CN101553662A - 风能转换器及其方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括风轮机(1)、风轮机基础(6)和用于控制风轮机(1)的一个或多个区域(23)的温度的温度控制装置(10)的风能转换器(7)。温度控制装置(10)包括用于交换热量的装置(16)。风能转换器(7)的特征在于用于交换热量的装置(16)位于基础(6)外部的大地(9)中。此外，本发明涉及用于控制风能转换器(7)的一个或多个区域(23)的温度的方法及其应用。

Description

风能转换器及其方法和应用

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的风能转换器、一种用于控制风能转换器的一个或多个区域的温度的方法及其应用。

背景技术

在现有技术中已知的现代风能转换器包括置于基础上并刚性连接到基础的风轮机。风轮机包括一塔架和一置于塔架顶部的风轮机机舱。包括一个或多个风轮机叶片的风轮机转子通过延伸出机舱前部的低速轴连接到机舱。

电气和机械部件的温度控制——特别是在部件运行期间——总是一个问题，尤其是在风能转换器领域，该问题具有重要意义。通常，同样类型的风能转换器需要能够在地球上酷热和极冷的地区工作，这使得在风能转换器系统中非常需要控制例如齿轮、发电机、动力操纵设备、轴承等风轮机部件的温度。

尽管现代风轮机在将风轮机转子的旋转转换为电力方面变得越来越有效，但是该过程总是导致在某些风轮机部件中将一些能量转换成热量。

必须从部件中去除这些多余的热量以保护部件并使得它们正常工作。传统上，这必须借助于一个或多个冷却系统来进行，冷却系统借助于冷却介质可将热量从部件输送到散热器，散热器可将热量散发到风轮机外部的空气中，并且/或者通过产生一股来自于风轮机外部的空气并经过部件的空气流来散发热量。

但是外部空气的温度、湿度、纯度等的质量难以控制。此外，现代风轮机在功率输出方面变得越来越大，因此也经常产生越来越多的多余热量，而这又与空气是热的相对较差的导体的事实相结合，使得这些类型的冷却系统非常大，既昂贵又笨重。

另外，风轮机外部空气的温度在不同的地点、不同的季节以及白天与黑夜之间都变化很大，在极端情况下从零下30摄氏度变化至零上50摄氏度，这一事实将使得风能转换器在某些情况下的冷却系统尺寸过大并且昂贵。此问题当然可通过使得风能转换器的温度控制系统适应特定建造地点来克服，但是这在后勤上是困难、昂贵的，并且将延长风能转换器的运输时间。

在美国专利US 6,676,122 B1中公开了另一种控制风轮机部件温度的方法，其中冷却系统通过循环塔架和机舱内的空气、使其通过塔架和机舱的表面散发热量来冷却机舱和塔架内的部件。但是这种系统实施起来既复杂又困难，因为风能转换器通常在白天产生大多数电力(因为在白天有更多的风)，大多数冷却也通常需要在白天进行，而太阳和环境温度会加热风轮机的表面。因此这种系统将不得不具有非常大的冷却能力以能够正常工作，这使得系统本身非常大且昂贵。

至于离岸风能转换器，已知使用海水来冷却风轮机的不同部件，但是，如果冷却系统是开放的，会存在冰冻、堵塞、腐蚀及其他严重问题，这些问题难以解决，而且解决起来很昂贵，而如果系统例如通过将冷却介质循环通过置于海水中的软管而封闭，则存在冰冻、风暴、过度生长及其他需要解决的问题。克服这些系统的问题是困难的而且是昂贵的，并且不论这种技术是如何实施的，其只是在离岸风能转换器中才可用。

在DE 10 2004 061 391 A1中公开了另一种控制风轮机中温度的方法，其中通过风轮机基础中的线缆导管来吸入空气以降低空气的温度，然后利用空气来冷却风轮机的塔架中的设备。但是这种冷却系统效率不是很高，并且包括前面提及的几个缺点，例如难以控制质量等。

因此，本发明的一个目的是提供一种没有上述缺点的风能转换器。

特别地，本发明的一个目的是提供一种用于控制风能转换器的一个或多个区域的温度的、有利的和节约成本的技术，特别是提供一种在何处以及如何散发多余热量和/或吸收所需热量的技术。

发明内容

本发明提供一种风能转换器，其包括风轮机、风轮机基础和用于控制风轮机的一个或多个区域的温度的温度控制装置。该温度控制装置包括用于交换热量的装置。该风能转换器的特征在于，用于交换热量的装置置于基础外部的大地中。

