WO2014037080A1 - Wärmetauscheranordnung für einen windumströmbaren körper - Google Patents

Wärmetauscheranordnung für einen windumströmbaren körper Download PDF

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WO2014037080A1
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Thomas Wolfanger
Benjamin THEOBALD
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Hydac Cooling Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger arrangement for a windungsströmströmbaren body, such as a nacelle of a wind turbine, wherein at least one heat exchanger is connected by means of a holding device to the body and the heat exchanger forms at least a first Naturalström- area for air.
  • a rotatable nacelle is arranged on a tower, to which a rotor is attached via a hub.
  • the energy of the wind is guided by the rotor, if necessary via a gear, to a generator in which rotational energy is converted into electrical energy.
  • Cooling devices are provided in the prior art for this purpose, which lead a cooling medium past the relevant heat sources in a cooling circuit and have one or more heat exchangers to which fans are supplied or added in order to generate a corresponding flow of cooling air.
  • the additional possibility of utilizing the prevailing wind flow, the strength of which correlates with the generation of heat loss, for the flow through of heat exchangers, and thus for improving the efficiency of the cooling system additionally results.
  • the invention has the object to show a heat exchanger assembly for a windungsströmströmbaren body, which is characterized by a further improved energy balance. This object is achieved by a heat exchanger arrangement with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • the respective flow-through surfaces lie in a common plane, occupy a predeterminable angle relative to one another, or parts of the first flow-through surface are arranged at a predeterminable angle relative to one another. Due to the special arrangement of the first flow area (s) of the heat exchanger relative to the further flow areas or to the wind direction, the flow through the heat exchanger is additionally improved.
  • the limiting device expediently delimits the respective flow area at least on one side by the respective heat exchanger and on the opposite side or an adjoining side by the holding device and / or by the wind-blowable body.
  • the turbulence in front of and behind the heat exchanger are greatly reduced.
  • the wind can now be passed on two opposite sides of the heat exchanger, so that the dynamic pressure increases on the surface of the heat exchanger for its better flow and the heat exchanger is flowed through more evenly by the wind.
  • flow guide bodies within the respective further flow area or in the area of the same, which preferably ensure a largely laminar flow profile of the air flowing through this further flow area.
  • An example of such a flow guide would be a profile which is arranged on the heat exchanger.
  • the profile may preferably be aerodynamically optimized in order to counteract the wind as little resistance as possible.
  • the profile can have rounded edges or a smooth surface. wise, or cause a constriction of the further flow area.
  • the sum of all first flow areas can be greater than the sum of the further flow areas. This ensures that the at least one heat exchanger undergoes a sufficiently large dimensioning.
  • the holding device expediently consists of frame parts which erect the heat exchanger on at least one side relative to an outer side of the wind-blown body in such a way that the further flow area between this outer side and the heat exchanger, preferably a lower side of the heat exchanger, is at least partly blown.
  • the frame parts which at least tei lweise also a kind of cover bi lden to protect the heat exchanger, can also consist of a simple wall, which is attached to the outside of the windumströmbaren body.
  • the heat exchangers are preferably arranged on the upper side of the wind-blown body, because there the wind speed is highest.
  • the heat exchanger may be a plate, fin plate or fin heat exchanger.
  • wind guide devices are provided upstream and / or downstream of the first flow area.
  • the wind guiding devices effect an alignment or focusing of the wind the first flow area of the heat exchanger.
  • the wind speed at the surface of the heat exchanger is increased by this measure, so that the cooling performance is improved.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger assembly according to the invention on a
  • 4 is a graphic representation of the surface-specific cooling capacity through the further flow area with the same flow; 5A, 5B, a heat exchanger assembly with a further flow area and the flow of the wind in the flow of this heat exchanger assembly.
  • FIG. 7 shows the heat exchanger arrangement of FIG. 5A in a side view
  • 1 1 is an illustration of a nacelle of a wind turbine with a arranged in a heat exchanger housing heat exchanger.
  • 12A, 12B show two heat exchanger arrangements with three heat exchangers arranged in formations.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger arrangement 1 according to the invention for a body 3 that can flow around the wind.
  • the body 3 has an outer side 5, wherein at least one heat exchanger 7 is arranged laterally on the body 3, which forms a first flow area 8 for wind.
