EP2260685A1 - Vorrichtung und verfahren zur kühlung eines elektrischen bauelements für ein fahrzeug - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur kühlung eines elektrischen bauelements für ein fahrzeug

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EP2260685A1
EP2260685A1 EP08871354A EP08871354A EP2260685A1 EP 2260685 A1 EP2260685 A1 EP 2260685A1 EP 08871354 A EP08871354 A EP 08871354A EP 08871354 A EP08871354 A EP 08871354A EP 2260685 A1 EP2260685 A1 EP 2260685A1
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EP
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fluid
cooling device
arrangement
cooling
vehicle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08871354A
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Inventor
Nikolaus Müller
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Renk GmbH
Original Assignee
Renk GmbH
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Publication date
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    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60R16/02Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0239Electronic boxes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • HELECTRICITY
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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
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    • H05K7/20936Liquid coolant with phase change
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D2015/0291Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes comprising internal rotor means, e.g. turbine driven by the working fluid
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    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for an arrangement with at least one electrical component, in particular power electronics, for a vehicle, in particular a vehicle with an enclosed or teilgekapseltem engine room, the arrangement can be cooled by a fluid in Siedekühl processor, a vehicle with such a cooling device and a Method for cooling an arrangement with at least one electrical component.
  • Object of the present invention is therefore to provide cooling of an arrangement to improve at least one electrical component in a vehicle.
  • a cooling device according to the preamble of claim 1 is further developed by its characterizing features.
  • Claim 9 the associated cooling method, claim 8, a vehicle with a cooling device according to the invention under protection.
  • Advantageous developments are the subject of Unteranspr ⁇ che.
  • a cooling device for cooling an arrangement with at least one electrical component, in particular a power electronics, for a vehicle and designed such that the arrangement can be cooled by a fluid in the boiling-cooling method.
  • a fluid supply and removal to or from the arrangement and a fluid sump is provided in which the electrical components, preferably without housing, are completely or partially immersed.
  • the fluid preferably has a boiling temperature which is below a critical operating temperature for these components. If different components of the arrangement have different critical operating temperatures, then the fluid preferably has a boiling temperature which is below the lowest of these critical operating temperatures.
  • the fluid surrounding them absorbs this heat while boiling or evaporating.
  • the fluid temperature advantageously remains substantially constant.
  • the steam formed during boiling is now fed according to the invention to a heat engine, for example a turbine, in particular a steam turbine, or a displacement machine, in which the steam is expanded, i.e. the pressure of the thereby at least partially vaporous fluid is reduced and thus the steam energy is withdrawn.
  • a heat engine for example a turbine, in particular a steam turbine, or a displacement machine, in which the steam is expanded, i.e. the pressure of the thereby at least partially vaporous fluid is reduced and thus the steam energy is withdrawn.
  • the relaxation takes place in the heat engine without phase change to the Heat engine to operate cheap. Equally, however, it is also possible to completely or partially relax the steam in the heat engine back into the liquid phase, ie to condense in whole or in part.
  • energy is advantageously taken from the cooling fluid by relaxing the resulting vapor in the heat engine.
  • the thermal energy to be dissipated for example, via a condenser or the like, can be advantageously reduced in comparison to an internally known cooling device in which the entire heat energy can be dissipated via such a condenser. Accordingly, such a capacitor can be made smaller and more compact.
  • the waste heat of the electrical components can advantageously be used at least partially, for example for the operation of pumps, generators and / or other consumers and thus the efficiency of the cooling can be improved.
  • the fluid at 20 ° C. has an electrical conductivity of at most 10 "0 ( ⁇ m) -1 , so that it essentially serves as an electrical insulator and, in particular, electrically isolates the electrical components of the arrangement from one another enables a particularly power-dense construction.
  • the cooling device comprises a condenser for recooling the fluid under at least partial condensation and a fan pump driven by the heat engine for acting on the condenser by an air flow, for example ambient air.
