一种风力发电系统变流装置的空气除湿系统的制作方法

专利名称：一种风力发电系统变流装置的空气除湿系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种设备的除湿装置，尤其是指一种风力发电系统变流装置的空 气除湿系统，该空气除湿系统的空气除湿器包括至少一个空气/液体热交换器及其待冷却 的表面，并且利用变流器原有的液体冷却系统及加热装置做为基础。
背景技术：
在诸如大型风力发电机、海上钻井、船舶、机车、航空设备等各个工业领域中会用 到变流器装备或设备。这些设备很多情况是运行在复杂的气候环境中和恶劣的天气环境中 以及在海边，高海拔地区等等。通常大型风力发电机是最需要使用变流器的应用场合，但是 大型风力发电机又通常运行在拥有良好风力资源的海岸，海上，高原，高山上，戈壁及其平 原等地方。在这些地方，风力发电机及其变流设备经常受到湿气(雾)(高山气候)，盐碱 (海洋气候)，温度变化(日夜及其戈壁气候)的影响，所以必须对变流器装备或设备进行 除湿考虑。现在一般是一方面提高变流器元器件本身的抗湿度，抗温变能力，另一方面还要 尽量对变流器装备或设备做一些除湿，温度调节等方面的考虑，延长变流器的使用寿命。由 于变流器的应用场合一般都是环境条件比较恶劣，比较极端，所以变流器机箱的设计一般 都是密封度比较高的。但是，完全密封的话会导致变流器系统装置的成本大幅增加，另外， 完全密封也将使得变流器的经常维护和维修出现困难，所以机箱通常不会制成完全压力密 封的。但在普通的环境中，由于变流器机箱不是压力密封的，所以机箱内部空气与机箱 外部空气之间温度和气压变化不同步以及存在温度差异形成对流。因此，机箱内部会形成 露点温度，在该温度下湿气会凝结并在机箱内积聚。在海洋环境和高山环境下，雾气湿气都 比较重，在不完全密封的机箱内湿气也是自然比较重。空气中的湿度较大或者水汽凝结在元器件上的时候，会大幅缩短电子元件的使用 寿命并且会对机械部件产生锈蚀。机箱内部凝结水会到导致电气元件的绝缘电阻电容的电 气性能改变，对电气的绝缘器件的性能也有所改变。这些都会导致元器件产生故障并且有 可能导致元件乃至整个设备都遭损坏。例如德国专利公报DE10245103A1、美国专利公报US2005/002787A1以及日本专利 公报JP200393829中公开了一些较早的应用在风力发电站中的空气除湿方法。这些方法 的共同之处在于通过利用帕尔贴元件的运作来进行除湿。珀尔贴效应，又称为第二热电效 应，是指当电流通过A、B两种金属组成的接触点时，除了因为电流流经电路而产生的焦耳 热外，还会在接触点产生吸热或放热的效应。然而，基于帕尔贴元件的空气除湿方法都是成 本高昂的技术方案，因为该元件的尺寸必须根据待干燥区域的体检和源自环境的热应力来 进行设计。如果待干燥的目标物的周围温度和相对空气湿度高，那么将有大的热应力作用 在帕尔贴元件的冷表面上。结果，该元件的热表面与冷表面之间的温度差变得较小，并且在 某些工作点，该元件的除湿能力变得较差或者甚至丧失。另外，基于帕尔贴元件的除湿方案成本比较高，而且其运作需要利用电源在元件上产生用于干燥所需要的冷表面，这对帕尔贴元件本身以及电源提出了更高的密封要求。 自然，这会在相当程度上增加系统的成本，另外帕尔贴元件及其冷表面的加工要求比较高， 并且使用寿命也不太理想，这个是由于系统所需要的电气元件导致的。因此很有必要对此 进一步加以改进。

实用新型内容本实用新型的目的为了克服现有风力发电系统变流器装置或设备除湿方法及装 置的不足，提供一种能更为有效去除风力发电系统变流器装置或设备机箱内湿度，且成本 更加便宜，且使用寿命更长的风力发电系统变流器装置或设备除湿装置。本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的，一种变流装置的空气除湿系统， 所述空气除湿器包括至少一个空气/液体热交换器及其待冷却的表面，并且具有连接到变 流装置的液体冷却循环系统的干燥液体循环系统和收集及排出冷凝水的装置。所要干燥的 变流装置本身带有液体冷却循环系统，变流器装置的冷却液体循环系统的上游方向有液体 泵，热交换器，阀门，旁路循环系统以及设于三通阀后，液体泵之前任意位置的加热装置。