  • the wind umströmbaren body 3 is a nacelle 9 of a wind turbine 1 1, which is rotatably mounted on a tower 13.
  • the tower 1 3 is shown in Fig. 1 only hinted; in reality, the tower diameter in this area is approximately twice the diameter of the rotor blade root diameter.
  • a hub 14 is fixed, which carries a rotor 16.
  • FIGS. 2 to 4 illustrate the effect of the further flow-through areas 1 7.
  • a heat exchanger 7 is fastened directly to an outer side 5 of a body 3 which can flow around the wind.
  • the heat exchanger 7 has a considerably increased wind resistance. Therefore, before the heat exchanger 7, turbulences 1 9 are formed.
  • FIG. 3A the wind flow is shown behind a heat exchanger 7. It can be seen that, in the case of a massive heat exchanger 7, there is a considerable flow separation, so that large separation vortices 27 are located behind the heat exchanger 7. If now between two heat exchangers 7, which can be arranged side by side or one above the other, a further flow area 33 is provided (see Fig. 3B), the Abl Harborwi reduce rbel 27 behind the heat exchanger 7. Consequently, the wind 21 can easily flow through the heat exchanger 7 ,
  • the through-flow surfaces 8, 17 lie in a plane 26.
  • FIGS. 5A and 7 show a heat exchanger 7, which is spaced from a body 3 which can flow around the wind, or whose outside 5 is separated by a further throughflow area 17.
  • the heat exchanger 7 is supported on one side 28 by a holding device 29, so that the further flow-through surface 17 is formed on the underside 25 of the heat exchanger 7.
  • the Begrenzungs- device 30 is formed, which limits this further flow area 17.
  • FIG. 6A a detail of an arrangement 31 is shown in which two heat exchangers 7 arranged next to one another are arranged at a distance from an outer side 5 of a body 3 which can flow around the wind through further flow-through surfaces 17. Between the heat exchangers 7, a further flow area 33 is also provided.
  • the heat exchanger 7, which can be seen entirely in the figure, is held by a holding device 29, formed by a frame part 34 in the form of a lateral wall.
  • the limiting means 30 delimiting the further flow-through surfaces 17, 33 is formed by the outer side 5 of the wind-blown body 3, the two heat exchangers 7 and the holding device 29. It can be seen from the flow pattern (FIG. 5B) that the wind 21 flows onto the heat exchanger 7 with almost no turbulences and flows around it.
  • the wind 21 facing the side 37 of the heat exchanger 7, which forms the first flow area 8, can also with respect to the wind direction 39th or the further flow area 1 7 be inclined by an angle ⁇ , as shown in FIGS. 8A and 8B.
  • the angle ⁇ can be positive or negative.
  • the heat exchanger 7 of FIGS. 9A and 9B has a first flow area 8 with two partial surfaces 41, 43 offset by an angle ⁇ on the windward side 37.
  • the angle ⁇ can be positive or negative.
  • FIG. 10 shows a heat exchanger arrangement 1 in which flow guide bodies 35a-35d are provided in the form of plates or sheets in the flow 44 and outflow 45.
  • the flow guide bodies 35a, 35b in the flow 44 are placed at a distance from the heat exchanger 7, the outer flow guide bodies 35a being oriented in the direction of the sides 23, 25 of the heat exchanger 7 in order to channel the oncoming wind 21 in the direction of the heat exchanger 7.
  • the outer flow guide body 35c are arranged adjacent to the sides 23, 25 and projecting obliquely upwards or downwards. This causes an expansion of the space 46 behind the heat exchanger 7 for the wind 21 flowing through the heat exchanger.
  • Fig. 1 1 shows a gondola 9 of a wind turbine 1 1 in a cutaway view.
  • the nacelle 9 is rotatably mounted on a tower 13.
  • a rotor 51 is rotatably mounted on a tower 13.
  • the rotor 51 has three wings 53.
  • the wind energy is thus converted into rotational energy during operation and the rotation of the hub 49 is translated in a transmission gear 55 into a higher rotational speed of a generator shaft 57.
  • the rotational energy is converted into electrical energy. Should the wind be too strong, the rotor 51 can be braked by a brake 61 on the hub 49.
  • the cooling circuit 63 has a arranged in a heat exchanger housing 67 heat exchanger 7 on the outer side forming an upper side 1 5 of the nacelle 9.
