WO2018100075A1 - Two-phase cooling for an electric drive system - Google Patents

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WO2018100075A1
WO2018100075A1 PCT/EP2017/081009 EP2017081009W WO2018100075A1 WO 2018100075 A1 WO2018100075 A1 WO 2018100075A1 EP 2017081009 W EP2017081009 W EP 2017081009W WO 2018100075 A1 WO2018100075 A1 WO 2018100075A1
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coolant
component
cooling medium
cooling
cooled
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PCT/EP2017/081009
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Gunter Freitag
Andreas REEH
Guillermo ZSCHAECK
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/225Heat pipes
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    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
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    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/10Air crafts
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the invention relates to a highly efficient cooling of an electric drive system.
  • Such an electric drive system which can be designed as a purely electric or as a hybrid electric drive system, generally has at least one electric machine which is operated to drive the propulsion means of the vehicle as an electric motor. Furthermore, a corresponding source of electrical energy for supplying the electric motor is provided, which may be formed, for example, in the form of a battery or in the form of a further electrical machine designed as a generator. Furthermore, the electric drive system usually includes power electronics, with the help of the
  • Electric motor is operated.
  • an internal combustion engine is provided which is integrated serially or in parallel into the drive system and, for example, drives the already mentioned generator, which in turn provides electrical energy stored in the battery
  • WO2015128121A1 or also in WO2017025224A1 described.
  • the components of such electrical drive systems ie in particular the electrical energy source, for example the generator and / or the battery, as well as the power electronics and the electric motor, generate waste heat during operation due to loss of power. Services. This waste heat must be dissipated to prevent overheating of the respective component. If these components become too hot, the lifetimes of the components and / or damage can be reduced, the latter having an effect on the reliability of the overall system and, in particular, in the case of an application of the electric drive system in an aircraft in the event of a fault, signifi- cant risk for passengers as well as significant property damage.
  • cooling systems are needed to reduce the risk of overheating.
  • typical cooling systems are relatively heavy, which generally proves to be a significant disadvantage for mobile applications.
  • the aim is therefore to make the required cooling systems as compact as possible or lightweight and efficient. To achieve this, a large heat transfer coefficient and a high heat capacity of the cooling medium of the cooling system are necessary.
  • Various approaches for cooling the components of such an electric drive system are known, bpsw. active or passive air cooling systems, direct cooling systems such as oil cooling systems, liquid cooling systems or boiling medium cooling systems.
  • Air has the lowest heat transfer coefficient as well as the lowest heat capacity of the generally eligible cooling media, i. the volume of the cooling medium air required for a given cooling capacity is greatest. Consequently, the air used as a cooling medium devices. the required space and weight largest, so that the power density of the entire system is the lowest.
  • Oil cooling has the advantage for electrical machines that is cooled directly at the place where the heat loss occurs, namely at the stator windings.
  • the appropriately equipped electric machines build compact and are comparatively light, so the power density of these electrical machines is comparatively large.
  • this does not apply to the power electronics, because heat capacity and heat transfer coefficient of the medium oil are lower than, for example, those of water.
  • the cooling medium water has a larger heat transfer coefficient than oil and the largest among the eligible cooling media heat capacity. However, water can not be routed directly to the live parts of the machine.
  • the boiling medium cooling is based on the utilization of the phase transition between liquid and gaseous state of the cooling medium.
  • the liquid medium is conducted to the component to be cooled and evaporates there, resulting in cooling of the component.
  • a disadvantage is the volume increase in the formation of the gas and the technical treatment of the two-phase flow of the cooling medium.
  • the mounting position of these systems is critical and has a significant impact on efficiency because the gas phase is lighter than the liquid phase, making these cooling problems especially for aerospace applications.
  • the approach presented here pursues the concept of using a coolant for cooling a component, in particular of an electric drive system, wherein the coolant comprises a liquid primary cooling medium to which a secondary cooling medium is added, wherein the secondary cooling medium in the ground state in the solid state is present in the coolant.
  • the coolant therefore comprises the primary cooling medium and the secondary cooling medium.
  • the ground state is the state in which the coolant has not yet absorbed heat from the component to be cooled.
  • the coolant for cooling the component thus comprises a liquid primary cooling medium to which a solid is added as a secondary cooling medium.
  • the secondary cooling medium is selected such that in the ground state it is present as a solid and, when a certain temperature is exceeded, a phase transition to a liquid takes place.
  • the secondary cooling medium absorbs heat from the environment, thus causing a cooling.
  • the secondary cooling medium is therefore selected such that it performs the phase change from the solid to a liquid state of matter during the cooling of the component caused by a heat absorbed by the component. In practice, this means that the apparent heat capacity of the coolant is increased.
  • the secondary cooling medium is in particular with regard to. the particular temperature selected and adapted to the component to be cooled of the electric drive system, that the temperature of the component to be cooled in normal operation is in a temperature range in which the component to be cooled has a maximum efficiency.
  • the normal operation describes the operation of the drive system and in particular those of the component to be cooled under normal conditions, i. For example, there is no error case.
  • water or oil can be used as the primary, liquid cooling medium.
  • the use of water is at least advantageous in that water has a very high heat transfer coefficient and a very high heat capacity.
  • live components can be cooled directly
  • paraffin can be used as a secondary cooling medium.
  • the secondary cooling medium may, for example, comprise a multiplicity of paraffin volumes, in particular paraffin spheres, encased in a surfactant.
  • the Tensidummantelung the paraffin balls causes, for example, that the paraffin balls after melting do not agglomerate and accordingly solidify again in the original form as before liquefaction. This also causes the coolant to still be pumped through the appropriate conduit system without clogging it.
  • a corresponding cooling system uses this coolant with primary and secondary cooling medium.
  • both the cooling system itself and the component to be cooled may each be part of an electric drive system, for example for an electrically driven aircraft.
  • the component to be cooled may be, for example, a component of an electrical machine, in particular an electric motor or a generator, or the machine itself, as well as a power electronics or a battery.
  • the cooling system is suitable for cooling a rotor or a
  • a corresponding electric drive system typically comprises a plurality of components to be cooled and a cooling system for cooling at least one of the plurality of components as described above.
  • the cooling method for cooling a component with such a coolant comprises three steps in a basic process: In a first step, the coolant with the solid state in the secondary cooling medium is fed to the component to be cooled. In a second step, the coolant, and with it the secondary cooling medium, absorb heat from the component to be cooled, whereupon the secondary cooling medium changes to a liquid state. In a third step, the coolant with the secondary cooling medium in the liquid state is led away from the component to be cooled.
  • the coolant can, for example, circulate in a circuit, wherein the base process is followed by a fourth step, in which the coolant guided away from the component to be cooled releases heat with the secondary cooling medium in the liquid state to a heat exchanging device, so that the secondary cooling medium goes back to the solid state.
  • the basic process becomes the first, the second and the third
  • the liquid primary cooling medium transports the initially solid state secondary cooling medium to the waste heat source, i. to the component to be cooled.
  • the phase transition of the secondary cooling medium from solid to liquid which takes place there in operation due to the temperature of the component to be cooled during operation, allows a higher absorption of heat and thus an increased cooling effect compared to the use of the primary cooling medium alone.
  • the amount of the coolant to be used can be reduced because the total heat capacity of the coolant is larger than that of the primary cooling medium alone.
  • the size of the cooling system and thus the weight are reduced, which has a positive effect on the power density of the drive system.
  • the advantage initially results that a smaller amount of coolant must be used than if the primary coolant alone would be used.
  • the cooling system including the coolant, being lighter in weight and more compact can be built.
  • the cooling system must transport the coolant only in the quasi-liquid state and, for example, in contrast to boiling medium cooling, not partially in the liquid and partly in the gaseous state.
  • it has an advantageous effect that it is fundamentally possible to resort to existing cooling systems, for example to those designed as water cooling systems.
  • Electromagnetic interaction is the interaction known from an electrical machine between see the magnetic fields of the magnetic means of the rotor, for example. Permanent magnets, and the magnetic means of the stator, for example.
  • Current-carrying coils in one or more Statorwicklungssystemen meant, on the basis of which the electric motor develops its torque or due to which a generator provides an electric current.
  • a "non-rotatable" connection of two components should be distinguished by the fact that a rotation of one of the components basically transfers to the other component, as well as the case where one of the components is decelerated In this case, the other component is also braked due to the non-rotatable connection It can be assumed that the rotational frequencies or rotational speeds of two components which are connected to each other in a rotationally fixed manner are always identical.
  • FIG. 1 shows by way of example and only schematically a hybrid-electric drive system 1, as can be used, for example, in an aircraft which is driven by a propulsion means or propeller 10.
  • a propulsion means or propeller 10 Other mobile applications of this electric drive system 1 are naturally conceivable, for example for driving a rail or watercraft.
  • the drive system 1 comprises the already mentioned propeller 10, which is driven by a drive 20, wherein the drive 20 comprises an electric motor 100.
  • the propeller 10 is rotatably connected via a shaft 130 to a rotor 110 of the electric motor 100, wherein permanent magnets 111 are arranged on the rotor 110.
