ASTROEM BO (BR)
BERCEA EMIL (DE)
ASTROEM BO (BR)
US4512387A | 1985-04-23 | |||
US20040158428A1 | 2004-08-12 | |||
US3746079A | 1973-07-17 |
1. | Wärmetauscher für einen Transformator mit einem Wärmetauschermedium, welches über ein Zulaufelement (12) in ein Wärmetauschelement (16) hineinleitbar und über ein Ablaufelement (22) aus dem Wärmetauschelement (16) herausleitbar ist, mit einer ersten Temperaturmessung eines Zulaufstroms des Wärmetauschermediums und mit einer zweiten Temperaturmessung eines Ablaufstroms des Wärmetauschmediums, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Öffnung (24) im Zulaufelement (12) angeord¬ net ist, in der im Betrieb des Wärmetauschers eine erste Temperatursonde an einer vorbestimmten Stelle im Zulaufstrom positioniert ist, und dass eine zweite Öffnung (30) im Ablaufelement (22) angeordnet ist, in der im Betrieb des Wärmetauschers eine zwei¬ te Temperatursonde (34) an einer vorbestimmten Stelle im Ablaufstrom positioniert ist. |
2. | Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Öffnung (24) zusätzlich eine Entlüftungsvorrichtung angeordnet ist. |
3. | Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Öffnung (30) zusätzlich eine Entleerungsvorrichtung (40) angeordnet ist. |
4. | Wärmetauscher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die erste (24) und/oder die zweite Öffnung (30) ein Dichtungselement (26, 32) aufweist, durch das die entsprechende Temperatursonde (34) wärmetausch mediumsdicht einsetzbar ist. |
5. | Wärmetauscher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Temperatursonde (34) ein Thermoelement (34) ist. |
6. | Wärmetauscher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Temperatursonde (34) durch eine Tauchhülse geschützt ist. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für einen Transformator, mit einem Wärmetauschmedium, welches über ein Zulaufelement in ein Wärmetauschele¬ ment hineinleitbar und über ein Ablaufelement aus dem Wärmetauschelement heraus- leitbar ist, mit einer ersten Temperaturmessung eines Zulaufstroms des Wärmetau¬ schermediums und mit einer zweiten Temperaturmessung eines Ablaufstroms des Wärmetauschmediums.
Es ist allgemein bekannt, das Transformatoren für eine Vielzahl von Anwendungen ein¬ setzbar sind. Insbesondere Leistungstransformatoren mit einer zu übertragenden Leis¬ tung von wenigstens 5 MVA geben dabei im Betrieb eine beachtliche Wärmemenge ab, die üblicherweise über Wärmetauscher an die Umgebung abgegeben wird. Dazu ist in der Regel ein Kühlkreislauf vorgesehen, so dass der verwendete Wärmetauscher ge¬ gebenenfalls auch entfernt vom Transformator anordenbar ist.
Eine übliche Ausgestaltung eines derartigen Wärmetauschkreislaufes sieht vor, dass ein oder mehrere, häufig gleichartig gestalteter Wärmetauscher jeweils über einen Zu¬ laufstutzen mit Wärmetauschmedium versorgt werden. Eine speziell gestaltete Oberflä¬ che des Wärmetauschers sorgt dann für einen möglichst optimalen Wärmeübergang an
-ein--zweites ~ Wärmeträgermediumτ " das ~ als ~ Rü^kkührmediurτraTich an dem Wärme- tauschprozess beteiligt ist. Dies kann zum Beispiel die umgebenden Luft sein oder auch eine Flüssigkeit, je nachdem wie der Wärmetauscher aufgebaut ist.
Zur Überprüfung der Wärmebilanz solcher Wärmetauscher ist es nach allgemeinen Re¬ geln der Technik und der Normung vorgeschrieben, dass die Zulauftemperatur des Wärmetauschmediums sowie die Ablauftemperatur aus dem Wärmetauscher des Wär¬ metauschmediums gemessen wird. Dazu werden spezielle Rohrstücke unmittelbar an den Zulaufstutzen beziehungsweise den Ablaufstutzen des Wärmetauschers ange-
flanscht, wobei in diese Rohrstücke eine Tauchhülse eingeschweist oder eingedreht ist, die einen Thermometer aufnimmt. Bei einer derartigen Anordnung wird die gemessene Temperatur im Vorlauf beziehungsweise im Ablauf des Wärmetauschers erst mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung gemessen, da eine Temperaturänderung erst an das Material der Tauchhülse und danach an den Thermometer weitergegeben wird.
Zudem müssen die Temperaturmessrohrstücke bei der Planung um Konzeption des Transformators berücksichtigt werden. Die Abmessungen des Transformators mit dem Wärmetauscher werden entsprechend groß ausfallen. .
