专利名称：包括热交换器组件的风力涡轮机机舱的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及风カ涡轮机机舱内的产热部件的冷却。
背景技术：
在风カ涡轮机内，机舱容纳有用于将机械能转换为电能所需的部件与系统。所述部件的范围可以由大型发电机、齿轮箱、制动器与变压器延伸至小型电子元件。这些系统与部件在机舱内产生大量热量。为了机舱部件的高效率运行，这种热量必须被消散到外部环境空气中。用于将热量由电气电子设备和重型部件中移除的现有系统包括用于使水或空气在被冷却部件或系统的内部、表面或附近的相对高温区域与相对低温区域之间循环流通的 泵或风扇，在所述相对低温区域，热量通常是通过散热片或管束被消散到环境空气中。来自电气电子设备中的热量通常通过水冷系统被消散到外部环境空气中。在所述水冷系统中，水在相对较冷的平板和电气电子设备单元的表面之间被循环流通。应注意到的是，上文中的空气对空气热交換器和空气对水热交換器既需要泵或风扇，又需要管路布置，用以使水循环流通。因此所述冷却系统是十分庞大的，同时受到风カ涡轮机机舱内部有限的可用空间所限制，所述冷却系统的安装是ー项复杂而昂贵工作。而且，包括泵和风扇的系统是易磨损的，并且最終会因此而损坏。所述的磨损与损坏不仅可以导致风カ涡轮机运行的中断，而且可以导致重型部件或电子元件因由此带来的过热而损坏。此外，从风カ涡轮机机舱内产热部件中被移除的热量的量既依赖于外部条件(例如外界温度)而变化，又依赖于风カ涡轮机在运行中所受的负载而变化。例如，当风カ涡轮机在高负载下运行时，发电机内电气电子设备中产生的热量的量高于风カ润轮机在低负载下运行时发电机内电气电子设备中产生的热量的量。在所述低负载运行状态下，更少的动力被送入发电机。空气对空气或空气对水热交換器并非在所有情况下都是准确地可控的，并且，尽管它们一般被设计为可提供足够的加热程度，但所述热交換器的能耗也往往是过高的，这是由于，作为ー种安全措施，所述热交換器往往适合于提供不必要的高冷却程度。然而，电子模块，特别是印刷线路板(PCBs)，受到来自通常被容纳于密闭空间中的发电机、变压器和类似部件等的高功率耗散影响而显著升温。在不同的运行条件下，印刷线路板可在一段时间内被迅速地加热或冷却，并且由于印刷线路板中热膨胀系数的不匹配，焊点失效现象会随着印刷线路板中材料的反复膨胀与收缩而发生。
发明内容
本发明的实施例的目的是提供具有热交換器组件的风カ涡轮机机舱，所述热交换器的组件是易于可控的。本发明的实施例的另ー个目的是提供热交換器组件，所述热交換器组件提供了额外的冷却能力。此外，本发明的实施例适用于冷却风カ涡轮机发电机中的电气电子设备，并且所述实施例可以与其他类型的冷却系统组合。此外，本发明的目的是提供适合于高效准确地对有限区域或特定部件(例如电气电子模块或其表面)进行冷却以保持所述区域或部件处于相对恒温或相对低温的热交換器组件。通常地，本发明提供了ー种风カ涡轮机机舱，所述机舱包括-容纳在所述机舱内的至少ー个产热部件；-用于冷却所述至少一个产热部件的至少ー个热交換器组件；其中，所述至少ー个热交換器组件包括第一冷却组件，所述第一冷却组件包括-至少ー个热电元件，所述热电元件具有第一区段，所述第一区段被安放在相对高温的第一区域内与所述产热部件接触或在所述产热部件附近，所述热电元件还具有第二区段，所述第二区段被安放在相对低温的第二区域内，所述热电元件被配置成通过消耗电能将热量从相对高温的所述第一区域转移到相对低温的所述第二区域；以及 其中，所述第一冷却组件还包括与所述热电元件相连的电源。