EP2441078A1 - Kühlmediumsleitungsverschaltung zum erreichen sehr gleichmässiger kühltemperaturen und hoher verfügbarkeit insbesondere von leistungsmaschinen - Google Patents

Kühlmediumsleitungsverschaltung zum erreichen sehr gleichmässiger kühltemperaturen und hoher verfügbarkeit insbesondere von leistungsmaschinen

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EP2441078A1
EP2441078A1 EP10718130A EP10718130A EP2441078A1 EP 2441078 A1 EP2441078 A1 EP 2441078A1 EP 10718130 A EP10718130 A EP 10718130A EP 10718130 A EP10718130 A EP 10718130A EP 2441078 A1 EP2441078 A1 EP 2441078A1
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cooling
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return
flow
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Norbert Huber
Michael Meinert
Armin Rastogi
Karsten Rechenberg
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Siemens AG
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    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/104—Particular pattern of flow of the heat exchange media with parallel flow

Abstract

Es soll bei einer Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Leistungskomponente (L) mit mindestens einer Kühlmediumsleitung (KL), einer Kühlmediumspumpe (P) und einem Wärmetauscher (WT) eine gleichmäßige Temperatur der zu kühlenden Maschinen bewirkt werden. Es sollen zudem Ströme von Kühlmedien (F) klein gehalten werden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Rücklauf (R) entlang einem Vorlauf (V) zurück in Richtung eines Eintritts (E), bis zu einem Austritt (A) verläuft. Auf diese Weise wird eine Gegenstromverschaltung zur Mittelung einer Vorlauf- und einer Rücklauftemperatur eines Kühlmediums (F) bewirkt. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Leistungsmaschinen.

Description

Beschreibung
Kühlmediumsleitungsverschaltung zum Erreichen sehr gleichmäßiger Kühltemperaturen und hoher Verfügbarkeit insbesondere von Leistungsmaschinen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Bei der Kühlung von Leistungsmaschinen wird typischerweise an einer Kühlfläche eine Kühlplatte angebracht, die die entstandene Wärme an ein fluides Kühlmedium abführt. Das fluide Kühlmedium kann eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas sein. Beim Durchströmen dieser Kühlplatte erwärmt sich das Kühlmedium, was zur Folge hat, dass im Bereich des Eintritts stärker gekühlt wird, als im Austritt. Figur 1 stellt ein herkömmliches Ausführungsbeispiel zur Kühlung einer Leistungsmaschine dar. Ein ähnliches Problem tritt auf im Falle einer sequentiellen Kühlung mehrere Leistungskomponenten. Hier wird die Komponente, die am Ende der Reihe des Kühlzuges liegt am schlechtesten gekühlt. Figur 2 zeigt ein herkömmliches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung mehrerer Komponenten. Eine derartige ungleichmäßige Kühlung bewirkt einerseits eine ungleichmäßige Temperatur der zu kühlenden Elemente. Dies führt unter Umständen zu unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften, beispielsweise bei Doppelschichtkondensatoren. Ein weiterer Nachteil ist das Erfordernis sehr großer Kühlmediumsströme, da die Kühlung für den ungünstigsten Ort ausge- legt werden muss.