  • the cooling device By supplying the fan pump by the heat engine energy, the cooling device is advantageous independent of a vehicle cooling. It can be designed more precisely to the needs of the electrical components and operated independently of the operating state of a vehicle drive system. In addition, by the active flow of the condenser with air whose efficiency be improved, which in turn allows more compact capacitors.
  • a feed pump driven by the heat engine may be provided for returning at least partially condensed fluid to the assembly having at least one electrical component conveying the at least partially condensed fluid from a low pressure surge tank back to the assembly ,
  • fluid can advantageously be actively circulated, thus improving the cooling performance.
  • a generator that can be driven by the heat engine for generating electrical energy can be provided from the heat loss performance of the arrangement.
  • a generator which generates power in excess capacity of the heat engine and thus further improves the overall efficiency of the system.
  • the generator can equally permanently connected to the heat engine or with this optionally, for example via a coupling, be coupled, with both can be operated in a respectively low speed ranges by a switched between heat engine and generator gearbox.
  • the generator may also be regulated, the power output to the heat engine and thus the operation of the cooling device.
  • control valves and / or controllable pumps in particular a controllable fan pump and / or feed pump can be provided.
  • the arrangement with at least one electrical component can be arranged in a tightly closed, at least partially filled by the fluid housing, which has a fluid supply and / or removal, and in which a fluid sump is formed, in which the electrical components, preferably without Housing are completely or partially immersed.
  • This preferably separate sealed housing can preferably in an engine room, such as a transmission housing or an electric motor housing, arranged, in particular be integrated.
  • a particularly advantageous application of a cooling device according to the invention results in tracked vehicles or vehicles with wheel-side steering, which have an encased or at least partially encased engine compartment.
  • cooling water cooling device eliminates the above-explained limitation of the cooling water temperature. Even at high outside temperatures, for example more than 50 ° C., it can be ensured that the electronics do not overheat. According to the invention, power electronics can therefore advantageously be integrated in the at least partially encapsulated engine room, where temperatures of in some cases significantly above 100 ° C. can prevail.
  • Fig. 1 shows a cooling device according to an embodiment of the present invention
  • the cooling device illustrated in FIG. 1 is intended to sustainably cool power electronics 1 integrated in an enclosed engine compartment of a vehicle (not shown).
  • the electronics 1 is in the normal operating condition of the liquid phase of a so-called wet steam, i. Both in liquid and gas or vapor phase present fluid 2 lapped and completely covered to prevent at any time the overheating of components of the power electronics 1 and at the same time to ensure electrical insulation against each other and against a fluid-tight housing 3. This also applies to inclinations, as they occur regularly, especially in tracked vehicles.
  • the electronics 1 develops heat which it delivers to the fluid 2. This O
  • the refrigerator housing 3 is designed as a pressure-resistant container.
  • the fluid vapor is discharged to a heat engine in the form of a turbine 4, which is preferably located in the lid of the container or communicates with a fluid discharge arranged there.
  • the turbine 4 relaxes the steam and gives off energy to a shaft 5.
  • the turbine 4 thus separates a high and a low pressure side of the fluid vapor.
  • the expanded steam is forwarded to a condenser 8.
  • the wave energy of the shaft 5 is consumed primarily by a fan pump 6, which sucks in ambient air 7a, and generates a cooling air flow 7b or 7c, which flows through the condenser 8 on one side of the air.
  • the condensation energy of the fluid is transferred to the air and discharged from this into the environment.
  • the fluid is at least partially condensed.
  • the liquid condensate collects in a reservoir 9.
  • the reservoir 9 is also pressure-tight.
  • a feed pump 10 liquid fluid is fed back through a fluid supply into the pressure chamber of the cooling device housing 3.
  • the feed pump 10 is also connected via the shaft 5 to the turbine 4, which supplies the feed pump 10 with energy.
  • a generator 11 can be coupled to the shaft 5, which reduces excess wave energy, stores in an electrical intermediate circuit, and thus improves the overall efficiency of the system. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Eine Kühlvorrichtung für eine Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement, insbesondere eine Leistungselektronik (1), für ein Fahrzeug, wobei die Anordnung über ein Fluid (2) im Siedekühlverfahren kühlbar ist, umfasst eine Wärmekraftmaschine (4), insbesondere eine Dampfturbine oder Verdrängermaschine, zur Entspannung von beim Siedekühlen verdampftem Fluid.

