CN104632537B - 风力发电机组的冷却装置、冷却系统和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种风力发电机组的冷却装置、冷却系统和风力发电机组。该冷却装置包括：半导体冷却部件和与所述半导体冷却部件连接的电源，所述半导体冷却部件包括冷端和热端，所述冷端设置在所述机舱内部，所述热端设置在所述机舱的外部，所述冷端和所述热端之间通过导体连接。能够快速冷却机舱内的热气流，并达到更理想的冷却效果，保证机组安全无故障地运行。

Description

风力发电机组的冷却装置、冷却系统和风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种风力发电机组的冷却装置、冷却系统和风力发电机组。

背景技术

在现代的大型风力发电机中，随着单机发电功率的增大，风力发电机内部的发热部件生成的热量也越来越多，尤其是长期处于高温环境的机组。这就需要设计一种新型的风力发电机冷却装置对其内部发热部件进行冷却，从而保证风力发电机在高温环境下能够安全无故障地运行。

目前，风力发电机组的冷却多采用风冷的方式。风冷是利用外界环境温度较低的空气对机组内的发热部件进行冷却，但是，如果机组的安装环境温度较高，外界空气的温度也会较高，则冷却效果很不理想。

发明内容

本发明的实施例提供一种风力发电机组的冷却装置、冷却系统和风力发电机组，即使在高温环境下，也能够对机组内的气流进行降温，达到比较理想的冷却效果，保证机组能够安全无故障地运行。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种风力发电机组的冷却装置，包括：

半导体冷却部件和与所述半导体冷却部件连接的电源，所述半导体冷却部件包括冷端和热端，所述冷端设置在所述机舱内部，所述热端设置在所述机舱的外部，所述冷端和所述热端之间通过导体连接。

一种风力发电机组的冷却系统，包括：

所述风力发电机组包括塔筒和设置在塔筒顶部的机舱，所述机舱具有与所述塔筒顶部连接的第一连接平台，所述第一连接平台具有允许气流通过的通风孔，

所述冷却系统包括前述的风力发电机组的冷却装置、第一引流部件以及进风风机，所述进风风机设置在所述塔筒的底部，用于将外界气流引入塔筒内，所述第一引流部件设置在塔筒内部，用于将进风风机引入的外界气流向上通过所述通风孔引入到所述机舱内。

一种风力发电机组，包括：前述风力发电机组的冷却系统。

本发明实施例提供的风力发电机组的冷却装置、冷却系统和风力发电机组，通过半导体冷却部件冷却机舱内的热气流，且半导体的冷端设置在机舱内，热端设置在机舱外部，能够快速散热，从而达到快速冷却机舱内气流的作用。此外，该冷却系统及风力发电机组利用机组自身的结构特征，引入外界气流，并将外界气流与半导体冷却部件结合，能够达到更理想的冷却效果，保证机组安全无故障地运行。

附图说明

图1为本发明实施例的半导体制冷的原理图。

图2为本发明实施例一的冷却装置的半导体制冷部件的安装结构示意图。

图3为图2中所示的半导体制冷部件的电路结构示意图。

图4为本发明实施例二的冷却系统的系统结构示意图。

图5为本发明实施例三的冷却系统的系统结构示意图。

附图标记说明：

1-发电机；2-叶片；3-轮毂；4-导流罩；5-太阳能光电转换器；6-机舱；7-电机冷却通道；8-电机冷却系统；9-第一引流部件；10-塔筒；101-混凝土塔筒；102-钢结构塔筒；11-止逆阀；13-过滤器；14-进风风机；15-电控柜；16-空调；17-第二引流部件；18-第一连接平台；19-第二连接平台。

具体实施方式

半导体制冷是一种利用热电制冷效应的制冷方式，半导体冷却部件的基本元件是热电偶对，如图1中所示的半导体制冷的原理图，即把一个P型半导体元件和一个N型半导体元件连成热电偶。当电流电源接通后，热电偶的一端接头的电流方向是N-P，温度降低，并且吸热，形成半导体冷却部件的冷端；而另一端接头的电流方向是P-N，温度上升，并且放热，形成半导体冷却部件的热端。

