CN111431350B - 应用于风力发电机的蒸发冷却设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于风力发电机的蒸发冷却设备，旨在提供一种能够在不影响冷却效果的情况，有效的解决目前风力发电机的冷却设备容易发生故障，而影响风力发电机的正常工作的问题的蒸发冷却设备。它包括：散热器，散热器安装于风力发电机的机舱外壳的外侧，散热器包括散热器壳体、位于散热器壳体顶部的储气室、位于散热器壳体底部的集液室及若干连接储气室与集液室的散热通道；冷板，用于冷却发热器件，冷板包括设置在冷板内的冷却腔及位于冷板顶部的蒸汽腔，蒸汽腔与冷却腔相连通，冷却腔内填充冷媒；散热器所在高度高于冷板所在高度，储气室与蒸汽腔通过蒸汽管道相连接，集液室与储液腔通过液体回流管道相连接。

Description

应用于风力发电机的蒸发冷却设备

技术领域

本发明涉及一种冷却设备，具体涉及一种应用于风力发电机的蒸发冷却设备。

背景技术

风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般包括：塔架、风轮、发电机、齿轮箱、冷却设备、控制器等，其中发电机、控制器、齿轮箱等设置在机舱内。在风力发电机运行的 过程中，风力发电机的发热器件（例如发电机）会产生大量的热量，因而需要冷却设备进行冷却，以保证发热器件的正常工作。目前的风力发电机一般采用风冷或液冷的方式进行冷却，其中，风冷方式需要风机等，液冷方式需要风机和泵等，风机和泵在长期使用过程中容易发生故障，而风力发电机的冷却设备安装在塔架顶部，冷却设备故障不仅维修更换困难，而且不易被及时发现，容易影响风力发电机的正常工作。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种能够在不影响冷却效果的情况，有效的解决目前风力发电机的冷却设备容易发生故障，而影响风力发电机的正常工作的问题的应用于风力发电机的蒸发冷却设备。

本发明的技术方案是：

一种应用于风力发电机的蒸发冷却设备，包括：散热器，散热器安装于风力发电机的机舱外壳的外侧，散热器包括散热器壳体、位于散热器壳体顶部的储气室、位于散热器壳体底部的集液室及若干连接储气室与集液室的散热通道；冷板，冷板固定在风力发电机的发热器件，用于冷却发热器件，冷板包括设置在冷板内的冷却腔及位于冷板顶部的蒸汽腔，所述蒸汽腔与冷却腔相连通，所述冷却腔内填充冷媒；所述散热器所在高度高于冷板所在高度，所述储气室与蒸汽腔通过蒸汽管道相连接，所述集液室与储液腔通过液体回流管道相连接。

在发热器件工作过程中，冷板内的冷媒吸收发热器件产生的热量，使冷板内的部分冷媒由液态变成气态，气态冷媒通过蒸汽管道往上进入到储气室内，然后通过散热器散热，使气态冷媒在散热通道内冷凝成液态冷媒，并聚集在集液室内，集液室内液态冷媒在重力作用下通过液体回流管道流回到冷却腔内。由于散热器处在机舱外壳的外侧，其充分利用风力发电机处于风力资源的环境，且风力发电机的机舱处于高空这一低温环境中的特点，通过大风力和高空低温环境来与散热器内的气态冷媒进行热交换，使气态冷媒能够迅速的在散热通道内冷凝成液态冷媒，从而流回到冷板的冷却腔，以保证冷媒在蒸发冷却设备内的循环利用，从而保证冷却设备的持续冷却效果；更重要的是，如此，一来本方案的蒸发冷却设备中省去了管道中泵以及用于散热的风扇，从而有效解决风机和泵在长期使用过程中容易发生故障，而风力发电机的冷却设备安装在塔架顶部，冷却设备故障不仅维修更换困难，而且不易被及时发现，容易影响风力发电机的正常工作的问题。

作为优选，冷媒的沸点小于等于发热器件设定的上限温度。如此，在发热器件的温度接近或达到上限温度时，冷媒将迅速蒸发吸热，从而迅速将发热器件的温度，以避免发热器件处于上限温度下工作，从而保证发热器件的正常工作。