基础周围的大地温度在一个相对小的范围内变化，并且在一定的深度处，整个地球的温度都是基本恒定的。因此，将用于交换热量的装置结合在基础外部的大地中是有利的，因为该环境更可测和恒定。

在本发明的一个方面，所述温度控制装置包括将热量传送到所述风轮机的所述一个或多个区域或者从所述风轮机的所述一个或多个区域传送热量的冷却流体、用于产生所述冷却流体流的一个或多个泵、以及用于从所述冷却流体散发热量或者向所述冷却流体供给热量的散热装置。

产生流向或来自需要加热或冷却的风轮机区域的冷却流体流是一种在温度控制系统中、特别是在风能转换器中长距离地传送热量的有效方式。

需要强调的是，术语“散热装置”应当理解为任意类型的吸收或散发热量的结构或设备。

在本发明的一个方面，所述用于交换热量的装置是所述温度控制装置的散热装置。

通过使得用于交换热量的装置为温度控制装置的散热装置，置于风轮机基础周围的大地中的该部分温度控制装置成为温度控制装置的散热装置。

这是有利的，因为风轮机基础周围的大地具有非常大的热容，并且是热的相对良好的导体，这使得其非常适于作为风能转换器的温度控制装置的散热装置的安置地，因为基础外部的大地提供了很好的受控环境，使得能够非常准确地设计温度控制系统的尺寸并且在风能转换器的整个寿命期间都可保证散热装置的热容。

在本发明的一个方面，所述散热装置包括用于将所述区域的大量多余热量散发到所述基础外部的所述大地的装置，并且/或者所述散热装置包括用于从所述基础外部的所述大地吸收所述区域所需的大量热量的装置。

通过在所述基础外部的大地中散发或吸收热量的主要部分，可以制造更加节约成本的温度控制系统，因为所述温度控制装置的散热装置的容量由此变得更加恒定和可测，而不管在地球上的位置如何或者处于一天或一年中的什么时刻。

在本发明的一个方面，所述温度控制装置包括一个或多个流体管道，用于将冷却流体导入所述风轮机的所述一个或多个区域和所述基础外部的所述大地，并且/或者在所述风轮机的一个或多个区域和所述基础外部的所述大地之间引导冷却流体。

使用将冷却流体导入风轮机区域和在所述基础外部的大地中延伸的散热装置、并且/或者在风轮机区域和在所述基础外部的大地中延伸的散热装置之间引导冷却流体的流体管道是有利的，因为这提供了一种输送流体的简单且有效的方法。

在本发明的一个方面，所述一个或多个流体管道形成一个或多个闭合回路，使得所述冷却流体在所述温度控制装置内循环。

将冷却流体从地面下方泵送到高于50米的高度是复杂和昂贵的。通过使得冷却流体在闭合系统内循环，下行的流体将协助上行流体的向上输送。由此，泵基本上仅需要克服流体管道内的流动阻力。

此外，通过使得流体管道闭合，可避免与环境的直接相互影响。这是有利的，因为由此能够避免将不希望的异物和例如湿气、昆虫、沙子、灰尘、盐分等其他物体引入风轮机内部。由此能够在风轮机内部获得尽可能受控的环境，由此延长了不同风轮机部件的寿命，并且由于环境受控，也可更精确地预测部件的寿命。

在本发明的一个方面，所述基础外部的所述大地中包括所述温度控制装置的两个或多个独立的流体管道。

置于基础外部的大地中的流体管道一旦安装完成会非常难于访问，即使该地下位置提供了相对于外部磨损的高度的保护，但没有系统能够提供绝对的故障保护。因此为在基础外部的大地中延伸的部分或温度控制装置提供至少两个独立的流体管道是有利的，因为这样就能够为温度控制系统提供冗余。例如，如果在具有三个独立的闭合回路的大地中设置三个独立的流体管道就足以为风轮机提供足够的冷却或加热，那么可在大地中设置六个独立闭合回路的六个独立流体管道，由此为在基础外部的大地中延伸的部分或温度控制装置提供100％的过剩容量，并由此基本上消除了在风轮机的寿命内温度控制系统的容量缩减到不希望的水平的风险。

在本发明的一个方面，所述一个或多个流体管道基本上经过所述风轮机的风轮机塔架内部的全部长度。

通过使流体管道延伸过风轮机的塔架，传递到大地或来自大地的一些热量可用来加热或冷却塔架或位于塔架中的风轮机部件。如果温度控制装置主要用于冷却机舱和/或机舱内的部件，则这是特别有利的，因为由此一些热量将在传递到大地之前就已经散发掉，由此使得位于大地中的用于交换热量的装置的尺寸/容量可缩小。

