-
Kühlvorrichtung für geschlossene Elektromotoren Die Erfindung betrifft
eine Kühlvorrichtung für einen insbesondere zum Antrieb .eines Kompressors einer
Kühlanlage dienenden Elektromotor mit einem gegenüber der Atmosphäre hermetisch
geschlossenen, den Rotor und den Stator des Motors aufnehmenden Gehäuse, wobei ein
Teil des in der Kühlanlage umlaufenden Kältemittelstromes aus einer Sammelkammer
in flüssiger Form entnommen, in das Motorgehäuse ein-, durch dasselbe hindurch-
und über einen unter niedrigerem Druck stehenden Auslaß in das System zurückgeführt
wird.
-
Nach der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, daß die Wirksamkeit
und der Kältemittelverbrauch derartiger bekannter Einrichtungen mit einfachsten
Mitteln erheblich verbessert werden kann; die vorliegende Erfindung geht somit von
der Aufgabe aus, eine solche Verbesserung herbeizuführen.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß innerhalb
des Motorgehäuses nahe am Ende des Rotors ein mit der Sammelkammer für flüssiges
Kältemittel verbundener Kältemittel-Verteilerring angeordnet ist, der eine Anzahl
von öffnungen aufweist, die auf den zwischen Rotor und Stator gebildeten Spalt gerichtet
sind, wobei der Spalt in bekannter Weise die einzige Verbindung zwischen der Kältemittel-Zuführvorrichtung
und dem Auslaß ist.
-
Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gelangt somit der zur Kühlung
des Motors dienende Teilstrom des flüssigen Kältemittels direkt in denjenigen Bereich
des Motors, nämlich in den Spalt zwischen Rotor und Stator, wo die höchsten Temperaturen
herrschen und das Kältemittel direkt mit den wärmeerzeugenden Metallteilen des Rotors
und Stators in Berührung tritt. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen der eingangs
angegebenen Art, bei denen das Kältemittel einfach in das Motorgehäuse eingeleitet
wird, verdampft also das Kältemittel nicht bereits an Stellen, deren Kühlung nicht
vordringlich ist, sondern in demjenigen. Bereich des Motors, wo die abzuführende
Wärme tatsächlich entsteht und die höchsten Temperaturen hervorruft. Bei den bekannten
Vorrichtungen verdampft ein großer Teil des in das Motorgehäuse eingeführten Kühl-Attels
schon vor Erreichung des Spalts zwischen Rotor und Stator; auf diese Weise werden
die Gehäusebereiche in der Umgebung des Kühlmitteleintritts sehr tief gekühlt, was
gar nicht erforderlich ist, während für die Kühlung der heißesten Teile des Motors
nur eine entsprechend verringerte Kühlleistung zur Verfügung steht, so daß man einen
entsprechend größeren Kältemittelstrom zum Kühlen des Motors abzweigen muß. Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dagegen schon sehr kleine Mengen des flüssigen
Kältemittels ausreichend, um eine wirksame und gleichmäßige Kühlung des Motors zu
erzielen. Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die eingespritzte Kältemittelmenge
ohne weiteres so eingestellt werden kann, daß kein Teil des Motors unnötig tief
gekühlt wird, bleibt auch die natürliche Wärmeabgabe des Motors an seine Umgebung
weitgehend erhalten, was wiederum eine Ersparnis an Kältemittel bedeutet.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß in
an sich bekannter Weise die Kältemittel-Zufuhr von beiden Enden des Rotors erfolgt
und zur Rückführung des Kältemittels in das System ein vom mittleren Teil des Spaltes
abgehender Auslaßkanal vorgesehen ist. Mit einer derartigen Anordnung ergibt sich
eine besonders symmetrische Kühlung.
-
Ferner kann es nach der Erfindung vorteilhaft sein, zur Erzeugung
des niedrigeren Druckes im Auslaß des Systems eine Absaugvorrichtung vorzusehen:.
