EP2375210A1 - Thermosiphon assembly of a heat-generating system comprising at least two heat sources - Google Patents

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EP2375210A1
EP2375210A1 EP10003687A EP10003687A EP2375210A1 EP 2375210 A1 EP2375210 A1 EP 2375210A1 EP 10003687 A EP10003687 A EP 10003687A EP 10003687 A EP10003687 A EP 10003687A EP 2375210 A1 EP2375210 A1 EP 2375210A1
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EP
European Patent Office
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evaporator
air
heat
heat sources
thermosiphon
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10003687A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Benjamin Weber
Bhavesh Patel
Bruno Agostini
Burak Esenlik
Frank Cornelius
Jens Tepper
Marcos Bockholt
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F28D2021/0031—Radiators for recooling a coolant of cooling systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/18—Liquid cooling by evaporating liquids

Definitions

  • the invention relates to a thermosyphon system of at least two heat sources having heat generating system.
  • An application is z. As in transformers, especially dry-type transformers, which - possibly together with other heat sources - form a heat-generating system.
  • the cooling of a heat generating system can be done in many ways, for. B. by natural or forced cooling or with the help of external coolers, z. B. air-water cooler.
  • Other options include the use of thermosyphons in an arrangement as an air-air thermosyphon or as an air-water thermosyphon.
  • an evaporator is provided for each heat source, which emits the absorbed heat to a capacitor via a closed coolant circuit.
  • appropriate cooling must be provided for all components. If several heat sources are provided with such thermosyphons, this means the use of a fan for each evaporator and for each capacitor when using air-air thermosyphons.
  • the invention has for its object to provide a simplified and optimized Thermosiphonstrom a at least two heat sources having heat generating system.
  • thermosyphon system of at least two heat sources having heat generating system, in which a single, all heat sources associated common capacitor is provided.
  • thermosiphon technology allows the spatial separation of evaporators and condensers, whereby both components are connected by pipes, through which the refrigerant from the evaporator to the condenser and back flow.
  • the condensers of different radiators associated with different heat sources are grouped together so that they can be cooled by a single fan or air conveyor or mechanism or a single external water loop. Alternatively, several heat sources may be provided with a single common radiator and have a common cooling circuit. In general, both air-air thermosyphon as well as air-water thermosiphon can be used.
  • Fig. 1 is a Thermosiphonstrom shown according to a first embodiment and according to a first variant. It can be seen from a first evaporator 3 with associated first heat source 2, a second evaporator 6 with associated second heat source 5 and a condenser 8 existing Thermosiphonstrom 1, wherein the first evaporator 3, a first fan 4 or air conveyor device or mechanism, the second Evaporator 6, a second fan 7 or air conveyor device or mechanism and the capacitor 8, a fan 9 or air conveyor device or mechanism are assigned.
  • the fans 4, 7 support the heat exchange between the evaporators 3, 6 and the respective associated separate heat sources 2, 5, ie they each support an internal air circulation and thus the cooling of the heat sources 2, 5.
  • the fan 9 is used by the capacitor 8 absorbed heat energy z. B. dissipate to the outside atmosphere and thus supports the external air circulation (re-cooling). It is therefore an air-air thermosyphon.
  • the two evaporators 3, 6 and the condenser 8 are connected to each other via tubes 10 for the evaporating refrigerant and tubes 11 for the condensing refrigerant, so that the refrigerant can flow from the evaporator to the condenser and back.
  • Fig. 2 is a Thermosiphonstrom shown according to a first embodiment and according to a second variant.
  • the evaporator 3, 6 are each provided with their own, not interconnected coolant circuits.
  • the common capacitor 8 then contains components which are only flowed through by the cooling circuit of the evaporator 3 and only by the coolant circuit of the evaporator 6.
  • the capacitor 8 is here, so to speak, a combination of several "individual capacitors" respectively subsystems with the simultaneous use of a fan or an external water cycle.
