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KühLvorrichtung für elektrische Maschinen Die Erfindung betrifft
eine Kühlvorrichtung für elektrische Maschinen, und zwar für Elektromotoren oder
Elektrogeneratoren, bei denen ein im Maschinengehäuse erwärmtes Gas in einem zumindest
annähernd gegenüber der Außenluft gas dicht abgeschlossenen Kreislauf entlang den
Wärmetauschflächen eines von zwangsbewegter Außenluft gekühlten, Rohre mit glatten
Innenflächen aufweisenden Wärmetauschers zwangsbewegt ist.
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Außenluft ist je nach ihrer Zusammensetzung nicht immer für eine
direkte Kühlung der zum Teil spannungsführenden bewegten Teile von Elektromaschinen
geeignet. Für eine derartige Kühlung ist Außenluft beispielsweise dann nicht geeignet,
wenn sie stark verschmutzt ist, brennbare Bestandteile oder einen zu hohen Feuchtigkeitsanteil
enthält.
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Eine bekannte Kühlvorrichtung für elektrische Maschinen weist einen
Glattrohr-Wärmetauscher auf, durch dessen Rohr-Innenquerschnitt das im Motorraum
erwärmte Gas, beispielsweise Luft, hindurch zwangsbewegt ist, während ein von Außenluft
gebildeter Kühlluftstrom außen an den glatten Rohren entlang zwangsbewegt wird.
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Bei der bekannten Kühlvorrichtung für elektrische Maschinen ist es
nachteilig, daß ein solcher Luft- an-Luft-Wärmetauscher zu einer wirkungsvollen
Kühlung des im Motorgehäuse erwärmten
Gases bzw. der erwärmten
Luft eine sehr große Wärmetauschfläche aufweisen muß. Ein derartiger Luft-an-Luft-Wärmetauscher
besitzt deshalb relativ große Abmessungen und nimmt im wesentlichen das gleiche
Bauvolumen wie das Maschinengehäuse selbst eines Elektromotors oder eines Elektrogenerators
ein.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Kühlvorrichtung für elektrische
Maschinen besteht darin, daß der Druckabfall der den Wärmetauscher durchströmenden
gasförmigen Medien infolge der überaus großen Wärmetauschfläche ebenfalls sehr groß
ist. Damit sich ein wirkungsvoller Wärmetausch vollziehen kann, sind deswegen allein
für den im Kreislauf durch das Motorgehäuse sowie durch den Rohr-Innenquerschnitt
des WArmetauschers geführten Gas-bzw. Luftstrom zwei sehr groß dimensionierte Ventilatorräder
vorgesehen, welche jeweils an beiden Stirnseiten der Maschine angeordnet sind und
koaxial mit der Maschinenwelle umlaufen. Das eine Ventilatorrad drückt das erwärmte
Gas bzw. die erwärmte Luft im Kreislauf durch das Maschinengehäuse und durch den
Rohr-Innenquerschnitt des Wärmetauschers. Das andere Ventilatorrad beaufschlagt
den Wärmetauscher mit Kühlluft.
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Anstelle des auf der Maschinenwelle angeordneten Ventilatorrades
für die Kühlluft kann bei der bekannten Kühlvorrichtung eine gesondert anzutreibende
Ventilator-Anordnung vorgesehen sein, welche jedoch wegen der großen Wärmetauschfläche
des Luft-an-Luft-Wärmetauschers und des damit verbundenen Druckverlustes hinsichtlich
der an den Rohr-Außenflächen entlangzuführenden Außenluft ebenfalls sehr groß dimensioniert
sein muß.
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Insgesamt gesehen bildet deshalb die bekannte Kühlvorrichtung für
elektrische Maschinen wegen der sehr groß dimensionierten Gebläse- bzw. Ventilatoranordnung
und wegen des großvolumigen Wärmetauschers eine kostenaufwendige, große Abmessungen
aufweisende, schwere Konstruktion.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile
des Bekannten eine Kühlvorrichtung für elektrische Maschinen, und zwar für Elektromotoren
oder Elektrogeneratoren zu schaffen, welche geringere Außenabmessungen sowie ein
geringeres Gewicht aufweist und welche mit einem geringeren Aufwand herzustellen
ist. Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher
im wesentlichen von mindestens einem innen von Kühlflüssigkeit durchströmten Rippenrohr
gebildet ist und die im Rippenrohr-Innenraum strömende Kffhlflüssigkeit in zwei
im Kreislauf miteinander befindliche Strömungsabschnitte unterteilt ist, von denen
ein Strömungsabschnitt von einer von dem erwärmten Gas beaufschlagten Rippenrohr-Außenfläche
und von denen der andere Strömungsabschnitt von einer von der Außenluft beaufschlagten
Rippenrohr-Außenfläche umgeben ist.