Herkömmlicherweise werden diese Nachteile in Kauf genommen. Die Kühlmittelströme werden sehr groß ausgelegt. Im Falle eines Systems mehrerer Leistungskomponenten werden mehrere Kühlzüge benötigt, was einen größeren Verrohrungsaufwand erfordert und was eine gegenseitige Abstimmung der Kühlzüge, beispielsweise durch Regulierventile, notwendig macht. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Kühlung von Komponenten, insbesondere Leistungsmaschinen, mit einem fluiden Kühlmedium oder Kühlmittel derart bereitzustellen, dass eine gleichmäßige Temperatur der zu kühlenden Maschinen bewirkt wird. Es sollen Kühlmediumsströme klein gehalten werden.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und einem Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Komponente, insbesondere einer Leistungsmaschine, bereitgestellt mit mindestens einem fluiden Kühlmedium, mit mindestens einer Kühlmediumsleitung mit einem eine Länge aufweisenden Verlauf von einem Eintritt für das Kühlmedium in die Komponente, in der Komponente, bis zu einem Austritt für das Kühlmedium aus der Komponente, wobei von dem Eintritt bis zu einem Bereich in einer Mitte der Länge ein Vorlauf für das Kühlmedium und ab dem Bereich in der Mitte der Länge bis zum Austritt ein Rücklauf für das Kühlmedium definiert sind; wobei jede Kühlmediumsleitung außerhalb der Komponente (n) zusätzlich durch eine Zirkulation des Kühlmediums in der Kühlmediumsleitung bewirkenden Kühlmediumspumpe, und durch einen eine Abgabe von Wärme des durch die Komponen- te aufgewärmten Kühlmediums bewirkenden Wärmetauscher verläuft. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Verlauf des Rücklaufs entlang eines Verlaufs des Vorlaufs zurück in Richtung des Eintritts, bis zu dem Austritt verläuft.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Kühlen mindestens einer Komponente, insbesondere einer Leistungsmaschine, beansprucht. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Mitteln von Temperaturen des Kühlmediums im Vorlauf mit Temperaturen des Kühlmediums im Rücklauf erfolgt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind eine effektivere Kühlung. Das heißt bei dem selben Kühlmediumsstrom ergibt sich eine niedrigere Hotspottemperatur der Leistungskomponen- te . Des Weiteren wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung der Leistungskomponente oder der Leistungskomponenten bewirkt. Des Weiteren ergibt sich eine höhere Ausfallsicherheit für die Leistungskomponenten. Alle genannten Vorteile resultieren schließlich in einer höheren Leistungsdichte der Komponente, was einem aktuellen Trend vieler technischer Entwicklungen in der Energie- und Elektrotechnik entgegenkommt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei mehreren Komponenten die Kühlmediumsleitung einen eine Länge aufweisenden Verlauf von einem Eintritt für das Kühlmedium in eine erste Komponente, durch alle Komponenten zweimal hindurch, bis zu einem Austritt für das Kühlmedium aus der ersten Komponente aufweisen, wobei von dem Eintritt bis zu einem Bereich in der Mitte der Länge durch alle Komponenten einmal hindurch der Vorlauf für das Kühlmedium und ab dem Bereich in der Mitte der Länge wieder zurück durch alle Komponenten ein weiteres Mal hindurch bis zum Austritt der Rücklauf für das Kühlmedium definiert werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können der Vorlauf und der Rücklauf, in dem Bereich der Mitte getrennt, durch Abschnitte zweier getrennter Kühlmediumsleitungen erzeugt sein, wobei jeweils ein fluides Kühlmedium in jeder Kühlmediumsleitung getrennt zirkulieren und zwei Kreisläufe mit jeweils einer Kühlmediumspumpe und einem Wärmetauscher ausgebildet sein können. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer höheren Ausfallsicherheit von Leistungskomponenten, da Kreisläufe redundant bereitgestellt sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die fluiden Kühlmedien in jeder Kühlmediumsleitung in der gleichen Richtung zirkulieren. Auf diese Weise wird eine erste Komponente besser gekühlt, als eine letzte Komponente. Dies kann in bestimmten Fällen vorteilhaft sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können im Fall einer Komponente der Vorlauf und der Rücklauf in einer Kühlplatte der Komponente integriert sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können im Fall mehrerer Komponenten der Vorlauf in jeweils einer Kühlplatte je Komponente und der Rücklauf in jeweils einer weiteren Kühlplatte je Komponente integriert sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können im Fall mehrerer Komponenten je Komponente die beiden Kühlplatten flächig zueinander in Kontakt erzeugt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können im
Fall mehrerer Komponenten der Vorlauf und der Rücklauf in jeweils einer Kühlplatte je Komponente integriert sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können der Vorlauf durch rechtwinklig zueinander angeordnete gerade
Streckenabschnitte und der Rücklauf durch dazu jeweils parallele Streckenabschnitte erzeugt sein. Ein Abstand zwischen Vorlauf und Rücklauf kann konstant gehalten sein. Der Abstand kann beispielsweise bis zum 15-fachen eines Durchmessers der Kühlmediumsleitung sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können der Vorlauf und der Rücklauf der Kühlmediumsleitung die Komponente (n) jeweils über eine gesamte Oberfläche der Komponente (n) überstreichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mehrere Paare von Vorläufen und Rückläufen jeweils durch Abschnitte zweier getrennter Kühlmediumsleitungen ausgebildet sein, wobei jeweils ein fluides Kühlmedium in jeder Kühlmediumsleitung getrennt zirkulieren und mehrere Paare von zwei Kreisläufen ausgebildet sein können. Auf diese Weise kann ei- ne Ausfallsicherheit der Leistungskomponenten weiter erhöht werden. Kühlkreisläufe sind damit redundant bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen :
Figur 1 ein herkömmliches Ausführungsbeispiel zur Kühlung einer größeren Leistungsmaschine; Figur 2 ein weiteres herkömmliches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung mehrere Komponenten, insbesondere mehrerer Leistungsmaschinen; Figur 3 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zur Kühlung einer Komponente, insbeson- dere einer Leistungskomponente, insbesondere einer
Leistungsmaschine;
Figur 4 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung einer Mehrzahl von Leistungskomponenten; Figur 5 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung mehrerer Leistungskomponenten; Figur 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung einer Mehrzahl von Leistungskomponenten.
