CN104428597A - 新鲜空气供给装置以及用于向海上设备供应新鲜空气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于海上设备(1)或类似安置范围的新鲜空气供给装置(3)，其具有用于含盐且含水的新鲜空气的入口(9)，用于脱盐且干燥的新鲜空气的出口(10)，新鲜空气线路(11)，该新鲜空气线路从入口(9)向出口(10)延伸，布置在新鲜空气线路(11)中的用于使新鲜空气冷却的冷却装置(12)，布置在新鲜空气线路(11)中的用于从新鲜空气中去除盐和水的液滴分离器(13)，布置在新鲜空气线路(11)中液滴分离器(13)的下游的用于使新鲜空气加温的加热装置(14)，热泵环路(15)，冷却装置(12)和加热装置(14)以如下方式连接到该热泵环路中，即，新鲜空气在冷却装置(12)中用作热源而新鲜空气在加热装置(14)中用作冷源。

Description

新鲜空气供给装置以及用于向海上设备供应新鲜空气的方法

技术领域

本发明涉及一种用于海上设备的新鲜空气供给装置。此外，本发明涉及一种海上设备，该海上设备配备有这类新鲜空气供给装置。此外，本发明还涉及一种用于向海上设备供应新鲜空气的方法。

背景技术

在海上设备中的问题是含盐的外界空气，该外界空气会从漏损部位并且也会从密封件处侵入到这类设备的内室中。由此，在设备中可以形成含盐的且由此吸湿的沉积物，这些沉积物是导电的并且是高度腐蚀性的。尤其针对海上设备之中的电气装置而言，这类侵蚀性的沉积物是不期望的。典型的海上设备是钻井平台、船舶和风力发电设备。

由DE 198 59 628 C1针对风力发电设备所公知的是，提供了一种用于避免腐蚀性的盐颗粒侵入风力发电设备的发电机室和齿轮箱室的设备。为此，该设备具有向发电机室和齿轮箱室的至少一个大致封闭地实施的部分引入在过压下的空气的气压发生器和沿流量方向前置于发电机室和齿轮箱室的、用于从由气压发生器向室内引入的空气中分离出水分和盐颗粒的过滤装置。在此，过滤装置可以设计为沉降装置或涡流腔，该沉降装置配备有长的、大致竖直地布置在塔内部中的沉降软管。

发明内容

本发明涉及的问题是，为海上设备指出一种途径，该途径可以实现对设备，确切地说对设备的组件或装置的改善的保护以防止盐颗粒的腐蚀。

根据本发明该问题通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

本发明基于如下总体构思，即，首先使向海上设备的内室输送的含盐且含水的新鲜空气冷却，以便执行去除盐和水。通过使新鲜空气冷却来提升已经很高的相对空气水分，这也导致冷凝出水并因此显著简化了从空气中分离非常细密的含盐的气溶胶(Aerosole)。通过使空气冷却到尤其是露点之下，由此可以通过简单的液滴分离器实现分离水。此外，通过使空气冷却可以实现的是，同时在非常大的程度上将水和盐颗粒分离出去。在分离液滴之后可以使空气再次加温并因此进行干燥。在水中溶解的盐例如可以通过减少空气中的水分而结晶并且以颗粒的形式出现在空气中。这类颗粒可以相对简单地，例如利用精细过滤器从空气中去除。因此，通过为了去除盐和为了干燥空气而使新鲜空气冷却可以显著改善清洁空气的效率。

因此，通过使新鲜空气冷却明显地增大了在液滴分离器中积累的水量。这除了改善空气干燥之外还附加地具有正面的效果，即，同样可以更好地冲洗在液滴分离器中积累的盐。堆积的盐在此被溶解并被冲洗掉。此外，降低了盐在液滴分离器中堆积的趋势。因此，通过使新鲜空气冷却和随之发生的改善的干燥可以显著降低液滴分离器盐化的危险。

此外，根据本发明建议的是，在脱盐之后和干燥之后使新鲜空气加温。干燥之后在空气中还保留了一定的剩余湿度。通过使空气加温明显减少了空气的相对水分，这相应提高了新鲜空气的干燥度。最后向内室输送的加温的新鲜空气可以相对多地吸收水分并使内室干燥。

根据本发明的实施方式的建议的特别的优点是，用于使新鲜空气加温所必需的热量借助热泵环路从新鲜空气中汲取，亦即，在冷却时从新鲜空气中汲取。通过该措施，显著改善了针对新鲜空气设置的清洁过程的能量效率。为了使新鲜空气冷却必须去除该热量。根据本实施方式，该热量用于使干燥的新鲜空气加温。由此，显著降低了需要的、用于使新鲜空气冷却和加温的能量需求。在此，值得注意的是，含水的空气在冷却时送出比干燥的空气紧接着用于加温所需的显著更多的热能，因此，尤其可以实现的是，干燥之后使空气加温至外界温度以上的温度。由此，尤其可以在海上设备的内室中调整预先确定的室温。

