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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere
für einen
Transformator, mit einem Wärmetauschmedium,
welches über
ein Zulaufelement in ein Wärmetauschelement
hineinleitbar und über
ein Ablaufelement aus dem Wärmetauschelement
herausleitbar ist, mit einer ersten Temperaturmessung eines Zulaufstroms
des Wärmetauschermediums
und mit einer zweiten Temperaturmessung eines Ablaufstroms des Wärmetauschmediums.
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Es
ist allgemein bekannt, das Transformatoren für eine Vielzahl von Anwendungen
einsetzbar sind. Insbesondere Leistungstransformatoren mit einer
zu übertragenden
Leistung von wenigstens 5 MVA geben dabei im Betrieb eine beachtliche
Wärmemenge
ab, die üblicherweise über Wärmetauscher
an die Umgebung abgegeben wird. Dazu ist in der Regel ein Kühlkreislauf
vorgesehen, so dass der verwendete Wärmetauscher gegebenenfalls
auch entfernt vom Transformator anordenbar ist.
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Eine übliche Ausgestaltung
eines derartigen Wärmetauschkreislaufes
sieht vor, dass ein oder mehrere, häufig gleichartig gestalteter
Wärmetauscher
jeweils über
einen Zulaufstutzen mit Wärmetauschmedium
versorgt werden. Eine speziell gestaltete Oberfläche des Wärmetauschers sorgt dann für einen
möglichst
optimalen Wärmeübergang
an ein zweites Wärmeträgermedium,
das als Rückkühlmedium
auch an dem Wärmetauschprozess
beteiligt ist. Dies kann zum Beispiel die umgebenden Luft sein oder
auch eine Flüssigkeit,
je nachdem wie der Wärmetauscher
aufgebaut ist.
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Zur Überprüfung der
Wärmebilanz
solcher Wärmetauscher
ist es nach allgemeinen Regeln der Technik und der Normung vorgeschrieben,
dass die Zulauftemperatur des Wärmetauschmediums
sowie die Ablauftemperatur aus dem Wärmetauscher des Wärmetauschmediums
gemessen wird. Dazu werden spezielle Rohrstücke unmittelbar an den Zulaufstutzen
beziehungsweise den Ablaufstutzen des Wärmetauschers angeflanscht,
wobei in diese Rohrstücke
eine Tauchhülse
eingeschweist oder eingedreht ist, die einen Thermometer aufnimmt.
Bei einer derartigen Anordnung wird die gemessene Temperatur im
Vorlauf beziehungsweise im Ablauf des Wärmetauschers erst mit einer
bestimmten zeitlichen Verzögerung
gemessen, da eine Temperaturänderung
erst an das Material der Tauchhülse
und danach an den Thermometer weitergegeben wird.
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Zudem
müssen
die Temperaturmessrohrstücke
bei der Planung um Konzeption des Transformators berücksichtigt
werden. Die Abmessungen des Transformators mit dem Wärmetauscher
werden entsprechend groß ausfallen.
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Ausgehend
vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
einen Wärmetauscher
für einen
Transformator anzugeben, bei dem die Messung verbessert ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher
für einen
Transformator mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen.
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Demgemäss kennzeichnet
sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher
dadurch, dass eine erste Öffnung
im Zulaufelement angeordnet ist, die der im Betrieb des Wärmetau schers
eine erste Temperatursonde an eine vorbestimmte Stelle im Zulaufstrom
positionierbar ist, und dass eine zweite Öffnung im Ablaufelement angeordnet
ist, in der im Betrieb des Wärmetauschers
eine zweite Temperatursonde an eine vorbestimmte Stelle im Ablaufstrom positioniert
ist.
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Demnach
ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Temperaturmessung nunmehr am Wärmetauscher selbst vorgenommen
wird. Somit entfallen die seither bekannten Rohrstücke mit
jeweils einem Temperaturmessinstrument, das gemäß dem seither bekannten Stand
der Technik an den Wärmetauscher
angeflanscht wurde. Auf diese Weise ist die Konstruktion vereinfacht
und die Möglichkeiten
bei der Anordnung von einem Wärmetauscher mit
einem Transformator steigen.