旁 路循环系统在液体泵与热交换器之间延伸，越过热交换器连接接到阀门上，干燥液体循环 系统则是在热交换器之后阀门之前延伸到变流器之后液体泵之前。空气除湿器利用变流器 原有的液体冷却系统及加热装置做为基础；当该表面被冷却并且变流器的内部温度比较高 或可能被加热时，湿气在该表面上凝结，由此空气除湿器位于所述变流器机箱内部。本实用新型的有益效果除湿器的特征在于充分利用了大型变流装置的冷却液体 循环系统，对于能量的消耗降到了最低水平，并且最大限度的降低了成本。因为充分利用冷 却液体循环系统的热交换器，所用元件也达到了最少，所以其可靠性好，工作效率也提高很 多。另外因为加热装置设置在液体循环系统上，使得在任何时候都不受限制的形成温度差， 因此不管是在运行还是停运期间都可以高效的为变流器除湿。

图1是本实用新型的一个实施例的空气除湿原理示意图；图2是本实用新型的小型、小功率的空气冷却的变流装置内空气除湿原理示意 图。图中1、待冷却的表面，2、变流器机箱，3、变流装置，4、干燥液体循环系统，5、液体 冷却循环系统，6、液体泵，7、热交换器，8、阀门装置，9、加热装置，10、旁路循环系统，11、液 体冷却工作站，12、冷凝水的排出装置，13、空气除湿器。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的描述。实施例一如图1为本实用新型的一个实施例，通过附图可以看出本实用新型为一种变流装 置的空气除湿系统，所述空气除湿系统的空气除湿器包括至少一个空气/液体热交换器及 其待冷却的表面，并且具有连接到变流装置的液体冷却循环系统的干燥液体循环系统和收 集及排出冷凝水的装置。所要干燥的变流装置本身带有液体冷却循环系统，变流器装置的冷却液体循环系统的上游方向有液体泵，热交换器，阀门，旁路循环系统以及设于三通阀 后，液体泵之前任意位置的加热装置。旁路循环系统在液体泵与热交换器之间延伸，越过热 交换器连接接到阀门上，干燥液体循环系统则是在热交换器之后阀门之前延伸到变流器之 后液体泵之前。空气除湿器利用变流器原有的液体冷却系统及加热装置做为基础；当该表 面被冷却并且变流器的内部温度比较高或可能被加热时，湿气在该表面上凝结，由此该空 气除湿器位于所述变流器机箱内部。具体系统装置结构如下空气除湿系统包括空气除湿器13、干燥液体循环系统4、变流装置的液体冷却循 环系统5以及冷凝水的排出装置12。空气除湿器13位于变流器机箱2内部，空气除湿器13 包括至少一个空气与液体热交换器及其多个待冷却的表面1。在此情况下，本发明的空气除 湿器用于变流器机箱2的内部除湿，变流装置3的液体冷却循环系统5包括位于上游在变 流器机箱2外的液体泵6、热交换器7、阀们装置8、旁路循环系统10及加热装置9。旁路循 环系统10由液体泵6之后热交换器7之前的支点上，并且越过了热交换器7直接连接到阀 门装置8上。加热装置9位于阀门装置8之后，液体泵6之前的任意位置的液体冷却循环 系统5的任意位置上(即阀门装置8到变流装置3之间和变流装置3到液体泵6之间)。 干燥液体循环系统4是从热交换器7之后，阀们装置8之前的液体冷却循环系统5延伸到 变流装置3之后液体泵6之前。加热装置9只要在需要除湿的时候才可能开启，可以保证 除湿器在任意时候都能高效的进行干燥工作。阀门装置8可以是三通阀也可以是两个二通 阀，并且可以是自动控制开关。液体冷却循环系统5、液体泵6、热交换器7、阀门装置8旁路循环系统10都是位 于变流器机箱2外部，位于液体冷却工作站11内。旁路循环系统只是在开启除湿器的时 候为液体冷却循环系统和干燥液体循环系统分流的作用，在后边还会进一步的详述。液体 冷却工作站11与变流装置3经过液体冷却循环系统5连接，并且形成了一个热交换系统， 主要功能为变流装置3冷却，在变流器工作的时候所放的热量通过液体冷却循环系统5传 到液体冷却工作站11。加热装置9设置在阀门装置8之后，液体泵6之前的液体冷却循环 系统5的任意位置，用于为机箱内部加热。液体冷却工作站的液体泵6提供液体流动的动 力，热交换器7将变流器所产生的热量交换到空气中或者所在的介质和并且在除湿的时候 通过干燥循环系统4冷却除湿器的交换器及其待冷却的表面。