ES2359309B2 - Sistema de refrigeracion de aerogeneradores - Google Patents

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ES2359309B2 ES200902135A ES200902135A ES2359309B2 ES 2359309 B2 ES2359309 B2 ES 2359309B2 ES 200902135 A ES200902135 A ES 200902135A ES 200902135 A ES200902135 A ES 200902135A ES 2359309 B2 ES2359309 B2 ES 2359309B2
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Abstract

El sistema de refrigeración de aerogeneradores de la invención se basa en el enfriamiento del interior de la góndola del aerogenerador desde el interior de la torre y consta de un sistema de producción de agua refrigerada, ubicado en el exterior del aerogenerador, conectado mediante tuberías frigoríficas a un grupo hidráulico para acumulación y bombeo del agua refrigerada que se impulsa por medio de tuberías hidráulicas hasta una unidad terminal, compuesta de una batería de intercambio térmico y un ventilador, que se localiza lo más próxima posible a la góndola del aerogenerador y en la cual se enfría el aire del interior de la torre y se impulsa enfriado al interior de la góndola y cuyo funcionamiento es gestionado por un sistema de control que monitoriza constantemente la temperatura y/o humedad existentes.

Description

diante tuberías frigoríficas a un grupo hidráulico para
Sistema de refrigeración de aerogeneradores.
Objeto de la invención
La presente invención está relacionada con los aerogeneradoresy más concretamente con los sistemas de refrigeración que se emplean en su interior en climas de temperaturas elevadasypara refrigerar los componentes internos. Antecedentes de la invención
Las instalaciones de aerogeneradores en zonas dondeel climaalcanzaelevadas temperaturasy/o elevados porcentajesdehumedad presentanla dificultad de conseguir que dichos aerogeneradores trabajen en condiciones nominales, no pudiendo trabajar a máxima capacidad.
Una de las principales causas de este inconveniente radica en las propias limitaciones que marcan los componentesinternos de los aerogeneradores ubicados en la góndola del aerogenerador frente a la temperatura, como es el caso de la multiplicadora y el generador.
Por otro lado, no solo la temperatura externa provoca una elevada temperatura en el interior de la góndola del aerogenerador, sino que los propios equipos generan calor debido a su funcionamiento, que debe ser disipado, para poder obtener un rendimiento óptimodela instalación.Aaltas temperaturaslos sistemas de disipación de calor por ventilación resultan insuficientes.
Se conocen en el Estado de la Técnica soluciones como las descritas en las Patentes WO2007110718, WO2008102184yUS6676122, sin embargo estas soluciones plantean elinconveniente de resultar invasivasen cuantoal espacioexistenteenel aerogenerador, ya que en muchos casos requieren el rediseño de los equiposy sistemas además de una redistribución de los mismos.
Por último, ninguno de los antecedentes del Estado de la Técnica plantea una solución que combine la problemática de la temperatura con la problemática derivada de ambientes con elevada humedad, en los que se presentan problemas de corrosión en los equipos, además de derivaciones y/o cortocircuitos que afectan a los sistemas electrónicos. Descripción de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un sistema de refrigeración en aerogeneradores, que graciasa sus características constructivasyfuncionales resulta realmente ventajoso frente a las soluciones convencionales, garantizando el funcionamiento del aerogenerador en condiciones nominales cuando la temperaturay/ola humedadexcedalos límites marcados por los componentes del propio aerogenerador, así como resultando poco invasivo en la implantación en el interior del propio aerogenerador, por cuanto se evitael rediseñode componentesysistemasexistentes, así como la redistribución del espacio interior para su alojo.
El sistema de refrigeración puede ser instalado tantoen aerogeneradoresya instaladosyen funcionamiento que requieran de una refrigeración, como en nuevos aerogeneradores previamente a su instalación en cualquier parque de aerogeneradores.
El equipo de refrigeración propuesto se basa en el enfriamiento del interior de la góndola del aerogenerador desde el interior de la torrey para ello consta de un sistema de producción de agua refrigerada, ubiacumulación y bombeo del agua refrigerada que se impulsa por medio de tuberías hidráulicas hasta una unidad terminal, compuesta de una batería de intercambiotérmicoyunventilador,quese localizalomás próxima posibleala góndoladel aerogeneradory en la cual se enfría el aire del interior de la torre y se impulsa enfriado al interior de la góndola.
El equipo también dispone de un sistema de deshumidificaciónquegarantizaquela humedad relativa en el interior de la torre no supera un valor predeterminado, por ejemplo un 75%, el cual pudiera provocar corrosión y/o derivacionesycortocircuitos,yque no sea excesivamente bajo, por ejemplo inferior al 30%, paraevitarla apariciónde problemaspor acumulación de electricidad estática.