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher für einen Transformator anzugeben, bei dem die Messung verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher für einen Transformator mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen.
Demgemäss kennzeichnet sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher dadurch, dass eine erste Öffnung im Zulaufelement angeordnet ist, die der im Betrieb des Wärmetau¬ schers eine erste Temperatursonde an eine vorbestimmte Stelle im Zulaufstrom positi¬ onierbar ist, und dass eine zweite Öffnung im Ablaufelement angeordnet ist, in der im Betrieb des Wärmetauschers eine zweite Temperatursonde an eine vorbestimmte Stelle im Ablaufstrom positioniert ist.
-Demnach-ist-es-erlindungsgemäß~vorgesehenrdass-die^emp eraturmessün ^ gniü " nnTehr am Wärmetauscher selbst vorgenommen wird. Somit entfallen die seither bekannten Rohrstücke mit jeweils einem Temperaturmessinstrument, das gemäß dem seither be¬ kannten Stand der Technik an den Wärmetauscher angeflanscht wurde. Auf diese Wei¬ se ist die Konstruktion vereinfacht und die Möglichkeiten bei der Anordnung von einem Wärmetauscher mit einem Transformator steigen.
Zudem ist die Position der Temperaturmessung nunmehr unmittelbar am Eintritt bezie¬ hungsweise am Austritt des Wärmetauschmediums am Wärmetauscher, so dass auf
diese Weise sichergestellt ist, dass die Temperaturen des Wärmetauschmediums im Wärmetauscher selbst gemessen werden. Mögliche Fehlerquellen oder Störeinflüsse für die Temperaturmessung von der bisherigen Temperaturmessstelle außerhalb des Wärmetauschers in den Rohrstücken bis zu den erfindungsgemäßen Stellen des Wär¬ metauscher sind auf diese Weise vermieden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist es vorgesehen, dass in der ersten Öffnung zusätzlich eine Entlüftungsvorrichtung angeordnet ist.
Aus Servicegründen, insbesondere beim Befüllen eines Wärmetauschers beispielswei¬ se mit Wärmetauscheröl, ist üblicherweise eine Entlüftungsvorrichtung in Form eines Entlüftungshahns oder Entlüftungskükens an einer geodätisch hochgelegenen Stelle des Wärmetauschers angebracht. In dem Falle, dass der Zulaufstrom beziehungsweise der Ablaufstrom des Wärmetauschers ebenfalls an einer geodätisch hochgelegenen Stelle erfolgt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste oder die zweite Öff¬ nung ein kombiniertes Funktionselement mit beiden Funktionen aufnimmt.
Eine Ausgestaltungsmöglichkeit für ein Doppelfunktionselement besteht darin, dass die Entleerungsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass die Temperatursonde durch sie hin¬ durch oder an ihr vorbei in das Zulauf- beziehungsweise Ablaufelement einschiebbar ist, so dass die betreffende Temperatursonde ihre vorbestimmte Position erreicht. Die entsprechenden Ausgestaltungen der Entlüftungsvorrichtung sind dem Fachmann be¬ kannt.
-Auf~diese-Weise-ist-der-Aufbau-des-Wärmetauschers-insge samt ~ veτeinfacht7 ~ Die ~ Her ::~ Stellung einer zusätzlichen Öffnung für eine separate Entlüftungsvorrichtung entfällt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste und/oder die zweite Öffnung ein Dichtungs¬ element aufweist, durch das die entsprechende Temperatursonde wärmetauschmedi- umsdicht einsetzbar ist.
Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Wärmetauschers ist die seither übli¬ che Tauchhülse vermieden, die einen Austritt von Wärmetauschmedium aus einem ge-
schlossenen System verhindert. Zudem ist mit einer derartigen Anordnung erreicht, dass die Temperaturmessung direkt im Wärmetauschermedium erfolgt. Eine durch die Tauchhülse verursachte Totzeit in der Temperaturmessung ist vermieden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung, deren vorteilhafte Ausgestaltung und Verbesserungen der Erfindung, sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt:
einzige Fig. einen Transformatorkühler.
Die einzige Fig. zeigt einen Kühler 10, der als Rückkühler für einen Kühlkreislauf eines Leistungstransformators dient, wobei weder der Leistungstransformator, noch andere Details des Kühlkreislaufs in dieser Figur dargestellt sind. Der mit dem Kühler 10 rück- gekühite Leistungstransformator hat eine zu übertragende Leistung von etwa 15 MVA, wobei im gezeigten Beispiel der einzige Kühler 10 für die Rückkühlung der anfallenden Wärme des Leistungstransformators ausreichend dimensioniert ist.