  • the electric motor 100 further includes a stator 120 having a stator winding system 121. The electric motor 100 and in particular its
  • Stator winding system 121 is connected via power electronics 60 to an electrical power supply 30 of the drive system 1, which is set up and controlled by a control / controller 40 to feed an electric current into the stator winding system 121.
  • the energy supply 30 comprises a battery 310 and a further electrical machine 200, which in this case is designed as a generator 200.
  • the generator 200 has a rotor 210 with permanent magnets 211 and a stator 220 with at least one stator winding system 221.
  • the rotor 210 is rotatably connected to a shaft 230.
  • the shaft 230 is likewise non-rotatably connected to a combustion power unit 50, for example a turbine, and can be driven by the internal combustion engine 50.
  • the rotor 210 rotates with the permanent magnets 211 which coincide with the rotor
  • Stator winding system 221 of the generator 200 such electromagnetically interact in such a way that in the stator winding system 221, an electrical voltage is induced. It can be assumed that this concept of the generator 200 is well known and therefore need not be explained in more detail here.
  • the controller 40 controls the power supply 30, for example, depending on the state of charge of the battery 310 and / or the electrical energy required by the electric motor 100 such that the motor 100, the required energy from the battery 310 and / or from the generator 200 is supplied ,
  • the controller / controller 40 may also cause an electrical energy provided by the generator 200 to be at least partially supplied to the battery 310 to charge it. A possibly remaining part of the electric energy provided by the generator 200 can be supplied to the electric motor 100 are supplied.
  • the described routing of the electrical energy between generator 200, battery 310 and electric motor 100 or power electronics 60 is realized by means of switches 31, 32, which are actuated by the controller 40 as needed.
  • the possible flow directions of the electrical energy are indicated by corresponding arrows.
  • the electrical energy provided by the generator 200 and / or by the battery 310 is converted by the power electronics 60 into the form required for operating the electric motor 100.
  • a cooling system 70 which uses a coolant 73 which is supplied to the respective component to be cooled via a line system 71.
  • the component to be cooled is the stator 120 of the electric motor 100. Accordingly, FIG. 1 shows only a connection with the stator 120 with regard to the line system 71, but not with other components of the drive system which may have to be cooled.
  • the rotor 110 of the motor 100, the power electronics 60 , Rotor 210 and stator 220 of the generator 200, the battery 310 as well as other components which generate heat during operation of the drive system 1, can be understood as “component to be cooled” in each case, that means that the coolant 73 also flows through these components Accordingly, it is not intended to be understood that the solution described here should be used only for cooling the stator 120.
  • the embodiment of the line system 71 does not show this development.
  • the conduit system 71 may, for example, be a pipe system in which the coolant 73 is guided as indicated by the arrows.
  • the basic mode of operation of the cooling system 70 is based on the concept that heat from the component to be cooled, that is to say from the stator 120 in the present example, passes to the coolant 73 flowing past the stator 120. In the example of the stator 120, this may be realized such that the coolant 73 (not shown)
  • Coolant 73 continues to flow and thus leaves the region of the component to be cooled, for example in order to discharge the absorbed heat elsewhere, for example to a heat exchanger 72 of the cooling system, for example to the environment.
  • the thus cooled coolant 73 can then be reused and, for example, again supplied to the same or another component to be cooled.
  • the FIG 2 shows a section of the conduit system 71 in not true to scale representation and in particular the coolant 73.
  • the coolant 73 for cooling the respective component comprises a primary, liquid and homogeneously distributed cooling medium 73-1, which is represented by the indicated waves len , A secondary cooling medium 73-2 is added to the primary cooling medium 73-1.
  • the secondary cooling medium 73-2 is selected to be in a solid state as long as the coolant 73 has a first, low temperature Tl, and that it is caused by the heat absorbed by the component in the cooling of the component corresponding increase in temperature of the coolant 73 to a second, higher temperature T2> Tl performs a phase change from the solid to a liquid state of matter.
  • the cooling approach used here is therefore based on the concept of particularly efficient two-phase cooling.
  • the secondary cooling medium 73-2 lies special then in a solid state, when the coolant 73 has not yet absorbed heat from the component to be cooled. This is at least the case when the coolant 73 is on the way from the heat exchanger 72, in which it was possibly cooled down, to the component to be cooled.
  • the coolant 73 comprising the now liquid secondary cooling medium 73 flows -2 and the already liquid primary cooling medium 73-1 through the conduit system 71 to the heat exchanger 72, there to release heat to the environment as already described, wherein the secondary cooling medium 73-2 passes from the liquid to the solid state.
  • Transition from liquid to solid does not have to take place first in the heat exchanger 72, but possibly also on the way through the line system 71 between the component to be cooled and the heat exchanger 72.
  • the quasi-carrier used as the primary cooling medium 73-1 which is typically constantly in liquid form, may be, for example, an oil or alternatively water.
  • a coolant 73 should be used which is non-conductive, in which case oil would be preferable as the primary cooling medium 73-1.
  • paraffin may be used as the secondary cooling medium 73-2, which when heated carries out the phase transition from solid to liquid.
  • the paraffin is in a plurality of small balls 73 -2a with diameters of, for example. L- ⁇ before, which in each case as shown in FIG 3 by a surfactant 73 -2b are sheathed, wherein the secondary cooling medium 73-2 total, for example, a weight fraction of 10-40% of the coolant 73 can make up.
  • Surfactant sheathing 73 -2b causes the paraffin spheres 73-2a to not agglomerate with each other, so that the process is reversible. remains flexible and the so-designed coolant 73 can be repeatedly performed in a circuit between the heat exchanger 72 and the component to be cooled, wherein the secondary cooling medium 73-2 performs phase transitions from solid to liquid and liquid to solid in each circulation.
  • Suitable surfactants are commercially available surfactants, for example so-called “Tween40” or else “Tween 60", if appropriate mixed with so-called “SpanöO”, but other surfactants would also be suitable.
  • the cooling method used can therefore be summarized in such a way that for cooling the component to be cooled, for example for cooling the stator 120, with the coolant 73 comprising the primary 73-1 and the secondary cooling medium 73-2 in a basic process comprising three steps in the first
  • Step the coolant 73 is performed with the solid state secondary cooling medium 73-2 to the component to be cooled, in the second step, the coolant 73 and with it the secondary cooling medium 73-2 absorbs heat from the component to be cooled, and whereby the secondary cooling medium 73-2 goes into a liquid state, and in the third step, the coolant 73 is guided away with the liquid state located in the secondary cooling medium 73-2 away from the component to be cooled.
  • the coolant 73 circulates in a circuit.
  • a fourth step in the basic process in which the coolant 73 guided away from the component to be cooled releases heat with the secondary cooling medium 73-2 still in the liquid state at a heat exchanging device 72, for example at the heat exchanger. so that the secondary cooling medium 73-2 reverts to the solid state.
  • the basic process with the first, the second and the third step can be executed again.
  • the coolant 73 could be drained from the cooling system 70 after the third step.
  • the various connections of the controller / controller 40 with the different components of the drive system 1 are not shown for clarity. However, it follows from the respective context that and how the control / control 40 must be connected to the respective component.
  • the controller 40 is connected to the battery 310 at least via a data connection to determine its state of charge.
  • controller / controller 40 must be connected to the power supply 30 in a corresponding manner in order to be able to adjust the electric current which is supplied to the electric motor 100, in order to ultimately adjust the propeller 10 in the desired manner to produce a specific propulsion, and to confirm, on the other hand, the switches 31, 32 so that the flow of electrical energy is also adjusted within the power supply 30.

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Abstract

The invention relates to highly-efficient cooling of an electric drive system. For this purpose, a coolant which comprises a primary liquid cooling medium to which a secondary cooling medium is added in a solid state, is provided. The secondary cooling medium is selected such that it changes during cooling, brought about by heat absorbed by one of the components which is to be cooled, during a phase exchange from a solid to a liquid state of aggregation.

Description

Beschreibung description
Zwei-Phasen-Kühlung für ein elektrisches Antriebssystem Die Erfindung betrifft eine hocheffiziente Kühlung eines elektrischen Antriebssystems. Two-phase cooling for an electric drive system The invention relates to a highly efficient cooling of an electric drive system.