El funcionamiento del equipo es regulado por un sistema de control que monitoriza constantemente la temperatura y/o humedad existentes, de manera que en función de la temperatura existente en el interior de la torre, si ésta excede una temperatura de consigna prefijada, el sistema activa el equipo. Por otro lado, siempre que se sobrepase una temperatura exterior determinada, el equipo arrancará para mantener la reserva del depósito de agua fría,y así poder suministrar agua de forma instantánea a la temperatura adecuada cuando se supere la temperatura interior de consigna.
Así mismo, cuando la humedad relativa en el interiordela torre seasuperioralvalorde humedad superior predeterminado, es decir 75%, el controlador activará el sistema de refrigeración, independientemente delvalordela temperaturaexistenteenelinteriorde aerogenerador.
El sistema de producción de agua refrigerada está constituidoporuna moto-condensadora,ubicadaenel exterior de la torre,y un grupo hidráulico compuesto principalmente por un intercambiador térmico, un depósitode inercia,unvasodeexpansión,yuna bomba, todo bajo la plataforma inferior de acceso al aerogenerador.
El agua, enfriada en dicho sistema de producción de agua refrigerada, se bombea a través de unas tuberías hidráulicas que se localizan en el interior de la torre, conectadas entreel grupo hidráulicoyla unidad terminal ubicada en la plataforma de la torre más próxima a la góndola del aerogenerador, donde a través de unas bateríasde intercambio térmico aire-aguaala que llegan las tuberías hidráulicas, elaire del interior dela góndola será enfriadoypropulsado mediante un ventilador haciael interiordela góndola. Breve descripción de los dibujos
La figura1 es una perspectiva esquemáticadela instalación del sistema en un aerogenerador.
La figura2muestra una perspectiva en detalle de la unidad terminal del sistema objeto de la invención.
La figura3muestra una vistaexplosionadadel difusor rotativo de la unidad terminal de la invención. Descripción de una realización preferencial
Talycomo se muestra en la figura1el equipo de refrigeración consta de tres etapas diferenciadas, una primera etapa (1) de producción de agua refrigerada, una segunda etapa (2) de acumulacióny bombeo de dicha agua fríay una tercera etapa (3) de intercambio térmico aire-agua e impulsión del aire enfriado, localizándose la primera etapa (1) en el exterior del aerogenerador, la segunda en el interior, bajo la plata
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forma inferior (4) de acceso al interior del aerogenerador, mientras que la tercera etapa (3) se encuentra ubicada en el interior del aerogenerador en la parte más próximaalagóndola (8),y más concretamente enla última plataforma(5)dela torre(6).
La primera etapa (1) del sistema está constituida por una moto-condensadora (1.1) ubicada en el exteriordela torre(6)yunas tuberías frigoríficas(1.2)que conectan con el intercambiador o evaporador (2.1) montado en un grupohidráulico (no representado) a través de una abertura (7.1) en la puerta (7) de acceso al interior de la torre (6) del aerogenerador, concretamente bajo la plataforma inferior.
La segunda etapa (2) consta de un depósito de inerciadondeelaguarefrigeradaes almacenada,yun vaso de expansión para absorber las dilataciones del grupo hidráulico, además de una moto-bomba (no representados). En esta etapa el agua fría es bombeada hasta la unidad terminal (3) a través de al menos una tubería hidráulica de impulsión (2.2), aislada térmicamente, que parte del intercambiador (2.1)yretorna más caliente por al menos otra tubería (2.2) que parte desde la unidad terminal (3) hasta el intercambiador (2.1). El conjunto se alimenta eléctricamente desde un armario eléctricode fuerzaymando(no representado) dispuesto ex profeso.
La tercera etapa (3), la unidad terminal, está constituida por un módulo de baterías (3.1) de intercambio térmico aire-agua montadas sobre un bastidor (no representado), dispuesto en la aspiración de un ventilador (3.3),y conectado al mismo mediante un conducto (3.4). El módulo (3.1) se encuentra suspendido bajo la plataforma (5) con el fin de enfriar el aire del interior de la torre (6), para que una vez refrigerado sea impulsado por el ventilador (3.3) situado sobre la plataforma (5) al interior de la góndola (8) del aerogenerador a través de un difusor rotativo (3.2).
El difusor rotativo (3.2) está preparado para girar solidariamente con el giro de la góndola (8), de manera que el dardo de aire frío siempre incidirá sobre los componentesyelementos de la misma forma, asegurando de esta manera una refrigeración adecuada en cualquier momento.
