JP4041474B2 - オフショア−風力エネルギ装置のための冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、オフショア−風力エネルギ装置のための冷却装置であって、該オフショア−風力エネルギ装置の電子装置および／または電気装置によって形成される、導出しようとする熱を吸収するための吸熱装置が設けられており、オフショア−風力エネルギ装置の周辺に存在する水に熱を放出するための、該吸熱装置と連結された放熱装置が設けられており、吸熱装置が、液状の冷媒で作動する第１の冷却回路を備えており、該第１の冷却回路が、熱交換装置において、吸収した熱を放熱装置に放出するようになっており、該放熱装置が、冷媒としての、周辺に存在する水で作動する開放式の第２の冷却回路を備えている形式のものに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００１６９１３号明細書から、熱交換システムを備えたオフショア−風力エネルギ装置が公知である。タワー状のオフショア−風力エネルギ装置は、ロータユニットと、伝動装置と、電流を発生させるための、伝動装置に接続されたジェネレータとを備えている。ジェネレータによる電流発生に際して生じる効率損失は熱として現れる。この損失熱は、過熱ひいては破損を回避するために導出する必要がある。このためにジェネレータおよび伝動装置の領域に吸熱装置が配置されている。冷却液で充填された管路系によって、吸熱装置は、タワーの領域に設けられた放熱装置と接続されている。管路系に循環ポンプが設けられている。放熱装置は、タワーの下位領域に配置されており、この場合熱交換器はタワーの内側に配置されており、熱は海水を案内する２次回路を介して導出される。

無限に存在する海水による熱導出は極めて効果的であるが、特に強い藻類および貝類の定着によって、オフショア−風力エネルギ装置のための冷却装置の保守が極めて手間のかかるものになるという欠点が生じる。

海水で運転される冷却装置において、特に生物の粒子を捕捉しようとするフィルタを使用するのが公知である。しかしながらここでは多くの場合、生物材料または周辺の水に存在するその他の粒子でフィルタが閉塞することによる問題が生じる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００１６９１３号明細書

したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような形式の、オフショア−風力エネルギ装置のための冷却装置を改良して、過度の生物定着を効果的に防止して、保守の僅かな運転が保証されるようなものを提供することである。

この課題を解決するための本発明の装置によれば、放熱装置の第２の冷却回路が、周辺に存在する水の流入用の第１の開口と、導出しようとする熱によって加熱された水の流出用の第２の開口とを備えており、周辺に存在する水が、第１の開口を通って熱交換装置に向かって流れて、熱交換装置による吸熱のあとで第２の開口を通って周辺に存在する水に流れるようになっており、
放熱装置の第２の冷却回路の管路の内壁に、該第２の冷却回路の延伸方向で相互間隔を有して複数の電極が配置されており、これらの電極が、少なくともそれぞれ２つの電極の間で交流の高電圧を発生させるために、電圧供給装置（３８）と接続されており、
少なくとも放熱装置の第２の冷却回路の第１の開口に第１の電極が配置されていて、かつ／または第２の冷却回路の第２の開口に第２の電極が配置されており、これら両方の電極が、交番のタイミング内で同じ極性を有している。

本発明のような構成では、特に高圧が僅かな電流で電極に加わり、爆鳴ガス反応の発生が十分に回避されている。管路において少なくとも部分的な電界を交流の高電圧で発生させることによって、この領域における生物定着を効果的に防止することができる。

放熱装置の開放式の冷却回路は、周辺に存在する水の流入用の第１の開口と、導出しようとする熱によって加熱された水の流出用の第２の開口とを備えている。したがって絶えず新鮮な冷却水が提供されるように保証されている。周辺に存在する水は、第１の開口を通って熱交換装置に向かって流れて、熱交換装置による吸熱のあとで第２の開口を通って周辺に存在する水に還流するようになっている。

冷却装置を外側に向かって電気的に中性に、つまり地面に対して電位差なしに形成するために、放熱装置の冷却回路の第１の開口に第１の電極が配置されていて、かつ／または放熱装置の冷却回路の第２の開口に第２の電極が配置されており、両方の電極が、交番のタイミング内で同じ極性を有している。

特に簡単な実施形態では、放熱装置の冷却回路の両方の開口に配置された電極は互いに結合することができる。これによって両方の電極が常に同じ電位を有するように保証されている。

有利な実施形態では、放熱装置の冷却回路内で、水流を形成するためのポンプ装置を冷却回路の管路に配置することができる。このようなポンプ装置によって、熱交換装置を通過搬送される水量を高めることができる。これによって特に良好な放熱が保証される。

