專利名稱：具有制冷系統(tǒng)的風(fēng)力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型主要涉及在風(fēng)力機機艙中的發(fā)熱部件的冷卻。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力機中，機艙容納將機械能轉(zhuǎn)換成電能所需的部件和系統(tǒng)。這種部件可以大 到重型發(fā)電機、齒輪箱、制動器和變壓器，小到小型電子部件。這些系統(tǒng)和部件在機艙內(nèi)產(chǎn) 生大量的熱。為了機艙部件的有效運轉(zhuǎn)，熱被驅(qū)散到外部的周圍空氣中，然而，高溫會降低 效率或者甚至?xí)p壞風(fēng)力機。用于從電力電子設(shè)備和重型部件移除熱的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)包括泵或風(fēng)扇，其用于在 相對高溫度區(qū)域或靠近待冷卻的部件或系統(tǒng)附近的區(qū)域和相對低溫度區(qū)域之間循環(huán)比如 水、油或空氣之類的熱交換媒質(zhì)，其中在相對低溫度區(qū)域熱典型地通過熱交換器驅(qū)散，該熱 交換器典型地包括翅片(fin)、管或使表面區(qū)域變大的類似結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解，用于將熱能傳送出機艙罩的現(xiàn)有系統(tǒng)有時缺乏效率，并且僅通過使用 非常大的熱交換器、或通過使用非常強并因此耗能的熱交換媒質(zhì)的流動，才能在機艙中提 供足夠的冷卻。機艙中有限的空間會使大型熱交換器和用于傳送熱交換媒質(zhì)的強流的大型 管道或輸送管的實現(xiàn)變得更加復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容本實用新型的實施例的一個目的是提供用于將熱能傳送出風(fēng)力機機艙的冷卻系 統(tǒng)，尤其是增加熱傳送的效率。本實用新型實施例的另一個目的是提供比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)占 用更小空間、不易損壞、且比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要更少維護或者比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)消耗更少能 量的熱傳送系統(tǒng)。總體上說，本實用新型提供一種風(fēng)力機，包括兩個容器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱媒 質(zhì)、冷卻媒質(zhì)和切換結(jié)構(gòu)，其特征在于所述切換結(jié)構(gòu)適于在以下兩個狀態(tài)之間切換第一 狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)中，所述兩個容器中的第一容器是與所述加熱媒質(zhì)熱連通(thermal communication)的增壓容器，而所述兩個容器中的第二容器是與所述冷卻媒質(zhì)熱連通的降 壓容器，以及第二狀態(tài)，在所述第二狀態(tài)中，所述第二容器是與所述加熱媒質(zhì)熱連通的增壓 容器，而所述第一容器是與所述冷卻媒質(zhì)熱連通的降壓容器。其中，每個容器包括流動結(jié) 構(gòu)，所述流動結(jié)構(gòu)使得工作流體在所述工作流體能夠進入所述容器的入口和所述工作流體 能夠離開所述容器的出口之間進行單向流動，并且每個容器形成制冷回路的一部分，在所 述制冷回路中，所述容器中的增壓容器的出口能夠?qū)⑺龉ぷ髁黧w輸送至冷凝器，所述冷 凝器能夠?qū)⑺龉ぷ髁黧w輸送至蒸發(fā)器，并且所述蒸發(fā)器能夠?qū)⑺龉ぷ髁黧w輸送至所述 容器中的降壓容器的入口。通過上面說明的壓縮結(jié)構(gòu)，在風(fēng)力機內(nèi)并且尤其是在風(fēng)力機的狹窄機艙中例如由 齒輪、發(fā)電機、功率變換器等產(chǎn)生的廢熱被用于產(chǎn)生基于蒸發(fā)并且因此相對顯著的冷卻效 率，而沒有產(chǎn)生傳統(tǒng)壓縮機系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲和熱。這樣的傳統(tǒng)系統(tǒng)能夠潛在地增加風(fēng)力機