在本发明的一个方面，所述冷却流体是液体，例如是防冻剂和水的溶液、甲醇、丙二醇或乙酸钾。

例如防冻溶液等的液体可相对简单并且廉价地长距离输送，其具有相对高的热容和相对好的导热性能，因此在风能转换器的温度控制系统中使用液体作为冷却流体是有利的。

在本发明的一个方面，所述基础外部的所述大地是紧邻所述基础的大地。

紧邻基础的大地通常在构建基础时挖掘。通过在建造或安装基础的过程中在此自由空间中构建用于交换热量的装置，能够以简单和廉价的方式安装用于交换热量的装置。

此外，如果用于交换热量的装置置于基础附近，则用于交换热量的装置由试图在风轮机附近停泊的船只、进行土壤耕作的农业机械等、挖掘作业等损坏的风险会降低，因为用于交换热量的装置在一定程度上受到基础的保护。

在本发明的一个方面，所述用于交换热量的装置基本上垂直地延伸入所述风轮机下方和/或周围的大地中。

通常，挖掘入地内越深则将变得越热，即使在地球的北极区域，冻土深度也只有几米深。通过使散热装置例如以一个或多个热管的形式基本上垂直地延伸入所述风轮机基础下方和/或周围的大地中，能够更准确地预测周围温度，而不管风能转换器位于地球何处。这是有利的，因为由此能够更准确地设计温度控制系统的容量大小，由此基本上消除了系统尺寸过大的成本。

在本发明的一个方面，所述用于交换热量的装置在紧邻所述基础的大地中大致水平地延伸。

通过使得散热装置在紧邻风轮机基础的大地中大致水平地延伸，能够以简单且廉价的方式安装流体管道，因为管道可通过常规的挖掘机挖入大地，或者在离岸情况下可被放入通过喷射形成的沟道内。

在本发明的一个方面，所述用于交换热量的装置在紧邻所述基础下方的大地中大致水平地延伸。

将用于交换热量的装置置于紧邻基础下方的大地中是有利的，因为用于交换热量的装置由此受到基础的保护，并且基本上不需要额外的地面准备工作以使得用于交换热量的装置更容易，因为通常情况下，为了容纳基础，无论如何都要挖掘一个洞。

在本发明的一个方面，所述用于交换热量的装置布置在位于所述基础外部的大地中的一个或多个沟道内。

通过将用于交换热量的装置置于例如沿基础延伸的沟道内，能够为用于交换热量的装置提供良好受控的环境。此外，如果沟道是基本上防水的，则用于交换热量的装置将被置于湿度基本恒定的环境中，由此使得用于交换热量的装置的周围大地的传热能力增加，由此增加了温度控制装置的容量。

在本发明的一个方面，所述用于交换热量的装置布置的深度位于所述基础外部的所述大地的表面和所述基础的深度之间。

如果所述用于交换热量的装置位于地面，则周围环境的变化温度对用于交换热量的装置的容量的影响将过于显著，而如果用于交换热量的装置位于大地内过深的位置，则安装用于交换热量的装置的成本将显著增加，因此用于交换热量的装置置于大地内、不深于基础是有利的。

在本发明的一个方面，所述风轮机的一个或多个区域是所述风轮机的机舱和/或位于所述机舱内的一个或多个风轮机部件，例如电力变换器、发电机和/或变速箱。

机舱和在机舱内的部件传统上由周围的空气直接地或者通过换热器冷却，因为当考虑到如何冷却放置在位于向空中伸出例如80米的高塔架端部处的机舱内的部件时，这种选择是显而易见的。然而，如前所述，空气冷却存在一些缺点，而考虑到机舱的安置，借助于包括置于风轮机塔架下方的基础外部的大地中的、用于交换热量的装置的温度控制装置来控制机舱和/或机舱内部件的温度是特别有创造性的。

在本发明的一个方面，所述用于交换热量的装置基本上仅仅置于基础外部的大地中。

一旦安装完成，风轮机基础的内部是非常难于访问的，不管是离岸风轮机还是陆基风轮机的基础。因此将所有温度控制装置、以及由此将用于交换热量的装置全部置于风轮机基础外部是有利的，因为由此可访问这些用于交换热量的装置。

此外，如果用于交换热量的装置位于基础内部中或穿过基础内部，则热量将不可避免地散发到基础中。取决于基础的类型，基础可对于局部热膨胀非常敏感，若将热量局部地散发到基础中，则基础被损坏的风险会增加，或者至少会增加基础寿命减少的风险。因此，将用于交换热量的装置基本上仅仅置于基础外部的大地中是有利的。

