专利名称：用于综合热管理的系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及热管理系统，更具体地说，涉及电气系统中的热 管理。
背景技术：
通常使用的应用(如风力涡轮机)中的电气系统包括电气元件，如 变压器、开关装置、电源转换器和电机，它们位于狭窄的隔间或容室 (如塔架、短舱或外部建筑)中。变压器、电源转换器和电机典型地是
大型设备并产生不希望有的损4毛量。该损耗在运行过程中作为热量释 放。变压器和电源转换器通常彼此十分接近。此外，电气设备的额定 功率由对其进行均匀冷却的能力决定。因此，需要从容室去除热量来
避免导致电气元件的过热导致故障。
一般来说，用于从电气元件去除热量的技术有若干种。某一技术 包括例如风扇的强制对流装置。然而，强制对流系统通常需要用于使 冷空气进入和将热空气从塔架中排出的大空气导管和过滤器。另外， 风扇会产生不希望有的噪音级别并且冷却鳍片增加了设备的尺寸和 重量。另一种典型地使用的冷却系统包括，但不限于，液体冷却系统。 液体冷却系统能够通过取消大空气导管和冷却鳍片来减小电气系统 的尺寸。
当前，独立冷却概念常被用来从电气系统中的电气元件去除热 量。典型的电气系统可包括具有不同冷却方法的若干电气元件。 一个 示例为强制空气冷却变压器和水冷却电源转换器系统。因此，对于每 个电气元件具有独立和不同的冷却系统增加了电气系统的尺寸和设 计成本。因此，需要能解决前述问题的改进的热管理系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了综合热管理系统。该系统包括配 置成用来释放第一热量损失并且联接到综合冷却系统上的第 一装置。 该系统还至少包括配置成用冉释放第二热量损失并且联接到综合冷 却系统上的第二装置。该系统还包括配置成用来向周围环境释放第一 热量损失和第二热量损失的至少一个热交换器。
根据本发明的另 一个方面，提供了在热量释放系统中用于综合热 管理的方法。该方法包括布置配置成用来释放第一热量损失的第一装 置。该方法还包括用热交换器将配置成用来释放第二热量损失的第二 装置从第一装置隔开。该方法还包括通过热交换器从第一装置和第二 装置提取热量。
根据本发明的另 一个方面，提供了紧凑的变压器-电源转换器组 件。该组件包括浸在油中的变压器。该变压器还包括循环经过电源转 换器系统并配置成用来从电源转换器系统和油中提取热量的冷却流 体。
本发明的这些和其它特征、方面和优势在参考附图阅读下列详细
描述时将变得更好理解，贯穿附图的相同符号表示相同部件，其中 图1为才艮据本发明实施例的综合热管理系统的方框图； 图2为根据本发明实施例在风力涡轮机中使用的综合热管理系统
的示意流体的另 一个示范性综合热管理系统的示意图4为根据本发明实施例的包括第三装置和在风力涡轮机中使用 的普通冷却流体的另 一个示范性综合热管理系统的示意图；以及图5为描绘根据本发明实施例的示范性综合热管理方法中包含的' 步骤的流程图。要件清单10综合热管理系统12第一装置14第二装置16第三装置18综合冷却系统20热交换器30综合热管理系统32电源转换器系统34泵36第一冷却流体 38热交换器 40变压器 42第二冷却流体 44泵46热交换器48变速箱50第三冷却流体54热交换器60综合热管理系统62热交换器64风力涡轮机塔架70综合热管理系统72第三装置80热量发生系统中用于综合热管理的方法82布置配置成用来释放第一热量损失的第一装置 84用热交换器将配置成用来释放第二热量损失的第二装置从第 一装置隔开86通过热交换器从第一装置和第二装置提取热量具体实施方式
如下面的详细讨论，本发明的实施例包括综合热管理系统和用于 该系统的方法。用于综合热管理的该系统通过用于电气元件的普通冷 却介质提供了综合冷却概念，该电气元件为用于可再生能的发电系统 (例如，但不限于风力涡轮机)中的电气元件。该系统还提供该电气元 件的紧凑的组件。转向附图，图1为综合热管理系统10的方框图。该热管理系统 10包括配置成用来释放第一热量损失的第一装置12。与第一装置12 一起联接在综合冷却系统18上的第二装置14被配置成用来释放第二 热量损失。在目前预期的实施例中，系统10可包括释放第三热量损 失的第三装置16。在另一个实施例中，系统10可包括两个或更多释 放相关热量损失的装置。在又一个实施例中，综合冷却系统18包括 将第一装置12从第二装置14隔开的热交换器20。