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Zudem
ist die Position der Temperaturmessung nunmehr unmittelbar am Eintritt
beziehungsweise am Austritt des Wärmetauschmediums am Wärmetauscher,
so dass auf diese Weise sichergestellt ist, dass die Temperaturen
des Wärmetauschmediums
im Wärmetauscher
selbst gemessen werden. Mögliche
Fehlerquellen oder Störeinflüsse für die Temperaturmessung
von der bisherigen Temperaturmessstelle außerhalb des Wärmetauschers
in den Rohrstücken
bis zu den erfindungsgemäßen Stellen
des Wärmetauscher
sind auf diese Weise vermieden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist
es vorgesehen, dass in der ersten Öffnung zusätzlich eine Entlüftungsvorrichtung
angeordnet ist.
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Aus
Servicegründen,
insbesondere beim Befüllen
eines Wärmetauschers
beispielsweise mit Wärmetauscheröl, ist üblicherweise
eine Entlüftungsvorrichtung
in Form eines Entlüftungshahns
oder Entlüftungskükens an
einer geodätisch
hochgelegenen Stelle des Wärmetauschers
angebracht. In dem Falle, dass der Zulaufstrom beziehungsweise der
Ablaufstrom des Wärmetauschers
ebenfalls an einer geodätisch
hochgelegenen Stelle erfolgt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die erste oder die zweite Öffnung
ein kombiniertes Funktionselement mit beiden Funktionen aufnimmt.
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Eine
Ausgestaltungsmöglichkeit
für ein
Doppelfunktionselement besteht darin, dass die Entleerungsvorrichtung
so ausgestaltet ist, dass die Temperatursonde durch sie hin durch
oder an ihr vorbei in das Zulauf- beziehungsweise Ablaufelement
einschiebbar ist, so dass die betreffende Temperatursonde ihre vorbestimmte
Position erreicht. Die entsprechenden Ausgestaltungen der Entlüftungsvorrichtung
sind dem Fachmann bekannt.
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Auf
diese Weise ist der Aufbau des Wärmetauschers
insgesamt vereinfacht. Die Herstellung einer zusätzlichen Öffnung für eine separate Entlüftungsvorrichtung
entfällt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die erste und/oder die zweite Öffnung ein
Dichtungselement aufweist, durch das die entsprechende Temperatursonde
wärmetauschmediumsdicht
einsetzbar ist.
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Bei
dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung
des Wärmetauschers
ist die seither übliche Tauchhülse vermieden,
die einen Austritt von Wärmetauschmedium
aus einem geschlossenen System verhindert. Zudem ist mit einer derartigen
Anordnung erreicht, dass die Temperaturmessung direkt im Wärmetauschermedium
erfolgt. Eine durch die Tauchhülse
verursachte Totzeit in der Temperaturmessung ist vermieden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind den weiteren
abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
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Anhand
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung,
deren vorteilhafte Ausgestaltung und Verbesserungen der Erfindung,
sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
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Es
zeigt:
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einzige
Fig. einen Transformatorkühler.
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Die
einzige Fig. zeigt einen Kühler 10,
der als Rückkühler für einen
Kühlkreislauf
eines Leistungstransformators dient, wobei weder der Leistungstransformator,
noch andere Details des Kühlkreislaufs
in dieser Figur dargestellt sind. Der mit dem Kühler 10 rückgekühlte Leistungstransformator
hat eine zu übertragende
Leistung von etwa 15 MVA, wobei im gezeigten Beispiel der einzige
Kühler 10 für die Rückkühlung der
anfallenden Wärme
des Leistungstransformators ausreichend dimensioniert ist.
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Es
ist aber ohne weiteres denkbar, dass im Bedarfsfalle mehrere solcher
Kühler 10 im
Kühlkreislauf
parallel geschaltet sind oder eine den Kühlungsanforderungen entsprechende
Wärmetauscherfläche am Kühler 10 angebracht
wird, so dass die Kühlleistung
dieser Einheit zweckentsprechend erhöht ist.
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Das
gezeigte Beispiel zeigt den Kühler 10 als stehenden
Wärmetauscher,
so dass in der Figur mit unten das geodätisch „unten" gemeint ist. Entsprechend ist in der
Figur oben am Kühler 10 ein
Zulaufstutzen 12 gezeigt, wobei die Flussrichtung des einströmenden Kühlmittels
durch einen ersten Pfeil 14 angedeutet ist. Der Zulaufstutzen 12 ist
als Rohrstück ausgebildet,
welches einerseits mit einem Kühlerelement 16 verbunden
ist und andererseits einen ersten Flansch 18 aufweist,
der insbesondere zum direkten Anschluss an den Leistungstransformator
oder eine Verbindungsrohrleitung des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen
ist.
