CN102062061A - 风力发电的纯水循环系统的冷却方法及实现其的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电的纯水循环系统的冷却方法及实现其的冷却系统，所述冷却方法，是利用辅助性的水循环系统作为中间媒介，将纯水循环系统的热量带出后再对其进行强制冷却，所述冷却系统是为了实现该方法而设计制造的，其包括纯水循环系统和逆卡诺循环冷机系统，通过辅助水循环系统作为中间热传递媒介，对纯水循环系统进行间接温度控制和制冷。本发明中的冷却方法极大地拓展了风力发电系统的适应性，适用于各种风力发电的场合；冷却系统结构紧凑，成本低廉，能在进水与环境温度的温差较小时，对循环水进行强制冷却而不凝露，用于满足风力发电中对循环水进行冷却。

Description

风力发电的纯水循环系统的冷却方法及实现其的冷却系统

技术领域

本发明涉及一种循环水系统的冷却方法，特别是一种风力发电中的纯水循环系统的冷却方法及实现该方法的冷却系统。

背景技术

风力发电作为一种环保清洁的发电技术，现在在世界各国被广泛地采用。一般的发电系统均包括发电模块和冷却模块，发电模块负责发电，冷却模块对发热组件进行冷却。故此，风力发电系统包括风力发电机组和纯水循环系统，其中的风力发电机组是依靠风力吹动风车叶片旋转发电机转子从而发电，纯水循环系统则是采用在通道内通循环水的方式，对风力发电机组的各个发热的部件进行导热冷却。例如对风力发电机组的变流器这种关键的发热部件，就是用这种导热散热方法。变流器的温度需要根据负载的变化，稳定在一定的额定温度，温度过高或过低都将影响工作，因此对于纯水循环系统的纯水的进出温度都有较高的要求。例如，当温度处于T₁的循环纯水进入温度为T₀的变流器系统中，其吸收了变流器的热量，对变流器进行冷却，将T₀降低到了T（T为此时变流器的额定温度），而循环纯水的温度上升为T₂。升温后的循环纯水经过降温后，从T₂ 降为T₁而进入下一次的循环，然而T是根据负载而变化的，因此T₁与T₂也必须相应调整，达到最优效果。所以，传统的冷却模块，还应该包括对纯水循环系统进行冷却的冷却循环水系统。

现在的冷却循环水系统，通常是采用散热片散热的风冷方式。具体地，是在循环纯水的管道上加装许多散热片，利用散热片扩大散热面积，同时外设风机鼓风，加速散热片的散热效率。然而这种方式，只能应用于温差变化不大的环境。如果在温差范围颇大的环境，例如在赤道附近的一些缺水干旱的地区，其昼夜温差范围为可能达到5～45℃，这样的话单靠风冷式冷却循环纯水就显得力不从心。因为风冷式的系统的常规进水与环境温度的温差较大（例如大于5℃），如果要超过这一极限，实现进水温度与环境温度的温差在较小范围内（例如小于5℃），则要求加大散热器的散热面积，增大的散热面积不仅增加成本，而且增大了散热器的外形尺寸，但是现场安装空间和位置一般受到很大限制。当环境干球温度和湿球温度均超过阀体最高进水温度，更是无法通过风冷式的散热器和冷却塔来实现冷却纯水循环系统。在这种时候，只能采用冷机模式进行强制冷却，但如果采用这种模式，却又必须确保变流器阀体进水温度不能过低，当低于露点温度便会导致变流器阀体出现凝露，影响工作。

发明内容

本发明的目的，是为了提供一种应用在风力发电中的、能在满足进水与环境温度的温差较小的前提要求下，对纯水循环系统进行强制冷却而不凝露的冷却方法，使得风力发电的应用地域得到拓展。

本发明的另一个目的，是为了提供一种实现所述的对纯水循环系统进行强制冷却而不凝露的冷却方法的冷却系统，并且具有结构紧凑，成本低廉的特点。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种风力发电的纯水循环系统的冷却方法，在风力发电中的纯水循环系统中添加与其进行热交换的辅助性的水循环系统，然后对所述辅助性的水循环系统进行强制冷却。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的强制冷却是利用逆卡诺循环冷机对所述辅助性的水循环系统进行热交换实现的。