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Wenn man die bekannte Kühlvorrichtung mit der Kühlvorrichtung entsprechend
der Erfindung vergleicht und voraussetzt, daß die Wärmetauscher in beiden Fällen
die glelche-Wärmeleistung erbringen und denselben Rohr-Innendurchmesser der einzelnen
Wärmetauscher-Rohre aufweisen sollen, so zeigt sich, daß bei gleicher Außenfläche
beider zu vergleichender Wärmetauscher bei einer Kühlvorrichtung entsprechend der
Erfindung die Rohranzahl auf etwa ein Zehntel bis ein Fünfzehntel herabgesetzt werden
konnte.
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Hierdurch erhält der Wärmetauscher - und damit ebenfalls die erfindungsgemäße
Kühlvorrichtung - verhältnismäßig geringe Außenabmessungen. Dieser Vorteil wird
ermöglicht durch die Verwendung von innen mit einer Kühlflüssigkeit beaufschlagten
und außen durch ein gasförmiges Medium gekühlten Rippenrohren.
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Die bei dem Glattrohr-Wärmetauscher der bekannten Kühlvorrichtung
erforderlichen großen Rohrwandflächen werden beim Wärmetauscher der Kühlvorrichtung
entsprechend der Erfindung im wesentlichen durch die Rippenoberflächen ersetzt.
Der besondere
Vorteil des mit Außenrippen versehenen Wärmetauschers
der Kühlvorrichtung entsprechend der Erfindung liegt darin, daß die Rippenoberfläche
derart bemessen sein kann, daß der Strömungswiderstand erheblich geringer ist als
beim Wärmetauscher der bekannten Kühlvorrichtung. Es liegt auf der i{and, daß die
Kühlvorrichtung entsprechend der Erfindung wegen des wesentlich geringeren Strömungswiderstandes
eine wesentlich kleiner dimensionierte Ventilator-Anordnung erfordert als es bei
einer vergleichbaren bekannten Kühlvorrichtung der Fall ist. Die kleiner dimensionierte
Ventilatoranordnung benötigt deshalb nur verhältnismäßig geringe Außenabmessungen,
wobei die erforderliche installierte Antriebsleistung wesentlich geringer ist als
bei der bekannten Kühlvorrichtung. In der Praxis hat es sich herausgestellt, daß
bei der Vorrichtung entsprechend der Erfindung die Antriebsleistung, welche zur
Zwangsbewegung des gasförmigen Mediums benötigt wird, nur etwa halb so groß zu sein
braucht wie bei der bekannten Kühlvorrichtung.
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Mit der Erfindung ist es gelungen, eine Kühlvorrichtung zu schaffen,
welche kleinere Baumaße und ein geringeres Gewicht als die bekannte Kühlvorrichtung
aufweist und welche mit einem wesentlich geringeren Herstellungsaufwand gefertigt
werden kann. Obwohl bei der Kühlvorrichtung entsprechend der Erfindung Rippenrohre
anstelle von völlig glatten Rohren zum Einsatz kommen, hat es sich herausgestellt,
daß die Arbeitskosten bei der Fertigung des Rippenrohr-Wärmetauschers, welcher eine
wesentlich geringere Rohranzahl aufweist als ein Glattrohr-Wärmetauscher, erheblich
gesenkt werden konnten, da das arbeits- und kostenaufwendige Einwalzen bzw. Einschweißen
der Rohrenden in die zugehörigen Rohrböden wegen der geringeren Rohranzahl auf ein
Mindestmaß herabgesetzt werden konnte.
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Die Kühlung des im Maschinengehäuse erwärmten Gas- bzw.
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Luftstroms wird entsprechend der Erfindung derart vorgenommen, daß
der
erwärmte Luftstrom zunächst über eine äußere Rippenrohr-Zone geführt ist, innerhalb
welcher relativ kühle Flüssigkeit strömt.