Es ist aber ohne weiteres denkbar, dass im Bedarfsfalle mehrere solcher Kühler 10 im Kühlkreislauf parallel geschaltet sind oder eine den Kühlungsanforderungen entspre- chende-W■ärmetauseherfläche-am-KühleHO-angebrach^wird^s o-dass-die ~ Kühlleistαng ~ dieser Einheit zweckentsprechend erhöht ist.
Das gezeigte Beispiel zeigt den Kühler 10 als stehenden Wärmetauscher, so dass in der Figur mit unten das geodätisch „unten" gemeint ist. Entsprechend ist in der Figur oben am Kühler 10 ein Zulaufstutzen 12 gezeigt, wobei die Flussrichtung des einströ¬ menden Kühlmittels durch einen ersten Pfeil 14 angedeutet ist. Der Zulaufstutzen 12 ist als Rohrstück ausgebildet, welches einerseits mit einem Kühlerelement 16 verbunden ist und andererseits einen ersten Flansch 18 aufweist, der insbesondere zum direkten
Anschluss an den Leistungstransformator oder eine Verbindungsrohrleitung des Kühl- mittelkreislaufs vorgesehen ist.
Das zuströmende Kühlmittel, in diesem Beispiel ein Wärmetauscheröl, das häufig An¬ wendung bei Transformatorkühlkreisläufen findet, strömt durch den Zulaufstutzen 12 dem Kühlerelement 16 zu, wobei der Kühlmittelstrom auf mehrere Rippen 20 aufgeteilt wird, so dass mehrere Kühlmittelteilströme entstehen, die von oben nach unten das Kühlelement 16 durchlaufen. Im unteren Bereich des Kühlelements 16 sammeln sich die Kühlmittelteilströme wiederum zu einem gemeinsamen Ablaufstrom. Dieser gemein¬ same Ablaufstrom gelangt durch einen Ablaufstutzen 22 zurück zum Leistungstrans¬ formator beziehungsweise in den Kühlmittelkreislauf.
Zur Verstärkung des Kühleffekts können die Rippen 20 beispielsweise durch eine Zwangskonventionsströmung von der sie umgebenden Luft beblasen werden. Übli¬ cherweise werden hierfür in dieser Figur nicht dargestellte Ventilatoren verwendet, de¬ ren erzeugter Luftstrom so stark ist, dass sich im Ablaufstrom eine gewünschte Tempe¬ ratur des Kühlmittels einstellt.
An der höchsten Stelle des Rohres im Zulaufstutzen 12 und zwar in etwa an der Über¬ gangsstelle zwischen dem Rohrstück und dem Kühlerelement 16 ist eine erste Öffnung 24 im Zulaufstutzen 12 angeordnet. In der gewählten Darstellung ist noch das erste Dichtungselement 26 gezeigt, welches in der ersten Öffnung 24 angeordnet ist. Mit die¬ sem ersten Dichtungselement 26 ist eine kombinierte Vorrichtung aus Entlüftungsele¬ ment und Thermoelement mediumsdicht in die erste Öffnung 24 einsteckbar. Diese -kombinierte-A/orriehtungHsHn-der-einzigen-Fig—m bekannt.
Die Entlüftungsvorrichtung ist insbesondere beim Befüllen des Kühlmittelkreislaufs oder des Kühlers 10 notwendig, um die sich an den höchsten Stellen des betreffenden Kreis¬ laufes oder des Kühlers 10 sammelnde Luft zu entlüften, die nach und nach durch das in den Kühlmittelkreislauf gefüllte Kühlmedium verdrängt wird. Die Übernahme einer weiteren technischen Funktion, die an derselben Stelle der ersten Öffnung 24 erfin¬ dungsgemäß realisierbar ist, ist die Temperaturmessung mit einem ersten Thermoele-
ment. Erfindungsgemäß kann das erste Thermoelement nunmehr an eine Position im Rohrstück des Zulaufstutzens 12 verbracht werden, das der tatsächlichen Zulauftempe¬ ratur des Kühlers 10 erfahrungsgemäß am besten entspricht. Zudem dichtet das erste Dichtungselement 26 das erste Thermoelement im Bereich der ersten Öffnung 24 ge¬ gen einen möglichen Kühlmittelaustritt aus dem Kühlsystem ab. In diesem Beispiel ist die sonst notwendige Tauchhülse zur Abdichtung einer Öffnung in einer Rohrleitung vermieden. Auf diese Weise erfolgt die Messwertaufnahme unmittelbar durch das Thermoelement im Kühlmittel und nicht indirekt über das Material der Tauchhülse und somit gedämpft und verzögert. Derart ist die Messung genauer und schneller geworden.
