DE3032591A1 - Cooling system for electrical machine - has prim. cooling agent flowing through pipes in store with heat pump circuit - Google Patents

Cooling system for electrical machine - has prim. cooling agent flowing through pipes in store with heat pump circuit

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DE3032591A1 DE19803032591 DE3032591A DE3032591A1 DE 3032591 A1 DE3032591 A1 DE 3032591A1 DE 19803032591 DE19803032591 DE 19803032591 DE 3032591 A DE3032591 A DE 3032591A DE 3032591 A1 DE3032591 A1 DE 3032591A1
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Abstract

A cooling circuit is provided for a gas or liquid cooled electrical machine, the heat losses being used to supply the hot water system of a consumer. The primary cooling agent of the internal cooling circuit is in direct heat exchange contact with the evaporator of a closed heat pump circuit. The heat pump circuit consists of an evaporator, a compressor, a condenser and a choke. The condenser is installed in a hot water storage vessel which supplies the consumer. The primary cooling agent of the inner cooling circuit (2) flows through a pipe system (4) in a cooling agent store (5) with thermal insulation. It is then conveyed back to the inside of the machine (1). The evaporator (7) of the heat pump circuit (8) is located in the cooling agent store. There is a smelting medium in enclosed containers (13) in the hot water store (11).

Description

Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flüssigkeits-Arrangement for cooling a gas or liquid

gedh1ten elektrischen Maschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flüssigkeitsgekuhlten elektrischen Maschine, deren PrimärkUhimittel des Innenkühlkreises in unmittelbarem oder mittelbarem Wärmeaustausch mit dem Verdampfer eines geschlossenen Wärmepumpenkreises steht, bestehend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel, wobei der Kondensator in einem Warmwasserspeicher angeordnet ist, aus dem ein Verbraucher gespeist wird.Deh1ten electrical machine The invention relates to a Arrangement for cooling a gas or liquid-cooled electrical machine, their primary cooling means of the internal cooling circuit in direct or indirect heat exchange with the evaporator of a closed heat pump circuit, consisting of evaporator, Compressor, condenser and throttle, with the condenser in a hot water tank is arranged, from which a consumer is fed.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-PS 954 818 bekannt. Dort ist beschrieben, daß man die Verlustwärme einer elektrischen Maschine oder eines Gerätes dadurch einem Verbraucher zuführt, daß der Verdampfer eines Wärmepumpenkreises in unmittelbaren Kontakt mit dem flüssigen PrimärkEhlmittel der Maschine gebracht wird. Das Kühlmittel des Wärmepumpenkreises nimmt somit durch den Verdampfer die Verlustwärme der Maschine auf und wird über den Verdichter zu einem Kondensator geleitet, der in einem Warmwasserspeicher angeordnet ist, so daß durch die Abgabe der Verdampfungs- und Kompressionswärme der Warmwasserspeicher aufgeheizt und zur Versorgung von Verbrauchern ausgenutzt werden kann. Hier sind aber besondere Steuerungs- und Anpassungsmaßnahmen des Wärmepumpenkreises an die Ausbildung des InnenkUhikreises der elektrischen Maschine erforderlich, weil der Verdampfer in unmittelbarem Kontakt zum Primärkühlmittel steht.Such an arrangement is known from DE-PS 954 818. There is described that the heat loss from an electrical machine or device thereby a consumer supplies that the evaporator of a heat pump circuit in direct contact with the liquid primary coolant of the machine. The coolant of the heat pump circuit thus absorbs the heat loss through the evaporator of the machine and is passed through the compressor to a condenser, the is arranged in a hot water storage tank, so that by releasing the evaporation and compression heat of the hot water storage tank and for supplying consumers can be exploited. However, there are special control and adaptation measures here of the heat pump circuit to the formation of the internal cooling circuit of the electrical machine required because the evaporator is in direct contact with the primary coolant stands.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Versorgung eines Verbrauchers mit Warmwasser unter Ausnutzung der Verlustwärme der elektrischen Maschine zu ermöglichen und gleichzeitig die Kühlung, der Maschine zu intensivieren.The present invention is based on the object of the supply of a consumer with hot water under utilization the heat loss to enable the electrical machine and at the same time the cooling of the machine to intensify.