Description

RENK Aktiengesellschaft
Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Bauelements für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement, insbesondere eine Leistungselektronik, für ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrzeug mit gekapseltem oder teilgekapseltem Triebwerksraum, wobei die Anordnung über ein Fluid im Siedekühlverfahren kühlbar ist, ein Fahrzeug mit einer solchen Kühlvorrichtung sowie ein Verfahren zur Kühlung einer Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement.
Elektrische, insbesondere elektronische Bauelemente, wie sie beispielsweise in einer Leistungselektronik zur Bereitstellung elektrischer Energie enthalten sind, die in sogenannten Powerpacks, i.e. Antriebsaggregaten mit Motor und Getriebeeinheit, für militärische Fahrzeuge eingesetzt wird, sind bisher auf einer mit Kühlwasser durchströmten Platte montiert, um ihre Abwärme abzuführen. Die Oberseite der Bauelemente wird von Luft umströmt, die über Ventilatoren aktiv zirkuliert wird, um lokale thermische Spitzenlasten zu vermeiden. Der mehrfache Wärmeübergang vom Entstehungsort der Abwärme im Bauelement zum Kühlwasser über mehrere Gehäusewände erfordert eine relative große Temperaturdifferenz zwischen Kühlwasser und Bauelement, so dass Kühlwassertemperaturen von maximal 700C zugelassen werden.
Aus der DE 9309428 U1 ist allgemein bekannt, elektronische Bauelemente durch ein Siedekühlverfahren zu kühlen. Aus betriebsinterner Praxis ist ein Antrieb mit einer siedegekühlten Leistungselektronik in einem Kettenfahrzeug oder einem Fahrzeug mit Radseitenlenkung bekannt, bei der elektronische Bauelemente durch ein siedendes Fluid gekühlt werden. Der Dampf wird in einem Kondensator kondensiert und der Leistungselektronik flüssig wieder zugeführt. Die dabei im verdampften Fluid gespeicherte Enthalpie bleibt ungenutzt, so dass der Wirkungsgrad der Kühlung suboptimal ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kühlung einer Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement in einem Fahrzeug zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Kühlvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale weitergebildet. Anspruch 9 stellt das zugehörige Kühlverfahren, Anspruch 8 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung unter Schutz. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprϋche.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist zur Kühlung einer Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement, insbesondere einer Leistungselektronik, für ein Fahrzeug vorgesehen und so ausgebildet, dass die Anordnung über ein Fluid im Siedekühlverfahren kühlbar ist. Hierzu ist in einer bevorzugten Ausführung eine Fluidzu- und -abfuhr zu bzw. von der Anordnung sowie ein Fluidsumpf vorgesehen, in dem die elektrischen Bauelemente, vorzugsweise ohne Gehäuse, ganz oder teilweise eingetaucht sind. Das Fluid weist bei dem im Fluidsumpf vorliegenden Druck bevorzugt eine Siedetemperatur auf, die unter einer für diese Bauelemente kritischen Betriebstemperatur liegt. Weisen verschiedene Bauelemente der Anordnung unterschiedliche kritische Betriebstemperaturen auf, so weist das Fluid bevorzugt eine Siedetemperatur auf, die unter der niedrigsten dieser kritischen Betriebstemperaturen liegt.
Geben die elektrischen Bauelemente Wärme ab, so nimmt das sie umgebende, dabei wenigstens teilweise in flüssiger Phase vorliegende Fluid unter Sieden bzw. Verdampfen diese Wärme auf. Während des Siedevorgangs bleibt die Fluidtemperatur vorteilhaft im Wesentlichen konstant.