  • An additional advantage of this second variant is that when an (unlikely) leakage occurs, not the entire condenser and thus the entire coolant circuit are affected, but only a "single capacitor" or a subsystem.
  • This second variant with separate coolant circuits is also in the other of embodiments according to the 3 and 4 realizable.
  • Fig. 3 is a Thermosiphonstrom shown according to a second embodiment. It can be seen from the first evaporator 3 with associated first heat source 2, the second evaporator 6 with associated second heat source 5 and a capacitor 14 thermosiphon system 13, wherein the first evaporator 3, the first fan 4 and the second evaporator 6, the second fan 7 are assigned.
  • the fans 4, 7 in turn support the heat exchange between the evaporators 3, 6 and the respective associated separate heat sources 2, 5, ie they each support an internal air circulation and thus the cooling of the heat sources.
  • the re-cooling of the capacitor 14 is carried out in this embodiment not via a fan, but via an external water circuit, wherein the water inlet and the water outlet of this circuit take place on the condenser 14 via water connections 15. It is therefore an air-water thermosyphon.
  • the two evaporators 3, 6 and the condenser 14 are connected to each other via tubes 10 for the evaporating refrigerant and tubes 11 for the condensing refrigerant, so that the refrigerant can flow from the evaporator to the condenser and back.
  • a first fan 20 or air conveyor or mechanism assists in heat exchange between the evaporator 19 and the first machine 18, ie, it aids in the internal circulation of air and thus in the cooling of the machine 18.
  • a second fan 23 or air conveyor or mechanism aids in heat exchange between the fan Evaporator 22 and the second machine 21, ie it supports the internal circulation of air and thus the cooling of the machine 21.
  • the two evaporators 19, 22 and the condenser 24 are connected by means of evaporating refrigerant tubes 25 and condensing refrigerant tubes 26, so that the refrigerant flows from the evaporator to the condenser and back can.
  • the re-cooling of the capacitor 24 via an external water circuit, wherein the water inlet and the water outlet of this circuit on the condenser 24 via water connections 27. It is therefore an air-water thermosyphon.
  • Fig. 5 is a Thermosiphonstrom according to a fourth embodiment, for. B. shown for a wind turbine with air-air thermosyphon.
  • a gondola 30, rotor blades 31 and a gondola 30 supporting tower 32 can be seen.
  • the first heat source 34 is z. B. a generator which is connected via a rotor hub with the rotor blades 28.
  • the second heat source 35 is z. B. a transformer, in particular dry-type transformer.
  • As another (third) heat source z. B. a transmission may be present.
  • thermosyphone system 29 which is designed as a "one-piece" device, the evaporator 37 is located within the housing 33 and whose capacitor 39 is outside of the housing 33.
  • the condenser 39 is designed as an extension above the evaporator 37 and arranged on the roof of the nacelle.
  • a central fan 38 or air conveying device or mechanism located inside the housing 33 serves for the (internal) air circulation within the housing 33 and assists the delivery of the heat energy generated by the heat sources 34, 35 to the evaporator 37 and thus the cooling thereof.
  • the re-cooling of the condenser 39 is carried out using a fan 40 supporting the external air circulation, or an air-conveying device or mechanism which acts on the condenser 39 with air of the outside atmosphere.
  • Fig. 6 is a Thermosiphonstrom according to a fifth embodiment, for. B. shown for a wind turbine with air-air thermosyphon.
  • a "split" air-to-air thermosyphon 43 composed of a separate evaporator 44 and a separate condenser 46 is used.
  • the evaporator 44 is connected to the condenser 46 via evaporative refrigerant tubes 48 and condensing refrigerant tubes 49, so that the refrigerant can flow from the evaporator to the condenser and back.
  • central fan 45 or air conveyor or mechanism supports by means of an air flow, the heat output from the heat sources 34, 35 to the evaporator 44 and thus the inner air circulation and cooling of the heat sources 34, 35th A on the roof of the Gondola arranged condenser 46 impinging fan 47 or air conveying device or mechanism supports the external air circulation and the dissipation of heat energy from the condenser 46 to the outside atmosphere.
  • Fig. 6 shows in a further embodiment by way of example that in applications in which a cooler is provided for a plurality of heat sources in a housing, expediently an air shaft 50 via the heat sources respectively machines is arranged to optimize the operation (this is of course also in Fig. 5 equally feasible).