另外，本发明提供了一种用于控制根据上述任一风能转换器的一个或多个区域的温度的方法，其中热量在所述风轮机的基础外部的大地中散发或吸收。

由此获得了用于控制风能转换器的一个或多个区域的温度的方法的一个有利实施方式。

此外，本发明提供了根据上述任一方法的应用，以用于控制根据上述任一风能转换器的一个或多个区域的温度，其中所述风能转换器是陆基风能转换器。

使用根据本发明的用于控制陆基风能转换器的一个或多个区域的温度的方法是有利的，因为这种方法提供了用于控制风能转换器的一个或多个区域的温度的简单且节约成本的手段。

附图说明

下面将参考附图描述本发明，其中

图1示出了现有技术中已知的大型现代风轮机的正视图；

图2示出了用于风轮机部件的传统温度控制系统的简化实施方式；

图3示出了根据本发明的风能转换器的一个实施方式的正视剖视图；

图4示出了现有技术已知的用于陆基风轮机的风轮机基础的正视图；

图5示出了沿风轮机基础延伸的流体管道的一个实施方式的正视剖视图的一部分；

图6示出了在沿风轮机基础的沟道内延伸的流体管道的一个实施方式的正视剖视图的一部分；

图7示出了包括流体管道的风轮机基础和地板的俯视图；

图8示出了包括在基础周围大地内的流体管道的风能转换器的俯视图；

图9示出了包括单桩基础和一大致竖直的散热装置的离岸风能转换器的正视剖视图；

图10示出了包括重力基础和一大致水平的散热装置的离岸风能转换器的正视剖视图；

图11示出了一个包括五个独立冷却流体管道的简化的风能转换器的侧视图；

图12示出了一个包括四个延伸进大地的独立流体管道的简化的风能转换器的侧视图；以及

图13示出了冷却流体接头的一个实施方式的剖视图。

具体实施方式

图1示出了一个风能转换器7，其包括一个置于风轮机基础6上并刚性连接到风轮机基础6的现代风轮机1。风轮机1包括塔架2和置于塔架2顶部的风轮机机舱3。包括三个风轮机叶片5的风轮机转子4通过延伸出机舱3前部的低速轴连接到机舱3。

在此实施方式中，基础6置于大地9内，大致完全低于大地9的表面，并且基础6和周围的大地9一起固定并且承载风轮机1，并由此保证风轮机1保持其水平和竖直位置，即使在非常大且重的风轮机1受到重力、风载等的显著影响时也是如此。

图2示出了在风轮机1正常工作时用于控制风轮机1的一个或多个区域(例如机舱3和/或置于机舱3内的风轮机部件11)的温度的传统温度控制装置10的实施方式，该温度控制装置10处于塔架内或者处于风轮机1的其他部件内或其他部件处。

在此实施方式中，风轮机部件11是一个电力变流器12，但是在其他实施方式中，该部件可以是风轮机齿轮、发电机、轴承、液压系统、润滑系统、机舱3或塔架2或转子4的全部或一部分或者其组合。

在此实施方式中，电力变流器12包括不同类型的电力处理设备，例如功率电阻器13、母板14及其他。在此实施方式中，母板14由空气冷却，而功率电阻器13由空气和液体冷却。

温度控制装置10的散热装置21——呈带风扇的主散热器15的形式——在可与风轮机1外部的空气进行热量交换的位置处安装在电力变流器12的外部。冷却流体从主散热器15流经双向阀19并且流经泵17，其产生冷却流体流。冷却流体从泵17流经电力变流器12内的一些设备。被加热的冷却流体然后返回散热装置21而被再次冷却。

在此实施方式中，电力变流器12还包括仅可由空气冷却或仅需由空气冷却的设备。围绕电力变流器12的柜室因此设置有至少一个柜室风扇18，该风扇18产生来自机舱3的空气气流或者来自风轮机1外部的空气气流。

如果风轮机1置于寒冷的环境中且天气平静，并进行发电、大部分内部热量的散发以及停止，则需要加热电力变流器12内的电力处理设备。这可通过启动双向阀19、改变冷却流体流的方向、并使流体在电力变流器12内部循环且经过一个冷却流体加热器20来完成。

如果环境温度高并且天气有风，则风轮机1内部的设备会产生很多热量，使得温度上升到一定程度，使得一些设备关闭以使其免于高温损坏。这将使得大多数或全部电力产出停止，并由此也停止大部分内部热量的产生。

图3示出了根据本发明的风能转换器7的一个实施方式的正视剖视图，该风能转换器7包括作为温度控制装置10的散热装置21的基础6。

在本发明的此实施方式中，风能转换器7是陆基的，并且包括一个置于风轮机基础6上的风轮机1。基础6在此实施方式中基本上是在增强混凝土的现场制作，但是在另一实施方式中，基础6可以完全或部分地预制成例如一个或多个金属或混凝土壳或结构的形式，它们例如能够在现场使用例如混凝土、石块、沙子或其他材料填充。

