Sistema y método de refrigeración para generador eléctrico de aerogenerador, y aerogenerador que comprende dicho sistema de refrigeración.

Un sistema de refrigeración para un generador eléctrico de un aerogenerador,

en donde el generador eléctrico (4)comprende un estator (6), y un rotor (7) que rota según un primer eje dado de rotación (A1) con respecto al estator(6); comprendiendo el sistema de refrigeración (15):

- un primer intercambiador de calor (16) adaptable al aerogenerador (1) para desalojar el calor, producido por elgenerador eléctrico (4), hacia el exterior;

- un segundo intercambiador de calor (17) adaptable al rotor (7) del generador eléctrico (4) para captar el calor delrotor (7) mediante conducción térmica, y el cual rota según el primer eje de rotación (A1) con respecto al primerintercambiador de calor (16); y

- un circuito cerrado (19) que se extiende a través del primer y segundo intercambiadores de calor (16, 17) paracircular el líquido refrigerante.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11153453.

Solicitante: WILIC S.AR.L.

Nacionalidad solicitante: Luxemburgo.

Dirección: 1, Boulevard de la Foire 1528 Luxembourg LUXEMBURGO.

Inventor/es: CASAZZA,MATTEO, FOLIE,GEORG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D11/00
  • F03D9/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan; Motores de viento especialmente adaptados para su instalación en lugares particulares (sistemas híbridos de energía eólica-fotovoltaica para la generación de energía eléctrica H02S 10/12).

PDF original: ES-2429349_T3.pdf

 

Sistema y método de refrigeración para generador eléctrico de aerogenerador, y aerogenerador que comprende dicho sistema de refrigeración.

Fragmento de la descripción:

Sistema y método de refrigeración para generador eléctrico de aerogenerador, y aerogenerador que comprende dicho sistema de refrigeración.

La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración para un generador eléctrico de un aerogenerador.

De forma más específica, la presente invención se refiere a un sistema de refrigeración para un generador eléctrico que comprende un estator y un rotor que rota según un eje dado de rotación con respecto al estator.

Un aerogenerador es utilizado para producir energía eléctrica por medio de un conjunto de palas y un generador eléctrico, el cual transforma parte de la energía cinética desde el conjunto de palas en energía eléctrica, y disipa el resto en forma de calor, el cual debe ser eliminado del generador eléctrico para funcionar de forma eficiente.

La energía eléctrica producida es consecuentemente transformada en fase y frecuencia en máquinas eléctricas estáticas, las cuales son refrigeradas para mejorar su rendimiento.

Los aerogeneradores en US 7, 057, 305, US 7, 161, 260, US 6, 676, 122, US 7, 594, 800 y EP 2, 136, 077 por tanto comprenden respectivos sistemas de refrigeración por aire. De forma más específica, EP 2, 136, 077 describe un sistema de refrigeración por aire para un generador eléctrico tubular, es decir, en el cual una corriente de aire es forzada de forma sucesiva a través del buje, del generador eléctrico tubular, y de la góndola. En otras palabras, el aire fluye a través de una primera abertura en el buje y sale a través de una segunda abertura en la parte posterior de la góndola.

Los sistemas de refrigeración por aire proporcionan un rendimiento bastante bueno de las máquinas eléctricas del aerogenerador y de los generadores instalados en climas relativamente templados o fríos.

En climas muy cálidos, sin embargo, se deben emplear sistemas de refrigeración líquida.

US 7, 168, 251 B1 describe un aerogenerador que comprende un sistema de refrigeración, preferiblemente, de circuito cerrado que utiliza un medio de refrigeración, preferiblemente, líquido.

EP 1, 1881, 194 A1 describe un aerogenerador en el que el calor es transferido por medio de bombas de calor.

US 2004/0066098 A1 describe una máquina eléctrica sellada refrigerada por medio de un líquido.

Los aerogeneradores deben, a menudo, estar diseñados y construidos con sistemas de refrigeración diseñados de acuerdo al clima del lugar propuesto para la instalación de la turbina, es decir, ser capaces de lograr una máxima potencia y eficiencia de las máquinas eléctricas en función del clima en el que la turbina es instalada.

El diseño y la construcción de aerogeneradores de acuerdo al clima del lugar de la instalación, reduce seriamente la estandarización de los componentes de la turbina y el ahorro de la producción en masa.

