DE3307537A1

DE3307537A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der kuehllufttemperatur einer durch einen kuehlluftstrom gekuehlten druckluftversorgungseinheit, vorzugsweise der vermeidung des einfrierens von kompressorteilen der druckluftversorgungseinheit, insbesondere fuer hochspannungsleistungsschalter

Info

Publication number: DE3307537A1
Application number: DE19833307537
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. 3501 Niestetal Karrenbauer; Günter 3500 Kassel Mittelbach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1984-09-06
Also published as: FR2542111A1

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sl/ge

Theodor-Stern-Kai 1. KS 83/01

D-6000 Frankfurt 70

"Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Kühllufttemperatur einer durch einen Kühlluftstrom gekühlten Druckluftversorgungseinheit, vorzugsweise zur Vermeidung des Einfrierens von Kompressorteilen der Druckluftversorgungseinheit, insbesondere für Hochspannungsleistungsschalter"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Kompressoren von Druckversorgungseinheiten, insbesondere für Hoch-Spannungsschalter, sind im allgemeinen für den Betrieb bei Temperaturen ausgelegt, die oberhalb des Gefrierpunktes liegen. Die Kühlung der Kompressoren richtet sich nach der höchsten Umgebungstemperatur und ist so dimensioniert, daß unter diesen Bedingungen in keinem Bereich des Kompressors die zulässigen Grenztemperaturen überschritten werden. Dies bedingt, daß sich während des Kompressorlaufes vor allem an den Kühlern nur geringe Übertemperaturen einstellen.

Von den üblichen Einsatzbedingungen abweichende Verhältnisse liegen dann vor, wenn die Kompressoren, wie z.B. bei ;or Druckluftversorgung von Hochspannungs-LeistungKBchaltern, bei Freiluftbedingungen ent-

- 2 BAÖ ORIGINAL COPY

KS 83/01

-är-

sprechenden Umgebungstemperaturen ausgesetzt werden, wobei der Gefrierpunkt zum Teil beträchtlich unterschritten werden kann. Vielfach reichen die sich während des Kompressorverlaufes einstellenden Übertemperaturen dann nicht aus, um zu verhindern, daß an Teilen des Kompressors, insbesondere an den Kühlern bei entsprechend niedrigen Umgebungstemperaturen der Gefrierpunkt unterschritten wird. Die Folge ist, daß sich in diesen Bereichen ein Niederschlag von Eis an den Wandungen bildet. Bleibt die Umgebungstemperatur längere Zeit unterhalb des Gefrierpunktes, so wird die Eisschicht wachsen bis die verfügbaren Querschnitte zugefrore» sind, und der Kompressor damit ausfällt.

Zur Vermeidung dieses Problems ist es z.B. bekannt, durch Thermostate elektrisch gesteuerte Heizwiderstände für die Kompressoren vorzusehen. Derartige Heizungen können zwar so bemessen werden, daß die Temperatur in weiten Bereichen eines Kompressors bei Stillstand des Kompressors über dem Gefrierpunkt gehalten wird. Vielfach sind jedoch die im Kühlluftstrom angeordneten Kühler thermisch nur schwach mit dem Kompressor gekoppelt, so daß auch bei einer derartigen Heizung die Temperatur an den Kühlern den Gefrierpunkt bei tiefen Umgebungstemperaturen unterschreiten kann. Eine Erhöhung der Heizleistung zur Anhebung der Kuhlertemperatur würde in diesen Fällen zu einer Überhitzung von anderen Teilen des Kompressors führen.

Die beschriebene Grundheizung ist grundsätzlich jedoch nicht in der Lage, die dem intensiven, kalten Luftstrom ausgesetzten Kühler auch während des Kompressorlaufs über dem Gefrierpunkt zu halten. Es werden deshalb elektrische Heizungen der Kühler selbst vorgesehen. Ein Problem besteht hierbei darin, daß der Aufbau der Heizeinrichtung so ausgeführt werden muß, daß die Kühlung bei hohen Umgebungstemperaturen wenig beeinträchtigt wird.

Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, den Kühlluftstrom durch eine thermostatisch gesteuerte Jalousie bei niedrigen Umgebungstemperaturen

KS 83/01

■-(,■

zunehmend zu drosseln und dadurch die Kühllufttemperatur auf einem bestimmten Niveau zu halten. Bei dieser Lösung läßt es sich kaum vermeiden, daß Teile des Kompressors überhitzt werden, da der Kühlluftstrom mit abnehmender Umgebungstemperatur immer stärker vermindert )5 wird. Dies hängt damit zusammen, daß die Kühlluft nicht nur für die bei abnehmenden Umgebungstemperaturen einzuschränkende Kühlung der Kühler, sondern auch für die Kühlung der Zylinder selbst erforderlich ist. Wird nun der Kühlluftstrom reduziert, so wird zwar erreicht, daß die Temperatur der Kühler bestimmte Grenzwerte nicht unterschreitet.

Vielfach wird jedoch die Temperatur der Zylinder wegen des verminderten Kühlluftstromes unzulässig ansteigen. Ein beträchtlicher Nachteil dieser Lösung ist ferner, daß auf Grund des variablen Kühlluftstromes eine Regelung nach der Kühllufttemperatur nicht in Frage kommt. Es ist vielmehr nur eine Steuerung nach der Umgebungstemperatur möglich, wobei ganz bestimmte Charakteristiken der Öffnungsquerschnitte der Jalousie in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur notwendig sind. Diese Charktaristiken müssen außerdem auf die einzelnen Kompressortypen abgestimmt werden. Die tatsächlichen thermischen Verhältnisse im Kompressor haben, wenn die Charakteristik einmal eingestellt ist, keinen Einfluß mehr. Auch deshalb ist die Gefahr einer Überhitzung von Kompressorteilen bei dieser Art der Kühlluftregelung sehr groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der KühlIufttemperatur einer durch einen Kühlluftstrom gekühlten Druckluftversorgungseinheit, vorzugsweise zur Vermeidung des Einfrierens von Kompressorteilen der Druckluftversorgungseinheit, insbesondere für Hochspannungsleistungsschalter, zu schaffen, durch das bei höheren Umgebungstemperaturen keine Beeinträchtigung der Kühlung des Kompressors erfolgt und durch das im Arbeitsbereich der Regelung lediglich die Temperatur des Kühlluftstromes geregelt wird, der Kühlluftstrom selbst jedoch unverändert bleibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale von Anspruch 1 gelöst.

copy

KS 83/01 -■4--

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Untersnsprächen 2 bis 7 beschrieben.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch O beansprucht.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind aus den Unteransprüchen 9 bis 11 ersichtlich.

4 -Ein Vorteil der Erfindung ist, neben einer ausreichenden Kühlung aller Kompressorteile in einem weiten Temperaturbereich, darin zu sehen, daß die Anforderungen an die Regelgenauigkeit gering sind. Daraus folgt eine hohe Zuverlässigkiet und ein einfacher Aufbau. Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise unabhängig vom Typ des Kompressors und damit universeil einsetzbar. Da die vom Kompressor selbst erzeugte Wärme zur Heizung genutzt wird, ergibt sich im Vergleich zu einer elektrischen Heizung mit der zugehörigen Steuerung und Überwachung ein geringerer Aufwand. Im Gegensatz zu der eingangs beschriebenen Lösung mit Jalousie ist eine einfache Temperaturregelung möglich.

In der Zeichnung ist als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Ein Kompressor 1 ist auf einer Grundplatte 2 mechanisch befestigt und wird durch eine Gehäusehaube 3 abgedeckt. Der den Kompressor 1 aufnehmende Raum wird durch eine Trennwand 10, beispielsweise eine Metallplatte, in zwei Teilräume unterteilt, von denen der zeichnerisch rechte Teilraum den Kompressor 1 enthält, während in dem links gezeichneten Teilraum ein temperaturabhängiges Element, beispielsweise ein Dehnstoff element 9 vorhanden ist. Das Dehnstoffelement 9 kann an der linken Stirnseite des Kompressors 1 befestigt sein.

