AT13475U1 - Verfahren zum Kühlen einer Spule, Spulenkühlsystem und flüssigkeitsgekühlte Spule - Google Patents

Abstract

Beim Verfahren werden Kühlelemente (102) in Verbindung mit einer Spule (100) angeordnet und wird Kühlflüssigkeit zum Fließen durch die Kühlelemente gebracht Die Kühlelemente sind so in Verbindung mit der Spule angeordnet, dass der Fließweg der Kühlflüssigkeit keine gleichmäßige Schleife um die Spule oder um einen einzelnen Leiterdraht der Spule bildet. Das Kühlsystem enthält zumindest drei Kühlelemente, die so am Umfang der Spule angeordnet sind, dass der Abstand zwischen benachbarten Kühlelementen im Wesentlichen gleich ist. Die Kühlelemente können außerhalb der Spule an der Außenfläche (122) der Spule, im Inneren der Spule an der Innenfläche (120) der Spule oder im Inneren der Spule zwischen überlagerten Leiterdrahtlagen oder Folienschichten der Spule angeordnet sein. Der Fließweg der Kühlflüssigkeit enthält einen ersten Kühlkanal, der im Inneren eines Kühlelements gebildet ist, eine erste Flussröhre (112a) zum Führen der Kühlflüssigkeit in den Kühlkanal und eine zweite Flussröhre (112b) zum Führen der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkanal. Die Stirnfläche (124, 126) der Kühlelemente, die an der Innen- oder an der Außenfläche der Spule sitzt, kann gekrümmt sein. Die Spule, die gekühlt werden soll, kann die Spule einer Drossel oder eines Transformators sein.

Description

fotenseschiscHis AT13 475U1 2014-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer Spule, bei welchem Verfahren Kühlelemente in Verbindung mit der Spule angeordnet werden und Kühlflüssigkeit entlang eines Fließwegs durch die Kühlelemente zum Fließen gebracht wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Kühlsystem mit einem Flüssigkeitskreislauf zum Kühlen einer Spule und eine flüssigkeitsgekühlte Spule

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Induktive Bauteile, wie Transformatoren und Drosseln, weisen eine isolierte Spule auf, entlang der ein elektrischer Strom fließt. In der Mitte der Spule kann sich ein Eisenkern befinden, oder die Spule kann einen Luftkern aufweisen. Der Widerstand der Spule bewirkt eine Erhitzung der Spule. Besonders in induktiven Bestandteilen für hohe Ströme wird eine sehr große Menge an Wärme erzeugt. Um die Spule in einem dafür bestimmten optimalen Betriebstemperaturbereich zu halten, muss die Spule während der Verwendung gekühlt werden.

[0003] Es wurden verschiedene Systeme mit Flüssigkeitskreislauf entwickelt, um Transformato-ren und Drosseln zu kühlen. Eine flüssigkeitsgekühlte Drossel ist aus Fl 118397 B bekannt, welche Drossel einen Drosselkern und eine Spule um den Kern enthält. Der Kern der Drossel ist in zumindest zwei Teile geteilt, die an ein Kühlprofil angepasst sind, durch das ein oder mehrere Leitungswege für die Kühlflüssigkeit verlaufen.

[0004] Ein Verfahren und ein System zum Kühlen eines Transformators sind aus US 6 157 282 A bekannt. Bei dem Verfahren wird eine Spule gebildet, durch welche Spule ein oder mehr Kanäle in der Längsrichtung der Spule führen. Die Enden des Kanals sind mittels eines Rohrs verbunden, um einen geschlossenen Fließweg für Kühlflüssigkeit zu bilden. Der Fließweg kann einen Wärmetauscher zum Kühlen der Kühlflüssigkeit aufweisen. Bei dieser Lösung ist der Kühlkanal im Inneren der Spule gebildet, was den Aufbau des induktiven Bestandteils kompliziert und seine Gestaltung schwierig macht. Zusätzlich ist der Kühlflächenbereich klein, weshalb die Kühlwirkung gering bleibt.