加热装置9在除湿的时候才 会用到，在除湿时，加热装置9给液体冷却系统加热(此时加热的液体冷却循环系统流经旁 路10，不在经过热交换器7此时液体冷却系统温度升高，对机械部件和机箱内空气加热)， 使得机械部件温度升高，使其凝结在机械部件的冷凝水蒸发到空气中，另外其间接的对变 流器机箱2内部的空气进行加热。干燥液体循环系统4连接在除湿器的空气与液体热交换 器所组成的冷却管道组或者冷却扁平箱体组上，干燥液体循环系统4下游端接入变流装置 3之后，液体泵6之前，因为干燥液体循环系统的液体管道相对与液体循环系统5来说比较 小，所需要的液体流量也比较小，分流比较小，对与液体循环系统和液体循环站的影响比较 小，不会造成大的改变。在除湿工作开始时，阀门装置8的开关打开A-B端，关闭A-C端并同时开启机箱内 的加热装置9和液体工作站11的液体泵6。从而使得变流装置3，液体泵6，旁路循环系统 10，阀门装置8及加热装置构成一条循环系统，即给变流器机箱2加热的循环系统。除湿器 的空气与液体热交换器及其表面，干燥循环系统4，液体泵6，工作站的热交换器7和一部分液体循环系统5构成了为除湿器冷却、的循环系统。加热装置9即为此时的液体循环系统 加热，促使机箱内部及其变流器内部机械部件升温，但是若加热装置位于机箱内部同时也 直接为变流器机箱加热，此时机箱内部在综合作用下温度升高。于此同时除湿器的循环系 统中流经干燥液体循环系统的液体经过液体循环系统5被带入热交换器7中与空气或环境 介质的热量交换，即流经这个系统的液体被冷却至与周围温度相同，使得除湿器的冷却表 面冷却至与机箱外工作站周围的环境温度相同。连接在液体循环系统5的热交换器7可以是空气与液体热交换器，也可以是液体 与液体热交换器。当其为空气与液体热交换器时，当液体循环系统5中的液体流经热交换 器7的时候，在机箱中带出的热量交换到了周围的空气中(热交换器周围是空气通风好)， 并且是流经的液体与环境温度基本相同。如果热交换器7是液体与液体热交换器时，流经 热交换器7的液体热量交换到周围的液体(周围的液体与交换器流经液体是对流的)中， 使得流经热交换器循环系统中的液体冷却到周围环境相同的温度。除湿器的工作原理主要是利用温度差及其露点温度来除湿。即通过控制机箱2内 部的空气温度，同时利用热交换器7及其干燥循环系统4控制除湿器的冷却表面的温度达 到露点温度来除湿。当变流器机箱2的空气温度通过加热升高，同时除湿器冷却表面温度 冷却低到露点温度的时候，变流器机箱2内部的湿气在冷却表面凝结成冷凝水，并且冷凝 水通过冷却表面组的导流槽或排水管12排出机箱。这种通过温度差的方式进行干燥受到 环境温度，温度差的值的制约影响。干燥能力也是与机箱2内部温度与干燥循环系统4连 接的除湿器的交换器1的冷却表面组的温度差值成正比，即它们之间的温度差值越大，干 燥能力越强。在环境温度比较低的时候，变流器机箱2内部的湿气相对来说比较小，并且 设备周围的凝结水也比较少，此时除湿器开启的话冷却表面的温度跟周围环境温度基本相 同，即冷却表面温度比较低，但是加热电阻9和变流器产生的热量却相对稳定，此时机箱内 部空气温度和除湿器冷却表面形成的温度差却很大，此时除湿能力很高，效果很好。但是当 环境温度比较高的时候，机箱内部的湿气相对比较多。除湿器开启时冷却表面温度相对比 较高，加热电阻9和变流器产生的热量基本不变，或是累积温度上升较小。变流器机箱2内 空气温度与除湿器冷却表面组的温度差比较小，此时干燥能力比较差。但此时如果热交换 器7为液体与液体交换器的话，效果会好一些。在温度差保持不变的情况下，如果环境温度 越低，干燥能力越强。因该除湿系统充分利用了变流器的冷却装置，工作原理也相对简单。因此该系统 可以用简单的控制电路来实现。可以通过在机箱内部使用湿度传感器来确定机箱的的干燥 程度以及检测需要启动除湿器时的空气中湿气的临界值。最简单的控制方式是利用设置 温度差传感器。为了检测湿度和控制干燥过程，在所述的变流器机箱2内设有湿度传感器 或露点传感器，在干燥循环系统冷却装置前和液体冷却循环系统变流器后设有温度差传感 器。用于空气除湿器工作时保持两个系统中液体的温度差，使得能够在变流器机箱2内部 产生露点温度。最优控制，为了达到节能高效的工作，需要考虑不同情况下采用适当的方式。在变 流器工作的时候，需要充分利用其工作时所释放的热量来除湿。