DE102011003449B4 - An electrical appliance with a cooling device comprising a device for reducing the oxygen concentration in a coolant in a coolant circuit and method therefor - Google Patents

Abstract

Elektrisches Gerät (15) mit einer Kühleinrichtung (13), die eine Vorrichtung (1) zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel (3) eines Kühlmittelkreislaufs (2) und hierdurch zum Schützen des Kühlmittelkreislaufs (2) vor Korrosion umfasst, wobei das Kühlmittel (3) Wasser ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Raum (4), welcher zur Aufnahme des Kühlmittels (3) ausgebildet ist und zumindest bereichsweise von einer ersten Seite (5) einer für Sauerstoff (6) zumindest teilweise permeablen Membran (7) begrenzt ist, sowie einen zweiten Raum (8), welcher an den ersten Raum zumindest bereichsweise anschließt und zumindest teilweise von einer der ersten Seite (5) gegenüberliegenden zweiten Seite (9) der Membran (7) begrenzt ist, aufweist, wobei der zweite Raum (8) zur Aufnahme eines sauerstoffabführenden Mediums (10) ausgebildet ist.An electrical device (15) having a cooling device (13) comprising a device (1) for reducing the oxygen concentration in a coolant (3) of a coolant circuit (2) and thereby protecting the coolant circuit (2) against corrosion, the coolant ( 3) is water, characterized in that the device has a first space (4) which is designed to receive the coolant (3) and at least partially from a first side (5) of an oxygen (6) at least partially permeable membrane (7 ) is limited, and a second space (8) which at least partially connects to the first space and at least partially by one of the first side (5) opposite the second side (9) of the membrane (7) is limited, wherein the second Room (8) for receiving an oxygen-removing medium (10) is formed.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer Kühleinrichtung, die eine Vorrichtung zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verringern der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs. Letztlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Geräts mit einer Kühleinrichtung, wobei die Kühleinrichtung einen Kühlmittelkreislauf umfasst.The invention relates to an electrical device with a cooling device, which comprises a device for reducing the oxygen concentration in a coolant of a coolant circuit. The invention also relates to a method for reducing the oxygen concentration in a coolant of a coolant circuit. Finally, the invention also relates to a method for operating an electrical device with a cooling device, wherein the cooling device comprises a coolant circuit.

Elektrische oder elektronische Geräte müssen häufig durch einen Kühlmittelkreislauf, beispielsweise einen Wasserkreislauf, gekühlt werden. Um unerwünschte elektrische Potenzialunterschiede zu vermeiden, sind bei einigen Anwendungen elektrisch nicht leitfähige Komponenten im Kühlmittelkreislauf vorgesehen. Dies ist zum Beispiel bei wassergekühlten Umrichtern der Fall. Dort werden Kunststoffe als elektrische isolierende Komponenten eingesetzt. Kunststoffe sind aber grundsätzlich nicht vollständig permeationsdicht für atmosphärischen Sauerstoff. Dies bedingt, dass sich Sauerstoff im Kühlwasserkreislauf anreichern kann. Durch die dadurch bewirkte Sauerstoffkonzentration im Kühlwasser können Korrosionsprozesse, zum Beispiel an den Rohren des Kühlwasserkreislaufs, ablaufen, welche die Betriebssicherheit der Anlage gefährden.Electrical or electronic devices must often be cooled by a coolant circuit, for example a water circuit. In order to avoid unwanted electrical potential differences, in some applications electrically non-conductive components are provided in the coolant circuit. This is the case, for example, with water-cooled converters. There, plastics are used as electrical insulating components. However, plastics are generally not completely permeation-proof for atmospheric oxygen. This requires that oxygen in the cooling water circuit can accumulate. The resulting oxygen concentration in the cooling water can cause corrosion processes, for example on the pipes of the cooling water circuit, which endanger the operational safety of the system.

Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, dieses Problem zu lösen. Sauerstoff kann beispielsweise durch funktionalisierte Ionenaustauscherharze (zum Beispiel USF TA-8 Anion Resin) gebunden werden. Darüber hinaus kann Sauerstoff auch durch die Reaktion mit Hydrazin (gegebenenfalls unterstützt durch mit Ionenaustauscherharzen immobilisierten Katalysatoren) entfernt werden. Die beiden chemischen Verfahren basieren auf der Verwendung von modifizierten Ionenaustauschern. Dies birgt prinzipiell die Gefahr, dass Ionen ausgetragen werden (sogenanntes Leaking) und im Wasserkreislauf entweder zu einer unzulässigen Anhebung der elektrischen Leitfähigkeit oder durch katalytische Effekte zu einem erhöhten Korrosionsrisiko führen. Beide Verfahren sind nicht wartungsfrei, sondern erfordern regelmäßigen Tausch der Harze bzw. zusätzlich eine regelmäßige kontrollierte Dosierung des aktiven Stoffes Hydrazin. Die Verwendung von Hydrazin ist mit einem Arbeitsschutzrisiko verbunden, da Hydrazin toxisch ist.There are various ways known to solve this problem. Oxygen can be bound, for example, by functionalized ion exchange resins (for example USF TA-8 anion resin). In addition, oxygen may also be removed by reaction with hydrazine (optionally supported by catalysts immobilized with ion exchange resins). The two chemical processes are based on the use of modified ion exchangers. This entails in principle the risk that ions are discharged (so-called leaking) and lead in the water cycle either to an impermissible increase in the electrical conductivity or by catalytic effects to an increased risk of corrosion. Both methods are not maintenance-free, but require regular replacement of the resins or additionally a regular controlled dosage of the active ingredient hydrazine. The use of hydrazine is associated with a health and safety risk since hydrazine is toxic.