在一个非限制性示 例中，第一装置12包括电源转换器系统，第二装置14包括变压器系 统，而第三装置16包括变速箱或发电机。在另一个实施例中，综合 冷却系统18包括通过泵循环经过第一装置12的第一冷却流体，循环 经过第二装置14的第二冷却流体，以及循环经过第三装置16的第三 冷却流体。热交换器20联接到综合冷却系统18上用来从第一冷却流 体、第二冷却流体和第三冷却流体提取热量。热交换器20可被安装 在例如但不限于风力涡轮机塔架或短论的容室内部或外部。在一个示 范性实施例中，如图4所描述，系统IO可包括用于第一装置12、第 二装置14和第三装置16的共同的冷却流体。图2为在例如但不限于风力涡轮机的应用中采用的综合热管理系统30的示意图。系统30包括与泵34联接的电源转换器系统32以提 供第一冷却流体36。在一个特 朱实施例中，第一冷却流体36为水。 第一冷却流体36与热交换器38接触，该热交换器38联接在浸入第 二冷却流体42的变压器40上。在一个特殊实施例中，第二冷却流体 为油。泵44使第二流体42在变压器40中循环。热交换器38从第二 冷却流体42向第一冷却流体36提取热量。在一个特殊实施例中，第 一冷却流体36的温度可为大约60°C，而第二冷却流体可在7(TC和80 。C之间以提供至少l(TC的温差。典型地，在电源转换器32上的冷却 流体36的出口温度将会足够低以作为第二冷却流体42的入口温度。 类似地，第一冷却流体36也与热交换器46相接触，该热交换器46 联接在第三装置上，该第三装置例如但不限于浸入第三冷却流体50 中的变速箱48 。在一个特殊实施例中，第三冷却流体50为油。泵52 使第三冷却流体50在变速箱48中循环。热交换器46从第三冷却流 体50提取热量到第一冷却流体36。热交换器54安装在围绕热量交换 系统30的风力涡轮机塔架56或短舱外部。在一个特殊实施例中，热 交换器54采用自然对流。在另一个实施例中，热交换器54采用使用 例如但不限于风扇的强制对流。热交换器54从第一流体36向周围环 境提取热量。在另一个实施例中，综合热管理系统30被安装在风力 涡4仑4几短艙内。图3为另 一个由例如但不限于风力涡轮机的应用所采用的示范性 综合热管理系统60的示意图。系统60包括如图2所示的电源转换器 系统32,其与泵34联接以如图2所示使第一冷却流体36循环。第一 冷却流体36与图2中的变压器40直接接触。在目前预期的实施例中， 第一冷却流体36被循环经过电源转换器系统32和变压器40来从这 两个装置提取热量。热交换器62安装在封闭热量交换系统60的风力 涡轮机塔架64或短艙的外部来/人第一冷却流体36提取向周围环境提 取热量。在一个特殊实施例中，热交换器62采用自然对流或自由对 流。在另一个实施例中，热交换器62利用例如但不限于风扇的装置来采用强制对流。在又一个实施例中，综合热管理系统被安装在风力 涡轮机短抢内部。在一个特殊实施例中，系乡充60可包括各种可如上所述冷却的电 气元件。此外，典型地电气元件为物理地彼此靠近放置并从而便于综 合冷却。系统60还增加电气元件的组装密度(packaging density)并适用 于单一件、工厂组装和检测单元。系统60减少组件中的部件数量并 因此增加系统的可靠性。图4为另一个示范性综合热管理系统70的示意图，其包括在例 如但不限于风力涡轮机的应用中所采用的三个装置。对于图3中示出 的实施例，热管理系统70还包4舌与第一冷却流体36接触的附加的第 三装置72。在一个非限制性示例中，第三装置72包括发电机。在所 示的实施例中，发电机72的冷却与第二装置40并联。在另一个实施 例中，发电机72的冷却可与变压器40串联连接。第一冷却流体36 从电源转换器系统32、变压器40和发电机72提取热量。图3中提及 的热交换器62从第一冷却流体36向周围环境提取热量。在一个实施 例中，热交换器62安装在风力涡轮机塔架64或短舱外部。在另一个 实施例中，热交换器62可被安装在风力涡轮机塔架64内部。图5示出了在热量发生系统中用于综合热管理的方法80的示范 性步骤的流程图。方法80包括在步骤82中放置配置成用来释放第一 热量损失的第一装置。第二装置在步骤84中被热交换器从第一装置 隔开。在步骤86中来自第一装置和第二装置的热量通过热交换器被 提取。在一个特殊实施例中，通过使冷却流体循环经过第二装置，热 量以强制对流冷却来提取。在另一个实施例中，热量通过泵^f吏冷却流 体循环经过第一装置来提取。