根据优选的实施方式，根据本发明的借助其可以执行上述的方法的新鲜空气供给装置包括用于含盐且含水的新鲜空气的入口、用于脱盐且干燥的新鲜空气的出口和新鲜空气线路，该新鲜空气线路从入口延伸到出口。按照适当方式，用于使新鲜空气冷却的冷却装置布置在新鲜空气线路中。此外，用于从新鲜空气中去除盐和水的液滴分离器可以布置在新鲜空气线路中。此外，用于使新鲜空气加温的加热装置布置在新鲜空气线路中液滴分离器的下游。根据有利的实施方式，尤其现在还可以设置有热泵环路，冷却装置和加热装置以如下方式连接到该热泵环路中，即，新鲜空气在冷却装置中用作热源，而新鲜空气在加热装置中用作冷源。以这种方式，热泵环路可以在冷却装置中从新鲜空气中汲取热量并且在加热装置中将该热量向新鲜空气输送。

液滴分离器在此是如下的装置，该装置有目的地设计用于从气流或空气流中分离液滴。这类液滴分离器尤其以分离器结构部为特征，该分离器结构部能由相应的气体或空气穿流而过。这样的分离器结构部可以具有明显的穿流阻力。分离器结构部例如可以包括多个通道，这些通道从上向下穿过分离器结构部地延伸，以便收集在其中积累的液滴并向下排导。在此，这些通道可以分别具有在气流或空气流入流侧上敞开的横截面型廓。在该敞开的侧上，流入轮廓还靠外地构造在相应的通道上，这些流入轮廓向相应的通道的内部，也就是说直到相应的开口地收敛。在此，各个在入流侧上敞开的通道如冲击器(Impaktor)那样地作用，也就是说，如惯性分离器那样地作用。

根据特别有利的实施方式，工作流体可以在热泵环路中循环，其中，冷却装置和加热装置分别设计为热交换器，在所述热交换器中，工作流体分别与新鲜空气热传递地耦合(koppeln)。通过使用优选为液体的工作流体可以将在热泵环路中的热量高效率地从冷却装置向加热装置输送。借助热交换器能够以高效率的方式媒介分离地实现新鲜空气与相应的工作流体之间的热传递。

相应于实施方式，冷却装置和液滴分离器可以是独立的单元，其中，液滴分离器布置在新鲜空气线路中冷却装置的下游。通过冷却装置和液滴分离器的独立的设计方案可以优化相应的功能。此外，原则上可以实现的是，使用传统的冷却装置和传统的液滴分离器。

然而，备选的实施方式是特别有利的，在该实施方式中，冷却装置和液滴分离器整合地构造成共同的单元。这类整合的单元构造得特别紧凑并且相应地具有降低的空间需求。此外，整合的单元的热绝缘能比在两个独立的单元的情况下更容易实现。

此外，在这类整合的单元中得到的优点是，冷却装置通过增加的水量也具有针对积累的盐沉积物的自行清洁的效果。积累的冷凝物在冷却装置中导致一定的脱盐作用或冲洗作用。

根据有利的改进方案，在共同的单元中可以使至少一个用于分离水滴和盐颗粒的分离器结构部冷却。以这样方式，正是在应进行水滴和盐颗粒的分离的地方制冷或汲取热量。由此，液滴分离器具有特别高的效率。按照适当方式，分离器结构部可以由热泵环路的工作流体穿流而过。如下实施方式是特别适当的，在该实施方式中，在冷却装置中将工作流体与新鲜空气热传递地耦合的热交换器具有热交换器结构部，该热交换器结构部同时设计成分离器结构部。于是，热交换器结构部可以具有液滴分离器的分离器结构部的上述所示的构造，也就是说，尤其具有相对于传统的热交换器结构部提升了的穿流阻力。按照有利方式，热交换器结构部也可以具有上述的通道，这些通道从上向下地延伸并且可以具有在入流侧敞开的横截面。

根据另一有利的实施方式，用于从新鲜空气中去除盐和灰尘的滤尘器可以布置在新鲜空气线路中加热装置的下游。通过该措施可以进一步改善向内室输送的新鲜空气的清洁度，这进一步改善了对海上设备的装置和组件的保护。在此值得注意的是，滤尘器布置在加热装置的下游，从而加温的空气在滤尘器中被过滤。因为加温的空气具有非常低的相对湿度，所以降低了使滤尘器潮湿的危险。

