DE1039077B

DE1039077B - Arrangement for cooling and partial utilization of the dissipated heat

Info

Publication number: DE1039077B
Application number: DEE6172A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Jens Percy Jens
Original assignee: ELIN AG ELEK IND WIEN
Current assignee: ELIN AG ELEK IND WIEN
Priority date: 1952-07-10
Filing date: 1952-10-18
Publication date: 1958-09-18

Description

Anordnung zur Kühlung und teilweisen Verwertung der abgeführten Wärme Es ist schon bekannt, elektrische Maschinen durch einen Luftkreislauf zu kühlen und zur Rückkühlung der Luft Frischwasser zu verwenden, so daß dieses die Verlustwärme aufnimmt, und zwecks günstiger Verwertung dieser Verlustwärme die Frischwasserzufuhr mittels eines an der Stelle der höchsten. Temperatur der Maschine angeordneten Thermostaten so zu regeln, daß diese Temperatur unabhängig vom Belastungsgrad der Maschine möglichst konstant und damit auch die Temperatur des erwärmten Frischwassers für Heizzwecke, z. B. die Heizung von Büroräumen, stets genügend. hoch bleibt. Soll dabei den Kesseln eines Dampfkraftwerkes die Verlustwärme des elektrischen Generators zugeführt werden, so wird dessen Kühlluft gegebenenfalls teils mit dem in geregelter Menge zugeführten Frischwasser, teils mit Kondensat rückgekühlt Dabei kann auch das erwärmte Frischwasser den Kesseln zugeführt und so können zugleich die Dampfverluste gedeckt werden.Arrangement for cooling and partial utilization of the dissipated heat It is already known to cool electrical machines by means of an air circuit and to use fresh water for recooling the air, so that this eliminates the heat loss absorbs, and the fresh water supply for the purpose of beneficial utilization of this waste heat by means of one in the place of the highest. Temperature of the machine arranged thermostats to be regulated in such a way that this temperature is as independent of the degree of load on the machine as possible constant and thus also the temperature of the heated fresh water for heating purposes, z. B. the heating of offices, always sufficient. stays high. Should do the boilers a steam power plant is supplied with the heat loss from the electric generator, so its cooling air is optionally partly supplied with that in a regulated amount Fresh water, partly recooled with condensate. The heated fresh water can also be used fed to the boilers and so the steam losses can be covered at the same time.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anordnung zur Kühlung und. Verwertung der abgeführten Wärme. Während aber bei der beschriebenen bekannten. Anordnung darauf ausgegangen wird., womöglich die ganze jeweils anfallende Verlustwärme der elektrischen Maschine oder eines Transformators auszunutzen, werden bei der Erfindung durch absichtliche Beschränkung auf Ausnutzung nur eines Bruchteiles der maximal anfallenden. Wärmeleistung wichtige im folgenden näher, erläuterte Vorteile erzielt, die den in dieser Beschränkung liegenden Nachteil weit überwiegen.The invention also relates to an arrangement for cooling and. Recovery the dissipated heat. But while with the described known. Arrangement on it is assumed., possibly all of the resulting heat loss of the electrical Machine or a transformer to exploit, are in the invention by deliberate Restriction to using only a fraction of the maximum accruing. Heat output important advantages explained in more detail in the following achieved which in this restriction the disadvantage far outweigh.

