DE-102022133993-B4 - Kühlsystem

Abstract

Kühlsystem (1) zur Kühlung einer Abwärme erzeugenden Komponente (K), umfassend - zumindest einen Kühlkanal (11), welcher benachbart zu der Abwärme erzeugenden Komponente (K) angeordnet ist und welcher über eine Wärmebrücke thermisch mit der Abwärme erzeugenden Komponente (K) gekoppelt ist, - zumindest einen Vorlauf (12), welcher durch eine Leitung gebildet ist, welche eine Druckseite einer Kühlmittelpumpe (13) mit einem Kühlmitteleingang des Kühlkanals (11) verbindet, - zumindest einen Rücklauf (14), welcher durch eine Leitung gebildet ist, welche einen Kühlmittelausgang des Kühlkanals (11) mit einer Saugseite der Kühlmittelpumpe (13) verbindet, - zumindest einen Kühler (16), welcher dem Vorlauf (12) oder dem Rücklauf (14) zwischengeschaltet ist, wobei die Kühlmittelpumpe (13), der Vorlauf (12), der Kühlkanal (11), der Rücklauf (14) und der Kühler (16) in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf angeordnet sind, welcher ein Kühlmittel enthält und die Kühlmittelpumpe (13) Kühlmittel durch den Kühlkreislauf pumpt, so dass dieses durch den Kühlmittelkreislauf zirkuliert und im Kühlkanal (11) Wärme der Abwärme erzeugenden Komponente (K) aufnimmt und im Kühler (16) Wärme an die Umgebung abgibt, wobei das Kühlsystem (1) einen Kühlmittelrückhaltemechanismus umfasst, welcher bei Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zumindest einen Teil des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf zurückhält, wobei das zurückgehaltene Kühlmittel zumindest im Kühlkanal (11) verbleibt, wobei der Kühlmittelrückhaltemechanismus durch jeweils zumindest einen Teilbereich des Vorlaufs (12) und einen Teilbereich des Rücklaufs (14) gebildet ist, wobei diese Teilbereiche in vertikaler Richtung höher angeordnet sind als der Kühlkanal (11) und bei einem Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zumindest ein Teil des zurückgehaltenen Kühlmittels schwerkraftbedingt zwischen den in vertikaler Richtung höher angeordneten Teilbereichen des Vorlaufs (12) und des Rücklaufs (14) im Kühlkanal (11) verbleibt, wobei der Kühlkanal (11) und die in vertikaler Richtung höher als der Kühlkanal (11) angeordneten Teilbereiche des Vorlaufs (12) und des Rücklaufs (14) in einem Gehäuse (17) angeordnet sind, welches auch die Abwärme erzeugende Komponente (K) enthält.

Inventors

• Tobias Enzinger
• Christian Glück
• Thomas Hoffmann

Assignees

• AUDI AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20221220

Claims (9)

