CN104747386A - 风力发电机组变频器冷却降温装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组变频器冷却降温装置，该装置位于塔筒内的变频器、管道泵和冷却液管，管道泵通过冷却液管与变频器中的发热元件连接，冷却降温装置还包括一个散热箱，该散热箱为扁薄形结构且以塔筒壁的部分区域作为箱体的一个侧壁,该侧壁的面积大于其相邻各侧壁的面积，散热箱设有冷却液入口和冷却液出口，冷却液出口通过冷却液管与管道泵连接，冷却液入口通过冷却液管与变频器的发热元件连接，使散热箱、管道泵和变频器的发热元件形成一个循环回路。本发明的冷却降温装置，结构简单，构思巧妙，利用大面积的塔筒壁作为散热体对散热箱内的冷却液进行迅速冷却降温，节约能源，减少环境噪音，是一个改善现有风力发电机组变频器冷却系统切实可行的好方案。

Description

风力发电机组变频器冷却降温装置

技术领域

    本发明涉及一种风力发电技术，尤其涉及一种风力发电技术中的冷却降温装置，更具体是涉及一种风力发电机组变频器冷却降温装置。

背景技术

风力发电作为一种潜力巨大的新兴能源，其可再生、无污染、低成本的特点，已成为最具商业化发展前景的新兴能源产业，也已在世界各地被广泛采用，风力发电有可能成为世界未来最重要的替代能源。

大型的风力发电机组由两大部分组成：机械部分和电气部分，机械部分包括风轮、偏航系统、变桨系统和刹车系统，其功能是风驱动发电机转动，将风能转换为机械能；电气部分包括发电机、变频器、变压器和电网，其功能是将机械能转换为频率、波形与电网一致的恒定的交流电。

风力发电机组在运行过程中，其变频器会产生热量，需要对其进行冷却降温处理，目前采用的是水冷却系统。现有风力发电机组变频器的水冷却系统，通常包括管道泵、散热器和相关的水管，管道泵、散热器通过水管与变频器的发热元件串接成一个冷却回路，管道泵安装在塔筒内，散热器安装在塔筒外，散热器靠设置在其侧面的鼓风机将冷空气吹在散热器的风叶上进行散热冷却，如图１所示。一台单机容量为2000千瓦的风力发电机组，需要两台4千瓦的鼓风机24小时不停向其散热器鼓风才能达到相应的冷却降温效果，这种变频器冷却系统，不仅需要耗费大量的能源，而且产生非常响的环境噪音，另外，设置于塔筒外的散热器和鼓风机，易受环境影响和人为的破坏，需要很大的一笔维护费，这些不仅增加风力发电的成本，而且影响风力发电的效率。针对以上问题，本发明的申请人研发了一种新的风力发电机组变频器的节能冷却降温系统，并于2014年4月17日向国家知识产权局申请了发明专利并获授权，专利号为201420186906.2，该系统无需散热器和鼓风机，而是利用塔筒内外循环的空气对管道内的冷却液进行冷却降温，但由于该系统需要在塔筒内设置热液分流器、冷液分流器、高位集液箱和多根具有一定长度的不锈钢管构成的散热管，因而结构比较复杂，施工也比较麻烦。

发明内容

为克服以上存在的问题，本发明的目的是提供一种结构简单、施工容易、散热效果好的风力发电机组变频器冷却降温装置。

为实现以上目的，本发明的风力发电机组变频器冷却降温装置，包括位于塔筒内的变频器、管道泵和冷却液管，管道泵通过冷却液管与变频器中的发热元件连接，特点是，所述冷却降温装置还包括一个散热箱，该散热箱为扁薄形结构且以塔筒壁的部分区域作为箱体的一个侧壁,该侧壁的面积大于其相邻各侧壁的面积，散热箱设有冷却液入口和冷却液出口，冷却液出口通过冷却液管与管道泵连接，冷却液入口通过冷却液管与变频器的发热元件连接，使散热箱、管道泵和变频器的发热元件形成一个循环回路。

为了更好提高散热效果，上述散热箱位于塔筒外侧壁上，冷却液入口位于散热箱的顶部，冷却液出口位于散热箱的底部，冷却液管穿过塔筒壁与散热箱的冷却液入口和冷却液出口连接。

为了更进一步提高散热效果，上述位于塔筒外的散热箱外侧壁设置有散热片，该散热片位于与塔筒壁相对一侧的散热箱侧壁上。

为了尽量减少对塔筒壁的改动，上述散热箱位于塔筒内侧壁上，冷却液入口位于散热箱的上部，冷却液出口位于散热箱的下部。

为了使冷却液与散热箱侧壁的接触更加充分，以便冷却液迅速降温，上述散热箱内设有横向的平行导流板。

为了避免风机长时间停止发电，变频器周边的环境温度比变频器的温度高时，较热空气接触到变频器较冷的发热原件，会在发热原件上凝成水珠，从而造成变频器短路，同时也为了防止处于塔筒外散热箱内的冷却液在寒冷的冬天出现结冰，从而影响冷却液的流动，上述冷却降温装置在散热箱的冷却液出口与管道泵之间的冷却液管上设置有冷却液加热器。

