CN204830550U - 冷却系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种冷却系统及风力发电机组。该冷却系统包括：压缩机；制冷管路，第一端与压缩机的入口连接，第二端与压缩机的出口连接，其内具有由第二端流向第一端的制冷剂，沿制冷剂流动方向，在制冷管路上依次设置有冷凝器、节流结构和蒸发器；冷却系统还包括第一短接支路，连接制冷管路的第一端和第二端之间，与压缩机并联，其上设置控制是否短接压缩机的第一控制阀；第二短接支路，在冷凝器和蒸发器之间，与节流结构并联，其上安装控制是否短接节流结构的第二控制阀。该冷却系统既能够保证良好的冷却效果，避免不必要的能耗。

Description

冷却系统及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备辅助设备领域，尤其涉及冷却系统及风力发电机组。

背景技术

随着风力发电机组的单机装机容量的增大，各部件的散热量也不断增加，散热压力也不断增加。变流器是风力发电机组中重要的散热环节，为了确保风力发电机组长期高效稳定的运行，必须确保变流器散发的热量可以高效排出，使变流器得到有效冷却。现有技术中，通过装设与变流器容量相匹配的冷却系统将变流器产生的热量带走，实现对变流器的冷却。

目前，对变流器进行冷却的冷却系统主要分主动冷却式和被动冷却式两种。其中，主动式的冷却系统，即蒸气压缩式制冷系统，可以制取比环境温度更低的循环冷水，可以对变流器进行更好的冷却，具有很好的冷却效果，但是耗电功率较大。而且，主动式冷却系统制取的循环冷水的温度较低，有可能导致变流器内部结露，影响电气安全。

被动式冷却系统按冷却方式分主要有风冷和水冷两种。这两种方式都是依靠变流器和环境空气的温差来实现变流器的冷却。被动式冷却的冷却效果相对较差，当风力发电机组的发电功率较高或环境温度较高时，散热效率不能满足需要，使得变流器的运行温度比较高，这会影响变流器的安全和寿命，导致发生限制发电功率的情况。

综上所述，现有的被动式冷却系统冷却效果较差，主动式冷却系统能耗较大，均不能对变流器进行良好且节能的冷却。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种冷却系统及风力发电机组，以解决现有技术中的变流器冷却系统冷却效果不好的问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例提供一种冷却系统，包括：压缩机；制冷管路，制冷管路的第一端与压缩机的入口连接，第二端与压缩机的出口连接，制冷管路内具有由第二端流向第一端的制冷剂，沿制冷剂流动方向，在制冷管路上依次设置有冷凝器、节流结构和蒸发器；冷却系统还包括：第一短接支路，第一短接支路连接制冷管路的第一端和第二端，与压缩机并联，冷却系统还包括控制是否短接压缩机的第一控制阀，第一控制阀与第一短接支路连接；第二短接支路，第二短接支路与节流结构并联，且第二短接支路上设置有控制第二短接支路通断的第二控制阀。

进一步地，第一控制阀为三通阀，三通阀设置在第一短接支路、制冷管路和压缩机的连接处。

进一步地，第一控制阀为第一开关电磁阀，第一开关电磁阀设置在第一短接支路上。

进一步地，冷却系统还包括第三控制阀，第三控制阀设置在压缩机与制冷管路之间。

进一步地，冷却系统还包括冷却循环管路，冷却循环管路内具有冷却剂，冷却循环管路与蒸发器及被冷却物连接。

进一步地，冷却循环管路上设置有检测冷却剂温度的温度检测件，冷却系统还包括控制单元，控制单元根据温度检测件的检测温度控制第一控制阀的动作。

进一步地，冷却循环管路上设置有输送泵和用于加热冷却剂的加热结构。

进一步地，冷却系统还包括用于测量被冷却物湿度的湿度检测件，控制单元根据湿度检测件的检测湿度控制加热结构。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，包括变流器和对变流器进行冷却的冷却系统，冷却系统为上述的冷却系统。

本实用新型的实施例的冷却系统通过第一短接支路和第一控制阀控制是否短接压缩机，以根据不同的工况切换为不同的工作回路，能够保证冷却效果的同时避免不必要的能耗。

附图说明

图1为根据本实用新型的实施例的冷却系统与变流器连接的示意图；

图2为根据本实用新型的实施例的冷却系统的控制流程图。

附图标记说明：

1、变流器；2、制冷部；3、压缩机；4、第三控制阀；5、第一控制阀；6、冷凝器；7、冷凝器风扇；8、第二控制阀；9、节流结构；10、蒸发器；11、输送泵；12、加热结构；13、温度检测件；14、湿度检测件；15、第二短接支路；16、制冷管路；17、第一短接支路；18、冷却循环管路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例的冷却系统及风力发电机组进行详细描述。