在此实施方式中，温度控制装置10包括一闭合的流体管道22，该管道从机舱3延伸，向下经过塔架2，进入基础6周围的大地9，然后返回机舱3，从而形成交换热量的装置16。在图3中，流体管道22一定程度地简化，而在另一实施方式中，流体管道可在返回风轮机之前采取更复杂的结构。

在本发明的另一实施方式中，温度控制装置10还可包括冷却流体的开环流，例如，如果基础6包括贮蓄器(未示出)，则冷却流体从例如机舱泵送到该贮蓄器，并且从该贮蓄器泵送到风轮机；或者如果冷却流体是地下水，则地下水被泵送到风轮机需加热或冷却的区域，此后被泵送回去或者以其他方式处理掉。

在图示的闭合回路28中，冷却流体是盐水，但是在本发明的另一实施方式中，冷却流体可以是另外的防冻剂和水的溶液，例如水和异丙醇。冷却流体也可以是任意其他类型的防冻溶液，例如甲醇、丙二醇或者乙酸钾，或者可以是氨、CO2和/或氟利昂气体。

在本发明的此实施方式中，温度控制装置10控制机舱3内的特定部件11的温度，但是在另一实施方式中，温度控制装置10也可以或者替代地控制整个机舱3的温度——包括机舱内的空气，也可以控制塔架2内的部件和/或塔架内的空气的温度，还可以控制转子4的特定部件11的温度，以例如维持叶片5的无霜状态，还可以控制置于风轮机外部——例如在相邻房间内(未示出)——的风轮机部件11的温度和/或所述房间内的温度或者任意组合。

图4示出了现有技术已知的用于陆基风轮机1的风轮机基础6的正视剖视图。

这种类型的基础6通常通过在大地中挖掘一个大洞并且在洞中浇注一个地板8来制作。此后立起一个框架(未示出)以大致限定基础6的外边界。基础6设置有一呈加强件33形式的加强结构和一个圆柱形金属中心部，以用于将基础6连接到风轮机塔架2。在此实施方式中，加强件通过金属杆或焊接的网格状金属加强件形成。

在形成加强结构后，混凝土被注入到“模”中，当混凝土凝固后，框架被去除，并且基础6覆盖以一些挖掘出来的泥土。

图5示出了沿风轮机基础6延伸的流体管道22的一个实施方式的正视剖视图的一部分。

在本发明的此实施方式中，用于交换热量的装置16形成为一个管22，该管22在基础6外围的外部循环三次，然后返回到风轮机1。在另一实施方式中，基础6可包括数个独立的流体管道22。

在此实施方式中，管22在建造基础6期间或者紧接着建造完基础6之后、在挖掘出的洞被重填之前邻接基础地置入洞内，并且整个基础6基本上由大地9覆盖。

在此实施方式中，流体管道22没有被固定或引导，而在另一实施方式中，流体管道22可被固定到例如地板8、基础6的外表面或多个独立的保持件(未示出)，在建造基础6期间并且在管道22的整个寿命期间基本上固定流体管道22的位置。

图6示出了在沿风轮机基础6的沟道34内延伸的流体管道22的一个实施方式的正视剖视图的一部分。

在本发明的此实施方式中，洞内的地板8设置有基本上平行于基础6的外边界延伸的大致竖直的壁35，由此形成一个沟道34。在此沟道34内，用于交换热量的装置16设置成温度控制装置10的多个流体管道22的形式。在此实施方式中，沟道34在洞被重填之前填充有呈沙子形式的颗粒物质。不管是否下雨，水都将从基础上流下并且汇集在沟道34内，保证了直接邻接用于交换热量的装置16的环境基本上始终是潮湿的。

图7示出了包括流体管道22的风轮机基础6和地板8的俯视图。

在本发明的此实施方式中，紧挨基础6下方的地板8包括在地板8内延伸的至少一个软管22，其方式保证了例如来自流经软管的冷却流体的热量在一个大的面积上以尽可能有效的方式或以所需的方式散发。在此实施方式中，软管22呈Z字形的样式，而在另一实施方式中，流体管道22可以另外的样式(例如螺旋形、圆形、方形或其他形式)沿水平和竖直面放置。

