DE3101697A1

DE3101697A1 - Apparatur zur wiedergewinnung der zerstreuten waerme aus elektrostatischen maschinen, besonders aus elektro-transformatoren

Info

Publication number: DE3101697A1
Application number: DE19813101697
Authority: DE
Inventors: Rolando Verona Campodonico; Ferruccio Negrar Verona Giuliani
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1981-01-21
Publication date: 1982-01-07
Also published as: GB2073498A; FR2475199A1; BE887013A; IT8004729V0

Description

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BESCHREIBUNG

Ofe betreffende Apparatur der vorliegenden Erfindung findet auf dem Gebiet der elektrostatischen Maschinen Anwendung, welche, wie bekannt Ist, eine elektrische Leistung in eine andere elektrische Leistung mit anderen Eigenschaften umwandeln. Es ist bekannt, dass diese Leistungsumwandlung zu Verlusten führt, die nicht nur die Ausbeute der Maschine senken, sondern auch die erreichbare Leistung begrenzen. In der Tat nehmen diese Verluste bei Erhöhung der Leistungsausbeute zu und erzeugen durch die Umwandlung In Wärme eine Überhitzung der Maschine. Es ist daher die erreichbare Leistung aus der Maschine begrenzt, wenn die Maschine die für ein gutes Funktionieren akzeptierbare Temperaturgrenze nicht übersteigen soll. Diese erreichbare Leistung wird wie bekannt erhöht, indem die Temperatur der Maschinen innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten wird, wobei eine entsprechende Kühlung der elektrostatischen Maschinen vorgenommen wird, entweder durch Ölumlauf oder durch Ventilation. Bei Zunahme der Maschinenleistung erhöht sich folglich die Notwendigkeit, die durch Joule-Effekt aus den Verlusten erzeugte Wärme zu zerstreuen. Aus diesem Grund sind die elektrostatischen Maschinen und besonders die elektrischen Transformatoren, abgesehen von den Maschinen mit ganz geringer Leistung, mit Kühlsystemen für die Leitungen versehen, die aus (natürlichem oder unter Druck arbeitenden) Umlauf von Mineralöl von hoher elektrischer Isolierung bestehen.
Der grundlegende Nachteil dieses Verfahren ist daraus gegeben,

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dass die während des Betriebes der elektrostatischen Maschinen erzeugte Wärme vollkommen zerstreut wird, auch mit zusätzlicher Energieverschwendung (z.B. durch die Benutzung von Ventilationsanlagen oder ähnlichem).

Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, diese erzeugte Wärme wiederzugewinnen und sie entsprechend und ohne Gefahr der Verwertung zuzuführen. Das Problem, das der Erfindung zugrunde liegt, bezieht sich auf die Wiedergewinnung der von den elektrostatischen Maschinen erzeugten Wärme und auf die bestehende Gefahr, die direkt mit dem Menschen in Kontakt stehende nutzbare Form der Wärme (z.B. durch Heizkörper bei der Raumheizung) mit den elektrostatischen Maschinen und besonders mit elektrischen Transformatoren in Verbindung zu bringen, bei denen normalerweise Spannungen von zigtausend Volt im Spiel sind. Es muss daher absolut die Möglichkeit ausgeschaltet werden, den Hydraulikkreis des benutzten Wassers wie z.B. in Heizkörpern bei der Raumheizung oder allgemein im Kontakt mit dem Menschen "unter Spannung" zu stellen.

Das Problem wird In Übereinstimmung mit der Erfindung durch eine Apparatur zur Wiedergewinnung der zerstreuten Wärme aus elektrostatischen Maschinen gelöst, dadurch gekennzeichnet, dass diese wie folgt enthält: Wenigstens einen ersten geschlossenen Hydraulikkreis, dessen Wärmeerzeuger aus einer elektrostatischen Maschine besteht, und der weiter mit einem ersten Wärmeaustauscher versehen ist; wenigstens einen zweiten geschlossenen Hydraulikkreis, dessen Hydraulikumlauf von dem vorstehenden unterschieden wird,

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dessen Wärmeerzeuger aus dem genannten ersten Wärmeaustauscher gebildet wird, und der mit einem zweiten Wärmeaustauscher versehen ist.