Zur Lösung dieser Aufgabe durchfließt bei einer Anordnung zur KUhlung einer gas- oder flüssigkeitsgekhhlten elektrischen Maschine der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung das Primärkühlmittel des Innenkühlkreises zur Rückkühlung ein in einem wärmeisolierten Kirh1mSttelspeicher angeordnetes Rohrsystem und wird dann in den Innenraum der Maschine zurückgefördert, und im KUhlmittelspeicher liegt der Verdampfer des Wärmepumpenkreises. Es wird also ein wärmeisolierter Kuhlmittelspeicher zwischen den Innenühlkreis der Maschine und den Wärmepumpenkreis geschaltet, dessen Flüssigkeitsmenge von dem Verdampfer auf ein niedriges Temperaturniveau gebracht wird. Dieses wird auch auf das Primärkühlmittel übertragen, so daß sich die Wärmeaufnahmefähigkeit des Primärkuhlmittels verbessert und die Kühlung der elektrischen Maschine intensiviert. Sie kann daher besser ausgenutzt werden, da die abzugebende Verlustleistung vergrößert werden kann. Weiterhin ergibt die große KUhIkapazität des zwischen Innenkiihlkreis und Wärmepumpenkreis geschalteten Kühlmittelspeichers den Vorteil, daß kurzfristige stärkere Erwärmungen der Maschine in Zeiten von Belastungsspitzen, die zu hohen thermischen Stoßbeanspruchungen führen, aufgenommen werden können, ohne daß der Wärmepumpenkreis überlastet wird, da sich das Medium des KUhlmittelspeichers erst mit einer seiner Kapazität entsprechenden Verzögerung erwärmt. Andererseits kann auch aufgrund des Vorhandenseins des Kühlhittelspeichers der Wärmepumpenkreis von vornherein geringer ausgelegt werden oder nur für zeitweiligen Betrieb vorgesehen sein, ohne daß darunter die ständige Rückkühlung des PrimärkUhlmittels während des Betriebes der elektrischen Maschine leidet.To solve this problem flows through in an arrangement for cooling a gas- or liquid-cooled electrical machine of the type described at the beginning Kind according to the invention, the primary coolant of the internal cooling circuit for recooling a pipe system arranged in a thermally insulated Kirh1mSttelspeicher and becomes then fed back into the interior of the machine, and lies in the coolant reservoir the evaporator of the heat pump circuit. So it becomes a heat-insulated coolant reservoir connected between the internal cooling circuit of the machine and the heat pump circuit, its Amount of liquid brought from the evaporator to a low temperature level will. This is also transferred to the primary coolant, so that the heat absorption capacity the primary coolant improved and the cooling of the electrical machine intensified. It can therefore be better utilized, since the power loss to be dissipated increases can be. Furthermore, the large cooling capacity results in the between the inner cooling circuit and heat pump circuit switched coolant storage has the advantage that short-term greater heating of the machine in times of load peaks that are too high thermal shock loads, can be absorbed without the Heat pump circuit is overloaded because the medium of the coolant storage is only heated with a delay corresponding to its capacity. On the other hand, can also due to the presence of the coolant storage the heat pump circuit of be designed lower in the beginning or only intended for temporary operation without the constant recooling of the primary coolant during the Electrical machine operation suffers.

Die vom Medium des Kühlmittel speichers aufgenommene Verlustwärme wird diesem durch den Verdampfer des Wärmepumpenkreises entzogen und über den Verdichter dem Kondensator im Warmwasserspeicher zugeleitet. Es wird dabei vom Verdichter auf das für die Speisung des Verbrauchers erforderliche Temperaturniveau gehoben. Da im Warmwasserspeicher geschlossene Behälter mit einem Schmelzmedium angeordnet sind, kann dieser wegen der Nutzung der Schmelzwärme bei gleichbleibender Speichertemperatur eine große Wärmeenergie aufnehmen. Die Temperatur des Warmwassers im Speicher erhöht sich erst, wenn sämtliches Schmelzmedium geschmolzen ist. Durch den Verbrauch des warmen Wassers und den Zulauf kalten Wassers in den Warmwasserspeicher wird die Temperatur des Warmwassers trotz der ständigen Wärme zufuhr durch den Wärmepumpenkreis auf dem nahezu konstanten gewünschten Niveau gehalten.The heat loss absorbed by the medium of the coolant reservoir is withdrawn from this by the evaporator of the heat pump circuit and via the compressor fed to the condenser in the hot water tank. It is opened by the compressor the temperature level required to feed the consumer is raised. There closed containers with a melting medium are arranged in the hot water storage tank, can this because of the use of the heat of fusion with constant storage temperature absorb a large amount of heat energy. The temperature of the hot water in the storage tank increases only when all of the melting medium has melted. By consuming the warm water and the supply of cold water to the hot water tank Temperature of the hot water despite the constant supply of heat from the heat pump circuit kept at the almost constant desired level.