作为优选，散热器安装于机舱外壳的外顶部。如此，可以保证散热器所在高度高于冷板所在高度。

作为优选，冷却腔包括位于冷板底部的储液腔及若干连接储液腔与蒸汽腔的冷却通道。

作为优选，还包括自适应导流集风装置，所述自适应导流集风装置安装于机舱外壳的外侧，且自适应导流集风装置位于风力发电机的风轮与散热器之间，所述自适应导流集风装置包括：支架，支架安装在机舱外壳上；两根竖直轴杆，两根竖直轴杆固定在支架上；两块竖向导风板，竖向导风板一一对应的转动设置在竖直轴杆上，两块竖向导风板之间的空间形成自适应集风通道，自适应集风通道的一端开口朝向风力发电机的风轮，自适应集风通道的另一端开口朝向散热器；两块内限位块，两块内限位块固定在支架上，两块内限位块位于两块竖向导风板之间，内限位块与竖向导风板一一对应，内限位块用于限制对应的竖向导风板的转动角度；两块外限位块，两块外限位块固定在支架上，两块竖向导风板位于两块外限位块之间，外限位块与竖向导风板一一对应，外限位块用于限制对应的竖向导风板的转动角度；两个弹性件，弹性件与竖向导风板一一对应，弹性件用于提供弹性力以带动对应竖向导风板往对应的内限位块方向转动；当两块竖向导风板抵在对应的内限位块上时，所述自适应集风通道的宽度由风轮往散热器方向逐渐减小，且两块竖向导风板之间的夹角大于20度；当两块竖向导风板抵在对应的外限位块上时，所述自适应集风通道的宽度由风轮往散热器方向逐渐减小，且两块竖向导风板之间的夹角小于5度。

虽然散热器处于风力资源丰富的区域，但仍有一些时候风力较小，风力小时不利于散热器的散热冷却，可能会影响蒸发冷却设备的正常工作；为了解决这一问，发明人最初采用直接在散热器前方加装聚风罩，来提高散热器处的风力，如此一来，虽然能够解决风力小的时候的散热器的散热冷却问题；但在风力大的时候，再通过装聚风罩进一步加强风力，容易引起散热器的晃动，影响散热器的结构稳定。为了能够在风力小的时候通过聚风，来提高散热器处的风力，从而提高散热器的散热冷却效果，以保证影响蒸发冷却的正常工作；同时，还可以在风力大的时候解除聚风效果，以避免风力过大而影响散热器的结构稳定；本方案设置了自适应导流集风装置，其在风力小的时候，通过弹性件带动对应竖向导风板往对应的内限位块方向转动，并使两块竖向导风板抵在对应的内限位块上，此时，自适应集风通道的宽度由风轮往散热器方向逐渐减小，且两块竖向导风板之间的夹角大于20度，如此，可以起到良好的聚风效果，提高散热器处的风力，从而提高散热器的散热冷却效果，以保证影响蒸发冷却的正常工作；当风力逐渐增大，作用在竖向导风板上的作用力超过弹性件提供的弹性力时，竖向导风板将绕竖直轴杆转动，减小两块竖向导风板之间的夹角，直至两块竖向导风板抵在对应的外限位块上，此时两块竖向导风板之间的夹角小于5度，相当于解除了自适应导流集风装置的聚风效果，以避免风力过大而影响散热器的结构稳定。