Además, en conexión con la anterior, los sistemas de refrigeración conocidos no son ni siquiera particularmente versátiles o efectivos en la refrigeración del generador eléctrico.

Es un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de refrigeración diseñado para eliminar los inconvenientes del estado de la técnica conocido.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de refrigeración diseñado para alcanzar una refrigeración altamente efectiva del generador eléctrico.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de refrigeración para un generador eléctrico de un aerogenerador, en donde el generador eléctrico comprende un estator, y un rotor que gira según un primer eje dado de rotación con respecto al estator, comprendiendo el sistema de refrigeración:

- un primer intercambiador de calor adaptable al aerogenerador para desalojar el calor, producido por el generador eléctrico, hacia el exterior;

- un segundo intercambiador de calor adaptable al rotor del generador eléctrico para captar el calor del rotor mediante conducción térmica, y el cual rota según el primer eje de rotación con respecto al primer intercambiador de calor; y

- un circuito cerrado que se extiende a través del primer y segundo intercambiadores de calor para circular el líquido refrigerante.

La presente invención proporciona una refrigeración efectiva del rotor del generador eléctrico, utilizando un segundo intercambiador de calor, el cual es conectable de forma selectiva al rotor. De manera que cuando funciona en un clima cálido, el aerogenerador únicamente necesita adaptarse al sistema de refrigeración de acuerdo con la presente invención, sin requerir alteraciones estructurales de la propia turbina.

El sistema de refrigeración de acuerdo con la presente invención también tiene la ventaja de ser instalable en aerogeneradores existentes, y por tanto puede ser comercializado como un simple componente actualizable.

En un modo de realización preferido de la presente invención, el sistema comprende un acople hidráulico rotatorio a lo largo del circuito cerrado para permitir la rotación del segundo intercambiador de calor según un segundo eje de rotación con respecto al primer intercambiador de calor.

En otro modo de realización preferido de la presente invención, el segundo intercambiador de calor comprende una pluralidad de módulos de segundos intercambiadores de calor interconectados.

El sistema de refrigeración puede, por tanto, ser dimensionado mediante una simple selección de la pluralidad de los módulos de segundos intercambiadores de calor, en función al tamaño del generador eléctrico y del lugar de funcionamiento del aerogenerador.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aerogenerador, para producir energía eléctrica, diseñado para eliminar los inconvenientes del estado de la técnica conocido.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un aerogenerador para producir energía eléctrica, y que comprende: un soporte vertical, una góndola, un conjunto de palas que rota con respecto a la góndola según un primer eje de rotación, un generador eléctrico que comprende un estator adaptado a la góndola, y un rotor conectado al conjunto de palas, y un sistema de refrigeración para refrigerar el generador eléctrico, comprendiendo el sistema de refrigeración:

- un primer intercambiador de calor adaptable al aerogenerador para desalojar el calor, producido por el generador eléctrico, hacia el exterior;

- un segundo intercambiador de calor adaptable al rotor del generador eléctrico para captar el calor del rotor mediante conducción térmica, y el cual rota según el primer eje de rotación con respecto al primer intercambiador de calor; y

- un circuito cerrado que se extiende a través del primer y segundo intercambiadores de calor para circular el líquido refrigerante.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método de refrigeración de un generador eléctrico, diseñado para eliminar los inconvenientes del estado de la técnica conocido.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método de refrigeración de un generador eléctrico de un aerogenerador, en donde el generador eléctrico comprende un estator, y un rotor que gira según un primer eje dado de rotación con respecto al estator, comprendiendo el método las etapas de:

- circular el líquido refrigerante en un circuito cerrado que se extiende a través de al menos un primer intercambiador de calor y de un segundo intercambiador de calor;

- transferir el calor, generado por el rotor del generador eléctrico, mediante conducción térmica al segundo intercambiador de calor adaptado al rotor y el cual rota según el primer eje de rotación con respecto al primer intercambiador de calor; y

- dispersar el calor, generado por el rotor, hacia el exterior del aerogenerador por medio del primer intercambiador de calor.

