EP2326836A2 - Method and apparatus for the treatment of air in wind turbines - Google Patents

Method and apparatus for the treatment of air in wind turbines

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EP2326836A2
EP2326836A2 EP09781552A EP09781552A EP2326836A2 EP 2326836 A2 EP2326836 A2 EP 2326836A2 EP 09781552 A EP09781552 A EP 09781552A EP 09781552 A EP09781552 A EP 09781552A EP 2326836 A2 EP2326836 A2 EP 2326836A2
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EP
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air
tower
outside air
flow
supply
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EP09781552A
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Frank Buss
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/727Offshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for air treatment in wind power plants, in particular in offshore wind power plants, according to the preamble of claims 1 and 28 to 30.
  • Wind turbines or correct wind energy systems and in particular offshore wind energy systems consist according to the schematic diagram in Fig. 1 from a grounded in the seabed tower 10, at the top of a nacelle 11 is arranged, in which a generator is located, via a drive shaft and a Gear is connected to three rotor blades 12 in the illustrated example, the angle of attack are generally adjustable to optimize the wind drive.
  • the electrical power output by the generator is processed by means of electrical and electronic components and units 16 such as switchgear, switching devices, control and regulating devices, transformers, frequency converters, etc., and transmitted via cables to the mainland.
  • the arranged in an aggregate module 15 of the tower 10 electrical and electronic units 16 control and also regulate the operation of the generator, the position of the rotor blades etc.
  • the heat-dissipating electrical and electronic units 16 is outside air AL via a generally below the unit module 15 arranged air inlet opening 14, for example, an opening in an access door in the tower 10, of an air treatment unit 2, the components are shown schematically in Fig. 2 and be described below, sucked, cleaned and discharged with positive pressure as supply air ZL to the interior of the tower 10 so that the introduced and largely purified supply air flow ZL flows through the aggregate module 15, the heat absorbed by the electrical and electronic components and aggregates 16 radiation and discharged via outlet openings 13 in the nacelle 1 1 as exhaust air FL to the environment.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a conventional air treatment device 2 for desalination of the sea air and for generating an overpressure in the interior of the tower 10.
  • the air treatment device 2 a first droplet 21 as a main separator for coarse pre-separation of rain, spray, etc.
  • coalescence separators 22, 23 designed as aerosol filters are provided, which bind aerosols and form larger droplets.
  • a second droplet separator 24 follows as a post-separator, which intercepts and separates the previously formed droplets.
  • the required air flow is generated by means of an outside air or overpressure fan 25.
  • the air conditioning system according to FIG. 2 provided in the offshore wind power plant 1 thus fulfills the following tasks:
  • the introduced sea air (outside air) is cleaned by the salt aerosols contained in the air to protect against the corrosion within the tower 10 of the offshore wind energy plant 1 in the unit module 15 arranged electrical and electronic units 16;
  • the supply and overpressure fan 45 is operated as a function of the external wind speed pressure-dependent, with an overpressure of about 2000 Pa can be generated, so that even in strong winds, i. at wind speeds up to 56 m / sec, the introduced, mostly purified
  • Zu Kunststoff ZL essentially escape in the gondola 11 existing leaks 3 and escape through corresponding overpressure flaps, ie can flow to the outside, while the ingress of unpurified, salty sea air even in strong winds in the interior of the tower 10 and the nacelle 1 1 by the generated pressure is prevented.
  • a disadvantage of this conventional air treatment in offshore wind energy systems 1 is that the treatment of the sea or outdoor air AL achieved by desalination, a strong reduction of the salt content, but a residual content of salt is permanently entered into the tower 10, in particular in the form of The aerosol dissolved in the outside air, which can not be filtered out by the droplet and Koaleszenzabscheidern the air treatment unit 2. 0.005 mg / m 3 is exceeded 100 times, so that the electrical and electronic units 16 are contaminated despite the air conditioning and after a relatively short time considerable corrosion of the electrical and electronic Aggre gate 16 takes place.
  • Salt has different states of aggregation depending on the moisture content.
  • salt is in the liquid state of aggregation.
  • a moisture content between approx. 40% and approx. 70% a mixed form of liquid salt, salt aerosols and salt particles is present, while with a moisture content of ⁇ approx. 40% salt is present in bound particles (as it were as dust). Since salt crystallizes to particles at a moisture value of less than approx. 40%, a reduction or elimination of the salt content by means of a high-performance filter is possible if a moisture content of less than approx. 40% is achieved in each season.
  • the present invention has for its object to provide a method and an apparatus for air treatment in wind power plants and in particular in offshore wind energy systems, the elimination or reduction of the salt and moisture content and thus the risk of condensation (dew point below) of ensure the unit module and air discharged into the tower or nacelle with positive pressure.
  • the solutions according to the invention ensure elimination or at least a considerable reduction of the salt and moisture content and thus reduction of the risk of condensation due to dew point undershooting of an outside or supply air supplied to the unit module and into the tower or the nacelle by an outside air fan with overpressure. Volume flow and thus the risk of corrosion in the Aggregate module arranged electrical and electronic units and the inner wall and the devices in the tower and in the nacelle.
  • This simple air treatment device assumes that by heating the outside air to a relative humidity of 40%, the salt aerosols crystallized to particles can be separated in a high-performance filter as salt particles. Although this is a significant reduction of the residual salt content and thus the risk of corrosion in the unit module and inside the tower and connected in the nacelle, but can not be ensured under all climatic conditions and year-round, that the air flow in the aggregate module and inside the tower and the nacelle is maintained in such a way that, on the one hand, the heat emitted by the electrical and electronic units heat is dissipated with sufficient certainty and on the other hand, a risk of corrosion inside the tower and the nacelle can be excluded.
  • the wind energy plant is not in operation for many years of the year, for example in storms, light winds, incidents and for maintenance purposes.
  • an emergency operation is required which is insufficiently ensured with this method can be.
  • a comparison with the prior art substantially improved air treatment system is therefore characterized in that the cooled via the air inlet opening from the environment of the tower sucked wet and salty outside air cooled in an air treatment device and thereby the absolute humidity of the outside air is lowered, that the cooled and dehumidified outside air heats is reached to a predetermined relative humidity of the outside air, in which the Saiz aerosols contained in the outside air are at least partially crystallized, that the crystallized salt aerosols and salt particles contained in the outside air are separated and that the dehumidified and desalinated outside air as supply air to the interior of the tower and / or delivered to the aggregate module.
  • the moist and saline outside air drawn in via the air inlet opening from the surroundings of the tower is heated until a predetermined relative humidity of the outside air is achieved, at which the salt aerosols contained in the outside air are at least partially crystallized, the crystallized salt aerosols and salt particles contained in the outside air are separated and the dehumidified and desalinated outside air is indirectly, freely cooled and discharged as cooled supply air to the interior of the tower and / or to the aggregate module.
  • the indirectly, freely cooled supply air before delivery to the interior of the tower and / or to the unit module) can be further cooled down with a mechanical cooling device.
  • the air can absorb up to 27 g / kg of water along the line A, while at a temperature of -13 0 C, the air corresponding to the line B absorbs only 1 g / kg. This behavior expresses the strength of the electrolyte.
  • Fig. 6 shows the range of critical humidity, i. H. the range of 70 to 100% relative humidity in the Mollier-h, x-diagram.
  • the temperature and humidity values of the locations concerned are entered as a so-called “weather bubble” in relation to the "critical humidity” area shown in FIG. From these representations in the Mollier-h, x diagram, a large number of annual hours are in the range of "critical humidity.” In some areas, the local weather data is almost without exception in the "critical humidity" range.
  • the electrolyte is extremely intensified by the high salt content in the air, for example, when the wind energy plant is located in the coastal area or "offshore.” For this reason, the corrosion rate under the influence of the sea climate is significantly higher than in the interior
  • the weather bubble of the island of Heligoland which is shown in outline in Fig. 6, shows that 8,533 hours per year in the range of "critical humidity", ie in the range of 70-100% relative humidity.
  • Temperature and humidity changes are not only due to the weather, but also in the mechanical cooling of air by means of a condenser, evaporator and
  • a further optimized air treatment system is characterized in that the moist and saline outside air drawn in via the air inlet opening from the environment of the tower is supplied to the cooled and dehumidified outside air to an air treatment device having separate flow paths in which a heat exchanging connection with the outside air is established Circulating air flow is guided in a closed circuit through the unit module and the thermal energy absorbed by the heat dissipation of the electrical and electronic units emits heat to the outside air, is discharged from the under exclusion of the aggregate module heated supply air with pressure to the interior of the tower and the nacelle.
  • the optimized air treatment system ensures efficient heat dissipation of the surface heat emission of the electrical and electronic units and a controlled temperature maintenance in the tower to the nacelle by controlled heat transfer with feed from the waste heat of the electrical and electronic units.
  • the outside air which is still contaminated with salt, no longer flows freely through the aggregate module and thus can not contaminate the electrical and electronic units.
  • the volume flow of the outside air and / or the circulating air are generated independently of each other and controlled and adjusted for adjusting the heat transfer in the unit module and / or the temperature or humidity of the supply air.
  • the control and regulation of the recirculated circulating air allows a stepless adjustment of the required circulating air and thus a circulation of suitable air quantities.
  • variable amounts of air both the outside air to the supply air and the recirculation depending on parameters such as outdoor air temperature, humidity and salt content of the outside air and depending on the required cooling power in the unit module and emergency heating at standstill of the wind energy plant, the air treatment can be significantly influenced.
  • variable air volumes of the outside air supply air or the circulating air is a significant factor on the energy consumption or energy costs given as a reduction in outdoor air supply air and recirculated air quantities in the lowered operation under appropriate weather conditions and lower heat loads in Aggregate module also saves energy costs.
  • the air treatment device includes an air treatment unit with heat recovery, through which the hermetically separated flow paths of the outside air supply air flow and the circulating air flow are guided and arranged in the flow direction of the outside air supply air before and / or after the air treatment unit with heat recovery capacitor or reheat register a dehumidification heat pump containing an evaporator, the at least one condenser or reheat register, and a compressor.
  • the moisture reduction is met in the same way.
  • the arrangement of the condenser of the dehumidification heat pump upstream of the air treatment unit with heat recovery with immediate reheating after cooling in the evaporator of the dehumidification heat pump reduces the cooling effect of the circulating air flow in the air treatment unit with heat recovery, since the outside air supply air was already heated in the condenser , which would be technically disadvantageous, but would not affect the functioning of the dehumidification heat pump.
  • outside air supply air stream is additionally heated immediately after leaving the air treatment unit with heat recovery, ie after the heat released from the circulating air flow, with the energy from the dehumidification process via the condenser or the heat register, then an even more favorable, namely causes lower value of the relative humidity of the outside air supply air.
  • the arrangement of the evaporator and condenser is not necessarily required at the air inlet or air outlet of the plate heat exchanger, but can also be provided somewhere within the channel system of the blown into the tower supply air.
  • the dehumidification heat pump contains two capacitors or reheat registers, of which a first capacitor in the flow direction of the outside air supply air flow in front of the air treatment unit with heat recovery and the second capacitor is arranged in the flow direction of the outside air supply air after the air treatment unit with heat recovery.
  • the arrangement of two capacitors and their mutual circuit has the advantage that the different requirements between summer and winter operation can be better met, since the efficiency of the air treatment unit with heat recovery or its heat transfer is determined by the temperature difference.
  • the first capacitor is preferably used in winter and the second capacitor preferably in summer.
  • both capacitors can be operated in partial load operation, whereby both capacitors are automatically controlled in mutual operation or with variable partial loads.
  • the proportion of the outside air supply air flow guided by the air treatment unit with heat recovery is preferably set as a function of a temperature and / or humidity control of the optimized air treatment system.
  • a condenser is arranged in the circulating-air flow path, to which the heater module in the unit module is switched.
  • condenser or reheat register and compressor when the heating demand in the unit module, for example, in the winter months at low or too low temperatures and / or emergency operation at standstill of the offshore wind energy plant, from the dehumidifying heat pump formed from the evaporator or cooler, condenser or reheat register and compressor be switched in the outside air supply air from the condenser of the dehumidification heat pump to the condenser in the circulating air flow, so that the dehumidification heat pump in the outside air supply air flow AL / ZL heated to the power module module supply air circulating air of the second flow path.
  • the energy for this heating operation is supplied by other offshore wind power plants operated in the network.
  • the supply air flow discharged from the air treatment device to the inside of the tower is guided via a heat exchange device which releases heat energy absorbed from the waste heat of the electrical and electronic units to the supply air flow as a function of the air temperature in the interior of the tower and the nacelle, the supply air at least in the section between the air treatment device and the entrance into the interior of the tower is guided in a supply air duct.
  • the effect and positive consequences of the heat exchange device are that in order to avoid condensation within the tower and the nacelle, the air is heated so far through the heat exchange device, ie an increase in temperature is caused even by the cooling effect of the tower walls and a drop in temperature Supply air in the tower and the nacelle dew point is not reached.
  • the air treatment device not only causes dehumidification and desalination of the outside air discharged from the air treatment device, but also takes over the dehumidification of the unit module by a targeted air extraction from the individual floors or platforms of the unit module via circulating air exhaust air ducts and a targeted air supply via circulating air supply air ducts in the individual floors or platforms of the aggregate module.
  • the supply air discharged by the air treatment device is additionally dehumidified, heated with the energy obtained from the dehumidification process prior to delivery to the interior of the tower and injected into the interior of the tower at high speed and preferably in the center of the tower diameter.
  • the moist and saline outside air drawn in via the air inlet opening from the environment of the tower can be conducted via a mist eliminator for coarse pre-separation of rain, spray.
  • the air treatment system according to the invention is downstream of an air treatment device for desalination of the outside air and for generating an overpressure in the interior of the tower, preferably a first droplet separator for coarse pre-separation of rain, spray and the like, a Koaleszenzabscheider to form larger droplets, a second droplet Having as Nachabscheider for intercepting and separating the previously formed droplets and the required air flow generating outside air or overpressure fan.
  • an air treatment device for desalination of the outside air and for generating an overpressure in the interior of the tower preferably a first droplet separator for coarse pre-separation of rain, spray and the like, a Koaleszenzabscheider to form larger droplets, a second droplet Having as Nachabscheider for intercepting and separating the previously formed droplets and the required air flow generating outside air or overpressure fan.
  • the processed supply air is injected at a high speed obliquely upward, sharp on the tower wall upwards in the tower according to another process feature so that the injected air flow is moved along the tower wall and in the tower creates a rotational movement (vortex flow), which tears air layers and air layers.
  • the above-described methods provide a heat pump with dehumidifying and desalination properties in which the dehumidified and desalinated air, even with total recooling to the outside air level, for example through the tower walls or through mechanical means for free indirect cooling, such as a plate heat exchanger operated with fresh air Dew point can not be reached again and can maintain and guarantee a maximum relative humidity of less than 60% relative humidity through targeted dehumidification, so that a linear increase in corrosion is excluded and the risk of corrosion is permanently significantly reduced.
  • a first device for air treatment in wind power plants, especially in offshore wind energy plants, with a tower at the top of a gondola with a generator and at least one rotor blade and in the interior heat-dissipating electrical and electronic units such as switchgear, switching devices, transformers , Frequency converter and the like are arranged in an aggregate module of the tower and having at least one air inlet opening and an air outlet opening, is sucked through the air inlet opening from the environment of the tower moist and salty outside air, characterized by an air treatment device with a heater or an air heater for heating the outside air or in an air treatment or desalination unit desalinated and dehumidified outside air and a high-performance filter for filtering the particle-salted salt aerosols in the outside air or desalted and dehumidified outside air and the supply of heated supply air through the aggregate module in the tower and in the nacelle.
  • an air treatment device with a heater or an air heater for heating the outside air or in an air treatment or
  • This simple air treatment device makes it possible to deposit the particle-crystallized salt aerosols in a high-performance filter as salt particles by heating the outside air to a relative humidity of 40%.
  • the associated significant reduction of the residual salt content and thus the risk of corrosion in the unit module and in the interior of the tower and in the nacelle can not ensure under all climatic conditions and throughout the year that the air flow in the aggregate module and in the interior of the tower and the nacelle in the Is maintained, so that on the one hand the heat dissipated by the electric and electronic units is dissipated sufficiently safe and on the other hand, a risk of corrosion inside the tower and the nacelle can be excluded.
  • emergency operation possible in the event of storm, light wind, accidents and maintenance.
  • An improved device for air treatment in wind power plants especially in offshore wind energy plants, with a tower at the top of a gondola with a generator and at least one rotor blade and in the interior heat-dissipating electrical and electronic units such as switchgear, switching devices, transformers , Frequency converter and the like are arranged in an aggregate module of the tower and having at least one air inlet opening and an air outlet opening, is sucked through the air inlet opening from the environment of the tower moist and salty outside air, is characterized by an air treatment device with one of an evaporator for Reduction of the absolute moisture content of the supplied outside air or the outside air desalinated and dehumidified in an upstream air treatment or desalination unit, a condenser or a reheat coil for reheating the outside air a uf a relative humidity of 40% or less and a compressor dehumidifying heat pump, and with a high performance filter for salt separation.
  • an air treatment device with one of an evaporator for
  • the improved air treatment device is achieved by cooling the humid and salty outside air while reducing the absolute moisture content of the outside air and the subsequent reheating a moisture level of the treated outside air of less than or equal to 40% relative humidity, so that the salzaerosols still contained in the outside air crystallized and can be deposited in a high performance filter.
  • the supply air flows freely and without special air supply systems into or through the aggregate module and through the upper part of the tower to the nacelle.
  • An optimized air treatment system with a third, optimal device for air treatment in wind power plants, in particular in offshore wind power plants, with a tower, at the upper end of a nacelle with a generator and at least one rotor blade and in the interior heat-releasing electrical and electronic units such as switchgear, switching devices, transformers, frequency converters and the like are arranged in an aggregate module of the tower and having at least one air inlet opening and an air outlet opening, wherein via the air inlet opening from the environment of the tower moist and salty outside air is sucked in, is characterized by an air treatment device with an air treatment device with recuperative heat recovery system and hermetically separated first and second flow paths, wherein the first flow path sucked through the air inlet opening outside air to d it leads to the interior of the tower with the exception of the aggregate module delivered supply air and the second flow path in recirculation mode supply air to the unit module and sucks exhaust air or return air from the unit module.
  • the air treatment device with recuperative heat recovery system includes a plate heat exchanger, which is arranged in the flow direction of the first flow path to a connected to the air inlet opening air treatment device for desalination of the sucked outside air.
  • the optimized air treatment system ensures a powerful cooling of the surface heat dissipation of the electric and electronic units, a controlled temperature maintenance in the tower to the nacelle by controlled heat transfer with power from the waste heat of the electric and electronic units and hermetically separate two air streams that always outside air contaminated with salt no longer flows freely through the aggregate module and thus can not contaminate the electrical and electronic units.
  • the plate heat exchanger on the inlet side of the cooled down in the evaporator of the dehumidification heat pump outside air adjustable bypass flaps with which the number of plates of the plate heat exchanger can be set, which are used in the outside air supply air flow for energy exchange or to be passed to the energy exchange, so that on the adjustment the bypass valves influence the energy exchange and thus the temperature and / or humidity behavior of the air treatment device can be taken and the bypass valves can be included in a temperature and humidity control of the optimized air treatment system.
  • the outside air fan is arranged on the suction side, in the flow direction of the outside air to the supply air behind the air treatment device.
  • the outside air fan can be arranged both on the suction side and on the pressure side.
  • the latter for example, when the outside air fan is already part of an existing, conventional air handling unit and the air treatment device is retrofitted.
  • the arrangement of the outside air fan on the suction side of the air treatment unit as it is located in dry, salt-free air, which considerably reduces the risk of corrosion of the outside air fan and therefore requires only a low level of material quality from the outside air fan.
  • the arrangement of the outside air fan on the suction side allows placement of the Conceptluftventila- sector, which are possible and suitable from the unit module on all intermediate decks of the tower to the nacelle as a site.
  • the desalted and dehumidified supply air in the supply air duct is guided in a consistent continuation of the separation of the two flow paths through the plate heat exchanger, from the circulating air circulating in the unit module to the inside of the tower Moisture or salt aerosols still contained in the supply air can not reach the sensitive electrical and electronic devices in the aggregate module.
  • the supply air is treated in such a way that the dehumidified and desalinated supply air delivered to the interior of the tower and / or the aggregate module does not reach the dew point again, even if it cools down to the value of the outside air, and a maximum relative humidity value through targeted dehumidification performance
  • the electric and electronic units arranged in the tower and the nacelle of the wind power plant are sufficiently cooled for safe, permanent operation
  • the output of the air treatment device is with a first flow path of a recuperative heat recovery system and air handling unit hermetically separated from each other first and second flow paths, wherein the first flow path emitted at the output of the air treatment device supply air as cooled supply air to the interior of the tower and / or the Gives subassembly module and in the second flow path outside air (AL) is sucked by means of an additional fan and delivered to an exhaust air connection.
  • A outside air
  • a mechanical cooling device is additionally arranged in the flow path of the supply air to the cooled supply air.
  • the supply air duct is connected to a heat exchanger which emits heat energy taken up by the electrical and electronic units arranged in the unit module to the supply air flow of the first flow path leading into the interior of the tower, wherein the heat energy delivered by the heat exchanger to the supply air flow depends on the heat energy Temperature in the interior of the tower and / or the nacelle adjustable and at least one temperature in the interior of the tower and / or the nacelle detecting temperature sensor is connected to a control device.
  • the circulating air is conducted in the supply air and exhaust air ducts from the plate heat exchanger to and from the unit module, so that the circulating air flow is selectively guided via the air ducts in the individual floors of the unit module, the heat dissipated by the heat-emitting electrical and electronic units dissipated and thus prevents residual moisture and residual salt content in the Aggregate module can penetrate, the air ducts also cause a targeted air flow and cooling, so that the heat-emitting electrical and electronic units are effectively cooled regardless of their location.
  • a further high-performance filter is arranged in the circulating air flow path, with the salt particles, which could not be completely eliminated in the first treatment stage, additionally deposited.
  • the further high-performance filter is arranged in a bypass with two shutter flaps whose position determines the proportion of the circulating air flow as a function of a humidity measurement. which is passed through the arranged in the bypass channel high-performance filter.
  • the recirculation fan for continuously variable delivery of circulating air quantities to a regulated drive, creating a further possibility for temperature control is created.
  • a reduction in the air volume of the circulating air flow has the consequence, for example, that less energy is transferred through the plate heat exchanger to the outside air supply air flow.
  • both in the outside air supply air flow and in the recirculation air each consisting of an evaporator or cooler, condenser or reheat register and compressor dehumidification heat pump can be arranged, the recirculation dehumidifying heat pump preferably arranged in the exhaust duct of the circulating air in the flow direction in front of the high-performance filter is used to eliminate salt particles and aerosols in the circulating air stream, which may leak into the unit module, possibly through leaks, while mounting or the like.
  • an independent heating device preferably an electric heating coil, can be arranged in the supply air flow path of the air treatment device behind the plate heat exchanger and upstream of the high-performance filter.
  • a bypass in the flow path of the circulating air flow with controllable Bypassklap- pen and a bypass line for passing the circulating air flow to the high-performance filter and a bypass in the outside air supply air flow path with independently controllable bypass valves and a bypass line for passing the supply air flow to the high-performance filter can be set with a control device such a position that the air flows at favorable humidity values either through the high-performance filter or be guided over the bypass lines to the high-performance filters.
  • the provided in the flow path of the circulating air flow dehumidification heat pump which is arranged in front of the heat from the waste heat of the electrical and electronic units in the aggregate module heating device and consists of an evaporator / cooler, compressor, and a first capacitor, can arranged around a inillerluft- supply air second capacitor can be extended, which is associated with the first capacitor and with this common or mutually operable.
  • the dehumidifying heat pump disposed in the outside air supply air flow path consists of an evaporator / condenser, a compressor, a first condenser, and a second condenser with a reciprocal operation.
  • the dehumidification heat pump systems designed in this way in the circulating air and fresh air supply air flow cause an emergency heating, for example for frost-free maintenance of the air treatment device, or for additional desalination and dehumidification at low temperatures
  • Temperatures and downtimes of the wind energy plant since the Entfeuchtungstagepumpensysteme in outdoor air supply air and circulating air flow through a very high efficiency with lowest power consumption provide high heating power, whereas an electric heater with the same thermal output would cause more than five times the power consumption.
  • the energy output can be switched over or regulated from 0 to 100%, depending on the requirement and the heat requirement. Since the dehumidification heat pump system also has two condensers in the outdoor air supply air flow, the heat energy can be discharged in the air direction before or after the plate heat exchanger as required, and regulated from 0 to 100%.
  • a jet nozzle for blowing a Zu povertystromes is arranged in the entrance of the tower at high speed in the center of the tower diameter, whereby with the simple air treatment device, the improved air treatment device or the optimal air treatment device and optionally heated in the heat exchanger supply air targeted in the upper region of the tower and closer can be brought to the nacelle, the air jet at high speed on its flow path inducing permanent air from all sides of the tower, so that air stratification and temperature stratification torn and secondary flows are avoided.
  • the most centric arrangement of the jet nozzle avoids a distraction and leaning of the flow to the tower wall and thus the so-called Koander effect.
  • a nozzle or diffuser shape is chosen because it keeps the static pressure losses low.
  • the mechanical air conveyors can preferably with the waste heat of the unit module arranged in the heat-dissipating electrical and electronic units fed heating devices are connected, which is advantageous due to the Abkühl bines by the tower walls in conjunction with the long flow paths.
  • the temperatures in the entire tower can be made more uniform compared to a single central heating and influence the temperature condensation behavior in the tower advantageous.
  • an air treatment unit with recuperative heat recovery system and hermetically separated first and second flow paths are arranged, wherein the first flow path leads outside air to the exhaust air and the second flow path in the recirculation mode sucks incoming air and discharges as indirectly freely cooled supply air.
  • a mechanical refrigeration device can be arranged.
  • At least one speed increasing device preferably a fan and a nozzle, arranged in the tower, the air at high speed obliquely upwards, on the tower wall along upwards and in the tower a rotary motion or vortex flow generated, wherein the nozzle preferably has a round shape or a flat-jet shape.
  • Figure 1 is a trained according to the prior art conventional device for the air treatment and air flow of an offshore wind energy plant.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the aggregates of a conventional
  • Air treatment or desalination apparatus for desalination of the sea air and for generating an overpressure in the interior of the tower of an offshore wind power plant;
  • Fig. 3 is a Mollier-h, x-diagram for humid air for explaining the receptivity of water in the air at different air temperatures;
  • Fig. 4 is a graph showing the corrosion rate of metals as a function of moisture film thickness
  • FIG. 6 shows a h, x diagram for humid air for illustrating the region of the "critical humidity" in connection with a fictitious weather bubble
  • FIG. 7 is a schematic representation of a simple air treatment system for aftertreatment and supplementary air treatment in an offshore wind power plant
  • Fig. 8 is a schematic representation of a portion of a tower of an offshore
  • FIG. 9 is a schematic representation of a portion of a tower of an offshore
  • FIG. 10 is a schematic representation of an improved air handling unit having a dehumidification heat pump and a high efficiency filter of the improved air handling system of FIG. 9;
  • FIG. 10 is a schematic representation of an improved air handling unit having a dehumidification heat pump and a high efficiency filter of the improved air handling system of FIG. 9;
  • Fig. 11 is a Mollier-h, x-diagram for humid air for explaining the improved air treatment system of Fig. 9;
  • FIGS. 12 and 13 show two embodiments of a combination of an improved air treatment device according to FIG. 10 with a conventional air treatment or desalination device;
  • FIG. 14 is a schematic representation of an optimized air treatment system for aftertreatment and supplementary air treatment with an optimal air treatment device in an offshore wind
  • FIG. 15 shows an air guidance and system diagram of a first embodiment of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14;
  • FIG. 15 shows an air guidance and system diagram of a first embodiment of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14;
  • FIG. 16 shows a longitudinal section through the housing of the first embodiment of the optimal air treatment device according to FIG. 15;
  • FIG. 17 shows an air guidance and system diagram of a second embodiment of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14;
  • FIG. 18 shows an air guidance and system diagram of a third embodiment of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14;
  • FIG. 19 shows a longitudinal section through the housing of the third embodiment of the optimal air treatment device according to FIG. 18;
  • FIG. 23 shows a Mollier-h, x diagram for outside air and return air (circulating air) in summer and winter operation of an optimum air treatment device according to FIG. 22;
  • FIGS. 24 to 28 air guiding and system diagrams of further embodiments of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14;
  • FIGS. 29 to 31 show three embodiments of a combination of the optimal air treatment device according to FIG. 28 with the units of a conventional air conditioning or desalination apparatus;
  • FIG. 32 shows an offshore wind power plant with an optimized air treatment system and a reheating coil or heat exchanger and a jet nozzle for blowing a supply air flow into the tower of the offshore wind power plant at high speed;
  • Fig. 33 is a Mollier-h, x diagram for explaining the effect of the optimized one
  • Air treatment system with the optimal air treatment device
  • FIG. 34 shows an offshore wind power plant with several intermediate decks and speed-increasing devices designed as a nozzle or diffuser;
  • FIG. 35 shows a detailed representation of an intermediate deck with bypass flows and a nozzle with a mechanical air delivery device
  • FIG. Fig. 36 is a schematic representation of an air treatment system for a
  • Offshore wind energy plant in conjunction with a conventional air treatment or desalination plant
  • FIG. 37 shows an offshore wind power plant with mechanical air conveyors and heaters in several intermediate decks
  • 38 shows a detailed representation of an intermediate deck above an aggregate module with a nozzle with a fan, a high-performance filter and a heat exchanger;
  • FIG. 39 shows a schematic representation of an optimized air treatment system with a combination of a conventional air treatment and / or desalination device, an improved air treatment device and a plate heat exchanger for free, indirect cooling of the supply air flow delivered into the tower of a wind energy installation;
  • Fig. 40 is a schematic representation as in Figure 39 with an additional mechanical cooling of the supply air flow in the tower of the wind energy plant.
  • 41 shows a schematic representation of an optimized air treatment system for partial areas of a wind power plant for additional or independent cooling of units
  • FIG. 42 shows a schematic representation as in FIG. 41 with an additional mechanical cooling
  • Fig. 43 is a schematic representation of an air treatment system for a
  • Fig. 44 is a schematic representation of FIG. 43 with registered therein
  • Temperature examples for the area of the German North Sea and Fig. 45 is a schematic representation of the increase of the cooling effect by the
  • the outside air AL sucked from the environment of an offshore wind energy installation 1 according to FIG. 1 is roughly desalinated and dehumidified and continues to flow in an uncontrolled, turbulent and free air flow moist and salzaerosols containing supply air ZL on the arranged in the aggregate module 15 of the tower 10 electrical and electronic units 16 in the upper part of the tower 10 to the nacelle 1 1.
  • the residual salt content of the Zu poverty ZL flowing through the aggregate module 15 and the tower and the nacelle is thereby a hundred times greater than the desired value, so that the electrical and electronic units 16 and in the tower 10 and the nacelle 11 arranged devices and inner walls of the tower 10 are exposed to strong corrosion due to the influence of the salt and the residual moisture of the supply air ZL.
  • the moist and saline outside air AL drawn in via the air inlet opening 14 from the environment of the tower 10 is roughly desalinated in the air treatment or desalination apparatus 2 according to FIG and dehumidifies.
  • the roughly desalinated and dehumidified outside air AL is delivered to a simple air treatment device 3 in which the outside air AL is heated and the salt aerosols crystallized thereby into particles in the outside air AL are filtered out.
  • the supply air ZL discharged by the air treatment device 3 flows through the aggregate module 15 in free, uncontrolled flow, absorbs the radiant heat emitted by the electrical and electronic units 16 in the aggregate module 15 and exits the aggregate module 15 as heated supply air ZL 'in an uncontrolled, spinning air flow in the upper part of the tower 10 and in the gondola 11 a.
  • the supply air ZL ' flows through the overpressure generated by the outside air fan 25 in the air treatment or desalination unit 2 according to FIG. 2 as exhaust air FL into the environment of the offshore wind power plant 1.
  • the supply air ZL flows past the electrical and electronic units 16, absorbs the heat energy emitted by the electrical and electronic units 16 and enters the upper part of the tower 10 above the unit module 15 as heated supply air ZL ' whereupon the heated supply air ZL 'ascends as an uncontrolled, turbulent flow to the nacelle 11.
  • the simple air treatment device 3 is based on the finding that salt aerosols crystallize to particles at a relative humidity of the outside air of less than 40%. If the outside air AL is now heated to such an extent that the relative humidity characteristic of 40% in the Mollier-h, x-diagram is reached, then the salt aerosols crystallized into particles can be deposited as salt particles in the high-performance filter 32 arranged downstream of the heating device 31.
  • the heating device 31 is supplied with energy from the waste heat of the electrical and electronic units 16 in the unit module 15, for example by liquid cooling of at least part of the electrical and electronic units 16 and re-cooling of the heat absorbed in the cooling liquid in a heater 31 designed as an evaporator.
  • the above-described simple air treatment device 3 ensures a significant reduction of the residual salt content and thus significantly reduces the risk of corrosion in the unit module 15 and inside the tower 10 and in the nacelle 1 1, but can not ensure under all climatic conditions and year-round that the air flow in the Aggregate module 15 and inside the tower 10 and the nacelle 1 1 is maintained in such a way that on the one hand, the heat emitted by the electrical and electronic units 16 heat is dissipated sufficiently safe and on the other hand, the risk of corrosion inside the tower 10 and the nacelle. 1 1 can be excluded.
  • the wind power plant is not in operation for many hours of the year, for example during storms, light winds, accidents and maintenance.
  • an emergency operation is required that can be ensured only insufficiently with the simple air treatment device 3 by, for example, the air heater 31 of the simple air treatment device 3 is connected to an electric afterheating device, which is fed in emergency operation from the supply network to which the wind energy system emits electrical energy in normal operation.
  • thermodynamic treatment of the outside air AL or supply air ZL is not possible, especially since the available heat from the heat radiation of the electrical and electronic units 16 and the energy from the electric and electronic units 16 to a cooling liquid for heat dissipation and powering the air heater 31 and an evaporator of the simple air treatment device 3 between full load and partial load fluctuations and in emergency mode, ie at standstill of the wind energy plant, not available at all are.
  • FIGS. 5 to 6 show an improved air treatment device 4, which is described in more detail below and explained in its function.
  • the improved air treatment device 4 contains an evaporator 41, to which the desalinated and dehumidified outside air AL discharged from the conventional air treatment device 2 is sucked in via the air inlet opening 14 from the environment of the tower 10 as moist and saline outside air AL Air treatment or desalination unit 2 as shown in FIG. 2 was partially desalinated and dehumidified.
  • the improved air treatment device 4 includes a condenser or reheat coil 43 and a compressor 42, which together with the evaporator 41 form a dehumidifying heat pump, and a high-efficiency filter 44 for salt separation.
  • the partially desalinated and dehumidified outside airflow AL discharged from the conventional treatment apparatus 2 is discharged from the outside air fan 25 arranged in the flow path of the outside air AL in the air conditioning or desalination apparatus 2 shown in FIG. 2 to the improved air handling unit 4 in which the outside air AL is supplied by means of the evaporator 41 is cooled to a lower level, wherein the absolute humidity of the outside air AL is lowered.
  • This process also ensures that the dehumidified and desalinated supply air ZL even at total recooling to the temperature value of the outside air AL due to cooling on the way from the unit module 15 to the nacelle 11 through the non-insulated steel walls of the tower 10 at any point in the interior of the tower 10 the low level of the dew point, d. H. a relative humidity of 100%, can reach.
  • the value of the relative humidity in the entire interior of the tower 10 is about 70% relative humidity, so that the risk of condensation in the entire wind energy plant and thus the risk of corrosion by reducing the moisture is significantly reduced.
  • the absolute humidity of the outside air AL is reduced to about 10 g / kg.
  • the relative humidity of the outside air is reduced to about 35%, so that the Salzaerosole contained in the outside air AL in We - Essentially crystallized and the crystallized salt aerosols and contained in the outside air AL salt particles in the high-performance filter 44 can be deposited.
  • the outside air AL dehumidified and desalinated in the air treatment device 4 is discharged into the interior of the tower 10 as supply air ZL to the unit module 15 and after passing through the unit module 15 and receiving the thermal energy emitted by the electric and electronic units 16 as heated supply air ZL '. give, by the inclusion of additional heat energy, a further increase in temperature compared to the temperature T13, which is associated with a further decrease in the relative humidity.
  • a temperature T21 of the outside air AL of 14 0 C is assumed.
  • the moist and saline outside air AL is cooled along the dew point line in the evaporator 41 to a temperature T22 of about 9 0 C and thereby lowered to an absolute humidity of about 7 g / kg.
  • T23 of about 25 0 C the relative humidity of the outside air is reduced to about 38% and the salt salts thus crystallized and contained in the outside air AL salt particles are in the high-performance filter 44th deposited.
  • a temperature T31 of the outside air AL of 7 ° C. is assumed.
  • the moist and salty outside air AL is cooled down along the dew point line in the evaporator 41 to a temperature T32 of approximately 2 ° C. and thereby to an absolute humidity of lowered about 4 g / kg.
  • T33 the relative humidity of the outside air is reduced to about 40% and the salt crystals so salted and salt particles contained in the outside air AL are in High-efficiency filter 44 deposited.
  • the fresh air AL dehumidified and desalinated in the improved air treatment device 4 is also supplied as supply air ZL to the unit module 15 and after passing through the unit module 15 and receiving the heat energy radiated by the electric and electronic units 16 as the heated supply air ZL 'discharged into the interior of the tower 10.
  • the dehumidified and desalinated in the air treatment device 4 outside air AL as supply air ZL to the unit module 15 and after flowing through the unit module 15 and receiving the radiated from the electrical and electronic units 16 thermal energy as heated supply air ZL 'in the interior of the tower 10 is delivered , wherein the absorption of additional heat energy, a further temperature increase compared to the temperatures T23, T33 and T43 takes place, which is associated with a further decrease in the relative humidity.
  • FIGS. 8 and 9 show two variants of a combination of an improved air treatment device 4 with a conventional air treatment device 2 and will be explained in more detail below.
  • the moist and saline outside air AL sucked in via the air inlet opening 14 from the environment of the tower 10 by means of the outside air fan 25 is not conducted via the conventional air treatment device 2 according to FIG. 2, but only via a first droplet separator 21 first simplified air treatment device 2 'and then supplied as dehumidified outside air AL to the evaporator 41 for cooling and dehumidifying.
  • the crystallized salt aerosols and salt particles contained in the outside air AL are deposited in the high-performance filter 44, wherein the air flow through the in this embodiment, preferably on the suction side of the reduced air treatment device 2 'and reduced to the mist eliminator 21 the improved air treatment device 4 is arranged and the dehumidified and desalinated supply air ZL and desalted in the high-performance filter 44 outside air AL as supply air ZL in free air flow to the unit module 15 and as heated supply air ZL 'in the interior of the tower 10 and the nacelle 11 is discharged.
  • the coalescence separators 22 and 23 according to FIG. 2 are omitted because the dehumidification heat pump formed by the evaporator or condenser 41, condenser or reheat register 43 and compressor 42 results in dehumidification and heating of the dehumidifying heat pump Outside air AL is carried out in such a way that first water and thus also salt sols are deposited and crystallize the remaining salt components after heating by means of the dehumidification heat pump, when a value of relative humidity of less than or equal to about 40% is reached. Subsequently, the high-performance filter 44 ensures the deposition of the crystallized salt.
  • FIG. 9 shows the arrangement of both the two mist eliminators 21, 24 and a coalescence separator 22 in an air treatment unit 2.
  • the outside air AL sucked from the environment by means of the outside air fan 25 is discharged via a first droplet separator 21, a coalescence - Separator 22 and a second droplet 24 of the air treatment unit 2 "passed there partially dehumidified and desalted and then supplied as partially dehumidified and desalinated outside air AL shown in Fig.
  • the outside air fan 25 arranged in FIGS. 8 and 9 on the suction side of the air treatment device 2 'or 2 "and the improved air treatment device 4 can alternatively also be on the pressure side, ie before the first droplet separator 21 of the air treatment device 2' or before the first droplet separator 21 of the improved air treatment apparatus 2 "or between the air treatment apparatus 2 'and 2" and the improved air treatment apparatus 4.
  • the arrangement of the outside air fan 25 on the suction side of the air treatment apparatus 2' and 2 "and the improved air treatment apparatus 4 has the substantial advantage that the outside air fan 25 is arranged not in humid air, but in relatively dry air, which is also free of salt, which has advantages with respect to the corrosion behavior of the outside air fan 25.
  • FIG. 10 an optimized air treatment system 6 with an optimal air treatment device 5 and air ducts 75, 76 shown in the unit module 15, with which under any climatic conditions, in the year-round operation and in emergency mode with stationary wind energy system optionally sucked on the air treatment unit 2 humid and salty outdoor air AL is dehumidified, filtered and desalted, a cooling of arranged in the unit module 15 heat-dissipating electrical and electronic units 16 is performed, a positive pressure in
  • the sucked in moist and saline outside air AL in the air treatment unit 2 is only partly or coarsely desalted and partially dehumidified, the still moist and salty outside air AL 'an optimal air treatment device 5 and supplied from this as dehumidified and desalinated supply air ZL guided through an inlet air duct 74 through the unit module 15, without coming into contact with the air in the unit module 15, and discharged above the unit module 15 to the overlying free space 100 of the upper part of the tower 10.
  • a Nachffyregister or heat exchanger 8 can be arranged with control valve, with which the temperature in the upper region of the tower 10 and in the nacelle 1 1 is controlled.
  • the heat exchanger 8 is fed from the waste heat of the heat generating electrical and electronic units 16 in the unit module 15.
  • the heat exchanger 8 can alternatively or optionally also be arranged directly in or on the optimized air treatment device 5 or at any other point in the supply air channel 74.
  • the effect and positive consequences of the heat exchanger 8 are that in order to avoid condensation within the tower 10 and the nacelle 1 1, the air is heated so far through the heat exchanger 8, i. a temperature increase is effected, that even by the cooling effect of the tower walls and a drop in temperature in the tower 10 and the nacelle 1 1, the dew point is not reached.
  • a sensor for the temperature measurement and control in the nacelle 1 1 is arranged in front of the air outlet due to the generated overpressure.
  • the second flow path leads in a closed circuit through the aggregate module 15 and delivers the heat energy absorbed by the heat emission of the electric and electronic units 16 via the air treatment device with recuperative heat recovery system 51 to the first flow path, from which, excluding the aggregate module 15 heated, dehumidified and desalted air with pressure to the interior 100 of the tower 10 and the nacelle 1 1 is discharged.
  • This ensures that the still contaminated with salt outside air AL 'no longer flows freely through the unit module 15 and thus the electrical and electronic units 16 can no longer contaminate.
  • the air treatment device 5 not only causes dehumidification and desalination of the discharged from the air treatment unit 2 outside air AL ', but also takes over the cooling of the unit module 15 by a targeted air extraction from the individual floors or platforms of the unit module 15 via recirculation air ducts 76 and a targeted air supply via Recirculation air supply ducts 75 in the individual floors or platforms of the unit module 15. If the supply air ZL (UL) the circulating air UL is not supplied to the individual floors of the unit module 15, but injected, for example, in the lower floor and deducted in the upper floor, so is a appropriate air duct between the floors of the unit module 15 is provided.
  • UL the supply air ZL
  • the energy is exchanged via the arranged in the optimized air treatment device 5 plate heat exchanger 51 between the outside air flow 1 and the guided in the air ducts 75, 76 circulating air flow UL.
  • the outside air flow AL 'or supply air flow ZL thus indirectly cools the recirculating air flow UL.
  • the circulating air flow UL the heat, which results from the surface heat output of the electrical and electronic units 16, to the supply air flow ZL, so that the heated supply air flow ZL "shown in FIG. 10 preheated in the upper tower 10 and thus in the nacelle 1 1.
  • additional reheating can take place through the optionally arranged heat exchanger 8.
  • the plate heat exchanger 51 in the optimized air treatment device 5 hermetically separates the outside air flow AL 'and inlet air flow ZL from the recirculating air flow UL and thus ensures that a free flow through the aggregate module 15 and thus contamination by salt-containing, moist outside air AL' can not take place.
  • the aggregate module 15 is located in a salt-free zone of the tower body.
  • the unit module 15 can also be arranged below the air inlet opening 14 for the outside air AL, so that the optimized air treatment device 5 delivers the heated and desalinated air directly to the upper, free part of the tower 10, while the circulating air flow UL into the below the optimized air treatment device 5 arranged unit module 15 is discharged, where the circulating air flow UL receives the output from the electrical and electronic units 16 heat and this via the plate heat exchanger 51 in the hermetically separated supply air flow ZL and thus in the optionally heated by the Nachsagenregister or the heat exchanger 8 supply air ZL "fed into the interior of the tower 10.
  • the optimized air treatment device 5 does not necessarily have to be arranged in the region of the aggregate module 15, but can be arranged at any other location, in particular because a targeted introduction of air into the unit module 15 and air extraction from the unit module 15 can be generated by air ducts. Also, the supply air duct 74 entered in FIG. 10 does not necessarily end at the upper deck of the unit module 15, but can also be extended beyond that into the interior of the tower 10.
  • the air treatment device 5 shown in Fig. 11 as an air flow and system schematic and in Fig. 12 in a longitudinal section through a corresponding air conditioner shows a housing 50 with an outside air opening for intake outside air AL, a supply air / pressure opening for delivering the heated supply air flow ZL to the part of the tower 10, which lies above or outside the aggregate module 15, and an exhaust / return air duct or channels 76 and a circulating air / supply air duct or channels 75, via which the circulated air is led into and out of the unit module 15.
  • a plate heat exchanger 51 is arranged with hermetically separated, in heat exchanging connection flow paths, of which the first flow path from the vicinity of the tower 10 via the air inlet opening 14 sucked outside air AL via an evaporator or cooler 53, the plate heat exchanger 51, a condenser or a reheat register 55 and the supply air / overpressure opening and the supply air duct 74 to the upper part of the tower 10, during the heat-exchanging connection with the first flow path stationary second flow path through a circulating air fan 56, is conducted in a closed circuit from the unit module 15 via the exhaust air / return air duct 76, the plate heat exchanger 51 and the circulating air / supply air duct 75 into the unit module 15 and the heat energy absorbed by the heat output of the electrical and electronic units 16 over the plate heat exchanger 51 outputs to the first flow path.
  • the first flow path leads via the supply air duct 74, excluding the unit module 15, the heated supply air ZL with overpressure to the interior of the tower
  • the plate heat exchanger 51 at the entrance of the cooled outside air AL 'bypass flaps 52 on the adjustment thus influence the energy exchange and thus on the temperature and / or humidity behavior of the air treatment device 5 can be taken.
  • the bypass flaps 52 of the plate heat exchanger 51 can be included in a temperature and humidity control of the optimized air treatment system 6.
  • the outside air fan 25 is not shown in FIGS. 11 and 12 according to the embodiments described above.
  • the arrangement of the outside air ventilator 25 on the suction side offers advantages , ie in the flow direction of the outside air AL to the supply air ZL behind the air treatment device 5, since it is here in dry, salt-free air, whereby the risk of corrosion is significantly reduced and only small demands on the material quality of the outside air fan 25 are to make allows the arrangement of the outside air fan 25 on the suction side placements of the outside air fan 25, which are possible and suitable from the unit module 15 over all intermediate decks of the tower 10 to the nacelle 1 1 as a site.
  • the air treatment device 5 comprises the dehumidifying heat pump formed by the evaporator or cooler 53 and the condenser or reheat register 55 and a compressor 54, which is designed such that a Dehumidification by 1 g / kg air or more is achieved. Subsequently, the temperature of the outside air AL 'increases after passing through the plate heat exchanger 51 to a correspondingly higher temperature in a favorable range of relative humidity, i. as far away from the dew point as possible.
  • a dehumidification of 1 g / kg already causes, when cooling down the supply air ZL blown into the interior of the tower 10 on the way to the outlet opening 13 in the nacelle 1 1 on the value of the outside air temperature, the dew point line, ie the line 100% humidity in Mollier-h, x-diagram, is not reached, so that there is no risk of condensation inside the tower 10 and the nacelle 1 1.
  • Higher dehumidification than 1 g / kg for example by arranging an additional electric heater, causes the distance from the dew point line in the Mollier-h, x diagram is further increased, but causes additional energy costs. According to FIG.
  • the outside air is additionally heated immediately after exiting from the plate heat exchanger 51 with the energy from the dehumidification process via the condenser or the reheat register 55, which in turn has an even more favorable, namely a lower value in the relative Moisture causes.
  • the Mollier-h, x-diagram shown in FIG. 19 shows that the air flowing through the tower 10 and the nacelle 11 and cooled again via the tower walls, even with a one hundred percent cooling effect, reaches the low level achieved by this process Dew point can not fall below. At best, the cooling air flow can rise to a relative humidity of 80% at most.
  • the arrangement of the evaporator 53 and condenser 55 is not necessarily required at the air inlet or outlet of the plate heat exchanger 51, but may also be located somewhere within the duct system of the injected into the tower 10 Zu Kunststoffstromes ZL, d. h., Are provided within the supply air duct 74.
  • the condenser 55 is not arranged in the flow direction after the plate heat exchanger 51, but, for example, immediately after the evaporator 53, then the dehumidification purpose, d. h., the moisture reduction in the same way.
  • the immediate reheating (Reheat) would reduce the cooling effect of the circulating air flow UL, which would be technically disadvantageous, but would not affect the functioning of the dehumidification heat pump.
  • the optimum air handling systems 6 shown in FIGS. 10 to 29 may include air handling and dynamics elements and components in the tower 10, such as the arrangement of nozzles, heaters, other re-generation fans, and the like, also in conjunction with the above described improved air treatment device 4 are used.
  • the air ducts 75, 76 also cause a targeted air flow and targeted cooling, so that the heat-emitting electrical and electronic units 16 are effectively cooled regardless of their location.
  • the bypass flap 52 provided on the plate heat exchanger 51 also makes it possible to variably control the energy exchange for temperature and / or humidity control. While the outside supply air flow is conveyed via the outside air fan 25, the independent recirculation fan 56 generates the circulating air flow, wherein the variable speed circulating air fan 56 generates variable volume flows of the circulating air flow, thus also the heat transfer in the plate heat exchanger 51 and thus the temperature and / or Humidity can be controlled or regulated.
  • FIG. 13 shows a variant of the configuration of the optimal air treatment device 5 with a reheat register 62 arranged in the exhaust air / return air line 76 of the circulating air UL in the form of a condenser, in the case of heating demand in the aggregate module 15, for example in the winter months at low or too low Temperatures and / or emergency operation at standstill of the offshore wind power plant, is switched by the capacitor 55, so that the dehumidification heat pump formed by the evaporator or condenser 53, condenser or reheat register 55 and compressor 54 in outside air supply air flow AL / ZL heats the supply air ZL (UL) of the circulating air UL of the second flow path, which is delivered to the unit module 15.
  • the energy for this heating operation is supplied by other offshore wind power plants operated in the network.
  • salt is in humidities> 70% in the liquid state. At moisture levels of 40 to 70% results in a mixed form. At relative humidities less than 40%, salt is present in bound particles (as dust, so to speak). In the cold winter months weather conditions can occur, which reach due to low temperatures, in particular (but also by the heating of the air) humidity values, which are below 40%.
  • an embodiment of the air treatment device according to FIG. 1 In order to prevent uncleaned air or air having an inadmissibly high salt content from entering into the unit module 15 as a result of leaks or other circumstances, an embodiment of the air treatment device according to FIG.
  • the high-performance filter 57 and the recirculation fan 56 another high-performance filter 61 is used in the circulating air flow UL, with the salt particles, which could not be completely eliminated in the first treatment stage, additionally deposited.
  • FIG. 15 shows a schematic longitudinal section through the housing 50 of the air treatment device 5 illustrated in FIG. 14 as an air-guiding and system diagram.
  • the high-performance filter 61 in the embodiment of the air treatment device of FIG. 16 in a bypass 60 to optional switching on or off, for example, depending on the humidity arranged.
  • the bypass 60 has two shutter flaps 602, 603 which, depending on a moisture measurement, determine the proportion of the circulating air flow UL, which is conducted via the bypass channel 601 and thus through the high-efficiency filter 61.
  • a similar bypass can also be provided in the flow path of the outside air supply air flow in the flow direction behind the plate heat exchanger 51 in conjunction with the high-performance filter 57.
  • the embodiment of an optimum air treatment device 5 shown in FIG. 17 differs from the air treatment device 5 according to FIG. 14 in that the dehumidification heat pump has two capacitors or reheat registers 55 and 59, of which a first capacitor 55 in FIG Flow direction of the outside air supply air flow in front of the plate heat exchanger 51 and the second capacitor 59 is arranged in the flow direction of the outside air supply air flow to the plate heat exchanger 51.
  • the dehumidification heat pump has two capacitors or reheat registers 55 and 59, of which a first capacitor 55 in FIG Flow direction of the outside air supply air flow in front of the plate heat exchanger 51 and the second capacitor 59 is arranged in the flow direction of the outside air supply air flow to the plate heat exchanger 51.
  • This mutual circuit of the capacitors 55, 59 has the advantage that the different requirements between summer and winter operation can be better met. Since the efficiency of the plate heat exchanger 51 and its heat transfer is determined by the temperature difference, the first Capacitor 55 is preferably used in winter, while second capacitor 63 is preferably used in summer. Depending on the respective requirements, both capacitors 55, 59 can be operated in partial load operation, wherein both capacitors 55 and 59 are automatically controlled in mutual operation or with variable partial loads.
  • Another possibility for temperature control is to provide the recirculation fan 56 with a regulated drive, so that it can promote infinitely variable air volumes.
  • a reduction of the air volume of the circulating air flow UL has the consequence, for example, that less energy is transferred through the plate heat exchanger 51 to the outside air supply air flow.
  • the air treatment device 5 in addition to the bypass flaps 52 on the plate heat exchanger 51 and the mutually controllable capacitors 55, 59, a further influencing variable for temperature and humidity control.