作为优选，两块竖向导风板对称分布。

作为优选，弹性件为扭簧。

作为优选，散热通道的外壁设有若干散热翅片。气态冷媒在散热通道内冷凝成液态冷媒的过程中产生的热量通过散热通道传导至外壁的散热翅片进行空气对流散热，以提高散热效率。

作为优选，冷板的材料的导热系数大于等于150W/mk。如此，可以利用冷板的高导热率，把冷板表面的热迅速传导致冷却腔内壁，与冷媒进行换热。

本发明的有益效果是：能够在不影响冷却效果的情况，有效的解决目前风力发电机的冷却设备容易发生故障，而影响风力发电机的正常工作的问题。

附图说明

图1是本发明的具体实施例一的应用于风力发电机的蒸发冷却设备的一种结构示意图。

图2是本发明的具体实施例一的冷板的一种结构示意图。

图3是本发明的具体实施例二的应用于风力发电机的蒸发冷却设备的一种结构示意图。

图4是本发明的具体实施例四的应用于风力发电机的蒸发冷却设备的一种局部结构示意图。

图5是本发明的具体实施例四中的块竖向导风板抵在对应的内限位块上时的一种俯视图。

图6是本发明的具体实施例四中的块竖向导风板抵在对应的外限位块上时的一种俯视图。

图中：

散热器1，隔板1.0，储气室1.1，集液室1.2，散热通道1.3；

机舱外壳2；

冷板3，蒸汽腔3.1，储液腔3.2，冷却通道3.3；

蒸汽管道4；

液体回流管道5；

自适应导流集风装置6，支架6.1，竖直轴杆6.2，竖向导风板6.3，自适应集风通道6.4，内限位块6.5，外限位块6.6。

具体实施方式

为使本发明技术方案实施例目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚地解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，而不是全部实施例。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本方案，而不能解释为对本发明方案的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定，“若干”的含义是表示一个或者多个。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体实施例一：如图1所示，一种应用于风力发电机的蒸发冷却设备，包括散热器1和冷板3。散热器安装于风力发电机的机舱外壳2的外侧，散热器包括散热器壳体、位于散热器壳体顶部的储气室1.1、位于散热器壳体底部的集液室1.2及若干连接储气室与集液室的散热通道1.3。冷板固定在风力发电机的发热器件，用于冷却发热器件。冷板3包括设置在冷板内的冷却腔及位于冷板顶部的蒸汽腔3.1。蒸汽腔与冷却腔相连通。冷却腔内填充冷媒。散热器所在高度高于冷板所在高度。储气室与蒸汽腔通过蒸汽管道4相连接。集液室与储液腔通过液体回流管道5相连接。本实施例中的冷板为一块。

在发热器件工作过程中，冷板内的冷媒吸收发热器件产生的热量，使冷板内的部分冷媒由液态变成气态，气态冷媒通过蒸汽管道往上进入到储气室内，然后通过散热器散热，使气态冷媒在散热通道内冷凝成液态冷媒，并聚集在集液室内，集液室内液态冷媒在重力作用下通过液体回流管道流回到冷却腔内。由于散热器处在机舱外壳的外侧，其充分利用风力发电机处于风力资源的环境，且风力发电机的机舱处于高空这一低温环境中的特点，通过大风力和高空低温环境来与散热器内的气态冷媒进行热交换，使气态冷媒能够迅速的在散热通道内冷凝成液态冷媒，从而流回到冷板的冷却腔，以保证冷媒在蒸发冷却设备内的循环利用，从而保证冷却设备的持续冷却效果；更重要的是，如此，一来本方案的蒸发冷却设备中省去了管道中泵以及用于散热的风扇，从而有效解决风机和泵在长期使用过程中容易发生故障，而风力发电机的冷却设备安装在塔架顶部，冷却设备故障不仅维修更换困难，而且不易被及时发现，容易影响风力发电机的正常工作的问题。

本实施例中，发热器件为发电机或风力发电机的IGBT模块。

进一步的，如图2所示，冷却腔包括位于冷板底部的储液腔3.2及若干连接储液腔与蒸汽腔的冷却通道3.3。

进一步的，冷媒的沸点小于等于发热器件设定的上限温度。如此，在发热器件的温度接近或达到上限温度时，冷媒将迅速蒸发吸热，从而迅速将发热器件的温度，以避免发热器件处于上限温度下工作，从而保证发热器件的正常工作。例如，发热器件为力发电机的IGBT模块时，IGBT模块的上限温度一般为85度，此时，冷媒可以选取为酒精，当然可以选取其他沸点小于85度的冷媒。

进一步的，散热器安装于机舱外壳的外顶部。如此，可以保证散热器所在高度高于冷板所在高度。

进一步的，散热通道的外壁设有若干散热翅片。如此，气态冷媒在散热通道内冷凝成液态冷媒的过程中产生的热量通过散热通道传导至外壁的散热翅片进行空气对流散热，以提高散热效率。

进一步的，冷板的材料的导热系数大于等于150W/mk，例如，冷板的材料为纯铝或铝合金或纯铜。如此，可以利用冷板的高导热率，把冷板表面的热迅速传导致冷却腔内壁，与冷媒进行换热。