Erfindungsgemäß werden bei einer elektrischen Maschine, einem Transformator od. dgl., die bzw. der mit einer für die Abfuhr der ganzen Vollast-Verlustwärmeleistung ausreichenden Kühleinrichtung versehen ist, zusätzlich zu dieser an einer oder mehreren Stellen, an denen das erwärmte gasförmige oder flüssige Kühlmittel aus der Maschine bzw. dem Transformator austritt, ein oder mehrere Nutzwärmeaustauscher angeordnet, die nur für höchstens ein Drittel der Vollast-Verlustwärmeleistung bemessen sind, dafür aber das in ihnen kreisende Wärmeübertragungsmittel (z. B. Wasser oder Öl) auf eine verhältnismäßig sehr hohe, für Heizzwecke gut geeignete Temperatur bringen nämlich nahezu auf die Temperatur des aus der Maschine od. dgl. austretenden, z. B. gasförmigen Kühlmittels. Diese letztere Temperatur wird ihrerseits mittels einer Temperaturregeleinrichtung unabhängig von Maschinenbelastung und Nutzwärmeverbrauch auf einem annähernd konstanten hohen Wert gehalten, und zwar etwa dadurch, daß die Kühleinrichtung der Maschine von einem Temperaturfühler gesteuert wird, der unmittelbar von der austretenden Kühlluft umspült wird, also nicht, wie bei der obenerwähnten bekannten Anordnung, die Maschinenhöchsttemperatur überwacht, die ja mit der Austrittstemperatur der Kühlluft nur in losem Zusammenhang steht und schwer feststellbar ist.According to the invention in an electrical machine, a transformer od. The like. That or the one with a for the dissipation of the entire full load heat loss adequate cooling device is provided, in addition to this one or more Places where the heated gaseous or liquid coolant from the machine or exits the transformer, one or more useful heat exchangers are arranged, which are only dimensioned for a maximum of one third of the full load heat loss, but the heat transfer medium circulating in them (e.g. water or oil) Bring to a relatively very high temperature that is well suited for heating purposes namely almost to the temperature of the od from the machine. Like. Exiting, z. B. gaseous coolant. This latter temperature is in turn determined by means of a Temperature control device independent of machine load and useful heat consumption held at an approximately constant high value, for example by the fact that the Cooling device of the machine is controlled by a temperature sensor, which directly is washed around by the exiting cooling air, so not, as in the case of the above known arrangement that monitors the maximum machine temperature, which is with the outlet temperature the cooling air is loosely related and difficult to determine.

Die Beschränkung auf Ausnutzung nur höchstens eines Drittels der Vollastabwärme bringt den. Vorteil, daß der Nutzwärmeaustauscher, obwohl er, entsprechend dem Vorgesagten, mit nur geringer Temperaturdifferenz an den Wärmeaustauschflächen arbeitet, doch nicht groß und teuer wird und daß er bis herab zu Teillasten der Maschine, bei denen die Verlustwärme nur ein Drittel bzw. einen noch kleineren Bruchteil ihres Vollastwertes beträgt, voll ausgenutzt bleibt, d. h. den Wärmeverbrauchern trotz Schwankungen. der Maschinenbelastung eine gleichbleibende Wärmeleistung zuführt. Daß neben dem oder den thermisch hochwertigen Nutzwärmeaustauschern eine für Abfuhr der Vollastwärme bemessene Kühleinrichtung vorgesehen ist, die bei Betrieb der Nutzwärmeaustauscher nicht voll ausgenutzt wird, fällt weniger ins Gewicht, weil die Kühleinrichtung mit großer Temperaturdifferenz an den Wärmeaustauschflächen arbeiten kann und daher verhältnismäßig billig ist. Diese Kühleinrichtung verhindert eine Übererwärmung der voll belasteten Maschine selbst dann, wenn die Nutzwärmeaustauscher aus irgendeinem Grund, z. B. im Sommer, wenn eire Raumheizung unerwünscht ist, ganz außer Betrieb genommen, werden.The restriction to the utilization of a maximum of a third of the full load waste heat brings the. Advantage that the useful heat exchanger, although it, according to the above, works with only a small temperature difference on the heat exchange surfaces, but not big and expensive and that he down to partial loads of the machine where the heat loss is only a third or an even smaller fraction of its full load value is fully utilized, d. H. the heat consumers despite fluctuations. supplies a constant heat output to the machine load. That next to that or the thermally high-quality useful heat exchangers, one for dissipating full-load heat sized cooling device is provided, which during operation of the useful heat exchanger is not fully used, is less important because the cooling device can work with a large temperature difference on the heat exchange surfaces and therefore is relatively cheap. This cooling device prevents overheating the fully loaded machine even if the useful heat exchanger is made of any Reason, e.g. B. in summer, when space heating is undesirable, completely out of order be taken.

