DE1900411A1

DE1900411A1 - Arrangement for cooling machines

Info

Publication number: DE1900411A1
Application number: DE19691900411
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Dipl-Phys Pau Fries; Dipl-Ing Manfred Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-01-04
Filing date: 1969-01-04
Publication date: 1970-07-23
Also published as: DE1900411B2; DE2020953A1

Description

Anordung zur Kühlung von Maschinen Zum Transportieren größerer Wärmemengen kann bekanntlich ein sogenanntes Wärmerohr vorgesehen sein, das im wesentlicnen aus einem hohlen Rohr mit gasdicht abgeschlossenen Enden besteht. Die Innenwandung des Wärmerohres ist ausgekleidet mit ein Docht, der mit einer verdampfungsfähigen Flüssigkeit gesättigt ist. Durch die Wärmeeinwirkung wird in einem Verdampfungsabschnitt an einem Ende des Rohres die Flüssigkeit verdampft uni s strömt im Rohr entlang zum KondensierungsabscIitt am anderen Ende des Rohres. Dort wird die Wärme abgeführt, der Dampf kondensiert und wird im Docht durch Kapillarwirkung zur Verdampfungsabschnitt zurückgeführt. Damit ist der Kreislauf des Arbeitsmediums im Wärmerohr geschlossen. Solche Wärmerohre sind bekannt, beispielsweise aus der Zeitschrift "Scientific American", März 68, Bd. 218, Nr. 5, Seiten 38 bis 46. In einem Prospekt "RCA Heat Pipes" der Firma Alfred Naye, München, ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Wärmeabführung aus dem Laufer elektrischer Maschinen dadurch zu verbesseren, das die Läuferwelle als Wärmerohr ausgebildet ist. Der Verdampfungsab schnitt liegt dann in der Läuferwelle innerhalb des Läufers.Arrangement for cooling machines For transporting larger amounts of heat As is known, a so-called heat pipe can be provided, which essentially consists of a hollow tube with ends sealed in a gas-tight manner. The inner wall the heat pipe is lined with a wick, the one with a vaporizable Liquid is saturated. The effect of heat is in an evaporation section at one end of the tube the liquid evaporates and flows along the tube to the condensation trap at the other end of the pipe. There the heat is dissipated, the vapor condenses and becomes an evaporation section in the wick by capillary action returned. This completes the cycle of the working medium in the heat pipe. Such heat pipes are known, for example from the journal "Scientific American", March 68, Vol. 218, No. 5, pages 38 to 46. In a brochure "RCA Heat Pipes" of Alfred Naye company, Munich, has also already proposed heat dissipation to improve from the Laufer electrical machines that the rotor shaft is designed as a heat pipe. The Verdampfungsab then lies in the rotor shaft inside the runner.

ort wird die Wärmeenergie von der Arbeitsflüssigkeit flbsorbiert, zum Xondensierungsabschnitt in der Nähe der Lagerschalen transportiert und dort wieder abgegeben.The place where the heat energy is absorbed by the working fluid transported to the condensation section near the bearing shells and there released again.

Die Entwicklung von elektrischen Maschinen hat mit der Verwendung von verbesserten Isolationsmaterial, beispielsweise hitzepeständigem Kunststoff, zu immer größeren Betriebstemperatoren der Maschine geführt. Der Docht des Wärmerohres besteht im allgemeinen dus einem Gewebe mit Kapillarstruktur. dessen Temperaturgrenze die max. Temperatur des Wärmerohres bestimmt.The development of electrical machines has come with its use of improved insulation material, e.g. heat-resistant plastic, led to ever higher operating temperatures of the machine. The wick of the heat pipe generally consists of a tissue with a capillary structure. its temperature limit determines the maximum temperature of the heat pipe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand fur das Wärmerohr zu vermindern und die Temperaturgrenze wesentlich zu erhöhen.The invention is based on the problem of the expenditure for the heat pipe to decrease and to increase the temperature limit significantly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zentrifugalkraft der rotierenden Hohlwelle zur Auskleidung der inneren Wandung der Hohlwelle mit dem Arbeitsmedium vorgesehen ist. Elektrische Maschinen erreichen nach dem Anlauf im allgemeinen in wenigen Sekunden ihre Nenndrehzahl. Mit steigender Drehzahl wird das flüssige Arbeitsmedium durch Zentrifugalkraft der rotierenden Hohlwelle gleichmäßig an der inneren Wandung der Hohlwelle verteilt. Ein besonderer Docht ist somit nicht erforderlich.This object is achieved according to the invention in that the centrifugal force the rotating hollow shaft for lining the inner wall of the hollow shaft the working medium is provided. Electric machines reach after start-up generally their nominal speed in a few seconds. With increasing speed the liquid working medium by centrifugal force of the rotating hollow shaft evenly distributed on the inner wall of the hollow shaft. A special wick is therefore not necessary.

Von Verdampfungsabschnitt innerhalb des Maschinenläufers kann die Wärme auch nach beiden Seiten zu den Enden der Welle abgeführt werden und dort jeweils ein Verdampfungsabschnitt gebildet werden Man erhält dann zwei getrennte Kreisläufe des Arbeitsmediums mit einem gemeinsamen Verdampfungsabscitt.From the evaporation section within the machine runner, the Heat can also be dissipated on both sides to the ends of the shaft and there in each case an evaporation section can be formed. Two separate circuits are then obtained of the working medium with a common evaporation section.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestelt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below.

