Brevet FR2090274A1 — publié le 19720114

La présente invention concerne une machine électrique tournante refroidie à l'hydrogène, et notamment un compensateur, du type comportant un echangeur de chaleuro Les compensateurs synchrones de grande 5 puissance sont généralement refroidis à lrhydrogène. La déperdition calorifique des parties actives de la machine est directement évacués par de l'hydrogène mis en circulation. Dans le circuit fermé de l'hydrogène se trouve généralement un échan» geur de chaleur du type hydrogène-eau» Pour des raisons de 10 construction, les échangeurs de chaleur de ce type sont logés à l'intérieur du récipient étanche au gazo Ce récipient lui-même fait partie de la machine. On est en présence de diverses complications dans le cas où l'on ne dispose pas dEeau de refroidissement que l'on peut rejeter, et le passage de cette 15 eau par une tour de refroidissement est onéreux. Dans ce cas, on construit la machine à un emplacement fixe et on la munit d'un circuit d'eau fermé, qui prend la chaleur dans un échangeur et cède de nouveau cette chaleur à l'air atmosphérique environnant, dans un second 20 échangeur de chaleur eau-air. Ce mode de réalisation est très compliqué tant par sa construction que pour son fonctionnement, et du fait de la chute de température dans les deux échangeurs de chaleur, à la température donnée de l'air environnant, pour obtenir la température voulue de l'hydrogène froid, on arrive 25 à des échangeurs de chaleur de grandes dimensions= Le montage connu d'une machine tournante avec 1 '-échangeur de chaleur hydrogène-eau remédie à quelques uns des inconvénients mentionnés. L:échangeur de chaleur est prévu dans ce cas sur les côtés de la machine et là où se trouve 30 l'hydrogène il est relié par un récipient résistant à la pression, de la machine électrique, à l'aide d'une bride étanche au gaz,. L'air de refroidissement est aspiré de 1:atmosphère environnante par les ventilateurs auxiliaires et après le passage par 1!échangeur cet air es.t de nouveau rejeté à l'atmosphère. Dans ce mon-35 tage, on peut avantageusement supprimer la chute de température par rapport à l'eau, formant un fluide d'échange de chaleur, pour diminuer les dimensions de cet échangeur de chaleur. Toutefois, la construction est complexe et l'évacuation de l'hydrogène à l'extérieur du récipient de pression de la machine kO entraîne des complications, pour les essais de pression de la 71 18857 2 2090274 chambre contenant 1:hydrogène etc. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerné à cet effet une machine électrique tournante refroidie à l.rhydrogène, du type compojctant un échan-5 geur de chaleur tubulaire„ pour l'hydrogène et l'air machine caractérisée en ce que Ieéchangeur est logé au moins dans une chambre cylindrique intermédiaire., coaxiale à L'axe longitudinal de la machine électrique, la face frontale étant reliée au récipient étanche au gaz, cylindrique, de la machine .et les 10 tubes de 1eéchangeur étant dirigés suivant 1raxe longitudinal de la machine. Les extrémités des tubes sont fixées des deux côtés, de façon étanche au gaz ,à un anneau circulaire formé par des plaques de parois tubulaires, qui constituent une partie 1.5 du récipient étanche au gaz de cette machine» Le circuit d'hydrogène de 1:échangeur peut être prévu de façon que l'hydrogène traverse les tubes de refroidissement dans une certaine direction et que le retour de l'hydrogène s'effectue par le volume intérieur cylindrique» 20 On peut également diviser les tubes de refroidissement en deux courants, et utiliser l'écoulement dans les deux directions pour refroidir l'hydrogène» Dans les deux courants dchydrogène on peut avantageusement utiliser une combinaison d'écoulement de l'hydrogène et de l'air selon laquelle le premier courant 25 d5hydiogène est refroidi par l'air partiellement échauffé et le second courant d'hydrogène est refroidi par .1 air froid entrant» De cette façon on obtient un écoulement à contre-courant à veines croisées, qui réduit la chute de température dans 1:échangeur» Les tubes de 1réchangeur peuvent être réalisés en un 30 matériau résistant à la corrosion de préférence en un acier inoxydable » La présente invention sera décrits plus en détail à laide d'un mode de réalisation représenté schémati quement dans les dessins annexés dans lesquels ; 35 - La figure 1 est une vue de côté d'une machine électrique» - La figure 2 représente un type de montage des tubes de 1!