风力发电机组的海水冷却系统及风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种用于风力发电机组的海水冷却系统及包括该海水冷却系统的风力发电机组。

背景技术：

海上风力发电是未来新能源的发展方向，但海洋的气候环境给海上风力发电机组的建造带来很多难题。海上的盐雾和高湿环境影响设备的使用寿命，也会影响高压设备的绝缘性能，存在安全隐患。大部分的海上风力发电机组的变流器功率模块安装在风力发电机的塔筒底部，为了解决盐雾对设备腐蚀的问题，变流系统常常采用封闭式设计，风力发电机组的变流器柜体内安装IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等功率器件，功率器件在运行的过程中会产生大量的热量，使功率器件的温度升高，解决变流器功率模块的散热问题极为重要。

目前常见的变流器功率模块的散热冷却方式有空气冷却、油冷却和水冷却等。空气冷却方式效率较低，噪音大。油冷却系统由于油的粘滞性大、流速低和比热低，散热能力不高且成本高，并且易燃。水冷却装置通常采用空气-水换热系统，这种空气-水换热系统的换热器需要放置在塔筒的外部，容易腐蚀，对海洋环境不友好，特别是在夏季，高温高湿的气候极大地降低了冷却系统的运行效果并且存在噪音大等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种节约能源、无污染、冷却效率高且成本和运行费用低的海水冷却系统及采用该海水冷却系统的风力发电机组。

本实用新型提供一种风力发电机组的海水冷却系统，所述海水冷却系统用于冷却所述风力发电机组的发热设备，所述海水冷却系统包括发热设备散热器、海水换热器、循环泵、三通阀和加热器，其中，所述海水换热器设置在海水中，所述海水换热器内的冷却介质管道的入口通过第一冷却管连接到所述发热设备散热器的出口侧，所述海水换热器内的所述冷却介质管道的出口侧通过第二冷却管连接到所述发热设备散热器的入口侧，其中，所述第一冷却管包括出水管和热水管，所述第二冷却管包括进水管和冷水管，所述三通阀的入口端和所述发热设备散热器的所述出口侧通过所述出水管连接，并且所述三通阀的一个出口端和所述海水换热器的所述入口通过所述热水管连接，所述进水管和所述冷水管彼此连通并分别连接到所述发热设备散热器的所述入口侧和所述海水换热器的所述出口侧，所述三通阀的另一个出口端通过旁路管连接到所述进水管与所述冷水管的交汇点，所述循环泵设置在所述出水管上或设置在所述进水管上，并且所述加热器设置在所述热水管上。

所述海水冷却系统还可包括单向阀，所述单向阀设置在所述冷水管上。

所述三通阀可以为机械式温控三通阀。

所述海水冷却系统还可包括设置在所述热水管上以检测冷却介质温度的温度传感器。

所述发热设备可设置在塔筒中。

所述发热设备可以为变流器功率模块。

所述发热设备散热器、所述三通阀、所述循环泵、所述单向阀和所述加热器均可设置在变流器柜体中。

所述海水换热器可以为板式换热器，且冷却介质和海水采用逆向流动。

所述冷却介质可以为乙二醇，所述海水换热器的板片可采用钛板。

本实用新型的另一方面提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的海水冷却系统。

根据本实用新型的实施例的海水冷却系统可将由发热设备产生的大部分热通过海水带走，从而降低了发热设备的散热要求，能有效改善发热设备(例如，变流器功率器件)的寿命。

另外，由于使用海水与冷却介质进行热交换，而海水具有流动性且容积足够大，加热后的海水对海水温度的影响可忽略，因此能够节约能源，并且无污染，从而能够保护环境并维护生态平衡，并且使得冷却系统的成本和运行费用降低。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1是根据本实用新型的实施例的海水冷却系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-变流器柜体，2-发热设备散热器，3-海水，4-塔筒，5-底部塔筒平台，6-海水换热器，7-单向阀，8-加热器，9-三通阀，10-循环泵，11-出水管，12-进水管，13-冷水管，14-热水管，15-旁路管。

具体实施方式

现在对本实用新型实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。

这里所描述的装置和部件的各种变形、修改及其等同物对于本领域普通技术人员将是显而易见的，并不仅局限于这里所描述的示例，并且，为了更加清楚和简洁，可省去对于本领域普通技术人员公知的功能和结构的描述。