KS 83/01

In der Grundplatte 2 sind eine Eintrittsöffnung 4 für die Kühll«ft und eine Austrittsöffnung 5 für die vom Kompressor 1 erwärmte Kühlluft vorgesehen. Die durch die Eintrittsöffnung 4 eintretende Kühlluft strömt an. dem Dehnstoffelement 9 vorbei, durch eine gestrichelt gezeichnete Öffnung 11 in der Trennwand 10 in den Kompressor I₁ durchströmt diesen und tritt als erwärmte Kühlluft aus dem Kompressor 1 bzw. aus der Austrittsöffnung 5 aus. Dieses ist der normale Betriebsfall für höhere Umgebungstemperaturen, beispielsweise oberhalb des Gefrierpunktes (unabhängig von dem Dehnstoffelement?9).

Unterhalb der Grundplatte 2 ist vor der Eintritts- und Austrittsöffnung . 4 bzw. 5 ein Gehäuse 12 beispielsweise an der Grundplatte 2 befestigt, das in der Nähe der Eintrittsöffnung 4 eine Einlaßöffnung 13 und in der Nähe der Austrittsöffnung 5 eine Auslaßöffnung 14 aufweist. In dem τοη dem Gehäuse 12 und der Grundplatte 2 begrenzten Raum ist eine Verschlußklappe 6 vorhanden, die mit einem Ende in die Eintrittsöffnung 4 hineinragt und mit ihrem anderen Ende um einen in unmittelbarer Nähe der Einlaßöffnung 13 befindlichen Drehpunkt drehbar gelagert ist. Die Verschlußklappe 6 ist über ein aus einem Hebel 7 und einer Stange 8 bestehenden Hebelgestänge mit dem Dehnstoffelement 9 verbunden.

Bei höheren Umgebungstemperaturen, z.B. oberhalb des Gefrierpunktes, die über einer vorgegebenen Temperatur des Dehnstoffelementes 9 liegen, befindet sich die Verschlußklappe 6 in der zeichnerisch dargestellten Stellung. Es ist somit eine Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 13 und der Eintrittsöffnung 4 hergestellt. Die Kühlluft tritt somit durch die beiden genannten Öffnungen in den linken Teilraum ein, durchquert in der oben beschriebenen Weise den Kompressor 1 und tritt durch die Austrittsöffnung 5 und die Auslaßöffnung 14 aus. Die Vorrichtung beeinträchtigt die Kühlung bei dieser Stellung der Verschlußklappe nicht.

Bei niedrigen Umgebungstemperaturen, beispielsweise unterhalb des Gefrierpunktes, d.h. wenn die vorgegebene Temperatur des Dehnstoff-

KS 83/01

elementes 9 unterschritten wird, beginnt die Verschlußklappe 6 sich unter der Wirkung des Dehnstoffelementes 9 in Pfeilrichtung zu bewegen. Die Eintrittsöffnung 4 steht dann teilweise über den entstehenden Spalt 15 mit der Austrittsöffnung 5 und teilweise mit der Einlaßöffnung 13 in Verbindung. Dadurch wird ein Teil der durch die Austrittsöffnung 5 strömenden aufgeheizten Kühlluft durch den von der Verschlußklappe 6 freigegebenen Spalt 15 angesaugt und der von außen durch die Einlaßöffnung 13 angesaugten Luft beigemischt, so daß z.B. eine Vereisung der Teile des Kompressors 1 verhindert wird. Die Verschlußklappe 6 stellt sich so ein, daß weitgehend unabhängig von der Umgebungstemperatur die Kühllufttemperatur die durch das gewölbte Dehnstoffelement 9 vorgegebene Temperatur nicht unterschreitet. Durch den Regeiungsvorgang werden die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung 13 bzw. 14 . für die Kühlluft nicht verändert.