Figur 1 zeigt ein herkömmliches Ausführungsbeispiel zur Kühlung einer größeren Leistungsmaschine L. Dabei bezeichnet WT einen Wärmetauscher zur Abgabe von Wärme eines durch die Kom- ponente aufgewärmten Kühlmediums F. Der Wärmetauscher WT kann ebenso als Rückkühler bezeichnet werden. Bezugszeichen P kennzeichnet eine Kühlmediumspumpe für eine Zirkulation des Kühlmediums F in einer Kühlmediumsleitung KL. Bezugszeichen K kennzeichnet eine Kühlplatte. F bezeichnet das Kühlmedium. TFin bezeichnet eine Temperatur des Kühlmediums F in der Nähe eines Eintritts E. TFout bezeichnet die Temperatur des Kühlmediums F nahe eines Austritts A. Tin bezeichnet die Temperatur der Leistungskomponente L nahe des Kühlmediumsein- tritts E. Tout bezeichnet die Temperatur der Leistungskomponente L in der Nähe des Kühlmediumsaustritts A. Dabei ist die Temperatur TFin kleiner als die Temperatur TFout. Des Weiteren ist ebenso die Temperatur Tin kleiner als die Temperatur Tout. Diese herkömmliche Vorrichtung zur Kühlung einer Leistungskomponente L weist keinen Rücklauf auf, der entlang eines Vorlaufs zurück in Richtung des Eintritts, bis zu dem Austritt verläuft. Eintritt E und Austritt A sind voneinander mit einem großen Abstand beabstandet. Des Weiteren erfolgt ein Rücklauf nicht entlang eines Vorlaufes zurück in Richtung des Eintritts E. Der Eintritt ist mit den Bezugszeichen E gekennzeichnet. Der Austritt ist mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet. Beim Durchströmen der Kühlplatte K erwärmt sich das Kühlmedium F, was zur Folge hat, dass im Bereich des Ein- tritts E stärker gekühlt wird, als am Austritt A.
Figur 2 zeigt ein weiteres herkömmliches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung mehrere Komponenten, insbesondere mehrerer Leistungsmaschinen. Das Bezugszeichen WT be- zeichnet einen Wärmetauscher, der ebenso als Rückkühler bezeichnet werden kann. Bezugszeichen P bezeichnet eine Kühlmediumspumpe. Die Kühlmediumspumpe P bewirkt eine Zirkulation eines Kühlmediums F in einer Kühlmediumsleitung KL. Der Wärmetauscher WT bewirkt eine Abgabe von Wärme des durch eine Leistungskomponente L1 aufgewärmten Kühlmediums F. Ll ... Ln bezeichnen die zu kühlenden Leistungskomponenten. Kl ... Kn bezeichnen die Kühlplatten an den jeweiligen Leistungskomponenten Ll ... Ln. Ein Kühlmedium ist ebenso mit F gekennzeichnet. TFl ist die Temperatur des Kühlmediums F nach der ersten Leistungskomponente Ll. TFn ist die Temperatur des Kühlmediums F nach der n. Leistungskomponente Ln. Eine Temperatur Tl ist die Temperatur der ersten Leistungskomponente Ll und Tn ist die Temperatur der n. Leistungskomponente Ln. Die Temperatur TFl des Kühlmediums F nach der ersten Leistungskompo- nente Ll ist kleiner, als die Temperatur TFn des Kühlmediums F nach der n. Leistungskomponente Ln. Des Weiteren ist die Temperatur Tl in der ersten Leistungskomponente Ll kleiner, als die Temperatur Tn in der n. Leistungskomponente Ln. Figur 2 zeigt den Fall einer sequentiellen Kühlung mehrerer Leitungskomponenten Li. Hier wird die Leistungskomponente Ln, die am Ende der Reihe des Kühlzugs liegt, am schlechtesten gekühlt. E bezeichnet einen Eintritt des Kühlmediums F in die erste Leistungskomponente Ll. A bezeichnet einen Austritt des Kühlmediums F aus der letzten zu kühlenden Leistungskomponente Ln .