Vorteilhafterweise wird die elektrische Isolierung des Wasserumlaufs (dritter geschlossener Hydraulikkreis, dessen Wärmeerzeuger aus dem genannten zweiten Wärmeaustauscher gebildet wird) gewährleistet in Übereinstimmung mit weiteren Eigenschaften der Erfindung, und zwar durch das Vorhandensein einer dielektrischen Flüssigkeit in wenigstens einem der genannten ersten und zweiten geschlossenen Hydraulikkreise. Dieser Spannungsaustausch durch die Flüssigkeiten wird ausserdem noch wirksamer durch die Verwendung eines Wärmeaustauschers vom Typ mit gerippten Rohren von grossem Durchmesser vermieden, der in den ersten geschlossenen Hydraulikkreis eingefügt wird, und der einen absoluten Widerstand gegen Zerspaltung garantiert (die sich bei anderen Arten von Wärmeaustauschern ergeben könnte), wodurch folglich ein direkter Kontakt zwischen den in den obengenannten unterschiedlichen Hydraulikkreisen vermieden wird.

Vorteilhafterweise wird die Spannungsentladung durch die Leitungen, welche die genannten Hydraulikkreise bilden, dadurch verhindert, dass der erste geschlossenen Hydraulikkreis Verbindungsleitungen zu seinem Wärmeerzeuger (bzw. zu dem Kasten, in dem die elektrostatische Maschine eingeschlossen ist) hat, die mit Muffen aus dielektrischem Material versehen sind. Die eventuelle Spannungsentladung durch die in den Hydraulikkreisen vorhandenen Flüssigkeiten ist in Übereinstimmung mit einer weiteren Eigen-

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schaft der Erfindung ausserdem dadurch verhindert, dass der Druck einer jeden Flüssigkeit, dte in Jedem der genannten unterschiedlichen HydrauUkkreise vorhanden ist, im Verhältnis zu der Flüssigkeit tn dem unmittelbar davor liegenden Hydraulikkreis entsprechend höher ist, und zwar in Richtung des von den genannten elektrostatischen Maschinen erzeugten Wärmeflusses. Dte Hauptvorteile, die aus der Apparatur nach der Erfindung ergeben, sind folgende: Die Wiedergewinnung und Verwertung der aus den Verlusten in den elektrostatischen Maschinen und besonders in elektrischen Transformatoren erzeugten Wärme; die Möglichkeit der Installierung von grossen Transformatoren, auch in geschlossenen Räumen, da diese in Übereinstimmung mit der Erfindung nicht mehr notwendigerweise im Freien stehen müssen, um die erzeugte Wärme zu zerstreuen; die Reduzierung der Abmessungen der Transformatoren, da hier bei gleicher Leistung eine wirkungsvollere Ableitung der erzeugten Wärme gegeben Ist, und zwar durch die günstigeren Bedingungen für den Wärmeaustausch, aufgrund des Vorhandenseins, in Übereinstimmung mit der Erfindung, von einer Anzahl von Hydraulikkreisen und den entsprechenden Wärmeaustauschern. Die Apparatur nach der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine vorgezogene VerwirkIichungsform eingehender beschrieben und rein als Beispiel und nicht begrenzend auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in der ein Schema der Anlage betreffend die Apparatur gezeigt wird.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird mit 1 ein elektrischer Transformator bezeichnet, der in einem abgedichteten Metallkasten

