CN202254978U

CN202254978U - 多边形逆流空气换热器

Info

Publication number: CN202254978U
Application number: CN2011203108931U
Authority: CN
Inventors: 王海岩; 李智敏
Original assignee: Beijing Qihong Technology Research & Development Center Co Ltd
Current assignee: Beijing Qihong Technology Research & Development Center Co Ltd
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-08-25

Abstract

本实用新型是有关于一种多边形逆流空气换热器，包括外壳和散热芯，其中：外壳上设有热流体入口、热流体出口、冷流体入口、冷流体出口；散热芯安装在外壳内部，由多个间隔固定的八边形散热板片形成交替设置的冷空气流道和热空气流道，冷空气流道在与热流体出、入口对应处密封，热空气流道在与冷流体出、入口对应处密封。本实用新型多边形逆流空气换热器，结构简单，加工便易，快速高效，可实现有限机舱内、有限风机压降下高功率风电机组的有效散热，从而克服现有的换热器的不足。

Description

多边形逆流空气换热器

技术领域

本实用新型涉及一种应用于高功率风力发电机组的散热装置，特别是涉及一种多边形逆流空气换热器。

背景技术

1981年全世界风力发电装机容量不超过1.5万kW，1990年增到196万kW，1998年已达到956万kW。现今，在煤炭资源日趋紧张的背景下，各国大力发展风电技术，形成了全球范围内的风电热。

根据不完全统计，到2009年底，中国风电机组累计装机容量已达到2600万kW，有九个省份的累计风电装机容量超过100万kW，依次分别为内蒙古、河北、辽宁、黑龙江、吉林、江苏、山东、新疆和甘肃。中国新增装机容量位居全球第一。

在风力发电机组的运行过程中，齿轮箱、发电机、控制变频器、刹车机构、调向装置及变桨距系统等部件都会产生热量，其热量大小取决于发电功率、设备类型及生产工艺。为了确保发电机组正常有效运行，必须设置与风力发电机组容量相匹配的冷却系统，及时将产生的热量带走。早期的风力发电机由于功率较小，其发热量也不大，通过自然通风和小型强制风冷系统即能满足散热要求。随着风电机组单机容量从kW级向MW级发展，其散热量也急剧增加，伴随而来的就是较大的换热温差，传统的错流板片换热器不能满足要求，且由于风电机舱的尺寸较小，风机压降范围限制苛刻，且机舱内各散热组件对温度变化较敏感，因此对其散热系统的设计提出了严峻的挑战。风力发电机组的散热方式主要集中在强制风冷换热领域，而开发出结构尺寸适合、压降范围适中且满足高温差、高热量散热要求且温度均匀性控制较好的空冷换热器，是解决当今高功率风冷机组散热问题的关键。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种多边形逆流空气换热器，使其结构简单，加工便易，快速高效，可实现有限机舱内、有限风机压降下高功率风电机组的有效散热，从而克服现有的换热器的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型一种多边形逆流空气换热器，包括外壳和散热芯，其中：外壳上设有热流体入口、热流体出口、冷流体入口、冷流体出口；散热芯安装在外壳内部，由多个间隔固定的八边形散热板片形成交替设置的冷空气流道和热空气流道，冷空气流道在与热流体出、入口对应处密封，热空气流道在与冷流体出、入口对应处密封。

作为本实用新型的一种改进，所述的外壳上设有一个热流体入口、两个热流体出口、一个冷流体入口、两个冷流体出口，且各出、入口分别与散热板片的一边对应并等宽。

所述的热流体入口设置在外壳下表面，两个热流体出口分别设置在外壳的左上斜侧面和右上斜侧面，冷流体入口设置在外壳的上表面，两个冷流体出口分别设置在外壳的左下斜侧面和右下斜侧面。

所述的散热板片是在正方形板片四角处切去等腰直角三角形而形成的八边形散热板片。

所述的散热板片等间距设置。

所述的散热板片是在边长为1m的正方形板片四角处切去直角边长为500mm的等腰直角三角形形成。

所述的散热板片厚度为0.3mm。

所述的散热板片的间距为4mm。

所述的散热芯包括231块散热板片。

所述的散热板片为铝箔材质，并在散热板片上设有凸包。

采用这样的结构后，本实用新型具有下列优点与效果：

1、由于冷、热流体进、出口在空冷换热器表面的特殊布置以及换热板片的多边形设计，使得冷热流体的换热方向近似逆流，能满足高热流下高温差的换热要求，获得较好的换热效果；

2、近似逆流的换热通道使得冷、热流体的进出口压降较小，能满足风电机组风机压降的限制要求；

3、因设计一入口二出口的流动方式，使得换热较充分，换热效率提高，且冷却后的热流体分别由两个通道进入热空间，提高了机舱热均匀性，有效减少了空间热点的出现；

4、虽然空冷换热器外壳体为多边形，但因对称布置，且冷、热流体风机分别安装在壳体上、下表面，安装较规则，故能满足风冷机组机舱内的安装要求。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型多边形逆流空气换热器的结构示意图。

图2是本实用新型多边形逆流空气换热器的散热芯结构示意图。

图3是本实用新型多边形逆流空气换热器的外壳结构示意图。

图4是本实用新型多边形逆流空气换热器的应用系统示意图。

具体实施方式

请参阅图1-3所示，本实用新型多边形逆流空气换热器，主要由外壳2和散热芯1组成。

其中，外壳2上设有热流体入口、热流体出口、冷流体入口和冷流体出口。较佳的，为组成逆流通道并保证压降变化满足要求，在多边形外壳2上表面设置一个冷流体入口22，左下斜侧面与右下斜侧面各设置一个冷流体出口24、26，在外壳2下表面设置一个热流体入口25，左上斜侧面和右上斜侧面个各设置一个热流体出口21、23。