Für mobile Anwendungen, bspw. zum Antrieb von Luftfahrzeugen wie etwa Flugzeugen oder Helikoptern oder auch für elektrisch angetriebene Wasserfahrzeuge etc., werden als Alternative zu den gebräuchlichen Verbrennungskraftmaschinen Konzepte beruhend auf elektrischen Antriebssystemen untersucht und eingesetzt. Ein derartiges elektrisches Antriebssystem, welches als rein elektrisches oder auch als hybrid-elektrisches An- triebssystem ausgebildet sein kann, weist in der Regel zumindest eine elektrische Maschine auf, die zum Antreiben des Vortriebsmittels des Fahrzeugs als Elektromotor betrieben wird. Weiterhin ist eine entsprechende Quelle elektrischer Energie zur Versorgung des Elektromotors vorgesehen, die bspw. in Form einer Batterie oder in Form einer als Generator ausgebildeten weiteren elektrischen Maschine ausgebildet sein kann. Desweiteren umfasst das elektrische Antriebssystem in der Regel eine Leistungselektronik, mit deren Hilfe der For mobile applications, for example for the propulsion of aircraft such as airplanes or helicopters or for electrically powered watercraft, etc., concepts based on electric drive systems are being investigated and used as an alternative to the conventional internal combustion engines. Such an electric drive system, which can be designed as a purely electric or as a hybrid electric drive system, generally has at least one electric machine which is operated to drive the propulsion means of the vehicle as an electric motor. Furthermore, a corresponding source of electrical energy for supplying the electric motor is provided, which may be formed, for example, in the form of a battery or in the form of a further electrical machine designed as a generator. Furthermore, the electric drive system usually includes power electronics, with the help of the
Elektromotor betrieben wird. Im Falle eines hybrid- elektrischen Antriebssystems ist desweiteren ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der seriell oder parallel in das Antriebssystem integriert ist und bspw. den bereits erwähnten Generator antreibt, welcher seinerseits elektrische Energie zur Verfügung stellt, die in der Batterie gespeichert Electric motor is operated. In the case of a hybrid electric drive system, furthermore, an internal combustion engine is provided which is integrated serially or in parallel into the drive system and, for example, drives the already mentioned generator, which in turn provides electrical energy stored in the battery
und/oder dem Elektromotor zugeführt werden kann. and / or the electric motor can be supplied.
Derartige Systeme werden bspw. in WO2015106993A1 , Such systems are described, for example, in WO2015106993A1,
WO2015128121A1 oder auch in WO2017025224A1 beschrieben. Die Komponenten derartiger elektrischer Antriebssysteme, d.h. insbesondere die elektrische Energiequelle, bspw. der Generator und/oder die Batterie, sowiedie Leistungselektronik und der Elektromotor, erzeugen im Betrieb Abwärme durch Verlust- leistungen. Diese Abwärme muss abgeführt werden, um ein Überhitzen der jeweiligen Komponente zu verhindern. Werden diese Komponenten zu heiß, kann es zu Reduzierungen der Lebensdauern der Komponenten und/oder zu Beschädigungen kommen, wobei sich letzteres auf die Ausfallsicherheit des Gesamtsystems auswirkt und insbesondere für den Fall einer Anwendung des elektrischen Antriebssystems in einem Luftfahrzeug im Fehlerfall erhebliche Gefahren für Passagiere bedeutet sowie nennenswerte Sachschäden mit sich bringt. WO2015128121A1 or also in WO2017025224A1 described. The components of such electrical drive systems, ie in particular the electrical energy source, for example the generator and / or the battery, as well as the power electronics and the electric motor, generate waste heat during operation due to loss of power. Services. This waste heat must be dissipated to prevent overheating of the respective component. If these components become too hot, the lifetimes of the components and / or damage can be reduced, the latter having an effect on the reliability of the overall system and, in particular, in the case of an application of the electric drive system in an aircraft in the event of a fault, signifi- cant risk for passengers as well as significant property damage.
Es werden daher Kühlsysteme benötigt, um die Gefahr der Überhitzung zu reduzieren. Typische Kühlsysteme sind jedoch vergleichsweise schwer, was sich generell für mobile Anwendungen als erheblicher Nachteil herausstellt. Es wird daher ange- strebt, die benötigten Kühlsysteme möglichst kompakt bzw. leicht und effizient auszugestalten. Um dies zu erreichen sind ein großer Wärmeübergangskoeffizient sowie eine hohe Wärmekapazität des Kühlmediums des Kühlsystems notwendig. Es sind diverse Ansätze zur Kühlung der Komponenten eines derartigen elektrischen Antriebssystems bekannt, bpsw. aktive oder passive LuftkühlSysteme , Direktkühlungen wie etwa Öl- kühlSysteme, Flüssigkeitskühlungen oder aber Siedemedium- KühlSysteme . Therefore, cooling systems are needed to reduce the risk of overheating. However, typical cooling systems are relatively heavy, which generally proves to be a significant disadvantage for mobile applications. The aim is therefore to make the required cooling systems as compact as possible or lightweight and efficient. To achieve this, a large heat transfer coefficient and a high heat capacity of the cooling medium of the cooling system are necessary. Various approaches for cooling the components of such an electric drive system are known, bpsw. active or passive air cooling systems, direct cooling systems such as oil cooling systems, liquid cooling systems or boiling medium cooling systems.
Luft hat den geringsten Wärmeübergangskoeffizienten sowie die geringste Wärmekapazität der generell in Frage kommenden Kühlmedien, d.h. das für eine bestimmte Kühlleistung benötigte Volumen des Kühlmediums Luft ist am größten. Konsequenter- weise werden die Luft als Kühlmedium verwendenden Geräte bzgl . des benötigten Bauraums und des Gewichts am größten, so dass die Leistungsdichte des Gesamtsystems am geringsten ist. Air has the lowest heat transfer coefficient as well as the lowest heat capacity of the generally eligible cooling media, i. the volume of the cooling medium air required for a given cooling capacity is greatest. Consequently, the air used as a cooling medium devices. the required space and weight largest, so that the power density of the entire system is the lowest.
Die Ölkühlung hat für elektrische Maschinen den Vorteil, dass direkt an dem Ort gekühlt wird, an dem die Verlustwärme entsteht, nämlich an den Statorwicklungen. Die entsprechend ausgestatteten elektrischen Maschinen bauen kompakt und sind vergleichsweise leicht, so dass die Leistungsdichte dieser elektrischen Maschinen vergleichsweise groß ist. Das gilt jedoch nicht für die Leistungselektronik, weil Wärmekapazität und Wärmeübergangskoeffizient des Mediums Öl geringer sind, als bspw. diejenigen von Wasser. Oil cooling has the advantage for electrical machines that is cooled directly at the place where the heat loss occurs, namely at the stator windings. The appropriately equipped electric machines build compact and are comparatively light, so the power density of these electrical machines is comparatively large. However, this does not apply to the power electronics, because heat capacity and heat transfer coefficient of the medium oil are lower than, for example, those of water.
Das Kühlmedium Wasser hat einen größeren Wärmeübergangskoeffizienten als Öl und die unter den in Frage kommenden Kühlmedien größte Wärmekapazität. Wasser kann aber nicht direkt an die stromführenden Teile der Maschine geführt werden. The cooling medium water has a larger heat transfer coefficient than oil and the largest among the eligible cooling media heat capacity. However, water can not be routed directly to the live parts of the machine.
Die Siedemedien-Kühlung basiert auf der Ausnutzung des Phasenübergangs zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand des Kühlmediums. Das flüssige Medium wird zu der zu kühlenden Komponente geführt und verdampft dort, was in einer Kühlung der Komponente resultiert. Nachteilig wirkt sich die Volumenzunahme bei der Entstehung des Gases sowie die technische Behandlung der zwei Phasen-Strömung des Kühlmediums aus. Auch ist die Einbaulage bei diesen Systemen kritisch und hat erheblichen Einfluss auf die Effizienz, weil die Gasphase leichter ist als die Flüssigphase, was diese Kühlungen gerade für Anwendungen in der Luftfahrt problematisch macht. The boiling medium cooling is based on the utilization of the phase transition between liquid and gaseous state of the cooling medium. The liquid medium is conducted to the component to be cooled and evaporates there, resulting in cooling of the component. A disadvantage is the volume increase in the formation of the gas and the technical treatment of the two-phase flow of the cooling medium. Also, the mounting position of these systems is critical and has a significant impact on efficiency because the gas phase is lighter than the liquid phase, making these cooling problems especially for aerospace applications.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Kühlung von Komponenten eines elektrischen Antriebssystems insbesondere in einer mobilen Anwendung anzugeben. It is therefore an object of the invention to specify a possibility for cooling components of an electric drive system, in particular in a mobile application.
Der hier vorgestellte Ansatz verfolgt das Konzept, ein Kühlmittel zur Kühlung einer Komponente insbesondere eines elektrischen Antriebssystems einzusetzen, wobei das Kühlmittel ein flüssiges primäres Kühlmedium umfasst, welchem ein sekundäres Kühlmedium zugesetzt ist, wobei das sekundäre Kühlmedium im Grundzustand in festem Zustand in dem Kühlmittel vorliegt. Das Kühlmittel umfasst demnach das primäre Kühlmedium sowie das sekundäre Kühlmedium. Der Grundzustand ist derjenige Zu- stand, in dem das Kühlmittel noch keine Wärme von der zu kühlenden Komponente aufgenommen hat. Mit anderen Worten umfasst das Kühlmittel zur Kühlung der Komponente also ein flüssiges primäres Kühlmedium, dem ein Feststoff als sekundäres Kühlmedium zugesetzt ist. Das sekundäre Kühlmedium ist derart ausgewählt, dass es in dem Grundzustand als Feststoff vorliegt und bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur einen Phasenübergang hin zu einer Flüssigkeit vollzieht. Bei diesem Phasenübergang nimmt das sekundäre Kühlmedium Wärme aus der Umgebung auf, bewirkt also eine Abkühlung. Das sekundäre Kühlmedium ist demnach derart ausgewählt, dass es bei der Kühlung der Komponente bewirkt durch eine von der Komponente aufgenommene Wärme den Phasenwechsel vom festen in einen flüssigen Aggregatzustand vollzieht. In der Praxis bedeutet dies, dass die Schein- Wärmekapazität des Kühlmittels erhöht wird. The approach presented here pursues the concept of using a coolant for cooling a component, in particular of an electric drive system, wherein the coolant comprises a liquid primary cooling medium to which a secondary cooling medium is added, wherein the secondary cooling medium in the ground state in the solid state is present in the coolant. The coolant therefore comprises the primary cooling medium and the secondary cooling medium. The ground state is the state in which the coolant has not yet absorbed heat from the component to be cooled. In other words, the coolant for cooling the component thus comprises a liquid primary cooling medium to which a solid is added as a secondary cooling medium. The secondary cooling medium is selected such that in the ground state it is present as a solid and, when a certain temperature is exceeded, a phase transition to a liquid takes place. In this phase transition, the secondary cooling medium absorbs heat from the environment, thus causing a cooling. The secondary cooling medium is therefore selected such that it performs the phase change from the solid to a liquid state of matter during the cooling of the component caused by a heat absorbed by the component. In practice, this means that the apparent heat capacity of the coolant is increased.