Im gezeigten Beispiel ist noch ein weiterer Vorteil erkennbar. Im oberen Bereich des Kühlelements 16 ist noch eine Öse 28 gezeigt, an die, beispielsweise beim Montagear¬ beiten, der komplette Kühler 10 an ein Hebezeug anhängbar ist. Aufgrund der platzspa¬ renden Doppelfunktion von Temperaturmessung und Entlüftung in der ersten Öffnung 24 wird darüber hinaus im oberen Bereich des Kühlelements 16 aus konstruktiver Sicht kein weiterer Platz benötigt. Somit besteht auch ein größerer Konstruktionsgestaltungs- freiraum, nämlich bei einer Konstruktion des Kühlelements 16, zum Beispiel in dessen oberen Bereich mit einer Schräge, wie dargestellt. Diese Gestaltung berücksichtigt in dem gewählten Beispiel ein spezielles räumliches Montageerfordernis an der Aufstel¬ lungsstelle des Kühlers 10.
Im unteren Bereich sind die beiden Funktionen der Temperaturmessung und des Kühlmittelablasses an verschiedenen Positionen realisiert. So ist eine zweite Öffnung 30 an einer unten gelegenen Stelle des Rohrstücks des Ablaufstutzens 22 angeordnet -und-mit~einem-zweiten-Dichtungselement-32-versehenτ- Das ~ zweite ~ Dichtαngs " glenτeTir 32 ist mit einer nachgiebigen Kunststoffmasse ausgestaltet und verschließt die zweite Öffnung 30 vollständig, so dass kein Kühlmittel im inneren Bereich des Kühlelements 16 oder des Ablaufstutzens 22 austreten kann auch wenn kein Thermoelement eingesteckt ist. Die Kunststoffmasse ist jedoch so nachgiebig gestaltet und mit einer weiteren Öff¬ nung versehen, durch die der stabartige Teil eines zweiten Thermoelements durch die Kunststoffmasse und die zweite Öffnung 30 einsteckbar und in einer gewünschten Posi¬ tion fixierbar ist.
Für die Fixierung bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, zum Beispiel dass der stabartige Teil des Thermoelements mit einem entsprechenden Anschlag versehen ist oder mit einer entsprechenden Verschraubung. Dem Fachmann sind hierfür weitere Möglichkeiten bekannt. In der Figur ist das Thermoelement 34 nur symbolisch darge¬ stellt. Eine dritte Öffnung 36 ist ebenfalls an einer unteren Stelle des Kühlerelements 16 geordnet, jedoch von der zweiten Öffnung 30 so weit beabstandet, dass die in die Öff¬ nungen 30, 36 eingeführten Vorrichtungen sich nicht beeinflussen oder stören. Mit der dritten Öffnung 36 ist ein Anschlusselement 38 verbunden, das zur Aufnahme einer Ab¬ lassvorrichtung, hier ein Absperrventil 40, geeignet ist. Das Absperrventil 40 ist lediglich als Symbol dargestellt und ist beispielsweise als Absperrkugelhahn oder Absperrschie¬ ber ausgeführt.
it der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung ist es auf besonders einfache Weise möglich, sehr genaue Temperaturmessungen unmittelbar im Zulauf- und im Ablaufstrom des Kühlers 10 durchzuführen. Üblicherweise werden solche Mes¬ sungen an Kühlern durch Normen vorgeschrieben, um die Funktionsweise eines Wär¬ metauschers zu kontrollieren. Eine Möglichkeit die Messdaten zu bearbeiten besteht darin, diese an eine Prozesssteuerung des Transformators, des Kühlungsmittelkreis¬ laufs oder einer Gesamtanlage weiterzugeben, welche die Auswertung der Messung gegebenenfalls auch die Aufbereitung der Messdaten vornimmt. Zudem besteht die Möglichkeit die Messdaten weiterzu verarbeiten, beispielsweise durch Bildung von Tem¬ peraturdifferenzen oder statistischen Auswertungen. Diese Funktionen sind auch durch entsprechende Messgeräte vor Ort realisierbar. Diese sind in der Figur jedoch nicht dargestellt. Jedenfalls ist die Messwertaufnahme in der angegebenen Weise verbessert gegenüber-der-seitherbekanntenr
Bezuqszeichenliste
Kühler
Zulaufstutzen erster Pfeil
Kühlelement
Flansch
Rippen
Ablaufstutzen erste Öffnung erstes Dichtungselement
Öse zweite Öffnung zweites Dichtungselement
Thermoelement dritte Öffnung
Anschlusselement
Absperrventil