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Das
zuströmende
Kühlmittel,
in diesem Beispiel ein Wärmetauscheröl, das häufig Anwendung bei
Transformatorkühlkreisläufen findet,
strömt
durch den Zulaufstutzen 12 dem Kühlerelement 16 zu,
wobei der Kühlmittelstrom
auf mehrere Rippen 20 aufgeteilt wird, so dass mehrere
Kühlmittelteilströme entstehen,
die von oben nach unten das Kühlelement 16 durchlaufen.
Im unteren Bereich des Kühlelements 16 sammeln
sich die Kühlmittelteilströme wiederum
zu einem gemeinsamen Ablaufstrom. Dieser gemeinsame Ablaufstrom
gelangt durch einen Ablaufstutzen 22 zurück zum Leistungstransformator beziehungsweise
in den Kühlmittelkreislauf.
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Zur
Verstärkung
des Kühleffekts
können
die Rippen 20 beispielsweise durch eine Zwangskonventionsströmung von
der sie umgebenden Luft beblasen werden. Üblicherweise werden hierfür in dieser Figur
nicht dargestellte Ventilatoren verwendet, deren erzeugter Luftstrom
so stark ist, dass sich im Ablaufstrom eine gewünschte Temperatur des Kühlmittels
einstellt.
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An
der höchsten
Stelle des Rohres im Zulaufstutzen 12 und zwar in etwa
an der Übergangsstelle
zwischen dem Rohrstück
und dem Kühlerelement 16 ist
eine erste Öffnung 24 im
Zulaufstutzen 12 angeordnet. In der gewählten Darstellung ist noch das
erste Dichtungselement 26 gezeigt, welches in der ersten Öffnung 24 angeordnet
ist. Mit diesem ersten Dichtungselement 26 ist eine kombinierte
Vorrichtung aus Entlüftungselement
und Thermoelement mediumsdicht in die erste Öffnung 24 einsteckbar. Diese
kombinierte Vorrichtung ist in der einzigen Fig. nicht gezeigt,
dem Fachmann jedoch bekannt.
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Die
Entlüftungsvorrichtung
ist insbesondere beim Befüllen
des Kühlmittelkreislaufs
oder des Kühlers 10 notwendig,
um die sich an den höchsten
Stellen des betreffenden Kreislaufes oder des Kühlers 10 sammelnde
Luft zu entlüften,
die nach und nach durch das in den Kühlmittelkreislauf gefüllte Kühlmedium
verdrängt
wird. Die Übernahme
einer weiteren technischen Funktion, die an derselben Stelle der ersten Öffnung 24 erfindungsgemäß realisierbar
ist, ist die Temperaturmessung mit einem ersten Thermoelement. Erfindungsgemäß kann das
erste Thermoelement nunmehr an eine Position im Rohrstück des Zulaufstutzens 12 verbracht
werden, das der tatsächlichen
Zulauftemperatur des Kühlers 10 erfahrungsgemäß am besten
entspricht. Zudem dichtet das erste Dichtungselement 26 das
erste Thermoelement im Bereich der ersten Öffnung 24 gegen einen möglichen
Kühlmittelaustritt
aus dem Kühlsystem
ab. In diesem Beispiel ist die sonst notwendige Tauchhülse zur
Abdichtung einer Öffnung
in einer Rohrleitung vermieden. Auf diese Weise erfolgt die Messwertaufnahme
unmittelbar durch das Thermoelement im Kühlmittel und nicht indirekt über das
Material der Tauchhülse
und somit gedämpft
und verzögert.
Derart ist die Messung genauer und schneller geworden.
