BR112021004597A2 - gerador de energia elétrica para embarcações - Google Patents

Abstract

GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA PARA EMBARCAÇÕES. Um gerador de energia elétrica (1), para embarcações marítimas, compreende: um invólucro de contenção (2); um motor a combustão interna (3) alojado no invólucro de contenção (2) e incluindo um eixo motriz, que rotaciona a uma velocidade de rotação variável; um alternador (4) alojado no invólucro de contenção (2) e configurado para receber energia mecânica do motor a combustão interna (3) e convertê-la em energia elétrica; um segundo circuito de refrigeração (5), configurado para fazer com que a água do mar circule; um conversor de energia elétrica (6) conectado ao alternador (4) para receber uma corrente de entrada, apresentando uma frequência de entrada, e convertê-la em uma corrente de saída, apresentando uma frequência de saída. O segundo circuito de refrigeração (5) compreende um primeiro trocador de calor (503) configurado para permitir a troca de calor entre a água do mar e o conversor de energia elétrica (6).

Description

GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA PARA EMBARCAÇÕES Campo técnico

[001] Esta invenção se refere a um gerador de energia elétrica para embarcações e a um método para gerar energia elétrica. Fundamento

[002] No campo dos geradores de energia elétrica para embarcações, são conhecidos os geradores de energia elétrica que incluem um motor a combustão interna, alimentado por combustível, que converte a energia química do combustível em energia mecânica de um eixo de saída. Os geradores de energia elétrica incluem um alternador que converte a energia mecânica do eixo de saída em energia elétrica. Os alternadores usados no estado da arte incluem rotores de ímã permanente e enrolamentos de estator. No campo dos geradores de energia elétrica para embarcações, os motores a combustão interna utilizados são motores de velocidade variável e, portanto, é imprescindível adaptar a frequência da corrente produzida pelo alternador à frequência de alimentação dos sistemas dos usuários a bordo.

[003] Para adaptar a frequência da corrente gerada à frequência na qual os sistemas do usuário estão configurados para funcionar, um conversor de energia elétrica deve ser fornecido. Este conversor de energia recebe como entrada a corrente elétrica gerada pelo alternador e varia sua frequência para um valor pré-determinado.

[004] O gerador de energia elétrica é alojado em um invólucro que, além de proteger os componentes contra sujeira, reduz o ruído gerado pelos componentes.

[005] A presença de um invólucro à prova de som, porém, traz consigo a necessidade de proporcionar meios adequados para a refrigeração dos componentes no interior do invólucro, que, estando isolados dos fluxos de ar frio, estão sujeitos a sobreaquecimento e ao consequente risco de danos permanentes,

[006] São conhecidas soluções do estado da arte nas quais o invólucro é dotado de grades de ventilação que contribuem para a mudança e recirculação do ar. Essas soluções, no entanto, são menos eficazes em termos de isolamento acústico.

[007] Outras soluções envolvem o uso de um circuito de refrigeração de água salgada no qual a água salgada circula. O circuito de refrigeração compreende um trocador de calor: o motor a combustão interna é arrefecido pela água salgada e o fluido de refrigeração do motor que flui dentro do trocador de calor. Soluções deste tipo são descritas, por exemplo, no documento US7005756B2.

[008] Essas soluções, entretanto, apesar de serem eficazes no resfriamento do motor a combustão interna, não solucionam o problema de superaquecimento do conversor de energia elétrica. Essas soluções, portanto, requerem manutenção frequente para lidar com falhas causadas pelos componentes eletrônicos superaquecidos.

Descrição da invenção

[009] O objetivo desta invenção é o de fornecer um gerador de energia elétrica para embarcações para superar as desvantagens do estado da arte mencionadas acima.

[0010] Este objetivo é totalmente alcançado pelo gerador de energia elétrica para embarcações desta descrição, conforme caracterizado nas reivindicações anexas.

[0011] De acordo com um aspecto da mesma, esta descrição fornece um gerador de energia elétrica para embarcações marítimas. O gerador de energia elétrica compreende um invólucro de contenção. O invólucro de contenção pode ser conectado ao navio. O invólucro de contenção permite isolar os componentes do gerador de energia elétrica da sujeira e isolar o ambiente externo do ruído causado pelos componentes do gerador de energia elétrica.

[0012] Em uma forma de realização preferida, o gerador de energia é contido inteiramente no invólucro de contenção. Esta forma de realização permite que a poluição sonora seja consideravelmente reduzida e também reduz o risco de infiltrações que podem danificar alguns dos componentes do gerador de energia.

[0013] O gerador de energia elétrica compreende um motor a combustão interna. O motor a combustão interna é alojado no invólucro de contenção. O motor a combustão interna compreende um eixo motriz. O eixo motriz rotaciona a uma velocidade variável (ao longo do tempo). Em outros casos, o eixo motriz rotaciona a uma velocidade de rotação constante.

[0014] O motora combustão interna inclui um primeiro circuito de refrigeração que contém um fluido de refrigeração. Mais especificamente, o primeiro circuito de refrigeração compreende ao menos um tubo no qual circula um fluido de refrigeração.

