WO2007115743A2 - Heat exchanger comprising deep-drawn, integrally formed distribution and collecting channels for heat-exchanger module plates comprising a tempering medium - Google Patents

Heat exchanger comprising deep-drawn, integrally formed distribution and collecting channels for heat-exchanger module plates comprising a tempering medium Download PDF

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Distribution and collection channels for a temperature control medium comprising heat exchanger module plates
  • the invention relates to a method for producing a heat exchanger module for heat exchangers of electrochemical energy stores, a device for carrying out the method, a heat exchanger module obtainable by the method, a heat exchanger with at least one such heat exchanger module, an electrochemical energy store with such a heat exchanger, and a use for such an electrochemical energy storage.
  • Modern electrochemical high-performance energy storage such as nickel metal hydride batteries, lithium-ion batteries and the like, not only require a sophisticated battery management, but also an efficient temperature control of the individual electrochemical storage cells (short: single cells) to get the best possible performance to ensure the electrochemical energy storage and prevent damage to it.
  • Such an electrochemical energy store is known from DE 10 2004 005 394 A1.
  • the electrochemical energy storage has heat exchanger modules (there Called heat exchanger units), between the heat exchanger tube bundles (there heat exchanger channels called) a plurality of individual cells each in at least two adjacent rows can be arranged side by side.
  • the heat exchanger modules, heat exchanger tube bundles as well as flow distribution and return collection pipes (there called circulation flow distribution channels) etc. can be flowed through by a temperature control medium.
  • the heat exchanger tube bundles are usually made of injection-molded plastic plates with wave-shaped profile are milled into the heat exchanger channels, wherein adjacent heat exchanger channels are each separated by webs from the milling material not removed from each other or from the environment. Two milled plates are then arranged on top of each other so that milling over the milling and the web come to rest on the web. Subsequently, the plastic plates are joined together in the region of the adjacent webs by laser welding.
  • heat exchanger modules are prepared in a further manufacturing step of several heat exchanger tube bundles by a or a plurality of mutually parallel heat exchanger tube bundles are frontally connected to the flow distribution and return collection pipes.
  • the heat exchanger tube bundles have in the region of their front ends flow distribution openings and return collection openings which are fluidically connected to the flow distribution and return collection pipes.
  • the flow distribution and return collection pipes are usually made of two mutually connectable half-shells, which in the closed state on their longitudinal sides recesses for receiving at least the Have end faces of the heat exchanger tube bundles.
  • the supply manifold and sudlaufsammeubehre themselves are produced mechanically or by injection molding.
  • An object of the invention is to remedy this situation.
  • a first subject of the present invention is accordingly a method for producing a heat exchanger module comprising at least one heat exchanger tube bundle and at least two fluidly connected to the heat exchanger tube bundle Supply manifold and, Stammsammeirohre, wherein the heat exchanger module is provided for heat exchangers of electrochemical energy storage, in which a plurality of individual cells are arranged side by side in at least two adjacent rows, and between the adjacent rows are positively arranged to the individual cells heat exchanger tube bundles arranged.
  • the heat exchanger tube bundle has a profile adapted to the individual cells.
  • the method according to the invention comprises the method steps:
  • thermoformable strips of material a) Provision of two thermoformable strips of material.
  • step b) incorporation of the flow distribution openings required for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the flow distribution pipes into a first strip of material from step b), and incorporation of the return flow openings required for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the return flow tubes into a second strip of material from step b) , d) shaping the flow distribution pipes by folding over the ends of the first strip of material comprising the flow distribution troughs by 180 ° on the
  • Vorlaufverteiler josbrechungen having areas of the first strip of material, as well as fluid-tight connection after folding to come to lie facing contact surfaces, for example, by welding, gluing, pressure welding or other suitable method to obtain a first heat exchanger module plate, as well as forming the remindlaufsammeubehre by folding the the remindlaufsammeirinnen comprehensive ends of the second strip of material by 180 ° on the
  • module heat exchanger Plschte obtain a second to ".
  • step d alignment arrangement of the first and second heat exchanger module plate from step d), so that the webs of the two heat exchanger module plates adjoin one another and form the heat exchanger channels heat exchanger tubes, and the flow distributor openings and the
  • step f) assembling the arranged heat exchanger module plates from step e) to obtain a heat exchanger module.
  • the heat exchanger module plates themselves can in step f), for example by means of a
  • the pressure welding process is a heating element welding process, preferably a direct one Schuelementsch spade.
  • the heat exchanger module plates are joined together in step e) in such a way that the heat exchanger tubes are fluid-tightly sealed against one another and the heat exchanger tube bundle comprising all the heat exchanger tubes of a heat exchanger module is sealed against the environment. It is also conceivable to join the heat exchanger module plates in step f) by any suitable fully mechanical or automatic welding process.
  • the same welding or joining processes with which the heat exchanger module plates are joined can also be used for the fluid-tight connection of the contacting surfaces of the contact surfaces of the material strips which are folded through 180 °, the supply manifold and return collection channels, and the respective supply line and return flow areas of the material strips are used.
  • each heat exchanger Module By arranging at each end of the first strip of material flow distribution channels, which are later formed by folding 180 ° to flow distribution tubes, and arranged at both ends of the second strip of material stuntlaufsammenirinnen, which are later formed by folding 180 ° to return collection tubes, within each heat exchanger Module reaches a temperature, in particular cooling according to the countercurrent principle.
  • the flow distribution pipes are thereby provided with flow distribution lines, through which e.g. cooled temperature control medium is supplied to the heat exchanger modules connected, wherein the return collection tubes with
  • Return line manifolds are connected, through which the tempering medium heated after flowing through the heat exchanger tubes in this example is removed. If two or more heat exchanger modules according to the invention are stacked to form a heat exchanger, then the distances between adjacent, laterally open flow collector manifolds are mutually equal to the distances between adjacent, laterally open return manifolds with each other. This allows the use of standardized components to interconnect each of the header manifolds and return manifolds to a heat exchanger stacked heat exchanger modules in a simple manner using a limited number of different components.
  • Flow distribution lines and return collection lines run in the stacking direction parallel to each other on opposite sides of the flow distribution and return collection pipes.
  • the inventive method has over the prior art has the advantage that for the production of a heat exchanger module only two strips of material must be made available, in which all necessary wells, etc. are introduced by deep drawing, the flow manifold and return manifolds in one piece the heat exchanger tube bundle by deep drawing of transverse to the strip of material extending supply manifold and/scoscosammeirinnen in the region of the ends of the strips of material, as well as folding over these ends by 180 ° and fluid-tight connection of the folding after folding to each other coming contact surfaces are produced.
  • thermoformable strips of material still have to be stored.
  • flow distribution and return manifolds can be made integral with the heat exchanger tube bundle.
  • the one-piece design increases fit accuracy, thereby achieving a more reliable fluidic connection with the prior art between the heat exchanger tubes and the header and return manifolds, coupled with a more reliable sealing of this connection from the environment.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the incorporation of the necessary for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the flow distribution pipes and the return manifold flow distribution apertures andradlaufSammel mitmel prepared in the material strips before thermoforming " the nickeltaus ' cher channels " and the flow distribution channels and Return collecting channels takes place.
  • a Biegenut is incorporated between the transversely extending to the strip of material, deep-drawn flow distribution channels or return collection channels and deep-drawn heat exchanger channels to facilitate folding over the respective ends by 180 ° and to specify the position of the fold exactly.
  • the contact surfaces of the material strips which have been folded over one another at 180 ° in step d) are connected in a fluid-tight manner by pressure welding, heating element welding, particularly preferably by direct heating element welding.
  • the thermoformable strips of material for step a) of the process are obtained by cutting rolls.
  • heat exchanger module channels are preferably incorporated in the deep drawing step.
  • a second object of the invention is an apparatus for carrying out a previously described method.
  • the device according to the invention comprises:
  • Means for folding over the ends of the strips of material comprising the flow distributor and return collecting channels by 180 °, as well as fluid-tight connection of the contact surfaces which come to rest after folding over one another,
  • the device according to the invention may additionally comprise means for incorporating in each case a bending groove at the ends of the material strips between the deep-drawn flow distribution channels running transversely to the material strips and the deep-drawn heat exchanger channels running longitudinally to the material strips.
  • the means for fluid-tight connection of the contact surfaces lying on one another after folding over, as well as preferably also the means for joining the arranged material strips, preferably comprise a pressure-welding device.
  • the pressure-welding device preferably has welding dies movable toward one another and a welding die, which reproduce the profile of the surface of an assembled heat-exchanger module which faces them in each case.
  • heating wires are provided in the areas in which the welding dies and welding dies conform to the heat exchanger module in the closed state.
  • VorlaufVerteiler- and return collection channels and flow distribution and return collection sinks can be incorporated by deep drawing at the ends of the strip of material. These are then opened in a further step on a desired narrow side, for example by arranging a hole or a punched to connect them fluidly, for example, with a flow manifold or return manifold. Again, it is conceivable to incorporate a bending groove to facilitate folding over the ends of the strips of material.
  • a third object of the invention is a heat exchanger module obtainable by a method described above.
  • the heat exchanger module according to the invention comprises at least two superimposed, at least two parallel heat exchanger channels forming, deep-drawn strips of material, and with these integrally connected, by deep drawing of transverse to the heat exchanger channels extending flow distribution or return collecting troughs and folding the flow distributor or return collecting troughs comprehensive ends of the material strip by 180 ° integrally formed, fluidly connected to at least one heat exchanger channel each VorlaufVerteiler- or return collection tubes.
  • the part -des heat exchanger module ' which includes the heat exchanger channels without the integrally formed Vorlaufverteiler- and return manifolds is called a heat exchanger tube bundle.
  • the heat exchanger tube bundle comprehensive part of the heat exchanger module is preferably carried out as proposed in DE 10 2006 000 885.5, in addition to the measures proposed there for the design of the heat exchanger tube bundle, the flow distribution and return manifolds integrally by deep drawing of flow distribution channels and
  • Return collecting troughs are formed at the ends of the strips of material and folding over the ends comprising the flow distribution and return collecting troughs by 180 °.
  • the heat exchanger module according to the invention is stackable, so that between each two Stacked heat exchanger modules are given intermediate spaces in which individual cells can be arranged form-fitting manner with the heat exchanger tube bundles.
  • the supply manifold and return collection pipes can be fluidly connected to one another, for example, by means of supply and return ducts which can be arranged laterally in the stacking direction for the supply and removal of a temperature control medium.
  • the unilaterally open flow and return channels are closed by the front sides of the supply manifold and return manifolds, whereby flow distribution and return manifolds arise.
  • the heat exchanger modules according to the invention can be combined in a simple manner to heat exchangers. Due to the incorporated in deep drawing, adapted to the cross section of the individual cells profile and flexibility because they can be nestled well to the individual cells and ensure an efficient, reliable and uniform temperature control of the individual cells due to the countercurrent principle implemented in them. Depending on the application and depending on the ambient temperature and operating condition, this temperature control can be cooling or heating.