Das sekundäre Kühlmedium ist insbesondere bzgl . der bestimmten Temperatur derart gewählt und an die zu kühlende Komponente des elektrischen Antriebssystems angepasst, dass die Temperatur der zu kühlenden Komponente im Normalbetrieb in einem Temperaturbereich liegt, in dem die zu kühlende Komponente eine maximale Effizienz aufweist. Der Normalbetrieb beschreibt dabei den Betrieb des Antriebssystems und insbesondere denjenigen der zu kühlenden Komponente unter Normalbe- dingungen, d.h. es liegt bspw. kein Fehlerfall vor. The secondary cooling medium is in particular with regard to. the particular temperature selected and adapted to the component to be cooled of the electric drive system, that the temperature of the component to be cooled in normal operation is in a temperature range in which the component to be cooled has a maximum efficiency. The normal operation describes the operation of the drive system and in particular those of the component to be cooled under normal conditions, i. For example, there is no error case.
Als primäres, flüssiges Kühlmedium kann bspw. Wasser oder Öl zum Einsatz kommen. Die Verwendung von Wasser ist zumindest insofern vorteilhaft, als dass Wasser einen sehr hohen Wärme- Übergangskoeffizienten sowie eine sehr große Wärmekapazität aufweist. Im Fall des Einsatzes von Öl als primäres Kühlmedium können stromführende Komponenten direkt gekühlt werden For example, water or oil can be used as the primary, liquid cooling medium. The use of water is at least advantageous in that water has a very high heat transfer coefficient and a very high heat capacity. In the case of using oil as the primary cooling medium, live components can be cooled directly
Als sekundäres Kühlmedium kann Paraffin verwendet werden. Das sekundäre Kühlmedium kann dabei bspw. eine Vielzahl von von einem Tensid ummantelte Paraffinvolumina, insbesondere Paraffinkugeln, umfassen. Die Tensidummantelung der Paraffinkugeln bewirkt bspw. , dass die Paraffinkugeln nach dem Schmelzen nicht verklumpen und sich dementsprechend wieder in der Ursprungsform wie vor dem Verflüssigen verfestigen können. Dies bewirkt auch, dass das Kühlmittel als nach wie vor durch das entsprechende Leitungssystem gepumpt werden kann, ohne dieses zu verstopfen. As a secondary cooling medium paraffin can be used. The secondary cooling medium may, for example, comprise a multiplicity of paraffin volumes, in particular paraffin spheres, encased in a surfactant. The Tensidummantelung the paraffin balls causes, for example, that the paraffin balls after melting do not agglomerate and accordingly solidify again in the original form as before liquefaction. This also causes the coolant to still be pumped through the appropriate conduit system without clogging it.
Ein entsprechendes Kühlsystem verwendet dieses Kühlmittel mit primärem und sekundärem Kühlmedium. Dabei kann sowohl das Kühlsystem selbst als auch die zu kühlende Komponente jeweils Teil eines elektrischen Antriebssystems sein, bspw. für eine elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug. A corresponding cooling system uses this coolant with primary and secondary cooling medium. In this case, both the cooling system itself and the component to be cooled may each be part of an electric drive system, for example for an electrically driven aircraft.
Die zu kühlende Komponente kann bspw. eine Komponente einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors oder eines Generators, oder die Maschine selbst, sowie auch eine Leistungselektronik oder eine Batterie sein. Bspw. eignet sich das Kühlsystem zur Kühlung eines Rotors oder eines The component to be cooled may be, for example, a component of an electrical machine, in particular an electric motor or a generator, or the machine itself, as well as a power electronics or a battery. For example. the cooling system is suitable for cooling a rotor or a
Stators einer elektrischen Maschine. Ein entsprechendes elektrisches Antriebssystem, insbesondere für eine Luftfahrzeug, umfasst typischerweise eine Vielzahl von zu kühlenden Komponenten sowie ein Kühlsystem zur Kühlung von zumindest einer der Vielzahl von Komponenten wie oben beschrieben . Stators of an electric machine. A corresponding electric drive system, in particular for an aircraft, typically comprises a plurality of components to be cooled and a cooling system for cooling at least one of the plurality of components as described above.
Das Kühlverfahren zur Kühlung einer Komponente mit einem derartigen Kühlmittel umfasst in einem Basisprozess drei Schritte: In einem ersten Schritt wird das Kühlmittel mit dem im festen Zustand befindlichen sekundären Kühlmedium zu der zu kühlenden Komponente geführt. In einem zweiten Schritt nehmen das Kühlmittel und mit ihm das sekundäre Kühlmedium Wärme von der zu kühlenden Komponente auf, woraufhin das sekundäre Kühlmedium in einen flüssigen Zustand übergeht. In einem dritten Schritt wird das Kühlmittel mit dem im flüssigen Zu- stand befindlichen sekundären Kühlmedium von der zu kühlenden Komponente weg geführt. Das Kühlmittel kann bspw. in einem Kreislauf zirkulieren, wobei sich an den Basisprozess ein vierter Schritt anschließt, in dem das von der zu kühlenden Komponente weg geführte Kühlmittel mit dem im flüssigen Zustand befindlichen sekundären Kühlmedium an einer Wärme tauschenden Einrichtung Wärme abgibt, so dass das sekundäre Kühlmedium wieder in den festen Zustand übergeht. Nach diesem vierten Schritt wird, der Basisprozess mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten The cooling method for cooling a component with such a coolant comprises three steps in a basic process: In a first step, the coolant with the solid state in the secondary cooling medium is fed to the component to be cooled. In a second step, the coolant, and with it the secondary cooling medium, absorb heat from the component to be cooled, whereupon the secondary cooling medium changes to a liquid state. In a third step, the coolant with the secondary cooling medium in the liquid state is led away from the component to be cooled. The coolant can, for example, circulate in a circuit, wherein the base process is followed by a fourth step, in which the coolant guided away from the component to be cooled releases heat with the secondary cooling medium in the liquid state to a heat exchanging device, so that the secondary cooling medium goes back to the solid state. After this fourth step, the basic process becomes the first, the second and the third
Schritt erneut ausgeführt. Step again.
Alternativ hierzu kann das Kühlmittel nach dem dritten Alternatively, the coolant after the third
Schritt aus dem Kühlsystem abgeleitet werden. Step out of the cooling system.
Das flüssige, primäre Kühlmedium transportiert also das zu- nächst im festen Zustand befindliche sekundäre Kühlmedium zur Verlustwärmequelle, d.h. zur zu kühlenden Komponente. Der dort aufgrund der im Betrieb vorherrschenden Temperatur der zu kühlenden Komponente stattfindende Phasenübergang des sekundären Kühlmediums von fest nach flüssig erlaubt im Ver- gleich zur Verwendung des primären Kühlmediums allein eine höhere Aufnahme von Wärme und damit eine verstärkte Kühlwirkung . Thus, the liquid primary cooling medium transports the initially solid state secondary cooling medium to the waste heat source, i. to the component to be cooled. The phase transition of the secondary cooling medium from solid to liquid, which takes place there in operation due to the temperature of the component to be cooled during operation, allows a higher absorption of heat and thus an increased cooling effect compared to the use of the primary cooling medium alone.
Technisch wird hierbei eine Flüssigkeit transportiert. Die Menge des einzusetzenden Kühlmittels kann verringert werden, da die Gesamtwärmekapazität des Kühlmittels größer ist, als die des primären Kühlmediums allein. Die Baugröße des Kühl- systems und damit das Gewicht werden verringert, was sich positiv auf die Leistungsdichte des Antriebssystems auswirkt. Technically, a liquid is transported here. The amount of the coolant to be used can be reduced because the total heat capacity of the coolant is larger than that of the primary cooling medium alone. The size of the cooling system and thus the weight are reduced, which has a positive effect on the power density of the drive system.
