ES1266485U

ES1266485U - Passive cooling system for inductive equipment and inductive equipment with passive cooling (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number: ES1266485U
Application number: ES202130551U
Authority: ES
Inventors: García José Cambronero
Original assignee: Torytrans S L
Current assignee: Torytrans S L
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: ES1266485Y

Abstract

A passive cooling system for inductive equipment, comprising at least one passive cooling device installed in inductive equipment, characterized in that each passive cooling device comprises: dissipating fins (7), and at least one heat pipe (6) with an evaporation end (15) in thermal contact with the inductive equipment, and a condensation end (14) in thermal contact with the dissipative fins (7). (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema de refrigeración pasiva para equipos inductivos y equipo inductivo con refrigeración pasivaPassive cooling system for inductive equipment and inductive equipment with passive cooling

Campo de la invenciónField of the invention

La presente invención se engloba dentro del campo de los sistemas de refrigeración empleados para la disipación de calor de equipos inductivos, y más concretamente en los sistemas de refrigeración pasivos que no utilizan una fuente de energía.The present invention falls within the field of cooling systems used for the dissipation of heat from inductive equipment, and more specifically in passive cooling systems that do not use an energy source.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Los equipos inductivos (tales como inductancias, transformadores, autotransformadores y filtros), están compuestos como parte principal por un circuito magnético con uno o varios bobinados de espiras de material conductor eléctrico alrededor de uno o varios núcleos del circuito magnético, y los correspondientes elementos auxiliares que completan el equipo según su aplicación. Por las espiras del bobinado circulan corrientes alternas o pulsantes que producen unas variaciones de flujo magnético en el núcleo del circuito magnético y que, dependiendo de su funcionalidad y aplicación concreta tienen una u otra estructura determinada:Inductive equipment (such as inductors, transformers, autotransformers and filters), is composed as a main part of a magnetic circuit with one or more windings of turns of electrically conductive material around one or more cores of the magnetic circuit, and the corresponding auxiliary elements. that complete the equipment according to your application. Alternating or pulsating currents circulate through the turns of the winding that produce variations in magnetic flux in the core of the magnetic circuit and which, depending on their functionality and specific application, have one or another specific structure:

• Inductancia: Son equipos inductivos compuestos generalmente por un circuito magnético y un bobinado por cada fase eléctrica, y tiene la funcionalidad de producir una reactancia o resistencia al paso de la corriente alterna.• Inductance: They are inductive equipment generally composed of a magnetic circuit and a winding for each electrical phase, and have the functionality of producing a reactance or resistance to the passage of alternating current.

• Transformador: Son equipos inductivos compuestos generalmente por un circuito magnético y por cada fase eléctrica uno o varios bobinados primarios, y uno o varios bobinados secundarios todos ellos aislados entre sí. Su funcionalidad principal es producir inducción de corrientes y voltajes de uno o varios bobinados primarios a los correspondientes bobinados secundarios, así como el aislamiento o separación entre ellos.• Transformer: These are inductive equipment generally composed of a magnetic circuit and one or more primary windings for each electrical phase, and one or more secondary windings, all of them isolated from each other. Its main functionality is to produce the induction of currents and voltages from one or more primary windings to the corresponding secondary windings, as well as the isolation or separation between them.

• Autotransformador: Son equipos inductivos similares al transformador, pero en este caso los bobinados primarios y secundarios formarían parte del mismo bobinado. En este caso la funcionalidad de aislamiento entre bobinados no aplica.• Autotransformer: These are inductive equipment similar to the transformer, but in this case the primary and secondary windings would be part of the same winding. In this case, the insulation functionality between windings does not apply.

• Filtro: Son equipos inductivos compuestos generalmente por un circuito magnético con uno o varios bobinados y su funcionalidad es el filtrado y la supresión o potenciación de determinadas frecuencias de la corriente alterna o pulsante aplicadas al equipo.• Filter: These are inductive equipment generally composed of a magnetic circuit with one or more windings and their functionality is filtering and suppression or enhancement of certain frequencies of alternating or pulsating current applied to the equipment.

Los equipos inductivos suelen ir destinados a aplicaciones finales en combinación con convertidores electrónicos de potencia y otras máquinas eléctricas. Estas máquinas eléctricas generan armónicos en una amplia gama de frecuencias provenientes de las conmutaciones de los dispositivos semiconductores. Las conmutaciones de alta frecuencia, así como otros efectos, provocan pérdidas importantes en los equipos inductivos que se manifiestan en forma de calor en distintos puntos del equipo que es necesario evacuar eficazmente del equipo para hacer el equipo inductivo más eficiente.Inductive equipment is usually intended for end applications in combination with power electronic converters and other electrical machines. These electrical machines generate harmonics in a wide range of frequencies from the switching of semiconductor devices. High-frequency switching, as well as other effects, cause significant losses in inductive equipment that are manifested in the form of heat at different points in the equipment that must be effectively evacuated from the equipment to make the inductive equipment more efficient.

Las pérdidas en forma de calor pueden ser generadas por armónicos de baja o alta frecuencia producidos por los convertidores electrónicos u otro tipo de equipos electrónicos o eléctricos utilizados en el equipo inductivo, o bien por los propios efectos intrínsecos al funcionamiento y calentamiento de los bobinados y los núcleos del circuito magnético, es decir, debido a las pérdidas magnéticas (histéresis y corrientes parásitas) y pérdidas eléctricas (resistencia y reactancia de dispersión).Losses in the form of heat can be generated by low or high frequency harmonics produced by electronic converters or other types of electronic or electrical equipment used in inductive equipment, or by the effects intrinsic to the operation and heating of the windings and the cores of the magnetic circuit, that is, due to magnetic losses (hysteresis and eddy currents) and electrical losses (leakage resistance and reactance).

Los equipos inductivos de media y alta potencia tienen la problemática común de evacuar el calor generado por las pérdidas hacia el exterior del equipo. En los equipos inductivos refrigerados por aire la evacuación del calor se hace tradicionalmente mediante unos separadores que se colocan entre el núcleo y el comienzo del bobinado (dejando una separación entre ambos) y/o entre grupos de espiras (dejando una separación entre dichos grupos de espiras). Estas separaciones son canales de ventilación por los que pasa el aire y refrigera el equipo extrayendo el calor hacia el exterior. La circulación del aire por los canales de ventilación puede ser por aire natural o por aire forzado, si se quiere mejorar la eficiencia.Inductive equipment of medium and high power have the common problem of evacuating the heat generated by the losses to the outside of the equipment. In air-cooled inductive equipment, heat evacuation is traditionally done by means of spacers that are placed between the core and the beginning of the winding (leaving a separation between them) and / or between groups of turns (leaving a separation between said groups of windings). turns). These partitions are ventilation channels through which the air passes and cools the equipment by extracting the heat to the outside. The air circulation through the ventilation channels can be by natural air or by forced air, if you want to improve efficiency.

Sin embargo, estos sistemas de refrigeración por aire natural o forzado no son lo suficientemente eficaces, ya que no permiten evacuar una elevada cantidad de energía térmica por unidad de tiempo (i.e. carga térmica), aumentando con ello peligrosamente la temperatura de funcionamiento del equipo inductivo por encima de la temperatura nominal de trabajo. Para disminuir la temperatura de trabajo del equipo inductivo, los sistemas actuales de refrigeración por aire precisan aumentar la sección del bobinado y sobredimensionar la sección de los núcleos magnéticos. El incremento en la cantidad de material del bobinado y de núcleo magnético implica un mayor peso, volumen y coste del equipo inductivo y, en general, una reducción de las prestaciones técnicas.However, these natural or forced air cooling systems are not efficient enough, since they do not allow a high amount of thermal energy to be evacuated per unit of time (ie thermal load), thereby dangerously increasing the operating temperature of the inductive equipment. above the nominal working temperature. To lower the working temperature of inductive equipment, current air cooling systems need to increase the section of the winding and oversize the section of the magnetic cores. The increase in the amount of winding and magnetic core material implies a greater weight, volume and cost of inductive equipment and, in general, a reduction in technical performance.

En la actualidad, las exigencias de prestaciones, costes y condiciones de funcionamiento de los equipos inductivos son cada vez más exigentes, lo que hace que se requieran nuevas tecnologías y soluciones que mejoren su rendimiento a la par que reduzcan sus costes. Para lograr un mejor funcionamiento de los equipos inductivos con diseños cada vez más ajustados y optimizados, es necesaria una solución técnica para evacuar eficazmente el calor generado en su funcionamiento.At present, the demands of performance, costs and operating conditions of inductive equipment are increasingly demanding, which means that new technologies and solutions are required that improve their performance while reducing their costs. To achieve a better performance of inductive equipment with increasingly adjusted and optimized designs, a technical solution is necessary to effectively evacuate the heat generated in its operation.

La presente invención propone una solución de refrigeración pasiva para equipos inductivos que incrementa la cantidad de energía térmica que puede disipar el equipo inductivo por unidad de tiempo, lo cual permite reducir significativamente la cantidad empleada de material del bobinado y de núcleo magnético, obteniendo un equipo inductivo más ligero, de menor volumen y de menor coste de fabricación.The present invention proposes a passive cooling solution for inductive equipment that increases the amount of thermal energy that the inductive equipment can dissipate per unit of time, which allows a significant reduction in the amount of material used for the winding and magnetic core, obtaining an equipment inductive lighter, lower volume and lower cost to manufacture.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La invención se refiere a un sistema de refrigeración pasiva para equipos inductivos, y un equipo inductivo con refrigeración pasiva, que emplea refrigeración pasiva de cambio de estado mediante tubos de calor, con una gran eficacia en la evacuación de calor.The invention refers to a passive cooling system for inductive equipment, and an inductive equipment with passive cooling, which uses passive state change cooling by means of heat pipes, with high efficiency in heat removal.

La tecnología de tubos de calor o “caloductos” (“heat pipes”, en terminología anglosajona) es un sistema de refrigeración pasiva de cambio de estado. Su fundamento teórico consiste en un conjunto de tubos sellados por sus extremos que contienen un fluido muy volátil que puede cambiar muy fácilmente de fase líquida a fase gaseosa y viceversa, por pequeños cambios de temperatura respecto a la temperatura ambiente.The technology of heat pipes or “heat pipes” (“heat pipes”, in Anglo-Saxon terminology) is a passive cooling system of change of state. Its theoretical foundation consists of a set of tubes sealed at their ends that contain a very volatile fluid that can change very easily from a liquid phase to a gas phase and vice versa, due to small changes in temperature with respect to ambient temperature.

Esta tecnología de tubos de calor se aplica actualmente al enfriamiento de componentes electrónicos, tales como procesadores o elementos de electrónica de potencia, utilizando una placa caliente inferior y una placa fría superior unidas por los tubos de calor y entre las cuales se acopla a modo de “sandwich” el dispositivo a enfriar. Los tubos de calor absorben calor de una zona a enfriar (placa caliente) y lo transportan a una zona fría refrigerada (placa fría), evacuando de esta forma el calor del foco de calor. El cambio de fase de líquido a gas dentro de los tubos de calor lo produce el propio calor a evacuar del foco caliente. Teniendo en cuenta que los líquidos caen por gravedad y los gases ascienden por densidad, la zona de condensación debe estar por encima de la zona de evaporación o foco caliente.This heat pipe technology is currently applied to the cooling of electronic components, such as processors or power electronics elements, using a lower hot plate and an upper cold plate joined by the heat pipes and between which it is coupled as a "Sandwich" the device to cool. Heat pipes absorb heat from an area to be cooled (hot plate) and transport it to a cold, cooled area (cold plate), thus evacuating the heat from the heat source. The phase change from liquid to gas inside the heat pipes is produced by the heat to be evacuated from the hot spot. Taking into account that liquids fall by gravity and gases rise by density, the zone Condensation must be above the evaporation zone or hot spot.