  • the heat exchanger 7 forms a first flow area 8 and is spaced from the upper side 15 of the nacelle by a further flow area 17.
  • wind guide 71 are arranged in the openings 69 of the heat exchanger housing 67 upstream and downstream of the heat exchanger 7 in the openings 69 of the heat exchanger housing 67 upstream and downstream of the heat exchanger 7 arranged.
  • FIG. 12A in a side view
  • FIG. 2B in a plan view
  • the third heat exchanger 81 is placed in the region of the distance A between the heat exchangers 77, 79, but displaced downstream.
  • the length L of the heat exchanger 81 is here in each case the same size as the distance A. The length L may also be greater or smaller than the distance A.
  • the oncoming wind 21 can therefore flow around through the flow area 33 between the front heat exchangers 77, 79 and then through the hi nteren heat exchanger 81 or the outside around the rear heat exchanger 81.
  • a further flow-through area 17 is provided between the upper side 5 of the wind-swept body 3 and the adjacent heat exchanger 79.

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Abstract

Ein Wärmetauscheranordnung für einen windumströmbaren Körper (3), wie einer Gondel (9) einer Windenergieanlage (11), wobei zumindest ein Wärmetauscher (7) mittels einer Halteeinrichtung (29) mit dem Körper (3) verbunden ist und der Wärmetauscher (7) mindestens eine erste Durchströmfläche (8) für Luft bildet, ist dadurch gekennzeichnet, dass neben oder in der ersten Durchströmfläche (8) des Wärmetauschers (7) mindestens eine weitere Durchströmfläche (17) vorhanden ist, deren freier Querschnitt durch eine Begrenzungseinrichtung (30) begrenzt ist derart, dass etwaige im Bereich der ersten Durchströmfläche (8) auftretende Verwirbelungen (19, 27) oder sonstige Hemmnisse bei der Durchströmung des Wärmetauschers (7) vermieden oder zumindest reduziert sind.

Description

Hydac Cooling GmbH, Industriegebiet, 66280 Sulzbach/Saar
Wärmetauscheranordnung für einen windumströmbaren Körper
Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung für einen windumströmbaren Körper, wie eine Gondel einer Windenergieanlage, wobei zumindest ein Wärmetauscher mittels einer Halteeinrichtung mit dem Körper verbunden ist und der Wärmetauscher mindestens eine erste Durchström- fläche für Luft bildet.
Bei bekannten Windenergieanlagen wird auf einem Turm eine drehbare Gondel angeordnet, an der über eine Nabe ein Rotor befestigt ist. Die Energie des Windes wird vom Rotor, gegebenenfalls über ein Getriebe, zu einem Generator geführt, in dem Rotationsenergie in elektrische Energie um- gewandelt wird.
In den Aggregaten der Gondel, wie Getriebe, Generator, Bremse, usw., fallen im Betrieb Verluste an, so dass für eine Abfuhr von Verlustwärme an die Umgebung Sorge getragen werden muss. Im Stand der Technik sind hierfür Kühleinrichtungen vorgesehen, die in einem Kühlkreislauf ein Kühlmedium an den betreffenden Wärmequellen vorbeiführen und einen oder mehrere Wärmetauscher besitzen, denen Lüfter vor- oder nachgesetzt sind, um einen entsprechenden Durchstrom von Kühlluft zu erzeugen. In Windenergieanlagen ergibt sich betriebsbedingt zusätzlich die Möglichkeit, die herrschende Windströmung, deren Stärke mit der Erzeugung von Verlustwärme korreliert, zum Durchströmen von Wärmetauschern zu nutzen und somit die Effektivität des Kühlsystems zu verbessern. Dementsprechend ist es Stand der Technik, einen oder mehrere Wärmetauscher an der Außenseite der Gondel anzuordnen, so dass diese von Kühlluft durchströmbar sind, ohne dass aktive Mittel, wie Gebläse, erforderlich sind. Eine solche Anordnung von Wärmetauschern unterhalb der Gondel wurde von der Anmelderin bereits in der DE 10 201 1 107 01 3 vorgeschlagen. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass die an der Gondel befestigten Wärmetauscher einen sehr großen Windwiderstand darstellen, so dass sich Verwir- belungen vor dem Wärmetauscher bilden und der Wind um den Wärmetauscher herum abgelenkt wird, was dazu führt, dass der Wärmetauscher nur sehr schwach von Wind durchströmt wird. Dementsprechend ist die Kühlleistung gering.