机舱温度管理系统及风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及机舱换热技术领域，尤其涉及一种机舱温度管理系统及风力发电机组。


背景技术：

2.在风电机组的机舱中，存在许多发热设备以及电气设备，这些设备在工作时会产生大量热量，从而提升机舱中的整体温度，不利于设备的正常工作。
3.尤其在一些炎热地区，机舱内由于齿轮箱和发电机的产热、太阳辐射等原因，机舱内部温度会高达60摄氏度以上，更为严重的是，部分老旧机组的电控柜布置于机舱内部，其产生的热量导致机舱内温度进一步升高。过高的机舱温度，迫使风电场运维人员对风电机组进行限功率运行，导致严重发电量和经济损失。
4.同时，在冬季或昼夜温差大的地区的夜晚，由于低温会导致机舱内温度较低，设备也会因低温的影响而无法正常工作。
5.现阶段存在一些针对机舱内散热的措施，主要采用通风系统来解决船舶机舱的环境问题，但该方法的降温效率较低，船舶机舱内的环境温度仍然普遍偏高，而且没有能同时针对机舱内低温和高温情况下的温度调节的措施。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种机舱温度管理系统及风力发电机组，用以解决现有技术中机舱内温度调节性差的缺陷，且对低温和高温工况都能适用，舱内温度能始终维持在正常范围。
7.第一方面，本实用新型提供一种机舱温度管理系统，包括：
8.相变储能单元，设置在机舱的内部，所述相变储能单元包括电加热机构和相变材料模块，所述电加热机构分布在所述相变材料模块中，用于对所述相变材料模块加热使其储存热能；
9.散热装置，所述散热装置与所述相变材料模块连接，用于当所述相变材料模块储存的热能饱和时，对所述相变材料模块降温，维持所述相变材料模块的吸热状态；
10.供电装置，所述供电装置与所述电加热机构电连接，用于对所述电加热机构提供电能。
11.根据本实用新型提供的机舱温度管理系统，所述供电装置包括光伏发电模块，所述光伏发电模块设置在所述机舱外部，所述光伏发电模块与所述电加热机构电连接。
12.根据本实用新型提供的机舱温度管理系统，所述相变材料模块包括壳体，所述壳体设置在所述机舱的内壁，所述壳体内填充有相变材料。
13.根据本实用新型提供的机舱温度管理系统，所述散热装置包括换热器和换热管，所述换热管中设置有冷却介质，所述换热管沿所述壳体的长度方向设置在所述相变材料中，所述换热管的两端分别从所述壳体的两端伸出与所述换热器连接，以形成使所述冷却
介质流动的循环路径。
14.根据本实用新型提供的机舱温度管理系统，所述换热管上设有用于输送装置，用于循环输送冷却介质，所述输送装置与所述光伏发电模块电连接。
15.根据本实用新型提供的机舱温度管理系统，所述相变材料中设置有温度传感器。
16.根据本实用新型提供的机舱温度管理系统，所述输送装置包括泵或风机。
17.根据本实用新型提供的机舱温度管理系统，所述电加热机构是均匀分布于相变材料中的电热丝或电加热棒。
18.第二方面，本实用新型提供了一种风力发电机组，包括风力发电机和第一方面所描述的机舱温度管理系统。
19.根据本实用新型提供的风力发电机组，所述风力发电机与所述机舱温度管理系统的电加热机构及输送装置电连接。
20.本实用新型提供的机舱温度管理系统，包括相变储能单元、散热装置和供电装置，相变储能单元设置在机舱的内部，包括电加热机构和相变材料模块，利用相变材料的相态变化实现对热能储存和释放，在舱内温度升高大于相变温度点的情况下，相变材料会发生相变，在此过程吸收舱内热量使舱内温度降低，使舱内温度尽量控制在相变温度点附近，当相变材料的储热能力达到极限时，可通过散热装置将相变材料模块的多余热量带走，维持相变材料模块的吸热状态，持续吸收机舱内的热量；而对于舱内温度降低小于相变温度点的情况，停止散热装置的运行，相变材料模块存储的热量通过相变的方式缓慢释放出来，从而提升机舱内的温度，并且还可通过对电加热机构供电使其对相变材料加热，使其对机舱内持续不断地释放热量。
21.本实用新型提供的一种风力发电机组，通过采用风能发电和太阳能发电，持续为上述的机舱温度管理系统供电，使该系统能稳定有效的实现机舱中的温度管理。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型实施例的机舱温度管理系统的结构示意图；