Sin embargo, no se conocen aplicaciones de la refrigeración pasiva de cambio de estado mediante tubos de calor al enfriamiento de equipos inductivos de media y alta potencia, como inductancias, transformadores, autotransformadores y filtros. La solución que se adopta en la presente invención para equipos inductivos de media y alta potencia en la presente invención difiere sustancialmente de las soluciones conocidas en el estado del arte, tal y como se describe a continuación.However, there are no known applications of passive state change cooling using heat pipes to cooling medium and high power inductive equipment, such as inductors, transformers, autotransformers and filters. The solution adopted in the present invention for medium and high power inductive equipment in the present invention differs substantially from the solutions known in the state of the art, as described below.

La solución técnica para la refrigeración pasiva de cambio de estado de equipos inductivos mediante tubos de calor que se describe en la presente invención consiste en sustituir los canales de ventilación de los equipos inductivos refrigerados por aire con unas placas disipadoras y una serie de tubos de calor que unen dichas placas disipadoras a unas aletas disipadoras colocadas en el exterior del equipo inductivo. Una posibilidad adicional que no tienen los equipos inductivos refrigerados por aire es que dichos tubos de calor pueden colocarse también en mitad del núcleo o en la culata. Esta disposición de elementos tiene la propiedad de extraer el calor del equipo hacia las aletas disipadoras de manera mucho más eficiente que se hace en los equipos inductivos con refrigeración por aire. Este sistema de refrigeración pasiva de cambio de estado nunca se ha aplicado a equipos inductivos de media y alta potencia, como inductancias, transformadores, autotransformadores, filtros, etc.The technical solution for passive state change cooling of inductive equipment using heat pipes described in the present invention consists in replacing the ventilation channels of air-cooled inductive equipment with dissipative plates and a series of heat pipes that join said dissipating plates to dissipating fins placed outside the inductive equipment. An additional possibility that air-cooled inductive equipment does not have is that such heat pipes can also be placed in the middle of the core or in the cylinder head. This arrangement of elements has the property of extracting heat from the equipment towards the dissipating fins in a much more efficient way than is done in inductive equipment with air cooling. This passive state change cooling system has never been applied to medium and high power inductive equipment such as inductors, transformers, autotransformers, filters, etc.

El núcleo del circuito magnético de un equipo inductivo, que es de material magnético, está formado por las columnas del núcleo magnético unidas entre sí por las culatas. Un equipo inductivo suele tener una columna por cada fase eléctrica. Alrededor de las columnas se enrollan las espiras del bobinado, que son de un material buen conductor eléctrico, como por ejemplo aluminio o cobre. La configuración del núcleo y del bobinado depende del tipo de equipo inductivo (e.g. inductancia, filtro, transformador, autotransformador), y de sus características eléctricas, mecánicas, ambientales, etc.The core of the magnetic circuit of an inductive equipment, which is made of magnetic material, is formed by the columns of the magnetic core joined together by the cylinder heads. An inductive equipment usually has a column for each electrical phase. Winding turns are wound around the columns, which are made of a material that is good electrically conductive, such as aluminum or copper. The configuration of the core and the winding depends on the type of inductive equipment (e.g. inductance, filter, transformer, autotransformer), and its electrical, mechanical, environmental characteristics, etc.

El equipo inductivo puede llevar uno o varios dispositivos de refrigeración pasiva por cada fase eléctrica. Cada dispositivo de refrigeración pasiva se compone de una serie de tubos de calor que se insertan por uno de sus extremos (en concreto, el extremo caliente o de evaporación) a una placa de calor o placa disipadora, y por el otro extremo (extremo frío o de condensación) a una aleta disipadora. Inductive equipment can have one or more passive cooling devices for each electrical phase. Each passive cooling device is made up of a series of heat pipes that are inserted at one end (specifically, the hot or evaporation end) to a heat plate or heat sink plate, and at the other end (cold end or condensation) to a dissipative fin.

El funcionamiento teórico de los tubos de calor es conocido, según se ha explicado anteriormente. El funcionamiento es cíclico y de la siguiente forma:The theoretical operation of the heat pipes is known, as explained above. The operation is cyclical and as follows:

- Los focos de calor del equipo inductivo que se quiere enfriar se ponen en contacto térmico con el extremo de evaporación de los tubos de calor. Estos extremos de evaporación pueden estar insertados en unas placas disipadoras que le sirven de soporte para hacerlos más compactos. Alternativamente, los extremos de evaporación de los tubos de calor pueden contactar directamente con el foco de calor del equipo inductivo, sin utilizar una placa disipadora.- The heat sources of the inductive equipment to be cooled are put in thermal contact with the evaporation end of the heat pipes. These evaporation ends can be inserted in dissipating plates that serve as support to make them more compact. Alternatively, the evaporation ends of the heat pipes can directly contact the heat source of the inductive equipment, without using a heat sink plate.

- El líquido contenido en los tubos de calor se evapora por efecto del calor y se expande, ocupando todo el volumen del tubo. El cambio de fase líquida a fase gaseosa absorbe una gran cantidad de calor del dispositivo a enfriar, muchísimo más que sólo por conducción.- The liquid contained in the heat pipes evaporates due to the effect of heat and expands, occupying the entire volume of the tube. The change from liquid phase to gas phase absorbs a large amount of heat from the device to be cooled, much more than just by conduction.

- Durante la expansión, el gas al ir rozando las paredes de los tubos de calor va conduciendo el calor hacia las aletas de disipación que están colocadas en el otro extremo de los tubos de calor (extremo de condensación). Al llegar a las aletas el gas se enfría y comienza a condensar, con lo que el gas cambia a fase líquida y cae de nuevo volviendo a la zona de evaporación de los tubos.- During expansion, the gas, as it grazes the walls of the heat pipes, conducts the heat towards the dissipation fins that are placed at the other end of the heat pipes (condensation end). Upon reaching the fins, the gas cools and begins to condense, with which the gas changes to a liquid phase and falls back to the evaporation zone of the tubes.

- El proceso se repite continuamente, mientras persistan los focos de calor.- The process is repeated continuously, as long as the heat sources persist.

Las placas disipadoras son las encargadas de recoger el calor generado en el equipo inductivo y transmitirlo a los extremos calientes de los tubos de calor. Por tanto, deben colocarse en un estrecho contacto térmico con los principales focos de calor del equipo inductivo. En la solución adoptada en la presente invención, estas placas disipadoras van colocadas en estrecho contacto térmico con las caras exteriores de las columnas del núcleo, o bien colocadas entre grupos de espiras, o bien en ambas posiciones. También pueden ir colocadas en medio de las columnas del núcleo (entre dos mitades de dichas columnas), o bien en contacto térmico con la superficie exterior de la culata (o culatas) del núcleo o en medio de la culata para refrigerar el núcleo. En definitiva, se colocarán en los focos de calor que se quiere evacuar del equipo inductivo.The dissipating plates are responsible for collecting the heat generated in the inductive equipment and transmitting it to the hot ends of the heat pipes. Therefore, they must be placed in close thermal contact with the main heat sources of the inductive equipment. In the solution adopted in the present invention, these dissipative plates are placed in close thermal contact with the outer faces of the core columns, either placed between groups of turns, or in both positions. They can also be placed in the middle of the core columns (between two halves of said columns), either in thermal contact with the outer surface of the core cylinder head (or heads) or in the middle of the cylinder head to cool the core. In short, they will be placed in the heat sources that you want to evacuate from the inductive equipment.

Los tubos de calor están preferentemente insertados, por el extremo de la zona caliente o de evaporación, en las placas disipadoras, en estrecho contacto térmico con ellas. En dichas placas disipadoras se conforman unas canaladuras o huecos adecuados para alojar dichos tubos de forma precisa y bien ajustada para conseguir un buen contacto térmico. Cada placa disipadora puede llevar uno o varios tubos de calor en función del dimensionamiento del sistema de refrigeración que se desee. El otro extremo de los tubos de calor, el extremo frío o de condensación, se acopla a unas aletas de disipación que son las encargadas de evacuar el calor al exterior produciendo el enfriamiento y condensación del fluido que contiene el tubo de calor.The heat pipes are preferably inserted, at the end of the hot or evaporation zone, in the dissipative plates, in close thermal contact with them. In said dissipating plates, suitable grooves or recesses are formed to house said tubes in a precise and well-adjusted way to achieve good thermal contact. Each plate The heat sink can have one or more heat pipes depending on the size of the cooling system that is desired. The other end of the heat pipes, the cold or condensation end, is coupled to dissipation fins that are responsible for evacuating the heat to the outside, producing the cooling and condensation of the fluid contained in the heat pipe.

El contacto térmico entre la placa disipadora y las columnas del inductivo y/o los grupos de espiras, o entre los tubos de calor y las placas disipadoras o entre los tubos de calor y las aletas, se consigue bien mediante un conformado mecánico preciso que permita un máximo contacto físico y bien ajustado de sus superficies. También puede mejorarse dicho contacto térmico mediante la utilización de resina o pasta conductora térmica entre las superficies de contacto de dichos elementos.The thermal contact between the dissipating plate and the inductive columns and / or the groups of turns, or between the heat pipes and the dissipative plates or between the heat pipes and the fins, is achieved either by a precise mechanical shaping that allows a maximum physical and well-adjusted contact of their surfaces. Said thermal contact can also be improved by using thermally conductive resin or paste between the contact surfaces of said elements.

La disposición del equipo inductivo y de sus elementos de refrigeración pasiva debe ser tal que se favorezca la ascensión del gas refrigerante por los tubos de calor desde las placas disipadoras a las aletas disipadoras, y el descenso del líquido condensado desde las aletas disipadoras a las placas disipadoras. La disposición óptima es la vertical o bien con una cierta inclinación sobre la horizontal (por ejemplo, entre 60° y 90°), aunque pueden también orientarse en posición horizontal con las columnas a la misma altura o a diferentes alturas, o incluso inclinadas si la aplicación lo requiere.The arrangement of the inductive equipment and its passive cooling elements must be such that the rise of the refrigerant gas through the heat pipes from the dissipating plates to the dissipating fins, and the descent of the condensed liquid from the dissipating fins to the plates is favored. dissipative. The optimal arrangement is vertical or with a certain inclination above the horizontal (for example, between 60 ° and 90 °), although they can also be oriented horizontally with the columns at the same or different heights, or even inclined if the application requires it.

Dependiendo de la aplicación concreta, la evacuación del calor de las aletas de disipación puede hacerse de forma estática por convección natural, o bien mediante ventilación forzada, lo cual aumentaría su rendimiento calorífico. En caso de utilizarse ventilación forzada puede utilizarse ventiladores o bien, si la aplicación lo permite, se pueden aprovechar las corrientes de aire generadas por el movimiento de vehículos (por ejemplo, en trenes), o por las corrientes naturales de aire (por ejemplo, en instalaciones eólicas).Depending on the specific application, the evacuation of the heat from the dissipation fins can be done statically by natural convection, or by forced ventilation, which would increase its calorific efficiency. If forced ventilation is used, fans can be used or, if the application allows it, the air currents generated by the movement of vehicles (for example, in trains), or by natural air currents (for example, in wind installations).