Die Erfindung sei an Hand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert, bei denen es sich um de Kühlung und Verwertung der Verlustwärme einer elektrischen Maschine handelt. Anwendungsmöglichkeiten bestehen jedoch überall, wo größere Wärmemengen mit einer ihre Verwertung zulassenden Temperatur abzuführen sind, also etwa bei größeren Transformatoren, aber z. B. auch bei Dampfkondensatoren. Von besonderem Vorteil ist die Erfindung bei der Ausnutzung der Verlustwärme von Generatoren oder Transformatoren zur Heißwasserbereitung oder zur Raumheizung nach dem bekannten System Crittall.The invention will be explained in more detail on the basis of three exemplary embodiments, which are de Cooling and utilization of waste heat an electrical machine. However, there are application possibilities everywhere, where larger amounts of heat can be dissipated at a temperature that allows them to be used are, for example with larger transformers, but z. B. also with steam condensers. The invention is particularly advantageous when utilizing the heat loss from Generators or transformers for hot water preparation or room heating according to the well-known Crittall system.

Die Fig. 1 a und 1 b stellen eine elektrische Maschine 1 dar mit vertikal angeordneter Welle, an deren Umfang Ringlaufkühler 5 mit vorgeschalteten Wärmeaustauschern 4 angeordnet sind. Die aus dieser Maschine bei 2 radial austretende Warmluft gibt einen Teil nutzbarer Wärme an die Wärmeaustauscher 4 ab, um dann anschließend durch die mit Kühlwasser beaufschlagten Ringlaufkühler 5 entsprechend rückgekühlt zu werden und dann als Kühlluft bei 3 in axialer Richtung wieder in die Maschine einzutreten. Die Kühlluftmengen zirkulieren also in einem vollkommen von der äußeren Atmosphäre abgeschlossenen Kreislauf.FIGS. 1 a and 1 b show an electrical machine 1 with vertical arranged shaft, on the circumference of which ring cooler 5 with upstream heat exchangers 4 are arranged. The warm air emerging radially from this machine at 2 is there a part of usable heat to the heat exchanger 4, in order then subsequently through the ring cooler 5 acted upon with cooling water to be recooled accordingly and then re-enter the machine as cooling air at 3 in the axial direction. The amounts of cooling air thus circulate in a completely separate from the external atmosphere closed cycle.

Der Kühlwasserzufluß zu den Ringlaufkühlern 5 erfolgt bei a, der Abfluß des erwärmten Kühlwassers aus der Ringsammelleitung bei b. Aus einer Warmwasserrücklaufleitung wird bei c durch die Umwälzpumpe D Warmwasser niederer Temperaturangesaugt und in die Ringleitung zu den Wärmeaustauschern der elektrischen Maschine gefördert, von wo aus das Warmwasser mit hoher Temperatur, durch eine Ring-Leitung gesammelt, in die Warmwasservorlaufleitung bei d und damit zu den einzelnen Wärmeverbrauchsstellen (Crittall-Heizschlangen, Radiatoren oder sonstigen Wärmeverbrauchern) geführt wird.The cooling water inflow to the ring coolers 5 takes place at a, the outflow the heated cooling water from the ring manifold at b. From a hot water return pipe hot water at a lower temperature is sucked in at c by the circulation pump D and in conveyed the ring line to the heat exchangers of the electrical machine, from where from the hot water at high temperature, collected through a ring pipe, in the hot water supply line at d and thus to the individual heat consumption points (Crittall heating coils, radiators or other heat consumers).

Ein in dem zu beheizenden Raum angeordneter Thermostat II von an sich bekannter Bauart wirkt auf die elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigten Regelventile Bund C derart ein, daß je nach Bedarf den Wärmeaustauschern in der elektrischen Maschine mehr oder weniger Wasser bzw. andere Flüssigkeit zur Erwärmung zugeführt wird. Ein an der Vorlaufleitung d an entsprechender Stelle angeordnetes Ausdehnungsgefäß E gestattet die Ausdehnung der erwärmten Flüssigkeit je nach Temperatur derselben in dem für sich vollkommen geschlossenen Kreislaufsystem. Zur Sicherstellung der erforderlichen Warmwasservorlauftemperatur dient der in dem Warmluftraum der elektrischen Maschine angeordnete Thermostat I, der seinerseits auf ein elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigtes Regelventil A in der Kühlwasserzuführungsleitung a einwirkt, so daß, unabhängig von der jeweiligen Belastung der elektrischen Maschine und unabhängig von der jeweiligen Wärmeabgabe an das Heiznetz, die Warmwasser- bzw. Ölvorlauftemperatur konstant gehalten wird. Die Anordnung ist so getroffen., daß bei einem eventuellen Versagen der automatischen Regelanlage das Regelventil A sich unter allen Umständen in voll geöffnetem Zustand befindet, damit die elektrische Maschine auf jeden Fall gegen Übererwärmung geschützt ist.A thermostat II arranged in the room to be heated by itself known design acts on the electrically, hydraulically or pneumatically operated Control valves Bund C such that the heat exchangers in the electric machine more or less water or other liquid for heating is fed. One arranged at the appropriate point on the flow line d Expansion vessel E allows the heated liquid to expand depending on the temperature the same in the completely closed circulatory system. To make sure the required hot water flow temperature is used in the hot air room of the electrical machine arranged thermostat I, which in turn on an electrically, hydraulically or pneumatically operated control valve A in the cooling water supply line a acts so that, regardless of the respective load on the electrical machine and regardless of the respective heat output to the heating network, the hot water or Oil flow temperature is kept constant. The arrangement is made so that in the event of a failure of the automatic control system, the control valve A itself is fully open under all circumstances so that the electrical Machine is protected against overheating in any case.