特に有利な実施形態では、ポンプ装置が搬送方向で転換可能である。これによって逆向きに管路区分を通る水流が得られ、この場合周辺に存在する水は、第２の開口を通って熱交換装置に向かって流れて、熱交換装置による熱吸収のあとで第１の開口を通って周辺に存在する水に流れる。放熱装置の開放式の冷却回路内で流れ方向が転換されることによって、既に冷却管路に侵入した粒子を再び流し出すことができる。したがって冷却回路における生物材料の定着に対して効果的な作用が得られる。

追加的または選択的にこのような放熱装置の冷却回路における流れ方向転換は、制御可能な弁によって実現することもできる。冷却水の所望の流れ方向に応じて、周辺に存在する水の流入用の開口と、導出しようとする熱によって加熱された水の流出用の開口とを開放することができる。

さらに別の弁装置を用いた適当な管路系によって、１搬送方向でポンプ装置を運転する場合でも、冷却回路における流れ方向の転換を達成することができる。

特に有利には、ポンプ装置の搬送方向もしくは冷却水の流れ方向が交互に転換可能であることによって、放熱装置の冷却回路を不都合な粒子から解放することができる。冷却水流の方向が常に変化するので、放熱装置の冷却回路が常に洗浄される。追加的なフィルタの使用は不要である。

放熱装置の冷却回路がプラスチックから成る管路を備えていることによって、追加的に生物育成を抑制することができる。つまりプラスチックには比較的僅かな生体定着しかみられない。

特に粗い粒子を放熱装置の冷却回路に侵入するのを防止するために、放熱装置の冷却回路の第１の開口および／または第２の開口に、シーブまたは格子のような、冷却回路に粒子が侵入するのを防止する装置が配置されている。

放熱装置の開放式の回路内で流れ方向が変向可能であるような構成手段と相俟って、シーブまたは格子なども洗浄され、したがって閉塞が防止される。

次に本発明の実施の形態を図示の実施例を用いて詳しく説明する。

図１には、オフショア−風力エネルギ装置のための冷却装置を側面からみた断面図で概略的に示した。ロータ（図示していない）によって駆動される電子装置および／または電気装置としてのジェネレータユニット１１が、オフショア−風力エネルギ装置のケーシングとしてのゴンドラ（Gondel）（図示していない）内に配置されている。ジェネレータユニット１１は電流を発生させるのに役立ち、この場合効率損失に基づいて熱が解放され、この熱は液状の不凍媒体を有する冷媒１６で作動する熱交換装置としての吸熱装置１０によって吸収される。これとは別に追加的に損失熱をたとえばエンクロージャから導出するか、もしくは電子回路を冷却する必要がある。

吸熱装置１０の閉鎖式の第１の冷却回路１８は、４つの空気／冷媒−熱交換器１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを備えており、これらの空気／冷媒−熱交換器１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは、ジェネレータ１１、ジェネレータに対応配置されたエンクロージャ、および損失熱または摩擦熱によって加熱される機械構成要素に配置することができる。冷却しようとする構成要素の、空気／冷媒−熱交換器１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄに対して空間的に近いコンタクトを介して、導出しようとする熱は、吸熱装置１０に存在する、空気／冷媒−熱交換器１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを通流する冷媒１６に伝達される。冷却液１６の流れはポンプ１７によって形成される。吸熱装置１０の閉鎖式の冷却回路１８における別の構成素子、たとえば冷却液のための貯蔵容器は、図１には示していない。

空気／冷媒−熱交換器１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを使用する代わりに、選択的に、電子素子は直接的に冷却液によって冷却することもできる。

熱交換装置２０を介して吸熱装置１０は放熱装置１２と連結されている。熱交換装置２０は、オフショア−風力エネルギ装置のタワー（図示していない）の下位部分に配置されていて、かつ３０〜５０ｋＷの冷却出力を有している。これは５ＭＷの出力を有するオフショア−風力エネルギ装置から導出する必要のある熱量に対応する。熱交換装置１０は、図１では短縮して示した長い管路３１によって熱交換装置２０と接続されている。

放熱装置１２は別の第２の冷却回路２２を備えており、この冷却回路２２は冷媒としての周辺に存在する水１４で作動する。冷却回路２２は開放式であり、つまり冷媒として海水１４が第１の開口２４を通って放熱装置１２の管路３０に流入する。第２の開口２６は、導出しようとする熱によって加熱される水の流出に用いられる。この場合周辺に存在する海水１４は、第１の開口２４を通って熱交換装置２０に向かって流れ、熱交換装置２０による吸熱のあとで第２の開口２６を通って周辺に存在する海水１４に流れる。第１の開口２４が第２の開口２６から離れて配置されているので、十分に冷たい、つまり吸熱による影響をほとんど受けない水を絶えず冷却回路２２に取り込むことができる。