En cuanto a la funcionalidad del equipo inductivo o tipo de aplicación, la presente invención puede aplicarse, entre otros equipos inductivos, a inductancias, transformadores, autotransformadores y filtros, ya sean monofásicos, trifásicos o multifásicos. Todos ellos tienen una estructura similar de circuito magnético con una columna por fase y bobinados que permiten dar una solución de refrigeración similar en todos ellos. Regarding the functionality of the inductive equipment or type of application, the present invention can be applied, among other inductive equipment, to inductors, transformers, autotransformers and filters, whether they are single-phase, three-phase or multiphase. All of them have a similar magnetic circuit structure with one column per phase and windings that allow a similar cooling solution to be provided in all of them.

Como pauta general, las placas disipadoras se colocan en cualquier zona del equipo en la que se necesite evacuar el calor. Las placas disipadoras son generalmente de aluminio o cualquier otro material que sea buen conductor de calor. Estas placas llevan insertados varios tubos de calor por su extremo caliente. Los elementos esenciales de extracción del calor son los tubos de calor. Las placas disipadoras hacen de soporte compacto de los mismos y ejercen la función de transmitir el calor de forma eficiente de los focos de calor del equipo inductivo a los extremos calientes o de evaporación de dichos tubos de calor.As a general guideline, the heat sink plates are placed in any area of the equipment where heat needs to be evacuated. The dissipating plates are generally made of aluminum or any other material that is a good conductor of heat. These plates have several heat pipes inserted through their hot end. The essential elements of heat extraction are the heat pipes. The dissipating plates act as a compact support for them and perform the function of efficiently transmitting heat from the heat sources of the inductive equipment to the hot or evaporation ends of said heat pipes.

Los tubos de calor van insertados por lo general en las placas disipadoras haciendo un conjunto compacto que facilita la fabricación y montaje del inductivo. La inserción de los extremos de evaporación de los tubos de calor en las placas disipadoras puede hacerse mediante un ranurado a una cara, que es lo más sencillo, o bien a través de orificios bien ajustados a la medida de los tubos. Puede aplicarse una resina o pasta conductora térmica para mejorar la eficiencia en la transmisión del calor.The heat pipes are generally inserted in the dissipative plates making a compact set that facilitates the manufacture and assembly of the inductive. The insertion of the evaporation ends of the heat pipes in the dissipating plates can be done by means of a groove on one side, which is the simplest, or through holes that are well adjusted to the size of the tubes. A thermally conductive paste or resin can be applied to improve heat transfer efficiency.

Los extremos fríos o de condensación de los tubos de calor se acoplan, fijan o insertan en las aletas disipadoras que son de un material buen conductor térmico (preferentemente metálicas). La orientación de las láminas o aletas se dispondrá en función de la dirección preferente que tenga el flujo del aire o fluido de refrigeración para optimizar su eficacia. El fluido que refrigera las aletas de refrigeración, por lo general es aire, pero en algunas aplicaciones puede ponerse cualquier medio intercambiador de calor que extraiga el calor de las aletas hacia el exterior del equipo.The cold or condensing ends of the heat pipes are coupled, fixed or inserted in the dissipative fins that are made of a good thermal conductive material (preferably metallic). The orientation of the blades or fins will be arranged according to the preferred direction of the flow of air or cooling fluid to optimize their effectiveness. The fluid that cools the cooling fins is generally air, but in some applications any heat exchange medium can be used to extract the heat from the fins to the outside of the equipment.

La presente invención permite conseguir equipos inductivos con mejores prestaciones con un menor coste, menor volumen y menor masa. Esto es posible gracias a la obtención de unos equipos inductivos con unos parámetros físicos y eléctricos distintos a los equipos inductivos convencionales refrigerados por aire, permitiendo así un diseño eléctrico, magnético y mecánico más ajustado, gracias a la mejora en la evacuación del calor producido por las pérdidas. Este calor es debido a las pérdidas generadas por las corrientes armónicas de alta frecuencia u otros efectos conocidos de pérdidas en el núcleo y en el bobinado.The present invention makes it possible to achieve inductive equipment with better performance at lower cost, lower volume and lower mass. This is possible thanks to obtaining inductive equipment with physical and electrical parameters different from conventional air-cooled inductive equipment, thus allowing a tighter electrical, magnetic and mechanical design, thanks to the improvement in the evacuation of the heat produced by the losses. This heat is due to losses generated by high frequency harmonic currents or other known effects of losses in the core and in the winding.

La solución técnica que se propone en la presente invención de refrigeración pasiva de cambio de estado para equipos inductivos es bastante similar independientemente del tipo de inductivo al que se aplique, de su funcionalidad, de su frecuencia de funcionamiento, del tipo y material del circuito magnético, del tipo y materiales del bobinado, etc., lo que permite aplicar el mismo principio y diseño de los elementos de refrigeración en una amplia gama de equipos inductivos. Respecto a los tipos de inductivos por su funcionalidad, la invención puede aplicarse a inductancias, transformadores, autotransformadores y filtros entre otros, ya sean de tipo trifásico, monofásico o multifásico en general.The technical solution proposed in the present invention for passive state change cooling for inductive equipment is quite similar regardless of the type of inductive unit to which it is applied, its functionality, its operating frequency, the The type and material of the magnetic circuit, the type and materials of the winding, etc., which allows the same principle and design of the cooling elements to be applied in a wide range of inductive equipment. Regarding the types of inductive due to their functionality, the invention can be applied to inductors, transformers, autotransformers and filters among others, whether they are of the three-phase, single-phase or multiphase type in general.

En cuanto a las características magnéticas, la invención da lugar a equipos inductivos que operan en una amplia gama de frecuencias de funcionamiento, pudiéndose utilizar núcleo de chapa magnética para frecuencias bajas o medias o núcleos de ferritas o materiales compuestos o cerámicos para frecuencias más altas. Todo ello con una gran capacidad de evacuación del calor generado en dichos equipos.Regarding the magnetic characteristics, the invention gives rise to inductive equipment that operates in a wide range of operating frequencies, being able to use magnetic sheet core for low or medium frequencies or cores of ferrites or composite or ceramic materials for higher frequencies. All this with a great capacity to evacuate the heat generated in said equipment.

En cuanto al tipo de bobinado, la invención es aplicable tanto a bobinados de banda, de pletina, o de hilo, y respecto al material conductor puede ser aluminio, cobre u otros materiales que sean buenos conductores eléctricos.Regarding the type of winding, the invention is applicable to both strip, tape or wire windings, and regarding the conductive material it can be aluminum, copper or other materials that are good electrical conductors.

En todas estas familias de equipos inductivos, la estructura constructiva de núcleo del circuito magnético y bobinados es parecida, lo que permite integrar los elementos del circuito de refrigeración de forma muy similar en todos ellos. Es por esta razón por lo que la presente invención es común y aplicable a toda la gama de equipos inductivos descrita.In all these families of inductive equipment, the constructive structure of the core of the magnetic circuit and windings is similar, which allows the elements of the cooling circuit to be integrated in a very similar way in all of them. It is for this reason that the present invention is common and applicable to the entire range of inductive equipment described.

La presente invención también aporta ventajas en el mantenimiento de los equipos inductivos, tanto en términos de simplicidad, coste derivado del mismo y repuestos necesarios, en comparación con la refrigeración líquida o la refrigeración por aire del estado del arte.The present invention also provides advantages in the maintenance of inductive equipment, both in terms of simplicity, cost derived from it and necessary spare parts, compared to liquid cooling or air cooling of the state of the art.

En la refrigeración por aire hay que usar mucho filtrado y mucha ventilación, los filtros hay que cambiarlos normalmente cada dos o tres meses y los ventiladores cada cuatro o cinco años.In air cooling you have to use a lot of filtering and a lot of ventilation, the filters usually have to be changed every two to three months and the fans every four to five years.

En la refrigeración líquida la bomba, manguitos, glicol y juntas, entre otros elementos, hay que cambiarlos cada cinco años; además, hay que mantener una presión mínima que hay que revisar una vez al mes o cada tres meses para que el vaso de expansión no se quede sin presión. In liquid cooling, the pump, hoses, glycol and gaskets, among other elements, must be changed every five years; In addition, a minimum pressure must be maintained, which must be checked once a month or every three months so that the expansion vessel does not run out of pressure.

El sistema de refrigeración pasiva de cambio de estado de la presente invención no requiere apenas de ningún tipo de mantenimiento. Simplemente se requiere limpiar las aletas de disipación cada cierto tiempo y en caso de utilizarse ventilación forzada vigilar el estado del ventilador. En definitiva, mucho menos mantenimiento que los sistemas de refrigeración tradicionales.The passive state change cooling system of the present invention requires hardly any maintenance. It is simply necessary to clean the dissipation fins every so often and if forced ventilation is used, monitor the status of the fan. In short, much less maintenance than traditional refrigeration systems.

Un equipo inductivo refrigerado según la presente invención puede diseñarse y fabricarse para trabajar en entornos más hostiles y con parámetros más ajustados por el hecho de que el exceso de calor puede ser evacuado eficazmente del equipo mediante el sistema de refrigeración pasiva de cambio de estado. El sistema de refrigeración pasiva de cambio de estado necesita una fuente de calor para poder funcionar, en este caso se utiliza como fuente de calor las pérdidas generadas por el equipo inductivo. Por ello, las placas disipadoras se insertan en los puntos en los que más calor se genera, que es principalmente en el núcleo y entre las espiras del bobinado. Los puntos de mayor calor dependen del tipo de equipo inductivo, puede ser en el núcleo, en la culata, en el bobinado o en varios a la vez.A cooled inductive equipment according to the present invention can be designed and manufactured to work in harsher environments and with tighter parameters due to the fact that excess heat can be efficiently evacuated from the equipment by the passive state change cooling system. The passive state change cooling system needs a heat source to function, in this case the losses generated by the inductive equipment are used as a heat source. For this reason, the dissipating plates are inserted at the points where the most heat is generated, which is mainly in the core and between the turns of the winding. The points of greatest heat depend on the type of inductive equipment, it can be in the core, in the cylinder head, in the winding or in several at the same time.

Las placas disipadoras están unidas a las aletas disipadoras mediante varios tubos de calor. El número de placas disipadoras, el número de tubos de calor por placa disipadora y el número y tamaño de las aletas de disipación se dimensionan acorde a la aplicación del equipo inductivo, a la cantidad de calor a evacuar, a las prestaciones deseadas y a las condiciones ambientales, al modo de refrigeración de los disipadores, natural o forzado, entre otros factores.The heatsink plates are attached to the heatsink fins by multiple heat pipes. The number of dissipative plates, the number of heat pipes per dissipative plate and the number and size of the dissipation fins are dimensioned according to the application of the inductive equipment, the amount of heat to evacuate, the desired performance and the conditions. environmental, the cooling mode of the heatsinks, natural or forced, among other factors.

En algunos casos, el propio material del núcleo magnético puede realizar la función de las placas disipadoras, insertando los tubos de calor directamente en los núcleos o en las culatas del equipo inductivo, con un casquillo metálico de aluminio, cobre u otro material buen conductor térmico que sirva de protección.In some cases, the material of the magnetic core itself can perform the function of the dissipative plates, inserting the heat pipes directly into the cores or in the cylinder heads of the inductive equipment, with a metal sleeve made of aluminum, copper or another good thermal conductive material. that serves as protection.