Diese kann erfindungsgemäß aus zusätzlichen Schaufeln am Rotor des Kompressors bestehen.
-
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
F i g. 1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Kühlanlage, deren Elektromotor mit einer erfindungsgemäßen
Kühlvorrichtung gekühlt wird; F i g. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der F
i g. 1 in Blickrichtung der Pfeile.
-
Die in F i g. 1 dargestellte Kühlanlage hat einen Verdampfer 10, der
aus einem zylindrischen Behälter mit Rohrböden 14 und 16 gebildet ist, zwischen
denen sich mehrere Wasserrohre 18 und 20 erstrekken. An den Rohrböden 14 und 16
sind Wasserkästen oder Glocken 22 und 24 befestigt, um einen geschlossenen Kreislauf
in Pfeilrichtung für den Durchlauf der Flüssigkeit zur Wärmeübertragung durch die
Rohre 18 und 20 zu ermöglichen. Das Wasser oder eine andere wärmeübertragende Flüssigkeit
innerhalb der Rohre 18 und 20 wird durch das Sieden des flüssigen Kältemittels,
welches am Eimaß 23 in den Verdampfer 710 eintritt, gekühlt, wobei das gasförmige
Kältemittel die Leitwände 25 durchstreicht, die das Mitreißen von flüssigem Kältemittel
in den oberen Teil 27 des Verdampfers verhindern.
-
Das aus dem Auslaß 28 austretende gasförmige Kältemittel wird in den
Einlaß des Laufrades 30 eines Zentrifugalkompressors 31 geführt. Der Kompressor
371 umfaßt ein Gehäuse 32 mit .einer vorderen Wand 33 und einer Rückwand 34, die
mit einer kreisförmigen Öffnung 35 versehen ist. An der Rückwand 34 ist ein zylindrischer
geschlossener Elektromotor befestigt, der ein zylindrisches Gehäuse 36 aufweist,
das durch eine Wand 37 ab-Qeschlossen ist. Das Motorgehäuse 36 nimmt den Motor-Stator
38 sowie drehkreuzähnliche Lagerträger 40 und 44 auf. Innerhalb des Stators 38 ist
ein Rotor 471 drehbar angeordnet, dessen Wellenabschnitte 42 und 43 in den drehkreuzähnlichen
Teilen 40 und 44 drehbar gelagert sind.
-
Die Welle 43 ist von einem stationären Kältemittelverteilerring 46
umgeben, welcher eine Anzahl auf dem Umfang verteilter Öffnungen 46a aufweist, aus
denen das flüssige Kältemittel in den Spalt 47 zwischen Rotor 41 und Stator 38 eingespritzt
wird. Dadurch gelangt das flüssige Kältemittel in jene Teile des Motors, die die
höchste Betriebstemperatur erreichen, um den Motor äußerst wirksam zu kühlen und
örtliche Wärmestauungen zu verhindern. Der Spalt 47 kann, wie es in der F i g. 2
gezeigt ist, vergrößert werden, um einen schnelleren Durchfluß des Kühlmittels zu
ermöglichen. Ebenso können der Stator und der Rotor 38 und 41 mit Vertiefungen versehen
sein, wie es bei 38a und 41a gezeigt ist, um den Zutritt einer genügenden Kältemittelmenge
und die gewünschte Kühlung der verschiedenen Motorteile zu ermöglichen. Der Ring
46 kann mit einstellbaren Einsätzen versehen sein, um die ®ffnungsquerschnitte in
übereinstimmung mit den gewünschten Betriebsdrücken zu verändern. Der Verteilerring
46 wird von einem oder mehreren Rohren 47 a, die sich durch die Teile 37 und 40
erstrecken, mit flüssigem Kältemittel versorgt. Die Rohre 47 a sind mit einer Leitung
49 verbunden, die von einem Gehäuse 50 einer Schwimmerkammer ausgeht. Das Gehäuse
50 nimmt kondensiertes Kältemittel aus der Leitung 52 auf, die sich vom Auslaß 53
des Kältemittelkondensators 54 erstreckt.