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Die infolge des erwärmten Gas- bzw. Luftstromes ebenfalls erwärmte
Kühlflüssigkeit gelangt sodann in einen anderen Rippenrohr-Abschnitt, dessen Rippenrohr-Außenfläche
von der die Wärme abführenden Außenluft beaufschlagt ist. Der unter der Wirkung
der kühlenden Außenluft rückgekühlte Flüssigkeitsstrom wrd sodann in den Rippenrohr-Abschnitt
zurückgeführt, dessen Rippenrohr-Außenfläche von dem dem Motorgehäuse entstammenden,
erwärmten Gas- bzw. Luftstrom beaufschlagt ist.
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GemäAeiner Ausführungsform der Erfindung sind die beiden von der
Kühlflussigkeit gebildeten Stromungsabschnitte åm wesentlichen übereinander angeordnet,
wobei die von dem erwärmten Gas beaufschlagte Rippenröhr-Außenfläche unten und die
von der Außenluft beaufschlagte Rippenrohr-Außenfläche oben angeordnet ist. Diese
vorteilhafte Anordnung entsprechend der Erfindung ermöglicht einen im Naturumlauf
betriebenen Kühlflüssigkeits-Kreislauf. Derselbe Vorteil kann selbstverständlich
auch dann erzielt werden, wenn die beiden Strömungsabschnitte seitlich nebeneinander
angeordnet sind.
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Entsprechend einer anderen Aus führungs form der Erfindung ist etwa
der gesamte Innenquerschnitt eines jeden Rippenrohres von der Kühlflüssigkeit durchsetzt.
Als Kühlflüssigkeit kommt in diesem Falle eine Flüssigkeit mit guten Wärmedbertragungseigenschaften,
z.B. Wasser, in Frage. Der Rippenrohr-Innenquerschnitt ist hierbei vorzugsweise
vollkommen von der Kühlfltssigkeit ausgefüllt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die von dem erwärmten
Gas beaufschlagte Rippenrohr-Außenfläche einerseits und die von der Außenluft beaufschlagte
Rippenrohr-Außenfläche andererseits jeweils von einem Rippenrohrbündel gebildet.
Eine kompakte Bauform wird zweckmäßig dadurch erzielt, daß die unter schiedlich
luft- bzw. gasbeaufschlagten Rippenrohrbündel in einem, eine einzige Bauart bildenden,
Wärmetaus chelement zusammengefaßt sind.
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Obwohl es grundsätzlich möglich ist, den Kühlflüssigkeits-Kreislauf
in Naturumlauf durchzuführen, hat es sich zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
und damit zu einer Intensivierung des Wärmetausches als zweckmäßig herausgestellt,
daß in den Kühlflüssigkeits-Kreislauf eine Umwälzpumpe eingeschaltet ist.
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Eine andere Ausführungsform entsprechend der Erfindung besteht darin,
daß die beiden Rippenrohrbündel benachbart zueinander angeordnet sind. Hierbei sind
die beiden Rippenrohrbündel mit Bezug auf den Kühlflüssigkeitsstrom zweckmäßig derart
geschaltet. daß an der einen Stirnseite des Wärmetauschers einander benachbarte
Enden der Rippenrohre beider Rippenrohrbündel in einer gemeinsamen Kühlflüssigkeits-Sammelkammer
münden, während an der anderen Stirnseite des Wärmetauschers für jedes Rippenrohrbündel
eine gesonderte Kühlflüssigkeits-Sammelkammer vorgesehen ist, wobei die beiden gesonderten
Kühlflüssigkeits-Sammel kammern über eine Rohrleitung und gegebenenfalls über die
in der Rohrleitung vorgesehene Umwälzpumpe miteinander verbunden sind.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung gestattet eine vorteilhafte
kompakte Bauweise des Wärmetauschers.
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Entsprechend einem anderen Merkmal der Erfindung hat es sich als
vorteilhaft herausgestellt, wenn jedes Rippenrohr von einem an sich bekannten etwa
aufrechtstehenden Wärmerohr gebildet ist, wobei jedes Wärmerohr nur teilweise mit
einer leicht verdampfenden Flüssigkeit, beispielsweise Methylenchlorid od. dgl.,
gefüllt ist. Der untere Teil eines sieden Wärmerohres ist von der Zone umgeben,
welche von dem erwärmten Gasstrom aus dem Maschinengehäuse beaufschlagt ist. Unter
der Wirkung des warmen Gasstromes siedet die leicht verdampfende Flüssigkeit.