La presente invención consigue un diseño del equipo inductivo más eficiente, ligero y fiable, al mejorar sustancialmente la carga térmica del equipo inductivo debido a la eficaz evacuación del calor generado por las pérdidas del equipo inductivo. Con la mejora de la carga térmica se resuelve el problema técnico de conseguir inductivos con un diseño mucho más ajustado y por tanto de mejor relación prestaciones/coste, mejoras de fiabilidad, importante reducción de materiales, masa, volumen y costes. The present invention achieves a more efficient, lightweight and reliable inductive equipment design, by substantially improving the thermal load of the inductive equipment due to the efficient evacuation of the heat generated by the losses of the inductive equipment. With the improvement of the thermal load, the technical problem of obtaining inductors with a much tighter design and therefore a better performance / cost ratio, reliability improvements, significant reduction in materials, mass, volume and costs is solved.

La presente invención permite realizar una integración limpia y estanca de los equipos inductivos para aplicaciones en ambientes hostiles, esto es, disponer de un espacio de ubicación de los equipos inductivos en una zona limpia dentro de un entorno ambientalmente hostil, dividiendo la integración en una "zona limpia” y estanca en la que se integra el equipo inductivo y en su caso otros equipos sensibles, y una "zona sucia” en la que se integran las aletas de refrigeración y otros elementos auxiliaras del sistema. El calor generado por el equipo inductivo se extrae de la zona limpia, sacando los elementos de refrigeración, y por tanto el calor, fuera de dicha zona limpia.The present invention allows a clean and tight integration of inductive equipment for applications in harsh environments, that is, to have a space for the location of inductive equipment in a clean area within an environmentally hostile environment, dividing the integration into a " "clean area" and watertight in which the inductive equipment and other sensitive equipment are integrated, and a "dirty area" in which the cooling fins and other auxiliary elements of the system are integrated. The heat generated by the inductive equipment is extracted from the clean zone, taking the cooling elements, and therefore the heat, out of said clean zone.

La zona limpia puede ser estanca y aislarse del exterior gracias a que se extrae de ella la mayor parte del calor generado por los equipos inductivos instalados en dicha zona limpia, y conduciendo dicho calor a través de los tubos de calor a las aletas de disipación instaladas en la zona sucia. Esta configuración permite que los equipos más delicados puedan estar ubicados en recintos cerrados herméticos y aislados del exterior, lo que abre un amplio abanico de aplicaciones de los equipos inductivos en ambientes hostiles. Esta nueva posibilidad de integración por zonas es muy útil por ejemplo en plantas de energía solar para ambientes desérticos y otras aplicaciones industriales y de entornos ambientalmente hostiles.The clean area can be watertight and isolated from the outside thanks to the fact that most of the heat generated by the inductive equipment installed in said clean area is extracted from it, and this heat conducts through the heat pipes to the installed dissipation fins. in the dirty area. This configuration allows the most delicate equipment to be located in sealed enclosures isolated from the outside, which opens a wide range of applications for inductive equipment in harsh environments. This new possibility of integration by zones is very useful for example in solar power plants for desert environments and other industrial applications and environmentally hostile environments.

Los procesos de fabricación de equipos inductivos que incorporan el sistema de refrigeración pasiva de la presente invención son compatibles con los procesos de fabricación de los equipos inductivos convencionales. La aplicación de la refrigeración pasiva de cambio de estado a equipos inductivos tiene una problemática específica de diseño y de fabricación que se resuelve con la presente invención gracias a la disposición de las placas disipadoras en las columnas y/o culatas del núcleo y entre grupos de espiras. El diseño adoptado con la filosofía de sustituir los canales de ventilación tradicionales de los equipos refrigerados por aire por las placas disipadoras permite realizar una fabricación de los bobinados y de los núcleos y resto de partes del equipo sin tener que realizar cambios significativos en los procesos de fabricación y montaje de los equipos.The inductive equipment manufacturing processes that incorporate the passive cooling system of the present invention are compatible with the conventional inductive equipment manufacturing processes. The application of passive state change cooling to inductive equipment has a specific design and manufacturing problem that is solved with the present invention thanks to the arrangement of the dissipating plates in the columns and / or cylinder heads of the core and between groups of turns. The design adopted with the philosophy of replacing the traditional ventilation channels of the air-cooled equipment with the dissipating plates allows the manufacture of the windings and the cores and other parts of the equipment without having to make significant changes in the processes of manufacture and assembly of equipment.

La presente invención permite reemplazar cualquier tipología de equipos inductivos actuales, otorgándoles un mayor rendimiento debido a su mejor carga térmica. Por ejemplo, la presente invención puede sustituir a los equipos inductivos refrigerados por agua, en los que se requiere una bomba de circulación y complicada fontanería para integrarlo en un aparato eléctrico que maneja altas tensiones y potencias. También permite sustituir a los equipos inductivos refrigerados por aire, al conseguirse una mayor eficacia en la evacuación de calor sin necesidad de consumo energético para la ventilación forzada, lo que permite hacer un diseño más ajustado en coste, tamaño y prestaciones. También puede substituir a equipos inductivos de refrigeración forzada.The present invention makes it possible to replace any type of current inductive equipment, giving them greater performance due to their better thermal load. For example, the present invention can replace water-cooled inductive equipment, in which a circulation pump and complicated plumbing are required to integrate it into a electrical device that handles high voltages and powers. It also allows the replacement of air-cooled inductive equipment, by achieving greater efficiency in heat evacuation without the need for energy consumption for forced ventilation, which allows a more adjusted design in cost, size and performance. It can also replace inductive forced cooling equipment.

Las principales ventajas de la presente invención son las siguientes:The main advantages of the present invention are the following:

• Debido a la eficaz evacuación del calor de las pérdidas del equipo, se pueden realizar diseños mucho más ajustados del inductivo y con mejor relación prestaciones/coste.• Due to the efficient evacuation of heat from equipment losses, much tighter inductive designs can be made with a better performance / cost ratio.

• Por la mejora de carga térmica puede reducirse muy significativamente los materiales del bobinado y del núcleo y en consecuencia su masa, su volumen y su coste y su facilidad de integración.• By improving the thermal load, the materials of the winding and the core can be very significantly reduced and consequently their mass, their volume and their cost and their ease of integration.

• La refrigeración no consume energía, ya que utiliza para su funcionamiento la energía del calor de las pérdidas que hay que evacuar del dispositivo al que se aplica.• Refrigeration does not consume energy, since it uses the energy of the heat from the losses to be evacuated from the device to which it is applied for its operation.

• Tiene un escaso o nulo mantenimiento por carecer de partes móviles, y por tanto la tasa de fallos de los equipos se reduce drásticamente.• It has little or no maintenance due to the lack of moving parts, and therefore the failure rate of the equipment is drastically reduced.

• Está exento de ruidos al carecer de bombas para el movimiento del fluido refrigerante y ventiladores para su enfriamiento, salvo en los casos en los que se utilice ventilación forzada para las aletas de disipación mediante ventiladores. Aún en este caso el ruido es mucho menor por carecer de bomba de circulación de fluido refrigerante.• It is noise-free as it lacks pumps for the movement of the refrigerant fluid and fans for its cooling, except in cases where forced ventilation is used for the dissipation fins by means of fans. Even in this case the noise is much lower due to the lack of a cooling fluid circulation pump.

• Se elimina el riesgo de cortocircuitos por fugas de líquido al utilizarse como refrigerante una gama de fluidos dieléctricos en lugar de agua. Este fluido está contenido en los tubos de calor que están sellados por sus extremos.• The risk of short circuits due to liquid leakage is eliminated by using a range of dielectric fluids instead of water as the coolant. This fluid is contained in heat pipes that are sealed at their ends.

• Permite disponer de un espacio limpio y/o cerrado y aislado del exterior para ubicar los equipos inductivos y resto de componentes sensibles de la instalación, sacando fuera a una zona sucia las aletas de refrigeración, el cableado y otros elementos auxiliares del sistema. Esto permite reducir considerablemente el mantenimiento por limpieza, y realizar aplicaciones en entornos ambientalmente muy hostiles en condiciones muy favorables para los equipos. • Provides a clean and / or closed space isolated from the outside to locate inductive equipment and other sensitive components of the installation, removing the cooling fins, wiring and other auxiliary elements of the system to a dirty area. This allows to considerably reduce maintenance for cleaning, and to carry out applications in very hostile environmental environments under very favorable conditions for the equipment.

• Permite fabricar inductivos con frecuencias de conmutación más altas manteniendo el mismo tipo de núcleo magnético (chapa laminada grano orientado). Esto es posible gracias se extrae eficazmente el calor generado por pérdidas de las altas frecuencias• It allows to manufacture inductors with higher switching frequencies while maintaining the same type of magnetic core (grain-oriented laminated sheet). This is possible thanks to the efficient extraction of the heat generated by high frequency losses.

• Permite aumentar la eficiencia energética de los equipos inductivos y reducir el coste de la refrigeración de los equipos.• It allows increasing the energy efficiency of inductive equipment and reducing the cost of cooling the equipment.

• Al aumentar la eficiencia energética de los equipos inductivos se consigue un mayor rendimiento de cualquier instalación en general, y en el caso particular de parques solares o eólicos permite aumentar el beneficio de generación de energía en €/kW.• By increasing the energy efficiency of inductive equipment, a higher performance of any installation in general is achieved, and in the particular case of solar or wind farms it allows increasing the benefit of power generation in € / kW.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.Next, a series of drawings will be described very briefly that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention that is presented as a non-limiting example thereof.

Las Figuras 1A-1C representan, en diferentes vistas, un diagrama general simplificado de un equipo inductivo con refrigeración pasiva de cambio de estado mediante tubos de calor de acuerdo a una posible realización de la presente invención.Figures 1A-1C represent, in different views, a simplified general diagram of an inductive equipment with passive state change cooling by means of heat pipes according to a possible embodiment of the present invention.

Las Figuras 2A y 2B ilustran una posible realización de la placa disipadora y los tubos de calor insertados en ella. La Figura 2C ilustra otra posible realización de la placa disipadora.Figures 2A and 2B illustrate a possible embodiment of the heat sink plate and the heat pipes inserted therein. Figure 2C illustrates another possible embodiment of the dissipator plate.

La Figura 3 representa un diagrama simplificado de tubos de calor aplicados a las caras exteriores de las columnas del núcleo y entre grupos de espiras del bobinado.Figure 3 represents a simplified diagram of heat pipes applied to the outer faces of the core columns and between groups of winding turns.

Las Figuras 4A-4D muestran, en diferentes vistas, un equipo inductivo trifásico que incorpora el sistema de refrigeración pasiva de la Figura 3, con los tubos de calor aplicados a las caras exteriores de las columnas del núcleo y entre grupos de espiras.Figures 4A-4D show, in different views, a three-phase inductive equipment incorporating the passive cooling system of Figure 3, with the heat pipes applied to the outer faces of the core columns and between groups of turns.

La Figura 5 representa un diagrama simplificado de tubos de calor aplicados al interior de las columnas del núcleo.Figure 5 represents a simplified diagram of heat pipes applied to the interior of the core columns.

La Figura 6 ilustra un equipo inductivo trifásico que incorpora el sistema de refrigeración pasiva de la Figura 5, con los tubos de calor aplicados en mitad de las columnas del núcleo. Figure 6 illustrates a three-phase inductive equipment incorporating the passive cooling system of Figure 5, with the heat pipes applied in the middle of the core columns.

La Figura 7 muestra un equipo inductivo trifásico con los tubos de calor aplicados sobre la superficie exterior de la culata del núcleo.Figure 7 shows a three-phase inductive equipment with the heat pipes applied on the outer surface of the core cylinder head.