Alternativ kann durch das Kühlwasser auch Stickstoff geperlt werden, wodurch der Sauerstoff aus dem Wasser entfernt wird. Das Einperlen von Stickstoff in den Wasserkreislauf oder die Verwendung von modifizierten Gaswäschern zur Stickstoffspülung birgt die Gefahr, dass verschleppte Gasbläschen sich an kritischen Stellen im Kreislauf sammeln und dort zu einer reduzierten Kühlleistung führen. Dies kann zum Ausfall der betroffenen, nicht ausreichend gekühlten Komponente führen.Alternatively, nitrogen may also be bubbled through the cooling water, thereby removing the oxygen from the water. The bubbling of nitrogen into the water cycle or the use of modified scrubbers for nitrogen flushing involves the risk that entrained gas bubbles collect at critical points in the circuit and lead there to a reduced cooling capacity. This can lead to failure of the affected, not sufficiently cooled component.

Aus der US 7 153 343 B2 ist ein Treibstoffsystem für ein Flugzeug bekannt. Dieses umfasst ein Deoxygenierungssystem mit einer porösen Membran, über welche in dem Treibstoff enthaltener Sauerstoff an ein Gas, insbesondere Stickstoff abgegeben wird. Der Treibstoff kann auch zur Kühlung von Systemen des Flugzeugs verwendet werden.From the US Pat. No. 7,153,343 B2 For example, a fuel system for an aircraft is known. This comprises a deoxygenation system with a porous membrane, via which oxygen contained in the fuel is released to a gas, in particular nitrogen. The fuel may also be used to cool systems of the aircraft.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs zu verringern und hierfür ein aufwandsarm durchzuführendes Verfahren sowie ein wartungsarmes und sicheres elektrisches Gerät bereitzustellen.It is an object of the invention to reduce the oxygen concentration in a coolant of a coolant circuit and to provide a low-cost procedure to be performed and a low-maintenance and safe electrical device.

Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Gerät, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, ein Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs 9 aufweist, sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.This object is achieved by an electrical device having the features of claim 1, a method having the features of claim 9, and a method having the features of claim 11.

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer Kühleinrichtung, die eine Vorrichtung zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs umfasst. Somit kann der Kühlmittelkreislauf vor Korrosion geschützt werden. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Raum, der zur Aufnahme des Kühlmittels ausgebildet ist und zumindest bereichsweise von einer ersten Seite einer für Sauerstoff zumindest teilweise permeablen Membran begrenzt ist. Die Membran ist so ausgebildet, dass Sauerstoff, insbesondere bei Vorliegen eines Sauerstoffkonzentrationsgefälles, durch die Membran hindurch diffundieren kann. Die Vorrichtung umfasst auch einen zweiten Raum, der zumindest bereichsweise an den ersten Raum anschließt und hierbei zumindest teilweise von einer zweiten Seite der Membran begrenzt ist. Diese zweite Seite der Membran ist eine der ersten Seite gegenüberliegende Seite. Der zweite Raum ist zur Aufnahme eines sauerstoffabführenden Mediums ausgebildet. Auf diese Art ermöglicht die Vorrichtung, dass Sauerstoff, welcher im Kühlmittel gelöst ist, das im ersten Raum vorliegt, durch die permeable Membran in den zweiten Raum mit geringer Sauerstoffkonzentration diffundiert, wo er von dem sauerstoffabführenden Medium aufgenommen und gegebenenfalls abtransportiert wird. Das sauerstoffabführende Medium kann insbesondere eine geringe Sauerstoffkonzentration aufweisen, so dass über die Membran ein Sauerstoffkonzentrationsgradient ausgebildet ist, welcher die Diffusion des Sauerstoffs vom ersten Raum in den zweiten Raum treibt. Die Membran kann insbesondere eine Austauscherfläche für Sauerstoff zur Verfügung stellen.The invention relates to an electrical device with a cooling device, which comprises a device for reducing the oxygen concentration in a coolant of a coolant circuit. Thus, the coolant circuit can be protected from corrosion. The device comprises a first space which is designed to receive the coolant and is delimited at least in regions by a first side of a membrane which is at least partially permeable to oxygen. The membrane is designed so that oxygen, especially in the presence of an oxygen concentration gradient, can diffuse through the membrane. The device also comprises a second space, which adjoins the first space at least in regions and in this case is at least partially bounded by a second side of the membrane. This second side of the membrane is a side opposite the first side. The second space is designed to receive an oxygen-removing medium. In this way, the device allows oxygen dissolved in the coolant present in the first space to diffuse through the permeable membrane into the second low oxygen concentration space where it is taken up by the oxygen scavenging medium and optionally removed. The oxygen-removing medium may in particular have a low oxygen concentration, so that an oxygen concentration gradient is formed across the membrane, which drives the diffusion of oxygen from the first space into the second space. In particular, the membrane can provide an oxygen exchange surface.