  • a fourth object of the invention is a heat exchanger having a modular construction comprising at least two before described heat exchanger modules, wherein the flow distribution tubes, the heat exchanger channels and the return collection tubes of the heat exchanger modules are flowed through by a temperature control, and wherein between heat exchanger tube bundles adjacent heat exchanger modules are given gaps for receiving individual cells.
  • a fifth subject matter of the invention is an electrochemical energy store, comprising a previously described, modularly constructed from at least two heat exchanger modules heat exchanger, in which in the remaining between the heat exchanger tube bundles of adjacent heat exchanger modules gaps individual cells form-fitting corresponding to the intended profile of the heat exchanger Tube bundles are arranged.
  • a sixth object of the present invention is a use of a previously described electrochemical energy storage for the on-board power supply of a vehicle and / or for the power supply of a drive device of a vehicle. It is conceivable that the vehicle is a road vehicle having one or more drive types (hybrid drive), one of which comprises an electric drive.
  • the use of the invention is particularly advantageous because the electrochemical energy storage can be easily adapted to a wide range of power requirements, for example, by adding or removing heat exchanger modules and single cells. Furthermore, it has by the integral manufacturability of heat exchanger tube bundle and flow manifold and return manifolds a lower weight, as an electrochemical energy storage with a heat exchanger manufactured according to the prior art.
  • the electrochemical energy storage device according to the invention is insensitive to shocks and vibrations, as they usually occur in vehicles.
  • Fig. 1 is a perspective view of two to a
  • Heat exchanger module to be joined together, already a deep-drawn, intended profile and deep-drawn heat exchanger channels and Flow distribution and return collection channels provided strips of material,
  • FIG. 2 is a detail view of the detail K of FIG. 1,
  • Fig. 3 is a perspective view of two
  • Heat exchanger module plates in which by 180 ° already VorlaufVerteiler- and return collection tubes are integrally formed by folding the provided with the flow distribution and return collecting troughs ends,
  • FIG. 4 is a detail view of the detail L of FIG. 3,
  • FIG. 5 is a perspective view of a heat exchanger module made by aligning and assembling the heat exchanger module plates of FIG. 3 with integrally molded flow distribution and return collection tubes;
  • FIG. 6 shows a perspective view of the heat exchanger module from FIG. 5 with connecting sleeves to be arranged on both sides of the supply manifold and return collection pipes, forming supply and return manifolds, FIG.
  • Fig. 7 is a perspective view of the heat exchanger module of FIG. 6 arranged with both sides of the flow distribution and return manifolds connecting sleeves, and
  • Fig. 8 is a perspective view of a modular design, arranged from five in Fig. 7 heat exchanger modules arranged laterally with the flow manifold and return manifolds, the flow manifold and return manifolds of adjacent heat exchanger modules fluidly interconnecting, consisting of several connecting sleeves flow distribution and return manifolds ,
  • inventive heat exchanger module 40 consists essentially of two strips of material 41, 42, in which by deep drawing a predetermined, here wave-shaped profile is incorporated for nestling on individual cells of an electrochemical energy storage.
  • material strips 41, 42 extending substantially in the longitudinal direction of heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' incorporated by deep drawing.
  • At the ends 45, 46, 47, 48 of the material strips 41, 42 are of the heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' spaced transversely to the strips of material 41, 42 extending flow distributor 50, 50 'and
  • the heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' extend in an alternating direction in order to be able to realize a counterflow principle within a heat exchanger module 40.
  • Return flow collecting openings 62 having regions of the material strips 41, 42 are then connected to each other fluid-tight by means of a heat welding device. This results from the flow distributor 50, 50 'and return collecting channels 60, 60' flow distribution pipes 55, 55 ' and return collection pipes 66, 66'.
  • the profile and the flow distributor 50, 50 'and return collecting channels 60, 60 ' are obtained from the strips of material 41, 42 heat exchanger module plates 71, 72 ( Fig. 3 and 4).
  • the heat exchanger module plates 71, 72 are arranged in alignment, so that the webs 49, 49 'of the two heat exchanger module plates 71 delimiting the heat exchanger channels 43, 43', 44, 44 ', 72 adjoin one another and the heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' form heat exchanger tubes, and the flow distributor openings 51 and the return collection openings 62 do not coincide.
  • the thus arranged in alignment heat exchanger module plates 71, 72 are then by means of a
  • a heat exchanger 80 shown in FIG. 8 consists of five heat exchanger modules 40 shown in FIGS. 1 to 5, which by means of flow distributor 81, 81 'and Return manifolds 82, 82 'are fluidly interconnected.
  • the supply manifold 81, 81 'and return manifolds 82, 82' are, to ensure a highly modular design, composed of a plurality of connecting sleeves 83, which, as shown in FIGS. 6 and 7, laterally to the flow distributor 55, 55 'and return manifold 66, 66 'of the heat exchanger modules 40 are arranged, and are connected fluidly with these intended.
  • the connection of the connecting sleeves 83 with the flow distributor 55, 55 'and return collection tubes 66, 66' of the heat exchanger modules 40 is preferably carried out by gluing.
  • the invention is particularly applicable industrially in the field of production and use of electrochemical energy storage devices.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a heat-exchanger module for heat exchangers of electrochemical energy accumulators, wherein heat exchanger channels (43, 43', 44, 44') and flow manifolds (50, 50') and return collector tubes (60, 60') are incorporated into, respectively, two strips of material by deep-drawing, and flow manifolds and return collector tubes (55) are formed by turning over the ends of the material strips by 180°, said ends comprising the flow manifolds and the return collector tubes. Subsequently, a heat exchanger module (40) is obtained by aligning and combining the material strips provided with the flow manifolds and the return collector tubes (66).

Description

Wärmetauscher mit tiefgezogenen, integral angeformte Heat exchanger with deep-drawn, integrally molded
Verteiler- und Sammelkanäle für ein Temperiermedium umfassenden Wärmetauscher-Modul-PlattenDistribution and collection channels for a temperature control medium comprising heat exchanger module plates
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Moduls für Wärmetauscher von elektrochemischen Energiespeichern, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ein Wärmetauscher Modul erhältlich nach dem Verfahren, einen Wärmetauscher mit mindestens einem solchen Wärmetauscher-Modul, einen elektrochemischen Energiespeicher mit einem derartigen Wärmetauscher, sowie eine Verwendung für einen derartigen elektrochemischen Energiespeicher.The invention relates to a method for producing a heat exchanger module for heat exchangers of electrochemical energy stores, a device for carrying out the method, a heat exchanger module obtainable by the method, a heat exchanger with at least one such heat exchanger module, an electrochemical energy store with such a heat exchanger, and a use for such an electrochemical energy storage.
Moderne elektrochemische Hochleistungsenergiespeicher (kurz: Hochleistungsbatterien) , wie beispielsweise Nickelmetallhydrid-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien und dergleichen, erfordern nicht nur ein ausgefeiltes Batteriemanagement, sondern auch eine effiziente Temperierung der einzelnen elektrochemischen Speicherzellen (kurz: Einzelzellen) , um eine möglichst gute Leistung des elektrochemischen Energiespeichers zu gewährleisten und Schäden an ihm zu verhindern.Modern electrochemical high-performance energy storage (short: high-performance batteries), such as nickel metal hydride batteries, lithium-ion batteries and the like, not only require a sophisticated battery management, but also an efficient temperature control of the individual electrochemical storage cells (short: single cells) to get the best possible performance to ensure the electrochemical energy storage and prevent damage to it.
Ein derartiger elektrochemischer Energiespeicher ist aus DE 10 2004 005 394 Al bekannt. Der elektrochemische Energiespeicher weist Wärmetauscher-Module (dort Wärmetauschereinheiten genannt) auf, zwischen deren Wärmetauscher-Rohrbündeln (dort Wärmeaustauscherkanäle genannt) mehrere Einzelzellen jeweils in wenigstens zwei benachbarten Reihen nebeneinander angeordnet werden können. Die Wärmetauscher-Module, Wärmetauscher-Rohrbündel sowie VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohre (dort Umströmungs- Verteilerkanäle genannt) usw. sind von einem Temperiermedium durchströmbar .Such an electrochemical energy store is known from DE 10 2004 005 394 A1. The electrochemical energy storage has heat exchanger modules (there Called heat exchanger units), between the heat exchanger tube bundles (there heat exchanger channels called) a plurality of individual cells each in at least two adjacent rows can be arranged side by side. The heat exchanger modules, heat exchanger tube bundles as well as flow distribution and return collection pipes (there called circulation flow distribution channels) etc. can be flowed through by a temperature control medium.
Die Wärmetauscher-Rohrbündel werden dabei üblicherweise aus spritzgegossenen Kunststoffplatten mit wellenförmigem Profil hergestellt, in die Wärmetauscher-Kanäle eingefräst werden, wobei benachbarte Wärmetauscher-Kanäle jeweils durch Stege aus beim Fräsen nicht entferntem Material voneinander bzw. von der Umgebung getrennt sind. Zwei gefräste Platten werden dann so übereinander angeordnet, dass Fräsung über Fräsung und Steg an Steg zu liegen kommen. Anschließend werden die Kunststoffplatten im Bereich der aneinander anliegenden Stege durch Laserschweißen zusammengefügt.The heat exchanger tube bundles are usually made of injection-molded plastic plates with wave-shaped profile are milled into the heat exchanger channels, wherein adjacent heat exchanger channels are each separated by webs from the milling material not removed from each other or from the environment. Two milled plates are then arranged on top of each other so that milling over the milling and the web come to rest on the web. Subsequently, the plastic plates are joined together in the region of the adjacent webs by laser welding.
