CN110671283A - 用于风力发电机的重力热管式冷却装置 - Google Patents

用于风力发电机的重力热管式冷却装置 Download PDF

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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本发明提供一种用于风力发电机的重力热管式冷却装置,包括自上而下依次连接设置的上风路壳体、下风路壳体及机壳,上风路壳体底部与下风路壳体顶端相互密闭;下风路壳体底部与机壳分别从左右两侧密闭连通;上风路壳体的左右两端分别开设有进风口和出风口,且出风口处设有轴流风机;下风路壳体内设有重力热管组件,重力热管组件上的重力热管吸热段位于下风路壳体内,放热段经由下风路壳体的顶部伸入上风路壳体内;机壳内部设有左右方向的风电轴,风电轴的外壁沿轴向设有扇叶,风电轴带动扇叶围绕轴线旋转时,会在机壳内产生左右方向的气流。优化后的风电冷却装置,提高能源的利用效率,且获得了较好的冷却效果。

Description

用于风力发电机的重力热管式冷却装置
技术领域
本发明提供的是一种用于风力发电机的重力热管式冷却装置,属于风力发电机冷却设备技术领域。
背景技术
风力发电具有清洁、高效、可再生的特点日渐受到人们的青睐。在目前的风力发电机冷却器上主要的冷却方式为水冷以及空冷,但现有技术中的水冷方式存在易出现水垢、制造复杂、使用年限短等问题,而空冷存在能源利用率低甚至耗能的缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的问题,并着手于当下风电冷却装置,通过优化风电冷却装置结构,利用风力多余能量,加入更适用于风冷却的热管装置,和通过在风电轴上设置扇叶,利用风电机组发电时风电轴转动的动量带动扇叶旋转,进而强化内部气流,从而达到强化气体对流的目的以此来提高换热性能。本发明的用于风力发电机的重力热管式冷却装置的冷却效率较与传统空空冷却装置在同等体积下有较大的提升,同时可以提高风力发电机组整体能源利用率。制造工艺方面相较与传统液冷冷却装置更加简便,且具有制造简便,且比水冷的冷却效率高,更适用于当下中大型风力发电机组。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是:一种用于风力发电机的重力热管式冷却装置,包括自上而下依次连接设置的上风路壳体、下风路壳体及机壳,上风路壳体与下风路壳体相互密闭;下风路壳体与机壳分别从左右两侧密闭连通,且其中右侧的连通处用作下风路壳体的进风口,左侧的连通处用作下风路壳体的出风口;上风路壳体的左端开设有进风口,上风路壳体的右端开设有出风口,且出风口处设有轴流风机;所述下风路壳体的进风口和出风口之间设有重力热管组件,所述重力热管组件包括间隔设置重力热管,重力热管21的下部位于下风路壳体3内且用作吸热段,重力热管的上部经由下风路壳体的顶部伸入上风路壳体内且用作放热段;机壳的内部设有左右方向的风电轴,风电轴的外壁设有扇叶,风电轴带动扇叶围绕轴线旋转时,会在机壳内产生自左向右方向的气流。
上述结构中,轴流风机可将外部气体引入上风路壳体内,进入的气体与重力热管放热段热交换后,将热量经由上风路壳体的出风口带出。
进一步的,上风路壳体的进风口设有冲孔网板,起到防尘效果,且避免杂物进入上风路壳体,冲孔网板可进一步采用可拆卸的连接方式。
进一步的,重力热管组件包括若干所述重力热管和用于将重力热管从底部连通的下端通过接管;所述重力热管位于上风路壳体内的部分和位于下风路壳体内的部分分别设有散热翅片;所述下端通过接管的一端用于连接工质供给管线,且该端设有密封阀用于充卸压力及添置工质。更进一步的,重力热管的排列方式从下风路壳体的进风口开始,在结构允许范围内每排的重力热管数量逐排递增,当递增数量达到结构饱和后,每排的重力热管数量不变,具体的,位于重力热管组件右部的重力热管呈三角形排布,位于重力热管组件右部的重力热管呈矩形排布,且该三角形的其中一个顶点朝向下风路壳体的进风口,与该顶点相对的边为该矩形的其中一条边。重力热管通过下端通过接管从底部相互连通,以达到下端工质为液体状态时可以自由从换热量相对较低的热管中流入换热量相对较高的热管中以达到使整个换热过程受热更加平均稳定的目的。下端通过接管上设置的密封阀用于充卸压力及添置工质时的出入接口,其内部适当向外抽出或增加压力,以满足不同的液体工质的沸点在特定情况下所需的沸点的改变。此种特殊的排列方式可以适当缓解冷空气在与重力热管组件进行换热的过程中,冷空气在前段区域温度上升过快,导致在后段区域的换热能力下降的问题。此外,相较于传统空冷,热管底部经由下端通过接管连通,在更换与维护方面更加简便,只需清洗或者跟换热管组件即可。