Die Vorrichtung erlaubt, die Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs effizient und unkompliziert zu verringern. In den Kühlmittelkreislauf muss hierbei nicht direkt eingegriffen werden. Die Zufuhr von sauerstoffbindenden Stoffen in den Kühlmittelkreislauf entfällt. Die Vorrichtung benötigt keine toxischen Stoffe und birgt auch nicht die Gefahr, dass sich im Kühlmittelkreislauf unerwünschte Gasblasen ansammeln. The device allows the oxygen concentration in a refrigerant of a refrigerant circuit to be reduced efficiently and easily. In the coolant circuit must not be intervened directly. The supply of oxygen-binding substances in the coolant circuit is eliminated. The device requires no toxic substances and also does not pose the risk that accumulate in the coolant circuit unwanted gas bubbles.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Membran aus einem Silikonwerkstoff ausgebildet ist. Silikonwerkstoffe zeichnen sich durch eine sehr hohe Sauerstoffpermeation aus. Diese hohe Durchlässigkeit erlaubt, dass Sauerstoff sehr effektiv aus dem Kühlmittel entfernt werden kann. Damit kann die Membran mit einer vergleichsweise geringen Kontaktfläche und somit stabil und kostengünstig ausgebildet werden.It is particularly preferred if the membrane is formed of a silicone material. Silicone materials are characterized by a very high oxygen permeation. This high permeability allows oxygen to be removed very effectively from the coolant. Thus, the membrane can be formed with a relatively small contact area and thus stable and inexpensive.

Vorzugsweise ist der zweite Raum zur Aufnahme von Stickstoff ausgebildet. Stickstoff kann dann das sauerstoffabführende Medium darstellen. Der zweite Raum kann insbesondere auch zur Aufnahme eines Gases ausgebildet sein, dessen Hauptbestandteil Stickstoff ist. Dann sollte die Sauerstoffkonzentration in dem stickstoffhaltigen Gas gering genug sein, um einen ausreichenden Konzentrationsgradienten über die Membran zu bewirken, so dass Sauerstoff aus dem Kühlmittel entfernt werden kann. Der zweite Raum kann insbesondere zur Aufnahme von nahezu reinem Stickstoff ausgebildet sein. Die Gewinnung von nahezu reinem Stickstoff ist kostengünstig und einfach zu realisieren, so dass sich dieses Gas als sauerstoffabführendes Medium anbietet.Preferably, the second space is designed to receive nitrogen. Nitrogen can then be the oxygen-removing medium. The second space may in particular also be designed to receive a gas whose main constituent is nitrogen. Then, the oxygen concentration in the nitrogen-containing gas should be low enough to cause a sufficient concentration gradient across the membrane so that oxygen can be removed from the coolant. The second space may be designed in particular for receiving virtually pure nitrogen. The extraction of almost pure nitrogen is inexpensive and easy to implement, so that this gas offers as an oxygen-carrying medium.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, das Kühlmittel so durch den ersten Raum zu leiten, dass es die erste Seite der Membran in einer ersten Hauptstromrichtung umspült. Vorzugsweise erlaubt die Vorrichtung dann, das sauerstoffabführende Medium so durch den zweiten Raum zu leiten, dass es die zweite Seite der Membran in einer zweiten Hauptstromrichtung umspült. Durch das Umspülen wird sichergestellt, dass Kühlmittel mit verringerter Sauerstoffkonzentration von der Membranoberfläche abgeführt wird, während das mit Sauerstoff angereicherte sauerstoffabführende Medium ebenfalls aus dem Bereich in der Nähe der Membran wegtransportiert wird. Ein nahezu konstantes Gefälle hinsichtlich der Sauerstoffkonzentration wird so aufrechterhalten. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn die erste Hauptstromrichtung im Wesentlichen antiparallel zur zweiten Hauptstromrichtung verläuft. Die Membran wird dann insbesondere im Gegenstromprinzip von den beiden Medien umspült. Unerwünschte Effekte aufgrund gleicher Stromrichtungen im ersten und zweiten Raum lassen sich so vermeiden.Preferably, the device is configured to direct the coolant through the first space so that it flows around the first side of the membrane in a first main flow direction. Preferably, the device then allows the oxygen-removing medium to be directed through the second space so as to surround the second side of the membrane in a second main flow direction. The purge ensures that reduced oxygen concentration refrigerant is removed from the membrane surface, while the oxygen-enriched oxygen evacuation medium is also transported away from the region near the membrane. An almost constant gradient in oxygen concentration is thus maintained. It is particularly preferred in this case if the first main flow direction is substantially antiparallel to the second main flow direction. The membrane is then washed around by the two media, in particular in a counterflow principle. Unwanted effects due to the same current directions in the first and second space can thus be avoided.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung auch eine Stickstoffgewinnungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Stickstoffkonzentration gegenüber der Umgebungsluft zu erhöhen. Sie kann insbesondere dazu ausgebildet sein, dem zweiten Raum ein Gas bereitzustellen, dessen Stickstoffkonzentration gegenüber der Stickstoffkonzentration der Luft erhöht ist. Die Stickstoffgewinnungsvorrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, diesen Stickstoff im Druckwechselabsorptionsverfahren aus Luft zu gewinnen. Es handelt sich hierbei um ein einfach zu implementierendes physikalisches Verfahren, mit dem Gasgemische sicher und schnell getrennt werden können. Das Verfahren lässt sich in kompakten, günstigen und wartungsfreien Stickstoffgewinnungsvorrichtungen realisieren.Preferably, the apparatus also includes a nitrogen recovery device configured to increase the nitrogen concentration to the ambient air. It may in particular be designed to provide the second space with a gas whose nitrogen concentration is increased in relation to the nitrogen concentration of the air. The nitrogen extraction device may in particular be designed to recover this nitrogen in the pressure swing absorption process from air. It is an easy-to-implement physical process that allows gas mixtures to be separated safely and quickly. The process can be implemented in compact, inexpensive and maintenance-free nitrogen extraction devices.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, den auf die erste Seite wirkenden Druck des Kühlmittels dem auf die zweite Seite wirkenden Druck des sauerstoffabführenden Mediums so anzupassen, dass eine beschädigende Verformung der Membran verhindert ist. Entsprechend kann auch der auf die zweite Seite wirkende Druck des sauerstoffabführenden Mediums dem auf die erste Seite wirkenden Druck des Kühlmittels angepasst werden. Es können auch beide Drücke angepasst werden. Die mechanische Belastung der Membran wird gering gehalten, so dass diese mit einer dünnen Wandstärke realisierbar ist. Hinsichtlich der Sauerstoffaustauschfähigkeit wird so der Wirkungsgrad der Membran erhöht.Furthermore, it is preferred if the device is designed to adapt the pressure of the coolant acting on the first side to the pressure of the oxygen-removing medium acting on the second side such that damaging deformation of the diaphragm is prevented. Accordingly, the pressure of the oxygen-removing medium acting on the second side can also be adapted to the pressure of the coolant acting on the first side. You can also adjust both pressures. The mechanical stress on the membrane is kept low, so that it can be realized with a thin wall thickness. With regard to the oxygen exchange capacity, the efficiency of the membrane is thus increased.