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung einer Komponente, insbesondere einer Leistungskomponente L, insbesondere einer Leistungsmaschine. WT bezeichnet einen Wärmetauscher zur Abgabe von Wärme eines durch die Leistungskomponente L aufgewärmten Kühlmediums F. L ist die zu kühlende Leistungskomponente. P bezeichnet eine Kühlmediumspumpe zur Zirkulation des Kühlmediums F in einer Kühlmediumsleitung KL. L bezeichnet die zu kühlende Leistungskomponente. K bezeichnet eine Kühlplatte. Bei der Kühlung von Leistungsmaschinen wird typischerweise an einer Kühlfläche der Leistungskomponente L eine Kühlplatte K ange- bracht, die die entstandene Wärme an das Kühlmedium F abführt. E bezeichnet einen Eintritt für das Kühlmedium F in die Leistungskomponente L. A bezeichnet einen Austritt des Kühlmediums F aus der zu kühlenden Leistungskomponente L. Eintritt E und Austritt A führen das Kühlmedium F in eine Kühlplatte K beziehungsweise aus der Kühlplatte K. Am Austritt A tritt das Kühlmedium F aus der Kühlplatte K bzw. der Leistungskomponente L aus. V bezeichnet einen Vorlauf und R bezeichnet einen Rücklauf für das Kühlmedium F. Figur 3 zeigt die Kühlmediumsleitung KL mit einem eine Länge aufweisenden Verlauf von dem Eintritt E für das fluide Kühlmedium F in die Leistungskomponente L, in der Komponente L, bis zu dem Austritt A für das Kühlmedium F aus der Leistungskomponente L, wobei von dem Eintritt E bis zu einem Bereich in einer Mitte M der Länge der Vorlauf V für das Kühlmedium F und ab dem Bereich in der Mitte M der Länge der Rücklauf R für das Kühlmedium F bis zum Austritt A definiert sind. Außerhalb der Leistungskomponente L führt die Kühlmediumsleitung KL durch eine Kühlmediumspumpe P und einem Wärmetauscher WT. Der Rück- lauf R verläuft entlang dem Vorlauf V zurück in Richtung des Eintritts E bis zu dem Austritt A. TFin bezeichnet die Temperatur des Kühlmediums F am Eintritt E und TFout bezeichnet die Temperatur des Kühlmediums F am Austritt A. Dabei ist die Temperatur TFin kleiner, als die Temperatur TFout. Tl bezeichnet die Temperatur nahe dem Kühlmitteleintritt E. T2 bezeichnet die Temperatur in dem Bereich der Mitte M der Länge des Verlaufs von dem Eintritt E für das fluide Kühlmedium F in die Komponente L, in der Komponente L, bis zu dem Aus- tritt A für das Kühlmedium F aus der Leistungskomponente L. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Vorlauf V und Rücklauf R sind die Temperaturen Tl und T2 annähernd gleich. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige Temperatur der Leistungskomponente L erzeugt. Im Falle einer Leistungskomponente L kann der Vorlauf V und der Rücklauf R in einer Kühlplatte K der Komponente integriert sein. Der Vorlauf V kann durch rechtwinklig zueinander angeordnete gerade Streckenabschnitte und der Rücklauf R durch dazu jeweils parallele Streckenabschnitte erzeugt sein. Die Beabstandung des Vorlaufs V zum Rücklauf R kann beispielsweise bis zu dem 20-fachen eines
Kühlmediumsleitungsdurchmessers sein. Diese Beabstandung kann ebenso durch eine Dicke von zu kühlenden Leistungskomponenten vorgegeben sein (siehe Figur 4) .
