DE3032590A1

DE3032590A1 - Cooling system for electrical machines - has prim. cooling agent in direct heat exchange contact with evaporator of heat pump

Info

Publication number: DE3032590A1
Application number: DE19803032590
Authority: DE
Inventors: Eike Dipl.-Ing. 1000 Berlin Triest
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1980-08-27
Filing date: 1980-08-27
Publication date: 1982-04-01
Also published as: JPS5775407A

Abstract

A cooling circuit for a gas or liquid-cooled electrical machine achieves higher cooling efficiency so as to increase the rating of the machine. The primary cooling agent of the inner cooling circuit is in direct heat exchange contact with the evaporator of the closed heat pump circuit. The heat pump circuit consists of an evaporator, a compressor, a condenser and a choke. The condenser is in heat exchange contact with the medium of an external circuit. The primary cooling agent of the inner cooling circuit (2) flows through a pipe system (4) in a thermally-insulated liquid-filled storage vessel. The primary cooling agent is conveyed back into the machine. The storage vessel contains the evaporator (6) of the heat pump circuit (7).

Description

Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flUssigkeitsgekuhltenArrangement for cooling a gas or liquid-cooled

elektrischen Maschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flUssigkeitsgekuhlten elektrischen Maschine, deren Primärkühlmittel des Innenktihikreises in unmittelbarem oder mittelbarem Wärmeaustausch mit dem Verdampfer eines geschlossenen Wärmepumpenkreises steht, bestehend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel, wobei der Kondensator in einem Wärmeaustausch mit dem Medium eines Außenkreises steht Eine derartige Anordnung ist aus der DE-PS 954 818 bekannt.electric machine The invention relates to an arrangement for cooling a gas- or liquid-cooled electrical machine, its primary coolant of the inner heating circuit in direct or indirect heat exchange with the evaporator a closed heat pump circuit, consisting of evaporator, compressor, Condenser and choke, the condenser in a heat exchange with the medium An arrangement of this type is known from DE-PS 954 818.

In dieser ist die Kopplung eines Wärmepumpenkreises mit dem Innenkühlkreis der elektrischen Maschine vorgenommen, um die Verlustwarme der Maschine durch Speisung eines Verbrauchers zweck Raumheizung oder Warmwasserversorgung auszunutzen. Das Kühlmedium des Wärmepumpenkreises nimmt in der Maschine aus dem erwärmten PrimärkUhimittel die zu seiner Verdampfung notwendige Wärme auf. Das gasförmige Kühlmedium wird dann von dem Verdichter angeaaugt und verdichtet und somit auf eine im Vergleich zur Verdampfungstempratur höhere Temperatur gebracht. Im Kondensator wird es dann unter Abgabe seiner Verdampfungs- und Kompressionswärme wieder verflüssigt, wodurch das Kühlmedium des Außenkreises auf das gewünschte Temperaturaiseau zur Versorgung des Verbrauchers gehoben wird.This is the coupling of a heat pump circuit with the internal cooling circuit of the electrical machine to reduce the heat loss of the machine by supplying it of a consumer to use space heating or hot water supply. That The coolant of the heat pump circuit takes from the heated primary coolant in the machine the heat necessary for its evaporation. The gaseous cooling medium is then sucked in and compressed by the compressor and thus on a compared to Evaporation temperature brought higher temperature. In the condenser it is then under Release of its heat of vaporization and compression is liquefied again, whereby the Set the cooling medium of the external circuit to the required temperature to supply the Consumer is lifted.