Abstract

The system (1) has an individual capacitor (8) commonly attached to all heat sources (2, 5) of a heat generating system, and evaporators (3, 6) attached to each of the heat sources. Cooling circuits of the evaporator are connected with each other, and aerators and/or air conveying devices or mechanisms (4, 7, 9) support inner air circulation between the heat sources and the attached evaporator. A ventilation duct supports inner circulation between the heat sources and the evaporator, and the capacitor is formed above the evaporator as an extension part.

Description

Die Erfindung betrifft eine Thermosiphonanlage eines mindestens zwei Wärmequellen aufweisenden wärmeerzeugenden Systems.The invention relates to a thermosyphon system of at least two heat sources having heat generating system.

Eine Anwendung ist z. B. bei Transformatoren, speziell Trocken-Transformatoren gegeben, welche - gegebenenfalls zusammen mit anderen Wärmequellen - ein wärmeerzeugendes System bilden.An application is z. As in transformers, especially dry-type transformers, which - possibly together with other heat sources - form a heat-generating system.

Die Kühlung eines wärmeerzeugenden Systems kann in vielfältiger Weise erfolgen, z. B. durch natürliche oder forcierte Kühlung oder mit Hilfe externer Kühler, z. B. Luft-Wasser-Kühler. Weitere Möglichkeiten bestehen in der Verwendung von Thermosiphons in einer Anordnung als Luft-Luft-Thermosiphon oder als Luft-Wasser-Thermosiphon. Dabei ist für jede Wärmequelle ein Verdampfer vorgesehen, welcher über einen geschlossenen Kühlmittel-Kreislauf die aufgenommene Wärme an einen Kondensator abgibt. In einem wärmeerzeugenden System mit mehreren Wärmequellen muss eine geeignete Kühlung für alle Komponenten vorgesehen werden. Werden mehrere Wärmequellen mit derartigen Thermosiphons versehen, so bedeutet dies bei Einsatz von Luft-Luft-Thermosiphons die Verwendung eines Lüfters für jeden Verdampfer und für jeden Kondensator.The cooling of a heat generating system can be done in many ways, for. B. by natural or forced cooling or with the help of external coolers, z. B. air-water cooler. Other options include the use of thermosyphons in an arrangement as an air-air thermosyphon or as an air-water thermosyphon. In this case, an evaporator is provided for each heat source, which emits the absorbed heat to a capacitor via a closed coolant circuit. In a heat generating system with multiple heat sources, appropriate cooling must be provided for all components. If several heat sources are provided with such thermosyphons, this means the use of a fan for each evaporator and for each capacitor when using air-air thermosyphons.

Der Erfindung liegt die die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte und optimierte Thermosiphonanlage eines mindestens zwei Wärmequellen aufweisenden wärmeerzeugenden Systems anzugeben.The invention has for its object to provide a simplified and optimized Thermosiphonanlage a at least two heat sources having heat generating system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst durch eine Thermosiphonanlage eines mindestens zwei Wärmequellen aufweisenden wärmeerzeugenden Systems, bei welchem ein einziger, allen Wärmequellen zugeordneter gemeinsamer Kondensator vorgesehen ist.This object is achieved by a thermosyphon system of at least two heat sources having heat generating system, in which a single, all heat sources associated common capacitor is provided.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Anzahl erforderlicher Baukomponenten reduziert wird. Die Thermosiphon-Technologie erlaubt die räumliche Trennung von Verdampfern und Kondensatoren, wobei beide Komponenten durch Rohre miteinander verbunden werden, durch die das Kühlmittel vom Verdampfer zum Kondensator und zurück strömen kann. Es werden die Kondensatoren verschiedener, unterschiedlichen Wärmequellen zugeordneter Kühler so zusammengefasst, dass sie durch einen einzigen Lüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus oder einen einzigen externen Wasserkreislauf gekühlt werden können. Alternativ hierzu können auch mehrere Wärmequellen mit einem einzigen gemeinsamen Kühler versehen sein und einen gemeinsamen Kühlkreislauf haben. Allgemein können sowohl Luft-Luft-Thermosiphons als auch als Luft-Wasser-Thermosiphons zum Einsatz gelangen.The advantages achieved by the invention are, in particular, that the number of required structural components is reduced. The thermosiphon technology allows the spatial separation of evaporators and condensers, whereby both components are connected by pipes, through which the refrigerant from the evaporator to the condenser and back flow. The condensers of different radiators associated with different heat sources are grouped together so that they can be cooled by a single fan or air conveyor or mechanism or a single external water loop. Alternatively, several heat sources may be provided with a single common radiator and have a common cooling circuit. In general, both air-air thermosyphon as well as air-water thermosiphon can be used.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.Advantageous embodiments of the invention are shown in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 2
eine Thermosiphonanlage gemäß einer ersten Ausführungsform in zwei Varianten,
Fig. 3
eine Thermosiphonanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4
eine Thermosiphonanlage einer Maschinenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform,
Fig. 5
eine Thermosiphonanlage gemäß einer vierten Ausführungsform, z. B. für eine Windenergieanfage mit Luft-Luft-Thermosiphon,
Fig. 6
eine Thermosiphonanlage gemäß einer fünften Ausführungsform, z. B. für eine Windenergieanlage mit Luft-Luft-Thermosiphon.
The invention will be explained below with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Fig. 1, 2
a Thermosiphonanlage according to a first embodiment in two variants,
Fig. 3
a thermosyphon system according to a second embodiment,
Fig. 4
a thermosiphon system of a machine arrangement according to a third embodiment,
Fig. 5
a Thermosiphonanlage according to a fourth embodiment, for. For example, for a wind energy application with air-air thermosyphon,
Fig. 6
a Thermosiphonanlage according to a fifth embodiment, for. B. for a wind turbine with air-air thermosyphon.

