ITMI20082006A1 - Generatore eolico - Google Patents

Generatore eolico

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ITMI20082006A1
ITMI20082006A1 IT002006A ITMI20082006A ITMI20082006A1 IT MI20082006 A1 ITMI20082006 A1 IT MI20082006A1 IT 002006 A IT002006 A IT 002006A IT MI20082006 A ITMI20082006 A IT MI20082006A IT MI20082006 A1 ITMI20082006 A1 IT MI20082006A1
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Thomas Kaessner
Harri Vihriaelae
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Rolic Invest Sarl
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

D E S C R I Z I O N E
La presente invenzione riguarda un generatore eolico provvisto di un impianto di raffreddamento.
In particolare, la presente invenzione riguarda un generatore eolico, il quale comprende un pilone; una navicella; un generatore elettrico supportato dalla navicella per produrre energia elettrica; un convertitore di frequenza disposto all’interno del pilone; e un impianto di raffreddamento, il quale à ̈ atto a raffreddare il trasformatore.
In generale, in un generatore eolico per la produzione di energia elettrica vi sono molti componenti, come ad esempio il generatore elettrico, il convertitore di frequenza ecc, i quali sviluppano calore che deve essere in qualche modo dissipato.
In alcuni casi, il raffreddamento di alcuni componenti à ̈ realizzato tramite un circuito nel quale viene convogliato un liquido di raffreddamento come ad esempio viene descritto nel documento US 6,520,737.
Tuttavia, il raffreddamento con un liquido richiede un’accurata manutenzione del circuito e la disponibilità di un serbatoio di liquido.
In altri casi, il raffreddamento à ̈ realizzato tramite un circuito chiuso formato in parte dal pilone stesso e in cui à ̈ ricircolata dell’aria come mostrato ad esempio nel documento EP 1,200,733.
In altri casi ancora il raffreddamento à ̈ realizzato fissando direttamente i componenti da raffreddare alla parete del pilone confidando nel fatto che l’azione del vento che investe il pilone sia sufficiente a realizzare il raffreddamento necessario, come descritto nel documento WO 2007/110719.
Negli ultimi due casi descritti, il pilone, nella fattispecie la sua parete esterna à ̈ l’elemento di scambio termico principale. Tuttavia, anche se un generatore eolico à ̈ disposto in zone particolarmente ventose, il vento che investe il pilone non à ̈ sempre sufficiente a raffreddare direttamente o indirettamente e in modo adeguato i componenti soggetti a surriscaldamento. Infatti, in condizioni atmosferiche contraddistinte da un forte irraggiamento solare che riscalda la parete del pilone e da venti relativamente deboli, il pilone associato alle tecniche di raffreddamento descritte in WO 2007/110719 e in EP 1,200,733 non à ̈ sufficiente a garantire un adeguato raffreddamento del convertitore.
Di fatto, le tecniche note di raffreddamento non sono completamente soddisfacenti.
Uno degli scopi della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un generatore eolico provvisto di un impianto di raffreddamento con un’elevata efficienza di raffreddamento in qualsiasi condizione operativa e per qualsiasi condizione atmosferica.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un generatore eolico provvisto di un impianto di raffreddamento semplice ed economico e in grado di evitare di introdurre dei contaminanti nel pilone, in particolare, a contatto con il convertitore di frequenza.
Secondo la presente invenzione à ̈ realizzato un generatore eolico comprendente un pilone; una navicella; un generatore elettrico supportato dalla navicella per produrre energia elettrica; un convertitore di frequenza disposto in uno vano interno definito dal pilone e dalla navicella; e un impianto di raffreddamento, il quale à ̈ atto a raffreddare il convertitore di frequenza, e comprende un circuito a ciclo aperto e almeno un’aletta di raffreddamento collegata al convertitore di frequenza e disposta nel circuito a ciclo aperto.
Secondo la presente invenzione l’efficienza dell’impianto di raffreddamento à ̈ particolarmente elevata e scarsamente influenzata dalle condizioni atmosferiche perché il flusso di aria alimentato lungo il circuito investe direttamente l’aletta di raffreddamento. Inoltre, eventuali contaminanti sono confinati nel circuito di raffreddamento.