Durch die vorliegende Erfindung soll dagegen nicht eine Ausnutzung der Verlustwärme erzielt werden, sondern eine Intensivierung der Kühlung der elektrischen Maschine, um diese besser ausnutzen zu können. Zur Lösung dieser Aufgabe durchfließt bei einer Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung das PrimärkWhlmittel des Innenkkhlkreises zur Rückkühlung ein in einem wärmeisolierten, flüssigkeitsgefüllten Speicher angeordnetes Rohrsystem und wird dann in den Innenraum der Maschine zurückgefördert und in dem Speicher liegt der Verdampfer des Wärmepumpenkreises.By contrast, the present invention is not intended to be exploited the heat loss can be achieved, but an intensification of the cooling of the electrical Machine to make better use of it. To solve this problem flows through in an arrangement for cooling a gas- or liquid-cooled electrical Machine of the input described type according to the invention that Primary coolant of the internal cooling circuit for recooling in a thermally insulated, Liquid-filled storage system arranged pipe system and is then in the interior the machine and the evaporator of the heat pump circuit is located in the memory.

Es wird also ein' wärmeisolierter Speicher zwischen dem Innenkühlkreis der Maschine und dem Wärmepumpenkreis geschaltet, dessen Flüssigkeitsmenge von dem Verdampfer auf ein niedriges Temperaturniveau gebracht wird. Dieses wird auch auf das Primärkühlmittel übertragen, welches somit mit einer niedrigeren Temperatur in den Innenraum der Maschine zurückgefördeft wird, als dies durch eine Rückkühlung mit dem Medium des Außenkreises möglich ist. Dadurch verbessert sich die Wärmeaufnahmefähigkeit des Primärkühlmittels und die Kühlung der elektrischen Maschine ist intensiviert. Sie kann daher besser ausgenutzt werden, da die abzugebende Verlustleistung vergrößert werden kann.So it becomes a 'heat-insulated storage tank between the internal cooling circuit of the machine and the heat pump circuit, the amount of liquid of which depends on the Evaporator is brought to a low temperature level. This will also be on the primary coolant transferred, which is thus at a lower temperature is fed back into the interior of the machine than by recooling with the medium of the outer circle is possible. This improves the heat absorption capacity the primary coolant and the cooling of the electrical machine is intensified. It can therefore be better utilized, since the power loss to be dissipated increases can be.

Weiterhin ergibt die große Kühlkapazität des zwischen Innenkühlkreis und Wärmepumpenkreis geschalteter Speichers den Vorteil, daß kurzfristige stärkere Erwärmungen der Maschine in Zeiten von Belastungsspitzen, die w hohen thermischen Stoßbeanspruchungen führen, aufgenommen werden können, ohne daß der Wärmepumpenkreis überlastet wird, da sich die Flüssigkeit des Speichers erst mit einer seiner FlUssigkeitsmenge entsprechenden Verzögerung erwärmt. Andererseits kann auch aufgrund des Vorhandenseins des Speichers des Wärmepumpenkreises von vornherein geringer ausgelegt werden oder nur für zeitweiligen Betrieb vorgesehen sein, ohne daß darunter die ständige Rückkuhlung des Primärkühlmittels wahrend des Betriebes der elektrischen Maschine leidet. Dann kann die Kühlung der Speicherflüssigkeit vorgenommen werden, wenn billiger Nachtstrom für den Wärmepumpenkreis zur Verfügung steht oder zu Zeiten, an denen die Außen- temperatur niedrig ist und entsprechend das Medium des Außenkreises kühler, so daß die Speicherflüssigkeit von dem Warmepumpenkreis mit geringerem Energiebedarf gekühlt werden kann.Furthermore, the large cooling capacity results in the between the internal cooling circuit and heat pump circuit switched storage has the advantage that short-term stronger Warming of the machine in times of load peaks, the w high thermal Impact loads can be absorbed without affecting the heat pump circuit is overloaded, since the liquid of the storage tank is only filled with one of its liquid quantities corresponding delay warmed up. On the other hand, it can also be due to the presence of the storage tank of the heat pump circuit are designed to be lower from the outset or only be intended for temporary operation without the constant recooling underneath of the primary coolant suffers during the operation of the electrical machine. then the storage fluid can be cooled if nighttime electricity is cheaper is available for the heat pump circuit or at times when the outdoor temperature is low and accordingly the medium of the outer circuit is cooler, so that the storage fluid can be cooled by the heat pump circuit with lower energy requirements.

