DE202007006592U1

DE202007006592U1 - Lufttrockner in einem Windkraftwerk

Info

Publication number: DE202007006592U1
Application number: DE202007006592U
Authority: DE
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Oy
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2017-05-09
Also published as: FI20065310A0; US20070261412A1

Abstract

Lufttrockner in einem Windkraftwerk, das einen Frequenzumrichter mit Flüssigkeitskühlung aufweist, welcher Lufttrockner ein Peltier-Element (3) umfasst, dessen erste Seite an ein zu kühlendes Element (1) und die zweite Seite an ein wärmeaufnehmendes Element (2) angeschlossen ist, und während das zu kühlende Element (1) gekühlt wird, kondensiert die Feuchtigkeit auf einer Oberfläche dieses Elements, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lufttrockner in einem Frequenzumrichterschrank befindet und dass das wärmeaufnehmende Element (2) des Lufttrockners angeschlossen ist, in Kontakt mit einem Rohrsystem (4, 7) für Flüssigkeitskühlung zu kommen, oder als Teil des Rohrsystems gebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Lufttrockner in einem Windkraftwerk, das einen Frequenzumrichter mit Flüssigkeitskühlung aufweist, welcher Lufttrockner ein Peltier-Element umfasst, dessen erste Seite an ein zu kühlendes Element und die zweite Seite an ein wärmeaufnehmendes Element angeschlossen ist, und während das zu kühlende Element gekühlt wird, kondensiert die Feuchtigkeit auf einer Oberfläche dieses Elements. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Verwendung eines solchen Lufttrockners.
In Windkraftwerken befinden sich Frequenzumrichter entweder im unteren Teil des Turms oder in einem Raum, der typischerweise nicht geheizt oder mit einer Klimaanlage klimatisiert wird. Die Elektronik eines Windkraftwerks wird in kleineren Geräten von unter 2 MW meistens mit Aussenluft gekühlt, aber in größeren Geräten wird die Luftmenge so groß, dass Flüssigkeitskühlung benötigt wird, mit der Verlustleistungen handlich aus dem Turm übertragen werden können.
Bei nebligem Wetter ist die mit den gekühlten Geräten aufgesogene Luft feucht, weshalb die Feuchtebeständigkeit dieser Geräte gut sein soll. Bei luftgekühlten Geräten kommt auch Salz in die Geräte hinein. Wenn allseitig geschlossene Geräte hergestellt würden und Wärme mit einer Flüssigkeit abgeleitet würde, würde das auch dem Korrosionsschutz viele Vorteile bringen.
Es ist aber nicht möglich, ein völlig geschlossenes Gerät mit angemessenen Kosten herzustellen. Ein Beispiel für eine Kleinanwendung ist eine Verpackung, die luftdicht geschlossen ist und drinnen einen Feuchtigkeit von der Luft aufsaugenden Beutel hat. Als Alternative zu einem Beutel wäre es möglich, das Gerät in völlig trocknen Verhältnissen zu schliessen, aber es ist oft schwierig, dies auszuführen, da besonders trockne Luft dafür benötigt wird, dass Feuchtigkeit nicht zum Beispiel während Transports am Gerät kondensiert, was sofort Probleme mit sich bringt.
Belieferte Geräte werden meistens auch geöffnet, und obwohl das Gerät völlig luftdicht geschlossen wäre, verschwindet die Dichtheit sofort, wenn das Gerät geöffnet wird.
Ein früheres Lufttrocknungsverfahren in Windkraftwerken ist aus der Veröffentlichung DE 102 45 103 A1 bekannt, bei der der Elektronikschrank des Windkraftwerks mithilfe eines Peltier-Elements getrocknet wird. Luft wird über die heisse Seite des Peltier-Systems geblasen und die geheizte Luft wird den elektrischen Instrumenten übertragen, wobei die heisse Luft Feuchtigkeit bindet und anschliessend zur kalten Seite des Peltier-Systems strömt, wo die Feuchtigkeit kondensiert und zum Schluss als Kondenswasser über eine Rinne aus dem Gerätschrank abströmt.
Eine andere bekannte Lösung wird in US 2005/0002787 A1 dargestellt, wo auch ein Peltier-System entweder mit oder ohne Lüfter angewandt wird und als Folge der Luftzirkulation die Feuchtigkeit auf der kalten Seite des Peltier-Systems kondensiert. In dieser Ausführung wird entweder der ganze Innenraum oder der Maschinenraum des Windkraftwerks getrocknet, wobei das kondensierende Wasser aus einem Sammelbehälter abgeleitet wird. In einer Ausführung ist die wärmeaufnehmende Seite des Peltier-Systems an eine Wand des Windkraftwerkturms angeschlossen oder aus der Turmwand gebildet.
