CN209855975U - 用于风力发电机组的冷却系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于风力发电机组的冷却系统及风力发电机组，风力发电机组包括机舱和发电机，机舱内设置有发热部件，发电机沿自身轴向设置有朝向机舱内的气体入口和气体出口，冷却系统包括：热管换热器，包括沿第一方向相继分布的蒸发器、冷凝器以及在蒸发器和冷凝器之间进行相变的换热工质，蒸发器位于机舱的顶部内侧，冷凝器位于机舱的顶部外侧且与自然风接触，蒸发器沿第二方向的一侧设置有第一导流罩，第一方向与第二方向相交；第一冷却风扇，设置于第一导流罩远离蒸发器的一端。该冷却系统结构简单紧凑，可以降低成本，节省机舱的内部空间。

Description

用于风力发电机组的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技术领域，特别是涉及一种用于风力发电机组的冷却系统及风力发电机组。

背景技术

对于小功率的风力发电机组，通常在机舱内设置空气-空气板式换热器，结构简单、安装成本低、便于维护。然而，板式换热器具有较大的体积，气流阻力较大，需要配备大功率的冷却风扇，可能会影响机舱内其它部件的布局。尤其大功率的风力发电机组，采用空气-空气板式换热器在经济上不合理，大多数制造商优选采用液体冷却系统或者空气-液体混合冷却系统，但是，与空气-空气板式换热器相比，安装成本较高，并且容易发生液体泄漏等故障，可靠性较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于风力发电机组的冷却系统及风力发电机组，该冷却系统结构简单紧凑、可靠性较高。

一方面，本实用新型提供了一种用于风力发电机组的冷却系统，风力发电机组包括机舱和发电机，机舱内设置有发热部件，发电机沿自身轴向设置有朝向机舱内的气体入口和气体出口，冷却系统包括：热管换热器，包括沿第一方向相继分布的蒸发器、冷凝器以及在蒸发器和冷凝器之间进行相变的换热工质，蒸发器位于机舱的顶部内侧，冷凝器位于机舱的顶部外侧且与自然风接触，蒸发器沿第二方向的一侧设置有第一导流罩，第一方向与第二方向相交；第一冷却风扇，设置于第一导流罩远离蒸发器的一端；其中，来自冷凝器的冷空气通过蒸发器被供应至机舱，在第一冷却风扇的作用下与发热部件和/或发电机进行热交换的空气返回至蒸发器。

根据本实用新型实施例的一个方面，热管换热器包括固定架和固定于固定架上呈行列并排布置的多个热虹吸管，每个热虹吸管包括沿第一方向相继分布的蒸发段和冷凝段，多个蒸发段形成蒸发器，多个冷凝段形成冷凝器，热管换热器通过固定架固定于机舱的顶部。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一导流罩设置于固定架上，第一导流罩为筒状板件，其由蒸发器至第一冷却风扇的方向渐缩设置。

根据本实用新型实施例的一个方面，热管换热器还包括设置于固定架上的第二导流罩，第二导流罩为筒状板件，其由蒸发器至背离第一冷却风扇的方向渐缩设置。

根据本实用新型实施例的一个方面，冷却系统还包括第一冷却回路和第二冷却回路，第一冷却回路设置于发电机的气体入口与第一导流罩之间，第二冷却回路设置于发电机的气体出口与第二导流罩之间。

根据本实用新型实施例的一个方面，发电机具有两个气体出口，冷却系统还包括设置于气体出口与第二导流罩之间的两个分支冷却回路，气体入口与机舱连通。

根据本实用新型实施例的一个方面，冷却系统还包括引风装置，引风装置设置于发电机的气体出口处，用于引导经气体入口进入发电机内的冷却空气对发电机进行冷却后朝向气体出口的方向流动。

根据本实用新型实施例的一个方面，热管换热器的每个热虹吸管的外侧均设置有翅片，且蒸发段与冷凝段的长度比例为1:3。

根据本实用新型实施例的一个方面，热管换热器还包括设置于固定架上的第三导流罩，第三导流罩为筒状板件，其由冷凝器至迎风侧的方向渐缩设置；冷却系统还包括第二冷却风扇，第二冷却风扇设置于第三导流罩远离冷凝器的一端。

根据本实用新型实施例的一个方面，热管换热器的每个热虹吸管的外侧均设置有翅片，且蒸发段与冷凝段的长度比例为1:1。

另一方面，本实用新型还提供了一种风力发电机组，其包括如前所述的任一种冷却系统。

本实用新型提供的用于风力发电机组的冷却系统，通过在机舱的顶部设置连通机舱与外界自然风的热管换热器以及位于机舱内的第一冷却风扇，可以实现机舱内的发热部件和/或发电机与外界自然风的热交换，结构简单紧凑，可以降低成本，节省机舱的内部空间。另外，本实用新型提供的风力发电机组，采用该冷却系统，空气阻力小，降低了冷却机舱内的发热部件和/或发电机所需的功率，并且不会发生液体泄漏的问题，可靠性较高。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本实用新型提供的第一种用于风力发电机组的冷却系统的结构示意图；