Dieses Verfahren ist mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. So lassen sich beispielsweise spritzgegossene Kunststoffplatten nur schwer in eine Serienproduktion integrieren. Außerdem ist das Fräsen der gewellten Kunststoffplatten aufwändig und führt zu einer hohen Ausschussquote, die unter ungünstigen Umständen bis zu 40% betragen kann. Ferner ist das Laserschweißen wegen des wellenförmigen Profils der spritzgegossenen Kunststoffplatten ebenfalls aufwändig und fehleranfällig. So reicht beispielsweise eine nur geringfügige Abweichung der Kunststoffplatten von dem idealen Wellenprofil aus, um Schweißfehler zu verursachen, durch die die Wärmetauscher- Rohre gegeneinander oder die Wärmetauscher-Rohrbündel gegenüber ihrer Umgebung undicht werden. Darüber hinaus sind die zusammengefügten Wärmetauscher-Rohrbündel durch die beim Fräsen stehen gebliebenen Stege zwar einerseits gegenüber nach innen gerichteten Druckkräften sehr stabil, andererseits aber auch sehr inflexibel. Dadurch müssen Wärmetauscher- Rohrbündel und Einzelzellen mit verhältnismäßig hoher Kraft aneinander gedrückt werden, um einen möglichst guten wärmeleitenden, d.h. insbesondere spaltfreien bzw. formschlüssigen, Kontakt zwischen Wärmetauscher-Rohrbündel und Einzelzellen herzustellen.This method has a number of disadvantages. For example, injection-molded plastic panels are difficult to integrate into series production. In addition, the milling of the corrugated plastic sheets is complex and leads to a high reject rate, which can be up to 40% in unfavorable circumstances. Furthermore, because of the wave-shaped profile of the injection-molded plastic plates, laser welding is likewise complicated and error-prone. Thus, for example, only a slight deviation of the plastic plates from the ideal wave profile is sufficient to cause weld defects, by which the heat exchanger tubes against each other or the heat exchanger tube bundles to their environment are leaking. In addition, are the joined heat exchanger tube bundles by the standing still standing during milling bars on the one hand against inwardly directed pressure forces very stable, on the other hand also very inflexible. As a result, heat exchanger tube bundle and individual cells with relatively high force must be pressed against each other to produce the best possible heat-conducting, ie in particular gap-free or positive, contact between the heat exchanger tube bundle and single cells.
In DE 10 2006 000 885.5 wird vorgeschlagenen, diesen Nachteil dadurch zu beheben, indem anstelle der spritzgegossenen Kunststoffplatten mit nachträglich eingefrästen Wärmetauscher-Kanälen tiefziehbare Materialstreifen verwendet werden, in die die Wärmetauscher-Kanäle durch Tiefziehen eingearbeitet werden.DE 10 2006 000 885.5 proposes to remedy this disadvantage by using thermoformable strips of material instead of the injection-molded plastic plates with subsequently milled heat exchanger channels into which the heat exchanger channels are worked by deep drawing.
Sowohl bei dem aus DE 10 2004 005 394 Al bekannten elektrochemischen Energiespeicher, als auch bei dem in DE 10 2006 000 885.5 vorgeschlagenen, verbesserten Wärmetauscher mit tiefgezogenen Wärmetauscher-Platten werden in einem weiteren Herstellungsschritt aus mehreren Wärmetauscher-Rohrbündeln Wärmetauscher-Module hergestellt, indem ein oder mehrere parallel zueinander liegende Wärmetauscher-Rohrbündel stirnseitig mit den VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohren verbunden werden. Die Wärmetauscher-Rohrbündel weisen hierzu im Bereich ihrer stirnseitigen Enden VorlaufVerteilerdurchbrechungen und RücklaufSammeldurchbrechungen auf, welche fluidisch mit den Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohren verbunden werden. Die VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohre bestehen hierzu üblicherweise aus jeweils zwei miteinander verbindbaren Halbschalen, welche in geschlossenem Zustand an ihren Längsseiten Ausnehmungen zur Aufnahme mindestens der Stirnseiten der Wärmetauscher-Rohrbündel aufweisen. Die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammeirohre selbst werden dabei mechanisch oder durch Spritzgießen hergestellt.Both in the known from DE 10 2004 005 394 Al electrochemical energy storage, and in the proposed in DE 10 2006 000 885.5, improved heat exchanger with deep-drawn heat exchanger plates heat exchanger modules are prepared in a further manufacturing step of several heat exchanger tube bundles by a or a plurality of mutually parallel heat exchanger tube bundles are frontally connected to the flow distribution and return collection pipes. For this purpose, the heat exchanger tube bundles have in the region of their front ends flow distribution openings and return collection openings which are fluidically connected to the flow distribution and return collection pipes. The flow distribution and return collection pipes are usually made of two mutually connectable half-shells, which in the closed state on their longitudinal sides recesses for receiving at least the Have end faces of the heat exchanger tube bundles. The supply manifold and Rücklaufsammeubehre themselves are produced mechanically or by injection molding.
Hierbei ergibt sich eine weitere Vielzahl von Nachteilen. Zum einen ist es sehr aufwändig, die Wärmetauscher-Rohrbündel gegenüber der Umgebung dicht mit den VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohren zu verbinden, wobei sämtliche Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammeidurchbrechungen der Wärmetauscher-Rohrbündel einzeln fluidisch mit den Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohren verbunden werden müssen. Zusätzlich ist der Herstellungsaufwand zur Herstellung der Wärmetauscher-Module unter Verwendung von Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohren aus jeweils zwei Halbschalen sehr hoch, einerseits wegen der Vielzahl von Einzelteilen, die hergestellt, transportiert, vorgehalten und der Herstellung der Wärmetauscher-Module zugeführt werden müssen, und andererseits wegen der Vielzahl" von auszuführenden Verbindungen, Abdichtungsmaßnahmen und dergleichen zwischen Wärmetauscher-Rohrbündel und VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohren .This results in a further variety of disadvantages. On the one hand, it is very complicated to connect the heat exchanger tube bundles with respect to the environment tightly with the flow manifold and return manifolds, all Vorlaufverteiler- and Rücklaufsammeidurchbrechungen the heat exchanger tube bundles must be individually fluidly connected to the flow manifold and return manifolds. In addition, the production cost for the production of the heat exchanger modules using flow distribution and return manifolds from two half-shells is very high, on the one hand because of the large number of items that must be manufactured, transported, held and supplied to the production of the heat exchanger modules, and on the other because of the variety of " joints to be performed, sealing measures and the like between heat exchanger tube bundles and flow manifold and return manifolds.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es hier Abhilfe zu schaffen.An object of the invention is to remedy this situation.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Ausgestaltungen sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Preferred embodiments and embodiments are subject matters of the dependent claims.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Moduls umfassend mindestens ein Wärmetauscher- Rohrbündel sowie mindestens jeweils zwei mit dem Wärmetauscher-Rohrbündel fluidisch verbundene Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammeirohre, wobei das Wärmetauscher-Modul für Wärmetauscher von elektrochemischen Energiespeichern vorgesehen ist, bei denen mehrere Einzelzellen in wenigstens zwei benachbarten Reihen nebeneinander angeordnet sind, und zwischen den benachbarten Reihen sich formschlüssig an die Einzelzellen anschmiegende Wärmetauscher-Rohrbündel angeordnet sind. Das Wärmetauscher- Rohrbündel weist hierzu ein an die Einzelzellen angepasstes Profil auf.A first subject of the present invention is accordingly a method for producing a heat exchanger module comprising at least one heat exchanger tube bundle and at least two fluidly connected to the heat exchanger tube bundle Supply manifold and Rücklaufsammeirohre, wherein the heat exchanger module is provided for heat exchangers of electrochemical energy storage, in which a plurality of individual cells are arranged side by side in at least two adjacent rows, and between the adjacent rows are positively arranged to the individual cells heat exchanger tube bundles arranged. For this purpose, the heat exchanger tube bundle has a profile adapted to the individual cells.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Verfahrensschritte :The method according to the invention comprises the method steps:
a) Bereitstellung von zwei tiefziehbaren Materialstreifen.a) Provision of two thermoformable strips of material.
b) Tiefziehen zumindest von vorgesehenen im Wesentlichen in Längsrichtung der Materialstreifen verlaufenden Wärmetauscher-Kanälen sowie eines vorgesehenen Profils, beispielsweise eines Wellenprofils, in die Materialstreifen, wobei von den Wärmetauscher-Kanälen beabstandet an beiden Enden der Materialstreifen jeweils eine quer zum Materialstreifen verlaufende Vorlaufverteilerrinne bzw. Rücklaufsammelrinne ebenfalls durch Tiefziehen ausgeformt wird.b) deep drawing at least of provided substantially in the longitudinal direction of the strip of material extending heat exchanger channels and a designated profile, such as a wave profile, in the strip of material, spaced from the heat exchanger channels at both ends of the strip of material each extending transversely to the material strip flow distribution channel or Return collecting channel is also formed by deep drawing.
c) Einarbeitung der für die fluidische Verbindung der Wärmetauscher-Kanäle mit den Vorlaufverteilerrohren erforderlichen VorlaufVerteilerdurchbrechungen in einen ersten Materialstreifen aus Schritt b) , sowie Einarbeitung der für die fluidische Verbindung der Wärmetauscher-Kanäle mit den Rücklaufsammeirohren erforderlichen Rücklaufsammeidurchbrechungen in einen zweiten Materialstreifen aus Schritt b) . d) Formung der Vorlaufverteilerrohre durch Umklappen der die Vorlaufverteilerrinnen umfassenden Enden des ersten Materialstreifens um 180° auf die diec) incorporation of the flow distribution openings required for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the flow distribution pipes into a first strip of material from step b), and incorporation of the return flow openings required for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the return flow tubes into a second strip of material from step b) , d) shaping the flow distribution pipes by folding over the ends of the first strip of material comprising the flow distribution troughs by 180 ° on the
Vorlaufverteilerdurchbrechungen aufweisenden Bereiche des ersten Materialstreifens, sowie fluiddichtes Verbinden der nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen beispielsweise durch Schweißen, Kleben, Pressschweißen oder ein anderes geeignetes Verfahren, um eine erste Wärmetauscher-Modul-Platte zu erhalten, sowie Formung der Rücklaufsammeirohre durch Umklappen der die Rücklaufsammeirinnen umfassenden Enden des zweiten Materialstreifens um 180° auf die dieVorlaufverteilerdurchbrechungen having areas of the first strip of material, as well as fluid-tight connection after folding to come to lie facing contact surfaces, for example, by welding, gluing, pressure welding or other suitable method to obtain a first heat exchanger module plate, as well as forming the Rücklaufsammeubehre by folding the the Rücklaufsammeirinnen comprehensive ends of the second strip of material by 180 ° on the
RücklaufSammeldurchbrechungen aufweisenden Bereiche des zweiten Materialstreifens, sowie fluiddichtes Verbinden der nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen beispielsweise durch Schweißen, Kleben, Pressschweißen oder ein anderes geeignetes Verfahren, um eine zweite Wärmetauscher-Modul-Plätte zu" erhalten.Return collecting openings having portions of the second strip of material and fluid-tight joining of the successive after the folding come to lie contact surfaces for example by welding, gluing, pressure welding or any other suitable method, module heat exchanger Plätte obtain a second to ".
e) Fluchtende Anordnung der ersten und zweiten Wärmetauscher- Modul-Platte aus Schritt d) , so dass die Stege der beiden Wärmetauscher-Modul-Platten aneinander grenzen und die Wärmetauscher-Kanäle Wärmetauscher-Rohre bilden, sowie die Vorlaufverteilerdurchbrechungen und diee) alignment arrangement of the first and second heat exchanger module plate from step d), so that the webs of the two heat exchanger module plates adjoin one another and form the heat exchanger channels heat exchanger tubes, and the flow distributor openings and the
RücklaufSammeldurchbrechungen nicht zur Deckung kommen.Return collection breakthroughs do not coincide.
f) Zusammenfügen der angeordneten Wärmetauscher-Modul-Platten aus Schritt e) , um ein Wärmetauscher-Modul zu erhalten.f) assembling the arranged heat exchanger module plates from step e) to obtain a heat exchanger module.