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Die unter der Wärmeeinwirkung entstehenden Dämpfe kondensieren im
jeweils oberen Abschnitt der Wärmerohre, dessen berippte Außenfläche
von
der kühlen Außenluft umspült ist, und es bildet sich ein abwärts gerichteter, zunehmend
kühler werdender FlUssigkeits; wird strom an der Rohrinnenwandung aus, welcher wiederum
erwärmt/, sobald dieser in den unteren Abschnitt des entsprechenden Wärmerohres
gelangt, dessen Außenfläche von dem warmen, dem Maschinengehäuse entstammenden Gas-
bzw. Luftstrom beaufschlagt ist.
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Entsprechend einer anderen Aus führungs form ist zur im wesentlichen
gasdichten Trennung des Gasstromes aus dem Maschine nengehäuse von dem Außenluft-Strom
ein Trennblech vorgesehen.
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Dieses Trennblech bildet zweckmäßig Bestandteil eines Fthrungskanals
für den Gas strom aus dem Maschinengehäuse oder für den Außen luftstrom.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung entsprechend der Erfindung besteht
darin, daß das Trennblech sich etwa senkrecht zur Längserstreckung der Rippenrohre
erstreckt und Öffnungen aufweist, von denen jede ein Rippenrohr im wesentlichen
gasdicht umschließt. Die vorgenannte Bauart ermöglicht in vorteilhafter Weise die
Verwendung eines einzigen Rippenrohrbündels mit sich durchgehend erstreckenden Rippenrohren,
von, denen lediglich die berippte Außenfläche durch ein Trennblech ab geteilt iSt9
so daß entsprechend den beiden Strömungswegen das Rippenrohrbündel eine Warmes und
eine Kühlzone besitzt. Es liegt auf der Hand9 daß eine erfin dungsgemäße Kühlvorrichtung,
welche einen derartig einfach auf je bauten Wärmetauscher aufweist, verhältnismäßig
kostengünstig und raumsparend hergestellt werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form besteht darin, daß das-Trennblech
etwa parallel zur Längserstreckung der Rippenrohre zwischen einander benachbarten
Rippenrohren angeordnet ist. Diese Bauart empfiehlt sich vor allem bei Kühlvorrichtungen
größerer Wärmeleistung,und zwar dann, wenn zwei Rippenrohrbündel
neben-
oder übereinander angeordnet sind. In diesem Fall kann das Trennblech in der Trennebene
zwischen den beiden Rippenrohrbündeln angeordnet sein, Es hat sich als besonders
zweckmäßig herausgestellt, wenn die von der Außenluft beaufschlagte Rippenrohr-Außenfläche
geringer als die Rippenrohr-Außenfläche bemessen ist, welche von dem Gasstrom aus
dem Maschinengehäuse beaufschlagt ist, wobei zur Förderung der Außenluft ein unabhängig
von der Drehzahl der Maschinenwelle antreibbares Ventilatorrad vorgesehen ist. Bei
dieser vorteilhaften Anordnung ist es möglich, Wärmetauscher etwa gleicher Abmessungen
für elektrische Maschinen unterschiedlicher Nenndaten zu verwenden. Wenn beispielsweise
ein elektrischer Motor nur eine geringe Drehzahl aufweist und infolgedessen hinsichtlich
des Gas-Durchsatzes durch das Motorgehäuse Beschränkungen,vorhanden sind, so empfiehlt
es sich in diesem Falle, dem aus dem Motorgehäuse heraustretenden erwärmten Gas
strom eine größere Rippenrohr-Außenfläche zuzuordnen, während die von der Außenluft
beaufschlagte Rippenrohr-Außenfläche geringer bemessen sein kann. Infolge des unabhängig
angetriebenen Ventilatorrades für die Außenluft ist es nämlich leicht möglich, dessen
Antrieb mit an sich bekannten Regelungsmitteln, beispielsweise durch Erhöhung der
Drehzahl, auf eine größere Förder- bzw. Kühlleistung umzustellen.