将若干对热电偶连接起来就构成了常用的热电堆，借助传热器件，使热电堆的热端不断散热，并通过外界空气吹过热端散热保持一定的温度，利用热电堆的冷端低温，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热，这就是半导体制冷的原理。

本发明利用半导体制冷的原理，在机舱周围安装半导体制冷部件，对机舱内的热空气进行冷却，此外，结合机组本身的结构特征(例如，如果塔筒为混凝土塔筒结构，混凝土塔筒具备隔热的优势特点)，从外界引入气流，促进机组内气流循环，结合半导体冷却部件，冷却机舱内的热气流，保证机组安全无故障地运行。

下面结合附图对本发明实施例的风力发电机组的冷却装置、冷却系统和风力发电机组进行详细描述。

实施例一

图2示出了本发明实施例一的冷却装置的半导体制冷部件的安装结构示意图。为了方便对技术方案进行说明，将图2中机舱的上侧的表面称作上表面，将与轮毂相反一侧的机舱表面称作后表面，平行于纸面方向的两个面(即面向叶片而言机舱的左右两个侧面)称作侧表面。

本发明实施例一提供的一种风力发电机组的冷却装置，包括半导体冷却部件与半导体冷却部件连接的电源，其中，该半导体冷却部件包括冷端和热端，如图2中所示，半导体冷却部件的冷端设置在机舱6内部，热端设置在机舱6的外部，且冷端与热端之间通过导体(例如，导线)连接。

其中，半导体冷却部件的冷端和热端的形状及大小，可以根据机组的形状结构及大小设定，根据本发明的优选实施例，本发明的半导体冷却部件的冷端和热端呈板状，冷端贴附在机舱6的内表面，热端贴附在机舱6的侧表面上。

本发明的半导体冷却部件的安装结构，当半导体通电后，由于热电制冷效应，机舱6内的冷端温度下降，并吸收热量，从而冷却机舱6内的热气流；而机舱6外的热端的温度上升，与此同时，热端向外界释放热量，且热端设置在机舱6的侧表面(相对于其他面而言，接触到的风量和风速较大)，当外界风经过机舱6时，将热端的热量迅速带走，如此，保证半导体冷却部件达到较好的冷却效果。

此外，半导体冷却部件需要外界电源为其供电，为简化机组结构，该电源可以是机组内部电源，但是，由于半导体冷却部件可能处于长期工作状态，其耗电量也会较大，根据本发明的优选实施例，该电源为太阳能光电转换器5，更优选地，该太阳能光电转换器5设置在机舱6的上表面和/或后表面，这样能够有助于太阳能光电转换器5吸收到更多的太阳能。太阳能光电转换器5吸收太阳能，将太阳能转换成电能，给该风力发电机组的冷却装置(半导体冷却部件)供电。

进一步地，本发明实施例提供的冷却装置，还可以包括储能设备和数控匹配器，其中，储能设备用于在数据匹配器的控制下，将太阳能光电转换器5产生的多余的电能进行储存，并且在太阳能不足时作为电源进行供电。具体来说，数控匹配器对该半导体冷却部件的能量进行调节，并对储能设备进行过充和过放控制，即一方面，控制储能设备存储太阳能光电转换器5转换的多余电能，另一方面，在太阳能不足时候，控制储能设备放电，给半导体冷却部件供电。其中，半导体冷却部件、太阳能光电转换器5、储能设备和数控匹配器之间的连接关系，可以参见如图3所示的半导体冷却部件的电路结构示意图。

如图3所示，储能设备与半导体冷却部件并联，即太阳能光电转换器5转换得到的电能，一部分直接供给半导体冷却部件，一部分在数控匹配器的控制下，进入储能设备储存，如此，能够保证半导体冷却部件在任何时候(例如，阴天或晚上)都能正常工作，此外，有效利用太阳能，降低对风力发电机组本身的电能的消耗。

