WO2024115149A1

WO2024115149A1 - Kühlvorrichtung für elektrochemische und elektrotechnische bauteile

Info

Publication number: WO2024115149A1
Application number: PCT/EP2023/082295
Authority: WO
Inventors: Markus Stephan; Christoph Reichardt; Tom Riedel; Werner Ruppert
Original assignee: Gentherm Präzision SE
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2023-11-17
Publication date: 2024-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (2) für elektrochemische und elektrotechnische Bauteile, umfassend ein Bauteilgehäuse (4), wobei das Bauteilgehäuse (4) mit einem Eingang (10) und einem Ausgang (12) ausgestattet ist, wobei das Bauteilgehäuse (10) ein Hauptventil (40) und ein Steuerventil (42) umfasst, wobei das Hauptventil (40) in einem ersten Bereich des Bauteilgehäuses (4) stromabwärts des Eingangs (10) angeordnet ist und zum Steuern einer Kühlmittelzufuhr in das Bauteilgehäuse (4) ausgelegt ist, wobei das Steuerventil (42) in einem zweiten Bereich des Bauteilgehäuses (4) angeordnet ist und in Fluidverbindung mit dem Hauptventil (40) steht, wobei das Steuerventil (42) dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Kühlmittelfüllstand im Bauteilgehäuse (4) eine Öffnungsstellung des Hauptventils (40) zu regeln. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kühlsystem und eine Ventilanordnung.

Description

Kühlvorrichtung für elektrochemische und elektrotechnische Bauteile

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von elektrochemischen oder elektrotechnischen Bauelementen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung für Batteriezellen in beweglichen Vorrichtungen wie zum Beispiel Fahrzeugen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kühlsystem und eine Ventilanordnung.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, dass elektrochemische oder elektrotechnische Bauteile in einem vorgegebenen Temperaturfenster optimal arbeiten. Bei Bauteilen, bei deren Betrieb Wärme entsteht, ist es notwendig, die erzeugte Wärme auch wieder abzuführen. Andernfalls kann es zu einer Überhitzung des Bauteils führen, was je nach Bauteil lediglich zu Fehlfunktionen am Bauteil oder zu sicherheitsrelevanten Zuständen führen kann.

Es ist zum Beispiel aus der EP 2 503 199 A1 , wenn bei einer Batterie mehrere Einzelzellen in einem Gehäuse platziert sind, vorteilhafterweise bekannt, diese Batterie, bzw. dieses Batteriesystem zu kühlen. Dabei ist eine Kontaktkühlung bekannt, wobei die Kontaktkühlung als druckloses System mit wasserbasierten Medien oder als Klimaanlage auf Basis von Flurkohlenwasserstoffen bzw. Kohlendioxid funktionieren kann. Aus der EP 2 503 199 A1 ist weiterhin eine Druckausgleichsvorrichtung für ein Batteriesystem bekannt, welches ein offenporiges Element zum Druckausgleich eines Totvolumens in dem Batteriesystem vorsieht. Das bekannte Element stellt den Gasaustausch zwischen dem Batteriesystem und der Atmosphäre sicher, um insbesondere bei Temperaturschwankungen einen Überdruck und somit eine Beschädigung des Batteriesystems zu vermeiden. Es handelt sich somit um ein System, bei dem gasförmige Anteile von Kühlmittel in die Atmosphäre abgegeben würden, was zu einem Verlust von Kühlmittel führt.

Ein weiteres System zur Batteriekühlung ist zum Beispiel aus der EP 3 113279 A1 bekannt. In dem bekannten Batteriesystem wird ein zweiphasiges Fluid genutzt. Dabei wird das gasförmige Kühlmittel entweder in einem obersten von mehreren Modulen kondensiert oder über eine Gasleitung zu einem Kondensator geleitet. In der bekannten Einrichtung wird eine Höhe der Kühlflüssigkeit über einen Auslass eines unteren Moduls reguliert. Eine solche Regulierung erhöht den Verbrauch von Kühlmittel.

Die WO 2016/118545 A1 offenbart eine Hochleistungszweiphasenkühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung ist zum Kühlen von Halbleiterbauelementen geeignet. Dabei wird durch den Phasenübergang zwischen flüssig und gasförmig Wärme aufgenommen oder freigesetzt. Die WO 2016/118545 A1 betrifft nicht die Regulierung einer Füllhöhe.

Um eine effektive Kühlwirkung zu erhalten, ist es sinnvoll die Füllhöhe der flüssigen Phase zu steuern.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Kühlvorrichtung für elektrochemische oder elektrotechnische Bauelemente anzugeben, welche Nachteile nach dem Stand der Technik verbessert. Insbesondere soll eine Kühlvorrichtung mit einem regulierbaren Kühlmittelfüllstand angegeben werden.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Kühlvorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Ventilanordnung durch die Merkmale des Anspruchs 18 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich durch die jeweiligen Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für elektrochemische und elektrotechnische Bauteile, umfasst ein Bauteilgehäuse. Das Bauteilgehäuse ist mit einem Eingang und einem Ausgang ausgestattet. Weiterhin umfasst das Bauteilgehäuse ein Hauptventil und ein Steuerventil. Dabei ist das Hauptventil in einem ersten Bereich des Bauteilgehäuses stromabwärts des Eingangs angeordnet und zum Steuern einer Kühlmittelzufuhr in das Bauteilgehäuse ausgelegt. Das Steuerventil ist in einem zweiten Bereich des Bauteilgehäuses angeordnet und steht in Fluidverbindung mit dem Hauptventil. Dabei ist das Steuerventil dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von einem Kühlmittelfüllstand im Bauteilgehäuse eine Öffnungsstellung des Hauptventils zu regeln. Das heißt, bei offenem Steuerventil ist das Hauptventil geöffnet oder öffnet und bei geschlossenem Steuerventil ist das Hauptventil geschlossen oder schließt. Der Gehäusekörper ist insbesondere wannenförmig ausgestaltet.