一种实现所述的风力发电的纯水循环系统的冷却方法的冷却系统，包括纯水循环系统，其还包括：辅助水循环系统，其与所述纯水循环系统联接并与其热交换；逆卡诺循环冷机系统，其与所述辅助水循环系统联接，并对其进行强制冷却。

作为上述技术方案的进一步改进，所述逆卡诺循环冷机系统包括串联成闭环的冷凝器、节流元件、蒸发器和压缩机，所述蒸发器与辅助水循环系统联接并让流经其内的制冷剂与辅助水循环系统进行热交换。

作为上述技术方案的进一步改进，所述冷凝器的输出端设有储液器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述蒸发器的入口设置有从其主通道引来的若干条并联的、其上面串联有电磁阀与热力膨胀阀的支路，热力膨胀阀的感温包位于蒸发器的出口处。

作为上述技术方案的进一步改进，所述蒸发器和冷却水循环通道均通过换热器5与辅助水循环系统进行联接和热交换。

作为上述技术方案的进一步改进，所述辅助水循环系统包括至少一个中间设有水箱的闭环水循环通道。

作为上述技术方案的进一步改进，所述逆卡诺循环冷机系统有两组。

本发明的有益效果是：本发明中风力发电的纯水循环系统的冷却方法，利用辅助性的水循环系统作为中间媒介，将纯水循环系统的热量带出后再对其进行强制冷却，这样纯水循环系统没有直接接触到冷源，一方面保证了水的纯度，另一方面冷却过程得到缓冲，使其既满足了进水温度与环境温度之间的温差较小的要求，又能对纯水循环系统进行强制冷却而不凝露，并且温控方便，准确可靠。这种冷却方法极大地拓展了风力发电系统的适应性，使其即使在温差较大的地域，也能进行风力发电，变流器也能顺利散热。本方法适用于各种风力发电的场合当中。

本发明中的冷却系统正是为了实现所述的风力发电的纯水循环系统的冷却方法而设计出来的。它利用逆卡诺循环冷机系统作为强制冷却的冷源，辅助水循环系统作为热交换的中间媒介，对纯水循环系统进行间接散热，不像风冷、板材散热的冷却系统那样过分依赖于环境温度，同时保证了循环纯水不受污染，其温降也不会太大而导致出现凝露现象，而且这种冷却系统结构紧凑，成本低廉，广泛作为风力发电的冷却模块。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中的对纯水循环系统的冷却方法的工作模块结构示意图，其中箭头表示冷却工质的流向；

图2是本发明中的冷却系统的结构示意图；

图3是本发明中的冷却系统应用到冷却风力发电机组的变流器的循环纯水时的整体系统结构示意图。

具体实施方式

参照图1，一种风力发电的纯水循环系统的冷却方法，在风力发电中的纯水循环系统3中添加与其进行热交换的辅助性的水循环系统，然后对所述辅助性的水循环系统进行强制冷却。

进一步作为优选的实施方式，所述的强制冷却是利用逆卡诺循环冷机对所述辅助性的水循环系统进行热交换实现的。

参照图2，一种实现所述的风力发电的纯水循环系统的冷却方法的冷却系统，包括纯水循环系统3，其还包括：辅助水循环系统4，其与所述纯水循环系统3联接并与其热交换；逆卡诺循环冷机系统1，其与所述辅助水循环系统4联接，并对其进行强制冷却。

进一步作为优选的实施方式，所述逆卡诺循环冷机系统1包括串联成闭环的冷凝器12、节流元件、蒸发器15和压缩机，所述蒸发器15与辅助水循环系统4联接并让流经其内的制冷剂与辅助水循环系统4进行热交换。具体地，是经过压缩机压缩的高压高温制冷剂气体流经冷凝器12冷却，变成高压常温制冷剂液体，再经过节流元件节流变成低压低温制冷剂液体，进入蒸发器15与辅助水循环系统4进行热交换。其中制冷剂是选择氟利昂。

进一步作为优选的实施方式，所述冷凝器12的输出端设有储液器11。由于风力发电过程中热负荷会发生变化，为了保证系统稳定运行，需在冷凝器12出口处增加储液器11，具体地，可以选择储液器11的容量为10L。

进一步作为优选的实施方式，所述蒸发器15的入口设置有从其主通道引来的若干条并联的、其上面串联有电磁阀与热力膨胀阀的支路，热力膨胀阀的感温包位于蒸发器15的出口处。通过设置这种支路，即使环境温度太低，节流元件前后压差太小的时候，可以打开两条支路，使得主通道内的制冷剂的流量也不会因此而减少，确保制冷量不会下降。