具体实施例二：本实施例的具体结构参照具体实施例一，其不同之处在于：

如图3所示，本实施例中的冷板3为多块，例如，冷板为2块或3块或4块或更多块，冷板的数量根据具体的散热器件来决定。图中所示的冷板为3块。

本实施例中，散热器壳体内设有若干隔板1.0，隔板将散热器壳体的内腔分隔成若干个并排分布的散热腔体。散热腔体与冷板一一对应。每个散热腔体包括位于散热器壳体顶部的储气室、位于散热器壳体底部的集液室及若干连接储气室与集液室的散热通道。每块冷却腔内填充冷媒。冷板的蒸汽腔与对应的散热腔体的储气室通过蒸汽管道相连接。冷板的储液腔与对应的集液室通过液体回流管道相连接。

具体实施例三：本实施例的具体结构参照具体实施例一，其不同之处在于：

本实施例中的蒸汽管道上设有泵。如此，可以通过泵来强制冷媒（包括气态和液态的冷媒）在蒸发冷却设备内循环流动，以提高蒸发冷却设备的冷却效果；另一方面，本方案虽然增加了泵，但与现有技术相比，其仍旧省去了风机，因而其仍旧可以减小冷却设备容易发生故障的可能。

具体实施例四：本实施例的具体结构参照具体实施例一或具体实施例二，其不同之处在于：

如图4、图5、图6所示，一种应用于风力发电机的蒸发冷却设备，还包括自适应导流集风装置6。自适应导流集风装置安装于机舱外壳的外侧，且自适应导流集风装置位于风力发电机的风轮与散热器之间。

自适应导流集风装置包括支架6.1、两根竖直轴杆6.2、两块竖向导风板6.3、两块内限位块6.5、两块外限位块6.6与两个弹性件。支架安装在机舱外壳上。两根竖直轴杆固定在支架上。竖向导风板竖直分布。竖向导风板与竖直轴杆一一对应。竖向导风板一一对应的转动设置在竖直轴杆上。本实施例中，竖向导风板的前侧边通过轴套转动设置在对应的竖直轴杆上。两块竖向导风板之间的空间形成自适应集风通道6.4，自适应集风通道的一端开口朝向风力发电机的风轮，自适应集风通道的另一端开口朝向散热器，具体说是，自适应集风通道的前端开口朝向风力发电机的风轮，自适应集风通道的后端开口朝向散热器。本实施例中，两块竖向导风板对称分布。两块内限位块固定在支架上，两块内限位块位于两块竖向导风板之间。内限位块与竖向导风板一一对应，内限位块用于限制对应的竖向导风板的转动角度。两块外限位块固定在支架上，两块竖向导风板位于两块外限位块之间。外限位块与竖向导风板一一对应，外限位块用于限制对应的竖向导风板的转动角度。弹性件与竖向导风板一一对应，弹性件用于提供弹性力以带动对应竖向导风板往对应的内限位块方向转动，本实施例中，弹性件为扭簧，扭簧套设在对应的竖直轴杆，扭簧的一端抵在支架上，扭簧的另一端抵在对应的竖向导风板上。

如图5所示，当两块竖向导风板抵在对应的内限位块上时，自适应集风通道的宽度由风轮往散热器方向逐渐减小，且两块竖向导风板之间的夹角为20度或30度或40度或45度。

如图6所示，当两块竖向导风板抵在对应的外限位块上时，自适应集风通道的宽度由风轮往散热器方向逐渐减小，且两块竖向导风板之间的夹角为5度或4度或3度或2度。

虽然散热器处于风力资源丰富的区域，但仍有一些时候风力较小，风力小时不利于散热器的散热冷却，可能会影响蒸发冷却设备的正常工作；为了解决这一问，发明人最初采用直接在散热器前方加装聚风罩，来提高散热器处的风力，如此一来，虽然能够解决风力小的时候的散热器的散热冷却问题；但在风力大的时候，再通过装聚风罩进一步加强风力，容易引起散热器的晃动，影响散热器的结构稳定。为了能够在风力小的时候通过聚风，来提高散热器处的风力，从而提高散热器的散热冷却效果，以保证影响蒸发冷却的正常工作；同时，还可以在风力大的时候解除聚风效果，以避免风力过大而影响散热器的结构稳定；本方案设置了自适应导流集风装置，其在风力小的时候，通过弹性件带动对应竖向导风板往对应的内限位块方向转动，并使两块竖向导风板抵在对应的内限位块上，此时，自适应集风通道的宽度由风轮往散热器方向逐渐减小，且两块竖向导风板之间的夹角大于20度，如此，可以起到良好的聚风效果，提高散热器处的风力，从而提高散热器的散热冷却效果，以保证影响蒸发冷却的正常工作；当风力逐渐增大，作用在竖向导风板上的作用力超过弹性件提供的弹性力时，竖向导风板将绕竖直轴杆转动，减小两块竖向导风板之间的夹角，直至两块竖向导风板抵在对应的外限位块上，此时两块竖向导风板之间的夹角小于5度，相当于解除了自适应导流集风装置的聚风效果，以避免风力过大而影响散热器的结构稳定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种应用于风力发电机的蒸发冷却设备，其特征是，包括：