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Wärmetauscheranordnung für einen windumströmbaren Körper aufzuzeigen, die sich durch eine weiter verbesserte Energiebilanz auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch eine Wärmetauscheranordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß ist neben oder in der ersten Durchströmfläche des Wärmetauschers mindestens eine weitere Durchströmfläche vorhanden, deren freier Querschnitt durch eine Begrenzungseinrichtung begrenzt ist, derart, dass etwaige im Bereich der ersten Durchströmfläche auftretende Verwirbe- lungen oder sonstige Hemmnisse bei der Durchströmung des Wärmetauschers vermieden oder zumindest reduziert sind. Ein größerer Anteil des Windes, der bisher insbesondere durch die Verwirbelungen abgelenkt und außen um den Wärmetauscher herumgeführt wurde, strömt nunmehr mit einer höheren Geschwindigkeit durch den Wärmetauscher und bewirkt eine effektivere Kühlung des im Wärmetauscher zirkulierenden Kühlmediums. Mithin wird durch die mindestens eine weitere Durchströmfläche die Kühlleistung der Wärmetauscheranordnung vorteilhaft erhöht, weil die Strömungsgeschwindigkeit und damit der Wärmeübergang an den Lamellen des Wärmetauschers erhöht ist.
Besonders vorteilhaft liegen die jeweiligen Durchströmflächen in einer ge- meinsamen Ebene, nehmen zueinander einen vorgebbaren Winkel ein oder Teile der ersten Durchströmfläche sind mit einem vorgebbaren Winkel zueinander angeordnet. Durch die spezielle Anordnung der ersten Durch- strömfläche(n) des Wärmetauschers relativ zu den weiteren Durchströmflächen bzw. zur Windrichtung wird die Durchströmung des Wärme- tauschers zusätzlich verbessert.
Zweckmäßigerweise begrenzt die Begrenzungseinrichtung die jeweilige Durchströmfläche zumindest an einer Seite durch den jeweiligen Wärmetauscher und auf der gegenüberliegenden Seite oder einer benachbart angrenzenden Seite durch die Halteeinrichtung und/oder durch den windum- strömbaren Körper. Insbesondere dann, wenn eine weitere Durchströmfläche zwischen dem Wärmetauscher und dem windumströmbaren Körper vorgesehen ist, werden die Verwirbelungen vor und hinter dem Wärmetauscher stark reduziert. Der Wind kann nun an zwei gegenüberliegenden Seiten am Wärmetauscher vorbeigeführt werden, so dass sich der Staudruck an der Oberfläche des Wärmetauschers für dessen bessere Durchströmung erhöht und der Wärmetauscher gleichmäßiger vom Wind durchströmt wird.
Weiterhin können innerhalb der jeweiligen weiteren Durchströmfläche oder im Bereich derselben Strömungsleitkörper angeordnet sein, die bevorzugt einen weitgehend laminaren Strömungsverlauf der durchströmenden Luft durch diese weitere Durchströmfläche gewährleisten. Ein Beispiel für einen solchen Strömungsleitkörper wäre ein Profil, das am Wärmetauscher angeordnet ist. Das Profil kann vorzugsweise aerodynamisch optimiert sein, um dem Wind einen möglichst geringen Widerstand entgegen zu setzen. Hierzu kann das Profil abgerundete Kanten oder eine glatte Oberfläche auf- weisen, beziehungsweise eine Verengung der weiteren Durchströmfläche bewirken.
Die Summe aller ersten Durchströmflächen kann größer als die Summe der weiteren Durchströmflächen sein. Dies gewährleistet, dass der zumindest eine Wärmetauscher eine ausreichend große Dimensionierung erfährt.
Die Halteeinrichtung besteht zweckmäßigerweise aus Rahmenteilen, die den Wärmetauscher an mindestens einer Seite gegenüber einer Außenseite des windumströmbaren Körpers derart aufständern, dass die weitere Durchströmfläche zwischen dieser Außenseite und dem Wärmetauscher, bevor- zugt einer Unterseite des Wärmetauschers, zumindest tei lweise gebi ldet ist. Die Rahmenteile, die zum Schutz des Wärmetauschers zumindest tei lweise auch eine Art Abdeckung bi lden, können dabei auch aus einer einfachen Wand bestehen, die an der Außenseite des windumströmbaren Körpers befestigt ist. Die Wärmetauscher sind vorzugsweise auf der Oberseite des windumströmbaren Körpers angeordnet, da dort die Windgeschwindigkeit am höchsten ist. Der Wärmetauscher kann ein Platten-, Rippenplatten- oder Rippenwärmetauscher sein.