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Im
gezeigten Beispiel ist noch ein weiterer Vorteil erkennbar. Im oberen
Bereich des Kühlelements 16 ist
noch eine Öse 28 gezeigt,
an die, beispielsweise beim Montagearbeiten, der komplette Kühler 10 an
ein Hebezeug anhängbar
ist. Aufgrund der platzsparenden Doppelfunktion von Temperaturmessung
und Entlüftung
in der ersten Öffnung 24 wird
darüber
hinaus im oberen Bereich des Kühlelements 16 aus
konstruktiver Sicht kein weiterer Platz benötigt. Somit besteht auch ein
größerer Konstruktionsgestaltungsfreiraum,
nämlich
bei einer Konstruktion des Kühlelements 16,
zum Beispiel in dessen oberen Bereich mit einer Schräge, wie
dargestellt. Diese Gestaltung berücksichtigt in dem gewählten Beispiel
ein spezielles räumliches
Montageerfordernis an der Aufstellungsstelle des Kühlers 10.
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Im
unteren Bereich sind die beiden Funktionen der Temperaturmessung
und des Kühlmittelablasses
an verschiedenen Positionen realisiert. So ist eine zweite Öffnung 30 an
einer unten gelegenen Stelle des Rohrstücks des Ablaufstutzens 22 angeordnet
und mit einem zweiten Dichtungselement 32 versehen. Das
zweite Dichtungselement 32 ist mit einer nachgiebigen Kunststoffmasse
ausgestaltet und verschließt
die zweite Öffnung 30 vollständig, so dass
kein Kühlmittel
im inneren Bereich des Kühlelements 16 oder
des Ablaufstutzens 22 austreten kann auch wenn kein Thermoelement
eingesteckt ist. Die Kunststoffmasse ist jedoch so nachgiebig gestaltet und
mit einer weiteren Öffnung
versehen, durch die der stabartige Teil eines zweiten Thermoelements durch
die Kunststoffmasse und die zweite Öffnung 30 einsteckbar
und in einer gewünschten
Position fixierbar ist.
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Für die Fixierung
bieten sich verschiedene Möglichkeiten
an, zum Beispiel dass der stabartige Teil des Thermoelements mit
einem entsprechenden Anschlag versehen ist oder mit einer entsprechenden Verschraubung.
Dem Fachmann sind hierfür
weitere Möglichkeiten
bekannt. In der Figur ist das Thermoelement 34 nur symbolisch
dargestellt. Eine dritte Öffnung 36 ist
ebenfalls an einer unteren Stelle des Kühlerelements 16 geordnet,
jedoch von der zweiten Öffnung 30 so
weit beabstandet, dass die in die Öffnungen 30, 36 eingeführten Vorrichtungen
sich nicht beeinflussen oder stören.
Mit der dritten Öffnung 36 ist ein
Anschlusselement 38 verbunden, das zur Aufnahme einer Ablassvorrichtung,
hier ein Absperrventil 40, geeignet ist. Das Absperrventil 40 ist
lediglich als Symbol dargestellt und ist beispielsweise als Absperrkugelhahn
oder Absperrschieber ausgeführt.
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Mit
der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung ist es auf besonders
einfache Weise möglich,
sehr genaue Temperaturmessungen unmittelbar im Zulauf- und im Ablaufstrom des
Kühlers 10 durchzuführen. Üblicherweise
werden solche Messungen an Kühlern
durch Normen vorgeschrieben, um die Funktionsweise eines Wärmetauschers
zu kontrollieren. Eine Möglichkeit
die Messdaten zu bearbeiten besteht darin, diese an eine Prozesssteuerung
des Transformators, des Kühlungsmittelkreis laufs
oder einer Gesamtanlage weiterzugeben, welche die Auswertung der
Messung gegebenenfalls auch die Aufbereitung der Messdaten vornimmt.
Zudem besteht die Möglichkeit
die Messdaten weiterzuverarbeiten, beispielsweise durch Bildung
von Temperaturdifferenzen oder statistischen Auswertungen. Diese
Funktionen sind auch durch entsprechende Messgeräte vor Ort realisierbar. Diese
sind in der Figur jedoch nicht dargestellt. Jedenfalls ist die Messwertaufnahme
in der angegebenen Weise verbessert gegenüber der seither bekannten.
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- 10
- Kühler
- 12
- Zulaufstutzen
- 14
- erster
Pfeil
- 16
- Kühlelement
- 18
- Flansch
- 20
- Rippen
- 22
- Ablaufstutzen
- 24
- erste Öffnung
- 26
- erstes
Dichtungselement
- 28
- Öse
- 30
- zweite Öffnung
- 32
- zweites
Dichtungselement
- 34
- Thermoelement
- 36
- dritte Öffnung
- 38
- Anschlusselement
- 40
- Absperrventil