Der Deckel ist erfindungsgemäß zumindest zweiteilig ausgestaltet. Dabei ist das erste Abdeckelement insbesondere so ausgestaltet, dass das erste Abdeckelement flächig auf dem Gehäusekörper aufliegt und das erste Abdeckelement und der Gehäusekörper einen Innenraum begrenzen. Ausgang und/oder Eingang sind wahlweise im Deckel oder im Gehäusekörper ausgebildet. Ausgang und Eingang weisen jeweils eine Öffnung auf und sind zweckmäßigerweise für den Anschluss je einer Leitung oder eines Schlauches vorgesehen.

Ein Bereich des Bauteilgehäuses kann ein Bereich des Bodens oder einer Seitenwand des Gehäusekörpers oder ein Bereich des Deckels sein, insbesondere ist ein erster Bereich des Bauteilgehäuses ein vom zweiten Bereich des Bauteilgehäuses verschiedener Bereich.

In einer Ausgestaltung ist das Hauptventil in einem Randbereich eines Deckels des Bauteilgehäuses oder an einer Seitenfläche eines Bauteilgehäusekörpers angeordnet.

Zweckmäßigerweise ist das Hauptventil als federbelastetes Membranventil ausgestaltet. Das zweite Abdeckelement kann als ein Gegenlager der Feder ausgestaltet sein.

In einer Ausgestaltung weist das Hauptventil einen Hauptventileingang, einen Hauptventilausgang und einen Hauptventilkörper auf. Dabei ist der Hauptventileingang mit dem Eingang verbunden. Der Hauptventilausgang ist mit einem Innenraum des Bauteilgehäuses verbunden. Der Hauptventilkörper weist eine Membran auf, welche zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegt werden kann. In einer Offenstellung ist der Hauptventileingang, der eine Hauptventileingangskammer aufweist, mit dem Hauptventilausgang, der eine Hauptventilausgangskammer aufweist, verbunden, und in einer Schließstellung besteht keine Fluidverbindung durch den Hauptventilkörper zwischen Hauptventileingang und Hauptventilausgang. Zweckmäßigerweise wird die Membran mittels der Feder in eine Schließstellung gedrückt. Bei der Feder handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Spiralfeder. In einer Ausgestaltung ist das Steuerventil in einem Deckel des Bauteilgehäuses, insbesondere zentral, angeordnet. Alternativ kann das Steuerventil auch in einem Randbereich des Deckels angeordnet sein.

Gemäß einer Ausgestaltung ist genau ein Steuerventil vorgesehen.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind zwei Steuerventile, insbesondere genau zwei Steuerventile, vorgesehen. Die zwei Steuerventile sind so mit dem Hauptventil geschaltet, dass das Hauptventil schließt, wenn beide Steuerventile geschlossen sind, und das Hauptventil öffnet, wenn eines der beiden Steuerventile geöffnet ist oder beide Steuerventile geöffnet sind.

Zweckmäßigerweise sind die Steuerventile in einem Deckel eines Bauteilgehäuses, insbesondere in voneinander entfernten Bereichen des Deckels, z.B. gegenüberliegenden Randbereichen des Deckels, angeordnet. Durch die Anordnung im Deckel an voneinander entfernten Orten kann ein Kühlmittelfüllstand mit erhöhter Genauigkeit, insbesondere bei Verkippungen des Bauteilgehäuses, bestimmt werden. Die zwei Steuerventile können wie nachfolgend zu einem Steuerventil beschrieben gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Steuerventil ein Schwimmerventil. Ein Schwimmerventil hat den Vorteil, dass es keinen zusätzlichen Niveausensor benötigt. Das Schwimmerventil ist im Deckel des Bauteilgehäuses angeordnet. Das Schwimmerventil kann einen unteren Anschlag haben, um eine Bewegung eines Schwimmkörpers nach unten, d.h. vom Deckel weg, zu beschränken. Dieser Anschlag kann einen unteren Schwellwert der Kühlmittelfüllhöhe darstellen. Ist das Schwimmerventil zentral angeordnet, ist es unempfindlicher gegenüber Schräglagen des Gehäusekörpers, als wenn es in einem Randbereich angeordnet ist.

Unter einem Schwimmkörper wird im Rahmen dieser Erfindung ein Körper verstanden, der in oder auf der Flüssigkeit, dem flüssigen Kühlmittel, schwimmt. Ein solcher Schwimmkörper kann aus einem Material mit geringerer Dichte als die Flüssigkeit hergestellt sein oder der Schwimmkörper kann einen mit Gas, insbesondere mit Luft, gefüllten Hohlraum, insbesondere als offenen oder geschlossenen Hohlraum, aufweisen. Der Schwimmkörper kann z.B. scheibenförmig oder mit einem umlaufenden Rand ausgebildet sein, wobei der umlaufende Rand sich z.B. senkrecht von einem Schwimmhauptkörper erstreckt.