根据另一有利的实施方式，用于在新鲜空气线路中驱动新鲜空气的鼓风机可以布置在新鲜空气线路中加热装置的下游或滤尘器的下游。通过鼓风机的所选择的定位，鼓风机仅以干燥且加温的新鲜空气穿流而过，该新鲜空气还可以是无尘的。由此，显著降低了鼓风机污染的危险。尤其可以电驱动的鼓风机为此是必需的，即，抵抗新鲜空气供给装置的各个能穿流而过的组件的流体阻力地来驱动新鲜空气。

相应于另一有利的实施方式，冷却装置可以如此设计，即，该冷却装置在新鲜空气供给装置运行中使新鲜空气冷却到水的露点之下。通过该措施明显提升了在液滴分离器中积累的水量，这显著改善了用于新鲜空气，亦即用于干燥和脱盐的清洁作用。为此，冷却装置尤其可以如此设计，即，该冷却装置在新鲜空气供给装置运行中使新鲜空气冷却到当前的外界温度之下。

相应于另一有利的实施方式，加热装置可以如此设计，即，该冷加热装置在新鲜空气供给装置运行中使新鲜空气加温到水的露点之上，由此又降低了干燥的空气的相对水分。加热装置尤其可以如此设计，即，该加热装置在新鲜空气供给装置运行中使新鲜空气加温到当前的外界温度之上。

根据本发明的海上设备包括内室以及上述类型的新鲜空气供给装置。在此，新鲜空气供给装置的入口是向海上设备的外界敞开的，而新鲜空气供给装置的出口是向海上设备的内室敞开的。以这种方式，脱盐、干燥且加温的新鲜空气到达内室。

海上设备优选是风力发电设备，该风力发电设备的舱室包括内室，风力发电设备的发电机布置在该内室中。以这种方式，尤其可以保护发电机、开关柜和变频器、齿轮箱和各种控制器以及调节机构以防含盐且潮湿的空气。备选地，海上设备也可以是船舶或钻井平台。

此外，所述发明也可以在具有潮湿且含盐的空气的其他区域应用。作为示例，在这里提到用于高速公路附近或海岸区域中(在岸边)的无线电杆的开关柜。

由从属权利要求、附图和结合附图的附属的附图说明得到本发明的其他重要特征和优点。

应当理解的是，上文提到的和以下要阐述的特征不仅能在分别指定的组合中使用，而且也能在其他组合中或者单独地使用，而不脱离本发明的保护范围。

附图说明

本发明的优选的实施例在附图中示出并且在以下说明中详细阐述，其中，相同的附图标记涉及相同的或类似的或功能相同的构件。在附图中：

图1和图2分别示出在不同的实施方式的情况下海上设备的非常简化的、线路图式的原理示意图，该海上设备配备有新鲜空气供给装置。

具体实施方式

相应于图1和图2，海上设备1包括内室2以及新鲜空气供给装置3。优选的海上设备1是风力发电设备，其中，内室2布置在风力发电设备1的舱室4中。此外，在舱室4中风力发电设备1的发电机5布置在该内室2中。

海上设备1或风力发电设备1的舱室4在图1和图2的示例中具有入口开口6和多个出口开口7。此外，海上设备1或舱室4与外界8阻隔，开口6、7向着外界敞开。

此外，排出开口7是向着内室2敞开的，从而在内室2处于过压时内室2的空气可以向外界8逸出。利用空气可以将发电机5的过剩的热量向外界8发出。

新鲜空气供给装置3包括入口9和出口10。入口9联接在入口开口6上并且因此是向着外界8敞开的。与此相反，出口10是向着内室2敞开的。

因此，通过入口9可以从外界8吸入含盐且含水的新鲜空气。通过出口10可以向内室2输送脱盐且干燥的新鲜空气。此外，新鲜空气供给装置3包括新鲜空气线路11，该新鲜空气线路从入口9向出口10延伸。此外，新鲜空气供给装置3配备有冷却装置12、液滴分离器13、加热装置14和热泵环路15。冷却装置12布置在新鲜空气线路11中并用于使新鲜空气冷却。液滴分离器13同样布置在新鲜空气线路11中并用于从新鲜空气中去除盐和水。加热装置14布置在新鲜空气路线11中的液滴分离器13的下游并用于使新鲜空气加温。热泵环路15可以实现冷却装置12与加热装置14之间的热传递。为此，冷却装置12和加热装置14连接到热泵环路15中，也就是说以如下方式，即，新鲜空气在冷却装置12中用作热源，而新鲜空气在加热装置14中用作冷源。换而言之，热泵环路15从冷却装置12中的新鲜空气中汲取热量并将该热量又输送给加热装置14中的新鲜空气。为此，工作流体在热泵环路15中循环，该工作流体优选是液体。冷却装置12具有热交换器16或设计成热交换器16。在热交换器16中，工作流体与新鲜空气以热传递的方式耦合。加热装置14同样具有热交换器17或设计成热交换器17。在该热交换器17中，工作流体也与新鲜空气以热传递的方式耦合。