[0005] Die EP 0 680 055 A1 zeigt einen Transformator, bei dem einige der Spulenwindungen hohl sind. Die Spule wird durch Zirkulieren von Kühlflüssigkeit entlang des hohlen Leiters gekühlt. Bei dieser Lösung wird in der Kühlflüssigkeit eine Spannung induziert, weshalb eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit nicht als Kühlflüssigkeit verwendet werden kann. Daher muss in dem Kühlsystem eine elektrisch nicht leitfähige Flüssigkeit verwendet werden oder muss die Vorrichtung mit einem gesonderten Spannungsentferner für die Kühlflüssigkeit versehen sein. Beide Alternativen erhöhen die Kosten des Kühlsystems deutlich.

AUFGABEN DER ERFINDUNG

[0006] Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein neues Verfahren zum Kühlen einer Spule, ein Spulenkühlsystem und eine flüssigkeitsgekühlte Spule vorzusehen, wodurch Nachteile und Mängel in Bezug auf den Stand der Technik wesentlich verringert werden können.

[0007] Die Aufgaben der Erfindung werden durch ein Verfahren, ein Kühlsystem und eine Spule erfüllt, die durch das in den unabhängigen Ansprüchen Dargestellte gekennzeichnet sind. Einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen präsentiert.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0008] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer Spule, wie etwa einer Spule einer Drossel oder eines Transformators. Bei dem Verfahren werden zumindest drei Kühlelemente in Verbindung mit der Spule angeordnet und wird Kühlflüssigkeit entlang eines Fließwegs durch die Kühlelemente zum Fließen gebracht. Der Fließweg enthält zumindest einen Kühlkanal, der im Inneren eines Kühlelements gebildet ist, welcher Kühlkanal eine erste Öffnung für den Zu- 1 /14 fluss der Kühlflüssigkeit und eine zweite Öffnung für den Abfluss der Kühlflüssigkeit aufweist. Die in der Spule erzeugte Wärme wird somit durch Leiten zuerst in das Kühlelement und weiter in die Kühlflüssigkeit, die durch das Kühlelement fließt, übertragen. Bei dem Verfahren werden die Kühlelemente so in Verbindung mit der Spule angeordnet, dass der Fließweg der Kühlflüssigkeit keine gleichmäßige Schleife um die Spule oder um einen einzelnen Leiterdraht der Spule bildet. Dadurch wird in der Kühlflüssigkeit keine Spannung von Bedeutung erzeugt, selbst wenn eine elektrisch leitfähige Kühlflüssigkeit wie etwa Leitungswasser als Kühlflüssigkeit verwendet würde.

[0009] Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden drei oder mehr Kühlelemente verwendet, damit die Spule in ihren verschiedenen Teilen gleichmäßig gekühlt wird. Die Kühlelemente sind vorteilhaft so an dem Umfang der Spule angeordnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Kühlelementen im Wesentlichen gleich ist.

[0010] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung sind zumindest einige der Kühlelemente außerhalb der Spule an der Außenfläche der Spule angeordnet.

[0011] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung sind zumindest einige der Kühlelemente innerhalb der Spule an der Innenfläche der Spule angeordnet.

[0012] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung sind zumindest einige der Kühlelemente innerhalb der Spule zwischen den überlagerten Leiterdrahtlagen oder Folienschichten der Spule angeordnet.

[0013] E in erfindungsgemäßes Kühlsystem mit Flüssigkeitskreislauf zum Kühlen einer Spule enthält zumindest drei Kühlelemente, die in Verbindung mit der Spule angeordnet werden sollen, und einen Fließweg für Kühlflüssigkeit, um Kühlflüssigkeit durch die Kühlelemente umlaufen zu lassen. Der Fließweg enthält zumindest einen Kühlkanal, der im Inneren eines Kühlelements gebildet ist, welcher Kühlkanal eine erste Öffnung für den Zufluss der Kühlflüssigkeit und eine zweite Öffnung für den Abfluss der Kühlflüssigkeit aufweist. Die Kühlelemente des Kühlsystems können so in Verbindung mit der zu kühlenden Spule angeordnet werden, dass der Fließweg der Kühlflüssigkeit keine gleichmäßige Schleife um die Spule oder um einen einzelnen Leiterdraht der Spule bildet.

[0014] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung befindet sich die erste Öffnung des Kühlkanals in der ersten Endfläche des Kühlelements und die zweite Öffnung des Kühlkanals in der zweiten Endfläche des Kühlelements. Der Kühlkanal ist vorteilhaft eine gerade Bohrung, die von der ersten Endfläche des Kühlelements zu der zweiten Endfläche des Kühlelements führt.