In Fig. 1 ist eine Thermosiphonanlage gemäß einer ersten Ausführungsform und gemäß einer ersten Variante dargestellt. Es ist eine aus einem ersten Verdampfer 3 mit zugeordneter erster Wärmequelle 2, einem zweiten Verdampfer 6 mit zugeordneter zweiter Wärmequelle 5 und einem Kondensator 8 bestehende Thermosiphonanlage 1 zu erkennen, wobei dem ersten Verdampfer 3 ein erster Lüfter 4 oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus, dem zweiten Verdampfer 6 ein zweiter Lüfter 7 oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus und dem Kondensator 8 ein Lüfter 9 oder Luftfördereinrichtung oder-mechanismus zugeordnet sind. Die Lüfter 4, 7 unterstützen den Wärmeaustausch zwischen den Verdampfern 3, 6 und den jeweils zugeordneten separaten Wärmequellen 2, 5, d. h. sie unterstützen jeweils eine innere Luftzirkulation und damit die Kühlung der Wärmequellen 2, 5. Der Lüfter 9 dient dazu, die vom Kondensator 8 aufgenommene Wärmeenergie z. B. an die Außenatmosphäre abzuführen und unterstützt damit die äußere Luftzirkulation (Rückkühlung). Es handelt sich demnach um einen Luft-Luft-Thermosiphon. Die beiden Verdampfer 3, 6 und der Kondensator 8 sind über Rohre 10 für das verdampfende Kühlmittel und Rohre 11 für das kondensierende Kühlmittel miteinander verbunden, so dass das Kühlmittel vom Verdampfer zum Kondensator und zurück strömen kann.In Fig. 1 is a Thermosiphonanlage shown according to a first embodiment and according to a first variant. It can be seen from a first evaporator 3 with associated first heat source 2, a second evaporator 6 with associated second heat source 5 and a condenser 8 existing Thermosiphonanlage 1, wherein the first evaporator 3, a first fan 4 or air conveyor device or mechanism, the second Evaporator 6, a second fan 7 or air conveyor device or mechanism and the capacitor 8, a fan 9 or air conveyor device or mechanism are assigned. The fans 4, 7 support the heat exchange between the evaporators 3, 6 and the respective associated separate heat sources 2, 5, ie they each support an internal air circulation and thus the cooling of the heat sources 2, 5. The fan 9 is used by the capacitor 8 absorbed heat energy z. B. dissipate to the outside atmosphere and thus supports the external air circulation (re-cooling). It is therefore an air-air thermosyphon. The two evaporators 3, 6 and the condenser 8 are connected to each other via tubes 10 for the evaporating refrigerant and tubes 11 for the condensing refrigerant, so that the refrigerant can flow from the evaporator to the condenser and back.

ln Fig. 2 ist eine Thermosiphonanlage gemäß einer ersten Ausführungsform und gemäß einer zweiten Variante dargestellt. Bei dieser Variante sind die Verdampfer 3, 6 mit jeweils eigenen, nicht miteinander verbundenen Kühlmittelkreisläufen versehen. Der gemeinsame Kondensator 8 enthält dann Komponenten, die nur von dem Kühlkreislauf des Verdampfers 3 und nur von dem Kühlmittelkreislauf des Verdampfers 6 durchströmt werden. Der Kondensator 8 ist hier sozusagen eine Kombination mehrerer "einzelner Kondensatoren" respektive Teilsysteme mit der gleichzeitigen Nutzung eines Lüfters oder eines externen Wasserkreislaufes. Ein zusätzlicher Vorteil bei dieser zweiten Variante besteht darin, dass bei Auftreten einer (unwahrscheinlichen) Leckage nicht der gesamte Kondensator und damit der gesamte Kühlmittel-kreislauf betroffen sind, sondern lediglich ein "einzelner Kondensator" respektive ein Teilsystem. Diese zweite Variante mit getrennten Kühlmittelkreisläufen ist auch bei den weiteren aus Ausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 4 realisierbar.ln Fig. 2 is a Thermosiphonanlage shown according to a first embodiment and according to a second variant. In this variant, the evaporator 3, 6 are each provided with their own, not interconnected coolant circuits. The common capacitor 8 then contains components which are only flowed through by the cooling circuit of the evaporator 3 and only by the coolant circuit of the evaporator 6. The capacitor 8 is here, so to speak, a combination of several "individual capacitors" respectively subsystems with the simultaneous use of a fan or an external water cycle. An additional advantage of this second variant is that when an (unlikely) leakage occurs, not the entire condenser and thus the entire coolant circuit are affected, but only a "single capacitor" or a subsystem. This second variant with separate coolant circuits is also in the other of embodiments according to the 3 and 4 realizable.

