DE3131286A1 - Arrangement for cooling a gas-cooled or liquid-cooled electrical machine - Google Patents

Abstract

The cooling of an electrical machine (1) is intensified by a heat pump circuit (6) whose evaporator (3) exchanges heat with the internal cooling circuit (2) of the machine (1). The compressor (7) of the heat pump circuit (6) is driven by a turbine (13) through which the medium of the heat pump circuit (6) flows in gaseous form, once said medium has been further heated after emerging from the compressor (7) in the first pipe system (16) of an additional heat exchanger (17). The heat loss from the drive machine (20) or process machine which is connected to the electrical machine (1) is utilised for this purpose. The turbine (13) additionally drives a further electrical machine (15) in order to emit useful energy. <IMAGE>

Description

Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flüssigkeitsgekühlArrangement for cooling a gas or liquid-cooled

ten elektrischen Maschine Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine, deren Kühlmedium des Innenkühlkreises im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer eines geschlossenen Wärmepumpenkreises steht, bestehend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel, wobei der Kondensator in einem Wärmeaustausch mit dem Medium eines Außenkreises steht und der Verdichter von einer aus dem Wärmepumpenkreis gespeisten Turbine angetrieben wird und auf der Welle der Turbine und des Verdichters noch eine als Generator oder Motor arbeitende weitere elektrische Maschine angeordnet ist.th electrical machine The invention relates to an arrangement for Cooling of a gas- or liquid-cooled electrical machine, its cooling medium of the internal cooling circuit exchanging heat with the evaporator of a closed heat pump circuit stands, consisting of evaporator, compressor, condenser and throttle, whereby the Condenser is in a heat exchange with the medium of an external circuit and the compressor is driven by a turbine fed from the heat pump circuit is and on the shaft of the turbine and the compressor another one as a generator or Motor working further electrical machine is arranged.

Eine derartige Anordnung ist aus der Fig. 1 der DE-OS 1 613 203 bekannt. Durch die Verwendung des Wärmepum penkreises soll bei der bekannten Anordnung die Kühlung der Maschine intensiviert werden, indem einerseits das Kühlmittel des Innenkühlkreises durch den Wärmetauscher mit Verdampfer stark gekühlt wird und andererseits durch Anheben des Mediums des Wärmepumpenkreises durch den Verdichter auf höhere Temperaturen auch der Wärmeübergang vom Kondensator zum Außenkreis verbessert wird. Dazu muß der Verdichter angetrieben werden, was eine Energiezufuhr bedeutet. Bei der bekannten Anordnung soll die Antriebsleistung des Verdichters der Verlustwärme des Generators entnommen werden, wozu anstatt der Drossel als Entspannungsmittel die Antriebsturbine für den Verdichter ausgenutzt wird, so daß das aus dem Kondensator austretende Medium des Wärmepumpenkreises die Turbine durchläuft und dann dem Verdampfer zugeführt wird. Durch eine derartige Speisung der Turbine mit einer Flüssigkeit kann aber keine sehr große Arbeitsleistung erbracht werden. Dadurch ist aber die Anhebung des Temperaturniveaus des Mediums des Wärmepumpenkreises beschränkt.Such an arrangement is known from FIG. 1 of DE-OS 1,613,203. By using the Wärmepum penkreis should in the known arrangement Cooling of the machine can be intensified by, on the one hand, the coolant of the internal cooling circuit is strongly cooled by the heat exchanger with evaporator and on the other hand by The compressor raises the medium of the heat pump circuit to higher temperatures the heat transfer from the condenser to the external circuit is also improved. To do this must the compressor are driven, which means an energy supply. With the well-known Arrangement is intended to drive power of the compressor to the heat loss of the generator can be taken, including the drive turbine instead of the throttle as a relaxation means is used for the compressor, so that the medium emerging from the condenser of the heat pump circuit going through the turbine and then the evaporator is fed. By supplying the turbine with a liquid in this way but no very large work can be done. But this is the Raising the temperature level of the medium of the heat pump circuit is limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung zur Kühlung einer gas- oder flüssigkeitsgekühl ten elektrischen Maschine mit einem Wärmepumpenkreis der eingangs beschriebenen Art die Antriebsleistung der Turbine für den Verdichter zu erhöhen.The invention is based on the object in an arrangement for Cooling of a gas or liquid-cooled electrical machine with a heat pump circuit of the type described above, the drive power of the turbine for the compressor to increase.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung die Anordnung der eingangs beschriebenen Art so ausgebildet, daß im Wärmepumpenkreis hinter dem Verdichter ein zusätzlicher Wärmetauscher angeordnet ist, von dem das erste Rohrsystem vom Medium des Wärmepumpenkreises und das zweite Rohrsystem von einem durch äußere Energie erwärmten Medium durchflossen ist, und daß das Medium des Wärmepumpenkreises nach Austritt aus dem ersten Rohrsystem des zusätzlichen Wärmetauschers die Turbine durchläuft, bevor es dem Kondensator zugeführt ist.To solve this problem, the arrangement is according to the invention Type described above designed so that in the heat pump circuit behind the compressor an additional heat exchanger is arranged, of which the first pipe system from Medium of the heat pump circuit and the second pipe system from one by external energy heated medium is flowing through, and that the medium of the heat pump circuit after Exit from the first pipe system of the additional heat exchanger passes through the turbine, before it is fed to the condenser.