[0015] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung enthält das Kühlelement zumindest zwei Kühlkanäle. Die Kühlkanäle des Kühlelements sind vorteilhaft im Wesentlichen parallel.

[0016] Bei einer Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung befinden sich die erste Öffnung und die zweite Öffnung des Kühlkanals in dergleichen Endfläche.

[0017] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung enthält der Fließweg der Kühlflüssigkeit eine erste Flussröhre, um Kühlflüssigkeit in den Kühlkanal zu führen, eine zweite Flussröhre, um Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkanal zu führen, und einen Bypass-Verteiler, worin die Flussröhren verbunden sind.

[0018] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung weist das Kühlelement zumindest eine gekrümmte erste Stirnfläche auf, welche gekrümmte erste Stirnfläche an die Innenfläche der Spule gesetzt werden kann.

[0019] Der Krümmungsradius der ersten Stirnfläche des Kühlelements beträgt typischerweise 25 mm bis 500 mm, vorteilhaft 50 bis 250 mm und besonders vorteilhaft 150 mm bis 200 mm. Die Breite des Kühlelements beträgt typischerweise 30 mm bis 200 mm. Wenn der Krümmungsradius der ersten Stirnfläche so gewählt ist, dass er im Wesentlichen dem Krümmungsradius der Innenfläche der Spule gleich ist, wird die Wärme effizient von der Spule in das Kühlelement

fotenseädtscHts p*fi«!Sitiat AT13 475U1 2014-01-15 übertragen.

[0020] Eine vorteilhafte Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung weist zumindest eine gekrümmte zweite Stirnfläche auf, welche zweite Stirnfläche an die Außenfläche der Spule gesetzt werden kann. Der Krümmungsradius der zweiten Stirnfläche des Kühlelements beträgt typischerweise 25 mm bis 500 mm, vorteilhaft 50 mm bis 250 mm und besonders vorteilhaft 150 mm bis 200 mm.

[0021] Es können beide Stirnflächen des Kühlelements gekrümmt sein. Die Krümmungsradien der ersten und der zweiten Stirnfläche können gleich groß oder von unterschiedlicher Größe sein. Diese Ausführungsform des Kühlelements ist zur Anordnung in der Spule zwischen überlagerten Spulendrahtlagen oder Folienschichten geeignet.

[0022] Eine flüssigkeitsgekühlte Spule nach der Erfindung enthält zumindest drei Kühlelemente mit Flüssigkeitskreislauf und einen Fließweg für Kühlflüssigkeit, um die Kühlflüssigkeit durch die Kühlelemente zirkulieren zu lassen. Der Fließweg enthält zumindest einen Kühlkanal, der im Inneren eines Kühlelements gebildet ist, welcher Kühlkanal eine erste Öffnung für den Zufluss der Kühlflüssigkeit und eine zweite Öffnung für den Abfluss der Kühlflüssigkeit aufweist. Der Fließweg der Kühlflüssigkeit bildet keine gleichmäßige Schleife um die Spule oder um einen einzelnen Leiterdraht der Spule. Die flüssigkeitsgekühlte Spule ist vorteilhaft die Spule einer Drossel oder eines Transformators.

[0023] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass das Kühlen der Spule dadurch über die gesamte Fläche der Spule hinweg effizient gehandhabt werden kann.

[0024] Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass in der Kühlflüssigkeit darin keine Spannung induziert wird. Dadurch kann eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit, wie etwa Leitungswasser, als Kühlflüssigkeit verwendet werden.

[0025] Es ist ein Vorteil des Kühlsystems nach der Erfindung, dass es baulich einfach, von kleiner Größe und von kleiner Masse ist. Die kleine Größe und Masse machen die Verwendung des Kühlsystems in verschiedenen Verwendungssituationen möglich.