Vorzugsweise umfasst die Kühleinrichtung zumindest zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen. Diese können seriell aufeinanderfolgend angeordnet oder parallel zueinander angeordnet sein. Auch Kombinationen einer seriellen und parallelen Anordnung sind möglich. Die Kühleinrichtung kann dann insbesondere dazu ausgebildet sein, das Kühlmittel durch jeweils den ersten Raum der wenigstens zwei Vorrichtungen zu leiten und das sauerstoffabführende Medium durch jeweils den zweiten Raum der wenigstens zwei Vorrichtungen zu leiten. Durch eine seriell hintereinander geschaltete Anordnung der Vorrichtungen kann die Sauerstoffkonzentration im Kühlmittel sukzessive verringert werden; durch die parallele Anordnung der Vorrichtungen lässt sich der Durchsatz und/oder die Wechselwirkungsfläche bzw. Austauschfläche vergrößern. Das Kühlmittel kann effektiver von Sauerstoff befreit werden.Preferably, the cooling device comprises at least two devices according to the invention. These can be arranged serially in succession or arranged parallel to each other. Also combinations of a serial and parallel arrangement are possible. The cooling device can then in particular be designed to guide the coolant through in each case the first space of the at least two devices and to guide the oxygen-removing medium through in each case the second space of the at least two devices. By a series arrangement of the devices, the oxygen concentration in the coolant can be successively reduced; By the parallel arrangement of the devices, the throughput and / or the interaction surface or exchange surface can be increased. The coolant can be freed of oxygen more effectively.

Unter einem elektrischen Gerät ist jede elektrische oder elektronische Vorrichtung zu verstehen, insbesondere ein solches Gerät, bei dem hohe elektrische Verlustwärme auftritt.An electrical device is any electrical or electronic device to understand, in particular such a device in which high electrical heat loss occurs.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Verringern der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs einer Kühleinrichtung für ein elektrisches Gerät und hierdurch Schützen des Kühlmittelkreislaufs vor Korrosion, wobei das Kühlmittel Wasser ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

• a) Leiten eines Kühlmittels durch einen ersten Raum, welcher zumindest bereichsweise von einer ersten Seite einer für Sauerstoff zumindest teilweise permeablen Membran begrenzt wird, so dass die erste Seite der Membran von dem Kühlmittel umströmt wird; und
• b) Leiten eines sauerstoffabführenden Mediums durch einen zweiten Raum, welcher an den ersten Raum zumindest bereichsweise anschließt und zumindest teilweise von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Membran begrenzt wird, so dass die zweite Seite der Membran von dem sauerstoffabführenden Medium umspült wird.

A method according to the invention serves to reduce the oxygen concentration in a coolant of a coolant circuit Cooling device for an electrical device and thereby protecting the coolant circuit from corrosion, wherein the coolant is water. The method comprises the following steps:

• a) passing a coolant through a first space, which is delimited at least in regions by a first side of a membrane which is at least partially permeable to oxygen, so that the coolant flows around the first side of the membrane; and
• b) passing an oxygen-removing medium through a second space which adjoins the first space at least in regions and is at least partially bounded by a second side of the membrane opposite the first side, so that the second side of the membrane is surrounded by the oxygen-removing medium.

Vorzugsweise wird in Schritt b) ein Gas als sauerstoffabführendes Medium dient und durch den zweiten Raum geleitet wird.Preferably, in step b), a gas serves as an oxygen-removing medium and is passed through the second space.

Bei dem Gas kann es sich insbesondere um ein Gasgemisch mit einer Stickstoffkonzentration von mehr als 90 Prozent handeln. Vorzugsweise beträgt die Konzentration mehr als 95 Prozent. Besonders bevorzugt sind jedoch Stickstoffkonzentrationen von mehr als 99 Prozent. Im Wasser gelöster Sauerstoff wirkt sich im Kühlkreislauf als besonders nachteilig aus und kann im Rahmen des Verfahrens durch sehr reinen Stickstoff unter Zuhilfenahme der Membran aus dem Wasser zuverlässig entfernt werden.In particular, the gas may be a gas mixture having a nitrogen concentration of more than 90 percent. Preferably, the concentration is more than 95 percent. However, nitrogen concentrations of more than 99 percent are particularly preferred. Oxygen dissolved in the water has a particularly disadvantageous effect in the cooling circuit and can be reliably removed from the water during the process by very pure nitrogen with the aid of the membrane.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts umfasst die folgenden Schritte:

• a) Leiten eines Kühlmittels über einen Kühlmittelkreislauf der Kühleinrichtung durch die Vorrichtung zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration; und
• b) Leiten eines sauerstoffabführenden Mediums durch die Vorrichtung zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration.