为了与现有风力发电机组变频器水冷却系统的管道泵匹配，同时达到更好的降温效果，上述散热箱以塔筒壁作为侧壁那一侧的长宽优选1-5m×1-5m，散热箱的厚度优选0.02-0.1m。

为了消除热液膨胀产生的压力对散热箱壁造成的影响，同时减少塔筒外零部件的设置，上述散热箱位于塔筒内的冷却降温系统，在散热箱的顶部设有开口，开口处套接有用于调节散热箱体积的膨胀袋或膨胀罐；上述散热箱位于塔筒外的冷却降温装置，在靠近冷却液入口且位于塔筒内的冷却液管顶面设有开口，开口处套接有用于调节散热箱体积的膨胀袋或膨胀罐。

为了便于冷却液的更换，上述散热箱位于塔筒内的冷却降温系统，在散热箱底部设有冷却液排液口；上述散热箱位于塔筒外的冷却降温装置，在冷却液出口和管道泵之间设有过滤器，过滤器底部设有冷却液排液口。

为了使散热箱的其他侧壁在与空气接触的过程中也能迅速降温，上述散热箱除以塔筒壁为侧壁的其他侧壁均采用不锈钢板制作。

本发明的风力发电机组变频器的冷却降温装置，与现有的风力发电机组变频器水冷却系统相比，具有如下的优点：

1、采用在塔筒内或外设置散热箱，并将塔筒壁的部分区域作为散热箱的一个侧壁，利用整个塔筒约1000平方米的钢壁作为散热体，同时利用热气往上升和塔筒顶部自然风风力大的特点，在自然风与塔筒壁接触的过程中，迅速将散热箱的热量带走，使位于散热箱内带有变频器发热元件热量的冷却液迅速得到降温，在无需使用鼓风机的情况下，能达到很好的冷却降温效果，不仅可大大节省能源，而且可大大降低整个风电场的环境噪音。

2、整个冷却降温装置设置于塔筒内或只有散热箱设置于塔筒外，可减少外界影响和避免人为破坏，大大减少维护的时间和费用，在提高发电量的同时，大大节省发电的成本。

3、本发明的冷却降温装置，结构简单，构思巧妙，无需对塔筒的结构进行实质性的改动，可以利用现有风力发电机组变频器水冷却系统位于塔筒内的部分，再在塔筒壁上增置一散热箱就可实现，施工容易，成本低，效果好，具有广泛的市场前景。

附图说明

图1是现有风力发电机组变频器的水冷却系统的结构示意图。

图2是本发明风力发电机组变频器冷却降温装置一个实施例的结构示意图。

图3是本发明风力发电机组变频器冷却降温装置另一个实施例的结构示意图。

图4是散热箱的内部结构剖图。

图5是散热片沿A方向观看的结构图。

具体实施方式

实施例1

      如图2、4所示，本发明风力发电机组变频器的冷却降温装置，包括位于塔筒1内的变频器2、管道泵3、散热箱4、冷却液加热器5和冷却液管6，散热箱位于塔筒的中下部且以塔筒壁作为箱体的一侧壁，散热箱呈扁薄状，其长×宽×厚＝1-5m×1-5m×0.02-0.1m，以塔筒壁为侧壁那一侧的长×宽＝1-5m×1-5m；散热箱上部设有冷却液入口41、下部设有冷却液出口42，冷却液出口通过冷却液管依次与冷却液加热器、管道泵和变频器的发热元件连接，冷却液入口通过冷却液管与变频器的发热元件连接，使散热箱、冷却液加热器、管道泵和变频器的发热元件形成一个循环回路；散热箱顶部设有开口，开口处套接有用于调节散热箱体积的膨胀袋43，散热箱底部设有冷却液排液口44，散热箱的内腔设有横向的平行导流板45，导流板固定于散热箱的前后侧壁上。

  实施例2

      如图3、4、5所示，本发明风力发电机组变频器的冷却降温装置，包括位于塔筒1内的变频器2、管道泵3、冷却液加热器5、冷却液管6和位于塔筒外的散热箱4、散热箱位于塔筒的中下部且以塔筒壁作为箱体的一侧壁，散热箱呈扁薄状，其长×宽×厚＝1-5m×1-5m×0.02-0.1m，以塔筒壁为侧壁那一侧的长×宽＝1-5m×1-5m；散热箱顶部设有冷却液入口41、底部设有冷却液出口42，冷却液出口通过穿越塔筒壁的冷却液管依次与冷却液加热器、管道泵和变频器的发热元件连接，冷却液入口通过穿越塔筒壁的冷却液管与变频器的发热元件连接，使散热箱、冷却液加热器、管道泵和变频器的发热元件形成一个循环回路；在靠近冷却液入口且位于塔筒内的冷却液管顶面设有开口，开口处套接有用于调节散热箱体积的膨胀袋43，在冷却液出口和管道泵之间设有过滤器7，过滤器底部设有冷却液排液口44，散热箱的内腔设有横向的平行导流板45，导流板固定于散热箱的前后侧壁上；为了更进一步提高散热效果，散热箱的外侧壁设置有散热片8，该散热片位于与塔筒壁相对一侧的散热箱侧壁上。