[0026] Es ist ein weiterer Vorteil des Kühlsystems nach der Erfindung, dass es zur Gänze außerhalb des Aufbaus der Spule angeordnet werden kann. Das Kühlsystem erfordert dadurch keinerlei bauliche Veränderungen in der Spule selbst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0027] Im Folgenden wird die Erfindung ausführlich beschrieben. In der Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, wobei [0028] Figur 1a [0029] Figur 1b [0030] Figur 1c [0031] Figur 2a [0032] Figur 2b [0033] Figur 3a als Beispiel ein diagonal von oben her gesehenes Kühlsystem nach der Erfindung zeigt, das Kühlsystem von Figur 1a von oben her in der Richtung der Längsachse der Spule gesehen zeigt, ein einzelnes Kühlelement des Kühlsystems von Figur 1a diagonal von oben her gesehen zeigt, als Beispiel eine vorteilhafte Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung von oben her in der Richtung der Längsachse der Spule gesehen zeigt, als Beispiel eine zweite vorteilhafte Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung von oben her in der Richtung der Längsachse der Spule gesehen zeigt, als Beispiel eine vorteilhafte Ausführungsform eines Kühlelements des Kühlsystems nach der Erfindung diagonal von vorne her gesehen zeigt, 3/14

8ö*n«iö»5idi«s päteütarnt AT 13 475 U1 2014-01-15 [0034] Figur 3b als Beispiel eine zweite vorteilhafte Ausführungsform eines Küh- lelements des Kühlsystems nach der Erfindung diagonal von vorne her gesehen zeigt, [0035] die Figuren 4a bis 4d einige vorteilhafte Ausführungsformen der in Verbindung mit einer Spule angeordneten Kühlelemente des Kühlsystems zeigen, und [0036] Figur 5 als Beispiel ein Kühlelement des Kühlsystems nach der Erfin dung diagonal von oben her gesehen zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0037] Figur 1a zeigt als Beispiel ein Kühlsystem nach der Erfindung diagonal von oben her gesehen, und Figur 1b zeigt es von oben. Die zu kühlende Spule 100 ist aus einem oder mehreren Spulendrahtlagen oder Folienschichten aufgebaut, zwischen denen sich notwendige Isolierungen befinden. Die Spulendraht- oder Folienschichten bilden einen rohrartigen Aufbau, der eine Innenfläche 120 und eine Außenfläche 122 aufweist. In der Mitte der Spule befindet sich ein offener zylinderförmiger Raum, wo sich ein ferritischer Spulenkern befinden kann. Der Aufbau der Spule ist allgemein bekannter Stand der Technik, weshalb er hier nicht näher beschrieben werden wird.

[0038] Um die Spule befinden sich vier längliche Kühlelemente 102. Die Kühlelemente sind symmetrisch so um die Spule angeordnet, dass ihre Längsachsen im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Spule verlaufen. In Figur 1 sind die Kühlelemente Teile, deren Querschnitt rechteckig ist d.h. sie weisen zwei entgegengesetzte Stirnflächen, eine erste Stirnfläche 124 und eine zweite Stirnfläche 126, und zwei entgegengesetzte Randflächen (Figur 1b) auf. Die Kühlelemente sind so in Verbindung mit der Spule angeordnet, dass die erste Stirnfläche 124 des Kühlelements an die Außenfläche 122 der Spule angesetzt ist. Die in der Spule erzeugte Wärme kann dadurch mittels Leitung von der Spule zu dem Kühlelement übergehen. Ein Kühlkanal 104 verläuft im Inneren eines Kühlelements, welcher Kühlkanal als der Fließweg der Kühlflüssigkeit wirkt (Figur 1c).

[0039] Jedes Kühlelement ist mit zwei Flussröhren 112a, 112b an einem Bypass-Verteiler 110, der zu dem Kühlsystem gehört, angeschlossen. Der Bypass-Verteiler weist einen Einlassanschluss 114, entlang dessen die kühlende Kühlflüssigkeit in den Bypass-Verteiler geführt wird, und einen Auslassanschluss 116, durch den die erwärmte Kühlflüssigkeit, die von den Kühlelementen kommt, aus dem Bypass-Verteiler geführt wird, auf. Die erwärmte Kühlflüssigkeit wird in einem Wärmetauscher, der an dem Kühlsystem angebracht werden kann, auf eine geeignete Temperatur herabgekühlt, wonach die Kühlflüssigkeit zu dem Bypass-Verteiler zurückgeführt wird. Der Wärmetauscher gehört nicht zu dem Umfang dieser Erfindung, weshalb er hier nicht ausführlicher beschrieben ist.