  • the air treatment device has a dehumidification heat pump system from an evaporator or cooler 53, condenser or reheat register 55 and compressor 54 as well as a dehumidification heat pump system from an evaporator or cooler 62, condenser or reheat in the circulating air flow Register 64 and compressor 63, which is arranged in the exhaust air duct 76 of the circulating air UL in the flow direction in front of the high-performance filter 61.
  • the mode of operation of the air treatment device according to FIG. 18 during summer and winter operation will be explained with reference to the Mollier-h, x diagram shown in FIG. 19.
  • the numeral 1 indicates the humidity and temperature conditions of the outside air in summer, the numeral 2 of the return air or circulating air in summer, the numeral 3 of the outside air in winter and the numeral 4 of the return air / circulating air in winter.
  • both for the outside air AL and for the recirculating air UL cooling takes place with simultaneous dehumidification.
  • reheating takes place both for the outside air AL and for the circulated air UL (reheat) through the condenser 55 or 59 according to the dehumidification heat pump principle.
  • the third step takes place for the outside air AL further heating by the heat transfer from the warmer, guided over the plate heat exchanger 51 circulating air flow UL.
  • Tig takes place in the third step for the circulating air flow UL, which is in the relatively dry range, that is below or around the 40% relative humidity line, the filtering and thus the elimination of salt particles from the recirculating air flow UL.
  • the filtering and elimination of the salt particles from the outside air supply air flow takes place after the outside air flow has absorbed heat from the transfer of the plate heat exchanger 51.
  • the Mollier-h, x-diagram according to FIG. 19 shows that the outside air supply air flow both in summer and winter operation respectively reaches and even falls below the relative minimum moisture content of less than or equal to approximately 40%, which is the The prerequisite for this is that salt particles are formed from the aerosols, which are precipitated in the high-performance filters 57, 61.
  • FIG. 20 air guide and system diagram of another embodiment of the optimal air treatment device 5 differs from the embodiment of FIG. 8 by the arrangement of a bypass 70, which leads from Zu povertyka- channel 74 and thus from the supply air ZL to the recirculating air UL, where it is connected between the dehumidification heat pump system formed by the evaporator or condenser 62, condenser or reheat register 64, compressor 63 and the high-efficiency filter 61 for overpressure maintenance in the circulating air flow UL.
  • a bypass 70 which leads from Zu povertyka- channel 74 and thus from the supply air ZL to the recirculating air UL, where it is connected between the dehumidification heat pump system formed by the evaporator or condenser 62, condenser or reheat register 64, compressor 63 and the high-efficiency filter 61 for overpressure maintenance in the circulating air flow UL.
  • the air treatment device 5 it is achieved that the circulating air UL flowing through the unit module 15 is not contaminated by streams from other areas of the wind energy installation with salty air.
  • the required amount of bypass air is very small and does not significantly affect the moisture content of the circulating air UL and only prevents negative flows from the area of the tower 10 of the wind turbine or the air inlet opening 14 in the aggregate module 15 penetrate, so that the required amount of air is only slightly.
  • the guided through the bypass 70 circulating air part is removed from the supply air flow ZL, which has already absorbed energy in the flow through the plate heat exchanger 51.
  • the supply of the bypass air flow to the circulating air UL can be arranged at any point of the air duct system, for example, the bypass air flow can also flow directly into the unit module 15 without air ducts.
  • FIGS. 21 to 27 show further exemplary embodiments of an optimal air treatment device 5 of an optimized air treatment system for normal operation and emergency operation 6, which can be selected adapted to the respective requirements such as environmental conditions, size and power of the wind energy installation, investment costs and the like.
  • the operation common to these embodiments will be described in more detail following the description of the Lucas Offices- and system schemes of FIGS. 21 to 27.
  • FIG. 21 differs from the air treatment device of FIG. 20 by the additional arrangement of an independent heater 58, preferably an electric heater, in the supply air flow path ZL behind the plate heat exchanger 51 and in front of the high-performance filter 57 of Air treatment device 5.
  • an independent heater 58 preferably an electric heater
  • a bypass 701 branches off from the supply air duct 74 from the supply air ZL to the unit module 15 or optionally via the bypass 702 to the circulating air flow UL, whereby both bypass guides are controlled via a motorized bypass flap 700, so that the supply air portion for overpressure control in the unit module 15 can be regulated ,
  • the evaporator 53 of the outside air dehumidification heat pump system preferably has a defrosting device, so that the entire power of the evaporator 53 is provided by two separate evaporator systems.
  • a division of the condenser of the outside air dehumidification heat pump system into two capacitors or reheat Register 55 and 59 are provided, of which the first capacitor 55 is arranged in the flow direction of the outside air supply air flow in front of the plate heat exchanger 51 and the second condenser 59 in the flow direction of the outside air supply air flow to the plate heat exchanger 51.
  • the supply air flow ZL can be further heated after the plate heat exchanger 51.
  • the illustrated in Fig. 23 air guide and system diagram of another embodiment of the invention optimal air treatment device 5 differs from the embodiment shown in FIG. 22 by the optional arrangement of a bypass 71 in the flow path of the circulating air flow UL and a bypass 72 in the outside air supply air Flow path AL / ZL.
  • the bypass 71 in the circulating air flow path UL has bypass flaps 71 1, 712 and a bypass line 713, while the bypass 72 in the outside air supply air flow path AL / ZL contains bypass flaps 721, 722 and a bypass line 723 from the outside air AL to the inlet air ZL.
  • bypasses 71, 72 provided in the outside air supply air flow AL / ZL and in the recirculation flow UL make it possible to pass the air streams past the high-performance filters 57, 61 via the bypass lines 713 or 723 if the relative humidity of less than or equal to approximately 40% does not pass can be reached or held.
  • the independently controllable bypass flaps 71 1, 7182 and 721, 722 can be adjusted by a control device in the respective required position, so that the air flows at low humidity either the high-performance filter 57, 61 or via the bypass lines 713, 723 to the high-performance filters 57th 61 are passed by.
  • the air duct and system diagram of a further embodiment of the optimum air treatment device 5 according to the invention shown in FIG. 24 differs from the air treatment devices described above by the additional arrangement of dehumidification heat pump systems in the outside air supply air flow AL / ZL and in the recirculation air flow UL. That in the flow path of the circulating air stream UL arranged in front of the heating device 65 fed from the waste heat of the electrical and electronic units 16 in the unit module 15 dehumidifying heat pump system consists of the evaporator / condenser 62, compressor 63 and a first capacitor 64.
  • the dehumidifying heat pump system consisting of the compressor 54 and a first capacitor / reheat register 55 or a second capacitor / reheat register 59 with mutual operation.
  • a second condenser / reheat register 66 connected to the dehumidification heat pump system arranged in the circulating air flow UL is assigned to the first condenser / reheat register 65 and can be operated together or alternately therewith.
  • the evaporator 53 arranged in the dehumidification heat pump system of the outside air supply air flow AL / ZL preferably has a defrosting device, for which reason the entire power of the evaporator 53 is applied by two optionally separate evaporator parts.
  • the air treatment device shown in FIG. 24 with dehumidification heat pump systems in the circulating air flow UL and outside air supply air AL / ZL can be used as emergency heating, for example to keep the air treatment device 5 free of frost, or for additional desalination and dehumidification at low temperatures and downtimes of the wind energy plant.
  • the dehumidification heat pump systems in the fresh air supply air flow AL / ZL and recirculated air flow UL offer a high heating efficiency through very high efficiency with lowest power consumption, whereas an electric heating coil would cause more than five times the electricity consumption with the same heat output.
  • the energy output can be switched or regulated from 0 to 100%, depending on the requirement and the heat requirement.
  • the dehumidification heat pump system in the outside air supply air flow AL / ZL also has two condensers 55, 59, so that the heat energy can be discharged as required in the direction of air before or after the plate heat exchanger 51 and controlled from 0 to 100%.
  • FIGS. 25 to 27 Various variants of a combination of the air treatment device 5 according to FIG. 24 with a conventional air treatment device 2 according to FIG. 2 are illustrated in FIGS. 25 to 27.
  • the conventional air treatment device 2 consists of a first droplet separator 21, a coalescence separator 22 and a second droplet separator 24, which are arranged in the outside air flow AL between the air inlet opening and the optimal air treatment device 5.
  • the outside air fan 25 is arranged on the pressure side of the air treatment device 5 between the first droplet separator 21 and the coalescence separator 22.
  • outside air fan 25 shows in an alternative embodiment the arrangement of the outside air fan 25 in a dashed line on the suction side of the air treatment device 5, where the outside air fan 25 is not in moist, salty or only roughly dehumidified and desalinated outside air AL, but in dry, salt-free supply air. which considerably reduces the risk of corrosion of the outside air fan 25 and thus reduces demands on the material quality of the outside air fan 25 arranged on the suction side as well as other components which can be arranged either in the air flow direction in front of or behind the air treatment device 5. This is associated with a much cheaper construction of the optimized air treatment system.
  • the embodiment according to FIG. 26 differs from the arrangement according to FIG. 25 in that the outside air fan 25 is arranged on the suction side of the air treatment device 5.
  • the air treatment device 2 only consists of a mist eliminator 21, which is arranged on the suction side of the outside air fan 25, which in turn is arranged on the pressure side of the air treatment device 5.
  • the Koaleszenzabscheider 22 of the arrangement according to FIGS. 25 and 26 has been removed here, since its task is taken over by the air treatment device 5 with.
  • the components used in the optimized air treatment system 6, such as dehumidification heat pump systems (evaporator, condenser / reheat, heating coil, etc.) can be arbitrarily arranged and combined with each other for functional reasons or due to system or process conditions both in the flow direction before and after the plate heat exchanger 51.
  • the capacitors / reheat registers can be arranged both in the outside air flow AL and in the recirculation air flow UL and can be connected in any way with the dehumidification heat pump systems, depending on where the output from the electrical and electronic units 16 heat their best effect achieved by switching and / or step-affected or continuous control.
  • the above-described optimized air treatment systems 6 only exemplify some of many possible arrangements.
  • the optimal air treatment device 5 of an optimized air treatment system 6, which is intended and suitable for both normal operation and emergency operation, shown in FIGS. 10 to 27, has over the simple air treatment device 3 according to FIGS. 3 and 4 and the improved air treatment device 4 according to FIGS. 5 to 9 the following features and functions:
  • the outside air AL is transferred from the outside air fan 25 of the conventional air treatment device 2 to the air treatment device 5 and flows through first the evaporator 53, which has the following features or functions:
  • the evaporator 53 is preferably equipped with a defrosting device, since in the offshore region at low temperatures and high humidity in the freezing point and below there is a risk of icing due to the low evaporation temperature.
  • Deicing devices are known from the dehumidification heat pump design and therefore require no further description.
  • the evaporator with de-icing function 53 is designed in two parts for a partial load operation;
  • the evaporator 53 always operates when the inlet temperature, i. the outside temperature, at the dew point line, i. at 100% relative humidity, and thus an increased risk of condensation within the wind turbine can occur, a temperature drop along the dew point line and thereby eliminates water. This results in a reduction of the absolute humidity, so that the risk of condensation is dispelled.
  • a reduction in the relative humidity is sought in such a way that in conjunction with the condenser or the reheat device 55 and optionally by supplemental heaters on the entire route of the flow path of the supply air to the nacelle 1 1 and within the nacelle 11 even at total Recooling of the supply air flow as a whole or in places by the enormous area of the supply air
  • the dehumidification heat pump does not necessarily have to be operated in this weather situation, but merely optionally fulfills an additional purpose, namely the heating of the air to temperature ranges which crystallize the salt dissolved in aerosols, which occurs when the 40% moisture line is reached effective filtering possible.
  • the compressor 54 is connected to the evaporator 53 and the condenser 55 via piping and controls, and may be inside or outside the airflow.
  • the outside air AL flows through the condenser or the reheat register 55 and is reheated there in a first stage. Subsequently, the outside air flow AL receives further heat energy during the flow through the plate heat exchanger 51, which is discharged from the exhaust air of the circulating air flow UL. In this case, the plate heat exchanger 51 hermetically separates the outside air flow AL from the recirculating air flow UL.
  • the supply air flow has reached a temperature under normal operating conditions, which is less than or equal to about 40% relative humidity in the humidity range.
  • the saline sols are crystallized by this process and can be deposited by the redesigned high performance filter 57.
  • an additional heating device according to the optimal air treatment devices 5 shown in FIGS. 21 to 27 is provided, which is preferably an electric heater because heating must be provided especially in emergency mode.
  • a plurality of heating devices can be provided, which are fed, for example, in normal operation from the waste heat of the electrical and electronic units 16 in the unit module 15, in conjunction with the arrangement of an additional electrical heating device.
  • the temperature and humidity values can be influenced by means of the plate heat exchanger 51, which is preferably provided with bypass flaps 52, in conjunction with a control device of the optimum air treatment device 5, because variable amounts of energy are available for energy exchange or energy transfer.
  • the dehumidified and desalinated supply air ZL leaving the high-efficiency filter 59 can be led via the supply air duct 74 through the unit module 15 into the tower 10 and to the nacelle 11, the risk of condensation and increased corrosion within the tower 10 and the nacelle 11 being caused by salzerosols eliminated. Further measures for air treatment and air flow in the tower 10 and in the nacelle 1 1 will be described with reference to FIGS. 28 to 34.
  • the controllable circulating air fan 56 can be reduced to a reduced volume flow, which is a variable process in Dependent on the temperature and humidity setpoints can be performed. At a lower volume flow both a higher exhaust air temperature and a lower relative humidity of the circulating air UL are achieved;
  • an additional heater 65 is provided in the embodiments of FIGS. 21 to 27, for example, from the waste heat of the electrical and electronic units 16 is fed in the unit module 15 and which heats the air of the exhaust air flow Ab (UL) of the circulating air UL in conjunction with a control valve to the required temperature.
  • This device is also provided for safety reasons, so that the temperature does not decrease uncontrollably by external influences and thus the required humidity of less than or equal to about 40% relative humidity can be achieved even in such weather conditions.
  • the exhaust air flow Ab (UL) of the circulated air UL After the exhaust air flow Ab (UL) of the circulated air UL has reached the required temperature and has been purified by the high-efficiency fine filter 61 provided in the circulating air flow path, the exhaust air Ab (UL) flows through the plate heat exchanger 51 and indirectly supplies the heat energy to the outside air Supply air flow AL / ZL.
  • the infinitely variable circulating air fan 56 now conveys the circulating air flow UL as the supply air flow ZL (UL) to the unit module 15, optionally into the individual levels of the unit module 15.
  • the outside air dehumidification heat pump to a second capacitor, which is arranged in the outside air supply air flow AL / ZL after exiting the plate heat exchanger 51.
  • This second capacitor or reheat register is provided, to the energy from the dehumidification heat pump system by switching between the first capacitor and the second capacitor as a function of the outside temperature and the required Enticarmungs intricate for cooling the arranged in the unit module 15 electrical and electronic units 16 in conjunction with the set for the aggregate module 15 limit to transmit the temperature with the most favorable effect.
  • variable amounts of air both the outside air AL to supply air ZL and the circulating air UL the optimized air treatment system 6 depending on the parameters of the outside air, such as outside air temperature, humidity and salinity of the outside air AL and depending on the required in the unit module 15 Entracermungshunt and an emergency heating be significantly affected when the wind energy plant is at a standstill.
  • variable air volumes of the outside air supply air or the circulating air is a significant factor on the energy consumption or energy costs given as a reduction of the outdoor air supply air and recirculated air quantities in the lowered operation with appropriate weather conditions and lower heat loads in Aggregate module also saves energy costs.
  • Switching between the two capacitors of the fresh air dehumidification heat pump fulfills the following tasks:
  • the first condenser is preferably to be used in winter, while the second condenser is preferably used in the summer.
  • both capacitors can also be operated in partial load operation, for which purpose both capacitors are steplessly regulated automatically with alternating, variable partial powers.
  • the optimized air treatment system 6 realizes an emergency operation, which is given for example in light wind, storm or accident or during maintenance of the wind turbine.
  • an emergency operation which is given for example in light wind, storm or accident or during maintenance of the wind turbine.
  • studies on the basis of wind and weather data for Heligoland have shown that a wind energy plant is not in operation for more than 2000 hours per year due to weak winds or strong winds.
  • the wind energy plant provides no energy and all units that need to be operated for the safety and protection of the wind turbine, are fed from the normal power grid, in which the wind turbine feeds energy in normal operation.
  • the power grid provides only limited energy and, as a rule, no waste heat for heating the systems and facilities of the wind power plant.
  • the optimized air treatment system 6 works in the emergency mode in principle as described above in normal operation, but with the following special features, since energy is available only to a limited extent:
  • heating devices 58, 65 can not be fed from the waste heat of the electrical or electronic units 16, there is no useful energy exchange in the circulated air and fresh air supply air flows through the plate heat exchanger 51, since there is no heat transfer;
  • the circulating air fan 56 stands still and does not convey circulating air, so that no circulating air flow flows through the unit module 15;
  • the outside air dehumidification heat pump is in operation, cools, dehumidifies and heats the outside air flow AL, but can not reach the 40% humidity line in every weather situation;
  • - For safety and residual reheating with a small amount of energy is preferably an electric heater with feed from the mains switched on and causes an increase in the temperature of the supply air, so that the wetness of 40% is achieved and the crystallized salt through the high-performance filter 57 in the supply air can be deposited.
  • the supply air flow ZL guided via the supply air duct 74 releases a small proportion of the air volume via the bypass 70 to the unit module 15 for overpressure maintenance and for reducing the moisture content of the circulating air.
  • the bypass flap 700 ( Figures 21 to 23) is opened and regulated to a certain, usually small amount of air.
  • the bypass air quantity can preferably also be introduced via the exhaust air of the circulating air flow into the unit module 15, namely via the connection between the bypass and the exhaust air of the circulating air according to FIGS. 21 to 23. Due to the above measures, condensation of the supply air ZL or circulating air UL can occur neither in the unit module 15, nor in the tower 10 or in the nacelle 11.
  • the evaporator 53 of the outside air dehumidifying heat pump can be equipped with a defrosting function for a partial load operation.
  • the entire evaporator capacity is divided into two evaporators with separate injection and separate expansion valve and separate shut-off valves via the air inlet cross-section at the respective evaporator.
  • the butterfly valves can optionally be opened or closed alternately, with both butterfly valves are open during normal operation, so that one half of the evaporator makes the cooling and / or dehumidification and the other half is de-iced with a closed butterfly valve by heating gas injection.
  • the embodiment shown in FIG. 28 of a device for aftertreatment, supplementary air treatment and targeted air guidance of the different air streams in a further supplement to the reheater or heat exchanger 8 according to FIG. 10 has a jet nozzle 80 for blowing the supply air flow ZL into the inlet of the Tower 10 at high speed, which is advantageously located in the center of the tower diameter.
  • the supply air flow ZL heated in the simple air treatment device 3, the improved air treatment device 4 or optimum air treatment device 5 and possibly in the heat exchanger 8 can be selectively guided into the upper region of the tower 10 and closer to the nacelle 11.
  • the air jet ZL '"at high speed induces permanent air LS on all sides of the tower 10 along its flow path, tearing open air layers and temperature stratifications and preventing secondary flows.
  • the most centric arrangement of the jet nozzle 80 avoids deflecting and leaning the flow to the tower wall and thus the so-called Coanda effect.
  • a nozzle or diffuser shape is chosen because it keeps the static pressure losses low.
  • Fig. 28 the outside air AL, the free supply air flow ZL '"in the tower 10, the exhaust air FL from the nacelle 1 1, the conventional air treatment unit 2 for desalination and pre-dehumidification and the optimal air treatment device 5 for air treatment with plate heat exchanger and dehumidification heat pump, the supply air - Overpressure air duct in the supply air duct 74 through the unit module 15, and the recirculating air UL for targeted extraction possibly with duct system and possibly with volumetric flow controllers and targeted supply air duct with duct system and possibly with volume flow regulators and an optional saucetau- shear 8 for heating the Zu poverty ZL '"in the tower 10 and the nacelle 1 1 shown.
  • the effect of the optimized air treatment system 6 with the optimum air treatment device will be explained with reference to the Mollier-h, x diagram shown in FIG. 29.
  • the sucked outside air is passed through the evaporator 53 and thereby cooled to about 4 ° C at a constant relative humidity according to the arrow A.
  • the supply air is heated according to the arrow C to about 27 ° C and as supply air via the supply air duct 6 in the upper part of the tower 10, ie, outside the unit module 15 in the interior of the tower 10 and the overhead gondola 1 1 blown.
  • the injected supply air is cooled to a maximum of 7 ° C at a maximum of 80% relative humidity according to the arrow D, which ensures that the dew point can not be achieved and condensation can not occur.
  • the arrow F denotes the direction of action of the partial pressure, which causes a reduction of the moisture content in the circulating air flow and thus a drying in the aggregate module 15 and thus a favorable flow always to the range of low pressure, ie from the aggregate module 15 to the tower 10 as described above.
  • Line G highlights the line of 80% relative humidity.
  • An integrated dehumidification heat pump system is the moisture reduction of the outside air and their simultaneous heating with the overall effect that after cooling the outside air in the tower 10, the dew point is not reached or can not be achieved, so that condensation in the tower 10 and in the nacelle. 1 1 is avoided.
  • Optional dehumidification heat pump changeover with an additional condenser to circulating air for emergency heating, especially in winter operation and / or when the wind turbine is shut down.
  • intermediate decks offer a good opportunity to maintain or increase the dynamics of the supply air flow by selectively increasing the flow rate of the supply air at a preferably centrically arranged device, which increases the velocity of the supply air flow, such as a nozzle or a diffuser, and a directed flow Reproduced with high induction behavior above each sub-deck.
  • a preferably centrically arranged device which increases the velocity of the supply air flow, such as a nozzle or a diffuser, and a directed flow Reproduced with high induction behavior above each sub-deck.
  • This arrangement can be repeated for each intermediate deck, wherein the speed increasing means is designed such that the beam length reaches the height of the respective next intermediate deck and is picked up and continued there by the next speed increasing unit.
  • the intermediate deck according to FIGS. 30 and 31 has gaps at its side edges to the tower wall or openings are provided in the intermediate deck for carrying out an elevator cabin or other facilities, mechanical additional equipment such as ventilators 80, 81, 82 are required in FIG to increase the dynamic speed of the supply air flow ZL, ZL ', ZL ", ZL'", since the introduced via the outside air fan air quantity penetrates all openings due to the large Druckverhal-, resulting in an uncontrolled flow behavior in the tower 10 and the nacelle 1 1 develop can.
  • FIG. 31 shows the generation of a propulsion jet formed from the primary air and secondary air flows formed by induction and bypass flows occurring in the region of the intermediate deck above the aggregate module 15 at the edge regions of the intermediate deck, corresponding to the arrows indicated in FIG. 31.
  • the fans 80, 81, 82 which generate the flow in the central region of the tower 10 again, with a slightly elevated, suitable amount of air, for example, + 10%, interpreted as compared to the supply air, so that by overpressure above the respective intermediate deck and negative pressure below the respective intermediate deck a small amount of air flows through the bypasses and thus prevents uncontrolled air flows from the over-pressure behavior of the outdoor fan 25 arise.
  • the mechanical air conveyors in the form of additional fans 80, 81, 82 are designed with an extremely low static pressure, because the dismiss Kunststoffventi- vator 25 generates a significant excess pressure, which can only flow in the nacelle 11 after all the way through the tower 10 and finally Only there loses through leaks and pressure flaps as exhaust air FL.
  • the tower 10 is to be regarded as hermetically closed, so that here the excess pressure is maintained until entry into the nacelle 1 1.
  • FIG. 32 shows the optimized air treatment system 6 for the wind energy installation shown in FIG. 30 in conjunction with the conventional air treatment or desalination apparatus 2 for the pre-dehumidification and desalination of the outside air AL.
  • the arrangement of a high-performance filter as well as a heat exchanger or an additional heating device in the optimal air treatment device 5 can also be displaced or additionally arranged according to FIG. 34 in the region of a nozzle with fan 80 above the aggregate module 15 with the high-efficiency filter 59 and the heat exchanger 8.
  • the solution according to the invention has been described above using the example of an offshore wind power plant with the prevailing in seawater climatic conditions of a moist and salty outside air at seasonal very cold or very warm outside air temperatures. This results in the requirements of dehumidifying and desalination of the outside air and providing a dehumidified and desalinated supply air in the area of the unit module 15, inside the tower 10 and in the nacelle 11 to prevent corrosion and ensure the discharge of the in the aggregate module accumulating heat loads.
  • the solution according to the invention is also applicable to other environmental conditions, for example to an environment with sandy, dusty or otherwise heavily contaminated outside air. Even under such conditions, the use of a heat pump and filter device for conditioning the injected into the tower interior air and heat dissipation of radiated from the electrical and electronic units in the unit module heat is of importance.
  • dehumidification and the associated safety against condensation is also significant in land-based wind turbines, as wind turbines have electrical and electronic equipment that is sensitive to excessive humidity levels at which they are subject to increased corrosion , as well as react to impermissibly high temperatures, which can lead to the destruction of the electrical and electronic devices see.
  • not all devices must be arranged directly in the tower in such wind power plants, but can also be provided in containers or buildings next to the tower of the wind energy plant. Even at such outbuildings or containers, the dehumidification of the outside air or the prevention of condensation and optionally the heat dissipation of the electrical and electronic units of considerable importance.
  • the risk of corrosion depends essentially on the climatic conditions at the location of a wind power plant.
  • the measures described above are used to maintain the temperature and humidity values of the air inside the wind energy plant, which are outside the critical humidity.
  • the measures eliminating or at least minimizing the risk of corrosion, however, it should be noted that the electrical and electronic units arranged in the tower and the nacelle of the wind power plant are sufficiently cooled for safe, permanent operation. In certain regions, the case may occur that, although the air is adequately desalinated and dehumidified, the supply air flow discharged into the tower and / or into the nacelle of the wind energy installation has a temperature height that is too high for cooling the units is or is not completely sufficient for cooling. In these cases, the use of an optimized with respect to the cooling air treatment device by way of Zu Kunststoffstromes in the tower of the wind power plant or within the nacelle of a wind power plant according to the below-described Fig. 39 to 45 is advantageous.
  • Fig. 39 shows an air treatment system with a combination of an improved air treatment device 4 with a conventional air treatment or desalination unit 2 "according to FIG. 13 below the dotted line and a plate heat exchanger 91 with separate air flow guide in conjunction with an additional fan 92 above the dotted line
  • the other, from the supply air flow ZL-ZL 'hermetically separated air flow leads from the outside air AL via the additional fan 92 to the exhaust air FL.
  • the supply air flow ZL-ZL 'via the plate heat exchanger 91 becomes free, indirect cooling in which the outside air flow is conducted from the outside air connection AL to the outgoing air connection FL via the plate heat exchanger 91 and thereby indirectly cools the supply air flow ZL-ZL '
  • the two air flows guided through the plate heat exchanger 91 are hermetically separated, so that a contamination of the supply air flow ZL-ZL 'is excluded with salty and humid air.
  • the maximum temperature can reach the value of the outside temperature and with respect to the humidity can not exceed the value of 65% relative humidity.
  • the targeted dehumidification by means of the combination of improved air treatment device with conventional air treatment or desalination apparatus according to FIG. 13 ensures that the dew point is never reached at any time and at any location within the tower 10, so that a secure corrosion protection even under consideration linear increase in corrosion rate at humidity levels greater than 65% relative humidity is achieved.
  • the air treatment system illustrated in FIG. 39 with a combination of improved air treatment device 4 with a conventional air treatment or desalination device 2 "in conjunction with a plate heat exchanger 91 for indirect free cooling of the supply air ZL 'discharged into the tower 10 or into the aggregate module 15 serves in FIG primarily the cooling of the supply air ZL 'for sufficient cooling or heating of the electrical and electronic units arranged in the tower 10 or in the nacelle 11.
  • the fans 25, 92 arranged in the air treatment system according to FIG. 39 are preferably equipped with controllable drives to ensure a constant temperature with targeted temperature increase and constant maintenance, so that via the volume flow the cooling or the use of the waste heat for tower heating inwinter months can be regulated from 0 to 100%.
  • FIG. 40 shows the air treatment system according to FIG. 39 with an additional mechanical cooling device consisting of a compressor 930, an evaporator or radiator 931 and a condenser 932.
  • This modified air treatment system for a wind power plant is preferably used for installation in climatic zones, the higher ones Outdoor temperatures that are insufficient for a free, indirect cooling.
  • the free, indirect cooling is used in a first sequence and depending on the season or demand, the mechanical cooling system 930, 931, 932 in a second sequence targeted or regulated switched.
  • the fans 25, 92 are equipped with controllable drives for generating variable volumetric flows as a function of the temperature.
  • Fig. 41 shows a schematic representation of a device that can be used in sub-areas of the wind power plant 1 for additional, or complementary or independent cooling of aggregates, such as the transmission and the generator in the nacelle 11 of the wind energy plant 1 ,
  • the device for additional cooling of units comprises a plate heat exchanger 94 with separate, but in heat-exchanging connection air flow guides an outside air flow, which leads from an outside air connection AL to a continuous air connection FL via a first fan 95, and a recirculation air flow from a supply air connection ZL 'leads to a supply air connection ZL "via a second fan 96.
  • the first fan 95 conveys outside air AL via the plate heat exchanger 94 to the exhaust air FL and thereby cools the hermetically separated recirculating air flow ZL'-ZL" to use the free, indirect cooling the second fan 96 is conveyed.
  • the fans 95 and 96 are equipped with controllable drives to achieve variable volume flows as a function of the temperature.
  • the device illustrated in FIG. 42 differs from the device according to FIG. 41 in the arrangement of an additional mechanical cooling with a compressor 970, an evaporator 971 and a condenser 972.
  • This device is used to set up the wind power plant in climatic zones, have the higher outside temperatures, which are not sufficient for a free, indirect cooling, so that the mechanical refrigeration system 970, 971, 972 can be switched on for additional mechanical cooling.
  • the free cooling is used in the first sequence and the mechanical cooling system 970, 971, 972 is activated in a targeted or regulated manner in a second sequence depending on the season or demand.
  • the fans 95 and 96 are equipped with controllable drives in order to achieve variable volume flows as a function of the temperature.
  • FIG. 43 shows a schematic representation of a wind power plant 1 with a tower 10 and a nacelle 11, in which the air treatment systems LBS and E are arranged with supplementary cooling devices or cooling devices according to FIGS. 39 to 42.
  • the modified air treatment system LBS according to FIG. 39 or 40 is used in the lower part of the tower 10, which supplies a supply air flow ZL 'to the inside of the tower cooled down as required and regulated
  • a device E according to FIGS. 41 or 42 is provided in the nacelle 1 1, which cools the air within the nacelle 1 1 by using an additional outside air flow from the outside air connection AL to the exhaust air connection FL.
  • the arrangement according to FIG. 43 is only to be understood as an example.
  • FIG. 44 shows, on a temperature example for the area of the German North Sea, the effect of the modified air treatment systems in the tower 10 and in the nacelle 11 of the wind power plant 1.
  • the modified air treatment system LBS in the lower part of the tower 10 draws in outside air with a flow velocity of 10,000 m 3 / h at a temperature of 20 0 C and a relative humidity of 90%.
  • the combination of an improved air treatment device with a conventional air preparation or desalination apparatus according to FIG. 13 supplies a supply air flow ZL at a flow rate of 5,000 m 3 / h at a temperature of 40 ° C.
  • the supply air ZL 'cooled down by means of the plate heat exchanger is delivered to the unit module or the interior of the tower 10 at a flow rate of 5,000 m 3 / h at a temperature of 27.4 ° C. and a relative air humidity of 60%.
  • the cooling of the nacelle 11 is favorably influenced.
  • Fig. 45 shows a schematic representation of a method for increasing the cooling effect through the tower walls.
  • the introduced, dehumidified and desalinated outside air absorbs this heat and flows up into the nacelle 11
  • the nacelle 1 1 are again aggregates such as transmission and generator, which also give off heat or require cooling. For this reason, it is necessary that the upwardly flowing and already heated air is sufficiently cooled in order to have in the nacelle 1 1 on the necessary cooling effect for the units set up there.
  • the big steel mass of the Turmes 10 offers an excellent opportunity for this, but the cooling effect is low when the upflowing current reaches the nacelle 11 by spinning.
  • a speed-increasing device for example an air-conveying device in the form of a fan and a nozzle, is arranged at the starting point S according to FIG. 45.
  • the nozzle may have any geometric shape, for example a round shape or a flat-jet shape. Also, depending on the tower height and / or the tower diameter, one or more further nozzles or devices can be arranged.
  • the device is arranged so that the air is driven at high speed obliquely upward, sharply up the tower wall.
  • the blown-in air stream virtually sticks to the tower wall and generates a rotary movement (vortex flow) throughout the tower 10, which tears open the air layers and air layers and ensures that this movement results in better contact with the tower wall and thus the Cooling effect is significantly improved.
  • the thermal boundary layers are torn open and the heat transfer is substantially improved, that is to say a marked improvement in the heat transfer coefficient is achieved, since the intensity of the heat transfer at the boundary surface becomes considerably stronger.
  • Air treatment or desalination device Air treatment or desalination device

Abstract

Disclosed are a method and an apparatus for treating air in offshore wind turbines comprising a tower, at the upper end of which a nacelle (11) that has a generator and at least one rotor blade (12) is arranged, and in the interior of which heat dissipating electric and electronic units (16), such as switchgear, switching devices, transformers, frequency converters, and the like, are arranged in a unit module (15) of the tower (10), and which has at least one air inlet and air outlets (3). Ambient air AL sucked in from the surroundings of the tower (10) via an air inlet is conducted via a first flow path (AL'-ZL) of an air treatment system (6) comprising an air treatment device (5) that has separate flow paths (AL'-ZL, UL). The second flow path (UL) that is in heat exchanging connection with the first flow path (AL'-ZL) is guided through the unit module (15) in a closed loop and transfers the thermal energy absorbed from the dissipated heat of the electric and electronic units (16) to the first flow path (AL'-ZL) via the air treatment device (5), and the first flow path (AL'-ZL) dissipates incoming air (ZL") that is heated without using the unit module (15) to the interior (100) of the tower (10) and the nacelle (11) at a pressure above atmospheric.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen Method and device for air treatment in wind power plants
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind- Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 28 bis 30.The invention relates to a method and a device for air treatment in wind power plants, in particular in offshore wind power plants, according to the preamble of claims 1 and 28 to 30.
Windkraftanlagen oder korrekter Wind-Energieanlagen und insbesondere Offshore Wind- Energieanlagen bestehen entsprechend der Prinzipdarstellung in Fig. 1 aus einem im Meeresboden gegründeten Turm 10, an dessen Spitze eine Gondel 11 angeordnet ist, in der sich ein Generator befindet, der über eine Antriebswelle und ein Getriebe mit in dem dargestellten Beispiel drei Rotorblättern 12 verbunden ist, deren Anstellwinkel im allgemeinen zur Optimierung des Windantriebs verstellbar sind. Die vom Generator abgege- bene elektrische Leistung wird mittels elektrischer und elektronischer Komponenten und Aggregate 16 wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Steuer- und Regeleinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter etc. aufbereitet und über Kabel zum Festland übertragen. Die in einem Aggregatemodul 15 des Turmes 10 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 steuern und regeln zudem den Betrieb des Generators, An- Stellung der Rotorblätter etc.Wind turbines or correct wind energy systems and in particular offshore wind energy systems consist according to the schematic diagram in Fig. 1 from a grounded in the seabed tower 10, at the top of a nacelle 11 is arranged, in which a generator is located, via a drive shaft and a Gear is connected to three rotor blades 12 in the illustrated example, the angle of attack are generally adjustable to optimize the wind drive. The electrical power output by the generator is processed by means of electrical and electronic components and units 16 such as switchgear, switching devices, control and regulating devices, transformers, frequency converters, etc., and transmitted via cables to the mainland. The arranged in an aggregate module 15 of the tower 10 electrical and electronic units 16 control and also regulate the operation of the generator, the position of the rotor blades etc.
Zur Kühlung der Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 wird Außenluft AL über eine im allgemeinen unterhalb des Aggregatemoduls 15 angeordnete Lufteintrittsöffnung 14, beispielsweise eine Öffnung in einer Zugangstür im Turm 10, von einem Luftaufbereitungsgerät 2, dessen Komponenten in Fig. 2 schematisch dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden, angesaugt, gereinigt und mit Überdruck als Zuluft ZL an den Innenraum des Turmes 10 so abgegeben, dass der eingebrachte und größtenteils gereinigte Zuluftstrom ZL das Aggregatemodul 15 durchströmt, die von den elektrischen und elektronischen Komponenten und Aggregaten 16 abgegebene Abstrah- lungswärme aufnimmt und über Abströmöffnungen 13 in der Gondel 1 1 als Fortluft FL an die Umgebung abgegeben wird. Durch den Überdruck im Innenraum des Turmes 10 wird verhindert, dass über Undichtigkeiten salzhaltige Seeluft in das Innere des Turmes 10 und die Gondel 11 eindringt und dadurch Korrosionsprozesse beschleunigt. Dabei strömt die teilweise entsalzte Luft frei durch das Aggregatemodul 15 und den Turm 10 bis zur Gondel 11 und kann dort durch Undichtigkeiten per Überdruck abströmen.For cooling the heat-dissipating electrical and electronic units 16 is outside air AL via a generally below the unit module 15 arranged air inlet opening 14, for example, an opening in an access door in the tower 10, of an air treatment unit 2, the components are shown schematically in Fig. 2 and be described below, sucked, cleaned and discharged with positive pressure as supply air ZL to the interior of the tower 10 so that the introduced and largely purified supply air flow ZL flows through the aggregate module 15, the heat absorbed by the electrical and electronic components and aggregates 16 radiation and discharged via outlet openings 13 in the nacelle 1 1 as exhaust air FL to the environment. Due to the overpressure in the interior of the tower 10 prevents saline sea air from leaking into the interior of the tower 10 and the nacelle 11 and thus accelerates corrosion processes. It flows the partially desalinated air freely through the aggregate module 15 and the tower 10 to the nacelle 11 and there can escape through leaks by overpressure.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein konventionelles Luftaufbereitungsgerät 2 zur Entsalzung der Seeluft und zur Erzeugung eines Überdruckes im Innenraum des Turmes 10. In einer ersten Stufe weist das Luftaufbereitungsgerät 2 einen ersten Tropfenabscheider 21 als Hauptabscheider zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt etc. auf. In einer zweiten Stufe sind als Aerosol-Filter ausgebildete Koaleszenzabscheider 22, 23 vorgesehen, die Aerosole binden und größere Tropfen bilden. In einer dritten Stufe folgt ein zweiter Tropfenabscheider 24 als Nachabscheider, der die zuvor gebildeten Tropfen abfängt und abscheidet. Die erforderliche Luftströmung wird mittels eines Außenluft- oder Überdruckventilators 25 erzeugt.Fig. 2 shows a schematic representation of a conventional air treatment device 2 for desalination of the sea air and for generating an overpressure in the interior of the tower 10. In a first stage, the air treatment device 2, a first droplet 21 as a main separator for coarse pre-separation of rain, spray, etc. , In a second stage, coalescence separators 22, 23 designed as aerosol filters are provided, which bind aerosols and form larger droplets. In a third stage, a second droplet separator 24 follows as a post-separator, which intercepts and separates the previously formed droplets. The required air flow is generated by means of an outside air or overpressure fan 25.
Das in der Offshore Wind-Energieanlage 1 vorgesehene Luftaufbereitungssystem gemäß Fig. 2 erfüllt damit folgende Aufgaben:The air conditioning system according to FIG. 2 provided in the offshore wind power plant 1 thus fulfills the following tasks:
1. mit einem gereinigten Luftstrom wird die Oberflächenwärme der Komponenten im Turm 10 und in der Gondel 11 abgeführt;1. with a purified air flow, the surface heat of the components in the tower 10 and in the nacelle 11 is removed;
2. die eingebrachte Seeluft (Außenluft) wird von den in der Luft enthaltenen Salzaerosolen zum Schutz der innerhalb des Turmes 10 der Offshore Wind- Energieanlage 1 im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 vor Korrosion gereinigt;2. the introduced sea air (outside air) is cleaned by the salt aerosols contained in the air to protect against the corrosion within the tower 10 of the offshore wind energy plant 1 in the unit module 15 arranged electrical and electronic units 16;
3. durch Überdruck der in den Turm 10 und die Gondel 1 1 eingebrachten und größtenteils gereinigten Zuluft ZL wird verhindert, dass Seeluft mit einem hohen Salzgehalt eindringt. Dabei wird der Zuluft- und Überdruckventilator 45 in Abhängigkeit von der äußeren Windgeschwindigkeit druckabhängig betrieben, wobei ein Überdruck von ca. 2000 Pa erzeugt werden kann, so dass selbst bei Starkwind, d.h. bei Windgeschwindigkeiten bis 56 m/sec, die eingebrachte, größtenteils gereinigte3. by overpressure of introduced into the tower 10 and the nacelle 1 1 and largely purified supply air ZL prevents sea air penetrates with a high salt content. In this case, the supply and overpressure fan 45 is operated as a function of the external wind speed pressure-dependent, with an overpressure of about 2000 Pa can be generated, so that even in strong winds, i. at wind speeds up to 56 m / sec, the introduced, mostly purified
Zuluft ZL über im wesentlichen in der Gondel 11 vorhandene Undichtigkeiten 3 und durch entsprechende Überdruckklappen entweichen, d.h. nach außen abströmen kann, während das Eindringen von ungereinigter, salzhaltiger Seeluft selbst bei Starkwind in das Innere des Turmes 10 und der Gondel 1 1 durch den erzeugten Überdruck verhindert wird. Nachteilig bei dieser konventionellen Luftaufbereitung in Offshore Wind-Energieanlagen 1 ist, dass die Aufbereitung der See- oder Außenluft AL durch Entsalzung zwar eine starke Reduzierung des Salzgehaltes erreicht, jedoch wird permanent ein Restgehalt an Salz in den Turm 10 eingetragen, insbesondere in Form von in der Außenluft gelösten Aeroso- len, die von den Tropfen- und Koaleszenzabscheidern des Luftaufbereitungsgerätes 2 nicht ausgefiltert werden können. So wird der Sollwert des Restsalzgehaltes der Luft von ca. 0,005 mg/m3 um das 100-fache übertroffen, so dass die elektrischen und elektronischen Aggregate 16 trotz der Luftaufbereitung kontaminiert werden und nach verhältnismäßig kurzer Zeit eine erhebliche Korrosion der elektrischen und elektronischen Aggre- gate 16 stattfindet.Zuluft ZL essentially escape in the gondola 11 existing leaks 3 and escape through corresponding overpressure flaps, ie can flow to the outside, while the ingress of unpurified, salty sea air even in strong winds in the interior of the tower 10 and the nacelle 1 1 by the generated pressure is prevented. A disadvantage of this conventional air treatment in offshore wind energy systems 1 is that the treatment of the sea or outdoor air AL achieved by desalination, a strong reduction of the salt content, but a residual content of salt is permanently entered into the tower 10, in particular in the form of The aerosol dissolved in the outside air, which can not be filtered out by the droplet and Koaleszenzabscheidern the air treatment unit 2. 0.005 mg / m 3 is exceeded 100 times, so that the electrical and electronic units 16 are contaminated despite the air conditioning and after a relatively short time considerable corrosion of the electrical and electronic Aggre gate 16 takes place.
Salz weist in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt unterschiedliche Aggregatzustände auf. Bei einem Feuchtegehalt von > ca. 70 % befindet sich Salz im flüssigen Aggregatzustand. Bei einem Feuchtegehalt zwischen ca. 40 % und ca. 70% liegt eine Mischform von flüssigem Salz, Salzaerosolen und Salzpartikeln vor, während bei einem Feuchtegehalt von < ca. 40 % Salz in gebundenen Partikeln (sozusagen als Staub) vorliegt. Da somit bei einem Feuchtewert von weniger als ca. 40 % Salz zu Partikeln kristallisiert, ist eine Reduzierung bzw. Eliminierung des Salzgehaltes mittels Hochleistungsfilter möglich, wenn in jeder Jahreszeit ein Feuchtegehalt von weniger als ca. 40 % erreicht wird.Salt has different states of aggregation depending on the moisture content. At a moisture content of> approx. 70%, salt is in the liquid state of aggregation. With a moisture content between approx. 40% and approx. 70%, a mixed form of liquid salt, salt aerosols and salt particles is present, while with a moisture content of <approx. 40% salt is present in bound particles (as it were as dust). Since salt crystallizes to particles at a moisture value of less than approx. 40%, a reduction or elimination of the salt content by means of a high-performance filter is possible if a moisture content of less than approx. 40% is achieved in each season.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen und insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen anzugeben, die eine Eliminierung bzw. Reduzierung des Salz- und Feuchtegehaltes und damit der Gefahr der Kondensation (Taupunktunterschreitung) der an das Aggregatemodul und in den Turm bzw. die Gondel mit Überdruck abgegebenen Luft gewährleisten.The present invention has for its object to provide a method and an apparatus for air treatment in wind power plants and in particular in offshore wind energy systems, the elimination or reduction of the salt and moisture content and thus the risk of condensation (dew point below) of ensure the unit module and air discharged into the tower or nacelle with positive pressure.
Diese Aufgabenstellung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und Vorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 28 bis 30 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and devices having the features of claims 28 to 30.
Die erfindungsgemäßen Lösungen gewährleisten eine Eliminierung oder zumindest eine erhebliche Reduzierung des Salz- und Feuchtegehaltes und damit Verminderung der Gefahr der Kondensation durch Taupunktunterschreitung eines an das Aggregatemodul und in den Turm bzw. die Gondel von einem Außenluftventilator mit Überdruck abgege- benen Außen- oder Zuluft-Volumenstromes und damit die Gefahr einer Korrosion der im Aggregatemodul angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate sowie der Innenwand und den Geräten im Turm und in der Gondel.The solutions according to the invention ensure elimination or at least a considerable reduction of the salt and moisture content and thus reduction of the risk of condensation due to dew point undershooting of an outside or supply air supplied to the unit module and into the tower or the nacelle by an outside air fan with overpressure. Volume flow and thus the risk of corrosion in the Aggregate module arranged electrical and electronic units and the inner wall and the devices in the tower and in the nacelle.
Diese einfache Luftbehandlungseinrichtung geht davon aus, dass durch Aufheizen der Außenluft auf eine relative Feuchte von 40 % die zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in einem Hochleistungsfilter als Salzpartikel abgeschieden werden können. Damit ist zwar eine deutliche Reduzierung des Restsalzgehaltes und damit der Korrosionsgefahr im Aggregatemodul sowie im Innern des Turmes und in der Gondel verbunden, jedoch kann nicht unter allen klimatischen Bedingungen und ganzjährig sichergestellt werden, dass die Luftströmung im Aggregatemodul und im Innern des Turmes sowie der Gondel in der Weise aufrechterhalten wird, dass zum einen die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebene Wärme hinreichend sicher abgeführt wird und zum anderen eine Korrosionsgefahr im Innern des Turmes und der Gondel ausgeschlossen werden kann.This simple air treatment device assumes that by heating the outside air to a relative humidity of 40%, the salt aerosols crystallized to particles can be separated in a high-performance filter as salt particles. Although this is a significant reduction of the residual salt content and thus the risk of corrosion in the unit module and inside the tower and connected in the nacelle, but can not be ensured under all climatic conditions and year-round, that the air flow in the aggregate module and inside the tower and the nacelle is maintained in such a way that, on the one hand, the heat emitted by the electrical and electronic units heat is dissipated with sufficient certainty and on the other hand, a risk of corrosion inside the tower and the nacelle can be excluded.
Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass die Wind-Energieanlage während vieler Jahresstunden nicht in Betrieb ist, beispielsweise bei Sturm, Schwachwind, Störfällen und zu Wartungszwecken. Um auch während dieser Jahresstunden eine größtmögliche Sicherheit bezüglich Überdruckhaltung, Salzfreiheit, Temperaturhaltung, Luftfeuchte und Ver- meidung von Kondensation der an das Aggregatemodul und in den Turm sowie die Gondel abgegebenen Zuluft zu gewährleisten, ist ein Notbetrieb erforderlich, der mit diesem Verfahren nur unzureichend gewährleistet werden kann.In addition, it should be noted that the wind energy plant is not in operation for many years of the year, for example in storms, light winds, incidents and for maintenance purposes. In order to ensure the greatest possible safety during the course of the year in terms of overpressure, salt-free, temperature maintenance, air humidity and avoiding condensation of the supply air delivered to the unit module and into the tower and the nacelle, an emergency operation is required which is insufficiently ensured with this method can be.
Ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbessertes Luftbehandlungssystem ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft in einer Luftbehandlungseinrichtung abgekühlt und dabei die absolute Feuchte der Außenluft herabgesetzt wird, dass die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft erwärmt wird bis eine vorgegebene relative Feuchte der Außenluft erreicht ist, bei der die in der Außenluft enthaltenen SaIz- aerosole zumindest teilweise kristallisiert sind, dass die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden und dass die entfeuchtete und entsalzte Außenluft als Zuluft an den Innenraum des Turmes und/oder an das Aggregatemodul abgegeben wird.A comparison with the prior art substantially improved air treatment system is therefore characterized in that the cooled via the air inlet opening from the environment of the tower sucked wet and salty outside air cooled in an air treatment device and thereby the absolute humidity of the outside air is lowered, that the cooled and dehumidified outside air heats is reached to a predetermined relative humidity of the outside air, in which the Saiz aerosols contained in the outside air are at least partially crystallized, that the crystallized salt aerosols and salt particles contained in the outside air are separated and that the dehumidified and desalinated outside air as supply air to the interior of the tower and / or delivered to the aggregate module.
Durch die Abkühlung der feuchten und salzhaltigen Außenluft bei gleichzeitiger Herabsetzung des absoluten Feuchtegehaltes der Außenluft und die anschließende Nachhei- zung wird ein Feuchtewert der behandelten Außenluft von kleiner oder gleich 40% relativer Luftfeuchte erreicht, so dass die noch in der Außenluft enthaltenen Salzaerosole kristallisiert und abgeschieden werden können. Nach der Entfeuchtung und Entsalzung der Außenluft strömt die Zuluft frei und ohne besondere Luftführungssysteme in bzw. durch das Aggregatemodul und durch den oberen Teil des Turmes bis zur Gondel. Dadurch wird erreicht, dass die entfeuchtete und entsalzte Zuluft selbst bei totaler Wiederabkühlung auf den Temperaturwert der Außenluft infolge Abkühlung auf dem Weg vom Aggregatemodul zur Gondel an keiner Stelle das niedrige Niveau des Taupunktes, d. h. eine relative Luftfeuchte von 100 %, erreichen kann, was die Gefahr einer Kondensation in der gesamten Wind-Energieanlage und damit die Gefahr der Korrosion erheblich vermindert.By cooling the humid and salty outside air while at the same time reducing the absolute moisture content of the outside air and the subsequent aftermath. a moisture content of the treated outside air of less than or equal to 40% relative humidity is achieved, so that the salt aerosols still contained in the outside air can be crystallized and separated. After the dehumidification and desalination of the outside air, the supply air flows freely and without special air supply systems into or through the aggregate module and through the upper part of the tower to the nacelle. This ensures that the dehumidified and desalinated supply air even at total recooling to the temperature value of the outside air due to cooling on the way from the unit module to the nacelle at any point the low level of dew point, ie a relative humidity of 100%, can achieve what the Danger of condensation in the entire wind energy system and thus significantly reduces the risk of corrosion.
Das gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserte Luftbehandlungssystem ist unter Berücksichtigung des Geräteaufwandes optimiert und führt zu einer wesentlichen Reduzierung bzw. Eliminierung der Korrosionsgefahr im Innern einer Wind- Energieanlage.The over the prior art significantly improved air treatment system is optimized taking into account the expenditure on equipment and leads to a significant reduction or elimination of the risk of corrosion inside a wind energy plant.
Vorzugsweise wird die über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft erwärmt bis eine vorgegebene relative Feuchte der Außenluft erreicht ist, bei der die in der Außenluft enthaltenen Salzaerosole zumindest teilweise kristallisiert sind, die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden und die entfeuchtete und entsalzte Außenluft indirekt, frei gekühlt und als heruntergekühlte Zuluft an den Innenraum des Turmes und/oder an das Aggregatemodul abgegeben wird.Preferably, the moist and saline outside air drawn in via the air inlet opening from the surroundings of the tower is heated until a predetermined relative humidity of the outside air is achieved, at which the salt aerosols contained in the outside air are at least partially crystallized, the crystallized salt aerosols and salt particles contained in the outside air are separated and the dehumidified and desalinated outside air is indirectly, freely cooled and discharged as cooled supply air to the interior of the tower and / or to the aggregate module.
Dabei wird vorzugsweise zur indirekten, freien Kühlung der Zuluft ein hermetisch vom Zuluftstrom getrennter, aber in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Zuluftstrom stehender Luftstrom von der Außenluft zur Fortluft eingesetzt.In this case, preferably for the indirect, free cooling of the supply air hermetically separated from the supply air, but in good heat-conducting contact with the supply air flow standing air flow from the outside air to the exhaust air is used.
Zusätzlich kann bei erhöhtem Kühlungsbedarf die indirekt, frei heruntergekühlte Zuluft vor der Abgabe an den Innenraum des Turmes und/oder an das Aggregatemodul) mit einer mechanischen Kühleinrichtung weiter heruntergekühlt werden.In addition, with increased cooling demand, the indirectly, freely cooled supply air before delivery to the interior of the tower and / or to the unit module) can be further cooled down with a mechanical cooling device.