Dadurch wird für die den Verdichter antreibende Turbine die gasförmige Phase des Mediums des Wärmepumpenkreises ausgenutzt, die einen wesentlich höheren Energieinhalt als die flüssige Phase hat. Außerdem wird das vom Verdichter auf ein höheres Temperaturniveau angehobene Medium des Wärmepumpenkreises durch weitere Erwärmung in dem zusätzlichen Wärmetauscher noch auf ein weit höheres Temperaturniveau gebracht, bevor es der Turbine zugeführt wird. Diese treibt den Kompressor und zusätzlich die auf ihrer Welle angeordnete weitere elektrische Maschine an, die als Generator eine weitere Nutzleistung abgibt.As a result, the turbine driving the compressor becomes the gaseous one Phase of the medium of the heat pump circuit exploited, which is a much higher Energy content than the liquid phase. In addition, the compressor will turn it on higher temperature level raised medium of the heat pump circuit by further Heating in the additional heat exchanger to a much higher temperature level brought before it is fed to the turbine. This drives the compressor and in addition the additional electrical machine arranged on its shaft, which acts as a generator delivers another useful power.

Es empfiehlt sich, das dem zweiten Rohrsystem des zusätzlichen Wärmetauschers zugeführte Medium entweder durch Sonnenenergie oder durch die Verlustwärme der mit der elektrischen Maschine verbundenen Antriebs- oder Arbeitsmaschine zu erwärmen, so daß die zusätzliche Energiezufuhr aus einer sowieso vorhandenen Quelle gespeist ist.It is recommended that the second pipe system of the additional heat exchanger supplied medium either through solar energy or through the heat loss of the with to heat the drive or driven machine connected to the electrical machine, so that the additional energy supply is fed from an already existing source is.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention is still based on the in Figures 1 and 2 of the drawing schematically illustrated exemplary embodiments.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem geschlossenen, durch Pfeile angedeuteten Innenkühlkreis 2, dessen Kühlmedium Luft ist, die im Innern der Maschine umläuft und dem ersten Rohrsystem 3 des Wärmetauschers 4 zur Rückkühlung zugeführt ist. In diesem Wärmetauscher 4 liegt der Verdampfer 5 des Wärmepumpenkreises 6, der außerdem noch den Verdichter 7, den Kondensator 8 und die Drossel 9 enthält. Der Kondensator 8 liegt im Wärmetauscher 10, dessen zweites Rohrsystem 11 von dem Medium eines Außenkreises 12 durchflossen wird. Zum Antrieb des Verdichters 7 dient die Turbine 13, auf deren Welle 14 außer dem Verdichter 7 noch eine weitere elektrische Maschine 15 angeordnet ist, die als Motor oder Generator arbeiten kann.Fig. 1 shows an electrical machine 1 with a closed, Inner cooling circuit 2 indicated by arrows, the cooling medium of which is air, which is inside the machine and the first pipe system 3 of the heat exchanger 4 for recooling is fed. The evaporator 5 of the heat pump circuit is located in this heat exchanger 4 6, which also contains the compressor 7, the condenser 8 and the throttle 9. The condenser 8 is located in the heat exchanger 10, the second pipe system 11 of which Medium of an outer circle 12 is traversed. Serves to drive the compressor 7 the turbine 13, on the shaft 14 of which, in addition to the compressor 7, another electrical one Machine 15 is arranged, which can work as a motor or generator.