Die Verschlußklappe 6 unterbricht in ihrer Endstellung die Verbindung zwischen der Einlaß- und der Eintrittsöffnung 13 und 4 vollständig. Die Eintrittsöffnung 4 steht dann nur noch mit der Austrittsöffnung 5 in Verbindung, d.h. dem Kompressor 1 wird nur noch seine erwärmte Kühlluft zugeführt. Dieser Betriebszustand ist von den äußeren Bedingungen abhängig und wird nur in Sonderfällen erreicht und für gewisse Zeit-· räume aufrechterhalten.

- Leerseite

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sl/ge

Theodor-Stern-Kai 1 KS 83/01

D-6000 Frankfurt 70

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Regelung der Kühllufttemperatür einer durch einen Kühlluftstrom gekühlten Druckluftversorgungseinheit, vorzugsweise zur Vermeidung des Einfrierens von Kompressorteilen der Druckluftversorgungseinheit bei niedrigen Umgebungstemperaturen, wobei die Kompressoren für einen Betrieb bei höheren Umgebungstemperaturen ausgelegt sind, insbesondere für Hochspannungsleistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der. aus der Umgebung der Druckluftversorgungseinheit angesaugten Kühlluft ein Teil der von dem Kompressor (1) erwärmten Kühlluft beigemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beigemischte Anteil der vom Kompressor (l) erwärmten Kühlluft durch eine Verschlußklappe (6) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußklappe (6) durch ein temperaturabhängiges Element (9) betätigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Kühl- * ' luftstrom angeordnetes temperaturabhängiges Element (9) verwendet wird.

KS 83/01
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Dehnstoffelementes (9) als temperaturabhängiges Element.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftstrom unabhängig vom beigemischten Anteil der vom Kompressor (1) erwärmten Kühlluft konstant gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnung (fl3 bzw. 14)für die Kühlluft durch den Hegelungsvorgang nicht verändert werden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, unter Verwendung eines auf einer Grundplatte angeordneten und von einer Gehäusehaube umgebenen Kompressors, wobei der den Kompressor aufnehmende Innenraum durch eine Trennwand in zwei Teilräume unterteilt ist, von denen einer mit einer Eintrittsöffnung für die Kühlluft und der andere mit einer Austrittsöffnung für die erwärmte Kühlluft verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Eintritts- und der Austrittsöffnung (4 bzw.5) ein durch ein geschlossenes Gehäuse (12) begrenzter Raum vorgesehen ist, daß das Gehäuse (12) eine in der Nähe der Eintrittsöffnung (4) angeordnete Einlaßöffnung (13) und eine in der Nähe der Austrittsöffnung (5) befindliche Auslaßöffnung (14) aufweist, und daß in dem Gehäuse (12) eine verstellbare Verschlußklappe

(6) vorhanden ist, die bei Umgebungstemperaturen oberhalb eines Wertes eine Verbindung zwischen der Eintritts- und der Einlaßöffnung (4 bzw. 13) herstellt und die bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Wertes derart verstellbar ist, daß die Eintrittsöffnung (4) teilweise mit der Austrittsöffnung (5) und der Einlaßöffnung (13) oder nur mit der Austrittsöffnung (5) in Verbindung steht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnung (4 bzw. 5) in der Grundplatte (2) liegen.

3 -

BAD ORIGINAL

KS 83/01 - 3 -
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Verschlußklappe (6), die mit einem Ende in die Eintrittsöffnung (4) hineinragt und mit ihrem anderen Ende um einen in unmittelbarer Nähe der Einlaßöffnung (13) befindlichen Drehpunkt drehbar gelagert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußklappe (6) über ein Hebelgestänge (7, 8) mit einem dehnstoff element (9) verbunden ist, das in der Nähe des Kompressors (1) direkt dem Kühlluftstrony ausgesetzt ist.