Para lograr que la distribución del aire impulsado dentro de la góndola sea siempre la misma, independientemente de la posición relativa de la góndola con respectoala torre,eldifusor rotativo (3.2), taly comose muestraenlafigura3,se componedeun anillo exterior (9) solidario a la torre (6) y un anillo interior (10) solidario a la góndola (8) del aerogenerador. El anillo interior (10)determina unas guías (10.1) en lasquese montael anilloexterior(9)y una abertura
(10.2) por la sale de aire frío, mientras que el anillo exterior (9) determina un conducto (9.1) por el que accede el aire impulsado por el ventilador (3.3).
El hecho de que el módulo baterías (3.1) de la unidad terminal(3)se encuentre suspendidogarantizala existencia de mayor espacio en la plataforma (5)próxima a la góndola (8).
Por otro lado, todo el equipo se encuentra gestionado por un sistema de control (no representado) el cual dictamina el arranquey parada de los distintos componentesy controla el funcionamiento de todos ellos mediante diferentes sensoresdetemperaturay/o humedad, de manera que cuando los sensores de temperatura del interior del aerogenerador detecten que la temperaturaenel interiordela torre(6)excede una temperatura de consigna prefijada, el equipo arrancará refrigerando la góndola (8).
Por otro lado, cuando los sensores de temperatura detecten que la temperatura en el exterior de la torre
(6) excede un valor de consigna prefijado, el equipo arrancará para mantener la reserva del depósito de agua fría,yasí poder suministrar agua de forma instantánea a la temperatura adecuada cuando se supere la temperatura interior de consigna.
Por último, cuando los sensores de humedad detecten que la humedad relativa en el interior del aerogenerador es superior o inferior a unos valores superior e inferior predeterminados, es decir superior a un 75% o inferior a un 30%, el sistema de control activará el sistema de refrigeración, independientemente del valor de la temperatura existente en el interior de aerogenerador.
Se prevé que el sistema sea reversible, de manera que también funcione en ambientes con climas fríos produciendo agua caliente en lugar de fría, simplemente invirtiendo el ciclo de funcionamiento.
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Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, del tipo que se emplean en la disipación del calor de los equipos del interior de la góndola del aerogenerador, caracterizado porque consta de un sistema de producción (1) de agua refrigerada conectado a una etapa(2), ubicadabajola plataforma(4) inferiordela torre (6),de acumulaciónybombeode dicha agua refrigerada hasta una unidad terminal (3) dispuesta próxima a la góndola (8), en la que el aire del interior de la torre (6) es enfriado e impulsado al interior de la góndola (8) del aerogenerador en función de la temperatura y/o humedad detectados por un sistema de control (no representado).
  2. 2.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según laprimera reivindicación, caracterizado porque el sistema de control (no representado) activa el sistema de refrigeración cuando la temperatura en el interior de la góndola (8) es superior a una temperatura de consigna prefijada.
  3. 3.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según laprimera reivindicación, caracterizado porque el sistema de control (no representado) activa el sistema de producción (1) de agua refrigerada si la temperatura ambiente exterior supera un determinado valor de consigna predeterminado.
  4. 4.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según laprimera reivindicación, caracterizado porque el sistema de control activa el sistema de refrigeración cuando detecta una humedad relativa media en el interior de la góndola (8) superiora un valor superior predeterminado o inferior a un valor inferior predeterminado.
  5. 5.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según laprimera reivindicación, caracterizado porque el sistema de producción (1) de agua refrigerada está constituido por una motocondensadora (1.1), un grupo hidráulico(no representado)yunas tuberías frigoríficas (1.2).
  6. 6.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según la quinta reivindicación, caracterizado porque
    la motocondensadora (1.1) del sistema de producción
    (1) de agua refrigerada se ubica en el exterior de la torre (6), mientras que el grupo hidráulico (no representado) se encuentra en el interior de la torre (6) bajo la plataforma (4) de acceso.
  7. 7.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según laprimera reivindicación, caracterizado porque la unidad terminal (3) consta de un módulo de baterías (3.1)de intercambio térmico aire-agua montadas sobre un bastidor, dispuesto en la aspiración de unventilador (3.3),y conectadoalmismo mediante un conducto (3.4)yde un difusor rotativo (3.2).
  8. 8.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según la séptima reivindicación, caracterizado porque módulo de baterías (3.1) de intercambio térmico aire-aguadela unidadterminal(3) se encuentran suspendidasa travésde una aberturadela plataforma(5) de la torre (6) más próxima a la góndola (8) del aerogenerador.
  9. 9.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según la séptima reivindicación, caracterizado porque el difusorrotativo(3.2) gira solidariamente al giro de la góndola (8) del aerogenerador.