Fig. 2 stellt eine elektrische Maschine 1 dar mit horizontal angeordneter Welle, bei welcher die Ringlaufkühler 5 mit den vorgeschalteten Wärmeaustauschern 4 in einer Fundamentgrube unterhalb der Maschine angeordnet sind. Die Wirkungsweise dieser getroffenen Anordnung ist identisch mit der Anordnung gemäß Fig. 1. Fig. 3 stellt eine elektrische Maschine 1 dar mit horizontaler Welle, bei welcher Luftkühlung ohne Verwendung von Ringlaufkühlern vorgesehen und der Wärmeaustauscher 4 im Warmluftaustrittsstutzen angeordnet ist. Die Kühlluftzirkulation kann entweder durch Eigenlüfter der Maschine oder durch Einbau eines Gebläses J aufrechterhalten werden.Fig. 2 shows an electrical machine 1 with a horizontally arranged Shaft in which the ring cooler 5 with the upstream heat exchangers 4 are arranged in a foundation pit below the machine. The mode of action this arrangement is identical to the arrangement according to FIG. 1. FIG. 3 shows an electric machine 1 with a horizontal shaft, in which air cooling provided without the use of ring coolers and the heat exchanger 4 in the hot air outlet nozzle is arranged. The cooling air can be circulated either by the machine's own fan or by installing a fan J.

Über eine sich selbsttätig öffnende Luftabsperrklappe G wird bei a Kühlluft aus dem Freien. angesaugt und, durch ein Luftfilter F gereinigt, mit einem Teilstrom warmer Maschinenabluft vermischt, um dann vom Gebläse J oder durch Maschinenselbstansaugung in die Maschine bei 3 als Kühlluft einzutreten. Die bei 2 austretenden Warmluftmengen werden zunächst zwecks Nutzbarmachung eines Teiles der anfallenden Verlustwärme über den Wärmeaustauscher 4 geführt. Dann strömt die Abluft zum Teil über die automatisch geregelte Beimischklappe K der Kühlluftzuführung zu abermaliger Verwendung wieder zu, zum Teil über die selbsttätig sich öffnende Überdruckklappe H bei b ins Freie.A self-opening air shut-off valve G is used at a Cooling air from outside. sucked in and cleaned by an air filter F, with a Partial flow of warm exhaust air from the machine is mixed, then by the fan J or by machine self-suction to enter the machine at 3 as cooling air. The amount of hot air escaping at 2 are initially used for the purpose of utilizing part of the resulting heat loss out of the heat exchanger 4. Then some of the exhaust air flows through the automatic Regulated admixing flap K of the cooling air supply for repeated use again to, partly via the automatically opening overpressure flap H at b into the open air.

Aus einer Warmwasser- bzw. Ölrücklaufleitung c wird durch die Umwälzpumpe D Warmwasser niederer Temperatur bzw. Öl angesaugt und dem Wärmeaustauscher 4 am Warmluftaustrittsstutzen der elektrischen Maschine zugeführt. Nach Aufnahme der Verlustwärme wird das Warmwasser bzw. Öl mit hoher Temperatur in die Vorlaufleitung d geführt und damit zu den einzelnen Wärmeverbrauchsstellen.A hot water or oil return line c is passed through the circulation pump D Low temperature hot water or oil is sucked in and the heat exchanger 4 am Warm air outlet nozzle supplied to the electrical machine. After recording the The hot water or oil with a high temperature is dissipated heat into the flow line d and thus to the individual heat consumption points.