Figur 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung einer Mehrzahl von Leistungskomponenten Li. WT bezeichnet einen Wärmetauscher oder Rückkühler zur Abgabe von Wärme eines durch die Leistungskomponenten Li aufgewärmten Kühlmediums F. P bezeichnet eine Kühlmediumspumpe zur Zirkulation des Kühlmediums F in einer Kühlmediumsleitung KL. Ll ... Ln bezeichnen die zu kühlenden Leistungskomponenten Li. Kl ... Kn bezeichnen Kühlplatten. F bezeichnet das Kühlmedium. KL bezeichnet eine Kühlmediumsleitung. E bezeichnet einen Eintritt für das Kühlmedium F in ei- ne erste Leistungskomponente Ll. A bezeichnet einen Austritt für das Kühlmedium F aus der ersten Leistungskomponente Ll. Von dem Eintritt E bis zu einem Bereich in einer Mitte M der Länge durch alle Leistungskomponenten Li einmal hindurch, ist ein Vorlauf V für das Kühlmedium F und ab dem Bereich in der Mitte M der Länge wieder zurück durch alle Leistungskomponenten Li ein weiteres Mal hindurch bis zum Austritt A, ist ein Rücklauf R für das Kühlmedium F definiert. TFl ist die Tempe- ratur des Kühlmediums F nach dem ersten Leistungselement Ll. TFn ist die Temperatur des Kühlmediums F nach dem n. Leistungskomponente Ln. Tl bezeichnet die Temperatur der ersten Leistungskomponente Ll und Tn bezeichnet die Temperatur der n. Leistungskomponente Ln. Dabei ist die Temperatur TFl des Kühlmediums F nach der ersten Leistungskomponente Ll kleiner, als die Temperatur TFn des Kühlmediums F nach der n. Leistungskomponente Ln. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun die Temperatur Tl der ersten Leistungskomponente Ll in etwa gleich der Temperatur Tn der n. Leistungskomponente Ln.
Gemäß Figur 3 und Figur 4 wird ein Vorlauf V und ein Rücklauf R zum Entwärmen von Leistungsmaschinen verwendet. Den Verlauf des Vorlaufs V und des Rücklaufs R des Kühlmediums F lässt sich durch eine Gegenstromverschaltung eine Mittelung einer Vorlauf- und einer Nachlauftemperatur des Kühlmediums F bewirken. Eine derartige Verschaltung lässt sich sowohl für die Kühlung einer einzelnen Leistungskomponente gemäß Figur 3, als auf für eine Reihe mehrerer zu kühlenden Leistungskomponenten vorteilhaft vornehmen (siehe Figur 4). Gemäß Figur 4 können im Fall mehrerer Leistungskomponenten Li der Vorlauf V in jeweils einer Kühlplatte K je Komponente L und der Rücklauf in jeweils einer anderen Kühlplatte K je Komponente L integriert sein. Es kann eine erfindungsgemäße Verschaltung mit zwei getrennten Kühlplatten gemäß Figur 4 rea- lisiert werden.
Figur 5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung mehrerer Leistungskomponenten Ln. Dabei entsprechen die Bezugszeichen der Figur 5 den Bezugszeichen der Figur 4. Im Unterschied zur Figur 4 sind in Figur 5 je Leistungskomponente L die beiden Kühlplatten K je Leistungskomponente L flächig zueinander in Kontakt erzeugt. Auf diese Weise entspricht die Temperatur TFl des Kühlmediums F nach der ersten Leistungskomponente Ll der Temperatur TFn des Kühlmediums F nach der n. Leistungskomponente Ln. Des Weiteren entspricht die Temperatur Tl der ersten Leistungskomponente Ll der Temperatur Tn der n. Leistungskom- ponente Ln. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Fall mehrerer Leistungskomponenten Li, wie es gemäß Figur 5 dargestellt ist, der Vorlauf V und der Rücklauf R in jeweils einer Kühlplatte K je Leistungskomponente Li integriert sein. Gemäß Figur 5 weisen die Kühlplatten K jeweils einen getrennten Vorlauf V und einen getrennten Rücklauf R auf.