-
Während des Betriebes erhält der Kondensator 54 über die Leitung 56
erwärmtes gasförmiges Kältemittel vom Kompressor 31, wobei der Umlauf der erwärmten
Kältemittelgase im Kondensator eine Erwärmung des Wassers in den Rohren 57 und 58
mit anschließender Kondensation des Kältemittels bewirkt. Das Kältemittel läuft
vom Auslaß 53 in die Leitung 52 und von dort in die durch das Gehäuse
50
gebildete Schwimmerkammer.
-
Das Gehäuse 50 ist mit einem Auslaß 59 versehen, der mit der Kältemittelleitung
61, die zum Einlaß 23 des Verdampfers 10 führt, in Verbindung steht. Innerhalb des
Gehäuses 50 ist ein Schwimmer in der Form einer hohlen Kugel 63 vorgesehen. Von
der Kugel 63 erstreckt sich eine Stange 64 nach unten, die drehbar mit dem Gestänge
65 und 66 verbunden ist, das wiederum mit einer Drosselklappe 67, welche bei 68
geschwenkt wird, in Verbindung steht.
-
Wenn die Menge des aus der Leitung 52 kommenden flüssigen Kältemittels
nicht ausreicht, um die Flüssigkeit in dem Gehäuse 50 im wesentlichen auf dem gezeigten
Niveau 69 zu halten, senkt sich der Schwimmer 63 und hält die Drosselklappe 67 geschlossen,
wie es in der F i g. 1 gezeigt ist. Sobald der Flüssigkeitsspiegel über das Niveau
69 hinaus ansteigt, hebt sich der Schwimmer 63 und öffnet die Drosselklappe 67,
so daß der Flüssigkeitsspiegel im wesentlichen auf dem gezeigten Niveau 69 gehalten
wird. Auf diese Weise wird stets eine ausreichende Menge an flüssigem Kältemittel
in der Schwimmerkammer gehalten, um den Verteilerring 46 mit dem Kältemittel zu
versorgen und eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Kondensatorauslaß 53 und dem
Verdampfereinlaß 23 zu bilden.
-
Um den Durchfluß des Kältemittels durch den Spalt 47 zwischen dem
Stator und dem Rotor des Motors zu unterstützen, ist eine Pumpe in Form einer Platte
70 mit mehreren auf ihr angeordneten Schaufeln 71 vorgesehen, die auf den Raum innerhalb
des Motorgehäuses 36 eine Saugwirkung ausübt. So zieht während des Betriebes des
Motors die mit der Welle 42 und dem Läufer 30 drehfest verbundene Platte 70 das
Kältemittel aus dem Spalt 47 durch die Öffnung 35 in den Kanal 74, der im Kompressorgehäuse
angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Kältemittelumlauf durch den Kompressormotor
erreicht, wobei die Zahl der verwendeten Rohre so gering wie möglich bleibt.
-
Hierdurch wird ein äußerst wirksamer Kühlkreislauf erreicht, weil
flüssiges Kältemittel durch die Öffnungen 46 a in den Spalt 47 zwischen dem Stator
und dem Rotor eingespritzt wird und unter Verdampfung im Motorgehäuse 36 expandiert.
Dabei nimmt das Kältemittel große Wärmemengen auf, bevor es durch die Schaufeln
71 in die Kompressorkammer zurückgezogen und an den Kondensator abgegeben wird,
wo es wieder kondensiert wird.
-
Um den Kompressormotor zu kühlen, kann auch die Kältemittel-Zufuhr
von beiden Enden des Spaltes zwischen Rotor und Stator erfolgen. Dabei fließt das
flüssige Kältemittel von den beiden Enden des Spaltes aus zu wenigstens einem vom
mittleren Teil des Spalts abgehenden Auslaßkanal, und es wird eine sehr gute Kühlung
gewährleistet.