进一步作为优选的实施方式，所述蒸发器15和冷却水循环通道3均通过换热器5与辅助水循环系统4进行联接和热交换。具体地，所述换热器5为阿法拉伐可拆式板式换热器。

进一步作为优选的实施方式，所述辅助水循环系统4包括至少一个中间设有水箱41的闭环水循环通道。所设的水箱41起到对闭环水循环通道内的水有蓄冷作用，避免逆卡诺循环冷机系统1的制冷压缩机频繁启动。

进一步作为优选的实施方式，所述逆卡诺循环冷机系统1有两组。通过设置两组逆卡诺循环冷机系统1，使整个冷却系统能适用于温降需求大的场合，当制冷量需求不高时，可以只运行一组逆卡诺循环冷机系统1；当制冷量需求高时，两组逆卡诺循环冷机系统1同时运作，当单纯依靠空气散热足以满足温降时，两组逆卡诺循环冷机系统1均停机。

参照图2～图3，下面是将本发明中的冷却系统用于对风力发电中的变流器阀体9的循环水进行冷却的实施例，并且是以风力发电机组处于环境温度5～45℃的地域作为环境条件，系统额定冷却容量为82kW，循环水的系统额定流量为13m³/h，变流器最高进水温度为50℃，最低进水温度为5℃。

1）、将两组逆卡诺循环冷机系统1与一组辅助水循环系统4联接，然后将整套系统与变流器阀体9的纯水循环系统3接驳；

2）、开动风力发电机组、冷凝器12风机、制冷压缩机、纯水循环系统3中的动力泵、辅助水循环系统4的动力泵，使整套风力发电设备运作起来；

3）根据运行功率，确定变流器阀体9循环水冷却系统的进水温度，若进水温度低于设定值t₀ , 则纯水无需经过换热器5进行换热，仅靠空气散热器冷却；若进阀温度高于设定温度t₀, 则纯水流过空气散热器和换热器5散热；

4）监测辅助水循环系统4的水温，控制逆卡诺循环冷机系统的运行。

当实测温度t＞t₁，逐步启动制冷压缩机；

当实测温度t＜t₂ ，逐步关闭制冷压缩机；

5）监测冷凝器12出口处的压力值，当被检测压力值较低时候，打开两路电磁阀，保证制冷剂流量和制冷量。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.风力发电的纯水循环系统的冷却方法，其特征在于：在风力发电中的纯水循环系统（3）中添加与其进行热交换的辅助性的水循环系统，然后对所述辅助性的水循环系统进行强制冷却。

2.根据权利要求1所述的风力发电的纯水循环系统的冷却方法，其特征在于：所述的强制冷却是利用逆卡诺循环冷机对所述辅助性的水循环系统进行热交换实现的。

3.一种实现权利要求1所述的风力发电的纯水循环系统的冷却方法的冷却系统，包括纯水循环系统（3），其特征在于：其还包括：

        辅助水循环系统（4），其与所述纯水循环系统（3）联接并与其热交换；

        逆卡诺循环冷机系统（1），其与所述辅助水循环系统（4）联接，并对其进行强制冷却。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于：所述逆卡诺循环冷机系统（1）包括串联成闭环的冷凝器（12）、节流元件、蒸发器（15）和压缩机，所述蒸发器（15）与辅助水循环系统（4）联接并让流经其内的制冷剂与辅助水循环系统（4）进行热交换。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于：所述冷凝器（12）的输出端设有储液器（11）。

6.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于：所述蒸发器（15）的入口设置有从其主通道引来的若干条并联的、其上面串联有电磁阀与热力膨胀阀的支路，热力膨胀阀的感温包位于蒸发器（15）的出口处。

7.根据权利要求3或4所述的冷却系统，其特征在于：所述蒸发器（15）和冷却水循环通道（3）均通过换热器（5）与辅助水循环系统（4）进行联接和热交换。

8.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于：所述辅助水循环系统（4）包括至少一个中间设有水箱（41）的闭环水循环通道。

9.根据权利要求3所述的强制冷却循环水系统，其特征在于：所述逆卡诺循环冷机系统（1）有两组。

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