Die Turbine 13 wird vom Medium des Wärmepumpenkreises 6 durchflossen. Dieses wird, um dafür.einen hohen Energieinhalt ausnutzen zu können, nach dem Austritt aus dem Verdichter 7 durch das erste Rohrsystem 16 eines zusätzlichen Wärmetauschers 17 geführt. Das zweite Rohrsystem 18 dieses zusätzlichen Wärmetauschers 17 ist von einem Medium durchflossen, das in einem Außenkreis 19 durch Sonnenenergie erwärmt ist. Dadurch wird das Medium des Wärmepumpenkreises 6, das im Verdampfer 5 die Ver- lustwärme der elektrischen Maschine 1 aufgenommen hatte und im Verdichter 7 auf ein höheres Temperaturniveau angehoben war, noch weiterhin im zusätzlichen Wärmetauscher 17 auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, bevor es die Turbine 13 durchfließt und danach dem Kondensator 8 zugeführt wird. Der Energieinhalt des der Turbine somit auf einem sehr hohen Temperaturniveau zugeführten Mediums in gasförmigem Zustand wird einmal als Antriebsleistung für den Kompressor und zum anderen als Antriebsleistung für die weitere elektrische Maschine 15 ausgenutzt, die als Nutzleistung nach außen abgegeben wird.The medium of the heat pump circuit 6 flows through the turbine 13. In order to be able to use a high energy content for this purpose, this is after the exit from the compressor 7 through the first pipe system 16 of an additional heat exchanger 17 led. The second pipe system 18 of this additional heat exchanger 17 is from a medium flowed through which is heated in an outer circle 19 by solar energy is. As a result, the medium of the heat pump circuit 6, which in the evaporator 5, the lust warmth of the electrical machine 1 and in the compressor 7 to a higher one Temperature level was raised, still continued in the additional heat exchanger 17 brought to a higher temperature level before it flows through the turbine 13 and is then fed to the capacitor 8. The energy content of the turbine thus at a very high temperature level supplied medium in gaseous state is used on the one hand as drive power for the compressor and on the other hand as drive power exploited for the further electrical machine 15, the useful power to the outside is delivered.

Ein etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 2. Für gleiche Teile sind die gleichen Bezugszahlen beibehalten worden. Bei der elektrischen Maschine 1 handelt es sich hier um einen von einer Antriebsmaschine 20, z. B. e-inem Dieselmotor, angetriebenen Generator.A somewhat modified embodiment is shown in FIG. 2. For like parts have been retained the same reference numerals. With the electric Machine 1 is one of a prime mover 20, e.g. B. e-inem Diesel engine, powered generator.