如图1所示，根据本实用新型的实施例，冷却系统包括制冷部2和连接在制冷部2与被冷却物之间的冷却循环管路18。该冷却系统工作的基本原理为：冷却循环管路18内的冷却剂吸收被冷却物散发的热量，并将该热量散发至制冷部2，以调控被冷却物的温度。

需要说明的是，在其它实施例中，冷却系统可以不通过冷却循环管路18与被冷却物进行换热，而通过制冷部2直接与被冷却物进行换热。

具体地，制冷部2包括压缩机3、第三控制阀4、第一控制阀5、冷凝器6、冷凝器风扇7、第二控制阀8、节流结构9、蒸发器10、第二短接支路15、制冷管路16和第一短接支路17。

其中，制冷管路16的第一端与压缩机3的入口连接，第二端与压缩机3的出口连接，制冷管路16内具有由第二端流向第一端的制冷剂，沿制冷剂流动方向，在制冷管路16上依次设置有冷凝器6、节流结构9和蒸发器10。

第一短接支路17连接制冷管路16的第一端和第二端之间，与压缩机3并联，第一控制阀5设置在第一短接支路17上，以控制第一短接支路17的通断，进而控制是否短接压缩机3。

第二短接支路15连接在冷凝器6和蒸发器10之间，与节流结构9并联，第二控制阀8设置在第二短接支路15上，以控制第二短接支路15的通断，进而控制是否短接节流结构9。

本实施例的制冷部2的工作原理是：在压缩机3上并联第一短接支路17后，通过控制第一短接支路17和第二短接支路15的通断就可以使制冷部2以带压缩机3的主动式制冷模式工作或使制冷部2以不带压缩机3的被动式制冷模式工作，这样可以满足不同的散热需求，提高适用性且避免不必要的能耗。

当被冷却物的散热量较大，或被冷却物的温度与环境温度t2的温差较小需要高负载冷却时，制冷部2的第一短接支路17上的第一控制阀5关闭，第二短接支路15上的第二控制阀8关闭，压缩机3与制冷管路16组成一个完整的主动式冷却结构。制冷剂通过压缩机3压缩后排出，之后进入冷凝器6成为液态制冷剂，经节流结构9降压后进入蒸发器10蒸发成为气态制冷剂，在这一蒸发过程中制冷剂吸收热量，使冷却循环管路18内流经蒸发器10的冷却剂温度降低，从蒸发器10流出的制冷剂进入压缩机3形成完整的循环。由于制冷剂受压缩机3压缩进行制冷，所以在这种情况下制冷剂制冷量大，冷却循环管路18在被冷却物与蒸发器10之间换热时可以从被冷却物处携带走更大的热量，进而可以保证对被冷却物的冷却效果。

当被冷却物的散热量较小，或被冷却物的温度与环境温度t2的温差较大需要低负载冷却时，制冷部2的第一短接支路17上的第一控制阀5打开，第二短接支路15上的第二控制阀8开启，通过第一短接支路17将压缩机3短接，制冷剂通过冷凝器6，经第二控制阀8，进入蒸发器10，此时第一短接支路17和制冷管路16组成一个热管结构，利用热管原理实现在蒸发器10一侧制冷。在这种情况下，由于没有额外动力，制冷剂制冷量较小，但能耗降低，可以节省能源。

综上，该冷却系统采用可以根据不同冷却需求而切换为不同工作模式的制冷部2，在保证被冷却物的散热效果的情况下可以大量节省能源，而该制冷部2的结构简单，对现有结构的改动小，节能效果显著。

在本实施例中，制冷剂为四氟乙烷(R134a)，二氟甲烷(R32)等。

在本实施例中，第一控制阀5可以为第一开关电磁阀，第一开关电磁阀设置在第一短接支路17上，并控制第一短接支路17的通断。工作时，若需要制冷部2处于不带压缩机3的被动式制冷模式则使第一开关电磁阀处于连通状态(此时第一短接支路17的第一端和第二端连通)，反之则使第一开关电磁阀处于截断状态(此时第一短接支路17的第一端和第二端不连通)，控制简单方便且可靠。