1.如果此时两个系统中的温度差能够达到除湿的温度差，就不用开启加热装置 9，此时三通阀是A-C开通，别的都关掉，除湿系统和变流器冷却系统都经过热交换器7，只是机箱内变流器释放的热量和流过变流器后的循环系统也释放热量能够是变流器机箱2 内的空气加热到足够的温度与除湿器冷却表面形成足够产生露点的温度差。机箱内部的空 气中湿气之间在冷却表面凝结，此时可以直接对机箱进行干燥。2.如果此时两个系统中的温度差不能达到要求或者在变流器停止工作时候，需要 开启加热装置9，加热装置9位于三通阀之后，液体泵之前的液体冷却循环系统上，所以通 过加热装置9可以给流经变流装置3的液体加热，从而加热变流器的机械部件及其机箱内 的空气，此时三通阀的A-B开通，其余关闭，流经变流器的液体冷却循环系统5直接从旁路 循环系统10流过而不经过热交换器7。干燥液体循环系统4经过热交换器7从而冷却除湿 器，以便使机箱内温度和除湿器温度形成温度差。当然如果这种情况变流器工作中，加热时 间和除湿时间要控制的尽量短，以保证变流器不要损坏。当然，为了更加高效的完成干燥的目的，逻辑控制电路可以根据时间和环境温度 变化更好的完成除湿。例如在每天的晚间气温一般都比白天低，阴雨天气环境温度一般也 会比较低。这个时候，热交换器7的工作能力增强，除湿器的冷却表面温度相对比较低，通 过加热电阻9的加热，变流器机箱2内的空气温度大大升高，形成高的温度差，因此有效的 能量能产生很大的温度差，干燥能快速高效的完成。因此发明中应用于带有液体冷却循环系统的变流器装置。这种变流装置一般含有 上述两个实体及一个部件变流装置3及变流器机箱2、液体工作站11及位于三通阀8之 后，液体泵6之前液体冷却循环系统5上的加热装置9。当然加热装置9既能为了保护温度 过低时候的机械和电气部件的安全也是为了在干燥工作的时候能够高效方便的完成除湿 的功能。。实施例二如图2为本发明的另一个实施例，通过附图可以看出本发明为应用于那些中小型 的变流器(即利用空气冷却的变流装置)中的除湿方法及系统，此除湿方法及系统的主体 部分与实施例一所述的基本一样。不同的是因为变流装置没有液体冷却循环系统，所以干 燥系统在自己带有液体泵206和热交换器207，且这两个设置在机箱202的外部，而空气除 湿器213的交换器及待冷却表面组201和干燥液体循环系统204设在机箱内部。变流器 203工作时所释放的热量能够提升温度，空气除湿器213的干燥表面被冷却到比较低的温 度，形成温度差，达到除湿的效果。当然在变流器不工作的时候，一般是利用变流器机箱内 的加热器来实现机箱内部的升高温度，与冷却表面冷却的温度形成温度差，实现干燥。当然 控制基本上就是利用设在干燥系统上游的和机箱内部的温度差传感器实现。本发明因此充分利用了液体冷却循环系统来对除湿器冷却表面进行冷却，并且也 充分的利用了机箱2内变流装置工作的时候的能量损失，因此最大限度的增加了整个系统 的工作效率，并且也最大限度的减少了能量的损耗。上述说明只是说明了本发明的基本理念和大体的结构。技术人员可以在权利要求 所允许的范围内根据不同的应用场合做适当的改变，以适应使用的环境及其达到更好的除 湿效果。
权利要求一种风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于所述空气除湿系统的空气除湿器包括至少一个空气与液体热交换器及其待冷却的表面，并且具有连接到变流装置的液体冷却循环系统的干燥液体循环系统和收集及排出冷凝水的装置；空气除湿器包括至少一个空气与液体热交换器及其多个待冷却的表面、干燥液体循环系统以及冷凝水的排出装置。
2.如权利要求1所述的风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于所 要干燥的变流装置本身带有液体冷却循环系统，变流器装置的冷却液体循环系统的上游方 向有液体泵，热交换器，阀门，旁路循环系统以及设于三通阀后，液体泵之前任意位置的加 热装置；旁路循环系统在液体泵与热交换器之间延伸，越过热交换器连接接到阀门上，干燥 液体循环系统则是在热交换器之后阀门之前延伸到变流器之后液体泵之前；空气除湿器位 于所述变流器机箱内部；空气除湿器利用变流器原有的液体冷却系统及加热装置做为基 础；当该表面被冷却并且变流器的内部温度比较高或可能被加热时，湿气在该表面上凝结。
