DE10352023B4

DE10352023B4 - Klimatisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10352023B4
Application number: DE10352023A
Authority: DE
Inventors: Samuel Klassen
Original assignee: Rittal RCS Communication Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Rittal RCS Communication Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2023-11-08
Also published as: NL1027423A1; NL1027423C2; DE10352023A1; DK200401563A

Abstract

Klimatisierungseinrichtung mit einer einer oder mehreren zu kühlenden Wärmequellen zugeordneten, am Bodenbereich angeordneten ersten Wärmetauscheranordnung, durch die zur Wärmeabführung ein Fluid-Wärmeträger geleitet ist, welcher über eine Verbindungsleitungsanordnung (32) zum Herunterkühlen einer weiteren, passiv gekühlten Wärmetauscheranordnung (31) zugeführt oder zuführbar ist, die im Bereich eines Mastes (41) oder Mastanbaus einer Windkrafteinheit (40) positioniert oder positionierbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Wärmetauscheranordnung mindestens einen Wärmetauscher (11) mit geschlängelten Leitungen aufweist, durch die der Fluid-Wärmeträger geführt ist,
dass die weitere Wärmetauscheranordnung einen um den Mast (41) gelegten oder legbaren weiteren Wärmetauscher (31) mit darin geschlängelt angeordneter Kühlwendel (31.1) aufweist,
dass eine Anbringvorrichtung (50) zum Befestigen des weiteren Wärmetauschers (31) außen an dem Mast (41) oder einem Mastanbau der Windkrafteinheit (40) vorhanden ist,
dass die Verbindungsleitungsanordnung (32) in ihrer Länge zum Verbinden des weiteren Wärmetauschers (31) mit dem am Bodenbereich angeordneten ersten Wärmetauscher (11) ausgelegt und mit Aggregaten...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungseinrichtung mit einer einer oder mehreren zu kühlenden Wärmequellen zugeordneten, am Bodenbereich angeordneten ersten Wärmetauscheranordnung, durch die zur Wärmeabführung ein Fluid-Wärmeträger geleitet ist, welcher über eine Verbindungsleitungsanordnung zum Herunterkühlen einer weiteren, passiv gekühlten Wärmetauscheranordnung zugeführt oder zuführbar ist, die im Bereich eines Mastes oder Mastanbaus einer Windkrafteinheit positioniert oder positionierbar ist.
Eine derartige Klimatisierungseinrichtung ist in der DE 100 00 370 A1 als bekannt ausgewiesen. Bei dieser bekannten Klimatisierungseinrichtung ist am Turm selbst (innen- oder außenseitig) wenigstens ein Luftkanal ausgebildet, durch welchen erwärmte Luft strömt, damit sie ihre Energie zumindest teilweise an die Turmwandung abgeben kann. Weiterhin sind Kühlkanäle in der Turmwandung ausgebildet, indem der Turm über einen bestimmten Bereich doppelwandig ausgeführt ist und dort den Kühlkanal bildet. Das durch die Kühlkanäle geleitete Kühlmedium wird im unteren Bereich des Turms zu elektrische Verlustwärme erzeugenden Wärmequellen, wie Wechselrichter oder Transformator geführt und kann andererseits auch zu zu kühlenden Komponenten in der auf dem Turm angeordneten Gondel geführt werden, wobei den zu kühlenden Komponenten der Gondel einerseits und den zu kühlenden elektrischen Komponenten im unteren Bereich des Turms andererseits getrennte Kühlkreisläufe für das Kühlmedium zugeordnet sein können, die durch die Kühlkanäle in der Turmwandung gebildet werden. Bei dieser Ausbildung der Klimatisierungseinrichtung ist der Aufbau des Turms so ausgebildet, dass in ihm die Kühlkanäle integriert sind, wozu relativ aufwändige konstruktive Maßnahmen erforderlich sind.
Bei einer in der DE 100 16 913 A1 gezeigten weiteren Klimatisierungseinrichtung an einem Kühlturm einer Windkraftanlage sind Kühlleitungen im oberen Bereich des Turms um dessen Außenwandung spiralförmig herumgeführt und dienen zum Kühlen eines Generators in einer auf dem Turm positionierten Rotoreinheit. Auch hierbei ist die Installation der Klimatisierungseinrichtung relativ aufwändig.