3的復(fù)雜性并因此降低風(fēng)力機的魯棒性。此外，所建立的基于蒸發(fā)的冷卻沒有基于壓縮機的系統(tǒng)傳統(tǒng)上所已知的能量消
^^ ο冷卻效果能夠被用于風(fēng)力機之內(nèi)的電子部件，例如用于冷卻在機艙內(nèi)的電力設(shè) 備。因此，實現(xiàn)了廢熱回收以及機艙部件冷卻的雙重效果。在第一容器與加熱媒質(zhì)熱連通且第二容器與冷卻媒質(zhì)熱連通的第一狀態(tài)、和第二 容器與加熱媒質(zhì)熱連通且第一容器與冷卻媒質(zhì)熱連通的第二狀態(tài)之間，容器可以互換。在兩個狀態(tài)的每個中，增壓容器的入口關(guān)閉使得該容器的加熱導(dǎo)致壓力增加并且 因此在容器中的工作流體壓縮，從而工作流體被推進到冷凝器中，在冷凝器中因壓縮而產(chǎn) 生的熱能夠被輸送至外界空間(ambient space)-優(yōu)選地是風(fēng)力機之外。降壓容器的出口 關(guān)閉使得由該容器的冷卻導(dǎo)致的壓力降低增加冷凝器和蒸發(fā)器之間的壓力差。狀態(tài)之間的切換可以通過至少4個傳統(tǒng)閥，例如伺服閥或其他已知類型的電力操 作的閥來實現(xiàn)。該切換還可以通過使用所謂4/2路閥機構(gòu)等實現(xiàn)，并且狀態(tài)之間的變換可 以由控制系統(tǒng)根據(jù)在制冷回路中的流動、根據(jù)對冷卻的需要或根據(jù)在發(fā)熱結(jié)構(gòu)中可用的熱 量來控制。在實踐中，系統(tǒng)還可以包括多于兩個容器，例如3、4、5或6個容器。容器可以是相 同尺寸的，或者它們可以是不同尺寸。典型的，容器可以由包含一種材料或復(fù)合材料的耐用 金屬制成。工作流體可以包括水，例如與防凍化合物組合，或者其可以完全由水構(gòu)成。可選擇 地或附加地，工作流體可以由以下物質(zhì)組成或可以包含以下物質(zhì)基于壓縮機的制冷系統(tǒng) 的已知類型的制冷劑，例如，CO2、氟利昂、丙烷等在制冷回路中提供流體控制是有利的。為了該目的，可以在冷凝器和蒸發(fā)器之間 插入節(jié)流閥。通過該方法，可以提供冷卻效率的簡單有效的控制，并且工作流體的流動可以 與在發(fā)熱結(jié)構(gòu)中實際產(chǎn)生的熱能相適應(yīng)。發(fā)熱結(jié)構(gòu)可以例如由齒輪箱、發(fā)電機、變壓器或其他發(fā)熱部件或這樣的部件的組 合組成。加熱媒質(zhì)可以包括油、水、防凍化合物等，并且冷卻媒質(zhì)可以包括水、防凍化合物、 防蝕化混合物或其組合組成。冷凝器能夠有利地布置成與通常比機艙內(nèi)部環(huán)境冷的環(huán)境處于熱連通。作為例 子，冷凝器能夠被布置在機艙罩的頂部或者通常布置在機艙的外表面上、風(fēng)力機塔的外表 面上、或者鄰近于風(fēng)力機的地面上。在可選的實施例中，冷凝器形成風(fēng)力機的基座的一部 分，或者廢熱通過其它方式向下傳導(dǎo)到例如海水中(風(fēng)力機安裝在水上)。冷卻媒質(zhì)可以在冷卻回路循環(huán)，冷卻回路可以包括冷卻熱交換器，其可以與冷凝 器類似地布置在相對于內(nèi)部環(huán)境冷的環(huán)境中。在一個實施例中，冷卻熱交換器和冷凝器在 一個部分中形成，該部分可以被接附至風(fēng)力機的外表面。在一個實施例中，冷凝器和冷卻 熱交換器中的至少一個直接與機艙或塔的壁進行熱傳導(dǎo)接觸、或形成機艙或塔的壁的一部 分，使得機艙或塔成為熱能可以消散進去的熱沉。再次，熱交換器還可以通過向下傳送熱例 如進入風(fēng)力機的基座或者在風(fēng)力機在水上的情況下進入海中來對冷卻媒質(zhì)進行冷卻。蒸發(fā)器可以被布置成與熱產(chǎn)生部件處于熱連通。作為例子，例如通過形成傳動裝
