Воздушно-водяной теплообменник

Изобретение относится к области теплообменной техники и может быть использовано в замкнутых, не сообщающихся с внешней средой, системах охлаждения электрических машин и трансформаторов. Наиболее эффективно применение данного изобретения там, где к теплообменнику предъявляются повышенные требования по габаритам и массе, при использовании его на подвижных объектах, морских и речных судах.

Известна конструкция воздушно-водяного теплообменника, встраиваемого в систему охлаждения объекта, содержащего корпус, установленные в нем воздушно-водяной охладитель, связанный с подводящим и отводящим водяными патрубками, плоский центробежный вентилятор, состоящий из рабочего колеса, установленного на роторе, расположенного в центре электродвигателя с внешним ротором, и статора, жестко закрепленного на корпусе теплообменника. Нагретый воздух с охлаждаемого объекта поступает на вход центробежного вентилятора, далее прокачивается им через воздушно-водяной охладитель, охлаждается, возвращается обратно в систему охлаждения объекта (см., например, Воздушно-водяные теплообменники 7.000 Вт PWS 7702, PWS 7702 SL немецкой компании Pfannenberg, http://www.pfannenberg.com/ru/produkcija/klimat-kontrol/vozdukho-vodjanye-teploobmenniki/vozdukho-vodjanye-teploobmenniki/pws-77027702-sl-7kw/).

Недостатком известной конструкции теплообменника в реальных условиях его эксплуатации, с учетом того, что центробежный вентилятор эффективно работает только на всасывание воздуха, является то, что работающий электродвигатель вентилятора постоянно находится в потоке горячего воздуха. При достижении верхнего температурного предела работы электродвигателя, с целью предотвращения перегорания, он автоматически отключается, при этом охлаждение объекта данным теплообменником прекращается, что ведет к ускоренному перегреву охлаждаемого объекта, наступает аварийная обстановка. В данной конструкции верхний температурный предел работы электродвигателя вентилятора является также пределом и для охлаждаемого объекта, хотя средняя его температура (между горячим и охлажденным воздухом) является для последнего еще рабочей.

Задачей настоящего изобретения является удаление прямой зависимости верхнего температурного предела работы охлаждаемого объекта от этого же показателя электродвигателя вентилятора теплообменника и, как следствие, расширение температурного диапазона работы теплообменника, повышения его максимальной мощности теплового потока с сохранением его массы и габаритов.

Поставленная задача решается за счет того, что воздушно-водяной теплообменник, содержащий корпус с установленными в нем воздушно-водяным охладителем, центробежным вентилятором, подающим поток подлежащего охлаждению воздуха на воздушно-водяной охладитель и включающим рабочее колесо, установленное на роторе электродвигателя, согласно изобретению теплообменник снабжен дополнительным контуром охлаждения электродвигателя вентилятора, выполненным в виде стакана, охватывающего с зазором ротор электродвигателя, и канала подачи охлажденного воздуха с выхода основного воздушно-водяного охладителя в полость стакана.

Введение дополнительного контура охлаждения электродвигателя вентилятора, не требующего дополнительных внешних источников, обеспечивающее охлаждение ротора двигателя вентилятора за счет использования на его охлаждение части охлажденного после прохождения охладителя воздуха, подаваемого по каналу подачи непосредственно к внутренней поверхности ротора, обеспечивает достижение технического результата: удаление прямой зависимости верхнего температурного предела работы охлаждаемого объекта от этого же показателя электродвигателя вентилятора теплообменника, предотвращение перегрева электродвигателя.

Таким образом, верхний температурный предел работы охлаждаемого объекта повышается, повышается максимальная мощность теплового потока теплообменника, электродвигатель вентилятора работает в охлажденном воздухе, не перегревается и не отключается, не создает аварийной обстановки для охлаждаемого объекта.

Проведенные патентные исследования показали, что заявляемое устройство соответствует условиям патентоспособности изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявляемое устройство может быть использовано в промышленности, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема теплообменника.

На фиг. 2 представлена схема прототипа (Воздушно-водяные теплообменники 7.000 Вт PWS 7702).

Теплообменник содержит корпус 1, рабочее колесо центробежного вентилятора 2, установленное на роторе электродвигателя с внешним ротором 3, статор 4, жестко закрепленный на корпусе 1, воздушно-водяной охладитель 5, связанный с подводящим и отводящим водяными патрубками 6, стакан 7 с расположенным внутри него ротором 3, соединенным с каналом 8, подающим охлажденный воздух с выхода воздушно-водяного охладителя 5. Корпус теплообменника 1, имеющий входное и выходное окна для прохода воздуха, совместно с корпусом охлаждаемого объекта 9 создают единый замкнутый и герметичный объем циркуляции воздуха.

Теплообменник работает следующим образом.

В процессе работы воздух (газ) в охлаждаемом объекте нагревается и скапливается в верхней части его корпуса 9. Далее подлежащий охлаждению воздух (газ) поступает на вход вентилятора, в зону низкого давления – вовнутрь рабочего колеса 2. Затем с выхода вентилятора, под более высоким давлением, воздух (газ) поступает на вход воздушно-водяного охладителя 5. Охлажденный воздух (газ) возвращается в нижнюю часть корпуса 9.

Часть охлажденного воздуха из зоны повышенного давления, с выхода воздушно-водяного охладителя 5, проникает по каналу 8 в стакан 7, где охлаждает ротор электродвигателя 3, и затем проникает в зону низкого давления – вовнутрь рабочего колеса 2. Далее процесс идет непрерывно.