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eingeschlossen ist, welcher aussen vollkommen von einem thermoisolierenden Material 3 umgeben ist. Der elektrische Transformator I₁ der während seines Betriebes durch den Joule-Effekt Wärme erzeugt, ist vollkommen in Mineralöl von hoher elektrischer Isolierung 4 eingetaucht, das den Kasten 2 füllt. Der Kasten 2 ist durch Leitungen 5 und 6 mit einem ersten Hydraulikkreis 7 verbunden. Dieser erste geschlossene Hydraulikkreis 7 besteht in seinen Teilen zur Verbindung mit den Leitungen 5 und aus zwei Muffen 8 und 9 aus dielektrischem Material (abdichtend in die Leitungen 5 und 6 und in die entsprechenden Leitungen des ersten geschlossenen Hydraulikkreises 7 eingeschoben), welche die Aufgabe haben, den ersten Kreis 7 von dem Metallkasten 2 zu isolieren, in dem ersten geschlossenen Hydraulikkreis 7, in dem die Zirkulierung des Öls 4 durch eine Pumpe 19 unter Druck erfolgt, befindet sich ein erster Wärmeaustauscher 10 vom Typ mit geripptem Rohr von grosser Wandstärke (um den maximalen Widerstand gegen Zerspaltung zu gewährleisten), welcher als Wärmeerzeuger für einen zweiten geschlossenen Hydraulikkreis 11 dient, und zwar mit einem von dem vorstehenden getrennten Umlauf, und in dem Mineralöl 12 von hoher elektrischer Isolierung zirkuliert. In dem genannten zweiten geschlossenen Hydraulikkreis 11, in dem der ölumlauf 12 unter Druck durch eine zweite Pumpe 20 erfolgt, befindet sich ein zweiter Wärmeaustauscher 13 vom Typ mit geripptem Rohr, der seinerseits wiederum als Wärmeerzeuger für einen dritten geschlossenen Hydraulikkreis 14 dient, dessen Umlauf von den Hydraulikkreisen 7 und 11 getrennt ist und in dem sich natürlicherweise Wasser

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befindet, fn den dritten geschlossenen Hydraulikkreis 14 ist ein dritter Wärmeaustauscher 15 vom Typ mit Platten eingefügt, der zur Verwertung der von dem Transformator 1 zerstreuten Wärme bestimmt ist (Heizkörper für Raumheizung oder ähnliches). Der erste geschlossene Hydraulikkreis 7 ist mit einem vierten Wärmeaustauscher 16 versehen, und zwar vom Typ mit gebohrten und gerippten Platten, der sich in einer Abzweigung 7 des genannten ersten geschlossenen Hydraulikkreises befindet, als by-pass des genannten erten Wärmeaustauschers 10.

Der Fluss des Mineralöls 4 in der Leitung, welche diese Abzweigung 17 bildet, wird durch die Position von Teilern 18, 18* bestimmt, die von Hand oder automatisch gesteuert werden und den Fluss in der Abzweigung 17 regeln, wenn die Wärme nicht von dem ersten Kreis 7 zum zweiten Kreis 11 geleitet und damit zur Verwertung kommen soll, d.h. durch den dritten Kreis 14 und den dritten Wärmeaustauscher 15. In diesem Falle dient der vierte Wärmeaustauscher 16 einfach zur Kühlung des Mineralöls 4 (ohne Wiedergewinnung der Wärme) und damit des Transformators 1, um eine Überhitzung zu vermeiden. Somit ist ein einwandfreier Betrieb des Transformators 1 möglich, auch wenn die von diesem zerstreute Wärme nicht wieder verwendet werden soll.

Als äusserste Sicherheitsmassnahme ist der Druck einer jeden Flüssigkeit in jedem der unterschiedlichen Hydraulikkreise im Verhältnis zu dem unmittelbar davorI legenden Hydraulikkreis höher, und zwar in Richtung des Flusses der von dem elektrischen Transformator 1 erzeugten Wärme.

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- tr-

Natürlich können zahlreiche Varianten struktureller Art, wie andere Ausbildungen und/oder Anordnungen an der betriffenden Apparatur angebracht werden, ohne jedoch aus dem Schutzbereich derselben herauszugehen.