图2是图1所示的冷却系统中的热管换热器中的热管与机舱的组装效果示意图；

图3是是本实用新型提供的第二种用于风力发电机组的冷却系统的结构示意图；

图4是本实用新型提供的第三种用于风力发电机组的冷却系统的结构示意图；

图5是本实用新型提供的第四种用于风力发电机组的冷却系统的结构示意图；

图6是本实用新型提供的第五种用于风力发电机组的冷却系统的结构示意图；

图7是本实用新型提供的第六种用于风力发电机组的冷却系统的结构示意图。

其中：

N-机舱；G-发电机；a-气体入口；b-气体出口；H-发热部件；X-第一方向；Y-第二方向；

10-热管换热器；101-固定架；102-热虹吸管；102a-蒸发段；102b-冷凝段；102c-翅片；11-蒸发器；12-冷凝器；M-换热工质；13-第一导流罩；132-垫圈；14-第二导流罩；15-第三导流罩；

20-第一冷却风扇；30-第一冷却回路；40-第二冷却回路；51，52-分支冷却回路；60-第二冷却风扇。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图7对本实用新型提供的一种用于风力发电机组的冷却系统及风力发电机组进行详细描述。

参阅图1，本实用新型实施例提供了一种用于风力发电机组的冷却系统，风力发电机组包括机舱N和发电机G，发电机G可以设置于机舱N的前端或者后端，机舱N内设置有发热部件H，发热部件H例如可以为但不限于变速器、偏航电机、变压器、转换器等。发电机G沿自身轴向设置有朝向机舱N的气体入口a和气体出口b，该冷却系统包括：热管换热器10和第一冷却风扇20。

热管换热器10包括沿第一方向X相继分布的蒸发器11、冷凝器12以及在蒸发器11和冷凝器12之间进行相变的换热工质M，换热工质M例如可以为甲醇、液态氨、液态二氟一氯甲烷，蒸发器11位于机舱N的顶部内侧，冷凝器12位于机舱N的顶部外侧且与自然风接触，蒸发器11沿第二方向Y的一侧设置有第一导流罩13，第一方向X与第二方向Y相交。

第一冷却风扇20设置于第一导流罩13远离蒸发器11的一端。

如图1中的实心箭头和空心箭头所示，来自冷凝器12的冷空气通过蒸发器11被供应至机舱N，在第一冷却风扇20的作用下与发热部件H和/或发电机G进行热交换的空气返回至蒸发器11。

具体地，冷却空气进入第一冷却风扇20中，并在第一冷却风扇20的负压作用下直接进入机舱N内，与机舱N内产生的热量进行热交换，机舱N内的大部分热量为发热部件H产生的，少部分热量为发电机G产生的，其通过气体出口b传递至机舱N内。

由于蒸发器11和冷凝器12内部抽真空，换热工质M极易蒸发与沸腾，从而蒸发器11内的液态换热工质M吸收机舱N内的热量后以蒸发与沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽在压差作用下沿第一方向X上升至冷凝器12。冷凝器12与自然风强制对流换热，使得冷却后的换热工质M凝结为液体。可选地，第一方向X与第二方向Y相互垂直，第一方向X为竖直方向，第二方向Y为水平方向，从而冷凝后的液体可以在自身重力作用下迅速回流至蒸发器11内，提高热管换热器10的启动速度和换热效率。

本实用新型提供的用于风力发电机组的冷却系统，通过在机舱N的顶部设置连通机舱N与外界自然风的热管换热器10，以及位于机舱N内的第一冷却风扇20，可以实现机舱N内的发热部件H和/或发电机G与外界自然风的热交换，结构简单紧凑，可以降低成本，节省机舱N的内部空间。

参阅图2，热管换热器10包括固定架101和固定于固定架101上呈行列并排布置的多个热虹吸管102。热虹吸管102是一种具有高导热性能的传热组件，通过重力使管内换热工质循环，制作工艺简单，生产成本低廉，工作可靠，传热效率高，且有较高的临界热流密度。热虹吸管102的尺寸和数量可根据待冷却的发热部件H的散热需求进行相应的设计。

每个热虹吸管102包括沿第一方向X相继分布的蒸发段102a和冷凝段102b，多个蒸发段102a形成蒸发器11，多个冷凝段102b形成冷凝器12，热管换热器10通过固定架101固定于机舱N的顶部。