[0015] O gerador de energia elétrica compreende um alternador. O alternador é alojado no invólucro de contenção. O alternador é configurado para receber energia mecânica do motor a combustão interna e para convertê-la em energia elétrica. O alternador inclui um estator. O alternador inclui um eixo acionado, conectado ao eixo motriz para receber a energia mecânica. O alternador inclui um rotor, fixado ao eixo acionado. Em uma forma de realização, o rotor inclui ímãs permanentes.

[0016] Em uma forma de realização, o gerador de energia compreende um segundo circuito de refrigeração. O segundo circuito de refrigeração é configurado para circular a água do mar a partir de uma seção de entrada para uma seção de saída. Em uma forma de realização, a seção de entrada e a seção de saída são formadas no invólucro de contenção. Em uma forma de realização, a seção de entrada é formada no invólucro de contenção. Em uma forma de realização, a seção de saída é formada em um tubo de exaustão do motor a combustão interna. O tubo de exaustão é, por sua vez, conectado a uma seção de exaustão, formada no invólucro de contenção.

[0017] Em uma forma de realização, o segundo circuito de refrigeração compreende uma bomba de recirculação, configurada para fazer com que a água do mar circule no segundo circuito de refrigeração. Em uma forma de realização, o gerador de energia compreende um conversor de energia elétrica. O conversor de energia elétrica é conectado ao alternador. O conversor de energia elétrica é conectado ao alternador para receber uma corrente de entrada que apresenta uma frequência de entrada. O conversor de energia elétrica é conectado ao alternador para converter a corrente de entrada em uma corrente de saída apresentando uma frequência de saída.

[0018] O conversor de energia elétrica, portanto, atua como um variador de frequência. Esta característica é muito importante para a flexibilidade do gerador de energia elétrica, que é responsável por alimentar diferentes sistemas de usuários de bordo e não apenas para a propulsão marítima, que normalmente requer alimentação em corrente contínua.

[0019] Em uma forma de realização, o segundo circuito de refrigeração compreende um primeiro trocador de calor. O primeiro trocador de calor é configurado para permitir a troca de calor entre a água do mar e o conversor de energia elétrica.

[0020] Dessa forma, o primeiro trocador de calor, que tem água do mar fluindo pelo mesmo, permite que o conversor de energia elétrica seja arrefecido de forma muito eficiente e evita a possibilidade de superaquecimento.

[0021] Em uma forma de realização, o primeiro trocador inclui um elemento de troca. Por elemento de troca entende-se um meio, ou substância, capaz de remover calor de um objeto e transferi-lo para outro objeto. Assim, o elemento de troca tem preferencialmente uma alta condutividade térmica. O elemento de troca é atravessado por uma porção de troca do segundo circuito de refrigeração. A porção de troca é uma porção do tubo do segundo circuito de refrigeração em contato com o elemento de troca. O elemento de troca se encontra em contato com o conversor de energia elétrica para permitir que ele seja arrefecido. O contato entre o elemento de troca e o conversor de energia elétrica também deve ser entendido como um contato indireto, desde que haja troca de calor, de preferência, por condução térmica, entre os dois componentes.

[0022] Em uma forma de realização, o conversor de energia elétrica compreende uma pluralidade de componentes eletrônicos de potência. O componente de eletrônico de potência pode ser, por exemplo, mas não necessariamente, comutadores de energia usados para modular a energia de entrada a fim de variar sua frequência.

[0023] Em uma forma de realização, o conversor de energia elétrica compreende um cartão eletrônico. O cartão eletrônico é configurado para controlar a pluralidade de componentes eletrônicos de energia por meio de sinais de controle.

[0024] Em uma forma de realização, o conversor de energia elétrica compreende uma estrutura de suporte. A estrutura de suporte é conectada ao invólucro de contenção para suportar o conversor de energia elétrica.

[0025] Em uma forma de realização, o elemento de troca se encontra em contato com a pluralidade de componentes eletrônicos de potência para resfriá-los. Isso permite a refrigeração seletiva dos componentes do conversor de energia elétrica que são sujeitos a superaquecimento.

[0026] Em uma forma de realização, a estrutura de suporte é uma parede de troca. A parede de troca tem uma superfície interna na qual a pluralidade de componentes eletrônicos de energia é disposta. A parede de troca tem uma superfície externa que se encontra em contato com o elemento de troca. Em uma forma de realização, uma porção da parede de troca é constituída pelo elemento de troca. Neste caso, a parede de troca compreende uma abertura para acomodar o elemento de troca.

[0027] Em uma forma de realização, a estrutura de suporte inclui uma primeira e uma segunda parede de troca. A primeira e a segunda paredes de suporte se estendem para cima a partir da parede de troca (de preferência, perpendicularmente à parede de troca). Em uma forma de realização, a primeira e a segunda paredes de suporte são conectadas ao invólucro de contenção nas respectivas zonas de fixação. Em uma forma de realização, a primeira e a segunda paredes de suporte são conectadas a uma parede de suporte da embarcação nas respectivas zonas de fixação.