  10. 10.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según la séptima reivindicación, caracterizado porque el difusor rotativo (3.2) se compone de un anillo exterior (9) solidario a la torre (6) que determina un conducto (9.1) por el que accede el aire impulsado por elventilador (3.3)y un anillo interior (10) solidarioa la góndola (8) del aerogenerador que determina unas guías (10.1) en las que se monta el anillo exterior (9) además de una abertura (10.2) por la que el aire frío sale siempre en la misma dirección con respecto a la góndola (8) del aerogenerador.
  11. 11.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según laprimera reivindicación, caracterizado porque el sistema de control consta de sensores de humedadytemperatura enel interior del aerogenerador.
  12. 12.
    Sistema de refrigeración en un aerogenerador, según laprimera reivindicación, caracterizado porque su ciclo es reversible pudiendo generar tanto agua caliente como agua fría.
    ES2359 309A1
    ES2359 309A1
    ES2359 309A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200902136
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 10.11.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    DE 102004030929 B3 (REPOWER SYSTEMS AG) 20.10.2005, resumen en inglés obtenido de EPOQUE de la base de datos WPI, AN: 2005-691384 [72]; figuras. 1,3
    A
    US 2006104820 A1 (DELUCIS NICOLAS) 18.05.2006, resumen; párrafos 20,35,41; figuras. 2,3
    A
    US 2004108733 A1 (WOBBEN ALOYS) 10.06.2004, resumen; párrafos 12-14; figuras. 1
    A
    WO 0194779 A1 (ABB AB et al.) 13.12.2001, resumen; página 7, línea 9 – página 9, línea 15; página 13, líneas 5-15; figuras. 1
    A
    ES 2274361 T3 (W2E WIND TO ENERGY GMBH) 16.05.2007, columna 1, línea 52 – columna 2, línea 18; columna 3, líneas 16-25; columna 4, líneas 23-30; figuras. 2,3
    A
    US 6803671 B1 (WOBBEN ALOYS) 12.10.2004, resumen; columna 3, líneas 10-40; figura 2. 1
    A
    WO 0142647 A2 (AERPAC HOLDING B V et al.) 14.06.2001, resumen; página 8, líneas 24-33; página 9, líneas 8-23; página 11, líneas 8-17; figuras 1,2,4,6,9-12. 1,3
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 26.04.2011
    Examinador P. Del Castillo Penabad Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200902136
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD
    F03D1/06 (2006.01) F03D11/04 (2006.01) F03D9/00 (2006.01) H02K7/18 (2006.01)
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    F03D, H02K
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)
    INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200902136
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 26.04.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200902136
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    DE 102004030929 B3 (REPOWER SYSTEMS AG) 20.10.2005
  13. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    Se considera que el documento D01 es, del estado de la técnica, el más próximo al objeto reivindicado. Este documento D01 (las referencias se refieren a D01) describe (resumen en inglés obtenido de EPOQUE de la base de datos WPI, AN: 2005-691384 [72]; figuras) un aerogenerador con:
    -el generador (16) situado delante del rotor eólico (13) y accionado directamente por él -una torre (11) -una estructura de soporte (12)
    Además en el aerogenerador de D01:
    -El rotor eólico comprende un buje (14) y palas (15), y está soportado por medio de cojinetes (30) sobre un eje principal no giratorio (20) que está unido a la estructura soporte (12).
    -El rotor del generador (23) está unido al buje (14) y el estator (21) está unido al eje principal (20).
    -El buje (14) tiene un orificio en la parte frontal y un orificio en la parte trasera. El eje principal (20), que es hueco, tiene un orificio que permite el acceso al buje.
    La diferencia fundamental entre D01 y la solicitud radica en que el orificio de la parte frontal del buje no permite en D01 el acceso directo al generador, es decir, en D01 el acceso se realiza a través del eje principal hueco no giratorio. Este orificio de acceso directo posibilita dos modos de entrar al generador diferentes del que refleja D01:
    -entrar al buje por la parte trasera y salir por la parte frontal entrando al interior del generador sin atravesar el eje principal, o bien
    -entrar al buje desde el interior del eje principal y salir por la parte frontal del buje entrando al interior del generador sin atravesar la parte final del recorrido del eje principal (que podría ser cónico con la parte cercana al generador de menor diámetro)
    Son configuraciones novedosas e inventivas puesto que permiten vías de acceso que no son obvias para el experto en la materia ya que no llegaría a estas configuraciones a partir de D01 tomado solo o en combinación con otros documentos.
    Las reivindicaciones 2-4 dependientes tienen por tanto también novedad e implican actividad inventiva.
    Por todo lo anterior las reivindicaciones 1-4 de la solicitud son nuevas y tienen actividad inventiva según los artículos 6 y 8 de la Ley 11/86 de Patentes.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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