每个热虹吸管102的蒸发段102a吸收机舱N内的发热部件H和/或发电机G产生的热量，并将热量传递给换热工质M，换热工质M吸收热量后以蒸发与沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽在压差作用下沿图2中虚线箭头所示的方向上升至冷凝段102b，冷凝段102b与自然风对流换热，使得冷却后的换热工质M凝结为液体，并释放汽化潜热，冷凝液体沿图2中虚线箭头所示的方向返回至蒸发段102a，开始下一次的冷却循环。

为了充分利用返回至蒸发段102a的换热工质M带回的冷却空气，在固定架101上设置有第一导流罩13，第一导流罩13为筒状板件，其由蒸发器11至第一冷却风扇20的方向渐缩设置，从而可以将冷却空气完全引导至第一冷却风扇20处。第一导流罩13的横截面形状可以为圆形、椭圆形或者矩形等封闭形状。

进一步地，为了提高换热效率，每个热虹吸管102的外侧均设置有翅片102c，且蒸发段102a与冷凝段102b的长度比例为1:3，以增大冷凝器的换热面积。

由此，本实用新型实施例提供的用于风力发电机组的冷却系统中，具有如下优点：

第一方面，热管换热器10体积明显小于常用的板式热交换器，也不需要设置与外界连通的通风管或者冷却液管路，部件数量少，并且热管换热器10的蒸发器11可以放置在机舱N内，而冷凝器12放置在机舱N外，进一步减小了热管换热器10在机舱N内的占用空间。

第二方面，冷凝器12暴露在外界环境中可以与自然风对流换热，可以实现被动冷却，避免使用外部冷却风扇，并且由于空气阻力低，机舱内部的蒸发器11一侧可以采用功耗较小的冷却风扇，降低了冷却机舱内的发热部件和/或发电机所需的功率。

第三方面，热管换热器10内的换热工质M密封于每个热管102内，除非机械损坏，不存在液体泄漏的风险，不会损坏机舱N内的其它电子元件，提高了风力发电机组的可靠性。

参阅图3，本实用新型实施例还提供了一种用于风力发电机组的冷却系统，其与图1所示的冷却系统类似，不同之处在于，冷却系统主要用于冷却发电机G。

具体来说，热管换热器10还包括设置于固定架101上的第二导流罩14，第二导流罩14为筒状板件，其沿蒸发器11至背离第一冷却风扇20的方向渐缩设置。由此，发电机G产生的热量在第一冷却风扇20的负压作用下通过第二导流罩14集中快速地导入至蒸发器11。

由于发电机G产生的热量比较大，为了便于快速冷却发电机G，冷却系统还包括第一冷却回路30和第二冷却回路40，第一冷却回路30设置于发电机G的气体入口a与第一导流罩13之间，第二冷却回路40设置于发电机G的气体出口b与第二导流罩14之间。

如图3中的实心箭头和空心箭头所示，来自冷凝器12的冷空气通过蒸发器11被供应至机舱N，在第一冷却风扇20的作用下通过第一冷却回路30将冷空气导入至发电机G内部，带走发电机G内部的热量后升温的空气通过第二冷却回路40、第二导流罩14返回至蒸发器11，开始下一次的冷却循环。

另外，为了提高发电机G的冷却效率，冷却系统还包括引风装置(图中未示出)，引风装置设置于发电机G的气体出口b处，用于引导经气体入口a进入发电机G内的冷却空气对发电机G进行冷却后朝向气体出口b的方向流动。

参阅图4，本实用新型实施例还提供了一种用于风力发电机组的冷却系统，其与图3所示的冷却系统类似，不同之处在于，冷却系统可以同时冷却发电机G和机舱N内的发热部件H。

具体来说，发电机G具有两个气体出口b，冷却系统还包括设置于气体出口b与第二导流罩14之间的两个分支冷却回路51、52，气体入口a与机舱N连通。

如图4中的实心箭头和空心箭头所示，来自冷凝器12的冷空气通过蒸发器11被供应至机舱N，在第一冷却风扇20的作用下使冷空气依次穿过发热部件H，并通过气体入口a引入至发电机G内部，在引风装置的作用下，引导经气体入口a进入发电机G内的冷却空气对发电机G进行冷却后朝向气体出口b的方向流动，以带走发电机G内部的热量，升温后的空气通过两个分支冷却回路51、52、第二导流罩14返回至蒸发器11，开始下一次的冷却循环。

请一并参阅图5至图7，本实用新型实施例还提供了几种用于风力发电机组的冷却系统，其与图1、图3和图4所示的冷却系统分别类似，不同之处在于，机舱N顶部外侧的冷凝器12一侧设置有第二冷却风扇60，该冷却方式为主动冷却。