Alternativ kann das Steuerventil als elektromagnetisches Ventil ausgestaltet sein. In dieser Ausgestaltung ist zusätzlich ein Sensor vorgesehen, der das Steuerventil in Abhängigkeit eines Füllstands regelt. Ein Sensor ist zweckmäßigerweise in einem zentralen Bereich in der Nähe des Deckels angeordnet.

Zweckmäßigerweise weist das Schwimmerventil einen Schwimmkörper mit einem Dichtelement auf, wobei der Schwimmkörper mit dem Dichtelement eine Öffnung des Steuerventils schließt, wenn das Kühlmittel, welches im Innenraum des Bauteilgehäuses aufgenommen ist, einen oberen Schwellwert einer Kühlmittelfüllhöhe übersteigt. Der Schwimmkörper öffnet das Schwimmerventil, wenn eine Kühlmittelfüllhöhe unter einem oberen Schwellwert liegt, wobei der Schwimmkörper insbesondere in einer im Innenraum des Bauteilgehäuses angeordneten Führung geführt wird.

In einer alternativen Ausgestaltung weist das Schwimmerventil einen Schwimmkörper und einen Hebel mit einem Dichtelement auf, wobei das Dichtelement eine Öffnung des Steuerventils schließt, wenn das Kühlmittel, welches im Innenraum des Bauteilgehäuses aufgenommen ist, einen oberen Schwellwert einer Kühlmittelfüllhöhe übersteigt. Der Schwimmkörper mit dem Hebel öffnet das Schwimmerventil, wenn eine Kühlmittelfüllhöhe unter einem oberen Schwellwert liegt. Der Hebel ist insbesondere gelenkig mit dem Deckel, insbesondere dem ersten Abdeckelement auf der einen Seite und starr oder gelenkig mit dem Schwimmkörper auf der gegenüberliegenden anderen Seite verbunden. Der Schwimmkörper kann insbesondere in einer im Innenraum des Bauteilgehäuses angeordneten Führung geführt werden.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Hauptventil und dem Steuerventil ein Steuerkanal angeordnet, wobei der Steuerkanal über eine im Hauptventil angeordnete Drossel mit einem Eingang verbunden ist und wobei der Steuerkanal über das Steuerventil mit einem Innenraum des Bauteilgehäuses verbunden ist, wobei in einem geöffneten Zustand des Steuerventils der Eingang über die Drossel durch den Steuerkanal mit dem Innenraum des Bauteilgehäuses fluidverbunden ist. Insbesondere kann Kühlmittel aus dem Eingang über die Drossel durch den Steuerkanal in den Innenraum des Bauteilgehäuses fließen.

In einer Ausgestaltung mit zwei Steuerventilen ist zweckmäßigerweise ein erster Abschnitt eines Steuerkanals zwischen dem Hauptventil und einem der beiden Steuerventile angeordnet und ein zweiter Abschnitt des Steuerkanals zwischen den beiden Steuerventilen angeordnet. Der erste Abschnitt des Steuerkanals ist über eine im Hauptventil angeordnete Drossel mit einem Eingang verbunden und der Steuerkanal über das oder die Steuerventile mit einem Innenraum des Bauteilgehäuses verbunden. In einem geöffneten Zustand beider Steuerventile oder zumindest eines Steuerventils ist der Eingang über die Drossel durch den Steuerkanal mit dem Innenraum des Bauteilgehäuses verbunden.

Alternativ kann auch zwischen dem Hauptventil und jedem der Steuerventile ein Steuerkanal ausgebildet sein.

In einer Ausgestaltung umfasst der Deckel ein erstes Abdeckelement mit einer Innenseite und einer Außenseite und ein zweites Abdeckelement mit einer Innenseite und einer Außenseite, wobei der Steuerkanal durch einen Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten Abdeckelement gebildet ist. Der Steuerkanal kann insbesondere durch sich vom ersten Abdeckelement zum zweiten Abdeckelement erstreckende Seitenwände und/oder eine im ersten Abdeckelement gebildete Nut gebildet sein. Alternativ kann der Steuerkanal durch ein rohrförmiges Element gebildet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung sind in dem Bauteilgehäuse ein oder mehrere Batterieelemente oder Akkumulatorelemente aufgenommen.

In einer Ausgestaltung sind in dem Bauteilgehäuse, insbesondere in dem ersten Abdeckelement, semipermeable Elemente angeordnet, welche gasförmiges Kühlmittel aus einem Innenraum zum Ausgang führen.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Ventilanordnung aus zwei Steuerventilen und einem Hauptventil, welche insbesondere für die Nutzung mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem ausgestaltet sind. Die zwei Steuerventile und das Hauptventil sind an einem Bauteilgehäuse angeordnet, welches zumindest mit einem Eingang ausgestaltet ist. Die zwei Steuerventile sind so mit dem Hauptventil geschaltet, dass das Hauptventil schließt, wenn beide Steuerventile geschlossen sind, und das Hauptventil öffnet, wenn eines der beiden Steuerventile geöffnet ist oder beide Steuerventile geöffnet sind.