[0040] Figur 1c zeigt ein einzelnes Kühlelement des Kühlsystems diagonal von oben her gesehen. Der Kühlkanal 104 verläuft im Inneren des Kühlelements entlang eines U-förmigen Wegs, der in der ersten Endfläche 118 beginnt und in der ersten Endfläche endet. Im Inneren des Kühlelements gelangt der Kühlkanal dicht an die zweite Endfläche. In der ersten Endfläche 118 des Kühlelements, welche Endfläche in Figur 1c aufwärts zeigt, befinden sich Öffnungen 106a, 106b des Kühlkanals, wo die zweiten Enden der Flussröhren angeschlossen werden. Die Querschnittform des Kühlkanals wird so gewählt, dass sein Strömungswiderstand für die Kühlflüssigkeit so gering wie möglich ist. Die Kühlelemente sind aus irgendeinem Material hergestellt, das Wärme gut leitet, wie etwa Aluminium. Die Wärme, die von der Spule zu dem Kühlelement geleitet wird, wird dadurch leicht von dem Kühlelement weiter in die Kühlflüssigkeit, die in dem Kühlkanal fließt, übertragen.

[0041] Das in Figur 1 gezeigte Kühlelement weist einen Kühlkanal auf, dessen beide Öffnungen in der gleichen Endfläche münden. Ein Kühlelement kann auch mehrere Kühlkanäle aufweisen, wie etwa zwei, drei oder vier Kühlkanäle, und die Öffnungen der Kühlkanäle können auch in entgegengesetzten Endflächen des Kühlelements münden. In seiner einfachsten Form kann der 4/14

AT13 475U1 2014-01-15 Kühlkanal daher eine gerade Bohrung sein, die von der ersten Endfläche des Kühlelements zu der zweiten Endfläche des Kühlelements führt. Die erste Flussröhre ist dadurch an die erste Öffnung des Kühlkanals in der ersten Endfläche angeschlossen, und die zweite Flussröhre ist an die zweite Öffnung des Kühlkanals in der zweiten Endfläche des Kühlelements angeschlossen.

[0042] Kühlflüssigkeit wird durch den Einlassanschluss 114 zu dem Bypass-Verteiler 110 und von dem Bypass-Verteiler weiter entlang der ersten Flussröhren 112a durch die erste Öffnung 106a in jedes Kühlelement geführt. Im Inneren des Kühlelements wird Wärme durch Leiten von dem Kühlelement zu der Kühlflüssigkeit übertragen. Die Kühlflüssigkeit verlässt das Kühlelement durch die zweite Öffnung 106b in die zweite Flussröhre 112b und weiter in den Bypass-Verteiler. In dem System kann jede beliebige geeignete Kühlflüssigkeit als Kühlflüssigkeit verwendet werden, wie etwa Leitungswasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch. Bei der Erfindung sind die Flussröhren und die Kühlelemente um die Spule herum angeordnet, so dass der Fließweg der Kühlflüssigkeit keine geschlossene Schleife um irgendeinen der einzelnen Leiterdrähte der Spule 100 bildet. Dadurch wird in der Kühlflüssigkeit, die in dem Kühlsystem zirkuliert, keine bedeutende Spannung induziert, selbst wenn eine elektrische leitfähige Flüssigkeit wie etwa Leitungswasser als Kühlflüssigkeit verwendet würde.

[0043] Figur 2a zeigt als Beispiel eine vorteilhafte Ausführungsform des Kühlsystems der Erfindung von oben her in der Richtung der Längsachse der Spule 100 gesehen. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Kühlelemente 102 so im Inneren der Spule angeordnet, dass die zweite Stirnfläche 126 des Kühlelements an der Innenfläche 120 der Spule sitzt. Das Innere der Spule in dieser Darstellung bedeutet den Raum, der in der Mitte der Spule gebildet ist und durch die Draht- oder Folienschichten der Spule begrenzt wird. Bei dieser Ausführungsform gibt es drei Kühlelemente, und diese sind in gleichen Abständen an die Innenfläche der Spule angesetzt. Die ersten Enden der Flussröhren 112a, 112b sind mit dem Bypass-Verteiler 110 verbunden, und die zweiten Enden sind mit den Öffnungen der Kühlkanäle in der ersten Endfläche der Kühlelemente verbunden. Die Kühlflüssigkeit fließt daher durch die Öffnung in dem ersten Ende der Spule in die Kühlelemente an der Innenseite der Spule und verlässt das Innere durch die gleiche Öffnung. Die Kühlflüssigkeit wird nicht zum Umlauf um irgendeinen einzelnen Leiterdraht der Spule gebracht.

