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Verfahren zur Kühlung von stromführenden Wicklungen und Widerständen insbesondere bei elektrischen Maschinen u. dgl.
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der aktiven Materialien, d. h. der Eisenkörper und Kupfer-bzw. Metallwicklungen, begrenzt, weil die zur Verwendung gelangenden Isolationsmaterialien eine höhere Temperatursteigerung, ohne Schaden zu leiden, nicht zulassen. Die Beanspruchung des Eisens is durch die zulässige
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Das Bestreben, die Leistungsfähigkeit elektrischer Maschinen zu erhöhen, geht nun dahin, einerseits neue Isolationsmaterialien zu finden, die höhere Temperaturen zulassen, andrerseits die entwickelte Wärme raschest abzuführen. Die Steigerung der Leistungsfähigkeit
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Widerstand der Leiter entsprechend der erreichten Endtemperatur proportional steigt.
Im gleichen Verhältnisse steigen damit die Wicklungsverluste durch Stromwärme. Die Steigerung
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auftreten kann, die zu einer Vergrösserung der Abmessungen oder Verringerung der Leistung führen muss. Allen bisher in Betracht kommenden Verfahren, welche die Leistungsfähigkeit der Maschine nach obigen Gesichtspunkten zu erhöhen trachten, haftet jedoch der Nachteil
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sich infolge der Erwärmung der Leitungen erhöht.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Kühlung von stromführenden
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darin, dass dieselben mit flüssiger Luft oder mit verflüssigten Gasen, die sich bei tieferer Temperatur wie Luft verflüssigen, gekühlt werden.
Das neue Kühlverfahren schaltet die vorerwähnten Nachteile aus. Bei der Temperatur der flüssigen Luft oder bei noch tieferen Temperaturen vervielfacht sich die elektrische Leitfähigkeit der zum Bau von elektrischen Maschinen verwendeten Metalle, so dass durch den kleineren Verlust eine kleinere Wärmemenge zur Abführung gelangt und die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschinen und Apparate, bei gleicher Bemessung, erheblich gesteigert werden kann.
Die elektrische Leitfähigkeit des Kupfers wird beispielsweise bei der Temperatur der flüssigen Luft mehr als fünfmal so gross als bei normaler Temperatur. Weiterhin ist die Möglichkeit gegeben, statt durch das Temperaturgefälle den Wärmeausgleich zu bewirken, die Ver- dampfungswärmc der flüssigen Luft oder anderer flüssigen Gase zur Wärmeabfuhr zu benutzen, wobei die tiefe Temperatur ständig erhalten bleibt. Ist die Kühlflüssigkeit flüssige Luft, so werden etwa go/ Kalorien für die Verdampfung von i kg flüssiger Luft benötigt, wotei die
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Dadurch ist die Möglichkeit einer besseren Ausnutzungsfähigkeit der elektrischen Maschinen gegeben.
Das Eisen und die Wicklungsal) messungen werden kleiner, das Gewicht und die Verluste sind geringer als bei normaler Temperatur. Die Unterbringung der verhältnis-
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erfolgen. Die durch die Wärmeentwicklung in den elektrischen Maschinen und Apparaten gebildeten Dämpfe können abgesaugt und durch geringe Verdichtung in einem durch die Dämpfe
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strom ; der geringere Leitungswiderstand und die kleineren Abmessungen geringeren Spannungsabfall. Infolge des letzteren und der Möglichkeit, eine beträchtliche Verdampfungswärme entwickeln zu können, ist eine bedeutende fberlastungsfähigkeit zulässig, wobei noch die hohe Durchschlagfestigkeit der verflüssigten Gase erwähnt sei.
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erläutert werden. Fig. 1 zeigt die Kühlung eines Transformators.
In einem doppelwandigen Gefässe 1, bei welchem der Zwischenraum zwecks Verminderung der Wärmeleitfähigkeit evakuiert ist. befindet sich flüssige Luft oder ein flüssiges Gas, das sich bei noch tieferer Temperatur als Luft verflüssigt. Im Gefäss befindet sich ein den geänderten Verhältnissen entsprechend gebauter Transformator 2. Die durch Eisen-und Kupferverluste entstehende Wärme bringt die flüssige Luft oder das flüssige Gas zum Verdampfen. Durch das Rohr-7 werden die Dämpfe vom Kompressor, der dabei selbst gekühlt wird. angesaugt und auf einen. bei diesen tiefen Temperaturen notwendigen geringen Überdruck gebracht. Der Kompressor drückt dann die Dämpfe durch
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Gefässes befinden. Die Dämpfe werden schliesslich am Entspannungsventil e entspannt und dadurch wieder verflüssigt.