Die Wärmetauscher-Modul-Platten selbst können dabei in Schritt f) beispielsweise mittels einesThe heat exchanger module plates themselves can in step f), for example by means of a
Pressschweißverfahrens zusammengefügt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Pressschweißverfahren um ein Heizelementschweißverfahren, bevorzugt um ein direktes Heizelementschweißverfahren. Dabei werden die Wärmetauscher- Modul-Platten in Schritt e) so zusammengefügt, dass die Wärmetauscher-Rohre gegeneinander und das alle Wärmetauscher- Rohre eines Wärmetauscher-Moduls umfassende Wärmetauscher- Rohrbündel gegenüber der Umgebung fluiddicht abgedichtet werden. Ebenso ist denkbar, die Wärmetauscher-Modul-Platten in Schritt f) durch ein beliebiges, geeignetes vollmechanisches oder automatisches Schweißverfahren zusammenzufügen .Press welding process are joined together. Preferably, the pressure welding process is a heating element welding process, preferably a direct one Heizelementschweißverfahren. In this case, the heat exchanger module plates are joined together in step e) in such a way that the heat exchanger tubes are fluid-tightly sealed against one another and the heat exchanger tube bundle comprising all the heat exchanger tubes of a heat exchanger module is sealed against the environment. It is also conceivable to join the heat exchanger module plates in step f) by any suitable fully mechanical or automatic welding process.
Grundsätzlich können die selben Schweiß- oder Fügeverfahren, mit denen die Wärmetauscher-Modul-Platten zusammengefügt werden auch für das fluiddichte Verbinden der aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen der um 180° umgeklappten, die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrinnen umfassenden Enden der Materialstreifen und der jeweils die Vorlauf- und RücklaufSammeldurchbrechungen aufweisenden Bereiche der -Materialstreifen verwendet werden.In principle, the same welding or joining processes with which the heat exchanger module plates are joined can also be used for the fluid-tight connection of the contacting surfaces of the contact surfaces of the material strips which are folded through 180 °, the supply manifold and return collection channels, and the respective supply line and return flow areas of the material strips are used.
Indem an beiden Enden des ersten Materialstreifen Vorlaufverteilerrinnen angeordnet werden, welche später durch Umklappen um 180° zu Vorlaufverteilerohren geformt werden, und an beiden Enden des zweiten Materialstreifen Rücklaufsammeirinnen angeordnet werden, welche später durch Umklappen um 180° zu Rücklaufsammeirohren geformt werden, wird innerhalb jedes Wärmetauscher-Moduls eine Temperierung, insbesondere Kühlung nach dem Gegenstromprinzip erreicht. Die Vorlaufverteilerrohre werden dabei mit VorlaufVerteilerleitungen, durch die ein z.B. kühles Temperiermedium den Wärmetauscher-Modulen zugeführt wird, verbunden, wobei die Rücklaufsammelrohre mitBy arranging at each end of the first strip of material flow distribution channels, which are later formed by folding 180 ° to flow distribution tubes, and arranged at both ends of the second strip of material Rücklaufsammenirinnen, which are later formed by folding 180 ° to return collection tubes, within each heat exchanger Module reaches a temperature, in particular cooling according to the countercurrent principle. The flow distribution pipes are thereby provided with flow distribution lines, through which e.g. cooled temperature control medium is supplied to the heat exchanger modules connected, wherein the return collection tubes with
RücklaufSammelleitungen verbunden werden, durch die das nach dem Durchströmen der Wärmetauscher-Rohre bei diesem Beispiel erwärmte Temperiermedium abgeführt wird. Werden zwei oder mehr erfindungsgemäße Wärmetauscher-Module zu einem Wärmetauscher gestapelt, so sind die Abstände zwischen benachbarten, seitlich offenen Vorlaufsammelverteilerrohren untereinander gleich den Abständen zwischen benachbarten, seitlich offenen Rücklaufsammelrohren untereinander. Dies erlaubt die Verwendung standardisierter Bauteile, um jeweils die Vorlaufverteilerrohre und Rücklaufsammeirohre zu einem Wärmetauscher gestapelter Wärmetauscher-Module auf einfache Art und Weise unter Verwendung einer begrenzten Anzahl verschiedener Bauteile miteinander zu verbinden.Return line manifolds are connected, through which the tempering medium heated after flowing through the heat exchanger tubes in this example is removed. If two or more heat exchanger modules according to the invention are stacked to form a heat exchanger, then the distances between adjacent, laterally open flow collector manifolds are mutually equal to the distances between adjacent, laterally open return manifolds with each other. This allows the use of standardized components to interconnect each of the header manifolds and return manifolds to a heat exchanger stacked heat exchanger modules in a simple manner using a limited number of different components.
Anstelle der Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrinnnen können auch Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelsenken in die Enden der Materialstreifen durch Tiefziehen eingearbeitet werden. Dies hat den Vorteil, dass eine wechselseitige fluidische Verbindung zwischen den in einem aus mehreren übereinander gestapelten Wärmetauscher-Modulen bestehenden Wärmetauscher abwechselnd übereinander zu liegen kommenden Vorlaufverteilerrohren und Rücklaufsammeirohren mit entsprechend in Stapelrichtung der Wärmetauscher-Module verlaufenden Vorlaufverteilerleitungen und RücklaufSammelleitungen möglich ist.Instead of the supply manifold and Rücklaufsammelrinnnen supply manifold and Rücklaufsammelsenken can be incorporated into the ends of the material strip by deep drawing. This has the advantage that a mutual fluidic connection between the existing in a plurality of stacked heat exchanger modules heat exchangers alternately stacked upstream supply manifolds and Rücklaufsammeirohren with corresponding in the stacking direction of the heat exchanger modules extending flow distribution lines and return manifolds is possible.
Vorlaufverteilerleitungen und RücklaufSammelleitungen verlaufen dabei in Stapelrichtung parallel zueinander an gegenüberliegenden Seiten der Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre . Werden die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammeirohre zunächst durch Umklappen von VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelsenken umfassenden Enden der Materialstreifen geschlossen ausgeführt, so kann durch einfaches Anordnen einer Bohrung oder durch Ausstanzen einer entsprechenden Öffnung auf der gewünschten Stirnseite der Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammeirohre auf einfache Art und Weise eine fluidische Verbindung zwischen diesen und den Vorlaufverteilerleitungen und RücklaufSammelleitungen hergestellt werden.Flow distribution lines and return collection lines run in the stacking direction parallel to each other on opposite sides of the flow distribution and return collection pipes. If the supply manifold and Rücklaufsammeubehre executed first by folding over of VorlaufVerteiler- and Rücklaufsammelsenken comprehensive ends of the strip of material, so by simply arranging a hole or by punching a corresponding opening on the desired front side of the supply manifold and Rücklaufsammeirohre in a simple way and a fluidic connection between these and the flow manifolds and return manifolds are made.
Um mehrere Wärmetauscher-Module in einer Ebene nebeneinander anzuordnen ist es denkbar, die integral angeformten VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohre benachbart angeordneter Wärmetauscher-Module mittels Hülsen derart zu verbinden, dass jeweils eine Hülse fluiddicht stirnseitig über die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre zweier benachbarter Wärmetauscher-Module gestülpt wird, und die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre beispielsweise durch stirnseitige Bohrungen fluidisch mit den Hülsen verbunden werden. Die Hülsen können zusätzlich mit den VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohren beispielsweise durch Schweißen oder dergleichen verbunden werden, wodurch eine zuverlässige, fluiddichte Abdichtung erreicht wird.In order to arrange a plurality of heat exchanger modules in a plane next to each other, it is conceivable to connect the integrally formed flow manifold and return manifold adjacent arranged heat exchanger modules by means of sleeves such that in each case a sleeve fluid-tight frontally slipped over the flow manifold and return manifolds of two adjacent heat exchanger modules is, and the flow distribution and return manifolds are fluidly connected to the sleeves, for example, by frontal bores. The sleeves may additionally be connected to the flow distribution and return manifolds, for example by welding or the like, whereby a reliable, fluid-tight seal is achieved.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass zur Herstellung eines Wärmetauscher-Moduls nur noch zwei Materialstreifen zur Verfügung gestellt werden müssen, in die alle notwendigen Vertiefungen etc. durch Tiefziehen eingebracht werden, wobei die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre einteilig mit dem Wärmetauscher-Rohrbündel durch Tiefziehen von quer zu den Materialstreifen verlaufenden Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammeirinnen im Bereich der Enden der Materialstreifen, sowie Umklappen dieser Enden um 180° sowie fluiddichtes Verbinden der nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen hergestellt werden.The inventive method has over the prior art has the advantage that for the production of a heat exchanger module only two strips of material must be made available, in which all necessary wells, etc. are introduced by deep drawing, the flow manifold and return manifolds in one piece the heat exchanger tube bundle by deep drawing of transverse to the strip of material extending supply manifold and Rücklaufsammeirinnen in the region of the ends of the strips of material, as well as folding over these ends by 180 ° and fluid-tight connection of the folding after folding to each other coming contact surfaces are produced.
Hierdurch lassen sich in erheblichem Umfang Herstellungs- Lager- und Materialkosten einsparen, da nur noch tiefziehbare Materialstreifen vorgehalten werden müssen. Darüber hinaus entfallen aufwändige und teure Montagekosten, da erfindungsgemäß die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammeirohre integral zusammen mit dem Wärmetauscher-Rohrbündel hergestellt werden können. Ebenso wird durch die einteilige Ausführung die Passgenauigkeit erhöht, wodurch eine gegenüber dem Stand der Technik zuverlässigere fluidische Verbindung zwischen den Wärmetauscher-Rohren und den Vorlaufverteilerund Rücklaufsammeirohren erreicht wird, verbunden mit einer zuverlässigeren Abdichtung dieser Verbindung gegenüber der Umgebung .As a result, manufacturing storage and material costs can be saved to a considerable extent, since only thermoformable strips of material still have to be stored. Furthermore eliminates costly and expensive installation costs, since according to the invention the flow distribution and return manifolds can be made integral with the heat exchanger tube bundle. Also, the one-piece design increases fit accuracy, thereby achieving a more reliable fluidic connection with the prior art between the heat exchanger tubes and the header and return manifolds, coupled with a more reliable sealing of this connection from the environment.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Einarbeitung der für die fluidische Verbindung der Wärmetauscher-Kanäle mit den Vorlaufverteilerrohren und den Rücklaufsammelrohren erforderlichen Vorlaufverteilerdurchbrechungen und RücklaufSammeldurchbrechungen in die Materialstreifen noch vor dem Tiefziehen" der Wärmetaus'cher-Kanäle "und der Vorlaufverteilerrinnen und Rücklaufsammelrinnen erfolgt.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the incorporation of the necessary for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the flow distribution pipes and the return manifold flow distribution apertures and RücklaufSammeldurchbrechungen in the material strips before thermoforming " the Wärmetaus ' cher channels " and the flow distribution channels and Return collecting channels takes place.