[0028] Em uma forma de realização, a estrutura de suporte inclui uma primeira abertura de refrigeração. Em uma forma de realização, a estrutura de suporte inclui uma segunda abertura de refrigeração. A primeira e a segunda aberturas de refrigeração são alinhadas ao longo de uma direção de refrigeração para permitir que um fluido de refrigeração entre em contato com o cartão eletrônico. Dessa forma, além de serem arrefecidos pela água do mar, a placa eletrônica e os componentes eletrônicos de potência são arrefecidos pelo fluxo de ar, reduzindo ainda mais o risco de superaquecimento.

[0029] Em uma forma de realização, o gerador de energia compreende um ventilador. O ventilador é configurado para gerar um fluxo de ar de refrigeração na direção de refrigeração.

[0030] Em uma forma de realização, o segundo circuito de refrigeração compreende um segundo trocador de calor. O segundo trocador de calor é configurado para permitir a troca de calor entre a água do mar, circulando no segundo circuito de refrigeração, e o líquido de refrigeração, circulando no primeiro circuito de refrigeração.

[0031] Deve-se observar que a forma de realização na qual o primeiro circuito de refrigeração libera calor para o segundo circuito de refrigeração através do segundo trocador de calor é apenas uma das soluções possíveis que podem ser implementadas.

[0032] Mais especificamente, em uma forma de realização, o gerador de energia compreende um radiador dedicado. O radiador dedicado é conectado ao primeiro circuito de refrigeração para remover do líquido de refrigeração o calor absorvido do motor a combustão interna. Nesta forma de realização, o ar que flui através do radiador remove o calor do primeiro circuito de refrigeração.

[0033] Da mesma forma, em outra forma de realização de exemplo, o gerador de energia pode compreender outro circuito dedicado no qual a água do mar circula e que seja distinto e diferente do segundo circuito de refrigeração. O circuito dedicado adicional se estende ao longo do segundo trocador de calor no qual o líquido de refrigeração do primeiro circuito de refrigeração está fluindo. Dessa forma, ocorre a troca de calor entre o líquido de refrigeração do primeiro circuito de refrigeração e a água do mar “fresca” (significando por este termo, água do mar que não foi previamente aquecida em outros trocadores de calor), aumentando assim a eficiência da troca de calor.

[0034] Em adição, como esclarecido abaixo, o primeiro circuito de refrigeração e o segundo circuito de refrigeração são dois circuitos distintos, cada um apresentando uma respectiva função no gerador de energia. Esse recurso permite que a eficiência da troca de calor atinja níveis difíceis de obter com um único circuito de refrigeração usado para arrefecer o motor a combustão interna e os componentes eletrônicos de potência.

[0035] Em uma forma de realização, o ventilador é configurado para direcionar um fluxo de ar de refrigeração no alternador e/ou no conversor de energia elétrica.

[0036] Em uma forma de realização, o gerador de energia compreende um terceiro trocador de calor. O terceiro trocador de calor é configurado para permitir a troca de calor entre a água do mar, circulando no segundo circuito de refrigeração, e o fluxo de ar de refrigeração gerado pelo ventilador. Dessa forma, mesmo o fluxo de ar que arrefece o conversor de energia elétrica e/ou o alternador libera calor para a água do mar e chega aos respectivos componentes a serem arrefecidos com maior capacidade de refrigeração.

[0037] Em uma forma de realização, o eixo motriz do motor a combustão interna é colocado em uma posição horizontal, perpendicular à força peso. Nesta configuração do gerador de energia, o gerador de energia compreende uma bomba de lubrificação. A bomba de lubrificação é configurada para elevar o nível do óleo no motor a combustão interna, permitindo que todos os componentes do motor a combustão interna sejam lubrificados e/ou arrefecidos.

[0038] De acordocom um aspecto desta descrição, esta descrição também fornece um método para gerar energia elétrica para embarcações marítimas.

[0039] O método compreende uma etapa de geração de energia mecânica por meio de um motor a combustão interna que inclui um eixo motriz que rotaciona a uma velocidade de rotação variável.

[0040] O método compreende uma primeira etapa de refrigeração do motor a combustão interna por meio de um primeiro circuito de refrigeração no qual circula um líquido de refrigeração.

[0041] O método compreende uma etapa de conversão da energia mecânica gerada pelo motor a combustão interna em energia elétrica por meio de um alternador.

[0042] O método compreende uma etapa de circulação da água do mar em um segundo circuito de refrigeração que se estende de uma seção de entrada para uma seção de saída. O método compreende uma etapa de ajuste, em um conversor de energia elétrica, da frequência da corrente elétrica gerada pelo alternador.

[0043] Em uma forma de realização, o método compreende uma primeira etapa de refrigeração, na qual a água do mar circulando no segundo circuito de refrigeração arrefece o conversor de energia elétrica por meio de um primeiro trocador de calor.