Die Kühlkapazität des wärmeisolierten flüssigkeitsgefüllten Speichers kann noch dadurch erhöht werden, daß mit Vorteil innerhalb des Speichers geschlossene Behälter mit einem Schmelzmedium angeordnet sind. Der Speicher kann dann, ohne daß der Gefrierpunkt des sekundären Schmelzmediums wesentlich unterschritten wird, eine sehr große Kühlkapazität speichern, weil er die Schmelzwärme dieses Schmelzmediums ausnutzt. Erst wenn das sekundäre Schmelzmedium restlos erstarrt ist, sinkt bei weiterer Wärmeabfuhr durch den Wärmepumpenkreis die Temperatur der Flüssigkeit des Speichers unter dem Gefrierpunkt des sekundären Schmelzmediums. Die Temperatur der Speicherflüssigkeit bleibt trotz Wärmezu-und -abfuhr bei Vorhandensein derartiger Behälter mit einem Schmelzmedium mit geringen Abweichungen konstant. Dadurch besteht für das von der Speicherflüssigkeit rückgekühlte Primärkiihlmittel der elektrischen Maschine nicht die Gefahr, daß es beim Durchströmen des Rohrsystems im Speicher gefriert und dadurch der T0Wrmeübergang schlechter wird oder gar Schäden entstehen.The cooling capacity of the heat-insulated liquid-filled storage can still be increased by having closed ones with advantage within the memory Containers are arranged with a melting medium. The memory can then, without the freezing point of the secondary melting medium is significantly below, a store very large cooling capacity because it absorbs the heat of fusion of this melting medium exploits. Only when the secondary melting medium has completely solidified does it decrease further heat dissipation through the heat pump circuit the temperature of the liquid of the Storage below the freezing point of the secondary melting medium. The temperature of the Storage liquid remains in spite of the supply and removal of heat when such a liquid is present Container with a melting medium with small deviations constant. Thereby exists for the primary coolant of the electrical Machine does not run the risk of it flowing through the pipe system in the store freezes and the T0 heat transfer deteriorates or even damage occurs.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs innerhalb des wärmeisolierten flüssigkeitsgefüllten Speichers vom PrimärkEhlmittel auf die Speicherflüssigkeit und von der Speicherflüssigkeit auf das Medium im Verdampfer des Wärmepumpenkreises kann es zweckmäßig sein, das Rohrsystem 9Cir das Primärkühlmittel unten- und den Verdampfer obenliegend im Speicher anzuordnen. Dadurch stellt sich infolge des Temperaturgefälles und des damit verbundenen Di chtenunt erschiedes der Speicherflüssigkeit eine Umwälzströmung ein.To improve the heat transfer within the thermally insulated liquid-filled storage from the primary coolant to the storage fluid and from the storage fluid to the medium in the evaporator of the heat pump circuit it may be useful to lower the pipe system 9Cir the primary coolant and the To arrange the evaporator on top in the storage tank. This arises as a result of the temperature gradient and the associated difference in density of the storage fluid a circulating flow a.