Aufgrund der beschriebenen Verwendung des besonderen Kühlmittels mit dem sekundären Kühlmedium, welches einen Phasenübergang von fest zu flüssig vollzieht und dadurch eine Kühlung der zu kühlenden Komponente bewirkt, ergibt sich zunächst der Vorteil, dass eine geringere Kühlmittelmenge verwendet werden muss, als wenn das primäre Kühlmittel alleine zum Einsatz käme. Dies resultiert darin, dass das Kühlsystem einschließlich des Kühlmittels ein geringeres Gewicht aufweist und kompakter gebaut werden kann. Darüber hinaus muss das Kühlsystem das Kühlmittel lediglich im quasi-flüssigen Zustand transportieren und bspw. im Unterschied zur Siedemedien-Kühlung nicht teilweise im flüssigen und teilweise im gasförmigen Zustand. Weiterhin wirkt sich vorteilhaft aus, dass grundsätzlich auf bereits bestehende Kühlsysteme zurück gegriffen werden kann, bspw. auf solche, die als Wasserkühlsysteme ausgelegt sind. Due to the described use of the particular coolant with the secondary cooling medium, which carries out a phase transition from solid to liquid and thereby causes cooling of the component to be cooled, the advantage initially results that a smaller amount of coolant must be used than if the primary coolant alone would be used. This results in the cooling system, including the coolant, being lighter in weight and more compact can be built. In addition, the cooling system must transport the coolant only in the quasi-liquid state and, for example, in contrast to boiling medium cooling, not partially in the liquid and partly in the gaseous state. Furthermore, it has an advantageous effect that it is fundamentally possible to resort to existing cooling systems, for example to those designed as water cooling systems.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung. Further advantages and embodiments will become apparent from the drawings and the corresponding description.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch glei- che Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist daher möglich, dass sich bei der Beschreibung einer zweiten Figur zu einem bestimmten Bezugszeichen, welches bereits im Zusammenhang mit einer anderen, ersten Figur erläutert wurde, keine näheren Erläuterungen finden. In einem solchen Fall kann bei der Aus- führungsform der zweiten Figur davon ausgegangen werden, dass die dort mit diesem Bezugszeichen gekennzeichnete Komponente auch ohne nähere Erläuterung im Zusammenhang mit der zweiten Figur die gleichen Eigenschaften und Funktionalitäten aufweist, wie im Zusammenhang mit der ersten Figur erläutert. Desweiteren werden der Übersichtlichkeit wegen teilweise nicht sämtliche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren dargestellt, sondern nur diejenigen, auf die in der Beschreibung der jeweiligen Figur Bezug genommen wird. Es zeigt: In the following the invention and exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to drawings. There, the same components in different figures are identified by the same reference numerals. It is therefore possible that in the description of a second figure for a particular reference, which has already been explained in connection with another, the first figure, no further explanation. In such a case, it can be assumed in the embodiment of the second figure that the component identified there by this reference symbol also without further explanation in connection with the second figure has the same properties and functionalities as explained in connection with the first figure , Furthermore, for the sake of clarity, not all the reference signs in all figures are shown in part, but only those which are referred to in the description of the respective figure. It shows:
FIG 1 ein Antriebssystem für ein Luftfahrzeug, 1 shows a drive system for an aircraft,
FIG 2 einen Ausschnitt eines Leitungssystems eines Kühl 2 shows a detail of a conduit system of a cooling
tems mit Kühlmittel,  tems with coolant,
FIG 3 Details des sekundären Kühlmediums . 3 shows details of the secondary cooling medium.
Mit dem Begriff „elektromagnetische Wechselwirkung" ist die bei einer elektrischen Maschine bekannte Wechselwirkung zwi- sehen den Magnetfeldern der magnetischen Mittel des Rotors, bspw. Permanentmagnete, und den magnetischen Mitteln des Stators, bspw. stromdurchflossene Spulen in einem oder mehreren Statorwicklungssystemen, gemeint, aufgrund derer der Elektromotor sein Drehmoment entwickelt bzw. aufgrund derer ein Generator einen elektrischen Strom liefert. The term "electromagnetic interaction" is the interaction known from an electrical machine between see the magnetic fields of the magnetic means of the rotor, for example. Permanent magnets, and the magnetic means of the stator, for example. Current-carrying coils in one or more Statorwicklungssystemen meant, on the basis of which the electric motor develops its torque or due to which a generator provides an electric current.
Eine „drehfeste" Verbindung zweier Komponenten, bspw. eines Rotors mit einer Welle, soll sich dadurch auszeichnen, dass sich eine Rotation einer der Komponenten grundsätzlich auf die andere Komponente überträgt. Gleiches gilt für den Fall, dass eine der Komponenten abgebremst wird. In diesem Fall wird aufgrund der drehfesten Verbindung auch die jeweils andere Komponente gebremst. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Rotationsfrequenzen bzw. Drehzahlen zweier drehfest miteinander verbundener Komponenten stets identisch sind. A "non-rotatable" connection of two components, for example a rotor with a shaft, should be distinguished by the fact that a rotation of one of the components basically transfers to the other component, as well as the case where one of the components is decelerated In this case, the other component is also braked due to the non-rotatable connection It can be assumed that the rotational frequencies or rotational speeds of two components which are connected to each other in a rotationally fixed manner are always identical.
Die FIG 1 zeigt exemplarisch und lediglich schematisiert ein hybrid-elektrisches Antriebssystem 1, wie es bspw. in einem Flugzeug zum Einsatz kommen kann, welches von einem Vortriebsmittel bzw. Propeller 10 angetrieben wird. Andere mobile Anwendungen dieses elektrischen Antriebssystems 1 sind natürlich denkbar, bspw. zum Antrieb eines Schienen- oder Wasserfahrzeugs . FIG. 1 shows by way of example and only schematically a hybrid-electric drive system 1, as can be used, for example, in an aircraft which is driven by a propulsion means or propeller 10. Other mobile applications of this electric drive system 1 are naturally conceivable, for example for driving a rail or watercraft.
Das Antriebssystem 1 umfasst den bereits erwähnten Propeller 10, der von einem Antrieb 20 angetrieben wird, wobei der Antrieb 20 einen Elektromotor 100 umfasst. Der Propeller 10 ist über eine Welle 130 drehfest mit einem Rotor 110 des Elektro- motors 100 verbunden, wobei an dem Rotor 110 Permanentmagnete 111 angeordnet sind. Der Elektromotor 100 weist desweiteren einen Stator 120 mit einem Statorwicklungssystem 121 auf. Der Elektromotor 100 und insbesondere dessen The drive system 1 comprises the already mentioned propeller 10, which is driven by a drive 20, wherein the drive 20 comprises an electric motor 100. The propeller 10 is rotatably connected via a shaft 130 to a rotor 110 of the electric motor 100, wherein permanent magnets 111 are arranged on the rotor 110. The electric motor 100 further includes a stator 120 having a stator winding system 121. The electric motor 100 and in particular its
Statorwicklungssystem 121 ist über eine Leistungselektronik 60 mit einer elektrischen Energieversorgung 30 des Antriebssystems 1 verbunden, welche eingerichtet und von einer Regelung/Steuerung 40 gesteuert ist, um einen elektrischen Strom in das Statorwicklungssystem 121 einzuspeisen. Dies führt da- zu, dass das Statorwicklungssystem 121 magnetische Felder erzeugt, welche mit den magnetischen Feldern der Permanentmagnete 111 elektromagnetisch wechselwirken, so dass in der Konsequenz der Rotor 110 und mit ihm die Welle 130 sowie der Propeller 10 in Rotation versetzt werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass dieses Konzept des Elektromotors 100 hinlänglich bekannt ist und daher an dieser Stelle nicht tiefer erläutert werden muss . Die Energieversorgung 30 umfasst im hier zur Veranschaulichung erläuterten Beispiel eine Batterie 310 sowie eine weitere elektrische Maschine 200, welche in diesem Fall als Generator 200 ausgebildet ist. Der Generator 200 weist einen Rotor 210 mit Permanentmagneten 211 sowie einen Stator 220 mit zumindest einem Statorwicklungssystem 221 auf. Der Rotor 210 ist drehfest mit einer Welle 230 verbunden. Die Welle 230 ist desweiteren ebenfalls drehfest mit einer Verbrennungs- kraftmachine 50, bspw. eine Turbine, verbunden und durch die Verbrennungskraftmaschine 50 antreibbar. Bei durch die Ver- brennungskraftmaschine 50 angetriebener Welle 230 rotiert der Rotor 210 mit den Permanentmagneten 211, welche mit dem Stator winding system 121 is connected via power electronics 60 to an electrical power supply 30 of the drive system 1, which is set up and controlled by a control / controller 40 to feed an electric current into the stator winding system 121. This leads to in that the stator winding system 121 generates magnetic fields which interact electromagnetically with the magnetic fields of the permanent magnets 111, so that in consequence the rotor 110 and with it the shaft 130 and the propeller 10 are set in rotation. It can be assumed that this concept of the electric motor 100 is well known and therefore need not be explained in detail at this point. In the example illustrated here for illustration, the energy supply 30 comprises a battery 310 and a further electrical machine 200, which in this case is designed as a generator 200. The generator 200 has a rotor 210 with permanent magnets 211 and a stator 220 with at least one stator winding system 221. The rotor 210 is rotatably connected to a shaft 230. Furthermore, the shaft 230 is likewise non-rotatably connected to a combustion power unit 50, for example a turbine, and can be driven by the internal combustion engine 50. In the case of the shaft 230 driven by the internal combustion engine 50, the rotor 210 rotates with the permanent magnets 211 which coincide with the rotor
Statorwicklungssystem 221 des Generators 200 derart elektromagnetisch wechselwirken, dass in dem Statorwicklungssystem 221 eine elektrische Spannung induziert wird. Es kann davon ausgegangen werden, dass dieses Konzept des Generators 200 hinlänglich bekannt ist und daher an dieser Stelle nicht tiefer erläutert werden muss . Stator winding system 221 of the generator 200 such electromagnetically interact in such a way that in the stator winding system 221, an electrical voltage is induced. It can be assumed that this concept of the generator 200 is well known and therefore need not be explained in more detail here.