A method according to the invention for operating an electrical device according to the invention comprises the following steps:

• a) passing a coolant over a coolant circuit of the cooling device through the device for reducing the oxygen concentration; and
• b) passing an oxygen-removing medium through the oxygen concentration reducing device.

Durch das Verfahren wird der Kühlmittelkreislauf des elektrischen Geräts vor Korrosion geschützt. Gleichzeitig ist eine stetig gute Kühlung des elektrischen Geräts sichergestellt.The process protects the coolant circuit of the electrical device from corrosion. At the same time a constantly good cooling of the electrical device is ensured.

Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Kühleinrichtung, das erfindungsgemäße elektrische Gerät sowie die erfindungsgemäßen Verfahren.The preferred embodiments presented for the device according to the invention and their advantages apply correspondingly to the cooling device according to the invention, the electrical device according to the invention and the methods according to the invention.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen als auch die in der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations and / or features and feature combinations shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the invention.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:Reference to exemplary embodiments, the invention is explained in more detail below. Show it:

1 einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 1 a schematic cross section through an embodiment of a device according to the invention; and

2 eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung mit einer Vorrichtung zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel der Kühleinrichtung. 2 a schematic representation of a cooling device with a device for reducing the oxygen concentration in a coolant of the cooling device.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine Vorrichtung 1, welche zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel 3 eines Kühlmittelkreislaufs 2 dient. Ein Kühlmittelraum 4 in Form eines geschlossenen Kanals wird in einer Hauptstromrichtung H1, welche durch Pfeile P1 symbolisiert ist, von dem Kühlmittel 3 durchströmt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Kühlmittel 3 um Wasser. 1 shows a device 1 which reduce the concentration of oxygen in a coolant 3 a coolant circuit 2 serves. A coolant room 4 in the form of a closed channel is in a main flow direction H1, which is symbolized by arrows P1, from the coolant 3 flows through. In the exemplary embodiment, it is the coolant 3 around water.

Analog zum Kühlmittelraum 4 wird ein Gasraum 8 von Stickstoff 10 in einer Hauptstromrichtung H2, welche durch Pfeile P2 symbolisiert ist, durchströmt. Auch der Gasraum 8 ist als geschlossener Kanal ausgebildet.Analogous to the coolant chamber 4 becomes a gas space 8th of nitrogen 10 flows in a main flow direction H2, which is symbolized by arrows P2. Also the gas room 8th is designed as a closed channel.

Das Kühlmittel 3 tritt in den Kühlmittelraum 4 über eine Einströmöffnung E1 ein und über eine Ausströmöffnung A1 aus. Ebenso tritt der Stickstoff 10 in den Gasraum 8 über eine Einströmöffnung E2 ein und aus diesem über eine Ausströmöffnung A2 aus. Die jeweiligen Hauptstromrichtungen H1 und H2 innerhalb der Kanäle sind im Wesentlichen antiparallel zueinander.The coolant 3 enters the coolant space 4 via an inflow opening E1 and via an outflow opening A1. Likewise, the nitrogen occurs 10 in the gas space 8th via an inflow opening E2 and out of this via an outflow opening A2. The respective main flow directions H1 and H2 within the channels are substantially antiparallel to each other.

Der Kühlmittelraum 4 ist durch eine Wand 17 von dem Gasraum 8 getrennt. Die Wand 17 ist stellenweise von einer Silikonmembran 7 unterbrochen. Diese Silikonmembran 7 weist eine erste Seite bzw. Kühlmittelraumseite 5 auf, welche dem Kühlmittelraum 4 zugewandt ist. Eine dieser ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite ist die Gasraumseite 9, welche dem Gasraum 8 zugewandt ist. Die Kühlmittelraumseite 5 wird vom Kühlmittel 3 innerhalb des Kühlmittelraums 4 vom Kühlmittel 3 umspült, während der Stickstoff 10 an der Gasraumseite 9 der Silikonmembran 7 im Gasraum 8 vorbeiströmt. Durch die Membrankonfiguration kann Sauerstoff 6 (in der Figur durch Pfeile dargestellt) aus dem Kühlmittel 3 in den Gasraum 8 abgegeben werden, der im Gegenstromprinzip mit dem sauerstofffreien Stickstoff 10 gespült wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass Kühlmittel 3, das an der Ausströmöffnung A1 aus dem Kühlmittelraum 4 austritt sauerstoffärmer ist als das Kühlmittel 3, das an der Einströmöffnung E1 in den Kühlmittelraum 4 eintritt. Analog hierzu ist der über die Ausströmöffnung A2 austretende Stickstoff 10 sauerstoffreicher als der über die Einströmöffnung E2 in den Gasraum 8 eintretende Stickstoff 10.The coolant space 4 is through a wall 17 from the gas space 8th separated. The wall 17 is in places of a silicone membrane 7 interrupted. This silicone membrane 7 has a first side or coolant space side 5 on which the coolant space 4 is facing. One of these first side opposite second side is the gas space side 9 which is the gas space 8th is facing. The coolant chamber side 5 gets from the coolant 3 within the coolant space 4 from the coolant 3 lapped while the nitrogen 10 on the gas room side 9 the silicone membrane 7 in the gas space 8th flows past. Through the membrane configuration can oxygen 6 (Shown in the figure by arrows) from the coolant 3 in the gas space 8th discharged in countercurrent with the oxygen-free nitrogen 10 is rinsed. In this way it is achieved that coolant 3 at the outflow opening A1 from the coolant space 4 Oxygen scavenger is as the coolant 3 , which at the inflow opening E1 in the coolant space 4 entry. Analogous to this is the nitrogen exiting via the outflow opening A2 10 oxygen-rich than the via the inlet opening E2 in the gas space 8th entering nitrogen 10 ,