Gemäß Figur 6 wird ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung einer Mehrzahl von Leistungskomponenten Li dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen der Figur 6 die gleichen Elemente wie gemäß der Figur 4. Figur 6 stellt eine weitere Schaltungsvariante mit zwei getrennten Kühlmediumswegen dar, die eine redundante Kühlung ermöglichen, wobei zwei getrennte Ströme von Kühlmedien Fl und F2 über getrennte, redundante Kühlmediums- pumpen Pl und P2, sowie Wärmetauscher WTl und WT2 verfügen.
Gemäß der Figur 6 sind der Vorlauf V und der Rücklauf R im Vergleich zu Figur 4 in dem Bereich der Mitte M getrennt, so dass Abschnitte zweier getrennter Kühlmediumsleitungen KLl und KL2 ausgebildet sind, wobei jeweils ein fluides Kühlmedium Fl und F2 in jeder Kühlmediumsleitung KLl und KL2 getrennt zirkuliert und zwei redundanten Kreisläufe mit jeweils einer Kühlmediumspumpe P und einem Wärmetauscher WT ausgebildet sind. Auf diese Weise ist eine höhere Ausfallsicherheit für Leistungskomponenten L erzeugt. Gemäß Figur 6 sind zwei Ausführungsformen möglich. Gemäß einer ersten Ausführungsform zirkulieren die fluiden Kühlmedien Fl und F2 in entgegen gesetzten Richtungen. Auf diese Weise entsprechen sich die Temperaturen Tl der ersten Leistungskomponente Ll und die Tempe- ratur Tn der n. Leistungskomponente Ln. Des Weiteren entsprechen sich die Temperaturen TFl des Kühlmediums Fl nach der ersten Leistungskomponente Ll und die Temperatur TFnA des Kühlmediums F2 nach der n. Leistungskomponente Ln. Gemäß die- ser Ausführungsform zirkuliert im Unterschied zu Figur 6 das Kühlmedium F2 im Uhrzeigersinn. Das Kühlmedium Fl zirkuliert entgegen dem Uhrzeigersinn.
Figur 6 stellt die zweite Ausführungsform dar, bei der die fluiden Kühlmedien Fl und F2 in jeder Kühlmediumsleitung KLl und KL2 in der gleichen Richtung, gemäß Figur 6 beide entgegen dem Uhrzeigersinn, zirkulieren. Gemäß dieser Ausführungsform ist dann die Temperatur des Tl der ersten Leistungskom- ponente Ll kleiner als die Temperatur Tn der n. Leistungskomponente Ln. Des Weiteren ist die Temperatur TFl des Kühlmediums Fl nach der ersten Leistungskomponente Ll kleiner, als die Temperatur TFnB des Kühlmediums F2 nach der n. Leistungskomponente Ln.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen gemäß Figur 6 können in einem ersten Fall der Vorlauf V in jeweils einer Kühlplatte K je Leistungskomponente Li und der Rücklauf R in jeweils einer weiteren Kühlplatte K je Leistungskomponente Li integriert sein. Des Weiteren können je Leistungskomponente Li die beiden Kühlplatten K flächig zueinander in Kontakt erzeugt sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können der Vorlauf V und der Rücklauf R zusammen in jeweils einer Kühlplatte K je Leistungskomponente Li integriert sein.
