DE10153513A1 - Kondensatorkühlvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von wenigstens einem Kondensator (2). Erfindungsgemäß weist diese Vorrichtung einen Kühler (6) und eine Kondensatorhalterung (4) auf, wobei dieser Kühler (6) einen Kühlmittelschlauch (8) mit Kühlmittelzu- und -ablauf aufweist, der im Innern einer Einfassung (10) angeordnet ist, wobei für jeden zu kühlenden Kondensator (2) entlang des Kühlmittelschlauches (8) diese Einfassung (10) Ausnehmungen (12) aufweist, deren Durchmesser jeweils einen Durchmesser eines Kondensators (2) übersteigt, und wobei diese Kondensatorhalterung (4) derart über den Ausnehmungen (12) der Einfassung (10) mit dieser beabstandet befestigt ist, dass deren Kondensatoren (2) jeweils durch eine Ausnehmung (12) in die Einfassung (10) ragen. Somit erhält man eine kompakte Kühlvorrichtung mit der mehrere Kondensatoren (2), beispielsweise eines Spannungszwischenkreis-Umrichters, gleichzeitig gekühlt werden können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von wenigstens einem Kondensator.

In der Leistungselektronik werden häufig Kondensatoren, ins­ besondere Elektrolytkondensatoren, zur Filterung, Siebung und Energiespeicherung eingesetzt. In diesen entstehen während des Betriebs in Abhängigkeit von Frequenz, Strom und Spannung Verlustleistungen. Die Abfuhr dieser Verlustleistung bestimmt die Betriebstemperatur, die für die Ausnutzbarkeit und die Lebensdauer der Kondensatoren verantwortlich ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn diese Kondensatoren entwärmt werden.

Die Elektrolytkondensatoren, die ein Aluminiumgehäuse aufwei­ sen, werden vornehmlich über deren Gehäuseboden entwärmt. An diesen streicht in der Regel Kühlluft entlang, wodurch diese Elektrolytkondensatoren nur mäßig entwärmt werden. Dadurch können diese Elektrolytkondensatoren nur schlecht ausgenutzt werden.

Neben dieser Luftkühlung können die Elektrolytkondensatoren auch mittels einer Kühlplatte gekühlt werden. Dabei wird der Elektrolytkondensator mittels einer Klemmvorrichtung oder ei­ nes Halteringes mit der Kühlplatte, insbesondere Kühlkörper, verbunden. Zusätzlich wird dabei eine elektrisch isolierende Schicht, beispielsweise eine Folie, zur Potentialtrennung be­ nötigt. Diese elektrisch isolierende Folie wird zwischen dem Boden des Kondensatorgehäuses und der Kühlplatte angeordnet. Deshalb muss der Boden des Kondensatorgehäuses des Elektro­ lytkondensators eben sein, wodurch ein besserer Wärmeübergang bei der Montage des Kondensators auf der Kühlplatte erreicht wird. Anstelle dieser elektrisch isolierenden Folie kann auch eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie verwendet werden, wodurch der Wärmeübergang wesentlich verbessert wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kondensa­ torkühlvorrichtung anzugeben, mit der wenigstens ein Konden­ sator gekühlt werden kann, indem eine höhere Wärmeabfuhr er­ möglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die zu kühlenden Kondensatoren mittels einer Kondensatorhalterung durch Ausnehmungen in der Einfassung in diese fixiert werden, und die Einfassung des Kühlers im In­ nern einen Kühlmittelschlauch aufweist, erfolgt im Betrieb der Kondensatorkühlvorrichtung eine innige Umhüllung eines Teils der Kondensatorgehäuse der zu kühlenden Kondensatoren. Im Betrieb fließt durch den Kühlmittelschlauch ein Kühlmittel mit einem Kühlmitteldruck, der größer ist als der Luftdruck der Umgebung. Infolge dieses Druckunterschiedes kommt es zu einem Formschluss zwischen Kühlmittelschlauch und den Konden­ satorgehäusen. Damit sich der Kühlmittelschlauch unter Be­ triebsdruck formschlüssig mit den Gehäusen der zu kühlenden Kondensatoren verbinden kann, muss der Durchmesser jeder Aus­ nehmung der Einfassung des Kühlers größer sein, als der Durchmesser jedes Kondensatorgehäuses. Mit dieser erfindungs­ gemäßen Kondensatorkühlvorrichtung kann optimal eine hohe Wärmeabfuhr von mehreren Kondensatoren gleichzeitig ermög­ licht werden, wobei sich der Aufwand für mehrere Kondensato­ ren wesentlich verringert.

Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kondensator­ kühlvorrichtung kann das Kühlmittel in flüssiger oder gasför­ miger Form sein, da das Transportmittel für das Kühlmittel nur ein einfacher Schlauch ist. Ein Schlauch ist von Haus aus dafür vorgesehen, ein gasförmiges Medium zu führen bzw. auf­ zunehmen. Ein solcher Schlauch kann ebenfalls anstelle des gasförmigen Mediums auch ein flüssiges Medium führen bzw. aufnehmen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen deren erfindungsgemäßen Kondensatorkühlvorrichtung sind den Unteransprüchen 4 bis 11 zu entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen der erfin­ dungsgemäßen Kondensatorkühlvorrichtung schematisch veran­ schaulicht sind.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Kondensatorkühl­ vorrichtung, die außer Betrieb ist, wogegen in der

Fig. 2 diese Kondensatorkühlvorrichtung im Betrieb dargestellt ist, und die

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Kondensatorkühl­ vorrichtung nach der Erfindung.

Bei der Kondensatorkühlvorrichtung nach der Erfindung ist aus Übersichtlichkeitsgründen in den genannten Figuren jeweils nur ein Kondensator 2 dargestellt. Dieser Kondensator 2 kann beispielsweise ein Kondensator einer Kondensatorbatterie ei­ nes Spannungszwischenkreis-Umrichters sein, wobei diese Kon­ densatoren 2 elektrisch parallel und/oder elektrisch in Reihe geschaltet sind. Bei einer Kondensatorbatterie eines Span­ nungszwischenkreis-Umrichters sind als Kondensatoren 2 Elekt­ rolytkondensatoren vorgesehen. Alle diese Kondensatoren 2, beispielsweise vier, einer Kondensatorbatterie können mittels einer Kondensatorkühlvorrichtung nach der Erfindung gleich­ zeitig gekühlt werden.

Diese Kondensatorkühlvorrichtung weist eine Kondensatorhalte­ rung 4 und einen Kühler 6 auf. Dieser Kühler 6 besteht aus einem Kühlmittelschlauch 8 mit Kühlmittelzu- und -ablauf und aus einer Einfassung 10, die auch als Schlaucheinfassung be­ zeichnet wird. Diese Schlaucheinfassung 10 kann einen schei­ benförmigen oder ein quadratischen Querschnitt haben, wobei deren Längenausdehnung von der Anzahl der zu kühlenden Kon­ densatoren 2 abhängt. Für jeden zu kühlenden Kondensator 2 weist diese Einfassung 10 eine Ausnehmung 12 auf. Diese Aus­ nehmung 12 ist derart gestaltet, dass deren Durchmesser grö­ ßer als der Durchmesser jeweils der zu kühlenden Kondensato­ ren 2 ist und dass deren Randbereich derart behandelt ist, dass der unter Betriebsdruck stehende Schlauch 8 in Form­ schluss jeweils mit einem Gehäuse eines Kondensators 2 nicht beschädigt werden kann. Dazu sind Kanten einer jeden Ausneh­ mung 12 abgerundet.