Eine weitere Klimatisierungsvorrichtung, wie sie beispielsweise in der DE 196 09 794 C1 oder in der DE 198 17 917 C2 in verschiedener Ausgestaltung angegeben ist, dient z. B. dazu, Wärmequellen einer elektrischen Steuerungsanlage zu kühlen, die in einem Schaltschrank oder einer Schaltschrankanordnung oder einem ähnlichen umschlossenen Raum angeordnet sind. Hierbei kann es sich auch um einen Steuerschrank bzw. eine Steuerschrankanordnung einer Windkraftanlage handeln. Stets geht es darum, die von den Wärmequellen erzeugte Wärme mit einem Kühlmittel bzw. Wärmeträger abzuführen, wobei dieser in einem Kühlmittelkreislauf geführt wird und in einem Wärmetauscher soweit heruntergekühlt wird, dass er von den Wärmequellen erzeugte Wärme erneut aufnehmen und von diesen wegtransportieren kann.
Der Wärmetauscher zum Herunterkühlen des Wärmeträgers ist dabei in der Regel an dem Steuerschrank oder bei einer Rückkühlanlage in einem separaten Gehäuse zusammen mit weiteren Komponenten eines Kühlgerätes angeordnet und wird zum Herabsetzen der Temperatur des Wärmeträgers von mittels eines Ventilators geförderter Umgebungsluft durchströmt, um die erforderliche Effektivität zum Abtransport der Wärme zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimatisierungseinrichtung in Verbindung mit einem Kühlturm einer Windkraftanlage bereit zu stellen, die eine möglichst einfache Installation ergibt und auch eine günstigere Abstimmung der Kühlleistung auf die zu kühlenden Komponenten zulässt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die erste Wärmetauscheranordnung mindestens einen Wärmetauscher mit geschlängelten Leitungen aufweist, durch die der Fluid-Wärmeträger geführt ist, dass die weitere Wärmetauscheranordnung einen um den Mast gelegten oder legbaren weiteren Wärmetauscher mit darin geschlängelt angeordneter Kühlwendel aufweist, dass eine Anbringvorrichtung zum Befestigen des weiteren Wärmetauschers außen an dem Mast oder einem Mastanbau der Windkrafteinheit vorhanden ist, dass die Verbindungsleitungsanordnung in ihrer Länge zum Verbinden des weiteren Wärmetauschers mit dem am Bodenbereich angeordneten ersten Wärmetauscher ausgelegt und mit Aggregaten zum wirksamen Fördern des Wärmeträgers von dem ersten Wärmetauscher zu dem weiteren Wärmetauscher und zurück bei deren Positionierung insbesondere im oberen Mastbereich ausgerüstet ist, dass der weitere Wärmetauscher mindestens ein zumindest teilweise um die Außenseite des Mastes umlegbares und mittels der Anbringvorrichtung anbringbares Wärmetauscherteil aufweist, wobei das mindestens eine Wärmetauscherteil eine flexible Aufnahme mit da rin geschlängelt angeordnetem Kühlleitungsabschnitt aufweist oder wobei die Aufnahme als entsprechend der Außenseite des Mastes gewölbtes oder wölbbares Formteil ausgebildet ist, in dem der geschlängelte Kühlleitungsabschnitt angeordnet ist, und dass zum Bilden einer Strömungskanalanordnung für Umgebungsluft um den weiteren Wärmetauscher Leitblechabschnitte vorgesehen sind.
Mit diesen Maßnahmen wird eine Klimatisierungsvorrichtung bereit gestellt, die in Verbindung mit einer Windkraftanlage mit relativ einfachen Mitteln einsetzbar ist und bei dem die Wärmeträgertemperatur in dem betreffenden Wärmetauscher wirkungsvoll ohne einen zugeordneten Ventilator herabgesetzt wird. Insbesondere bei vorhandenem Wind, wenn zur Umsetzung in elektrische Energie relativ viel Wärme in dem Steuerschrank anfällt, ist gleichzeitig auch die Kühlung des betreffenden Wärmeträgers besonders hoch. Auch ist die Ausbildung zum Anbringen und Umströmen des betreffenden Wärmetauschers günstig. Beim Umströmen hat der Wind eine relativ hohe Geschwindigkeit und die Kühlung ist unabhängig von der Windrichtung, wobei die Maßnahmen auch einen hohen Volumenstrom der Luft ergeben. Gleichzeitig können die Leitblechabschnitte auch dazu dienen, den Wärmetauscher vor Sonneneinstrahlung abzuschirmen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht dabei darin, dass die Leitblechabschnitte die weitere Wärmetauscheranordnung nach Art zweier Halbschalen umgeben und eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung freilassen.
Ist vorgesehen, dass die Leitblechabschnitte obere Abschnitte aufweisen, die zum Befestigen an einem sich mit der Windrichtung drehenden Rotorgehäuse ausgebildet sind, wird die mit den Leitblechabschnitten bewirkte Umströmung des Wärmeträgers der Windrichtung vorteilhaft nachgeführt.