図２には、図１に示した冷却装置の、放熱装置１２の開放式の冷却回路２２を包括する部分領域を側面からみた断面図で概略的に示した。ここでは図１において一部しか示していない、放熱装置１２の個々の構成要素を拡大して示した。次にこれらの構成要素について詳しく説明する。

第２の冷却回路２２の管路３０の内壁に、管路延伸方向でみて相互間隔を有する６つの電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆが配置されている。３つの電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、第１の開口２４の領域で、管路３０の延伸方向でみて相互間隔を有して配置されている。別の３つの電極３６ｄ，３６ｅ，３６ｆは、第２の開口２６の領域で、管路３０の延伸方向でみて相互間隔を有して配置されている。この場合図２に示した実施例では、電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆは、管路３０の内壁にリング状に取り付けられている。選択的に電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆは、別の形式で、たとえば板もしくはウェブとして、または格子状に形成することもできる。

電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆは電圧供給装置３８と接続されている。電圧供給装置３８は、それぞれ２つ電極の３６ａ，３６ｂ；３６ｂ，３６ｃもしくは３６ｄ，３６ｅ；３６ｅ，３６ｆの間に交流の高電圧を発生させる。爆鳴ガス反応を回避するために、加えられる電圧は高く、これに対して流れる電流は小さく維持される。

交番電界が形成されることに基づいて、少なくとも両方の開口２４，２６の領域で、動植物が管路３０に定着して、冷却回路２２を閉塞することがないように保証されている。

冷却装置が外側に向かって電気的に中性であるようにするために、開口２４，２６の直ぐ傍に配置された電極３６ａ，３６ｆは、交番のタイミング内で同じ極性を有している。選択的にこのことは、両方の電極３６ａ，３６ｆが互いに接続されていることによって保証することもできる。

放熱装置１２の冷却回路２２の第１の開口２４および第２の開口２６に、それぞれ格子状のシーブ３２，３４が配置されている。これらのシーブ３２，３４は、特に粗い粒子が冷却回路２２に達するのを防止するのに役立つ。

放熱装置１２の冷却回路２２内で、制御装置２９によって運転可能な、冷却回路２２の管路３０に水を送って水流を形成するためのポンプ２８が配置されている。この場合制御装置２９はポンプ２８を搬送方向転換可能に制御する。これによって反対方向で管路を通る冷却水流が形成され、この場合周辺に存在する水１４は、第２の開口２６を通って熱交換装置２０に向かって流れて、熱交換装置２０による吸熱のあとで第１の開口２４を通って周辺に存在する水１４に流れる。冷却回路２２における冷却水流の方向転換によって、開口２４，２６に位置する、粒子によって閉塞される恐れのあるシーブ３２，３４が洗浄される。

制御装置２９は、ポンプ２８の搬送方向、ひいては冷却水の流れ方向を交互に転換させることができる。流れ方向が絶えず変化することによって、生物材料およびその他の粒子が冷却回路２２またはシーブ３２，３４に定着するのが回避される。このような定着は、放熱装置１２の冷却回路１２がプラスチック材料から成る管路３０を備えていることによって追加的に回避される。

図示していない選択的な実施例では、放熱装置の冷却回路が制御可能な弁装置を備えている。弁装置は、冷却水の所望の流れ方向に応じて、周辺に存在する水の流入用の開口と、導出しようとする熱によって加熱された水の流出用の別の開口とを開放することができる。管路および弁の適当な配置構成によって、ポンプの搬送方向を変える必要なく、冷却回路における流れ方向の転換を実現することができる。

本発明による冷却装置の２回路式−冷却システムによって、オフショア−風力エネルギ装置、また選択的に海水によって冷却される別の装置を、海水循環路において、藻類および貝類の定着から効果的に解放することができる。簡単な構造で、冷却水循環路における海水−流入開口および／または流出開口の領域に交流電圧の電界を発生させることができ、この交流電圧の電界は生物の生息を抑える。したがって生物材料によるシーブおよびフィルタの閉塞に対抗する構成が得られる。