[0044] Em uma forma de realização, o método compreende uma segunda etapa de troca de calor entre a água do mar, circulando no segundo circuito de refrigeração, e o líquido de refrigeração, circulando no primeiro circuito de refrigeração por meio de um segundo trocador.

[0045] Em uma forma de realização, o método compreende uma etapa de ventilação, na qual um ventilador gera um fluxo de ar direcionado para o conversor de energia elétrica para arrefecer o mesmo.

[0046] Em uma forma de realização, o método compreende uma terceira etapa de troca de calor. Na terceira etapa de troca de calor, o fluxo de ar passa por um terceiro trocador de calor do segundo circuito de refrigeração e arrefece através da transferência de calor para a água do mar.

Breve descrição dos desenhos

[0047] Estas e outras características da invenção se tornarão mais evidentes a partir da descrição a seguir de uma forma de realização preferencial da mesma, ilustrada por meio de exemplo não limitativo nos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 é uma vista esquemática de um gerador de energia elétrica para embarcações marítimas; - a figura 2 é uma vista em perspectiva de um conversor de energia elétrica do gerador de energia da figura 1; = a figura 3 é uma vista superior do conversor da figura 2; = as figuras 4A e 4B são, respectivamente, uma primeira vista lateral e uma segunda vista lateral do conversor da figura 2; - a figura 5 é uma vista inferior esquemática do conversor da figura 2. Descrição detalhada das formas de realização preferidas da invenção

[0048] Com referência aos desenhos anexos, o numero 1 denota um gerador de energia elétrica para embarcações marítimas.

[0049] O gerador de energia elétrica 1 compreende um invólucro de contenção 2. O invólucro de contenção 2 pode ser conectado (ou colocado) na estrutura da embarcação em que o gerador de energia 1 estiver instalado. O invólucro de contenção 2 é feito de material de absorção de som. O invólucro de contenção 2 é configurado para ser isolado dos líquidos externos. Em uma forma de realização, o invólucro de contenção 2 apresenta um formato prismático com cantos arredondados.

[0050] O gerador de energia elétrica 1 compreende um motor a combustão interna 3. O motor a combustão interna 3 é configurado para converter energia química por combustão em energia mecânica rotacional de um eixo motriz. Em uma forma de realização, o eixo motriz do motor a combustão interna é paralelo à direção da força peso. Em outras formas de realização, o eixo motriz é perpendicular à direção da força peso. Nessas formas de realização, o motor a combustão interna compreende uma bomba de lubrificação configurada para permitir a recirculação do óleo para arrefecer ou lubrificar o motor.

[0051] O motor a combustão interna 3 compreende um primeiro circuito de refrigeração 31. O primeiro circuito de refrigeração é dotado de ao menos um tubo no qual circula um fluido de refrigeração. O líquido de refrigeração pode ser água, um fluido de refrigeração com propriedades específicas de troca de calor ou óleo.

[0052] Em uma forma de realização, o eixo motriz é configurado para rotacionar em torno de um eixo de rotação a uma velocidade que é variável ao longo do tempo. Em uma forma de realização, o eixo motriz é configurado para rotacionar a uma velocidade que é constante ao longo do tempo.

[0053] O motora combustão interna compreende um tubo de exaustão 32 configurado para transportar os gases de exaustão da combustão para o exterior do invólucro de contenção 2.

[0054] O gerador de energia elétrica 1 compreende um alternador 4. O alternador 4 compreende um eixo acionado. O eixo acionado é conectado ao eixo motriz do motor a combustão interna 3 por meio de um acoplamento. Dessa forma, a força motriz do eixo motriz é transmitida ao eixo acionado. O alternador 4 compreende um rotor. O rotor é fixado (gira como um único) no eixo acionado. Em uma forma de realização, o rotor compreende uma pluralidade de ímãs permanentes. Em outras formas de realização, o rotor compreende uma pluralidade de enrolamentos de estator energizados por uma corrente elétrica. O alternador 4 compreende um estator. Em uma forma de realização, o estator compreende uma pluralidade de enrolamentos de estator. Quando o rotor rotaciona em relação ao estator, o mesmo varia o fluxo do campo magnético e gera uma corrente induzida nos enrolamentos do estator.

[0055] A frequência da corrente induzida é uma função da velocidade de rotação do eixo motriz. Uma vez que os sistemas de usuário a bordo são configurados para serem alimentados em uma frequência predeterminada, um conversor de energia elétrica é necessário para ajustar a frequência da corrente induzida gerada no alternador.

[0056] O gerador de energia compreende um conversor de energia elétrica 6. O conversor de energia elétrica 6 é configurado para receber uma corrente de entrada (correspondente à corrente induzida no estator do alternador 4) do alternador 4 e para ajustar sua frequência a um valor predeterminado.

[0057] O conversor de energia elétrica 6 é conectado ao alternador através de uma pluralidade de cabos elétricos 60. Em uma forma de realização, o alternador é um alternador trifásico. Nesta forma de realização, a pluralidade de cabos elétricos 60 compreende ao menos três cabos, um para cada fase.