Eine vorteilhafte Anbringung zur Nachführung der Leitblechabschnitte besteht des Weiteren darin, dass die Anbringvorrichtung auch mindestens ein zumindest teilweise umlaufendes ringförmiges bzw. ringabschnittförmiges, an dem Mast angebrachtes oder anbringbares Tragemittel und daran in horizontaler Ebene abrollbare, mit den Leitblechabschnitten verbundene Stützrollen aufweist.
Um den Fluid-Wärmeträger zuverlässig durch die Verbindungsleitungsanordnung zu führen und die Funktion des Kühlgerätes stabil aufrecht zu erhalten, ist des Weiteren vorteilhaft vorgesehen, dass die Aggregate in der Hinleitung der Verbindungsleitungsanordnung eine Rücklaufsicherung und/oder in der Rückleitung der Verbindungsleitungsanordnung einen Druckausgleich aufweisen.
Für die Kühlung des Wärmeträgers ist weiterhin vorteilhaft, dass Mittel zum wärmeleitenden Verbinden der Verbindungsleitungsanordnung mit der Mast außenseite vorhanden sind. Insbesondere ist dabei günstig, wenn die Verbindungsleitungsanordnung auf der Nordseite des Masts verlegt wird.
Die Verwendung der Klimatisierungsvorrichtung bei einer Windkraftanlage ist in Anspruch 7 geltend gemacht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A eine Prinzipdarstellung zu einer Anordnung einer Klimatisierungsvorrichtung an einer Windkraftanlage,
1B einen an dem Mast der Windkraftanlage angeordneten, von Umgebungsluft umströmten Wärmetauscher im Querschnitt,
1C einen Aufbau eines Wärmetauschers mit flexibler Aufnahme,
1D verschiedene Ausführungsformen eines aus Formteilen in Form von Kreisringabschnitten zusammengesetzten Wärmetauschers im Querschnitt,
2 eine schematische Darstellung der Klimatisierungsvorrichtung in Verbindung mit der Windkraftanlage,
3 eine weitere Darstellung zum Aufbau und zur Anordnung des Wärmetauschers,
4a) bis d) verschiedene Darstellungen zur Anbringung von Leitblechabschnitten im Bereich des Wärmetauschers und
5a) und b) eine schematische Darstellung zur Anordnung einer Verbindungsleitungsanordnung an dem Mast der Windkraftanlage im Querschnitt bzw. im Längsverlauf.
1A zeigt eine Windkraftanlage mit einer an dieser angeordneten Klimatisierungsvorrichtung. Die Windkraftanlage weist eine Windkrafteinheit 40 mit einem auf einem Mast 41 entsprechend der Windrichtung drehbar angeordneten Rotor mit umgebendem Rotorgehäuse 43 und einem den Rotor antreibenden Windrad 42 sowie einen Steuerschrank 20 oder eine Steuerschrankanordnung auf, in dem bzw. der für die Umsetzung und Weiterverarbeitung der elektrischen Energie oder die Anlagensteuerung benötigte Komponenten untergebracht sind. An dem Steuerschrank 20 ist eine Kühleinheit 10 mit mindestens einem Wärmetauscher 11 zur Kühlung von in dem Steuerschrank 20 vorhandenen Wärmequellen angeordnet. Der Wärmetauscher 11 wird von Warmluft aus dem Steuerschrank 20 durchströmt, die mittels eines Lüfters 13 (vgl. 2) aus dem Steuerschrank 20 herantransportiert wird, wodurch sich ein durch geschlängelte Leitungen in dem Wärmetauscher 11 geführtes Kühlmittel in Form eines Fluid-Wärmeträgers entsprechend erwärmt. Zum Kühlen des Wärmeträgers wird die ser gegebenenfalls über an sich bei Kühlgeräten bekannte weitere Komponenten, wie Kompressor und Verflüssiger einer Wärmeträger-Kühlvorrichtung 30 und eine Verbindungsleitungsanordnung 32 zu einem weiteren Wärmetauscher 31 geführt, um über diesen die von den Wärmequellen aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abzugeben. Der Wärmetauscher 31 ist im oberen Bereich des Mastes 41 diesen zumindest teilweise umgebend angeordnet, und über eine den Wärmeträger heranführende Hinleitung 32.1 und eine den Wärmeträger zurückführende Rückleitung 32.2 mit der Kühleinheit 10 verbunden. Für den Transport des Wärmeträgers zu dem weiteren Wärmetauscher 31 ist eine entsprechend leistungsfähige Kreislaufpumpe 12 (vgl. auch 2) vorgesehen, und in der Hinleitung 32.1 ist eine Rücklaufsicherung 33 angeordnet, während in der Rückleitung 32.2 ein Druckausgleich 34 angeordnet ist, um den Wärmeträger zuverlässig zu dem weiteren Wärmetauscher 31 zu führen und eine sichere Funktion der Kühleinheit 10 mit den darin vorhandenen Kühlkomponenten zu gewährleisten, zu denen auch ein Füllsystem bzw. Druckausgleich 35 gehört.