Die Regelung/ Steuerung 40 steuert die Energieversorgung 30 bspw. in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie 310 und/oder von der vom Elektromotor 100 benötigten elektrischen Energie derart, dass dem Motor 100 die benötigte Energie von den Batterie 310 und/oder vom Generator 200 zugeführt wird. Die Regelung/ Steuerung 40 kann auch bewirken, dass eine vom Generator 200 bereitgestellte elektrische Energie zumindest teilweise der Batterie 310 zugeführt wird, um diese aufzuladen. Ein dabei ggf. übrig bleibender Teil der vom Generator 200 bereit gestellten elektrischen Energie kann dem Elektro- motor 100 zugeführt werden. Das beschriebene Führen der elektrischen Energie zwischen Generator 200, Batterie 310 und Elektromotor 100 bzw. Leistungselektronik 60 wird mit Hilfe von Schaltern 31, 32 realisiert, die von der Rege- lung/ Steuerung 40 je nach Bedarf betätigt werden. Die möglichen Strömungsrichtungen der elektrischen Energie sind durch entsprechende Pfeile angedeutet. The controller 40 controls the power supply 30, for example, depending on the state of charge of the battery 310 and / or the electrical energy required by the electric motor 100 such that the motor 100, the required energy from the battery 310 and / or from the generator 200 is supplied , The controller / controller 40 may also cause an electrical energy provided by the generator 200 to be at least partially supplied to the battery 310 to charge it. A possibly remaining part of the electric energy provided by the generator 200 can be supplied to the electric motor 100 are supplied. The described routing of the electrical energy between generator 200, battery 310 and electric motor 100 or power electronics 60 is realized by means of switches 31, 32, which are actuated by the controller 40 as needed. The possible flow directions of the electrical energy are indicated by corresponding arrows.
Die vom Generator 200 und/oder von der Batterie 310 bereitge- stellte elektrische Energie wird von der Leistungselektronik 60 in die zum Betrieb des Elektromotors 100 benötigte Form gewandelt . The electrical energy provided by the generator 200 and / or by the battery 310 is converted by the power electronics 60 into the form required for operating the electric motor 100.
Im Betrieb des Antriebssystems 1 mit Propeller 10, Antrieb 20, Leistungselektronik 60, elektrischer Energieversorgung 30 und Verbrennungskraftmaschine 50 wird an diversen Komponenten des Systems 1 Wärme entstehen, die wie einleitend beschrieben abgeführt werden muss . Hierzu ist ein Kühlsystem 70 vorgesehen, welches ein Kühlmittel 73 nutzt, das der jeweils zu küh- lenden Komponente über ein Leitungssystem 71 zugeführt wird. Im Folgenden wird rein exemplarisch davon ausgegangen, dass die zu kühlenden Komponente der Stator 120 des Elektromotors 100 ist. Dementsprechend zeigt die FIG 1 hinsichtlich des Leitungssystems 71 lediglich eine Verbindung mit dem Stator 120, nicht aber mit anderen ggf. zu kühlenden Komponenten des Antriebssystems 1. Es sollte jedoch klar sein, dass bspw. auch der Rotor 110 des Motors 100, die Leistungselektronik 60, Rotor 210 und Stator 220 des Generators 200, die Batterie 310 sowie anderen Komponenten, an denen im Betrieb des An- triebssystems 1 Wärme entsteht, jeweils als „zu kühlende Komponente" verstanden werden können, dass das Kühlmittel 73 also auch diesen Komponenten über das entsprechend erweiterte Leitungssystem 71 zugeführt werden kann, um sie zu kühlen. Das nicht Zeigen dieser Ausprägung des Leitungssystems 71 soll keinesfalls dahingehend verstanden werden, dass die hier beschriebene Lösung nur zur Kühlung des Stators 120 Verwendung finden soll. Das Leitungssystem 71 kann bspw. ein Rohrsystem sein, in dem das Kühlmittel 73 wie durch die Pfeile angedeutet geführt wird. Die grundlegende Funktionsweise des Kühlsystems 70 beruht auf dem Konzept, dass Wärme von der zu kühlenden Kompo- nente, d.h. in dem hier vorliegenden Beispiel vom Stator 120, auf das am Stator 120 vorbei strömende Kühlmittel 73 übergeht. Im Beispiel des Stators 120 kann das derart realisiert sein, dass das Kühlmittel 73 die (nicht dargestellten) During operation of the drive system 1 with propeller 10, drive 20, power electronics 60, electrical power supply 30 and internal combustion engine 50 heat will be generated at various components of the system 1, which must be dissipated as described in the introduction. For this purpose, a cooling system 70 is provided, which uses a coolant 73 which is supplied to the respective component to be cooled via a line system 71. In the following, it is purely exemplary assumed that the component to be cooled is the stator 120 of the electric motor 100. Accordingly, FIG. 1 shows only a connection with the stator 120 with regard to the line system 71, but not with other components of the drive system which may have to be cooled. However, it should be clear that, for example, the rotor 110 of the motor 100, the power electronics 60 , Rotor 210 and stator 220 of the generator 200, the battery 310 as well as other components which generate heat during operation of the drive system 1, can be understood as "component to be cooled" in each case, that means that the coolant 73 also flows through these components Accordingly, it is not intended to be understood that the solution described here should be used only for cooling the stator 120. The embodiment of the line system 71 does not show this development. The conduit system 71 may, for example, be a pipe system in which the coolant 73 is guided as indicated by the arrows. The basic mode of operation of the cooling system 70 is based on the concept that heat from the component to be cooled, that is to say from the stator 120 in the present example, passes to the coolant 73 flowing past the stator 120. In the example of the stator 120, this may be realized such that the coolant 73 (not shown)
Statorbleche des Stators 120 umströmt und somit in direktem Kontakt mit den Statorblechen ist. Das dabei aufgewärmteStatorbleche the stator 120 flows around and thus is in direct contact with the stator laminations. The warmed up
Kühlmittel 73 strömt weiter und verlässt somit den Bereich der zu kühlenden Komponente, bspw. um die aufgenommene Wärme an anderer Stelle, bspw. an einem Wärmetauscher 72 des Kühlsystems, wieder abzugeben, bspw. an die Umgebung. Für den Fall, dass das Kühlsystem 70 als Kreislauf ausgebildet ist, kann das somit wieder abgekühlte Kühlmittel 73 anschließend erneut verwendet und bspw. wieder der gleichen oder aber einer anderen zu kühlenden Komponente zugeführt werden. Die FIG 2 zeigt einen Ausschnitt des Leitungssystems 71 in nicht maßstabsgetreuer Darstellung und dabei insbesondere das Kühlmittel 73. Das Kühlmittel 73 zur Kühlung der jeweiligen Komponente umfasst ein primäres, flüssiges und homogen verteiltes Kühlmedium 73-1, welches durch die angedeuteten Wel- len repräsentiert wird. Dem primären Kühlmedium 73-1 ist ein sekundäres Kühlmedium 73-2 zugesetzt. Das sekundäre Kühlmedium 73-2 ist insbesondere derart ausgewählt, dass es sich in einem festen Zustand befindet, solange das Kühlmittel 73 eine erste, niedrige Temperatur Tl aufweist, und dass es bei der Kühlung der Komponente bewirkt durch die von der Komponente aufgenommene Wärme und den entsprechenden Temperaturanstieg des Kühlmittels 73 auf eine zweite, höhere Temperatur T2>Tl einen Phasenwechsel vom festen in einen flüssigen Aggregatzustand vollzieht. Coolant 73 continues to flow and thus leaves the region of the component to be cooled, for example in order to discharge the absorbed heat elsewhere, for example to a heat exchanger 72 of the cooling system, for example to the environment. In the event that the cooling system 70 is designed as a circuit, the thus cooled coolant 73 can then be reused and, for example, again supplied to the same or another component to be cooled. The FIG 2 shows a section of the conduit system 71 in not true to scale representation and in particular the coolant 73. The coolant 73 for cooling the respective component comprises a primary, liquid and homogeneously distributed cooling medium 73-1, which is represented by the indicated waves len , A secondary cooling medium 73-2 is added to the primary cooling medium 73-1. Specifically, the secondary cooling medium 73-2 is selected to be in a solid state as long as the coolant 73 has a first, low temperature Tl, and that it is caused by the heat absorbed by the component in the cooling of the component corresponding increase in temperature of the coolant 73 to a second, higher temperature T2> Tl performs a phase change from the solid to a liquid state of matter.