ln Fig. 3 ist eine Thermosiphonanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Es ist eine aus dem ersten Verdampfer 3 mit zugeordneter erster Wärmequelle 2, dem zweiten Verdampfer 6 mit zugeordneter zweiter Wärmequelle 5 und einem Kondensator 14 bestehende Thermosiphonanlage 13 zu erkennen, wobei dem ersten Verdampfer 3 der erste Lüfter 4 und dem zweiten Verdampfer 6 der zweiter Lüfter 7 zugeordnet sind. Die Lüfter 4, 7 unterstützen wiederum den Wärmeaustausch zwischen den Verdampfern 3, 6 und den jeweils zugeordneten separaten Wärmequellen 2, 5, d. h. sie unterstützen jeweils eine innere Luftzirkulation und damit die Kühlung der Wärmequellen. Die Rückkühlung des Kondensators 14 erfolgt bei dieser Ausführungsform nicht über einen Lüfter, sondern über einen externen Wasserkreislauf, wobei der Wassereintritt und der Wasseraustritt dieses Kreislaufs am Kondensator 14 über Wasseranschlüsse 15 erfolgen. Es handelt sich demnach um einen Luft-Wasser-Thermosiphon. Die beiden Verdampfer 3, 6 und der Kondensator 14 sind über Rohre 10 für das verdampfende Kühlmittel und Rohre 11 für das kondensierende Kühlmittel miteinander verbunden, so dass das Kühlmittel vom Verdampfer zum Kondensator und zurück strömen kann.ln Fig. 3 is a Thermosiphonanlage shown according to a second embodiment. It can be seen from the first evaporator 3 with associated first heat source 2, the second evaporator 6 with associated second heat source 5 and a capacitor 14 thermosiphon system 13, wherein the first evaporator 3, the first fan 4 and the second evaporator 6, the second fan 7 are assigned. The fans 4, 7 in turn support the heat exchange between the evaporators 3, 6 and the respective associated separate heat sources 2, 5, ie they each support an internal air circulation and thus the cooling of the heat sources. The re-cooling of the capacitor 14 is carried out in this embodiment not via a fan, but via an external water circuit, wherein the water inlet and the water outlet of this circuit take place on the condenser 14 via water connections 15. It is therefore an air-water thermosyphon. The two evaporators 3, 6 and the condenser 14 are connected to each other via tubes 10 for the evaporating refrigerant and tubes 11 for the condensing refrigerant, so that the refrigerant can flow from the evaporator to the condenser and back.

In Fig. 4 ist eine Thermosiphonanlage einer Maschinenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt. Die Maschinenanordnung 17 besitzt

  • eine erste Maschine 18, welche die erste Wärmequelle darstellt und unter Einsatz eines ersten Verdampfers 19 gekühlt wird,
  • eine zweite Maschine 21, welche die zweite Wärmequelle darstellt und unter Einsatz eines zweiten Verdampfers 22 gekühlt wird sowie
  • einen Kondensator 24.
In Fig. 4 is a Thermosiphonanlage a machine arrangement according to a third embodiment shown. The machine assembly 17 has
  • a first machine 18, which is the first heat source and is cooled using a first evaporator 19,
  • a second machine 21, which is the second heat source and is cooled using a second evaporator 22 and
  • a capacitor 24.

Ein erster Lüfter 20 oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus unterstützt den Wärmeaustausch zwischen dem Verdampfer 19 und der ersten Maschine 18, d. h. er unterstützt die innere Luftzirkulation und damit die Kühlung der Maschine 18. Ein zweiter Lüfter 23 oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus unterstützt den Wärmeaustausch zwischen dem Verdampfer 22 und der zweiten Maschine 21, d. h. er unterstützt die innere Luftzirkulation und damit die Kühlung der Maschine 21. Die beiden Verdampfer 19, 22 und der Kondensator 24 sind über Rohre 25 für verdampfendes Kühlmittel und Rohre 26 für kondensierendes Kühlmittel miteinander verbunden, so dass das Kühlmittel vom Verdampfer zum Kondensator und zurück strömen kann. Die Rückkühlung des Kondensators 24 erfolgt über einen externen Wasserkreislauf, wobei der Wassereintritt und der Wasseraustritt dieses Kreislaufs am Kondensator 24 über Wasseranschlüsse 27 erfolgen. Es handelt sich demnach um einen Luft-Wasser-Thermosiphon.A first fan 20 or air conveyor or mechanism assists in heat exchange between the evaporator 19 and the first machine 18, ie, it aids in the internal circulation of air and thus in the cooling of the machine 18. A second fan 23 or air conveyor or mechanism aids in heat exchange between the fan Evaporator 22 and the second machine 21, ie it supports the internal circulation of air and thus the cooling of the machine 21. The two evaporators 19, 22 and the condenser 24 are connected by means of evaporating refrigerant tubes 25 and condensing refrigerant tubes 26, so that the refrigerant flows from the evaporator to the condenser and back can. The re-cooling of the capacitor 24 via an external water circuit, wherein the water inlet and the water outlet of this circuit on the condenser 24 via water connections 27. It is therefore an air-water thermosyphon.

In Fig. 5 ist eine Thermosiphonanlage gemäß einer vierten Ausführungsform, z. B. für eine Windenergieanlage mit Luft-Luft-Thermosiphon dargestellt. Als Baukomponenten der Windenergieanlage sind eine Gondel 30, Rotorblätter 31 und ein die Gondel 30 tragender Turm 32 zu erkennen. lnnerhalb des Gehäuses 33 der Gondel 30 sind eine erste Wärmequelle 34, eine zweite Wärmequelle 35 sowie gegebenenfalls weitere Wärmequellen angeordnet. Die erste Wärmequelle 34 ist z. B. ein Generator, welcher über eine Rotornabe mit den Rotorblättern 28 verbunden ist. Die zweite Wärmequelle 35 ist z. B. ein Transformator, insbesondere Trockentransformator. Als weitere (dritte) Wärmequelle kann z. B. ein Getriebe vorhanden sein.In Fig. 5 is a Thermosiphonanlage according to a fourth embodiment, for. B. shown for a wind turbine with air-air thermosyphon. As structural components of the wind turbine, a gondola 30, rotor blades 31 and a gondola 30 supporting tower 32 can be seen. Within the housing 33 of the nacelle 30, a first heat source 34, a second heat source 35 and optionally further heat sources are arranged. The first heat source 34 is z. B. a generator which is connected via a rotor hub with the rotor blades 28. The second heat source 35 is z. B. a transformer, in particular dry-type transformer. As another (third) heat source z. B. a transmission may be present.