在这里示出的实施方式中，新鲜空气供给装置3还配备有滤尘器18，该滤尘器布置在新鲜空气线路11中加热装置14的下游并且用于从新鲜空气中去除盐和灰尘。此外，鼓风机19在这里布置在新鲜空气线路11中，该鼓风机布置在加热装置14的下游并且用于驱动新鲜空气线路11中的新鲜空气。只要如在这里所示的那样设置有滤尘器18，那么鼓风机19就按照适当方式位于滤尘器18的下游。鼓风机19向着出口10引导。

在图1中示出的实施方式中，冷却装置12和液滴分离器13是独立的单元。在这种情况下，液滴分离器13布置在新鲜空气线路中冷却装置12的下游。因此，液滴分离器13位于冷却装置12与加热装置14之间。

与此不同地，图2示出如下的实施方式，在该实施方式中，冷却装置12和液滴分离器13整合地构成共同的单元20。在该单元20中可以存在分离器结构部21，该分离器结构部用于分离水滴和盐颗粒。按照适当方式，现在可以实现单元20之中冷却装置12和液滴分离器13的整合，从而使该分离器结构部21冷却。为此，分离器结构部21例如可以由热泵环路15的工作流体穿流而过并形成热交换器16的至少一部分。

此外，在这里介绍的新鲜空气供给装置3能够可选地配备有在这里未示出的预分离器，该预分离器布置在新鲜空气线路11中冷却装置12的上游。预分离器尤其可以用于如下，即，在浪花飞溅、下雨或下雪时从吸入的空气中分离液滴或雪。入口9尤其可以设计为这类预分离器。

在这里介绍的新鲜空气供给装置3如下地进行工作：

由外界8吸入的新鲜空气可能(视天气而定)具有相对高的含盐量和含水量。该新鲜空气由外界8通过入口9借助鼓风机19被吸入到新鲜空气线路11中。在冷却装置12中首先进行对新鲜空气的冷却。通过冷却提升了新鲜空气的相对湿度，由此在液滴分离器13中能实现改善的液滴分离。在此，特别适合的是如下的实施方式，在该实施方式中冷却装置如此地设计，即，该冷却装置在新鲜空气供给装置3运行中使新鲜空气冷却到水的露点之下。由此，在冷却装置12中发生冷凝。由此，再次提高了液滴分离的效率。在液滴分离器13中也可以同时析出盐晶体。通过新鲜空气的冷却和水的冷凝促进了晶体形成，从而在液滴分离器13中能实现改善的晶体分离。从液滴分离器13中的新鲜空气中输出水和盐通过箭头22来表明。通过相对高的水组分降低了在液滴分离器13中不允许高的盐积聚的危险。

在图1中示出的实施方式中，从独立的冷却装置12中的冷凝输出通过箭头23来表明。在冷却装置12中也可以通过高的冷凝积累降低了不允许的盐积聚的危险。

在新鲜空气干燥和脱盐之后，在加热装置14中使该新鲜空气加温，优选超过露点并且更优选也超过外界温度。通过该措施又降低了新鲜空气的相对的剩余湿度。值得注意的是，借助热泵环路15通过如下方式获得用于使新鲜空气加温所必需的热量，即，为了使冷却装置12中的新鲜空气冷却，该热量通过工作流体来汲取并向加热装置14输送。因此，在这里介绍的新鲜空气供给装置3具有相对少的能量需求。

干燥且加温的新鲜空气紧接着穿过滤尘器18地受引导，在该滤尘器中盐晶体以及灰尘从空气中分离。相应的分离在图1和图2中通过箭头24来表明。

紧接着，干燥、脱尘且脱盐的以及加温的空气到达鼓风机19，该鼓风机将空气通过出口10输送到内室2中。由此，向内室2供应干燥且几乎无盐的空气，由此显著降低了海上设备1的装置和组件的腐蚀危险。如果海上设备1是风力发电设备，那么尤其可以降低发电机5中的腐蚀危险。借助发电机5例如可以向新鲜空气供给装置3的电流消耗器件供应电能。这些电流消耗器件例如是鼓风机19和热泵环路15的泵25，该泵在热泵环路15中推动工作流体。