Es empfiehlt sich, einen Kühler zur RUckkUhlung des Warmwassers aus dem Warmwasserspeicher vorzusehen, damit bei einer kurzfristig auftretenden Uberschußw§:me diese abgeführt werden kann. Zur Vergrößerung der Kühlkapazität des Kühlmittelspeiehers ist es weiterhin vorteilhaft, auch in diesem geschlossene Behälter raitt einem Schmelzmedium anzuordnen.It is advisable to use a cooler to cool down the hot water to be provided in the hot water storage tank so that in the event of a short-term excess water: me this can be discharged. To increase the cooling capacity of the coolant reservoir It is also advantageous to have a melting medium in this closed container to arrange.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following the invention is still based on the in the figure schematically illustrated embodiment explained in more detail.

Die elektrische Maschine 1 besitzt den durch Pfeile angedeuteten InnenkWhlkreis 2, dessen Primärkühmittel, z. B. Wasser, in geschlossenem Kreislauf umläuft, wobei zu seiner Förderung die Pumpe 3 vorgesehen sein kann.The electrical machine 1 has the internal cooling circuit indicated by arrows 2, whose primary coolant, e.g. B. water, circulating in a closed circuit, wherein the pump 3 can be provided for its promotion.

Zur Rückkühlung durchläuft das Primärkühimittel das Rohrsystem 4, das in einem wärmeisolierten Kühlmittelspeicher 5 untenliegend angeordnet ist. Dieser Kühlmitteispeicher 5 ist von Wasser gefüllt, das mit einem Frostschutzmittel versetzt ist. Er enthält außerdem geschlossene behälter 6 mit einem Schmelzmedium, z. B. Wasser. Obenliegend ist in dem Kühlmittelsp.icher 5 der Verdampfer 7 eines Wärmepumpenkreises 8 angeordnet. Dieser nimmt die von dem Primärkühmittel auf das Medium des Kühlmittelspeichers übertragene VerlustwZrme der elektrischen Maschine durch Verdampfen des KUhlmediums im Wärmepumpenkreis 8 auf.For recooling, the primary cooling means runs through the pipe system 4, which is arranged below in a heat-insulated coolant reservoir 5. This Coolant storage 5 is filled with water containing an antifreeze is offset. It also contains closed containers 6 with a melting medium, z. B. water. At the top, the evaporator 7 is one in the coolant reservoir 5 Heat pump circuit 8 arranged. This takes the from the primary coolant to the Loss heat of the electrical machine transferred to the medium of the coolant reservoir by evaporation of the cooling medium in the heat pump circuit 8.

Durch die besondere Anordnung des Rohrsystems 4 und des Verdampfers7 im ühImittelspeicher 5 entsteht in diesem eine natürliche Umwälzströmung des Kühlmediums, so daß der Wärmeübergang verbessert ist.Due to the special arrangement of the pipe system 4 and the evaporator 7 A natural circulating flow of the cooling medium is created in the coolant reservoir 5, so that the heat transfer is improved.

Das im Verdampfer 7 verdampfte Kühlmedium des Wärmepumpenkreises 8 wird von dem Verdichter 9 angesaugt, komprimiert und dadurch auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Es durchfließt dann den Eondensator 10, der in dem wärmeisolierten Warmwasserspeicher 11 angeordnet ist. Dort wird dem Kühlmedium des Wärmepumpenkreises 8 durch Kondensation seine Wärme entzogen und es wird wieder verflüssigt über die Drossel 12 dem Verdampfer 7 zugeführt. Im wärmeisolierten Warmwasserspeicher 11 sind außerdem geschlossene Behälter 13 mit einem Schmelzmedium angeordnet, z. B. Paraffin. Diese erhöhen wesentlich die Wärmekapazität des Warmwasserspeichers 11, so daß dieser unter Nutzung der Schmelzwärme bei gleichbleibender Speichertemperatur eine große Wärmeenergie aufnehmen kann. Die Speichertemperatur kann außerdem durch Zufluß von kaltem Wasser über die Leitung 14 geregelt werden. Das auf dem gewünschten Temperaturniveau befindliche Warmwasser wird dem Verbraucher über die Leitung 15 zugeführt.The cooling medium of the heat pump circuit 8 that has evaporated in the evaporator 7 is sucked in by the compressor 9, compressed and thereby to a higher temperature level brought. It then flows through the condenser 10 in the thermally insulated hot water tank 11 is arranged. There is the cooling medium of the heat pump circuit 8 by condensation its heat is withdrawn and it is liquefied again via the throttle 12 to the evaporator 7 supplied. In the thermally insulated hot water tank 11 are also closed Container 13 arranged with a melting medium, e.g. B. paraffin. These increase significantly the heat capacity of the hot water tank 11, so that it uses the heat of fusion can absorb a large amount of thermal energy at a constant storage temperature. The storage tank temperature can also be adjusted by the inflow of cold water through the pipe 14 are regulated. The hot water at the desired temperature level is fed to the consumer via line 15.