Nach der Figur ist die Welle 2 einer elektrischen Maschine mit einem Läufer 3 und einem Ständer 4 mit einer Grundplatte 5 als Wärmerohr-ausgebildet. Der Maschinenläufer 3 soll etwa der Mitte der Welle 2 angeordnet sein, die an ihren beiden den in Lagern 6 gelagert sein soll. Mit zunehmender Drehzahl wird das flüssige Arbeitsmedium innerhalb der Welle 2 durch die Zentrifugalkraft gleichmäßig an der Innenwand verteilt.According to the figure, the shaft 2 is an electrical machine with a Runner 3 and a stator 4 with a base plate 5 designed as a heat pipe. The machine rotor 3 should be arranged approximately in the middle of the shaft 2, which at their both to be stored in bearings 6. With increasing speed it becomes liquid Working medium within the shaft 2 by the centrifugal force evenly on the Distributed inside wall.

Die Verlustwärme des Läufers 3 läßt in der Verdampfungszone 7 das Arbeitsmedium verdampfen. Zugleich wird die Welle 2 in den Kondensierungsabschnitten 9 und 11 gekühlt, so daß sich dort das Arbeitsmedium an der Innenwand der Welle 8 wieder niederschlägt. Unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft wndert das Arbeitemedium an der Innenwandung der Welle 2 wieder zum Verdampfungsabschnitt, wie in der Piur durch gestrichelte Pfeile angedeutet iat. Dadurch ist der Kreislauf des Arbeitsmediums geschlossen.The heat loss of the rotor 3 leaves the evaporation zone 7 Vaporize the working medium. At the same time, the shaft 2 is in the condensation sections 9 and 11 cooled so that there is the working medium on the inner wall of the shaft 8 is reflected again. The working medium changes under the action of centrifugal force on the inner wall of the shaft 2 back to the evaporation section, as in the Piur indicated by dashed arrows iat. This is the cycle of the working medium closed.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, den Weg des versampften Arbeitsmediums vom Weg des flüssigen Arbeitsmediums an der Zylinderwand zu trennen. Zu diesem Zweck könne Hohlzylinder bzw. 14 innerhalb der Welle 2 angeordnet sein, die beispielsweise durch in der Figur nicht dargestellte Stege zwischen der elie und dem Hohlzylindern 12 und 14 befestigt sein können.Under certain circumstances it can be useful to use the path of the vaporized working medium from the path of the liquid working medium to the To separate cylinder wall. For this purpose, hollow cylinders or 14 can be arranged within shaft 2, for example, by webs not shown in the figure between the elie and the hollow cylinders 12 and 14 can be attached.

In Ausfü.hrungsbeispiel wurde angenommen, daß sich der Kondensierungsabschnitt nicht innerhalb der Wellenlager 6 befindet.In the exemplary embodiment it was assumed that the condensation section is not located within the shaft bearing 6.

Unter ständen kann es zweckmäßig sein, die Wellenlager 6 zugleich zur Wärmeabführung vorzusehen und damit den Kondensierungsabschnitt 9 und 11 in die Auflagerzu verlegen.Under conditions, it may be useful to use the shaft bearings 6 at the same time to be provided for heat dissipation and thus the condensation section 9 and 11 in to lay the supports.

Anstelle der im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Flüssigkeitskühlung der Kondensierungsabschnitte -9 und 11 kann auch jede andere an sich bekannte Kühlungsart, beispielsweise Luftkühlung mittels an der Welle befestigter Kühlrippen, vorgesehen sein.Instead of the liquid cooling provided in the exemplary embodiment the condensation sections -9 and 11 can also use any other known type of cooling, for example air cooling by means of cooling fins attached to the shaft is provided be.

Im Auführungsbeispiel ist eine elektrIsche Maschine gewählt.An electrical machine is selected in the example.

ble Erfindung kann jedoch auch zur Abführung der Wärme von anderen Maschinen vorteilhaft verwendet werden.ble invention, however, can also be used to dissipate heat from others Machines are used to advantage.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß zur Wärmeabführung aus einem festen Medium mittels eines Wärmerohres, dessen Achse durch das Medium führt und vorzugsweise mit einer der Hauptträgheitsachsen zusammenfällt, das Medium in Rotation versetzt wird.A particularly advantageous further embodiment of the inventive concept consists in the fact that to dissipate heat from a solid medium by means of a heat pipe, whose axis leads through the medium and preferably with one of the main axes of inertia coincides, the medium is set in rotation.

Dann wird ebenfalls die Zentrifugalkraft auf das Arbeitsmedium des Wärmerohres zur Verteilung an der Rohrinnenwand ausgenutzt und ein Docht wird Uberflüssig. Dieser Gedanke kann beispielsweise in der Raumfahrttechnik angewendet werden. Dort also im allgemeinen große Wärmemengen bei sehr hohen Tempera raturen abzuführen.Then the centrifugal force is also applied to the working medium of the Heat pipe is used for distribution on the inner wall of the pipe and a wick is superfluous. This idea can be applied in space technology, for example. there so generally large amounts of heat at very high temperatures to dissipate.

2 Patentansprüche2 claims

Claims

Claims 1. Arrangement for cooling bodies of revolution, preferably electrical machines arranged on a hollow shaft designed as a heat pipe are, which contains a vaporizable working medium to transfer the heat, thereby characterized in that the centrifugal force of the rotating hollow shaft (2) for lining the inner wall of the hollow (2) is provided with the working medium.

2. Process for removing heat from a solid medium by means of elnes Heat pipe, the axis of which leads through the medium, preferably with one of the main axes of inertia coincides with each other, characterized in that the medium is set in rotation.