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Die vorgenannte Anordnung ist vor allem dann zweckmäßig, wenn eine
elektrische Maschine sehr große Belastungsunterschiede aufweist und infolgedessen
unterschiedlich große Verlustwärmemengen pro Zeiteinheit abgibt. Da die Drehzahl
des den Gasstrom
aus dem Maschinengehäuse fördernden Ventilatorrades
- ebenso wie die der Maschinenwelle - im Regelfall konstant ist, ist auch die geförderte
Gasmenge konstant, so daß sich allein mit diesem Ventilatorrad keine Beeinflussung,
z.B. der Motor"Cühlung, in Abhängigkeit von der wechselnden Verlustwärmemenge pro
Zeiteinheit erzielen läßt. Dadurch, daß ein anderes, unabhängig von der Drehzahl
der Maschinenwelle antreibbares Ventilatorrad zur Außenluft-Förderung vorgesehen
ist, ist jedoch - je nach Drehzahl dieses Ventilatorrades - eine Erhöhung oder Erniedrigung
der Kühlleistung in Abhängigkeit von der wechselnden jeweiligen Wärmeverlustleistung
möglich.
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Eine weitestgehende Unabhängigkeit hinsichtlich der Bemessung der
Kühlvorrichtung von den Leistungsdaten einer elektrischen Maschine wird entsprechend
einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung dadurch erzielt, daß zur Förderung
des Gasstromes aus dem Maschinengehäuse und zur Förderung des Außenluft-Stromes
jeweils ein unabhängig von der Maschinenwelle antreibbares Ventilatorrad vorgesehen
ist. Hierbei und bei dem weiter oben genannten unabhängigen Ventilatorantrieb ist
es zweckmäßig, diesen mit an sich bekannten mechanischen oder elektrischen Mitteln
drehzahlregelbar auszubilden.
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Wenn im vorstehenden lediglich von Ventilatorrädern die Rede ist,
so ist damit nicht ausgeschlossen, daß diese Ventilatorräder durch Gebläseräder
anderer Bauart, beispielsweise durch Tangential-Gebläseräder ersetzt werden könnten.
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In den Zeichnungen sind mehrere vorteilhafte Ausführungsbeispiele
entsprechend der Erfindung dargestellt; es zeigen: Fig. 1 eine mehr schematische
D«rstellung einer teilweise im Längsschnitt gezeigten elektrischen Maschine mit
einer Kühlvorrichtung, Fig. 2 eine elektrische Maschine samt einer Kühlvorrichtung,
teilweise im Langsschnitt, Fig. 3 eine teilweise Schnittdarstellung entsprechend
der Schnittlinie III - III in Fig. 2, Fig. 4 eine Kühlvorrichtung unter Weglassung
der elektrischen Maschine, teilweise im Längsschnitt und Fig. 5 einen schematischen
teilweisen Längsschnitt durch ein einzelnes Wärmerohr.
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In Fig. 1 ist mit der Ziff. 1 eine elektrische Maschine, beispielsweise
ein Elektromotor oder ein Elektrogenerator, bezeichnet, während ein Wärmetauscher
durch die Bezugsziffer 2 gekennzeichnet ist. Innerhalb des Maschinengehäuses 3 der
elektrischen Maschine 1 ist eine Statorwicklung 4 und eine Rotorwicklung 5 zu erkennen.
Die Rotorwicklung 5 ist auf einer Maschinenwelle 6 angeordnet. Koaxial auf der Maschinenwelle
6 sind ebenfalls Ventilatorräder 7 und 8 vorgesehen, welche drehfest mit der Maschinenwelle
6 verbunden sind. Oben im Maschinengehäuse 3 sind Öffnungen 9 und 10 ausgebildet.
Die Öffnung 9 bildet eine Austrittsöffnung für einen im Kreislauf durch den Innenraum
des Maschinengehäuses 3 sowie an der in Fig. 1 nicht erkennbaren Rippenrohr-Außenfläche
des Wärmetauschers 2 entlang zwangs geführten Gasstrom A, welcher in Fig. 1 durch
strichpunktierte Pfeile gekennzeichnet ist. Durch die Eintrittsöffnung 10 tritt
der Gasstrom
wieder in das Innere des Motorgehäuses 3 ein. Die
Zwangsbewegung des Gasstromes A erfolgt mittels des Ventilatorrades 7, dessen Saugseite
der rechts in Fig. 1 dargestellten Stirnseite der elektrischen Maschine 1 zugewendet
ist. Die zwischen der Austrittsöffnung 9 und der Eintrittsöffnung 10 vorzusehenden
Mittel zur Zwangsführung des Gasstromes A sind in Fig. 1 der Einfachheit halber
nicht dargestellt.