本发明的风力发电机组变频器冷却降温装置的工作原理是：由于散热箱、管道泵、变频器的发热元件串接成一循环回路，发电机工作时，变频器开始发热，管道泵将冷却液输送到变频器的发热元件，发热元件的热量被冷却液带走，带有热量的冷却液通过冷却液入口进入散热箱，沿导流板与散热箱侧壁充分接触，此时，作为散热箱一侧壁的那个区域的塔筒壁，迅速将热量传递到塔筒壁其他区域，使整个塔筒壁成为一个大型的散热体，由于热气往上升，且处于高处的塔筒外自然风风力大，自然风在与塔筒壁接触的过程中，迅速将散热箱的热量带走，使位于散热箱内带有变频器发热元件热量的冷却液迅速得到降温，降温后的冷却液通过冷却液出口进入管道泵，继续使用。

当风机长时间停止发电，变频器周边的环境温度比变频器的温度高时，即可开启冷却液加热器，让循环系统继续工作，使变频器发热元件的温度仍高于周边的环境温度，避免变频器短路。

当风机长时间停止发电，位于塔筒外散热箱内的冷却液在寒冷的冬天如出现结冰现象，在风机准备发电前，即可开启冷却液加热器，使冷却液正常流动起来。

本发明的冷却降温装置，利用大面积的塔筒壁作为散热体对散热箱内的冷却液进行冷却降温，不仅降温迅速、节约能源，而且可大大减少环境噪音，是一个改善现有风力发电机组变频器冷却系统切实可行的好方案。

本发明的冷却降温装置，也适合于发电机绕组和铁心的冷却。

以上只是本发明风力发电机组变频器节能冷却降温装置一个实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术方案的等效实施或变更，如散热箱的形状、在塔筒壁的位置、冷却液进出口位置的改变，均应包含在本发明的范围中。

Claims (10)

1.一种风力发电机组变频器冷却降温装置，包括位于塔筒内的变频器、管道泵和冷却液管，管道泵通过冷却液管与变频器中的发热元件连接，特点是，所述冷却降温装置还包括一个散热箱，该散热箱为扁薄形结构且以塔筒壁的部分区域作为箱体的一个侧壁,该侧壁的面积大于其相邻各侧壁的面积，散热箱设有冷却液入口和冷却液出口，冷却液出口通过冷却液管与管道泵连接，冷却液入口通过冷却液管与变频器的发热元件连接，使散热箱、管道泵和变频器的发热元件形成一个循环回路。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：所述散热箱位于塔筒外侧壁上，冷却液入口位于散热箱的顶部，冷却液出口位于散热箱的底部，冷却液管穿过塔筒壁与散热箱的冷却液入口和冷却液出口连接。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：其特征在于：所述位于塔筒外的散热箱外侧壁设置有散热片，该散热片位于与塔筒壁相对一侧的散热箱侧壁上。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：所述散热箱位于塔筒内侧壁上，冷却液入口位于散热箱的上部，冷却液出口位于散热箱的下部。

5.根据权利要求3或4所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：所述散热箱内设有横向的平行导流板。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：所述冷却降温装置在散热箱的冷却液出口与管道泵之间的冷却液管上设置有冷却液加热器。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：所述散热箱以塔筒壁作为侧壁那一侧的长宽为1-5m×1-5m，散热箱的厚度为0.02-0.1m。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：所述散热箱位于塔筒内的冷却降温系统，在散热箱的顶部设有开口，开口处套接有用于调节散热箱体积的膨胀袋或膨胀罐；所述散热箱位于塔筒外的冷却降温装置，在靠近冷却液入口且位于塔筒内的冷却液管顶面设有开口，开口处套接有用于调节散热箱体积的膨胀袋或膨胀罐。

9.根据权利要求8所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：所述散热箱位于塔筒内的冷却降温系统，在散热箱底部设有冷却液排液口；所述散热箱位于塔筒外的冷却降温装置，在冷却液出口和管道泵之间设有过滤器，过滤器底部设有冷却液排液口。

10.根据权利要求9所述的风力发电机组变频器冷却降温装置，其特征在于：所述散热箱除塔筒壁外的其他侧壁均采用不锈钢板制作。