用于风力涡轮机的冷却热交换器.pdf

《用于风力涡轮机的冷却热交换器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于风力涡轮机的冷却热交换器.pdf（9页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010026891.3 (22)申请日 2020.01.10 (30)优先权数据 19151213.6 2019.01.10 EP (71)申请人 西门子歌美飒可再生能源公司 地址 丹麦布兰德 (72)发明人 G.艾罗尔迪 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 董均华刘茜 (51)Int.Cl. F03D 80/60(2016.01) (54)发明名称 用于风力涡轮机的冷却热交换器 (57)摘要 用于风力涡轮机 （10） 的机舱 （12）。

2、 沿着纵向 轴线 （Y） 延伸， 并且包括外表面 （14） 以及在所述 外表面 （14） 上的热交换器 （20） ， 热交换器 （20） 包 括： 多个流体通道 （21） ， 用于在热交换器 （20） 中 将冷却的流体； 和多个空气通道 （22） ， 用于处于 与流体通道 （21） 热接触的冷却空气流， 空气通道 （22） 在热交换器 （20） 的入口表面 （23） 和出口表 面 （24） 之间延伸。 入口表面 （23） 相对于纵向轴线 （Y） 以被包括在0 和90 之间的安装角度 （） 倾 斜。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 111425361 A 2020.07.17 CN 。

3、111425361 A 1.机舱 （12） ， 用于风力涡轮机 （10） ， 所述机舱 （12） 沿着纵向轴线 （Y） 延伸， 并且包括外 表面 （14） 以及在所述外表面 （14） 上的热交换器 （20） ， 所述热交换器 （20） 包括： 多个流体通 道 （21） ， 用于在所述热交换器 （20） 中将冷却的流体； 和多个空气通道 （22） ， 用于处于与所述 流体通道 （21） 热接触的冷却空气流， 所述空气通道 （22） 在所述热交换器 （20） 的入口表面 （23） 和出口表面 （24） 之间延伸， 其中， 所述入口表面 （23） 相对于所述纵向轴线 （Y） 以被包括在0 和90 之。

4、间的安装角度 （ ） 倾斜。 2.根据权利要求1所述的机舱 （12） ， 其中， 所述空气通道 （22） 与所述纵向轴线 （Y） 对准。 3.根据权利要求1或2所述的机舱 （10） ， 其中， 所述热交换器 （20） 至少包括风扇 （25） ， 用 于产生所述冷却空气流。 4.根据前述权利要求中任一项所述的机舱 （12） ， 其中， 所述热交换器 （20） 包括两个冷 却模块 （20a、 20b） ， 所述两个冷却模块相对于所述纵向轴线 （Y） 彼此对称。 5.根据前述权利要求中任一项所述的机舱 （10） ， 其中， 所述出口表面 （24） 平行于所述 入口表面 （23） 。 6.根据前述权利。

5、要求中任一项所述的机舱 （10） ， 其中， 所述流体通道 （21） 相对于所述 空气通道 （22） 垂直。 7.风力涡轮机 （10） ， 包括根据前述权利要求中任一项所述的机舱 （12） 以及具有轮毂 （13） 和至少一个叶片 （20） 的风力涡轮机转子， 所述风力涡轮机转子可旋转地附接到所述机 舱 （12） ， 用于围绕所述机舱 （10） 的纵向轴线 （Y） 旋转。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111425361 A 2 用于风力涡轮机的冷却热交换器 技术领域 0001 本发明涉及被安装在风力涡轮机的机舱上的冷却热交换器 （冷却器） 。 背景技术 0002 由于风力涡轮机被安装在具有。

6、高环境温度的区域中， 或由于增加功率输出， 以产 生更多能量， 因此风力涡轮机电气部件被推向其极限。 0003 因此， 需要提供不断增强的冷却能力， 以避免在发电机、 变流器和机舱中达到过高 的温度。 此类要求通常通过将被安装在机舱顶部上的冷却器满足， 其中， 借助于横跨冷却器 的空气流而冷却流体， 例如， 水。 空气流可由被提供在冷却器的一个表面处的一个或多个风 扇产生 （主动冷却） ， 或可自然存在 （被动冷却） 。 0004 增加冷却器的冷却能力的一个方式是通过增加冷却器的热交换表面而实现的。 0005 但是， 主要由于对于直升机操作的航空规范， 因此存在有空间限制： 在高度上， 被 动。