Durch diese Konfiguration wird mit Hilfe der Silikonmembran 7 eine hohe Austauschfläche zur Verfügung gestellt, die eine starke Verringerung der Sauerstoffkonzentration im Kühlmittel 3 erlaubt. Im Ausführungsbeispiel wird über die Vorrichtung 1 zudem sichergestellt, dass der Gasdruck des Stickstoffs 10 im Gasraum 8 an den Flüssigkeitsdruck des Kühlmittels 3 im Kühlmittelraum 4 angepasst ist. Idealerweise wirken auf die Kühlmittelraumseite 5 und die Gasraumseite 9 der Silikonmembran 7 dieselben Drücke. Die mechanische Belastung der Silikonmembran 7 wird so gering gehalten, so dass die Wandstärke der Silikonmembran 7 im Ausführungsbeispiel sehr klein gewählt wurde. Die Silikonmembran 7 ist auf diese Weise für den Sauerstoff 6 besonders gut durchlässig.Through this configuration, using the silicone membrane 7 provided a high exchange area, which greatly reduces the oxygen concentration in the coolant 3 allowed. In the embodiment is on the device 1 It also ensures that the gas pressure of the nitrogen 10 in the gas space 8th to the fluid pressure of the coolant 3 in the coolant room 4 is adjusted. Ideally, it acts on the coolant side 5 and the gas room side 9 the silicone membrane 7 the same pressures. The mechanical stress of the silicone membrane 7 is kept so low that the wall thickness of the silicone membrane 7 was chosen very small in the embodiment. The silicone membrane 7 is in this way for the oxygen 6 very well drained.

Die Vorrichtung 1 der 1 findet sich auch im Ausführungsbeispiel der 2 wieder. In ihr ist eine Kühleinrichtung 13 dargestellt, welche den Kühlmittelkreislauf 2 umfasst. Innerhalb des Kühlmittelkreislaufs 2 ist zur Kühlung des Kühlmittels 3 ein Wärmetauscher 14 vorgesehen. Das Kühlmittel 3 wird durch den Kühlmittelkreislauf 2 durch eine Pumpe 16 zirkuliert. Im Ausführungsbeispiel wird ein elektrischer Umrichter 15 durch die Kühleinrichtung 13 gekühlt. Alternativ ist anstelle des Umrichters 15 jedoch jedes beliebige elektrische oder elektronische Gerät denkbar, das einer Kühlung bedarf. Beispielsweise kann so auch eine elektrische Maschine gekühlt werden.The device 1 of the 1 can also be found in the embodiment of 2 again. There is a cooling device in it 13 shown, which the coolant circuit 2 includes. Inside the coolant circuit 2 is for cooling the coolant 3 a heat exchanger 14 intended. The coolant 3 is through the coolant circuit 2 through a pump 16 circulated. In the embodiment, an electrical converter 15 through the cooling device 13 cooled. Alternatively, instead of the inverter 15 However, any electrical or electronic device conceivable that requires cooling. For example, an electric machine can also be cooled in this way.

Im Ausführungsbeispiel der 2 sind mehrere der in 1 gezeigten Vorrichtungen 1 parallel zueinander angeordnet. Der Kühlmittelkreislauf 2 verläuft über vier parallel geschaltete Kanäle bzw. Kühlmittelräume 4. Diese sind wiederum, wie in 1 gezeigt, an vier parallel geschaltete, von Stickstoff 10 durchströmte Kanäle bzw. Gasräume 8 gekoppelt. Die jeweiligen Kanäle der beiden unterschiedlichen Medien werden in entgegengesetzter Stromrichtung betrieben. Die so erhaltene Konfiguration erinnert an die eines Plattenwärmetauschers, nun jedoch mit dem Unterschied, dass kein Wärmetausch sondern ein Austausch von Sauerstoff 6 stattfindet. Die aus dem Plattenwärmetauscher bekannte wärmeleitfähige Fläche wird durch die Silikonmembran 7 ersetzt. Durch die Plattenkonfiguration wird eine hohe Austauschfläche zur Verfügung gestellt. Zusätzlich können mehrere solcher fingerartig ineinandergreifender parallel geschalteter Vorrichtungen 1 auch seriell hintereinander angeordnet sein, um eine weitere Verringerung der Sauerstoffkonzentration im Kühlmittel 3 des Kühlmittelkreislaufs 2 zu erreichen.In the embodiment of 2 are several of the in 1 shown devices 1 arranged parallel to each other. The coolant circuit 2 runs over four parallel channels or coolant chambers 4 , These are in turn, as in 1 shown at four in parallel, of nitrogen 10 flowed through channels or gas spaces 8th coupled. The respective channels of the two different media are operated in the opposite direction of flow. The configuration thus obtained is reminiscent of that of a plate heat exchanger, but with the difference that no heat exchange but an exchange of oxygen 6 takes place. The known from the plate heat exchanger thermally conductive surface is through the silicone membrane 7 replaced. The plate configuration provides a high exchange area. In addition, a plurality of such interdigitated parallel-connected devices 1 also be arranged serially one behind the other to further reduce the oxygen concentration in the coolant 3 of the coolant circuit 2 to reach.