Die Bedeutung der Entsalzung und Entfeuchtung der in den Turm und die Gondel einer Wind-Energieanlage eingebrachten Luft soll anhand der Fig. 3 bis 6 näher erläutert wer- den. Die Mechanismen beim Auftreten von Korrosion und daraus abgeleitete Korrosionsschutzmaßnahmen sind von hoher Relevanz, da Korrosionsschäden in der Praxis erhebliche Kosten verursachen. Von besonderer Bedeutung ist dabei die atmosphärische Korrosion, d. h. die Korrosion durch Luft bei Temperaturen zwischen etwa -20 0C und 70 0C, die sowohl an der freien Atmosphäre als auch in Räumen aller Art auftritt. Es wird geschätzt, dass 80 bis 90 % aller Korrosionsschäden auf atmosphärische Korrosion zurückzuführen sind. Temperatur und Feuchte sind die wesentlichen Parameter beim Auftreten atmosphärischer Korrosion und bilden in ihrer Wechselwirkung die Grundkomponenten des Klimas. Da elektrochemische Vorgänge nur in Gegenwart eines Elektrolyten ablaufen können, findet an hinreichend trockener Luft keine oder nahezu keine Korrosion statt. Korrosion tritt jedoch nicht nur ein, wenn eine Metalloberfläche sichtbar nass ist, sondern auch ohne sichtbare Benetzung. Bestimmend für die Korrosion ohne sichtbare Benetzung ist dabei die Höhe der relativen Feuchte, d. h. die Höhe des Sättigungsgrades der Luft.The importance of desalination and dehumidification of the air introduced into the tower and the nacelle of a wind power plant will be explained in more detail with reference to FIGS. 3 to 6. The mechanisms in which corrosion occurs and the corrosion protection measures derived from it are of high relevance, since corrosion damage in practice causes considerable costs. Of particular importance is the atmospheric corrosion, ie the corrosion by air at temperatures between about -20 0 C and 70 0 C, which occurs both in the free atmosphere and in rooms of all kinds. It is estimated that 80-90% of all corrosion damage is due to atmospheric corrosion. Temperature and humidity are the main parameters when atmospheric corrosion occurs and, in their interaction, form the basic components of the climate. Since electrochemical processes can take place only in the presence of an electrolyte, there is no or almost no corrosion at sufficiently dry air. However, corrosion occurs not only when a metal surface is visibly wet, but also without visible wetting. Decisive for corrosion without visible wetting is the level of relative humidity, ie the level of saturation of the air.
Bei der Korrosion wird die Reaktionsgeschwindigkeit und damit die Korrosionsrate von der Temperatur beeinflusst. Danach nimmt die Korrosion mit steigender Temperatur zu, mit sinkender Temperatur ab und kommt bei sehr niedrigen Temperaturen zum Stillstand. Dieses Verhalten ist physikalisch dadurch zu erklären, dass mit sinkender Temperatur der absolute Feuchtegehalt stark abfällt, was gleichbedeutend mit dem Fehlen des Elektrolyten ist. Das in Fig. 3 dargestellte Mollier-h,x-Diagramm verdeutlicht diesen Zusammenhang, indem in das Mollier-h,x-Diagramm die Verhältnisse bei einer Temperatur von 30 0C und einer Temperatur von -13 0C eingetragen sind. Bei einer Temperatur von 30 0C kann die Luft entsprechend der Linie A bis zu 27 g/kg Wasser aufnehmen, wäh- rend bei einer Temperatur von -13 0C die Luft entsprechend der Linie B lediglich 1 g/kg aufnimmt. Dieses Verhalten drückt die Stärke des Elektrolyten aus.In the case of corrosion, the reaction rate and thus the corrosion rate are influenced by the temperature. Thereafter, the corrosion increases with increasing temperature, with decreasing temperature and comes to a standstill at very low temperatures. This behavior can be explained physically by the fact that with decreasing temperature, the absolute moisture content drops sharply, which is equivalent to the absence of the electrolyte. The illustrated in Fig. 3 Mollier h, x-diagram illustrates this correlation by taking the ratios at a temperature of 30 0 C and a temperature of -13 0 C are entered in the Mollier h, x-diagram. At a temperature of 30 0 C, the air can absorb up to 27 g / kg of water along the line A, while at a temperature of -13 0 C, the air corresponding to the line B absorbs only 1 g / kg. This behavior expresses the strength of the electrolyte.
Fig. 4 zeigt den Einfluss der Feuchtigkeitsfilmdicke auf die Korrosionsgeschwindigkeit und verdeutlicht, dass bei etwa 100 μm Dicke die größte Korrosionsgeschwindigkeit ge- geben ist, während bei niedrigeren und höheren Dicken die Korrosionsgeschwindigkeit wesentlich geringer ist.4 shows the influence of the moisture film thickness on the corrosion rate and illustrates that the greatest corrosion rate is given at about 100 μm thickness, while at lower and higher thicknesses the corrosion rate is substantially lower.
Eine Zunahme der Feuchtigkeit und des Salzgehaltes führt ausnahmslos zu einer verstärkten Korrosion bei allen üblichen Konstruktionsmetallen, Metallüberzügen und Be- Schichtungen. Gemäß Fig. 5 ist die Korrosion bis zu etwa 65 % relativer Luftfeuchtigkeit bei gleichbleibender Temperatur zwar messbar, aber sehr gering. Dagegen tritt beson- ders bei Stahl sofort Korrosion auf, wenn sich infolge einer Temperaturerniedrigung Wasser auf der Metalloberfläche niederschlägt oder dünne Wasserhäutchen auf dem Metall durch Adsorption ausgebildet werden. Erst ab etwa 70 % relativer Luftfeuchtigkeit ist die Korrosion beachtlich und steigt bei noch größerer Feuchtigkeit nahezu linear mit der Feuchtigkeitszunahme an. Die Feuchtigkeit, oberhalb derer die Korrosion beachtlich wird, bezeichnet man als „kritische Feuchtigkeit". Ist durch Anrosten die Oberfläche aufgeraut, so geht die Rostung auch schon bei etwa 50 % relativer Luftfeuchtigkeit weiter, da die Oberflächenkondensation in diesem Fall größer ist als an einer glatten Fläche.An increase in moisture and salt content invariably leads to increased corrosion in all common engineering metals, metal coatings and laminations. According to Fig. 5, the corrosion is measurable up to about 65% relative humidity at a constant temperature, but very low. In contrast, special In the case of steel, corrosion immediately occurs when water is deposited on the metal surface as a result of a lowering of the temperature, or thin skins are formed on the metal by adsorption. Only from about 70% relative humidity, the corrosion is considerable and increases with even greater humidity almost linearly with the increase in moisture. The moisture above which the corrosion becomes noticeable is called "critical humidity." If the surface is roughened by rusting, the rusting proceeds even at about 50% relative humidity, since the surface condensation in this case is greater than at one smooth surface.
Fig. 6 zeigt den Bereich der kritischen Feuchtigkeit, d. h. den Bereich von 70 bis 100 % relativer Luftfeuchtigkeit im Mollier-h,x-Diagramm. Um die Korrosionsgefahr an verschiedenen Orten zu beurteilen, trägt man die Temperatur- und Feuchtewerte der betroffenen Orte als sogenannte „Wetterblase" in Relation zu dem in Fig. 6 dargestellten Bereich der „kritischen Feuchtigkeit" ein. Aus diesen Darstellungen im Mollier-h,x-Diagramm geht hervor, dass eine große Anzahl der Jahresstunden im Bereich der „kritischen Feuchtigkeit" liegt. In einigen Bereichen liegen die örtlichen Wetterdaten fast ausnahmslos im Bereich der „kritischen Feuchtigkeit". Zudem wird der Elektrolyt noch extrem verstärkt durch den hohen Salzgehalt in der Luft, wenn die Windenergieanlage beispielsweise im Küstenbereich oder „off-shore" angeordnet ist. Aus diesem Grunde ist die Korrosionsge- schwindigkeit unter Einfluss des Seeklimas bedeutend höher als im Innenland. Ein Beispiel hierfür ist die in Fig. 6 in Umrissen eingetragene Wetterblase der Insel Helgoland. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass 8.533 Stunden pro Jahr im Bereich der „kritischen Feuchtigkeit", d.h. im Bereich von 70-100% relativer Luftfeuchte liegen.Fig. 6 shows the range of critical humidity, i. H. the range of 70 to 100% relative humidity in the Mollier-h, x-diagram. In order to assess the risk of corrosion at various locations, the temperature and humidity values of the locations concerned are entered as a so-called "weather bubble" in relation to the "critical humidity" area shown in FIG. From these representations in the Mollier-h, x diagram, a large number of annual hours are in the range of "critical humidity." In some areas, the local weather data is almost without exception in the "critical humidity" range. In addition, the electrolyte is extremely intensified by the high salt content in the air, for example, when the wind energy plant is located in the coastal area or "offshore." For this reason, the corrosion rate under the influence of the sea climate is significantly higher than in the interior For this purpose, the weather bubble of the island of Heligoland, which is shown in outline in Fig. 6, shows that 8,533 hours per year in the range of "critical humidity", ie in the range of 70-100% relative humidity.
Durch gewaltige Bewegungen der Luftmassen zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten, aber auch durch regelmäßige Abkühlungsphasen zwischen Tag und Nacht besteht ein physikalischer Zusammenhang bezüglich der Veränderung der relativen Luftfeuchte. Zudem kommt es bei schnellem Temperaturwechsel häufig zu Kondensationserscheinungen. Dabei ist zu beobachten, dass beim Übergang zwischen Tag und Nacht der Bereich der kritischen Feuchte schnell erreicht ist. Sobald die Sonne als Wärmequelle fehlt und die Lufttemperaturen absinken, fällt die relative Luftfeuchte auf ein niedriges und damit kritisches Niveau.Due to massive movements of air masses between high and low pressure areas, but also by regular cooling phases between day and night, there is a physical relationship with respect to the change in relative humidity. In addition, it comes with rapid temperature change often condensation phenomena. It can be observed that during the transition between day and night, the range of critical humidity is reached quickly. As soon as the sun is missing as a heat source and the air temperatures drop, the relative humidity drops to a low and therefore critical level.
Temperatur- und Feuchteveränderungen sind jedoch nicht nur witterungsbedingt, son- dem auch bei der mechanischen Kühlung von Luft mittels Kondensator, Verdampfer undTemperature and humidity changes are not only due to the weather, but also in the mechanical cooling of air by means of a condenser, evaporator and
Kompressor zu beachten. Wird nämlich zu Klimatisierungs- und Entwärmungszwecken lediglich die Temperaturveränderung beachtet, mit der überschüssige Wärme abgeführt werden kann, so werden häufig die problematischen Zonen der „kritischen Luftfeuchte" übersehen. Insbesondere bei der Entwärmung von elektrischen und elektronischen Einrichtungen wird häufig nicht an die Folgen der Korrosion gedacht. Immer größere Pa- ckungsdichten von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Geräten auf immer kleineren Flächen fordern hohe Entwärmungsleistungen, denen mit einer großen Temperaturdifferenz und daraus folgenden niedrigen Einblastemperaturen in die Geräteräume begegnet wird.Note compressor. Namely for air conditioning and Entwärmungszwecken Only the temperature change, with which excess heat can be dissipated, often overlooks the problematic zones of "critical air humidity." Especially in the cooling of electrical and electronic equipment, the consequences of corrosion are often not considered of heat-emitting electrical and electronic equipment on ever smaller areas require high cooling performance, which is met with a large temperature difference and consequent low Einblastemperaturen in the equipment rooms.
Auch die Nutzung der sogenannten freien Kühlung in Jahreszeiten mit niedrigen Außentemperaturen zum Zwecke der Energieeinsparung weist bezüglich der kritischen Luftfeuchte erhebliche Gefahren auf. Vermieden werden können derartige Gefahren nur, wenn durch tiefere latente Kühlung eine angemessene Entfeuchtung stattfindet und durch anschließende kontrollierte Nachheizung Temperatur- und Feuchtewerte erreicht werden, die außerhalb der „kritischen Feuchte" liegen.The use of so-called free cooling in seasons with low outdoor temperatures for the purpose of saving energy has significant dangers with respect to the critical humidity. Dangers of this kind can only be avoided if adequate dehumidification takes place through deeper latent cooling and subsequent controlled afterheating achieves temperature and humidity values which are outside the "critical humidity".
Ein weiter optimiertes Luftbehandlungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft oder die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft einer Luftbehandlungsein- richtung mit getrennten Strömungswegen zugeführt wird, in der ein in Wärme tauschender Verbindung mit der Außenluft stehender Umluftstrom in einem geschlossenen Kreislauf durch das Aggregatemodul geführt wird und die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate aufgenommene Wärmeenergie an die Außenluft abgibt, von dem unter Ausschluss des Aggregatemoduls erwärmte Zuluft mit Überdruck an den Innenraum des Turmes und der Gondel abgegeben wird.A further optimized air treatment system is characterized in that the moist and saline outside air drawn in via the air inlet opening from the environment of the tower is supplied to the cooled and dehumidified outside air to an air treatment device having separate flow paths in which a heat exchanging connection with the outside air is established Circulating air flow is guided in a closed circuit through the unit module and the thermal energy absorbed by the heat dissipation of the electrical and electronic units emits heat to the outside air, is discharged from the under exclusion of the aggregate module heated supply air with pressure to the interior of the tower and the nacelle.
Das optimierte Luftbehandlungssystem gewährleistet eine leistungsstarke Entwärmung der Oberflächen-Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate und eine kontrollierte Temperaturhaltung im Turm bis zur Gondel durch geregelte Wärmeübertra- gung mit Speisung aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate. Infolge der hermetisch getrennten Führung zweier Luftströme wird erreicht, dass die immer noch mit Salz kontaminierte Außenluft nicht mehr frei durch das Aggregatemodul strömt und damit die elektrischen und elektronischen Aggregate nicht kontaminieren kann. Vorzugsweise werden der Volumenstrom der Außenluft und/oder der Umluft unabhängig voneinander erzeugt und zur Einstellung des Wärmeübergangs im Aggregatemodul und/oder der Temperatur oder Feuchte der Zuluft gesteuert und geregelt.The optimized air treatment system ensures efficient heat dissipation of the surface heat emission of the electrical and electronic units and a controlled temperature maintenance in the tower to the nacelle by controlled heat transfer with feed from the waste heat of the electrical and electronic units. As a result of the hermetically separated guidance of two air streams, it is achieved that the outside air, which is still contaminated with salt, no longer flows freely through the aggregate module and thus can not contaminate the electrical and electronic units. Preferably, the volume flow of the outside air and / or the circulating air are generated independently of each other and controlled and adjusted for adjusting the heat transfer in the unit module and / or the temperature or humidity of the supply air.
Die Steuerung und Regelung der umgewälzten Umluft ermöglicht eine stufenlose Anpassung der erforderlichen Umluft und damit eine Umwälzung geeigneter Luftmengen. Durch variable Luftmengen sowohl der Außenluft zur Zuluft als auch der Umluft in Abhängigkeit von Parametern wie Außenlufttemperatur, Feuchte und Salzgehalt der Außenluft sowie in Abhängigkeit von der im Aggregatemodul geforderten Entwärmungsleistung und einer Notbeheizung bei Stillstand der Wind-Energieanlage kann die Luftbehandlung erheblich beeinflusst werden. Insbesondere ist mit einer Einstellung variabler Luftmengen der Außenluft-Zuluft bzw. der Umluft ein wesentlicher Einflussfaktor auf den Energieverbrauch bzw. die Energiekosten gegeben, da eine Absenkung der Außenluft-Zuluft- und Umluft- Luftmengen im abgesenkten Betrieb bei entsprechenden Wetterbedingungen und bei geringeren Wärmelasten im Aggregatemodul auch Energiekosten einspart.The control and regulation of the recirculated circulating air allows a stepless adjustment of the required circulating air and thus a circulation of suitable air quantities. By variable amounts of air both the outside air to the supply air and the recirculation depending on parameters such as outdoor air temperature, humidity and salt content of the outside air and depending on the required cooling power in the unit module and emergency heating at standstill of the wind energy plant, the air treatment can be significantly influenced. In particular, with a setting of variable air volumes of the outside air supply air or the circulating air is a significant factor on the energy consumption or energy costs given as a reduction in outdoor air supply air and recirculated air quantities in the lowered operation under appropriate weather conditions and lower heat loads in Aggregate module also saves energy costs.
In einer Ausführungsform enthält die Luftbehandlungseinrichtung ein Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung, durch das die hermetisch voneinander getrennten Strömungswege des Außenluft-Zuluftstromes und des Umluftstromes geführt werden und einen in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes vor und/oder nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung angeordneten Kondensator oder Reheat- Register einer Entfeuchtungswärmepumpe, die einen Verdampfer, den mindestens einen Kondensator oder Reheat-Register, und einen Kompressor enthält.In one embodiment, the air treatment device includes an air treatment unit with heat recovery, through which the hermetically separated flow paths of the outside air supply air flow and the circulating air flow are guided and arranged in the flow direction of the outside air supply air before and / or after the air treatment unit with heat recovery capacitor or reheat register a dehumidification heat pump containing an evaporator, the at least one condenser or reheat register, and a compressor.
Unabhängig von einer Anordnung des Kondensators der Entfeuchtungswärmepumpe in Strömungsrichtung vor oder nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung wird der Entfeuchtungszweck, d. h., die Feuchtereduzierung in gleicher weise erfüllt. Die Anordnung des Kondensators der Entfeuchtungswärmepumpe in Strömungsrichtung vor dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung mit einer sofortigen Nachhei- zung (Reheat) nach dem Abkühlen im Verdampfer der Entfeuchtungswärmepumpe reduziert zwar den Abkühlungseffekt des Umluftstromes im Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung, da der Außenluft-Zuluftstrom bereits im Kondensator erwärmt wurde, was technisch nachteilig wäre, die Funktionsfähigkeit der Entfeuchtungswärmepumpe aber nicht beeinträchtigen würde. Wird der Außenluft-Zuluftstrom unmittelbar nach dem Austritt aus dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung, d.h. nach der aus vom Umluftstrom abgegebenen Wärme, mit der Energie aus dem Entfeuchtungsprozess über den Kondensator bzw. das Re- heat-Register zusätzlich erwärmt, so wird ein noch günstigerer, nämlich niedrigerer Wert der relativen Feuchte des Außenluft-Zuluftstromes bewirkt.Regardless of an arrangement of the condenser of the dehumidification heat pump in the flow direction before or after the air treatment unit with heat recovery dehumidification, ie, the moisture reduction is met in the same way. The arrangement of the condenser of the dehumidification heat pump upstream of the air treatment unit with heat recovery with immediate reheating after cooling in the evaporator of the dehumidification heat pump reduces the cooling effect of the circulating air flow in the air treatment unit with heat recovery, since the outside air supply air was already heated in the condenser , which would be technically disadvantageous, but would not affect the functioning of the dehumidification heat pump. If the outside air supply air stream is additionally heated immediately after leaving the air treatment unit with heat recovery, ie after the heat released from the circulating air flow, with the energy from the dehumidification process via the condenser or the heat register, then an even more favorable, namely causes lower value of the relative humidity of the outside air supply air.
Die Anordnung des Verdampfers und Kondensators ist nicht zwingend am Lufteintritt oder Luftaustritt des Plattenwärmetauschers erforderlich, sondern kann auch irgendwo innerhalb des Kanalsystems des in den Turm eingeblasenen Zuluftstromes vorgesehen werden.The arrangement of the evaporator and condenser is not necessarily required at the air inlet or air outlet of the plate heat exchanger, but can also be provided somewhere within the channel system of the blown into the tower supply air.
Alternativ enthält die Entfeuchtungswärmepumpe zwei Kondensatoren oder Reheat- Register, von denen ein erster Kondensator in Strömungsrichtung des Außenluft- Zuluftstromes vor dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung und der zweite Kondensator in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung angeordnet ist. Durch Umschaltung vom ersten Kondensator auf den zweiten Kondensator oder durch stufenweise Zuschaltung des zweiten Kondensators zum ersten Kondensator wird der Zuluftstrom weiter aufgeheizt.Alternatively, the dehumidification heat pump contains two capacitors or reheat registers, of which a first capacitor in the flow direction of the outside air supply air flow in front of the air treatment unit with heat recovery and the second capacitor is arranged in the flow direction of the outside air supply air after the air treatment unit with heat recovery. By switching from the first capacitor to the second capacitor or by stepwise connection of the second capacitor to the first capacitor, the supply air is heated further.
Die Anordnung von zwei Kondensatoren und deren wechselseitige Schaltung hat den Vorteil, dass den unterschiedlichen Anforderungen zwischen Sommer- und Winterbetrieb besser entsprochen werden kann, da der Wirkungsgrad des Luftbehandlungsgeräts mit Wärmerückgewinnung beziehungsweise dessen Wärmeübertragung von der Temperaturdifferenz bestimmt wird. Dem entsprechend wird der erste Kondensator vorzugsweise im Winter und der zweite Kondensator vorzugsweise im Sommer genutzt. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen können auch beide Kondensatoren im Teillastbetrieb gefahren werden, wobei beide Kondensatoren im wechselseitigen Betrieb oder mit variablen Teillasten automatisch geregelt werden.The arrangement of two capacitors and their mutual circuit has the advantage that the different requirements between summer and winter operation can be better met, since the efficiency of the air treatment unit with heat recovery or its heat transfer is determined by the temperature difference. Accordingly, the first capacitor is preferably used in winter and the second capacitor preferably in summer. Depending on the respective requirements, both capacitors can be operated in partial load operation, whereby both capacitors are automatically controlled in mutual operation or with variable partial loads.
Vorzugsweise wird der Anteil des durch das Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung geführten Außenluft-Zuluftstromes in Abhängigkeit von einer Temperatur- und/oder Feuchteregelung des optimierten Luftbehandlungssystems eingestellt.The proportion of the outside air supply air flow guided by the air treatment unit with heat recovery is preferably set as a function of a temperature and / or humidity control of the optimized air treatment system.
Durch die Einstellung des durch das Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung geführten Außenluft-Zuluftstromes kann Einfluss auf den Energieaustausch und damit auf das Temperatur- und/oder Feuchteverhalten der Luftbehandlungseinrichtung genommen werden.By adjusting the guided by the air treatment unit with heat recovery outside air supply air flow can influence the energy exchange and thus on the temperature and / or humidity behavior of the air treatment device are taken.
In einer weiteren Ausführungsform ist im Umluftströmungsweg ein Kondensator angeord- net, auf den bei Heizbedarf im Aggregatemodul umgeschaltet wird.In a further embodiment, a condenser is arranged in the circulating-air flow path, to which the heater module in the unit module is switched.
Durch diese Ausführungsform kann bei Heizbedarf im Aggregatemodul, beispielsweise in den Wintermonaten bei niedrigen beziehungsweise zu geringen Temperaturen und/oder Notbetrieb bei Stillstand der Offshore Wind-Energieanlage, von der aus dem Verdampfer bzw. Kühler, Kondensator bzw. Reheat-Register und Kompressor gebildeten Entfeuchtungswärmepumpe im Außenluft-Zuluftstrom vom Kondensator der Entfeuchtungswärmepumpe auf den Kondensator im Umluftstrom umgeschaltet werden, so dass die Entfeuchtungswärmepumpe im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL die an das Aggregatemodul abgegebene Zuluft der Umluft des zweiten Strömungsweges erwärmt. Die Energie für diesen Heizbetrieb wird dabei von anderen der im Verbund betriebenen Offshore Wind- Energieanlagen geliefert.By this embodiment, when the heating demand in the unit module, for example, in the winter months at low or too low temperatures and / or emergency operation at standstill of the offshore wind energy plant, from the dehumidifying heat pump formed from the evaporator or cooler, condenser or reheat register and compressor be switched in the outside air supply air from the condenser of the dehumidification heat pump to the condenser in the circulating air flow, so that the dehumidification heat pump in the outside air supply air flow AL / ZL heated to the power module module supply air circulating air of the second flow path. The energy for this heating operation is supplied by other offshore wind power plants operated in the network.
Durch einen Bypass vom Zuluftstrom zum Umluftstrom zwischen der aus dem Verdampfer bzw. Kühler, Kondensator bzw. Reheat-Register, Kompressor und Hochleistungsfilter gebildeten Entfeuchtungswärmepumpe im Umluftstrom zur Überdruckhaltung im Umluftstrom wird erreicht, dass die durch das Aggregatemodul strömende Umluft nicht durch Strömungen aus anderen Bereichen der Windenergieanlage mit salzhaltiger Luft kontaminiert wird, wobei die erforderliche Bypass-Luftmenge sehr klein ist, den Feuchtegehalt der Umluft nicht nennenswert beeinflusst und verhindert, dass negative Strömungen aus dem Bereich des Turmes der Windenergieanlage oder der Lufteintrittsöffnung in das Aggregatemodul eindringen können.By means of a bypass from the supply air flow to the circulating air flow between the dehumidification heat pump formed in the circulating air flow from the evaporator or cooler, condenser or reheat register, to maintain the overpressure in the circulating air flow, it is ensured that the circulating air flowing through the aggregate module does not flow through other areas the wind turbine is contaminated with salty air, the required amount of bypass air is very small, the humidity content of the circulating air is not significantly affected and prevents negative currents from the area of the tower of the wind turbine or the air inlet opening can penetrate into the aggregate module.
Vorzugsweise wird der von der Luftbehandlungseinrichtung an das Turminnere abgegebene Zuluftstrom über eine Wärmetauscheinrichtung geführt wird, die aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate aufgenommene Wärmeenergie an den Zuluftstrom in Abhängigkeit von der Lufttemperatur im Innenraum des Turmes und der Gondel abgibt, wobei die Zuluft zumindest in dem Abschnitt zwischen der Luftbehandlungseinrichtung und dem Eintritt in den Innenraum des Turmes in einem Zuluftkanal geführt wird. Die Wirkung und positiven Folgen der Wärmetauscheinrichtung bestehen darin, dass zur Vermeidung von Kondensation innerhalb des Turmes und der Gondel die Luft über die Wärmetauscheinrichtung so weit erwärmt wird, d.h. eine Temperaturerhöhung bewirkt wird, dass selbst durch den Kühleffekt der Turmwandungen und ein Wiederabsinken der Temperatur der Zuluft im Turm und der Gondel der Taupunkt nicht erreicht wird.Preferably, the supply air flow discharged from the air treatment device to the inside of the tower is guided via a heat exchange device which releases heat energy absorbed from the waste heat of the electrical and electronic units to the supply air flow as a function of the air temperature in the interior of the tower and the nacelle, the supply air at least in the section between the air treatment device and the entrance into the interior of the tower is guided in a supply air duct. The effect and positive consequences of the heat exchange device are that in order to avoid condensation within the tower and the nacelle, the air is heated so far through the heat exchange device, ie an increase in temperature is caused even by the cooling effect of the tower walls and a drop in temperature Supply air in the tower and the nacelle dew point is not reached.
Die Luftbehandlungseinrichtung bewirkt nicht nur eine Entfeuchtung und Entsalzung der vom Luftaufbereitungsgerät abgegebenen Außenluft, sondern übernimmt auch die Ent- wärmung des Aggregatemoduls durch eine gezielte Luftabsaugung aus den einzelnen Etagen beziehungsweise Plattformen des Aggregatemoduls über Umluft-Abluftkanäle sowie eine gezielte Luftzufuhr über Umluft-Zuluftkanäle in die einzelnen Etagen oder Plattformen des Aggregatemoduls.The air treatment device not only causes dehumidification and desalination of the outside air discharged from the air treatment device, but also takes over the dehumidification of the unit module by a targeted air extraction from the individual floors or platforms of the unit module via circulating air exhaust air ducts and a targeted air supply via circulating air supply air ducts in the individual floors or platforms of the aggregate module.
In einer weiteren Ausführungsform wird die von der Luftbehandlungseinrichtung abgege- bene Zuluft zusätzlich entfeuchtet, mit der aus dem Entfeuchtungsprozess gewonnenen Energie vor der Abgabe an den Innenraum des Turmes erwärmt und mit hoher Geschwindigkeit und vorzugsweise im Zentrum des Turmdurchmessers in den Innenraum des Turmes eingeblasen.In a further embodiment, the supply air discharged by the air treatment device is additionally dehumidified, heated with the energy obtained from the dehumidification process prior to delivery to the interior of the tower and injected into the interior of the tower at high speed and preferably in the center of the tower diameter.
Weiterhin kann die über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft über einen Tropfenabscheider zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt geleitet werden.Furthermore, the moist and saline outside air drawn in via the air inlet opening from the environment of the tower can be conducted via a mist eliminator for coarse pre-separation of rain, spray.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Luftbehandlungssystem einem Luftaufberei- tungsgerät zur Entsalzung der Außenluft und zur Erzeugung eines Überdruckes im Innenraum des Turmes strömungsmäßig nachgeschaltet, das vorzugsweise einen ersten Tropfenabscheider zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt und dergleichen, einen Koaleszenzabscheider zur Bildung größerer Tropfen, einen zweiten Tropfenabscheider als Nachabscheider zum Abfangen und Abscheiden der zuvor gebildeten Tropfen und einen die erforderliche Luftströmung erzeugenden Außenluft- oder Überdruckventilator aufweist.Preferably, the air treatment system according to the invention is downstream of an air treatment device for desalination of the outside air and for generating an overpressure in the interior of the tower, preferably a first droplet separator for coarse pre-separation of rain, spray and the like, a Koaleszenzabscheider to form larger droplets, a second droplet Having as Nachabscheider for intercepting and separating the previously formed droplets and the required air flow generating outside air or overpressure fan.
Um sicherzustellen, dass in Teilbereichen der Wind-Energieanlage, in denen größere Wärmelasten anfallen, eine ausreichende Kühlung von Aggregaten erfolgt, ohne dass die an den Innenraum des Turmes und/oder an das Aggregatemodul abgegebene entfeuchtete und entsalzte Zuluft auch bei Wiederabkühlung auf den Wert der Außenluft den Taupunkt wieder erreicht und durch gezielte Entfeuchtungsleistung einen maximalen re- lativen Luftfeuchtewert von weniger als 60% relativer Luftfeuchte einhält, kann in Teilen oder Bereichen der Wind-Energieanlage eine indirekte, freie Kühlung der Umluft mittels eines vom Außenluftanschluss zum Fortluftanschluss geführten zusätzlichen Außenluft- stromes durchgeführt werden, der hermetisch vom Umluftstrom getrennt wird, aber in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Umluftstrom steht.To ensure that in sub-areas of the wind energy plant, in which larger heat loads incurred, a sufficient cooling of aggregates takes place without the delivered to the interior of the tower and / or to the module module dehumidified and desalinated supply air even with re-cooling to the value of the Outdoor air reaches the dew point again and, through targeted dehumidification, reaches a maximum If the relative humidity is less than 60% relative humidity, indirect, free cooling of the circulating air can be carried out by means of an additional outside air flow which is hermetically separated from the recirculating air flow, but in good heat-conducting contact with the circulating air flow is.
Zur Nutzung der Kühlwirkung des mächtigen Stahlturms der Wind-Energieanlage wird nach einem weiteren Verfahrensmerkmal die aufbereitete Zuluft mit hoher Geschwindigkeit schräg nach oben, scharf an der Turmwandung entlang aufwärts in den Turm derart eingeblasen, so dass der eingeblasene Luftstrom an der Turmwandung entlang bewegt wird und im Turm eine Drehbewegung (Wirbelströmung) erzeugt, welche Luftschichten und Luftlayer aufreißt.To use the cooling effect of the powerful steel tower of the wind energy plant, the processed supply air is injected at a high speed obliquely upward, sharp on the tower wall upwards in the tower according to another process feature so that the injected air flow is moved along the tower wall and in the tower creates a rotational movement (vortex flow), which tears air layers and air layers.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren ergeben eine Wärmepumpe mit Entfeuchtungs- und Entsalzungseigenschaften, bei der die entfeuchtete und entsalzte Luft selbst bei totaler Wiederabkühlung auf den Wert der Außenluft, beispielsweise durch die Turmwandungen oder durch mechanische Einrichtungen zur freien indirekten Kühlung wie einem mit Außenluft betriebenen Plattenwärmetauscher, den Taupunkt nicht wieder erreichen und durch gezielte Entfeuchtungsleistung einen maximalen relativen Luftfeuchtewert von we- niger als 60% relativer Luftfeuchte halten und garantieren kann, so dass ein linearer Anstieg der Korrosion ausgeschlossen ist und das Korrosionsrisiko dauerhaft bedeutend gemindert wird.The above-described methods provide a heat pump with dehumidifying and desalination properties in which the dehumidified and desalinated air, even with total recooling to the outside air level, for example through the tower walls or through mechanical means for free indirect cooling, such as a plate heat exchanger operated with fresh air Dew point can not be reached again and can maintain and guarantee a maximum relative humidity of less than 60% relative humidity through targeted dehumidification, so that a linear increase in corrosion is excluded and the risk of corrosion is permanently significantly reduced.
Eine erste Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm, an dessen oberem Ende eine Gondel mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul des Turmes angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung und eine Luft- austrittsöffnung aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes feuchte und salzhaltige Außenluft angesaugt wird, ist gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung mit einer Heizeinrichtung oder einem Lufterhitzer zum Erwärmen der Außenluft oder in einem Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät entsalzter und entfeuchteter Außenluft und einem Hochleistungsfilter zur Filterung der zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in der Außenluft oder entsalzten und entfeuchteten Außenluft und zur Abgabe erwärmter Zuluft über das Aggregatemodul in den Turm und in die Gondel. Diese einfache Luftbehandlungseinrichtung ermöglicht es, durch Aufheizen der Außenluft auf eine relative Feuchte von 40 % die zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in einem Hochleistungsfilter als Salzpartikel abzuscheiden. Die damit verbundene deutliche Redu- zierung des Restsalzgehaltes und damit der Korrosionsgefahr im Aggregatemodul sowie im Innern des Turmes und in der Gondel kann jedoch nicht unter allen klimatischen Bedingungen und ganzjährig sicherstellen, dass die Luftströmung im Aggregatemodul und im Innern des Turmes sowie der Gondel in der Weise aufrechterhalten wird, so dass zum einen die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebene Wärme hin- reichend sicher abgeführt wird und zum anderen eine Korrosionsgefahr im Innern des Turmes und der Gondel ausgeschlossen werden kann. Auch ist kein Notbetrieb bei Sturm, Schwachwind, Störfällen und zu Wartungszwecken möglich.A first device for air treatment in wind power plants, especially in offshore wind energy plants, with a tower at the top of a gondola with a generator and at least one rotor blade and in the interior heat-dissipating electrical and electronic units such as switchgear, switching devices, transformers , Frequency converter and the like are arranged in an aggregate module of the tower and having at least one air inlet opening and an air outlet opening, is sucked through the air inlet opening from the environment of the tower moist and salty outside air, characterized by an air treatment device with a heater or an air heater for heating the outside air or in an air treatment or desalination unit desalinated and dehumidified outside air and a high-performance filter for filtering the particle-salted salt aerosols in the outside air or desalted and dehumidified outside air and the supply of heated supply air through the aggregate module in the tower and in the nacelle. This simple air treatment device makes it possible to deposit the particle-crystallized salt aerosols in a high-performance filter as salt particles by heating the outside air to a relative humidity of 40%. The associated significant reduction of the residual salt content and thus the risk of corrosion in the unit module and in the interior of the tower and in the nacelle, however, can not ensure under all climatic conditions and throughout the year that the air flow in the aggregate module and in the interior of the tower and the nacelle in the Is maintained, so that on the one hand the heat dissipated by the electric and electronic units is dissipated sufficiently safe and on the other hand, a risk of corrosion inside the tower and the nacelle can be excluded. Nor is emergency operation possible in the event of storm, light wind, accidents and maintenance.
Eine verbesserte Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm, an dessen oberem Ende eine Gondel mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul des Turmes angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung und eine Luft- austrittsöffnung aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes feuchte und salzhaltige Außenluft angesaugt wird, ist gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung mit einer aus einem Verdampfer zum Herabsetzen des absoluten Feuchtegehaltes der zugeführten Außenluft oder der in einem vorgeschalteten Luf- taufbereitungs- oder Entsalzungsgerät entsalzten und entfeuchteten Außenluft, einem Kondensator oder ein Reheat-Coil zum Nachheizen der Außenluft auf eine relative Luftfeuchte kleiner oder gleich 40% und einem Kompressor bestehenden Entfeuchtungswärmepumpe, und mit einem Hochleistungsfilter zur Salzabscheidung.An improved device for air treatment in wind power plants, especially in offshore wind energy plants, with a tower at the top of a gondola with a generator and at least one rotor blade and in the interior heat-dissipating electrical and electronic units such as switchgear, switching devices, transformers , Frequency converter and the like are arranged in an aggregate module of the tower and having at least one air inlet opening and an air outlet opening, is sucked through the air inlet opening from the environment of the tower moist and salty outside air, is characterized by an air treatment device with one of an evaporator for Reduction of the absolute moisture content of the supplied outside air or the outside air desalinated and dehumidified in an upstream air treatment or desalination unit, a condenser or a reheat coil for reheating the outside air a uf a relative humidity of 40% or less and a compressor dehumidifying heat pump, and with a high performance filter for salt separation.
Mit der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung wird durch die Abkühlung der feuchten und salzhaltigen Außenluft bei gleichzeitiger Herabsetzung des absoluten Feuchtegehaltes der Außenluft und die anschließende Nachheizung ein Feuchtewert der behandelten Außenluft von kleiner oder gleich 40% relativer Luftfeuchte erreicht, so dass die noch in der Außenluft enthaltenen Salzaerosole kristallisiert und in einem Hochleistungsfilter abgeschieden werden können. Nach der Entfeuchtung und Entsalzung der Außenluft strömt die Zuluft frei und ohne besondere Luftführungssysteme in bzw. durch das Aggregatemodul und durch den oberen Teil des Turmes bis zur Gondel. Dadurch wird erreicht, dass die entfeuchtete und entsalzte Zuluft selbst bei totaler Wiederabkühlung auf den Temperaturwert der Außenluft infolge Abkühlung auf dem Weg vom Aggregatemodul zur Gondel an keiner Stelle das niedrige Niveau des Taupunktes, d. h. eine relativen Luftfeuchte von 100 %, erreichen kann, was die Gefahr einer Kondensation in der gesamten Wind-Energieanlage und damit die Gefahr der Korrosion erheblich vermindert. Allerdings ist damit keine energetisch optimale Lösung und keine gezielte Luftführung im Aggregatemodul bzw. Im Turminneren möglich.With the improved air treatment device is achieved by cooling the humid and salty outside air while reducing the absolute moisture content of the outside air and the subsequent reheating a moisture level of the treated outside air of less than or equal to 40% relative humidity, so that the salzaerosols still contained in the outside air crystallized and can be deposited in a high performance filter. After the dehumidification and desalination of the outside air, the supply air flows freely and without special air supply systems into or through the aggregate module and through the upper part of the tower to the nacelle. This will achieve that the dehumidified and desalinated supply air even at total recooling to the temperature value of the outside air due to cooling on the way from the unit module to the nacelle at any point the low level of dew point, ie a relative humidity of 100%, can reach what the risk of condensation in the entire wind energy plant and thus the risk of corrosion significantly reduced. However, this does not allow for an optimal energy solution and targeted airflow in the aggregate module or inside the tower.
Ein optimiertes Luftbehandlungssystem mit einer dritten, optimalen Vorrichtung zur Luft- behandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm, an dessen oberem Ende eine Gondel mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul des Turmes angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung und eine Luftaustrittsöffnung aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes feuchte und salzhaltige Außenluft angesaugt wird, ist gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung mit einem Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem und hermetisch voneinander getrennten ersten und zweiten Strömungswegen, wobei der erste Strömungsweg die über die Lufteintrittsöffnung angesaugte Außenluft zu der an den Innenraum des Turmes mit Ausnahme des Aggregatemoduls abgegebenen Zuluft führt und der zweite Strömungsweg im Umluftbetrieb Zuluft an das Aggregatemodul abgibt und Abluft bzw. Rückluft aus dem Aggregatemodul ansaugt.An optimized air treatment system with a third, optimal device for air treatment in wind power plants, in particular in offshore wind power plants, with a tower, at the upper end of a nacelle with a generator and at least one rotor blade and in the interior heat-releasing electrical and electronic units such as switchgear, switching devices, transformers, frequency converters and the like are arranged in an aggregate module of the tower and having at least one air inlet opening and an air outlet opening, wherein via the air inlet opening from the environment of the tower moist and salty outside air is sucked in, is characterized by an air treatment device with an air treatment device with recuperative heat recovery system and hermetically separated first and second flow paths, wherein the first flow path sucked through the air inlet opening outside air to d it leads to the interior of the tower with the exception of the aggregate module delivered supply air and the second flow path in recirculation mode supply air to the unit module and sucks exhaust air or return air from the unit module.
Vorzugsweise enthält die Luftbehandlungseinrichtung mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem einen Plattenwärmetauscher, der in Strömungsrichtung des ersten Strömungsweges nach einem mit der Lufteintrittsöffnung verbundenen Luftaufbereitungsgerät zur Entsalzung der angesaugten Außenluft angeordnet ist.Preferably, the air treatment device with recuperative heat recovery system includes a plate heat exchanger, which is arranged in the flow direction of the first flow path to a connected to the air inlet opening air treatment device for desalination of the sucked outside air.
Das optimierte Luftbehandlungssystem gewährleistet eine leistungsstarke Entwärmung der Oberflächen-Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate, eine kontrollierte Temperaturhaltung im Turm bis zur Gondel durch geregelte Wärmeübertragung mit Speisung aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate und infolge der hermetisch getrennten Führung zweier Luftströme, dass die immer noch mit Salz kontaminierte Außenluft nicht mehr frei durch das Aggregatemodul strömt und damit die elektrischen und elektronischen Aggregate nicht kontaminieren kann. Vorzugsweise weist der Plattenwärmetauscher auf der Eintrittsseite der im Verdampfer der Entfeuchtungswärmepumpe heruntergekühlten Außenluft verstellbare Bypassklappen auf, mit denen die Anzahl der Platten des Plattenwärmetauschers eingestellt werden können, die im Außenluft-Zuluftstrom zum Energieaustausch genutzt oder am Energieaustausch vorbeigeführt werden sollen, so dass über die Verstellung der Bypassklappen Einfluss auf den Energieaustausch und damit auf das Temperatur- und/oder Feuchteverhalten der Luftbehandlungseinrichtung genommen werden kann und die Bypassklappen in eine Temperatur- und Feuchteregelung des optimierten Luftbehandlungssystems einbezogen werden können.The optimized air treatment system ensures a powerful cooling of the surface heat dissipation of the electric and electronic units, a controlled temperature maintenance in the tower to the nacelle by controlled heat transfer with power from the waste heat of the electric and electronic units and hermetically separate two air streams that always outside air contaminated with salt no longer flows freely through the aggregate module and thus can not contaminate the electrical and electronic units. Preferably, the plate heat exchanger on the inlet side of the cooled down in the evaporator of the dehumidification heat pump outside air adjustable bypass flaps, with which the number of plates of the plate heat exchanger can be set, which are used in the outside air supply air flow for energy exchange or to be passed to the energy exchange, so that on the adjustment the bypass valves influence the energy exchange and thus the temperature and / or humidity behavior of the air treatment device can be taken and the bypass valves can be included in a temperature and humidity control of the optimized air treatment system.
In bevorzugter Ausführungsform ist der Außenluftventilator auf der Saugseite, in Strömungsrichtung der Außenluft zur Zuluft hinter der Luftbehandlungseinrichtung angeordnet.In a preferred embodiment, the outside air fan is arranged on the suction side, in the flow direction of the outside air to the supply air behind the air treatment device.
Grundsätzlich kann der Außenluftventilator sowohl auf der Saugseite als auch auf der Druckseite angeordnet werden. Letzteres beispielsweise dann, wenn der Außenluftventilator, bereits Bestandteil eines vorhandenen, konventionellen Luftbehandlungsgeräts ist und die Luftbehandlungseinrichtung nachgerüstet wird. Vorteile bietet jedoch die Anord- nung des Außenluftventilator auf der Saugseite der Luftbehandlungseinrichtung, da er sich hier in trockener, salzfreier Luft befindet, wodurch die Gefahr einer Korrosion des Außenluftventilators erheblich reduziert wird und daher nur geringe Ansprüche an die Materialgüte des Außenluftventilators zu stellen sind. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung des Außenluftventilators auf der Saugseite Platzierungen des Außenluftventila- tors, die vom Aggregatemodul über sämtliche Zwischendecks des Turmes bis hin zur Gondel als Aufstellungsort möglich und geeignet sind.In principle, the outside air fan can be arranged both on the suction side and on the pressure side. The latter, for example, when the outside air fan is already part of an existing, conventional air handling unit and the air treatment device is retrofitted. However, there are advantages to the arrangement of the outside air fan on the suction side of the air treatment unit, as it is located in dry, salt-free air, which considerably reduces the risk of corrosion of the outside air fan and therefore requires only a low level of material quality from the outside air fan. In addition, the arrangement of the outside air fan on the suction side allows placement of the Außenluftventila- sector, which are possible and suitable from the unit module on all intermediate decks of the tower to the nacelle as a site.
Durch die Anordnung eines Zuluftkanals von der Luftbehandlungseinrichtung zu dem vom Aggregatemodul getrennten Innenraum des Turmes wird in konsequenter Weiterfüh- rung der Trennung der beiden Strömungswege durch den Plattenwärmetauscher die entsalzte und entfeuchtete Zuluft im Zuluftkanal isoliert von der im Aggregatemodul zirkulierenden Umluft zum Turminneren geführt, so dass in der Zuluft noch enthaltene Feuchte oder Salzaerosole nicht an die empfindlichen elektrischen und elektronischen Geräte im Aggregatemodul gelangen können. Um sicherzustellen, dass einerseits die Zuluft derart aufbereitet wird, dass die an den Innenraum des Turmes und/oder an das Aggregatemodul abgegebene entfeuchtete und entsalzte Zuluft auch bei Wiederabkühlung auf den Wert der Außenluft den Taupunkt nicht wieder erreicht und durch gezielte Entfeuchtungsleistung einen maximalen relativen Luftfeuchtewert von weniger als 60% relativer Luftfeuchte einhält und andererseits die im Turm und der Gondel der Wind-Energieanlage angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate für einen sicheren, dauerhaften Betrieb ausreichend gekühlt werden, ist der Ausgang der Luftbehandlungseinrichtung mit einem ersten Strömungsweg eines Luftbehandlungsgeräts mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem und hermetisch voneinander getrennten ersten und zweiten Strömungswegen verbunden, wobei der erste Strömungsweg die am Ausgang der Luftbehandlungseinrichtung abgegebene Zuluft als heruntergekühlte Zuluft an den Innenraum des Turmes und/oder das Aggregatemodul abgibt und im zweiten Strömungsweg Außenluft (AL) mittels eines zusätzlichen Ventilators angesaugt und an einen Fortluftanschluß abgegeben wird.By arranging a supply air duct from the air treatment device to the interior of the tower separate from the unit module, the desalted and dehumidified supply air in the supply air duct is guided in a consistent continuation of the separation of the two flow paths through the plate heat exchanger, from the circulating air circulating in the unit module to the inside of the tower Moisture or salt aerosols still contained in the supply air can not reach the sensitive electrical and electronic devices in the aggregate module. To ensure that, on the one hand, the supply air is treated in such a way that the dehumidified and desalinated supply air delivered to the interior of the tower and / or the aggregate module does not reach the dew point again, even if it cools down to the value of the outside air, and a maximum relative humidity value through targeted dehumidification performance On the other hand, the electric and electronic units arranged in the tower and the nacelle of the wind power plant are sufficiently cooled for safe, permanent operation, the output of the air treatment device is with a first flow path of a recuperative heat recovery system and air handling unit hermetically separated from each other first and second flow paths, wherein the first flow path emitted at the output of the air treatment device supply air as cooled supply air to the interior of the tower and / or the Gives subassembly module and in the second flow path outside air (AL) is sucked by means of an additional fan and delivered to an exhaust air connection.
Da in bestimmten Regionen der Fall eintreten kann, dass zwar die Luft hinreichend entsalzt und entfeuchtet wird, dass aber der in den Turm und/oder in die Gondel der Wind- Energieanlage abgegebene Zuluftstrom eine Temperaturhöhe aufweist, die zur Kühlung der Aggregate zu hoch ist bzw. zur Kühlung nicht vollständig ausreicht, wird im Strö- mungsweg der Zuluft zur heruntergekühlten Zuluft zusätzlich eine mechanische Kälteeinrichtung angeordnet.Since it may happen in certain regions, that although the air is sufficiently desalinated and dehumidified, but that the output into the tower and / or in the nacelle of the wind energy supply air has a temperature level that is too high for cooling the units or If cooling is not completely sufficient, a mechanical cooling device is additionally arranged in the flow path of the supply air to the cooled supply air.
Vorzugsweise ist der Zuluftkanal mit einem Wärmetauscher verbunden, der von den im Aggregatemodul angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate aufgenomme- ne Wärmeenergie an den in den Innenraum des Turmes führenden Zuluftstrom des ersten Strömungsweges abgibt, wobei die vom Wärmetauscher an den Zuluftstrom abgegebene Wärmeenergie in Abhängigkeit von der Temperatur im Innenraum des Turmes und/oder der Gondel regelbar und mindestens ein die Temperatur im Innenraum des Turmes und/oder der Gondel erfassender Temperatursensor mit einer Regeleinrichtung verbunden ist.Preferably, the supply air duct is connected to a heat exchanger which emits heat energy taken up by the electrical and electronic units arranged in the unit module to the supply air flow of the first flow path leading into the interior of the tower, wherein the heat energy delivered by the heat exchanger to the supply air flow depends on the heat energy Temperature in the interior of the tower and / or the nacelle adjustable and at least one temperature in the interior of the tower and / or the nacelle detecting temperature sensor is connected to a control device.
In analoger Weise wird die Umluft in Zuluft- und Abluftkanälen vom Plattenwärmetauscher zum und vom Aggregatemodul geführt, so dass der Umluftstrom gezielt über die Luftführungskanäle in die einzelnen Etagen des Aggregatemoduls geführt wird, die von den Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebene Wärme abtransportiert und damit verhindert, dass Restfeuchte und Restsalzgehalt in das Aggregatemodul eindringen können, wobei die Luftführungskanäle zudem eine gezielte Luftführung und Entwärmung bewirken, so dass die Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate unabhängig von ihrem Standort wirksam gekühlt werden.In an analogous manner, the circulating air is conducted in the supply air and exhaust air ducts from the plate heat exchanger to and from the unit module, so that the circulating air flow is selectively guided via the air ducts in the individual floors of the unit module, the heat dissipated by the heat-emitting electrical and electronic units dissipated and thus prevents residual moisture and residual salt content in the Aggregate module can penetrate, the air ducts also cause a targeted air flow and cooling, so that the heat-emitting electrical and electronic units are effectively cooled regardless of their location.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Umluft-Strömungsweg ein weiteres Hochleistungsfilter angeordnet, mit dem Salzpartikel, die in der ersten Behandlungsstufe nicht restlos beseitigt werden konnten, zusätzlich abgeschieden werden.In a further embodiment of the invention, a further high-performance filter is arranged in the circulating air flow path, with the salt particles, which could not be completely eliminated in the first treatment stage, additionally deposited.
Um den Luftwiderstand, der durch die Anordnung des Hochleistungsfilters im Umluft- ström bedingt ist, und damit den Energieverbrauch der Luftbehandlungseinrichtung abzusenken, ist das weitere Hochleistungsfilter in einem Bypass mit zwei Jalousieklappen angeordnet, deren Stellung in Abhängigkeit von einer Feuchtemessung den Anteil des Umluftstromes festlegt, der durch das im Bypasskanal angeordnete Hochleistungsfilter geleitet wird.In order to lower the air resistance caused by the arrangement of the high-performance filter in the circulating air flow and thus the energy consumption of the air treatment device, the further high-performance filter is arranged in a bypass with two shutter flaps whose position determines the proportion of the circulating air flow as a function of a humidity measurement. which is passed through the arranged in the bypass channel high-performance filter.
In bevorzugter Ausführung weist der Umluftventilator zur stufenlos variablen Förderung von Umluftmengen einen geregelten Antrieb auf, wodurch eine weitere Möglichkeit zur Temperatursteuerung geschaffen wird. Eine Reduzierung der Luftmenge des Umluftstromes hat beispielsweise zur Folge, dass weniger Energie durch den Plattenwärmetau- scher auf den Außenluft-Zuluftstrom übertragen wird.In a preferred embodiment, the recirculation fan for continuously variable delivery of circulating air quantities to a regulated drive, creating a further possibility for temperature control is created. A reduction in the air volume of the circulating air flow has the consequence, for example, that less energy is transferred through the plate heat exchanger to the outside air supply air flow.
Sowohl im Außenluft-Zuluftstrom als auch im Umluftstrom kann eine jeweils aus einem Verdampfer bzw. Kühler, Kondensator bzw. Reheat-Register und Kompressor bestehende Entfeuchtungswärmepumpe angeordnet werden, wobei die Umluft-Entfeuchtungs- Wärmepumpe vorzugsweise im Abluftkanal der Umluft in Strömungsrichtung vor dem Hochleistungsfilter angeordnet wird, um im Umluftstrom befindliche Salzpartikel und Aerosole zu eliminieren, die gegebenenfalls durch Undichtigkeiten, während Montagen oder dergleichen in das Aggregatemodul gelangen.Both in the outside air supply air flow and in the recirculation air, each consisting of an evaporator or cooler, condenser or reheat register and compressor dehumidification heat pump can be arranged, the recirculation dehumidifying heat pump preferably arranged in the exhaust duct of the circulating air in the flow direction in front of the high-performance filter is used to eliminate salt particles and aerosols in the circulating air stream, which may leak into the unit module, possibly through leaks, while mounting or the like.
Durch einen Bypass zur Überdruckhaltung im Umluft-Strömungsweg, der vom Zuluftkanal abzweigt und an den Umluft-Strömungsweg an der Verbindung der Umluft- Entfeuchtungswärmepumpe mit dem Hochleistungsfilter angebunden ist, wird erreicht, dass die durch das Aggregatemodul strömende Umluft nicht durch Strömungen aus anderen Bereichen der Windenergieanlage mit salzhaltiger Luft kontaminiert wird, wobei die erforderliche Bypass-Luftmenge sehr klein ist, den Feuchtegehalt der Umluft nicht nennenswert beeinflusst und verhindert, dass negative Strömungen aus dem Bereich des Turmes der Windenergieanlage oder der Lufteintrittsöffnung in das Aggregatemodul eindringen, so dass die erforderliche Luftmenge nur geringfügig ist.By bypassing the overpressure in the circulating air flow path, which branches off from the supply air duct and is connected to the circulating air flow path at the connection of the circulating air Entfeuchtungswärmepumpe with the high-performance filter, it is achieved that the circulating air flowing through the unit module not by currents from other areas of the Wind turbine is contaminated with salty air, the required amount of bypass air is very small, does not significantly affect the moisture content of the circulating air and prevents negative flows from the range of Tower of the wind turbine or the air inlet opening penetrate into the unit module, so that the required amount of air is only slightly.
