JP2018537623A - 風力タービンおよび風力タービン用冷却装置 - Google Patents

Abstract

土台（３００）と、タワー壁（１０２ａ）を有するタワー（１０２）と、タワー壁（１０２ａ）内に設けられた少なくとも１つの冷却される構成要素（８００）と、冷却される構成要素（８００）を冷却するためにタワー壁（１０２ａ）内に設けられた第１の冷却ユニット（７００）と、少なくとも部分的にタワー壁（１０２ａ）の外側に設けられた第２の冷却ユニット（２００）と、タワー壁（１０２ａ）内に設けられた中電圧スイッチギアアセンブリ（６００）とを有する風力タービンが提供される。風力タービンは、中電圧スイッチギアアセンブリ（６００）と第２の冷却ユニット（２００）との間に、少なくとも１つの断熱アークダクト（４００）をさらに有している。第１の冷却ユニット（７００）と第２の冷却ユニット（２００）との間に、少なくとも１つの冷却ダクトまたは冷却ライン（７１０）も設けられている。第２の冷却ユニット（２００）は、冷却ダクトまたは冷却ライン（７１０）に接続される熱交換器（５００）を有している。第２の冷却ユニット（２００）は、中電圧スイッチギアアセンブリ（６００）内において形成され断熱アークダクト（４００）を介して外側へ伝達される音波を案内するための圧力開放ユニット（２２０）を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、風力タービンおよび風力タービン用冷却装置に関する。

各風力タービンは、運転中に熱を発生させる多数の構成要素を有する。これらの部品は、例えば、高い外気温度、公称出力での長時間運転などの特定の条件下で冷却されなければならない。これらの冷却されるべき部品は、例えば、発電機、インバータ、整流器、変圧器、中電圧スイッチギアアセンブリなどである。

優先権を主張する独国特許出願において、以下の文献が独国特許商標庁によって言及された；独国特許出願公開第１０ ２０１０ ００７１３６ Ａ１号明細書および国際公開第２００９／０５６１５６号。

独国特許出願公開第１０ ２０１０ ００７ １３６ Ａ１号明細書 国際公開第２００９／０５６１５６号

本発明の目的は、風力タービンを効果的に冷却することが可能な風力タービンおよび風力タービンの冷却装置を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の風力タービンおよび請求項６に記載の風力タービンの冷却装置によって解決される。
したがって、風力タービンは、土台、タワー壁を有するタワー、タワー壁内で冷却されるべき少なくとも１つの構成要素、冷却されるべき構成要素を冷却するためのタワー壁内の第１の冷却ユニット、少なくとも部分的にタワー壁の外側に設けられた第２の冷却ユニット、タワー壁内の中電圧スイッチギアアセンブリと、を含む。さらに、風力タービンは、中電圧スイッチギアアセンブリと第２の冷却ユニットとの間に、少なくとも１つの断熱アークダクト（fault arc duct）を有する。さらに、第１および第２の冷却ユニットの間の冷却ダクトまたは冷却ラインも提供される。第２の冷却ユニットは、冷却ダクトまたは冷却ラインに接続された熱交換器を有する。第２の冷却ユニットは、さらに、中電圧スイッチギアアセンブリの内部に形成され、断熱アークダクトを介して外部に伝達される圧力波を案内するための圧力開放ユニットを有している。第２の冷却ユニットは、第１端と第２端とを有しており、第１端はタワー壁の外側に設けられ、第２端は少なくとも部分的にタワー壁の内部に設けられている。よって、冷却ユニットは、タワー壁に確実に固定される。

本発明の１つの側面によれば、断熱アークダクトは、圧力開放ユニットに接続された第２の冷却ユニット内において、分離空間（separate volume）に開口している。よって、圧力波は、第２の冷却ユニットに損傷を与えることなく、断熱アークダクト、分離空間（separate volume）および圧力開放ユニットを介して、安全に導出される。

本発明の１つの側面によれば、第２の冷却ユニットは、少なくとも１つの防犯保護グリッド（burglar-proof protective grid）を有している。熱交換器は、第２の冷却ユニット内において、少なくとも部分的に保護グリッドの背後に設けられている。

