DE3103508C2

DE3103508C2 - Flüssigkeitsgekühlter Elektromotor, insbesondere als Verdichterantrieb für Wärmepumpen

Info

Publication number: DE3103508C2
Application number: DE3103508A
Authority: DE
Inventors: Klaus 3410 Northeim Brocks; Peter Dr.-Ing. 3353 Bad Gandersheim Voss
Original assignee: Individual
Current assignee: Brocks Klaus 3410 Northeim De Voss Peter Dr-
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1986-05-07
Also published as: DE3103508A1

Abstract

Bei einem elektromotorischen Antrieb, insbesondere einem Verdichterantrieb für Wärmepumpen, ist wenigstens der die Statorwicklung enthaltende abgedichtete Gehäuseinnenraum mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt und mit zugehörigen Einlässen und einem Auslaß in einen Umwälzkreislauf für die Wärmeträgerflüssigkeit eingeschaltet. In einem von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmten Gehäuseendbereich mit dem Flüssigkeitsauslaß ist ein Wärmetauscher angeordnet, der in einen äußeren Wärmekreislauf eingeschaltet ist. Die im Antrieb erzeugte Wärme wird auf diese Weise unmittelbar über die Wärmeträgerflüssigkeit abgeführt und dem Wärmetauscher zugeführt, so daß diese Abwärme unmittelbar in einen äußeren Wärmekreislauf übertragen werden kann, z.B. in den Kreislauf einer Wärmepumpe. Der Wärmetauscher ist zweckmäßig als ein in einem Gehäusedeckel angeordnetes spiralförmig gewundenes Wärmetauschrohr ausgebildet und Einlaß und Auslaß dieses Wärmetauschrohrs sind derart angeordnet, daß das Wärmetauschrohr radial von der Wärmeträgerflüssigkeit angeströmt wird und dadurch im Gegenstrom wirkt.

Description

von der Funktion hinsichtlich der Wärmeabfuhr und des Wärmetausches her ist es von Vorteil, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Wärmetauscher in einem Gehäusedeckel mit Einlaß am Umfang und zentral gelegenem Auslaß angeordnet ist und der Auslaß für die Wärmeträgerflüssigkeit ebenfalls zentral gelegen im Gehäusedeckel angeordnet ist Der Wärmetauscher kann entweder als Platte oder als RohrschJangs ausgebildet sein. Durch die Zuordnung der beiden Auslässe von Wärmetauscher und Wärmeträgerflüssigkeit im zentraien Bereich des Gehäusedeckels wird erreicht, daß der Wärmetauscher radial von der Wärmeträgerflüssigkeit angeströmt wird und wie ein Gegenstromapparat wirkt Baulich läßt sich sowohl der Wärmetauscher als auch der Auslaß für die Wärmeträgerflüssigkeit besonders günstig im Gehäusedeckel anordnen, ohne die übliche Gehäuseform verlassen zu müssen. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Wärmetauscher als ein im Gehäusedeckel angeordnetes spiralförmig gewundenes Wärmetauschrohr ausgebildet ist Diese Ausbildung fördert ganz besonders das radiale Anströmen und die Gegenstrom/unktion, und es kommt diese Bauform zugleich der Gehäusegestaltung im Innern des Deckels besonders entgegen, und zwar insbesondere für Elektromotore mit Trennhaube.

Eine besonders zweckmäßige Bauform, die für Elektromotore mit Trennhaube oder Spaltrohr besonders geeignet ist, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß der im wesentlichen zylindrische und die Statorwicklung tragende Gehäusehauptteil jeweils über eine Profildichtung mit dem Gehäuseboden einerseits, insbesondere dem Rotorflansch, und mit dem Gehäusedecke! andererseits gegenüber der Wärmeträgerflüssigkeit abgedichtet lösbar verbunden ist und daß im zum Gehäuseboden gelegenen Umfangsbereich des Gehäusehauptteils auf dem Umfang verteilt Einlasse für die Wärmeträgerflüssigkeit angeordnet sind. Hierdurch wird eine Baueinheit aus Gehäusedeckel, Gehäusehauptteil unu Statorwicklung erzielt, die leicht montiert und demontiert werden kann und als solche Baueinheit auf das übrige Rotorsystem, insbesondere die Trennhaube oder das Spaltrohr, aufgeschoben und mit dem Gehäuseboden, insbesondere dem Rotorflansch, lösbar verbunden werden kann. Hierbei lassen sich die für die Wärmetransport- und Wärmetauschfunktion erforderlichen Anordnung und Flüssigkeitsverläufe besonders günstig gestalten, wie sie vorstehend im einzelnen beschrieben sind.

Aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung ergeben sich weitere Einzelheiten.

Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt einen flüssigkeitsgekühlten Elektromotor für einen Verdichter, wie er bei Wärmepumpen eingesetzt wird, wobei der Elektromotor als Trennhaubenmotor ausgebildet ist.

Bei dem dargestellten Elektromotor trägt der in üblicher Weise ausgebildete zylindrische Gehäusehauptteil 1 als Statorgehäuse die Statorwicklung 2 mit dem Feldpaket 11. Dieser Gehäusehauptteil 1 ist an seiner einen Stirnfläche über eine geeignete Profildichtung 3 gegen den Flansch 4 zwischen der Trennhaube 12 und dem Lagerflansch 13 für den Rotor 17 gegenüber der noch zu beschreibenden Wärmeträgerflüssigkeit abgedichtet angeschlossen. Im F? M des Verdichterantriebs stellt der Lagerflansch 13 den Gehäuseboden gegenüber dem Kurbelraum des Verdichters dar.

Die andere Stirnfläche des den Stator 2,11 tragenden Gehäusehauptteils 1 ist über eine weitere Profildichtung 5 abgedichtet mit einem Gehäusedecke! 6 gegenüber der Wärmeträgerflüssigkeit dicht verbunden. Diese Verbindungen sind lösbar gestaltet z. B. mit Hilfe geeigneter Schraubbolzen la.

Der so zwischen der Trennhaube 12 und dem Gehäuse 1,4,13 und 6 gebildete, die Statorwicklung 2 mit dem Feldpaket 11 enthaltende Gehäuseinnenraum 14 ist mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt wie durch die Punktierungen im Gehäuseinnenraum 14 wiedergege-

to ben ist In dem Lagerflansch 13 zugewandten Gehäuseendbereich sind im Gehäusehauptteil 1 auf dem Umfang verteilt Einlasse 15 für die Wärmeträgerflüssigkeit vorgesehen. Der Gehäusedeckel 6 trägt zentral gelegen einen Auslaßstutzen 10 für diese Wärmeträgerflüssigkeit Die Einlasse 15 und der Auslaß 10 sind, wie die Zeichnung zeigt an einen Umwälzkreislauf mit einer Umwälzpumpe 16 angeschlossen, so daß also der Gehäuseinnenraum 14 in diesen Umwälzkreislauf für die Wärmeträgerflüssigkeit eingeschalte* ist

Der Gehäusedecke! 6 trägt innen turner einen Wärmetauscher in Gestalt eines Rohrs 7 aus einem hochwärmeleitfähigen Material, insbesondere aus Metall, welches Wärmetauscherrohr 7 derart spiralförmig geführt ist, daß es am Umfang des Gehäusedeckels 6 zu einem Einlaß 8 und unmittelbar neben dem Auslaßstutzen 10 für die Wärmeträgerflüssigkeit zu einem zentral gelegenen Auslaß 9 geführt ist Dieses Wärmetauscherrohr 7 ist in einen äußeren Wärmekrei^lauf eingeschaltet z. B. in den Heizwasserkreislauf einer äußeren Wärmepumpe. Der Wärmetauscher, der auch z. B. plattenförmig ausgebildet sein kann, ist somit unmittelbar von einem Wärmeträgermedium einer Wärmenutzungsanlage durchströmt. Durch die besondere Anordnung und Ausgestaltung des Wärmetauschers 7, insbesondere durch die Spiralform und die Lage des Einlasses und des Auslasses, wird dieser Wärmetauscher 7 von der Wärmeträgerflüssigkeit radial angeströmt und wirk* somit wie ein Gegenstromapparat

Die Wärmeträgerflüssigkeit ist zweckmäßig ein Trägerol, das derart ausgewählt wird, daß es die Wicklungen des Elektromotors und insbesondere die Lackierungen der Wicklungen und der Feldpakeie nicht angreift.