下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本实用新型。

根据本实用新型实施例的风力发电机组包括海水冷却系统，海水冷却系统用于冷却所述风力发电机组中的任何发热设备，例如，该发热设备可设置在塔筒4中，并且可以是位于底部塔筒平台5上的变流器功率模块。

图1示出了该海水冷却系统的结构。如图1所示，海水冷却系统包括发热设备散热器2(例如，变流器功率模块的散热器)、海水换热器6、循环泵10、三通阀9和加热器8。

海水换热器6设置在海水3中，并且其中的冷却介质管道的入口通过第一冷却管连接到发热设备散热器2的出口侧，冷却介质管道的出口侧通过第二冷却管连接到发热设备散热器2的入口侧。其中，第一冷却管包括出水管11和热水管14，第二冷却管包括进水管12和冷水管13。

三通阀9的入口端与发热设备散热器2的出口侧通过出水管11连接，并且三通阀9的一个出口端和海水换热器6的入口通过热水管14连接。进水管12和冷水管13彼此连通并分别连接到发热设备散热器2的入口侧和海水换热器6的出口侧，三通阀9的另一个出口端通过旁路管15连接到进水管12与冷水管13的交汇点。因此，从发热设备散热器2流出的冷却介质在流经出水管11后可通过三通阀9选择性地流动到热水管14或旁路管15中。

循环泵10可使冷却介质在第一冷却管和第二冷却管中循环流动，并且循环泵10可设置在出水管11或进水管12上。

加热器8可设置在热水管14上，加热器8可对流入到海水换热器6中的冷却介质进行预加热，以防止海水换热器6的内部结冰。

另外，海水冷却系统还可包括设置在冷水管13上的单向阀7，以防止流到旁路管15中的冷却介质回流到海水换热器6中。

三通阀9可以为机械式温控三通阀，并被配置为：当检测到冷却介质的温度低于预定温度时，使冷却介质从出水管11流到旁路管15；当检测到冷却介质的温度高于预定温度时，使冷却介质从出水管11流到热水管14。

通常，在发热设备刚刚启动时，冷却介质的温度会比较低(即，低于预定温度)，仅通过内循环(即，冷却介质沿进水管12、发热设备散热器2、出水管11和旁路管15的循环)即可实现发热设备的冷却，这时，三通阀9可通过检测冷却介质的温度被控制为使冷却介质流动到旁路管15中。随着发热设备的温度升高，发热设备散热器2中的冷却介质的温度也升高，三通阀9可根据检测的冷却介质的温度将内循环切换为外循环(即，冷却介质沿进水管12、发热设备散热器2、出水管11、热水管14、冷水管13的循环)，通过使冷却介质在海水换热器6中与海水进行热交换来使冷却介质降温，降温后的冷却介质流回到发热设备散热器2，以冷却发热设备。

另外，海水冷却系统还可包括设置在热水管14上以检测冷却介质温度的温度传感器。优选地，温度传感器可设置在加热器8的内部，以使加热器8根据温度传感器感测的温度确定是否进行加热。

海水换热器6可为板式换热器，且冷却介质和海水采用逆向流动，以增强换热效果。海水换热器6的板片可采用钛板，并且钛板的等级可为ASME Grade 1，从而避免被海水腐蚀。

此外，在第一冷却管和第二冷却管中流动的冷却介质可以是乙二醇。但冷却介质不限于此，能够与海水进行热交换的任何冷却介质都是可行的。

此外，当发热设备是变流器功率模块时，发热设备散热器2、三通阀9、循环泵10、单向阀7和加热器8可一起设置在变流器柜体1中，以使结构更加紧凑。

根据本实用新型的另一实施例，提供一种风力发电机组，其包括上述的海水冷却系统。本实用新型的风力发电机组不限于海上风力发电机组，设置在海边且紧挨着海水的风力发电机组也可以使用本实用新型的技术方案。

通过采用根据本实用新型的实施例的海水冷却系统，可将由发热设备产生的大部分热通过海水带走，从而降低了发热设备的散热要求，能有效改善发热设备(例如，变流器功率器件)的寿命。

另外，由于使用海水与冷却介质进行热交换，而海水具有流动性且容积足够大，加热后的海水对海水温度的影响可忽略，因此能够节约能源，并且无污染，从而能够保护环境并维护生态平衡，并且使得冷却系统的成本和运行费用降低。

虽然已表示和描述了本实用新型的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。