Wie aus den 1B, 1C und 1D ersichtlich, wird der Wärmetauscher 31 mit der darin geschlängelt angeordneten Kühlwendel 31.1 um den Mast 41 gelegt und dadurch günstig von der Umgebungsluft umströmt bzw. durchströmt, wie 1B schematisch zeigt. Zur Aufnahme der Kühlwendel 31.1 kann eine flexible Aufnahme 31.2 mit günstigen Durchströmungs- und Wärmeleitungs- bzw. Übertragungs-Eigenschaften vorgesehen sein, so dass die Kühlwendel 31.1 mit der z. B. mattenartig ausgebildeten flexiblen Aufnahme 31.2 einfach um den betreffenden Mastabschnitt 41 gelegt und daran befestigt werden kann. Der Mast 41 kann dann ebenfalls zur Wärmeübertragung genutzt werden. Bei den in 1D gezeigten Ausführungsbeispielen sind einzelne Abschnitte des Wärmetauschers 31 als im Querschnitt kreisabschnittsförmige Formteile 31.3 ausgebildet, die begrenzt flexibel ausgebildet sein können, um sie an Mastabschnitte mit unterschiedlichem Querschnittsradius anbringen zu können. Die einzelnen Abschnitte der Formteile 31.3 können beim Montieren auf einfache Weise mit Verbindungselementen und z. B. Steckelementen für die Kühlwendel 31.1 miteinander verbunden werden. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Wärmetauscher 31 mit flexibler Aufnahme 31.2, die in sich im Querschnitt mäanderförmig ausgebildet ist.
Wie die 4a) bis 4d) zeigen, kann der Wärmetauscher 31 von Leitblechen 36 bzw. Leitblechabschnitten umgeben werden, um verbesserte Strömungsverhältnisse entsprechend der jeweiligen Windrichtung zum Kühlen des Wärmetauschers 31 zu erzeugen und evtl. auch eine Abschirmung gegen ungünstige Sonneneinstrahlung zu bewirken. Die Leitbleche 36 können mittels einer Anbringvorrichtung 50 am Mast 41 in horizontaler Ebene drehbar angebracht und zum Drehen entsprechend der jeweiligen Windrichtung entweder selbst mit durch die Windströmung betätigbaren Stellteilen versehen oder mit dem Rotorgehäuse 43 gekoppelt sein. Wie die 4b) und 4c) erkennen lassen, ist dazu an dem Mast 41 mindestens ein zumindest teilweise umlaufender Stützring als Tragemittel 50.2 angebracht, auf dem sich die Leitbleche 36 über Stützrollen 50.1 drehbar abstützen. Die Leitbleche 36 bzw. Leitblechabschnitte decken den Wärmetauscher 31 auf zwei Seiten des Mastes 41 schalenartig ab und bilden geeignete Strömungskanäle für die Umgebungsluft, die durch eine dem Wind zugekehrte Eintrittsöffnung einströmt und auf der windabgewandten Seite durch eine Ausströmöffnung abströmt.
Wie die 5a) und b) zeigen, können die Hinleitung 32.1 und die Rückleitung 32.2 wärmeleitend mit der Mastfläche verbunden sein und sind zur Kühlung des Wärmeträgers vorteilhaft auf der sonnenabgewandten Seite des Mastes 41 angeordnet. Hierbei kann der Mast selbst als Kühlkörper herangezogen werden, so dass kein zusätzlicher Wärmetauscher erforderlich ist.
