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Anordnung zur Kühlung und teilweisen Verwertung der abgeführten Wärme
Es ist schon bekannt, elektrische Maschinen durch einen Luftkreislauf zu kühlen
und zur Rückkühlung der Luft Frischwasser zu verwenden, so daß dieses die Verlustwärme
aufnimmt, und zwecks günstiger Verwertung dieser Verlustwärme die Frischwasserzufuhr
mittels eines an der Stelle der höchsten. Temperatur der Maschine angeordneten Thermostaten
so zu regeln, daß diese Temperatur unabhängig vom Belastungsgrad der Maschine möglichst
konstant und damit auch die Temperatur des erwärmten Frischwassers für Heizzwecke,
z. B. die Heizung von Büroräumen, stets genügend. hoch bleibt. Soll dabei den Kesseln
eines Dampfkraftwerkes die Verlustwärme des elektrischen Generators zugeführt werden,
so wird dessen Kühlluft gegebenenfalls teils mit dem in geregelter Menge zugeführten
Frischwasser, teils mit Kondensat rückgekühlt Dabei kann auch das erwärmte Frischwasser
den Kesseln zugeführt und so können zugleich die Dampfverluste gedeckt werden.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anordnung zur Kühlung und. Verwertung
der abgeführten Wärme. Während aber bei der beschriebenen bekannten. Anordnung darauf
ausgegangen wird., womöglich die ganze jeweils anfallende Verlustwärme der elektrischen
Maschine oder eines Transformators auszunutzen, werden bei der Erfindung durch absichtliche
Beschränkung auf Ausnutzung nur eines Bruchteiles der maximal anfallenden. Wärmeleistung
wichtige im folgenden näher, erläuterte Vorteile erzielt, die den in dieser Beschränkung
liegenden Nachteil weit überwiegen.
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Erfindungsgemäß werden bei einer elektrischen Maschine, einem Transformator
od. dgl., die bzw. der mit einer für die Abfuhr der ganzen Vollast-Verlustwärmeleistung
ausreichenden Kühleinrichtung versehen ist, zusätzlich zu dieser an einer oder mehreren
Stellen, an denen das erwärmte gasförmige oder flüssige Kühlmittel aus der Maschine
bzw. dem Transformator austritt, ein oder mehrere Nutzwärmeaustauscher angeordnet,
die nur für höchstens ein Drittel der Vollast-Verlustwärmeleistung bemessen sind,
dafür aber das in ihnen kreisende Wärmeübertragungsmittel (z. B. Wasser oder Öl)
auf eine verhältnismäßig sehr hohe, für Heizzwecke gut geeignete Temperatur bringen
nämlich nahezu auf die Temperatur des aus der Maschine od. dgl. austretenden, z.
B. gasförmigen Kühlmittels. Diese letztere Temperatur wird ihrerseits mittels einer
Temperaturregeleinrichtung unabhängig von Maschinenbelastung und Nutzwärmeverbrauch
auf einem annähernd konstanten hohen Wert gehalten, und zwar etwa dadurch, daß die
Kühleinrichtung der Maschine von einem Temperaturfühler gesteuert wird, der unmittelbar
von der austretenden Kühlluft umspült wird, also nicht, wie bei der obenerwähnten
bekannten Anordnung, die Maschinenhöchsttemperatur überwacht, die ja mit der Austrittstemperatur
der Kühlluft nur in losem Zusammenhang steht und schwer feststellbar ist.
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Die Beschränkung auf Ausnutzung nur höchstens eines Drittels der Vollastabwärme
bringt den. Vorteil, daß der Nutzwärmeaustauscher, obwohl er, entsprechend dem Vorgesagten,
mit nur geringer Temperaturdifferenz an den Wärmeaustauschflächen arbeitet, doch
nicht groß und teuer wird und daß er bis herab zu Teillasten der Maschine, bei denen
die Verlustwärme nur ein Drittel bzw. einen noch kleineren Bruchteil ihres Vollastwertes
beträgt, voll ausgenutzt bleibt, d. h. den Wärmeverbrauchern trotz Schwankungen.