Weiterhin kann im Zuluft-Strömungsweg der Luftbehandlungseinrichtung hinter dem Plat- tenwärmetauscher und vor dem Hochleistungsfilter eine unabhängige Heizeinrichtung, vorzugsweise ein Elektro-Heizregister, angeordnet werden.Furthermore, an independent heating device, preferably an electric heating coil, can be arranged in the supply air flow path of the air treatment device behind the plate heat exchanger and upstream of the high-performance filter.
Durch einen Bypass im Strömungsweg des Umluftstromes mit steuerbaren Bypassklap- pen und einer Bypassleitung zum Vorbeileiten des Umluftstromes an dem Hochleistungs- filter und einen Bypass im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg mit unabhängig voneinander steuerbaren Bypassklappen und einer Bypassleitung zum Vorbeileiten des Zuluftstromes an dem Hochleistungsfilter, kann mit einer Regeleinrichtung eine derartige Position eingestellt werden, dass die Luftströme bei günstigen Feuchtewerten entweder die Hochleistungsfilter durchströmen oder über die Bypassleitungen an den Hochleistungsfiltern vor- bei geführt werden.By a bypass in the flow path of the circulating air flow with controllable Bypassklap- pen and a bypass line for passing the circulating air flow to the high-performance filter and a bypass in the outside air supply air flow path with independently controllable bypass valves and a bypass line for passing the supply air flow to the high-performance filter can be set with a control device such a position that the air flows at favorable humidity values either through the high-performance filter or be guided over the bypass lines to the high-performance filters.
Damit wird sicher gestellt, dass Salzkristalle, die in den Hochleistungsfiltern anfallen und auf der „unreinen" Seite gespeichert werden, bei erhöhten Feuchtwerten nicht wieder zu Aerosole zerfallen und auf die „reine" Seite der Hochleistungsfilter durchdringen und über die erhöhte Luftfeuchte in das Aggregatemodul oder in den Turm beziehungsweise die Gondel hineingetragen werden.This ensures that salt crystals, which accumulate in the high-performance filters and are stored on the "dirty" side, do not decompose again to aerosols at elevated humidity values and penetrate to the "pure" side of the high-performance filters and through the increased humidity in the aggregate module or into the tower or the nacelle are carried.
Die im Strömungsweg des Umluftstromes vorgesehene Entfeuchtungswärmepumpe, die vor der aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate im Aggregate- modul gespeisten Heizeinrichtung angeordnet ist und aus einem Verdampfer/Kühler, Kompressor, und einem ersten Kondensator besteht, kann um einen im Außenluft- Zuluftstrom angeordneten zweiten Kondensator erweitert werden, der dem ersten Kondensator zugeordnet und mit diesem gemeinsam oder wechselseitig betreibbar ist. In dieser Anordnung eines Luftbehandlungssystems besteht die im Außenluft-Zuluft- Strömungsweg angeordnete Entfeuchtungswärmepumpe aus einem Verdampfer/Kühler, einem Kompressor, einem ersten Kondensator und einem zweiten Kondensator mit wechselseitiger Betriebsweise.The provided in the flow path of the circulating air flow dehumidification heat pump, which is arranged in front of the heat from the waste heat of the electrical and electronic units in the aggregate module heating device and consists of an evaporator / cooler, compressor, and a first capacitor, can arranged around a in Außenluft- supply air second capacitor can be extended, which is associated with the first capacitor and with this common or mutually operable. In this arrangement of an air treatment system, the dehumidifying heat pump disposed in the outside air supply air flow path consists of an evaporator / condenser, a compressor, a first condenser, and a second condenser with a reciprocal operation.
Die so ausgebildeten Entfeuchtungswärmepumpensysteme im Umluft- und Außenluft- Zuluftstrom bewirken eine Notbeheizung, beispielsweise zur Frostfreihaltung der Luftbehandlungseinrichtung, oder zur zusätzlichen Entsalzung und Entfeuchtung bei niedrigen Temperaturen und Stillstandszeiten der Windenergieanlage, da die Entfeuchtungswärmepumpensysteme im Außenluft-Zuluftstrom und Umluftstrom durch einen sehr hohen Wirkungsgrad bei geringstem Stromverbrauch eine hohe Heizleistung bieten, wohingegen ein Elektro-Heizregister bei gleicher Wärmeleistung den mehr als fünffachen Strom- verbrauch verursachen würde. Durch die Anordnung des zweiten Kondensators der Umluft-Entfeuchtungswärmepumpe im Außenluft-Zuluftstrom kann je nach Erfordernis und Wärmebedarf die Energieabgabe von 0 bis 100% umgeschaltet beziehungsweise geregelt werden. Da das Entfeuchtungswärmepumpensystem im Außenluft-Zuluftstrom ebenfalls über zwei Kondensatoren verfügt, kann die Wärmeenergie je nach Bedarf in Luftrich- tung vor oder nach dem Plattenwärmetauscher abgegeben und von 0 bis 100% geregelt werden.The dehumidification heat pump systems designed in this way in the circulating air and fresh air supply air flow cause an emergency heating, for example for frost-free maintenance of the air treatment device, or for additional desalination and dehumidification at low temperatures Temperatures and downtimes of the wind energy plant, since the Entfeuchtungswärmepumpensysteme in outdoor air supply air and circulating air flow through a very high efficiency with lowest power consumption provide high heating power, whereas an electric heater with the same thermal output would cause more than five times the power consumption. As a result of the arrangement of the second condenser of the circulating-air dehumidification heat pump in the outside air supply air flow, the energy output can be switched over or regulated from 0 to 100%, depending on the requirement and the heat requirement. Since the dehumidification heat pump system also has two condensers in the outdoor air supply air flow, the heat energy can be discharged in the air direction before or after the plate heat exchanger as required, and regulated from 0 to 100%.
Vorzugsweise ist eine Weitwurfdüse zum Einblasen eines Zuluftstromes in den Eintritt des Turmes mit hoher Geschwindigkeit im Zentrum des Turmdurchmessers angeordnet, wodurch mit der einfachen Luftbehandlungseinrichtung, der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung oder der optimalen Luftbehandlungseinrichtung und gegebenenfalls im Wärmetauscher erwärmte Zuluft gezielt in den oberen Bereich des Turmes und näher an die Gondel herangeführt werden kann, wobei der Luftstrahl mit hoher Geschwindigkeit auf seinem Strömungsweg permanent stehende Luft von allen Seiten des Turmes indu- ziert, so dass Luftschichtungen und Temperaturschichtungen aufgerissen und Sekundärströmungen vermieden werden.Preferably, a jet nozzle for blowing a Zuluftstromes is arranged in the entrance of the tower at high speed in the center of the tower diameter, whereby with the simple air treatment device, the improved air treatment device or the optimal air treatment device and optionally heated in the heat exchanger supply air targeted in the upper region of the tower and closer can be brought to the nacelle, the air jet at high speed on its flow path inducing permanent air from all sides of the tower, so that air stratification and temperature stratification torn and secondary flows are avoided.
Die möglichst zentrische Anordnung der Weitwurfdüse vermeidet dabei ein Ablenken und Anlehnen der Strömung an die Turmwand und somit den sogenannten Koander-Effekt. Zur Lufteinbringung wird eine Düsen- oder Diffusor-Form gewählt, weil dabei die statischen Druckverluste gering gehalten werden.The most centric arrangement of the jet nozzle avoids a distraction and leaning of the flow to the tower wall and thus the so-called Koander effect. For the introduction of air, a nozzle or diffuser shape is chosen because it keeps the static pressure losses low.
Auf Zwischendecks des Turmes angeordnete mechanische Luftfördereinrichtungen, insbesondere Ventilatoren, bewirken eine Erhöhung der dynamischen Geschwindigkeit des Zuluftstromes, da die über den Außenluftventilator eingebrachte Luftmenge aufgrund des großen Druckverhaltens Öffnungen in Zwischendecks oder Fahrstuhldurchführungen durchdringt, wodurch sich ein unkontrolliertes Strömungsverhalten im Turm sowie der Gondel entwickeln kann.On mechanical decks of the tower arranged mechanical air conveyors, in particular fans, cause an increase in the dynamic velocity of the supply air flow, because the introduced via the outside air fan air quantity penetrates openings in decks or elevator bushings due to the large pressure behavior, which can develop an uncontrolled flow behavior in the tower and the nacelle ,
Zusätzlich können die mechanischen Luftfördereinrichtungen mit vorzugsweise aus der Abwärme der im Aggregatemodul angeordneten, Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate gespeisten Heizeinrichtungen verbunden werden, was aufgrund des Abkühleffektes durch die Turmwandungen in Verbindung mit den langen Strömungswegen vorteilhaft ist. Die Temperaturen im gesamten Turm können dadurch gegenüber einer einmaligen zentralen Aufheizung gleichmäßiger gestaltet werden und das Temperatur- Kondensationsverhalten im Turm vorteilhaft beeinflussen.In addition, the mechanical air conveyors can preferably with the waste heat of the unit module arranged in the heat-dissipating electrical and electronic units fed heating devices are connected, which is advantageous due to the Abkühleffektes by the tower walls in conjunction with the long flow paths. The temperatures in the entire tower can be made more uniform compared to a single central heating and influence the temperature condensation behavior in the tower advantageous.
Um sicherzustellen, dass in Teilbereichen der Wind-Energieanlage, in denen größere Wärmelasten anfallen, eine ausreichende Kühlung von Aggregaten erfolgt, ohne dass die an den Innenraum des Turmes und/oder an das Aggregatemodul abgegebene entfeuch- tete und entsalzte Zuluft auch bei Wiederabkühlung auf den Wert der Außenluft den Taupunkt wieder erreicht und durch gezielte Entfeuchtungsleistung einen maximalen relativen Luftfeuchtewert von weniger als 60% relativer Luftfeuchte einhält, kann in Teilen oder Bereichen des Turmes oder der Gondel der Wind-Energieanlage ein Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem und hermetisch voneinan- der getrennten ersten und zweiten Strömungswegen angeordnet werden, wobei der erste Strömungsweg Außenluft zur Fortluft führt und der zweite Strömungsweg im Umluftbetrieb Zuluft ansaugt und als indirekt frei heruntergekühlte Zuluft abgibt.In order to ensure that in subareas of the wind power plant in which larger heat loads occur, sufficient cooling of aggregates takes place without the dehumidified and desalinated supply air delivered to the interior of the tower and / or to the module module even when it cools down again The value of the outside air reaches the dew point again and maintains a maximum relative humidity of less than 60% relative humidity by means of targeted dehumidification. In parts or areas of the tower or the nacelle of the wind energy installation, an air treatment unit with recuperative heat recovery system and hermetically separated first and second flow paths are arranged, wherein the first flow path leads outside air to the exhaust air and the second flow path in the recirculation mode sucks incoming air and discharges as indirectly freely cooled supply air.
Zusätzlich kann bei erhöhtem Kühlbedarf im Strömungsweg der indirekt frei herunterge- kühlten Zuluft eine mechanische Kälteeinrichtung angeordnet werden.In addition, with increased cooling demand in the flow path of the indirectly freely cooled supply air, a mechanical refrigeration device can be arranged.
Zur Nutzung der Kühlwirkung des mächtigen Stahlturms der Wind-Energieanlage wird mindestens eine die Geschwindigkeit erhöhende Vorrichtung, vorzugsweise ein Ventilator und eine Düse, im Turm angeordnet, die Luft mit hoher Geschwindigkeit schräg nach oben, an der Turmwandung entlang aufwärts abgibt und im Turm eine Drehbewegung bzw. Wirbelströmung erzeugt, wobei die Düse vorzugsweise eine runde Form oder eine Flachstrahl-Form aufweist.To use the cooling effect of the powerful steel tower of the wind energy plant at least one speed increasing device, preferably a fan and a nozzle, arranged in the tower, the air at high speed obliquely upwards, on the tower wall along upwards and in the tower a rotary motion or vortex flow generated, wherein the nozzle preferably has a round shape or a flat-jet shape.
Durch diese Anordnung wird punktuell eine Geschwindigkeitserhöhung durch Düsenwir- kung erzeugt, in Verbindung mit dem Koanda-Effekt einen Wirbelstrom im gesamten Turm produziert und den Wärmeübergangs-Koeffizienten erhöht.By this arrangement, a speed increase by nozzle effect is selectively produced, in conjunction with the Koanda effect produces an eddy current in the entire tower and increases the heat transfer coefficient.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung können auch in Wind-Energieanlagen eingesetzt werden, die anderen Belastungen ausgesetzt sind, bei- spielsweise in Wüsten- oder Steppenregionen mit starker Sandbelastung der angesaugten Außenluft, was den Einsatz spezieller Filter im Luftaufbereitungsgerät oder im Nachbehandlungsgerät erforderlich macht. Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele sollen die wesentlichen Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile näher erläutert werden. Es zeigen:The method according to the invention and the arrangement according to the invention can also be used in wind power plants which are exposed to other stresses, for example in desert or steppe regions with heavy sand loading of the intake outside air, which necessitates the use of special filters in the air treatment device or in the aftertreatment device. On the basis of several embodiments shown in the drawings, the essential features and advantageous embodiments of the invention and the advantages achieved thereby are explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine nach dem Stand der Technik ausgebildete konventionelle Einrichtung zur Luftaufbereitung und Luftströmung einer Offshore Wind- Energieanlage;Figure 1 is a trained according to the prior art conventional device for the air treatment and air flow of an offshore wind energy plant.
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Aggregate eines konventionellenFig. 2 is a schematic representation of the aggregates of a conventional
Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgeräts zur Entsalzung der Seeluft und zur Erzeugung eines Überdruckes im Innenraum des Turmes einer Offshore Wind-Energieanlage;Air treatment or desalination apparatus for desalination of the sea air and for generating an overpressure in the interior of the tower of an offshore wind power plant;
Fig. 3 ein Mollier-h,x-Diagramm für feuchte Luft zur Erläuterung der Aufnahmefähigkeit von Wasser in der Luft bei unterschiedlichen Lufttemperaturen;Fig. 3 is a Mollier-h, x-diagram for humid air for explaining the receptivity of water in the air at different air temperatures;
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in Abhängigkeit von der Feuchtigkeitsfilmdicke;Fig. 4 is a graph showing the corrosion rate of metals as a function of moisture film thickness;
Fig. 5 eine Darstellung der Korrosionsgeschwindigkeit von Eisen in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte;5 shows a representation of the corrosion rate of iron as a function of the relative humidity;
Fig. 6 ein h, x-Diagramm für feuchte Luft zur Darstellung des Bereichs der „kri- tischen Feuchtigkeit" in Verbindung mit einer fiktiven Wetterblase;6 shows a h, x diagram for humid air for illustrating the region of the "critical humidity" in connection with a fictitious weather bubble;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines einfachen Luftbehandlungssystems zur Nachbehandlung und ergänzenden Luftaufbereitung in einer Offshore Wind-Energieanlage;7 is a schematic representation of a simple air treatment system for aftertreatment and supplementary air treatment in an offshore wind power plant;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Teils eines Turms einer OffshoreFig. 8 is a schematic representation of a portion of a tower of an offshore
Wind-Energieanlage mit einer einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 zur Reduzierung des Salzgehaltes, Abfuhr der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebenen Wärme und Verbesserung der Feuchtehaltung; Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Teils eines Turms einer OffshoreWind energy plant with a simple air treatment device 3 for reducing the salt content, dissipating the heat emitted by the electric and electronic units and improving the moisture retention; Fig. 9 is a schematic representation of a portion of a tower of an offshore
Wind-Energieanlage mit einem verbesserten Luftbehandlungssystem zurWind energy plant with an improved air treatment system for
Reduzierung des Salzgehaltes, Abfuhr der von den elektrischen und e- lektronischen Aggregaten abgegebenen Wärme und Verbesserung der Feuchtehaltung;Reduction of the salt content, removal of the heat emitted by the electrical and electronic aggregates and improvement of the moisture retention;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer verbesserten Luftbehandlungseinrichtung mit einer Entfeuchtungswärmepumpe und einem Hochleistungsfilter des verbesserten Luftbehandlungssystems gemäß Fig. 9;FIG. 10 is a schematic representation of an improved air handling unit having a dehumidification heat pump and a high efficiency filter of the improved air handling system of FIG. 9; FIG.
Fig. 11 ein Mollier-h,x-Diagramm für feuchte Luft zur Erläuterung des verbesserten Luftbehandlungssystems gemäß Fig. 9;Fig. 11 is a Mollier-h, x-diagram for humid air for explaining the improved air treatment system of Fig. 9;
Fig. 12 und 13 zwei Ausführungsformen einer Kombination einer verbesserten Luftbe- handlungseinrichtung gemäß Fig. 10 mit einem konventionellen Luftauf- bereitungs- oder Entsalzungsgerät;FIGS. 12 and 13 show two embodiments of a combination of an improved air treatment device according to FIG. 10 with a conventional air treatment or desalination device;
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines optimierten Luftbehandlungssystems zur Nachbehandlung und ergänzenden Luftaufbereitung mit einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung in einer Offshore Wind-14 is a schematic representation of an optimized air treatment system for aftertreatment and supplementary air treatment with an optimal air treatment device in an offshore wind
Energieanlage;Power plant;
Fig. 15 ein Luftführungs- und Anlagenschema einer ersten Ausführungsform einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbe- handlungssystem gemäß Fig. 14;FIG. 15 shows an air guidance and system diagram of a first embodiment of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14; FIG.
Fig. 16 einen Längsschnitt durch das Gehäuse der ersten Ausführungsform der optimalen Luftaufbereitungseinrichtung gemäß Fig. 15;16 shows a longitudinal section through the housing of the first embodiment of the optimal air treatment device according to FIG. 15;
Fig. 17 ein Luftführungs- und Anlagenschema einer zweiten Ausführungsform einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehandlungssystem gemäß Fig. 14;17 shows an air guidance and system diagram of a second embodiment of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14;
Fig. 18 ein Luftführungs- und Anlagenschema einer dritten Ausführungsform einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehandlungssystem gemäß Fig. 14; Fig. 19 einen Längsschnitt durch das Gehäuse der dritten Ausführungsform der optimalen Luftaufbereitungseinrichtung gemäß Fig. 18;FIG. 18 shows an air guidance and system diagram of a third embodiment of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14; FIG. 19 shows a longitudinal section through the housing of the third embodiment of the optimal air treatment device according to FIG. 18;
Fig. 20 bis 22 Luftführungs- und Anlagenschemen weiterer Ausführungsformen einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehandlungssystem gemäß Fig. 14;20 to 22 Luftführungs- and system schemes of other embodiments of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system of FIG. 14;
Fig. 23 ein Mollier-h,x-Diagramm für Außenluft und Rückluft (Umluft) im Som- mer- und Winterbetrieb einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung gemäß Fig. 22;FIG. 23 shows a Mollier-h, x diagram for outside air and return air (circulating air) in summer and winter operation of an optimum air treatment device according to FIG. 22; FIG.
Fig. 24 bis 28 Luftführungs- und Anlagenschemen weiterer Ausführungsformen einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehand- lungssystem gemäß Fig. 14;FIGS. 24 to 28 air guiding and system diagrams of further embodiments of an optimal air treatment device for the optimized air treatment system according to FIG. 14;
Fig. 29 bis 31 drei Ausführungsformen einer Kombination der optimalen Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 28 mit den Aggregaten eines konventionellen Luftauf bereitungs- oder Entsalzungsgeräts;FIGS. 29 to 31 show three embodiments of a combination of the optimal air treatment device according to FIG. 28 with the units of a conventional air conditioning or desalination apparatus;
Fig. 32 eine Offshore Wind-Energieanlage mit einem optimierten Luftaufbereitungssystem und einem Nachheizregister oder Wärmetauscher sowie einer Weitwurfdüse zum Einblasen eines Zuluftstromes in den Turm der Offshore Wind-Energieanlage mit hoher Geschwindigkeit;32 shows an offshore wind power plant with an optimized air treatment system and a reheating coil or heat exchanger and a jet nozzle for blowing a supply air flow into the tower of the offshore wind power plant at high speed;
Fig. 33 ein Mollier-h,x-Diagramm zur Erläuterung der Wirkung des optimiertenFig. 33 is a Mollier-h, x diagram for explaining the effect of the optimized one
Luftbehandlungssystems mit der optimalen Luftbehandlungseinrichtung;Air treatment system with the optimal air treatment device;
Fig. 34 eine Offshore Wind-Energieanlage mit mehreren Zwischendecks und als Düse oder Diffusor ausgebildeten geschwindigkeitserhöhenden Einrichtungen;FIG. 34 shows an offshore wind power plant with several intermediate decks and speed-increasing devices designed as a nozzle or diffuser; FIG.
Fig. 35 eine Detaildarstellung eines Zwischendecks mit Bypass-Strömungen und einer Düse mit mechanischer Luftfördereinrichtung; Fig. 36 eine schematische Darstellung eines Luftbehandlungssystem für eineFIG. 35 shows a detailed representation of an intermediate deck with bypass flows and a nozzle with a mechanical air delivery device; FIG. Fig. 36 is a schematic representation of an air treatment system for a
Offshore Wind-Energieanlage in Verbindung mit einem konventionellen Luftaufbereitungs- bzw. Entsalzungsgerät;Offshore wind energy plant in conjunction with a conventional air treatment or desalination plant;
Fig. 37 eine Offshore Wind-Energieanlage mit mechanischen Luftfördereinrichtungen und Heizeinrichtungen in mehreren Zwischendecks;FIG. 37 shows an offshore wind power plant with mechanical air conveyors and heaters in several intermediate decks; FIG.
Fig. 38 eine Detaildarstellung eines Zwischendecks oberhalb eines Aggregatemoduls mit einer Düse mit Ventilator, einem Hochleistungsfilter und ei- nem Wärmetauscher;38 shows a detailed representation of an intermediate deck above an aggregate module with a nozzle with a fan, a high-performance filter and a heat exchanger;
Fig. 39 eine schematische Darstellung eines optimierten Luftbehandlungssystems mit einer Kombination aus einem konventionellen Luftaufberei- tungs- und/oder Entsalzungsgerät, einer verbesserten Luftbehandlungseinrichtung und einem Plattenwärmetauscher zur freien, indirekten Kühlung des in den Turm einer Wind-Energieanlage abgegebenen Zuluftstromes;FIG. 39 shows a schematic representation of an optimized air treatment system with a combination of a conventional air treatment and / or desalination device, an improved air treatment device and a plate heat exchanger for free, indirect cooling of the supply air flow delivered into the tower of a wind energy installation;
Fig. 40 eine schematische Darstellung wie in Fig. 39 mit einer zusätzlichen mechanischen Kühlung des Zuluftstromes in den Turm der Wind- Energieanlage;Fig. 40 is a schematic representation as in Figure 39 with an additional mechanical cooling of the supply air flow in the tower of the wind energy plant.
Fig. 41 eine schematische Darstellung eines optimierten Luftbehandlungssys- tems für Teilbereiche einer Wind-Energieanlage zur ergänzenden oder unabhängigen Kühlung von Aggregaten;41 shows a schematic representation of an optimized air treatment system for partial areas of a wind power plant for additional or independent cooling of units;
Fig. 42 eine schematische Darstellung wie in Fig. 41 mit einer zusätzlichen mechanischen Kühlung;FIG. 42 shows a schematic representation as in FIG. 41 with an additional mechanical cooling; FIG.
Fig. 43 eine schematische Darstellung eines Luftbehandlungssystems für eineFig. 43 is a schematic representation of an air treatment system for a
Wind-Energieanlage mit ergänzenden Kühl- bzw. Entwärmungseinrich- tungen gemäß den Fig. 39 bis 42;Wind power plant with supplementary cooling or Entwärmungseinrich- lines according to FIGS. 39 to 42;
Fig. 44 eine schematische Darstellung gemäß Fig. 43 mit darin eingetragenenFig. 44 is a schematic representation of FIG. 43 with registered therein
Temperaturbeispielen für das Gebiet der deutschen Nordsee und Fig. 45 eine schematische Darstellung der Erhöhung des Kühleffektes durch dieTemperature examples for the area of the German North Sea and Fig. 45 is a schematic representation of the increase of the cooling effect by the
Turmwandungen des Turms einer Wind-Energieanlage.Tower walls of the tower of a wind energy plant.
Bislang wird in Verbindung mit dem in Fig. 2 schematisch dargestellten konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 die aus der Umgebung einer Offshore Wind- Energieanlage 1 gemäß Fig. 1 angesaugte Außenluft AL grob entsalzt und entfeuchtet und strömt in unkontrollierter, trudelnder und freier Luftströmung als weiterhin feuchte und Salzaerosole enthaltende Zuluft ZL über die im Aggregatemodul 15 des Turmes 10 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 in den oberen Teil des Turmes 10 bis zur Gondel 1 1. Dort strömt die dem Turm 10 und der Gondel 11 zugeführte Zuluft ZL durch den vom Außenluftventilator 25 in dem Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 gemäß Fig. 2 erzeugten Überdruck als Fortluft FL ab. Der Rest-Salzgehalt der durch das Aggregatemodul 15 und den Turm sowie die Gondel durchströmenden Zuluft ZL liegt dabei um ein Hundertfaches über dem Sollwert, so dass die elektrischen und elektronischen Aggregate 16 und im Turm 10 bzw. der Gondel 11 angeordneten Geräte und Innenwandungen des Turmes 10 durch den Einfluss des Salzes und der Restfeuchte der Zuluft ZL starker Korrosion ausgesetzt sind.So far, in connection with the conventional air treatment or desalination apparatus 2 shown schematically in FIG. 2, the outside air AL sucked from the environment of an offshore wind energy installation 1 according to FIG. 1 is roughly desalinated and dehumidified and continues to flow in an uncontrolled, turbulent and free air flow moist and salzaerosols containing supply air ZL on the arranged in the aggregate module 15 of the tower 10 electrical and electronic units 16 in the upper part of the tower 10 to the nacelle 1 1. There flows the tower 10 and the nacelle 11 supplied supply air ZL by the outside air fan 25 in the air treatment or desalination unit 2 shown in FIG. 2 generated overpressure as exhaust air FL. The residual salt content of the Zuluft ZL flowing through the aggregate module 15 and the tower and the nacelle is thereby a hundred times greater than the desired value, so that the electrical and electronic units 16 and in the tower 10 and the nacelle 11 arranged devices and inner walls of the tower 10 are exposed to strong corrosion due to the influence of the salt and the residual moisture of the supply air ZL.
Zur deutlichen Reduzierung des Restsalzgehaltes wird entsprechend der schematischen Darstellung einer Offshore-Wind-Energieanlage 1 gemäß Fig. 3 die über die Lufteintrittsöffnung 14 aus der Umgebung des Turmes 10 angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft AL im Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 gemäß Fig. 2 grob entsalzt und entfeuchtet. Die grob entsalzte und entfeuchtete Außenluft AL wird an eine einfache Luft- behandlungseinrichtung 3 abgegeben, in der die Außenluft AL aufgeheizt wird und die dadurch zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in der Außenluft AL ausgefiltert werden. Die von der Luftbehandlungseinrichtung 3 abgegebene Zuluft ZL durchströmt das Aggregatemodul 15, in freier, ungeführter Strömung, nimmt die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 im Aggregatemodul 15 abgegebene Strahlungswärme auf und tritt aus dem Aggregatemodul 15 als erwärmte Zuluft ZL' in unkontrollierter, trudelnder Luftströmung in den oberen Teil des Turmes 10 und in die Gondel 11 ein. Dort strömt die Zuluft ZL' durch den vom Außenluftventilator 25 in dem Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 gemäß Fig. 2 erzeugten Überdruck als Fortluft FL in die Umgebung der Offshore-Wind-Energieanlage 1 ab. Fig. 4 zeigt in vergrößerter Detaildarstellung den Bereich des Aggregatemoduls 15 mit dem unterhalb des Aggregatemoduls 15 angeordneten konventionellen Luftaufbereitungsgerät 2 und der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3, die eine Heizeinrichtung bzw. einen Lufterhitzer 31 sowie ein Hochleistungsfilter 32 enthält und die vom Luftaufbe- reitungs- oder Entsalzungsgerät 2 aufbereitete Außenluft AL als Zuluft ZL an das Aggregatemodul 15 abgibt. In dem Aggregatemodul 15 strömt die Zuluft ZL an den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 vorbei, nimmt die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgestrahlte Wärmeenergie auf und tritt oberhalb des Aggregatemoduls 15 als erwärmte Zuluft ZL' in den oberen Teil des Turmes 10 ein, in dem die er- wärmte Zuluft ZL' als unkontrollierte, trudelnde Strömung bis zur Gondel 11 aufsteigt.In order to significantly reduce the residual salt content, according to the schematic illustration of an offshore wind energy installation 1 according to FIG. 3, the moist and saline outside air AL drawn in via the air inlet opening 14 from the environment of the tower 10 is roughly desalinated in the air treatment or desalination apparatus 2 according to FIG and dehumidifies. The roughly desalinated and dehumidified outside air AL is delivered to a simple air treatment device 3 in which the outside air AL is heated and the salt aerosols crystallized thereby into particles in the outside air AL are filtered out. The supply air ZL discharged by the air treatment device 3 flows through the aggregate module 15 in free, uncontrolled flow, absorbs the radiant heat emitted by the electrical and electronic units 16 in the aggregate module 15 and exits the aggregate module 15 as heated supply air ZL 'in an uncontrolled, spinning air flow in the upper part of the tower 10 and in the gondola 11 a. There, the supply air ZL 'flows through the overpressure generated by the outside air fan 25 in the air treatment or desalination unit 2 according to FIG. 2 as exhaust air FL into the environment of the offshore wind power plant 1. 4 shows, in an enlarged detail, the region of the aggregate module 15 with the conventional air treatment device 2 arranged below the aggregate module 15 and the simple air treatment device 3, which contains a heating device or an air heater 31 and a high-performance filter 32 and those of the air conditioning or desalination device 2 processed outside air AL as supply air ZL outputs to the unit module 15. In the aggregate module 15, the supply air ZL flows past the electrical and electronic units 16, absorbs the heat energy emitted by the electrical and electronic units 16 and enters the upper part of the tower 10 above the unit module 15 as heated supply air ZL ' whereupon the heated supply air ZL 'ascends as an uncontrolled, turbulent flow to the nacelle 11.
Der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Salzaerosole bei einer relativen Feuchte der Außenluft von weniger als 40 % zu Partikeln kristallisieren. Wird die Außenluft AL nun soweit aufgeheizt, dass die relative Feuchtekennlinie von 40 % im Mollier-h,x-Diagramm erreicht wird, so können die zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in das der Heizeinrichtung 31 nachgeordnete Hochleistungsfilter 32 als Salzpartikel abgeschieden werden.The simple air treatment device 3 is based on the finding that salt aerosols crystallize to particles at a relative humidity of the outside air of less than 40%. If the outside air AL is now heated to such an extent that the relative humidity characteristic of 40% in the Mollier-h, x-diagram is reached, then the salt aerosols crystallized into particles can be deposited as salt particles in the high-performance filter 32 arranged downstream of the heating device 31.
Vorzugsweise wird die Heizeinrichtung 31 mit Energie aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 gespeist, beispielsweise durch Flüssigkeitskühlung zumindest eines Teils der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 und Rückkühlung der in der Kühlflüssigkeit aufgenommenen Wärme in einer als Verdampfer ausgebildeten Heizeinrichtung 31.Preferably, the heating device 31 is supplied with energy from the waste heat of the electrical and electronic units 16 in the unit module 15, for example by liquid cooling of at least part of the electrical and electronic units 16 and re-cooling of the heat absorbed in the cooling liquid in a heater 31 designed as an evaporator.
Die vorstehend beschriebene einfache Luftbehandlungseinrichtung 3 gewährleistet zwar eine deutliche Reduzierung des Restsalzgehaltes und vermindert somit die Korrosionsgefahr im Aggregatemodul 15 sowie im Innern des Turmes 10 und in der Gondel 1 1 erheblich, kann jedoch nicht unter allen klimatischen Bedingungen und ganzjährig sicherstellen, dass die Luftströmung im Aggregatemodul 15 und im Innern des Turmes 10 sowie der Gondel 1 1 in der Weise aufrechterhalten wird, dass zum einen die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebene Wärme hinreichend sicher abgeführt wird und zum anderen die Korrosionsgefahr im Innern des Turmes 10 und der Gondel 1 1 ausgeschlossen werden kann.Although the above-described simple air treatment device 3 ensures a significant reduction of the residual salt content and thus significantly reduces the risk of corrosion in the unit module 15 and inside the tower 10 and in the nacelle 1 1, but can not ensure under all climatic conditions and year-round that the air flow in the Aggregate module 15 and inside the tower 10 and the nacelle 1 1 is maintained in such a way that on the one hand, the heat emitted by the electrical and electronic units 16 heat is dissipated sufficiently safe and on the other hand, the risk of corrosion inside the tower 10 and the nacelle. 1 1 can be excluded.
So wird in den Wintermonaten zwar die 40%-Feuchtelinie des Mollier-h,x-Diagramms schnell erreicht und es ist ein genügender Temperaturbereich vorhanden, der die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 des Aggregatemoduls 15 abgegebene Wärme aufnimmt, ohne dass die Gefahr einer Übererwärmung im Aggregatemodul 15 entsteht, die in den oberen Teil des Turmes 10 eintretende erwärmte Zuluft ZL' gerät jedoch aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeit im großen Turmquerschnitt ins Trudeln und führt dort unkontrollierte Strömungsbewegungen aus, die zu Sekundärströmen führen, die in bestimmten Bereichen an der Innenwand des Turmes 10 auf den Taupunkt abfallen und zum Kondensieren des Zuluftstromes ZL' führen.Thus, in the winter months, although the 40% -moisture of the Mollier-h, x-diagram is reached quickly and there is a sufficient temperature range, the of the heat dissipates the electric and electronic units 16 of the aggregate module 15 without the risk of overheating in the unit module 15, the heated supply air ZL 'entering the upper part of the tower 10, however, starts to spin due to the low flow velocity in the large tower cross section There uncontrolled flow movements, which lead to secondary currents that fall in certain areas on the inner wall of the tower 10 to the dew point and lead to condensation of Zuluftstromes ZL '.
Zudem kann trotz des Absenkens der relativen Feuchte der Zuluft ZL auf ca. 40% nicht ausgeschlossen werden, dass die Restfeuchte und der in Salzaerosolen gebundene Restsalzgehalt in der Zuluft ZL zu Korrosionen an den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 im Aggregatemodul 15 sowie der mit der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 zusätzlich erwärmten Zuluft ZL' an der Innenwand des Turmes 10 und der Gondel 1 1 führt.In addition, despite the lowering of the relative humidity of the supply air ZL to about 40%, it can not be ruled out that the residual moisture and the residual salt content bound in salt aerosols in the supply air ZL will lead to corrosion on the electrical and electronic units 16 in the aggregate module 15 and the waste heat the electrical and electronic units 16 additionally heated supply air ZL 'on the inner wall of the tower 10 and the nacelle 1 1 leads.
In den Sommermonaten muss der von der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 an das Aggregatemodul 15 abgegebene Zuluftstrom ZL auch die zusätzliche Energie aus der Abstrahlung der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 aufnehmen, was bei entsprechend hoher Temperatur der Außenluft AL und nach der zusätzlichen Erwärmung durch den Lufterhitzer 31 zum Kristallisieren der Salzaerosole und Abscheiden der so gebildeten Salzpartikel im Hochleistungsfilter 32 zu einer kritischen Temperaturerhöhung im Aggregatemodul 15 führen kann, wenn nicht eine hohe Grenzwerttemperatur im Aggregatemodul 15 zugelassen und/oder eine mögliche Übererwärmung im Aggregatemodul 15 in Kauf genommen wird.In the summer months emitted from the simple air treatment device 3 to the unit module 15 supply air flow ZL also absorb the additional energy from the radiation of the electrical and electronic units 16 in the unit module 15, which at a correspondingly high temperature of the outside air AL and after the additional heating by the Air heater 31 for crystallizing the salzaerosols and separating the salt particles thus formed in the high-performance filter 32 can lead to a critical increase in temperature in the aggregate module 15, if not allowed a high threshold temperature in the aggregate module 15 and / or a possible overheating in the aggregate module 15 is accepted.
Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass die Wind-Energieanlage während vieler Jahresstunden, beispielsweise bei Sturm, Schwachwind, Störfällen und zu Wartungszwecken, nicht in Betrieb ist. Um auch während dieser Jahresstunden eine größtmögliche Sicherheit bezüglich Überdruckhaltung, Salzfreiheit, Temperaturhaltung, Luftfeuchte und Vermeidung von Kondensation der an das Aggregatemodul 15 und in den Turm 10 sowie die Gondel 1 1 abgegebenen Zuluft ZL bzw. erwärmten ZL' zu gewährleisten, ist ein Notbetrieb erforderlich, der mit der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 nur unzureichend gewährleistet werden kann, indem beispielsweise der Lufterhitzer 31 der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 mit einer elektrischen Nachheizeinrichtung verbunden wird, die im Notbetrieb aus dem Versorgungsnetz gespeist wird, an das die Wind- Energieanlage im Normalbetrieb elektrische Energie abgibt. Weiterhin ist eine Temperatur- und Feuchtehaltung im Aggregatemodul 15 und im Innern des Turmes 10 und der Gondel 1 1 ohne thermodynamische Behandlung der Außenluft AL bzw. Zuluft ZL nicht möglich, zumal die zur Verfügung stehende Wärme aus der Wärmeabstrahlung der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 und der Energie aus der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 an eine Kühlflüssigkeit zur Wärmeabgabe und Speisung des Lufterhitzers 31 bzw. eines Verdampfers der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 zwischen Volllast und Teillast Schwankungen unterliegen und im Notbetrieb, d. h. bei Stillstand der Wind-Energieanlage, überhaupt nicht verfügbar sind.In addition, it should be noted that the wind power plant is not in operation for many hours of the year, for example during storms, light winds, accidents and maintenance. In order to ensure the greatest possible safety in terms of overpressure, salt-free, temperature maintenance, humidity and avoid condensation of the delivered to the unit module 15 and the tower 10 and the nacelle 1 1 supply air ZL or heated ZL 'during this year, an emergency operation is required that can be ensured only insufficiently with the simple air treatment device 3 by, for example, the air heater 31 of the simple air treatment device 3 is connected to an electric afterheating device, which is fed in emergency operation from the supply network to which the wind energy system emits electrical energy in normal operation. Furthermore, a temperature and humidity retention in the unit module 15 and inside the tower 10 and the nacelle 1 1 without thermodynamic treatment of the outside air AL or supply air ZL is not possible, especially since the available heat from the heat radiation of the electrical and electronic units 16 and the energy from the electric and electronic units 16 to a cooling liquid for heat dissipation and powering the air heater 31 and an evaporator of the simple air treatment device 3 between full load and partial load fluctuations and in emergency mode, ie at standstill of the wind energy plant, not available at all are.
In den Fig. 5 bis 6 ist eine verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 dargestellt, die nachstehend näher beschrieben und in ihrer Funktion erläutert wird.FIGS. 5 to 6 show an improved air treatment device 4, which is described in more detail below and explained in its function.
Die verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 enthält gemäß Fig. 6 einen Verdampfer 41 , dem die vom konventionellen Luftaufbereitungsgerät 2 abgegebene, entsalzte und entfeuchtete Außenluft AL zugeführt wird, die zuvor über die Lufteintrittsöffnung 14 aus der Umgebung des Turmes 10 als feuchte und salzhaltige Außenluft AL angesaugt und im Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 gemäß Fig. 2 teilweise entsalzt und ent- feuchtet wurde. Weiterhin enthält die verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 einen Kondensator oder ein Reheat-Coil 43 und einen Kompressor 42, die zusammen mit dem Verdampfer 41 eine Entfeuchtungswärmepumpe bilden, sowie ein Hochleistungsfilter 44 zur Salzabscheidung. Der vom konventionellen Aufbereitungsgerät 2 abgegebene, teilweise entsalzte und entfeuchtete Außenluftstrom AL wird von dem im Strömungsweg der Außenluft AL im Luftaufbereitungs- bzw. Entsalzungsgerät 2 gemäß Fig. 2 angeordneten Außenluftventilator 25 an die verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 abgegeben, in der die Außenluft AL mittels des Verdampfers 41 auf ein niedrigeres Niveau gekühlt wird, wobei die absolute Feuchte der Außenluft AL herabgesetzt wird.According to FIG. 6, the improved air treatment device 4 contains an evaporator 41, to which the desalinated and dehumidified outside air AL discharged from the conventional air treatment device 2 is sucked in via the air inlet opening 14 from the environment of the tower 10 as moist and saline outside air AL Air treatment or desalination unit 2 as shown in FIG. 2 was partially desalinated and dehumidified. Furthermore, the improved air treatment device 4 includes a condenser or reheat coil 43 and a compressor 42, which together with the evaporator 41 form a dehumidifying heat pump, and a high-efficiency filter 44 for salt separation. The partially desalinated and dehumidified outside airflow AL discharged from the conventional treatment apparatus 2 is discharged from the outside air fan 25 arranged in the flow path of the outside air AL in the air conditioning or desalination apparatus 2 shown in FIG. 2 to the improved air handling unit 4 in which the outside air AL is supplied by means of the evaporator 41 is cooled to a lower level, wherein the absolute humidity of the outside air AL is lowered.
Die Abkühlung der feuchten und salzhaltigen Außenluft AL bei gleichzeitiger Herabsetzung des absoluten Feuchtegehaltes der Außenluft AL, die durch die Anordnung eines Enteisungssystems im Verdampfer 41 auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt stattfindet, erfolgt in dem Maße, dass durch die anschließende Nachheizung durch den Kondensator bzw. das Reheat-Coil 43 ein Feuchtewert der behandelten Außenluft AL von kleiner oder gleich 40% relativer Luftfeuchte erreicht wird. Durch diesen Vorgang werden die noch in der Außenluft AL enthaltenen Salzaerosole kristallisiert und können durch das in Strömungsrichtung der Außenluft AL nachgeordnete Hochleistungsfilter 44 abgeschieden werden. Nach der Entfeuchtung und Entsalzung der Außenluft AL strömt Zuluft ZL vom Hochleistungsfilter 44 gemäß Fig. 5 frei und ohne besondere Luftführungssysteme in bzw. durch das Aggregatemodul 15 und durch den oberen Teil des Turmes 10 bis zur Gondel 1 1 und kann dort durch Undichtigkeiten aufgrund des mittels des Außenluftventilator 25 des Luftaufbereitungs- bzw. Entsalzungsgerätes 2 erzeugten Überdruckes als Fortluft FL entweichen.The cooling of the moist and saline outside air AL while reducing the absolute moisture content of the outside air AL, which takes place through the arrangement of a deicing system in the evaporator 41 even at temperatures below freezing, takes place to the extent that by the subsequent reheating by the condenser or the reheat coil 43 a humidity value of the treated outside air AL of less than or equal to 40% relative humidity is achieved. Through this process, the salt aerosols still contained in the outside air AL are crystallized and can be deposited by downstream in the flow direction of the outside air AL Hochleistungsfilter 44. After dehumidification and desalination of the outside air AL supply air ZL flows from the high-performance filter 44 of FIG. 5 freely and without special air flow systems in or through the unit module 15 and through the upper part of the tower 10 to the nacelle 1 1 and can there by leaks due to by means of the outside air fan 25 of the air treatment or desalination 2 generated excess pressure escape as exhaust air FL.
Durch diesen Vorgang wird auch erreicht, dass die entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL selbst bei totaler Wiederabkühlung auf den Temperaturwert der Außenluft AL infolge Abkühlung auf dem Weg vom Aggregatemodul 15 zur Gondel 11 durch die nicht isolierten Stahlwände des Turmes 10 an keiner Stelle im Innern des Turmes 10 das niedrige Niveau des Taupunktes, d. h. eine relativen Luftfeuchte von 100 %, erreichen kann. Beispielsweise liegt der Wert der relativen Feuchte im gesamten Innenraum des Turmes 10 bei ca. 70 % relativer Feuchte, so dass die Gefahr einer Kondensation in der gesamten Wind-Energieanlage und damit die Gefahr der Korrosion durch Reduzierung der Feuchte erheblich vermindert ist.This process also ensures that the dehumidified and desalinated supply air ZL even at total recooling to the temperature value of the outside air AL due to cooling on the way from the unit module 15 to the nacelle 11 through the non-insulated steel walls of the tower 10 at any point in the interior of the tower 10 the low level of the dew point, d. H. a relative humidity of 100%, can reach. For example, the value of the relative humidity in the entire interior of the tower 10 is about 70% relative humidity, so that the risk of condensation in the entire wind energy plant and thus the risk of corrosion by reducing the moisture is significantly reduced.
Anhand des in Fig. 7 dargestellten Mollier-h,x-Diagramms soll die Wirkungsweise der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 gemäß den Fig. 5 und 6 mit vier Temperaturbeispielen erläutert werden, in denen von einer relativen Feuchte der Außenluft AL von 100 % ausgegangen wird.The operation of the improved air treatment device 4 according to FIGS. 5 and 6 with four temperature examples, in which a relative humidity of the outside air AL of 100% is assumed, will be explained with reference to the Mollier-h, x diagram shown in FIG.
Beim ersten Beispiel beträgt die Temperatur T11 der Außenluft AL=20 0C und wird im Verdampfer 41 auf eine Temperatur T12=14 0C abgekühlt. Dabei wird die absolute Feuchte der Außenluft AL auf etwa 10 g/kg herabgesetzt. Durch anschließendes Erwärmen der abgekühlten und entfeuchteten Außenluft AL im Kondensator oder Reheat-Coil 43 auf eine Temperatur T13 von ca. 32 0C wird die relative Feuchte der Außenluft auf ca. 35 % herabgesetzt, so dass die in der Außenluft AL enthaltenen Salzaerosole im We- sentlichen kristallisiert sind und die kristallisierten Salzaerosole und die in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden werden können.In the first example, the temperature T11 of the outside air AL = 20 0 C and is cooled in the evaporator 41 to a temperature T12 = 14 0 C. The absolute humidity of the outside air AL is reduced to about 10 g / kg. By subsequent heating of the cooled and dehumidified outside air AL in the condenser or reheat coil 43 to a temperature T13 of about 32 0 C, the relative humidity of the outside air is reduced to about 35%, so that the Salzaerosole contained in the outside air AL in We - Essentially crystallized and the crystallized salt aerosols and contained in the outside air AL salt particles in the high-performance filter 44 can be deposited.
Die in der Luftbehandlungseinrichtung 4 entfeuchtete und entsalzte Außenluft AL wird als Zuluft ZL an das Aggregatemodul 15 und nach dem Durchströmen des Aggregatemoduls 15 und Aufnahme der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgestrahlten Wärmeenergie als erwärmte Zuluft ZL' in den Innenraum des Turmes 10 abge- geben, wobei durch die Aufnahme zusätzlicher Wärmeenergie ein weiterer Temperaturanstieg gegenüber der Temperatur T13 erfolgt, die mit einer weiteren Abnahme der relativen Luftfeuchte verbunden ist. Eine Wiederabkühlung der erwärmten Zuluft ZL' auf dem Weg durch den Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 bis zur Luftaustrittsöffnung 13, wo die erwärmte Zuluft ZL' als Fortluft FL an die Umgebung abgegeben wird, kann aber lediglich bis zum Wert der Außentemperatur T1 1 von 200C, das heißt bis zum Punkt T14 erfolgen, so dass die Luft im Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 nicht wieder auf die Taupunktlinie, das heißt auf die Linie 100% relativer Luftfeuchte, zurückfallen kann, sondern entsprechend dem Mollier-h,x-Diagramm gemäß Fig. 7 bei einem Wert der relativen Feuchte von nur ca. 70% verharrt. Dabei bleibt noch unberücksichtigt, dass durch die Aufnahme von Wärmeenergie im Aggregatemodul 15 eine Anhebung der Temperatur T13 erfolgt, so dass die relative Luftfeuchte noch oberhalb dieses Wertes von 70% liegt.The outside air AL dehumidified and desalinated in the air treatment device 4 is discharged into the interior of the tower 10 as supply air ZL to the unit module 15 and after passing through the unit module 15 and receiving the thermal energy emitted by the electric and electronic units 16 as heated supply air ZL '. give, by the inclusion of additional heat energy, a further increase in temperature compared to the temperature T13, which is associated with a further decrease in the relative humidity. A re-cooling of the heated supply air ZL 'on the way through the interior of the tower 10 and the nacelle 11 to the air outlet opening 13, where the heated supply air ZL' is discharged as exhaust air FL to the environment, but can only up to the value of the outside temperature T1 1st from 20 ° C., that is to say to point T14, so that the air in the interior of the tower 10 and the nacelle 11 can not fall back to the dew point line, ie to the line of 100% relative humidity, but according to the Mollier h, x-diagram of FIG. 7 at a value of relative humidity of only about 70% remains. It still remains unconsidered that the absorption of heat energy in the aggregate module 15 causes an increase in the temperature T13, so that the relative air humidity is still above this value of 70%.
Beim zweiten Beispiel wird von einer Temperatur T21 der Außenluft AL von 14 0C ausgegangen. Die feuchte und salzhaltige Außenluft AL wird entlang der Taupunktlinie im Verdampfer 41 auf eine Temperatur T22 von ca. 9 0C abgekühlt und dabei auf eine absolute Feuchte von ca. 7 g/kg abgesenkt. Durch anschließendes Erwärmen im Kondensator oder Reheat-Coil 43 der Entfeuchtungswärmepumpe auf eine Temperatur T23 von ca. 25 0C wird die relative Feuchte der Außenluft auf ca. 38 % herabgesetzt und die so kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel werden im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden.In the second example, a temperature T21 of the outside air AL of 14 0 C is assumed. The moist and saline outside air AL is cooled along the dew point line in the evaporator 41 to a temperature T22 of about 9 0 C and thereby lowered to an absolute humidity of about 7 g / kg. By subsequent heating in the condenser or reheat coil 43 of the dehumidification heat pump to a temperature T23 of about 25 0 C, the relative humidity of the outside air is reduced to about 38% and the salt salts thus crystallized and contained in the outside air AL salt particles are in the high-performance filter 44th deposited.
Im dritten Beispiel wird von einer Temperatur T31 der Außenluft AL von 7 0C ausgegan- gen. Die feuchte und salzhaltige Außenluft AL wird entlang der Taupunktlinie im Verdampfer 41 auf eine Temperatur T32 von ca. 2 0C abgekühlt und dabei auf eine absolute Feuchte von ca. 4 g/kg abgesenkt. Durch anschließendes Erwärmen im Kondensator oder Reheat-Coil 43 der Entfeuchtungswärmepumpe auf eine Temperatur T33 von ca. 14 0C wird die relative Feuchte der Außenluft auf ca. 40 % herabgesetzt und die so kris- tallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel werden im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden.In the third example, a temperature T31 of the outside air AL of 7 ° C. is assumed. The moist and salty outside air AL is cooled down along the dew point line in the evaporator 41 to a temperature T32 of approximately 2 ° C. and thereby to an absolute humidity of lowered about 4 g / kg. By subsequent heating in the condenser or reheat coil 43 of the dehumidification heat pump to a temperature T33 of about 14 0 C, the relative humidity of the outside air is reduced to about 40% and the salt crystals so salted and salt particles contained in the outside air AL are in High-efficiency filter 44 deposited.
Im vierten Beispiel wird von einer Temperatur T41 der Außenluft AL von -5 0C ausgegangen. Die feuchte und salzhaltige Außenluft AL wird entlang der Taupunktlinie im Ver- dampfer 41 auf eine Temperatur T42 von ca. -12,5 0C abgekühlt und dabei auf eine absolute Feuchte von ca. 1 g/kg abgesenkt. Durch anschließendes Erwärmen im Konden- sator oder Reheat-Coil 43 der Entfeuchtungswärmepumpe auf eine Temperatur T43 von ca. 1 0C wird die relative Feuchte der Außenluft auf ca. 25 % herabgesetzt und die so kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel können im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden werden.In the fourth example, it is assumed that a temperature T41 of the outside air AL of -5 0 C. The moist and salty outside air AL is steam cooled along the dew point line 41 in comparison to a temperature T42 of about -12.5 0 C and thereby lowered to an absolute moisture content of about 1 g / kg. By subsequent heating in the condenser sator or reheat coil 43 of the dehumidification heat pump to a temperature T43 of about 1 0 C, the relative humidity of the outside air is reduced to about 25% and the thus crystallized salt aerosols and salt particles contained in the outside air AL can be deposited in the high-performance filter 44.
Auch beim zweiten bis vierten Beispiel wird die in der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 entfeuchtete und entsalzte Außenluft AL als Zuluft ZL an das Aggregatemodul 15 und nach dem Durchströmen des Aggregatemoduls 15 und Aufnahme der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgestrahlten Wärmeenergie als erwärm- te Zuluft ZL' in den Innenraum des Turmes 10 abgegeben. Dabei wird die in der Luftbehandlungseinrichtung 4 entfeuchtete und entsalzte Außenluft AL als Zuluft ZL an das Aggregatemodul 15 und nach dem Durchströmen des Aggregatemoduls 15 und Aufnahme der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgestrahlten Wärmeenergie als erwärmte Zuluft ZL' in den Innenraum des Turmes 10 abgegeben, wobei durch die Aufnahme zusätzlicher Wärmeenergie ein weiterer Temperaturanstieg gegenüber den Temperaturen T23, T33 und T43 erfolgt, die mit einer weiteren Abnahme der relativen Luftfeuchte verbunden ist.In the second to fourth example, the fresh air AL dehumidified and desalinated in the improved air treatment device 4 is also supplied as supply air ZL to the unit module 15 and after passing through the unit module 15 and receiving the heat energy radiated by the electric and electronic units 16 as the heated supply air ZL 'discharged into the interior of the tower 10. Here, the dehumidified and desalinated in the air treatment device 4 outside air AL as supply air ZL to the unit module 15 and after flowing through the unit module 15 and receiving the radiated from the electrical and electronic units 16 thermal energy as heated supply air ZL 'in the interior of the tower 10 is delivered , wherein the absorption of additional heat energy, a further temperature increase compared to the temperatures T23, T33 and T43 takes place, which is associated with a further decrease in the relative humidity.