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Etwa in der Mitte des Wärmetauschers 2 ist - ebenfalls schematisch
- ein Trennblech 11 angedeutet, welches die Aufgabe hat, die entlang der außenberippten
Oberfläche des Wärmetauschers 2 geführten gasförmigen Medien voneinander zu trennen.
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Das Trennblech 11 teilt die durch den Wärmetauscher 2 hindurch bewegten
Gasströme in einen Strom A und in einen Strom Bs welcher ebenfalls mittels strichpunktiert
dargestellter Pfeile gekennzeichnet ist. Der Gasstrom B wird von Außenluft gebildet,
welche mittels des Ventilatorrades 8 durch eine AnsauFDffnung 12 hindurch angesaugt
und unter Zwischenschaltung von in Fig. 1 nicht dargestellten Mitteln zur Zwangsführung
an der außen berippten Oberfläche des Wärmetauschers 2 entlang durch diesen hindurchgedrückt
wird.
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Das sich entsprechend dem Strom A im Regelfall völlig oder im wesentlichen
gasdicht gegenüber der Außenatmosphäre im Kreislauf befindliche Gas kann aus Luft
oder aus irgendeinem anderen geeigneten Gas bzw. Gasgemisch, wie z,B, Wasserstoff
oder Stickstoff, bestehen.
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Das entlang dem Strömungsweg B geförderte Gas besteht in der Regel
aus Außenluft.
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Die entlang dem Strömungsweg B geförderte Außenluft braucht nicht
- wie in Fig. 1 dargestellt - ausschließlich von
einem Ventilator-
bzw. Gebläserad 8 gefördert zu werden, sondern die Zwangsbewegung der Außen luft
kann ebenfalls auf eine andere zweckmäßige Weise vorgenommen werden.
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Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher 2 besteht aus zwei übereinander
angeordneten, etwa horizontal verlaufende Rippenrohre aufweisenden Rippenrohrbündeln
13 und 14, Die außen berippten Flächen der Rippenrohrbündel 13 und 14 sind an ihrer
Trennlinie mittels des schematisch angedeuteten Trennblechs 11 hinsichtlich der
Gas- bzw. Luftführung im wesentlichen gasdicht voneinander getrennt.
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Die Rippenrohrbündel 13 und 14 sind bezüglich der sie durchsetzenden
Kühlflüssigkeits-Strömungen im Kreislauf hintereinandergeschaltet. Der Kühlflüssigkeits-Kreislauf
ist mittels strichpunktiert dargestellter Pfeile und durch den Großbuchstaben C
gekennzeichnet.
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Der aus dem Maschinen gehäuse 3 heraustretende erwärmte Gas strom
A umspült die berippte Außenfläche des Rippenrohrbündels 13 und erwärmt die im Rippenrohrbündel
13 befindliche Kühlflüssigkeit, welche einen ersten Strömungsabschnitt bildet.
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Die erwärmte Flüssigkeit strömt über eine in Fig. 1 nicht dargestelle
Kühlflüssigkeits-Sammelkammer in das obere Rippenrohrbffndel 14, dessen berippte
Außenfläche von dem kühlen Außenluft-Strom B beaufschlagt ist. Innerhalb des Rippenrohrbündels
14 bildet der Kühlflüssigkeits-Strom einen zweiten Strömungsabschnitt, in welchem
die Kühlung durch die Außenluft erfolgt.
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Der Kühlflüssigkeitsstrom verläßt das Rippenrohrbündel 14 über einen
Rohrabschnitt 15, gelangt durch eine Umwälzpumpe 16 hindurch und tritt nach Durchströmen
eines weiteren Rohrabschnittes 17 schließlich wieder in das untere Rippenrohrbündel
13
ein.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Wärmetauscher 2 unter Zwischenschaltung
einer Konsole 18 auf das Maschinengehäuse 3 aufgesetzt und an diesem befestigt ist.
Aus Fig. 2 geht ebenfalls hervor, daß das Trennblech II Bestandteil eines Führungskanals
19 ist, welcher die AUstrittsöffnung 9 und die Eintrittsöffnung 10 für den Gas strom
A im wesentlichen gasdicht miteinander verbindet. Rechts in Fig. 2 schließt sich'oberhalb
des Führungskanals 19 ein anderer Führungskanal 20 an, welcher zur Zwangsführung
des Auß,enluft-Stroms B vorgesehen ist.