在本发明的此实施方式中，流体管道22是软管，但是在另一实施方式中，管道22可以是一个或多个埋在地板8内、在基础6的表面上延伸的管、管子、通道、管道等，或者可以例如是上述方式的组合。在一个实施方式中，流体管道22还可包括能够增加流体管道22的表面积以改善其散发或吸收热量的能力的翅片、表面的不规则形状等。

在此实施方式中，流体管道22连接到地板8内的网格状加强件33，但是在另一实施方式中，流体管道22可结合在加强件内，或者流体管道22可在地板8内不受引导地延伸。

图8示出了包括位于周围大地9内的流体管道22的风能转换器7的俯视图。

在本发明的此实施方式中，流体管道22分布在风轮机基础6周围的大地9内。流体管道22可以例如钻入大地9内一定深度——例如钻入地面下半米到一米之间，或者它们可以不同深度地分层布置。

在地球的一些区域，例如在北极区，为温度控制装置10设置至少两个流体管道的独立闭合回路28是有利的，一个靠近大地的表面设置，另一个置于大地9内的深处。然后，靠近表面设置的回路28可用于从冷却流体散发多余热量，而置于更深处的回路28可在启动前或者启动时或者在如果天气极度寒冷而使得一个或多个风轮机部件11的运行温度低于一定程度时用于加热冷却流体，例如用于加热部件11。在这些特定环境中，冷却流体的温度也可以借助于例如热泵等逆循环加热系统来升高。

图9示出了包括单桩基础25和一个大致竖直的散热装置21的离岸风能转换器7的正视剖视图。

在本发明的此实施方式中，风能转换器7包括置于单桩基础25的底座24上的风轮机1。

单桩基础25包括一个桩26，该桩例如是钢桩26，多数情况下直径在3.5米到4.5米之间。桩26被打入海床下一定深度。其中，桩26有多深取决于地下的类型，但通常处于10到20米之间。

在本发明的此实施方式中，风能转换器11设置有温度控制装置10，温度控制装置10包括紧邻风轮机基础6的、基本上竖直延伸到大地9内的流体管道22，使得在风轮机1之下的大地9用作温度控制装置10的基本上竖直的散热装置21。

在另一实施方式中，流体管道22的竖直延伸可限制成延伸到基础25的竖直高度处，流体管道22可竖直和/或水平地延伸到基础25外的海床9中，或者流体管道22可在桩26的外表面上延伸。

在本发明的另一实施方式中，竖直散热装置21也可以形成为一个或多个热管(未示出)。在其最简单的形式中，热管包括一密封的容器以及一具有毛细作用的管线系统，容器中包含工作流体及其蒸汽。热管大致上是效率非常高的热超导体，其提供热吸收和传输系统，具有以热能形式输送大量能量的能力。

在热管表面上任意位置处施加热量导致在内部产生液/汽相变，这使得热能可以具有极小温度梯度的汽相传递。在热导率方面，热管呈现的热性能可超过由纯铜制成的具有相同尺寸的部件1000倍。

通常，热管制成杆状，具有圆形截面，但其他形状也是可能的，例如其他截面或者扁平截面的热管。

例如在地下是岩石等的情况下，使用热管是有利的，或者它们可与水平散热装置21等(例如用于打桩等的桩)结合使用。

图10示出了离岸风能转换器7的正视剖视图，该风能转换器7包括重力基础27和大致水平的散热装置21。

大多数现有的离岸风能转换器7使用重力基础27，所示的重力基础27由增强混凝土制成，但在另一实施方式中，其也可以由放置在海床上的平坦钢箱上的圆柱形钢管制成。

通常，钢的重力基础27显著地轻于混凝土基础27，并且尽管完工的基础必须具有例如超过1000吨的重量，钢结构可制作得相对较轻，使得钢重力基础27可借助于驳船、通过用于架设风轮机1的重量相当轻的相同起重机相对快速地运输和安装。

重力基础27中填充有橄榄石(一种非常密实的矿石)、石块、沙子、沙砾、混凝土或其任意组合，这给基础提供了足够的重量来承受暴风雨、波浪、冰压等。

在本发明的此实施方式中，流体管道22在重力基础27的外部被引导，并且在基础6周围的海床中基本上水平地铺设，从而使得周围的大地9形成温度控制装置10的散热装置21。

图3至10示出了本发明的关于陆基或离岸基础6的特定实施方式的不同实施方式，但是本发明还可与其他类型的基础6结合使用，例如三脚架式基础(未示出)、桥墩式基础(未示出)等。

三脚架式基础(未示出)与离岸风轮机1一起使用，它们通常包括位于风轮机塔架下方的钢桩，在刚桩上生成一个钢制框架，该钢制框架将力从塔架传递到三个钢桩。这三个钢桩根据土壤条件和冰载荷钻入海床中10到20米。三腿样式的优点是它适于较深的水深，同时，在安装之前在现场仅需要最少的准备工作。