[0058] Em uma forma de realização, o gerador de energia 1 compreende um conector elétrico 7. O conector elétrico 7 está disposto no invólucro de contenção 2. O conector elétrico 7 é configurado para ser conectado a cabos de energia dos sistemas de usuário a bordo.

[0059] Em uma forma de realização, o gerador de energia 1 compreende um segundo circuito de refrigeração 5. O segundo circuito de refrigeração 5 compreende uma pluralidade de tubos 50 nos quais um líquido de refrigeração circula. De preferência, o líquido de refrigeração é a água do mar. Para requisitos diferentes, no entanto, outro líquido de refrigeração pode ser usado, o qual pode, por sua vez, ser arrefecido pela água do mar em uma posição fora do invólucro de contenção 2.

[0060] Em uma forma de realização, o segundo circuito de refrigeração 5 compreende uma bomba de recirculação 51. A bomba de recirculação é configurada para fornecer uma altura de carga predeterminada na água do mar.

[0061] Em uma forma de realização, o segundo circuito de refrigeração 5 se estende a partir de uma seção de entrada 501 para uma seção de saída 502. Em uma forma de realização, a seção de entrada 501 é formada no invólucro de contenção 2. Em uma forma de realização, a seção de saída 502 é formada no invólucro contenção 2.

[0062] Em uma forma de realização, a seção de saída 502 é formada no tubo de exaustão 32 e leva para o mar por meio do tubo de exaustão 32.

[0063] Em uma forma de realização, o segundo circuito de refrigeração 5 compreende um primeiro trocador de calor 503. O primeiro trocador de calor 503 é configurado para permitir a troca de calor entre a água do mar e o conversor de energia elétrica 6. Em uma forma de realização, o primeiro trocador 503 compreende um elemento de troca 503. O elemento de troca 503' é um meio com elevada condutividade térmica, interposto entre a água do mar e o conversor de energia elétrica 6, para permitir que o calor seja conduzido entre os componentes.

[0064] Em uma forma de realização, o elemento de troca é uma base sólida. A base sólida pode ser feita de cobre ou outro material com uma condutividade térmica muito elevada.

[0065] Em uma forma de realização, a base compreende uma pluralidade de canais nos quais a água do mar circula no segundo circuito de refrigeração 5. A pluralidade de canais define uma porção de troca 50' do segundo circuito de refrigeração 5.

[0066] Em outras formas de realização, a base é oca e é preenchida com água salgada que é constantemente trocada para aumentar a eficiência da troca de calor.

[0067] Em uma forma de realização, o primeiro trocador de calor 503 compreende uma porta de entrada 503A configurada para permitir que a água salgada flua para a pluralidade de canais na base. Em uma forma de realização, o primeiro trocador de calor 503 compreende uma porta de saída 503B configurada para conectar a pluralidade de canais na base aos dutos 50 do segundo circuito de refrigeração 5.

[0068] Em uma forma de realização, a porta de entrada 503A é definida por um conector de entrada 503A', que apresenta um formato cilíndrico e uma superfície lateral rugosa, para permitir que uma mangueira seja encaixada por pressão na mesma.

[0069] Em uma forma de realização, a porta de saída 503B é definida por um conector de saída 503B', apresentando um formato cilíndrico e uma superfície lateral rugosa, para permitir que uma mangueira seja encaixada por pressão nela.

[0070] Em uma forma de realização, a base 503' compreende uma superfície superior S1, uma superfície inferior S2 e quatro superfícies laterais S3.

[0071] Em uma forma de realização, a superfície superior S1 se encontra em contato com o conversor de energia elétrica 6.

[0072] Em uma forma de realização, a porta de entrada 503A e a porta de saída 503B são feitas em uma das quatro superfícies laterais S3.

[0073] Em uma forma de realização, o segundo circuito de refrigeração 5 compreende um segundo trocador de calor 504. O segundo trocador de calor 504 é configurado para permitir a troca de calor entre o líquido de refrigeração, circulando no primeiro circuito de refrigeração 31, e a água do mar.

[0074] Os tubos 50 do segundo circuito de refrigeração 5 passam pelo interior do segundo trocador de calor 504. Os tubos do primeiro circuito de refrigeração 31 passam pelo interior do segundo trocador de calor 504.

[0075] Em uma forma de realização, o gerador de energia 1 compreende um ventilador. O ventilador é configurado para gerar um fluxo de ar de refrigeração. O fluxo de ar de refrigeração é usado para arrefecer o alternador 4. O fluxo de ar de refrigeração é usado para arrefecer o conversor de energia elétrica 6. O fluxo de ar de refrigeração é usado para arrefecer o conversor de energia elétrica 6 e o alternador 4.

[0076] Em uma forma de realização, o segundo circuito de refrigeração 5 compreende um terceiro trocador de calor 505. O terceiro trocador de calor 505 é configurado para permitir a troca de calor entre o ar do fluxo de ar de refrigeração e a água do mar no segundo circuito de refrigeração 5.