Zweckmäßigerweise sind die Steuerventile in einem Deckel eines Bauteilgehäuses, insbesondere in voneinander entfernten Bereichen des Deckels, z.B. gegenüberliegenden Randbereichen des Deckels angeordnet. Durch die Anordnung im Deckel an voneinander entfernten Orten kann ein Kühlmittelfüllstand mit erhöhter Genauigkeit, insbesondere bei Verkippungen des Bauteilgehäuses, bestimmt werden. Die Steuerventile sind insbesondere als Schwimmerventile, beispielsweise wie oben beschrieben, ausgestaltet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kühlsystem offenbart, das die Kühlvorrichtung und weiterhin einen Kühler und Kompressor umfasst, die außerhalb des Bauteilgehäuse angeordnet sind. Kühlvorrichtung und Kompressor und Kühler sind über Leitungen miteinander verbunden. Der Kühler und Kompressor verflüssigen das gasförmige Kühlmittel wieder. Alternativ kann das Kühlsystem auch einen Wärmetauscher oder Kondensator, der außerhalb des Bauteilgehäuses angeordnet ist, umfassen, der das gasförmige Kühlmittel wieder verflüssigt. Das Kühlsystem bildet einen geschlossenen Kreislauf.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer Prinzipskizze:

FIG. 1: Aufsicht auf ein teilgeöffnetes Bauteilgehäuse einer ersten

Ausführungsform,

FIG. 2: Längsschnitt entlang A-A gemäß FIG. 1,

FIG. 3: Kühlsystem,

FIG. 4a, b: Detailansicht eines Hauptventils in einer ersten Ausgestaltung,

FIG. 5a, b: Detailansicht eines Hauptventils in einer zweiten Ausgestaltung,

FIG. 6a, b: Detailansicht eines Steuerventils in einer ersten Ausgestaltung, und FIG. 7a, b: Detailansicht eines Steuerventils in einer zweiten Ausgestaltung, FIG. 8: Aufsicht auf ein teilgeöffnetes Bauteilgehäuse einer zweiten

Ausführungsform,

FIG. 9: Aufsicht auf ein geschlossenes Bauteilgehäuse,

FIG. 10: Querschnitt entlang B-B durch Fig. 9, und

FIG. 11 : Längsschnitt entlang A-A durch Fig. 9.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 2, die in FIG. 1 dargestellt ist, umfasst ein Bauteilgehäuse 4. Das Bauteilgehäuse 4 weist einen Gehäusekörper 6 und einen Deckel 8 auf. Der Gehäusekörper 6 ist wannenförmig ausgestaltet und der Deckel 8 verschließt einen Innenraum des Gehäusekörpers 6. Das Bauteilgehäuse 2 ist weiterhin mit einem Eingang 10 und einem Ausgang 12 versehen. In der gezeigten Ausführungsform weisen der Eingang 10 und der Ausgang 12 jeweils einen rohrförmigen Vorsprung auf. Der Deckel 8 weist an seiner Oberseite ein erstes Abdeckelement 16 auf. Oberhalb des ersten Abdeckelements 16 ist ein zweites Abdeckelement 24 angeordnet, welches in FIG. 1 entfernt ist aber in FIG. 2 dargestellt ist. Das erste Abdeckelement 16 hat eine Innenseite 18 und eine Außenseite 20 und das zweite Abdeckelement 24 hat eine Innenseite 26 und eine Außenseite 28. Die Außenseite 20 und die Innenseite 26 liegen einander gegenüber.

Der Steuerkanal 44 ist durch einen Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten Abdeckelement 24 gebildet.

Im Deckel 8, in dieser Ausführungsform im ersten Abdeckelement 16, ist ein Hauptventil 40 angeordnet. Das Hauptventil 40 ist mit dem Eingang 10 fluidverbunden. Weiterhin ist in dem ersten Abdeckelement 16 zentral ein Steuerventil 42 angeordnet. Ein Steuerkanal 44 ist in dem ersten Abdeckelement 16 angeordnet und mit dem Hauptventil 40 und dem Steuerventil 42 fluidverbunden. Der Steuerkanal 44 ist hier durch sich vom ersten Abdeckelement zum zweiten Abdeckelement erstreckende Seitenwände und optional eine im ersten Abdeckelement gebildete Nut gebildet. Optional umfasst das erste Abdeckelement 16 semipermeable Elemente zur Ausleitung von gasförmigem Kühlmittel, welches dem Ausgang 12 zugeführt wird. Der Steuerkanal 44 ist in diesem Fall durch die Seitenwände von einem Spalt zwischen dem ersten Abdeckelement 16 und dem zweiten Abdeckelement 24, durch den das gasförmige Kühlmittel geführt wird, getrennt, d.h. nicht damit fluidverbunden.

FIG. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Kühlvorrichtung entlang A-A in Figur 1. Der Eingang 10 ist mit dem Hauptventil 40 verbunden. Bei geöffnetem Hauptventil 40 wird Kühlmittel aus dem Eingang 10 in einen Innenraum 14 des Bauteilgehäuses 4 geleitet. Bei geschlossenem Hauptventil 40 ist der Eingang 10 blockiert. Das Hauptventil 40 weist eine Membran 52 und eine Feder 54 in der gezeigten Ausgestaltung auf. Vom Hauptventil 40 aus erstreckt sich im ersten Abdeckelement 16 ein Steuerkanal 44. Der Steuerkanal 44 ist vorliegend durch das zweite Abdeckelement 24 nach oben hin geschlossen. Der Steuerkanal 44 erstreckt sich zum Steuerventil 42 und bildet eine Fluidverbindung zwischen Hauptventil 40 und Steuerventil 42.

