JP6786150B2 - オフショアエネルギーシステムを冷却するための冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、オフショアエネルギーシステムを冷却するための冷却装置に関する。

ここ数年の間に、例えば風力発電所などのエネルギー設備がオフショア、即ち沖合、に設置されている。ここで得られた電力は、通常は、そのために設けられたオフショアプラットフォームに集められ、変成器や整流器により高い直流電圧に変換され、この形で損失を少なくケーブルを介して陸地に伝送される。

エネルギー消費が高いために、とりわけ比較的僅かなエネルギー損失又は変換損失も著しい熱発生を生じることがあり、現場での適当な冷却手段が必要とされる。このため、しばしば風冷却によるラジエータが熱交換器として使用される。この場合、冷却出力は、そのときの風の状態及び気温に明らかに著しく影響される。オフショア地域では、一般に十分な風の強さは得られるが、暑い日及び／又は風の凪いでいる日でも十分な熱放出を保証することが必要とされる。この理由から、風冷却ラジエータは、しばしば過剰設計され及び／又は十分な風量を保証するベンチレータが設けられる。しかし、これにより、通常は、設備費及び／又は保守経費が著しく高められる。

本発明の課題は、オフショアエネルギーシステムの効果的な冷却を保証する冷却装置及びそれを設置したオフショアプラットフォームを提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴を備えた冷却装置並びに請求項９の特徴を備えたオフショアプラットフォームにより解決される。

本発明によれば、水タンクとこの水タンクに開口し水タンク内に雨水を集めるための捕集装置とを有する、オフショアエネルギーシステムを冷却するための冷却装置が設けられる。この場合、オフショアエネルギーシステムは、特にオフショア変成器及び／又はオフショア整流器を含むことができる。更に、冷却装置は、オフショアエネルギーシステムに熱的に結合可能な熱交換器、熱交換器を冷却するため集められた雨水を熱交換器に導入するための水タンクから熱交換器に通じる導水管及び温度センサにより測定された温度に応じて雨水の導入を制御するため導水管に対する流入制御装置を有する。

熱交換器としては、特に風で冷却される熱交換器を設けることができる。例えば、風、対流及び／又は熱放射による熱交換器からの熱放出は、導入された雨水及び／又はその気化熱により一般に著しく高められる。その結果、この熱交換器は、多くの場合専ら風により冷却される熱交換器に比して、著しく小型に設計できる。温度に関連した流入制御により、雨水による熱交換器の付加的な冷却は、とりわけ暑い、風の少ない又は冷却に関して極端な他の状況が生じる場合に限定される。このような特殊な状況は比較的稀にしか起こらないので、一般に大きな困難なく雨水により供給できる比較的少量の貯水量で充分である。

本発明の別の対象は、オフショアエネルギーシステム並びにこのオフショアエネルギーシステムを冷却するための本発明による冷却装置を備えたオフショアプラットフォームであり、ここで、オフショアプラットフォームの雨水排出管は水タンクに開口している。

多くの場合、オフショアプラットフォームに元々存在している雨水排出管を水タンクの給水のために利用することにより、本発明は特に簡単に実施することができる。

本発明の有利な実施形態及び発展形態は、従属請求項に示されている。

本発明の有利な一実施形態によれば、温度センサは、オフショアエネルギーシステムの温度、熱交換器の温度、大気温度及び／又は水温、例えば周囲の海水又は集められた雨水の温度、を測定するように設計される。このようにすれば流入制御装置による熱交換器への雨水の導入は、その都度測定された温度に応じて増大させ、これにより熱放出を所期どおりに高めてオフショア設備の運転温度を制限するように調整することができる。

更に導水管には、測定された温度に応じて水タンクから熱交換器へ雨水を供給するための流入制御装置により制御されるポンプが配置される。この場合、ポンプは、所定の温度閾値に達すると起動されるように及び／又はポンプ出力が測定温度に応じて連続的に高められるように制御することができる。

本発明の有利な一発展形態によれば、熱交換器の汚染を検出するための汚染検出器が設けられる。検出すべき汚染は、特に海水により生じる塩分の堆積である。流入制御装置は、従って、検出された汚染状態に応じて雨水の導入を制御するように設計することができる。集められた雨水を熱交換器に導入することにより、熱交換器は特に塩分の堆積を洗浄することができる。このようにすれば本発明による冷却装置に設けられている部材は、付加的に、熱交換器の腐食を防止するか又は少なくとも減少するためにも利用することができる。