Bei sehr großem Warmwasserverbrauch sinkt die Temperatur des Warmwassers ab, sobald das Schmelzmedium in den Behältern 13 des Warmwasserspeichers 11 völlig erstarrt ist.If the hot water consumption is very high, the temperature of the hot water drops from as soon as the melting medium in the containers 13 of the hot water tank 11 is completely has frozen.

Der Wärmepumpenkreis 8 benötigt dann weniger Energie zur Kühlung des KUhXmittelspeichers 5.The heat pump circuit 8 then requires less energy to cool the KUhXmittelspeicher 5.

Wird durch eine stoßartige überlastung der elektrischen Maschine 1 trotz der Ausgleichswirkung des Kilhlmittelspeichers 5 dem Warmwasserspeicher 11 iiber den Wärmepumpenkreis 8 eine zu große Wärmemenge zugeführt, die zu einem unzulässig hohen Ansteigen der Temperatur des Warmwassers führen.würde, so wird über ein thermostatisch gesteuertes Ventil 16 oder eine Wasserpumpe ein Teil des Warmwassers des Warmwasserspeichers 11 abgezogen und dem Kühler 17 zugeführt, wo ihm durch einen nicht dargestellten Außenkreis Wärme entzogen wird. Das abgekühlte Wasser wird dann wieder dem Warmwasserspeicher 11 zugeleitet.If the electrical machine 1 despite the balancing effect of the coolant reservoir 5, the hot water reservoir 11 Too large an amount of heat is supplied via the heat pump circuit 8, which is inadmissible high rise in the temperature of the hot water would result in a thermostatic controlled valve 16 or a water pump part of the hot water of the hot water tank 11 withdrawn and fed to the cooler 17, where it is through a not shown Heat is withdrawn from the outer circuit. The cooled water is then returned to the hot water storage tank 11 forwarded.

1 Figur 5 Anspruche L e e r s e i t e1 Figure 5 claims L e r s e i t e

Claims (5)

Patentansprüche Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine, deren PrimärkUhlmittel des Innenkühlkreises in unmittelbarem oder mittelbarem Wärmeaustausch mit dem Verdampfer eines geschlossenen Wärmepumpenkreises steht, bestehend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel, wobei der Kondensator in einem Warmwasserspeicher angeordnet ist, aus dem ein Verbraucher gespeist wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das PrimärkUhlmittel des Innenkthlkreises (2) zur Rückkhhlung ein in einem wärmeisolierten Ktihlmittelspeicher (5) angeordnetes Rohrsystem (4) durchfließt und dann in den Innenraum der Maschine (1) zurUckgefördert wird, daß in dem Kühlmittelspeicher (5) der Verdampfer (7) des Wärmepumpenkreises (8) liegt und daß in dem wärmeisolierten Warmwasserspeicher (11) geschlossene Behälter (13) mit einem Schmelzmedium angeordnet sind. Arrangement for cooling a gas or liquid-cooled electrical machine, whose primary coolant of the internal cooling circuit is in direct or indirect heat exchange with the evaporator of a closed heat pump circuit stands, consisting of evaporator, compressor, condenser and throttle, whereby the Condenser is arranged in a hot water tank, from which a consumer is fed, that is, that the primary coolant is not indicated of the inner cooling circuit (2) in a heat-insulated coolant storage for cooling back (5) arranged pipe system (4) flows through and then into the interior of the machine (1) is fed back that in the coolant reservoir (5) of the evaporator (7) of the Heat pump circuit (8) and that in the heat-insulated hot water tank (11) closed containers (13) are arranged with a melting medium. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß innerhalb des Kishlmittelspeichers (5) geschlossene Behälter (6) mit einem Schmelzmedium angeordnet sind.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 refrigerant reservoir (5) closed container (6) with a melting medium are arranged. 3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein Kühler (17) zur Rückkiihlüng des Warmwassers aus dem Warmwasserspeicher (11) vorgesehen ist. 3. 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 a cooler (17) for Rückkiihlüng the hot water from the hot water tank (11) is provided. 4. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Kühlmittelspeicher (5) mit Wasser mit Frostschutzmittel gefüllt ist.4. 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 the coolant reservoir (5) is filled with water with antifreeze is. 5. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß im Kühlmittelspeicher (5) das Rohrsystem (4) für das Primärkuhlmittel unten- und der Verdampfer (7) obenliegend angeordnet ist.5. 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 in the coolant reservoir (5) the pipe system (4) for the primary coolant at the bottom and the evaporator (7) is arranged at the top.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1162718A2 (en) * 2000-06-05 2001-12-12 Tai-Her Yang Air cooler device of rotational electrical machine
WO2005004179A1 (en) * 2003-07-07 2005-01-13 Rafic Chehouri Method of cooling an oil immersed electrical machine using a heat pump

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