In particolare, il convertitore di frequenza comprende almeno un interruttore elettronico di potenza, in particolare un transistore bipolare a porta isolata; il convertitore di frequenza essendo racchiuso all’interno di almeno un armadio elettrico comprendente una parete sulla quale sono fissati, da un lato, il detto interruttore elettronico di potenza e, dall’altro lato, la detta aletta di raffreddamento.
Inoltre, il circuito a ciclo aperto comprende almeno un condotto, il quale à ̈ disposto nel detto vano interno ed à ̈ privo di sbocchi nel detto vano interno; la detta aletta di raffreddamento essendo disposta all’interno del detto condotto.
Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure allegate, in cui:
- la figura 1 Ã ̈ una vista in elevazione laterale, con parti asportate per chiarezza e parti in sezione, di un generatore eolico realizzato secondo la presente invenzione;
- la figura 2 Ã ̈ una vista in elevazione laterale, in sezione e in scala ingrandita di un particolare del generatore eolico della figura 1;
- la figura 3 à ̈ una vista in sezione, con parti asportate per chiarezza e in scala ingrandita, di un particolare della figura 2 secondo le linee di sezione II – II; e
- le figure da 4 a 7 sono delle viste in sezione, di rispettive varianti del particolare della figura 3.
Con riferimento alla figura 1, con 1 à ̈ indicato nel suo complesso un generatore eolico, il quale comprende un pilone 2 che si estende lungo un asse A1 verticale, una navicella 3 che à ̈ montata all’estremità superiore del pilone 2 ed à ̈ girevole rispetto al pilone 2 attorno all’asse A1; un mozzo 4 montato in modo girevole rispetto alla navicella 3 attorno ad un asse di rotazione A2 trasversale all’asse A1; e tre pale 5, solo due delle quali mostrate nella figura 1.
Il pilone 2 à ̈ sostanzialmente definito da un cilindro cavo all’interno del quale sono alloggiate delle scale, non illustrate nelle figure allegate, e/o degli ascensori, non illustrati nelle figure allegate.
Il pilone 2 Ã ̈ generalmente ancorato al terreno per mezzo di una fondazione non illustrata nelle figure allegate e si protende verticalmente rispetto a un piano P di appoggio.
Il generatore eolico 1 comprende un generatore elettrico 6 sincrono supportato dalla navicella 3, e un convertitore di frequenza 7, il quale, nella fattispecie illustrata à ̈ alloggiato all’interno del pilone 2 e comprende degli interruttori elettronici di potenza 8, in particolare dei transistori bipolari a porta isolata, comunemente noti come IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors).
Il convertitore di frequenza 7 ha la funzione di trasformare l’energia elettrica a frequenza variabile in energia a frequenza constante, in particolare alla frequenza di rete.
La navicella 3 comprende un corpo cavo accoppiato in modo girevole attorno all’asse A1 all’estremità superiore del pilone 2 ed à ̈ atta a supportare il generatore elettrico 6.
Il generatore eolico 1 comprende un impianto di raffreddamento 9 che à ̈ disposto nel pilone 2 in corrispondenza del convertitore di frequenza 7 per raffreddare il convertitore di frequenza 7 stesso.
Di fatto, il pilone 2 e la navicella 3 definiscono un vano interno. Per maggiore generalità della presente invenzione, il convertitore di frequenza 7 può essere disposto in tale vano interno sia in corrispondenza del pilone 2, sia in corrispondenza della navicella 3.
Con riferimento alla figura 2, il pilone 2 comprende una parete esterna 10; e una struttura 11 disposta all’interno della parete 10 e distanziata dalla parete 10 stessa. La struttura 11 supporta due armadi elettrici 12, i quali sono atti a contenere il convertitore di frequenza 7 e sono mantenuti in una posizione sollevata rispetto al piano P di appoggio (figura 1). Inoltre, fra ciascun armadio elettrico 12 e la parete 10 del pilone 2 vi à ̈ un interstizio.
Nella fattispecie illustrata nella figura 2, ciascun armadio elettrico 12 comprende una parete 13 alla quale sono fissati gli interruttori elettronici di potenza 8. La parete 13 presenta delle aperture 14 in ciascuna delle quali à ̈ alloggiato un rispettivo interruttore elettronico di potenza 8. Secondo quanto meglio illustrato nella figura 3, l’apertura 14 ha le stesse dimensioni dell’interruttore elettronico di potenza 8 il quale à ̈ infilato di misura in una rispettiva apertura 14.