桥墩式基础(未示出)与陆基风轮机1一起使用，并且通常形成为具有内部和外部波纹金属管，在其间用混凝土浇固多个螺栓，并且风轮机塔架连接到其上。

图11示出了包括五个独立冷却流体回路28的简化的风能转换器7。

在本发明的此实施方式中，风能转换器7的温度控制装置10包括五个分开且独立的冷却流体闭合回路28，但是在另一实施方式中，温度控制装置10可包括其他数量的回路28，例如两个、三个、四个、六个、七个或更多。

每个回路28包括一位于机舱3内的流体泵17，用于在流体管道22内形成流体循环。在另一实施方式中，泵17可置于其他地方，例如塔架2内、风轮机外部——例如在相邻房间内或者甚至在基础6内。

在此实施方式中，流体管道22从机舱3延伸，向下经过塔架2，进入大地9而提供用于交换热量的装置、由此使得大地9用作温度控制装置10的散热装置21，然后返回机舱3。

在此实施方式中，在流体管道22内循环的冷却流体也将流经或通过机舱3内需要加热或冷却的部件11，或者例如通过叶片5以为其除冰。这可以例如通过在每个部件11处安装一温度或远程控制混合阀来完成，从而保证最优工作温度和/或减少或消除热波动。

在机舱3、塔架2内和/或其他地方，冷却流体也可以向空气换热器(未示出)传送大量的冷却流体。这个或这些换热器可用来控制机舱3内、塔架2内和/或其他地方的温度，由此使得能够基本上消除与环境(例如机舱3内)的所有开放式的相互影响，使得机舱3可以完全闭合，从而机舱3内的环境得到良好控制。

在风能转换器7的一些实施方式中，产生热量或需要热量的部件11也置于塔架2内部，在这种情况下，冷却流体还将经过这些部件11，或者甚至借助于往空气换热器的冷却流体在塔架2内形成受控的环境。

在另一实施方式中，流体管道22也可延伸于塔架2外部，例如用以冷却或加热置于相邻房间(未示出)内的风轮机部件11。

图12示出了一包括延伸进大地9的四个独立流体管道22的简化的风能转换器7。

在本发明的此实施方式中，一个大的泵17产生在四个独立、分开的流体管道22内的冷却流体流，所述流体管道22延伸经过塔架2、基础6周围的大地9、然后再次返回。每个流体管道22包括一个阀29，所述阀29可以是开关阀29，用以控制经过特定管道22的流动。在此实施方式中，因此能够通过打开或关闭或多或少的流体管道来控制冷却流体的流速。

在此实施方式中，温度控制装置10还包括通往机舱3内的空气换热器的冷却流体，以使得机舱可基本上与外部环境隔离，但是在另一实施方式中，温度控制装置10还可包括如图2所示的与周围空气进行换热的传统冷却系统。该传统冷却系统可控制机舱内的空气温度，或者可以用来控制特定部件11的温度。

图3至12所示的温度控制装置10均构造为输送在风轮机1的不同区域23中产生的大量热量或所需的大量热量，以在大地9中散发或从大地9中吸收热量，但是，例如，如果温度控制装置10还包括用于与周围空气进行热量交换的传统冷却系统，则可以仅有一部分产生或所需的热量与大地9进行交换。

图13示出了冷却流体接头32的一个实施方式的剖视图。

在本发明的此实施方式中，风轮机1设置有一个接头32，用于在塔架2和机舱3之间引导冷却流体。在传统风轮机1中，机舱3能够相对于塔架2旋转，以保证转子4总是面对来风。

为了保证冷却流体经过该旋转接合处，该接合处设置有接头32，该接头32包括连接到机舱3的上部和连接到塔架2的下部。接头设置有位于两个部分之间的多个环形通道30，并且通道30通过一呈例如O形环形式的密封件31分隔。流体管道22经过与通道30连接的上部和下部，使得流体可经过旋转接合处而在不同流体管道内的流体不会混合。

在本发明的此实施方式中，接头32的中心是中空的，使得电缆等可引导经过接头32。

通常，机舱3仅沿一个方向旋转有限的次数，然后被强迫沿相反方向旋转。在本发明的另一实施方式中，还可行的是，流体管道22借助于柔性软管等由机舱3引导到塔架2、然后返回，该柔性软管等或多或少地从机舱3自由下垂到塔架2中，如同许多风轮机1中的电缆那样。