散热器，散热器安装于风力发电机的机舱外壳的外侧，散热器包括散热器壳体、位于散热器壳体顶部的储气室、位于散热器壳体底部的集液室及若干连接储气室与集液室的散热通道；

冷板，冷板固定在风力发电机的发热器件，用于冷却发热器件，冷板包括设置在冷板内的冷却腔及位于冷板顶部的蒸汽腔，所述蒸汽腔与冷却腔相连通，所述冷却腔内填充冷媒；所述散热器所在高度高于冷板所在高度，所述储气室与蒸汽腔通过蒸汽管道相连接，所述集液室与储液腔通过液体回流管道相连接；

自适应导流集风装置，所述自适应导流集风装置安装于机舱外壳的外侧，且自适应导流集风装置位于风力发电机的风轮与散热器之间，所述自适应导流集风装置包括：

支架，支架安装在机舱外壳上；

两根竖直轴杆，两根竖直轴杆固定在支架上；

两块竖向导风板，竖向导风板一一对应的转动设置在竖直轴杆上，两块竖向导风板之间的空间形成自适应集风通道，自适应集风通道的一端开口朝向风力发电机的风轮，自适应集风通道的另一端开口朝向散热器；

两块内限位块，两块内限位块固定在支架上，两块内限位块位于两块竖向导风板之间，内限位块与竖向导风板一一对应，内限位块用于限制对应的竖向导风板的转动角度；

两块外限位块，两块外限位块固定在支架上，两块竖向导风板位于两块外限位块之间，外限位块与竖向导风板一一对应，外限位块用于限制对应的竖向导风板的转动角度；

两个弹性件，弹性件与竖向导风板一一对应，弹性件用于提供弹性力以带动对应竖向导风板往对应的内限位块方向转动；两块竖向导风板对称分布；

当两块竖向导风板抵在对应的内限位块上时，所述自适应集风通道的宽度由风轮往散热器方向逐渐减小，且两块竖向导风板之间的夹角大于20度；

当两块竖向导风板抵在对应的外限位块上时，所述自适应集风通道的宽度由风轮往散热器方向逐渐减小，且两块竖向导风板之间的夹角小于5度。

2.根据权利要求1所述的应用于风力发电机的蒸发冷却设备，其特征是，在发热器件工作过程中，冷板内的冷媒吸收发热器件产生的热量，使冷板内的部分冷媒由液态变成气态，气态冷媒通过蒸汽管道往上进入到储气室内，然后通过散热器散热，使气态冷媒在散热通道内冷凝成液态冷媒，并聚集在集液室内，集液室内液态冷媒在重力作用下通过液体回流管道流回到冷却腔内。

3.根据权利要求1所述的应用于风力发电机的蒸发冷却设备，其特征是，所述冷媒的沸点小于等于发热器件设定的上限温度。

4.根据权利要求1或2或3所述的应用于风力发电机的蒸发冷却设备，其特征是，所述散热器安装于机舱外壳的外顶部。

5.根据权利要求1或2或3所述的应用于风力发电机的蒸发冷却设备，其特征是，所述冷却腔包括位于冷板底部的储液腔及若干连接储液腔与蒸汽腔的冷却通道。

6.根据权利要求1所述的应用于风力发电机的蒸发冷却设备，其特征是，所述弹性件为扭簧。

7.根据权利要求1或2或3所述的应用于风力发电机的蒸发冷却设备，其特征是，所述散热通道的外壁设有若干散热翅片。

8.根据权利要求1或2或3所述的应用于风力发电机的蒸发冷却设备，其特征是，所述冷板的材料的导热系数大于等于150W/mk。

Images