Un modo de realización no limitativo de la presente invención será descrito a través del ejemplo con referencia a los dibujos que acompañan, en los cuales:

La figura 1 muestra una vista lateral parcialmente seccionada, con partes eliminadas por claridad, de un aerogenerador.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva, con partes eliminadas por claridad, del aerogenerador de la figura 1, equipado con un sistema de refrigeración de acuerdo con la presente invención.

La figura 3 muestra, a mayor sección, una vista lateral parcialmente seccionada, con partes eliminadas por claridad, de un detalle de la figura 2.

La figura 4 muestra un esquema de un sistema de refrigeración instalable en el aerogenerador de la figura 1.

La figura 5 muestra una vista en perspectiva,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de refrigeración para un generador eléctrico de un aerogenerador, en donde el generador eléctrico (4) comprende un estator (6) , y un rotor (7) que rota según un primer eje dado de rotación (A1) con respecto al estator (6) ; comprendiendo el sistema de refrigeración (15) :

- un primer intercambiador de calor (16) adaptable al aerogenerador (1) para desalojar el calor, producido por el generador eléctrico (4) , hacia el exterior;

- un segundo intercambiador de calor (17) adaptable al rotor (7) del generador eléctrico (4) para captar el calor del rotor (7) mediante conducción térmica, y el cual rota según el primer eje de rotación (A1) con respecto al primer intercambiador de calor (16) ; y

- un circuito cerrado (19) que se extiende a través del primer y segundo intercambiadores de calor (16, 17) para circular el líquido refrigerante.

2. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en la reivindicación 1, y que comprende un acople hidráulico rotatorio (38) a lo largo del circuito cerrado (19) para permitir la rotación del segundo intercambiador de calor (17) según un segundo eje de rotación (A2) con respecto al primer intercambiador de calor (16) .

3. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en las reivindicaciones 1 o 2, en donde el primer intercambiador de calor (16) comprende un chasis (39) fijable al aerogenerador; y al menos un primer módulo de intercambio de calor (40) adaptado al chasis (39) ; comprendiendo el sistema de refrigeración (15) , de forma preferente, una pluralidad de primeros módulos de intercambio de calor (40) adaptados al chasis (39) ; y siendo los primeros módulos de intercambio de calor (40) , de forma preferente, idénticos.

4. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el segundo intercambiador de calor (17) comprende una pluralidad de segundos módulos de intercambio de calor (41) conectados entre sí.

5. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en la reivindicación 4, en donde los segundos módulos de intercambio de calor (41) son idénticos.

6. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en las reivindicaciones 4 o 5, en donde cada segundo módulo de intercambio de calor (41) tiene, de forma preferente, forma de un panel, y está diseñado para adaptarse al rotor (7) para definir 1un área de contacto extensiva entre el segundo módulo de intercambio de calor (41) y el rotor (7) .

7. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y que comprende un tercer intercambiador de calor (18) adaptable al estator (6) .

8. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en la reivindicación 7, en donde el tercer intercambiador de calor

(18) comprende una pluralidad de terceros módulos de intercambio de calor (44) conectados entre sí.

9. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en la reivindicación 8, en donde los terceros módulos de intercambio de calor (44) son idénticos.

10. Un sistema de refrigeración como el reivindicado en las reivindicaciones 8 o 9, en donde cada uno de los terceros módulos de intercambio de calor (44) tiene, de forma preferente, forma de un panel, y esta diseñado para adaptarse al estator (6) para definir un área de contacto extensiva entre el tercer módulo de intercambio de calor

(44) y el estator (6) .

11. Un aerogenerador para producir energía eléctrica y que comprende: un soporte vertical (2) ; una góndola (3) ; un conjunto de palas (5) que rota con respecto a la góndola (3) según un primer eje de rotación (A1) ; un generador eléctrico (4) que comprende un estator (6) adaptado a la góndola (3) y un rotor (7) y conectado al conjunto de palas (5) ; y un sistema de refrigeración (15) como el reivindicado la reivindicación 1.

12. Un aerogenerador como el reivindicado en la reivindicación 11, en donde el sistema de refrigeración (15) comprende un tercer intercambiador de calor (18) adaptado al estator (6) para captar el calor del estator (6) mediante conducción térmica.

13. Un aerogenerador como el reivindicado en las reivindicaciones 11 o 12, en donde el sistema de refrigeración (15) comprende un acople hidráulico rotatorio (38) a lo largo del circuito cerrado (19) para permitir la rotación del segundo

intercambiador de calor (17) con respecto al primer intercambiador (16) según un segundo eje de rotación (A2) , el cual, de forma preferente, coincide con el primer eje de rotación (A1) .