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Claims

DlPL-ING. HANS LANGOSCH ,

DR.-1NG. HEiNZ KOSENTHIEN ^O / Ί / Oi

PATENTANWÄLTE
STUTTGART 1 · HERDWEQ β*

PATENTANSPRÜCHE

( 1. J Apparatur zur Wiedergewinnung der zerstreuten Wärme aus elektrostatischen Maschinen, besonders aus Elektro-Transformatoren, dadurch gekennzeichnet, dass sie wie folgt enthält: Wenigstens einen ersten geschlossenen Hydraulikkrefs (7), dessen Wärmeerezuger aus wenigstens einer der genannten elektrostatischen Maschinen (1) besteht und mit einem ersten Wärmeaustauscher (10) versehen ist; wenigstens einen zweiten geschlossenen Hydraullkkreis (11) mit einem von dem vorstehenden unterschiedenen HydraulIkumlauf, dessen Wärmeerzeuger aus dem genannten ersten Wärmeaustauscher (10) gebildet und der mit einem zweiten Wärmeaustauscher (13) versehen ist, wobei Mittel zur elektrischen Isolierung des genannten ersten und zweiten geschlossenen Hydraulikumlaufs (7) und (11) von den genannten elektrostatischen Maschinen (1) vorgesehen sind.
2. Apparatur zur Wiedergewinnung der Wärme nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen dritten ge-

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schlossenen Hydraulikkreis (14) enthält, mit einem von den vorhergenannten unterschiedenen Hydraulikumlauf, dessen Wärmeerzeuger aus dem genannten zweiten Wärmeaustauscher (13) gebildet wird, und der mit einem dritten Wärmeaustauscher (15) versehen ist, welcher zur Verwertung der von den genannten elektrostatischen Maschinen (1) zerstreuten Wärmeenergie bestimmt ist.
3. Apparatur zur Wiedergewinnung der Wärme nach Patentanspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel zur elektrischen Isolierung darin bestehen, dass sich in dem ersten geschlossenen Hydraulikumlauf (7) eine dielektrische Flüssigkeit (4) befindet.
4. Apparatur zur Wiedregewinnung der Wärme nach Patentanspruch 1 und 2 oder 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem genannten zweiten geschlossenen HydrauUkkreis (11) eine dielektrische Flüssigkeit (12) vorhanden ist.
5. Apparatur zur Wiedergewinnung der Wärme nach Patentanspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel zur elektrischen Isolierung darin bestehen, dass der genannte erste geschlossene HydrauUkkreis (7) Leitungen (5) und (6) zur Verbindung mit seinem Wärmeerzeuger hat, die mit Muffen aus dielektrischem Material (8) und (9) versehen sind.
6. Apparatur zur Wiedergewinnung der Wärme nach Patentanspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste geschlossene HydrauUkkreis (7) mit einem vierten Wärmeaustauscher (16) versehen ist, der sich in einer Abzweigung (17) des genannten ersten geschlossenen Hydraulikkreises (7) als by-pass

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des genannten ersten Wärmeaustauschers (10) befindet.
7. Apparatur zur Wiedergewinnung der Wärme nach Patentanspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste Wärmeaustauscher (10) vom Typ mit gerippten Rohren ist.
8. Apparatur zur Wiedergewinnung der Wärme nach Patentanspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste Wärmeaustauscher (10) vom Typ mit Platten ist.
9. Apparatur zur Wiedregewinnung der Wärme nach Patentanspruch

1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck einer jeden Flüssigkeit, die in jedem der genannten unterschiedlichen Hydraulikkreise vorhanden ist, gegenüber dem Flüssigkeitsdruck in
dem unmittelbar davorI legenden Kreis entsprechend höher ist, und zwar im Verhältnis zur Fliessrichtung der von den elektrostatischen Maschinen (1) erzeugten Wärme.

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