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Der in Fig. 3 entsprechend der Schnittlinie III - III der Fig. 2
dargestellte teilweise Schnitt zeigt den Wärmetauscher 2 deutlicher. Die Rippenrohrbündel
13 und 14 sind im wesentlichen aus einzelnen, außen mit Rippen 22 versehenen Rippenrohren
21, deren Innenwand-Fläche glatt ist, gebildet. Die Rippenrohre 21 sind an ihren
äußeren Enden in Rohrböden 23 bzw. 24 eingeschweißt oder eingewalzt.
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Wie links in Fig. 3 dargestellt ist, wird der Rohrboden 23 von einer
Flüssigkeits-Sammelkammer 25 dichtend übergriffen, während auf der rechten Seite
der Fig. 3 der Rohrboden 24 von zwei gesonderten, jedoch ein Bauteil bildenden Flüssigkeits-Sammelkammern
26 übergriffen ist. Die von den Flüssigkeits-Sammelkammern 26 gebildet Trennwand
27 befindet sich etwa in Höhe des den Wärmetauscher 2 quer zu seiner Ansichtsfläche
etwa horizontal durchsetzenden Trennblechs 11.
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Unterhalb des Wärmetauschers 2 ist in Fig. 3 ebenfalls der Anschlußstutzen
zu erkennen, welcher die Eintrittsöffnung 10 für den Gasstrom A bildet. Die Eintrittsöffnung
10 ist mit einer
gestrichelt eingetragenen Bezugslinie versehen.
Oberhalb der Eintrittsöffnung 10 ist in Fig. 3 ein senkrechter Abschnitt des Führungskanals
19 zu erkennen.
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Der in Fig. 4 dargestellte teilweise Längsschnitt durch eine andere
Ausführungsform ist grundsätzlich mit der Darstellung entsprechend Fig. 2 zu vergleichen
mit der Ausnahme daß in Fig, 4 das Maschinen gehäuse 3 fortgelassen ist.
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Der in Fig. 4 dargestellte Wärmetauscher 2 weist etwa vertikal verlaufende
Rippenrohre 21 auf. Das Trennblech 11, welches Bestandteil des Führungskanals 19
bildet, erstreckt sich etwa senkrecht zur Längserstreckung der Rippenrohre 21 und
weist Öffnungen 28 auf, von denen jede ein Rippenrohr 21 im wesentlichen gasdicht
umschließt. Eine derartige Öffnung 28 ist in der vergrößerten Darstellung gemäß
Fig, 5 - hier jedoch in Verbindung mit einem Wärmerohr 21 a - deutlicher zu erkennen.
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Im Unterschied zu den Ausführungsformen entsprechend den Fig. 2 und
3 sind die Ventilator- bzw. Gebläseräder zum Betreiben des Gas stromes A bzw. des
Außenluft-Stromes B völlig unabhängig von der Drehzahl der Maschinenwelle der in
Fig, 4 nicht dargestellten elektrischen Maschine. Der Gasstrom A wird mittels eines
Gebläserades 7a bewegt, während der Außenluft-Strom B mittels eines Ventilatorrades
8a angesaugt und an der berippten Außenfläche des Wärmetauschers entlangbewegt wird.
Die Elektromotoren 29 bzw. 30, welche das Gebläserad 7a bzw. das Ventilatorrad 8a
antreiben, sind vorzugsweise - und zwar mit an sich bekannten mechanischen oder
elektrischen Mitteln - drehzahlregelbar ausgebildet, Der in Fig. 4 dargestellte
Wärmetauscher 2 ist insbesondere wegen seiner Einteiligkeit vorteilhaft. Die Kühlflüssigkeits
-Strömung
innerhalb der durchgehenden Rippenrohre 21 vollzieht sich wie folgt: Die unterhalb
des Trennblechs 11 vorgesehenen, mit 13a bezeichneten Abschnitte der Rippenrohre
21 werden außen von dem erwärmten Gasstrom A beaufschlagt. Unter der Sogwirkung
einer nicht dargestellten Umwälzpumpe gelangt die erwärmte-Kühlflüssigkeit in die
Kühlflüssigkeits-Sammelkammer 31 und strömt von dort aus über eine nicht dargestellte-verbindungs2eitung,
in welche die Umwälzpumpe eingeschaltet ist, zur oberen Kühlflüssigkeits-Sammelkammer
32. In den unteren Abschnitten 13a der Rippenrohre, 21 bildet sich demnach ein erster
Strömungsabschnitt der Kühlflüssigkeit aus, während sich in den oberhalb des Trennblechs
11 mit 14a bezeichneten Abschnitten der Rippenrohre 21 ,ein zweiter Strömungsabschnitt
der Kühlflüssigkeit ausbildet. Innerhalb der mit 14a bezeichneten Abschnitte der
Rippenrohre 21 wird die Kühlflüssigkeit rückgekühlt und gelangt unter der Wirkung
der nicht dargestellten Umwälzpumpe schließlich wieder in die mit 13a bezeichneten
Abschnitte der Rippenrohre 21. Aus Fig. 4 ist außerdem ersichtlich, daß links und
rechts neben dem oberen Abschnitt der Kühlvorrichtung jeweils ein freier Raum vorhanden
ist.