本发明进ー步提供ー种冷却方法，用于冷却容纳在风カ涡轮机机舱内的至少ー个产热部件，所述方法包括-提供用于冷却所述至少一个产热部件的至少ー个热交換器组件，其中，所述至少ー个热交換器组件包括具有至少ー个热电元件的第一冷却组件，所述方法进ー步包括-将所述至少ー个热电元件的第一区段布置在相对高温的第一区域内，与所述产热部件相接触或在其附近；以及-将所述至少ー个热电元件的第二区段布置在相对低温的第二区域内；-将电能供应给所述热电元件，从而导致所述热电元件将热量从所述相对高温的第一区域转移到所述相对低温的第二区段。热电元件的热量泵送能力是通过电能(电流)的供应而可控制的，从而允许部件或表面区域被保持在与整个产热部件被用于冷却整个部件或其外罩的常见系统所冷却的情况下相比更低的和/或更恒定的温度，所述部件或表面区域位于热电元件的附近。优选地通过使用珀耳帖效应，热电元件产生了在两种不同类型材料的接合处之间的热量流动。所述热电元件可以是固态的有源热泵，所述热泵将能量(热量)依照温度梯度从所述接合处的ー侧转移到另ー侧。在这种情况下，所述热电元件消耗电能。因此所述热电元件可以构成冷却ニ极管或所谓的固态冷冻器。 为了精确控制所述第一冷却组件的热量泵送能力，可以提供被配置成对热电元件的电能供应进行控制的控制系统。因此，热电元件可以被控制以保持被所述第一冷却组件所冷却的区域或部件处于恒定温度。或者，所述热电元件的温度和/或冷却能力可以通过响应变化的外部状态，例如风カ涡轮机的运行状态，而被加以控制。在这种情形下，所述控制系统可以包括用于确定风カ涡轮机运行状态的单元，并且在这种情况下，所述控制系统被配置成响应所述运行状态而对热电元件的电能供应进行控制。所述运行状态可以是作用在风カ涡轮机叶轮上的空气动カ负载或者叶轮的转速、外部风速、外部温度、机舱内温度或者机舱内部件温度等。在本发明的一个实施例中，即使是在由于风速变化而导致负载变化吋，印刷线路板(PCBs)的温度也可以通过改变对热电元件的供应电流而被保持恒定。根据本发明的一个实施例，至少ー个产热部件包括用于将风カ涡轮机机舱旋转轴的机械能转化为电能的发电机(或被称为变流器)。风カ涡轮机机舱内部的发电机通常需要冷却，尽管在上下文通常应用基于水和/或空气泵的热交換器，而所述热电元件主要在被限制的或者狭窄的区域内诸如相对于电子电路的冷却提供了附加的冷却效果。例如，所述发电机可以包括具有至少ー块印刷电路板的控制模块，在这种情况下，所述热电元件和/或所述热交換器组件的其他冷却元件可以被安放成用于将热量从至少ー块印刷电路板转移走。对热电元件的电能供应可以是可控的，以维持印刷电路板表面温度低于50摄氏度。到目前为止，在风カ涡轮机运行过程中，印刷线路板的表面温度已经可以达到95摄氏度，因此将印刷电路板表面温度降低至50摄氏度或更低可以通过降低印刷电路板峰值温度的方式降低焊点失效的可能性。应理解的是，所述热电元件可以作为ー种冷却装置被应用于风カ涡轮机机舱内的其他类型电子元件上，或者通常地被应用于机舱内任何种类的产热部件。可以提供多于ー个的热电元件。例如，多个热电元件中的每ー个都可以被安放并被配置成用于冷却风カ涡轮机机舱内的特定部件或特定区域，例如发电机内，以及功率控 制单元或印刷电路板等。热电元件可以方便地与其他类型的热交換器元件组合，例如与包括容纳装置的第ニ冷却组件组合，所述容纳装置容纳有工作流体。