Es können mehrere Paare von Vorläufen V und Rückläufen R jeweils durch Abschnitte zweier getrennter Kühlmediumsleitungen KLl und KL2 ausgebildet sein, wobei jeweils ein fluides Kühlmedium Fl und F2 in jeder Kühlmediumsleitung KLl und KL2 ge- trennt zirkuliert und mehrere Paare von zwei Kreisläufen ausgebildet sein können.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Komponente, insbesondere einer Leistungsmaschine (L) , mit - mindestens einem fluiden Kühlmedium (F) ; mindestens einer Kühlmediumsleitung (KL) mit einem eine Länge aufweisenden Verlauf von einem Eintritt (E) für das Kühlmedium (F) in die Komponente (L) , in der Komponente (L) , bis zu einem Austritt (A) für das Kühlmedium (F) aus der Komponente (L) , wobei von dem Eintritt (E) bis zu einem Bereich in einer Mitte (M) der Länge ein Vorlauf (V) für das Kühlmedium (F) und ab dem Bereich in der Mitte (M) der Länge bis zum Austritt (A) ein Rücklauf (R) für das Kühlmedium (F) definiert sind; wobei jede Kühlmediumsleitung (KL) außerhalb der Kompo- nente (n) zusätzlich durch
- eine eine Zirkulation des Kühlmediums (F) in der Kühlmediumsleitung (KL) bewirkenden Kühlmediumspumpe (P), und durch
- einen eine Abgabe von Wärme des durch die Komponente (L) aufgewärmten Kühlmediums (F) bewirkenden Wärmetauscher (WT) verläuft; dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (R) entlang dem Vorlauf (V) zurück in Richtung des Eintritts (E), bis zu dem Austritt (A) verläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Komponenten (Li) die Kühlmediumsleitung (KL) einen eine Länge aufweisenden Verlauf von einem Eintritt (E) für das Kühlmedium (F) in eine erste Komponente (Kl), durch alle Komponenten (Ll...Ln) zweimal hindurch, bis zu einem Austritt (A) für das Kühlmedium (F) aus der ersten Komponente (Kl) aufweist, wobei von dem Eintritt (E) bis zu einem Bereich in der Mitte (M) der Länge durch alle Komponenten (Ll...Ln) einmal hindurch der Vorlauf (V) für das Kühlmedium (F) und ab dem Bereich in der Mitte (M) der Länge wieder zurück durch alle Komponenten (Ln...Ll) ein weiteres Mal hindurch bis zum Austritt (A) der Rücklauf (R) für das Kühlmedium (F) definiert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlauf (V) und der Rücklauf (R) , in dem Bereich der Mit- te (M) getrennt, durch Abschnitte zweier getrennter Kühlmediumsleitungen (KLl, KL2) erzeugt sind, wobei jeweils ein fluides Kühlmedium (Fl, F2) in jeder Kühlmediumsleitung (KLl, KL2) getrennt zirkuliert und zwei Kreisläufe mit jeweils einer Kühlmediumspumpe (P) und einem Wärmetauscher (WT) ausge- bildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiden Kühlmedien (Fl, F2) in jeder Kühlmediumsleitung (KLl, KL2) in der gleichen Richtung zirkulieren.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall einer Komponente L der Vorlauf (V) und der Rücklauf (R) in einer Kühlplatte (K) der Komponente (L) integriert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall mehrerer Komponenten (Ll...Ln) der Vorlauf (V) in jeweils einer Kühlplatte (K) je Komponente (L) und der Rücklauf (R) in jeweils einer weiteren Kühlplatte (K) je Komponente (L) integriert sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall mehrerer Komponenten (Ll...Ln) je Komponente (L) die beiden Kühlplatten (K) flächig zueinander in Kontakt erzeugt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall mehrerer Komponenten (Ll...Ln) der Vorlauf (V) und der Rücklauf (R) in jeweils einer Kühlplatte (K) je Komponente (L) integriert sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlauf (V) durch rechtwinklig zueinander angeordnete gerade Streckenabschnitte und der Rücklauf (R) durch dazu jeweils parallele Streckenabschnitte erzeugt sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlauf (V) und der Rücklauf (R) der Kühlmediumsleitung
(KL) die Komponente (n) jeweils über eine gesamte Oberfläche der Komponente (n) überstreichen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Paare von Vorläufen (V) und Rückläufen (R) jeweils durch Abschnitte zweier getrennter Kühlmediumsleitungen (KL) ausgebildet sind, wobei jeweils ein fluides Kühlmedium (F) in jeder Kühlmediumsleitung (KL) getrennt zirkuliert und mehrere Paare von zwei Kreisläufen ausgebildet sind.
12. Verfahren zum Kühlen mindestens einer Komponente, insbe- sondere einer Leistungsmaschine, mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Mitteln von Temperaturen des Kühlmediums (F) im Vorlauf (V) mit Temperaturen des Kühlmediums (F) im Rücklauf (R) .
EP10718130A 2009-06-10 2010-04-27 Kühlmediumsleitungsverschaltung zum erreichen sehr gleichmässiger kühltemperaturen und hoher verfügbarkeit insbesondere von leistungsmaschinen Withdrawn EP2441078A1 (de)

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