Eine Wiederabkühlung der erwärmten Zuluft ZL' auf dem Weg durch den Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 bis zur Luftaustrittsöffnung 13, wo die erwärmte Zuluft ZL' als Fortluft FL an die Umgebung abgegeben wird, kann aber lediglich bis zum Wert der Außentemperatur T21 von 14°C, T31 von 7°C und T41 von -5°C, das heißt bis zu den Punkten T24, T34 und T44 erfolgen, so dass die Zuluft ZL' im Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 nicht wieder auf die Taupunktlinie oder 100% relative Luftfeuchte zu- rückfallen kann, sondern entsprechend dem Mollier-h,x-Diagramm gemäß Fig. 7 nur auf einen Wert der relativen Feuchte von ca. 60% bis 70% zurückfällt. Dabei bleibt noch unberücksichtigt, dass durch die Aufnahme von Wärmeenergie im Aggregatemodul 15 eine Anhebung der Temperaturen T23, T33 und T43erfolgt, so dass die relative Luftfeuchte noch oberhalb von 60% bis 70% liegen wird.A re-cooling of the heated supply air ZL 'on the way through the interior of the tower 10 and the nacelle 11 to the air outlet opening 13, where the heated supply air ZL' is discharged as exhaust air FL to the environment, but can only up to the value of the outside temperature T21 of 14 ° C, T31 of 7 ° C and T41 of -5 ° C, that is done to the points T24, T34 and T44, so that the supply air ZL 'in the interior of the tower 10 and the nacelle 11 is not back to the dew point line or 100% relative humidity can fall back, but according to the Mollier-h, x-diagram of FIG. 7 only falls back to a value of the relative humidity of about 60% to 70%. It still remains unconsidered that an increase in the temperatures T23, T33 and T43 occurs due to the absorption of heat energy in the unit module 15, so that the relative air humidity will still be above 60% to 70%.
Die vier in Fig. 7 anhand eines Mollier-h,x-Diagramms dargestellten Beispiele machen deutlich, dass der Entfeuchtungsprozess allein durch die aus dem Verdampfer 41 , dem Kondensator oder Reheat-Coil 43 und dem Kompressor 42 gebildete Entfeuchtungswärmepumpe vollständig erreicht wird. Die Wärmeabstrahlung der im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 und/oder eine eventuelle Nachheizung aus der Abwärme dieser Aggregate ist ein zusätzlicher Positiveffekt, der jedoch bei Stillstand der Wind-Energieanlage bei Schwach- oder Starkwind, im Falle einer Störung oder einer Abschaltung zu Wartungszwecken nicht verfügbar ist. In diesem Fall kann allein die Entfeuchtungswärmepumpe die Sicherheit der Salzfreiheit und Kondensationsfreiheit liefern und leisten, wobei das Gesamtsystem unabhängig von einer externen Wärmeabgabe oder Heizung ist. Dies ist insofern von Bedeutung, als die Stillstandszeiten sich auf mehr als 2000 Stunden pro Jahr belaufen.The four examples illustrated in FIG. 7 on the basis of a Mollier h, x diagram make it clear that the dehumidifying process is completely achieved solely by the dehumidification heat pump formed by the evaporator 41, the condenser or reheat coil 43 and the compressor 42. The heat radiation of the unit module 15 arranged in the electrical and electronic units 16 and / or a possible reheating of the waste heat of these units is an additional positive effect, the However, in standstill of the wind power plant in weak or strong winds, in case of failure or shutdown for maintenance purposes is not available. In this case, only the dehumidification heat pump can provide and provide the safety of salt-free and condensation-free, the entire system is independent of external heat or heating. This is significant in that downtime is more than 2000 hours per year.
In den Fig. 8 und 9 sind zwei Varianten einer Kombination einer verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 mit einem konventionellen Luftaufbereitungsgerät 2 dargestellt und werden nachstehend näher erläutert.FIGS. 8 and 9 show two variants of a combination of an improved air treatment device 4 with a conventional air treatment device 2 and will be explained in more detail below.
Bei der ersten Variante gemäß Fig. 8 wird die über die Lufteintrittsöffnung 14 aus der Umgebung des Turmes 10 mittels des Außenluftventilators 25 angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft AL nicht über das konventionelle Luftaufbereitungsgerät 2 gemäß Fig. 2 geleitet, sondern lediglich über einen ersten Tropfenabscheider 21 eines ersten vereinfachten Luftaufbereitungsgeräts 2' und anschließend als entfeuchtete Außenluft AL dem Verdampfer 41 zum Abkühlen und Entfeuchten zugeführt. Nach der Erwärmung im Kondensator bzw. Reheat-Coil 43 werden die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden, wobei die Luftströmung durch den in dieser Ausführungsform vorzugsweise auf der Saugseite des auf den Tropfenabscheider 21 reduzierten vereinfachten Luftaufbereitungsgerätes 2' und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 angeordnet ist und die entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL und im Hochleistungsfilter 44 entsalzte Außenluft AL als Zuluft ZL in freier Luftströmung an das Aggregatemodul 15 und als erwärmte Zuluft ZL' in das Innere des Turmes 10 und der Gondel 11 abgegeben wird.In the first variant according to FIG. 8, the moist and saline outside air AL sucked in via the air inlet opening 14 from the environment of the tower 10 by means of the outside air fan 25 is not conducted via the conventional air treatment device 2 according to FIG. 2, but only via a first droplet separator 21 first simplified air treatment device 2 'and then supplied as dehumidified outside air AL to the evaporator 41 for cooling and dehumidifying. After heating in the condenser or reheat coil 43, the crystallized salt aerosols and salt particles contained in the outside air AL are deposited in the high-performance filter 44, wherein the air flow through the in this embodiment, preferably on the suction side of the reduced air treatment device 2 'and reduced to the mist eliminator 21 the improved air treatment device 4 is arranged and the dehumidified and desalinated supply air ZL and desalted in the high-performance filter 44 outside air AL as supply air ZL in free air flow to the unit module 15 and as heated supply air ZL 'in the interior of the tower 10 and the nacelle 11 is discharged.
In der Anordnung gemäß Fig. 8 entfallen somit die Koaleszenzabscheider 22 bzw. 23 gemäß Fig. 2, weil durch die aus dem Verdampfer bzw. Kühler 41 , Kondensator bzw. Reheat-Register 43 und Kompressor 42 gebildete Entfeuchtungswärmepumpe eine Ent- feuchtung und Aufheizung der Außenluft AL in der Weise erfolgt, dass zunächst Wasser und damit auch Salzerosole abgeschieden werden und die restlichen Salzanteile nach der Aufheizung mittels der Entfeuchtungswärmepumpe kristallisieren, wenn ein Wert der relativen Feuchte von kleiner oder gleich ca. 40% erreicht ist. Anschließend sorgt das Hochleistungsfilter 44 für die Abscheidung des kristallisierten Salzes. Als alternative Lösung zeigt Fig. 9 die Anordnung sowohl der beiden Tropfenabscheider 21 , 24 als auch eines Koaleszensabscheiders 22 in einem Luftaufbereitungsgerät 2". Bei dieser Ausführungsform wird die aus der Umgebung mittels des Außenluftventilators 25 angesaugte Außenluft AL über einen ersten Tropfenabscheider 21 , einen Koaleszenzab- scheider 22 und einen zweiten Tropfenabscheider 24 des Luftaufbereitungsgerätes 2" geleitet, dort teilweise entfeuchtet und entsalzt und anschließend als teilweise entfeuchtete und entsalzte Außenluft AL der in Fig. 8 dargestellten Entfeuchtungswärmepumpe zugeführt, wo die Außenluft AL im Verdampfer 41 abgekühlt und entfeuchtet, im Kondensator oder Reheat-Coil 43 erwärmt und die so kristallisierten Salzaerosole und in der Au- ßenluft AL enthaltenen Salzpartikel im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden werden, bevor die entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL in freier Luftströmung an das Aggregatemodul 15 und als erwärmte Zuluft ZL' in das Innere des Turmes 10 und der Gondel 11 abgegeben wird.In the arrangement according to FIG. 8, therefore, the coalescence separators 22 and 23 according to FIG. 2 are omitted because the dehumidification heat pump formed by the evaporator or condenser 41, condenser or reheat register 43 and compressor 42 results in dehumidification and heating of the dehumidifying heat pump Outside air AL is carried out in such a way that first water and thus also salt sols are deposited and crystallize the remaining salt components after heating by means of the dehumidification heat pump, when a value of relative humidity of less than or equal to about 40% is reached. Subsequently, the high-performance filter 44 ensures the deposition of the crystallized salt. 9 shows the arrangement of both the two mist eliminators 21, 24 and a coalescence separator 22 in an air treatment unit 2. In this embodiment, the outside air AL sucked from the environment by means of the outside air fan 25 is discharged via a first droplet separator 21, a coalescence - Separator 22 and a second droplet 24 of the air treatment unit 2 "passed there partially dehumidified and desalted and then supplied as partially dehumidified and desalinated outside air AL shown in Fig. 8 dehumidification heat pump, where the outside air AL is cooled and dehumidified in the evaporator 41, in the condenser or reheat coil 43 is heated and the salt salts thus crystallized and salt particles contained in the outside air AL are deposited in the high-performance filter 44, before the dehumidified and desalinated supply air ZL in free air flow to the unit module 15 and as heated supply air ZL 'in the interior of the tower 10 and the nacelle 11 is discharged.
Der in den Fig. 8 und 9 auf der Saugseite des Luftaufbereitungsgerätes 2' bzw. 2" und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 angeordnete Außenluftventilator 25 kann alternativ auch auf der Druckseite, d. h. vor dem ersten Tropfenabscheider 21 des Luftaufbereitungsgerätes 2' bzw. vor dem ersten Tropfenabscheider 21 des verbesserten Luftaufbereitungsgerätes 2" oder zwischen dem Luftaufbereitungsgerät 2' bzw. 2" und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 angeordnet werden. Die Anordnung des Außenluftventilators 25 auf der Saugseite des Luftaufbereitungsgerätes 2' bzw. 2" und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 weist jedoch den wesentlichen Vorteil auf, dass der Außenluftventilator 25 nicht in feuchter Luft, sondern in relativ trockener Luft angeordnet ist, die zudem von Salz befreit ist, was Vorteile bezüglich des Korrosionsver- haltens des Außenluftventilator 25 aufweist.The outside air fan 25 arranged in FIGS. 8 and 9 on the suction side of the air treatment device 2 'or 2 "and the improved air treatment device 4 can alternatively also be on the pressure side, ie before the first droplet separator 21 of the air treatment device 2' or before the first droplet separator 21 of the improved air treatment apparatus 2 "or between the air treatment apparatus 2 'and 2" and the improved air treatment apparatus 4. However, the arrangement of the outside air fan 25 on the suction side of the air treatment apparatus 2' and 2 "and the improved air treatment apparatus 4 has the substantial advantage that the outside air fan 25 is arranged not in humid air, but in relatively dry air, which is also free of salt, which has advantages with respect to the corrosion behavior of the outside air fan 25.
In Fig. 10 ist eine optimiertes Luftbehandlungssystem 6 mit einer optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 und Luftführungskanälen 75, 76 im Aggregatemodul 15 dargestellt, mit dem unter allen klimatischen Bedingungen, im Ganzjahresbetrieb und im Notbetrieb bei still stehender Wind-Energieanlage die gegebenenfalls über das Luftaufbereitungsgerät 2 angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft AL entfeuchtet, gefiltert und entsalzen wird, eine Entwärmung der im Aggregatemodul 15 angeordneten Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 durchgeführt wird, eine Überdruckhaltung in der gesamten Wind-Energieanlage gewährleistet und eine Korrosionsgefahr im We- sentlichen ausgeschlossen wird. Entsprechend der schematischen Darstellung gemäß Fig. 10 wird die angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft AL im Luftaufbereitungsgerät 2 nur teilweise beziehungsweise grob entsalzen und teilweise entfeuchtet, die noch immer feuchte und salzhaltige Außenluft AL' einer optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 zugeführt und von dieser als entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL über einen Zuluftkanal 74 durch das Aggregatemodul 15 hindurch geführt, ohne in Kontakt mit der Luft im Aggregatemodul 15 zu gelangen, und oberhalb des Aggregatemoduls 15 an den darüber befindlichen freien Innenraum 100 des oberen Teils des Turmes 10 abgegeben.In Fig. 10, an optimized air treatment system 6 with an optimal air treatment device 5 and air ducts 75, 76 shown in the unit module 15, with which under any climatic conditions, in the year-round operation and in emergency mode with stationary wind energy system optionally sucked on the air treatment unit 2 humid and salty outdoor air AL is dehumidified, filtered and desalted, a cooling of arranged in the unit module 15 heat-dissipating electrical and electronic units 16 is performed, a positive pressure in the entire wind energy system ensures and a risk of corrosion is essentially excluded. According to the schematic representation according to FIG. 10, the sucked in moist and saline outside air AL in the air treatment unit 2 is only partly or coarsely desalted and partially dehumidified, the still moist and salty outside air AL 'an optimal air treatment device 5 and supplied from this as dehumidified and desalinated supply air ZL guided through an inlet air duct 74 through the unit module 15, without coming into contact with the air in the unit module 15, and discharged above the unit module 15 to the overlying free space 100 of the upper part of the tower 10.
Am Ende des Zuluftkanals 74 kann optional ein Nachheizregister oder Wärmetauscher 8 mit Regelventil angeordnet werden, mit dem die Temperatur im oberen Bereich des Turmes 10 und in der Gondel 1 1 geregelt wird. Gespeist wird der Wärmetauscher 8 aus der Abwärme der Wärme erzeugenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15. Der Wärmetauscher 8 kann alternativ bzw. optional auch direkt in oder an der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5 oder auch an jeder anderen Stelle im Zuluftkanal 74 angeordnet werden. Darüber hinaus ist es möglich, das Nachheizregister bzw. den Wärmetauscher 8 als statisch wirkendes Element frei im Turm 10 aufzustellen, wenn man auf die Einflussnahme bezüglich des Strömungsverhaltens verzichten kann.At the end of the supply air duct 74 optionally a Nachheizregister or heat exchanger 8 can be arranged with control valve, with which the temperature in the upper region of the tower 10 and in the nacelle 1 1 is controlled. The heat exchanger 8 is fed from the waste heat of the heat generating electrical and electronic units 16 in the unit module 15. The heat exchanger 8 can alternatively or optionally also be arranged directly in or on the optimized air treatment device 5 or at any other point in the supply air channel 74. In addition, it is possible to set up the postheater or the heat exchanger 8 as a statically acting element freely in the tower 10, if you can do without the influence on the flow behavior.
Die Wirkung und positiven Folgen des Wärmetauschers 8 bestehen darin, dass zur Vermeidung von Kondensation innerhalb des Turmes 10 und der Gondel 1 1 die Luft über den Wärmetauscher 8 so weit erwärmt wird, d.h. eine Temperaturerhöhung bewirkt wird, dass selbst durch den Kühleffekt der Turmwandungen und ein Wiederabsinken der Temperatur im Turm 10 und der Gondel 1 1 der Taupunkt nicht erreicht wird. Vorzugsweise wird ein Sensor für die Temperaturmessung und Regelung in der Gondel 1 1 vor dem Luftaustritt infolge des erzeugten Überdrucks angeordnet.The effect and positive consequences of the heat exchanger 8 are that in order to avoid condensation within the tower 10 and the nacelle 1 1, the air is heated so far through the heat exchanger 8, i. a temperature increase is effected, that even by the cooling effect of the tower walls and a drop in temperature in the tower 10 and the nacelle 1 1, the dew point is not reached. Preferably, a sensor for the temperature measurement and control in the nacelle 1 1 is arranged in front of the air outlet due to the generated overpressure.
Diese Wirkung wird aber nur in Verbindung mit einem im Außenluftstrom AL angeordneten Verdampfer einer Entfeuchtungswärmepumpe erzielt, der zunächst bei einer nur ge- ringen Abkühlung eine deutliche Entfeuchtung (Ausscheidung durch Kondensation) bewirkt, so dass die Luft, die bei vollständiger Wiederabkühlung beim Durchströmen des Turmes 10 durch die Abkühlung der Turmwandungen auf den Temperaturwert der Außenluft nicht auf die Feuchtekennlinie 100% zurückfällt, sondern bei gleich niedriger Temperatur lediglich auf 80 % relativer Feuchte abfallen kann. Infolge der hermetisch getrennten Führung zweier Luftströme in der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5, von denen der erste Strömungsweg gemäß Fig. 11 von der Lufteintrittsöffnung 14 über ein Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem 51 , vorzugsweise einen Plattenwärmetauscher, alternativ aber auch ein Wärmerohr oder eine Entfeuchtungswärmepumpe, geführt wird, während der in Wärme tauschender Verbindung mit dem ersten Strömungsweg stehende zweite Strömungsweg in einem geschlossenen Kreislauf durch das Aggregatemodul 15 führt und die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 aufgenommene Wärmeenergie über das Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssys- tem 51 an den ersten Strömungsweg abgibt, von dem unter Ausschluss des Aggregatemoduls 15 erwärmte, entfeuchtete und entsalzte Luft mit Überdruck an den Innenraum 100 des Turmes 10 und der Gondel 1 1 abgegeben wird. Dadurch wird erreicht, dass die immer noch mit Salz kontaminierte Außenluft AL' nicht mehr frei durch das Aggregatemodul 15 strömt und damit die elektrischen und elektronischen Aggregate 16 nicht mehr kontaminieren kann.However, this effect is only achieved in conjunction with an evaporator of a dehumidification heat pump arranged in the outside air flow AL, which initially causes marked dehumidification (precipitation by condensation) with only slight cooling, so that the air, which completely recirculates when flowing through the tower 10 by the cooling of the tower walls to the temperature value of the outside air does not fall back to the humidity characteristic 100%, but can fall at the same low temperature only to 80% relative humidity. As a result of the hermetically separated guidance of two air streams in the optimized air treatment device 5, of which the first flow path according to FIG. 11 is guided from the air inlet opening 14 via an air treatment device with recuperative heat recovery system 51, preferably a plate heat exchanger, alternatively also a heat pipe or a dehumidification heat pump. during the heat exchanging connection with the first flow path, the second flow path leads in a closed circuit through the aggregate module 15 and delivers the heat energy absorbed by the heat emission of the electric and electronic units 16 via the air treatment device with recuperative heat recovery system 51 to the first flow path, from which, excluding the aggregate module 15 heated, dehumidified and desalted air with pressure to the interior 100 of the tower 10 and the nacelle 1 1 is discharged. This ensures that the still contaminated with salt outside air AL 'no longer flows freely through the unit module 15 and thus the electrical and electronic units 16 can no longer contaminate.
Die Luftbehandlungseinrichtung 5 bewirkt nicht nur eine Entfeuchtung und Entsalzung der vom Luftaufbereitungsgerät 2 abgegebenen Außenluft AL', sondern übernimmt auch die Entwärmung des Aggregatemoduls 15 durch eine gezielte Luftabsaugung aus den einzelnen Etagen beziehungsweise Plattformen des Aggregatemoduls 15 über Umluft- Abluftkanäle 76 sowie eine gezielte Luftzufuhr über Umluft-Zuluftkanäle 75 in die einzelnen Etagen oder Plattformen des Aggregatemoduls 15. Wird die Zuluft ZL(UL) der Umluft UL nicht den einzelnen Etagen des Aggregatemoduls 15 zugeführt, sondern beispielsweise in die untere Etage eingeblasen und in der oberen Etage abgezogen, so ist eine entsprechende Luftführung zwischen den Etagen des Aggregatemoduls 15 vorgesehen.The air treatment device 5 not only causes dehumidification and desalination of the discharged from the air treatment unit 2 outside air AL ', but also takes over the cooling of the unit module 15 by a targeted air extraction from the individual floors or platforms of the unit module 15 via recirculation air ducts 76 and a targeted air supply via Recirculation air supply ducts 75 in the individual floors or platforms of the unit module 15. If the supply air ZL (UL) the circulating air UL is not supplied to the individual floors of the unit module 15, but injected, for example, in the lower floor and deducted in the upper floor, so is a appropriate air duct between the floors of the unit module 15 is provided.
Bei diesem Umluftprozess wird die Energie über den in der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnetem Plattenwärmetauscher 51 zwischen dem Außenluftstrom 1 und dem in den Luftführungskanälen 75, 76 geführten Umluftstrom UL ausgetauscht. Der Außenluftstrom AL' bzw. Zuluftstrom ZL kühlt somit auf indirektem Wege den Umluftstrom UL. Dabei gibt der Umluftstrom UL die Wärme, die aus der Oberflächen-Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 entsteht, an den Zuluftstrom ZL ab, so dass der erwärmte Zuluftstrom ZL" gemäß Fig. 10 vorgeheizt in den oberen Turm 10 und damit in die Gondel 1 1 gelangt. Bei extrem niedrigen Temperaturen kann eine weitere Nachheizung durch den optional angeordneten Wärmetauscher 8 erfolgen. Aber auch ohne die Anordnung von Luftführungskanälen 75, 76 zur gezielten Führung und Abgabe des Umluftstromes UL an die in den in einzelnen Ebenen oder Etagen des Aggregatemoduls 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 ergibt sich eine wesentliche Verbesserung, weil der Umluftstrom UL, der durch den Platten- Wärmetauscher 51 hermetisch von dem im Zuluftkanal 74 geführten Zuluftstrom ZL getrennt wird, keine Salzpartikel oder Aerosole enthält, zudem gekühlt wird und die Oberflächenwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 abführt. Die Luftführungskanäle 75, 76 für den Umluftstrom UL sind daher nicht zwingend anzuordnen, jedoch liegt es auf der Hand, dass eine gezielte Zu- und Abluftführung des Umluftstromes UL die ef- fektivere Lösung darstelltIn this recirculation process, the energy is exchanged via the arranged in the optimized air treatment device 5 plate heat exchanger 51 between the outside air flow 1 and the guided in the air ducts 75, 76 circulating air flow UL. The outside air flow AL 'or supply air flow ZL thus indirectly cools the recirculating air flow UL. In this case, the circulating air flow UL, the heat, which results from the surface heat output of the electrical and electronic units 16, to the supply air flow ZL, so that the heated supply air flow ZL "shown in FIG. 10 preheated in the upper tower 10 and thus in the nacelle 1 1. At extremely low temperatures, additional reheating can take place through the optionally arranged heat exchanger 8. But even without the arrangement of air ducts 75, 76 for targeted guidance and delivery of the circulating air flow UL to the arranged in individual levels or floors of the unit module 15 electrical and electronic units 16 results in a significant improvement, because the circulating air flow UL, by the Plate heat exchanger 51 is hermetically separated from the guided in the supply air duct 74 supply air flow ZL, contains no salt particles or aerosols, is also cooled and dissipates the surface heat of the electrical and electronic units 16. The air ducts 75, 76 for the circulating air flow UL are therefore not mandatory to arrange, but it is obvious that a targeted supply and exhaust air of the circulating air flow UL is the ef- fektivere solution
Der Plattenwärmetauscher 51 in der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5 trennt den Außenluftstrom AL' bzw. Zuluftstrom ZL hermetisch vom Umluftstrom UL und stellt damit sicher, dass eine freie Durchströmung durch das Aggregatemodul 15 und damit eine Kontamination durch salzhaltige, feuchte Außenluft AL' nicht stattfinden kann. Das Aggregatemodul 15 befindet sich dadurch sozusagen in einer salzfreien Zone des Turmkörpers.The plate heat exchanger 51 in the optimized air treatment device 5 hermetically separates the outside air flow AL 'and inlet air flow ZL from the recirculating air flow UL and thus ensures that a free flow through the aggregate module 15 and thus contamination by salt-containing, moist outside air AL' can not take place. As a result, the aggregate module 15 is located in a salt-free zone of the tower body.
Alternativ kann das Aggregatemodul 15 auch unterhalb der Lufteintrittsöffnung 14 für die Außenluft AL angeordnet werden, so dass die optimierte Luftbehandlungseinrichtung 5 die erwärmte und entsalzte Luft unmittelbar an den oberen, freien Teil des Turmes 10 abgibt, während der Umluftstrom UL in das unterhalb der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordneten Aggregatemodul 15 abgegeben wird, wo der Umluftstrom UL die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebene Wärme auf- nimmt und diese über den Plattenwärmetauscher 51 in den hermetisch abgetrennten Zuluftstrom ZL und damit in den gegebenenfalls über das Nachheizregister oder den Wärmetauscher 8 erwärmten Zuluftstrom ZL" in das Innere des Turmes 10 einspeist.Alternatively, the unit module 15 can also be arranged below the air inlet opening 14 for the outside air AL, so that the optimized air treatment device 5 delivers the heated and desalinated air directly to the upper, free part of the tower 10, while the circulating air flow UL into the below the optimized air treatment device 5 arranged unit module 15 is discharged, where the circulating air flow UL receives the output from the electrical and electronic units 16 heat and this via the plate heat exchanger 51 in the hermetically separated supply air flow ZL and thus in the optionally heated by the Nachheizregister or the heat exchanger 8 supply air ZL "fed into the interior of the tower 10.
Die optimierte Luftbehandlungseinrichtung 5 muss nicht notwendigerweise im Bereich des Aggregatemoduls 15 angeordnet werden, sondern kann an jedem anderen Platz angeordnet werden, insbesondere, weil durch Luftführungskanäle eine gezielte Lufteinbringung in das Aggregatemodul 15 und Luftabsaugung aus dem Aggregatemodul 15 erzeugt werden kann. Auch muss der in Fig. 10 eingetragene Zuluftkanal 74 nicht notwendigerweise am oberen Deck des Aggregatemoduls 15 enden, sondern kann auch darüber hinaus in das Innere des Turmes 10 verlängert werden.The optimized air treatment device 5 does not necessarily have to be arranged in the region of the aggregate module 15, but can be arranged at any other location, in particular because a targeted introduction of air into the unit module 15 and air extraction from the unit module 15 can be generated by air ducts. Also, the supply air duct 74 entered in FIG. 10 does not necessarily end at the upper deck of the unit module 15, but can also be extended beyond that into the interior of the tower 10.
Die in Fig. 11 als Luftführungs- und Anlagenschema und in Fig. 12 in einem Längsschnitt durch ein entsprechendes Klimagerät dargestellte Luftbehandlungseinrichtung 5 zeigt ein Gehäuse 50 mit einer Außenluftöffnung für angesaugte Außenluft AL, eine Zuluft/Überdrucköffnung zur Abgabe des erwärmten Zuluftstromes ZL an den Teil des Turmes 10, der oberhalb bzw. außerhalb des Aggregatemoduls 15 liegt, sowie einen Ab- luft/Rückluftkanal bzw. -kanäle 76 und einen Umluft/Zuluftkanal bzw. -kanäle 75, über die die Umluft in und aus dem Aggregatemodul 15 geführt wird. In dem Gehäuse 50 der Luftbehandlungseinrichtung 5 ist ein Plattenwärmetauscher 51 mit hermetisch getrennten, in Wärme tauschender Verbindung stehenden Strömungswegen angeordnet, von denen der erste Strömungsweg die aus der Umgebung des Turmes 10 über die Luftein- trittsöffnung 14 angesaugte Außenluft AL über einen Verdampfer bzw. Kühler 53, den Plattenwärmetauscher 51 , einen Kondensator bzw. ein Reheat-Register 55 und die Zuluft/Überdrucköffnung und den Zuluftkanal 74 zum oberen Teil des Turmes 10 führt, während der in Wärme tauschender Verbindung mit dem ersten Strömungsweg stehende zweite Strömungsweg, der durch einen Umluftventilator 56 erzeugt wird, in einem ge- schlossenen Kreislauf vom Aggregatemodul 15 über den Abluft/Rückluftkanal 76, den Plattenwärmetauscher 51 und den Umluft/Zuluftkanal 75 ins Aggregatemodul 15 geführt wird und die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 aufgenommene Wärmeenergie über den Plattenwärmetauscher 51 an den ersten Strömungsweg abgibt. Der erste Strömungsweg führt über den Zuluftkanal 74 unter Aus- Schluss des Aggregatemoduls 15 die erwärmte Zuluft ZL mit Überdruck an den Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 1 1 ab.The air treatment device 5 shown in Fig. 11 as an air flow and system schematic and in Fig. 12 in a longitudinal section through a corresponding air conditioner shows a housing 50 with an outside air opening for intake outside air AL, a supply air / pressure opening for delivering the heated supply air flow ZL to the part of the tower 10, which lies above or outside the aggregate module 15, and an exhaust / return air duct or channels 76 and a circulating air / supply air duct or channels 75, via which the circulated air is led into and out of the unit module 15. In the housing 50 of the air treatment device 5, a plate heat exchanger 51 is arranged with hermetically separated, in heat exchanging connection flow paths, of which the first flow path from the vicinity of the tower 10 via the air inlet opening 14 sucked outside air AL via an evaporator or cooler 53, the plate heat exchanger 51, a condenser or a reheat register 55 and the supply air / overpressure opening and the supply air duct 74 to the upper part of the tower 10, during the heat-exchanging connection with the first flow path stationary second flow path through a circulating air fan 56, is conducted in a closed circuit from the unit module 15 via the exhaust air / return air duct 76, the plate heat exchanger 51 and the circulating air / supply air duct 75 into the unit module 15 and the heat energy absorbed by the heat output of the electrical and electronic units 16 over the plate heat exchanger 51 outputs to the first flow path. The first flow path leads via the supply air duct 74, excluding the unit module 15, the heated supply air ZL with overpressure to the interior of the tower 10 and the nacelle 11.
Um die Anzahl der Platten des Plattenwärmetauschers 51 einzustellen, die im Außenluft- Zuluftstrom zum Energieaustausch genutzt oder am Energieaustausch vorbeigeführt werden sollen, weist der Plattenwärmetauscher 51 am Eintritt der heruntergekühlten Außenluft AL' Bypassklappen 52 auf, über deren Verstellung somit Einfluss auf den Energieaustausch und damit auf das Temperatur- und/oder Feuchteverhalten der Luftbehandlungseinrichtung 5 genommen werden kann. Damit können die Bypassklappen 52 des Plattenwärmetauschers 51 in eine Temperatur- und Feuchteregelung des optimierten Luftbehandlungssystems 6 einbezogen werden. In den Fig. 11 und 12 nicht dargestellt ist der Außenluftventilator 25 entsprechend den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Dieser kann auf der Druckseite des optimierten Luftbehandlungssystems 6 angeordnet werden, wenn er beispielsweise Teil des Luftbehandlungsgeräts 2 bzw. 2' oder 2" ist und die optimale Luftbehandlungsein- richtung 5 nachgerüstet wird. Vorteile bietet jedoch die Anordnung des Außenluftventila- tors 25 auf der Saugseite, d. h. in Strömungsrichtung der Außenluft AL zur Zuluft ZL hinter der Luftbehandlungseinrichtung 5, da er sich hier in trockener, salzfreier Luft befindet, wodurch die Gefahr einer Korrosion erheblich reduziert wird und nur geringe Ansprüche an die Materialgüte des Außenluftventilators 25 zu stellen sind. Darüber hinaus ermög- licht die Anordnung des Außenluftventilators 25 auf der Saugseite Platzierungen des Außenluftventilators 25, die vom Aggregatemodul 15 über sämtliche Zwischendecks des Turmes 10 bis hin zur Gondel 1 1 als Aufstellungsort möglich und geeignet sind.In order to set the number of plates of the plate heat exchanger 51, which are used in the fresh air supply air flow for energy exchange or to be passed on the energy exchange, the plate heat exchanger 51 at the entrance of the cooled outside air AL 'bypass flaps 52 on the adjustment thus influence the energy exchange and thus on the temperature and / or humidity behavior of the air treatment device 5 can be taken. Thus, the bypass flaps 52 of the plate heat exchanger 51 can be included in a temperature and humidity control of the optimized air treatment system 6. Not shown in FIGS. 11 and 12 is the outside air fan 25 according to the embodiments described above. This can be arranged on the pressure side of the optimized air treatment system 6 if, for example, it is part of the air treatment device 2 or 2 'or 2 "and the optimum air treatment device 5 is retrofitted, however, the arrangement of the outside air ventilator 25 on the suction side offers advantages , ie in the flow direction of the outside air AL to the supply air ZL behind the air treatment device 5, since it is here in dry, salt-free air, whereby the risk of corrosion is significantly reduced and only small demands on the material quality of the outside air fan 25 are to make allows the arrangement of the outside air fan 25 on the suction side placements of the outside air fan 25, which are possible and suitable from the unit module 15 over all intermediate decks of the tower 10 to the nacelle 1 1 as a site.
Da die Offshore Wind-Energieanlage extremen Witterungseinflüssen mit allen Tempera- tureinflüssen und Windbewegungen permanent ausgesetzt ist, kann es auf der Innenseite der Turmwandungen zu Kondensationserscheinungen kommen, insbesondere dann, wenn die Temperatur und Feuchteverhältnisse der Zuluft ZL in der Nähe des sogenannten Taupunktes liegen. Solche Verhältnisse treten beispielsweise dann auf, wenn auf der Nordseite ein eisiger Wind den Turm 10 anströmt und der Turm 10 auf der Südseite durch Sonnenstrahlung erwärmt wird. Um die Kondensationsgefahr innerhalb des gesamten Turmes 10 auszuschließen oder zumindest zu reduzieren, weist die Luftbehandlungseinrichtung 5 die aus dem Verdampfer bzw. Kühler 53 und dem Kondensator bzw. Reheat-Register 55 und einem Kompressor 54 gebildete Entfeuchtungswärmepumpe auf, die so ausgelegt ist, dass eine Entfeuchtung um 1 g/kg Luft oder mehr erreicht wird. Anschließend erhöht sich die Temperatur der Außenluft AL' nach dem Durchtreten des Plattenwärmetauschers 51 auf eine entsprechend höhere Temperatur die in einem günstigen Bereich relativer Luftfeuchte, d.h. möglichst weit entfernt vom Taupunkt liegt.Since the offshore wind energy system is permanently exposed to extreme weather influences with all temperature influences and wind movements, condensation phenomena can occur on the inside of the tower walls, in particular if the temperature and humidity conditions of the supply air ZL are in the vicinity of the so-called dew point. Such conditions occur, for example, when on the north side an icy wind flows against the tower 10 and the tower 10 is heated on the south side by solar radiation. In order to eliminate or at least reduce the risk of condensation within the entire tower 10, the air treatment device 5 comprises the dehumidifying heat pump formed by the evaporator or cooler 53 and the condenser or reheat register 55 and a compressor 54, which is designed such that a Dehumidification by 1 g / kg air or more is achieved. Subsequently, the temperature of the outside air AL 'increases after passing through the plate heat exchanger 51 to a correspondingly higher temperature in a favorable range of relative humidity, i. as far away from the dew point as possible.
Eine Entfeuchtung von 1g/kg bewirkt bereits, dass bei Wiederabkühlung der in den In- nenraum des Turmes 10 geblasenen Zuluft ZL auf dem Weg bis zur Austrittsöffnung 13 in der Gondel 1 1 auf den Wert der Außenlufttemperatur die Taupunktlinie, d. h. die Linie 100% Luftfeuchtigkeit im Mollier-h,x-Diagramm, nicht erreicht wird, so dass keine Kondensationsgefahr im Innern des Turmes 10 und der Gondel 1 1 besteht. Eine höhere Entfeuchtung als 1 g/kg, beispielsweise durch Anordnung einer zusätzlichen elektrischen Heizeinrichtung, bewirkt, dass der Abstand von der Taupunktlinie im Mollier-h,x- Diagramm weiter erhöht wird, dafür aber zusätzliche Energiekosten verursacht. Gemäß Fig. 11 wird daher die Außenluft unmittelbar nach dem Austritt aus dem Plattenwärmetauscher 51 mit der Energie aus dem Entfeuchtungsprozess über den Kondensator bzw. das Reheat-Register 55 zusätzlich erwärmt, was wiederum einen noch günsti- geren, nämlich einen niedrigeren Wert in der relativen Feuchte bewirkt. Dem in Fig. 19 dargestellten Mollier-h,x-Diagramm ist zu entnehmen, dass die Luft, die den Turm 10 und die Gondel 1 1 durchströmt und über die Turmwandungen wieder abgekühlt wird, selbst bei einem einhundertprozentigen Kühleffekt den durch diesen Prozess erreichten niedrigen Taupunkt nicht unterschreiten kann. Allenfalls kann der sich abkühlende Luftstrom aufeine relative Feuchte von maximal 80% ansteigen.A dehumidification of 1 g / kg already causes, when cooling down the supply air ZL blown into the interior of the tower 10 on the way to the outlet opening 13 in the nacelle 1 1 on the value of the outside air temperature, the dew point line, ie the line 100% humidity in Mollier-h, x-diagram, is not reached, so that there is no risk of condensation inside the tower 10 and the nacelle 1 1. Higher dehumidification than 1 g / kg, for example by arranging an additional electric heater, causes the distance from the dew point line in the Mollier-h, x diagram is further increased, but causes additional energy costs. According to FIG. 11, therefore, the outside air is additionally heated immediately after exiting from the plate heat exchanger 51 with the energy from the dehumidification process via the condenser or the reheat register 55, which in turn has an even more favorable, namely a lower value in the relative Moisture causes. The Mollier-h, x-diagram shown in FIG. 19 shows that the air flowing through the tower 10 and the nacelle 11 and cooled again via the tower walls, even with a one hundred percent cooling effect, reaches the low level achieved by this process Dew point can not fall below. At best, the cooling air flow can rise to a relative humidity of 80% at most.
Da Witterungseinflüsse die Eingangspunkte in der Weise herstellen können, dass der Umluftstrom UL innerhalb des Plattenwärmetauschers 51 den Taupunkt erreicht und Kondensat abscheidet, tritt ein positiver Nebeneffekt auf. Immer dann, wenn der Umluft- ström UL den Taupunkt nicht erreicht und der Außenluftstrom AL' eine geringere absolute Feuchte gegenüber dem Umluftstrom UL aufweist, bewirkt der Partialdruck eine Reduzierung des Feuchtegehaltes im Umluftstrom UL und damit eine Trocknung im Aggregatemodul 15 des Turmes 10. Das bedeutet, dass der Partialdruck eine günstige Strömung immer zum Bereich des niedrigeren Druckes, also vom Aggregatemodul 15 zum Turm 10 bewirkt.Since weathering effects can produce the entry points in such a way that the recirculating air flow UL within the plate heat exchanger 51 reaches the dew point and precipitates condensate, a positive side effect occurs. Whenever the circulating air flow UL does not reach the dew point and the outside air flow AL 'has a lower absolute humidity than the circulating air flow UL, the partial pressure causes a reduction of the moisture content in the circulating air flow UL and thus a drying in the aggregate module 15 of the tower 10 means that the partial pressure always causes a favorable flow to the area of lower pressure, that is, from the unit module 15 to the tower 10.
Die Anordnung des Verdampfers 53 und Kondensators 55 ist nicht zwingend am Lufteintritt oder Luftaustritt des Plattenwärmetauschers 51 erforderlich, sondern kann auch irgendwo innerhalb des Kanalsystems des in den Turm 10 eingeblasenen Zuluftstromes ZL, d. h., innerhalb des Zuluftkanals 74 vorgesehen werden.The arrangement of the evaporator 53 and condenser 55 is not necessarily required at the air inlet or outlet of the plate heat exchanger 51, but may also be located somewhere within the duct system of the injected into the tower 10 Zuluftstromes ZL, d. h., Are provided within the supply air duct 74.
Wird der Kondensator 55 nicht in Strömungsrichtung nach dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet, sondern beispielsweise unmittelbar nach dem Verdampfer 53, so ergibt sich der Entfeuchtungszweck, d. h., die Feuchtereduzierung in gleicher weise. Jedoch würde die sofortige Nachheizung (Reheat) den Abkühleffekt des Umluftstromes UL reduzieren, was technisch nachteilig wäre, die Funktionsfähigkeit der Entfeuchtungswärmepumpe aber nicht beeinträchtigen würde.If the condenser 55 is not arranged in the flow direction after the plate heat exchanger 51, but, for example, immediately after the evaporator 53, then the dehumidification purpose, d. h., the moisture reduction in the same way. However, the immediate reheating (Reheat) would reduce the cooling effect of the circulating air flow UL, which would be technically disadvantageous, but would not affect the functioning of the dehumidification heat pump.
Die zuvor anhand der Fig. 5 bis 9 beschriebene verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 stellt bezüglich der Funktionen Entfeuchten, Nachheizen, Entsalzen, Vermeidung derThe described above with reference to FIGS. 5 to 9 described improved air treatment device 4 provides with respect to the functions dehumidifying, reheating, desalting, avoidance of
Kondensation in der gesamten Wind- Energieanlage, Reduzierung der Korrosion und Notbeheizung bei Anlagenstillstand durch das Entfeuchtungswärmepumpensystem bereits eine wesentliche Verbesserung der konventionellen Entfeuchtung und Entsalzung mittels des Luftaufbereitungsgerätes oder Luftentsalzungsgerätes 2 dar, ohne dass für die verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 hohe Investitionskosten zu Buche schla- gen. Insbesondere wurde bei der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 gegenüber dem vorstehend anhand der Fig. 10 und 11 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel sowie der nachfolgend anhand der Fig. 12 bis 29 beschriebenen weiteren Ausführungsbeispiele eines optimalen Luftbehandlungssystemen 6 mit optimaler Luftbehandlungseinrichtung 5 auf Luftführungskanäle 75, 76 im Aggregatemodul 15 sowie auf ein Luftbe- handlungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem (Plattenwärmetauscher) 51 verzichtet, so dass bei dem verbesserten Luftbehandlungssystem 4 keine gezielte Luftführung über Luftführungskanäle 75, 76 im Aggregatemodul 15 und damit keine gezielte Entwärmung sowie in Verbindung mit dem Fortfall des Luftbehandlungsgerätes mit Wärmerückgewinnungssystem 51 keine hermetische Trennung zwischen dem Umluftstrom im Aggregate- modul 15 und dem Außenluft- Zuluftstrom gegeben ist. Beim verbesserten Luftbehandlungssystem 4 bilden das Aggregatemodul 15 und der Innenraum des Turmes 10 sowie der Gondel 11 eine Einheit bezüglich des Luftraumes.Condensation throughout the wind energy plant, reducing corrosion and Emergency heating in the case of plant standstill by the dehumidification heat pump system already represents a significant improvement of the conventional dehumidification and desalination by means of the air treatment unit or desalination unit 2, without high investment costs for the improved air treatment unit 4. In particular, in the case of the improved air treatment unit 4, in comparison to the above 10 and 11 described above with reference to FIGS. 12 to 29 described further embodiments of an optimal air treatment systems 6 with optimal air treatment device 5 on air ducts 75, 76 in the unit module 15 and an air treatment device with heat recovery system (plate heat exchanger) 51 omitted , so that in the improved air treatment system 4 no targeted air flow through air ducts 75, 76 in the unit module 15 and thus no ielte cooling and in connection with the elimination of the air treatment unit with heat recovery system 51 no hermetic separation between the circulating air flow in the unit module 15 and the outside air supply air is given. In the improved air treatment system 4, the unit module 15 and the interior of the tower 10 and the nacelle 11 form a unit with respect to the air space.
Gleichwohl können die in den Fig. 10 bis 29 beschriebenen optimalen Luftbehandlungs- Systemen 6 angeordneten Elemente und Komponenten zur Luftführung und Dynamik im Turm 10 wie die Anordnung von Düsen, Heizeinrichtungen, weiteren Ventilatoren zur erneuten Erzeugung eines Treibstrahls und dergleichen auch in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 eingesetzt werden.However, the optimum air handling systems 6 shown in FIGS. 10 to 29 may include air handling and dynamics elements and components in the tower 10, such as the arrangement of nozzles, heaters, other re-generation fans, and the like, also in conjunction with the above described improved air treatment device 4 are used.
Auch findet eine Entwärmung der Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 bei freier Durchströmung der Zuluft ZL auch ohne Luftführungskanäle statt. Sie erfolgt unter Verzicht auf Luftführungskanäle nur mit geringerer Effizient als eine gezielte Entwärmung unter Einsatz von Luftführungskanälen.There is also a cooling of the heat-emitting electrical and electronic units 16 in the unit module 15 with free flow of the supply air ZL without air ducts instead. It is done waiving air ducts only with lower efficiency than a targeted cooling using air ducts.
Durch die Anordnung des Plattenwärmetauschers 51 in der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 wird eine hermetische Trennung des Außenluft-Zuluftstromes, der von der Lufteintrittsöffnung 14 durch den Zuluftkanal 74 vom Aggregatemodul 15 abgeschottet durch den Innenraum 100 des Turmes 10 und der Gondel 11 zur Luftaustrittsöffnung 13 geführt wird, vom Umluftstrom gewährleistet, der gezielt über die Luftführungskanäle 75, 76 in die einzelnen Etagen des Aggregatemoduls 15 geführt wird und die von den Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebene Wärme ab- transportiert. Dadurch kann keine Restfeuchte und kein Restsalzgehalt in das Aggregatemodul 15 eindringen.By arranging the plate heat exchanger 51 in the optimum air treatment device 5, a hermetic separation of the outside air supply air flow, which is separated from the air inlet opening 14 through the supply air duct 74 from the unit module 15 through the interior 100 of the tower 10 and the nacelle 11 to the air outlet opening 13, guaranteed by the circulating air flow, which is guided via the air ducts 75, 76 in the individual floors of the unit module 15 and the output from the heat-emitting electrical and electronic units 16 heat dissipated transported. As a result, no residual moisture and no residual salt content can penetrate the aggregate module 15.
Die Luftführungskanäle 75, 76 bewirken zudem eine gezielte Luftführung und gezielte Entwärmung, so dass die Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 unabhängig von ihrem Standort wirksam gekühlt werden. Die am Plattenwärmetauscher 51 vorgesehene Bypassklappe 52 ermöglicht es zudem, den Energieaustausch zur Temperatur- und/oder Feuchteregelung variabel zu steuern. Während der Außen- Zuluftstrom über den Außenluftventilator 25 gefördert wird, erzeugt der unabhängige Um- luftventilator 56 den Umluftstrom, wobei der drehzahlregelbare Umluftventilator 56 variable Volumenströme des Umluftstroms erzeugt, damit auch über diesen Weg der Wärmeübergang im Plattenwärmetauscher 51 und damit die Temperatur und/oder Feuchte gesteuert beziehungsweise geregelt werden kann.The air ducts 75, 76 also cause a targeted air flow and targeted cooling, so that the heat-emitting electrical and electronic units 16 are effectively cooled regardless of their location. The bypass flap 52 provided on the plate heat exchanger 51 also makes it possible to variably control the energy exchange for temperature and / or humidity control. While the outside supply air flow is conveyed via the outside air fan 25, the independent recirculation fan 56 generates the circulating air flow, wherein the variable speed circulating air fan 56 generates variable volume flows of the circulating air flow, thus also the heat transfer in the plate heat exchanger 51 and thus the temperature and / or Humidity can be controlled or regulated.
Fig. 13 zeigt eine Variante der Ausgestaltung der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 mit einem in der Abluft/Rückluftleitung 76 der Umluft UL angeordneten Reheat-Register 62 in Form eines Kondensators, auf den bei Heizbedarf im Aggregatemodul 15, beispielsweise in den Wintermonaten bei niedrigen beziehungsweise zu geringen Temperaturen und/oder Notbetrieb bei Stillstand der Offshore Wind-Energieanlage, vom Konden- sator 55 umgeschaltet wird, so dass die aus dem Verdampfer bzw. Kühler 53, Kondensator bzw. Reheat-Register 55 und Kompressor 54 gebildete Entfeuchtungswärmepumpe im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL die an das Aggregatemodul 15 abgegebene Zuluft ZL(UL) der Umluft UL des zweiten Strömungsweges erwärmt. Die Energie für diesen Heizbetrieb wird dabei von anderen der im Verbund betriebenen Offshore Wind- Energieanlagen geliefert.13 shows a variant of the configuration of the optimal air treatment device 5 with a reheat register 62 arranged in the exhaust air / return air line 76 of the circulating air UL in the form of a condenser, in the case of heating demand in the aggregate module 15, for example in the winter months at low or too low Temperatures and / or emergency operation at standstill of the offshore wind power plant, is switched by the capacitor 55, so that the dehumidification heat pump formed by the evaporator or condenser 53, condenser or reheat register 55 and compressor 54 in outside air supply air flow AL / ZL heats the supply air ZL (UL) of the circulating air UL of the second flow path, which is delivered to the unit module 15. The energy for this heating operation is supplied by other offshore wind power plants operated in the network.
Bekanntlich befindet sich Salz bei Luftfeuchtigkeiten > 70 % im flüssigen Aggregatzustand. Bei Feuchtegraden von 40 bis 70 % ergibt sich eine Mischform. Bei relativen Feuchten kleiner als 40 % ist Salz in gebundenen Partikeln (sozusagen als Staub) vorzu- finden. In den kalten Wintermonaten können Witterungszustände auftreten, die aufgrund niedriger Temperaturen, insbesondere (aber auch durch die Aufheizung der Luft) Feuchtewerte erreichen, die unter 40 % liegen. Um zu verhindern, dass in Folge von Undichtigkeiten oder anderen Umständen ungereinigte Luft beziehungsweise Luft mit einem unzulässig hohen Salzgehalt in das Aggregatemodul 15 eindringt, kann eine Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 14 eingesetzt werden, in der neben dem Plattenwärmetauscher 51 , der aus dem Verdampfer/Kühler 53, Kompressor 54 und Kon- densator/Reheat-Register 55 zusammengesetzten Entfeuchtungswärmepumpe, dem Hochleistungsfilter 57 und dem Umluftventilator 56 eine weiterer Hochleistungsfilter 61 im Umluftstrom UL eingesetzt wird, mit dem Salzpartikel, die in der ersten Behandlungsstufe nicht restlos beseitigt werden konnten, zusätzlich abgeschieden werden.As is known, salt is in humidities> 70% in the liquid state. At moisture levels of 40 to 70% results in a mixed form. At relative humidities less than 40%, salt is present in bound particles (as dust, so to speak). In the cold winter months weather conditions can occur, which reach due to low temperatures, in particular (but also by the heating of the air) humidity values, which are below 40%. In order to prevent uncleaned air or air having an inadmissibly high salt content from entering into the unit module 15 as a result of leaks or other circumstances, an embodiment of the air treatment device according to FIG. 14 can be used, in which, in addition to the plate heat exchanger 51, the evaporator / Cooler 53, compressor 54 and con- densator / reheat register 55 composite dehumidification heat pump, the high-performance filter 57 and the recirculation fan 56 another high-performance filter 61 is used in the circulating air flow UL, with the salt particles, which could not be completely eliminated in the first treatment stage, additionally deposited.
Fig. 15 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das Gehäuse 50 der in Fig. 14 als Luftführungs- und Anlagenschema dargestellten Luftbehandlungseinrichtung 5.FIG. 15 shows a schematic longitudinal section through the housing 50 of the air treatment device 5 illustrated in FIG. 14 as an air-guiding and system diagram.
Um den Luftwiderstand, der durch die Anordnung des Hochleistungsfilters 61 im Umluft- ström UL bedingt ist, in der Luftbehandlungseinrichtung 6 und damit den Energieverbrauch der Luftbehandlungseinrichtung 5 abzusenken, wird das Hochleistungfilter 61 in der Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 16 in einem Bypass 60 zur wahlweisen Zu- oder Abschaltung beispielsweise in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit angeordnet. Der Bypass 60 weist zwei Jalousieklappen 602, 603 auf, die in Abhängigkeit von einer Feuchtemessung den Anteil des Umluftstromes UL festlegen, der über den Bypasskanal 601 und damit durch das Hochleistungsfilter 61 geleitet wird.In order to lower the air resistance, which is caused by the arrangement of the high-performance filter 61 in the circulating air flow UL in the air treatment device 6 and thus the energy consumption of the air treatment device 5, the high-performance filter 61 in the embodiment of the air treatment device of FIG. 16 in a bypass 60 to optional switching on or off, for example, depending on the humidity arranged. The bypass 60 has two shutter flaps 602, 603 which, depending on a moisture measurement, determine the proportion of the circulating air flow UL, which is conducted via the bypass channel 601 and thus through the high-efficiency filter 61.
Ein gleichartiger Bypass kann auch im Strömungsweg des Außenluft-Zuluftstromes in Strömungsrichtung hinter den Plattenwärmetauscher 51 in Verbindung mit dem Hochleis- tungsfilter 57 vorgesehen werden.A similar bypass can also be provided in the flow path of the outside air supply air flow in the flow direction behind the plate heat exchanger 51 in conjunction with the high-performance filter 57.
Die in Fig. 17 in einem Luftführungs- und Anlagenschema dargestellte Ausführungsform einer optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich von der Luftbehandlungseinrichtung 5 gemäß Fig. 14 dahingehend, dass die Entfeuchtungswärmepumpe zwei Kondensatoren beziehungsweise Reheat-Register 55 und 59 aufweist, von denen ein erster Kondensator 55 in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes vor dem Plattenwärmetauscher 51 und der zweite Kondensator 59 in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes nach dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet ist. Durch Um- schaltung vom ersten Kondensator 55 auf den zweiten Kondensator 59 oder durch stu- fenweise Zuschaltung des zweiten Kondensators 59 zum ersten Kondensator 55 kann der Zuluftstrom ZL nach dem Plattenwärmetauscher 51 weiter aufgeheizt werden.The embodiment of an optimum air treatment device 5 shown in FIG. 17 differs from the air treatment device 5 according to FIG. 14 in that the dehumidification heat pump has two capacitors or reheat registers 55 and 59, of which a first capacitor 55 in FIG Flow direction of the outside air supply air flow in front of the plate heat exchanger 51 and the second capacitor 59 is arranged in the flow direction of the outside air supply air flow to the plate heat exchanger 51. By switching from the first capacitor 55 to the second capacitor 59 or by gradual connection of the second capacitor 59 to the first capacitor 55, the supply air flow ZL can be further heated after the plate heat exchanger 51.