在t又一个实施例中，被提取的热量为第 一热量产生装置和第二热量装置中所产生的热量的至少约80%。上述用于综合热管理的系统和方法的各种实施例因此提供了 一 种方式来获得用来从电气元件去除热量的方便而有效的方法。这些技 术和系统还由于改进的热量去除系统和改进的組装密度而用于高度紧凑的和高效率风力涡轮机系统。当然，应当理解的是，根据任意特殊实施例并不一定达成上述所 有的此类目的或优势。因此，例,如本领域的技术人员将认识到本文讨 论的系统和技术可以以这样的方式来实施或执行，从而达成或优化如 本文所教导的一个优点或一组优势，而不一定达成本文可能教导或提 出的其它目的或优势。而且，技术人员将从不同的实施例认识到各种的特征的可交换 性。例如，相对于一个实施例作为第二装置的变压器的使用可被适应 用来与第三装置一起使用，该第三装置例如但不限于相对于另一个实 施例描述的发电机或变速箱。类似地，所描述的各种特征和对于各特 征的其它已知等价物可由本领域普通技术人员混合并匹配来根据此 公开的原则构建另外的系统和技术。虽然本文仅示出并描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人 员会想到其他修改和变型。因此可以理解所附权利要求意图覆盖落入 本发明的真实精神内的所有此类修改和变型。
权利要求
1.一种综合热管理系统(10)，包括第一装置(12)，其配置成用来释放第一热量损失并且联接到综合冷却系统(18)上；至少第二装置(14)，其配置成用来释放第二热量损失并且联接到所述综合冷却系统(18)上；以及至少一个热交换器(20)，其配置成用来向周围环境释放所述第一热量损失和所述第二热量损失；
2. 根据权利要求1所述的系统(IO)，其特征在于，所述综合冷却 系统(18)包4舌第一冷却流体(36)，其通过第一泵(34)循环经过所述第一装置(12) 并且联接到第一热交换器(38)上;-以及第二冷却流体(42)，其通过第二泵(44)循环经过所述第二装置(14) 并且联接到第二热交换器(46)上。
3. 根据权利要求1所述的系统(IO),其特征在于，所述系统还至 少包括配置成用来释放第三热量损失的第三装置(16)。
4. 根据权利要求2所述的系统(10)，其特征在于，所述综合冷却 系统(18)包括循环经过所述第一装置(12)和所述第二装置(14)并且联 接到所述第 一热交换器(38)上的所述第 一冷却流体(36)。
5. 根据权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，所述第一装置 (12)和所述第二装置(14)可并联或串联连接。
6. —种热量释放系统中的综合热管理方法，包括 在步骤(82)布置配置成用来释放第一热量损失的第一装置； 在步骤(84)用热交换器将配置成用来释放第二热量损失的第二装:置从所述第一装置隔开；以及在步骤(86)通过所述热交换器从所述第一装置和所示第二装置提 取热量。
7. 根据权利要求6所述的系统(80),其特征在于，在步骤(86)所 述提取热量包括通过泵使第二冷却流体循环经过所述第二装置。
8. 根据权利要求6所述^系统(80)，其特征在于，在步骤(86)所 述提取热量包括通过强制对流或自由对流使第二冷却流体循环。
9. 一种紧凑的变压器-电源转换器组件(30),包括 浸入油中的变压器(40);以及冷却流体(36)，其循环经过电源转换器系统(32)并且被配置成用 来从所述电源转换器系统(3 2)和所述油提取热量。
10. 根据权利要求9所述的组件(30)，其特征在于，所述组件还 包括第 一热交换器(38)来从所述油向所述冷却流体(36)提取热量。
全文摘要
本发明涉及用于综合热管理的系统和方法，具体而言，提供了综合热管理系统(10)。该系统(10)包括配置成用来释放第一热量损失并且联接到综合冷却系统(18)上的第一装置(12)。该系统(10)还至少包括配置成用来释放第二热量损失并且联接到综合冷却系统(18)上的第二装置(14)。该系统(10)还包括配置成用来向周围环境释放第一热量损失和第二热量损失的至少一个热交换器(20)。
文档编号H01F27/12GK101330819SQ20081012892
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月17日 优先权日2007年6月18日
发明者R·W·德尔梅里科, R·勒斯纳, R·泰希曼 申请人:通用电气公司