本発明のさらなる側面によれば、冷却液は、冷却ダクトの内部において提供される。
本発明はまた、風力タービンの冷却装置に関する。冷却装置は、風力タービンのタワーのタワー壁の内部に配置することができる第１の冷却ユニットを有する。冷却装置は、少なくとも部分的に風力タービンのタワーのタワー壁の外側に配置することができる第２の冷却ユニットを有する。第２の冷却ユニットは、冷却ダクトまたは冷却ラインを介して第１の冷却ユニットに接続される熱交換器を備えている。第２の冷却ユニットは、断熱アークダクト、分離空間（separate volume）および圧力解放ユニットの接続部を有する。断熱アークダクトの接続は、分離空間（separate volume）に接続されている。

本発明は、冷却されるべき風力タービンの構成要素を冷却することが可能な冷却装置を有する風力タービンを提供するという概念に関する。この目的のために、風力タービンは、例えば、ファンシュラウドとして構成することができ、部分的にタワー壁の外側に配置された少なくとも１つの冷却ユニットを有することができる。冷却装置に連結され、冷却されるべき風力タービンの構成要素によって加熱された冷却流体を冷却する冷却装置には、再冷却器または熱交換器が設けられている。よって、少なくとも１つの冷却ラインが、少なくとも部分的に、または部分的にタワー壁の外側に設けられた冷却ユニットと、タワー壁の内側との間に設けられている。また、風力タービンは、断熱アークダクトを介して冷却ユニットにも結合された中電圧スイッチギアユニットまたは中電圧スイッチギアアセンブリを有し、冷却装置は、断熱アークの結果として形成された熱い圧力波を、中電圧スイッチギアユニットまたは中電圧スイッチギアアセンブリから（すなわち、風力タービンのタワーの内部から）外部に向かって案内することが可能な圧力解放装置（圧力解放弁）を有している。

本発明に係る冷却ユニットは、少なくとも部分的に、タワー壁内の開口（すなわち、例えば、第１端がタワー壁の開口に導入されることができる）に配置されている。よって、冷却ユニットの第２端は、タワー壁の外側に設けられる。冷却ユニットは、冷却ユニット内において冷却されるべき風力タービンの構成要素を熱交換器に接続する冷却ダクトまたは冷却ラインに接続された再冷却ユニットまたは冷却ダクトを有する。さらに、冷却ユニットは、例えば、中電圧スイッチギアユニットまたは中電圧スイッチギアアセンブリにおいて生成された圧力波が風力タービンのタワーから導出される手段によって、圧力開放ユニットを有している。

本発明の１つの側面によれば、盗難からの保護は、少なくとも２つの防犯保護グリッドの直列回路によって提供される。外部グリッドは、必要に応じて、気象保護グリッドとして使用される。これにより、雨や降水が冷却装置に入ることを防止することができる。

本発明のさらなる実施形態は、従属請求項の主題である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

第１の例示的な実施形態に係る風力タービンの概略図を示す図。 第１の例示的な実施形態に係る風力タービンの概略断面図を示す図。 第２の例示的な実施形態に係る冷却ユニットの概略図を示す図。 第２の例示的な実施形態に係る冷却ユニットの概略図を示す図。

図１は、第１の例示的な実施形態に係る風力タービンの概略図を示す。風力タービン１００は、タワー１０２、タワー１０２上に設けられたナセル１０４を有している。３つのロータブレード１０８を有する空力ロータ１０６およびスピナ１１０が、ナセル１０４上に設けられている。空力ロータ１０６は、風力タービンの動作中に風によって回転運動に設定され、それにより、空力ロータ１０６に直接的または間接的に接続された発電機１０１のロータも回転させる。発電機１０１は、ナセル内に設けられ、電気エネルギーを発生させる。ロータブレード１０８のピッチ角は、調整可能である。