Diese wechselseitige Schaltung der Kondensatoren 55, 59 hat den Vorteil, dass den unterschiedlichen Anforderungen zwischen Sommer- und Winterbetrieb besser entsprochen werden kann. Da der Wirkungsgrad des Plattenwärmetauschers 51 beziehungsweise dessen Wärmeübertragung von der Temperaturdifferenz bestimmt wird, wird der erste Kondensator 55 vorzugsweise im Winter genutzt, während der zweite Kondensator 63 vorzugsweise im Sommer genutzt wird. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen können auch beide Kondensatoren 55, 59 im Teillastbetrieb gefahren werden, wobei beide Kondensatoren 55 und 59 im wechselseitigen Betrieb oder mit variablen Teillasten automatisch geregelt werden.This mutual circuit of the capacitors 55, 59 has the advantage that the different requirements between summer and winter operation can be better met. Since the efficiency of the plate heat exchanger 51 and its heat transfer is determined by the temperature difference, the first Capacitor 55 is preferably used in winter, while second capacitor 63 is preferably used in summer. Depending on the respective requirements, both capacitors 55, 59 can be operated in partial load operation, wherein both capacitors 55 and 59 are automatically controlled in mutual operation or with variable partial loads.
Eine weitere Möglichkeit zur Temperatursteuerung besteht darin, den Umluftventilator 56 mit einem geregelten Antrieb zu versehen, so dass dieser stufenlos variable Luftmengen fördern kann. Eine Reduzierung der Luftmenge des Umluftstromes UL hat beispielsweise zur Folge, dass weniger Energie durch den Plattenwärmetauscher 51 auf den Außenluft- Zuluftstrom übertragen wird. Damit weist die Luftbehandlungseinrichtung 5 neben den Bypassklappen 52 am Plattenwärmetauscher 51 und den wechselseitig regelbaren Kondensatoren 55, 59 eine weitere Einflussgröße zur Temperatur- und Feuchteregelung auf.Another possibility for temperature control is to provide the recirculation fan 56 with a regulated drive, so that it can promote infinitely variable air volumes. A reduction of the air volume of the circulating air flow UL has the consequence, for example, that less energy is transferred through the plate heat exchanger 51 to the outside air supply air flow. Thus, the air treatment device 5, in addition to the bypass flaps 52 on the plate heat exchanger 51 and the mutually controllable capacitors 55, 59, a further influencing variable for temperature and humidity control.
Die Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 18 weist sowohl im Außenluft-Zuluftstrom ein Entfeuchtungswärmepumpensystem aus einem Verdampfer bzw. Kühler 53, Kondensator bzw. Reheat-Register 55 und Kompressor 54 als auch im Umluftstrom ein Entfeuchtungswärmepumpensystem aus einem Verdampfer bzw. Kühler 62, Kondensator bzw. Reheat-Register 64 und Kompressor 63 auf, das im Abluftkanal 76 der Umluft UL in Strömungsrichtung vor dem Hochleistungsfilter 61 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, im Umluftstrom UL befindliche Salzpartikel und Aerosole zu eliminieren, die gegebenenfalls durch Undichtigkeiten, während Montagen oder dergleichen in das Aggregatemodul 15 gelangen.The air treatment device according to FIG. 18 has a dehumidification heat pump system from an evaporator or cooler 53, condenser or reheat register 55 and compressor 54 as well as a dehumidification heat pump system from an evaporator or cooler 62, condenser or reheat in the circulating air flow Register 64 and compressor 63, which is arranged in the exhaust air duct 76 of the circulating air UL in the flow direction in front of the high-performance filter 61. This results in the possibility of eliminating salt particles and aerosols present in the circulating air flow UL, which may possibly enter the aggregate module 15 as a result of leaks during assembly or the like.
Anhand des in Fig. 19 dargestellten Mollier-h,x-Diagramm soll die Wirkungsweise der Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 18 im Sommer- und Winterbetrieb erläutert werden. Mit der Ziffer 1 sind die Feuchtigkeits- und Temperaturzustände der Außenluft im Sommer, mit der Ziffer 2 der Rückluft beziehungsweise Umluft im Sommer, mit der Ziffer 3 der Außenluft im Winter und mit der Ziffer 4 der Rückluft/Umluft im Winter bezeichnet.The mode of operation of the air treatment device according to FIG. 18 during summer and winter operation will be explained with reference to the Mollier-h, x diagram shown in FIG. 19. The numeral 1 indicates the humidity and temperature conditions of the outside air in summer, the numeral 2 of the return air or circulating air in summer, the numeral 3 of the outside air in winter and the numeral 4 of the return air / circulating air in winter.
Im ersten Schritt erfolgt sowohl für die Außenluft AL als auch für die Umluft UL eine Abkühlung bei gleichzeitiger Entfeuchtung. Im zweiten Schritt erfolgt sowohl für die Außenluft AL als auch für die Umluft UL eine Aufheizung (Reheat) durch den Kondensator 55 beziehungsweise 59 nach dem Entfeuchtungswärmepumpenprinzip. Im dritten Schritt erfolgt für die Außenluft AL eine weitere Aufheizung durch die Wärmeübertragung aus dem wärmeren, über den Plattenwärmetauscher 51 geführten Umluftstrom UL. Gleichzei- tig erfolgt im dritten Schritt für den Umluftstrom UL, der im relativ trockenen Bereich, das heißt unterhalb oder um die 40% relative Feuchtelinie liegt, die Filterung und damit die Eliminierung der Salzpartikel aus dem Umluftstrom UL. Im vierten Schritt erfolgt die Filterung und Eliminierung der Salzpartikel aus dem Außenluft-Zuluftstrom, nachdem der Au- ßenluftstrom Wärme aus der Übertragung des Plattenwärmetauschers 51 aufgenommen hat.In the first step, both for the outside air AL and for the recirculating air UL cooling takes place with simultaneous dehumidification. In the second step, reheating takes place both for the outside air AL and for the circulated air UL (reheat) through the condenser 55 or 59 according to the dehumidification heat pump principle. In the third step takes place for the outside air AL further heating by the heat transfer from the warmer, guided over the plate heat exchanger 51 circulating air flow UL. At the same Tig takes place in the third step for the circulating air flow UL, which is in the relatively dry range, that is below or around the 40% relative humidity line, the filtering and thus the elimination of salt particles from the recirculating air flow UL. In the fourth step, the filtering and elimination of the salt particles from the outside air supply air flow takes place after the outside air flow has absorbed heat from the transfer of the plate heat exchanger 51.
Dem Mollier-h,x-Diagramm gemäß Fig. 19 ist zu entnehmen, dass der Außenluft- Zuluftstrom sowohl im Sommer- als auch im Winterbetrieb jeweils die relative Mindest- feuchte von kleiner oder gleich ca. 40% erreicht und sogar unterschreitet, was die Vorraussetzung dafür ist, dass aus den Aerosolen Salzpartikel gebildet werden, die in den Hochleistungsfiltern 57, 61 ausgeschieden werden.The Mollier-h, x-diagram according to FIG. 19 shows that the outside air supply air flow both in summer and winter operation respectively reaches and even falls below the relative minimum moisture content of less than or equal to approximately 40%, which is the The prerequisite for this is that salt particles are formed from the aerosols, which are precipitated in the high-performance filters 57, 61.
Selbstverständlich kann in der Anordnung der Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 18 auch eine Aufteilung des im Außenluft-Zuluftstrom angeordneten Kondensators in einen ersten Kondensator 55 in Strömungsrichtung der Außenluft vor dem Plattenwärmetauscher 51 und einen zweiten Kondensator 59 im Außenluft-Zuluftstrom hinter dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet und im Wechselbetrieb mit dem ersten Kondensator 55 analog zur Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 17 betrieben werden.Of course, in the arrangement of the air treatment device according to FIG. 18, a division of the arranged in the outside air inlet air condenser in a first capacitor 55 in the flow direction of the outside air before the plate heat exchanger 51 and a second condenser 59 in the outside air supply air behind the plate heat exchanger 51 and arranged in the Alternating operation with the first capacitor 55 analogous to the embodiment of the air treatment device shown in FIG. 17 are operated.
Das in Fig. 20 dargestellte Luftführungs- und Anlagenschema einer weiteren Ausführungsform der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 8 durch die Anordnung eines Bypasses 70, der vom Zuluftka- nal 74 und damit vom Zuluftstrom ZL zum Umluftstrom UL führt, wo er zwischen dem aus dem Verdampfer bzw. Kühler 62, Kondensator bzw. Reheat-Register 64, Kompressor 63 gebildeten Entfeuchtungswärmepumpensystem und dem Hochleistungsfilter 61 zur Ü- berdruckhaltung im Umluftstrom UL angebunden ist.The illustrated in Fig. 20 air guide and system diagram of another embodiment of the optimal air treatment device 5 differs from the embodiment of FIG. 8 by the arrangement of a bypass 70, which leads from Zuluftka- channel 74 and thus from the supply air ZL to the recirculating air UL, where it is connected between the dehumidification heat pump system formed by the evaporator or condenser 62, condenser or reheat register 64, compressor 63 and the high-efficiency filter 61 for overpressure maintenance in the circulating air flow UL.
Mit dieser Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung 5 wird erreicht, dass die durch das Aggregatemodul 15 strömende Umluft UL nicht durch Strömungen aus anderen Bereichen der Windenergieanlage mit salzhaltiger Luft kontaminiert wird. Die erforderliche Bypass-Luftmenge ist dabei sehr klein und beeinflusst den Feuchtegehalt der Umluft UL nicht nennenswert und verhindert lediglich, dass negative Strömungen aus dem Bereich des Turmes 10 der Windenergieanlage oder der Lufteintrittsöffnung 14 in das Aggregatemodul 15 eindringen, so dass die erforderliche Luftmenge nur geringfügig ist.With this embodiment of the air treatment device 5 it is achieved that the circulating air UL flowing through the unit module 15 is not contaminated by streams from other areas of the wind energy installation with salty air. The required amount of bypass air is very small and does not significantly affect the moisture content of the circulating air UL and only prevents negative flows from the area of the tower 10 of the wind turbine or the air inlet opening 14 in the aggregate module 15 penetrate, so that the required amount of air is only slightly.
Unabhängig von der Temperaturhöhe des über den Bypass 70 geführten Umluftteils wird diese aufgrund ihrer äußerst geringen Menge die Temperatur der Umluft UL insgesamt nicht nennenswert beeinflussen. Zudem wird der über den Bypass 70 geführte Umluftteil dem Zuluftstrom ZL entnommen, der bereits Energie bei der Durchströmung des Plattenwärmetauschers 51 aufgenommen hat. Die Zuführung des Bypass-Luftstromes zur Umluft UL kann an jeder Stelle des Luftführungssystems angeordnet werden, beispiels- weise kann die Bypass-Luftmenge auch direkt in das Aggregatemodul 15 ohne Luftführungskanäle einströmen.Regardless of the temperature level of the guided through the bypass 70 recirculated air part, this will not significantly affect the temperature of the circulating air UL due to their extremely small amount. In addition, the guided through the bypass 70 circulating air part is removed from the supply air flow ZL, which has already absorbed energy in the flow through the plate heat exchanger 51. The supply of the bypass air flow to the circulating air UL can be arranged at any point of the air duct system, for example, the bypass air flow can also flow directly into the unit module 15 without air ducts.
In den Fig. 21 bis 27 sind weitere Ausführungsbeispiele für eine optimale Luftbehandlungseinrichtung 5 eines optimierten Luftbehandlungssystems für den Normalbetrieb und Notbetrieb 6 dargestellt, die an die jeweiligen Anforderungen wie Umgebungsbedingungen, Größe und Leistung der Windenergieanlage, Investitionskosten und dergleichen angepasst ausgewählt werden können. Die diesen Ausführungsbeispielen gemeinsame Funktionsweise wird im Anschluss an die Beschreibung der Luftführungs- und Anlagenschemen der Fig. 21 bis 27 näher beschrieben.FIGS. 21 to 27 show further exemplary embodiments of an optimal air treatment device 5 of an optimized air treatment system for normal operation and emergency operation 6, which can be selected adapted to the respective requirements such as environmental conditions, size and power of the wind energy installation, investment costs and the like. The operation common to these embodiments will be described in more detail following the description of the Luftführungs- and system schemes of FIGS. 21 to 27.
Das in Fig. 21 dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich von der Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 20 durch die zusätzlich Anordnung einer unabhängigen Heizeinrichtung 58, vorzugsweise eines Elektro- Heizregisters, im Zuluft-Strömungsweg ZL hinter dem Plattenwärmetauscher 51 und vor dem Hochleistungsfilter 57 der Luftbehandlungseinrichtung 5. Vom Zuluftkanal 74 zweigt ein Bypass 701 von der Zuluft ZL zum Aggregatemodul 15 oder optional über den Bypass 702 zum Umluftstrom UL ab, wobei beide Bypassführungen über eine motorische Bypassklappe 700 gesteuert, so dass der Zuluftanteil zur Überdruckregelung im Aggregatemodul 15 geregelt werden kann. Der Verdampfer 53 des Außenluft- Entfeuchtungswärmepumpensystems weist vorzugsweise eine Enteisungseinrichtung auf, so dass die gesamte Leistung des Verdampfers 53 durch zwei getrennte Verdampfersysteme erbracht wird.The illustrated in Fig. 21 embodiment for an air treatment device 5 differs from the air treatment device of FIG. 20 by the additional arrangement of an independent heater 58, preferably an electric heater, in the supply air flow path ZL behind the plate heat exchanger 51 and in front of the high-performance filter 57 of Air treatment device 5. A bypass 701 branches off from the supply air duct 74 from the supply air ZL to the unit module 15 or optionally via the bypass 702 to the circulating air flow UL, whereby both bypass guides are controlled via a motorized bypass flap 700, so that the supply air portion for overpressure control in the unit module 15 can be regulated , The evaporator 53 of the outside air dehumidification heat pump system preferably has a defrosting device, so that the entire power of the evaporator 53 is provided by two separate evaporator systems.
In der Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung gemäß Fig. 22 ist analog zur Ausführungsform gemäß Fig. 17 eine Aufteilung des Kondensators des Außenluft- Entfeuchtungswärmepumpensystems in zwei Kondensatoren beziehungsweise Reheat- Register 55 und 59 vorgesehen, von denen der erste Kondensator 55 in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes vor dem Plattenwärmetauscher 51 und der zweite Kondensator 59 in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes nach dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet ist. Durch Umschaltung vom ersten Kondensator 55 auf den zweiten Kondensator 59 oder durch stufenweise Zuschaltung des zweiten Kondensators 59 zum ersten Kondensator 55 kann der Zuluftstrom ZL nach dem Plattenwärmetauscher 51 weiter aufgeheizt werden.In the embodiment of the air treatment device according to FIG. 22, analogous to the embodiment according to FIG. 17, a division of the condenser of the outside air dehumidification heat pump system into two capacitors or reheat Register 55 and 59 are provided, of which the first capacitor 55 is arranged in the flow direction of the outside air supply air flow in front of the plate heat exchanger 51 and the second condenser 59 in the flow direction of the outside air supply air flow to the plate heat exchanger 51. By switching from the first capacitor 55 to the second capacitor 59 or by stepwise connection of the second capacitor 59 to the first capacitor 55, the supply air flow ZL can be further heated after the plate heat exchanger 51.
Das in Fig. 23 dargestellte Luftführungs- und Anlagenschema eines weiteren Ausfüh- rungsbeispiels der erfindungsgemäßen optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich gegenüber dem in Fig. 22 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die optionale Anordnung eines Bypasses 71 im Strömungsweg des Umluftstromes UL sowie eines Bypasses 72 im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg AL/ZL. Der Bypass 71 im Umluftströmungsweg UL weist Bypassklappen 71 1 , 712 und eine Bypassleitung 713 auf, wäh- rend der Bypass 72 im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg AL/ZL Bypassklappen 721 , 722 sowie eine Bypassleitung 723 von der Außenluft AL zur Zuluft ZL enthält.The illustrated in Fig. 23 air guide and system diagram of another embodiment of the invention optimal air treatment device 5 differs from the embodiment shown in FIG. 22 by the optional arrangement of a bypass 71 in the flow path of the circulating air flow UL and a bypass 72 in the outside air supply air Flow path AL / ZL. The bypass 71 in the circulating air flow path UL has bypass flaps 71 1, 712 and a bypass line 713, while the bypass 72 in the outside air supply air flow path AL / ZL contains bypass flaps 721, 722 and a bypass line 723 from the outside air AL to the inlet air ZL.
Die im Außenluft- Zuluftstrom AL/ZL und im Umluftstrom UL vorgesehenen Bypässe 71 , 72 ermöglichen es, die Luftströme über die Bypassleitungen 713 beziehungsweise 723 an den Hochleistungsfiltern 57, 61 vorbei zuleiten, wenn die relative Feuchte von kleiner oder gleich ca. 40% nicht erreicht wird oder gehalten werden kann. Die unabhängig voneinander steuerbaren Bypassklappen 71 1 , 7182 beziehungsweise 721 , 722 können durch eine Regeleinrichtung in die jeweils erforderliche Position eingestellt werden, so dass die Luftströme bei günstigen Feuchtewerten entweder die Hochleistungsfilter 57, 61 durchströmen oder über die Bypassleitungen 713, 723 an den Hochleistungsfiltern 57, 61 vorbei geführt werden. Damit wird sicher gestellt, dass Salzkristalle, die in den Hochleistungsfiltern 57, 61 anfallen und auf der „unreinen" Seite gespeichert werden, bei erhöhten Feuchtwerten nicht wieder zu Aerosole zerfallen und auf die „reine" Seite der Hochleistungsfilter 57, 61 durchdringen und über die erhöhte Luftfeuchte in das Aggregatemodul 15 oder in den Turm 10 beziehungsweise die Gondel 1 1 hineingetragen werden.The bypasses 71, 72 provided in the outside air supply air flow AL / ZL and in the recirculation flow UL make it possible to pass the air streams past the high-performance filters 57, 61 via the bypass lines 713 or 723 if the relative humidity of less than or equal to approximately 40% does not pass can be reached or held. The independently controllable bypass flaps 71 1, 7182 and 721, 722 can be adjusted by a control device in the respective required position, so that the air flows at low humidity either the high-performance filter 57, 61 or via the bypass lines 713, 723 to the high-performance filters 57th 61 are passed by. This ensures that salt crystals, which are produced in the high-performance filters 57, 61 and stored on the "dirty" side, do not decompose again to aerosols at elevated humidity values and penetrate the "pure" side of the high-performance filters 57, 61 and over the increased humidity in the aggregate module 15 or in the tower 10 or the nacelle 1 1 are carried.
Das in Fig. 24 dargestellte Luftführungs- und Anlagenschema einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Luftbehandlungseinrichtungen durch die zu- sätzliche Anordnung von Entfeuchtungswärmepumpensystemen im Außenluft- Zuluftstrom AL/ZL sowie im Umluftstrom UL. Das im Strömungsweg des Umluftstromes UL vor der aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 gespeisten Heizeinrichtung 65 angeordnete Entfeuchtungswärmepumpensystem besteht aus dem Verdampfer/Kühler 62, Kompressor 63 und einem ersten Kondensator 64. Im Außenluft- Zuluft-Strömungsweg ist das aus dem Verdampfer/Kühler 53, dem Kompressor 54 und einem ersten Kondensator/Reheat-Register 55 beziehungsweise einem zweiten Kondensator/Reheat-Register 59 mit wechselseitiger Betriebsweise bestehende Entfeuchtungswärmepumpensystem angeordnet.The air duct and system diagram of a further embodiment of the optimum air treatment device 5 according to the invention shown in FIG. 24 differs from the air treatment devices described above by the additional arrangement of dehumidification heat pump systems in the outside air supply air flow AL / ZL and in the recirculation air flow UL. That in the flow path of the circulating air stream UL arranged in front of the heating device 65 fed from the waste heat of the electrical and electronic units 16 in the unit module 15 dehumidifying heat pump system consists of the evaporator / condenser 62, compressor 63 and a first capacitor 64. In the outside air supply air flow path from the evaporator / cooler 53rd , the dehumidifying heat pump system consisting of the compressor 54 and a first capacitor / reheat register 55 or a second capacitor / reheat register 59 with mutual operation.
Ein mit dem im Umluftstrom UL angeordneten Entfeuchtungswärmepumpensystem ver- bundenes zweites Kondensator/Reheat-Register 66 ist dem ersten Kondensator/Reheat- Register 65 zugeordnet und mit diesem gemeinsam beziehungsweise wechselseitig betreibbar. Der im Entfeuchtungswärmepumpensystem des Außenluft-Zuluftstromes AL/ZL angeordnete Verdampfer 53 weist vorzugsweise eine Enteisungseinrichtung auf, weshalb die gesamte Leistung des Verdampfers 53 durch zwei optional voneinander getrennte Verdampferteile aufgebracht wird.A second condenser / reheat register 66 connected to the dehumidification heat pump system arranged in the circulating air flow UL is assigned to the first condenser / reheat register 65 and can be operated together or alternately therewith. The evaporator 53 arranged in the dehumidification heat pump system of the outside air supply air flow AL / ZL preferably has a defrosting device, for which reason the entire power of the evaporator 53 is applied by two optionally separate evaporator parts.
Die in Fig. 24 dargestellte Luftbehandlungseinrichtung mit Entfeuchtungswärmepumpensystemen im Umluftstrom UL und Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL kann als Notbeheizung, beispielsweise zur Frostfreihaltung der Luftbehandlungseinrichtung 5, oder zur zusätzli- chen Entsalzung und Entfeuchtung bei niedrigen Temperaturen und Stillstandszeiten der Windenergieanlage eingesetzt werden. Die Entfeuchtungswärmepumpensysteme im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL und Umluftstrom UL bieten durch einen sehr hohen Wirkungsgrad bei geringstem Stromverbrauch eine hohe Heizleistung, wohingegen ein Elektro- Heizregister bei gleicher Wärmeleistung den mehr als fünffachen Stromverbrauch verur- Sachen würde. Durch die Anordnung eines zweiten Kondensators 66 des Umluft- Entfeuchtungswärmepumpensystems im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL kann je nach Erfordernis und Wärmebedarf die Energieabgabe von 0 bis 100% umgeschaltet beziehungsweise geregelt werden. Das Entfeuchtungswärmepumpensystem im Außenluft- Zuluftstrom AL/ZL verfügt ebenfalls über zwei Kondensatoren 55, 59, so dass die Wär- meenergie je nach Bedarf in Luftrichtung vor oder nach dem Plattenwärmetauscher 51 abgegeben und von 0 bis 100% geregelt werden kann.The air treatment device shown in FIG. 24 with dehumidification heat pump systems in the circulating air flow UL and outside air supply air AL / ZL can be used as emergency heating, for example to keep the air treatment device 5 free of frost, or for additional desalination and dehumidification at low temperatures and downtimes of the wind energy plant. The dehumidification heat pump systems in the fresh air supply air flow AL / ZL and recirculated air flow UL offer a high heating efficiency through very high efficiency with lowest power consumption, whereas an electric heating coil would cause more than five times the electricity consumption with the same heat output. By arranging a second capacitor 66 of the circulating air dehumidification heat pump system in the outside air supply air flow AL / ZL, the energy output can be switched or regulated from 0 to 100%, depending on the requirement and the heat requirement. The dehumidification heat pump system in the outside air supply air flow AL / ZL also has two condensers 55, 59, so that the heat energy can be discharged as required in the direction of air before or after the plate heat exchanger 51 and controlled from 0 to 100%.
In den Fig. 25 bis 27 sind verschiedene Varianten einer Kombination der Luftbehandlungseinrichtung 5 gemäß Fig. 24 mit einem konventionellen Luftaufbereitungsgerät 2 gemäß Fig. 2 dargestellt. In der Ausführungsform gemäß Fig. 25 besteht das konventionelle Luftaufbereitungsgerät 2 aus einem ersten Tropfenabscheider 21 , einem Koaleszenzabscheider 22 und einem zweiten Tropfenabscheider 24, die im Außenluftstrom AL zwischen der Lufteintrittsöffnung und der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnet sind. Der Außen- luftventilator 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel druckseitig der Luftbehandlungseinrichtung 5 zwischen dem ersten Tropfenabscheider 21 und dem Koaleszenzabscheider 22 angeordnet.Various variants of a combination of the air treatment device 5 according to FIG. 24 with a conventional air treatment device 2 according to FIG. 2 are illustrated in FIGS. 25 to 27. In the embodiment according to FIG. 25, the conventional air treatment device 2 consists of a first droplet separator 21, a coalescence separator 22 and a second droplet separator 24, which are arranged in the outside air flow AL between the air inlet opening and the optimal air treatment device 5. In this exemplary embodiment, the outside air fan 25 is arranged on the pressure side of the air treatment device 5 between the first droplet separator 21 and the coalescence separator 22.
Fig. 25 zeigt in alternativer Ausführungsform die Anordnung des Außenluftventilators 25 in gestrichelter Darstellung auf der Saugseite der Luftbehandlungseinrichtung 5, wo sich der Außenluftventilator 25 nicht in feuchter, salzhaltiger bzw. nur grob entfeuchteter und entsalzter Außenluft AL, sondern in trockener, salzfreier Zuluft befindet, was die Gefahr einer Korrosion des Außenluftventilators 25 erheblich reduziert und damit geringere Ansprüche an die Materialgüte des auf der Saugseite angeordneten Außenluftventilators 25 sowie weiterer Komponenten, die wahlweise in Luftströmungsrichtung vor oder hinter der Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnet werden können, verringert. Damit verbunden ist eine wesentlich kostengünstigere Konstruktion des optimierten Luftbehandlungssystems.25 shows in an alternative embodiment the arrangement of the outside air fan 25 in a dashed line on the suction side of the air treatment device 5, where the outside air fan 25 is not in moist, salty or only roughly dehumidified and desalinated outside air AL, but in dry, salt-free supply air. which considerably reduces the risk of corrosion of the outside air fan 25 and thus reduces demands on the material quality of the outside air fan 25 arranged on the suction side as well as other components which can be arranged either in the air flow direction in front of or behind the air treatment device 5. This is associated with a much cheaper construction of the optimized air treatment system.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 26 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig. 25 dahingehend, dass der Außenluftventilator 25 saugseitig der Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnet ist.The embodiment according to FIG. 26 differs from the arrangement according to FIG. 25 in that the outside air fan 25 is arranged on the suction side of the air treatment device 5.
In der Anordnung gemäß Fig. 27 besteht das Luftaufbereitungsgerät 2 lediglich aus ei- nem Tropfenabscheider 21 , der saugseitig des Außenluftventilators 25 angeordnet ist, der wiederum druckseitig der Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnet ist. Der Koaleszenzabscheider 22 der Anordnung gemäß den Fig. 25 und 26 wurde hier entfernt, da dessen Aufgabe durch die Luftbehandlungseinrichtung 5 mit übernommen wird.In the arrangement according to FIG. 27, the air treatment device 2 only consists of a mist eliminator 21, which is arranged on the suction side of the outside air fan 25, which in turn is arranged on the pressure side of the air treatment device 5. The Koaleszenzabscheider 22 of the arrangement according to FIGS. 25 and 26 has been removed here, since its task is taken over by the air treatment device 5 with.
Die in dem optimierten Luftbehandlungssystem 6 eingesetzten Komponenten wie Entfeuchtungswärmepumpensysteme (Verdampfer, Kondensator/Reheat, Heizregister usw.) können aus funktionalen Gründen oder system- oder verfahrensbedingt sowohl in Strömungsrichtung vor als auch nach dem Plattenwärmetauscher 51 beliebig angeordnet und miteinander kombiniert werden. Die Kondensatoren/Reheat-Register können darüber hinaus sowohl im Außenluftstrom AL als auch im Umluftstrom UL angeordnet und beliebig mit den Entfeuchtungswärmepumpensystemen verschaltet werden, je nachdem, wo die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebene Wärme ihre günstigste Wirkung durch Umschaltung und/oder stufen behaftete beziehungsweise stufenlose Regelung erzielt. Insoweit zeigen die vorstehend beschriebenen optimierten Luftbehandlungssysteme 6 nur beispielhaft einige von vielen Anordnungsmöglichkeiten.The components used in the optimized air treatment system 6, such as dehumidification heat pump systems (evaporator, condenser / reheat, heating coil, etc.) can be arbitrarily arranged and combined with each other for functional reasons or due to system or process conditions both in the flow direction before and after the plate heat exchanger 51. In addition, the capacitors / reheat registers can be arranged both in the outside air flow AL and in the recirculation air flow UL and can be connected in any way with the dehumidification heat pump systems, depending on where the output from the electrical and electronic units 16 heat their best effect achieved by switching and / or step-affected or continuous control. In that regard, the above-described optimized air treatment systems 6 only exemplify some of many possible arrangements.
Die in den Fig. 10 bis 27 dargestellte optimale Luftbehandlungseinrichtung 5 eines optimierten Luftbehandlungssystems 6, die sowohl für den Normalbetrieb als auch für einen Notbetrieb bestimmt und geeignet ist, weist gegenüber der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 gemäß den Fig. 3 und 4 und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 gemäß den Fig. 5 bis 9 folgende Besonderheiten und Funktionen auf:The optimal air treatment device 5 of an optimized air treatment system 6, which is intended and suitable for both normal operation and emergency operation, shown in FIGS. 10 to 27, has over the simple air treatment device 3 according to FIGS. 3 and 4 and the improved air treatment device 4 according to FIGS. 5 to 9 the following features and functions:
Im Normalbetrieb, wenn die Windenergieanlage in Betrieb ist und Strom erzeugt, wird die Außenluft AL vom Außenluftventilator 25 des konventionellen Luftaufbereitungsgerätes 2 an die Luftbehandlungseinrichtung 5 überführt und durchströmt zunächst den Verdampfer 53, der folgende Besonderheiten beziehungsweise Funktionen aufweist:In normal operation, when the wind energy plant is in operation and generates electricity, the outside air AL is transferred from the outside air fan 25 of the conventional air treatment device 2 to the air treatment device 5 and flows through first the evaporator 53, which has the following features or functions:
der Verdampfer 53 ist vorzugsweise mit einer Enteisungseinrichtung ausgestattet, da im Offshore-Bereich bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchte im Bereich des Gefrierpunktes und darunter Vereisungsgefahr aufgrund der niedrigen Verdampfungstemperatur besteht. Enteisungseinrichtungen sind aus der Entfeuchtungswärmepumpenkonstruktion bekannt und bedürfen daher keiner näheren Beschreibung. In vorteilhafter Ausführungsform ist der Verdampfer mit Entei- sungsfunktion 53 zweiteilig für einen Teillastbetrieb ausgebildet;the evaporator 53 is preferably equipped with a defrosting device, since in the offshore region at low temperatures and high humidity in the freezing point and below there is a risk of icing due to the low evaporation temperature. Deicing devices are known from the dehumidification heat pump design and therefore require no further description. In an advantageous embodiment, the evaporator with de-icing function 53 is designed in two parts for a partial load operation;
- der Verdampfer 53 bewirkt immer dann, wenn die Eintrittstemperatur, d.h. die Außentemperatur, an der Taupunktlinie, d.h. bei 100% relativer Feuchte, liegt und damit eine erhöhte Kondensationsgefahr innerhalb der Windenergieanlage auftreten kann, eine Temperaturabsenkung entlang der Taupunktlinie und scheidet dabei Wasser aus. Dadurch ergibt sich eine Reduzierung der absoluten Feuchte, so dass die Gefahr der Kondensation gebannt ist. Dabei wird eine Reduzierung der relativen Feuchte in der Weise angestrebt, dass in Verbindung mit dem Kondensator beziehungsweise der Reheat-Einrichtung 55 und gegebenenfalls durch ergänzende Heizeinrichtungen auf der gesamten Strecke des Strömungsweges der Zuluft bis zur Gondel 1 1 und innerhalb der Gondel 11 selbst bei totaler Rückküh- lung des Zuluftstromes insgesamt oder punktuell durch die enorme Fläche desthe evaporator 53 always operates when the inlet temperature, i. the outside temperature, at the dew point line, i. at 100% relative humidity, and thus an increased risk of condensation within the wind turbine can occur, a temperature drop along the dew point line and thereby eliminates water. This results in a reduction of the absolute humidity, so that the risk of condensation is dispelled. In this case, a reduction in the relative humidity is sought in such a way that in conjunction with the condenser or the reheat device 55 and optionally by supplemental heaters on the entire route of the flow path of the supply air to the nacelle 1 1 and within the nacelle 11 even at total Recooling of the supply air flow as a whole or in places by the enormous area of the supply air
Turmes 10 der Taupunkt nicht wieder erreicht wird und Kondensation auf dem ge- samten Strömungsweg nicht entstehen kann. Wesentlich hierbei ist, dass zur Erreichung dieses Zieles die Leistungsgröße und damit der Energieverbrauch der Entfeuchtungswärmepumpe äußerst gering ist, was insbesondere für den nachstehend beschriebenen Notbetrieb von Bedeutung ist, weil dann eine Stromver- sorgung aus dem von der Windenergieanlage im Normalbetrieb gespeisten Netz erfolgen muss, da die Windenergieanlage bei Stillstand keine Energie erzeugt.Tower 10 the dew point is not reached again and condensation on the velvet flow path can not arise. What is essential here is that in order to achieve this objective, the output size and thus the energy consumption of the dehumidification heat pump is extremely low, which is particularly important for the emergency operation described below, because then a power supply must be provided from the network fed by the wind energy plant in normal operation, because the wind turbine generates no energy at standstill.
Das im Mollier-h,x-Diagramm dargestellte Beispiel zeigt, dass bereits eine geringe Entfeuchtung von nur 1 g/kg lediglich 8kJ ausmacht. Nach der Erwärmung durch den Kondensator beziehungsweise das Reheat-Register 55 und nach gegebenenfalls weiterer Nachheizung und anschließender totaler Rückkühlung auf den Außenluft-Temperaturwert liegt die relative Luftfeuchtigkeit dann bei circa 80% relativer Feuchte, so dass die Kondensationsgefahr beseitigt ist. Bei Feuchtewerten oberhalb von ca. 80 bis 90 % relativer Feuchte kann eine Kondensation durch Abkühlung an den Turmwandungen nicht auftreten, so dass dieser Bereich als unkritisch angesehen werden kann. Deshalb muss die Entfeuchtungswärmepumpe bei dieser Wettersituation nicht zwingend betrieben werden, sondern erfüllt lediglich optional einen zusätzlichen Zweck, nämlich die Aufheizung der Luft auf Temperaturbereiche, die das in Aerosolen gelöste Salz kristallisieren lassen, was mit dem Erreichen der 40% Feuchte Linie erfolgt und damit eine wirksame Filterung ermöglich. Der Kompressor 54 ist über Rohrleitungen und Regeleinrichtungen mit dem Verdampfer 53 und dem Kondensator 55 verbunden und kann innerhalb oder außerhalb des Luftstromes stehen.The example shown in the Mollier-h, x-diagram shows that even a low dehumidification of only 1 g / kg only accounts for 8kJ. After heating by the condenser or the reheat register 55 and, if appropriate, further reheating and subsequent total recooling to the outside air temperature value, the relative humidity is then at about 80% relative humidity, so that the condensation risk is eliminated. At humidity values above approx. 80 to 90% relative humidity, condensation due to cooling on the tower walls can not occur, so that this range can be regarded as uncritical. Therefore, the dehumidification heat pump does not necessarily have to be operated in this weather situation, but merely optionally fulfills an additional purpose, namely the heating of the air to temperature ranges which crystallize the salt dissolved in aerosols, which occurs when the 40% moisture line is reached effective filtering possible. The compressor 54 is connected to the evaporator 53 and the condenser 55 via piping and controls, and may be inside or outside the airflow.
Nach dem Entfeuchtungs- und Abkühlprozess durchströmt die Außenluft AL den Kondensator beziehungsweise das Reheat-Register 55 und wird dort in einer ersten Stufe wieder aufgeheizt. Anschließend nimmt der Außenluftstrom AL weitere Wärmeenergie während der Durchströmung des Plattenwärmetauschers 51 auf, die von der Abluft des Umluftstromes UL abgegeben wird. Dabei trennt der Plattenwärmetauscher 51 den Au- ßenluftstrom AL vom Umluftstrom UL hermetisch ab.After the dehumidifying and cooling process, the outside air AL flows through the condenser or the reheat register 55 and is reheated there in a first stage. Subsequently, the outside air flow AL receives further heat energy during the flow through the plate heat exchanger 51, which is discharged from the exhaust air of the circulating air flow UL. In this case, the plate heat exchanger 51 hermetically separates the outside air flow AL from the recirculating air flow UL.
Am Austritt des Plattenwärmetauschers 51 hat der Zuluftstrom unter normalen Betriebsbedingungen eine Temperatur erreicht, die im Feuchtebereich von kleiner oder gleich ca. 40% relativer Feuchte liegt. Die Salzerosole sind durch diesen Prozess kristallisiert und können durch den nachgestalteten Hochleistungsfilter 57 abgeschieden werden. Für den Fall, dass die Feuchtelinie von kleiner oder gleich ca. 40% relativer Feuchte nicht erreicht wird, ist eine zusätzliche Heizeinrichtung entsprechend den in den Fig. 21 bis 27 dargestellten optimalen Luftbehandlungseinrichtungen 5 vorgesehen, bei der es sich vorzugsweise um eine elektrische Heizeinrichtung handelt, weil insbesondere auch im Not- betrieb eine Heizung bereitgestellt werden muss.At the outlet of the plate heat exchanger 51, the supply air flow has reached a temperature under normal operating conditions, which is less than or equal to about 40% relative humidity in the humidity range. The saline sols are crystallized by this process and can be deposited by the redesigned high performance filter 57. In the event that the humidity line of less than or equal to about 40% relative humidity is not reached, an additional heating device according to the optimal air treatment devices 5 shown in FIGS. 21 to 27 is provided, which is preferably an electric heater because heating must be provided especially in emergency mode.
Ergänzend können auch mehrere Heizeinrichtungen vorgesehen werden, die beispielsweise im Normalbetrieb aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 gespeist werden, in Verbindung mit der Anordnung einer zu- sätzlichen elektrischen Heizeinrichtung.In addition, a plurality of heating devices can be provided, which are fed, for example, in normal operation from the waste heat of the electrical and electronic units 16 in the unit module 15, in conjunction with the arrangement of an additional electrical heating device.
Mittels des vorzugsweise mit Bypassklappen 52 versehenen Plattenwärmetauschers 51 kann in Verbindung mit einer Regeleinrichtung der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 auf die Temperatur und Feuchtewerte Einfluss genommen werden, weil damit variable Energiemengen zum Energieaustausch beziehungsweise zur Energieübertragung zur Verfügung stehen.The temperature and humidity values can be influenced by means of the plate heat exchanger 51, which is preferably provided with bypass flaps 52, in conjunction with a control device of the optimum air treatment device 5, because variable amounts of energy are available for energy exchange or energy transfer.
Die das Hochleistungsfilter 59 verlassende entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL kann über den Zuluftkanal 74 durch das Aggregatemodul 15 hindurch in den Turm 10 und zur Gondel 11 geführt werden, wobei die Gefahr der Kondensation und der verstärkten Korrosion innerhalb des Turmes 10 und der Gondel 11 durch Salzerosole beseitigt ist. Weitere Maßnahmen zur Luftbehandlung und Luftströmung im Turm 10 und in der Gondel 1 1 werden anhand der Fig. 28 bis 34 beschrieben.The dehumidified and desalinated supply air ZL leaving the high-efficiency filter 59 can be led via the supply air duct 74 through the unit module 15 into the tower 10 and to the nacelle 11, the risk of condensation and increased corrosion within the tower 10 and the nacelle 11 being caused by salzerosols eliminated. Further measures for air treatment and air flow in the tower 10 and in the nacelle 1 1 will be described with reference to FIGS. 28 to 34.
In Umluft- Strömungsweg durch das Aggregatemodul 15 fördert der stufenlos regelbare Umluftventilator 56 den Abluftstrom Ab(UL) und den Zuluftstrom ZL(UL) der Umluft UL im Kreislauf. Der Abluftstrom Ab(UL) wird durch die Wärmeabgabe der im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 erwärmt, so dass in aller Regel ein Feuchtezustand der Umluft UL erreicht wird, der die Filterung kristallisierter Salzerosole zulässt. Sollte dies beispielsweise im Winter nicht der Fall sein, wenn bei extrem niedrigen Temperaturen die Erwärmung im Aggregatemodul 15 bereits durch Abkühlung an den Turmwandungen stark reduziert wird, so kann die 40%-Feuchtlinie durch die beiden nachfolgenden Einrichtungen beziehungsweise Funktionen erreicht werden:In circulating air flow path through the unit module 15 of the continuously variable recirculation fan 56 promotes the exhaust air flow Ab (UL) and the supply air flow ZL (UL) of the circulating air UL in the circulation. The exhaust air flow Ab (UL) is heated by the heat emission in the unit module 15 arranged electrical and electronic units 16, so that in most cases a humidity state of the circulating air UL is reached, which allows the filtering crystallized Salzerosole. If this is not the case, for example, in winter when the heating in the unit module 15 is already greatly reduced by cooling at the tower walls at extremely low temperatures, then the 40% light path can be achieved by the following two devices or functions:
- Zunächst kann in einem ersten Schritt der regelbare Umluftventilator 56 auf einen reduzierten Volumenstrom zurückgefahren werden, was als variabler Vorgang in Abhängigkeit von den Temperatur- und Feuchte-Sollwerten durchgeführt werden kann. Bei geringerem Volumenstrom werden sowohl eine höhere Ablufttemperatur als auch eine geringere relative Feuchte der Umluft UL erreicht;- First, in a first step, the controllable circulating air fan 56 can be reduced to a reduced volume flow, which is a variable process in Dependent on the temperature and humidity setpoints can be performed. At a lower volume flow both a higher exhaust air temperature and a lower relative humidity of the circulating air UL are achieved;
- da bei Temperaturen um den Gefrierpunkt und gegebenenfalls darunter eine starke Abkühlung durch die große Fläche der Turmwandungen im Aggregatemodul 15 stattfindet, wird in den Ausführungsformen der Fig. 21 bis 27 eine zusätzliche Heizeinrichtung 65 vorgesehen, die beispielsweise aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 gespeist wird und die die Luft des Abluftstromes Ab(UL) der Umluft UL in Verbindung mit einem Regelventil auf die erforderliche Temperatur aufheizt. Diese Einrichtung ist auch aus Sicherheitsgründen vorgesehen, damit die Temperatur nicht unkontrolliert durch äußere Einflüsse absinkt und damit die erforderliche Feuchte von kleiner oder gleich ca. 40 % relativer Luftfeuchte auch in derartigen Wettersituationen erreicht werden kann.- As occurs at temperatures around the freezing point and optionally below a strong cooling by the large surface of the tower walls in the unit module 15, an additional heater 65 is provided in the embodiments of FIGS. 21 to 27, for example, from the waste heat of the electrical and electronic units 16 is fed in the unit module 15 and which heats the air of the exhaust air flow Ab (UL) of the circulating air UL in conjunction with a control valve to the required temperature. This device is also provided for safety reasons, so that the temperature does not decrease uncontrollably by external influences and thus the required humidity of less than or equal to about 40% relative humidity can be achieved even in such weather conditions.
Nachdem der Abluftstrom Ab(UL) der Umluft UL die erforderliche Temperatur erreicht hat und durch den im Umluft-Strömungsweg vorgesehenen Hochleistungs-Feinfilter 61 gereinigt wurde, durchströmt die Abluft Ab(UL) den Plattenwärmetauscher 51 und gibt auf indirektem Wege die Wärmeenergie an den Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL ab. Der stufenlos regelbare Umluftventilator 56 fördert nun den Umluftstrom UL als Zuluftstrom ZL(UL) zum Aggregatemodul 15, gegebenenfalls in die einzelnen Etagen des Aggregatemoduls 15.After the exhaust air flow Ab (UL) of the circulated air UL has reached the required temperature and has been purified by the high-efficiency fine filter 61 provided in the circulating air flow path, the exhaust air Ab (UL) flows through the plate heat exchanger 51 and indirectly supplies the heat energy to the outside air Supply air flow AL / ZL. The infinitely variable circulating air fan 56 now conveys the circulating air flow UL as the supply air flow ZL (UL) to the unit module 15, optionally into the individual levels of the unit module 15.
Nunmehr steht ein Zuluftstrom ZL(UL) der Umluft UL zur Verfügung, der genügend gekühlt ist, andererseits aber auch über eine genügende Mindesttemperatur bei extrem niedrigen Außentemperaturen verfügt, damit ein Auskühlen des Aggregatemoduls 15 verhindert wird, um im Umluftprinzip erneut die Abwärme der im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 durch Entwärmung aufzuneh- men und dem Aggregatemodul 15 über den Zuluftkanal 75 salzfreie, entfeuchtete Zuluft ZL(UL) zuzuführen.Now there is a supply air flow ZL (UL) of the circulating air UL available, but on the other hand also has a sufficient minimum temperature at extremely low outdoor temperatures, so that cooling of the unit module 15 is prevented in the circulating air principle again the waste heat in the unit module 15 arranged electrical and electronic units 16 record by cooling and supply the aggregate module 15 via the supply air duct 75 salt-free, dehumidified supply air ZL (UL).
Um den unterschiedlichen Anforderungen im Sommer- und Winterbetrieb zu genügen, weist die Außenluft-Entfeuchtungswärmepumpe einen zweiten Kondensator auf, der im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL nach dem Austritt aus dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet ist. Dieser zweite Kondensator beziehungsweise Reheat-Register ist vorgesehen, um die Energie aus dem Entfeuchtungswärmepumpensystem durch Umschaltung zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator in Abhängigkeit von der Außentemperatur sowie der erforderlichen Entwärmungsleistung zur Entwärmung der im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 in Ver- bindung mit dem jeweils für das Aggregatemodul 15 festgelegten Grenzwert der Temperatur mit dem günstigsten Effekt zu übertragen.To meet the different requirements in summer and winter operation, the outside air dehumidification heat pump to a second capacitor, which is arranged in the outside air supply air flow AL / ZL after exiting the plate heat exchanger 51. This second capacitor or reheat register is provided, to the energy from the dehumidification heat pump system by switching between the first capacitor and the second capacitor as a function of the outside temperature and the required Entwärmungsleistung for cooling the arranged in the unit module 15 electrical and electronic units 16 in conjunction with the set for the aggregate module 15 limit to transmit the temperature with the most favorable effect.
Durch die Steuerbarkeit des Umluftventilators 56 besteht somit die Möglichkeit zur Temperaturregelung, indem durch Regelung der mittels des Umluftventilators 56 umgewälz- ten Umluft UL eine stufenlose Anpassung der erforderlichen Umluft UL und damit die Umwälzung geeigneter Luftmengen erfolgt.As a result of the controllability of the recirculation fan 56, there is the possibility of temperature control, in that a continuous adaptation of the required recirculated air UL and thus the circulation of suitable air quantities takes place by regulation of the circulating air UL circulated by means of the circulating air fan 56.
Durch variable Luftmengen sowohl der Außenluft AL zur Zuluft ZL als auch der Umluft UL kann das optimierte Luftbehandlungssystem 6 in Abhängigkeit von den Parametern der Außenluft, wie Außenlufttemperatur, Feuchte und Salzgehalt der Außenluft AL sowie in Abhängigkeit von den im Aggregatemodul 15 geforderten Entwärmungsleistungen sowie einer Notbeheizung bei Stillstand der Wind-Energieanlage erheblich beeinflusst werden. Insbesondere ist mit einer Einstellung variabler Luftmengen der Außenluft-Zuluft bzw. der Umluft ein wesentlicher Einflussfaktor auf den Energieverbrauch bzw. die Energiekosten gegeben, da eine Absenkung der Außenluft-Zuluft- und Umluft-Luftmengen im abgesenkten Betrieb bei entsprechenden Wetterbedingungen und bei geringeren Wärmelasten im Aggregatemodul auch Energiekosten einspart.By variable amounts of air both the outside air AL to supply air ZL and the circulating air UL, the optimized air treatment system 6 depending on the parameters of the outside air, such as outside air temperature, humidity and salinity of the outside air AL and depending on the required in the unit module 15 Entwärmungsleistungen and an emergency heating be significantly affected when the wind energy plant is at a standstill. In particular, with a setting of variable air volumes of the outside air supply air or the circulating air is a significant factor on the energy consumption or energy costs given as a reduction of the outdoor air supply air and recirculated air quantities in the lowered operation with appropriate weather conditions and lower heat loads in Aggregate module also saves energy costs.
Die Umschaltung zwischen den beiden Kondensatoren der Außenluft- Entfeuchtungswärmepumpe erfüllt dabei folgende Aufgaben:Switching between the two capacitors of the fresh air dehumidification heat pump fulfills the following tasks:
1. da die im Aggregatemodul 15 angeordneten Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 im Sommer eine hohe Wärmeleistung abgeben, wobei die Turmwandungen in dieser Zeit nur einen geringen Kühleffekt haben, wird der festgelegte, individuelle Grenzwert der Lufttemperatur im Aggregatemodul 15 erreicht, so dass es günstiger ist, die Energie aus dem Entfeuchtungswärmepum- penprozess (Reheat) der Außenluft AL beziehungsweise Zuluft ZL nach dem Austritt aus dem Plattenwärmetauscher 51 zuzuführen, da bei einer Übertragung der Energie (Reheat) vor Eintritt in den Plattenwärmetauscher 51 auch eine Energie- Übertragung auf den Abluftstrom Ab(UL) der Umluft UL stattfinden würde. Die Temperatur des Zuluftstromes ZL(UL) der Umluft UL wäre dann zu hoch und könnte die im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 nicht ausreichend kühlen.1. since the arranged in the module module 15 heat emitting electrical and electronic units 16 deliver a high thermal output in the summer, the tower walls in this time have a low cooling effect, the set, individual limit of the air temperature in the unit module 15 is reached, so that it It is more favorable to supply the energy from the dehumidification heat pump process (reheat) to the outside air AL or supply air ZL after exiting from the plate heat exchanger 51, since during transfer of the energy (reheat) before entry into the plate heat exchanger 51 also an energy transfer to the Exhaust air flow from (UL) of the circulating air UL would take place. The temperature of the supply air flow ZL (UL) of the circulating air UL would then be too high and could in the unit module 15 arranged electrical and electronic units 16 do not cool sufficiently.
2. bei einer Anordnung nach dem Plattenwärmetauscher 51 bewirkt der Entfeuch- tungsprozess in der Außenluft-Zuluft AL/ZL gleichzeitig eine Temperaturabsenkung, die im Energieaustausch des Plattenwärmetauschers 51 eine reduzierende Wirkung auf die Temperatur des Abluftstromes Ab(UL) der Umluft UL und damit auf die Ent- wärmungsleistung im Aggregatemodul 15 hat.2. In an arrangement after the plate heat exchanger 51 causes the dehumidifying process in the outside air supply air AL / ZL simultaneously a temperature drop in the energy exchange of the plate heat exchanger 51 has a reducing effect on the temperature of the exhaust air flow Ab (UL) of the circulating air UL and thus on has the Enthärmungsleistung in the unit module 15.
3. da die Wärmeübertragung des Plattenwärmetauschers 51 von der Temperaturdifferenz bestimmt wird, ist der erste Kondensator vorzugsweise im Winter zu nutzen, während der zweite Kondensator vorzugsweise im Sommer genutzt wird. In Abhängigkeit von den jeweiligen Temperaturanforderungen können beide Kondensatoren auch im Teillastbetrieb gefahren werden, wozu beide Kondensatoren stufenlos mit wechselseitigen, variablen Teilleistungen automatisch geregelt werden.3. Since the heat transfer of the plate heat exchanger 51 is determined by the temperature difference, the first condenser is preferably to be used in winter, while the second condenser is preferably used in the summer. Depending on the respective temperature requirements, both capacitors can also be operated in partial load operation, for which purpose both capacitors are steplessly regulated automatically with alternating, variable partial powers.
Bei Stillstand der Windenergieanlage realisiert das optimierte Luftbehandlungssystem 6 einen Notbetrieb, der beispielsweise bei Schwachwind, Sturm oder im Störfall beziehungsweise bei Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage gegeben ist. So haben bei- spielsweise Untersuchungen auf der Basis von Wind- und Wetterdaten für Helgoland ergeben, dass eine Windenergieanlage mehr als 2000 Stunden pro Jahr wegen Schwachwindes oder wegen Starkwindes nicht in Betrieb ist. Im Notbetrieb stellt die Windenergieanlage keine Energie zur Verfügung und alle Aggregate, die zur Sicherheit und zum Schutz der Windenergieanlage betrieben werden müssen, werden aus dem normalen Stromnetz gespeist, in das die Windenergieanlage im Normalbetrieb Energie einspeist. Das Stromnetz stellt aber in vielen Fällen nur begrenzt Energie und in aller Regel keine Abwärme zur Beheizung der Systeme und Einrichtungen der Windeenergieanlage zur Verfügung.At standstill of the wind turbine, the optimized air treatment system 6 realizes an emergency operation, which is given for example in light wind, storm or accident or during maintenance of the wind turbine. For example, studies on the basis of wind and weather data for Heligoland have shown that a wind energy plant is not in operation for more than 2000 hours per year due to weak winds or strong winds. In emergency operation, the wind energy plant provides no energy and all units that need to be operated for the safety and protection of the wind turbine, are fed from the normal power grid, in which the wind turbine feeds energy in normal operation. However, in many cases, the power grid provides only limited energy and, as a rule, no waste heat for heating the systems and facilities of the wind power plant.
Da insbesondere bei Starkwind und Sturm salzhaltige, feuchte Außenluft AL aus der Umgebung der Windenergieanlage insbesondere über Undichtigkeiten in der Gondel 1 1 der Windenergieanlage in den Turm 10 und damit auch in das Aggregatemodul 15 gedrückt wird, ist es erforderlich, den Überdruck im Innern des Turmes 10 und der Gondel 11 aufrecht zu erhalten. Aus diesem Grunde wird das konventionelle Luftaufbereitungsgerät 2 mit dem Überdruck erzeugenden Außenluftventilator 25 in Betrieb gehalten und mittels des optimierten Luftbehandlungssystems 6 wird zusätzlich sichergestellt, dass die ange- saugte feucht und salzhaltige Außenluft AL entfeuchtet und durch Filterung möglichst vollständig entsalzt wird.Since in particular strong wind and storm salty, moist outside air AL from the environment of the wind turbine in particular through leaks in the nacelle 1 1 of the wind turbine in the tower 10 and thus also in the unit module 15 is pressed, it is necessary, the pressure in the interior of the tower 10 and the gondola 11 to maintain. For this reason, the conventional air treatment device 2 is kept in operation with the overpressure generating outside air fan 25 and by means of the optimized air treatment system 6 is additionally ensured that the ange- soaked wet and salty outdoor air AL dehumidified and desalinated by filtering as completely as possible.