Im Ausführungsbeispiel wird der Stickstoff 10 durch einen Stickstoffgenerator 11 bereitgestellt. Der Stickstoffgenerator 11 ist in der Lage, den Stickstoff aus der Umgebungsluft 12 auszufiltern. Beispielsweise kann es sich bei dem Stickstoffgenerator 11 um einen CLAIND Laboratory Gas Generator „UHP Nitrogen Generator NG2000” handeln. Dieser arbeitet nach dem Druckwechsel-Absorptions-Verfahren (PSA, Pressure Swing Absorption) und stellt kontinuierlich Stickstoff 10 mit sehr hoher. Reinheit zur Verfügung. Die Reinheit des Stickstoffs 10 kann mehr als 99,9995 Prozent betragen.In the embodiment, the nitrogen 10 through a nitrogen generator 11 provided. The nitrogen generator 11 is capable of removing the nitrogen from the ambient air 12 filter out. For example, the nitrogen generator may be 11 to trade a CLAIND Laboratory Gas Generator "UHP Nitrogen Generator NG2000". This works according to the pressure swing absorption method (PSA, Pressure Swing Absorption) and provides continuous nitrogen 10 with very high. Purity available. The purity of the nitrogen 10 can be more than 99.9995 percent.

Der einzige Stoff, der zwischen den in 2 dargestellten Kreisläufen des Kühlmittels 3 und des Stickstoffs 10 ausgetauscht wird, ist der Sauerstoff 6. In den Kühlmittelkreislauf 2 muss nicht direkt eingegriffen werden. Insbesondere ist ein Einbringen von Verunreinigungen ausgeschlossen. Das so bereit gestellte Deoxygenierungssystem ist wartungsarm, leise, arbeitet ohne schädliche Chemikalien und stellt eine kontinuierliche und ausfallsichere Kühlung des Umrichters 15 sicher.The only substance between the in 2 illustrated circuits of the coolant 3 and nitrogen 10 is exchanged, is the oxygen 6 , Into the coolant circuit 2 does not need to be intervened directly. In particular, an introduction of impurities is excluded. The deoxygenation system thus provided is low maintenance, quiet, operates without harmful chemicals, and provides continuous and fail-safe cooling of the drive 15 for sure.

Claims (11)