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Diese beiden freien Räume links und rechts neben dem oberen Abschnitt
dieser Kühlvorrichtung können vorteilhaft zum Einbau von Schalldämpfern benutzt
werden, so daß auf der linken Seite ein Zuluft- und auf der rechten Seite ein Abluft-Schalldämpfer
montiert werden kann.
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Während die Rippenrohre 21 der Wärmetauscher 2 entsprechend den Fig.
1 bis 4 völlig mit einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, ausgefüllt sind,
ist in Fig. 5 ein Rippenrohr dargestellt, welches nach dem Prinzip eines Wärmerohres
arbeitet und nur zum Teil mit einer leicht verdampfenden Flüssigkeit, beispielsweise
Methylenchlorid, gefüllt ist. Innerhalb des mit 21a bezeichneten, ebenfalls als
Rippenrohr ausgebildeten
Wärmerohres ist der Flüssigkeitskreislauf
besonders deutlich dargestellt. Unterhalb des Trennblechs 11, dessen Öffnung 28
das Wärmerohr 21a im wesentlichen gasdicht umschließt, werden die Rippen 22 sowie
der Rohrkörper selbst von dem warmen Gasstrom A aus dem nicht dargestellten Maschinengehäuse
3 beaufschlagt. Im unteren Teil des Wärmerohres 21a, welches der Einfachheit halber
auch hinsichtlich seiner berippten Außenfläche nur teilweise dargestellt ist, befindet
sich - wie deutlich zu erkennen ist - die leicht verdampfende KuhlfAüsæigkeit welche
unter der Wärmeeinwirkung verdampft und in den oberhalb des Trennblechs 11 befindlichen
Abschnitt des Wärmerohres 21a steigt. In diesem oberen Abschnitt kondensieren die
aufgestiegenen Dämpfe und geben hierbei die Verdarnpfungswärme an die Wandung des
Wärmerohres 21a und an die Rippen 22 ab, von denen die Wärme mittels des kühlen
Außenluft-Stroms B abgeführt wird. Infolge der Schwerkraftwirkung rinnt das Kondensat
an den Wandflächen des Wärmerohres 21a herunter und bildet oberhalb des Trennblechs
1'1 einen ersten Strömungsweg, auf welchem unter der Wirkung des Außenluft-Stromes
B eine Rückkühlung des Kondensats stattfindet. Unterhalb des Trennblechs 11 bildet
das an der Innenwandung des Wärmerohres 21a herab fließende Kondensat einen zweiten
Strömungsweg, auf welchem das Kondensat bereits wieder erwärmt wird und zum Teil
schon auf seinem Wege in den unteren Abschnitt des Wärmerohres 21a verdampft.
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Auf eine zeichnerische Darstellung einer mit Wärmerohren 21a bestückten
Gesamtanordnung wurde aus Gründen der Einfachheit verzichtet, jedoch sieht eine
derartige Gesamtanordnung im wesentlichen genauso aus> wie das Ausführungsbeispiel
entsprechend Fig. 4. Die in Fig. 4 dargestellten Rippenrohre 21 brauchen im wesentlichen
nur durch die Wärmerohre 21a ersetzt zu werden. Eine Verbindungsleitung zwischen
den Kühlflüssigkeits-Sammelkammern 31 und 32 sowie eine Umwälzpumpe würden bei Verwendung
der Wärmerohre 21a selbstverständlich entfallen.