24.图2是本实用新型实施例的机舱内的结构示意图；
25.图3是本实用新型实施例的相变储能单元的结构示意图。
26.附图标记：
27.1、相变储能单元；11、电加热机构；12、相变材料模块；121、壳体；122、相变材料；2、换热器；3、换热管；4、光伏发电模块；5、机舱；6、输送装置；7、风力发电机。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.下面结合图1至图3描述本实用新型的实施例中提供的一种机舱温度管理系统及风力发电机组。
30.本实施例提供的机舱温度管理系统，如图1-2所示，包括：相变储能单元1、散热装置和供电装置。
31.其中，相变储能单元1设置在机舱5的内部，相变储能单元1包括电加热机构11和相变材料模块12，电加热机构11分布在相变材料模块12中，用于对相变材料模块12加热使其储存热能；散热装置与相变材料模块12连接，用于当相变材料模块12的吸热达到饱和时，对相变材料模块12降温使其释放热量；供电装置与电加热机构11电连接，用于对电加热机构11提供电能。
32.通过上述方案可知，与现有技术相比，本实用新型利用利用相变材料的相态变化实现对热能储存和释放，在舱内温度升高大于相变温度点的情况下，相变材料122会发生相变，在此过程相变材料模块12吸收舱内热量使舱内温度降低，使舱内温度尽量控制在相变温度点附近，当相变材料模块12的储热能力达到极限时，可通过散热装置将相变材料模块12的多余热量带走，维持相变材料模块12正常的储热状态；而对于舱内温度降低小于相变温度点的情况，停止散热装置的运行，相变材料模块12存储的热量通过相变的方式缓慢释放出来，从而提升机舱5内的温度，并且还可通过对电加热机构11供电使其对相变材料模块12加热，为其持续补充热量，使其对机舱5内释放热量。
33.本实施例中，供电装置包括光伏发电模块4，光伏发电模块4通过支架设置在机舱5外部，光伏发电模块4与电加热机构11电连接。如此设置，可以利用太阳能转化为电能对舱内用电补给。一般情况下，光伏发电模块4包括太阳能电池板和蓄电设备，利用太阳能电池板将太阳能转化为电能后，通过蓄电设备储存利用，为负载提供稳定持续的电能。也就是说，将太阳能电池板设置在机舱5的外部，蓄电设备如蓄电池设置在机舱5外或机舱5内，通过线缆与电加热机构11电连接。
34.如图3所示，相变材料模块12包括壳体121，壳体121设置在机舱5的内壁，壳体121是导热性好的金属壳体121，材料为铝、铝合金、铜或铜合金等，壳体121内填充有相变材料122。如此设置，将相变材料122充填入壳体121内，可方便在机舱5内安装，壳体121内应预留相变材料122发生相变的膨胀空间，相变材料122是在40-90℃之间的各种相变材料122，包括结晶水合盐、金属及合金类、石蜡类、非石蜡类有机类、陶瓷基复合材料等相变材料122，为提高导热性能，可以在材料中加导热增强材料，如金属材料、石墨、碳纳米管、泡沫材料等。
35.在一些实施例中，散热装置包括换热器2和换热管3，换热器2为现有技术，换热管3的材质同样可采用导热性好的金属材质，在换热管3中设置有冷却介质，换热管3沿壳体121的长度方向设置在相变材料122中，换热管3的两端分别从壳体121的两端伸出与换热器2连接，以形成使冷却介质循环流动的路径。其中，为了提高换热效率，换热管3可弯曲盘旋埋设在相变材料122中，使换热盘管与相变材料122充分接触，增加接触面积，使相变材料122中热量能快速、均匀释放。
36.如此设置，通过换热器2与相变材料122通过换热管3连接，使其形成一个闭合的循
环管线，当机舱5内温度较高时，启动换热器2，将冷却介质如气体或冷却液通过换热管3送入相变材料模块12中，沿相变冷却模块的一端流向另一端，在此过程充分吸收相变材料122中的热量，吸收热量后的冷却介质从相变材料模块12中出来，通过换热管3重新进入换热器2降温释放出热量，降温后的冷却介质再次进入形变材料模块，如此循环以将相变材料122的热量带走，避免相变材料122吸热达到饱和，不影响相变材料122吸收舱内热量对机舱5内降温。