JP 2003 93829 beschreibt einen Lufttrockner, bei dem ein Peltier-Element aber kein Lüfter benutzt wird. Luftströmung wird in Heiss- und Kaltluftkanälen mittels Gewichtskraft zustande gebracht.
Bei früheren Lösungen wird typischerweise der ganze Innenraum des Windkraftwerks oder zumindest ein großer Teil des Innenraums trocken gehalten, wobei angenommen wird, dass vom Trockner zu verbrauchende Elektrizität kontinuierlich vorhanden ist.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, effiziente und schnelle lokale Lufttrocknung in der oben genannten Windkraftwerkkonstruktion bereitzustellen. Dies wird durch eine erfindungsgemäße Lösung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich der Lufttrockner in einem Frequenzumrichterschrank befindet und dass das wärmeaufnehmende Element des Lufttrockners angeschlossen ist, in Kontakt mit einem Rohrsystem für Flüssigkeitskühlung zu kommen, oder als Teil des Rohrsystems gebildet ist.
Wenn in der vorliegenden Erfindung die Trocknung gegebenenfalls nur. innerhalb des Frequenzumrichterschranks lokal durchgeführt wird, ist die Trocknung sehr schnell und sie braucht nicht viel Elektrizität.
Die Trocknung kann auch nach einem ziemlich langen Stillstand in einem völlig nassen Raum ohne Vortrocknung begonnen werden, da der Trockner selbst völlig kondenswasserbeständig ist.
Energie wird nur während der Trocknung aufgewandt, und somit ist der Energieverbrauch im Vergleich zu den früheren Systemen mit kontinuierlicher Trocknung bedeutend kleiner. Die Trocknung wird nur dann gebraucht, wenn in Spezialfällen der Frequenzumrichterschrank feucht wird, denn normalerweise sind Wärmeverluste des Frequenzumrichters ausreichend, um die Feuchtigkeit fernzuhalten.
Die Konstruktion des Trockners ist einfach und zuverlässig, da sie keine beweglichen Teile wie Lüfter von Geräten nach dem früheren Stand der Technik umfasst.
FIGURENLISTE
Die Erfindung wird jetzt anhand von vorteilhaften Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigen
1 einen erfindungsgemäßen Lufttrockner; und
2 einen zweiten erfindungsgemäßen Lufttrockner.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Lufttrockner, der aus einem Peltier-System besteht, das ein zu kühlendes Element 1, zum Beispiel eine Kühlrippenserie, ein wärmeaufnehmendes Element 2 und ein Peltier-Element 3 dazwischen aufweist, das während Betriebs das Element 1 kühlt und davon Wärme dem Element 2 überträgt.
Der Lufttrockner befindet sich in einem Windkraftwerk innerhalb eines Frequenzumrichterschranks (nicht dargestellt), der mit Flüssigkeitskühlung gekühlt wird. Das wärmeaufnehmende Element 2 ist dann an einer Oberfläche eines Hauptwasserrohrs 4 für Flüssigkeitskühlung befestigt, der die im Peltier-Element 3 entstandene Wärme über das besagte Element 2 übertragen wird. Das Element 1 wird auf eine Tautemperatur gekühlt, bei der die Luftfeuchtigkeit auf der Oberfläche des Elements 1 kondensiert.
Unter dem Element 1 befindet sich eine Rinne 5, in der das kondensierte Wasser gesammelt wird. In der Rinne 5 wird das Wasser dann auf kontrollierte Weise aus dem Schrank abgeleitet.
Der Betrieb des Lufttrockners wird am vorteilhaftesten mit einem Kondenswassersensor 6 gesteuert, der sich in der Rinne 5 oder beispielsweise an einer Stelle der Anlage befinden kann, die am langsamsten trocken wird oder empfindlichst gegen Kondenswasser ist. Eine geeignete Gleichstromquelle ist ihrerseits für den Betrieb angeordnet.
Andere brauchbare Ausführungen der Betriebssteuerung könnten zum Beispiel die folgenden sein:

– eine Anordnung, die auf einer Temperaturdifferenz beispielsweise zwischen Aussen- und Innentemperatur oder zwischen einigen Komponenten und der kalten Oberfläche des Lufttrockners basiert
– eine auf relativer Feuchtigkeit basierende Anordnung, die die üblichste Anordnung in früheren Heizsystemen ist
– eine auf relativer Feuchtigkeit und Temperaturen basierende Anordnung
– ein Taupunktsensor (vorgesteuerte Luft wird immer über einer bestimmten Temperatur und der Taupunkt unter dieser Temperatur gehalten)
– eine auf einem Taupunktsensor und Temperaturen basierende Anordnung.