冷却装置を側面からみて概略的に示した断面図である。

図１に示した冷却装置の、放熱装置の開放式の冷却回路を包括する部分領域を側面からみて詳しく示した断面図である。

符号の説明

１０ 吸熱装置、 １１ ジェネレータユニット、 １２ 放熱装置、 １４ 水、 １６ 冷媒、 １７ ポンプ、 １８ 冷却回路、 １９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 空気−冷媒−熱交換器、 ２０ 熱交換装置、 ２２ 冷却回路、 ２４ 開口、 ２６ 開口、 ２８ ポンプ、 ２９ 制御装置、 ３０ 管路、 ３１ 管路、 ３２，３４ シーブ、 ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆ 電極、 ３８ 電圧供給装置

Claims (8)

1. オフショア−風力エネルギ装置のための冷却装置であって、該オフショア−風力エネルギ装置の電子装置および／または電気装置（１１）によって形成される、導出しようとする熱を吸収するための吸熱装置（１０）が設けられており、オフショア−風力エネルギ装置の周辺に存在する水（１４）に熱を放出するための、該吸熱装置（１０）と連結された放熱装置（１２）が設けられており、吸熱装置（１０）が、液状の冷媒（１６）で作動する第１の冷却回路（１８）を備えており、該第１の冷却回路（１８）が、熱交換装置（２０）において、吸収した熱を放熱装置（１２）に放出するようになっており、該放熱装置（１２）が、冷媒としての、周辺に存在する水（１４）で作動する開放式の第２の冷却回路（２２）を備えている形式のものにおいて、
   放熱装置（１２）の第２の冷却回路（２２）が、周辺に存在する水（１４）の流入用の第１の開口（２４）と、導出しようとする熱によって加熱された水の流出用の第２の開口（２６）とを備えており、周辺に存在する水（１４）が、第１の開口（２４）を通って熱交換装置（２０）に向かって流れて、熱交換装置（２０）による吸熱のあとで第２の開口（２６）を通って周辺に存在する水（１４）に流れるようになっており、
   放熱装置（１２）の第２の冷却回路（２２）の管路（３０）の内壁に、該第２の冷却回路の延伸方向で相互間隔を有して複数の電極（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆ）が配置されており、これらの電極（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆ）が、少なくともそれぞれ２つの電極（３６ａ，３６ｂ；３６ｂ，３６ｃ；３６ｄ，３６ｅ；３６ｅ，３６ｆ）の間で交流の高電圧を発生させるために、電圧供給装置（３８）と接続されており、
   少なくとも放熱装置（１２）の第２の冷却回路（２２）の第１の開口（２４）に第１の電極（３６ａ）が配置されていて、かつ／または第２の冷却回路（２２）の第２の開口（２６）に第２の電極（３６ｆ）が配置されており、これら両方の電極（３６ａ，３６ｆ）が、交番のタイミング内で同じ極性を有していることを特徴とする、オフショア−風力エネルギ装置のための冷却装置。
2. 放熱装置（１２）の第２の冷却回路（２２）の開口（２４，２６）に配置された両方の電極（３６ａ，３６ｆ）が、互いに結合されている、請求項１記載の冷却装置。
3. 放熱装置（１２）の第２の冷却回路（２２）内で、水流を形成するためのポンプ装置（２８，２９）が、第２の冷却回路（２２）の管路に配置されている、請求項１または２記載の冷却装置。
4. ポンプ装置（２８，２９）が、搬送方向転換可能であり、反対方向で管路を通る水流が形成されるようになっており、周辺に存在する水（１４）が、第２の開口（２６）を通って熱交換装置（２０）に向かって流れて、熱交換装置（２０）による熱吸収のあとで第１の開口（２４）を通って周辺に存在する水（１４）に流れるようになっている、請求項３記載の冷却装置。
5. 放熱装置（１２）の第２の冷却回路（２２）が、制御可能な弁装置を備えており、該弁装置が、冷却水の所望の流れ方向に応じて、周辺に存在する水（１４）の流入用の開口（２４；２６）と、導出しようとする熱によって加熱された水の流出用の開口（２６；２４）とを開放するようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載の冷却装置。
6. ポンプ装置（２８，２９）の搬送方向もしくは冷却水の流れ方向が、交互に転換可能である、請求項４または５記載の冷却装置。
7. 放熱装置（１２）の第２の冷却回路（２２）が、プラスチック材料から成る管路（３０）を備えている、請求項１から６までのいずれか１項記載の冷却装置。
8. 放熱装置（２２）の第２の冷却回路（１２）の第１の開口（２４）および／または第２の開口（２６）に、シーブ（３２；３４）または格子のような、第２の冷却回路（２２）に粒子が進入するのを防止する装置が配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の冷却装置。

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