[0044] Figur 2b zeigt als Beispiel eine zweite vorteilhafte Ausführungsform des Kühlsystems nach der Erfindung von oben her in der Richtung der Längsachse der Spule gesehen. Bei dieser Ausführungsform werden die Kühlelemente 102 in Verbindung mit der Herstellung der Spule 100 im Inneren der Spule zwischen den überlagerten Spulendrahtlagen oder Folienschichten angeordnet. Außerdem sind bei dieser Ausführungsform die Flussröhren, die von dem Bypass-Verteiler abgehen, so mit den Kühlelementen verbunden, dass der Fließweg der Kühlflüssigkeit nicht um irgendeinen der einzelnen Leiterdrähte der Spule zirkuliert (die Flussröhren und der Bypass-Verteiler sind nicht in der Figur gezeigt).

[0045] Die in Figur 1a, 1b, 1c, 2a und 2b gezeigten Kühlsysteme weisen drei oder vier Kühlelemente auf. Die Anzahl der Kühlelemente ist jedoch nicht auf diese Zahlen beschränkt, sondern es kann auch eine andere Anzahl davon vorhanden sein. Was bei der Erfindung wesentlich ist, ist, dass es so viele Kühlelemente gibt, dass mit dem System eine ausreichende Kühlwirkung erzielt wird. Die geeignete Anzahl von Kühlelementen hängt daher von dem Kühlbedarf der Spule ab, der wiederum unter anderem von der Anzahl der Drahtwindungen der Spule und der Stärke des in der Spule fließenden elektrischen Stroms abhängt. Das System kann daher drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Kühlelemente enthalten. Durch Versuche wurde herausgefunden, dass zumindest drei Kühlelemente in Verbindung mit der Spule angeordnet werden müssen, um eine ausreichend wirksame und gleichmäßig verteilte Kühlung zu erzielen.

[0046] Figur 3a zeigt als Beispiel eine vorteilhafte Ausführungsform eines einzelnen Kühlelements des Kühlsystems. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Stirnfläche 124 des Kühlsystems gekrümmt und die zweite Stirnfläche 126 gerade. Die erste Stirnfläche weist einen Krümmungsradius R1 auf. Diese vorteilhafte Ausführungsform des Kühlelements eignet sich beson- 5/14

(sterrecNsches pitesiasfit AT13 475U1 2014-01-15 ders gut zur Verwendung in Kühlsystemen, bei denen die Kühlelemente so im Inneren der Spule angeordnet sind, dass die erste Stirnfläche 124 des Kühlelements an der Innenfläche 120 der Spule sitzt. Wenn der Krümmungsradius der ersten Stirnfläche so gewählt ist, dass er dem Krümmungsradius r1 der Innenfläche der Spule im Wesentlichen gleich ist, wird die Wärme wirksam von der Spule in das Kühlelement übertragen.

[0047] Figur 3b zeigt als Beispiel eine zweite vorteilhafte Ausführungsform eines einzelnen Kühlelements 102 des Kühlsystems. Bei dieser Ausführungsform sind sowohl die erste Stirnfläche 124 als auch die zweite Stirnfläche 126 des Kühlelements gekrümmt. Die erste Stirnfläche weist einen Krümmungsradius R1 auf, und die zweite Stirnfläche weist einen Krümmungsradius R2 auf. Die Krümmungsradien R1 und R2 können gleich groß oder von unterschiedlicher Größe sein. Diese vorteilhafte Ausführungsform des Kühlelements eignet sich besonders gut zur Verwendung in Kühlsystemen, bei denen die Kühlelemente so außerhalb der Spule angeordnet sind, dass die zweite Stirnfläche des Kühlelements an der Außenfläche der Spule sitzt. Wenn der Krümmungsradius R2 der zweiten Stirnfläche so gewählt ist, dass er dem Krümmungsradius r2 der Außenfläche der Spule im Wesentlichen gleich ist, wird die Wärme effizient von der Spule in das Kühlelement übertragen. Das in Figur 3b gezeigte Kühlelement ist ferner zur Anordnung im Inneren der Spule zwischen überlagerten Spulendrahtlagen oder Folienschichten geeignet.