Die Kondensatorhalterung 4 dieser Kondensatorkühlvorrichtung hat einerseits die Aufgabe jeweils die zu kühlenden Kondensa­ toren 2 mittig in den Ausnehmungen 12 der Einfassung 10 zu fixieren und andererseits den auf die Gehäuse der Kondensato­ ren 2 einwirkenden Druck entgegen zu wirken. Aus diesen Grün­ den weist die Kondensatorhalterung 4 mehrere Abstandshalter 14, die mit der Einfassung 10 lösbar befestigt sind, und eine Montageplatte 16 auf. Diese Montageplatte 16 weist entspre­ chend der Anzahl der zu kühlenden Kondensatoren 2 Bohrungen 18 auf. Jeder Bohrung 18 ist eine Befestigungsvorrichtung 20 für einen Kondensator 2 zugeordnet. Als Befestigungsvorrich­ tung 20 kann eine Klemmplatte oder ein Haltering vorgesehen sein. Mittels diesen Befestigungsvorrichtungen 20 werden die zu kühlenden Kondensatoren 2 mit der Montageplatte 16 lösbar verbunden. In Abhängigkeit der Länge der Abstandshalter 14 der Kondensatorhalterung 4 wird die Eindringtiefe der Konden­ satoren 2 in die Einfassung 6 festgelegt. Diese Eindringtiefe muss jedoch kürzer sein als der Durchmesser der Einfassung 10.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist die Kondensatorkühlvor­ richtung nicht in Betrieb. Dies ist daran zu erkennen, dass der Kühlmittelschlauch 8 nicht unter Betriebsdruck P_B steht, das sich durch seinen entspannten Zustand äußert. Wenn die Kondensatorkühlvorrichtung außer Betrieb ist, herrscht im In­ nern der Einfassung 10 und im Innern des Kühlmittelschlauchs 8 der Umgebungsdruck P_U.

In der Fig. 2 ist die Kondensatorkühlvorrichtung gemäß Fig. 1 im Betrieb dargestellt. Dies ist daran zu erkennen, dass zwi­ schen Kühlmittelschlauch 8 und dem Gehäuse des Kondensators 2 Formschluss herrscht. Dieser Formschluss ist dadurch entstan­ den, dass ein Kühlmittel in flüssiger oder gasförmiger Form unter Betriebsdruck P_B vom Kühlmittelschlauch 8 geführt wird. Der unter Betriebsdruck P_B stehende Kühlmittelschlauch 8 legt sich an den Innenwänden der Schlaucheinfassung 10 an. Da der Durchmesser der Ausnehmung 12 größer ist als der Durchmesser des Gehäuses des Kondensators 2, quillt ein Teil dieses Kühl­ mittelschlauches 8 aus der Schlaucheinfassung 10 heraus. Da­ durch ist der Freiraum zwischen Kondensator 2 und Ausnehmung 12 mittels einer umlaufenden Wulst 22 ausgefüllt. Im Betrieb der Kondensatorkühlvorrichtung kommt es durch die Druckdiffe­ renz von Betriebsdruck P_B und Umgebungsdruck P_U zu einem Formschluss zwischen Kühlmittelschlauch 8 und dem Gehäuse des Kondensators 2. Damit dieser Formschluss überhaupt entstehen kann, muss dafür gesorgt werden, dass den Druckkräften auf das Gehäuse des Kondensators 2, insbesondere auf dessen Bo­ den, entgegengewirkt werden kann. Diese Aufgabe wird wie be­ reits erläutert von der Kondensatorhalterung 4 übernommen. Diese Kondensatorhalterung 4 sorgt ebenfalls dafür, dass die zu kühlenden Kondensatoren 2 in der Zeit, in der die Konden­ satorkühlvorrichtung außer Betrieb ist, in der Einfassung 10 fixiert sind (Fig. 1).