Mit dem beschriebenen Aufbau der Klimatisierungsvorrichtung ergibt sich eine wirkungsvolle Kühlung des Wärmeträgers ohne einen dem weiteren Wärmetauscher 31 zugeordneten Ventilator, wodurch Energie zum Betrieb der Klimatisierungsvorrichtung eingespart und wegen der passiven Kühlung eine entsprechend hohe Funktionssicherheit erreicht wird. Dabei ist günstig, dass die Kühlleistung des Wärmetauschers 31 proportional zu dem Kühlbedarf der Steuerungskomponenten ist, da mit erhöhter Windstärke nicht nur der elektrische Energieumsatz und die damit einhergehende Wärmemenge zunehmen, sondern auch das den Wärmetauscher 31 umströmende Luftvolumen. Die Klimatisierungsvorrichtung ist insbesondere auch günstig in Verbindung mit einer Rückkühlungseinrichtung. Mit nur einer Klimatisierungsvorrichtung der beschriebenen Art können auch eine Vielzahl von angeschlossenen weiteren Wärmequellen in weiteren Steuerschränken mit jeweils zugeordneten und von dem Kühlmittel durchströmten Wärmetauschern (11) gekühlt werden, wobei insbesondere auch der weitere Wärmetauscher 31 mit einfachen Maßnahmen entsprechend großflächig ausgelegt werden kann.

Claims

Klimatisierungseinrichtung mit einer einer oder mehreren zu kühlenden Wärmequellen zugeordneten, am Bodenbereich angeordneten ersten Wärmetauscheranordnung, durch die zur Wärmeabführung ein Fluid-Wärmeträger geleitet ist, welcher über eine Verbindungsleitungsanordnung (32) zum Herunterkühlen einer weiteren, passiv gekühlten Wärmetauscheranordnung (31) zugeführt oder zuführbar ist, die im Bereich eines Mastes (41) oder Mastanbaus einer Windkrafteinheit (40) positioniert oder positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmetauscheranordnung mindestens einen Wärmetauscher (11) mit geschlängelten Leitungen aufweist, durch die der Fluid-Wärmeträger geführt ist, dass die weitere Wärmetauscheranordnung einen um den Mast (41) gelegten oder legbaren weiteren Wärmetauscher (31) mit darin geschlängelt angeordneter Kühlwendel (31.1) aufweist, dass eine Anbringvorrichtung (50) zum Befestigen des weiteren Wärmetauschers (31) außen an dem Mast (41) oder einem Mastanbau der Windkrafteinheit (40) vorhanden ist, dass die Verbindungsleitungsanordnung (32) in ihrer Länge zum Verbinden des weiteren Wärmetauschers (31) mit dem am Bodenbereich angeordneten ersten Wärmetauscher (11) ausgelegt und mit Aggregaten (12, 33, 34) zum wirksamen Fördern des Wärmeträgers von dem ersten Wärmetauscher (11) zu dem weiteren Wärmetauscher (11) und zurück bei deren Positionierung insbesondere im oberen Mastbereich ausgerüstet ist, dass der weitere Wärmetauscher (31) mindestens ein zumindest teilweise um die Außenseite des Mastes (41) umlegbares und mittels der Anbringvorrichtung (50) anbringbares Wärmetauscherteil aufweist, wobei das mindestens eine Wärmetauscherteil eine flexible Aufnahme (31.2) mit darin geschlängelt angeordnetem Kühlleitungsabschnitt (31.1) aufweist oder wobei die Aufnahme (31.2) als entsprechend der Außenseite des Mastes (41) gewölbtes oder wölbbares Formteil (31.3) ausgebildet ist, in dem der geschlängelte Kühlleitungsabschnitt angeordnet ist, und dass zum Bilden einer Strömungskanalanordnung für Umgebungsluft um den weiteren Wärmetauscher (31) Leitblechabschnitte (36) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitblechabschnitte (36) die weitere Wärmetauscheranordnung (31) nach Art zweier Halbschalen umgeben und eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung freilassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitblechabschnitte (36) obere Abschnitte aufweisen, die zum Befestigen an einem sich mit der Windrichtung drehenden Rotorgehäuse (43) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringvorrichtung (50) auch mindestens ein zumindest teilweise umlaufendes ringförmiges bzw. ringabschnittförmiges, an dem Mast (41) angebrachtes oder anbringbares Tragemittel (50.2) und daran in horizontaler Ebene abrollbare, mit den Leitblechabschnitten (36) verbundene Stützrollen (50.1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregate in der Hinleitung (32.1) der Verbindungsleitungsanordnung (32) eine Rücklaufsicherung (33) und/oder in der Rückleitung (32.2) der Verbindungsleitungsanordnung (32) einen Druckausgleich aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum wärmeleitenden Verbinden der Verbindungsleitungsanordnung (32) mit der Mastaußenseite vorhanden sind.
Verwendung einer Klimatisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer Windkraftanlage mit einer Windkrafteinheit (40), die einen auf einem Mast (41) angebrachten Rotor mit Windrad (42) aufweist, und mit mindestens einem Steuerschrank (20) mit zu kühlenden Komponenten.