4置、發(fā)電機等的集成的構(gòu)件，蒸發(fā)器可以形成熱產(chǎn)生部件的一部分。發(fā)熱結(jié)構(gòu)可以例如在100_200kW范圍內(nèi)提供在80和90攝氏度之間的溫度。

下面將參照附圖對本實用新型的實施例進行描述，其中圖1示意地說明根據(jù)本實用新型的用于風(fēng)力機的系統(tǒng)。
具體實施方式
在圖1中，發(fā)熱結(jié)構(gòu)1包括形成在風(fēng)力機的葉片和發(fā)電機之間的傳動系統(tǒng)的一部 分的齒輪箱，并且還包括發(fā)電機2。通過在導(dǎo)管3中的油的流動冷卻齒輪箱1，而通過在導(dǎo)管4中水的流動冷卻發(fā)電機 2。導(dǎo)管3、4形成加熱回路的一部分，在加熱回路中熱被傳導(dǎo)到容器5、6的一個中。在所示 出的狀態(tài)中，增壓容器5與熱換流器7、8鄰近，并且熱被從齒輪箱和發(fā)電機吸取從而加熱包 含在增壓容器5中的工作流體。能夠切換該狀態(tài)使得增壓容器6與熱換流器7、8鄰近，并 且熱被從齒輪箱和發(fā)電機吸取從而加熱包含在增壓容器6中的工作流體。冷卻回路9在位于風(fēng)力機之外的外部熱交換器10和位于風(fēng)力機之內(nèi)的內(nèi)部熱交 換器11之間循環(huán)冷卻媒質(zhì)。內(nèi)部熱交換器與容器6的一個處于熱連通，從而該容器被冷卻 并成為降壓容器。增壓容器接下來被稱作為“釋放體(desorber) ”而降壓容器接下來被稱作為“吸 收體(adsorber) ”。釋放體/吸收體對接下來被稱作為“壓縮結(jié)構(gòu)”。吸收體和釋放體被彼 此平行地插入到制冷回路中，該制冷回路包括壓縮結(jié)構(gòu)和冷凝器13之間的導(dǎo)管12、冷凝器 13和節(jié)流閥15之間的導(dǎo)管14、節(jié)流閥15和蒸發(fā)器17之間的導(dǎo)管16、和蒸發(fā)器17和壓縮 結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)管18。蒸發(fā)器與電力電子部件19處于熱連通，并且因此為電力電子部件提供 基于蒸發(fā)的冷卻。系統(tǒng)包括4個閥20、21、22和23，這些閥是可控制的以提供工作流體在制冷回路中 從入口 24朝向出口 25的單向流動。系統(tǒng)包括通過其能夠控制閥的控制系統(tǒng)。在第一狀態(tài)，閥20、23同時關(guān)閉而閥 21,22同時開啟，并且在第二狀態(tài)，閥20、23同時開啟而閥21、22同時關(guān)閉?？刂葡到y(tǒng)允許 狀態(tài)之間的切換。在切換中，釋放體變成吸收體而吸收體變成釋放體，這是因為冷卻和加熱 回路均被重新布置以影響另一個容器。
權(quán)利要求一種風(fēng)力機，包括兩個容器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱媒質(zhì)、冷卻媒質(zhì)和切換結(jié)構(gòu)，其特征在于所述切換結(jié)構(gòu)適于在以下兩個狀態(tài)之間切換第一狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)中，所述兩個容器中的第一容器是與所述加熱媒質(zhì)熱連通的增壓容器，而所述兩個容器中的第二容器是與所述冷卻媒質(zhì)熱連通的降壓容器，以及第二狀態(tài)，在所述第二狀態(tài)中，所述第二容器是與所述加熱媒質(zhì)熱連通的增壓容器，而所述第一容器是與所述冷卻媒質(zhì)熱連通的降壓容器，其中，每個容器包括流動結(jié)構(gòu)，所述流動結(jié)構(gòu)使得工作流體在所述工作流體能夠進入所述容器的入口和所述工作流體能夠離開所述容器的出口之間進行單向流動，并且每個容器形成制冷回路的一部分，在所述制冷回路中，所述容器中的增壓容器的出口能夠?qū)⑺龉ぷ髁黧w輸送至冷凝器，所述冷凝器能夠?qū)⑺龉ぷ髁黧w輸送至蒸發(fā)器，并且所述蒸發(fā)器能夠?qū)⑺龉ぷ髁黧w輸送至所述容器中的降壓容器的入口。