散热芯1安装在外壳2的内部，由多个等间距间隔固定的散热板片，形成交替设置的冷空气流道和热空气流道。外壳2的各冷、热流体出、入口分别与散热板片的一边对应并等宽。冷空气流道在与热流体出、入口对应处密封，热空气流道在与冷流体出、入口对应处密封。

本实用新型的散热板片型式设计为八边形，相当于在正方形板片基础上在直角处切去四个等腰直角三角形形成。当切去的三角形足够大时，将形成六边形板片。根据换热量要求、风机型号及风阻压降的要求不同，可对切去的直角三角形大小进行调整，确定最优值。当换热量较大时，可缩小剪切掉的直角三角形，以增大换热面积，同时结合模拟方法，对换热效果进行分析，确定最终的边长，相应的，相匹配的风机截面尺寸及风阻也将改变；相反，当换热量较小时，可适当增大剪切掉的直角三角形，节约空间的同时仍能达到优良的换热效果和较小的风力压降。当冷、热流体风机风量及风阻存在差别时，相对应的直角边长也可分别进行调整，以满足换热的要求。

本实用新型多边形流道逆流空气换热器，是在多边形外壳内等间距布置多边形散热板片，冷、热流体的风机均设置在入口处，换热器的基本换热循环为：热流体由风电机组运行室经热流风机作用流入换热器热流入口，冷流体经冷流风机作用由机舱外进入换热器冷流入口，由于冷热通道交叉布置，与散热板片组成近似逆流的板式换热通通冷、热流体在大温差下进行近似逆流换热，而后分别由出口流出。其中，冷却后的热流体通过风机作用进入风电机组运行室，形成热流内循环，冷流体通过风机作用排出机舱外形成冷流外循环。

下面以本实用新型多边形流道逆流空气换热器，在2.0MW风力发电机定子冷却系统中的应用为例来进一步说明。

2.0MW风力发电机定子冷却系统换热器的性能要求为：外循环进风温度(环境温度)最高45℃；内循环进风温度75℃，出口温度(工作温度)不得高于55℃；总换热量80kW；外循环通风量15000m³/h，通风阻力≤900Pa；内循环通风量11300m³/h，通风阻力≤520Pa。

请配合参阅图1和图3所示，换热器设计参数为：散热板片是在边长为1m的正方形板片基础上在四角处切去边长为500mm的等腰直角三角形形成，厚度0.3mm，间距4mm，板片总数N＝231，材质为铝箔，并在散热板片上设有凸包以进一步增强散热效果；热空气流道N_h＝117，冷空气流道N_c＝117。

请配合参阅图4所示，换热器的外循环风路直接与外界空气环境相连接，内循环风路通过风道与发电机定子工作舱相连接。热空气由散热机舱31流出，通过热流体入口管道33流入换热器32的散热芯，冷空气由冷流体入口36进入，进入换热器后与热空气进行热交换，而后，加热后的冷空气经冷流体出口37、38流回外部环境，冷却后的热空气经热流体出口管道34、35流回散热机舱31，依次循环往复，实现对发电机定子工作环境温度的控制。

模拟分析结果及性能测试结果显示，采用多边形流道逆流空气换热器作为2.0MW风力发电机定子冷却系统的换热器，热流体出口温度均低于55℃，且内外循环通风阻力分别为430Pa和765Pa，均能很好地满足设计要求。

本实用新型多边形逆流空气换热器，能在满足风力发电机大热通量散热要求的同时，解决散热机舱内尺寸限制严格以及风机允许压降范围较小等问题，且能提高机舱内温度分布均匀性，其装配适用性和运行可靠性很高，适于推广应用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种多边形逆流空气换热器，其特征在于包括外壳和散热芯，其中：

外壳上设有热流体入口、热流体出口、冷流体入口、冷流体出口；

散热芯安装在外壳内部，由多个间隔固定的八边形散热板片形成交替设置的冷空气流道和热空气流道，冷空气流道在与热流体出、入口对应处密封，热空气流道在与冷流体出、入口对应处密封。

2.根据权利要求1所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的外壳上设有一个热流体入口、两个热流体出口、一个冷流体入口、两个冷流体出口，且各出、入口分别与散热板片的一边对应并等宽。

3.根据权利要求2所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的热流体入口设置在外壳下表面，两个热流体出口分别设置在外壳的左上斜侧面和右上斜侧面，冷流体入口设置在外壳的上表面，两个冷流体出口分别设置在外壳的左下斜侧面和右下斜侧面。

4.根据权利要求1所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的散热板片是在正方形板片四角处切去等腰直角三角形而形成的八边形散热板片。

5.根据权利要求1所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的散热板片等间距设置。

6.根据权利要求1所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的散热板片是在边长为1m的正方形板片四角处切去直角边长为500mm的等腰直角三角形形成。

7.根据权利要求1所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的散热板片厚度为0.3mm。

8.根据权利要求1所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的散热板片的间距为4mm。

9.根据权利要求1所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的散热芯包括231块散热板片。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的多边形逆流空气换热器，其特征在于所述的散热板片为铝箔材质，并在散热板片上设有凸包。