Sind mehrere Wärmetauscher an der Windenergieanlage angeordnet, so ist es vorteilhaft, wenn zwischen zwei Wärmetauschern eine weitere Durch- strömfläche vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der Wärmetauscher an mehreren Seiten von Wind umströmt. Die Verwirbelungen werden somit noch weitgehender reduziert. Auch kann bei entsprechender Fluidführung des zu kühlenden Mediums innerhalb des Wärmetauschers dessen Kühlfläche, vorzugsweise mittig vol lständig von der weiteren Durchströmfläche durchbrochen sein.
Bevorzugt sind stromauf und/oder stromab der ersten Durchströmfläche weitere Windführungseinrichtungen vorgesehen. Die Windführungseinrichtungen bewirken eine Ausrichtung oder Fokussierung des Windes auf die erste Durchströmfläche des Wärmetauschers. Mithin wird durch diese Maßnahme die Windgeschwindigkeit an der Oberfläche des Wärmetauschers erhöht, so dass die Kühlleistung verbessert wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Aus- führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung an einer
Gondel einer Windenergieanlage;
Fig. 2A, 2B die Anströmung einer Wärmetauscheranordnung ohne und mit einer weiteren Durchströmfläche; Fig. 3A, 3B die Windströmung hinter einer Wärmetauscheranordnung ohne und mit einer weiteren Durchströmfläche;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der flächenspezifischen Kühlleistung durch die weitere Durchströmfläche bei gleicher Anströmung; Fig. 5A, 5B eine Wärmetauscheranordnung mit einer weiteren Durchströmfläche und den Strömungsverlauf des Windes bei Anströmung dieser Wärmetauscheranordnung;
Fig. 6A, 6B eine Wärmetauscheranordnung mit zwei beabstandet angeordneten Wärmetauschern und eine Darstellung des Strömungsverlaufs;
Fig. 7 die Wärmetauscheranordnung der Fig. 5A in einer Seitenansicht;
Fig. 8A, 8B Wärmetauscheranordnungen mit geneigten Wärmetauschern; Fig. 9A, 9B Wärmetauscher mit zwei um einen Winkel versetzten Teilflächen;
Fig. 10 eine Wärmetauscheranordnung mit zusätzlichen Umström und Leitkörpern im An- und Abstrom, direkt oder indirekt angrenzend an die Wärmetauscheranordnung;
Fig. 1 1 eine Darstellung einer Gondel einer Windenergieanlage mit einem in einem Wärmetauschergehäuse angeordneten Wärmetauscher; und
Fig. 12A, 12B zwei Wärmetauscheranordnungen mit drei in Formationen angeordneten Wärmetauschern.