La Figura 8 muestra un equipo inductivo trifásico con los tubos de calor aplicados en mitad de la culata del núcleo.Figure 8 shows a three-phase inductive equipment with the heat pipes applied in the middle of the core cylinder head.

La Figura 9 represente una realización del sistema de refrigeración pasiva en la que los tubos de calor están insertados directamente en el núcleo sin utilizar placa disipadora, únicamente envueltos en un casquillo protector.Figure 9 represents an embodiment of the passive cooling system in which the heat pipes are inserted directly into the core without using a heat sink, only wrapped in a protective cap.

La Figura 10 representa un diagrama simplificado de integración por zonas estancas de un equipo inductivo con refrigeración pasiva de cambio de estado mediante tubos de calor.Figure 10 represents a simplified diagram of integration by tight zones of an inductive equipment with passive state change cooling by means of heat pipes.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

A continuación, se explica con mayor detalle la disposición de los elementos que componen un sistema de refrigeración pasiva para equipos inductivos y un equipo inductivo con refrigeración pasiva según la presente invención, así como su funcionamiento y características.Next, the arrangement of the elements that make up a passive cooling system for inductive equipment and an inductive equipment with passive cooling according to the present invention, as well as their operation and characteristics, is explained in greater detail.

Las Figuras 1A-1C representan un diagrama general simplificado de un equipo inductivo 20 que incorpora un sistema de refrigeración pasiva de cambio de estado mediante tubos de calor en sus tres proyecciones: alzado (Figura 1A), planta (Figura 1B) y perfil (Figura 1C). Figures 1A-1C represent a simplified general diagram of an inductive equipment 20 that incorporates a passive state change cooling system using heat pipes in its three projections: elevation (Figure 1A), plan (Figure 1B) and profile (Figure 1 C).

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un sistema de refrigeración pasiva para equipos inductivos. Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un equipo inductivo 20 que incluye dicho sistema de refrigeración pasiva. El equipo inductivo 20 comprende al menos un circuito magnético formado por al menos un bobinado 4 de espiras de material conductor eléctrico alrededor de al menos un núcleo magnético 1, además de un sistema de refrigeración pasiva mediante tubos de calor 6. El equipo inductivo puede ser, entro otros, una inductancia, un transformador, un autotransformador o un filtro.A first aspect of the present invention refers to a passive cooling system for inductive equipment. A second aspect of the present invention refers to inductive equipment 20 that includes said passive cooling system. The inductive equipment 20 comprises at least one magnetic circuit formed by at least one winding 4 of turns of electrically conductive material around at least one magnetic core 1, in addition to a passive cooling system using heat pipes 6. The inductive equipment can be , among others, an inductance, a transformer, an autotransformer or a filter.

En las Figuras 1A-1C se representa, a modo de ejemplo, un equipo inductivo trifásico con un circuito magnético compuesto por tres columnas 2 con su correspondiente bobinado 4 eléctrico. Figures 1A-1C show, by way of example, a three-phase inductive equipment with a magnetic circuit composed of three columns 2 with their corresponding electrical winding 4.

El sistema de refrigeración pasiva para equipos inductivos de la presente invención comprende al menos un dispositivo de refrigeración pasiva instalado en un equipo inductivo. A su vez, cada dispositivo de refrigeración pasiva comprende unas aletas disipadoras 7, y al menos un tubo de calor 6 sellado por sus extremos, con un extremo de evaporación 15 en contacto térmico con el equipo inductivo, y un extremo de condensación 14 en contacto térmico con las aletas disipadoras 7.The passive cooling system for inductive equipment of the present invention comprises at least one passive cooling device installed in inductive equipment. In turn, each passive cooling device comprises dissipative fins 7, and at least one heat pipe 6 sealed at its ends, with an evaporation end 15 in thermal contact with the inductive equipment, and a condensation end 14 in contact. heat sink with heatsink fins 7.

Cada dispositivo de refrigeración pasiva comprende preferentemente una placa disipadora 5 en contacto con el equipo inductivo, estando el extremo de evaporación 15 del al menos un tubo de calor 6 en contacto térmico con la placa disipadora 5. En una realización preferida, el extremo de evaporación 15 del al menos un tubo de calor 6 de cada dispositivo de refrigeración pasiva está insertado en la correspondiente placa disipadora 5. Cada dispositivo de refrigeración pasiva puede comprender además una resina o pasta conductora térmica aplicada entre el extremo de evaporación 15 del al menos un tubo de calor 6 y la placa disipadora 5 para favorecer el contacto térmico entre ambos elementos.Each passive cooling device preferably comprises a dissipating plate 5 in contact with the inductive equipment, the evaporation end 15 of the at least one heat pipe 6 being in thermal contact with the dissipating plate 5. In a preferred embodiment, the evaporation end 15 of the at least one heat pipe 6 of each passive cooling device is inserted into the corresponding dissipating plate 5. Each passive cooling device may further comprise a thermally conductive resin or paste applied between the evaporation end 15 of the at least one tube of heat 6 and the dissipating plate 5 to favor the thermal contact between both elements.

El calor generado por las pérdidas del equipo inductivo calienta las placas disipadoras 5 y los tubos de calor 6 con lo que el fluido en el interior de los tubos de calor 6 cambia de fase líquida a fase gaseosa, absorbiendo una gran cantidad de calor. Este calor se transmite de forma ascendente por los tubos hacia las aletas disipadoras 7 que están situadas por lo general en una posición más elevada que las placas. En la zona de disipación el gas se enfría volviendo a su fase líquida y así retorna a la zona de evaporación situada en las placas disipadoras 5. Se repite el ciclo indefinidamente mientras haya calor que evacuar en el equipo.The heat generated by the losses of the inductive equipment heats the dissipative plates 5 and the heat pipes 6, whereby the fluid inside the heat pipes 6 changes from a liquid phase to a gas phase, absorbing a large amount of heat. This heat is transmitted up the tubes to the dissipative fins 7 which are generally located in a higher position than the plates. In the dissipation zone, the gas cools, returning to its liquid phase and thus returns to the evaporation zone located on the dissipative plates 5. The cycle is repeated indefinitely as long as there is heat to evacuate in the equipment.

Cada placa disipadora 5 puede estar en contacto con un núcleo magnético 1 o con un bobinado 4 del equipo inductivo; por ejemplo, en contacto con una cara exterior de una columna 2 y/o una culata 3 del núcleo magnético.Each dissipative plate 5 can be in contact with a magnetic core 1 or with a winding 4 of the inductive equipment; for example, in contact with an outer face of a column 2 and / or a cylinder head 3 of the magnetic core.

En el ejemplo de las Figuras 1A-1C cada dispositivo de refrigeración pasiva comprende una pluralidad de tubos de calor 6 (e.g. cinco tubos de calor, según se muestra en dichas figuras), los cuales están insertados en una placa disipadora 5 en contacto, al menos parcialmente, con una cara exterior de una columna 2 del núcleo magnético 1 del equipo inductivo. Además, como se muestra en el ejemplo de la Figura 1C, la placa disipadora 5 se puede extender para contactar con parte de la superficie exterior de la culata 3. En este caso, las placas disipadoras 5 de los dispositivos de refrigeración pasiva se aplican a las dos caras de cada una de las columnas 2 del núcleo magnético 1. Sin embargo, los dispositivos de refrigeración se podrían aplicar a cualquier combinación de caras externas y columnas.In the example of Figures 1A-1C each passive cooling device comprises a plurality of heat pipes 6 (eg five heat pipes, as shown in said figures), which are inserted in a dissipating plate 5 in contact, at the less partially, with an outer face of a column 2 of the magnetic core 1 of the inductive equipment. Furthermore, as shown in the example of Figure 1C, the heat sink board 5 is it can extend to contact part of the outer surface of the cylinder head 3. In this case, the dissipative plates 5 of the passive cooling devices are applied to the two faces of each of the columns 2 of the magnetic core 1. However, the cooling devices could be applied to any combination of external faces and columns.

Las Figuras 2A y 2B representan una posible realización de la placa disipadora 5, que dispone de unas cavidades 17 en los cuales se insertan los tubos de calor 6. La Figura 2A muestra la placa disipadora 5 sin los tubos de calor 6 insertados, y la Figura 2B con los tubos de calor 6 insertados por su correspondiente extremo de evaporación 15, donde se aprecia que la forma y tamaño de las cavidades 17 están adaptadas a la forma y tamaño de los tubos de calor 6 (entre ambos elementos se podría además aplicar resina o pasta conductora térmica para mejora el contacto térmico). Figures 2A and 2B represent a possible embodiment of the heatsink plate 5, which has cavities 17 in which the heat pipes 6 are inserted. Figure 2A shows the heatsink plate 5 without the heat pipes 6 inserted, and the Figure 2B with the heat pipes 6 inserted through their corresponding evaporation end 15, where it can be seen that the shape and size of the cavities 17 are adapted to the shape and size of the heat pipes 6 (between both elements it could also be applied thermally conductive resin or paste to improve thermal contact).

La Figura 2C ilustra otra posible realización de la placa disipadora 5, la cual dispone de unas acanaladuras 13 por las cuales se introduce el extremo de evaporación 15 de los tubos de calor 6. Figure 2C illustrates another possible embodiment of the dissipative plate 5, which has grooves 13 through which the evaporation end 15 of the heat pipes 6 is inserted.

Cada tubo de calor 6 está sellado en el borde 18 de su extremo de evaporación 15 y también está sellado por su extremo de condensación situado en la aleta de refrigeración 7. El extremo de evaporación 15 corresponde al extremo del tubo de calor 6 que se pone en contacto térmico con el foco de calor (en el caso de las Figuras 1A-1C, las caras exteriores de las columnas 2) del equipo inductivo a enfriar. La cara de transferencia de calor 16 es la superficie de la placa disipadora 5 que se pone en contacto con el foco de calor del equipo inductivo para disipar el calor generado mediante los tubos de calor 6.Each heat pipe 6 is sealed at the edge 18 of its evaporation end 15 and is also sealed by its condensation end located in the cooling fin 7. The evaporation end 15 corresponds to the end of the heat pipe 6 that is placed in thermal contact with the heat source (in the case of Figures 1A-1C, the outer faces of the columns 2) of the inductive equipment to be cooled. The heat transfer face 16 is the surface of the dissipating plate 5 that comes into contact with the heat source of the inductive equipment to dissipate the heat generated by the heat pipes 6.

En una realización, la placa disipadora de al menos un dispositivo de refrigeración pasiva está colocada entre grupos de espiras de un bobinado 4 del equipo inductivo. La Figura 3 representa un diagrama simplificado, de una de las columnas 2 bobinadas del circuito magnético vista desde la parte superior, en el que se aprecia una configuración de los tubos de calor 6 aplicados a dos caras exteriores y opuestas de las columnas 2 del núcleo magnético 1 y también aplicadas entre grupos de espiras (4a, 4b) del bobinado 4. En la figura se representa de manera esquemática el contacto entre los tubos de calor 6 con su correspondiente aleta disipadora 7. En un bobinado de una misma columna 2 del núcleo magnético 1, un grupo de espiras lo compone un cierto número de espiras, que van entre el inicio del bobinado y una placa disipadora 5 (o un separador de canal de ventilación), o bien entre dos placas disipadoras 5 (o separadores de canal de ventilación). Los grupos de espiras pueden pertenecer a un mismo bobinado o a distintos bobinados de la misma columna.In one embodiment, the dissipative plate of at least one passive cooling device is placed between groups of turns of a winding 4 of the inductive equipment. Figure 3 represents a simplified diagram of one of the winding columns 2 of the magnetic circuit seen from the top, in which a configuration of the heat pipes 6 applied to two outer and opposite faces of the columns 2 of the core can be seen. magnetic 1 and also applied between groups of turns (4a, 4b) of the winding 4. The figure schematically represents the contact between the heat pipes 6 with their corresponding dissipating fin 7. In a winding of the same column 2 of the magnetic core 1, a group of turns is made up of a certain number of turns, which go between the start of the winding and a dissipating plate 5 (or a ventilation channel separator), or between two dissipating plates 5 (or ventilation channel spacers). The groups of turns can belong to the same winding or to different windings of the same column.