上文已经参考温度控制系统10、风能转换器7、基础6、散热装置21等的特定示例说明了本发明。然而，应当理解，本发明不限于上述特定示例，而是如同权利要求书所写明的那样，在本发明范围内可以多种变例进行设计和改变。

附图标记列表

1 风轮机

2 塔架

3 机舱

4 转子

5 叶片

6 基础

7 风能转换器

8 地板

9 风轮机基础外的大地

10温度控制装置

11风轮机部件

12电力变流器

13功率电阻器

14母板

15主散热器

16用于交换热量的装置

17泵

18驱动空气进入的柜室风扇

19双向阀

20冷却流体加热器

21散热装置

22流体管道

23需要加热或冷却的风轮机区域

24底座

25单桩基础

26桩

27重力基础

28冷却流体回路

29阀

30环形通道

31密封件

32接头

33加强件

34沟道

35壁

Claims (18)

1.一种风能转换器(7)，包括：

风轮机(1)，

风轮机基础(6)，以及

温度控制装置(10)，其用于控制所述风轮机(1)的一个或多个区域(23)的温度，并包括用于交换热量的装置(16)，

其特征在于，

所述用于交换热量的装置(16)置于所述基础(6)外部的大地(9)中。

2.如权利要求1所述的风能转换器(7)，其中所述温度控制装置(10)包括用于将热量输送到所述风轮机(1)的一个或多个区域(23)或者从所述风轮机(1)的一个或多个区域(23)输送热量的冷却流体、用于产生所述冷却流体的流动的一个或多个泵(17)、以及用于从所述冷却流体散发热量或向所述冷却流体供应热量的一个或多个散热装置(21)。

3.如权利要求1或2所述的风能转换器(7)，其中所述用于交换热量的装置(16)是所述温度控制装置(10)的散热装置(21)。

4.如权利要求2或3所述的风能转换器(7)，其中所述散热装置(21)包括用于将所述区域(23)的大量多余热量散发到所述基础(6)外部的所述大地(9)中的装置，并且/或者所述散热装置(21)包括用于从所述基础(6)外部的所述大地(9)吸收所述区域(23)所需的大量热量的装置。

5.如上述权利要求中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述温度控制装置(10)包括一个或多个流体管道(22)，用于将冷却流体导入所述风轮机(1)的一个或多个区域(23)和所述基础(6)外部的所述大地(9)，并且/或者在所述风轮机(1)的一个或多个区域(23)和所述基础(6)外部的所述大地(9)之间引导冷却流体。

6.如权利要求5所述的风能转换器(7)，其中所述一个或多个流体管道(22)形成一个或多个闭合回路(28)，使得所述冷却流体在所述温度控制装置(10)内循环。

7.如权利要求5或6所述的风能转换器(7)，其中所述基础(6)外部的所述大地(9)包括所述温度控制装置(10)的两个或多个独立的流体管道(22)。

8.如权利要求5至7中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述一个或多个流体管道(22)基本上经过所述风轮机(1)的风轮机塔架(2)内部的全部长度。

9.如权利要求2、5或6中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述冷却流体是液体，例如是防冻剂和水的溶液、甲醇、丙二醇或乙酸钾。

10.如上述权利要求中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述基础(6)外部的所述大地(9)是紧邻所述基础(6)的大地。

11.如上述权利要求中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述用于交换热量的装置(16)基本上垂直地延伸入所述风轮机(1)下方和/或周围的大地(9)。

12.如上述权利要求中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述用于交换热量的装置(16)在紧邻所述基础(6)的大地(9)中大致水平地延伸。

13.如上述权利要求中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述用于交换热量的装置(16)在紧邻所述基础(6)下方的大地(9)中大致水平地延伸。

14.如上述权利要求中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述用于交换热量的装置(16)布置在位于所述基础(6)外部的大地(9)中的一个或多个沟道(34)内。

15.如上述权利要求中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述用于交换热量的装置(16)布置的深度位于所述基础(6)外部的所述大地(9)的表面和所述基础(6)的深度之间。

16.如上述权利要求中任一项所述的风能转换器(7)，其中所述风轮机(1)的一个或多个区域(23)是所述风轮机(1)的机舱(3)和/或位于所述机舱(3)内的一个或多个风轮机部件(11)，例如电力变流器、发电机和/或齿轮箱。

17.一种用于控制如权利要求1至16中任一项所述的风能转换器(7)的一个或多个区域(23)的温度的方法，其中热量在所述风轮机(1)的基础(6)外部的大地(9)中散发或吸收。

18.如权利要求17所述的方法的应用，以用于控制如权利要求1至16中任一项所述的风能转换器(7)的一个或多个区域(23)的温度，其中所述风能转换器(7)是陆基风能转换器。

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