[0048] Figur 4a bis 4c zeigen bestimmte Ausführungsformen der in Figur 3a und 3b gezeigten Kühlelemente, die in Verbindung mit verschiedenen Spulen 100 angeordnet sind. In den Figuren sind die Spulen von dem Ende her in der Richtung der Längsachse der Spule gesehen gezeigt. In Figur 4a handelt es sich um eine Spule 100 mit einem runden Querschnitt, bei der der Radius der Innenfläche r1 ist. Drei Kühlelemente 102, deren erste Stirnfläche 124 gekrümmt ist, wurden an der Innenfläche 120 der Spule angeordnet. Der Krümmungsradius R1 der Stirnfläche ist im Wesentlichen gleich dem Krümmungsradius r1 der Innenfläche.

[0049] In Figur 4b handelt es sich um eine Spule 100 mit einem ovalen Querschnitt. Die Spule weist einen Wandabschnitt s auf, dessen Krümmungsradius r1 ist. An diesem Wandabschnitt der Spule wurde ein Kühlelement 102 angeordnet, wobei der Krümmungsradius R1 der ersten Stirnfläche dieses Kühlelements im Wesentlichen gleich dem Krümmungsradius r1 des Wandabschnitts s ist.

[0050] In Figur 4c handelt es sich um eine Spule 100 mit einem kreisförmigen Querschnitt, bei der der Krümmungsradius der Außenfläche 122 r2 ist. An der Außenfläche 122 der Spule wurden vier Kühlelemente 102 angeordnet, wobei der Krümmungsradius R2 der zweiten Stirnfläche dieser Kühlelemente im Wesentlichen gleich dem Krümmungsradius r2 der Außenfläche der Spule ist.

[0051] Figur 4d zeigt eine Spule, bei der in Verbindung mit der Herstellung der Spule vier Kühlelemente 102 im Inneren der Spule 100 zwischen überlagerten Drahtlagen oder Folienschichten der Spule installiert wurden. Beide Stirnflächen der Kühlelemente sind gekrümmt.

[0052] Figur 5 zeigt ein einzelnes Kühlelement eines Kühlsystems nach einer Ausführungsform der Erfindung diagonal von oben her gesehen. Der Kühlkanal 104 verläuft im Inneren des Kühlelements 102, wobei er an der ersten Endfläche 118 beginnt und in der zweiten Endfläche 119 endet. In der ersten Endfläche 118 des Kühlelements befindet sich eine erste Öffnung 106a des Kühlkanals, durch die die Kühlflüssigkeit in den Kühlkanal fließt. In der zweiten Endfläche des Kühlelements befindet sich eine zweite Öffnung 106b, durch die die Kühlflüssigkeit den Kühlkanal verlässt.

[0053] Vorstehend wurden einige vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens, des Kühlsystems und der Spule nach der Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Lösungen beschränkt, sondern die erfinderische Idee kann innerhalb des Umfangs der Ansprüche auf zahlreiche Weisen angewendet werden. 6/14

Claims (21)