Die Zeichnung zeigt lediglich ein Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einem Trennhaubenmotor. Die durch die Erfindung geschaffene Anordnung kann jedoch mit gleichem Erfolg bei Spaltrohrmotoren wie auch bei anderen Elektromotoren eingesetzt werden, bei denen dann der jeweils von den Wicklungen und deren Bauteilen eingenommene Gehäuseinnenraum von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt wird. Die Zeichnung macht auch deutlich, daß handelsübliche Motor- r~d Gehäuseformen mit den zur Verwirklichung der Erfindung erforderlichen Teilen und Anschlüssen ausgerüstet werden Lönnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 ring ist Bei einem anderen bekannten flüssigkeitsge- Patentansprüche: kühlten Elektromotor (GB 10 77 485) wird zwar der Gehäuseinnenraum von einer Wärmeträgerflüssigkeit

1. Flüssigkeitsgekühlter Elektromotor, insbeson- durchströmt, und es sind dazu Einlasse und Auslässe dere als Verdichterantrieb für Wärmepumpen, mit in 5 vorgesehen. Es dient jedoch diese bekannte Anordnung einem Gehäuse angeordneter Statorwicklung und ausschließlich der Kühlung der Statorwicklung, es fehlt mit einem, eine Wärmeträgerflüssigkeit enthalten- jede weitere Wärmetauschfunktion und insbesondere den Gehäuseinnenraum, der einen Flüssigkeitseinlaß jede Abwärmenutzung. Entsprechendes gilt auch für die an einem Gehäuseendbereich und einen Flüssig- dreistufige Kühlung eines Elektromotors nach einer ankeitsauslaß am entgegengesetzten Gehäuseendbe- io deren bekannten Anordnung (DE-GM 17 16 375).
reich besitzt, dadurch gekennzeichnet, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flüsdaß der gegen den Rotor (17) abgedichtete Gehäu- sigkeitsgekühlten Elektromotor der eingangs angegeseinnenraum (14) die Statorwicklung (2) enthält, daß benen Art, und zwar insbesondere einen Verdichteranüber den Flüssigkeitsein- und Auslaß (15, 10) die trieb für Wärmepumpen, zu schaffen, mit dem die Ab-Wärmeträgerflüssigkeit des Gehäuseinnenraums 15 wärme der Wicklung und Wicklungsbauteile direkt, also (14) in einen Umwälzkreislauf eingeschaltet ist und ohne Wärmeleitung und damit entstehendes Wärmegedaß in dem den Flüssigkeitsauslaß (10) enthaltenden fälle, für das jeweils angeschlossene System genutzt und von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmten werden kann.

Gehäuseendbereich (x) ein in einen äußeren Wärme- Dies wird nach der Erfindung durch die kennzeich-

kreislauf fCr die Wärmerückgewinnung eingeschal- 20 nenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht Durch die-

teter Wärmetauscher (7) angeordnet ist se Maßnahmen ist es möglich, die Abwärme des Wick-

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch ge- lungssystems nahezu auf dem Erzeugungsniveau über kennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7) in einem den Wärmetauscher dem jeweiligen äußeren Wärme-Gehäusedeckel (6) mit Einlaß (8) am Umfang und kreislauf zuzuführen, und zwar ähnlich einem ohmschen zentral gelegenem Auslaß (9) angeordnet ist und der 25 Heizkörper in einer zu erwärmenden Flüssigkeit Es hat Auslaß (10) für die Wärmeträgarflüssigkeit ebenfalls sich gezeigt, daß durch die Erfindung das Wärmegefälle zentral gelegen im Gehäusedeckel (6) angeordnet zum Nutzungsniveau auf 3 K reduziert werden kann, ist Durch diese unmittelbare und höchst wirksame Wärme-

3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch ge- abfuhr lassen sich niedrige Wicklungstemperaturen erkennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7) als ein im 30 zielen, die zu eine? höheren magnetischen Ausnutzung Gehäusedeckel (6) angeordnetes spiralförmig ge- des Stators führen. Ferner führt die hohe Wärmeabfuhr wundenes Wärmetauschrohr ujsgebildet ist dazu, daß die Induktionswärmen an den Bauteilen des