Con riferimento alla figura 2, l’impianto di raffreddamento 9 comprende un circuito 15 a ciclo aperto, il quale ha la funzione di aspirare aria dall’ambiente esterno al generatore eolico 1, convogliare l’aria lungo un percorso determinato estendentesi lungo lo vano interno del generatore eolico 1 per raffreddare il convertitore di frequenza 7, ed espellere l’aria all’esterno del generatore eolico 1. Il circuito 15 comprende due condotti 16, i quali collegano una bocca di ingresso 17 e una bocca di uscita 18, entrambe ricavate nella parete 10; e delle alette 19 di raffreddamento, le quali sono disposte nei condotti 16 a diretto contatto degli interruttori elettronici di potenza 8. La bocca di ingresso 17 à ̈ disposta sotto il convertitore di frequenza 7 rispettivamente sotto gli armadi elettrici 12, mentre la bocca di uscita 18 à ̈ disposta sopra il convertitore di frequenza 7 rispettivamente sopra gli armadi elettrici 12.
Ciascun condotto 16 si estende nel vano interno, ma non ha sbocchi o aperture verso il vano interno e impedisce la libera circolazione dell’aria di raffreddamento nel vano interno. Infatti, ciascun condotto 16 ha la funzione di guidare il flusso di aria in corrispondenza delle alette 19 di raffreddamento.
Nella fattispecie, ciascun condotto 16 presenta una forma tubolare e, in corrispondenza del convertitore di frequenza 7, Ã ̈ definito in parte dalla parete 13 di un rispettivo armadio elettrico 12.
L’impianto di raffreddamento 9 comprende, inoltre, dei ventilatori 20 motorizzati, ciascuno dei quali à ̈ disposto, almeno in parte, all’interno di un rispettivo condotto 16 per alimentare un flusso di aria dalla bocca di ingresso 17 alla bocca di uscita 18 nelle direzioni indicate dalle frecce nella figura 2 in modo da investire le alette 19 di raffreddamento. Preferibilmente i ventilatori sono a velocità variabile in modo da poter regolare il flusso di aria anche in funzione della temperatura dell’aria stessa.
Nella variante della figura 4 la parete 13 à ̈ priva di aperture: ciascun interruttore elettronico di potenza 8 e ciascuna aletta 19 di raffreddamento sono fissati, per esempio incollati, lungo le facce opposte della parete 13 in corrispondenza l’uno dell’altra. In accordo con questa variante, la parete 13 à ̈ realizzata in un materiale atto a garantire una buona conducibilità termica per trasferire il calore dall’interruttore elettronico di potenza 8 all’aletta 18 di raffreddamento.
Nella variante della figura 5, la parete 13 à ̈ provvista di un’apertura 14 in corrispondenza di ciascun interruttore elettronico di potenza 8, il quale comprende una flangia 21 atta a essere fissata alla parete 13 tramite viti 22. Le alette 19 di raffreddamento sono fissate direttamente all’interruttore elettronico di potenza 8 per esempio per incollaggio.
Nella variante della figura 6, la parete 13 à ̈ provvista di un’apertura 14 in corrispondenza di ciascun interruttore elettronico di potenza 8, e comprende una flangia tubolare 23 atta a essere fissata all’interruttore elettronico di potenza 8 tramite viti 24. Le alette 19 di raffreddamento sono fissate direttamente all’interruttore elettronico di potenza 8 per esempio per incollaggio.
Nella variante della figura 7, la parete 13 à ̈ provvista di un foro 25 e l’interruttore elettronico di potenza 8 à ̈ accoppiato a un condotto termico 26 (heat pipe), il quale si estende attraverso il foro 25. Il condotto termico 26 à ̈ accoppiato dalla parte opposta della parete 13 a un gruppo di alette 27 di raffreddamento.
Con riferimento alla figura 1 e come menzionato nel corso della presente descrizione secondo una forma alternativa della presente invenzione, il convertitore di frequenza 7 e il rispettivo impianto di raffreddamento 9 sono disposti nel vano interno in corrispondenza della navicella 3, la quale à ̈ provvista di una parete eterna 28, in cui sono realizzate una bocca di ingresso 29 e una bocca di uscita 30 illustrate a linee tratteggiate.