Vorzugsweise wird zwischen den quer zu den Materialstreifen verlaufenden, tiefgezogenen Vorlaufverteilerrinnen bzw. Rücklaufsammelrinnen und den tiefgezogenen Wärmetauscher- Kanälen jeweils eine Biegenut eingearbeitet, um das Umklappen der jeweiligen Enden um 180° zu erleichtern und um die Lage des Falzes genau festzulegen.Preferably, a Biegenut is incorporated between the transversely extending to the strip of material, deep-drawn flow distribution channels or return collection channels and deep-drawn heat exchanger channels to facilitate folding over the respective ends by 180 ° and to specify the position of the fold exactly.
Darüber hinaus ist denkbar, dass die aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen der um 180° umgeklappten Enden der Materialstreifen in Schritt d) durch Pressschweißen, Heizelementschweißen, besonders bevorzugt durch direktes Heizelementschweißen, fluiddicht verbunden werden. Vorzugsweise werden die tiefziehbaren Materialstreifen für Schritt a) des Verfahrens durch Zuschneiden von Rollenware gewonnen .In addition, it is conceivable that the contact surfaces of the material strips which have been folded over one another at 180 ° in step d) are connected in a fluid-tight manner by pressure welding, heating element welding, particularly preferably by direct heating element welding. Preferably, the thermoformable strips of material for step a) of the process are obtained by cutting rolls.
Ebenso werden vorzugsweise alle für das Wärmetauscher-Modul vorgesehenen Kanäle, Nuten und Stege beim Tiefziehschritt eingearbeitet .Likewise, all provided for the heat exchanger module channels, grooves and webs are preferably incorporated in the deep drawing step.
Grundsätzlich ist denkbar, dieIn principle, it is conceivable that
VorlaufVerteilerdurchbrechungen sowie dieFlow distribution openings as well as the
RücklaufSammeldurchbrechungen durch Stanzen einzuarbeiten, wobei vorzugsweise zusätzlich sonstiges, unnötiges oder überstehendes Material der Materialstreifen entfernt wird.To incorporate return flow through holes by punching, wherein preferably in addition other, unnecessary or protruding material of the strip of material is removed.
Das Stanzen und das Tiefziehen kann dabei in einem Schritt erfolgen .Punching and deep drawing can take place in one step.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines zuvor - beschriebenen Verfahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst:A second object of the invention is an apparatus for carrying out a previously described method. The device according to the invention comprises:
- Mittel zur paarweisen Bereitstellung von Materialstreifen,Means for pairwise provision of strips of material,
- Mittel zum Tiefziehen mindestens eines gewünschten Profils sowie von Wärmetauscher-Kanälen, Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrinnen in die Materialstreifen,- Means for deep drawing at least one desired profile and heat exchanger channels, flow distribution and return collection channels in the strips of material,
- Mittel zur Einarbeitung von Vorlaufverteiler- und RücklaufSammeldurchbrechungen in die Materialstreifen,- means for incorporating flow distribution and return collection apertures into the strips of material,
- Mittel zum Umklappen der die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrinnen umfassenden Enden der Materialstreifen um 180° sowie fluiddichtes Verbinden der nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen,Means for folding over the ends of the strips of material comprising the flow distributor and return collecting channels by 180 °, as well as fluid-tight connection of the contact surfaces which come to rest after folding over one another,
- Mittel zur fluchtende Anordnung des Paares von mit Wärmetauscher-Kanälen sowie Vorlaufverteiler- und- Means for aligning the pair of with heat exchanger channels and flow distribution and
Rücklaufsammelrohren versehenen Materialstreifen, so dass die zwischen den Wärmetauscher-Kanälen verbleibenden Stege aneinander grenzen und die Wärmetauscher-Kanäle Wärmetauscher-Rohre bilden, sowie dieReturn manifolds provided strips of material, so that the remaining between the heat exchanger channels webs adjoin one another and the heat exchanger channels Heat exchanger tubes form, as well as the
VorlaufVerteilerdurchbrechungen und dieFlow distribution openings and the
RücklaufSammeldurchbrechungen nicht zur Deckung kommen, sowieReturn collection breakthroughs do not coincide, as well
- Mittel zum Zusammenfügen der angeordneten Materialstreifen.- Means for joining the arranged strips of material.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich Mittel zur Einarbeitung jeweils einer Biegenut an den Enden der Materialstreifen zwischen den quer zu den Materialstreifen verlaufenden, tiefgezogenen Vorlaufverteilerrinnen bzw. Rücklaufsammelrinnen und den längs zu den Materialstreifen verlaufenden, tiefgezogenen Wärmetauscher-Kanälen umfassen.The device according to the invention may additionally comprise means for incorporating in each case a bending groove at the ends of the material strips between the deep-drawn flow distribution channels running transversely to the material strips and the deep-drawn heat exchanger channels running longitudinally to the material strips.
Die Mittel zum fluiddichten Verbinden der nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen sowie vorzugsweise ebenso die Mittel zum Zusammenfügen der angeordneten Materialstreifen umfassen vorzugsweise eine Pressschweißvorrichtung. Die Pressschweißvorrichtung weist vorzugsweise für- einen Schweißvorgang aufeinander zu bewegbare Schweißpatrizen und eine Schweißmatrizen auf, welche das Profil der ihnen jeweils zugewandten Oberfläche eines zusammengefügten Wärmetauscher-Moduls nachformen. Vorzugsweise sind zur Beheizung der Schweißpatrizen und der Schweißmatrizen Heizdrähte in den Bereichen vorgesehen, in denen die Schweißpatrizen und Schweißmatrizen sich im geschlossenen Zustand an das Wärmetauscher-Modul anschmiegen.The means for fluid-tight connection of the contact surfaces lying on one another after folding over, as well as preferably also the means for joining the arranged material strips, preferably comprise a pressure-welding device. The pressure-welding device preferably has welding dies movable toward one another and a welding die, which reproduce the profile of the surface of an assembled heat-exchanger module which faces them in each case. Preferably, in order to heat the welding patterns and the welding dies, heating wires are provided in the areas in which the welding dies and welding dies conform to the heat exchanger module in the closed state.
Anstelle von VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrinnen können auch Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelsenken durch Tiefziehen an den Enden der Materialstreifen eingearbeitet werden. Diese werden dann in einem weiteren Arbeitsschritt auf einer gewünschten Schmalseite beispielsweise durch Anordnung einer Bohrung oder einer Ausstanzung geöffnet, um sie fluidisch beispielsweise mit einer VorlaufVerteiler- bzw. RücklaufSammelleitung zu verbinden. Auch hier ist denkbar, eine Biegenut zur Vereinfachung des Umklappens der Enden der Materialstreifen einzuarbeiten.Instead of VorlaufVerteiler- and return collection channels and flow distribution and return collection sinks can be incorporated by deep drawing at the ends of the strip of material. These are then opened in a further step on a desired narrow side, for example by arranging a hole or a punched to connect them fluidly, for example, with a flow manifold or return manifold. Again, it is conceivable to incorporate a bending groove to facilitate folding over the ends of the strips of material.
Ein dritter Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmetauscher- Modul erhältlich nach einem oben beschriebenen Verfahren. Das erfindungsgemäße Wärmetauscher Modul umfasst mindestens zwei übereinander angeordnete, zusammen mindestens zwei parallel verlaufende Wärmetauscher-Kanäle bildende, tiefgezogene Materialstreifen, sowie mit diesen einteilig verbundene, durch Tiefziehen von quer zu den Wärmetauscher-Kanälen verlaufenden Vorlaufverteiler- bzw. Rücklaufsammelrinnen sowie Umklappen der die Vorlaufverteiler- bzw. Rücklaufsammelrinnen umfassenden Enden der Materialstreifen um 180° integral angeformte, fluidisch mit mindestens jeweils einem Wärmetauscher-Kanal verbundene VorlaufVerteiler- bzw. Rücklaufsammelrohre .A third object of the invention is a heat exchanger module obtainable by a method described above. The heat exchanger module according to the invention comprises at least two superimposed, at least two parallel heat exchanger channels forming, deep-drawn strips of material, and with these integrally connected, by deep drawing of transverse to the heat exchanger channels extending flow distribution or return collecting troughs and folding the flow distributor or return collecting troughs comprehensive ends of the material strip by 180 ° integrally formed, fluidly connected to at least one heat exchanger channel each VorlaufVerteiler- or return collection tubes.
Der Teil -des Wärmetauscher-Moduls, ' der die Wärmetauscher- Kanäle ohne die integral angeformten Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre umfasst, wird als Wärmetauscher- Rohrbündel bezeichnet. Der das Wärmetauscher-Rohrbündel umfassende Teil des Wärmetauscher-Moduls ist vorzugsweise wie in DE 10 2006 000 885.5 vorgeschlagen ausgeführt, wobei zusätzlich zu den dort vorgeschlagenen Maßnahmen zur Ausgestaltung des Wärmetauscher-Rohrbündels die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre integral durch Tiefziehen von Vorlaufverteilerrinnen undThe part -des heat exchanger module 'which includes the heat exchanger channels without the integrally formed Vorlaufverteiler- and return manifolds is called a heat exchanger tube bundle. The heat exchanger tube bundle comprehensive part of the heat exchanger module is preferably carried out as proposed in DE 10 2006 000 885.5, in addition to the measures proposed there for the design of the heat exchanger tube bundle, the flow distribution and return manifolds integrally by deep drawing of flow distribution channels and
Rücklaufsammelrinnen an die Enden der Materialstreifen und Umklappen der die Vorlaufverteilerrinnen und Rücklaufsammelrinnen umfassenden Enden um 180° ausgebildet sind.Return collecting troughs are formed at the ends of the strips of material and folding over the ends comprising the flow distribution and return collecting troughs by 180 °.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Wärmetauscher-Modul stapelbar ausgebildet, so dass zwischen jeweils zwei gestapelten Wärmetauscher-Modulen Zwischenräume gegeben sind in denen Einzelzellen formschlüssig mit den Wärmetauscher- Rohrbündeln anordbar sind. Bei einer Anordnung im Stapel können die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre beispielsweise mittels seitlich in Stapelrichtung anordbaren Vorlauf- und Rücklaufkanälen zur Zu- und Abfuhr eines Temperiermediums miteinander fluidisch verbunden werden. Die einseitig offenen Vorlauf- und Rücklaufkanäle werden dabei durch die Stirnseiten der VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohre geschlossen, wodurch Vorlaufverteilerund RücklaufSammelleitungen entstehen. Ebenso ist denkbar, nicht jedes Vorlaufverteilerrohr eines aus einem Stapel von Wärmetauscher-Modulen bestehenden Wärmetauschers mit einer Vorlaufverteilerleitung und nicht jedes Rücklaufsammeirohr mit einer RücklaufSammelleitung zu verbinden, sondern Vorlaufverteilerrohre und Rücklaufsammelrohre unmittelbar benachbarter Wärmetauscher-Module miteinander zu verbinden, so dass eine Anordnung mehrerer fluidisch nacheinander angeordneter Wärmetauscher-Module in Reihe erreicht wird.Preferably, the heat exchanger module according to the invention is stackable, so that between each two Stacked heat exchanger modules are given intermediate spaces in which individual cells can be arranged form-fitting manner with the heat exchanger tube bundles. In the case of an arrangement in the stack, the supply manifold and return collection pipes can be fluidly connected to one another, for example, by means of supply and return ducts which can be arranged laterally in the stacking direction for the supply and removal of a temperature control medium. The unilaterally open flow and return channels are closed by the front sides of the supply manifold and return manifolds, whereby flow distribution and return manifolds arise. It is also conceivable not to connect each supply manifold of a heat exchangers consisting of a stack of heat exchanger with a flow distribution line and not each Rücklaufsammeirohr with a return manifold, but supply manifolds and return manifolds immediately adjacent heat exchanger modules to connect together, so that an arrangement of several fluidly arranged heat exchanger modules is achieved in series.
Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Module lassen sich auf einfache Weise zu Wärmetauschern kombinieren. Aufgrund des beim Tiefziehen eingearbeiteten, an den Querschnitt der Einzelzellen angepassten Profils und aufgrund ihrer Flexibilität können sie gut an die Einzelzellen angeschmiegt werden und gewährleisten aufgrund des in ihnen verwirklichen Gegenstromprinzips eine effiziente, zuverlässige und gleichmäßige Temperierung der Einzelzellen. Je nach Anwendungsfall und je nach Umgebungstemperatur und Betriebszustand kann diese Temperierung eine Kühlung oder eine Aufheizung sein.The heat exchanger modules according to the invention can be combined in a simple manner to heat exchangers. Due to the incorporated in deep drawing, adapted to the cross section of the individual cells profile and flexibility because they can be nestled well to the individual cells and ensure an efficient, reliable and uniform temperature control of the individual cells due to the countercurrent principle implemented in them. Depending on the application and depending on the ambient temperature and operating condition, this temperature control can be cooling or heating.
Ein vierter Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmetauscher mit einem modularen Aufbau umfassend mindestens zwei vorher beschriebene Wärmetauscher-Module, wobei die Vorlaufverteilerrohre, die Wärmetauscher-Kanäle sowie die Rücklaufsammelrohre der Wärmetauscher-Module von einem Temperiermedium durchströmbar sind, und wobei zwischen Wärmetauscher-Rohrbündeln benachbarter Wärmetauscher-Module Zwischenräume zur Aufnahme von Einzelzellen gegeben sind.A fourth object of the invention is a heat exchanger having a modular construction comprising at least two before described heat exchanger modules, wherein the flow distribution tubes, the heat exchanger channels and the return collection tubes of the heat exchanger modules are flowed through by a temperature control, and wherein between heat exchanger tube bundles adjacent heat exchanger modules are given gaps for receiving individual cells.
Auch hier ist wichtig hervorzuheben, dass unterschiedliche Verbindungen der Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre mehrerer modular zu einem Wärmetauscher gestapelter Wärmetauscher-Module denkbar sind. So ist beispielsweise denkbar, sämtliche Vorlaufverteilerrohre eines Wärmetauscher- Modul-Stapels direkt mit einer VorlaufVerteilerleitung zu verbinden, sowie sämtliche Rücklaufsammeirohre eines Wärmetauscher-Modul-Stapels direkt mit einer RücklaufSammelleitung zu verbinden, entsprechend einer parallelen Anordnung. Ebenso ist denkbar, alle oder einen Teir der Wärmetauscher-Module bzw. deren Vorlaufverteilerund Rücklaufsammeirohre in Reihe anzuordnen.Again, it is important to emphasize that different connections of the flow distribution and return manifolds of several modular stacked to a heat exchanger heat exchanger modules are conceivable. For example, it is conceivable to connect all supply manifolds of a heat exchanger module stack directly to a supply manifold, as well as to connect all return manifolds of a heat exchanger module stack directly to a return manifold, corresponding to a parallel arrangement. It is also conceivable to arrange all or a part of the heat exchanger modules or their flow distributor and return manifolds in series.
Ein fünfter Gegenstand der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher, umfassend einen vorher beschriebenen, modular aus mindestens zwei Wärmetauscher- Modulen aufgebauten Wärmetauscher, bei dem in den zwischen den Wärmetauscher-Rohrbündeln benachbarter Wärmetauscher- Module verbleibenden Zwischenräumen Einzelzellen formschlüssig korrespondierend mit dem vorgesehenen Profil der Wärmetauscher-Rohrbündel angeordnet sind.A fifth subject matter of the invention is an electrochemical energy store, comprising a previously described, modularly constructed from at least two heat exchanger modules heat exchanger, in which in the remaining between the heat exchanger tube bundles of adjacent heat exchanger modules gaps individual cells form-fitting corresponding to the intended profile of the heat exchanger Tube bundles are arranged.
Die Einzelzellen sind dabei vorzugsweise mittels Polverbinder in Reihe geschaltet. Die Polverbinder sind vorzugsweise mit Polverbindungsschrauben an den Einzelzellen befestigt. Die Polverbindungsschrauben sind vorzugsweise mit mindestens einer, vorzugsweise mit drei Tellerfedern unterlegt. Ein sechster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung eines zuvor beschriebenen elektrochemischen Energiespeichers zur Bordstromversorgung eines Fahrzeugs und/oder zur Stromversorgung einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs. Dabei ist denkbar, dass es sich bei dem Fahrzeug um ein Straßenfahrzeug handelt, das eine oder mehrere Antriebsarten (Hybridantrieb) aufweist, von denen eine einen Elektroantrieb umfasst.The individual cells are preferably connected in series by means of pole connectors. The pole connectors are preferably attached to the single cells with pole connection screws. The pole connecting screws are preferably underlaid with at least one, preferably with three disc springs. A sixth object of the present invention is a use of a previously described electrochemical energy storage for the on-board power supply of a vehicle and / or for the power supply of a drive device of a vehicle. It is conceivable that the vehicle is a road vehicle having one or more drive types (hybrid drive), one of which comprises an electric drive.
Die erfindungsgemäße Verwendung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil der elektrochemische Energiespeicher sich beispielsweise durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Wärmetauscher-Modulen und Einzelzellen problemlos an ein breites Spektrum von Leistungsanforderungen anpassen lässt. Ferner weist er durch die integrale Herstellbarkeit von Wärmetauscher-Rohrbündel und VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohren ein geringeres Gewicht, als ein elektrochemischer Energiespeicher mit einem nach dem Stand der Technik hergestellten Wärmetauscher auf. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher gegenüber Stößen und Erschütterungen, wie sie bei Fahrzeuge üblicherweise vorkommen, unempfindlich.The use of the invention is particularly advantageous because the electrochemical energy storage can be easily adapted to a wide range of power requirements, for example, by adding or removing heat exchanger modules and single cells. Furthermore, it has by the integral manufacturability of heat exchanger tube bundle and flow manifold and return manifolds a lower weight, as an electrochemical energy storage with a heat exchanger manufactured according to the prior art. In addition, the electrochemical energy storage device according to the invention is insensitive to shocks and vibrations, as they usually occur in vehicles.
Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend beschrieben .Concrete embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawings and will be described below.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht von zwei zu einemFig. 1 is a perspective view of two to a
Wärmetauscher-Modul miteinander zu verbindenden, bereits einem tiefgezogenen, vorgesehenen Profil sowie mit tiefgezogenen Wärmetauscherkanälen und Vorlaufverteiler- und RücklaufSammelrinnen versehenen Materialstreifen,Heat exchanger module to be joined together, already a deep-drawn, intended profile and deep-drawn heat exchanger channels and Flow distribution and return collection channels provided strips of material,
Fig. 2 eine Detailansicht der Einzelheit K aus Fig. 1,2 is a detail view of the detail K of FIG. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von zweiFig. 3 is a perspective view of two
Wärmetauscher-Modul-Platten, bei denen durch Umklappen der mit den VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrinnen versehenen Enden um 180° bereits VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohre integral angeformt sind,Heat exchanger module plates, in which by 180 ° already VorlaufVerteiler- and return collection tubes are integrally formed by folding the provided with the flow distribution and return collecting troughs ends,
Fig. 4 eine Detailansicht der Einzelheit L aus Fig. 3,4 is a detail view of the detail L of FIG. 3,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines durch Ausrichten und Zusammenfügen der Wärmetauscher-Modul-Platten aus Fig. 3 hergestellten Wärmetauscher-Moduls mit integral angeformten Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelröhren,5 is a perspective view of a heat exchanger module made by aligning and assembling the heat exchanger module plates of FIG. 3 with integrally molded flow distribution and return collection tubes;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauscher- Moduls aus Fig. 5 mit beidseitig der Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre anzuordnenden, Vorlaufverteiler- und RücklaufSammelleitungen bildenden Verbindungshülsen,6 shows a perspective view of the heat exchanger module from FIG. 5 with connecting sleeves to be arranged on both sides of the supply manifold and return collection pipes, forming supply and return manifolds, FIG.