der Maschinenbelastung eine gleichbleibende Wärmeleistung zuführt. Daß neben dem
oder den thermisch hochwertigen Nutzwärmeaustauschern eine für Abfuhr der Vollastwärme
bemessene Kühleinrichtung vorgesehen ist, die bei Betrieb der Nutzwärmeaustauscher
nicht voll ausgenutzt wird, fällt weniger ins Gewicht, weil die Kühleinrichtung
mit großer Temperaturdifferenz an den Wärmeaustauschflächen arbeiten kann und daher
verhältnismäßig billig ist. Diese Kühleinrichtung verhindert eine Übererwärmung
der voll belasteten Maschine selbst dann, wenn die Nutzwärmeaustauscher aus irgendeinem
Grund, z. B. im Sommer, wenn eire Raumheizung unerwünscht ist, ganz außer Betrieb
genommen, werden.
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Die Erfindung sei an Hand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert,
bei denen es sich um de
Kühlung und Verwertung der Verlustwärme
einer elektrischen Maschine handelt. Anwendungsmöglichkeiten bestehen jedoch überall,
wo größere Wärmemengen mit einer ihre Verwertung zulassenden Temperatur abzuführen
sind, also etwa bei größeren Transformatoren, aber z. B. auch bei Dampfkondensatoren.
Von besonderem Vorteil ist die Erfindung bei der Ausnutzung der Verlustwärme von
Generatoren oder Transformatoren zur Heißwasserbereitung oder zur Raumheizung nach
dem bekannten System Crittall.
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Die Fig. 1 a und 1 b stellen eine elektrische Maschine 1 dar mit vertikal
angeordneter Welle, an deren Umfang Ringlaufkühler 5 mit vorgeschalteten Wärmeaustauschern
4 angeordnet sind. Die aus dieser Maschine bei 2 radial austretende Warmluft gibt
einen Teil nutzbarer Wärme an die Wärmeaustauscher 4 ab, um dann anschließend durch
die mit Kühlwasser beaufschlagten Ringlaufkühler 5 entsprechend rückgekühlt zu werden
und dann als Kühlluft bei 3 in axialer Richtung wieder in die Maschine einzutreten.
Die Kühlluftmengen zirkulieren also in einem vollkommen von der äußeren Atmosphäre
abgeschlossenen Kreislauf.
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Der Kühlwasserzufluß zu den Ringlaufkühlern 5 erfolgt bei a, der Abfluß
des erwärmten Kühlwassers aus der Ringsammelleitung bei b. Aus einer Warmwasserrücklaufleitung
wird bei c durch die Umwälzpumpe D Warmwasser niederer Temperaturangesaugt und in
die Ringleitung zu den Wärmeaustauschern der elektrischen Maschine gefördert, von
wo aus das Warmwasser mit hoher Temperatur, durch eine Ring-Leitung gesammelt, in
die Warmwasservorlaufleitung bei d und damit zu den einzelnen Wärmeverbrauchsstellen
(Crittall-Heizschlangen, Radiatoren oder sonstigen Wärmeverbrauchern) geführt wird.
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Ein in dem zu beheizenden Raum angeordneter Thermostat II von an sich
bekannter Bauart wirkt auf die elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigten
Regelventile Bund C derart ein, daß je nach Bedarf den Wärmeaustauschern in der
elektrischen Maschine mehr oder weniger Wasser bzw. andere Flüssigkeit zur Erwärmung
zugeführt wird. Ein an der Vorlaufleitung d an entsprechender Stelle angeordnetes
Ausdehnungsgefäß E gestattet die Ausdehnung der erwärmten Flüssigkeit je nach Temperatur
derselben in dem für sich vollkommen geschlossenen Kreislaufsystem. Zur Sicherstellung
der erforderlichen Warmwasservorlauftemperatur dient der in dem Warmluftraum der
elektrischen Maschine angeordnete Thermostat I, der seinerseits auf ein elektrisch,
hydraulisch oder pneumatisch betätigtes Regelventil A in der Kühlwasserzuführungsleitung
a einwirkt, so daß, unabhängig von der jeweiligen Belastung der elektrischen Maschine
und unabhängig von der jeweiligen Wärmeabgabe an das Heiznetz, die Warmwasser- bzw.