En las Figuras 4A y 4B se representa, a modo de ejemplo, vistas de alzado, planta y perfil (Figura 4A) y una vista tridimensional (Figura 4B) de un equipo inductivo trifásico formado por un núcleo magnético 1 con tres columnas 2, una por fase eléctrica, unidas por las culatas 3. Cada columna 2 lleva sus correspondientes bobinados 4 formados por grupos de espiras (4a, 4b). Las placas disipadoras 5 del sistema de refrigeración van colocadas en dos de las caras exteriores de las columnas 2 del núcleo magnético 1. También hay colocadas placas disipadoras 5 entre grupos de espiras (4a, 4b) a modo de separación entre dichos grupos. En cada una de las placas disipadoras 5 van insertados una serie de tubos de calor 6 por uno de sus extremos (el extremo caliente o de evaporación 15). Al otro extremo de los tubos de calor 6 (extremo frío o de condensación 14) van insertadas las aletas disipadoras 7. En la Figura 4C se representa un detalle ampliado de la Figura 4B, donde se aprecian los dos grupos de espiras (4a, 4b) y la placa disipadora 5 situada entre medias y en contacto con ambos grupos de espiras (4a, 4b). En la Figura 4D se muestra una vista en sección parcial de la Figura 4C. Figures 4A and 4B represent, by way of example, elevation, plan and profile views (Figure 4A) and a three-dimensional view (Figure 4B) of a three-phase inductive equipment formed by a magnetic core 1 with three columns 2, a by electrical phase, joined by the heads 3. Each column 2 carries its corresponding windings 4 formed by groups of turns (4a, 4b). The dissipating plates 5 of the cooling system are placed on two of the outer faces of the columns 2 of the magnetic core 1. There are also dissipating plates 5 between groups of turns (4a, 4b) as a separation between said groups. In each of the dissipative plates 5 a series of heat pipes 6 are inserted through one of their ends (the hot or evaporation end 15). At the other end of the heat pipes 6 (cold or condensation end 14) the dissipating fins 7 are inserted. In Figure 4C an enlarged detail of Figure 4B is represented, where the two groups of turns (4a, 4b ) and the dissipating plate 5 located between and in contact with both groups of turns (4a, 4b). A partial sectional view of Figure 4C is shown in Figure 4D.

La placa disipadora 5 de al menos un dispositivo de refrigeración pasiva puede estar colocada en el interior de una columna de un núcleo magnético del equipo inductivo. En la Figura 5 se representa un diagrama simplificado, en vista en planta, de una de las columnas 2 bobinadas del circuito magnético en el que se aprecia una configuración de una placa disipadora 5 (que incluye los tubos de calor 6), aplicada al interior de la columna 2 del núcleo magnético 1.The dissipative plate 5 of at least one passive cooling device can be placed inside a column of a magnetic core of the inductive equipment. Figure 5 represents a simplified diagram, in plan view, of one of the winding columns 2 of the magnetic circuit in which a configuration of a dissipating plate 5 (which includes the heat pipes 6), applied to the interior is appreciated. of column 2 of magnetic core 1.

La Figura 6 muestra una imagen 3D de un equipo inductivo trifásico similar al representado en la Figura 4B, pero en este caso particular con las placas disipadoras 5 colocadas en mitad de una culata 3 y de las columnas 2 del núcleo magnético 1. Para ello, simplemente la culata 3 y cada columna 2 se divide en dos partes entre las que se colocan las placas disipadoras 5 a modo de "sándwich”. Figure 6 shows a 3D image of a three-phase inductive equipment similar to that represented in Figure 4B, but in this particular case with the dissipating plates 5 placed in the middle of a cylinder head 3 and of the columns 2 of the magnetic core 1. To do this, simply the cylinder head 3 and each column 2 is divided into two parts between which the dissipative plates 5 are placed in a "sandwich" manner.

La placa disipadora 5 de al menos un dispositivo de refrigeración pasiva puede estar en contacto, al menos parcialmente, con una cara exterior de una culata 3 de un núcleo magnético 1 del equipo inductivo. La Figura 7 muestra una imagen 3D de un equipo inductivo trifásico similar al representado en la Figura 4B, pero con las placas disipadoras 5 colocadas sobre la culata 3 del circuito magnético.The dissipating plate 5 of at least one passive cooling device can be in contact, at least partially, with an outer face of a cylinder head 3 of a magnetic core 1 of the inductive equipment. Figure 7 shows a 3D image of a computer inductive three-phase similar to that represented in Figure 4B, but with the dissipating plates 5 placed on the cylinder head 3 of the magnetic circuit.

La placa disipadora 5 de al menos un dispositivo de refrigeración pasiva puede estar colocada en el interior de una culata 3 de un núcleo magnético 1 del equipo inductivo. La Figura 8 muestra otra realización de un equipo inductivo trifásico similar al descrito en la Figura 6, pero con las placas disipadoras 5 colocadas en mitad de la culata 3.The dissipating plate 5 of at least one passive cooling device can be placed inside a cylinder head 3 of a magnetic core 1 of the inductive equipment. Figure 8 shows another embodiment of a three-phase inductive equipment similar to that described in Figure 6, but with the dissipating plates 5 placed in the middle of the cylinder head 3.

En una realización, al menos un dispositivo de refrigeración pasiva no incorpora placa disipadora 5. En este caso, el propio material del circuito magnético puede hacer la función de la placa disipadora, de forma que los tubos de calor 6 están insertados directamente en un núcleo magnético 1 (por ejemplo, en una culata 3) del equipo inductivo. A su vez, el tubo de calor 6 está preferentemente insertado en un casquillo protector 19, tal y como se representa en la Figura 9. El casquillo protector 19 es un casquillo de un material buen conductor térmico, preferentemente metálico (e.g. de aluminio, cobre). En este caso el casquillo protector 19 sirve principalmente para proteger el tubo de calor 6, aunque también realiza la función de transmisión de calor entre el núcleo magnético y el tubo de calor 6.In one embodiment, at least one passive cooling device does not incorporate a heat sink 5. In this case, the material of the magnetic circuit itself can act as the heat sink, so that the heat pipes 6 are inserted directly into a core. magnetic 1 (for example, in a cylinder head 3) of the inductive equipment. In turn, the heat pipe 6 is preferably inserted in a protective sleeve 19, as represented in Figure 9 . The protective sleeve 19 is a sleeve made of a good thermal conductive material, preferably metallic (eg aluminum, copper). In this case, the protective sleeve 19 mainly serves to protect the heat pipe 6, although it also performs the function of transferring heat between the magnetic core and the heat pipe 6.

El equipo inductivo puede comprender un cerramiento estanco en cuyo interior se aloja el circuito magnético con sus bobinados (i.e. todo el equipo inductivo 8 de la Figura 10) y el extremo de evaporación 15 de los tubos de calor 6, estando el extremo de condensación 14 de los tubos de calor 6 y las aletas disipadoras 7 del sistema de refrigeración pasiva ubicados fuera de dicho cerramiento estanco. La Figura 10 representa un diagrama simplificado de integración por zonas estancas de un equipo inductivo con un sistema de refrigeración pasiva de cambio de estado mediante tubos de calor, donde se muestra el cerramiento estanco 21. El calor generado por el equipo inductivo 8 se extrae mediante los tubos de calor 6 desde el interior del compartimento estanco 21 (zona limpia 9 cerrada o hermética para integración de equipos) al exterior del mismo, a la zona donde se ubican las aletas disipadoras 7 (zona sucia 10 para disipación de calor, cableado, ventilación, etc.).The inductive equipment may comprise a watertight enclosure inside which the magnetic circuit is housed with its windings (ie all the inductive equipment 8 of Figure 10) and the evaporation end 15 of the heat pipes 6, the condensation end being 14 of the heat pipes 6 and the dissipative fins 7 of the passive cooling system located outside said watertight enclosure. Figure 10 represents a simplified diagram of integration by watertight areas of an inductive equipment with a passive state change cooling system using heat pipes, where the watertight enclosure 21 is shown. The heat generated by inductive equipment 8 is extracted by means of the heat pipes 6 from inside the watertight compartment 21 (clean zone 9 closed or hermetic for integration of equipment) to the outside of it, to the area where the dissipating fins 7 are located (dirty zone 10 for heat dissipation, wiring, ventilation, etc.).

Esta configuración permite distribuir el equipo en dos zonas (zona limpia 9 y zona sucia 10) en su instalación o aplicación real, lo cual facilita su aplicación en entornos ambientalmente hostiles. This configuration allows the equipment to be distributed in two zones (clean zone 9 and dirty zone 10) in its installation or actual application, which facilitates its application in environmentally hostile environments.

La zona limpia 9 es una zona estanca (el cerramiento estanco 21 proporciona la necesaria estanqueidad, con una protección por ejemplo de IP 65 hasta 67) destinada a la integración de equipos sensibles 11 (e.g. electrónica de potencia), en la que además se instalan uno o varios equipos inductivos 8 con los tubos de calor 6.The clean area 9 is a watertight area (the watertight enclosure 21 provides the necessary watertightness, with protection for example from IP 65 to 67) intended for the integration of sensitive equipment 11 (eg power electronics), in which they are also installed one or more inductive equipment 8 with heat pipes 6.

La zona sucia 10 es una zona con menor nivel de protección (por ejemplo, IP54 hasta IP56) en la que se instalan las aletas disipadoras 7, las cuales están unidas a los equipos inductivos 8, ubicados en la zona limpia 9, mediante los tubos de calor 6. También se instalan en la zona sucia 10 las conexiones con el sistema de cableado para el cliente, y otros equipos de integración 12 menos sensibles y que no requieran estar en una zona estanca.The dirty zone 10 is an area with a lower level of protection (for example, IP54 to IP56) in which the dissipating fins 7 are installed, which are connected to the inductive equipment 8, located in the clean zone 9, by means of the tubes. heat 6. Also installed in the dirty zone 10 are connections with the wiring system for the customer, and other less sensitive integration equipment 12 that does not require being in a watertight zone.

Una importante función de la configuración por zonas es que la cantidad de calor que permanece en la zona limpia 9 es reducida significativamente, y por tanto puede mantenerse hermética respecto al ambiente exterior. El calor se conduce mediante los tubos de calor 6 a la zona sucia 10 donde se disipa. Esta funcionalidad es muy importante en ambientes desérticos, o industriales y en general en cualquier entorno ambientalmente hostil en el que se instalen los equipos (industriales, minería, papeleras, marinos, etc.).An important function of the zoned configuration is that the amount of heat remaining in the clean zone 9 is significantly reduced, and thus it can be kept hermetic from the outside environment. The heat is conducted via the heat pipes 6 to the dirty zone 10 where it is dissipated. This functionality is very important in desert or industrial environments and in general in any hostile environment in which the equipment is installed (industrial, mining, paper mills, marine, etc.).