Der hier zur Anwendung kommende Ansatz zur Kühlung beruht also auf dem Konzept der besonders effizienten Zwei-Phasen- Kühlung. Dabei liegt das sekundäre Kühlmedium 73-2 also ins- besondere dann in festem Zustand vor, wenn das Kühlmittel 73 noch keine Wärme von der zu kühlenden Komponente aufgenommen hat. Dies ist zumindest dann der Fall, wenn sich das Kühlmittel 73 auf dem Weg vom Wärmetauscher 72, in dem es ggf. abge- kühlt wurde, zur zu kühlenden Komponente befindet. Nach ausreichendem thermischen Kontakt mit der zu kühlenden Komponente und entsprechendem Übergang der Wärme von der zu kühlenden Komponente auf das Kühlmittel 73 sowie dem damit verbundenen Phasenübergang des sekundären Kühlmediums 73-2 von fest nach flüssig, strömt das Kühlmittel 73 umfassend das nun flüssige sekundäre Kühlmedium 73-2 und das ohnehin flüssige primäre Kühlmedium 73-1 durch das Leitungssystem 71 zum Wärmetauscher 72, um dort wie bereits beschrieben Wärme an die Umgebung abzugeben, wobei das sekundäre Kühlmedium 73-2 vom flüssigen in den festen Zustand übergeht. Es sei angemerkt, dass dieserThe cooling approach used here is therefore based on the concept of particularly efficient two-phase cooling. In this case, the secondary cooling medium 73-2 lies special then in a solid state, when the coolant 73 has not yet absorbed heat from the component to be cooled. This is at least the case when the coolant 73 is on the way from the heat exchanger 72, in which it was possibly cooled down, to the component to be cooled. After sufficient thermal contact with the component to be cooled and the corresponding transition of the heat from the component to be cooled to the coolant 73 and the associated phase transition of the secondary cooling medium 73-2 from solid to liquid, the coolant 73 comprising the now liquid secondary cooling medium 73 flows -2 and the already liquid primary cooling medium 73-1 through the conduit system 71 to the heat exchanger 72, there to release heat to the environment as already described, wherein the secondary cooling medium 73-2 passes from the liquid to the solid state. It should be noted that this
Übergang von flüssig nach fest nicht erst im Wärmetauscher 72 erfolgen muss, sondern ggf. auch auf dem Weg durch das Leitungssystem 71 zwischen zu kühlender Komponente und Wärmetauscher 72. Transition from liquid to solid does not have to take place first in the heat exchanger 72, but possibly also on the way through the line system 71 between the component to be cooled and the heat exchanger 72.
Das quasi als Trägersubstanz zum Einsatz kommende primäre Kühlmedium 73-1, welches typischerweise ständig in flüssiger Form vorliegt, kann bspw. ein Öl oder alternativ Wasser sein. Für den exemplarischen Fall, in dem die zu kühlende Komponen- te der Stator 120 ist, sollte ein Kühlmittel 73 Verwendung finden, welches nicht leitend ist, weswegen in diesem Fall ein Öl als primäres Kühlmedium 73-1 vorzuziehen wäre. The quasi-carrier used as the primary cooling medium 73-1, which is typically constantly in liquid form, may be, for example, an oil or alternatively water. For the exemplary case in which the component to be cooled is the stator 120, a coolant 73 should be used which is non-conductive, in which case oil would be preferable as the primary cooling medium 73-1.
Als sekundäres Kühlmedium 73-2, welches bei Erwärmung den Phasenübergang von fest zu flüssig vollzieht, kann bspw. Paraffin verwendet werden. Vorzugsweise liegt das Paraffin in einer Vielzahl von kleinen Kugeln 73 -2a mit Durchmessern von jeweils bspw. l-ΙΟμιη vor, welche jeweils wie in der FIG 3 gezeigt von einem Tensid 73 -2b ummantelt sind, wobei das sekun- däre Kühlmedium 73-2 insgesamt bspw. einen Gewichtsanteil von 10-40% des Kühlmittels 73 ausmachen kann. Die optionale For example, paraffin may be used as the secondary cooling medium 73-2, which when heated carries out the phase transition from solid to liquid. Preferably, the paraffin is in a plurality of small balls 73 -2a with diameters of, for example. L-ΙΟμιη before, which in each case as shown in FIG 3 by a surfactant 73 -2b are sheathed, wherein the secondary cooling medium 73-2 total, for example, a weight fraction of 10-40% of the coolant 73 can make up. The optional
Tensidummantelung 73 -2b bewirkt, dass die Paraffinkugeln 73- 2a nicht miteinander verklumpen, so dass der Prozess rever- sible bleibt und das so gestaltete Kühlmittel 73 wiederholt in einem Kreislauf zwischen Wärmetauscher 72 und der zu kühlenden Komponente geführt werden kann, wobei das sekundäre Kühlmedium 73-2 in jedem Umlauf Phasenübergänge von fest nach flüssig und von flüssig nach fest vollzieht. Surfactant sheathing 73 -2b causes the paraffin spheres 73-2a to not agglomerate with each other, so that the process is reversible. remains flexible and the so-designed coolant 73 can be repeatedly performed in a circuit between the heat exchanger 72 and the component to be cooled, wherein the secondary cooling medium 73-2 performs phase transitions from solid to liquid and liquid to solid in each circulation.
Als Tensid kommen handelsübliche Tenside in Betracht, bspw. sog. „Tween40" oder auch „Tween 60", ggf. gemischt mit sog. „SpanöO". Andere Tenside wären aber ebenfalls geeignet. Suitable surfactants are commercially available surfactants, for example so-called "Tween40" or else "Tween 60", if appropriate mixed with so-called "SpanöO", but other surfactants would also be suitable.
Das zum Einsatz kommende Kühlverfahren lässt sich demnach so zusammenfassen, dass zur Kühlung der zu kühlenden Komponente, bspw. zur Kühlung des Stators 120, mit dem das primäre 73-1 sowie das sekundäre Kühlmedium 73-2 umfassenden Kühlmittel 73 in einem drei Schritte umfassenden Basisprozess im erstenThe cooling method used can therefore be summarized in such a way that for cooling the component to be cooled, for example for cooling the stator 120, with the coolant 73 comprising the primary 73-1 and the secondary cooling medium 73-2 in a basic process comprising three steps in the first
Schritt das Kühlmittel 73 mit dem im festen Zustand befindlichen sekundären Kühlmedium 73-2 zu der zu kühlenden Komponente geführt wird, im zweiten Schritt das Kühlmittel 73 und mit ihm das sekundäre Kühlmedium 73-2 Wärme von der zu kühlenden Komponente aufnimmt, wobei und wodurch das sekundäre Kühlmedium 73-2 in einen flüssigen Zustand übergeht, und im dritten Schritt das Kühlmittel 73 mit dem im flüssigen Zustand befindlichen sekundären Kühlmedium 73-2 von der zu kühlenden Komponente weg geführt wird. Step the coolant 73 is performed with the solid state secondary cooling medium 73-2 to the component to be cooled, in the second step, the coolant 73 and with it the secondary cooling medium 73-2 absorbs heat from the component to be cooled, and whereby the secondary cooling medium 73-2 goes into a liquid state, and in the third step, the coolant 73 is guided away with the liquid state located in the secondary cooling medium 73-2 away from the component to be cooled.
Vorzugsweise zirkuliert das Kühlmittel 73 in einem Kreislauf. Dabei schließt sich an den Basisprozess ein vierter Schritt an, in dem das von der zu kühlenden Komponente weg geführte Kühlmittel 73 mit dem noch im flüssigen Zustand befindlichen sekundären Kühlmedium 73-2 an einer Wärme tauschenden Einrichtung 72, bspw. am Wärmetauscher, Wärme abgibt, so dass das sekundäre Kühlmedium 73-2 wieder in den festen Zustand übergeht. Nach diesem vierten Schritt kann der Basisprozess mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schritt erneut ausgeführt werden. Preferably, the coolant 73 circulates in a circuit. This is followed by a fourth step in the basic process, in which the coolant 73 guided away from the component to be cooled releases heat with the secondary cooling medium 73-2 still in the liquid state at a heat exchanging device 72, for example at the heat exchanger. so that the secondary cooling medium 73-2 reverts to the solid state. After this fourth step, the basic process with the first, the second and the third step can be executed again.