Ölvorlauftemperatur konstant gehalten wird. Die Anordnung ist so getroffen., daß
bei einem eventuellen Versagen der automatischen Regelanlage das Regelventil A sich
unter allen Umständen in voll geöffnetem Zustand befindet, damit die elektrische
Maschine auf jeden Fall gegen Übererwärmung geschützt ist.
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Fig. 2 stellt eine elektrische Maschine 1 dar mit horizontal angeordneter
Welle, bei welcher die Ringlaufkühler 5 mit den vorgeschalteten Wärmeaustauschern
4 in einer Fundamentgrube unterhalb der Maschine angeordnet sind. Die Wirkungsweise
dieser getroffenen Anordnung ist identisch mit der Anordnung gemäß Fig. 1. Fig.
3 stellt eine elektrische Maschine 1 dar mit horizontaler Welle, bei welcher Luftkühlung
ohne Verwendung von Ringlaufkühlern vorgesehen und der Wärmeaustauscher 4 im Warmluftaustrittsstutzen
angeordnet ist. Die Kühlluftzirkulation kann entweder durch Eigenlüfter der Maschine
oder durch Einbau eines Gebläses J aufrechterhalten werden.
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Über eine sich selbsttätig öffnende Luftabsperrklappe G wird bei a
Kühlluft aus dem Freien. angesaugt und, durch ein Luftfilter F gereinigt, mit einem
Teilstrom warmer Maschinenabluft vermischt, um dann vom Gebläse J oder durch Maschinenselbstansaugung
in die Maschine bei 3 als Kühlluft einzutreten. Die bei 2 austretenden Warmluftmengen
werden zunächst zwecks Nutzbarmachung eines Teiles der anfallenden Verlustwärme
über den Wärmeaustauscher 4 geführt. Dann strömt die Abluft zum Teil über die automatisch
geregelte Beimischklappe K der Kühlluftzuführung zu abermaliger Verwendung wieder
zu, zum Teil über die selbsttätig sich öffnende Überdruckklappe H bei b ins Freie.
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Aus einer Warmwasser- bzw. Ölrücklaufleitung c wird durch die Umwälzpumpe
D Warmwasser niederer Temperatur bzw. Öl angesaugt und dem Wärmeaustauscher 4 am
Warmluftaustrittsstutzen der elektrischen Maschine zugeführt. Nach Aufnahme der
Verlustwärme wird das Warmwasser bzw. Öl mit hoher Temperatur in die Vorlaufleitung
d geführt und damit zu den einzelnen Wärmeverbrauchsstellen.
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Der in dem zu beheizenden Raum oder beispielsweise zu beheizenden
Apparat angeordnete Thermostat II wirkt auf die elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch
betätigten Regelventile B bzw. C derart ein, daß je nach Wärmebedarf dem Wärmeaustauscher
4 in der elektrischen Maschine mehr oder weniger Wasser oder Öl zur Erwärmung zugeführt
wird. Ein in der Vorlaufleitung d an entsprechender Stelle angeordnetes Ausdehnungsgefäß
E gestattet die Ausdehnung des erwärmten Wassers bzw. Öles je nach Temperatur in
dem an sich vollkommen geschlossenen Warmwasser- bzw. Ölkreislaufsystem.
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Zur Sicherstellung der erforderlichen Warmwasservorlauftemperatur
dient ein in dem Warmluftaustrittsstutzen aus der elektrischen Maschine vor dem
Wärmeaustauscher 4 eingebauter Thermostat I, welcher seinerseits auf einen elektrisch,
hydraulisch oder pneumatisch betätigten Klappenverstellmotor A einwirkt, so daß
unabhängig von der jeweiligen Belastung der elektrischen Maschine und unabhängig
von der jeweiligen Wärmeabgabe an das Heiznetz die Warmwasser- bzw. Ölvorlauftemperatur
konstant gehalten wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei einem eventuellen
Versagen der automatischen Regelanlage die Beimischluftklappe K sich unter allen
Umständen in geschlossenem Zustand befindet, damit auf diese Weise die elektrische
Maschine jederzeit vor Übererwärmung geschützt ist.