更に、導入された雨水を熱交換器に噴霧、噴射又は滴下するため導水管に接続される噴霧設備及び／又はスプリンクラー設備を設けることができる。これに代えて又はこれに加えて、導水管に湿潤設備を接続し、導入された雨水を水膜として熱交換器の上にもたらすことができる。噴霧設備、スプリンクラー設備及び／又は湿潤設備は、特に熱交換器の上に及び／又は熱交換器の横の種々の高さに配置することができる。熱交換器を湿潤するための上述の装置は、多くの場合、従来の風により冷却される熱交換器を本発明の目的で使用することを可能にする。

本発明の実施例を以下に図面を参照して詳細に説明する。この場合、各図はそれぞれ概略表示である。

図１は、本発明によるオフショアエネルギーシステム用の冷却装置を備えたオフショアプラットフォームを示す。 図２は、本発明による冷却装置の詳細を示す。

図１は、沖合で操業されるオフショアプラットフォームＯＰを示す。このプラットフォームは、建造物として波線で示されている海水面ＷＯの上にオフショアエネルギーシステムＯＴ、これと熱的に結合されている熱交換器ＲＡＤ及び雨水ＲＷを集めるための水タンクＷＴを有している。オフショア設備ＯＴは、例えばオフショア風力タービン（図示せず）により作られる電気エネルギーを変成するためのオフショア変成器、他のエネルギー伝送又はエネルギー変換装置又はエネルギー発生装置とすることができる。

熱交換器ＲＡＤ、例えばいわゆるラジエータ、は、とりわけ風で冷却され、風に曝される大きな表面を有する多数の冷却面を有する。熱交換器ＲＡＤはオフショア設備ＯＴから熱を奪い、この熱をその冷却面を介して放出する。

オフショアプラットフォームＯＰは、更に雨水排出管ＲＤを有しており、これは雨水ＲＷの捕集装置の一部として使用され、水タンクＷＴに開口している。このようにして少なくともオフショアプラットフォームＯＰ上に当たる雨の一部が雨水排出管ＲＤを介して水タンクＷＴに溜められる。

水タンクＷＴからは導水管ＷＬが熱交換器ＲＡＤに通じている。導水管ＷＬを介して水タンクＷＴ内に集められた雨水ＲＷが熱交換器ＲＡＤに導かれ、熱交換器を風とともに冷却している。このため雨水ＲＷは熱交換器ＲＡＤの冷却面上に、図１の短い矢印で示しているように、噴霧、噴射、滴下又は他の方法でもたらされる。導入された雨水ＲＷ及び／又はその気化熱により冷却面の熱放出は風力だけの冷却よりも一般に著しく高められるので、熱交換器ＲＡＤの冷却能力は著しく高められる。その結果、熱交換器ＲＡＤは、多くの場合風力だけにより冷却される熱交換器よりも著しく小型に設計することができる。

熱交換器ＲＡＤ、水タンクＷＴ及び導水管ＷＬは、本発明による冷却装置の一部である。これを以下に図２に基づき詳細に説明する。

図２は、オフショアエネルギーシステムＯＴを冷却するための沖合で操業される本発明による冷却装置ＫＥの概略図である。オフショア設備ＯＴは、例えばオフショア変成器及び／又はオフショア整流器を含むことができる。

図２においては、図１の対応部分に対しては図１と同じ符号を使用している。

オフショア設備ＯＴは、伝熱管ＴＬにより冷却装置ＫＥの風で冷却される熱交換器ＲＡＤに熱的に結合されている。図１との関連で既に述べたように、熱交換器ＲＡＤは例えばラジエータであり、多数の冷却面を備え全体として風に曝される大きな表面積を有する。伝熱管ＴＬにより、熱は、オフショア設備ＯＴから熱交換器ＲＡＤに、例えば熱伝導により及び／又は冷却油、冷却水又は他の冷却媒体との熱交換により、輸送される。

オフショア設備ＯＴがオフショア変成器である場合には、伝熱管ＴＬを介してオフショア変成器ＯＴの変成器油が変成器と熱交換器ＲＡＤとの間で交換され、熱交換器ＲＡＤにより冷却される。特に電力変成器の場合に注意すべきことは、変成器油が臨界温度を超えないことである。臨界温度を超えると、変成器油の絶縁特性が著しく劣化するので、変成器に高い破損ポテンシャルを有する電気火花閃絡が発生する恐れがあるからである。