Zur Abfuhr der von den Wärmequellen 34, 35 sowie gegebenenfalls weiteren Wärmequellen erzeugten Wärmeenergie an die Außenatmosphäre ist ein Luft-Luft-Thermosiphon 36 einer Thermosiphonanlage 29 vorgesehen, welcher als "einstückiges" Gerät ausgebildet ist, dessen Verdampfer 37 sich innerhalb des Gehäuses 33 befindet und dessen Kondensator 39 sich außerhalb des Gehäuses 33 befindet. Der Kondensator 39 ist quasi als Erweiterung oberhalb des Verdampfers 37 ausgeführt und auf dem Dach der Gondel angeordnet. Ein innerhalb des Gehäuses 33 befindlicher Zentrallüfter 38 oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus dient der (inneren) Luftzirkulation innerhalb des Gehäuses 33 und unterstützt die Abgabe der von den Wärmequellen 34, 35 erzeugten Wärmeenergie an den Verdampfer 37 und damit deren Kühlung. Die Rückkühlung des Kondensators 39 erfolgt unter Einsatz eines die äußere Luftzirkulation unterstützenden Lüfters 40 oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus, welcher den Kondensator 39 mit Luft der Außenatmosphäre beaufschlagt.To dissipate the heat energy generated by the heat sources 34, 35 and optionally other heat sources to the outside atmosphere, an air-air thermosiphon 36 a thermosyphone system 29 is provided, which is designed as a "one-piece" device, the evaporator 37 is located within the housing 33 and whose capacitor 39 is outside of the housing 33. The condenser 39 is designed as an extension above the evaporator 37 and arranged on the roof of the nacelle. A central fan 38 or air conveying device or mechanism located inside the housing 33 serves for the (internal) air circulation within the housing 33 and assists the delivery of the heat energy generated by the heat sources 34, 35 to the evaporator 37 and thus the cooling thereof. The re-cooling of the condenser 39 is carried out using a fan 40 supporting the external air circulation, or an air-conveying device or mechanism which acts on the condenser 39 with air of the outside atmosphere.

In Fig. 6 ist eine Thermosiphonanlage gemäß einer fünften Ausführungsform, z. B. für eine Windenergieanlage mit Luft-Luft-Thermosiphon dargestellt. lm Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 5 wird ein aus einem separaten Verdampfer 44 und .einem separaten Kondensator 46 sich zusammensetzender, "gesplitteter" Luft-Luft-Thermosiphon 43 verwendet. Der Verdampfer 44 ist über Rohre 48 für verdampfendes Kühlmittel und Rohre 49 für kondensierendes Kühlmittel mit dem Kondensator 46 verbunden, so dass das Kühlmittel vom Verdampfer zum Kondensator und zurück strömen kann. Ein innerhalb des Gehäuses 33 der Gondel 30 angeordneter Zentrallüfter 45 oder Luftfördereinrichtung oder —mechanismus unterstützt mittels einer Luftströmung die Wärmeabgabe von den Wärmequellen 34, 35 zum Verdampfer 44 und damit die innere Luftzirkulation und Kühlung der Wärmequellen 34, 35. Ein den auf dem Dach der Gondel angeordneten Kondensator 46 beaufschlagender Lüfter 47 oder Luftfördereinrichtung oder-mechanismus unterstützt die äußere Luftzirkulation und die Abfuhr der Wärmeenergie vom Kondensator 46 an die Außenatmosphäre.In Fig. 6 is a Thermosiphonanlage according to a fifth embodiment, for. B. shown for a wind turbine with air-air thermosyphon. In contrast to the embodiment according to Fig. 5 For example, a "split" air-to-air thermosyphon 43 composed of a separate evaporator 44 and a separate condenser 46 is used. The evaporator 44 is connected to the condenser 46 via evaporative refrigerant tubes 48 and condensing refrigerant tubes 49, so that the refrigerant can flow from the evaporator to the condenser and back. A arranged inside the housing 33 of the nacelle 30 central fan 45 or air conveyor or mechanism supports by means of an air flow, the heat output from the heat sources 34, 35 to the evaporator 44 and thus the inner air circulation and cooling of the heat sources 34, 35th A on the roof of the Gondola arranged condenser 46 impinging fan 47 or air conveying device or mechanism supports the external air circulation and the dissipation of heat energy from the condenser 46 to the outside atmosphere.