Das Steuerventil 42 ist als Schwimmerventil 58 ausgebildet. Es weist einen Schwimmkörper 64 und eine Öffnung 60 auf. In Abhängigkeit von einer Kühlmittelfühlhöhe 62 wird das Steuerventil 42 durch den Schwimmkörper 64 geöffnet oder geschlossen.

Dass erfindungsgemäße Kühlsystem ist in FIG. 3 dargestellt. Die Kühlvorrichtung 2 ist mit ihrem Ausgang 12 über eine Leitung 36 mit einem Kühler 34 und Kompressor 33 verbunden, die das gasförmige Kühlmittel wieder verflüssigen. Das flüssige Kühlmittel kann dann wieder über eine Leitung 36 der Kühlvorrichtung 2 zugeführt werden, so dass es über den Eingang 10 wieder in den Innenraum 14 des Bauteilgehäuses gelangt, wenn das Hauptventil 40 geöffnet ist. Im Bauteilgehäuse wird das Kühlmittel durch die Abwärme von im Bauteilgehäuse aufgenommenen Bauteilen, insbesondere Batteriezellen, wieder erwärmt und zumindest teilweise in die gasförmige Phase überführt. Durch den Ausgang 12 wird Kühlmittel, insbesondere gasförmiges Kühlmittel, zurück zum Kompressor geleitet.

FIG. 4a und 4b zeigen das Hauptventil 40 in einer ersten Ausführungsform mit mehr Details. Das Hauptventil 40 weist einen Hauptventileingang 46 und einen Hauptventilausgang 48 auf. Das Hauptventil weist weiterhin einen Hauptventilkörper 50 auf, in dem eine Membran 52 und eine Feder 54 angeordnet ist. Die Membran 52 dichtet das Ventil gegen einen Ventilsitz 68 im geschlossenen Zustand ab. Im geöffneten Zustand ist zwischen der Membran 52 und dem Ventilsitz 68 ein Spalt ausgebildet. Die Feder 54, die als Spiralfeder ausgebildet sein kann, drückt die Membran 52 gegen den Ventilsitz 68. Mit der dem Ventilsitz 68 gegenüberliegenden Seite ist die Feder 54 gegen das zweite Abdeckelement 24 gestützt. Das zweite Abdeckelement 24 weist zweckmäßigerweise einen Flansch 66 auf, welcher den Ventilhauptkörper 50 zu einer Oberseite hin abdichtet und die Feder 54 in Umfangsrichtung umgibt. Vom Ventilhauptkörper 50 aus erstreckt sich der Steuerkanal 44. Weiterhin ist der Eingang 10 bzw. der Hauptventileingang 46 über eine Drossel 56 mit dem Steuerkanal 44 fluidverbunden.

In der in der FIG. 4a und 4b gezeigten Ausführungsform ist die Drossel 56 im Bauteilgehäuse 4 angeordnet und als Kanal insbesondere des Gehäusekörpers 6 ausgebildet.

FIG. 5a und 5b zeigen eine zweite Ausführungsform des Hauptventils 40. Diese zweite Ausführungsform des Hauptventils 40 unterscheidet sich durch die Position der Drossel 56 von der ersten Ausführungsform. Die Drossel 56 ist in dieser Ausführungsform in der Membran 52 angeordnet. Auch in dieser Ausführungsform stellt die Drossel 56 eine Verbindung zwischen dem Eingang 10 und dem Steuerkanal 44 bereit.

Die FIG. 6a und 6b zeigen eine erste Ausführungsform des Steuerventils 42. Das Steuerventil 42 weist eine Öffnung 60 auf, welche den Steuerkanal 44 mit dem Innenraum 14 des Bauteilgehäuses 4 verbindet. Das Steuerventil 42 weist einen Schwimmkörper 64 auf. Der Schwimmkörper 64 ist in dieser Ausführungsform im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt. Der Schwimmkörper 64 weist zentral ein Dichtelement 70 auf. An seinem Umfangsrand weist der Schwimmkörper 64 Vorsprünge 78 auf, welche in Führungsnuten eingreifen können. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Abdeckelement um die Öffnung 60 an seiner Innenseite 18 mit einer Vertiefung 80 versehen, welche den Schwimmkörper 64 zumindest teilweise aufnehmen kann.

FIG. 7a und 7b zeigen eine zweite Ausführungsform des Steuerventils 42. Das Steuerventil 42 ist ebenfalls als Schwimmerventil 58 ausgestaltet und weist einen Schwimmkörper 64 auf. In Abweichung zur in FIG. 6a und 6b dargestellten Ausführungsform ist der Schwimmkörper 64 über einen Hebel 74 mit dem Bauteilgehäuse 4 verbunden. Insbesondere weist das Bauteilgehäuse 4 ein Lager 76 auf, über welches der Hebel 74 mit einer ersten Seite mit dem Bauteilgehäuse 4 gelenkig verbunden ist. Auf einer zweiten Seite ist der Hebel 74 gelenkig mit dem Schwimmkörper 64 verbunden. Auf dem Hebel 74, d.h. auf einer dem ersten Abdeckelement 16 zugewandten Seite, ist ein Dichtelement 72 angeordnet, welches die Öffnung 60 im ersten Abdeckelement 16 in einem geschlossenen Zustand des Steuerventils 42 dicht verschließt. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass das Steuerventil 42 auch bei höheren Drücken im Steuerkanal 44 geschlossen werden kann.