4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Wicklungssystems, insbesondere am Spaltrohr oder an dadurch gekennzeichnet, daß /*r im wesentlichen der Trennhaube, nicht zu zusätzlicher Wärmeentwickzylindrische und die Statorwicklung (2,11) tragende 35 lung an den Wicklungen selbst führen, da sie von der Gehäusehauptteii (1) jeweils über eine Profiidich- Wärmeträgerfiüssigkeit, aiso dem Wärmeträgeröi, ditung (3,5) mit dem Gehäuseboden (4,13) einerseits rekt abgeführt werden. Ein Feuchtigkeitsschluß an den und mit dem Gehäusedeckel (6) andererseits gegen- Wicklungen kann durch ein hermetisch geschlossenes Ober der Wärmeträgerflüssigkeit abgedichtet lösbar System unter ölabtauchung sicher ausgeschlossen werverbunden ist und daß im zum Gehäuseboden (4,13) 40 den. Schließlich führt die gesteigerte Wärmeabfuhr gelegenen Umfangsbereich des Gehäusehauptteils auch dazu, daß das Wärmeniveau des Rotors niedrig (1) auf dem Umfang verteilt Einlasse (15) für die gehalten und damit der Verschleiß am Rotorlager her-Wärmeträgerflüssigkeit angeordnet sind. abgesetzt werden kann. Alle diese Vorteile werden stets

in Verbindung mit einer hochwirksamen unmittelbaren

45 Wärmeübertragung an den äußeren Wärmekreislauf

über den Wärmetauscher erzielt, so daß sich die geschilderten Vorteile für die Kühlung des Motors selbst ver-

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsge- binden mit einer außerordentlich wirksamen Ausnut-

kühlten Elektromotor, insbesondere als Verdichteran- zung der Abwärme für angeschlossene Wärmekreisläu-

trieb für Wärmepumpen, nach dem Oberbegriff des An- 50 fe. Im Fall eines Verdichterantriebs für Wärmepumpen

Spruchs 1. wird somit die Abwärme des Antriebs unmittelbar in

Es ist ein Elektromotor der vorgenannten Art be- den Kreislauf der Wärmepumpe eingeführt. So kann der

kannt (DE-OS 28 33 661), der als Verdichterantrieb für Wärmetauscher von einem Heizwasser durchflossen

Wärmepumpen dient und bei dem die entstehende Ver- werden, dem die Abwärme des Antriebs mit hohem

lustwärme durch Wärmetausch zur Verbesserung des 55 Wirkungsgrad zugeführt wird. Der Elektromotor wird

thermischen Wirkungsgrads benutzt wird. Bei diesem somit über den Wärmetauscher unmittelbar vom jewei-

bekannten Elektromotor ist ein äußeres, gesondertes !igen Wärmeträgermedium einer Wärmenutzungsanla-

mantelartiges Gehäuse vorgesehen, das einen gesonder- ge durchströmt. Die Erfindung läßt sich auf einfache

ten äußeren Wärmeträger führt. Bei einer derartigen Weise derart verwirklichen, daß serienmäßige Gehäuse

Anordnung ist jedoch die Wärmetauschfunktion noch 60 für derartige Elektromotore weiter verwendet werden

unzureichend. Es erfolgt zunächst ein Wärmetausch an und keine speziellen neuen Gehäuse entwickelt werden

das die Statorwicklung enthaltende Gehäuse und da- müssen, auch eine nachträgliche Ausrüstung solcher

nach ein weiterer Wärmetausch an den äußeren War- Motore wird wesentlich erleichtert. Als Wärmeträger-

meträger. Die Ausnutzung der Abwärme der Wicklung flüssigkeit kommt insbesondere ein Trägeröl zum Ein-

und der Wicklungsbauteile ist also nur durch zusätzliche 65 satz, das die Wicklungen und Wicklungsbauteile in kei-

Wärmeleitung und durch ein damit entstehendes War- ner Weise angreift und insbesondere die herkömmli-

megefälle möglich, so daß der Wirkungsgrad der War- chen Isolierlacke nicht nachteilig beeinflußt,

metauschfunktion und damit der Abwärmenutzung ge- Sowohl von der Konstruktion als auch insbesondere