Dadurch entsteht ein steter Kreislauf der Luft oder des anderen zur Verwendung kommenden Gases. Flüssige Luft oder flüssiges Gas muss von aussen nur anfangs zugeführt werden, solange alle mit derselben oder demselben in Berührung stehenden Körper nicht die Temperatur der Flüssigkeit angenommen haben und jene Verluste an flüssiger Luft decken. we ! che durch mangelhatte Wärmedichtung entstehen. Theoretisch benötigt der Kompressor an Arbeit nur das Äquivalent der Verdampfungswärme der verdampften Flüssigkeit, also die Arbeit. welche die Verluste des Transformators darstellen.
Schon in dem Falle, dass hei Anwendung dieser Kühlung die Verluste halb so gross sind als im normalen Falle, ergeben sich, bei theoretisch gleichen Wirkungsgrade. alle oben angeführten Vorteile. wie geringe Gewichte, kleiner Spannungsabfall, kleiner Magnetisierungsstrom sowie hohe Überlastungs- fähigkeit. Da jedoch, wie bereits erwähnt. die Verluste auf mehr als die Hälfte wie bei normaler Temperatur herabsinken. so ergibt sich naturgemäss ein besserer Wirkungsgrad.
Fig. 2 zeigt die Anwendung des neuen Kühlverfahrens hei Motoren und Generatoren.
Aus den gegen äusseren Wärmeeintritt geschützten Maschinen wird die stets dampfförmige, auf tiefer Temperatur befindliche Luft oder der tiefgekühlt Dampf eines entsprechenden Gases durch die wärmedichte Rohrleitung 7 von dem Kompressor 6. der vorerst durch den angesaugten Dampf selbst gekühlt wird, abgesaugt, verdichtet und in die Rohrleitung 9, welche in einem mit flüssiger Luft oder flüssigem Gase gefüllten Gefäss 8 eingebaut ist, gedrückt. Beim Aus- trittsventil e tritt Entspannung auf normalen Druck und Verflüssigung des Dampfes ein. Die Flüssigkeit sammelt sich im Gefäss 8, von wo sie durch die Rohrleitung 10 wieder in die Maschine tritt. Die Wiederverflüssigung der Luft oder Gase ist hier nur angedeutet.
Selbstverständlich können auch andere Apparate als die erläuterten zur Wiederverflüssigung herangezogen werden.
Durch entsprechende Ausbildung der zu kühlenden Maschine mit Führungen und Kanälen, könnte sie selbst als Kompressor wirken, so dass ein besonderer Kompressor entfällt.
Fig. zeigt die Anwendung des neuen Kühlverfahrens hei rasch laufenden Motoren und Generatoren grösserer Leistung. Die gesamte ruhende Wicklung des Ständers 11 ist von einem
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Die Dämpfe sammeln sich im Raume 12 und werden durch den Läufer der Maschine vermittelst des Turbokompressors 1. oder durch entsprechende Ausbildung des Läufers selbst angesaugt, auf einen entsprechenden Druck gebracht und in die, im doppelwandigen luftleer gemachten Gehäuse 15 eingebauten Rohrschlangen 1. 3 gedriickt. Xach der in den Rohrschlangen stattfindenden Kühlung werden die Dämpfe durch Entspannung (Ventil e) auf den normalen Druck wieder verflüssigt, worauf sich der beschriebene Kreislauf wiederholt.
In diesem Falle befindet sich der Ständer auf der Temperatur des flüssigen Gases, während die Temperatur des Läufers
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etwas höher ist. Im Ständer sind die Wärmeverluste gleich der Verdampfungswärme des verdampften Gases, während im Läufer eine gewisse Temperatursteigerung auftreten wird.
Die letztere wird praktisch nicht zu gross gewählt werden, da einerseits die Vorteile der niedrigen Temperaturen ausgenutzt werden sollen, andrerseits der Kompressor zur Wiederverflüssigung keinen zu hohen Druck erzeugen soll.
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I. Verfahren zur Kühlung von stromführenden Wicklungen und Widerständen, insbesondere bei elektrischen Maschinen u. dgl., bei welchem das Kühlmittel in einem fortlaufenden Kreisprozess vergast und wieder verflüssigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel der zu kühlenden Einrichtung in flüssigem Zustand zugeführt wird.