冷却装置ＫＥは、水タンクＷＴを有しており、このタンクに雨水ＲＷ用の捕集装置ＲＥＣが開口している。このようにして捕集装置ＲＥＣに当たる雨水が水タンクＷＴに導かれ、そこに溜められる。捕集装置ＲＥＣは、図１との関連で既に述べたように、オフショアプラットフォームの雨水排出管に接続することができる。

水タンクＷＴから導水管ＷＬが熱交換器ＲＡＤに通じている。導水管ＷＬにはポンプＰが配置され、このポンプは、導水管ＷＬを介して、水タンクＷＴ内に集められた雨水ＲＷを熱交換器ＲＡＤに汲み出し、熱交換器を付加的に冷却する。雨水ＲＷは、導水管ＷＬに接続された噴霧設備又はスプリンクラー設備ＳＰにより熱交換器ＲＡＤの冷却面上に噴霧、噴射、滴下又は他の方法で、例えば水膜として、もたらされる。噴霧又はスプリンクラー設備ＳＰは、多数の噴霧ノズル、噴射ノズル又は他の湿潤装置を有しており、これらは熱交換器ＲＡＤの上側並びに熱交換器ＲＡＤ又はその冷却面の横の種々の高さに配置される。

雨水の導入を制御するために導水管ＷＬに対する流入制御装置ＣＴＬが設けられる。流入制御装置ＣＴＬは、ポンプＰ及び熱交換器ＲＡＤに結合されている。流入制御装置ＣＴＬにより、ポンプＰ、場合によっては噴霧又はスプリンクラー設備ＳＰ並びに事情によっては導水管ＷＬに配置された多数の弁、が制御される。この制御は、温度センサＴＳ１〜ＴＳ５によって測定された温度に応じて行われる。温度センサＴＳ１〜ＴＳ５は、それぞれ流入制御装置ＣＴＬに結合され、実際に測定された温度値をこの制御装置に伝える。

この実施例では、温度センサＴＳ１は、熱交換器ＲＡＤに配置され、熱交換器ＲＡＤの１つ又は複数の温度、例えばその冷却面の温度及び／又はオフショア設備ＯＴと交換される冷却油又は冷却水の温度、の測定に用いられる。温度センサＴＳ２は、オフショア設備ＯＴに配置され、オフショア設備ＯＴの１つ又は多数の温度、例えば変成器油の温度、の測定に用いられる。更に、温度センサＴＳ３は、大気温度の測定に、温度センサＴＳ４は海水温度の測定に、用いられる。温度センサＴＳ５は、水タンクＷＴに配置され、集められた雨水ＲＷの温度測定に用いられる。

ポンプＰの制御のため、流入制御装置ＣＴＬは温度に応じた調整を行い、これによりポンプ出力、即ち時間当りに水タンクＷＴから熱交換器ＲＡＤに供給される雨水量、が測定された１つ又は多数の温度に応じて増やされる。この場合、温度閾値はそれに達するとポンプＰが起動されるように設定することができる。更にポンプ出力は連続的に、例えば直線的に、その時の温度に応じて増大させることができる。

温度に応じた制御により、雨水による熱交換器ＲＡＤの付加的な冷却は、暑い、風の少ない状況又は冷却に関し他の特殊な状況に限定することができるので有利である。このようにすれば集められた雨水の消費量を少なくし、水タンクＷＴの容量を小さく設定することができる。

導入された雨水ＲＷ及び特に熱交換器ＲＡＤの冷却面上で雨水が蒸発する際の気化熱により、冷却面の熱放出は、純粋な風冷却に比べて一般に著しく増強される。その結果、本発明による冷却装置ＫＥの熱交換器ＲＡＤは、多くの場合、小型に設計することができる。多くの場合、特に熱交換器ＲＡＤが例えば暑い及び／又は風の少ない日々に稀に生じるような極限状況を克服するように設計しなければならないようなことが避けられる。特にこのような極限状況では、温度に応じた流入制御は雨水による付加的な効果的な冷却を生じる。このような特殊な状況は比較的稀にしか起こらないので、一般に大きな困難なしに雨水により得られるような比較的少ない貯水量で十分である。