En las aplicaciones habituales de refrigeración por tubos de calor, por ejemplo para aplicaciones de electrónica, se trabaja con temperaturas en los extremos calientes de los tubos de calor en un margen de unos de 80° a 100°; en cambio, en la aplicación para equipos inductivos de media y alta potencia de la presente invención el rango de temperaturas en los extremos calientes de los tubos de calor es de unos 150° a 180°, con lo que el cambio de fase de líquido a gas del fluido en el interior del tubo de calor se produce unos 50° a 100° más alto que en las aplicaciones habituales. Esto implica que en la presente invención se sustituye el fluido habitualmente empleado en el interior del tubo de calor, que suele ser metanol, por otro fluido cuyo cambio de fase se produce a una mayor temperatura, en el rango de 150° a 180° (por ejemplo, de la familia de hidrocarburos).In common heat pipe cooling applications, for example electronics applications, temperatures at the hot ends of the heat pipes are in the range of about 80 ° to 100 °; On the other hand, in the application for medium and high power inductive equipment of the present invention, the temperature range at the hot ends of the heat pipes is about 150 ° to 180 °, with which the phase change from liquid to Gas from the fluid inside the heat pipe is produced about 50 ° to 100 ° higher than in typical applications. This implies that in the present invention the fluid usually used inside the heat pipe, which is usually methanol, is replaced by another fluid whose phase change occurs at a higher temperature, in the range of 150 ° to 180 ° ( for example, from the hydrocarbon family).

Un parámetro muy relevante a tener en cuenta en el desarrollo del sistema de refrigeración pasiva y/o del equipo inductivo con refrigeración pasiva de la presente invención es el concepto de carga térmica del inductivo. La carga térmica en un inductivo es la cantidad de energía térmica por unidad de tiempo, o potencia térmica, que un equipo inductivo intercambia con el exterior debido a las diferentes condiciones térmicas del interior del equipo y del exterior hacia donde se evacúa el calor generado.A very relevant parameter to take into account in the development of the passive cooling system and / or the inductive equipment with passive cooling of the present invention is the concept of the inductive thermal load. The thermal load on an inductive is the amount of thermal energy per unit time, or thermal power, that an inductive equipment it exchanges with the outside due to the different thermal conditions inside the equipment and outside to where the heat generated is evacuated.

La carga térmica y el incremento de temperatura deseado en el equipo inductivo están relacionados por las siguientes expresiones:The thermal load and the desired temperature increase in the inductive equipment are related by the following expressions:

qdx 0,8qdx 0.8

qde Atx = x ATPqde Atx = x ATP

qde

what

donde:where:

qdX = carga termina incógnitaqdX = load ends unknown

ATX= incremento de temperatura deseadoATX = desired temperature increase

qde = carga térmica ensayoqde = thermal test load

Ate = incremento de temperatura ensayoAte = test temperature increase

Se han realizado simulaciones comparando equipos inductivos con la refrigeración pasiva de cambio de estado propuesta en la presente invención, con sus equipos equivalentes refrigerados por aire natural o forzado. Para las simulaciones, en los equipos inductivos con refrigeración pasiva de cambio de estado se ha considerado el mismo número y disposición de placas disipadoras que el número y disposición de canales de refrigeración en sus equivalentes de equipos inductivos refrigerados por aire.Simulations have been carried out comparing inductive equipment with the passive state change cooling proposed in the present invention, with its equivalent equipment cooled by natural or forced air. For the simulations, in inductive equipment with passive state change cooling, the same number and arrangement of dissipative plates have been considered as the number and arrangement of cooling channels in their equivalents of inductive equipment cooled by air.

Las simulaciones realizadas llevan a las conclusiones de que la carga térmica o cantidad de energía térmica por unidad de tiempo que un equipo inductivo con refrigeración pasiva de cambio de estado intercambia con el exterior, comparada con sus equipos equivalentes con refrigeración por aire son las siguientes:The simulations carried out lead to the conclusions that the thermal load or amount of thermal energy per unit of time that an inductive equipment with passive state change cooling exchanges with the outside, compared to its equivalent equipment with air cooling are the following:

• La carga térmica respecto a la de un equipo inductivo equivalente refrigerado por aire natural se llega a triplicar para placas disipadoras colocadas entre núcleo magnético y bobinado de aluminio o cobre (e.g. Figuras 1A-1C) y se llega a cuadruplicar para placas disipadoras colocadas entre núcleo magnético y bobinado, y entre grupos de espiras (e.g. Figuras 4A-4B).• The thermal load with respect to that of an equivalent inductive equipment cooled by natural air is tripled for dissipating plates placed between the magnetic core and the aluminum or copper winding (eg Figures 1A-1C) and it is quadrupled for dissipating plates placed between magnetic core and winding, and between groups of turns (eg Figures 4A-4B).

• La carga térmica respecto a la de un equipo inductivo equivalente refrigerado por aire forzado se incrementa en más de un 30% para placas disipadoras colocadas en el núcleo (entre núcleo y bobinado) y en más de un 60% para placas disipadoras • The thermal load with respect to that of an equivalent inductive equipment cooled by forced air increases by more than 30% for dissipating plates placed in the core (between core and winding) and by more than 60% for heat sinks

colocadas en el núcleo y entre grupos de espiras.placed in the nucleus and between groups of turns.

• La carga térmica se llega a incrementar del orden de un 8% al pasar de bobinado de • The thermal load increases in the order of 8% when going from winding to

cobre a aluminio para placas disipadoras colocadas en el núcleo y del orden del 16% copper to aluminum for dissipative plates placed in the core and of the order of 16%

para placas disipadoras colocadas en el núcleo y entre grupos de espiras.for dissipating plates placed in the core and between groups of turns.

Estos factores tienen importantes consecuencias en las condiciones de trabajo de los These factors have important consequences on the working conditions of workers.

equipos inductivos, por el hecho de trabajar más holgadamente en cuanto al margen de inductive equipment, due to the fact that it works more comfortably in terms of the

temperaturas de funcionamiento. Esto mejora la fiabilidad de los equipos, su diseño que operating temperatures. This improves the reliability of the equipment, its design that

puede ser más ajustado y permite utilizar menos cantidad de materiales para obtener un can be tighter and allows fewer materials to be used to obtain a

equipo con mejores prestaciones.equipment with better benefits.

Una de las consecuencias más relevantes es que se aumentan muy significativamente las One of the most relevant consequences is that the

densidades de corriente de trabajo en los bobinados de los equipos y por tanto se reduce en working current densities in the windings of the equipment and therefore is reduced by

la misma proporción la cantidad de material necesario para el bobinado.the same proportion the amount of material needed for winding.

La densidad de corriente de los bobinados está relacionada con la carga térmica y con la The current density of the windings is related to the thermal load and the

carga lineal, y la carga lineal con el número de espiras y dimensiones del bobinado por las linear load, and the linear load with the number of turns and dimensions of the winding by the

siguientes expresiones.following expressions.

qdqd

d =-----d = -----

QQ

N x IN x I

q = -------hx 10-1q = ------- hx 10-1

donde:where:

d = densidad de corriente (A/mm2)d = current density (A / mm2)

qd = carga térmicaqd = thermal load

q = carga linealq = linear load

N = numero de espirasN = number of turns

I = Intensidad del bobinado (A)I = Winding current (A)

h = altura del bobinado (mm)h = winding height (mm)

De ellas puede determinarse la sección de conductor S necesaria para el bobinado:From these, the conductor cross-section S required for winding can be determined:

S = I/d S = I / d

Si en las simulaciones realizadas comparamos la sección necesaria del conductor del bobinado en un equipo inductivo con refrigeración pasiva de cambio de estado con el equipo inductivo equivalente refrigerado por aire natural, esta sección se reduce a la tercera parte. Como la cantidad de material del bobinado es proporcional a la sección (S x L), esto significa que la cantidad de material del bobinado se reduce a una tercera parte de la cantidad de material que sería necesaria en el equipo inductivo equivalente con refrigeración por aire.If in the simulations carried out we compare the necessary section of the winding conductor in an inductive equipment with passive state change cooling with the equivalent inductive equipment cooled by natural air, this section is reduced to the third part. As the amount of material in the winding is proportional to the section (S x L), this means that the amount of material in the winding is reduced to a third of the amount of material that would be required in the equivalent inductive equipment with air cooling. .

En conclusión, la cantidad de material que se requiere para el bobinado de un equipo inductivo con refrigeración pasiva de cambio de estado es del orden de una tercera parte de la que se necesitaría en el equipo inductivo equivalente con refrigeración por aire natural. Esto tiene su consecuencia directa en el peso, volumen y coste del equipo.In conclusion, the amount of material required for winding inductive equipment with passive state change cooling is of the order of one third of what would be required in equivalent inductive equipment with natural air cooling. This has a direct consequence on the weight, volume and cost of the equipment.

Estas simulaciones llevan a destacar que con estos diseños de soluciones de equipos inductivos con refrigeración pasiva de cambio de estado se mejora muy significativamente las características de coste, masa, volumen y prestaciones técnicas, fiabilidad entre otras, de los equipos inductivos resultantes.These simulations lead to highlight that with these designs of inductive equipment solutions with passive state change cooling, the characteristics of cost, mass, volume and technical performance, reliability, among others, of the resulting inductive equipment are very significantly improved.

Además de la reducción en el bobinado, estas reducciones pueden realizarse también en el núcleo magnético de los equipos. Al trabajar en aplicaciones donde la corriente tiene componentes de alta frecuencia, los núcleos magnéticos con ventilación por aire se sobrecalientan pudiendo llegar a temperaturas que sobrepasan los límites permitidos por el material. Mediante la incorporación de hileras de refrigeración pasiva de cambio de estado en el núcleo magnético, estas pérdidas se evacuan al exterior y relajan el calentamiento del núcleo a un punto óptimo de eficiencia. En equipos con refrigeración por aire hay que sobredimensionar la sección de los núcleos magnéticos para evitar el sobrecalentamiento por componentes de alta frecuencia, mientras que en refrigeración pasiva de cambio de estado con tubos de calor no hace falta sobredimensionar la sección dado que las pérdidas térmicas se extraen fácilmente al exterior y se relaja la temperatura de funcionamiento. La reducción de sección del núcleo es directamente proporcional a la reducción de volumen, tamaño y coste del núcleo magnético, pudiendo llegar por las simulaciones realizas a ahorrar entre un 25% y un 40% de material dependiendo del número de dispositivos de refrigeración pasiva insertados. In addition to the reduction in winding, these reductions can also be made in the magnetic core of the equipment. When working in applications where the current has high frequency components, the air-vented magnetic cores overheat and can reach temperatures that exceed the limits allowed by the material. By incorporating passive state-change cooling strings into the magnetic core, these losses are vented to the outside and relax the core heating to an optimum point of efficiency. In air-cooled equipment, the section of the magnetic cores must be oversized to avoid overheating by high-frequency components, while in passive state-change cooling with heat pipes it is not necessary to oversize the section since the thermal losses are They are easily drawn to the outside and the operating temperature is relaxed. The reduction in the core section is directly proportional to the reduction in the volume, size and cost of the magnetic core, and through simulations carried out, it can be possible to save between 25% and 40% of material depending on the number of passive cooling devices inserted.