Die Funktionsweise des Steuerventils der ersten und zweiten Ausführungsform ist wie folgt: der Schwimmkörper 64 schwimmt auf dem im Innenraum 14 des Bauteilgehäuses 4 befindlichen Kühlmittels. Wenn eine Kühlmittelfüllhöhe 62 einen vorbestimmten Schwellwert, den oberen Schwellwert, überschreitet, wird das Dichtelement 70,72 gegen die Öffnung 60 gepresst, sodass das Steuerventil 42 schließt. Durch das geschlossene Steuerventil 42 erhöht sich ein Druck im Steuerkanal 44, der über die Drossel 56 mit dem Eingang 10 verbunden ist. Diese Druckerhöhung führt dazu, dass das federbelastete Hauptventil 40 in seine Schließstellung gebracht wird. Somit wird die Kühlmittelfüllhöhe 62 auf den oberen Schwellwert begrenzt, da kein weiteres Kühlmittel in den Innenraum 14 nachfließen kann. Wenn die Kühlmittelfüllhöhe 62 unter den oberen Schwellwert im Innenraum 14 fällt, senkt sich der Schwimmkörper 64 ab und das Dichtelement 70,72 gibt die Öffnung 60 des Steuerventils 42 frei. Durch die Freigabe der Öffnung 60 des Steuerventils 42 kann Kühlmittel durch den Steuerkanal 44 und die Öffnung 60 in geringem Maße in den Innenraum 14 gelangen. Wesentlicher ist jedoch, dass sich ein Druck im Steuerkanal 44 verringert und somit das federbelastete Hauptventil 40 von seiner Schließstellung in eine Öffnungsstellung gebracht wird. Kühlmittel kann dadurch wieder vom Eingang 10 durch das Hauptventil 40 in den Innenraum 14 geleitet werden. Die Kühlmittelfüllhöhe 62 wird wieder bis zum oberen Schwellwert ergänzt.

Die Ausgestaltung der Kühlvorrichtung 2, die in FIG. 8 dargestellt ist, umfasst ein Bauteilgehäuse 4. Das Bauteilgehäuse 4 weist einen Gehäusekörper 6 und einen Deckel 8 auf. Der Gehäusekörper 6 ist wannenförmig ausgestaltet und der Deckel 8 verschließt einen Innenraum des Gehäusekörpers 6. Das Bauteilgehäuse 2 ist weiterhin mit einem Eingang 10 und einem Ausgang 12 versehen. In der gezeigten Ausführungsform weisen der Eingang 10 und der Ausgang 12 jeweils einen rohrförmigen Vorsprung auf. Der Deckel 8 weist an seiner Oberseite ein erstes Abdeckelement 16 auf. Oberhalb des ersten Abdeckelements 16 ist ein zweites Abdeckelement 24 angeordnet, welches in FIG. 8 entfernt ist aber in FIG. 9 dargestellt ist. Das erste Abdeckelement 16 hat eine Innenseite 18 und einer Außenseite 20 und das zweite Abdeckelement 24 hat eine Innenseite 26 und einer Außenseite 28. Die Außenseite 20 und die Innenseite 26 liegen einander gegenüber.

Der Steuerkanal 44 ist durch einen Hohlraum zwischen dem ersten Abdeckelement 16 und dem zweiten Abdeckelement 24 gebildet.

Im Deckel 8, in dieser Ausführungsform im ersten Abdeckelement 16, ist ein Hauptventil 40 angeordnet. Das Hauptventil 40 ist mit dem Eingang 10 fluidverbunden. Weiterhin sind in dem ersten Abdeckelement 16 zwei Steuerventile 42a, b angeordnet. Ein Steuerkanal 44 ist in dem ersten Abdeckelement 16 angeordnet und mit dem Hauptventil 40 und den Steuerventilen 42a, b fluidverbunden. Das Hauptventil 40 kann, wie in den Figuren 4a, b oder 5a, b gezeigt, ausgestaltet sein.

Dabei ist das Steuerventil 42a benachbart zum Hauptventil 40 angeordnet. Das Steuerventil 42a ist über einen ersten Abschnitt 44a des Steuerkanals 44 mit dem Hauptventil 40 fluidverbunden. Das Steuerventil 42b ist auf der in Längsrichtung des Bauteilgehäuses 4 entfernt liegenden Seite des Abdeckelements 16 angeordnet. Das Steuerventil 42b ist mit dem Steuerventil 42a über einen zweiten Abschnitt 44b des Steuerkanals 44 fluidverbunden.