Fig. 6 zeigt in weiterer Ausgestaltung beispielhaft, dass bei Anwendungen, bei denen ein Kühler für mehrere Wärmequellen in einem Gehäuse vorgesehen ist, zweckmäßig ein Luftschacht 50 über den Wärmequellen respektive Maschinen angeordnet wird, um die Wirkungsweise zu optimieren (dies ist selbstverständlich auch bei Fig. 5 in gleicher Weise realisierbar). Fig. 6 shows in a further embodiment by way of example that in applications in which a cooler is provided for a plurality of heat sources in a housing, expediently an air shaft 50 via the heat sources respectively machines is arranged to optimize the operation (this is of course also in Fig. 5 equally feasible).

Für alle vorstehend erläuterten Ausführungsformen gilt:

  • Der Kondensator 8, 14, 24, 39, 46 muss für die Gewährleistung der Funktionalität oberhalb des Verdampfers angeordnet sein.
  • Der Kondensator kann entweder als Platten-Wärmeübertrager getrennt vom Verdampfer und über Rohre mit diesem verbunden oder alternativ hierzu als Erweiterung oberhalb des Verdampfers konzipiert sein.
  • Selbstverständlich können anstelle eines Lüfters oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus jeweils auch mehrere Lüfter eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann man insbesondere bei der inneren Luftzirkulation auch bei geeigneter Gestaltung mit natürlicher Luftströmung auskommen und auf einen Lüfter verzichten - was reduzierte Kühlleistung zur Folge hat. Speziell bei einer Windenergieanlage (siehe Figuren 5 und 6) mit Luft-Luft-Thermosiphon kann bei geeigneter Gestaltung und Ausnutzung des Windes bei der äußeren Luftzirkulation auf einen Lüfter verzichtet werden.
For all embodiments explained above:
  • The capacitor 8, 14, 24, 39, 46 must be located above the evaporator to ensure functionality.
  • The condenser can be either as a plate heat exchanger separated from the evaporator and connected via pipes with this or alternatively designed as an extension above the evaporator.
  • Of course, instead of a fan or air conveyor device or mechanism in each case more fans can be used. Optionally, you can get along with natural air flow, especially in the inner air circulation even with a suitable design and dispense with a fan - which has reduced cooling performance. Especially with a wind turbine (see Figures 5 and 6 ) with air-air thermosyphon can at appropriate Design and use of the wind in the outer air circulation to be dispensed with a fan.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Thermosiphonanlagethermosiphon
22
erste Wärmequellefirst heat source
33
erster Verdampferfirst evaporator
44
erster Lüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismusfirst fan or air conveyor device or mechanism
55
zweite Wärmequellesecond heat source
66
zweiter Verdampfersecond evaporator
77
zweiter Lüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismussecond fan or air conveyor device or mechanism
88th
Kondensatorcapacitor
99
Lüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismusFan or air conveyor device or mechanism
1010
Rohre für verdampfendes KühlmittelPipes for evaporating coolant
1111
Rohre für kondensierendes KühlmittelPipes for condensing coolant
1212
--
1313
Thermosiphonanlagethermosiphon
1414
Kondensatorcapacitor
1515
Wasseranschlüsse für einen WasserkreislaufWater connections for a water cycle
1616
--
1717
Thermosiphonanlagethermosiphon
1818
erste Maschine respektive erste Wärmequelle einer Maschinenanordnungfirst machine or first heat source of a machine arrangement
1919
erster Verdampferfirst evaporator
2020
erster Lüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismusfirst fan or air conveyor device or mechanism
2121
zweite Maschine respektive zweite Wärmequelle einer Maschinenanordnungsecond machine or second heat source of a machine arrangement
2222
zweiter Verdampfersecond evaporator
2323
zweiter Lüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismussecond fan or air conveyor device or mechanism
2424
Kondensatorcapacitor
2525
Rohre für verdampfendes KühlmittelPipes for evaporating coolant
2626
Rohre für kondensierendes KühlmittelPipes for condensing coolant
2727
Wasseranschlüsse für einen WasserkreislaufWater connections for a water cycle
2828
--
2929
Thermosiphonanlagethermosiphon
3030
Gondel einer WindenergieanlageGondola of a wind turbine
3131
Rotorblätterrotor blades
3232
Turmtower
3333
Gehäusecasing
3434
erste Wärmequelle (Generator)first heat source (generator)
3535
zweite Wärmequelle (Transformator)second heat source (transformer)
3636
Luft-Luft-ThermosiphonAir-air thermosiphon
3737
VerdampferEvaporator
3838
Zentrallüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismusCentral fan or air conveyor device or mechanism
3939
Kondensatorcapacitor
4040
Lüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismusFan or air conveyor device or mechanism
4141
--
4242
Thermosiphonanlagethermosiphon
4343
Luft-Luft-ThermosiphonAir-air thermosiphon
4444
VerdampferEvaporator
4545
Zentrallüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismusCentral fan or air conveyor device or mechanism
4646
Kondensatorcapacitor
4747
Lüfter oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismusFan or air conveyor device or mechanism
4848
Rohre für verdampfendes KühlmittelPipes for evaporating coolant
4949
Rohre für kondensierendes KühlmittelPipes for condensing coolant
5050
Luftschachtairshaft