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung 1 für einen windumströmbaren Körper 3 gezeigt. Der Körper 3 weist eine Außenseite 5 auf, wobei seitlich am Körper 3 wenigstens ein Wärmetauscher 7 angeordnet ist, der eine erste Durchströmfläche 8 für Wind bildet. Bei dem windumströmbaren Körper 3 handelt es sich um eine Gondel 9 einer Windenergieanlage 1 1 , die auf einem Turm 13 drehbar befestigt ist. Der Turm 1 3 ist in Fig. 1 nur andeutungsweise wiedergegeben; in der Realität entspricht der Turmdurchmesser in diesem Bereich in etwa dem doppelten Durchmesser des Rotorblattwurzeldurchmessers. Auf der Vorderseite ist an der Gondel 9 eine Nabe 14 befestigt, die einen Rotor 16 trägt. Auf der Oberseite 1 5 der Gondel 9 sind im hinteren Teil insgesamt fünf Wärmetauscher 7 beabstandet voneinander angeordnet. Zwischen der Außenseite 5 der Gondel 9 und den Wärmetauschern 7 sind weitere Durchströmflächen 1 7, die den zwischen der Oberseite 5 und der Unterseite der Wärmetauscher 7 gemessenen Abstand D haben, zur Erhöhung der Winddurchströmung der Wärmetauscher 7 vorgesehen. Die Fig. 2 bis 4 veranschaul ichen den Effekt der weiteren Durchströmflächen 1 7. In Fig. 2A ist ein Wärmetauscher 7 direkt an einer Außenseite 5 eines windumströmbaren Körpers 3 befestigt. Der Wärmetauscher 7 weist einen erhebl ich vergrößerten Windwiderstand auf. Deshalb bi lden sich vor dem Wärmetauscher 7 Verwirbelungen 1 9. Durch die Verwirbel ungen 1 9 wird anströmender Wind 21 um den Wärmetauscher 7 außen herum abgelenkt. Wird nun eine weitere Durchströmfläche 1 7 zwischen der Außenseite 5 des windumströmbaren Körpers 3 und dem Wärmetauscher 7 vorgesehen (siehe Fig. 2B), so wird der Wärmetauscher 7 an zwei Seiten 23, 25 vom Wind 21 umströmt. Auf diese Weise verringern sich die Verwirbelungen 1 9 vor dem Wärmetauscher 7, so dass auch mehr Wind 21 durch den Wärmetauscher 7 selbst hindurchströmen kann.
In Fig. 3A ist die Windströmung hinter einem Wärmetauscher 7 gezeigt. Man sieht, dass es bei einem massiven Wärmetauscher 7 zu einer erheb- l iehen Strömungsablösung kommt, so dass sich große Ablösewirbel 27 hinter dem Wärmetauscher 7 bi lden. Wird nun zwischen zwei Wärmetauschern 7, die nebeneinander oder übereinander angeordnet sein können, eine weitere Durchströmfläche 33 vorgesehen (siehe Fig. 3B), so verringern sich die Ablösewi rbel 27 hinter dem Wärmetauscher 7. Mithin kann der Wind 21 leichter durch die Wärmetauscher 7 strömen.
In den Figuren 2B und 3B liegen die Durchströmflächen 8, 1 7 in einer Ebene 26.
Die Steigerung der flächenspezifischen Kühlleistung bei als konstant angenommener Windgeschwindigkeit vwind ist anhand der Fig. 4 ersichtl ich. Bei einer Anordnung von einem Wärmetauscher 7 mit einer weiteren Durchströmfläche 1 7, 33 (Kurve B) ist die Kühl leistung gegenüber einem Wärmetauscher 7 ohne weitere Durchströmfläche 1 7, 33 (Kurve A) erhebl ich vergrößert. Diese Vergrößerung der Kühl leistung kann auch dazu genutzt werden, um die Größe des Wärmetauschers 7 zu reduzieren. Daher können bei Wärmetauscheranordnungen 1 mit weiteren Durchströmflächen 1 7 kleinere, leichtere und kostengünstigere Wärmetauscher 7 verbaut werden.
In den Fig. 5A und 7 ist ein Wärmetauscher 7 dargestellt, der von einem windumströmbaren Körper 3 bzw. dessen Außenseite 5 durch eine weitere Durchströmfläche 1 7 beabstandet ist. Der Wärmetauscher 7 ist an einer Seite 28 durch eine Halteeinrichtung 29 gestützt, so dass die weitere Durchströmfläche 1 7 an der Unterseite 25 des Wärmetauschers 7 ausgebildet ist. Durch die Außenseite 5 des windumströmbaren Körpers 3, den Wärmetauscher 7 und die Halteeinrichtung 29 ist die Begrenzungseinrich- tung 30 gebildet, welche diese weitere Durchströmfläche 17 begrenzt. Anhand der Strömungsdarstellung (Fig. 5B) kann man sehen, dass sich vor dem Wärmetauscher 7 fast keine Verwirbelungen ausbilden, so dass der Wärmetauscher 7 von einem hohen Staudruck beaufschlagt ist und dementsprechend von einer größeren Masse Wind 21 durchströmt wird. In der Fig. 6A ist ausschnittsweise eine Anordnung 31 gezeigt, bei der zwei nebeneinander angeordnete Wärmetauscher 7 von einer Außenseite 5 eines windumströmbaren Körpers 3 durch weitere Durchströmflächen 1 7 beabstandet angeordnet sind. Zwischen den Wärmetauschern 7 ist ebenfalls eine weitere Durchströmfläche 33 vorgesehen. Der Wärmetauscher 7, der ganz in der Figur zu sehen ist, ist durch eine Halteeinrichtung 29, gebildet durch einen Rahmenteil 34 in Form einer seitlichen Wand, gehalten. In diesem Fall ist die die weiteren Durchströmflächen 1 7, 33 begrenzende Begrenzungseinrichtung 30 durch die Außenseite 5 des windumströmbaren Körpers 3, die beiden Wärmetauscher 7 und die Halteeinrichtung 29 gebildet. Am Strömungsbild (Fig. 5B) kann man sehen, dass der Wind 21 fast ohne Verwirbelungen auf den Wärmetauscher 7 zuströmt und um ihn herumströmt.