本发明实施例提供的风力发电机组的冷却装置，通过半导体冷却部件冷却机舱内的热气流，且半导体的冷端设置在机舱内，热端设置在机舱外部，能够快速散热，从而达到快速冷却机舱内气流的作用，保证机组安全无故障地运行。而该冷却装置采用太阳能光电转换器5作为电源，充分利用太阳能，减少风力发电机组的额外耗电。

此外，该风力发电机组的冷却装置，在冬天温度较低时，只需要切换该装置的电流方向就可以使装置由制冷状态变为制热状态，如此，在冬天，风力发电机组需要启动时，可以利用该装置对机组加热，保证机组的启动，且还避免使用加热器，解决了风力发电机组的额外耗电问题。

实施例二

图4示出了本发明实施例二的冷却系统的系统结构示意图。

如图4所示，本发明提供的一种风力发电机组的冷却系统，其风力发电机组包括塔筒10和设置在塔筒10顶部的机舱6，机舱6具有与塔筒10顶部连接的第一连接平台18，第一连接平台18具有允许气流通过的通风孔，同时，该冷却系统还包括前述实施例一的冷却装置(由于图4为系统的侧视图，仅示意出太阳能光电转换器5的安装位置，半导体冷却部件的设置位置在图中未示意)、第一引流部件9以及进风风机14。

其中，进风风机14设置在塔筒10的底部，用于将外界气流引入塔筒10内。例如，在风机的入口平台的上端或者下端设置有一个通风孔，进风风机14可以安装在该通风孔上，从而将塔筒10外的气流引入塔筒10内。优选地，为了防止外界物体(例如，沙砾、石子)等进入风机，本发明的冷却系统还包括过滤器13，该过滤器13设置在进风风机14上(具体安装结构可以参加图4)，用于过滤进风风机14引入塔筒10内的外界气流。

而第一引流部件9设置在塔筒10内部，用于将进风风机14引入外界的气流向上通过通风孔(前述第一连接平台18上的通风孔)引入到机舱6中。其中，该第一引流部件9可以但不限于是引流风扇(例如，采用轴流风扇)，也可以是其他引流的设备或者装置。为防止机舱6中的热气流倒流(进入塔筒10)，影响冷却效果，根据本发明优选实施例，第一引流部件9包括止逆阀11，用于防止机舱6内的热气流倒流。

综上所述，本发明提供的冷却系统，如图4中箭头所示为系统气流走向，由塔筒10、机舱6、发电机1以及机组的轮毂3、机组的维修通孔、导流罩4与发电机1的连接缝隙、叶片2的变桨缝隙等形成了一个循环的气流通道。即气流从外界进入塔筒10，通过第一引流部件9引入机舱6，流过机组的发热部件、轮毂3、导流罩4，最终从机组的维修通孔、导流罩4与发电机1的连接缝隙、叶片2的变桨缝隙回到机组外的环境中。

本发明将前述气流通道与实施例一的冷却装置(在此不再赘述该冷却装置的结构，具体参见实施例一)结合，利用冷却装置冷却机舱6中的气流，从而降低机组内发热部件的温度，并利用引流部件引入机舱6中的外界气流将机舱6中的原来的气流带出，加快机舱6内的气流循环，从而达到更好的冷却降温的效果。

然而，风力发电机组可能安装一些高温环境中，例如，热带地区或者夏季高温环境，外界气流的温度也会较高，可以理解的是，如果直接将温度较高的气流引入机组中，该冷却系统的冷却效果也会受到影响。此外，风力发电机组通过暴露在太阳下，尤其是机舱，受太阳辐射的影响，风力发电机组(机舱)升温较快，单靠本发明的机舱上安装的半导体冷却部件对机舱中的气流冷却，可能达不到理想的冷却效果。