更に、熱交換器ＲＡＤは、汚染センサＶＳを有することができ、これは特に海水により生じる塩あか又は他の塩堆積物による熱交換器ＲＡＤの汚染の測定のために用いられる。汚染センサＶＳは、流入制御装置ＣＴＬに結合されている。流入制御装置ＣＴＬが汚染センサＶＳにより熱交換器ＲＡＤの汚染を検出すると直ちに、流入制御装置ＣＴＬはポンプＰを作動させて、雨水ＲＷを水タンクＷＴから熱交換器ＲＡＤに汲み出し、熱交換器を洗浄する。これの代わりに又はこれに代えて、このような洗浄は流入制御装置ＣＴＬにより定期的な時間間隔で行なうことができる。このようにすれば本発明による冷却装置ＫＥの既存の手段を利用して、熱交換器ＲＡＤを塩水から洗浄してその腐食を有効に回避させるか少なくとも減少させることができる。

ＣＴＬ 流入制御装置
ＫＥ 冷却装置
ＯＰ オフショアプラットフォーム
ＯＴ オフショアエネルギーシステム
ＲＡＤ 熱交換器
ＲＤ 雨水排出管
ＲＥＣ 捕集装置
ＲＷ 雨水
ＳＰ 噴霧又はスプリンクラー設備
ＴＬ 伝熱管
ＴＳ１〜ＴＳ５ 温度センサ
ＶＳ 汚染センサ
ＷＬ 導水管
ＷＯ 海水面
ＷＴ 水タンク

Claims (9)

1. オフショアエネルギーシステム（ＯＴ）の冷却のための冷却装置（ＫＥ）であって、
   水タンク（ＷＴ）、
   前記水タンク（ＷＴ）に開口し前記水タンク（ＷＴ）内に雨水（ＲＷ）を集めるための捕集装置（ＲＥＣ）、
   前記オフショアエネルギーシステム（ＯＴ）に熱的に結合可能な熱交換器（ＲＡＤ）であって、海水による塩あか又は他の塩堆積物による汚染を測定する汚染センサ（ＶＳ）を有する熱交換器（ＲＡＤ）、
   前記水タンク（ＷＴ）から前記熱交換器（ＲＡＤ）に通じており、前記熱交換器（ＲＡＤ）の冷却のために、集められた雨水（ＲＷ）を前記熱交換器（ＲＡＤ）に導入するための導水管（ＷＬ）、及び
   温度センサ（ＴＳ１〜ＴＳ５）により測定された温度に応じて前記雨水の導入を制御するための前記導水管（ＷＬ）に対する流入制御装置（ＣＴＬ）を備えた
   冷却装置。
2. 前記オフショアエネルギーシステム（ＯＴ）がオフショア変成器又はオフショア整流器を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記温度センサ（ＴＳ１〜ＴＳ５）が、前記オフショアエネルギーシステム（ＯＴ）の温度、前記熱交換器（ＲＡＤ）の温度、大気温度又は水の温度を測定するように設計されることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記温度センサ（ＴＳ１〜ＴＳ５）によって測定された前記オフショアエネルギーシステム（ＯＴ）の温度、前記熱交換器（ＲＡＤ）の温度、大気温度又は水の温度に応じて前記雨水（ＲＷ）を前記水タンク（ＷＴ）から前記熱交換器（ＲＡＤ）に供給するためのポンプ（Ｐ）が、前記導水管（ＷＬ）に配置され、前記流入制御装置（ＣＴＬ）により制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 前記流入制御装置（ＣＴＬ）が、前記汚染センサ（ＶＳ）によって検出された前記熱交換器（ＲＡＤ）の汚染度に応じて、前記雨水の導入を制御するように設計されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 前記導入された雨水を前記熱交換器（ＲＡＤ）に噴霧、噴射又は滴下するための、前記導水管（ＷＬ）に接続された噴霧設備又はスプリンクラー設備（ＳＰ）を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却装置。
7. 前記導入された雨水（ＲＷ）を水膜として前記熱交換器（ＲＡＤ）の上に施すための湿潤設備（ＳＰ）が、前記導水管（ＷＬ）に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却装置。
8. 噴霧設備、スプリンクラー設備又は湿潤設備（ＳＰ）が、前記熱交換器（ＲＡＤ）の上に又は前記熱交換器（ＲＡＤ）の横の種々の高さに配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却装置。
9. オフショアエネルギーシステム（ＯＴ）及び前記オフショアエネルギーシステム（ＯＴ）を冷却するための請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷却装置（ＫＥ）を備えたオフショアプラットフォーム（ＯＰ）であって、前記水タンク（ＷＴ）に開口している雨水排出管（ＲＤ）を備えたオフショアプラットフォーム（ＯＰ）。

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