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauscher- Moduls aus Fig. 6 mit beidseitig der Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre angeordneten Verbindungshülsen, sowieFig. 7 is a perspective view of the heat exchanger module of FIG. 6 arranged with both sides of the flow distribution and return manifolds connecting sleeves, and
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines modular aufgebauten, aus fünf in Fig. 7 dargestellten Wärmetauscher-Modulen mit seitlich der Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohren angeordneten, die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre benachbarter Wärmetauscher- Module miteinander fluidisch verbindenden, aus mehreren Verbindungshülsen bestehenden Vorlaufverteiler- und RücklaufSammelleitungen . Ein in den Figuren 1 bis 5 dargestelltes, erfindungsgemäßes Wärmetauscher-Modul 40 besteht im Wesentlichen aus zwei Materialstreifen 41, 42, in die durch Tiefziehen ein vorgegebenes, hier wellenförmiges Profil zum Anschmiegen an Einzelzellen eines elektrochemischen Energiespeichers eingearbeitet ist. Ebenso sind in die Materialstreifen 41, 42 im Wesentlichen in deren Längsrichtung verlaufende Wärmetauscher-Kanäle 43, 43', 44, 44' durch Tiefziehen eingearbeitet. An den Enden 45, 46, 47, 48 der Materialstreifen 41, 42 sind von den Wärmetauscher-Kanälen 43, 43', 44, 44' beabstandet quer zu den Materialstreifen 41, 42 verlaufende Vorlaufverteiler- 50, 50' undFig. 8 is a perspective view of a modular design, arranged from five in Fig. 7 heat exchanger modules arranged laterally with the flow manifold and return manifolds, the flow manifold and return manifolds of adjacent heat exchanger modules fluidly interconnecting, consisting of several connecting sleeves flow distribution and return manifolds , An illustrated in Figures 1 to 5, inventive heat exchanger module 40 consists essentially of two strips of material 41, 42, in which by deep drawing a predetermined, here wave-shaped profile is incorporated for nestling on individual cells of an electrochemical energy storage. Likewise, in the material strips 41, 42 extending substantially in the longitudinal direction of heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' incorporated by deep drawing. At the ends 45, 46, 47, 48 of the material strips 41, 42 are of the heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' spaced transversely to the strips of material 41, 42 extending flow distributor 50, 50 'and
Rücklaufsammelrinnen 60, 60' durch Tiefziehen eingearbeitet. Die Wärmetauscher-Kanäle 43, 43', 44, 44' verlaufen in Wechselrichtung, um innerhalb eines Wärmetauscher-Moduls 40 ein Gegenstromprinzip verwirklichen zu können.Return collecting troughs 60, 60 'incorporated by deep drawing. The heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' extend in an alternating direction in order to be able to realize a counterflow principle within a heat exchanger module 40.
Nach dem Tiefziehen der Wärmetauscher-Kanäle 43, 43', 44, 44', der Vorlaufverteiler- 50, 50' und Rücklaufsammeirinnen 60, 60' sowie des vorgesehenen Profils werden Vorlaufverteilerdurchbrechungen 51 in den ersten Materialstreifen 41 und Rücklaufsammeidurchbrechungen 62 in den zweiten Materialstreifen 42 eingearbeitet (Fig. 2).After deep drawing of the heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44', the flow distributor 50, 50 'and Rücklaufsammenirinnen 60, 60' and the intended profile Vorlaufverteilerdurchbrechungen 51 are in the first strip of material 41 and Rücklaufsammeidurchbrechungen 62 in the second strip of material 42nd incorporated (Fig. 2).
Zwischen den die Vorlaufverteiler- 50, 50' und Rücklaufsammelrinnen 60, 60' umfassenden Enden 45, 46, 47, 48 der Materialstreifen 41, 42 und den in die Materialstreifen 41, 42 eingearbeiteten Wärmetauscher-Kanäle 43, 43', 44, 44' sind Biegenuten 70 angeordnet (Fig. 1 und 2) . Die Biegenuten 70 dienen zum Klappen der die Vorlaufverteiler- 50, 50' und Rücklaufsammelrinnen 60, 60' umfassenden Enden 45, 46, 47, 48 der Materialstreifen 41, 42 um 180° (Fig. 3 und 4). Die nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen zwischen den Enden 45, 46, 47, 48 der Materialstreifen 41, 42 und den die VorlaufVerteiler- 51 undBetween the supply manifold 50, 50 'and return collecting channels 60, 60' comprehensive ends 45, 46, 47, 48 of the strips of material 41, 42 and in the material strips 41, 42 incorporated heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' bending grooves 70 are arranged (Figures 1 and 2). The bending grooves 70 are used for folding the supply manifold 50, 50 'and return collecting channels 60, 60' comprehensive ends 45, 46, 47, 48 of the strips of material 41, 42 by 180 ° (Figures 3 and 4). The lying after folding each other coming contact surfaces between the ends 45, 46, 47, 48 of the strips of material 41, 42 and the flow distributor 51 and
RücklaufSammeldurchbrechungen 62 aufweisenden Bereichen der Materialstreifen 41, 42 werden anschließend mittels einer Heißschweißvorrichtung fluiddicht miteinander verbunden. Hierdurch entstehen aus den Vorlaufverteiler- 50, 50' und Rücklaufsammelrinnen 60, 60' Vorlaufverteilerrohre 55, 55' und Rücklaufsammelrohre 66, 66'.Return flow collecting openings 62 having regions of the material strips 41, 42 are then connected to each other fluid-tight by means of a heat welding device. This results from the flow distributor 50, 50 'and return collecting channels 60, 60' flow distribution pipes 55, 55 ' and return collection pipes 66, 66'.
Durch das Einarbeiten der Wärmetauscher-Kanäle 43, 43', 44, 44', des Profils und der Vorlaufverteiler- 50, 50' und Rücklaufsammelrinnen 60, 60', sowie durch das Formen der Vorlaufverteilerrohre 55, 55' und Rücklaufsammelrohre 66, 66' durch Umklappen der die VorlaufVerteiler- 50, 50' und Rücklaufsammelrinnen 60, 60' umfassenden Enden 45, 46, 47, 48 der Materialstreifen 41, 42 um 180° werden aus den Materialstreifen 41, 42 Wärmetauscher-Modul-Platten 71, 72 erhalten (Fig. 3 und 4) .By incorporating the heat exchanger channels 43, 43 ' , 44, 44', the profile and the flow distributor 50, 50 'and return collecting channels 60, 60 ' , as well as by forming the flow distribution pipes 55, 55 'and return collection pipes 66, 66' by folding over the VorlaufVerteiler- 50, 50 'and return collecting channels 60, 60' comprehensive ends 45, 46, 47, 48 of the strips of material 41, 42 by 180 ° are obtained from the strips of material 41, 42 heat exchanger module plates 71, 72 ( Fig. 3 and 4).
Anschließend (Fig. 5) werden die Wärmetauscher-Modul-Platten 71, 72 fluchtend angeordnet, so dass die die Wärmetauscher- Kanäle 43, 43', 44, 44' begrenzenden Stege 49, 49' der beiden Wärmetauscher-Modul-Platten 71, 72 aneinander grenzen und die Wärmetauscher-Kanäle 43, 43', 44, 44' Wärmetauscher-Rohre bilden, sowie die Vorlaufverteilerdurchbrechungen 51 und die RücklaufSammeldurchbrechungen 62 nicht zur Deckung kommen. Die derart fluchtend angeordneten Wärmetauscher-Modul-Platten 71, 72 werden anschließend mittels einerSubsequently (FIG. 5), the heat exchanger module plates 71, 72 are arranged in alignment, so that the webs 49, 49 'of the two heat exchanger module plates 71 delimiting the heat exchanger channels 43, 43', 44, 44 ', 72 adjoin one another and the heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' form heat exchanger tubes, and the flow distributor openings 51 and the return collection openings 62 do not coincide. The thus arranged in alignment heat exchanger module plates 71, 72 are then by means of a
Heißschweißvorrichtung zusammengefügt um ein Wärmetauscher- Modul 40 zu erhalten (Fig. 5) .Heat welding device joined together to obtain a heat exchanger module 40 (Fig. 5).
Ein in Fig. 8 dargestellter Wärmetauscher 80 besteht aus fünf in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Wärmetauscher-Modulen 40, welche mittels Vorlaufverteiler- 81, 81' und RücklaufSammelleitungen 82, 82' fluidisch miteinander verbunden sind.A heat exchanger 80 shown in FIG. 8 consists of five heat exchanger modules 40 shown in FIGS. 1 to 5, which by means of flow distributor 81, 81 'and Return manifolds 82, 82 'are fluidly interconnected.
Die Vorlaufverteiler- 81, 81' und RücklaufSammelleitungen 82, 82' sind, um einen höchstgradig modularen Aufbau sicherzustellen, aus mehreren Verbindungshülsen 83 zusammengesetzt, die wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt, seitlich an den Vorlaufverteiler- 55, 55' und Rücklaufsammeirohre 66, 66' der Wärmetauscher-Module 40 angeordnet, und mit diesen bestimmungsgemäß fluidisch verbunden sind. Das Verbinden der Verbindungshülsen 83 mit den Vorlaufverteiler- 55, 55' und Rücklaufsammelrohren 66, 66' der Wärmetauscher-Module 40 erfolgt vorzugsweise durch Kleben.The supply manifold 81, 81 'and return manifolds 82, 82' are, to ensure a highly modular design, composed of a plurality of connecting sleeves 83, which, as shown in FIGS. 6 and 7, laterally to the flow distributor 55, 55 'and return manifold 66, 66 'of the heat exchanger modules 40 are arranged, and are connected fluidly with these intended. The connection of the connecting sleeves 83 with the flow distributor 55, 55 'and return collection tubes 66, 66' of the heat exchanger modules 40 is preferably carried out by gluing.
Wichtig ist hervorzuheben, dass die VorlaufVerteiler- 50, 50' und Rücklaufsammeirinnen 60, 60' der Wärmetauscher-Modul- Platten 71, 72 jeweils in einem Arbeitsgang in einer Formtiefziehvorrichtung gemeinsam mit den Wärmetauscher- Kanälen 43, 43', 44, 44' hergestellt werden.It is important to emphasize that the supply manifold 50, 50 'and return collectors 60, 60' of the heat exchanger module plates 71, 72 are each manufactured in one operation in a mold deep-drawing device together with the heat exchanger channels 43, 43 ', 44, 44' become.