14. Un aerogenerador como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el primer intercambiador de calor (16) comprende al menos un primer módulo de intercambio de calor (40) adaptado a la góndola (3) , el cual gira según un eje (A) con respecto al soporte vertical (2) para situar el conjunto de palas (5) dentro del viento y, de forma simultánea, optimizar la eficiencia del primer módulo de intercambio de calor (40) .

15. Un aerogenerador como el reivindicado en una de las reivindicaciones 12 a 14, en donde el generador eléctrico

(4) es tubular y, de forma preferente, no tiene árbol; comprendiendo el estator (6) una primera estructura de soporte tubular (9) ; y comprendiendo el rotor (7) una segunda estructura de soporte tubular (11) conectada a la primera estructura de soporte tubular (9) para girar con respecto al primer eje de rotación.

16. Un aerogenerador como el reivindicado en la reivindicación 15, en donde el segundo intercambiador de calor

(17) comprende una pluralidad de segundos módulos de intercambio de calor (41) conectados entre sí y adaptados a la segunda estructura de soporte tubular (11) ; estando diseñado cada segundo módulo de intercambio de calor

(41) para definir un área de contacto extensiva entre el segundo módulo de intercambio de calor (41) y la segunda estructura de soporte tubular (11) .

17. Un aerogenerador como el reivindicado en la reivindicación 16, en donde el rotor (7) comprende una pluralidad de segmentos de rotor (12) , los cuales generan un campo magnético y están adaptados a la segunda estructura de soporte tubular (11) , sobre el lado opuesto de la segunda estructura de soporte tubular (11) , a los segundos módulos de intercambio de calor (41) .

18. Un aerogenerador como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, comprendiendo el tercer intercambiador de calor (18) una pluralidad de terceros módulos de intercambio de calor (44) conectados entre sí y adaptados a la primera estructura de soporte tubular (9) ; estando diseñados cada uno de los terceros módulos de intercambio de calor (44) para definir un área de contacto extensiva entre el tercer módulo de intercambio de calor (44) y la primera estructura soporte tubular (9) .

19. Un aerogenerador como el reivindicado en la reivindicación 18, en donde el estator (6) comprende una pluralidad de segmentos de estator (10) , los cuales generan un campo magnético y están adaptados a la primera estructura de soporte tubular (9) , sobre el lado opuesto de la segunda estructura de soporte tubular (11) , a los terceros módulos de intercambio de calor (44) .

20. Un método de refrigeración del generador eléctrico (4) de un aerogenerador (1) , en donde el generador eléctrico

(4) comprende un estator (6) , y un rotor (7) el cual gira según un primer eje dado de rotación (A1) con respecto al estator (6) ; comprendiendo el método las etapas de:

- circular el líquido refrigerante en un circuito cerrado (19) que se extiende a través de al menos un primer intercambiador de calor (16) y un segundo intercambiador de calor (17) ;

- transferir el calor, generado por el rotor (7) del generador eléctrico (4) , mediante conducción térmica, al segundo intercambiador de calor (17) adaptado al rotor (7) y que rota según un primer eje de rotación (A1) con respecto al primer intercambiador de calor (16) ; y

- dispersar el calor, generado por el rotor (7) , hacia el exterior del aerogenerador (1) por medio de un primer intercambiador de calor (16) .

21. Un método como el reivindicado en la reivindicación 20, y el cual comprende las etapas de:

- transferir al calor, generado por el estator (6) del generador eléctrico (4) , mediante conducción térmica, a un tercer intercambiador de calor (18) adaptado al estator (6) ; y

- dispersar el calor, generado por el estator (6) , hacia el exterior del aerogenerador (1) por medio de un primer intercambiador de calor (16) .

22. Un método como el reivindicado en la reivindicación 21, en donde el circuito cerrado (19) se extiende a través del primer, segundo, y tercer intercambiadores de calor (16, 17, 18) ; comprendiendo el método la etapa de excluir de forma selectiva al menos uno de los primer, segundo, y tercer intercambiadores de calor (16, 17, 18) de la circulación del líquido refrigerante.


 

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