优选地，为了保证控制的可靠性，冷却系统的第三控制阀4设置在压缩机3与制冷管路16之间。第三控制阀4用于配合第一控制阀5使用。第三控制阀4为第二开关电磁阀。当第一开关电磁阀处于连通状态时，第二开关电磁阀处于截断状态，以防止制冷剂流入压缩机3；当第一开关电磁阀处于截断状态时，第二开关电磁阀处于连通状态，使制冷剂可以正常进入压缩机3。

在其它实施例中，第一控制阀5和第三控制阀4可以合并为一个三通阀。该三通阀有两个工位，一个工位为三通阀的第一口与第二口连通，另一个工位为三通阀的第一口与第三口连通。该三通阀设置在第一短接支路17、制冷管路16和压缩机3的连接处，并控制制冷剂流入压缩机3或流入第一短接支路17。

例如：三通阀的第一口与制冷管路16的第一端连接，三通阀的第二口与压缩机3的入口连接，三通阀的第三口与第一短接支路17的第一端连接。工作时，根据需要控制三通阀的第一口与第二口或第三口连通，这样就能够控制制冷部2处于带压缩机3的主动式制冷模式或处于不带压缩机3的被动制冷模式。

当然，三通阀的第一口可以与制冷管路16的第二端连接，相应地，三通阀的第二口与压缩机3的出口连接，第三口与第一短接支路17的第二端连接。这样也能够控制制冷部2在两个工作模式间切换。

在本实施例中，冷凝器6上设置有冷凝器风扇7，以对冷凝器6进行散热，提高换热效率。在其它实施例中，冷凝器6可以是水冷式冷凝器或蒸发冷却式冷凝器等。

蒸发器10为冷水式蒸发器。

参见图1所示，冷却循环管路18连接蒸发器10和被冷却物，冷却剂在被冷却物与蒸发器10之间流动，以吸收被冷却物的热量，对被冷却物进行有效冷却。

在本实施例中，被冷却物为变流器1，在其它实施例中，被冷却物可以为任何需要进行冷却降温的物体。

为了能够有效地对被冷却物进行冷却，在冷却循环管路18上设置有输送泵11，输送泵11驱动冷却剂的流动，实现有效冷却。冷却剂为乙二醇水溶液，在其它实施例中，冷却剂可以为丙醇或其它。

另一方面，在冷却循环管路18上设置有加热结构12，当变流器1启动前温度过低时，控制单元可以开启加热结构12，并控制制冷部2内的第一控制阀5、第三控制阀4、第二控制阀8、压缩机3和冷凝器风扇7都关闭，冷却剂在被加热结构12加热升温后，在输送泵11的驱动下进入变流器1，对变流器1进行加热。该加热结构12可以为多种，在本实施例中为电加热结构，例如电加热丝、电加热器等。

为了便于控制，在冷却循环管路18上还设置有温度检测件13，用于检测输送泵11出口的冷却剂的温度。相应地，在被冷却物上设置有检测被冷却物湿度的湿度检测件14。冷却系统还包括控制单元，该控制单元接收温度检测件13的检测温度t1和湿度检测件14的检测湿度，根据检测湿度确定被冷却物的凝露点，并控制冷却剂的温度在凝露点之上，以防止凝露。

同时控制单元还与第一控制阀5、第三控制阀4和第二控制阀8连接，以控制三者的通断。

参见图2所示，具体控制过程为：

控制单元接收温度检测件13的检测温度t1，并将其与第一预设值进行比较；

若检测温度t1大于第一预设值，则说明被冷却物的散热量较大，温度较高，需要制冷部2处于主动式制冷模式，控制单元控制第一控制阀5处于截断状态，第三控制阀4处于连通状态，第二控制阀8处于截断状态，压缩机3运行，冷凝器风扇7运行。

此时，压缩机3吸入低温低压的气态制冷剂并压缩为高温高压的气态制冷剂，然后气态制冷剂进入冷凝器6冷凝放热，转化为液态制冷剂，液态制冷剂经节流结构9降压后进入蒸发器10，液态制冷剂在蒸发器10内蒸发同时从冷却剂中吸收热量，变为低温低压气态制冷剂，进入压缩机3开始下一个循环。