Zur Intensivierung der Kühlung der elektrischen Maschine 1 ist wiederum der Wärmepumpenkreis 6 in gleicher Weise ausgenutzt. Die während des Betriebes der Antriebsmaschine 20 entstehenden heißen Abgase werden über das erste Rohrsystem 21 eines Wärmetauschers 22 geführt, dessen zweites Rohrsystem 23 im Außenkreis 19 des zusätzlichen Wärmetauschers 17 liegt. Somit wird die Verlustwärme der Antriebsmaschine 20 zur zusätzlichen Anhebung des Mediums des Wärmepumpenkreises 6 auf ein höheres Temperaturniveau nach Austritt aus dem Verdichter 7 ausgenutzt. Dadurch wird die Leistung der Turbine 13 verstärkt.To intensify the cooling of the electrical machine 1 is again the heat pump circuit 6 is used in the same way. The during the operation of the The hot exhaust gases produced by the engine 20 are passed through the first pipe system 21 of a heat exchanger 22, the second pipe system 23 of which in the outer circle 19 of the additional heat exchanger 17 is located. Thus, the heat loss of the prime mover 20 for an additional increase in the medium of the heat pump circuit 6 to a higher one Temperature level after exiting the compressor 7 used. This will make the Power of the turbine 13 reinforced.

2 Figuren 3 Ansprüche Leerseite2 figures 3 claims Blank page

Claims (3)

Patentansprüche 1. Anordnung zur Kühlung einer gas oder flüssigkeitskühlsten elektrischen Maschine, deren Kühlmedium des Innenkühlkreises im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer eines geschlossenen Wärmepumpenkreises steht, bestehend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel, wobei der Kondensator in einem Wärmeaustausch mit dem Medium eines Außenkreises steht und der Verdichter von einer aus dem Wärmepumpenkreis gespeisten Turbine angetrieben wird und auf der Welle der Turbine und des Verdichters noch eine als Generator oder Motor arbeitende weitere elektrische Maschine angeordnet ist, d a d-.u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß im Wärmepumpenkreis (6) hinter dem Verdichter (7) ein zusätzlicher Wärmetauscher (17) angeordnet ist, von dem das erste Rohrsystem (16) vom Medium des Wärmepumpenkreises (6) und das zweite Rohrsystem (18) von einem durch äußere Energie erwärmten Medium durchflossen ist, und daß das Medium des Wärmepumpenkreises (6) nach Austritt aus dem ersten Rohrsystem (16) des zusätzlichen Wärmetauschers (17) die Turbine (13) durchläuft, bevor es dem Kondensator (8) zugeführt ist. Claims 1. Arrangement for cooling a gas or liquid coolest electrical machine whose cooling medium of the internal cooling circuit in heat exchange with the evaporator of a closed heat pump circuit, consisting of the evaporator, Compressor, condenser and throttle, the condenser in a heat exchange with the medium of an external circuit and the compressor from one of the heat pump circuit powered turbine is driven and on the shaft of the turbine and the compressor another electrical machine working as a generator or motor is arranged is that in the heat pump circuit (6) behind the compressor (7) an additional heat exchanger (17) is arranged, of which the first pipe system (16) from the medium of the heat pump circuit (6) and the second pipe system (18) is traversed by a medium heated by external energy, and that the Medium of the heat pump circuit (6) after exiting the first pipe system (16) of the Additional heat exchanger (17) passes through the turbine (13) before it enters the condenser (8) is supplied. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß-das dem zweiten Rohrsystem (18) des zusätzlichen Wärmetauschers (17) zugeführte Medium durch Sonnenenergie erwärmt ist. 2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the second pipe system (18) of the additional heat exchanger (17) medium supplied is heated by solar energy. 3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das dem zweiten Rohrsystem (18) des zusätzlichen Wärmetauschers (17) zugeführte Medium durch die Verlustwärme der mit der elektrischen Maschine (1) verbundenen Antriebs- (20) oder Arbeitsmaschine erwärmt ist. 3. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the second pipe system (18) of the additional heat exchanger (17) medium supplied by the heat loss from the electrical machine (1) connected Drive (20) or driven machine is heated.