Der in dem zu beheizenden Raum oder beispielsweise zu beheizenden Apparat angeordnete Thermostat II wirkt auf die elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigten Regelventile B bzw. C derart ein, daß je nach Wärmebedarf dem Wärmeaustauscher 4 in der elektrischen Maschine mehr oder weniger Wasser oder Öl zur Erwärmung zugeführt wird. Ein in der Vorlaufleitung d an entsprechender Stelle angeordnetes Ausdehnungsgefäß E gestattet die Ausdehnung des erwärmten Wassers bzw. Öles je nach Temperatur in dem an sich vollkommen geschlossenen Warmwasser- bzw. Ölkreislaufsystem.The one in the room to be heated or, for example, to be heated Apparatus arranged thermostat II acts on the electrically, hydraulically or pneumatically actuated control valves B or C in such a way that the heat exchanger depending on the heat requirement 4 more or less water or oil is supplied to the electrical machine for heating will. An expansion vessel arranged at the appropriate point in the flow line d E allows the heated water or oil to expand depending on the temperature in the completely closed hot water or oil circuit system.

Zur Sicherstellung der erforderlichen Warmwasservorlauftemperatur dient ein in dem Warmluftaustrittsstutzen aus der elektrischen Maschine vor dem Wärmeaustauscher 4 eingebauter Thermostat I, welcher seinerseits auf einen elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigten Klappenverstellmotor A einwirkt, so daß unabhängig von der jeweiligen Belastung der elektrischen Maschine und unabhängig von der jeweiligen Wärmeabgabe an das Heiznetz die Warmwasser- bzw. Ölvorlauftemperatur konstant gehalten wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei einem eventuellen Versagen der automatischen Regelanlage die Beimischluftklappe K sich unter allen Umständen in geschlossenem Zustand befindet, damit auf diese Weise die elektrische Maschine jederzeit vor Übererwärmung geschützt ist.To ensure the required hot water flow temperature is used in the hot air outlet nozzle from the electrical machine in front of the Heat exchanger 4 built-in thermostat I, which in turn operates on an electrically, hydraulically or pneumatically operated flap adjusting motor A acts so that regardless of the respective load on the electrical machine and independently the hot water or oil flow temperature of the respective heat output to the heating network is kept constant. The arrangement is made so that in the event of a Failure of the automatic control system the admixing air flap K among all Circumstances in the closed state, thus in this way the electrical Machine is protected from overheating at all times.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for utilizing heat loss from electrical machines, transformers, steam condensers or similar apparatus by means of one or more of the heated coolants, e.g. B. air, flowed through heat exchanger, which a heat transfer medium, z. B. water or L51, with an ordinary cooling device also being provided, characterized in that the useful heat exchanger (4) operating with a low temperature difference is only dimensioned for a maximum of one third of the full-load heat loss, the cooling device operating with a high temperature difference (5) however, for the entire full load heat loss and that a temperature control device is provided which keeps the temperatures of the heated coolant and the heat transfer medium at approximately constant values regardless of the machine load and heat consumption.

2. Arrangement according to claim 1 in electrical machines, characterized in that that the heat exchanger or exchangers (4) over practically the entire circumference of the machine are arranged distributed (Fig. 1 a and 1 b).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the hot air flow passing through a heat exchanger (4) a thermostat (I) is arranged, which regulates the cooling water flow rate in the case of ring cooling by influencing a control valve (A) regulates (Fig. 1 b and 2) and with air cooling a hot air mixing flap (K) for mixing hot air with the sucked in cooling air operated, (Fig. 3), the arrangement is preferably made so that at their failure. the cooling water valve (A) opens fully or the mixing flap (K) closes completely, d. H. overheating is definitely avoided.

4. Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the amount of hot water, oil or any other liquid or gas which the heat exchanger (s) (4) flows through in the unit of time, according to the respective need by means of a Thermostats (II) using one or two electrical or z. B. pneumatic actuated valves (B, C) is regulated. Publications considered: German Patents Nos. 843 269, 619 747, 580, 150, 579 317, 549 945, 432170.