[0077] Mais especificamente, em uma forma de realização, o fluxo de ar de refrigeração entra em contato com o terceiro trocador de calor 505. Dentro do terceiro trocador de calor 505, os tubos 50 do segundo circuito de refrigeração 5 são mais compactados a fim de aumentar a superfície de troca de calor.

[0078] Em uma forma de realização, o terceiro trocador de calor 505 é localizado em uma posição intermediária ao longo da direção do fluxo de ar, entre o ventilador e o conversor de energia elétrica 6. Em uma forma de realização, o terceiro trocador de calor 505 é localizado em uma posição intermediária ao longo da direção do fluxo de ar, entre o alternador 4 e o conversor de energia elétrica 6. Em uma forma de realização, o terceiro trocador de calor 505 é localizado em uma posição intermediária ao longo da direção do fluxo de ar, entre o ventilador e o alternador 4.

[0079] Em uma forma de realização, a bomba de recirculação 51 é disposta ao longo do segundo circuito de refrigeração 5, em uma posição intermediária entre o segundo trocador de calor 504 e o terceiro trocador de calor 505.

[0080] Em uma forma de realização, o conversor de energia elétrica 6 compreende uma pluralidade de componentes eletrônicos de potência 61. Os componentes eletrônicos de potência 61 são configurados para variar a frequência da corrente de entrada (corrente induzida no estator) no conversor 6. Eles são, portanto, percorridos por energia muito elevada que causa um sobreaquecimento considerável. Em uma forma de realização, os componentes eletrônicos de potência 61 são comutadores de energia, tal como, por exemplo, transistores.

[0081] Em uma forma de realização, o conversor de energia elétrica 6 compreende um cartão eletrônico 62. O cartão eletrônico é configurado para controlar (acionar) a pluralidade de componentes eletrônicos de potência 61. Mais especificamente, em uma forma de realização, o cartão eletrônico é conectado a uma entrada de cada transistor para enviar um sinal de controle. Por enviar sinais de baixa potência, o cartão eletrônico 62 é um componente menos sujeito ao estresse térmico.

[0082] Em uma forma de realização, o conversor de energia elétrica 6 compreende uma estrutura de suporte 63. A estrutura de suporte 63 é configurada para suportar a pluralidade de componentes eletrônicos de potência 61 e/ou o cartão eletrônico 62. À estrutura de suporte 63 se encontra em contato com o elemento de troca 503' do primeiro trocador de calor 503.

[00863] Em uma forma de realização, a estrutura de suporte 63 compreende uma parede de troca 63A. A parede de troca inclui uma superfície interna 63A' na qual a pluralidade de componentes eletrônicos de potência 61 e/ou o cartão eletrônico 62 são montados (conectados). A parede de troca inclui uma superfície externa 63A” que entra em contato com o elemento de troca 503' do primeiro trocador de calor 503.

[0084] Em uma forma de realização, a estrutura de suporte 63 compreende uma primeira parede lateral 63B' e uma segunda parede lateral 63B” que se estendem para cima a partir da parede de troca 63A. De preferência, a primeira parede lateral 63B'e a segunda parede lateral 63B” são perpendiculares à parede de troca 63A.

[0085] Cada uma dentre a primeira parede lateral 63B' e a segunda parede lateral 63B” inclui uma respectiva zona de fixação Z1 e Z2, configurada para ser conectada ao invólucro de contenção 2 ou a uma estrutura da embarcação marítima.

[0086] Em uma forma de realização, as zonas de fixação Z1, 22 da primeira e da segunda parede lateral 63B' e 63B” são dobradas em um ângulo com a respectiva parede lateral. EM uma forma de realização, as zonas de fixação Z1, Z2 da primeira e da segunda parede lateral 63B' e 63B” são perpendiculares à respectiva parede lateral e paralelas à parede de troca 63A.

[0087] Em uma forma de realização, a estrutura de suporte 63 é aberta para permitir que o ar de refrigeração flua. Mais especificamente, em uma forma de realização, a estrutura de suporte 63 compreende uma primeira e uma segunda abertura de refrigeração alinhadas ao longo de uma direção de refrigeração D para permitir que um fluido de refrigeração entre em contato com o cartão eletrônico 62. A primeira e a segunda abertura de refrigeração são preferencialmente definidas pela ausência total das duas paredes laterais opostas da estrutura de suporte 63. Em outras formas de realização, por outro lado, a primeira e a segunda abertura de refrigeração são definidas por fendas feitas em duas paredes laterais opostas (se necessário, até mesmo a primeira parede lateral 63B' e a segunda parede lateral 63B”).

[0088] Em uma forma de realização, o ventilador é configurado para direcionar o fluxo de ar de refrigeração em uma direção paralela à direção de refrigeração D.

[0089] A forma de realização na qual o primeiro circuito de refrigeração 31 libera calor para o segundo circuito de refrigeração 5 através do segundo trocador de calor 504 é apenas uma das soluções possíveis que podem ser implementadas.