1. Kühlsystem (1) zur Kühlung einer Abwärme erzeugenden Komponente (K), umfassend - zumindest einen Kühlkanal (11), welcher benachbart zu der Abwärme erzeugenden Komponente (K) angeordnet ist und welcher über eine Wärmebrücke thermisch mit der Abwärme erzeugenden Komponente (K) gekoppelt ist, - zumindest einen Vorlauf (12), welcher durch eine Leitung gebildet ist, welche eine Druckseite einer Kühlmittelpumpe (13) mit einem Kühlmitteleingang des Kühlkanals (11) verbindet, - zumindest einen Rücklauf (14), welcher durch eine Leitung gebildet ist, welche einen Kühlmittelausgang des Kühlkanals (11) mit einer Saugseite der Kühlmittelpumpe (13) verbindet, - zumindest einen Kühler (16), welcher dem Vorlauf (12) oder dem Rücklauf (14) zwischengeschaltet ist, wobei die Kühlmittelpumpe (13), der Vorlauf (12), der Kühlkanal (11), der Rücklauf (14) und der Kühler (16) in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf angeordnet sind, welcher ein Kühlmittel enthält und die Kühlmittelpumpe (13) Kühlmittel durch den Kühlkreislauf pumpt, so dass dieses durch den Kühlmittelkreislauf zirkuliert und im Kühlkanal (11) Wärme der Abwärme erzeugenden Komponente (K) aufnimmt und im Kühler (16) Wärme an die Umgebung abgibt, wobei das Kühlsystem (1) einen Kühlmittelrückhaltemechanismus umfasst, welcher bei Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zumindest einen Teil des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf zurückhält, wobei das zurückgehaltene Kühlmittel zumindest im Kühlkanal (11) verbleibt, wobei der Kühlmittelrückhaltemechanismus durch jeweils zumindest einen Teilbereich des Vorlaufs (12) und einen Teilbereich des Rücklaufs (14) gebildet ist, wobei diese Teilbereiche in vertikaler Richtung höher angeordnet sind als der Kühlkanal (11) und bei einem Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zumindest ein Teil des zurückgehaltenen Kühlmittels schwerkraftbedingt zwischen den in vertikaler Richtung höher angeordneten Teilbereichen des Vorlaufs (12) und des Rücklaufs (14) im Kühlkanal (11) verbleibt, wobei der Kühlkanal (11) und die in vertikaler Richtung höher als der Kühlkanal (11) angeordneten Teilbereiche des Vorlaufs (12) und des Rücklaufs (14) in einem Gehäuse (17) angeordnet sind, welches auch die Abwärme erzeugende Komponente (K) enthält.
2. Kühlsystem (1) nach Anspruch 1 , bei dem der Kühlkanal (11) und die in vertikaler Richtung höher als der Kühlkanal (11) angeordneten Teilbereiche des Vorlaufs (12) und des Rücklaufs (14) als Ausnehmungen in einem starr ausgeführten Bereich des Gehäuses (17) ausgeführt sind.
3. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , bei dem die vertikale Distanz zwischen dem Kühlkanal (11) und den in vertikaler Richtung höher als der Kühlkanal (11) angeordneten Teilbereichen des Vorlaufs (12) und des Rücklaufs (14) größer ist als der Innendurchmesser der in vertikaler Richtung höher als der Kühlkanal (11) angeordneten Teilbereiche des Vorlaufs (12) und des Rücklaufs (14) ist, insbesondere wobei die vertikale Distanz zwischen dem Kühlkanal (11) und den in vertikaler Richtung höher als der Kühlkanal (11) angeordneten Teilbereichen des Vorlaufs (12) und des Rücklaufs (14) zumindest 20% der Erstreckungslänge des Kühlkanals (11) in horizontaler Richtung beträgt.
4. Kühlsystem (1) zur Kühlung einer Abwärme erzeugenden Komponente (K), umfassend - zumindest einen Kühlkanal (11), welcher benachbart zu der Abwärme erzeugenden Komponente (K) angeordnet ist und welcher über eine Wärmebrücke thermisch mit der Abwärme erzeugenden Komponente (K) gekoppelt ist, - zumindest einen Vorlauf (12), welcher durch eine Leitung gebildet ist, welche eine Druckseite einer Kühlmittelpumpe (13) mit einem Kühlmitteleingang des Kühlkanals (11) verbindet, - zumindest einen Rücklauf (14), welcher durch eine Leitung gebildet ist, welche einen Kühlmittelausgang des Kühlkanals (11) mit einer Saugseite der Kühlmittelpumpe (13) verbindet, - zumindest einen Kühler (16), welcher dem Vorlauf (12) oder dem Rücklauf (14) zwischengeschaltet ist, wobei die Kühlmittelpumpe (13), der Vorlauf (12), der Kühlkanal (11), der Rücklauf (14) und der Kühler (16) in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf angeordnet sind, welcher ein Kühlmittel enthält und die Kühlmittelpumpe (13) Kühlmittel durch den Kühlkreislauf pumpt, so dass dieses durch den Kühlmittelkreislauf zirkuliert und im Kühlkanal (11) Wärme der Abwärme erzeugenden Komponente (K) aufnimmt und im Kühler (16) Wärme an die Umgebung abgibt, wobei das Kühlsystem (1) einen Kühlmittelrückhaltemechanismus umfasst, welcher bei Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zumindest einen Teil des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf zurückhält, wobei das zurückgehaltene Kühlmittel zumindest im Kühlkanal (11) verbleibt, wobei der Kühlmittelrückhaltemechanismus einen Leckagesensor (18) aufweist, welcher im oder am Kühlmittelkreislauf angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zu erkennen, und das Kühlsystem (1) ein Absperrventil (19) aufweist, welches in Flussrichtung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf nach dem Kühlkanal (11) im Rücklauf (14) angeordnet ist, wobei eine Steuerung beim Erkennen eines Verlustes von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf durch den Leckagesensor (18) das Absperrventil (19) sperrt, wodurch zumindest ein Teil des zurückgehaltenen Kühlmittel im Kühlkanal (11) verbleibt.
5. Kühlsystem (1) nach Anspruch 4 , bei dem der Leckagesensor (18) als Drucksensor ausgeführt ist, der den Innendruck des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf ermittelt, oder der Leckagesensor (18) als Durchflusssensor ausgeführt ist, der den Volumenstrom des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf ermittelt, oder der Leckagesensor (18) als Anwesenheitssensor für Kühlmittel ausgeführt ist, der die Anwesenheit von Kühlmittel am Anbringungsort im Kühlmittelkreislauf ermittelt.
6. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5 , bei dem ein Rückschlagventil (20) vorgesehen ist, welches in Flussrichtung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf vor dem Kühlkanal (11) im Vorlauf (12) angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil (20) bei einem Druckverlust des Kühlmittels auf der Druckseite der Kühlmittelpumpe (13) sperrt und einen Rückfluss von Kühlmittel aus dem Kühlkanal (11) verhindert.
7. Elektronikeinheit umfassend zumindest eine Abwärme erzeugende Komponente (K), insbesondere wobei die Abwärme erzeugende Komponente (K) als Rechner oder Spannungswandler ausgeführt ist, weiter umfassend zumindest ein Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem (1) Abwärme der Abwärme erzeugenden Komponente (K) aufnimmt und an die Umgebung der Elektronikeinheit abgibt.
8. Elektronikeinheit nach Anspruch 7 , bei der eine Notfallsteuerung vorgesehen ist, welche dazu konfiguriert ist, Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zu erkennen und während des Rückhaltens zumindest eines Teils des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf durch den Kühlmittelrückhaltemechanismus die Abwärme erzeugende Komponente (K) in einen sicheren Zustand zu überführen.
9. Fahrzeug mit einer Elektronikeinheit nach einem der Ansprüche 7 oder 8 , wobei die Abwärme erzeugende Komponente (K) durch einen Rechner, eine Batterieelektronik oder einen Spannungswandler gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem zur Kühlung einer Abwärme erzeugenden Komponente, umfassend zumindest einen Kühlkanal, welcher benachbart zu der Abwärme erzeugenden Komponente angeordnet ist, zumindest einen Vorlauf, welcher durch eine Leitung gebildet ist, welche eine Druckseite einer Kühlmittelpumpe mit einem Kühlmitteleingang des Kühlkanals verbindet und zumindest einen Rücklauf. Das Kühlsystem umfasst weiter zumindest einen Kühler, welcher dem Vorlauf oder dem Rücklauf zwischengeschaltet ist, wobei die Kühlmittelpumpe, der Vorlauf, der Kühlkanal, der Rücklauf und der Kühler in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf angeordnet sind. Das Kühlsystem weist einen Kühlmittelrückhaltemechanismus auf, welcher bei Verlust von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf zumindest einen Teil des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf zurückhält. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Elektronikeinheit mit einem Kühlsystem sowie ein Fahrzeug mit einer Elektronikeinheit. Bei vielen Arten von Elektronik entsteht im Betrieb eine große Menge an Abwärme, die von der Elektronik abgeführt werden muss, um eine Beschädigung durch Überhitzen zu vermeiden. Bei einer größeren Menge an Abwärme reicht eine passive Kühlung, wie beispielsweise durch Kühlbleche, oder eine reine Luftkühlung meist nicht aus, um einen dauerhaft stabilen Betrieb der Elektronik sicherzustellen. Kühlsysteme, welche ein flüssiges Kühlmittel aufweisen, welches Abwärme an der Elektronik aufnimmt und über einen Kühler an die Umgebung abgibt, sind in der Lage, zuverlässig größere Mengen an Abwärme von einer Elektronik abzuführen. Dazu muss ein Kühlmittelkreislauf vorgesehen sein, welcher das Kühlmittel von der Elektronik zu einem entfernt davon angeordnet Kühler transportiert und anschließend wieder zur Elektronik zurückführt. Beschädigungen am Kühlmittelkreislauf können dazu führen, dass ein Kühlmittelverlust auftritt und der Wärmeabtransport durch das Kühlmittel gestört wird oder gar nicht mehr funktioniert. Insbesondere bei einer Elektronik, die in einem Fahrzeug angeordnet ist, welches sich bewegt, besteht stets die Gefahr einer Beschädigung mit Kühlmittelverlust. Der Ausfall eines solchen Kühlsystems mit einem Kühlmittelkreislauf führt bei Weiterbetrieb der Elektronik in kurzer Zeit zu einer Überhitzung, welche wiederum zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Elektronik führen kann. US 2015 / 0 192 368 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung, welche einen Kühlmittelkreislauf aufweist, in dem ein Kühlmittel teils in flüssiger Form und teils in verdampftem Zustand vorliegt. In dem Kühlmittelkreislauf sind Sensoren angeordnet, welche den Zustand des Kühlmittels erfassen. Weiterhin ist eine Steuerung vorgesehen, die die Signale dieser Sensoren auswertet und den Fluss von Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf durch Ventile steuert. In US 2021 / 0 086 589 A1 wird ein Kühlsystem für Fahrzeugelektronik beschrieben, welches mehrere Kühlmittelkreisläufe mit flüssigem Kühlmittel aufweist. Diese Kühlmittelkreisläufe können je nach aktuellem thermischen Zustand des Fahrzeugs in unterschiedlicher Weise aktiviert und über Ventile miteinander kombiniert werden. DE 10 2017 117 844 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung für Fahrzeuge mit einem Kühlmittelkreislauf mit flüssigem Kühlmittel. Die Kühlvorrichtung umfasst auch eine Steuerung zur Erkennung einer Anomalie im Kühlmittelkreislauf, welche über zwei Betriebsmodi verfügt, um die Erkennungsgenauigkeit, ob eine Anomalie vorliegt oder nicht, zu verbessern. US 2019 / 0 098 796 A1 beschreibt einen flüssigkeitsgekühlten Server. Bei diesem Server sind eine zentrale Recheneinheit sowie Speichermodule von einem flüssigen, inaktiven Kühlmittel umgeben, welches Abwärme aufnimmt. Durch dieses inaktive Kühlmittel wird Kühlwasser gepumpt, welches Wärme von dem inaktiven Kühlmittel aufnimmt. Das Kühlwasser wird nach außerhalb eines Gehäuses des Servers gepumpt und dort abgekühlt. Im abgekühlten Zustand wird das Kühlwasser zurück in das Gehäuse des Servers und zu dessen Komponenten im inaktiven Kühlmittel geführt. Eine Kühleinheit des Servers umfasst einen Kühlkanal, einen Vorlauf, einen Rücklauf und eine Kühlmittelpumpe für das Kühlwasser. In DE 10 2016 218 679 A1 wird eine elektronische Baugruppe mit einer Kühlvorrichtung beschrieben. Bei dieser Baugruppe ist ein elektronisches Bauelement in einer Kavität angeordnet, welche ein flüssiges Kühlmittel enthält. Das flüssige Kühlmittel wird zirkulierend durch die elektronische Baugruppe gepumpt und nimmt in der Kavität Wärme auf, welche an einer anderen Stelle durch einen Wärmetauscher in die Umgebung abgegeben wird. Die elektronische Baugruppe umfasst einen Kühlkanal, einen Vorlauf, einen Rücklauf und eine Kühlmittelpumpe für das flüssige Kühlmittel. DE 10 2018 102 187 A1 beschreibt eine Fluidverwaltung für Sensoren autonomer Fahrzeuge. Die Fluidverwaltung ist dazu vorgesehen, ein Kühlmittel zu zumindest einer Komponente im Dachbereich eines autonom fahrenden Fahrzeugs zu leiten, um Abwärme von dies