Der beim Sieden entstehende Dampf wird nun erfindungsgemäß einer Wärmekraftmaschine, beispielsweise einer Turbine, insbesondere einer Dampfturbine, oder einer Verdrängermaschine, zugeführt, in der der Dampf entspannt, i.e. der Druck des dabei wenigstens teilweise dampfförmig vorliegenden Fluids reduziert und somit dem Dampf Energie entzogen wird.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Entspannung in der Wärmekraftmaschine ohne Phasenwechsel, um die Wärmekraftmaschine günstig zu betreiben. Gleichermaßen ist es jedoch auch möglich, den Dampf bereits in der Wärmekraftmaschine ganz oder teilweise wieder in die flüssige Phase zu entspannen, i.e. ganz oder teilweise zu kondensieren.
Erfindungsgemäß wird einerseits vorteilhaft Energie aus dem Kühlfluid entnommen, indem der entstehende Dampf in der Wärmekraftmaschine entspannt wird. Durch die Verminderung der Energie des Dampfes in der Wärmekraftmaschine kann die dann beispielsweise noch über einen Kondensator oder dergleichen abzuführende Wärmeenergie gegenüber einer betriebsintern bekannten Kühlvorrichtung, in der die gesamte Wärmeenergie über einen solchen Kondensator abzuführen ist, vorteilhaft reduziert werden. Entsprechend kann ein solcher Kondensator kleiner und kompakter bauen.
Auf der anderen Seite kann die Abwärme der elektrischen Bauelemente vorteilhaft wenigstens teilweise, beispielsweise zum Betrieb von Pumpen, Generatoren und/oder anderen Verbrauchern genutzt und so der Wirkungsgrad der Kühlung verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Fluid bei 200C eine elektrische Leitfähigkeit von höchstens 10"0 (Ωm)'1 auf, so dass es im Wesentlichen als elektrischer Isolator dient und insbesondere die elektrischen Bauelemente der Anordnung gegeneinander elektrisch isoliert. Dies ermöglicht eine besonders leistungsdichte Bauweise.
Bevorzugt weist die Kühlvorrichtung einen Kondensator zum Rückkühlen des Fluids unter wenigstens teilweiser Kondensation sowie eine von der Wärmekraftmaschine antreibbare Lüfterpumpe zur Beaufschlagung des Kondensators durch einen Luftstrom, beispielsweise Umgebungsluft, auf.
Durch die Versorgung der Lüfterpumpe durch die Wärmekraftmaschinenenergie ist die Kühlvorrichtung vorteilhaft von einer Fahrzeugkühlung unabhängig. Sie kann genauer auf den Bedarf der elektrischen Bauelemente ausgelegt und unabhängig vom Betriebszustand einer Fahrzeugsantriebsanlage betrieben werden. Zudem kann durch das aktive Anströmen des Kondensators mit Luft dessen Wirkungsgrad verbessert werden, was wiederum kompaktere Kondensatoren ermöglicht.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Lüfterpumpe kann eine von der Wärmekraftmaschine antreibbare Speisepumpe zur Rückförderung von wenigstens teilweise kondensiertem Fluid zu der Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement vorgesehen sein, die das wenigstens teilweise kondensierte Fluid aus einem Niederdrucksammei- bzw. -ausgleichsbehälter zurück zu der Anordnung befördert. Hierdurch kann vorteilhaft Fluid aktiv umgewälzt und so die Kühlleistung verbessert werden.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Lüfterpumpe und/oder Speisepumpe kann ein von der Wärmekraftmaschine antreibbarer Generator zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Wärmeverlustleistung der Anordnung vorgesehen sein. Beispielsweise kann an eine Welle der Wärmekraftmaschine ein Generator angeschlossen sein, der bei Überkapazitäten der Wärmekraftmaschine Strom erzeugt und somit den Gesamtwirkungsgrad des Systems weiter verbessert. Der Generator kann gleichermaßen dauernd mit der Wärmekraftmaschine verbunden oder mit dieser wahlweise, beispielsweise über eine Kupplung, koppelbar sein, wobei durch ein zwischen Wärmekraftmaschine und Generator geschaltetes Getriebe beide in jeweils günstigen Drehzahlbereichen betrieben werden können. Durch den Generator kann bevorzugt auch die Leistungsabgabe an die Wärmekraftmaschine und damit der Betrieb der Kühlvorrichtung geregelt werden. Hierzu können zusätzlich oder alternativ auch Regelventile und/oder regelbare Pumpen, insbesondere eine regelbare Lüfterpumpe und/oder Speisepumpe vorgesehen sein.