具体来说，热管换热器10还包括设置于固定架101上的第三导流罩15，第三导流罩15为筒状板件，其由冷凝器12至迎风侧的方向渐缩设置。冷却系统还包括第二冷却风扇60，第二冷却风扇60设置于第三导流罩15远离冷凝器12的一端。

外界自然风在第二冷却风扇60的负压作用下，经由第三导流罩15被引入到冷凝器12处，提高了冷凝器12释放汽化潜热的效率，进而提高了与机舱N内产生的热量进行热交换的效率。

由于冷凝器12一侧设置有第二冷却风扇60，为了降低成本，热管换热器10的每个热虹吸管102的蒸发段102a与冷凝段102b的长度比例可以为1:1。

由此，本实用新型实施例提供的用于风力发电机组的冷却系统可以根据机舱N内产生的热量的大小，自适应地启动或者关闭第二冷却风扇60，在降低冷却功耗的同时提高冷却效率。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种用于风力发电机组的冷却系统，所述风力发电机组包括机舱(N)和发电机(G)，所述机舱(N)内设置有发热部件(H)，所述发电机(G)沿自身轴向设置有朝向所述机舱(N)的气体入口(a)和气体出口(b)，其特征在于，所述冷却系统包括：

热管换热器(10)，包括沿第一方向(X)相继分布的蒸发器(11)、冷凝器(12)以及在所述蒸发器(11)和所述冷凝器(12)之间进行相变的换热工质(M)，所述蒸发器(11)位于所述机舱(N)的顶部内侧，所述冷凝器(12)位于所述机舱(N)的顶部外侧且与自然风接触，所述蒸发器(11)沿第二方向(Y)的一侧设置有第一导流罩(13)，所述第一方向(X)与所述第二方向(Y)相交；

第一冷却风扇(20)，设置于所述第一导流罩(13)远离所述蒸发器(11)的一端；

其中，来自所述冷凝器(12)的冷空气通过所述蒸发器(11)被供应至所述机舱(N)，在所述第一冷却风扇(20)的作用下与所述发热部件(H)和/或所述发电机(G)进行热交换的空气返回至所述蒸发器(11)。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述热管换热器(10)包括固定架(101)和固定于所述固定架(101)上呈行列并排布置的多个热虹吸管(102)，每个所述热虹吸管(102)包括沿所述第一方向(X)相继分布的蒸发段(102a)和冷凝段(102b)，多个所述蒸发段(102a)形成所述蒸发器(11)，多个所述冷凝段(102b)形成所述冷凝器(12)，所述热管换热器(10)通过所述固定架(101)固定于所述机舱(N)的顶部。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述第一导流罩(13)设置于所述固定架(101)上，所述第一导流罩(13)为筒状板件，其由所述蒸发器(11)至所述第一冷却风扇(20)的方向渐缩设置。

4.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述热管换热器(10)还包括设置于所述固定架(101)上的第二导流罩(14)，所述第二导流罩(14)为筒状板件，其由所述蒸发器(11)至背离所述第一冷却风扇(20)的方向渐缩设置。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括第一冷却回路(30)和第二冷却回路(40)，所述第一冷却回路(30)设置于所述发电机(G)的所述气体入口(a)与所述第一导流罩(13)之间，所述第二冷却回路(40)设置于所述发电机(G)的所述气体出口(b)与所述第二导流罩(14)之间。

6.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述发电机(G)具有两个所述气体出口(b)，所述冷却系统还包括设置于所述气体出口(b)与所述第二导流罩(14)之间的两个分支冷却回路(51，52)，所述气体入口(a)与所述机舱(N)连通。

7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括引风装置，所述引风装置设置于所述发电机(G)的所述气体出口(b)处，用于引导经所述气体入口(a)进入所述发电机(G)内的冷却空气对所述发电机(G)进行冷却后朝向所述气体出口(b)的方向流动。

8.根据权利要求2至6任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述热管换热器(10)的每个所述热虹吸管(102)的外侧均设置有翅片(102c)，且所述蒸发段(102a)与所述冷凝段(102b)的长度比例为1:3。

9.根据权利要求2至6任一项所述的冷却系统，其特征在于，

所述热管换热器(10)还包括设置于所述固定架(101)上的第三导流罩(15)，所述第三导流罩(15)为筒状板件，其由所述冷凝器(12)至迎风侧的方向渐缩设置；

所述冷却系统还包括第二冷却风扇(60)，所述第二冷却风扇(60)设置于所述第三导流罩(15)远离所述冷凝器(12)的一端。

10.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，所述热管换热器(10)的每个所述热虹吸管(102)的外侧均设置有翅片(102c)，且所述蒸发段(102a)与所述冷凝段(102b)的长度比例为1:1。

11.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1至10任一项所述的冷却系统。