Das erfindungsgemäße optimierte Luftbehandlungssystem 6 arbeitet im Notbetrieb prin- zipiell wie zuvor beschrieben im Normalbetrieb, jedoch mit den folgenden Besonderheiten, da Energie nur begrenzt zur Verfügung steht:The optimized air treatment system 6 according to the invention works in the emergency mode in principle as described above in normal operation, but with the following special features, since energy is available only to a limited extent:
da die Heizeinrichtungen 58, 65 nicht aus der Abwärme der elektrischen oder e- lektronischen Aggregate 16 gespeist werden können, ergibt sich bei den über den Plattenwärmetauscher 51 geführten Umluft- und Außenluft-Zuluft-Strömen kein brauchbarer Energieaustausch, da keine Wärmeübertragung stattfindet;since the heating devices 58, 65 can not be fed from the waste heat of the electrical or electronic units 16, there is no useful energy exchange in the circulated air and fresh air supply air flows through the plate heat exchanger 51, since there is no heat transfer;
der Umluftventilator 56 steht still und fördert keine Umluft, so dass keine Umluft- strömung durch das Aggregatemodul 15 fließt;the circulating air fan 56 stands still and does not convey circulating air, so that no circulating air flow flows through the unit module 15;
die Außenluft-Entfeuchtungswärmepumpe ist in Betrieb, kühlt, entfeuchtet und heizt den Außenluftstrom AL auf, kann aber nicht bei jeder Wettersituation die 40%-Feuchte-linie erreichen;The outside air dehumidification heat pump is in operation, cools, dehumidifies and heats the outside air flow AL, but can not reach the 40% humidity line in every weather situation;
- zur Sicherheit und zur restlichen Nachheizung mit geringfügigem Energieeinsatz ist vorzugsweise ein Elektro-Heizregister mit Einspeisung aus dem Versorgungsnetz eingeschaltet und bewirkt eine Erhöhung der Temperatur des Zuluftstromes, so dass die Feuchtkennlinie von 40% erreicht wird und das kristallisierte Salz durch das Hochleistungsfilter 57 im Zuluftstrom abgeschieden werden kann.- For safety and residual reheating with a small amount of energy is preferably an electric heater with feed from the mains switched on and causes an increase in the temperature of the supply air, so that the wetness of 40% is achieved and the crystallized salt through the high-performance filter 57 in the supply air can be deposited.
auf dem Weg zum oberen Teil des Turmes 10 gibt der über den Zuluftkanal 74 geführte Zuluftstrom ZL einen geringen Anteil der Luftmenge über den Bypass 70 an das Aggregatemodul 15 zur Überdruckhaltung und zur Reduzierung des Feuchtegehaltes der Umluft ab. Zu diesem Zweck wird die Bypassklappe 700 (Fig. 21 bis 23) geöffnet und auf eine bestimmte, üblicherweise geringe Luftmenge eingeregelt. Die Bypassluftmenge kann vorzugsweise auch über die Abluft des Umluftstromes in das Aggregatemodul 15 eingebracht werden, nämlich über die Verbindung zwischen dem Bypass und der Abluft der Umluft gemäß den Fig. 21 bis 23. Durch die vorstehenden Maßnahmen kann weder im Aggregatemodul 15, noch im Turm 10 oder in der Gondel 1 1 eine Kondensation der Zuluft ZL beziehungsweise Umluft UL auftreten.On the way to the upper part of the tower 10, the supply air flow ZL guided via the supply air duct 74 releases a small proportion of the air volume via the bypass 70 to the unit module 15 for overpressure maintenance and for reducing the moisture content of the circulating air. For this purpose, the bypass flap 700 (Figures 21 to 23) is opened and regulated to a certain, usually small amount of air. The bypass air quantity can preferably also be introduced via the exhaust air of the circulating air flow into the unit module 15, namely via the connection between the bypass and the exhaust air of the circulating air according to FIGS. 21 to 23. Due to the above measures, condensation of the supply air ZL or circulating air UL can occur neither in the unit module 15, nor in the tower 10 or in the nacelle 11.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, kann der Verdampfer 53 der Außenluft- Entfeuchtungswärmepumpe, aber auch der Verdampfer 62 der Umluft- Entfeuchtungswärmepumpe mit einer Enteisungsfunktion für einen Teillastbetrieb ausgestattet werden. Für die Enteisungsfunktion wird die gesamte Verdampferleistung getrennt in zwei Verdampfer mit separater Einspritzung und separatem Expansionsventil sowie separaten Absperrklappen über den Lufteintrittsquerschnitt am jeweiligen Verdampfer aufgeteilt. Zum Zwecke der Enteisung können die Absperrklappen optional wechselseitig geöffnet oder geschlossen werden, wobei im Normalbetrieb beide Absperrklappen geöffnet sind, so dass eine Hälfte des Verdampfers die Kühlung und/oder Entfeuchtung vornimmt und die andere Hälfte bei geschlossener Absperrklappe durch Heiz- gaseinspritzung enteist wird.As stated above, the evaporator 53 of the outside air dehumidifying heat pump, but also the evaporator 62 of the circulating air dehumidifying heat pump can be equipped with a defrosting function for a partial load operation. For the de-icing function, the entire evaporator capacity is divided into two evaporators with separate injection and separate expansion valve and separate shut-off valves via the air inlet cross-section at the respective evaporator. For the purpose of deicing the butterfly valves can optionally be opened or closed alternately, with both butterfly valves are open during normal operation, so that one half of the evaporator makes the cooling and / or dehumidification and the other half is de-iced with a closed butterfly valve by heating gas injection.
Diese Sonderfunktion wird zusätzlich dann genutzt, wenn im Teillastbetrieb der Außenluft- Volumenstrom erheblich abgesenkt wird, was zu einer nicht vollständigen Verdampfung des Kältemittels der Entfeuchtungswärmepumpe führen kann, so dass die Gefahr des Flüssigkeitsaustritts an der Saugleitung besteht, die durch Flüssigkeitsschläge zur Zerstörung des Kompressors führen würde. Im Teillastbetrieb ist somit ein Kältekreislauf nicht in Betrieb und eine Absperrklappe wird geschlossen, so dass der reduzierte Luftvolumenstrom nur über die Teilfläche des Verdampfers strömt und damit sicher stellt, dass das Kältemittel vollständig verdampft und Flüssigkeitsschläge vermieden werden.This special function is also used when in part-load operation of the outside air volume flow is significantly reduced, which can lead to incomplete evaporation of the refrigerant dehumidification heat pump, so that the risk of liquid leakage on the suction line, which lead by liquid blows to the destruction of the compressor would. In part-load operation, therefore, a refrigeration cycle is not in operation and a butterfly valve is closed, so that the reduced air flow rate flows only over the partial surface of the evaporator and thus ensures that the refrigerant is completely evaporated and liquid shocks are avoided.
Im Verhältnis zum großen Turmquerschnitt und der großen Turmhöhe sowie aufgrund des großen Luftvolumens ist die üblicherweise in den Turm eingebrachte Außenluftmen- ge eher als gering zu bezeichnen. Dem Strömungsverhalten und dem auch damit verbundenen Abkühlverhalten im Turm ist daher besondere Beachtung zu schenken.In relation to the large tower cross section and the large tower height as well as due to the large volume of air, the amount of fresh air normally introduced into the tower is rather low. The flow behavior and the associated cooling behavior in the tower is therefore to pay particular attention.
Wird die Außenluftmenge - auch unter Beachtung der Aufheizung - mit geringer Geschwindigkeit in den Turm 10 eingebracht, so wird die Strömung insbesondere von der Thermik getrieben, da wärmere Luft bekanntlich nach oben steigt. Aufgrund der großen Turmhöhe und des großen Turmdurchmessers kann die Temperatur des Luftstromes, der die Gondel 11 erreicht, jedoch nicht kontrolliert werden. Auf der Strecke bilden sich durch Temperaturschichtungen sogenannte Layer und aufgrund unterschiedlicher Temperatu- ren der Turmwand, die beispielsweise an der Nordseite und an der Südseite mit und ohne Sonnenstrahlung herrschen, entwickeln sich unerwünschte Sekundärströme. So kann sich beispielsweise die schneller abkühlende Luft an der kühleren Turmseite, beispielsweise der Nordseite bzw. Kaltwindseite, die nicht von der Sonne bestrahlt ist, schnell zu einem fallenden Luftstrom entwickeln, der mit der Bildung von unerwünschten Kondensationserscheinungen verbunden ist.If the amount of outside air is introduced into the tower 10 at low speed, even if the heating is observed, then the flow is driven in particular by the thermal, since warmer air is known to rise upwards. Due to the large tower height and the large tower diameter, however, the temperature of the air flow reaching the nacelle 11 can not be controlled. Due to temperature stratification, so-called layers form on the line and due to different temperatures Ren the tower wall, which prevail, for example, on the north side and on the south side with and without solar radiation, develop unwanted secondary currents. Thus, for example, the faster cooling air on the cooler side of the tower, for example the north side or cold wind side, which is not irradiated by the sun, quickly develop into a falling air flow, which is associated with the formation of undesirable condensation phenomena.
Um dies zu vermeiden, weist die in Fig. 28 dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Nachbehandlung, ergänzenden Luftaufbereitung sowie gezielten Luftführung der unterschiedlichen Luftströme in weiterer Ergänzung zum Nachheizregister oder Wärmetauscher 8 gemäß Fig. 10 eine Weitwurfdüse 80 zum Einblasen des Zuluftstromes ZL in den Eintritt des Turmes 10 mit hoher Geschwindigkeit auf, die vorteilhafterweise im Zentrum des Turmdurchmessers angeordnet ist. Dadurch kann der in der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3, der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 oder optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 und gegebenenfalls im Wärmetauscher 8 erwärmte Zuluftstrom ZL gezielt in den oberen Bereich des Turmes 10 und näher an die Gondel 1 1 herangeführt werden.In order to avoid this, the embodiment shown in FIG. 28 of a device for aftertreatment, supplementary air treatment and targeted air guidance of the different air streams in a further supplement to the reheater or heat exchanger 8 according to FIG. 10 has a jet nozzle 80 for blowing the supply air flow ZL into the inlet of the Tower 10 at high speed, which is advantageously located in the center of the tower diameter. As a result, the supply air flow ZL heated in the simple air treatment device 3, the improved air treatment device 4 or optimum air treatment device 5 and possibly in the heat exchanger 8 can be selectively guided into the upper region of the tower 10 and closer to the nacelle 11.
Der Luftstrahl ZL'" mit hoher Geschwindigkeit induziert auf seinem Strömungsweg per- manent stehende Luft LS von allen Seiten des Turmes 10, wobei Luftschichtungen und Temperaturschichtungen aufgerissen und Sekundärströmungen vermieden werden.The air jet ZL '"at high speed induces permanent air LS on all sides of the tower 10 along its flow path, tearing open air layers and temperature stratifications and preventing secondary flows.
Die möglichst zentrische Anordnung der Weitwurfdüse 80 vermeidet ein Ablenken und Anlehnen der Strömung an die Turmwand und somit den sogenannten Coanda-Effekt. Zur Lufteinbringung wird eine Düsen- oder Diffusor-Form gewählt, weil dabei die statischen Druckverluste gering gehalten werden.The most centric arrangement of the jet nozzle 80 avoids deflecting and leaning the flow to the tower wall and thus the so-called Coanda effect. For the introduction of air, a nozzle or diffuser shape is chosen because it keeps the static pressure losses low.
In Fig. 28 sind die Außenluft AL, die freie Zuluftströmung ZL'" im Turm 10, die Fortluft FL aus der Gondel 1 1 , das konventionelle Luftaufbereitungsgerät 2 zur Vorentsalzung und Vorentfeuchtung und die optimale Luftbehandlungseinrichtung 5 zur Luftaufbereitung mit Plattenwärmetauscher und Entfeuchtungswärmepumpe, die Zuluft-Überdruck-Luftführung im Zuluftkanal 74 durch das Aggregatemodul 15, und die Umluft UL zur gezielten Absaugung ggf. mit Kanalsystem und ggf. mit Volumenstromreglern und zur gezielten Zuluftführung mit Kanalsystem und ggf. mit Volumenstromreglern sowie ein optionaler Wärmetau- scher 8 für die Erwärmung der Zuluft ZL'" in den Turm 10 und die Gondel 1 1 dargestellt. Anhand des in Fig. 29 dargestellten Mollier-h,x-Diagramm wird die Wirkung des optimierte Luftbehandlungssystem 6 mit der optimalen Luftbehandlungseinrichtung erläutert.In Fig. 28, the outside air AL, the free supply air flow ZL '"in the tower 10, the exhaust air FL from the nacelle 1 1, the conventional air treatment unit 2 for desalination and pre-dehumidification and the optimal air treatment device 5 for air treatment with plate heat exchanger and dehumidification heat pump, the supply air - Overpressure air duct in the supply air duct 74 through the unit module 15, and the recirculating air UL for targeted extraction possibly with duct system and possibly with volumetric flow controllers and targeted supply air duct with duct system and possibly with volume flow regulators and an optional Wärmetau- shear 8 for heating the Zuluft ZL '"in the tower 10 and the nacelle 1 1 shown. The effect of the optimized air treatment system 6 with the optimum air treatment device will be explained with reference to the Mollier-h, x diagram shown in FIG. 29.
Ausgehend von einer Außenluft mit einer Temperatur von ca. 7°C bei 100% relativer Feuchte im Punkt P1 wird entsprechend dem Pfeil A die angesaugte Außenluft über den Verdampfer 53 geführt und dabei auf ca. 4°C bei gleich bleibender relativer Feuchte abgekühlt. In dem Plattenwärmetauscher 51 gemäß den Fig. 4 bis 7 wird die herunter gekühlte Außenluft im Plattenwärmetauscher 51 mittels der im Umluftbetrieb im Aggregatemodul 15 aufgenommenen, von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebenen Wärme entsprechend dem Pfeil B von 4°C auf ca. 210C bei einer relativen Feuchte von 30% erwärmt. Durch die anschließende Erwärmung bzw. Nachheizung im Kondensator 55 der Entfeuchtungswärmepumpe wird die Zuluft entsprechend dem Pfeil C auf ca. 27°C geheizt und als Zuluftstrom über den Zuluftführungskanal 6 in den oberen Teil des Turmes 10, d. h., außerhalb des Aggregatemoduls 15 in den Innenraum des Turmes 10 und der darüber befindlichen Gondel 1 1 eingeblasen. Bis zum Erreichen der Austrittsöffnungen 3 wird die eingeblasene Zuluft maximal auf eine Temperatur von 7°C bei maximal 80 % relativer Feuchte entsprechend dem Pfeil D abgekühlt, wodurch sichergestellt ist, dass der Taupunkt nicht erreicht werden und Kondensation nicht entstehen kann.Starting from an outside air with a temperature of about 7 ° C at 100% relative humidity at point P1, the sucked outside air is passed through the evaporator 53 and thereby cooled to about 4 ° C at a constant relative humidity according to the arrow A. In the plate heat exchanger 51 according to FIGS. 4 to 7, the cooled down outside air in the plate heat exchanger 51 by means of the recirculated air in the aggregate module 15 recorded by the electrical and electronic units 16 heat emitted according to the arrow B of 4 ° C to about 21 0 C heated at a relative humidity of 30%. By the subsequent heating or reheating in the condenser 55 of the dehumidification heat pump, the supply air is heated according to the arrow C to about 27 ° C and as supply air via the supply air duct 6 in the upper part of the tower 10, ie, outside the unit module 15 in the interior of the tower 10 and the overhead gondola 1 1 blown. Until reaching the outlet openings 3, the injected supply air is cooled to a maximum of 7 ° C at a maximum of 80% relative humidity according to the arrow D, which ensures that the dew point can not be achieved and condensation can not occur.
Gleichzeitig wird die im Umluftbetrieb durch das Aggregatemodul 15 geführt Umluft entsprechend dem Punkt P2 gemäß Fig. 29 entsprechend dem Pfeil E als Abluft-Rückluft dem Plattenwärmetauscher 51 mit einer Temperatur von 300C und einer relativen Feuchte von 40% zugeführt und im Plattenwärmetauscher 51 bei hermetisch gegenüber dem Außenluft/Zuluft- und Überdruckstrom getrennter Führung durch den Platten Wärmetauscher 51 auf ca. 15°C unter Zunahme der relativen Feuchte auf ca. 100% abgekühlt und über die Umluft/Zuluft-Öffnung des Nachbehandlungsgeräts 5 an das Aggregatemodul 15 abgegeben.At the same time, the circulating air guided in recirculation mode by the unit module 15 according to the point P2 shown in FIG. 29 according to the arrow E as exhaust air return air to the plate heat exchanger 51 with a temperature of 30 0 C and a relative humidity of 40% supplied and in the plate heat exchanger 51 at hermetically cooled relative to the outside air / supply air and overpressure current through the plates heat exchanger 51 to about 15 ° C with increase in relative humidity to about 100% and discharged through the circulating air / supply air opening of the aftertreatment device 5 to the unit module 15.
Der Pfeil F bezeichnet die Wirkungsrichtung des Partialdruckes, der eine Reduzierung des Feuchtegehaltes im Umluftstrom und damit eine Trocknung im Aggregatemodul 15 und damit eine günstige Strömung immer zum Bereich des niedrigen Druckes, also vom Aggregatemodul 15 zum Turm 10 entsprechend der vorstehenden Beschreibung bewirkt.The arrow F denotes the direction of action of the partial pressure, which causes a reduction of the moisture content in the circulating air flow and thus a drying in the aggregate module 15 and thus a favorable flow always to the range of low pressure, ie from the aggregate module 15 to the tower 10 as described above.
Die Linie G hebt die Linie 80%iger relativer Feuchte hervor. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, erzielen zusammengefasst folgende Wirkungen und Vorteile:Line G highlights the line of 80% relative humidity. The method according to the invention and the device according to the invention for air treatment in wind power plants, in particular in offshore wind power plants, collectively achieve the following effects and advantages:
1. Führung der aus der Umgebung angesaugten Außenluft durch einen Luftführungskanal 6 durch das Aggregatemodul 15 hindurch zu dem oberhalb des Aggregatemoduls 15 liegenden Teil des Turmes 10 und zu der an dessen Spitze befindlichen Gondel 1 1 , so dass die im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 nicht mit salzhaltiger Luft in Berührung kommen und daher keine Kon- tamination der Aggregate 16 erfolgt.1. Guiding the sucked from the outside air through an air duct 6 through the unit module 15 through to the lying above the unit module 15 part of the tower 10 and located at the top of the tower 1 1, so that arranged in the unit module 15 electrical and electronic Aggregates 16 do not come into contact with salty air and therefore no contamination of aggregates 16 takes place.
2. Führung der Außenluft durch einen ersten Strömungsweg des Nachbehandlungsgerätes 5 mit einem Plattenwärmetauscher 51 getrennt von einem zweiten Strömungsweg zur Führung eines Umluftstromes durch das Aggregatemodul 15 über Zuluft- und Abluftkanäle 75, 76 mit einer hermetischen Trennung der Luftströme bei gleichzeitiger indirekter Energieübertragung2. Guiding the outside air through a first flow path of the aftertreatment device 5 with a plate heat exchanger 51 separated from a second flow path for guiding a circulating air flow through the unit module 15 via Zuluft- and exhaust air ducts 75, 76 with a hermetic separation of the air streams with simultaneous indirect energy transfer
- zum Zwecke der Kühlung der durch das Aggregatemodul 15 geführten Umluft,for the purpose of cooling the circulating air passed through the aggregate module 15,
- zum Zwecke der Erwärmung in den Turm 10 und die Gondel 1 1 eingeblasenen Zuluft; - zum Zwecke der Entfeuchtung des Umluftstromes bei entsprechenden Temperaturdifferenzen.- For the purpose of heating in the tower 10 and the nacelle 1 1 injected supply air; - For the purpose of dehumidifying the circulating air flow at appropriate temperature differences.
3. Ein integriertes Entfeuchtungswärmepumpensystem dient der Feuchtereduzierung der Außenluft und deren gleichzeitiger Aufheizung mit der Gesamtwirkung, dass nach Abkühlung der Außenluft im Turm 10 der Taupunkt nicht erreicht wird bzw. nicht erreicht werden kann, so dass eine Kondensation im Turm 10 und in der Gondel 1 1 vermieden wird.3. An integrated dehumidification heat pump system is the moisture reduction of the outside air and their simultaneous heating with the overall effect that after cooling the outside air in the tower 10, the dew point is not reached or can not be achieved, so that condensation in the tower 10 and in the nacelle. 1 1 is avoided.
4. Gezielte Zu- und Rückluftführung nach dem Umluftprinzip im Aggregatemodul 15 durch Luftführungskanäle 7, 8, die ggf. mit zusätzlichen Volumenstromreglern in den einzelnen Zonen bzw. Etagen des Aggregatemoduls 15 zur optimalen Luftreinigung und zur gezielten Erwärmung der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 versehen werden, deren Wärme über die Oberflächen der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 abgegeben wird. 5. Ergänzende Nachheizung der Zuluft, vorzugsweise unter Einbeziehung einer Regeleinrichtung, zum Turm 10 und der Gondel 11 aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 zur Vermeidung einer Kondensation im Turm 10 und in der Gondel 11.4. Targeted supply and return air ducts according to the circulating air principle in the unit module 15 through air ducts 7, 8, which may be provided with additional volume flow controllers in the individual zones or floors of the unit module 15 for optimum air cleaning and targeted heating of the electrical and electronic units 16 whose heat is dissipated through the surfaces of the electrical and electronic assemblies 16. 5. Supplementary reheating of the supply air, preferably with the involvement of a control device, the tower 10 and the nacelle 11 from the waste heat of the electrical and electronic units 16 to prevent condensation in the tower 10 and in the nacelle 11th
6. Anordnung eines Hochleistungs-Feinfilters 61 zur weiteren Reduzierung des Salzgehaltes der durch das Aggregatemodul 15 geführten Umluft bei Feuchtewerten von weniger als 40 % relativer Feuchte.6. Arrangement of a high-performance fine filter 61 for further reduction of the salt content of the recirculated air guided through the aggregate module 15 at moisture values of less than 40% relative humidity.
7. Optionale Entfeuchtungswärmepumpen-Umschaltung mit einem zusätzlichen Kondensator auf Umluft zur Notbeheizung insbesondere im Winterbetrieb und/oder bei stillgelegter Windenergieanlage.7. Optional dehumidification heat pump changeover with an additional condenser to circulating air for emergency heating, especially in winter operation and / or when the wind turbine is shut down.
Je nach Konzeption einer Windenergieanlage sowie in Abhängigkeit von der Turmhöhe der Windenergieanlage sind oberhalb des Aggregatemoduls 15 weitere Zwischendecks, d.h. Trennungen im Querschnitt des Turms 10, vorgesehen. Dadurch wird der in den Innenraum des Turmes 10 mittels des Außenluftventilators 25 eingeblasene Induktionsstrahl der Zuluftführung auf dem Weg zur Gondel 1 1 auf seinem Strömungsweg unterbrochen beziehungsweise behindert. Durch derartige Zwischendecks verlangsamt sich der Zuluftstrom durch permanente Induktion, d.h. Strahlenverdickung, so dass es für große Turmhöhen empfehlenswert ist, die Dynamik des Zuluftstromes zu beschleunigen. Zudem kühlt sich der erwärmte Zuluftstrom, der auch durch den thermischen Effekt nach oben in Richtung zur Gondel 1 1 getrieben wird, auf dem langen Weg bis zur Gondel 1 1 an den Turmwandungen ab, so dass sich auch der thermische Auftrieb allmählich ver- langsamt.Depending on the design of a wind energy plant and depending on the tower height of the wind energy plant, there are 15 further intermediate decks above the aggregate module, i. Separations in the cross section of the tower 10, provided. As a result, the blown into the interior of the tower 10 by means of the outside air fan 25 induction beam of the supply air on the way to the nacelle 1 1 is interrupted or obstructed on its flow path. Such intermediate decks slow the supply air flow by permanent induction, i. Beam thickening, so that it is recommended for large tower heights to accelerate the dynamics of the supply air flow. In addition, the heated supply air flow, which is also driven by the thermal effect upwards towards the nacelle 1 1, cools on the long walls to the nacelle 11 on the tower walls, so that the thermal buoyancy gradually slows down.
Andererseits bieten Zwischendecks insbesondere bei größeren Turmhöhen eine gute Möglichkeit, die Dynamik des Zuluftstromes zu erhalten beziehungsweise zu verstärken, indem eine vorzugsweise zentrisch angeordnete, die Geschwindigkeit der Zuluftströmung erhöhende Einrichtung wie beispielsweise eine Düse oder ein Diffusor die Strömungsgeschwindigkeit der Zuluft punktuell erhöht und eine gerichtete Strömung mit hohem Induktionsverhalten oberhalb eines jeden Zwischendecks erneut erzeugt. Diese Anordnung kann für jedes Zwischendeck wiederholt werden, wobei die geschwindigkeitserhöhende Einrichtung so ausgelegt wird, dass die Strahllänge die Höhe des jeweils nächsten Zwi- schendecks erreicht und dort von der nächsten geschwindigkeitserhöhenden Einrichtung aufgenommen und weitergeführt wird. Diese technische Lösung mit Anordnung einer als Düse oder Diffusor ausgebildeten ge- schwindigkeitserhöhenden Einrichtung kommt solange ohne ein mechanisches Hilfsag- gregat, wie beispielsweise einen Ventilator, aus, solange ein Zwischendeck eine luftdich- te Abschottung darstellt und die durch den zentralen Außenluftventilator 25 eingebrachte Luftmenge aufgrund des erheblichen Überdruckverhaltens lediglich die Düse beziehungsweise den Diffusor der geschwindigkeitserhöhenden Einrichtung durchströmen kann und das Zwischendeck keine Bypässe in Form von Leckagen aufweist. Dabei ist der Außenluftventilator in der Lage, einen ausreichenden Überdruck zu erzeugen, der bis zur Gondel 1 1 der Windenergieanlage reicht, so dass die erforderliche Geschwindigkeitserhöhung über die eingebauten Düsen beziehungsweise Diffusoren oder vergleichbaren Einrichtungen bewirkt werden kann.On the other hand, intermediate decks, in particular for larger tower heights, offer a good opportunity to maintain or increase the dynamics of the supply air flow by selectively increasing the flow rate of the supply air at a preferably centrically arranged device, which increases the velocity of the supply air flow, such as a nozzle or a diffuser, and a directed flow Reproduced with high induction behavior above each sub-deck. This arrangement can be repeated for each intermediate deck, wherein the speed increasing means is designed such that the beam length reaches the height of the respective next intermediate deck and is picked up and continued there by the next speed increasing unit. This technical solution with the arrangement of a speed increasing device designed as a nozzle or diffuser is carried out without a mechanical auxiliary unit, such as a ventilator, as long as an intermediate deck represents an air-tight partition and the amount of air introduced through the central outside air fan 25 the considerable overpressure behavior can only flow through the nozzle or the diffuser of the speed increasing device and the intermediate deck has no bypasses in the form of leaks. In this case, the outside air fan is able to generate a sufficient overpressure, which extends to the nacelle 1 1 of the wind turbine, so that the required increase in speed can be effected via the built-in nozzles or diffusers or similar devices.
Weist das Zwischendeck jedoch gemäß den Fig. 30 und 31 an seinen Seitenrändern zur Turmwandung Spaltabstände auf oder sind im Zwischendeck Öffnungen zur Durchführung einer Fahrstuhlkabine oder anderer Einrichtungen vorgesehen, so sind gemäß Fig. 30 mechanische Zusatzeinrichtungen wie Ventilatoren 80, 81 , 82 erforderlich, um die dynamische Geschwindigkeit des Zuluftstromes ZL, ZL', ZL", ZL'" zu erhöhen, da die über den Außenluftventilator eingebrachte Luftmenge aufgrund des großen Druckverhal- tens alle Öffnungen durchdringt, wodurch sich ein unkontrolliertes Strömungsverhalten im Turm 10 sowie der Gondel 1 1 entwickeln kann.If, however, the intermediate deck according to FIGS. 30 and 31 has gaps at its side edges to the tower wall or openings are provided in the intermediate deck for carrying out an elevator cabin or other facilities, mechanical additional equipment such as ventilators 80, 81, 82 are required in FIG to increase the dynamic speed of the supply air flow ZL, ZL ', ZL ", ZL'", since the introduced via the outside air fan air quantity penetrates all openings due to the large Druckverhal-, resulting in an uncontrolled flow behavior in the tower 10 and the nacelle 1 1 develop can.
Fig. 31 zeigt die Erzeugung eines aus der primären Luft gebildeten Treibstrahls sowie durch Induktion gebildete Sekundärluftströmungen und im Bereich des Zwischendecks oberhalb des Aggregatemoduls 15 an den Randbereichen des Zwischendecks auftretende Bypassströmungen entsprechend den in Fig. 31 eingetragenen Pfeilen.31 shows the generation of a propulsion jet formed from the primary air and secondary air flows formed by induction and bypass flows occurring in the region of the intermediate deck above the aggregate module 15 at the edge regions of the intermediate deck, corresponding to the arrows indicated in FIG. 31.
Um eine gezielte Strömung des Zuluftstromes zu erreichen und dabei Bypass- Strömungen durch die Randspalte oder Fahrstuhldurchführungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Ventilatoren 80, 81 , 82, die die Strömung im zentrischen Bereich des Turmes 10 erneut erzeugen, mit einer geringfügig erhöhten, geeigneten Luftmenge von beispielsweise + 10 %, gegenüber der Zuluftmenge auszulegen, so dass durch Überdruck oberhalb des jeweiligen Zwischendecks und Unterdruck unterhalb des jeweiligen Zwischendecks eine geringe Luftmenge über die Bypässe strömt und so verhindert, dass unkontrollierte Luftströmungen aus dem Überdruckverhalten des Außenluftventilators 25 entstehen. Die mechanischen Luftfördereinrichtungen in Form zusätzlicher Ventilatoren 80, 81 , 82 werden mit einem äußerst geringen statischen Druck ausgelegt, weil der Außenluftventi- lator 25 einen erheblichen Überdruck erzeugt, der nur nach dem gesamten Weg durch den Turm 10 letztendlich in der Gondel 11 abströmen kann und sich erst dort durch Undichtigkeiten und Überdruckklappen als Fortluft FL verliert. Der Turm 10 ist als hermetisch geschlossen anzusehen, so dass hier der Überdruck bis zum Eintritt in die Gondel 1 1 erhalten bleibt.In order to achieve a targeted flow of the supply air flow and thereby avoid bypass flows through the edge gaps or elevator bushings, it is advantageous that the fans 80, 81, 82, which generate the flow in the central region of the tower 10 again, with a slightly elevated, suitable amount of air, for example, + 10%, interpreted as compared to the supply air, so that by overpressure above the respective intermediate deck and negative pressure below the respective intermediate deck a small amount of air flows through the bypasses and thus prevents uncontrolled air flows from the over-pressure behavior of the outdoor fan 25 arise. The mechanical air conveyors in the form of additional fans 80, 81, 82 are designed with an extremely low static pressure, because the Außenluftventi- vator 25 generates a significant excess pressure, which can only flow in the nacelle 11 after all the way through the tower 10 and finally Only there loses through leaks and pressure flaps as exhaust air FL. The tower 10 is to be regarded as hermetically closed, so that here the excess pressure is maintained until entry into the nacelle 1 1.
Fig. 32 zeigt das optimierte Luftbehandlungssystem 6 für die in Fig. 30 dargestellte Wind-Energieanlage in Verbindung mit dem konventionellen Luftaufbereitungs- bzw. Entsalzungsgerät 2 zur Vorentfeuchtung und -entsalzung der Außenluft AL.FIG. 32 shows the optimized air treatment system 6 for the wind energy installation shown in FIG. 30 in conjunction with the conventional air treatment or desalination apparatus 2 for the pre-dehumidification and desalination of the outside air AL.
Aufgrund des Abkühleffektes durch die Turmwandungen in Verbindung mit den langen Strömungswegen erweist es sich gemäß Fig. 33 als vorteilhaft, in Verbindung mit der mechanischen Luftfördereinrichtung 80, 81 , 82 den auf Teilstrecken abgekühlten Luftstrom durch Heizeinrichtungen 8, 83, 84, die beispielsweise aus der Abwärme der im Aggregatemodul 15 angeordneten, Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 gespeist wird, erneut aufzuheizen. Die Temperaturen im gesamten Turm 10 können dadurch gegenüber einer einmaligen zentralen Aufheizung gleichmäßiger gestaltet werden und das Temperatur- Kondensationsverhalten im Turm 10 vorteilhaft beeinflussen.As a result of the cooling effect through the tower walls in conjunction with the long flow paths, it proves to be advantageous in connection with the mechanical air conveyor 80, 81, 82 to cool the partial air flow through heaters 8, 83, 84, for example, from the Waste heat is arranged in the unit module 15, heat-dissipating electrical and electronic units 16 is fed to reheat. The temperatures in the entire tower 10 can be made more uniform compared to a single central heating and affect the temperature condensation behavior in the tower 10 advantageous.
Die Anordnung eines Hochleistungsfilters sowie eines Wärmetauschers beziehungsweise einer zusätzlichen Heizeinrichtung in der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 kann auch gemäß Fig. 34 in den Bereich einer Düse mit Ventilator 80 oberhalb des Aggregatemoduls 15 mit dem Hochleistungsfilter 59 und dem Wärmetauscher 8 verlagert oder zusätzlich angeordnet werden.The arrangement of a high-performance filter as well as a heat exchanger or an additional heating device in the optimal air treatment device 5 can also be displaced or additionally arranged according to FIG. 34 in the region of a nozzle with fan 80 above the aggregate module 15 with the high-efficiency filter 59 and the heat exchanger 8.
Die erfindungsgemäße Lösung wurde vorstehend am Beispiel einer Offshore Wind- Energieanlage mit den im Meerwasserbereich herrschenden klimatischen Bedingungen einer feuchten und salzhaltigen Außenluft bei jahreszeitlich bedingten sehr kalten oder sehr warmen Außenlufttemperaturen beschrieben. Daraus resultieren die Erfordernisse einer Entfeuchtung und Entsalzung der Außenluft sowie Bereitstellung einer entfeuchte- ten und entsalzten Zuluft im Bereich des Aggregatemoduls 15, im Innern des Turmes 10 und in der Gondel 11 zur Vermeidung von Korrosion und Gewährleistung der Abfuhr der im Aggregatemodul anfallenden Wärmelasten. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch auch auf andere Umgebungsbedingungen anwendbar, beispielsweise auf eine Umgebung mit sandiger, staubhaltiger oder anderweitig stark belasteter Außenluft. Auch unter derartigen Bedingungen ist der Einsatz einer Wärmepumpe und Filtereinrichtung zur Konditionierung der in das Turminnere eingeblasenen Luft sowie zur Wärmeabfuhr der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten im Aggregatemodul abgestrahlten Wärme von Bedeutung.The solution according to the invention has been described above using the example of an offshore wind power plant with the prevailing in seawater climatic conditions of a moist and salty outside air at seasonal very cold or very warm outside air temperatures. This results in the requirements of dehumidifying and desalination of the outside air and providing a dehumidified and desalinated supply air in the area of the unit module 15, inside the tower 10 and in the nacelle 11 to prevent corrosion and ensure the discharge of the in the aggregate module accumulating heat loads. However, the solution according to the invention is also applicable to other environmental conditions, for example to an environment with sandy, dusty or otherwise heavily contaminated outside air. Even under such conditions, the use of a heat pump and filter device for conditioning the injected into the tower interior air and heat dissipation of radiated from the electrical and electronic units in the unit module heat is of importance.
Unabhängig von anderen, aggressiven Umgebungsbedingungen ist die Entfeuchtung und die damit verbundene Sicherheit gegen Kondensation auch bei Land- Windenergieanlagen ein bedeutsamer Punkt, denn Windenergieanlagen verfügen über elektrische und elektronische Einrichtungen, die sowohl sensibel auf zu hohe Feuchtewerte, bei denen sie einer verstärkten Korrosion ausgesetzt sind, als auch auf unzulässig hohe Temperaturen reagieren, die zu einer Zerstörung der elektrischen und elektroni- sehen Einrichtungen führen können.Regardless of other harsh environmental conditions, dehumidification and the associated safety against condensation is also significant in land-based wind turbines, as wind turbines have electrical and electronic equipment that is sensitive to excessive humidity levels at which they are subject to increased corrosion , as well as react to impermissibly high temperatures, which can lead to the destruction of the electrical and electronic devices see.
In Abwandlung von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen müssen in derartigen Wind-Energieanlagen nicht alle Einrichtungen unmittelbar im Turm angeordnet sein, sondern können auch in Containern oder Gebäuden neben dem Turm der Wind- Energieanlage vorgesehen werden. Auch an derartigen Nebengebäuden oder Containern ist die Entfeuchtung der Außenluft bzw. die Vermeidung von Kondensation und gegebenenfalls die Wärmeabfuhr von den elektrischen und elektronischen Aggregaten von erheblicher Bedeutung.In a modification of the embodiments described above, not all devices must be arranged directly in the tower in such wind power plants, but can also be provided in containers or buildings next to the tower of the wind energy plant. Even at such outbuildings or containers, the dehumidification of the outside air or the prevention of condensation and optionally the heat dissipation of the electrical and electronic units of considerable importance.
Wie einleitend ausgeführt wurde, hängt die Korrosionsgefahr im Wesentlichen von den klimatischen Bedingungen am Ort einer Wind-Energieanlage ab. Die zuvor beschriebenen Maßnahmen dienen dazu, Temperatur- und Feuchtewerte der Luft im Innern der Wind-Energieanlage einzuhalten, die außerhalb der kritischen Luftfeuchte liegen. Neben diesen, die Korrosionsgefahr beseitigenden oder zumindest minimierenden Maßnahmen ist jedoch zu beachten, dass die im Turm und der Gondel der Wind-Energieanlage angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate für einen sicheren, dauerhaften Betrieb ausreichend gekühlt werden. Dabei kann in bestimmten Regionen der Fall eintreten, dass zwar die Luft hinreichend entsalzt und entfeuchtet wird, dass aber der in den Turm und/oder in die Gondel der Wind-Energieanlage abgegebene Zuluftstrom eine Tempera- turhöhe aufweist, die zur Kühlung der Aggregate zu hoch ist bzw. zur Kühlung nicht vollständig ausreicht. In diesen Fällen ist der Einsatz einer bezüglich der Entwärmung optimierten Luftbehandlungseinrichtung im Wege des Zuluftstromes in den Turm der Wind-Energieanlage bzw. innerhalb der Gondel einer Wind-Energieanlage gemäß den nachstehend beschriebenen Fig. 39 bis 45 vorteilhaft.As explained in the introduction, the risk of corrosion depends essentially on the climatic conditions at the location of a wind power plant. The measures described above are used to maintain the temperature and humidity values of the air inside the wind energy plant, which are outside the critical humidity. In addition to these, the measures eliminating or at least minimizing the risk of corrosion, however, it should be noted that the electrical and electronic units arranged in the tower and the nacelle of the wind power plant are sufficiently cooled for safe, permanent operation. In certain regions, the case may occur that, although the air is adequately desalinated and dehumidified, the supply air flow discharged into the tower and / or into the nacelle of the wind energy installation has a temperature height that is too high for cooling the units is or is not completely sufficient for cooling. In these cases, the use of an optimized with respect to the cooling air treatment device by way of Zuluftstromes in the tower of the wind power plant or within the nacelle of a wind power plant according to the below-described Fig. 39 to 45 is advantageous.
Fig. 39 zeigt ein Luftbehandlungssystem mit einer Kombination einer verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 mit einem konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2" gemäß Fig. 13 unterhalb der strichpunktierten Linie und einem Platten- Wärmetauscher 91 mit getrennter Luftstromführung in Verbindung mit einem zusätzlichen Ventilator 92 oberhalb der strichpunktierten Linie. Die von der Kombination aus verbesserter Luftbehandlungseinrichtung 4 in Verbindung mit einem konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2" aufbereitete Außenluft AL wird als Zuluft ZL an den einen Strömungsweg des Plattenwärmetauschers 91 und von diesem als entwärmte bzw. indirekt gekühlte Zuluft ZL' an den Turm 10 bzw. das Aggregatemodul 15 entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 9 abgegeben. Der andere, von dem Zuluftstrom ZL-ZL' hermetisch getrennte Luftstrom führt von der Außenluft AL über den zusätzlichen Ventilator 92 zur Fortluft FL.Fig. 39 shows an air treatment system with a combination of an improved air treatment device 4 with a conventional air treatment or desalination unit 2 "according to FIG. 13 below the dotted line and a plate heat exchanger 91 with separate air flow guide in conjunction with an additional fan 92 above the dotted line The external air AL conditioned by the combination of the improved air treatment device 4 in conjunction with a conventional air treatment or desalination device 2 "is supplied as supply air ZL to the one flow path of the plate heat exchanger 91 and from this as the cooled or indirectly cooled supply air ZL 'to the tower 10 or the aggregate module 15 as shown in FIG. 9 delivered. The other, from the supply air flow ZL-ZL 'hermetically separated air flow leads from the outside air AL via the additional fan 92 to the exhaust air FL.
Bei einer Temperatur des von der Kombination aus verbesserter Luftbehandlungseinrichtung 4 und konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2" abgegebenen Zuluftstromes ZL, die zur Kühlung der Aggregate nicht oder nicht vollständig ausreicht, wird der Zuluftstrom ZL-ZL' über den Plattenwärmetauscher 91 einer freien, indirekten Kühlung unterworfen, bei der der Außenluftstrom vom Außenluftanschluss AL zum Fort- luftanschluss FL über den Plattenwärmetauscher 91 geführt wird und dabei den Zuluftstrom ZL-ZL' indirekt kühlt. Die beiden durch den Plattenwärmetauscher 91 geführten Luftströme sind dabei hermetisch getrennt, so dass eine Kontamination des Zuluftstromes ZL-ZL' mit salzhaltiger und feuchter Luft ausgeschlossen ist.At a temperature of the supply air flow ZL emitted by the combination of improved air treatment device 4 and conventional air treatment or desalination device 2 "which is insufficient or not sufficient to cool the aggregates, the supply air flow ZL-ZL 'via the plate heat exchanger 91 becomes free, indirect cooling in which the outside air flow is conducted from the outside air connection AL to the outgoing air connection FL via the plate heat exchanger 91 and thereby indirectly cools the supply air flow ZL-ZL 'The two air flows guided through the plate heat exchanger 91 are hermetically separated, so that a contamination of the supply air flow ZL-ZL 'is excluded with salty and humid air.
Dabei ist im Innenraum des Turmes 10 bzw. des Aggregatemoduls 15 sichergestellt, dass die Temperatur maximal den Wert der Außentemperatur erreichen und bezüglich der Luftfeuchte den Wert von 65% relativer Luftfeuchte nicht überschreiten kann. Durch die gezielte Entfeuchtung mittels der Kombination aus verbesserter Luftbehandlungseinrichtung mit konventionellem Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät gemäß Fig. 13 ist sichergestellt, dass der Taupunkt zu keiner Zeit und an keinem Ort innerhalb des Turmes 10 erreicht wird, so dass ein sicherer Korrosionsschutz auch unter Berücksichtigung einer linearen Zunahme der Korrosionsgeschwindigkeit bei Feuchtigkeitswerten größer 65% relativer Luftfeuchtigkeit erreicht wird.It is ensured in the interior of the tower 10 and the unit module 15 that the maximum temperature can reach the value of the outside temperature and with respect to the humidity can not exceed the value of 65% relative humidity. The targeted dehumidification by means of the combination of improved air treatment device with conventional air treatment or desalination apparatus according to FIG. 13 ensures that the dew point is never reached at any time and at any location within the tower 10, so that a secure corrosion protection even under consideration linear increase in corrosion rate at humidity levels greater than 65% relative humidity is achieved.
Alternativ zu der Kombination aus verbesserter Luftbehandlungseinrichtung 4 und kon- ventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2" gemäß Fig. 13 kann selbstverständlich auch eine Kombination aus verbesserter Luftbehandlungseinrichtung 4 und konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2" gemäß Fig. 12 oder eine Anordnung gemäß den Fig. 15 bis 31 eingesetzt werden, wobei letztere wegen des erhöhten gerätetechnischen Aufwandes eher für Sonderfälle geeignet sind.As an alternative to the combination of improved air treatment device 4 and conventional air treatment or desalination device 2 "according to FIG. 13, it goes without saying that a combination of improved air treatment device 4 and conventional air treatment or desalination device 2" according to FIG. 12 or an arrangement according to FIGS. 15 to 31 are used, the latter being more suitable for special cases because of the increased equipment expense.
Das in Fig. 39 dargestellte Luftbehandlungssystem mit einer Kombination aus verbesserter Luftbehandlungseinrichtung 4 mit einem konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2" in Verbindung mit einem Plattenwärmetauscher 91 zur indirekten freien Kühlung der in den Turm 10 bzw. in das Aggregatemodul 15 abgegebenen Zuluft ZL' dient in erster Linie der Entwärmung der Zuluft ZL' zur ausreichenden Kühlung bzw. Ent- wärmung der im Turm 10 bzw. in der Gondel 11 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate. Da es in den Wintermonaten jedoch allein durch die Turmwandungen zu einer starken Abkühlung innerhalb des Turmes 10 kommen kann, sind die im Luftbe- handlungssystem gemäß Fig. 39 angeordneten Ventilatoren 25, 92 zur Gewährleistung einer konstanten Temperatur mit gezielter Temperaturerhöhung und Konstanthaltung vorzugsweise mit regelbaren Antrieben ausgestattet, so dass über den Volumenstrom die Entwärmung bzw. die Nutzung der Abwärme zur Turmbeheizung in den Wintermonaten von 0 bis 100% geregelt werden kann.The air treatment system illustrated in FIG. 39 with a combination of improved air treatment device 4 with a conventional air treatment or desalination device 2 "in conjunction with a plate heat exchanger 91 for indirect free cooling of the supply air ZL 'discharged into the tower 10 or into the aggregate module 15 serves in FIG primarily the cooling of the supply air ZL 'for sufficient cooling or heating of the electrical and electronic units arranged in the tower 10 or in the nacelle 11. However, since in the winter months only through the tower walls a strong cooling within the tower 10 The fans 25, 92 arranged in the air treatment system according to FIG. 39 are preferably equipped with controllable drives to ensure a constant temperature with targeted temperature increase and constant maintenance, so that via the volume flow the cooling or the use of the waste heat for tower heating inwinter months can be regulated from 0 to 100%.
Fig. 40 zeigt das Luftbehandlungssystem gemäß Fig. 39 mit einer zusätzlichen mechanischen Kühleinrichtung bestehend aus einem Kompressor 930, einem Verdampfer bzw. Kühler 931 und einem Kondensator 932. Dieses modifizierte Luftbehandlungssystem für eine Wind-Energieanlage dient bevorzugt für die Aufstellung in Klimazonen, die höhere Außentemperaturen aufweisen, die zu einer freien, indirekten Kühlung nicht ausreichen. Bei diesem Luftbehandlungssystem wird in einer ersten Sequenz die freie, indirekte Kühlung genutzt und je nach Jahreszeit bzw. Bedarf die mechanische Kühlanlage 930, 931 , 932 in einer zweiten Sequenz gezielt bzw. geregelt zugeschaltet. Auch in dieser Anordnung sind die Ventilatoren 25, 92 mit regelbaren Antrieben zur Erzeugung variabler Vo- lumenströme in Abhängigkeit von der Temperatur ausgerüstet. Fig. 41 zeigt in schematischer Darstellung eine Einrichtung, die in Teilbereichen der Wind-Energieanlage 1 für eine zusätzliche, bzw. ergänzende oder unabhängige Kühlung von Aggregaten, beispielsweise für das Getriebe und den Generator in der Gondel 11 der Wind-Energieanlage 1 eingesetzt werden kann.40 shows the air treatment system according to FIG. 39 with an additional mechanical cooling device consisting of a compressor 930, an evaporator or radiator 931 and a condenser 932. This modified air treatment system for a wind power plant is preferably used for installation in climatic zones, the higher ones Outdoor temperatures that are insufficient for a free, indirect cooling. In this air treatment system, the free, indirect cooling is used in a first sequence and depending on the season or demand, the mechanical cooling system 930, 931, 932 in a second sequence targeted or regulated switched. In this arrangement too, the fans 25, 92 are equipped with controllable drives for generating variable volumetric flows as a function of the temperature. Fig. 41 shows a schematic representation of a device that can be used in sub-areas of the wind power plant 1 for additional, or complementary or independent cooling of aggregates, such as the transmission and the generator in the nacelle 11 of the wind energy plant 1 ,
Die Einrichtung zur zusätzlichen Kühlung von Aggregaten weist einen Plattenwärmetauscher 94 mit getrennten, aber in Wärme tauschender Verbindung stehenden Luftstromführungen eines Außenluftstromes, der von einem Außenluftanschluss AL zu einem Fort- luftanschluss FL über einen ersten Ventilator 95 führt, und eines Umluftstromes, der von einem Zuluftanschluss ZL' zu einem Zuluftanschluss ZL" über einen zweiten Ventilator 96 führt. Der erste Ventilator 95 fördert zur Nutzung der freien, indirekten Kühlung Außenluft AL über den Plattenwärmetauscher 94 zur Fortluft FL und kühlt dabei den hermetisch getrennten Umluftstrom ZL'-ZL", der durch den zweiten Ventilator 96 gefördert wird.The device for additional cooling of units comprises a plate heat exchanger 94 with separate, but in heat-exchanging connection air flow guides an outside air flow, which leads from an outside air connection AL to a continuous air connection FL via a first fan 95, and a recirculation air flow from a supply air connection ZL 'leads to a supply air connection ZL "via a second fan 96. The first fan 95 conveys outside air AL via the plate heat exchanger 94 to the exhaust air FL and thereby cools the hermetically separated recirculating air flow ZL'-ZL" to use the free, indirect cooling the second fan 96 is conveyed.
Auch in dieser Anordnung sind die Ventilatoren 95 und 96 mit regelbaren Antrieben ausgestattet, um variable Volumenströme in Abhängigkeit von der Temperatur zu erzielen.Also in this arrangement, the fans 95 and 96 are equipped with controllable drives to achieve variable volume flows as a function of the temperature.
Die in Fig. 42 dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von der Einrichtung gemäß Fig. 41 durch die Anordnung einer zusätzlichen mechanischen Kühlung mit einem Kompres- sor 970, einem Verdampfer 971 und einem Kondensator 972. Diese Einrichtung dient zur Aufstellung der Wind-Energieanlage in Klimazonen, die höhere Außentemperaturen aufweisen, die zu einer freien, indirekten Kühlung nicht ausreichen, so dass die mechanische Kälteanlage 970, 971 , 972 zur zusätzlichen mechanischen Kühlung zugeschaltet werden kann. Analog zum Luftbehandlungssystem gemäß Fig. 41 wird in der ersten Se- quenz die freie Kühlung genutzt und je nach Jahreszeit bzw. Bedarf in einer zweiten Sequenz die mechanische Kühlanlage 970, 971 , 972 gezielt bzw. geregelt zugeschaltet.The device illustrated in FIG. 42 differs from the device according to FIG. 41 in the arrangement of an additional mechanical cooling with a compressor 970, an evaporator 971 and a condenser 972. This device is used to set up the wind power plant in climatic zones, have the higher outside temperatures, which are not sufficient for a free, indirect cooling, so that the mechanical refrigeration system 970, 971, 972 can be switched on for additional mechanical cooling. Analogous to the air treatment system according to FIG. 41, the free cooling is used in the first sequence and the mechanical cooling system 970, 971, 972 is activated in a targeted or regulated manner in a second sequence depending on the season or demand.
Auch in der Einrichtung gemäß Fig. 42 sind die Ventilatoren 95 und 96 mit regelbaren Antrieben ausgestattet, um variable Volumenströme in Abhängigkeit von der Temperatur zu erzielen.Also in the device according to FIG. 42, the fans 95 and 96 are equipped with controllable drives in order to achieve variable volume flows as a function of the temperature.
Fig. 43 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Wind-Energieanlage 1 mit einem Turm 10 und einer Gondel 1 1 , in denen die Luftbehandlungssysteme LBS und E mit ergänzenden Kühleinrichtungen bzw. Entwärmungseinrichtungen gemäß den Fig. 39 bis 42 angeordnet sind. Analog zur Anordnung gemäß Fig. 9 wird in den unteren Teil des Turmes 10 das modifizierte Luftbehandlungssystem LBS gemäß den Fig. 39 oder 40 eingesetzt, das einen bedarfsweise und geregelt heruntergekühlten Zuluftstrom ZL' an das Innere des Turmes43 shows a schematic representation of a wind power plant 1 with a tower 10 and a nacelle 11, in which the air treatment systems LBS and E are arranged with supplementary cooling devices or cooling devices according to FIGS. 39 to 42. Analogously to the arrangement according to FIG. 9, the modified air treatment system LBS according to FIG. 39 or 40 is used in the lower part of the tower 10, which supplies a supply air flow ZL 'to the inside of the tower cooled down as required and regulated
10 bzw. an das Aggregatemodul 15 gemäß Fig. 9 abgibt. Bei zusätzlichem Kühlbedarf ist in der Gondel 1 1 eine Einrichtung E gemäß den Fig. 41 oder 42 vorgesehen, die im Umluftbetrieb die Luft innerhalb der Gondel 1 1 unter Einsatz eines zusätzlichen Außenluft- stromes vom Außenluftanschluss AL zum Fortluftanschluss FL herunterkühlt.10 or to the aggregate module 15 according to FIG. 9. If additional cooling is required, a device E according to FIGS. 41 or 42 is provided in the nacelle 1 1, which cools the air within the nacelle 1 1 by using an additional outside air flow from the outside air connection AL to the exhaust air connection FL.