37.进一步地，换热管3上设有用于输送装置6，用于循环输送冷却介质，输送装置6与光伏发电模块4电连接。根据冷却介质的不同，输送装置6可选择采用泵或风机，例如，当冷却介质为气体时，在换热管3上设置风机，加速气体的循环流动，也能对气体进行一定程度的降温；当冷却介质为液体时，在换热管3上设置泵，提供液体循环的动力。
38.在一些实施例中，相变材料122中设置有温度传感器。如此设置，通过温度传感器能实时掌握相变材料122的温度，对电加热机构11开启或关闭。
39.在一个实施例中，电加热机构11是均匀分布于相变材料122中的硅胶电热线、铁氟龙电热线或二者复合材料的电热线。
40.下面将详细介绍采用本实施例中机舱温度管理系统的工作过程。
41.(1)当机舱5内温度处于正常情况下，利用太阳能转化的电能对电加热机构11供电，对相变材料122加热使其储存显热(物质不发生相变化时，温度升高或降低所需要的热量)，利用温度传感器监测相变材料122的温度，在相变材料122的温度即将达到发生相变的温度点关闭电加热机构11，防止相变材料122发生相变。
42.(2)当机舱5内温度升高大于相变温度点时，关闭电加热机构11，停止对其供电，相变材料模块12吸收机舱5内高温热量，由于相变材料122储存显热很少，因此相变材料122温度很快可以升至相变点储存潜热(物质在等温等压情况下发生相变吸收或放出的热量)，使舱内温度尽量控制在相变材料122的相变温度点附近，当相变材料122的储热能力达到极限时，启动换热器2、泵或风机，通过换热管3中的循环流动的冷却介质对相变材料122降温，吸收相变材料122中的热量，从而确保对机舱5内的温度调控。
43.(3)当机舱5内的温度降低时，关闭换热器2、泵或风机，若是处于夜晚期间，机舱5内壁的相变材料模块12将正常温度情况下储存的热量释放出来，提升机舱5内温度；若是白天可利用太阳能电池板转化为电能对相变材料122加热，持续向机舱5内释放热量。
44.本实用新型的实施例还提供一种风力发电机组，包括风力发电机7和上述的机舱温度管理系统。
45.如此设置，由于风机机舱5所处位置较高，周围无明显遮挡，可以利用太阳能转化为电能对舱内用电补给。该有益效果的推导过程与上述机舱温度管理系统所带来的有益效果的推导过程大体类似，此处不再赘述。
46.进一步地，风力发电机7与机舱温度管理系统的电加热机构11及输送装置6电连接，如此设置，利用风能发电和太阳能发电为机舱温度管理系统供能，对于白天黑夜、极寒炎热等多种情况都能稳定并有效的实现机舱5中的温度管理。
47.下面介绍本实施例中一种风力发电机组的机舱5温度管理过程。
48.(1)当机舱5内温度处于正常情况下，利用太阳能转化的电能或风力发电机7提供的电能对电加热机构11供电，对相变材料122加热使其储存显热(物质不发生相变化时，温
度升高或降低所需要的热量)；利用温度传感器监测相变材料122的温度，根据温度传感器反馈的温度，在相变材料122的温度即将达到发生相变的温度点关闭电加热机构11，防止相变材料122发生相变。
49.(2)当机舱5内温度升高大于相变温度点时，关闭电加热机构11，停止对其供电，相变材料模块12吸收机舱5内高温热量，由于相变材料122储存显热很少，因此相变材料122温度很快可以升至相变点储存潜热(物质在等温等压情况下发生相变吸收或放出的热量)，使舱内温度尽量控制在相变材料122的相变温度点附近，为防止相变材料122的储热能力达到极限时，启动换热器2、泵或风机，通过换热管3中的循环流动的冷却介质对相变材料122降温，吸收相变材料122中的热量，从而确保对机舱5内的温度调控。
50.(3)当机舱5内的温度降低时，关闭换热器2、泵或风机的运行，若是处于夜晚期间，机舱5内壁的相变材料模块12将机舱5内正常温度情况下储存的热量释放出来，提升机舱5内温度；同时风力发电机7运行对电加热机构11供电，能持续对相变材料122加热，并通过温度传感器监测相变材料122的温度，防止发生相变；若是白天可利用太阳能电池板转化为电能或风力发电机7提供的电能对相变材料122加热，结合温度传感器，持续向机舱5内释放热量。
51.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。