Die Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement kann in einem dicht abgeschlossenen, von dem Fluid wenigstens teilweise gefüllten Gehäuse angeordnet sein, welches eine Fluidzu- und/oder -abfuhr aufweist, und in dem ein Fluidsumpf ausgebildet ist, in dem die elektrischen Bauelemente, vorzugsweise ohne Gehäuse, ganz oder teilweise eingetaucht sind.
Dieses vorzugsweise separate dicht abgeschlossenen Gehäuse kann bevorzugt in einem Triebwerksraum, beispielsweise einem Getriebegehäuse oder einem Elektromotorgehäuse, angeordnet, insbesondere integriert sein.
Eine besonderes vorteilhafte Anwendung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ergibt sich bei Kettenfahrzeugen oder Fahrzeugen mit Radseitenlenkung, die einen gekapselten oder wenigstens teilgekapselten Triebwerksraum aufweisen.
Aufgrund einer vorteilhaft vom Kühlwasser unabhängigen Kühlvorrichtung entfällt die oben erläuterte Begrenzung der Kühlwassertemperatur. Auch bei hohen Außentemperaturen, beispielsweise mehr als 500C, kann sichergestellt werden, dass die Elektronik nicht überhitzt. Erfindungsgemäß kann eine Leistungselektronik deshalb vorteilhaft im wenigstens teilgekapselten Triebwerksraum integriert werden, wo Temperaturen von teilweise deutlich über 1000C herrschen können.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert, die einzige
Fig. 1 eine Kühlvorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung.
Die in Fig.1 dargestellte Kühlvorrichtung ist dazu vorgesehen, eine Leistungselektronik 1 ,die in einem gekapselten Triebwerksraum eines Fahrzeugs integriert ist (nicht dargestellt), nachhaltig zu kühlen.
Die Elektronik 1 wird im normalen Betriebszustand von der flüssigen Phase eines als sogenannter Nassdampf, i.e. sowohl in flüssiger als auch gas- bzw. dampfförmiger Phase vorliegenden Fluids 2 umspült und komplett bedeckt, um jederzeit die Überhitzung von Bauelementen der Leistungselektronik 1 zu verhindern sowie gleichzeitig die elektrische Isolation gegeneinander und gegen ein fluiddichtes Gehäuse 3 zu gewährleisten. Dies gilt auch für Schräglagen, wie sie insbesondere bei Kettenfahrzeugen regelmäßig auftreten.
Im Betrieb entwickelt die Elektronik 1 Wärme, die sie an das Fluid 2 abgibt. Dies o
führt zu einem teilweisen Verdampfen der flüssigen Phase des Fluids 2, wobei jedoch die Elektronik 1 weiterhin von der flüssigen Phase umspült und komplett bedeckt bleibt. Der entstehende Dampf, i.e. die gas- bzw. dampfförmige Phase des Fluids 2 sammelt sich aufgrund der Schwerkraft im oberen Bereich des Kühlvorrichtungsgehäuses 3. Das Kühlvorrichtungsgehäuse 3 ist als druckfester Behälter ausgeführt.
Durch das Verdampfen des Fluids bildet sich im Behälter 3 ein Überdruck. Der Fluiddampf wird zu einer Wärmekraftmaschine in Form einer Turbine 4 abgeführt, die sich vorzugsweise im Deckel des Behälters befindet bzw. mit einer dort angeordneten Fluidabfuhr kommuniziert.
Die Turbine 4 entspannt den Dampf und gibt dabei Energie an eine Welle 5 ab. Die Turbine 4 trennt damit eine Hoch- und eine Niederdruckseite des Fluiddampfes. Der entspannte Dampf wird an einen Kondensator 8 weitergeleitet.