7、冷却器不可超过已达到的三米的限制； 并且在冷却器突出在机舱外部的情况下， 在宽度 上的延伸将防止在故障的情况下更换冷却器的可能性。 0006 因此， 存在有需要， 以提供将被安装在风力涡轮机的机舱上的冷却器， 冷却器相对 于现有技术中已知的热交换器具有改进的冷却能力， 而在冷却器装置的总高度和宽度的方 面上不超过上文限定的几何限制。 发明内容 0007 此范围可由根据独立权利要求的主题实现。 本发明的有利实施例由从属权利要求 描述。 0008 根据本发明， 提供有机舱， 用于风力涡轮机， 所述机舱沿着纵向轴线延伸， 并且包 括： 外表面以及在所述外表面上的热交换器， 热交换器包括： 多个流体通。

8、道， 用于在热交换 器中将冷却的流体； 和多个空气通道， 用于处于与流体通道热接触的冷却空气流， 空气通道 在热交换器的入口表面和出口表面之间延伸， 其中， 入口表面相对于纵向轴线以被包括在0 和90 之间的安装角度倾斜。 0009 有利地， 通过使入口表面倾斜， 增加了入口表面的延伸以及流体通道和空气通道 的数量， 因此还增加了冷却热交换器的冷却能力， 而不显著改变冷却热交换器的总高度和 宽度。 0010 此类安装的结果是进入发电机和变流器的冷却流体的温度更低， 允许产生更高的 功率， 或允许在更高的温度气候下使用涡轮机。 0011 可使用水或包括水的流体 （例如， 水和乙二醇的混合物） 作。

9、为冷却流体。 0012 在本发明的实施例中， 空气通道与纵向轴线对准。 有利地， 这防止流体渠道相对于 风力盛行方向部分阻碍空气通道， 并且防止对于冷却空气流产生不期望的阻力。 0013 在本发明的其它实施例中， 热交换器至少包括风扇， 用于产生冷却空气流。 特别 说明书 1/4 页 3 CN 111425361 A 3 地， 风扇可被安装在冷却热交换器的出口表面处。 根据此类实施例， 风扇能够提供必要的压 差， 用于使空气流动通过冷却热交换器， 并且独立于空气通道的定向。 有利地， 用于产生冷 却空气流的一个或多个风扇的存在可与空气通道结合， 所述空气通道与纵向轴线风扇对 准。 0014 在。

10、本发明的实施例中， 热交换器包括两个冷却模块， 两个冷却模块相对于纵向轴 线彼此对称。 此对称配置可提供作用在热交换器上的空气动力的良好平衡。 0015 本发明的上文限定的方面和其它方面从下文中将描述的实施例的示例中显而易 见， 并且参考实施例的此类示例而被解释。 下文中将参考实施例的示例而更详细地描述本 发明， 但是本发明不限于所述示例。 附图说明 0016 图1 显示了风力涡轮机的侧视图， 所述风力涡轮机包括根据本发明的具有冷却热 交换器的机舱。 0017 图2 显示了根据本发明的具有冷却热交换器的机舱的俯视图。 0018 图3 显示了根据本发明的冷却热交换器的俯视图。 0019 图4 显。

11、示了根据本发明的冷却热交换器的另一实施例的部分俯视图。 0020 图5 显示了本发明的冷却热交换器的轴测视图。 具体实施方式 0021 附图呈示意的形式。 相似或相同的元件由相同或不同的附图标记参考。 0022 图1显示了用于产生电力的常规风力涡轮机10。 风力涡轮机10包括塔架11， 所述塔 架11在一个底部端部处被安装在地面16上。 在塔架11的相对顶部端部处安装有机舱12。 机 舱12通常相对于塔架11可旋转地被安装， 这被称为包括基本垂直于地面16的偏航轴线。 机 舱12通常容纳风力涡轮机的发电机15以及齿轮箱 （如果风力涡轮机是齿轮式风力涡轮机） 。 0023 机舱12包括外表面14。

12、， 所述外表面14包括邻近塔架11的顶部端部的基部侧14a和 与基部侧14a相对的顶部侧14b。 在顶部侧14b上， 提供了冷却热交换器20， 用于冷却将用于 冷却发电机15和/或变流器 （在附图中未显示） 的冷却流体， 例如， 包括水的流体， 所述变流 器被提供在机舱12内部， 并且连接到发电机15。 更总体地， 在热交换器20中冷却的冷却流体 用于在由机舱12的外表面14限定和界定的体积内部提供冷却能力。 0024 此外， 风力涡轮机10包括轮毂13， 所述轮毂13可旋转地附接到机舱12， 用于围绕转 子轴线Y旋转， 所述转子轴线Y是机舱12的纵向轴线Y。 当没有不同说明时， 在以下中， 。