Die Anordnung gemäß Fig. 43 ist nur beispielhaft zu verstehen. So kann beispielsweise die Einrichtung E zur zusätzlichen, unabhängigen Kühlung von Aggregaten in der GondelThe arrangement according to FIG. 43 is only to be understood as an example. For example, the device E for additional, independent cooling of aggregates in the nacelle
1 1 der Wind-Energieanlage entfallen, wenn das modifizierte Luftbehandlungssystem LBS im unteren Bereich des Turmes 10 einen hinreichend heruntergekühlten Zuluftstrom ZL' abgibt, so dass die Temperatur in der Gondel 11 unter Berücksichtigung der Wärmeabgabe der dort angeordneten Aggregate, wie Getriebe und Generator, einen vorgegeben Wert nicht überschreitet.1 1 of the wind energy system omitted if the modified air treatment system LBS in the lower part of the tower 10 a sufficiently cooled supply air flow ZL 'emits, so that the temperature in the nacelle 11, taking into account the heat output of the units arranged there, such as gear and generator, a specified value does not exceed.
Fig. 44 zeigt an einem Temperaturbeispiel für das Gebiet der deutschen Nordsee die Wirkung der modifizierten Luftbehandlungssysteme im Turm 10 und in der Gondel 11 der Wind-Energieanlage 1. Das modifizierte Luftbehandlungssystem LBS im unteren Teil des Turmes 10 saugt Außenluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10.000 m3/h bei einer Temperatur von 200C und einer relativen Luftfeuchte von 90% an. Die Kombination aus verbesserter Luftbehandlungseinrichtung mit konventionellem Luftauf bereitungs- o- der Entsalzungsgerät gemäß Fig. 13 gibt einen Zuluftstrom ZL mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5.000 m3/h bei einer Temperatur von 400C und einer relativen Luft- feuchte von 30% an den einen Strömungskanal des Plattenwärmetauschers ab, durch den ebenfalls ein Teil des Außenluftstromes hermetisch getrennt vom Zuluftstrom ZL mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5.000 m3/h bei einer Temperatur von 200C und einer relativen Luftfeuchte von 90% zum Fortluftanschluss FL geleitet wird. Die mittels des Plattenwärmetauschers heruntergekühlte Zuluft ZL' wird mit einer Strömungsgeschwin- digkeit von 5.000 m3/h bei einer Temperatur von 27,4°C und einer relativen Luftfeuchte von 60% an das Aggregatemodul bzw. das Innere des Turmes 10 abgegeben. Dieser Zuluftstrom ZL' gelangt in die Gondel 11 und kann dort bedarfsweise im Umluftbetrieb weiter heruntergekühlt werden.FIG. 44 shows, on a temperature example for the area of the German North Sea, the effect of the modified air treatment systems in the tower 10 and in the nacelle 11 of the wind power plant 1. The modified air treatment system LBS in the lower part of the tower 10 draws in outside air with a flow velocity of 10,000 m 3 / h at a temperature of 20 0 C and a relative humidity of 90%. The combination of an improved air treatment device with a conventional air preparation or desalination apparatus according to FIG. 13 supplies a supply air flow ZL at a flow rate of 5,000 m 3 / h at a temperature of 40 ° C. and a relative air humidity of 30% to one Flow channel of the plate heat exchanger, through which also a part of the outside air flow is hermetically separated from the supply air flow ZL at a flow rate of 5,000 m 3 / h at a temperature of 20 0 C and a relative humidity of 90% to the exhaust port FL is passed. The supply air ZL 'cooled down by means of the plate heat exchanger is delivered to the unit module or the interior of the tower 10 at a flow rate of 5,000 m 3 / h at a temperature of 27.4 ° C. and a relative air humidity of 60%. This supply air flow ZL 'enters the nacelle 11 and can be further cooled down there if necessary in the recirculation mode.
Dabei ist berücksichtigt, dass der Stahlturm mit seiner großen Stahlmasse eine hohe Abkühlung der strömenden Luft bewirkt und damit einen positiven Effekt auf die Abkühlung der nach oben strömenden Luft hat. Diese Kühlwirkung wird genutzt. Unter Zugrundelegung der vorstehend angegebenen Temperaturen und einer maximal zulässigen Temperatur in der Gondel von 400C würde sich bei einer Temperaturdifferenz von ΔK=1 1 ° und einer Strömung von 5.000 m3/h eine Entwärmungsleistung von ca. 18 kW ergeben. Dies bedeutet, dass die Gesamt-Wärmelast in der Gondel 11 von beispielsweise 35 kW um diesen Wert reduziert werden kann. Die Rest-Entwärmungsleistung könnte dann mit einem wesentlich verkleinerten Entwärmungsgerät mit einer Leistung von ca. 20 kW erfolgen, so dass eine von unten nach oben strömende Luftmenge aus folgenden Gründen zu bevorzugen ist:It is considered that the steel tower with its large steel mass causes a high cooling of the flowing air and thus a positive effect on the cooling which has upwardly flowing air. This cooling effect is used. Based on the above-mentioned temperatures and a maximum permissible temperature in the nacelle of 40 0 C would at a temperature difference of .DELTA.K = give 1 1 ° and a flow of 5.000 m 3 / h a Heat dissipation of approximately 18 kW. This means that the total heat load in the nacelle 11 of, for example, 35 kW can be reduced by this value. The residual cooling power could then be done with a much smaller Entwärmungsgerät with a power of about 20 kW, so that a flowing from bottom to top air flow for the following reasons is preferable:
1. Der Kühleffekt des Stahlturmes 10 kommt dem Wärmehaushalt zugute,1. The cooling effect of the steel tower 10 benefits the heat balance,
2. Die Kühlung der Gondel 11 wird vorteilhaft beeinflusst.2. The cooling of the nacelle 11 is favorably influenced.
3. Eine Reduzierung des Entwärmungsgerätes ist in erheblicher Größe möglich, so das ein kleineres Aggregat, kleinere Luftkanäle, kleinere Lüftungsöffnungen in der Außenhaut des Turmes 10, bessere Reguliermöglichkeiten im Sommer- und Winterbetrieb, eine bessere Temperaturhaltung (Temperaturerhöhung im gesamten Innenraum der Wind-Energieanlage) bei niedrigen Außentemperaturen, ein reduzierter Strom- verbrauch durch kleinere Motoren, was bedeutsam für die Stillstands- und Schwachlastzeiten der Wind-Energieanlage ist, eine Kosten red uzierung bezüglich Investition und Betrieb erzielt werden und die kontinuierliche und vollständige Durchströmung der gesamten Wind-Energieanlage kritische Punkte der Kondensation ausschließt.3. A reduction of the Entwärmungsgerätes is possible in considerable size, so that a smaller unit, smaller air ducts, smaller ventilation holes in the outer skin of the tower 10, better Reguliermöglichkeiten in summer and winter operation, better temperature management (temperature increase in the entire interior of the wind energy plant ) at low outside temperatures, reduced power consumption by smaller motors, which is significant for the standstill and low load times of the wind power plant, cost reduction in terms of investment and operation are achieved and the continuous and complete flow through the entire wind energy plant critical Excludes points of condensation.
Fig. 45 zeigt in schematischer Darstellung ein Verfahren zur Erhöhung des Kühleffektes durch die Turmwandungen.Fig. 45 shows a schematic representation of a method for increasing the cooling effect through the tower walls.
Da im unteren Bereich des Turmes 10 bereits Aggregate, wie Transformator, Umrichter und Schaltanlagen aufgestellt sind, die eine Erhöhung der Lufttemperatur durch Wärme- abgäbe bewirken, nimmt die eingebrachte, entfeuchtete und entsalzte Außenluft diese Wärme auf und strömt nach oben in die Gondel 1 1. In der Gondel 1 1 befinden sich wiederum Aggregate wie Getriebe und Generator, die ebenfalls Wärme abgeben bzw. Kühlung verlangen. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, dass die nach oben strömende und bereits erwärmte Luft genügend abgekühlt wird, um in der Gondel 1 1 über die nötige Kühlwirkung für die dort aufgestellten Aggregate zu verfügen. Die große Stahlmasse des Turmes 10 bietet dafür eine hervorragende Möglichkeit, wobei jedoch die Kühlwirkung gering ist, wenn die aufströmende Strömung trudelnd die Gondel 11 erreicht.Since in the lower part of the tower 10 units, such as transformers, converters and switchgear are installed, which cause an increase in the air temperature through heat dissipation, the introduced, dehumidified and desalinated outside air absorbs this heat and flows up into the nacelle 11 In the nacelle 1 1 are again aggregates such as transmission and generator, which also give off heat or require cooling. For this reason, it is necessary that the upwardly flowing and already heated air is sufficiently cooled in order to have in the nacelle 1 1 on the necessary cooling effect for the units set up there. The big steel mass of the Turmes 10 offers an excellent opportunity for this, but the cooling effect is low when the upflowing current reaches the nacelle 11 by spinning.
Eine wesentliche Verbesserung tritt ein, wenn der Wärmeübergangs-Koeffizient durch mechanische Einrichtungen verbessert wird. Dies wird durch eine Luftfördereinrichtung erreicht, die punktuell eine Geschwindigkeitserhöhung durch Düsenwirkung erzeugt, in Verbindung mit dem Koanda-Effekt einen Wirbelstrom im gesamten Turm produziert und den Wärmeübergangs-Koeffizienten erhöht. In Abhängigkeit von der jeweiligen Klimazone, in der die Wind-Energieanlage aufgestellt ist, kann durch diese Einrichtung auf eine ergänzende Kühlung in der Gondel 1 1 gegebenenfalls gänzlich verzichtet werden, zumindest jedoch kann eine ergänzende mechanische Kühleinrichtung wesentlich kleiner ausgelegt werden.A significant improvement occurs when the heat transfer coefficient is improved by mechanical means. This is achieved by an air conveyor which selectively generates an increase in speed by nozzle action, produces in conjunction with the Koanda effect an eddy current in the entire tower and increases the heat transfer coefficient. Depending on the particular climatic zone, in which the wind energy plant is set up, this device can be dispensed with, if desired, entirely without additional cooling in the nacelle 11, but at least a supplementary mechanical cooling device can be made substantially smaller.
Zur Erhöhung des Kühleffektes durch die Turmwandungen wird am Startpunkt S gemäß Fig. 45 eine die Geschwindigkeit erhöhende Vorrichtung, beispielsweise eine Luftfördereinrichtung in Form eines Ventilators und eine Düse angeordnet. Die Düse kann jedwede geometrische Form aufweisen, beispielsweise eine runde Form oder eine Flachstrahl-Form. Auch können in Abhängigkeit von der Turmhöhe und/oder des Turmdurchmessers eine oder mehrere weitere Düsen bzw. Vorrichtungen angeordnet werden.To increase the cooling effect through the tower walls, a speed-increasing device, for example an air-conveying device in the form of a fan and a nozzle, is arranged at the starting point S according to FIG. 45. The nozzle may have any geometric shape, for example a round shape or a flat-jet shape. Also, depending on the tower height and / or the tower diameter, one or more further nozzles or devices can be arranged.
Die Vorrichtung wird so angeordnet, dass die Luft mit hoher Geschwindigkeit schräg nach oben, scharf an der Turmwandung entlang aufwärts getrieben wird. Unter Ausnutzung des Koanda-Effekts klebt der eingeblasene Luftstrom förmlich an der Turmwandung und erzeugt im gesamten Turm 10 eine Drehbewegung (Wirbelströmung), welche Luftschich- ten und Luftlayer aufreißt und dafür sorgt, dass durch diese Bewegung ein besserer Kontakt zur Turmwandung entsteht und damit der Kühleffekt wesentlich verbessert wird. Insbesondere werden die thermischen Grenzschichten aufgerissen und der Wärmeübergang wesentlich verbessert, das heißt eine deutliche Verbesserung des Wärme- Übergangskoeffizienten erzielt, da die Intensität des Wärmeüberganges an der Grenzflä- che erheblich stärker wird. l CNThe device is arranged so that the air is driven at high speed obliquely upward, sharply up the tower wall. Taking advantage of the Koanda effect, the blown-in air stream virtually sticks to the tower wall and generates a rotary movement (vortex flow) throughout the tower 10, which tears open the air layers and air layers and ensures that this movement results in better contact with the tower wall and thus the Cooling effect is significantly improved. In particular, the thermal boundary layers are torn open and the heat transfer is substantially improved, that is to say a marked improvement in the heat transfer coefficient is achieved, since the intensity of the heat transfer at the boundary surface becomes considerably stronger. l C N
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Offshore Wind-Energieanlage1 offshore wind energy plant
Luftaufbereitungs- oder EntsalzungsgerätAir treatment or desalination device
3 Einfache Luftbehandlungseinrichtung3 Simple air treatment device
4 verbesserte Luftbehandlungseinrichtung4 improved air treatment device
5 Optimale Luftbehandlungseinrichtung5 Optimum air treatment device
6 Optimiertes Luftbehandlungssystem6 Optimized air treatment system
8 Heizeinrichtung8 heating device
10 Turm10 tower
1 1 Gondel1 1 gondola
12 Rotorblätter12 rotor blades
13 Abströmöffnungen13 outflow openings
14 Lufteintrittsöffnung14 air inlet opening
15 Aggregatemodul15 aggregate module
16 elektrische und elektronische Komponenten und Aggregate16 electrical and electronic components and units
21 Erster Tropfenabscheider21 First droplet separator
22, 23 Koaleszenzabscheider22, 23 Coalescence separator
24 zweiter Tropfenabscheider24 second droplet separator
25 Außenluft- oder Überdruckventilator25 outside air or overpressure fan
31 Heizeinrichtung oder Lufterhitzer31 heating device or air heater
32 Hochleistungsfilter32 high-performance filters
41 Verdampfer41 evaporator
42 Kompressor42 compressor
43 Kondensator oder Reheat-Coil43 condenser or reheat coil
44 Hochleistungsfilter44 high-performance filters
50 Gehäuse50 housings
51 Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem51 Air treatment unit with recuperative heat recovery system
(Plattenwärmetauscher)(Plate heat exchanger)
52 Bypassklappen52 bypass flaps
53 Verdampfer bzw. Kühler53 evaporator or cooler
54 Kompressor54 compressor
55 Kondensator oder Reheat-Register55 capacitor or reheat register
56 Umluftventilator56 Recirculation fan
57 Hochleistungsfilter im Außenluft-Zuluftstrom57 High-performance filter in outdoor air supply airflow
58 Heizeinrichtung 59 Zweiter Kondensator58 heating device 59 second capacitor
60 Bypass60 bypass
61 Hochleistungsfilter im Umluftstrom61 high-performance filters in the recirculating air stream
62 Verdampfer bzw. Kühler62 evaporator or cooler
63 Kompressor63 compressor
64 Kondensator bzw. Reheat-Register64 capacitor or reheat register
65 Heizeinrichtung65 heating device
66 Zweites Kondensator/Reheat-Register66 Second capacitor / reheat register
70, 71, 72 Bypass70, 71, 72 Bypass
74 Zuluftkanal74 supply air duct
75, 76 Umluft-Luftführungskanäle75, 76 circulating air ducts
80 Weitwurfdüse80 jet nozzle
81, 82 Ventilatoren81, 82 fans
83, 84 Heizeinrichtungen83, 84 heaters
91, 94 Plattenwärmetauscher91, 94 plate heat exchanger
92 zusätzlicher Ventilator92 additional fan
95 erster Ventilator95 first fan
96 zweiter Ventilator96 second fan
700 Bypassklappe700 bypass flap
701, 702 Bypass701, 702 Bypass
711, 712 Bypassklappen711, 712 bypass flaps
713 Bypassleitung713 bypass line
721, 722 Bypassklappen721, 722 bypass flaps
723 Bypassleitung723 bypass line
930, 970 Kompressor930, 970 compressor
931, 971 Verdampfer bzw. Kühler931, 971 evaporator or cooler
932, 972 Kondensator932, 972 capacitor
AL AußenluftAL outside air
ZL, ZU, ZL" ZuluftZL, ZU, ZL "Zuluft
FL FortluftFL exhaust air
UL UmluftUL circulating air
Ab(UL) Abluft der UmluftFrom (UL) exhaust air of the circulating air
ZL(UL) Zuluft der UmluftZL (UL) supply air of the circulating air
E, LBS Entwärmungseinrichtung, Luftbehandlungssystem E, LBS cooling device, air treatment system

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm (10), an dessen oberem Ende eine Gondel (1 1 ) mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt (12) und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate (16) wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und der- gleichen in einem Aggregatemodul (15) des Turmes (10) angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung (14) und eine Luftaustrittsöffnung (13) aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) angesaugt wird,1. A method for air treatment in wind power plants, in particular in offshore wind power plants, with a tower (10), at the upper end of a gondola (1 1) with a generator and at least one rotor blade (12) and in the interior heat-releasing electrical and electronic units (16) such as switchgear, switching devices, transformers, frequency converters and the like are arranged in an aggregate module (15) of the tower (10) and which has at least one air inlet opening (14) and an air outlet opening (13) the air inlet opening (14) from the environment of the tower (10) moist and saline outside air (AL) is sucked,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) erwärmt wird bis eine vorgegebene relative Feuchte der Außenluft (AL) erreicht ist, bei der die in der Außenluft (AL) enthal- tenen Salzaerosole zumindest teilweise kristallisiert sind, dass die kristallisiertenthe moist and saline outside air (AL) drawn in via the air inlet opening (14) from the surroundings of the tower (10) is heated until a predetermined relative humidity of the outside air (AL) is reached, at which the outside air (AL) is contained. Salzaerosols are at least partially crystallized, that crystallized
Salzaerosole und in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden.Salzaerosole and in the outside air (AL) contained salt particles are deposited.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die über die Luftein- trittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) in einer Luftbehandlungseinrichtung (4) abgekühlt und dabei die absolute Feuchte der Außenluft (AL) herabgesetzt wird, dass die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft (AL) erwärmt wird bis eine vorgegebene relative Feuchte der Außenluft (AL) erreicht ist, bei der die in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzaerosole zumindest teilweise kristallisiert sind, dass die kristallisierten Salzaerosole und in der2. The method according to claim 1, characterized in that via the Luftein- outlet opening (14) from the environment of the tower (10) sucked moist and saline outside air (AL) in an air treatment device (4) cooled and thereby the absolute humidity of the outside air (AL) is lowered, that the cooled and dehumidified outside air (AL) is heated until a predetermined relative humidity of the outside air (AL) is reached, in which the salt aerosols contained in the outside air (AL) are at least partially crystallized, that crystallized Salzaerosole and in the
Außenluft (AL) enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden.Outside air (AL) contained salt particles are deposited.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salz- haltige Außenluft (AL) erwärmt wird bis eine vorgegebene relative Feuchte der Außenluft (AL) erreicht ist, bei der die in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzaerosole zumindest teilweise kristallisiert sind, dass die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden und dass die entfeuchtete und entsalzte Außenluft (AL) indirekt, frei gekühlt und als heruntergekühlte Zuluft (ZL') an den Innenraum des Turmes (10) und/oder an das Aggregatemodul (15) abgegeben wird.3. The method according to claim 2, characterized in that via the air inlet opening (14) from the environment of the tower (10) sucked moist and salt-containing outside air (AL) is heated until a predetermined relative humidity of the outside air (AL) is reached in which the salt aerosols contained in the outside air (AL) are at least partially crystallized, that the crystallized salt aerosols and salt particles contained in the outside air (AL) are separated and that the dehumidified and desalinated outside air (AL) indirectly, freely cooled and as a cooled supply air (ZL ') to the interior of the tower (10) and / or to the unit module (15) is discharged.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur indirekten, freien Kühlung der Zuluft (ZL') ein hermetisch vom Zuluftstrom (ZL-ZL') getrennter, aber in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Zuluftstrom (ZL-ZL') stehender Luftstrom von der Außenluft (AL) zur Fortluft (FL) eingesetzt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that for the indirect, free cooling of the supply air (ZL ') a hermetically separated from the supply air flow (ZL-ZL'), but in good heat-conducting contact with the supply air flow (ZL-ZL ') standing air flow from the outside air (AL) to the exhaust air (FL) is used.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die indirekt, frei heruntergekühlte Zuluft (ZL') vor der Abgabe an den Innenraum des Turmes (10) und/oder an das Aggregatemodul (15) mit einer mechanischen Kühleinrichtung weiter heruntergekühlt wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the indirectly, freely cooled down supply air (ZL ') is further cooled with a mechanical cooling device prior to delivery to the interior of the tower (10) and / or to the unit module (15) ,
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die entfeuchtete und entsalzte Außenluft (AL) als Zuluft (ZL) an den Innenraum des Turmes (10) und/oder an das Aggregatemodul (15) abgegeben wird.6. The method according to claim 2, characterized in that the dehumidified and desalinated outside air (AL) as supply air (ZL) to the interior of the tower (10) and / or to the unit module (15) is discharged.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft (AL) erwärmt wird bis die relative Feuchte der Außenluft (AL) kleiner oder gleich 40% ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the cooled and dehumidified outside air (AL) is heated until the relative humidity of the outside air (AL) is less than or equal to 40%.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmte Außenluft (AL) gefiltert und die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzpartikel abgeschieden wer- den.8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the heated outside air (AL) filtered and the crystallized salt aerosols and in the outside air (AL) contained salt particles are deposited.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) oder die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft (AL) mit Energie aus der Abwärme der Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate (16) erwärmt wird.9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that via the air inlet opening (14) from the environment of the tower (10) sucked moist and salty outside air (AL) or the cooled and dehumidified outside air (AL) with energy from the Waste heat of the heat-emitting electrical and electronic units (16) is heated.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salz- haltige Außenluft (AL) oder die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft (AL) einer10. The method according to claim 9, characterized in that via the air inlet opening (14) from the environment of the tower (10) sucked moist and salty outside air (AL) or the cooled and dehumidified outside air (AL) of a
Luftbehandlungseinrichtung (5) mit getrennten Strömungswegen zugeführt wird, in der ein in Wärme tauschender Verbindung mit der Außenluft (AL) stehender Umluftstrom (UL) in einem geschlossenen Kreislauf durch das Aggregatemodul (15) geführt wird und die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate (16) aufgenommene Wärmeenergie an die Außenluft (AL) abgibt, von dem unter Ausschluss des Aggregatemoduls (15) erwärmte Zuluft (ZL) mit Überdruck an denAir treatment device (5) is supplied with separate flow paths, in a recirculating air flow (UL) which is in heat-exchanging connection with the outside air (AL) is guided in a closed circuit through the aggregate module (15) and the heat energy absorbed by the heat emission of the electrical and electronic units (16) is transferred to the outside air (AL) emits, from the under exclusion of the aggregate module (15) heated supply air (ZL) with overpressure to the
Innenraum des Turmes (10) und der Gondel (1 1 ) abgegeben wird.Interior of the tower (10) and the nacelle (1 1) is discharged.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der Außenluft (AL) und/oder der Umluft (UL) unabhängig voneinander erzeugt und zur Einstellung des Wärmeübergangs im Aggregatemodul (15) und/oder der Temperatur oder Feuchte der Zuluft (ZL) gesteuert und geregelt werden.1 1. A method according to claim 10, characterized in that the volume flow of the outside air (AL) and / or the recirculating air (UL) independently generated and for adjusting the heat transfer in the unit module (15) and / or the temperature or humidity of the supply air ( ZL) are controlled and regulated.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenluft (AL) über eine Entfeuchtungswärmepumpe (41 - 44; 53 - 55, 59) mit einem im Au- ßenluftstrom (AL) angeordneten Verdampfer (41 ; 53), Kompressor (42; 54), Kondensator oder Reheatcoil (43; 55) und Hochleistungsfilter (44; 59) geführt wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the outside air (AL) via a dehumidifying heat pump (41 - 44; 53-55, 59) with an outdoor ßenstromstrom (AL) arranged evaporator (41; 53), compressor (42; 54), condenser or Reheatcoil (43; 55) and high-performance filter (44; 59) is performed.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbehandlungseinrichtung (5) ein Luftbehand- lungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51 ) enthält, durch das die hermetisch voneinander getrennten Strömungswege des Außenluft-Zuluftstromes (AL/ZL) und des Umluftstromes (UL) geführt werden, dass die Entfeuchtungswärmepumpe (53 - 55; 59; 63) mindestens einen Kondensator oder Reheat-Register (55, 63) aufweist, der in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes (AL/ZL) vor dem Luftbehandlungsge- rät mit Wärmerückgewinnung (51 ) und/oder in Strömungsrichtung des Außenluft-13. The method according to at least one of the preceding claims 10 to 12, characterized in that the air treatment device (5) contains a Luftbehand- treatment device with heat recovery (51) through which the hermetically separated flow paths of the outside air supply air flow (AL / ZL) and in that the dehumidifying heat pump (53-55; 59; 63) has at least one condenser or reheat register (55, 63) which is located in the flow direction of the outside air supply air flow (AL / ZL) upstream of the air treatment system. advises with heat recovery (51) and / or in the flow direction of the outside air
Zuluftstromes (AL/ZL) nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51 ) angeordnet ist.Supply air flow (AL / ZL) after the air treatment unit with heat recovery (51) is arranged.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfeuchtungs- Wärmepumpe (53 - 55; 59; 63) zwei Kondensatoren oder Reheat-Register (55, 63) aufweist, von denen ein erster Kondensator (55) in Strömungsrichtung des Außenluft- Zuluftstromes (AL/ZL) vor dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51 ) und der zweite Kondensator (63) in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes (AL/ZL) nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51 ) angeordnet ist, und dass durch Umschaltung vom ersten Kondensator (55) auf den zweiten Kon- densator (63) oder durch stufenweise Zuschaltung des zweiten Kondensators (63) zum ersten Kondensator (55) der Zuluftstrom (ZL) weiter aufgeheizt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the dehumidifying heat pump (53-55, 59, 63) has two capacitors or reheat registers (55, 63), of which a first capacitor (55) in the flow direction of the outside air Supply air flow (AL / ZL) before the heat recovery air treatment unit (51) and the second condenser (63) in the flow direction of the outside air supply air flow (AL / ZL) after the heat recovery air treatment unit (51) is arranged, and that by switching from the first capacitor (55) to the second Con- capacitor (63) or by stepwise connection of the second capacitor (63) to the first capacitor (55) of the supply air (ZL) is further heated.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des durch das Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51 ) geführten Außenluft- Zuluftstromes in Abhängigkeit von einer Temperatur- und/oder Feuchteregelung des optimierten Luftbehandlungssystems (6) eingestellt wird.15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the proportion of the guided through the air treatment unit with heat recovery (51) outside air supply air flow in dependence on a temperature and / or humidity control of the optimized air treatment system (6) is set.
16. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 15, ge- kennzeichnet durch einen im Umluftströmungsweg (UL) angeordneten Kondensator16. The method according to at least one of the preceding claims 10 to 15, characterized by at a Umluftströmungsweg (UL) arranged capacitor
(62), auf den bei Heizbedarf im Aggregatemodul (15) umgeschaltet wird.(62), which is switched to when heating is required in the unit module (15).
17. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bypass (70) vom Zuluftstrom (ZL) zum Umluftstrom (UL) zwischen dem aus dem Verdampfer bzw. Kühler (62), Kondensator bzw. Reheat-Register (64),17. The method according to at least one of the preceding claims, characterized by a bypass (70) from the supply air flow (ZL) to the recirculating air flow (UL) between the from the evaporator or cooler (62), capacitor or reheat register (64),
Kompressor (63) und Hochleistungsfilter (61 ) gebildeten Entfeuchtungswärmepumpensystem im Umluftstrom (UL) zur Überdruckhaltung im Umluftstrom (UL).Compressor (63) and high-performance filter (61) formed Entfeuchtungswärmepumpensystem in the recirculating air flow (UL) for overpressure in the circulating air flow (UL).
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klappensystem (640, 700) über eine Feuchtemessung den Bypass zuschaltet oder umgeht.18. The method according to claim 17, characterized in that a flap system (640, 700) connects or bypasses the bypass via a moisture measurement.
19. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Luftbehandlungseinrichtung (5) abgegebene Zuluftstrom (ZL) über eine Wärmetauscheinrichtung (8) geführt wird, die aus der Ab- wärme der elektrischen und elektronischen Aggregate (16) aufgenommene Wärmeenergie an den Zuluftstrom (ZL) in Abhängigkeit von der Lufttemperatur im Innenraum des Turmes (10) und der Gondel (11 ) abgibt.19. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the air treatment device (5) emitted Zuluftstrom (ZL) via a heat exchange device (8) is guided, the heat from the heat of the electrical and electronic units (16) recorded Heat energy to the supply air flow (ZL) depending on the air temperature in the interior of the tower (10) and the nacelle (11) emits.
20. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 18, da- durch gekennzeichnet, dass die Zuluft (ZL) zumindest in dem Abschnitt zwischen der Luftbehandlungseinrichtung (5) und dem Eintritt in den Innenraum des Turmes (10) in einem Zuluftkanal (74) geführt wird.20. The method according to at least one of the preceding claims 10 to 18, character- ized in that the supply air (ZL) at least in the section between the air treatment device (5) and the entrance into the interior of the tower (10) in a supply air duct (74 ) to be led.
21. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die von der Luftbehandlungseinrichtung (5) abgegebene Zuluft (ZL) zusätzlich entfeuchtet und mit der aus dem Entfeuchtungsprozess gewonnenen Energie vor der Abgabe an den Innenraum des Turmes (10) erwärmt wird.21. The method according to at least one of the preceding claims, character- ized in that the air treatment device (5) discharged supply air (ZL) additionally dehumidified and heated with the energy obtained from the dehumidification process prior to delivery to the interior of the tower (10).
22. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 15, da- durch gekennzeichnet, dass die Zuluft (ZL) mit hoher Geschwindigkeit und vorzugsweise im Zentrum des Turmdurchmessers in den Innenraum (100) des Turmes (10) eingeblasen wird.22. The method according to at least one of the preceding claims 10 to 15, character- ized in that the supply air (ZL) at high speed, and preferably in the center of the tower diameter in the interior (100) of the tower (10) is blown.
23. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des23. The method according to at least one of the preceding claims, character- ized in that via the air inlet opening (14) from the environment of the
Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (1 ) über einen Tropfenabscheider 41 zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt geleitet wird.Tower (10) sucked moist and salty outside air (1) via a mist eliminator 41 for coarse pre-separation of rain, spray is passed.
24. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Luftbehandlungseinrichtung (5) einem Luftaufbereitungsgerät (2) zur Entsalzung der Außenluft (1 ) und zur Erzeugung eines Überdruckes im Innenraum des Turmes (10) strömungsmäßig nachgeschaltet ist, das vorzugsweise einen ersten Tropfenabscheider (21 ) zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt und dergleichen, einen Koaleszenzabscheider (22, 23) zur Bildung größerer Tropfen, einen zweiten Tropfenabscheider (24) als Nachabscheider zum Abfangen und Abscheiden der zuvor gebildeten Tropfen und einen die erforderliche Luftströmung erzeugenden Außenluftventilator (25) aufweist.24. The method according to at least one of the preceding claims, character- ized in that the air treatment device (5) an air treatment device (2) for desalination of the outside air (1) and for generating an overpressure in the interior of the tower (10) downstream in terms of flow, the preferably a first droplet separator (21) for gross pre-separation of rain, spray and the like, a Koaleszenzabscheider (22, 23) to form larger droplets, a second droplet separator (24) as a Nachabscheider for intercepting and separating the previously formed droplets and the required air flow generating outside air fan (25).
25. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei zusätzlichem Kühlbedarf in Teilen oder Bereichen der Wind- Energieanlage (1 ) eine indirekte, freie Kühlung der Umluft (UL) mittels eines vom Au- ßenluftanschluss zum Fortluftanschluss geführten zusätzlichen Außenluftstromes (AL) erfolgt, der hermetisch vom Umluftstrom getrennt wird, aber in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Umluftstrom (UL) steht.25. The method according to at least one of the preceding claims, character- ized in that with additional cooling demand in parts or areas of the wind power plant (1) an indirect, free cooling of the circulating air (UL) by means of a ßenluftanschluss out to the exhaust port additional Outside air flow (AL), which is hermetically separated from the recirculation air flow, but in good thermal contact with the recirculating air flow (UL) is.
26. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft (ZL, ZL', ZL") derart aufbereitet wird, dass die an den Innenraum des Turmes (10) und/oder an das Aggregatemodul (15) abgegebene entfeuchtete und entsalzte Zuluft (ZL, ZL', ZL") auch bei Wiederabkühlung auf den Wert der Außenluft den Taupunkt nicht wieder erreicht und durch gezielte Entfeuchtungs- leistung einen maximalen relativen Luftfeuchtewert von weniger als 60% relativer Luftfeuchte einhält.26. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the supply air (ZL, ZL ', ZL ") is processed in such a way that the dehumidified to the interior of the tower (10) and / or to the unit module (15) and desalinated supply air (ZL, ZL ', ZL ") does not reach the dew point again on cooling down to the value of the outside air and performance maintains a maximum relative humidity of less than 60% relative humidity.
27. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die aufbereitete Zuluft (ZL, ZL', ZL") mit hoher Geschwindigkeit schräg nach oben, scharf an der Turmwandung entlang aufwärts in den Turm (10) derart eingeblasen wird, dass der eingeblasene Luftstrom an der Turmwandung entlang bewegt wird und im Turm (10) eine Drehbewegung (Wirbelströmung) erzeugt, welche Luftschichten und Luftlayer aufreißt.27. The method according to at least one of the preceding claims, character- ized in that the processed supply air (ZL, ZL ', ZL ") at high speed obliquely upward, sharp on the tower wall along up in the tower (10) is blown in such a way in that the blown-in air flow is moved along the tower wall and produces a rotary movement (turbulent flow) in the tower (10), which tears up air layers and air layers.
28. Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm (10), an dessen oberem Ende eine Gondel (1 1 ) mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt (12) und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate (16) wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul (15) des Turmes (10) angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung (14) und eine Luftaustrittsöffnung (13) aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) angesaugt wird,28. A device for air treatment in wind energy systems, in particular in offshore wind energy systems, with a tower (10), at the upper end of a gondola (1 1) with a generator and at least one rotor blade (12) and in the interior heat-releasing electrical and electronic units (16) such as switchgear, switching devices, transformers, frequency converters and the like in an aggregate module (15) of the tower (10) are arranged and at least one air inlet opening (14) and an air outlet opening (13), wherein the air inlet opening (14) moist and saline outside air (AL) is sucked in from the environment of the tower (10),
gekennzeichnet durchmarked by
eine Luftbehandlungseinrichtung (3) mit einer Heizeinrichtung oder einem Lufterhitzer (31 ) zum Erwärmen der Außenluft (AL) oder in einem Luftaufbereitungs- oder Entsal- zungsgerät (2) entsalzter und entfeuchteter Außenluft (AL') und einem Hochleistungsfilter (32) zur Filterung der zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in der Außenluft (AL) oder entsalzten und entfeuchteten Außenluft (AL') und zur Abgabe erwärmter Zuluft (ZL) über das Aggregatemodul (15) in den Turm (10) und in die Gondel (11 ).an air treatment device (3) with a heating device or an air heater (31) for heating the outside air (AL) or in an air treatment or desalination device (2) desalinated and dehumidified outside air (AL ') and a high-performance filter (32) for filtering the Salzaerosols crystallized into particles in the outside air (AL) or desalinated and dehumidified outside air (AL ') and for the delivery of heated supply air (ZL) via the aggregate module (15) into the tower (10) and into the nacelle (11).
29. Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm (10), an dessen oberem Ende eine Gondel (1 1 ) mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt (12) und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate (16) wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und der- gleichen in einem Aggregatemodul (15) des Turmes (10) angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung (14) und eine Luftaustrittsöffnung (13) aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) angesaugt wird,29. A device for air treatment in wind energy systems, in particular in offshore wind energy systems, with a tower (10), at the upper end of a gondola (1 1) with a generator and at least one rotor blade (12) and in the interior heat-releasing electrical and electronic units (16), such as switchgears, switching devices, transformers, frequency converters and the like, being arranged in an aggregate module (15) of the tower (10) and having at least one air inlet opening (14) and one air outlet opening (13), wherein over the air inlet opening (14) from the environment of the tower (10) moist and salty outside air (AL) is sucked in,
gekennzeichnet durchmarked by
eine Luftbehandlungseinrichtung (4) mit einer aus einem Verdampfer (41 ) zum Herabsetzen des absoluten Feuchtegehaltes der zugeführten Außenluft (AL) oder der in einem vorgeschalteten Luftauf bereitungs- oder Entsalzungsgerät (2) entsalzten und entfeuchteten Außenluft (AL), einem Kondensator oder ein Reheat-Coil (43) zum Nachheizen der Außenluft (AL) auf eine relative Luftfeuchte kleiner oder gleich 40% und einem Kompressor (42) bestehenden Entfeuchtungswärmepumpe, und mit einem Hochleistungsfilter (44) zur Salzabscheidung.an air treatment device (4) with one of an evaporator (41) for reducing the absolute moisture content of the supplied outside air (AL) or desalted in an upstream air conditioning or desalination device (2) and dehumidified outside air (AL), a condenser or a reheat Coil (43) for reheating the outside air (AL) to a relative humidity of less than or equal to 40% and a compressor (42) existing dehumidification heat pump, and with a high-performance filter (44) for salt deposition.
30. Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm (10), an dessen oberem Ende eine Gondel30. A device for air treatment in wind power plants, in particular in offshore wind energy systems, with a tower (10), at the upper end of a nacelle
(1 1 ) mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt (12) und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate (16) wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul (15) des Turmes (10) angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung (14) und eine Luftaustrittsöffnung (13) aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) angesaugt wird,(1 1) with a generator and at least one rotor blade (12) and in the interior heat-dissipating electrical and electronic units (16) such as switchgear, switching devices, transformers, frequency converters and the like in an aggregate module (15) of the tower (10) are arranged and the at least one air inlet opening (14) and an air outlet opening (13), wherein via the air inlet opening (14) from the environment of the tower (10) moist and salty outside air (AL) is sucked in,
gekennzeichnet durchmarked by
eine Luftbehandlungseinrichtung (5) mit einem Luftbehandlungsgerät (51 ) mit reku- perativem Wärmerückgewinnungssystem und hermetisch voneinander getrennten ersten und zweiten Strömungswegen, wobei der erste Strömungsweg die über die Lufteintrittsöffnung (14) angesaugte Außenluft (AL) zu der an den Innenraum des Turmes (10) mit Ausnahme des Aggregatemoduls (15) abgegebenen Zuluft (ZL) führt und der zweite Strömungsweg im Umluftbetrieb Zuluft an das Aggregatemodul (15) abgibt und Abluft bzw. Rückluft aus dem Aggregatemodul (15) ansaugt.an air treatment device (5) with an air treatment device (51) with recuperative heat recovery system and hermetically separated first and second flow paths, wherein the first flow path via the air inlet opening (14) sucked outside air (AL) to the interior of the tower (10 ) with the exception of the unit module (15) discharged supply air (ZL) leads and the second flow path in recirculation mode supply air to the unit module (15) and sucks exhaust air or return air from the unit module (15).
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbehand- lungseinrichtung mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem einen Plattenwärmetauscher (51 ) enthält, der in Strömungsrichtung des ersten Strömungsweges nach einem mit der Lufteintrittsöffnung (14) verbundenen Luftaufbereitungsgerät (2) zur Entsalzung der angesaugten Außenluft (AL) angeordnet ist.31. The device according to claim 30, characterized in that the air treatment device with recuperative heat recovery system includes a plate heat exchanger (51) in the flow direction of the first flow path according to a with the air inlet opening (14) connected air treatment device (2) for desalination of the sucked outside air (AL) is arranged.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenwärme- tauscher (51 ) auf der Eintrittsseite der heruntergekühlten Außenluft (AL') verstellbare32. Apparatus according to claim 31, characterized in that the plate heat exchanger (51) on the inlet side of the cooled outside air (AL ') adjustable
Bypassklappen (52) aufweist.Bypass flaps (52).
33. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenluftventilator (25) auf der Saugseite, in Strömungs- richtung der Außenluft (AL) zur Zuluft (ZL) hinter der Luftbehandlungseinrichtung (3,33. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the outside air fan (25) on the suction side, in the flow direction of the outside air (AL) to the supply air (ZL) behind the air treatment device (3,
4, 5) angeordnet ist.4, 5) is arranged.
34. Vorrichtung nach den Ansprüchen 30 bis 33, gekennzeichnet durch einen Zuluftkanal (74) von der Luftbehandlungseinrichtung (5) zu dem vom Aggregatemodul (15) getrennten Innenraum (100) des Turmes (10).34. Device according to claims 30 to 33, characterized by a supply air duct (74) from the air treatment device (5) to the unit module (15) separated from the interior (100) of the tower (10).
35. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Luftbehandlungseinrichtung (4) mit einem ersten Strömungsweg eines Luftbehandlungsgeräts (91 ) mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem und hermetisch voneinander getrennten ersten und zweiten Strömungswegen verbunden ist, wobei der erste Strömungsweg die am Ausgang der Luftbehandlungseinrichtung (4) abgegebene Zuluft (ZL) als heruntergekühlte Zuluft (ZL') an den Innenraum des Turmes (10) und/oder das Aggregatemodul (15) abgibt und im zweiten Strömungsweg Außenluft (AL) mittels eines zusätzlichen Ventilators (92) angesaugt und an einen Fort- luftanschluß abgegeben wird.35. Apparatus according to claim 29, characterized in that the output of the air treatment device (4) is connected to a first flow path of an air treatment device (91) with recuperative heat recovery system and hermetically separated first and second flow paths, wherein the first flow path at the outlet of the air treatment device (4) discharged supply air (ZL) as cooled down supply air (ZL ') to the interior of the tower (10) and / or the aggregate module (15) and in the second flow path outside air (AL) by means of an additional fan (92) sucked and on an outgoing air connection is delivered.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg der Zuluft (ZL) zur heruntergekühlten Zuluft (ZL') eine mechanische Kälteeinrichtung (930 bis 932) angeordnet ist.36. Apparatus according to claim 35, characterized in that in the flow path of the supply air (ZL) to the cooled supply air (ZL '), a mechanical refrigeration device (930 to 932) is arranged.
37. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuluftkanal (74) mit einem Wärmetauscher (8) verbunden ist, der von den elektrischen und elektronischen Aggregate (16) aufgenommene Wärmeenergie an den in den Innenraum des Turmes führenden Zuluftstrom des ersten Strömungsweges abgibt. 37. Apparatus according to claim 29, characterized in that the supply air duct (74) is connected to a heat exchanger (8) which emits heat energy absorbed by the electrical and electronic units (16) to the supply air flow of the first flow path leading into the interior of the tower ,
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Wärmetauscher (8) an den Zuluftstrom abgegebene Wärmeenergie in Abhängigkeit von der Temperatur im Innenraum des Turmes (10) und/oder der Gondel (11 ) regelbar ist und dass mindestens ein die Temperatur im Innenraum des Turmes (10) und/oder der Gondel (11 ) erfassender Temperatursensor mit einer Regeleinrichtung verbunden ist.38. Apparatus according to claim 37, characterized in that the heat energy emitted by the heat exchanger (8) to the supply air flow in dependence on the temperature in the interior of the tower (10) and / or the nacelle (11) is adjustable and that at least one of the temperature in the interior of the tower (10) and / or the nacelle (11) detecting temperature sensor is connected to a control device.
39. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Umluft (UL) in Zuluft- und Abluftkanälen (75, 76) zum Aggregatemodul (15) und vom Aggregatemodul (15) geführt wird39. The device according to at least one of the preceding claims 30 to 38, characterized in that the circulating air (UL) in supply air and exhaust air ducts (75, 76) to the unit module (15) and from the unit module (15) is guided
40. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass im Umluft-Strömungsweg (UL) ein weiteres Hochleistungsfilter (61 ) angeordnet ist.40. The device according to at least one of the preceding claims 30 to 39, characterized in that in the circulating air flow path (UL), a further high-performance filter (61) is arranged.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Hochleistungfilter (61 ) in einem Bypass (60) mit zwei Jalousieklappen (602, 603) angeordnet ist, deren Stellung in Abhängigkeit von einer Feuchtemessung den Anteil des Umluftstromes (UL) bestimmen festlegen, der durch das im Bypasskanal (601 ) angeordnete Hochleistungsfilter (61 ) geleitet wird.41. Device according to claim 40, characterized in that the further high-performance filter (61) is arranged in a bypass (60) with two shutter flaps (602, 603), the position of which determine the proportion of the circulating air flow (UL) as a function of a humidity measurement which is passed through the high-efficiency filter (61) arranged in the bypass channel (601).
42. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umluftventilator 56 zur stufenlos variablen Förderung von Umluftmengen einen geregelten Antrieb aufweist.42. The device according to at least one of the preceding claims 30 to 41, characterized in that the circulating air fan 56 for continuously variable delivery of circulating air has a regulated drive.
43. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im Außenluft-Zuluftstrom (AL-ZL) ein aus einem Verdampfer bzw. Kühler (53), Kondensator bzw. Reheat-Register(55) und Kompressor (54) bestehendes Entfeuchtungswärmepumpensystem als auch im Umluftstrom (UL) ein aus einem Verdampfer bzw. Kühler (62), Kondensator bzw. Reheat- Register (64) und Kompressor (63) bestehendes und im Abluftkanal (76) der Umluft43. Device according to at least one of the preceding claims 30 to 42, characterized in that both in the outside air supply air flow (AL-ZL) from an evaporator or cooler (53), condenser or reheat register (55) and compressor ( 54) existing Entfeuchtungswärmepumpensystem and in the circulating air flow (UL) from a vaporizer or cooler (62), condenser or reheat register (64) and compressor (63) existing and in the exhaust duct (76) of the circulating air
(UL) in Strömungsrichtung vor dem Hochleistungsfilter (61 ) angeordnetes Entfeuchtungswärmepumpensystem angeordnet sind.(UL) arranged in the flow direction in front of the high-performance filter (61) arranged Entfeuchtungswärmepumpensystem.
44. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 43, ge- kennzeichnet durch einen vom Zuluftkanal (74) abzweigenden und mit dem Umluft-44. Device according to at least one of the preceding claims 30 to 43, characterized by a branching off from the supply air duct (74) and with the circulating air
Strömungsweg (UL) zwischen dem aus dem Verdampfer bzw. Kühler (62), Konden- sator bzw. Reheat-Register (64), Kompressor (63) und dem Hochleistungsfilter (61 ) gebildeten Entfeuchtungswärmepumpensystem im Umluftstrom (UL) verlaufenden Bypass (70) zur Überdruckhaltung im Umluft-Strömungsweg (UL)Flow path (UL) between the evaporator or cooler (62), condensate sator or reheat register (64), compressor (63) and the high-performance filter (61) formed Entfeuchtungswärmepumpensystem in the circulating air flow (UL) extending bypass (70) for overpressure retention in the recirculation air flow path (UL)
45. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuluft-Strömungsweg (ZL) der Luftbehandlungseinrichtung (5) hinter dem Plattenwärmetauscher (51 ) und vor dem Hochleistungsfilter (57) eine unabhängige Heizeinrichtung (58), vorzugsweise ein Elektro-Heizregister, angeordnet ist.45. The device according to at least one of the preceding claims 30 to 44, characterized in that in the supply air flow path (ZL) of the air treatment device (5) behind the plate heat exchanger (51) and in front of the high-performance filter (57) an independent heating device (58), preferably an electric heater, is arranged.
46. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 45, gekennzeichnet durch einen Bypass (71 ) im Strömungsweg des Umluftstromes (UL) mit steuerbaren Bypassklappen (71 1 , 712) und einer Bypassleitung (713) zum Vorbeileiten des Umluftstromes (UL) an dem Hochleistungsfilter (61 ) und einen Bypass (72) im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg (AL/ZL) mit steuerbaren Bypassklappen46. The device according to at least one of the preceding claims 28 to 45, characterized by a bypass (71) in the flow path of the circulating air flow (UL) with controllable bypass flaps (71 1, 712) and a bypass line (713) for passing the circulating air flow (UL) the high-performance filter (61) and a bypass (72) in the outside air supply air flow path (AL / ZL) with controllable bypass flaps
(721 , 722) und einer Bypassleitung (723) zum Vorbeileiten des Zuluftstromes (ZL) an dem Hochleistungsfilter (59), wobei die Bypassklappen (71 1 , 712 bzw. 721 , 722) unabhängig voneinander steuerbar sind und durch eine Regeleinrichtung in eine derartige Position einstellbar sind, dass die Luftströme bei günstigen Feuchtewerten ent- weder die Hochleistungsfilter (57, 61 ) durchströmen oder über die Bypassleitungen(721, 722) and a bypass line (723) for bypassing the supply air flow (ZL) to the high-performance filter (59), wherein the bypass flaps (71 1, 712 or 721, 722) are independently controllable and by a control device in such a Position adjustable are that the air flows at low humidity either the high-performance filter (57, 61) or through the bypass lines
(713, 723) an den Hochleistungsfiltern 57, 61 vorbei geführt werden(713, 723) are guided past the high-performance filters 57, 61
47. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 46, gekennzeichnet durch zusätzliche Entfeuchtungswärmepumpensysteme im Außenluft- Zuluftstrom (AL-ZL) und Umluftstrom (UL), wobei das im Strömungsweg des Umluftstromes (UL) vorgesehene zusätzliche Entfeuchtungswärmepumpensystem vor der aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate (16) im Aggregatemodul (15) gespeisten Heizeinrichtung (65) angeordnet ist und aus einem Verdampfer/Kühler (62), Kompressor (63), einem ersten Kondensator (64) und einem im Au- ßenluft-Zuluftstrom (AL-ZL) angeordneten zweiten Kondensator/Reheat-Register (66) besteht, das dem ersten Kondensator/Reheat-Register (64) zugeordnet und mit diesem gemeinsam oder wechselseitig betreibbar ist, während das im Außenluft- Zuluft- Strömungsweg (AL-ZL) angeordnete Entfeuchtungswärmepumpensystem aus einem Verdampfer/Kühler (53), Kompressor (54), einem ersten Kondensator/Reheat- Register (55) und/oder einem zweiten Kondensator/Reheat-Register (59) mit wechselseitiger Betriebsweise besteht. 47. The device according to at least one of the preceding claims 28 to 46, characterized by additional dehumidification heat pump systems in the outside air supply air (AL-ZL) and circulating air (UL), wherein in the flow path of the circulating air flow (UL) provided additional Entfeuchtungswärmepumpensystem before from the waste heat of electrical and electronic units (16) in the unit module (15) fed heating device (65) is arranged and from an evaporator / cooler (62), compressor (63), a first condenser (64) and an outdoor air in the outside air supply (AL -ZL) arranged second condenser / reheat register (66), which is associated with the first capacitor / reheat register (64) and with this common or mutually operable, while in the outside air supply air flow path (AL-ZL) arranged Dehumidification heat pump system from an evaporator / cooler (53), compressor (54), a first capacitor / reheat register (55) and / or a second condensate ator / reheat register (59) with reciprocal mode of operation.
48. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 29 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass eine Weitwurfdüse (80) zum Einblasen eines Zuluftstromes in den Eintritt des Turmes (10) mit hoher Geschwindigkeit im Zentrum des Turmdurchmessers angeordnet ist.48. The device according to at least one of the preceding claims 29 to 47, characterized in that a jet nozzle (80) for blowing a Zuluftstromes in the entrance of the tower (10) is arranged at high speed in the center of the tower diameter.
49. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 29 bis 48, gekennzeichnet durch auf Zwischendecks des Turmes (10) angeordnete mechanische Luftfördereinrichtungen, insbesondere Ventilatoren (80, 81 , 82), zur Erhöhung der dynamischen Geschwindigkeit des Zuluftstromes (ZL, ZL', ZL", ZL'").49. The device according to at least one of the preceding claims 29 to 48, characterized by on intermediate decks of the tower (10) arranged mechanical air conveyors, in particular fans (80, 81, 82), for increasing the dynamic velocity of the supply air stream (ZL, ZL ', ZL ", ZL '").
50. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Luftfördereinrichtungen (80, 81 , 82) mit vorzugsweise aus der Abwärme der im Aggregatemodul (15) angeordneten, Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate (16) gespeisten Heizeinrichtungen (8, 83, 84) verbunden sind.50. Apparatus according to claim 49, characterized in that the mechanical air conveying devices (80, 81, 82) with preferably from the waste heat in the unit module (15) arranged in the heat-dissipating electrical and electronic units (16) fed heaters (8, 83, 84) are connected.
51. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass in Teilen oder Bereichen des Turmes (10) oder der Gondel (1 1 ) der Wind-Energieanlage (1 ) bei zusätzlichem Kühlbedarf ein Luftbehandlungsgerät (94) mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem und hermetisch vo- neinander getrennten ersten und zweiten Strömungswegen angeordnet ist, wobei der erste Strömungsweg Außenluft (AL) zur Fortluft (FL) führt und der zweite Strömungsweg im Umluftbetrieb Zuluft (ZL, ZL') ansaugt und als indirekt frei heruntergekühlte Zuluft (ZL") abgibt.51. The device according to at least one of the preceding claims 28 to 50, characterized in that in parts or areas of the tower (10) or the nacelle (1 1) of the wind energy plant (1) with additional cooling demand an air treatment device (94) with recuperative Heat recovery system and hermetically separated from each other first and second flow paths is arranged, wherein the first flow path outside air (AL) leads to the exhaust air (FL) and the second flow path in recirculation mode intake air (ZL, ZL ') sucks and indirectly as freely cooled down supply air (ZL ").
52. Vorrichtung nach Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg der indirekt frei heruntergekühlten Zuluft (ZL") eine mechanische Kälteeinrichtung (970 bis 972) angeordnet ist.52. Apparatus according to claim 51, characterized in that in the flow path of the indirectly freely cooled supply air (ZL "), a mechanical cooling device (970 to 972) is arranged.
53. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 28 bis 52, da- durch gekennzeichnet, dass mindestens eine die Geschwindigkeit erhöhende Vorrichtung, vorzugsweise ein Ventilator und eine Düse, im Turm (10) angeordnet ist, die Luft mit hoher Geschwindigkeit schräg nach oben, an der Turmwandung entlang aufwärts abgibt und im Turm (10) eine Drehbewegung bzw. Wirbelströmung erzeugt.53. Device according to at least one of the preceding claims 28 to 52, characterized in that at least one speed increasing device, preferably a fan and a nozzle, in the tower (10) is arranged, the air at high speed obliquely upward, upwards on the tower wall and generates a rotary movement or vortex flow in the tower (10).
54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse eine runde Form oder eine Flachstrahl-Form aufweist. 54. Apparatus according to claim 53, characterized in that the nozzle has a round shape or a flat-jet shape.
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