1. AT13 475U1 2014-01-15 Ansprüche 1. Verfahren zum Kühlen einer Spule (100), bei welchem Verfahren zumindest drei Kühlelemente (102) in Verbindung mit der Spule angeordnet werden und Kühlflüssigkeit zum Fließen entlang eines Fließwegs (110, 112a, 112b, 104) durch die Kühlelemente geleitet wird, welcher Fließweg zumindest einen Kühlkanal (104) enthält, der im Inneren eines Kühlelements gebildet ist, welcher Kühlkanal eine erste Öffnung (106a) für den Zufluss von Kühlflüssigkeit und eine zweite Öffnung (106b) für den Abfluss von Kühlflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente so in Verbindung mit der Spule angeordnet sind, dass der Fließweg der Kühlflüssigkeit keine gleichmäßige Schleife um die Spule oder um einen einzelnen Leiterdraht der Spule bildet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kühlelemente (102) außerhalb der Spule an der Außenfläche (122) der Spule angeordnet sind.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kühlelemente (102) im Inneren der Spule an der Innenfläche (120) der Spule angeordnet sind.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kühlelemente (102) im Inneren der Spule (100) zwischen den überlagerten Leiterdrahtlagen oder Folienschichten der Spule angeordnet sind.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (102) so an dem Umfang der Spule (100) angeordnet sind, dass der Abstand zwischen benachbarten Kühlelementen im Wesentlichen gleich ist.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit wie Leitungswasser als Kühlflüssigkeit verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Kühlen einer oder mehrerer Spulen (100) einer Drossel oder eines Transformators verwendet wird.
8. 8. Kühlsystem mit Flüssigkeitskreislauf zum Kühlen einer Spule (100), welches Kühlsystem zumindest drei Kühlelemente (102), die in Verbindung mit der Spule angeordnet werden sollen, und einen Fließweg (110, 112a, 112b, 104) für Kühlflüssigkeit aufweist, um Flüssigkeit durch die Kühlelemente umlaufen zu lassen, welcher Fließweg zumindest einen Kühlkanal (104) enthält, der im Inneren eines Kühlelements gebildet ist, welcher Kühlkanal eine erste Öffnung (106a) für den Zufluss der Kühlflüssigkeit und eine zweite Öffnung (106b) für den Abfluss der Kühlflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente so in Verbindung mit der Spule, die gekühlt werden soll, angeordnet werden können, dass der Fließweg der Kühlflüssigkeit keine gleichmäßige Schleife um die Spule oder um einen einzelnen Leiterdraht der Spule bildet.
9. 9. Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Öffnung (106a) des Kühlkanals (104) in der ersten Endfläche (118) des Kühlelements (102) befindet und die zweite Öffnung (106b) des Kühlkanals in der zweiten Endfläche (119) des Kühlelements befindet.
10. 10. Kühlsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (104) eine gerade Bohrung ist, die von der ersten Endfläche (118) des Kühlelements (102) zu der zweiten Endfläche (119) des Kühlelements führt.
11. 11. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (102) zumindest zwei Kühlkanäle (104) enthält.
12. 12. Kühlsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (104) des Kühlelements (102) im Wesentlichen parallel sind. 7/14

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13. 13. Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Öffnung (106a) und die zweite Öffnung (106b) des Kühlkanals (104) in der gleichen Endfläche befinden.
14. 14. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließweg für die Kühlflüssigkeit eine erste Flussröhre (112a) zum Führen der Kühlflüssigkeit in den Kühlkanal (104) und eine zweite Flussröhre (112b) zum Führen der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkanal und einen Bypass-Verteiler (110), worin die Flussröhren verbunden sind, enthält.
15. 15. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement zumindest eine gekrümmte erste Stirnfläche (124) aufweist, welche erste Stirnfläche an die Innenfläche der Spule (100) angesetzt werden kann.
16. 16. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement zumindest eine gekrümmte zweite Stirnfläche (126) aufweist, welche zweite Stirnfläche an die Außenfläche der Spule (100) angesetzt werden kann.
17. 17. Flüssigkeitsgekühlte Spule (100), die zumindest drei Kühlelemente (102) mit Flüssigkeitskreislauf und einen Fließweg (110, 112a, 112b, 104) für Kühlflüssigkeit, um Kühlflüssigkeit durch die Kühlelemente umlaufen zu lassen, enthält, welcher Fließweg zumindest einen Kühlkanal (104) enthält, der im Inneren eines Kühlelements gebildet ist, welcher Kühlkanal eine erste Öffnung (106a) für den Zufluss von Kühlflüssigkeit und eine zweite Öffnung (106b) für den Abfluss von Kühlflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließweg der Kühlflüssigkeit keine gleichmäßige Schleife um die Spule oder um einen einzelnen Leiterdraht der Spule bildet.
18. 18. Flüssigkeitsgekühlte Spule (100) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule eine Innenfläche (120) aufweist und zumindest einige der Kühlelemente (102) im Inneren der Spule an der Innenfläche der Spule angeordnet sind.
19. 19. Flüssigkeitsgekühlte Spule (100) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule eine Außenfläche (122) aufweist und zumindest einige der Kühlelemente (102) außerhalb der Spule an der Außenfläche der Spule angeordnet sind.
20. 20. Flüssigkeitsgekühlte Spule (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kühlelemente (102) im Inneren der Spule zwischen den überlagerten Leiterdrahtlagen oder Folienschichten der Spule angeordnet sind.
21. 21. Flüssigkeitsgekühlte Spule nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Spule einer Drossel oder eines Transformators ist. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 8/14