échangeur» - La figure 3 est un schéma du rircuit d air kO de 1:échangeur tubulaire» l'ensemble étant, vu en coupe» 71 18857 2090274 Comme cela ressort de la figure 1, sur l'enveloppe extérieure 3 de la machine électrique, des deux côtés et concentriquement, on a fixé les éléments de 1!échangeur tubulaire 1 et 2. Ces éléments sont fermés par les fonds 4 et 5 5 des faces frontales. Dans la figure 2, on a représenté le montage des tubes d'échangeur 6 répartis dans un volume cylindrique compris entre l'enveloppe cylindrique extérieure de 1'échangeur 11 et l'enveloppe intérieure cylindrique concentrique de 1'échangeur 9» 10 Le diamètre de l'enveloppe cylindrique extérieure de 1'échangeur 11 correspond au diamètre extérieur du récipient étanche au gaz. L'enveloppe intérieure de 1'échangeur 9 forme une partie du récipient étanche au gaz de la machine électrique et dans son volume intérieur 10 on peut loger un moteur de démarrage pour le compen-15 sateur, un excitateur, des bagues collectrices et leur circuit de refroidissement. Les parois frontales du récipient étanche au gaz de 1'échangeur forment les plaques de parois tubulaires 7 et 8 de l'anneau circulaire, dans lesquelles sont logés de façon étanche au gaz, coaxialement par rapport à l'axe longitudinal de 20 la machine, les tubes de refroidissement 6. L'enveloppe extérieure de 1'échangeur 11 peut être munie d'un élément élastique axiale-ment 12 qui permet la dilatation due à la chaleur. Dans la figure 3 on a représenté en coupé la moitié gauche du circuit d'air de 1'échangeur tubulaire, comportant 25 les ventilateurs 13 et l4. Dans la partie droite de la figure 3, on a une vue suivant la direction S de 1!échangeur et de la chambre en avant" de l'échangeur, montrant les deux parois intermédiaires 17 et 18. L 'air est envoyé dans 1'échangeur tubulaire 1, 2 à l'aide des ventilateurs de pression, à partir du côté de la 30 machine. Entre les faisceaux de tubes de 1'échangeur se trouve une chambre 15, 16 en forme de coin permettant l'entrée et la sortie de l'air de refroidissement. Dans chaque échangeur tubulaire 1, 2 sont réalisées quatre branches parallèles latérales pour l'air, comme représenté par les flèches. On a ainsi deux veines d'hy-35 drogène, prévues de façon que le courant d'hydrogène chaud arrive en contact avec l'air sortant (contre-courant croisé). Selon la figure 3, le courant de l'hydrogène chaud qui se dirige vers l'arrière du plan du dessin est représenté par une croix et le courant de 1'hydrogène froid, 40 dirigé vers l'avant du plan du dessin, est représenté par un 71 18857 2090274 point. Ces courants se séparent à l'intérieur de la machine, avant 1'échangeur, dans le volume compris entre les parois intermédiaires 17, l8. Le transfert d'hydrogène d'un courant à l'autre 5 s'effectue dans la chambre annulaire circulaire 19, du côté des échangeurs de chaleur 1, 2. Les moteurs électriques des ventilateurs refoulants 13, l4 sont montés de façon à se trouver en dehors de la chambre où se forme le mélange d'hydrogène. Suivant une variante on peut utiliser,soit des ventilateurs aspirants, 10 soit des ventilateurs refoulants. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de 15 l'invention. 71 18857 5 209027k REVENDICATIONS 1°) Machine électrique tournante refroidie à l'hydrogène, du type comportant un échangeur de chaleur tubulaire, pour l'hydrogène et l'air, machine caractérisée 5 en ce que 1'échangeur est logé au moins dans une chambre cylindrique intermédiaire, coaxiale à l'axe longitudinal de la machine électrique, la face frontale étant reliée au récipient étanche au gaz cylindrique de la machin^ et les tubes de 1'échangeur- étant dirigés suivant l'axe longitudinal de la 10 machine. 2°) Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'hydrogène est guidé « dans les tubes d'échangeur, suivant deux courants. 3°) Machine électrique tournante selon l'une 15 quelconque des[revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le guidage de l'hydrogène et de l'air se fait par contre-courant croisé. 4°) Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tubes d'échangeur 20 sont réalisés en un matériau résistant à la corrosion tel qu'un acier inoxydable.