風力タービンのタワー１０２は、土台３００上に設けられている。風力タービンの内側、特に、タワー１０２の内側には、中電圧スイッチギアアセンブリ６００と冷却されるべき構成要素８００とが設けられている。冷却されるべき構成要素８００は、整流器、インバータ、変圧器等であってもよい。冷却されるべき構成要素８００は、第１の冷却ユニット７００に接続される。第１の冷却ユニット２００は、少なくともタワー１０２の外側に配置されている。第１の冷却ユニット７００および第２の冷却ユニット２００は、例えば、冷却流体が流れ、冷却装置を形成する冷却ダクトまたは冷却ラインを介して、互いに接続されることもできる。冷却流体は、例えば、冷却されるべき構成要素８０００から熱を吸収し、第２の冷却ユニット２００を用いて外気に熱を運ぶ。

図２は、第１の例示的な実施形態に係る風力タービンの概略断面図を示す。風力タービン１００は、土台３００上に設けられたタワー１０２を有している。タワー１０２は、タワー壁１０２ａを有している。冷却されるべき構成要素８００、第１の冷却ユニット７００、および、例えば、中電圧スイッチギアユニットまたは中電圧スイッチギアアセンブリ６００が、タワー壁１０２ａの内部に設けられている。第２の冷却ユニット２００は、少なくとも部分的に、タワー壁１０２ａの外側に設けられている。第２の冷却ユニット２００は、冷却されるべき構成要素８００によって生成された熱を除去するために、冷却されるべき構成要素８００に接続された第１の冷却ユニット７００に、冷却ダクトまたは冷却ライン７１０を用いて接続された熱交換器５００を備えている。

第１の例示的な実施形態に係る風力タービンは、断熱アークダクト４００を介して、第２の冷却ユニット２００にも接続された中電圧スイッチギアユニットまたは中電圧スイッチギアアセンブリ６００を有している。第２の冷却ユニット２００は、中電圧スイッチギアアセンブリ６００内で生成され断熱アークダクト４００を介して第２の冷却ユニット２００へ案内される圧力波を、外部へ案内するための圧力開放ユニット２２０を有している。

よって、第２の冷却ユニット２００は、一方で、冷却媒体用の熱交換器としての機能と、中電圧スイッチギアアセンブリ用の圧力開放ユニットとしての機能という２つの機能を果たす。

第１の例示的な実施形態によれば、第２の冷却ユニットの第１端２１０が、タワー壁１０２ａの外側に設けられ、第２端２３０が、タワー壁１０２ａの内部または内側に設けられている。

図３は、第２の例示的な実施形態に係る冷却ユニットの概略図を示す。第２の例示的な実施形態に係る冷却ユニットは、第１の例示的な実施形態に係る第２の冷却ユニットに対応する。第２の冷却ユニット２００は、第１部２１０と第２部２３０とを有している。第１部または第１端２１０は、導入された状態で、タワー壁１０２ａの外側に配置され、第２部または第２端２３０は、タワー壁１０２ａの内側に配置される。よって、第２の冷却ユニット２００の風力タービンのタワーへの接続は、第２部または第２端を介して形成される。第２の冷却ユニット２００は、例えば、タワー壁１０２ａの内部において、断熱アークダクト４００を介して、中電圧スイッチギアユニットまたは中電圧スイッチギアアセンブリ６００に接続される。断熱アークダクト４００は、例えば、３つのパイプ４１０，４２０，４３０によって構成される。

圧力開放ユニット２２０は、第１端２１０に設けられている。圧力開放ユニット２２０は、オープニングリミッタ２２３と、通常の状態において閉じされたバルブを保持するスプリングとを有している。第１端１１０は、防犯保護グリッドとして構成される少なくとも１つの保護グリッド１１１を有することができる。熱交換器または再冷却器５００は、保護グリッド２１１の背後に設けられている。第２の冷却ユニット２００は、例えば、風力タービンの土台３００に設けられた脚２１２を有している。よって、例えば、ファンシュラウドとして構成される第２の冷却ユニットは、風力タービンの土台上に設けられる。