Die Erfindung ist insbesondere auf dem Gebiet der Herstellung und der Verwendung von elektrochemischen Energiespeichern gewerblich anwendbar. The invention is particularly applicable industrially in the field of production and use of electrochemical energy storage devices.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
40 Wärmetauscher-Modul40 heat exchanger module
41, 42 Materialstreifen41, 42 material strips
43, 43', 44, 44 Wärmetauscher-Kanal43, 43 ', 44, 44 heat exchanger channel
45, 46, - M1 48 Ende des Materialstreifens45, 46, - M 1 48 End of material strip
49, 49' Steg zwischen benachbarten Wärmetauscher- Kanälen49, 49 'web between adjacent heat exchanger channels
50, 50' Vorlaufverteilerrinne50, 50 'flow distribution channel
51 VorlaufVerteilerdurchbrechung51 flow distributor opening
55, 55' VorlaufVerteilerröhr55, 55 'flow distribution pipe
60, 60' Rücklaufsammelrinne60, 60 'Return collecting channel
62 RücklaufSammeldurchbrechung62 return collection breakthrough
66, 66' Rücklaufsammelröhr66, 66 ' return collection tube
71, 72 Wärmetauscher-Modul-Platte71, 72 heat exchanger module plate
80 Wärmetauscher80 heat exchangers
81, 81' VorlaufVerteilerleitung81, 81 'flow distribution line
82, 82' RücklaufSammelleitung82, 82 'return manifold
83 Verbindungshülse 83 Connecting sleeve

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Moduls umfassend mindestens ein Wärmetauscher-Rohrbündel sowie mindestens jeweils zwei mit dem Wärmetauscher-Rohrbündel fluidisch verbundene Vorlaufverteiler- und1. A method for producing a heat exchanger module comprising at least one heat exchanger tube bundle and at least two fluidly connected to the heat exchanger tube bundle flow distributor and
Rücklaufsammelröhre, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Bereitstellung von zwei tiefziehbaren Materialstreifen; b) Tiefziehen zumindest von vorgesehenen Wärmetauscher- Kanälen sowie eines vorgesehenen Profils in die Materialstreifen, wobei von den Wärmetauscher-Kanälen beabstandet an beiden Enden der Materialstreifen jeweils eine quer zum Materialstreifen verlaufende Vorlaufverteilerrinne bzw. Rücklaufsammelrinne ebenfalls durch Tiefziehen ausgeformt wird; c) Einarbeitung der für die fluidische Verbindung der Wärmetauscher-Kanäle mit den Vorlaufverteilerrohren erforderlichen Vorlaufverteilerdurchbrechungen in einen ersten Materialstreifen aus Schritt b) , sowie Einarbeitung der für die fluidische Verbindung der Wärmetauscher-Kanäle mit den Rücklaufsammeirohren erforderlichen Rücklaufsammeidurchbrechungen in einen zweiten Materialstreifen aus Schritt b) ; d) Formung der Vorlaufverteilerrohre durch Umklappen der die Vorlaufverteilerrinnen umfassenden Enden des ersten Materialstreifens um 180° auf die dieReturn collection tube characterized by the steps of: a) providing two thermoformable strips of material; b) deep drawing at least of intended heat exchanger channels and an intended profile in the material strips, wherein spaced from the heat exchanger channels at both ends of the strip of material each extending transversely to the material strip flow distribution channel or return collecting channel is also formed by deep drawing; c) incorporation of the required for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the flow distribution manifolds Vorlaufverteilerdurchbrechungen in a first strip of material from step b), and incorporation of required for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the Rücklaufsammeubehren Rücklaufsammeidurchbrechungen in a second strip of material from step b) ; d) shaping the flow distribution pipes by folding over the ends of the first strip of material comprising the flow distribution troughs by 180 ° on the
VorlaufVerteilerdurchbrechungen aufweisenden Bereiche des ersten Materialstreifens, sowie fluiddichtes Verbinden der nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen, um eine erste Wärmetauscher-Modul-Platte zu erhalten, sowie Formung der Rücklaufsammelrohre durch Umklappen der die Rücklaufsammelrinnen umfassenden Enden des zweiten Materialstreifens um 180° auf die die RücklaufSammeldurchbrechungen aufweisenden Bereiche des zweiten Materialstreifens, sowie fluiddichtes Verbinden der nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen, um eine zweite Wärmetauscher-Modul-Platte zu erhalten; e) fluchtende Anordnung der ersten und zweiten Wärmetauscher-Modul-Platte aus Schritt d) , so dass die Stege der beiden Wärmetauscher-Modul-Platten aneinander grenzen und die Wärmetauscher-Kanäle Wärmetauscher-Rohre bilden, sowie die Vorlaufverteilerdurchbrechungen und die RücklaufSammeldurchbrechungen nicht zur Deckung kommen; f) Zusammenfügen der angeordneten Wärmetauscher-Modul- Platten aus Schritt e) , um ein Wärmetauscher-Modul zu erhalten .Flow distribution manifold areas of the first material strip, as well as fluid-tight connection of the lying after folding over each other coming contact surfaces to obtain a first heat exchanger module plate, and forming the return collection tubes by folding the return collecting troughs comprising ends of the second strip of material by 180 ° to the return collection apertures having areas the second strip of material, as well as fluid-tight connecting the lying after folding over each other coming contact surfaces to obtain a second heat exchanger module plate; e) aligned arrangement of the first and second heat exchanger module plate from step d), so that the webs of the two heat exchanger module plates adjoin one another and the heat exchanger channels form heat exchanger tubes, and the flow distributor openings and the return collection openings not to cover come; f) assembling the arranged heat exchanger module plates from step e) to obtain a heat exchanger module.
2. Verfahren nach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einarbeitung der für die fluidische Verbindung der Wärmetauscher-Kanäle mit den Vorlaufverteilerrohren und den Rücklaufsammeirohren erforderlichen2. The method according to claim 1, characterized in that the incorporation of the required for the fluidic connection of the heat exchanger channels with the flow distribution pipes and the Rücklaufsammeubehren
VorlaufVerteilerdurchbrechungen undFlow distribution apertures and
RücklaufSammeldurchbrechungen in die Materialstreifen noch vor dem Tiefziehen der Wärmetauscher-Kanäle und derReturn collection holes in the strips of material before deep drawing of the heat exchanger channels and the
Vorlaufverteilerrinnen und Rücklaufsammelrinnen erfolgt.Supply distribution channels and return collection channels takes place.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den quer zu den Materialstreifen verlaufenden, tiefgezogenen Vorlaufverteilerrinnen bzw. Rücklaufsammelrinnen und den tiefgezogenen Wärmetauscher- Kanälen jeweils eine Biegenut eingearbeitet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that between the transverse to the strip of material running, deep-drawn flow distribution channels or return collection channels and the deep-drawn heat exchanger channels each a Biegenut is incorporated.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen der um 180° umgeklappten Enden der Materialstreifen in Schritt d) durch Pressschweißen, Heizelementschweißen, besonders bevorzugt durch direktes Heizelementschweißen, fluiddicht verbunden werden.4. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that the successive contact surfaces of the folded over by 180 ° ends of the strips of material in step d) by pressure welding, heating element welding, more preferably by direct heating element welding, fluid-tight.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefziehbaren Materialstreifen für Schritt a) des Verfahrens durch Zuschneiden von Rollenware gewonnen werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermoformable strips of material for step a) of the method are obtained by cutting of rolls.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle für das Wärmetauscher-Modul vorgesehenen Kanäle, Nuten und Stege beim Tiefziehschritt eingearbeitet werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that all provided for the heat exchanger module channels, grooves and webs are incorporated in the deep drawing step.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufverteilerdurchbrechungen sowie die Rücklaufsammeidurchbrechungen durch Stanzen eingearbeitet werden, wobei vorzugsweise zusätzlich sonstiges, unnötiges oder überstehendes Material der Materialstreifen entfernt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow distributor openings and the Rücklaufsammeidurchbrechungen are incorporated by punching, wherein preferably additionally other, unnecessary or protruding material of the strip of material is removed.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzen und das Tiefziehen in einem Schritt erfolgt .8. The method according to claim 7, characterized that punching and deep drawing take place in one step.
9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch9. Apparatus for carrying out a method according to one of claims 1 to 8, characterized by
- Mittel zur paarweisen Bereitstellung von Materialstreifen,Means for pairwise provision of strips of material,
- Mittel zum Tiefziehen mindestens eines gewünschten Profils sowie von Wärmetauscher-Kanälen,Means for deep drawing at least one desired profile and heat exchanger channels,
VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrinnen in die Materialstreifen,Flow distribution and return collection channels in the material strips,
- Mittel zur Einarbeitung von VorlaufVerteiler- und RücklaufSammeldurchbrechungen in die Materialstreifen,- means for incorporation of flow distribution and return collection apertures into the strips of material,
- Mittel zum Umklappen der die VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrinnen umfassenden Enden der Materialstreifen um 180° sowie fluiddichtes Verbinden der nach dem Umklappen aufeinander zu liegen kommenden Kontaktflächen,Means for folding over the ends of the strips of material comprising the flow distributor and return collecting channels by 180 °, as well as fluid-tight connection of the contact surfaces coming to rest after folding over one another,
- Mittel zur fluchtende Anordnung des Paares von mit Wärmetauscher-Kanälen sowie VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammeirohren versehenen Materialstreifen, so dass die zwischen den Wärmetauscher-Kanälen verbleibenden Stege aneinander grenzen und die Wärmetauscher-Kanäle Wärmetauscher-Rohre bilden, sowie die Vorlaufverteilerdurchbrechungen und die- Means for aligning the pair of provided with heat exchanger channels and flow distribution and return manifolds strips of material, so that the remaining between the heat exchanger channels webs adjoin one another and form the heat exchanger channels heat exchanger tubes, and the flow distributor openings and the
RücklaufSammeldurchbrechungen nicht zur Deckung kommen, sowieReturn collection breakthroughs do not coincide, as well
- Mittel zum Zusammenfügen der angeordneten Materialstreifen.- Means for joining the arranged strips of material.
10. Wärmetauscher-Modul erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens zwei übereinander angeordnete, zusammen mindestens zwei parallel verlaufende Wärmetauscher-Kanäle bildende, tiefgezogene Materialstreifen, sowie mit diesen einteilig verbundene, integral angeformte, fluidisch mit mindestens jeweils einem Wärmetauscher-Kanal verbundene Vorlaufverteiler- bzw. Rücklaufsammelrohre .10. Heat exchanger module obtainable by a method according to one of claims 1 to 8, characterized by at least two superimposed arranged, at least two parallel heat exchanger channels forming forming, deep-drawn strips of material, and integrally connected thereto, integrally formed, fluidly connected to at least one heat exchanger channel each flow distribution or return collection tubes.
11. Wärmetauscher gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau umfassend mindestens zwei Wärmetauscher-Module nach Anspruch 10, wobei zwischen Wärmetauscher-Rohrbündeln benachbarter Wärmetauscher- Module Zwischenräume zur Aufnahme von Einzelzellen gegeben sind.11. Heat exchanger characterized by a modular construction comprising at least two heat exchanger modules according to claim 10, wherein between heat exchanger tube bundles adjacent heat exchanger modules are given gaps for receiving individual cells.
12. Elektrochemischer Energiespeicher umfassend einen Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den zwischen den Wärmetauscher-Rohrbündeln benachbarter Wärmetauscher-Module verbleibenden12. An electrochemical energy store comprising a heat exchanger according to claim 11, characterized in that remaining in the between the heat exchanger tube bundles adjacent heat exchanger modules
Zwischenräumen Einzelzellen formschlüssig korrespondierend mit dem vorgesehenen Profil derInterstices of single cells form-fitting correspond with the intended profile of the
Wärmetauscher-Rohrbündel angeordnet sind.Heat exchanger tube bundles are arranged.
13. Verwendung eines elektrochemischen Energiespeichers nach Anspruch 12 zur Bordstromversorgung eines Fahrzeugs und/oder zur Stromversorgung einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs .13. Use of an electrochemical energy store according to claim 12 for the on-board power supply of a vehicle and / or for the power supply of a drive device of a vehicle.
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeug um ein Straßenfahrzeug handelt, das eine oder mehrere Antriebsarten (Hybridantrieb) aufweist, von denen eine einen Elektroantrieb umfasst. 14. Use according to claim 13, characterized in that it is the vehicle is a road vehicle, the one or more types of drive (Hybrid drive), one of which includes an electric drive.
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