在图1和图2中，电流供给线路以26来标示，通过该电流供给线路，发电机5向鼓风机19和泵25供应电流。此外，阀以27来标示，该阀布置在热泵环路中并且可以用于控制工作流体中的压力和/或用于关闭热泵环路15。

通过借助新鲜空气供给装置3将新鲜空气输送到内室2中，在内室2中产生过压，该过压通过出口开口7向外界8释放。由此，同时可以向外界8输送在内室2中例如通过发电机5产生的过剩热量。

Claims (15)

1.一种用于海上设备(1)的新鲜空气供给装置，其具有

-用于含盐且含水的新鲜空气的入口(9)，

-用于脱盐且干燥的新鲜空气的出口(10)，

-新鲜空气线路(11)，所述新鲜空气线路从所述入口(9)向所述出口(10)延伸，

-布置在所述新鲜空气线路(11)中的用于使新鲜空气冷却的冷却装置(12)，

-布置在所述新鲜空气线路(11)中的用于从新鲜空气中去除盐和水的液滴分离器(13)，

-布置在所述新鲜空气线路(11)中所述液滴分离器(13)的下游的用于使新鲜空气加温的加热装置(14)，

-热泵环路(15)，所述冷却装置(12)和所述加热装置(14)以如下方式连接到所述热泵环路中，即，新鲜空气在所述冷却装置(12)中用作热量源而新鲜空气在所述加热装置(14)中用作冷源。

2.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

-工作流体在所述热泵环路(15)中循环，

-所述冷却装置(12)具有热交换器(16)或设计为热交换器(16)，在热交换器中，所述工作流体与新鲜空气热传递地耦合，

-所述加热装置(14)具有热交换器(17)或设计为热交换器(17)，在热交换器中，所述工作流体与新鲜空气热传递地耦合。

3.根据权利要求1或2所述的装置，

其特征在于，

所述冷却装置(12)和所述液滴分离器(13)是独立的单元，其中，所述液滴分离器(13)布置在所述新鲜空气线路(11)中所述冷却装置(12)的下游。

4.根据权利要求1或2所述的装置，

其特征在于，

所述冷却装置(12)和所述液滴分离器(13)整合地构造成共同的单元(20)。

5.根据权利要求4所述的装置，

其特征在于，

在所述共同的单元(20)中使至少一个用于分离水滴和盐颗粒的分离器结构部(21)冷却。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，

其特征在于，

所述液滴分离器(13)具有分离器结构部(21)，所述分离器结构部具有多个从上向下延伸的通道，所述通道向下地输出在其中积累的液体。

7.根据权利要求6所述的装置，

其特征在于，

所述分离器结构部(21)的通道在由新鲜空气入流的一侧是敞开的。

8.根据权利要求7所述的装置，

其特征在于，

相应的通道在其敞开的侧上具有流入轮廓，所述流入轮廓沿新鲜空气的流方向收敛。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，

其特征在于，

用于从新鲜空气中去除盐和灰尘的滤尘器(18)在所述新鲜空气线路(11)中布置在所述加热装置(14)的下游。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，

其特征在于，

用于在所述新鲜空气线路(11)中驱动新鲜空气的鼓风机(19)在所述新鲜空气线路(11)中布置在所述加热装置(14)的下游或所述滤尘器(18)的下游。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，

其特征在于，

所述冷却装置(12)如此设计，即，所述冷却装置在所述新鲜空气供给装置(1)的运行中使新鲜空气冷却到水的露点之下。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，

其特征在于，

所述加热装置(14)如此设计，即，所述加热装置在所述新鲜空气供给装置(11)的运行中使新鲜空气加温到水的露点之上和/或外界温度之上。

13.用于向海上设备(1)供应新鲜空气的方法，

-在该方法中，使新鲜空气冷却以便去除盐和水，

-在该方法中，在脱盐和干燥之后使新鲜空气加温，

-其中，在冷却新鲜空气时借助热泵环路(15)从新鲜空气中汲取用于使新鲜空气加温所必需的热量。

14.海上设备，其具有

-内室(2)，

-根据权利要求1至12中任一项所述的新鲜空气供给装置(3)，

-其中，所述新鲜空气供给装置(3)的入口(9)是向所述海上设备(1)的外界(8)敞开的，而所述新鲜空气供给装置(3)的出口(10)是向所述海上设备(1)的内室(2)敞开的。

15.根据权利要求14所述的设备，

其特征在于，

所述海上设备是风力发电设备(1)，所述风力发电设备的舱室(4)包括所述内室(2)，所述风力发电设备(1)的发电机(5)布置在所述内室中。