进一步的,下风路壳体的顶部开设有与重力热管相应的通孔,重力热管的放热段经由通孔伸入上风路壳体内,且通孔内壁与重力热管之间的缝隙通过胶粘剂覆盖并密封,以及防止由于密封性原因,粉尘进入机壳内部,以及起到绝热作用防止热量回流。
进一步的,所述扇叶为螺旋形且沿风电轴的轴向设置。
上述用于风力发电机的重力热管式冷却装置的工作原理为:
风电机组工作,机壳内部温度上升,风电轴转动带动扇叶同步旋转,机壳内部热空气在旋转扇叶的影响下,进入下风路壳体中,同时进入下风路壳体中的热空气在流动的过程中将热量送入底部连重力热管组件中,重力热管组件上的重力热管吸热段吸收热量,使内部底端液体工质吸收热量,液体工质由于在制造过程中以抽出部分气体使其内部压力可在特定的温度下将特定的液体工质气化,由此在液体工质汽化的同时将热量带入重力热管放热段,由于受到轴流风机作用,流入上风路壳体中的冷空气将重力热管放热段的工质蒸汽的热量吸收并经由上风路壳体的出风口带入大气,同时上端工质蒸汽冷凝为液体重新流入底部吸热段。由此在经历三个回路的换热过程热量最终被排入大气,其中保证送入上风路流道中的冷空气与进入下风路流道的热空气整个冷却过程中形成逆流结构,以此提升整个冷却装置的换热性能。
相比于现有技术,本发明取得的积极效果是:主要结合了当下两大风电装置空冷以及水冷的优点,集合空冷的制造简便性使用长久性,以及水冷的换热高效性从而发明的一种新型风电冷却装置。由于热管内部工质的密封性与水冷冷却装置相比其内部工质不容易受外部环境影响而造换热流道由于水垢或者其它外界因素的原因而阻塞,更适用于中大型风冷却装置。
附图说明
图1是本发明实施例中的用于风力发电机的重力热管式冷却装置的结构示意图。
图2是本发明实施例中的用于风力发电机的重力热管式冷却装置的上风路壳体与冲孔网板和轴流风机的连接结构示意图。
图3是本发明实施例中的用于风力发电机的重力热管组件的结构示意图。
图4是本发明实施例中的用于风力发电机的重力热管式冷却装置的冲孔网板的结构示意图。
图中标记为:上风路壳体1、重力热管组件2、重力热管21、下端通过接管22、散热翅片23、密封阀24、下风路壳体3、机壳4、风电轴5、扇叶6、轴流风机7、冲孔网板8。
具体实施方式
本发明不局限于下列具体实施方式,本领域一般技术人员根据本发明公开的内容,可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的,或者凡是采用本发明的设计结构和思路,做简单变化或更改的,都落入本发明的保护范围。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、2、3及图4所示,一种新型重力热管式冷却装置,包括上风路壳体1、重力热管组件2、下风路壳体3及机壳4,上风路壳体1与下风路壳体3相互密闭,下风路壳体3与机壳4,分别从左右两侧密闭连通,且其中右侧的连通处用作下风路壳体3的进风口,左侧的连通处用作下风路壳体3的出风口。风电轴5设置在机壳4的内部且根据实际风电系统情况布置安装,风电轴的外壁沿轴向设有扇叶6,且扇叶6为围绕风电轴的螺旋状,其中设置扇叶的风电轴利用风电电机工作时的动量,风电轴带动扇叶同步旋转,进而推动机壳内部与下风路壳体内部的气体循环。
下风路壳体3的进风口和下风路壳体3的出风口之间设有重力热管组件2,重力热管组件2包括间隔设置的重力热管21,重力热管21的下部位于下风路壳体3内且用作吸热段,重力热管21的上部经由下风路壳体3的顶部伸入上风路壳体1内且用作放热段。重力热管组件2包括若干所述重力热管21和用于将重力热管21从底部连通的下端通过接管22。重力热管21位于上风路壳体1内的部分和位于下风路壳体3内的部分分别设有散热翅片23。下端通过接管22的一端用于连接工质供给管线,且该端设有密封阀24用于充卸压力及添置工质。且整个热管的排列方式从下风路流道进口端开始,在结构允许范围内每排的管子数逐排递增,当管排递增数达到结构饱和,之后的管排中的管子数量不变,并使用三角形排列方式。具体的,位于重力热管组件2右部的重力热管21呈三角形排布,位于重力热管组件2右部的重力热管21呈矩形排布,且该三角形的其中一个顶点朝向下风路壳体3的进风口,与该顶点相对的边为该矩形的其中一条边。具体的,下风路壳体3的顶壁用作上风路壳体1的底壁,且下风路壳体3的顶部开设有与重力热管21相配合的通孔,以供重力热管散热段穿过通孔,进入上风路壳体1。此种特殊的排列方式可以适当缓解在气体在与重力热管组件2进行换热的过程中,气体在前段区域温度上升过快,导致在后段区域的换热能力下降的问题。在装配完成后使用胶粘剂覆盖通孔处起到密封作用,以及防止由于密封性原因,粉尘进入机壳内部,以及起到绝热作用放置热量回流影响发电性能,胶粘剂同时能起到较强的绝热效果以满足在整个冷却装置工作的情况下,降低热量的回流。