Die dem Wind 21 zugewandte Seite 37 des Wärmetauschers 7, die die erste Durchströmfläche 8 bildet, kann zudem gegenüber der Windrichtung 39 bzw. der weiteren Durchströmfläche 1 7 um einen Winkel α geneigt sein, wie dies in Fig. 8A und 8B gezeigt ist. Der Winkel α kann positiv oder negativ sein.
Der Wärmetauscher 7 der Fig. 9A und 9B weist eine erste Durchström- fläche 8 mit zwei um einen Winkel ß versetzten Teilflächen 41 , 43 auf der windzugewandten Seite 37 auf. Der Winkel ß kann positiv oder negativ sein.
In Fig. 10 ist eine Wärmetauscheranordnung 1 gezeigt, bei der im Anstrom 44 und Abstrom 45 Strömungsleitkörper 35a-35d in Form von Platten oder Blechen vorgesehen sind. Die Strömungsleitkörper 35a, 35b im Anstrom 44 sind beabstandet vom Wärmetauscher 7 platziert, wobei die äußeren Strömungsleitkörper 35a in Richtung auf die Seiten 23, 25 des Wärmetauschers 7 ausgerichtet sind, um den anströmenden Wind 21 in Richtung des Wärmetauschers 7 zu kanalisieren. Im Abstrom 45 sind die äußeren Strömungs- leitkörper 35c an die Seiten 23, 25 angrenzend und schräg nach oben bzw. unten abstehend angeordnet. Dies bewirkt eine Ausweitung des Raumes 46 hinter dem Wärmetauscher 7 für den durch den Wärmetauscher 7 strömenden Wind 21 . Der im Abstrom 45 mittig angeordnete Strömungsleitkörper 35d ist beabstandet vom Wärmetauscher 7 angeordnet. Die Fig. 1 1 zeigt in einer aufgeschnittenen Darstellung eine Gondel 9 einer Windenergieanlage 1 1 . Die Gondel 9 ist auf einem Turm 13 drehbar befestigt. An einer Nabe 49 ist ein Rotor 51 drehbar montiert. Der Rotor 51 weist drei Flügel 53 auf. Die Windenergie wird somit im Betrieb in Rotationsenergie umgewandelt und die Rotation der Nabe 49 wird in einem Übersetzungsgetriebe 55 in eine höhere Drehzahl einer Generatorwelle 57 übersetzt. In einem Generator 59 wird die Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Sollte der Wind zu stark sein, kann der Rotor 51 durch eine Bremse 61 an der Nabe 49 abgebremst werden. An den Lagern der Wellen 49, 57, der Bremse 61 , dem Getriebe 55 und dem Generator 59 kann Verlustwärme anfal- len, die durch einen Kühlkreislauf 63 abgeführt wird. Der Kühlkreislauf 63 weist einen in einem Wärmetauschergehäuse 67 angeordneten Wärmetauscher 7 auf der eine Außenseite bildenden Oberseite 1 5 der Gondel 9 auf. Der Wärmetauscher 7 bildet eine erste Durchströmfläche 8 und ist von der Oberseite 1 5 der Gondel durch eine weitere Durchströmfläche 1 7 beab- standet. In den Öffnungen 69 des Wärmetauschergehäuses 67 sind stromauf und stromab des Wärmetauschers 7 Windführungseinrichtungen 71 angeordnet.