冷却剂在蒸发器10内被冷却降温后，在输送泵11的驱动下，经冷却循环管路18进入变流器1，吸收变流器1的热量，然后循环回到蒸发器10。湿度检测件14监测变流器1内空气湿度，控制单元通过对压缩机3和节流结构9进行调节，保证制冷部2冷却的冷却剂的流出温度不低于(最好高于)变流器1内的空气凝露温度。

若检测温度t1小于第一预设值，则将检测温度t1与环境温度t2(此环境温度t2可以为冷凝器6进风口处的温度)的差值与第二预设值进行比较；

若检测温度t1与环境温度t2的差值大于第二预设值，则说明温差较大，制冷部2处于被动式制冷模式即可，控制单元控制第一控制阀5处于连通状态，第三控制阀4处于截断状态，第二控制阀8处于连通状态，压缩机3不运行，冷凝器风扇7运行。

此时，气态制冷剂在冷凝器6内冷凝为液态，其经过连通的第二控制阀8进入蒸发器10，吸收冷却剂的热量蒸发为气态，气态的制冷剂经过连通的第一短接支路17回到冷凝器6。

同时，冷却剂的运转方式与前述相同。此种情况下不需要压缩机3运行，消耗电能少，节能效果好。

若检测温度t1与环境温度t2的差值小于第二预设值，则说明温差较小，制冷部2需处于主动式制冷模式，控制单元控制第一控制阀5处于截断状态，第三控制阀4处于连通状态，第二控制阀8处于截断状态，压缩机3运行，冷凝器风扇7运行。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，其包括变流器和对变流器进行冷却的冷却系统，冷却系统为上述的冷却系统。该冷却系统适用于风力发电机组的变流器，其为主被动结合式冷却系统，具有两种制冷模式，既能够具有良好的冷却效果又能够节能。

将此冷却系统应用于高温环境下的风力发电机组，可以解决变流器1运行温度过高的问题。

本实用新型的冷却系统及风力发电机组具有如下效果：

制冷部具有主动式制冷模式和被动式制冷模式，主动式制冷模式可以制取较低温度的冷却剂，冷却效果好；被动式制冷模式消耗电量少，且制冷部结构简单，工作可靠，既能保证冷却效果好又能节省电耗，同时设备成本降低，控制更加简单。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种冷却系统，包括：

压缩机(3)；

制冷管路(16)，所述制冷管路(16)的第一端与所述压缩机(3)的入口连接，第二端与所述压缩机(3)的出口连接，所述制冷管路(16)内具有由所述第二端流向所述第一端的制冷剂，沿所述制冷剂流动方向，在所述制冷管路(16)上依次设置有冷凝器(6)、节流结构(9)和蒸发器(10)；

其特征在于，所述冷却系统还包括：

第一短接支路(17)，所述第一短接支路(17)连接所述制冷管路(16)的第一端和第二端，与所述压缩机(3)并联，所述冷却系统还包括控制是否短接所述压缩机(3)的第一控制阀(5)，所述第一控制阀(5)与所述第一短接支路(17)连接；

第二短接支路(15)，所述第二短接支路(15)与所述节流结构(9)并联，且所述第二短接支路(15)上设置有控制所述第二短接支路(15)通断的第二控制阀(8)。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述第一控制阀(5)为三通阀，所述三通阀设置在所述第一短接支路(17)、所述制冷管路(16)和所述压缩机(3)的连接处。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述第一控制阀(5)为第一开关电磁阀，所述第一开关电磁阀设置在所述第一短接支路(17)上。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括第三控制阀(4)，所述第三控制阀(4)设置在所述压缩机(3)与所述制冷管路(16)之间。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括冷却循环管路(18)，所述冷却循环管路(18)内具有冷却剂，所述冷却循环管路(18)与所述蒸发器(10)及被冷却物连接。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却循环管路(18)上设置有用于检测所述冷却剂温度的温度检测件(13)，所述冷却系统还包括控制单元，所述控制单元根据所述温度检测件(13)的检测温度控制所述第一控制阀(5)的动作。

7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却循环管路(18)上设置有输送泵(11)和用于加热所述冷却剂的加热结构(12)。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括用于测量所述被冷却物湿度的湿度检测件(14)，所述控制单元根据所述湿度检测件(14)的检测湿度控制所述加热结构(12)。

9.一种风力发电机组，包括变流器和对变流器进行冷却的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统为权利要求1至8中任一项所述的冷却系统。