Die Wellenenergie der Welle 5 wird primär von einer Lüfterpumpe 6 verbraucht, die Umgebungsluft 7a ansaugt, und einen Kühlluftstrom 7b bzw. 7c erzeugt, der auf einer Luftseite den Kondensator 8 durchströmt. Die Kondensationsenergie des Fluids wird dabei an die Luft übertragen und von dieser in die Umgebung abgeführt.
Im Kondensator 8 wird das Fluid wenigstens teilweise kondensiert. Das flüssige Kondensat sammelt sich in einem Reservoir 9. Das Reservoir 9 ist ebenfalls druckdicht ausgeführt. Über eine Speisepumpe 10 wird flüssiges Fluid durch eine Fluidzufuhr in den Druckraum des Kühlvorrichtungsgehäuse 3 zurückgefördert. Die Speisepumpe 10 ist über die Welle 5 ebenfalls mit der Turbine 4 verbunden, die die Speisepumpe 10 so mit Energie versorgt.
Optional kann an die Welle 5 ein Generator 11 angekoppelt werden, der überschüssige Wellenenergie abnimmt, in einem elektrischen Zwischenkreis speichert, und somit den Gesamtwirkungsgrad des Systems verbessert. Bezugszeichenliste
1 Leistungselektronik
2 Fluid
3 Kühlvorrichtungsgehäuse 4 Turbine
5 Welle
6 Lüfterpumpe
7a Angesaugte Umgebungsluft
7b Luft vor Kondensator 7c Luft nach Kondensator
8 Kondensator
9 Reservoir
10 Speisepumpe
11 Generator

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung für eine Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement, insbesondere eine Leistungselektronik (1), für ein Fahrzeug, wobei die Anordnung über ein Fluid (2) im Siedekühlverfahren kühlbar ist, gekennzeichnet durch eine Wärmekraftmaschine (4), insbesondere eine
Dampfturbine oder Verdrängermaschine, zur Entspannung von beim Siedekühlen verdampftem Fluid.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Siedetemperatur aufweist, die unter einer für die elektrischen Bauelemente der Anordnung kritischen Betriebstemperatur liegt.
3. Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid bei 200C eine elektrische Leitfähigkeit von höchstens 10"6 (Ωm)"1 aufweist, insbesondere die elektrischen Bauelemente der Anordnung gegeneinander elektrisch im Wesentlichen isoliert.
4. Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine von der Wärmekraftmaschine antreibbare Lüfterpumpe (6).
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Kondensator (8) zum Rückkühlen des Fluids, der durch einen Luftstrom (7b) von der Lüfterpumpe beaufschlagbar ist.
6. Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine von der Wärmekraftmaschine antreibbare Speisepumpe (10) zur Rückförderung von wenigstens teilweise kondensiertem Fluid zu der Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement.
7. Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen von der Wärmekraftmaschine antreibbaren Generator (11) zur
Erzeugung elektrischer Energie aus der Wärmeverlustleistung der Anordnung.
8. Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement in einem dicht abgeschlossenen, von dem Fluid wenigstens teilweise gefüllten Gehäuse (3) angeordnet ist.
9. Fahrzeug, insbesondere Kettenfahrzeug oder Fahrzeug mit Radseitenlenkung, mit gekapseltem oder teilgekapseltem Triebwerksraum und einer Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mit wenigstens einem elektrischen Bauelement im Triebwerksraum des Fahrzeugs angeordnet ist.
10. Verfahren zur Kühlung eine Anordnung mit wenigstens einem elektrischen
Bauelement (1 ) mittels einer Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8 mit den Schritten:
Kühlen der Anordnung über ein Fluid (2) im Siedekühlverfahren; und Entspannung von beim Siedekühlen verdampftem Fluid mittels der Wärmekraftmaschine (4).
EP08871354A 2008-01-21 2008-11-03 Vorrichtung und verfahren zur kühlung eines elektrischen bauelements für ein fahrzeug Withdrawn EP2260685A1 (de)

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