In der Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Kondensator­ kühlvorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 nur dadurch unterscheidet, dass die Ausnehmung 12 der Einfassung 10 einen Schutzring 24 aufweist. Dieser Schutzring 24 ist über den Kanten dieser Ausnehmung 12 gestülpt. Dadurch entfällt eine Weiterbehand­ lung der erzeugten Ausnehmung 12, so dass sich die Herstel­ lung wesentlich vereinfacht. Wie der Schutzring 24 ausgebil­ det ist, ist unerheblich für dessen Funktion. Es kann ein zur Ausnehmung 12 korrespondierender Kunststoffring sein, der über die Kanten der Ausnehmung 12 gestülpt wird. Eine beson­ ders einfache Ausführungsform des Schutzringes 24 ist ein aufgeschnittener Schrumpfschlauch, der, nach dem dieser um die Kanten der Ausnehmung 12 gelegt ist, erwärmt wird. Da­ durch legt sich dieser Schrumpfschlauch eng um die Kanten der Ausnehmung 12. Bei der Verwendung eines Schrumpfschlauches anstelle eines Kunststoffringes als Schutzring 24 muss darauf geachtet werden, dass die in die Schlaucheinfassung 10 ge­ bohrte Ausnehmung 12 dahingehend nachbearbeitet ist, dass kein Grad vorhanden ist.

Wie bereits erwähnt, kann der Kühlmittelschlauch 8 flüssiges und gasförmiges Kühlmittel führen. Außerdem übernimmt dieser Kühlmittelschlauch 8 die Potentialtrennung zwischen den zu kühlenden Kondensatoren 2 und dem Kühlmittel.

Mittels dieser erfindungsgemäßen Kondensatorkühlvorrichtung können beispielsweise gleichzeitig mehrere Kondensatoren 2 einer Kondensatorbatterie eines Spannungszwischenkreis- Umrichters optimal entwärmt werden, wobei diese Kondensator­ kühlvorrichtung kompakt aufgebaut ist. Außerdem kann diese Kondensatorkühlvorrichtung beliebig in einem Umrichtergerät angeordnet werden. Wird als Kühlmedium Wasser verwendet, so können bei einem geringen Volumenstrom von beispielsweise 0,75 l/min bereits 30 W pro Kondensator 2 einer Kondensator­ batterie mit vier Kondensatoren 2 bei einem Temperaturhub von 20 K am Gehäuseboden der Kondensatoren 2 abgeführt werden.

Claims (11)

1. Kondensatorkühlvorrichtung mit einem Kühler (6) und einer Kondensatorhalterung (4), wobei dieser Kühler (6) einen Kühl­ mittelschlauch (8) mit Kühlmittelzu- und -ablauf aufweist, der im Innern einer Einfassung (10) angeordnet ist, wobei für jeden zu kühlenden Kondensator (2) entlang des Kühlmittel­ schlauches (8) dieser Einfassung (10) Ausnehmungen (12) auf­ weist, deren Durchmesser jeweils einen Durchmesser eines Kon­ densators (2) übersteigt, und wobei diese Kondensatorhalte­ rung (4) derart über den Ausnehmungen (12) der Einfassung (10) mit dieser beabstandet befestigt ist, dass deren Konden­ satoren (2) jeweils durch eine Ausnehmung (12) in die Einfas­ sung (10) ragen.

2. Kondensatorkühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühl­ mittel flüssig ist.

3. Kondensatorkühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühl­ mittel gasförmig ist.

4. Kondensatorkühlvorrichtung nach einem der vorgenannten An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) abgerundete Kanten aufweist.

5. Kondensatorkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) einen Schutzring (24) aufweist.

6. Kondensatorkühlvorrichtung nach einem der vorgenannten An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorhalterung (4) mehrere Abstandshalter (14) und eine mit mehreren Bohrungen (18) versehene Montageplatte (16) aufweist, wobei jeder Bohrung (18) eine Befestigungsvor­ richtung (20) zugeordnet ist.

7. Kondensatorkühlvorrichtung nach einem der vorgenannten An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung (10) einen quadratischen Querschnitt auf­ weist.

8. Kondensatorkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfassung (10) einen scheibenförmigen Querschnitt aufweist.

9. Kondensatorkühlvorrichtung nach einem der vorgenannten An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (2) ein Elektrolytkondensator ist.

10. Kondensatorkühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Be­ festigungsvorrichtung (20) eine Klemmplatte ist.

11. Kondensatorkühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Be­ festigungsvorrichtung (20) ein Haltering ist.