3.如权利要求1所述的风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于干 燥系统在自己带有液体泵和热交换器，且这两个设置在机箱的外部，而空气除湿器的交换 器及待冷却表面组和干燥液体循环系统设在机箱内部；变流器工作时所释放的热量能够提 升温度，空气除湿器的干燥表面被冷却到比较低的温度，形成温度差，达到除湿的效果；当 然在变流器不工作的时候，利用变流器机箱内的加热器来实现机箱内部的升高温度，与冷 却表面冷却的温度形成温度差，实现干燥。
4.一种风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于空气除湿系统包括 空气除湿器、干燥液体循环系统、变流装置的液体冷却循环系统以及冷凝水的排出装置；空 气除湿器位于变流器机箱内部，空气除湿器包括至少一个空气与液体热交换器及其多个待 冷却的表面；变流装置的液体冷却循环系统包括位于上游在变流器机箱外的液体泵、热交 换器、阀们装置、旁路循环系统及加热装置；旁路循环系统由液体泵之后热交换器之前的支 点上，并且越过了热交换器直接连接到阀门装置上；加热装置位于三通阀之后，液体泵之前 的任意位置的液体冷却循环系统的任意位置上，即三通阀到变流器之间和变流器到液体泵 之间；干燥液体循环系统是从热交换器之后，三通阀之前的液体冷却循环系统延伸到变流 器之后液体泵之前。
5.如权利要求4所述的风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于阀 门装置可以是三通阀或两个二通阀。
6.如权利要求4所述的风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于液 体冷却循环系统、液体泵、热交换器、阀门装置旁路循环系统都是位于变流器机箱外部，位 于液体冷却工作站内；液体冷却工作站与变流装置经过液体冷却循环系统连接，并且形成 了一个热交换系统；在除湿工作开始时，三通阀的开关打开A-B端，关闭A-C端并同时开启 机箱内的加热装置和液体工作站的液体泵；从而使得变流器，液体泵，旁路循环系统，三通 阀及加热装置构成一条循环系统，即给机箱加热的循环系统；除湿器的空气或液体热交换 器及其表面，干燥循环系统，液体泵，工作站的热交换器和一部分液体循环系统构成了为除 湿器冷却、的循环系统。
7.如权利要求4所述的风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于连 接在液体循环系统的热交换器是空气与液体热交换器或液体与液体热交换器。
8.如权利要求4所述的风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于在 所述的变流器机箱内设有湿度传感器或露点传感器，在干燥循环系统冷却装置前和液体冷 却循环系统变流器后设有温度差传感器。
9.如权利要求4所述的风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，其特征在于所 述的变流装置含有变流器及机箱、液体工作站及位于三通阀之后，液体泵之前液体冷却循 环系统上的加热装置。
专利摘要一种风力发电系统变流器装置或设备的除湿系统，所述空气除湿系统的空气除湿器包括至少一个空气与液体热交换器及其待冷却的表面，并且具有连接到变流装置的液体冷却循环系统的干燥液体循环系统和收集及排出冷凝水的装置；空气除湿器包括至少一个空气与液体热交换器及其多个待冷却的表面、干燥液体循环系统以及冷凝水的排出装置。本实用新型充分利用了大型变流装置的冷却液体循环系统，使得能量的消耗降到了最低水平，并且最大限度的降低了成本。
文档编号F25B21/02GK201711079SQ201020241520
公开日2011年1月19日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者张劲松, 曹国荣, 杨印博, 赵燕峰 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司