Die Anordnung des Steuerventils 42b ist auch in einem Längsschnitt in FIG. 10 und in einem Querschnitt in FIG. 9 dargestellt. Das Steuerventil 42b ist an einem Rand des Bauteilgehäuses 4 angeordnet, und zwar auf der dem Ausgang 12 abgewandten Seite. Das Steuerventil 42b ist als Schwimmventil 58 ausgestaltet. Es weist einen Schwimmkörper 64 auf, der sich in Abhängigkeit von einer Kühlmittelfüllhöhe am Schwimmkörper vom Deckel 8 weg oder zum Deckel 8 hin bewegt. Das Schwimmventil 58 weist weiterhin ein Dichtelement 70 auf, welches einen Dichtsitz des Ventils schließen oder öffnen kann. Der Schwimmkörper 64 ist mittels eines Hebels 74, wie in Fig. 10 dargestellt, mit dem ersten Abdeckelement 16 verbunden. Der Schwimmkörper kann in einer Führung an einer Seitenwand des Gehäusekörpers 6 geführt sein. Das andere Steuerventil 42a der beiden Steuerventile ist zweckmäßigerweise in gleicher Weise ausgeführt.

Der Steuerkanal 44 ist hier durch sich vom ersten Abdeckelement 16 zum zweiten Abdeckelement 24 erstreckende Seitenwände und optional eine im ersten Abdeckelement gebildete Nut gebildet. Optional umfasst das erste Abdeckelement 16 semipermeable Elemente 22 zur Ausleitung von gasförmigem Kühlmittel, welches dem Ausgang 12 zugeführt wird. Der Steuerkanal 44 ist in diesem Fall durch die Seitenwände von einem Spalt 30 zwischen dem ersten Abdeckelement 16 und dem zweiten Abdeckelement 24, durch den das gasförmige Kühlmittel geführt wird, getrennt, d.h. nicht damit fluidverbunden. Dabei weist der Steuerkanal, wie in Fig. 8 dargestellt einen ersten Abschnitt 44a und einen zweiten Abschnitt 44b auf. Der erste Abschnitt 44a erstreckt sich vom Hauptventil 30 zum Steuerventil 42a und der zweite Abschnitt 44b erstreckt sich vom Steuerventil 42a zum Steuerventil 42b. Sobald eines der beiden Steuerventile 42a, 42b geöffnet ist, fällt der Druck im Steuerkanal 44 derart, dass das Hauptventil 40 bei am Eingang anliegenden Pumpendruck öffnet.

Bezugszeichenliste:

2 Kühlvorrichtung

4 Bauteilgehäuse

6 Gehäusekörper

8 Deckel

10 Eingang

12 Ausgang

14 Innenraum

16 erstes Abdeckelement

18 Innenseite

20 Außenseite

22 semipermeables Element

24 zweites Abdeckelement

26 Innenseite

28 Außenseite

33 Kompressor

34 Kühler

36 Leitungen

38 Sicherheitselement

40 Hauptventil

42, 42a, 42b Steuerventil

44 Steuerkanal

44a erster Abschnitt

44b zweiter Abschnitt

46 Hauptventileingang

48 Hauptventilausgang

50 Hauptventilkörper

52 Membran

54 Feder

56 Drossel

58 Schwimmventil

60 Öffnung

62 Kühlmittelfüllhöhe

64 Schwimmkörper

66 Flansch 68 Ventilsitz

70 Dichtelement

72 Dichtelement

74 Hebel 76 Hebellager

78 Vorsprünge

80 Vertiefung

Claims

Patentansprüche

1. Kühlvorrichtung (2) für elektrochemische und elektrotechnische Bauteile, umfassend ein Bauteilgehäuse (4), wobei das Bauteilgehäuse (4) mit einem Eingang (10) und einem Ausgang (12) ausgestattet ist, wobei das Bauteilgehäuse (10) ein Hauptventil (40) und ein Steuerventil (42) umfasst, wobei das Hauptventil (40) in einem ersten Bereich des Bauteilgehäuses (4) stromabwärts des Eingangs (10) angeordnet ist und zum Steuern einer Kühlmittelzufuhr in das Bauteilgehäuse (4) ausgelegt ist, wobei das Steuerventil (42) in einem zweiten Bereich des Bauteilgehäuses (4) angeordnet ist und in Fluidverbindung mit dem Hauptventil (40) steht, wobei das Steuerventil (42) dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Kühlmittelfüllstand im Bauteilgehäuse (4) eine Öffnungsstellung des Hauptventils (40) zu regeln.

2. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 1, umfassend genau ein Steuerventil (42).

3. Kühlvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Hauptventil (40) und dem Steuerventil (42) ein Steuerkanal (44) angeordnet ist, wobei der Steuerkanal (44) über eine im Hauptventil (40) angeordnete Drossel (56) mit einem Eingang verbunden ist und wobei der Steuerkanal (44) über das Steuerventil (42) mit einem Innenraum (14) des Bauteilgehäuses (4) verbunden ist, wobei in einem geöffneten Zustand des Steuerventils (42) der Eingang (10) über das Drosselventil (46) durch den Steuerkanal (44) mit dem Innenraum (14) des Bauteilgehäuses (4) fluidverbunden ist.

4. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 1, umfassend zwei Steuerventile (42, 42a, 42b), insbesondere genau zwei Steuerventile (42a, 42b).

5. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei das Hauptventil (40) schließt, wenn beide Steuerventile (42, 42a, 42b) geschlossen sind, und das Hauptventil (40) öffnet, wenn eines der beiden Steuerventile (42a, 42b) geöffnet ist oder beide Steuerventile (42a, 42b) geöffnet sind.

6. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuerventile (42, 42a, 42b) in einem Deckel (8) des Bauteilgehäuses (4), insbesondere in voneinander entfernten Bereichen des Deckels (8) angeordnet sind.

7. Kühlvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei zwischen dem Hauptventil (40) und dem ersten der beiden Steuerventil (42, 42a) ein erster Abschnitt (44a) eines Steuerkanals (44) angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt (44a) des Steuerkanal (44) über eine im Hauptventil (40) angeordnete Drossel (56) mit einem Eingang verbunden ist und wobei der erste Abschnitt des Steuerkanals (44) über das Steuerventil (42a) mit einem Innenraum (14) des Bauteilgehäuses (4) verbunden ist, wobei das zweite der beiden Steuerventile (42b) mit dem ersten der beiden Steuerventile über einen zweiten Abschnitt (44b) des Steuerkanals (44) verbunden ist, wobei in einem geöffneten Zustand zumindest eines Steuerventils (42a, b) der Eingang (10) über die Drossel (46) durch den Steuerkanal (44) mit dem Innenraum (14) des Bauteilgehäuses (4) fluidverbunden ist.

8. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 7, wobei der Deckel (8) ein erstes Abdeckelement (16) mit einer Innenseite (18) und einer Außenseite (20) und ein zweites Abdeckelement (24) mit einer Innenseite (26) und einer Außenseite (28) umfasst, wobei der Steuerkanal (44) durch einen Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten Abdeckelement (24) gebildet ist.

9. Kühlvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hauptventil (40) in einem Randbereich eines Deckels (8) des Bauteilgehäuses (4) oder an einer Seitenfläche eines Bauteilgehäusekörpers (6) angeordnet ist.

10. Kühlvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hauptventil (40) als federbelastetes Membranventil ausgestaltet ist.

11. Kühlvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hauptventil (40) einen Hauptventileingang (46), einen Hauptventilausgang (48) und einen Hauptventilkörper (50) aufweist, wobei der Hauptventileingang (46) mit dem Eingang (10) verbunden ist, wobei der Hauptventilausgang (48) mit einem Innenraum (14) des Bauteilgehäuses (4) verbunden ist, wobei der Hauptventilkörper (50) eine Membran (52) aufweist, welche zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegt werden kann, wobei in einer Offenstellung der Hauptventileingang (46) mit dem Hauptventilausgang (48) verbunden ist, wobei in einer Schließstellung keine Fluidverbindung durch den Hauptventilkörper (50) zwischen Hauptventileingang (46) und Hauptventilausgang (48) besteht.

12. Kühlvorrichtung (2) nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Steuerventil (42) in einem Deckel (8) des Bauteilgehäuses (4) angeordnet ist.

13. Kühlvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das oder die Steuerventile (42) ein Schwimmerventil (58) sind.

14. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 13, wobei das Schwimmerventil (58) einen Schwimmkörper (64) und einen Hebel (74) mit einem Dichtelement (70) aufweist, wobei der Schwimmkörper (64) mit dem Dichtelement (70) eine Öffnung (60) des Steuerventils (42) schließt, wenn ein Kühlmittel, welches im Innenraum (14) des Bauteilgehäuses (4) aufgenommen ist, einen oberen Schwellwert einer Kühlmittelfüllhöhe (62) übersteigt, und wobei der Schwimmkörper (64) das Schwimmerventil (58) öffnet, wenn eine Kühlmittelfüllhöhe (62) unter einem oberen Schwellwert liegt, wobei der Schwimmkörper (64) insbesondere in einer im Innenraum (14) des Bauteilgehäuses (4) angeordneten Führung geführt wird.

15. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 13, wobei das Schwimmerventil (58) einen Schwimmkörper (64) und einen Hebel (74) mit einem Dichtelement (72) aufweist, wobei das Dichtelement (72) eine Öffnung (60) des Steuerventils (42) schließt, wenn ein Kühlmittel, welches im Innenraum (14) des Bauteilgehäuses (4) aufgenommen ist, einen oberen Schwellwert einer Kühlmittelfüllhöhe (62) übersteigt, und wobei der Schwimmkörper (64) mit dem Hebel (74) das Schwimmerventil (58) öffnet, wenn eine Kühlmittelfüllhöhe (62) unter einem oberen Schwellenwert liegt.

16. Kühlvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Bauteilgehäuse (4) ein oder mehrere Batterieelemente oder Akkumulatorelemente aufgenommen sind.

17. Kühlsystem mit einer Kühlvorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche und einem Kühler (34) und Kompressor (33).

18. Ventilanordnung, insbesondere für eine Kühlvorrichtung (2), umfassend zwei Steuerventile (42a, 42b) und einem Hauptventil (40), wobei die zwei Steuerventile (42a, 42b ) so mit dem Hauptventil (40) geschaltet sind, dass das Hauptventil (40) schließt, wenn beide Steuerventile (42a, 42b) geschlossen sind, und das Hauptventil (40) öffnet, wenn eines der beiden Steuerventile (42a, 42b) geöffnet ist oder beide Steuerventile (42a, 42b) geöffnet sind, wobei die Steuerventile (42a, 42b) insbesondere in einem Deckel eines Bauteilgehäuses angeordnet sind.