Diese kann auch durch eine Pumpe erzeugt werden, die bei- spielsweise die Speicherflüssigkeit oben absaugt und dem Boden des Speichers wieder zuführt.This can also be generated by a pump that for example sucks the storage liquid up and returns it to the bottom of the storage unit.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfühuungsbeispiele noch näher erläutert.In the following the invention is based on the in Figs. 1 and 2 of Drawings schematically illustrated Ausfühuungsbeispiele explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem durch Pfeile angedeuteten Innenkühlkreis 2, dessen Primärkühlmittel, z. B. Wasser, in geschlossenem Kreislauf umläuft, wobei zu seiner FOrderung die Pumpe 3 im Innenkühlkreis 2 vorgesehen sein kann. Zur Rückkühlung durchläuft das Primärkühlmittel das Rohrsystem 4, das in einem wärmeisolierten Speicher 5 liegt. Dieser ist von Wasser gefüllt, das mit einem Frostschutzmittel versetzt ist. In diesem Speicher 5 liegt außerdem der Verdampfer 6 eines geschlossenen Wärmepumpenkreises 7, der außerdem noch den Verdichter 8, den Kondensator 9 und die Drossel 10 enthält. Der Kondensator 9 liegt im Wärmetauscher 11, dessen zweites Rohrsystem 12 von dem Medium des durch Pfeile angedeuteten Außenkreises 13 durchflossen ist.Fig. 1 shows an electrical machine 1 with one indicated by arrows Internal cooling circuit 2, the primary coolant of which, for. B. water, in a closed circuit rotates, the pump 3 being provided in the internal cooling circuit 2 for its conveyance can. For recooling, the primary coolant runs through the pipe system 4, which is in a thermally insulated memory 5 is located. This is filled with water with an anti-freeze is offset. In this memory 5, the evaporator 6 is also a closed one Heat pump circuit 7, which also has the compressor 8, the condenser 9 and the throttle 10 contains. The condenser 9 is located in the heat exchanger 11, its second The medium of the outer circle 13 indicated by arrows flows through the pipe system 12 is.

Der Verdampfer 6 des Wärmepumpenkreises 7 kühlt zunächst die im wärmeisolierten Speicher 5 vorhandene Flüssigkeit, durch welche dann ihrerseits das Primärkühlmittel in dem Rohrsystem 4 ruckgekuhlt wird. Es wird auf ein niedrigeres Temperaturniveau gebracht, als dies durch das Medium des Außenkreises 13 bei direkter Rückkühlung in einem Wärmetauscher zum Primärkühlinittel möglich wäre. Dadurch wird die elektrische Maschine 1 wesentlich intensiver gekühlt.The evaporator 6 of the heat pump circuit 7 initially cools the thermally insulated Memory 5 existing liquid, through which then in turn the primary coolant is cooled back in the pipe system 4. It will be at a lower temperature level brought than this through the medium of the outer circuit 13 with direct re-cooling in a heat exchanger to the primary coolant would be possible. This will make the electrical Machine 1 cooled much more intensively.

Durch die Kühlkapazität des wärmeisolierten Speichers 5 werden Belastungsspitzen der elektrischen Maschine 1, die zu einer erhöhten Erwärmung des Primärkühlmittels führen, aufgefangen, ohne daß die Leistung des Wärmepumpenkreises 7 vergrößert werden muß Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem für gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen beibehalten wurden, ist die Kühikapazität des Speichers 5 noch dadurch erhöht, daß in der Flüssigkeit zusätzliche geschlossene Behälter 14 mit einem Schmelzmedium angeordnet sind.Due to the cooling capacity of the heat-insulated memory 5, load peaks are generated of the electrical machine 1, which leads to increased heating of the primary coolant lead, caught without the performance of the heat pump circuit 7 are increased got to In the embodiment shown in Fig. 2, in which The same reference numbers have been retained for the same parts is the cooling capacity of the memory 5 still increased by the fact that additional closed in the liquid Container 14 are arranged with a melting medium.

2 Figuren 4 Patentansprüche2 figures 4 claims

Claims

Claims 1. Arrangement for cooling a gas or liquid geeiner electrical Maschule, whose FLÜSSIKFTS internal cooling circuit in direct or indirect There is heat exchange with the evaporator of a closed heat pump circuit, consisting of evaporator, compressor, condenser and throttle, whereby the condenser is in a heat exchange with the medium of an external circuit, d a d u r c h g e k e n n n n n e i n e t that the primary coolant of the internal cooling circuit (2) for Recooling is arranged in a heat-insulated, liquid-filled storage (5) Pipe system (4) flows through and then conveyed back into the interior of the machine (1) and that the evaporator (6) of the heat pump circuit (7) is in the memory (5).

2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that within the memory (5) closed container (14) with a melting medium are arranged.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i n e t that the storage tank (5) is filled with water containing antifreeze.

4 Arrangement according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in the store (5) the pipe system (4) for the primary cooling means and the evaporator (69) are arranged on top.