基于此，根据本发明优选实施例，本发明的冷却系统还包括空调16，空调16设置在进风风机14与第一引流部件9之间，用于冷却进风风机14引入塔筒10内的外界气流。

进一步地，根据本发明实施例二，第一引流部件9设置在机舱6与塔筒10顶部连接的第一连接平台18上，用于将冷却的外界气流向上通过通风孔(第一连接平台18上的通风孔)引入到机舱6中。

通过在塔筒10内安装空调16，可以将进入塔筒10的外界气流进行冷却，在塔筒10内形成冷却气流，再通过设置在第一连接平台18上的第一引流部件9(例如，轴流风扇)将其引入至机舱6中，与此同时，机舱6上安装的冷却装置(半导体冷却部件)也开始工作，并将机舱6内的原有的气流进行冷却，在机舱6中形成一个冷却空间。机舱6中的气流与塔筒10内的气流汇合后，并会经过前述气流通道，冷却机组内的发热部件后，回到外界环境中。这种双重冷却气流的方式，保证了进入机舱6中的气流均为冷却气流，加快冷却发热部件，保障机组安全运行。

此外，需要说明的是，塔筒10的结构可能但不限于是钢架结构塔筒、混凝土结构塔筒或钢架结构与混凝土结构结合的塔筒，本发明实施例二适用于前述任何一种塔筒结构，但是由于混凝土结构具有保温隔热优势，混凝土结构塔筒可以作为塔筒10的优选结构，如此，在空调16将其内部的气流冷却之后，仍可不受外界环境温度的影响，而保持其冷却温度进入机舱6中。

另外，本发明实施例二的冷却系统的各个部件的安装结构示例可以参见图4中所示，但是不限于图4中所示的具体安装位置，只需符合本发明的发明构思即可。

实施例三

图5示出了本发明实施例三的冷却系统的系统结构示意图。与前述实施例二不同的是，实施例三所示的冷却系统，还包括第二引流部件。

如图5所示，本发明实施例三的冷却系统，其塔筒10包括混凝土塔筒101和钢结构塔筒102，基于该结构，该冷却系统还包括第二引流部件17。第二引流部件17与第一引流部件9可以是同一结构，例如，均为同一种轴流风扇。

其中，混凝土塔筒101设置在塔筒10的底部，钢结构塔筒102设置在混凝土塔筒101与机舱6之间，钢结构塔筒102的顶部与机舱6连接。

第二引流部件17设置在混凝土塔筒101与钢结构塔筒102的交界处的第二连接平台19上，用于将冷却的外界气流向上引入机舱6中。为防止机舱6内的热气流倒流进入混凝土塔筒101中，第二连接平台19可以为一个密闭板，且只在该密闭板上设置一个安装第二引流部件17的通风孔，基于该结构，根据本发明的优选实施例，将空调16设置在混凝土塔筒101的侧壁上(如图5中所示，设置在电控柜15上方的塔筒侧壁上，但不限于该位置)，这样能够保障混凝土塔筒101内的外界气流在空调16的作用下充分冷却。

为防止机舱内的气流倒流，根据本发明实施例三，优选地，第二引流部件17包括止逆阀11，用于防止所述机舱内的热气流倒流。

结合图4、图5以及前述说明，可以理解的是，本发明实施例三基于实施例二所示的冷却系统，增设了第二引流部件17，该冷却系统的冷却原理及气流走向具体可以为：

进风风机14将外界气流引入混凝土塔筒101中，经空调16冷却后，通过第二引流部件17将冷却的外界气流向上引入，进入钢结构塔筒102中，再经钢结构塔筒102与机舱6的交界处的第一连接平台18上的通风孔进入机舱6，与此同时，第一连接平台18上设置有第一引流部件9，第一引流部件9能够加速将冷却气流引入机舱6中；另一方面，机舱6上设置的冷却装置也开始工作，对机舱6内的气流进行冷却，两股冷却气流汇合后，经发电机1(由于发电机持续工作，其温度上升较快，温度也较高，可以增设冷却系统为其降温，例如，在机舱6内设置如图中所示的电机冷却系统8，并通过机舱6内设置的电机冷却通道7传输冷却气流，从而冷却电机，降低电机温度)至轮毂3，并通过机组的维修通孔流出机舱6，再经过导流罩4与发电机1的连接缝隙、叶片2的变桨缝隙等流入外界环境中。通过使前述冷却系统工作，使得机舱内的温度迅速冷却，保证机组的正常工作温度。