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述加熱媒質(zhì)能夠?qū)釓娜菁{在所述風(fēng) 力機中的發(fā)熱結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至所述容器中的增壓容器。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)包括齒輪箱、發(fā)電機、變壓 器或它們的組合。
4.如前述權(quán)利要求的任意一項所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述加熱媒質(zhì)包括油。
5.如權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述冷卻媒質(zhì)能夠?qū)?從所述容器之一傳導(dǎo)到所述風(fēng)力機之外的外界空間中。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述冷卻媒質(zhì)包括水。
7.如權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述工作流體包括水。
8.如權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的風(fēng)力機，其特征在于，還包括在所述冷凝器和 所述蒸發(fā)器之間的節(jié)流閥。
9.如權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的風(fēng)力機，其特征在于，機艙包括形成內(nèi)部環(huán)境 的機艙罩，所述冷凝器與比所述內(nèi)部環(huán)境冷的環(huán)境熱連通。
10.如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述冷卻媒質(zhì)在冷卻回路中循環(huán)，所述 冷卻回路包括熱交換器，所述熱交換器與比所述內(nèi)部環(huán)境冷的環(huán)境熱連通。
11.如權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述蒸發(fā)器被布置成與 熱產(chǎn)生部件熱連通。
12.如權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的風(fēng)力機，其特征在于，所述發(fā)熱結(jié)構(gòu)在 100-200kff的范圍內(nèi)提供在80和90攝氏度之間的溫度。專利摘要本實用新型涉及具有制冷系統(tǒng)的風(fēng)力機。提供一種風(fēng)力機，該風(fēng)力機具有兩個容器，每個容器可互換地與將熱從發(fā)熱結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至容器的加熱媒質(zhì)和將熱從容器傳導(dǎo)至外界空間的冷卻媒質(zhì)熱連通。容器形成壓縮結(jié)構(gòu)，該壓縮結(jié)構(gòu)形成能夠在壓縮結(jié)構(gòu)、冷凝器和蒸發(fā)器之間循環(huán)工作流體的制冷回路的一部分。在蒸發(fā)器處，根據(jù)工作流體的蒸發(fā)獲得冷卻效果，并且該冷卻可以被用于冷卻風(fēng)力機中的發(fā)熱部件。
文檔編號F03D11/00GK201751573SQ200920279709
公開日2011年2月23日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者A·巴胡古尼, J·K·格雷夫森, J·尼瓦德, K·西洼林伽馬, P·T·蒂策, S·納拉斯馬盧 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團公司