Wenn die Temperatur des Geräts immer auf eine Weise, zum Beispiel mit einem Thermostat, über einer bestimmten Temperatur wie bei +10 Grad gehalten wird, kann mit dem Taupunktsensor gemessen werden, ob der Taupunkt unter der besagten Temperatur liegt, in welchem Fall das Gerät anscheinend trocken ist. Wenn die Temperatur gemessen wird, wird keine vorgegebene Temperatur benötigt. In der Praxis könnte man also einen Taupunktmesser und mehrere Temperaturmessungen anwenden, aber das ist nicht sehr wahrscheinlich, da Taupunktsensoren noch ziemlich teuer sind.
Alle oben beschriebenen Betriebssteuerungen für Lufttrockner zielen darauf, dieselbe Sache aber mit unterschiedlichen Betrachtungsweisen zu messen. Im Prinzip ist eine auf Temperaturdifferenzen basierende Anordnung die leichteste Weise, aber es ist kompliziert, die Temperatur einer Trockneroberfläche zu messen, da, falls die Oberfläche die ganze Zeit nass ist, sie verschmutzt oder darauf organische Pflanzenbestände zu wachsen beginnen, was die Schätzung der Oberflächentemperatur, d.h. des Taupunkts erschwert.
Wenn die relative Feuchtigkeit gemessen wird, muss sie an mehreren Stellen gemessen oder sie für die Messung der Taupunkttemperatur angewandt werden, da die Temperaturen und die Feuchtigkeit zwischen den oberen und unteren Teilen des Schranks sehr viel variieren können. Wie billige Thermometer kann ein billiger Messer für relative Feuchtigkeit beispielsweise auf Bi-Metallstreifen basieren.
Die in 2 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von der Lösung nach 1 nur darin, dass das wärmeaufnehmende Element 2 in Ver bindung mit einem Rohrsystem 7 angeordnet ist, das vom Hauptwasserrohr 4 abgezweigt ist. Das Rohr 7 kann dann auf in 2 gezeigte Weise durch das Element 2 geführt werden. Im Prinzip könnte auch ein Teil des Rohrsystems 7 das Element 2 ausbilden.
Die obige Beschreibung der Erfindung dient lediglich zur Veranschaulichung der Grundidee der Erfindung. Ein Fachmann kann jedoch ihre Einzelheiten im Rahmen der beigefügten Schutzansprüche variieren.

Claims

Lufttrockner in einem Windkraftwerk, das einen Frequenzumrichter mit Flüssigkeitskühlung aufweist, welcher Lufttrockner ein Peltier-Element (3) umfasst, dessen erste Seite an ein zu kühlendes Element (1) und die zweite Seite an ein wärmeaufnehmendes Element (2) angeschlossen ist, und während das zu kühlende Element (1) gekühlt wird, kondensiert die Feuchtigkeit auf einer Oberfläche dieses Elements, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lufttrockner in einem Frequenzumrichterschrank befindet und dass das wärmeaufnehmende Element (2) des Lufttrockners angeschlossen ist, in Kontakt mit einem Rohrsystem (4, 7) für Flüssigkeitskühlung zu kommen, oder als Teil des Rohrsystems gebildet ist.
Lufttrockner nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaufnehmende Element (2) des Lufttrockners an einer Oberfläche eines Hauptwasserrohrs (4) befestigt ist.
Lufttrockner nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaufnehmende Element (2) des Lufttrockners in Verbindung mit dem vom Hauptwasserrohr (4) abgezweigten Rohrsystem (7) angeordnet ist.
Lufttrockner nach einer der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsenergie des Lufttrockners Gleichstrom ist.
Lufttrockner nach einer der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssteuerung des Lufttrockners mit einem Kondenswassersensor (6) ausgeführt wird.