Con respecto al proceso de fabricación, la estructura constructiva de los distintos tipos de equipos inductivos es similar, aunque sus diseños y características concretas varíen sustancialmente en función del tipo de equipo y de su aplicación. Los tubos de calor en su extremo de evaporación hay que introducirlos en las zonas más calientes del equipo inductivo, que son el núcleo, en sus distintas partes, y/o entre grupos de espiras del bobinado o los bobinados.With respect to the manufacturing process, the constructive structure of the different types of inductive equipment is similar, although their specific designs and characteristics vary substantially depending on the type of equipment and its application. The heat pipes at their evaporation end must be introduced in the hottest areas of the inductive equipment, which are the core, in its different parts, and / or between groups of turns of the winding or windings.

Las placas disipadoras hacen principalmente las funciones de soporte de los tubos de calor y de colectores de las fuentes de calor del equipo. Estas placas disipadoras son integrables en el equipo fijándolas en las caras exteriores de las columnas del núcleo o entre dos mitades de las columnas, o incluso en la culata del circuito magnético. También se pueden insertar entre grupos de espiras del bobinado haciendo la doble función de separador de dichos grupos de espiras, y de colector del calor generado en el bobinado. Las placas disipadoras del dispositivo de refrigeración se colocan por tanto en estrecho contacto térmico con las columnas y/o culata del núcleo y/o el bobinado. El número y disposición de placas disipadoras y tubos de calor, depende de la aplicación concreta del equipo y de la cantidad y focos de calor que se quiere evacuar.The dissipating plates mainly perform the functions of support for the heat pipes and collectors of the heat sources of the equipment. These dissipating plates can be integrated into the equipment by fixing them on the outer faces of the core columns or between two halves of the columns, or even on the head of the magnetic circuit. They can also be inserted between groups of turns of the winding, doing the double function of separating said groups of turns, and of collecting the heat generated in the winding. The dissipative plates of the cooling device are thus placed in close thermal contact with the columns and / or cylinder head of the core and / or the winding. The number and arrangement of dissipating plates and heat pipes depends on the specific application of the equipment and the quantity and sources of heat to be evacuated.

El bobinado se puede realizar en las columnas previamente unidas a las placas disipadoras o bien sobre carretes (sin las columnas), y en su caso entre grupos de espiras a modo de separador. Otra alternativa de fabricación es hacer el bobinado dejando los huecos de las placas disipadoras mediante un útil de las dimensiones de la placa, para la posterior inserción de dichas placas disipadoras en las columnas o carretes ya bobinados.The winding can be carried out on the columns previously attached to the dissipating plates or on spools (without the columns), and where appropriate between groups of turns as a separator. Another manufacturing alternative is to make the winding leaving the holes in the dissipative plates using a tool of the dimensions of the plate, for the subsequent insertion of said dissipative plates in the columns or reels already wound.

La disposición de los elementos del sistema de refrigeración pasiva es prácticamente independiente del tipo y material utilizado en el bobinado. Por tanto, le presente invención puede aplicarse a cualquier tipo de bobinado, ya sea de banda, de hilo, o de pletina, y el número de bobinados por columna depende de la funcionalidad del equipo inductivo (inductancia, filtro, transformador, autotransformador, etc.).The arrangement of the elements of the passive cooling system is practically independent of the type and material used in the winding. Therefore, the present invention can be applied to any type of winding, be it strip, wire, or flat, and the number of windings per column depends on the functionality of the inductive equipment (inductance, filter, transformer, autotransformer, etc. .).

Los tubos de calor y las aletas disipadoras se pueden montar una vez realizado el bobinado o también puede bobinarse con el sistema de refrigeración completo ya montado previamente. En el primer caso, el proceso de fabricación del bobinado es prácticamente el mismo que para equipos inductivos sin refrigeración pasiva de cambio de estado. En cambio, en el segundo caso se requiere adaptar las máquinas de bobinado para permitir su funcionamiento con los tubos de calor y aletas disipadoras montadas en el núcleo.The heat pipes and dissipative fins can be mounted after winding or it can also be wound with the complete cooling system already pre-assembled. In the first case, the winding manufacturing process is practically the same as for inductive equipment without passive state change cooling. On On the other hand, in the second case it is necessary to adapt the winding machines to allow their operation with the heat pipes and dissipative fins mounted on the core.

Una vez bobinadas las columnas o carretes con sus correspondientes placas disipadoras, se procede al montaje del equipo inductivo completo con un proceso similar al de un equipo inductivo convencional, añadiendo los procesos de montaje de los elementos del circuito de refrigeración.Once the columns or reels have been wound with their corresponding dissipative plates, the complete inductive equipment is assembled with a process similar to that of a conventional inductive equipment, adding the assembly processes of the cooling circuit elements.

Con respecto al dimensionamiento del sistema de refrigeración, el intercambio térmico puede favorecerse mucho con un adecuado dimensionamiento del interior del equipo inductivo de sus distintos parámetros, tales como colocando las placas disipadoras o los tubos de calor en las zonas que mayor cantidad de calor se genera (núcleo, espiras, culata o combinación de ellas), dimensionando el tamaño y número placas disipadoras y de tubos de calor por placa, eligiendo las características de los tubos de calor a utilizar en cada caso, y colocando el equipo inductivo en la posición idónea dentro de las restricciones impuestas por su aplicación particular.Regarding the sizing of the cooling system, the thermal exchange can be greatly favored with an adequate sizing of the interior of the inductive equipment of its different parameters, such as placing the dissipative plates or the heat pipes in the areas where the greatest amount of heat is generated. (core, turns, cylinder head or a combination of them), sizing the size and number of heat sink plates and heat pipes per plate, choosing the characteristics of the heat pipes to be used in each case, and placing the inductive equipment in the ideal position within the restrictions imposed by your particular application.

En cuanto al exterior del equipo inductivo, que se corresponde con la zona en la que se ubican las alertas disipadoras, el intercambio térmico puede favorecerse dimensionando el tamaño y número de aletas disipadoras, definiendo la orientación de sus ranuras de las aletas disipadoras en función del flujo de aire de refrigeración predominante en el entorno de instalación del equipo, eligiendo la longitud y forma de los tubos de calor que conectan las placas disipadoras con las aletas disipadoras para posicionar dichas aletas en la posición más idónea, definiendo la necesidad o no de ventilación forzada para las aletas disipadoras a través de corrientes de aire predominante (trenes, parques eólicos, etc.) o forzada en su caso mediante ventilador, y en algunos casos eligiendo el fluido intercambiador de calor que extraiga el calor de las aletas disipadoras en función del entorno de aplicación.Regarding the exterior of the inductive equipment, which corresponds to the area in which the dissipative alerts are located, the thermal exchange can be favored by sizing the size and number of dissipative fins, defining the orientation of their dissipative fin grooves depending on the cooling air flow predominant in the equipment installation environment, choosing the length and shape of the heat pipes that connect the heat sink plates with the heat sink fins to position said fins in the most ideal position, defining the need or not for ventilation forced for the dissipating fins through predominant air currents (trains, wind farms, etc.) or forced in its case by means of a fan, and in some cases choosing the heat exchanger fluid that extracts the heat from the dissipating fins depending on the application environment.

La circulación del fluido caliente y frío en los tubos de calor puede ir por los mismos tubos ascendiendo el gas en su camino de ida desde el extremo de evaporación a las aletas disipadoras, y de vuelta descendiendo el fluido en forma líquida hacia el extremo de evaporación. El descenso del fluido normalmente se hace por el mismo tubo, pero también puede hacerse separando los circuitos caliente y frío por tubos diferentes. The circulation of hot and cold fluid in the heat pipes can go through the same pipes, the gas ascending on its way from the evaporation end to the dissipating fins, and back, the fluid descending in liquid form towards the evaporation end. . The descent of the fluid is normally done through the same tube, but it can also be done by separating the hot and cold circuits by different tubes.

Claims

1. A passive cooling system for inductive equipment, comprising at least one passive cooling device installed in inductive equipment, characterized in that each passive cooling device comprises:

dissipating fins (7), and

at least one heat pipe (6) with an evaporation end (15) in thermal contact with the inductive equipment, and a condensation end (14) in thermal contact with the dissipative fins (7).

The system according to claim 1, characterized in that each passive cooling device additionally comprises a dissipative plate (5) in contact with the inductive equipment, the evaporation end (15) of the at least one heat pipe (6) being in thermal contact with the heat sink plate (5).

The system according to claim 2, characterized in that the evaporation end (15) of the at least one heat pipe (6) of each passive cooling device is inserted in the corresponding dissipative plate (5).

The system according to any of claims 2 to 3, characterized in that each passive cooling device additionally comprises a thermally conductive resin or paste applied between the evaporation end (15) of the at least one heat pipe (6) and the dissipating plate (5) to promote thermal contact.

The system according to any of claims 2 to 4, characterized in that the dissipating plate (5) of at least one passive cooling device is in contact with a magnetic core (1) of the inductive equipment.

The system according to claim 5, characterized in that the dissipative plate (5) of at least one passive cooling device is in contact, at least partially, with an outer face of a cylinder head (3) of a magnetic core (1 ) of inductive equipment.

The system according to any of claims 5 to 6, characterized in that the dissipating plate (5) of at least one passive cooling device is in contact, at least partially, with an outer face of a column (2) of a magnetic core (1) of inductive equipment.

The system according to any of claims 5 to 7, characterized in that the dissipative plate (5) of at least one passive cooling device is in contact, at least partially, with an outer face of a column (2) and with the outer surface of a cylinder head (3) of a magnetic core (1) of inductive equipment.

The system according to any of claims 5 to 8, characterized in that the dissipating plate (5) of at least one passive cooling device is placed inside a cylinder head (3) of a magnetic core (1) of the equipment. inductive.

The system according to any of claims 5 to 9, characterized in that the dissipating plate (5) of at least one passive cooling device is placed inside a column (2) of a magnetic core (1) of the equipment inductive.

The system according to any of claims 5 to 10, characterized in that the dissipative plate (5) of at least one passive cooling device is placed inside a cylinder head (3) and a column (2) of a magnetic core (1) of inductive equipment.

The system according to any one of claims 2 to 10, characterized in that the dissipative plate (5) of at least one passive cooling device is in contact with a winding (4) of the inductive equipment.

The system according to claim 12, characterized in that the dissipating plate (5) of at least one passive cooling device is placed between groups of turns (4a, 4b) of a winding (4) of the inductive equipment.

The system according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of passive cooling devices in contact with:

two outer faces of at least one column (2) of a magnetic core (1) of the inductive equipment, and

groups of turns (4a, 4b) of at least one winding (4) of the inductive equipment.

15. The system according to claim 1, characterized in that the evaporation end (15) of the at least one heat pipe (6) of each passive cooling device is inserted directly into a magnetic core (1) of the inductive equipment.

The system according to any of the preceding claims, characterized in that the fluid inside the at least one heat pipe (6) of each passive cooling device is a fluid with a phase change from liquid to gas in the range from 150 ° to 180 °.

17. An inductive equipment with passive cooling, comprising at least one magnetic circuit formed by at least one winding (4) of turns of electrically conductive material around at least one magnetic core (1); characterized in that the inductive equipment (20) comprises a passive cooling system according to any of claims 1 to 16.

The inductive equipment according to claim 17, characterized in that the inductive equipment (20) is an inductor, a transformer, an autotransformer or a filter.

The inductive equipment according to any of claims 17 to 18, characterized in that it comprises a watertight enclosure (21) inside which is housed the at least one magnetic circuit with its corresponding windings (4) and the evaporation end (15) of the at least one heat pipe (6), the condensation end (14) of the at least one heat pipe (6) and the dissipative fins (7) of the passive cooling system located outside said watertight enclosure (21) .