散热纹型翅片23进一步选用螺纹型,重力热管21外部覆盖螺纹型翅片23,且分别在散热段和吸热段两部分环绕,以此来增大换热面积,强化其换热性能,下端通过接管22相互连接,内部形成上端为气体下端为液体的工作循环,保证重力热管组件2相互连接以达到下端工质为液体状态时可以自由从换热量相对较低的热管21中流入换热量相对较高的热管21中以达到使整个换热过程受热更加平均稳定的目的。重力热管组件2底部连接密封阀4用于充卸压力及添置工质时的出入接口,其内部适当向外抽出或增加压力,以满足不同的液体工质的沸点在特定情况下所需的沸点的改变。
如图2所示,上风路壳体1的左端开设有进风口,上风路壳体1的右端开设有出风口,且出风口处设有轴流风机7。上风路壳体1结构为三端面构成(前、后、上端面)且一出口端面(左右端面之一)与轴流风机7连接结构上形成为半包式,可使用如板筋折弯一次成型或者使用多块板件拼装组成等方式,上风路壳体1的进风口设有冲孔网板8,本实施例冲孔网板8可拆卸安装(如通过相互配合的螺纹连接,也可以通过螺钉连接),冲孔网板8起到防尘效果,避免上风路流道(即上风路壳体1内部)受到污染以及重力热管组件2上端换热面受污染而降低其换热效率。轴流风机7可将外部空气压缩进入上风路壳体1内,且可通过调整轴流风机7的输出功率来改变整个制冷装置的传热效果。
当然,本发明所述的重力热管组件2其制作材料只要满足:耐压性良好好、传热性良好等特点即可并不局限于某种特定材料。如,金属材料、陶瓷及其他合成材料等。其内部工质只要满足:纯净度高、传热性能良好等特点即可并不局限于某种特定工质。如,蒸馏水,氟利昂,或其他具有液体特性的金属如镓等。且在重力热管组件2中适当向外抽出或增加压力过程使用先将重力热管组件2倒置,从底部抽压孔抽取。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,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,根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于风力发电机的重力热管式冷却装置,其特征在于:包括自上而下依次连接设置的上风路壳体(1)、下风路壳体(3)及机壳(4),所述上风路壳体(1)与下风路壳体(3)相互密闭;所述下风路壳体(3)与机壳(4)分别从左右两侧密闭连通,且其中右侧的连通处用作下风路壳体(3)的进风口,左侧的连通处用作下风路壳体(3)的出风口;所述上风路壳体(1)的左端开设有进风口,上风路壳体(1)的右端开设有出风口,且出风口处设有轴流风机(7);所述下风路壳体(3)的进风口和下风路壳体(3)的出风口之间设有重力热管组件(2),所述重力热管组件(2)包括间隔设置的重力热管(21),重力热管(21)的下部位于下风路壳体(3)内且用作吸热段,重力热管(21)的上部经由下风路壳体(3)的顶部伸入上风路壳体(1)内且用作放热段;所述机壳(4)的内部设有左右方向的风电轴(5),所述风电轴的外壁设有扇叶(6),所述风电轴带动扇叶围绕轴线旋转时,会在机壳(4)内产生自左向右的气流。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机的重力热管式冷却装置,其特征在于:所述上风路壳体(1)的进风口设有冲孔网板(8)。
3.根据权利要求1所述的用于风力发电机的重力热管式冷却装置,其特征在于:所述重力热管组件(2)包括若干所述重力热管(21)和用于将重力热管(21)从底部连通的下端通过接管(22);所述重力热管(21)位于上风路壳体(1)内的部分和位于下风路壳体(3)内的部分分别设有散热翅片(23);所述下端通过接管(22)的一端用于连接工质供给管线,且该端设有密封阀(24)用于充卸压力及添置工质。
4.根据权利要求3所述的用于风力发电机的重力热管式冷却装置,其特征在于:位于重力热管组件(2)右部的重力热管(21)呈三角形排布,位于重力热管组件(2)右部的重力热管(21)呈矩形排布,且该三角形的其中一个顶点朝向下风路壳体(3)的进风口,与该顶点相对的边为该矩形的其中一条边。
5.根据权利要求1所述的用于风力发电机的重力热管式冷却装置,其特征在于:所述下风路壳体(3)的顶部开设有与重力热管相应的通孔,所述重力热管(21)的放热段经由通孔伸入上风路壳体(1)内,且通孔内壁与重力热管(21)之间的缝隙通过胶粘剂覆盖并密封。
6.根据权利要求1所述的用于风力发电机的重力热管式冷却装置,其特征在于:所述扇叶(6)为螺旋形且沿风电轴的轴向设置。
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