Claims (12)

Thermosiphonanlage (1, 13, 17, 29, 42) eines mindestens zwei Wärmequellen (2, 5, 18, 21, 34, 35) aufweisenden wärmeerzeugenden Systems, bei welchem ein einziger, allen Wärmequellen (2, 5, 18, 21, 34, 35) zugeordneter gemeinsamer Kondensator (8, 14, 24, 39, 46) vorgesehen ist.Thermosiphon system (1, 13, 17, 29, 42) of a heat generating system comprising at least two heat sources (2, 5, 18, 21, 34, 35) in which a single, all heat sources (2, 5, 18, 21, 34 , 35) associated with common capacitor (8, 14, 24, 39, 46) is provided. Thermosiphonanlage (1, 13, 17) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wärmequelle (2, 5, 18, 21) ein eigener Verdampfer (3, 6, 19, 22) zugeordnet ist.Thermosiphon system (1, 13, 17) according to claim 1, characterized in that each heat source (2, 5, 18, 21) is associated with its own evaporator (3, 6, 19, 22). Thermosiphonanlage (1, 13, 17) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkreise der Verdampfer (3, 6, 19, 22) miteinander verbunden sind.Thermosiphon system (1, 13, 17) according to claim 2, characterized in that the coolant circuits of the evaporator (3, 6, 19, 22) are interconnected. Thermosiphonanlage (1, 13, 17) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkreise der Verdampfer (3, 6, 19, 22) keine Verbindung untereinander haben.Thermosiphon system (1, 13, 17) according to claim 2, characterized in that the coolant circuits of the evaporator (3, 6, 19, 22) have no connection to one another. Thermosiphonanlage (1, 13, 17) nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein eigener Lüfter (4, 7, 20, 23) oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus die innere Luftzirkulation zwischen Wärmequelle (2,5,18,21) und dem zugeordneten Verdampfer (3, 6, 19, 22) unterstützt.Thermosyphon system (1, 13, 17) according to any one of claims 2-4, characterized in that at least one separate fan (4, 7, 20, 23) or air conveying device or mechanism, the inner air circulation between the heat source (2,5,18, 21) and the associated evaporator (3, 6, 19, 22) supported. Thermosiphonanlage (29, 42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das allen Wärmequellen (34, 35) ein gemeinsamer Verdampfer (37, 44) zugeordnet ist.Thermosyphon system (29, 42) according to claim 1, characterized in that all heat sources (34, 35) a common evaporator (37, 44) is associated. Thermosiphonanlage (29, 42) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zentrallüfter (38, 45) oder Luftfördereinrichtung oder - mechanismus die innere Zirkulation zwischen den Wärmequellen (34, 35) und dem Verdampfer (37, 44) unterstützt.Thermosyphon system (29, 42) according to claim 6, characterized in that at least one central fan (38, 45) or air conveying device or mechanism supports the internal circulation between the heat sources (34, 35) and the evaporator (37, 44). Thermosiphonanlage (29, 42) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftschacht (50) die innere Zirkulation zwischen den Wärmequellen (34, 35) und dem Verdampfer (37, 44) unterstützt.Thermosyphon system (29, 42) according to claim 7, characterized in that an air duct (50) supports the internal circulation between the heat sources (34, 35) and the evaporator (37, 44). Thermosiphonanlage (1, 29, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lüfter (9, 40, 47) oder Luftfördereinrichtung oder -mechanismus die äußere Luftzirkulation des gemeinsamen Kondensators (8, 39, 46) unterstützt.Thermosyphon system (1, 29, 42) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one fan (9, 40, 47) or air conveying device or mechanism supports the external air circulation of the common capacitor (8, 39, 46). Thermosiphonanlage (13, 17) nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kondensator (14, 24) mit Wasseranschlüssen (15, 27) zum Anschluss eines die Rückkühlung bewirkenden externen Wasserkreislaufs versehen ist.Thermosiphon system (13, 17) according to one of claims 1-8, characterized in that the common condenser (14, 24) is provided with water connections (15, 27) for connection of an external water circulation causing the recooling. Thermosiphonanlage (1, 13, 17, 42) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kondensator (8, 14, 24, 39, 46) über Rohre (10, 11, 25, 26, 48, 49) für verdampfendes / kondensierendes Kühlmittel mit dem mindestens einen Verdampfer (3, 6, 19, 22, 44) verbunden ist.Thermosiphon system (1, 13, 17, 42) according to one of the preceding claims, characterized in that the common capacitor (8, 14, 24, 39, 46) via tubes (10, 11, 25, 26, 48, 49) for evaporating / condensing refrigerant is connected to the at least one evaporator (3, 6, 19, 22, 44). Thermosiphonanlage (29) nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (39) als Erweiterung oberhalb des Verdampfers (37) ausgeführt ist.Thermosiphon system (29) according to any one of claims 1-10, characterized in that the capacitor (39) is designed as an extension above the evaporator (37).
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