite sides of the first heat conducting layer and connected to an electrical line. In this way, the electric current flow through the stack of the tempering can be ensured, at the same time the first heat conductor layer is excluded from an electric current flow. Thus, leakage currents can be avoided in the coolant flowing through the first heat conducting layer.
Die erste Wärmeleiterlage und die zweite Wärmeleiterlage können ausgebildet sein, um zueinander orthogonale Flussrichtungen für das erste Wärmeleitfluid und das zweite Wärmeleitfluid bereitzustellen. Auf diese Weise können Zuläufe und Abläufe der unterschiedlichen Wärmeleitfluide an unterschiedlichen Seiten des Temperierelements angeordnet werden.The first heat conductor layer and the second heat conductor layer may be formed to provide mutually orthogonal flow directions for the first heat conduction fluid and the second heat conduction fluid. In this way, inlets and outlets of the different heat-conducting fluids can be arranged on different sides of the tempering element.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Temperiervorrichtung, die eine Mehrzahl von Temperierelementen umfasst, wobei die Mehrzahl von Temperierelementen über die jeweiligen ersten und zweiten Kontakte in einer Serienschaltung verschaltet sind.The present invention further provides a temperature control device which comprises a plurality of tempering elements, wherein the plurality of tempering elements are connected in a series connection via the respective first and second contacts.
Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen jeweils zwei der Mehrzahl von Temperierelementen eine galvanische Isolierlage angeordnet sein. Auf diese Weise kann ein elektrischer Stromfluss nacheinander durch sämtliche Temperierelemente der Temperiervorrichtung gewährleistet werden. Kontakte einer in Bezug auf den Stromfluss ersten und letzten Temperiereinrichtung können mit einer Stromquelle verbunden sein. Zwischen benachbarten Temperierelementen angeordnete galvanische Isolierlagen können zudem eine thermische Isolierung zwischen den einzelnen Temperierelementen bereitstellen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn zwei unterschiedlich temperierte Wärmeleiterlagen benachbart zueinander in der Temperiervorrichtung angeordnet sind. Die Temperierelemente können sowohl in einer Serienschaltung als auch in einer Parallelschaltung oder in einer Mischform in der Temperiervorrichtung verschaltet sein.According to one embodiment, between each two of the plurality of tempering a galvanic insulating layer may be arranged. In this way, an electrical current flow can be ensured successively by all tempering of the temperature control. Contacts of a first and last tempering device with respect to the current flow can be connected to a current source. Between adjacent tempering arranged galvanic insulating layers can also provide a thermal insulation between the individual tempering. This is particularly important when two differently tempered thermal conductor layers are arranged adjacent to each other in the temperature control. The tempering elements can be connected both in a series connection as well as in a parallel circuit or in a mixing form in the temperature control device.
Die Mehrzahl von Temperierelementen können in mindestens einem Stapel angeordnet sein. Dabei kann eine Dimension der Temperiervorrichtung über eine entsprechende Anzahl von gestapelten Temperierelementen und/oder eine horizontale Ausdehnung der einzelnen Lagen der Mehrzahl von Temperierelementen an bestehende räumliche Gegebenheiten angepasst werden. Selbstverständlich kann die Temperiervorrichtung auch aus einer Mehrzahl von Stapeln gebildet sein, die benachbart angeordnet und über die jeweiligen Kontakte in einer Serienschaltung oder einer Parallelschaltung verschaltet sind.The plurality of tempering elements can be arranged in at least one stack. In this case, one dimension of the tempering device can be adapted to existing spatial conditions via a corresponding number of stacked tempering elements and / or a horizontal extension of the individual layers of the plurality of tempering elements. Of course, the tempering device may also be formed of a plurality of stacks which are arranged adjacent and connected via the respective contacts in a series circuit or a parallel circuit.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Advantageous embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.In the following description of the preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various drawings and similar, and a repeated description of these elements will be omitted.
Jede der Temperiervorrichtungen
Bei dem Ausführungsbeispiel der Temperiervorrichtung
Gemäß dem in
Jeder Heizkörper bzw. jedes Temperierelement
Die Kühlmittelkanäle
Die Peltierelemente
Gemäß der Darstellung in
Je nach Konstruktion könnten so natürlich auch Lagen miteinander verschaltet werden, die nicht unmittelbar benachbart sind, benachbarte Lagen sind jedoch aufgrund der kleinsten erforderlichen Leitungslänge naheliegend und zu bevorzugen. Ebenso könnte eine Temperierelement-Lage
Zusammenfassend für das in
Gemäß der Darstellung in
Im Zusammenhang mit den anhand der vorangegangenen
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.The described embodiments are chosen only by way of example and can be combined with each other.
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