Elektrisches Gerät (15) mit einer Kühleinrichtung (13), die eine Vorrichtung (1) zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel (3) eines Kühlmittelkreislaufs (2) und hierdurch zum Schützen des Kühlmittelkreislaufs (2) vor Korrosion umfasst, wobei das Kühlmittel (3) Wasser ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Raum (4), welcher zur Aufnahme des Kühlmittels (3) ausgebildet ist und zumindest bereichsweise von einer ersten Seite (5) einer für Sauerstoff (6) zumindest teilweise permeablen Membran (7) begrenzt ist, sowie einen zweiten Raum (8), welcher an den ersten Raum zumindest bereichsweise anschließt und zumindest teilweise von einer der ersten Seite (5) gegenüberliegenden zweiten Seite (9) der Membran (7) begrenzt ist, aufweist, wobei der zweite Raum (8) zur Aufnahme eines sauerstoffabführenden Mediums (10) ausgebildet ist.Electric device ( 15 ) with a cooling device ( 13 ), which is a device ( 1 ) for reducing the oxygen concentration in a coolant ( 3 ) of a coolant circuit ( 2 ) and thereby to protect the coolant circuit ( 2 ) before corrosion, wherein the coolant ( 3 ) Water, characterized in that the device has a first space ( 4 ), which for receiving the coolant ( 3 ) is formed and at least partially from a first side ( 5 ) one for oxygen ( 6 ) at least partially permeable membrane ( 7 ) and a second room ( 8th ), which adjoins the first space at least in regions and at least partially from one of the first side ( 5 ) opposite second side ( 9 ) of the membrane ( 7 ), wherein the second space ( 8th ) for receiving an oxygen-removing medium ( 10 ) is trained. Elektrisches Gerät (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (7) aus einem Silikonwerkstoff ausgebildet ist. Electric device ( 15 ) according to claim 1, characterized in that the membrane ( 7 ) is formed of a silicone material. Elektrisches Gerät (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Raum (8) zur Aufnahme von Stickstoff (10) ausgebildet ist.Electric device ( 15 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the second space ( 8th ) for uptake of nitrogen ( 10 ) is trained. Elektrisches Gerät (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel (3) so durch den ersten Raum (4) zu leiten, dass es die erste Seite (5) der Membran (7) in einer ersten Hauptstromrichtung (H1) umspült und das sauerstoffabführende Medium (10) so durch den zweiten Raum (8) zu leiten, dass es die zweite Seite (9) der Membran (7) in einer zweiten Hauptstromrichtung (H2) umspült, wobei insbesondere die erste Hauptstromrichtung (H1) im Wesentlichen antiparallel zur zweiten Hauptstromrichtung (H2) verläuft.Electric device ( 15 ) according to one of the preceding claims, which is designed to cool the coolant ( 3 ) so through the first room ( 4 ) that it is the first page ( 5 ) of the membrane ( 7 ) in a first main flow direction (H1) and the oxygen-removing medium ( 10 ) so through the second room ( 8th ) that it is the second page ( 9 ) of the membrane ( 7 ) flows around in a second main flow direction (H2), wherein, in particular, the first main flow direction (H1) extends substantially antiparallel to the second main flow direction (H2). Elektrisches Gerät (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raum (4) mit zumindest einer Einströmöffnung (E1) und zumindest einer Ausströmöffnung (A1) für das Kühlmittel (4) ausgebildet ist und/oder der zweite Raum (8) mit zumindest einer Einströmöffnung (E2) und zumindest einer Ausströmöffnung (A2) für das sauerstoffabführende Medium (10) ausgebildet ist.Electric device ( 15 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first space ( 4 ) with at least one inflow opening (E1) and at least one outflow opening (A1) for the coolant ( 4 ) is formed and / or the second space ( 8th ) with at least one inflow opening (E2) and at least one outflow opening (A2) for the oxygen-removing medium ( 10 ) is trained. Elektrisches Gerät (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Stickstoffgewinnungsvorrichtung (11), welche dazu ausgebildet ist, die Stickstoffkonzentration gegenüber der Umgebungsluft zu erhöhen, und welche insbesondere dazu ausgebildet ist, diesen Stickstoff (10) im Druckwechsel-Adsorptions-Verfahren aus Luft (12) zu gewinnen.Electric device ( 15 ) according to one of the preceding claims, characterized by a nitrogen extraction device ( 11 ), which is designed to increase the nitrogen concentration relative to the ambient air, and which is in particular adapted to this nitrogen ( 10 ) in the pressure swing adsorption process from air ( 12 ) to win. Elektrisches Gerät (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, die auf die erste (5) und zweite Seite (9) wirkenden Drücke des Kühlmittels (3) bzw. des sauerstoffabführenden Mediums (10) so aneinander anzupassen, dass eine beschädigende Verformung der Membran (7) verhindert ist.Electric device ( 15 ) according to one of the preceding claims, which is adapted to the first ( 5 ) and second page ( 9 ) acting pressures of the coolant ( 3 ) or the oxygen-removing medium ( 10 ) so that a damaging deformation of the membrane ( 7 ) is prevented. Elektrisches Gerät (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Vorrichtungen (1), welche seriell aufeinanderfolgend und/oder parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kühleinrichtung (13) dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel (3) durch jeweils den ersten Raum (4) der wenigstens zwei Vorrichtungen (1) zu leiten und das sauerstoffabführende Medium (10) durch jeweils den zweiten Raum (8) der wenigstens zwei Vorrichtungen (1) zu leiten.Electric device ( 15 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least two devices ( 1 ), which are arranged serially in succession and / or parallel to one another, wherein the cooling device ( 13 ) is adapted to the coolant ( 3 ) through each of the first room ( 4 ) of the at least two devices ( 1 ) and the oxygen-removing medium ( 10 ) through each second space ( 8th ) of the at least two devices ( 1 ). Verfahren zum Verringern der Sauerstoffkonzentration in einem Kühlmittel (3) eines Kühlmittelkreislaufs (2) einer Kühleinrichtung (13) für ein elektrisches Gerät (15) und hierdurch zum Schützen des Kühlmittelkreislaufs (2) vor Korrosion, wobei das Kühlmittel (3) Wasser ist, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Leiten des Kühlmittels (3) durch einen ersten Raum (4), welcher zumindest bereichsweise von einer ersten Seite (5) einer für Sauerstoff (6) zumindest teilweise permeablen Membran (7) begrenzt wird, so dass die erste Seite (5) der Membran (7) von dem Kühlmittel (3) umströmt wird; und b) Leiten eines sauerstoffabführenden Mediums (10) durch einen zweiten Raum (8), welcher an den ersten Raum (4) zumindest bereichsweise anschließt und zumindest teilweise von einer der ersten Seite (5) gegenüberliegenden zweiten Seite (9) der Membran (7) begrenzt wird, so dass die zweite Seite (9) der Membran (7) von dem sauerstoffabführenden Medium (10) umspült wird.Method for reducing the oxygen concentration in a coolant ( 3 ) of a coolant circuit ( 2 ) a cooling device ( 13 ) for an electrical appliance ( 15 ) and thereby to protect the coolant circuit ( 2 ) against corrosion, wherein the coolant ( 3 ) Water, characterized by the steps of: a) passing the coolant ( 3 ) through a first room ( 4 ), which at least partially from a first page ( 5 ) one for oxygen ( 6 ) at least partially permeable membrane ( 7 ), so that the first page ( 5 ) of the membrane ( 7 ) of the coolant ( 3 ) is flowed around; and b) passing an oxygen-carrying medium ( 10 ) through a second space ( 8th ), which to the first room ( 4 ) at least partially and at least partially from one of the first side ( 5 ) opposite second side ( 9 ) of the membrane ( 7 ), so that the second side ( 9 ) of the membrane ( 7 ) from the oxygen-removing medium ( 10 ) is lapped. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Gas als sauerstoffabführendes Medium (10), insbesondere mit einer Stickstoffkonzentration von mehr als 90%, vorzugsweise mehr als 95%, besonders bevorzugt mehr als 99%, durch den zweiten Raum (8) geleitet wird.A method according to claim 9, characterized in that in step b) a gas as the oxygen-carrying medium ( 10 ), in particular with a nitrogen concentration of more than 90%, preferably more than 95%, particularly preferably more than 99%, through the second space ( 8th ). Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Geräts (15) nach Anspruch 1, wobei die Kühleinrichtung (13) einen Kühlmittelkreislauf (2) umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Leiten eines Kühlmittels (3) über den Kühlmittelkreislauf (2) durch die Vorrichtung (1) zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration; und b) Leiten eines sauerstoffabführenden Mediums (10) durch die Vorrichtung (1) zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration.Method for operating an electrical device ( 15 ) according to claim 1, wherein the cooling device ( 13 ) a coolant circuit ( 2 ) characterized by the steps of: a) passing a coolant ( 3 ) via the coolant circuit ( 2 ) through the device ( 1 ) for reducing the oxygen concentration; and b) passing an oxygen-carrying medium ( 10 ) through the device ( 1 ) for reducing the oxygen concentration.

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