本发明实施例提供的风力发电机组的冷却系统，通过半导体冷却部件冷却机舱内的热气流，且半导体的冷端设置在机舱内，热端设置在机舱外部，能够快速散热，从而达到快速冷却机舱内气流的作用。此外，该冷却系统及风力发电机组利用机组自身的结构特征，引入外界气流，并将外界气流与半导体冷却部件结合，能够达到更理想的冷却效果，保证机组安全无故障地运行。

实施例四

本发明实施例还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括前述实施例二或实施例三所示的冷却系统。

该实施例中的风力发电机组的气流冷却原理及有益效果如前述实施例，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种风力发电机组的冷却装置，风力发电机组包括塔筒和设置在塔筒顶部的机舱，其特征在于，冷却装置包括半导体冷却部件和与所述半导体冷却部件连接的电源，所述半导体冷却部件包括冷端和热端，制冷时，所述冷端设置在所述机舱内部，所述热端设置在所述机舱的外部，所述冷端和所述热端之间通过导体连接；

制热时，改变电流流向，使所述热端设置在所述机舱内部，所述冷端设置在所述机舱外部，所述冷端和所述热端之间通过导体连接。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷端和所述热端呈板状，所述冷端贴附在所述机舱的内表面，所述热端贴附在机舱的侧表面上。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述电源为太阳能光电转换器。

4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述太阳能光电转换器设置在所述机舱的上表面和/或后表面。

5.根据权利要求3或4所述的冷却装置，其特征在于，冷却装置还包括储能设备和数控匹配器，所述储能设备用于在所述数控匹配器的控制下，将所述太阳能光电转换器产生的多余的电能进行存储，并且在太阳能不足时作为电源进行供电。

6.一种风力发电机组的冷却系统，风力发电机组包括塔筒和设置在塔筒顶部的机舱，所述机舱具有与所述塔筒顶部连接的第一连接平台，所述第一连接平台具有允许气流通过的通风孔，其特征在于，所述冷却系统包括权利要求1至5任一项所述的冷却装置、第一引流部件以及进风风机，

所述进风风机设置在所述塔筒的底部，用于将外界气流引入塔筒内，

所述第一引流部件设置在塔筒内部，用于将进风风机引入的外界气流向上通过所述通风孔引入到所述机舱内。

7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括空调，所述空调设置在所述进风风机与所述第一引流部件之间，用于冷却所述进风风机引入所述塔筒内的所述外界气流。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述第一引流部件设置在所述机舱与所述塔筒顶部连接的第一连接平台上，用于将冷却的所述外界气流向上通过所述通风孔引入到所述机舱中。

9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，所述塔筒包括混凝土塔筒和钢结构塔筒，所述冷却系统还包括第二引流部件，

所述混凝土塔筒设置在所述塔筒的底部，所述钢结构塔筒设置在混凝土塔筒与所述机舱之间，所述钢结构塔筒的顶部与所述机舱连接；

所述第二引流部件设置在所述混凝土塔筒与所述钢结构塔筒的交界处的第二连接平台上，用于将冷却的所述外界气流向上引入到机舱内。

10.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，所述第一引流部件包括止逆阀，用于防止所述机舱内的热气流倒流。

11.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，所述第二引流部件包括止逆阀，用于防止所述机舱内的热气流倒流。

12.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括过滤器，所述过滤器设置在所述进风风机上，用于过滤所述进风风机引入所述塔筒的外界气流。

13.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求6至12任一项所述的冷却系统。