[0090] Mais especificamente, em uma forma de realização, o gerador de energia 1 compreende um radiador dedicado. O radiador dedicado é conectado ao primeiro circuito de refrigeração 31 para remover do líquido de refrigeração o calor absorvido do motor a combustão interna 3. Nesta forma de realização, o ar que flui através do radiador remove o calor do primeiro circuito de refrigeração 31.

[0091] Da mesma forma, em outra forma de realização de exemplo, o gerador de energia 1 poderia compreender outro circuito de refrigeração dedicado no qual a água do mar circula e que é distinto e diferente do segundo circuito de refrigeração 5. O outro circuito de refrigeração dedicado se estende ao longo do segundo trocador de calor 504 no qual o líquido de refrigeração do primeiro circuito de refrigeração 31 flui. Dessa forma, ocorre a troca de calor entre o líquido de refrigeração do primeiro circuito de refrigeração 31 e a água do mar “fresca” (significando por este termo, água do mar que não foi previamente aquecida em outros trocadores de calor). Assim, uma vez que o delta de temperatura entre a água do mar “fresca” e o líquido de refrigeração do primeiro circuito de refrigeração 31 é maior do que o delta de temperatura entre a água do mar do segundo circuito de refrigeração 5 e o líquido de refrigeração do primeiro circuito de refrigeração 31, a quantidade de calor removida é maior.

[0092] De acordo com um aspecto desta descrição, a mesma também fornece um método para produzir energia elétrica em embarcações marítimas, usando um gerador de energia elétrica. O método compreende uma etapa de geração de energia mecânica, na qual um motor a combustão interna 3 gera energia mecânica rotacional a partir da energia química contida em um combustível. O método compreende uma etapa de conversão da energia mecânica em energia elétrica em um alternador 4. Em uma forma de realização do método, pode ser usado um alternador de ímã permanente 4 no rotor.

[0093] O método compreende uma etapa de ajuste da frequência, na qual um conversor de energia elétrica 6 ajusta a frequência de uma corrente elétrica recebida do estator do alternador 4 para trazê-la a um valor predeterminado, correspondendo à frequência de fornecimento de energia dos sistemas do usuário a bordo do navio.

[0094] O método compreende uma primeira etapa de troca de calor, na qual um fluxo de água do mar circulando em um segundo circuito de refrigeração 5 e passando através de um primeiro trocador de calor 503 absorve o calor do conversor de energia elétrica 6. Em uma forma de realização do método, na primeira etapa de troca de calor, o fluxo de água do mar absorve calor de uma porção do conversor de energia elétrica 6, incluindo o componente eletrônico de potência que é mais suscetível a superaquecimento.

[0095] Em uma forma de realização, o método compreende uma segunda etapa de troca de calor. Na segunda etapa de troca de calor, a água do mar circulando no segundo circuito de refrigeração absorve calor do líquido de refrigeração que circula em um primeiro circuito de refrigeração 31 do motor a combustão interna 3. A segunda etapa de troca de calor é realizada em um segundo calor trocador 504.

[0096] Em uma forma de realização, o método compreende uma terceira etapa de troca de calor. Na terceira etapa da troca de calor, a água do mar que circula no segundo circuito de refrigeração absorve o calor de um fluxo de ar de refrigeração produzido por um ventilador. A terceira etapa de troca de calor é realizada em um terceiro trocador de calor 505.

[0097] Em uma forma de realização, o método compreende uma etapa de refrigeração do ar, sendo que um cartão eletrônico 62 do conversor de energia elétrica 6 é atravessado pelo fluxo de ar de refrigeração ao longo de uma direção de refrigeração D.

Claims (17)

Reivindicações

1. Gerador de energia elétrica (1) para embarcações marítimas, compreendendo: - um invólucro de contenção (2); - um motor a combustão interna (3) alojado no invólucro de contenção (2) e incluindo um eixo motriz, rotacionando a uma velocidade de rotação variável, o motor a combustão interna incluindo um primeiro circuito de refrigeração (31) que contém um líquido de refrigeração; - um alternador (4) alojado no invólucro de contenção (2) e configurado para receber energia mecânica do motor a combustão interna (3) e convertê-la em energia elétrica, o alternador (4) incluindo: o um estator; o um eixo acionado, conectado ao eixo motriz para receber energia mecânica; o um rotor, fixado ao eixo acionado e incluindo ímãs permanentes; - um segundo circuito de refrigeração (5), configurado para circular água do mar a partir de uma seção de entrada (501) para uma seção de saída (502), ambas formadas no invólucro de contenção (2); - um conversor de energia elétrica (6) conectado ao alternador (4) para receber uma corrente de entrada, apresentando uma frequência de entrada, e convertê-la em uma corrente de saída, apresentando uma frequência de saída, o gerador de energia sendo caracterizado por o segundo circuito de refrigeração (5) compreender um primeiro trocador de calor (503) configurado para permitir a troca de calor entre a água do mar e o conversor de energia elétrica (6).