In accordo con questa forma di attuazione, il convertitore di frequenza 7 e il rispettivo impianto di raffreddamento 9 sono identici a quelli descritti con riferimento alla forma di attuazione in cui sono disposti all’interno del pilone 2, salvo eventuali variazioni dimensionali.
La presente invenzione include ulteriori varianti non illustrate: per esempio, ciascun condotto à ̈ provvisto di una rispettiva bocca di ingresso e di una rispettiva bocca di uscita.
L’impianto di raffreddamento 9 realizzato secondo la presente invenzione riesce a coniugare un’elevata efficienza di raffreddamento degli interruttori elettronici di potenza 8 indipendente dalle condizioni meteorologiche e a impedire di introdurre inquinanti o sporcizia nello vano interno.
Risulta infine evidente che ulteriori varianti possono essere apportate alla presente invenzione senza peraltro uscire dall’ambito di protezione definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (12)

  1. RI V E N D I C A Z I O N I 1. Generatore eolico comprendente un pilone (2); una navicella (3); un generatore elettrico (6) supportato dalla navicella (3) per produrre energia elettrica; un convertitore di frequenza (7) disposto in uno vano interno del generatore eolico (1); e un impianto di raffreddamento (9), il quale à ̈ atto a raffreddare il convertitore di frequenza (7), e comprende un circuito a ciclo aperto (15) e almeno un’aletta (19; 27) di raffreddamento collegata al convertitore di frequenza (7) e disposta nel circuito a ciclo aperto (15).
  2. 2. Generatore eolico secondo la rivendicazione 1, in cui il convertitore di frequenza (7) comprende almeno un interruttore elettronico di potenza (8), preferibilmente un transistore bipolare a porta isolata; il convertitore di frequenza (7) essendo racchiuso all’interno di almeno un armadio elettrico (12) comprendente una parete (13) sulla quale sono fissati, da un lato, il detto interruttore elettronico di potenza (8) e, dall’altro lato, la detta aletta (19; 27) di raffreddamento.
  3. 3. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 2, il cui il pilone (2) si protende verticalmente da un piano (P) di appoggio; il detto armadio elettrico (12) essendo in una posizione rialzata rispetto al piano (P) di appoggio.
  4. 4. Generatore eolico secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il circuito a ciclo aperto (15) comprende almeno un condotto (16) disposto nel detto vano interno e privo di sbocchi nel detto vano interno; la detta aletta (19; 27) di raffreddamento essendo disposta all’interno del detto condotto (16).
  5. 5. Generatore eolico secondo la rivendicazione 4, in cui il pilone (2) comprende una prima parete esterna (10) e la detta navicella (3) comprende una seconda parete esterna (28); il detto condotto (16) collegando una bocca di ingresso (17; 29) ricavata in una fra la prima e la seconda parete esterna (10; 28) a una bocca di uscita (18; 30) ricavata in una fra la prima e la seconda parete esterna (10; 28).
  6. 6. Generatore eolico secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui il condotto (15) à ̈ in parte formato dalla detta parete (13) dell’armadio elettrico (12).
  7. 7. Generatore eolico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, in cui la detta aletta (19) di raffreddamento à ̈ direttamente a contatto dell’interruttore elettronico di potenza (8) attraverso un’apertura (14) ricavata nella detta parete (13).
  8. 8. Generatore eolico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, in cui la detta aletta (19) di raffreddamento à ̈ collegata termicamente all’interruttore elettronico di potenza (8) tramite la detta parete (13).
  9. 9. Generatore eolico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, in cui l’aletta (27) di raffreddamento à ̈ collegata termicamente all’interruttore elettronico di potenza (8) da un condotto termico (26) (heat pipe) alloggiato in un foro (25) della detta parete (13).
  10. 10. Generatore eolico secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’impianto di raffreddamento (9) comprende un ventilatore (20) disposto, almeno in parte, nel circuito a ciclo aperto (15).
  11. 11. Generatore eolico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 10, il detto convertitore di frequenza (7) essendo spaziato rispetto la prima e la seconda parete esterna (10; 28).
  12. 12. Generatore eolico secondo la rivendicazione 11, in cui il detto circuito a ciclo aperto (15) collega il convertitore elettrico (7) e una fra la prima e la seconda parete esterna (10, 28).
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