図４は、第２の例示的な実施形態に係る冷却ユニットの概略図を示す。スプリング２２４とオープニングリミッタ２２３とを持つ圧力開放ユニット２２０は、第１セクションまたは第１端２１０に設けられている。再冷却器または熱交換器５００は、第２の冷却ユニット２００の内部に設けられている。再冷却器または熱交換器５００は、特に、防犯保護グリッドとしての保護グリッド２１１の背後に配置されている。第２の冷却ユニット２００の下部領域では、断熱アークダクト４００が、分離空間２４１に連通している。中電圧スイッチギアアセンブリ６００において形成される圧力波が、断熱アークダクト４００、空間２４１および圧力開放ユニット２２０を通じて外側へ導かれるように、この分離空間２４１から、圧力開放ユニットに向けてダクトが設けられていてもよい。

盗難からの保護または盗難抑止を向上させるために、保護グリッド２１１の背後に、別の保護グリッドを設けてもよい。外側の保護グリッド２１１は、雨や降水が第２の冷却ユニット２００に浸入することを防止するために、気象保護グリッドとして機能する。

Claims (5)

1. 土台（３００）と、
   タワー壁（１０２ａ）を有するタワー（１０２）と、
   前記タワー壁（１０２ａ）内において冷却されるべき少なくとも１つの構成要素（８００）と、
   前記冷却されるべき構成要素（８００）を冷却するために、前記タワー壁（１０２ａ）内に設けられた第１の冷却ユニット（７００）と、
   少なくとも部分的に前記タワー壁（１０２ａ）の外側に設けられた第２の冷却ユニット（２００）と、
   前記タワー壁（１０２ａ）内に設けられた中電圧スイッチギアアセンブリ（６００）と、
   前記中電圧スイッチギアアセンブリ（６００）と前記第２の冷却ユニット（２００）との間に設けられた少なくとも１つの断熱アークダクト（fault arc duct）（４００）と、
   前記第１の冷却ユニット（７００）と前記第２の冷却ユニット（２００）との間に設けられた少なくとも１つの冷却ダクトまたは冷却ライン（７１０）と、
   を備え、
   前記第２の冷却ユニット（２００）は、前記冷却ダクトまたは前記冷却ライン（７１０）に接続される熱交換器（５００）を有し、
   前記第２の冷却ユニット（２００）は、前記中電圧スイッチギアアセンブリ（６００）内において形成され、前記断熱アークダクト（４００）を介して外部へ伝達される圧力波を案内するための圧力開放ユニット（２２０）を有し、
   前記第２の冷却ユニット（２００）は、第１端（２１０）と第２端（２３０）とを有し、前記第１端（２１０）は、前記タワー壁（１０２ａ）の外側に設けられ、前記第２端（２３０）は、少なくとも部分的に前記タワー壁（１０２ａ）の内部に設けられている、
   風力タービン。
2. 前記断熱アークダクト（４００）は、前記圧力開放ユニット（２２０）に接続された前記第２の冷却ユニット（２００）内において、分離空間（separate volume）（２４１）に開口している、
   請求項１に記載の風力タービン。
3. 前記第２の冷却ユニット（２００）は、少なくとも１つの防犯保護グリッド（burglar-proofprotective grid ）（２１１）を有し、
   前記熱交換器（５００）は、少なくとも一部が前記防犯保護グリッド（２１１）の背後に配置されている、
   請求項１または２に記載の風力タービン。
4. 前記冷却ダクト（７１０）の内部には、冷却液が流れる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の風力タービン。
5. 風力タービンのタワーのタワー壁の内部に配置された第１の冷却ユニット（７００）と、
   少なくとも部分的に、風力タービン（１００）のタワー（１０２）のタワー壁（１０２ａ）の外側に配置された第２の冷却ユニット（２００）と、
   を備え、
   前記第２の冷却ユニット（２００）は、冷却ダクトまたは冷却ライン（７１０）を介して前記第１の冷却ユニット（７００）に接続される熱交換器（５００）を有し、
   前記第２の冷却ユニット（２００）は、断熱アークダクト（４００）、分離空間（separate volume）（２４１）および圧力開放ユニット（２２０）の接続を有し、前記断熱アークダクト（４００）の前記接続は、前記分離空間（２４１）に接続される、
   風力タービン用の冷却装置。

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