2. Gerador de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro trocador (503) incluir um elemento de troca (503) atravessado por uma porção de troca (50) do segundo circuito de refrigeração (5) e em contato com o conversor de energia elétrica (6) para arrefecer o último.

3. Gerador de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o conversor de energia elétrica (6) compreender: - uma pluralidade de componentes eletrônicos de potência (61); - um cartão eletrônico (62) configurado para controlar a pluralidade de componentes eletrônicos de potência (61); - uma estrutura de suporte (63) conectada ao invólucro de contenção (2) para suportar o conversor de energia elétrica (6).

4. Gerador de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o elemento de troca (503) estar em contato com a pluralidade de componentes de energia eletrônicos (61) para os arrefecer.

5. Gerador de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado por a estrutura de suporte (63) incluir: - uma parede de troca (63A), apresentando uma superfície interna (63A' ) na qual os componentes eletrônicos de potência (61) são montados, e uma superfície externa (63A"”) que está em contato com o elemento de troca (503); - uma primeira parede de suporte (63B' e uma segunda parede de suporte (63B”), cada uma subindo a partir da parede de troca (63A) e conectada ao invólucro de contenção (2) em uma respectiva zona de fixação; - uma primeira e segunda aberturas de refrigeração alinhadas ao longo de uma direção de refrigeração (D) para permitir que um fluido de refrigeração entre em contato com o cartão eletrônico (62).

6. Gerador de energia elétrica (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender um ventilador configurado para gerar um fluxo de ar de refrigeração na direção de refrigeração (D).

7. Gerador de energia elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado por a estrutura de suporte incluir uma primeira abertura de refrigeração e uma segunda abertura de refrigeração, alinhadas ao longo de uma direção de refrigeração (D) para permitir que um fluido de refrigeração entre contato com o cartão eletrônico, o fluido de refrigeração sendo ainda para o líquido de refrigeração, sendo que o fluido de refrigeração é ar e sendo que o cartão eletrônico é arrefecido através tanto pela água do mar quanto pelo ar.

8. Gerador de energia elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o segundo circuito de refrigeração (5) compreender um segundo trocador de calor (504), configurado para permitir a troca de calor entre a água do mar, circulando no segundo resfriamento circuito (5), e o líquido de refrigeração, circulando no primeiro circuito de refrigeração (31).

9. Gerador de energia elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um ventilador configurado para gerar um fluxo de ar de refrigeração direcionado ao alternador (4) e/ou ao conversor de energia elétrica (6).

10. Gerador de energia elétrica (1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender um terceiro trocador de calor (505), configurado para permitir a troca de calor entre a água do mar, circulando no segundo circuito de refrigeração (5), e o fluxo de ar de refrigeração gerado pelo ventilador.

11. Gerador de energia elétrica (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o eixo motriz do motor a combustão interna ser colocado em uma posição horizontal perpendicular à força peso.

12. Gerador de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o gerador de energia elétrica ser autocontido no interior do invólucro de contenção.

13. Gerador de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um tubo de exaustão configurado para transportar os gases de exaustão da combustão para o exterior do invólucro de contenção, sendo que a seção de saída é formada no tubo de exaustão e leva ao mar através do tubo de exaustão, e sendo que o invólucro de contenção prevê ainda uma seção de exaustão, o tubo de exaustão sendo acoplado à seção de exaustão para transportar os gases de exaustão da combustão para o exterior do invólucro de contenção.

14. Método para gerar energia elétrica para embarcações marítimas, compreendendo as etapas a seguir: - gerar energia mecânica por meio de um motor a combustão interna (3), incluindo um eixo motriz que rotaciona a uma velocidade de rotação variável; - uma primeira etapa de refrigeração do motor a combustão interna (3) por meio de um primeiro circuito de refrigeração (31) no qual circula um líquido de refrigeração;

- converter a energia mecânica gerada pelo motor a combustão interna (3) em energia elétrica por meio de um alternador (4); - circular água do mar em um segundo circuito de refrigeração (5) que se estende a partir de uma seção de entrada (501) para uma seção de saída (502); a seção de saída (502) e a seção de entrada (501) sendo formadas em um invólucro de contenção (2); - em um conversor de energia elétrica (6), ajustar a frequência da corrente elétrica gerada pelo alternador (4); o método sendo caracterizado por compreender uma primeira etapa de refrigeração, na qual a água do mar circulando no segundo circuito de refrigeração (5) arrefece o conversor de energia elétrica (6) por meio de um primeiro trocador de calor (503).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender uma segunda etapa de troca de calor entre a água do mar que circula no segundo circuito de refrigeração (5) e o líquido de refrigeração que circula no primeiro circuito de refrigeração (31) por meio de um segundo trocador (504).

16. Método, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado por compreender uma etapa de ventilação, na qual um ventilador gera um fluxo de ar direcionado ao conversor de energia elétrica (6) para arrefecê-lo.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por compreender uma terceira etapa de troca de calor, na qual o fluxo de ar passa por um terceiro trocador de calor (505) do segundo circuito de refrigeração (5) e arrefece por meio da transferência do calor para a água do mar.