Alternativ könnte das Kühlmittel 73 nach dem dritten Schritt aus dem Kühlsystem 70 abgeleitet werden. Es sei angemerkt, dass die diversen Verbindungen der Regelung/Steuerung 40 mit den unterschiedlichen Komponenten des Antriebssystems 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt sind. Es ergibt sich aber aus dem jeweiligen Zusammenhang, dass und auch wie die Regelung/ Steuerung 40 mit der jeweiligen Komponente verbunden sein muss . Bspw. ist die Regelung/Steuerung 40 zumindest über eine Datenverbindung mit der Batterie 310 verbunden, um deren Ladezustand zu ermitteln. Ebenso muss die Regelung/ Steuerung 40 in entsprechender Weise mit der Energieversorgung 30 verbunden sein, um zum Einen den elektrischen Strom einstellen zu können, der dem Elektromotor 100 zugeführt wird, um letztlich den Propeller 10 in der gewünschten Weise zur Erzeugung eines bestimmten Vortriebs einzustellen, und um zum Anderen die Schalter 31, 32 zu bestätigen, so dass der Fluss der elektrischen Energie auch innerhalb der Energieversorgung 30 eingestellt wird. Alternatively, the coolant 73 could be drained from the cooling system 70 after the third step. It should be noted that the various connections of the controller / controller 40 with the different components of the drive system 1 are not shown for clarity. However, it follows from the respective context that and how the control / control 40 must be connected to the respective component. For example. For example, the controller 40 is connected to the battery 310 at least via a data connection to determine its state of charge. Likewise, the controller / controller 40 must be connected to the power supply 30 in a corresponding manner in order to be able to adjust the electric current which is supplied to the electric motor 100, in order to ultimately adjust the propeller 10 in the desired manner to produce a specific propulsion, and to confirm, on the other hand, the switches 31, 32 so that the flow of electrical energy is also adjusted within the power supply 30.
Bezugszeichen reference numeral
1 hybrid-elektrisches AntriebsSystem1 hybrid electric drive system
10 Propeller 10 propellers
20 Antrieb  20 drive
100 elektrische Maschine, Elektromotor 100 electric machine, electric motor
130 Welle 130 wave
110 Rotor  110 rotor
111 Permanentmagnet  111 permanent magnet
120 Stator  120 stator
121 Statorwicklungssystem  121 stator winding system
60 Leistungselektronik  60 power electronics
30 elektrische Energieversorgung 30 electrical power supply
40 Regelung/Steuerung 40 control / control
310 Batterie  310 battery
200 elektrische Maschine, Generator 200 electric machine, generator
210 Rotor 210 rotor
211 Permanentmagnete  211 permanent magnets
220 Stator  220 stator
221 Statorwicklungssystem  221 stator winding system
230 Welle  230 wave
50 Verbrennungskraftmachine  50 combustion engine
31 Schalter  31 switches
32 Schalter  32 switches
70 KühlSystem  70 cooling system
73 Kühlmittel  73 Coolant
71 Leitungssystem  71 pipe system
72 Wärmetauscher  72 heat exchangers
73-1 primäres Kühlmedium  73-1 primary cooling medium
73-2 sekundäres Kühlmedium  73-2 secondary cooling medium
73-2a Paraffin  73-2a paraffin
73 -2b Tensidummantelung  73 -2b Surfactant coating

Claims

Patentansprüche claims
1. Kühlmittel (73) zur Kühlung einer Komponente, insbesondere zur Kühlung einer Komponente (120) eines elektrischen An- triebssystems (1), wobei das Kühlmittel (73) ein primäres, flüssiges Kühlmedium (73-1) umfasst, dem ein sekundäres Kühlmedium (73-2) in festem Zustand zugesetzt ist. 1. Coolant (73) for cooling a component, in particular for cooling a component (120) of an electric drive system (1), wherein the coolant (73) comprises a primary, liquid cooling medium (73-1), which is a secondary cooling medium (73-2) is added in the solid state.
2. Kühlmittel (73) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Kühlmedium (73-2) derart ausgewählt ist, dass es bei der Kühlung der Komponente (120) bewirkt durch eine von der Komponente (120) aufgenommene Wärme einen Phasenwechsel vom festen in einen flüssigen Aggregatzustand vollzieht . 2. Coolant (73) according to claim 1, characterized in that the secondary cooling medium (73-2) is selected such that when cooling the component (120) caused by the component (120) heat absorbed a phase change from solid into a liquid state of aggregation.
3. Kühlmittel (73) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Kühlmedium (73-2) ein auf Paraffin basierendes Kühlmedium ist. 3. Coolant (73) according to claim 1 or 2, characterized in that the secondary cooling medium (73-2) is a paraffin-based cooling medium.
4. Kühlmittel (73) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Kühlmedium (73-2) eine Vielzahl von jeweils ummantelten Paraffinvolumina (73 -2a) , insbesondere Paraffinkugeln, umfasst. 4. coolant (73) according to claim 3, characterized in that the secondary cooling medium (73-2) comprises a plurality of respectively coated paraffin volumes (73 -2a), in particular paraffin spheres.
5. Kühlmittel (73) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (73 -2b) eines jeweiligen Paraffinvolumina (73-2a) der von einem Tensid (73-2b) gebildet ist. 5. Coolant (73) according to claim 4, characterized in that the sheath (73 -2b) of a respective paraffin volumes (73-2a) of a surfactant (73-2b) is formed.
6. Kühlmittel (73) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Kühlmedium (73-1) Wasser oder Öl ist. 6. Coolant (73) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the primary cooling medium (73-1) is water or oil.
7. Kühlsystem (70) zur Kühlung von zumindest einer Komponente (120) mit einem Kühlmittel (73) nach einem der Ansprüche 1 bis 6. 7. cooling system (70) for cooling at least one component (120) with a coolant (73) according to one of claims 1 to 6.
8. Kühlsystem (70) nach Anspruch 7, wobei sowohl das Kühlsystem (70) als auch die zu kühlende Komponente (120) jeweils Teil eines elektrischen Antriebssystems (1) sind. 8. Cooling system (70) according to claim 7, wherein both the cooling system (70) and the component to be cooled (120) are each part of an electric drive system (1).
9. Kühlsystem (70) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kühlende Komponente (120) eine Komponente einer elektrischen Maschine (100, 200), insbesondere eines Elektromotors (100) oder eines Generators (200), eine Leistungselektronik (60) oder eine Batterie (310) ist. 9. cooling system (70) according to one of claims 7 to 8, characterized in that the component to be cooled (120) is a component of an electrical machine (100, 200), in particular an electric motor (100) or a generator (200), a Power electronics (60) or a battery (310) is.
10. Kühlsystem (70) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kühlende Komponente ein Stator (120, 220) oder ein Rotor (110, 210) der elektrischen Maschine (100, 200) ist . 10. Cooling system (70) according to claim 9, characterized in that the component to be cooled is a stator (120, 220) or a rotor (110, 210) of the electric machine (100, 200).
11. Elektrisches Antriebssystem (1), insbesondere für eine Luftfahrzeug, umfassend eine Vielzahl von Komponenten (60, 100, 110, 120, 200, 210, 220, 310) sowie ein Kühlsystem (70) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zur Kühlung von zumindest einer (120) der Vielzahl von Komponenten (60, 100, 110, 120, 200, 210, 220, 310) . 11. An electric drive system (1), in particular for an aircraft, comprising a plurality of components (60, 100, 110, 120, 200, 210, 220, 310) and a cooling system (70) according to one of claims 7 to 10 for cooling at least one (120) of the plurality of components (60, 100, 110, 120, 200, 210, 220, 310).
12. Verfahren zur Kühlung einer Komponente (120) mit einem Kühlmittel (73) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass in einem Basisprozess 12. A method for cooling a component (120) with a coolant (73) according to any one of claims 1 to 6, character- ized in that in a base process
- in einem ersten Schritt das Kühlmittel (73) mit dem im festen Zustand befindlichen sekundären Kühlmedium (73-2) zu der zu kühlenden Komponente (120) geführt wird,  in a first step, the coolant (73) with the secondary cooling medium (73-2) in the solid state is guided to the component (120) to be cooled,
- in einem zweiten Schritt das Kühlmittel (73) und mit ihm das sekundäre Kühlmedium (73-2) Wärme von der zu kühlenden - In a second step, the coolant (73) and with him the secondary cooling medium (73-2) heat from the to be cooled
Komponente (120) aufnimmt und dadurch in einen flüssigen Zustand übergeht, Receives component (120) and thereby transitions into a liquid state,
- in einem dritten Schritt das Kühlmittel (73) mit dem im flüssigen Zustand befindlichen sekundären Kühlmedium (73-2) von der zu kühlenden Komponente (120) weg geführt wird.  - In a third step, the coolant (73) with the located in the liquid state secondary cooling medium (73-2) of the component to be cooled (120) is guided away.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (73) in einem Kreislauf zirkuliert, wobei - sich an den Basisprozess ein vierter Schritt anschließt, in dem das von der zu kühlenden Komponente (120) weg geführte Kühlmittel (73) mit dem im flüssigen Zustand befindlichen sekundären Kühlmedium (73-2) an einer Wärme tauschenden Einrichtung (72) Wärme abgibt, so dass das sekundäre Kühlmedium (73-2) wieder in den festen Zustand übergeht, und13. The method according to claim 12, characterized in that the coolant (73) circulates in a circuit, wherein - Connected to the base process, a fourth step, in which the away from the component to be cooled (120) guided coolant (73) with the liquid state in the secondary secondary cooling medium (73-2) at a heat exchanging device (72) emits heat so that the secondary cooling medium (73-2) returns to the solid state, and
- nach dem vierten Schritt der Basisprozess mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schritt erneut ausgeführt wird. after the fourth step, the basic process with the first, the second and the third step is executed again.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (73) nach dem dritten Schritt aus dem Kühlsystem (70) abgeleitet wird. 14. The method according to claim 12, characterized in that the coolant (73) after the third step from the cooling system (70) is derived.
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