Die Fig. 12A (in einer Seitenansicht) und die Fig. 1 2B (in einer Draufsicht) zeigen zwei Wärmetauscheranordnungen 73, 75 mit drei Wärmetauschern 77, 79, 81 , wobei zwei Wärmetauscher 77, 79 in einer Ebene 83 und beabstandet voneinander angeordnet sind. Der dritte Wärmetauscher 81 ist jewei ls im Bereich des Abstands A zwischen den Wärmetauschern 77, 79, aber stromabwärts versetzt platziert. Die Länge L des Wärmetauschers 81 ist hier jeweils gleich groß wie der Abstand A. Die Länge L kann aber auch größer oder kleiner als der Abstand A sein. Der anströmende Wind 21 kann daher durch die Durchströmfläche 33 zwischen den vorderen Wärmetauschern 77, 79 hindurch und dann durch den hi nteren Wärmetauscher 81 oder außen um den hinteren Wärmetauscher 81 herumströmen. In der Figur 12A ist darüber hinaus zwischen der Oberseite 5 des windumströmten Körpers 3 und dem angrenzenden Wärmetauscher 79 eine weitere Durchströmfläche 1 7 vorgesehen.
Es wurde gezeigt, dass durch die erfindungsgemäßen weiteren Durchströmflächen 1 7 insbesondere zwischen der Außenseite 5 eines windumströmba- ren Körpers 3 und einem Wärmetauscher 7 die Durchströmung des Wärme- tauschers 7 verbessert wird. Auf diese Weise können kleinere Wärmetauscher 7 verbaut werden, wenn die gleiche Kühlleistung erzielt werden sol l. Es können auch mehrere Wärmetauscher 7 nebeneinander auf, unter oder an einer Gondel 9 durch weitere Durchströmflächen 33 voneinander beabstandet angeordnet werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ergibt sich mithin eine verbesserte Kühleffizienz des Gesamtsystems.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Wärmetauscheranordnung für einen windumströmbaren Körper (3), wie einer Gondel (9) einer Windenergieanlage (1 1 ), wobei zumindest ein Wärmetauscher (7) mittels einer Halteeinrichtung (29) mit dem Körper (3) verbunden ist und der Wärmetauscher (7) mindestens eine erste Durchströmfläche (8) für Luft bi ldet, dadurch gekennzeichnet, dass neben oder in der ersten Durchströmfläche (8) des Wärmetauschers (7) mindestens eine weitere Durchströmfläche (1 7) vorhanden ist, deren freier Querschnitt durch eine Begrenzungseinrichtung (30) begrenzt ist derart, dass etwaige im Bereich der ersten Durchströmfläche (8) auftretende Verwirbelungen (1 9, 27) oder sonstige Hemmnisse bei der Durchströmung des Wärmetauschers (7) vermieden oder zumindest reduziert sind.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweil igen Durchströmflächen (8, 1 7) in einer gemeinsamen Ebene (26) l iegen, versetzt zueinander angeordnet sind, zueinander einen vorgebbaren Winkel (a) einnehmen oder dass Tei le (41 , 43) der ersten Durchströmfläche (8) mit einem vorgebbaren Winkel (ß) zueinander angeordnet sind.
Wärmetauscheranordnung Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (30) die jewei lige weitere Durchströmfläche (1 7) zumindest auf einer Seite durch den jewei l igen Wärmetauscher (7) und an einer gegenüberl iegenden Seite oder an einer benachbart angrenzenden Seite durch die Halteeinrichtung (29) und/oder durch den windumströmbaren Körper (3) begrenzt. Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der jewei ligen weiteren Durchströmfläche (1 7) oder im Bereich derselben Strömungsleitkörper (35) angeordnet sind, die bevorzugt einen weitgehend laminaren Strömungsverlauf der durchströmenden Luft (21 ) durch diese weitere Durchströmfläche (1 7) gewährleisten.
Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (29) aus Rahmentei len (34) besteht, die den Wärmetauscher (7) an mindestens einer Seite (28) gegenüber einer Außenseite (5) des windumströmba- ren Körpers (3) derart aufständern, dass die weitere Durchströmfläche (1 7) zwischen dieser Außenseite (5) und dem Wärmetauscher (7), bevorzugt einer Unterseite (25) des Wärmetauschers (7), zumindest tei lweise gebildet ist.
Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Wärmetauschern (7) eine weitere Durchströmfläche (33) vorgesehen ist.
Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf und/oder stromab der ersten Durchströmfläche (8) Windführungseinrichtungen (71 ) vorgesehen sind.
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