13、术语轴 向、 径向和周向参考纵向转子轴线Y。 0025 转子轴线Y还限定靠近机舱12的外表面14流动的风力盛行方向， 即， 还通过热交换 器20。 0026 轮毂13通常被描述为风力涡轮机转子的一部分， 其中， 风力涡轮机转子能够围绕 转子轴线Y旋转， 并且能够将旋转能量传递到发电机 （未显示） 。 0027 风力涡轮机1还包括被安装在轮毂13上的至少一个叶片17 （在图1的实施例中， 风 力转子包括三个叶片17， 其中仅两个叶片17是可见的） 。 叶片17相对于旋转轴线Y基本径向 地延伸。 说明书 2/4 页 4 CN 111425361 A 4 0028 图2和图3分别显示了机舱14的俯视。

14、图以及热交换器20的俯视图， 所述机舱14的俯 视图显示了顶部侧14b， 在所述顶部侧14b上， 提供了热交换器20。 0029 热交换器20包括多个流体通道21， 用于冷却流体。 流体通道定向为基本垂直于纵 向转子轴线Y， 并且平行于塔架11的偏航轴线。 0030 热交换器20还包括多个空气通道22， 用于处于与流体通道21热接触的冷却空气 流， 空气通道22在热交换器20的入口表面23和出口表面24之间延伸。 0031 流体通道21基本垂直于空气通道22。 0032 在图2和图3的实施例中， 空气通道22与纵向轴线Y对准。 0033 入口表面23相对于纵向转子轴线Y以被包括在0 和90 之。

15、间的安装角度 倾斜。 0034 热交换器20包括两个冷却模块20a、 20b， 两个冷却模块20a、 20b相同， 并且相对于 包括纵向转子轴线Y的平面彼此对称。 特别地， 对称平面是竖直平面。 换句话说， 热交换器20 包括以 “V” 形配置相对于纵向转子轴线Y对称地被布置的两个冷却模块20a、 20b。 0035 根据本发明的其它实施例 （未显示） ， 热交换器20包括多于两个的冷却模块， 例如， 根据 “W” 形配置被布置的四个模块。 0036 图4显示了本发明的热交换器20的另一可能实施例， 空气通道22不与纵向轴线Y对 准， 而是垂直于入口表面23。 在此类实施例中， 与图2和图3的。

16、实施例不同， 热交换器20包括 一个或多个风扇25， 所述风扇25被提供在出口表面24处， 用于产生通过空气通道22的冷却 空气流。 0037 图5显示了图4的热交换器20的细节视图 （风扇25在图5中是不可见的） 。 热交换器 20具有平行六面体形状， 具有对应于入口表面23和出口表面24的平行于彼此的两个主表 面。 0038 在热交换器20中， 两组多个流体通道21和空气通道22彼此交替， 即， 每个空气通道 22介于两个流体通道21之间。 0039 空气通道22在入口表面23和出口表面24之间延伸， 并且垂直于入口表面23和出口 表面24。 为了改进热交换器20和冷却空气流之间的热交换，。

17、 多个相应波纹翼片26被提供在 空气通道22内部。 在此实施例中， 空气通道22相对于空气流倾斜， 所述空气流通过入口表面 23进入热交换器20 （根据图5的方向F1） ， 并且通过出口表面24离开热交换器20 （根据图5的 方向F2） 。 方向F1、 F2平行于纵向转子轴线Y， 并且因此平行于风力盛行方向。 在空气通道22 内部， 空气流相对于此类方向偏离。 0040 流体通道21垂直于空气通道22在热交换器20的顶部表面28和底部表面29之间延 伸。 在顶部表面28上， 提供了第一歧管31。 第一歧管31通过第一歧管31的流体入口33从机舱 12内部接收将冷却的流体流， 并且将此类流体输送。

18、到流体通道21 （如由图5的箭头F3代表 的） 。 通过在流体通道21中流动， 并且将热量传递到空气通道22中的空气流， 流体被冷却。 已 冷却流体在流体通道21下游被收集在第二歧管22中， 所述第二歧管22被提供在热交换器20 的底部表面29处。 第二歧管32通过第二歧管32的流体出口34 （如由图5的箭头F4代表的） 将 已冷却流体输送到机舱12内部， 例如， 用于冷却发电机15和/或变流器。 0041 根据图2和图3的实施例， 通过使空气通道22以及因此流体通道21定向为平行于图 5的方向F1、 F2并且因此平行于风力盛行方向， 使得空气通道22内部的空气流不相对于此类 方向偏离， 可改变图5的热交换器20。 相应地， 在此类实施例中， 不要求风扇， 用于为通过空 说明书 3/4 页 5 CN 111425361 A 5 气通道22的空气流提供必要的压差， 但是仍然可安装风扇， 用于改进冷却能力。 说明书 4/4 页 6 CN 111425361 A 6 图 1 说明书附图 1/3 页 7 CN 111425361 A 7 图 2 图 3 说明书附图 2/3 页 8 CN 111425361 A 8 图 4 图 5 说明书附图 3/3 页 9 CN 111425361 A 9 。