其中，所述容纳装置被安放以使所述容纳装置的第一区段处于相对高温的第三区域内与产热部件接触或在产热部件附近，并且，使得所述容纳装置的第二区段处于远离产热部件的相对低温的第四区域内；以及-所述工作流体通过所述容纳装置的第一区段的第一壁与高温区域进行热交换从而在容纳装置的第一区段处蒸发；-所述被蒸发的工作流体能够在所述容纳装置内从第一区域被输送到第二区域，并且通过所述容纳装置的第二区段的第二壁与低温区域进行热交换从而在所述容纳装置的第二区段处冷凝；-所述第二冷却组件进一歩包括允许所述冷凝工作流体从容纳装置的第二区段被输送回容纳装置的第一区段的结构。在例如毛细结构中的毛细效应的作用下和/或重力作用，可以发生所述工作流体从所述容纳装置的第二区段到所述容纳装置的第一区段的输送。热交換器因此可以是无源部件，所述无源部件无需从外部电源供电，并且不依赖于泵或风扇。所述产热部件可以包括齿轮箱、发电机、变压器、制动器、油泵、振动抑制装置、轴承、电气或电子元件(包括控制电子器件)中的ー个或多个。相对高温的区域是优选地在被冷却的产热部件的外部部分上，或紧靠被冷却的产热部件的外部部分。然而，所述高温区域也可以是在被冷却的部件内部的区域，例如齿轮箱或发电机外罩内的空间。关于电子元件的冷却，例如电气电子设备的冷却，如果所述容纳装置被安放成使其外表面与被冷却电子元件的外表面部分重叠搭接的话，那么基于工作流体蒸发与冷凝的热交換器的原理被发现是特别有利的。更具体地，所述热交換器可以被用于在所述热交換器的容纳装置的表面各处高效率地传播热量，并且因此可以避免所谓的“热点”，否则所述“热点”是设备失效的常见原因。所述容纳装置可以被包括在外罩内，所述外罩具有-被安放在相对高温区域内的第一外表面部分，和被安放在相对低温区域内的第ニ外表面部分；所述容纳装置被安放在处于所述第一和第二外表面部分之间的外罩内；
并且，其中，允许被冷凝工作流体从所述容纳装置的第二区段被输送到所述容纳装置的第一区段的结构包括装衬到所述容纳装置的内壁的至少一部分的毛细结构。在ー个特定实施例中，所述容纳装置呈细长管状零件形式，并且其中，所述第一和第二区段分别位于细长管状零件的相应两端。所述毛细结构可以被装衬到所述细长管状零件的内壁上，以便封装工作流体可以在其中被蒸发的内腔。例如包括上文所述管状零件的所述第二冷却组件可以被配置成对所述第一冷却组件进行冷却，所述第一冷却组件包括所述热电元件。替代地，所述热电元件可以也可以被用来冷却所述第一冷却组件，或者，所述第一与第二冷却元件可以被提供用于直接对单独的部件或部件的不同区域进行冷却。因此，容纳有所述工作流体的所述容纳装置可以被安放用以将热量从所述热电元件转移走，使所述容纳装置的第一区段被安放成与所述热电元件的第二区段相接触或位于其附近。在另ー实施例中，所述热电元件被安放用以将热量从容纳有所述工作流体的所述容纳装置转移走，使所述热电元件的第一区 段被安放成与容纳有所述工作流体的所述容纳装置的第二区段相接触或在其附近。为了实现从所述第一和/或第二冷却组件中高效地将热量泵送带走的效果，所述热交換器组件可以进一歩包括热连接到所述第一冷却组件(即热电元件)和/或第二冷却组件(容纳有工作流体的容纳装置)上的吸热装置。吸热装置可以优选地被安放通过热对流和/或热辐射的方式将热量转移到其周围的环境中。例如，可以提供散热器组件，散热器组件被布置成用以将所述第一和/或第二冷却组件与所述吸热装置相连接。所述散热器组件可以包括将第一和/或第二冷却组件与所述吸热装置互连的ー个或多个导热元件。在一个实施例中，所述热交換器组件被安放在外罩或底架内，例如发电机的外罩或底架内。在这样的情形下，所述风カ涡轮机机舱可以进ー步包括通过封闭冷却回路对所述外罩或底架进行冷却的冷却系统，所述封闭冷却回路包括用于使在所述冷却回路中的冷却介质沿着或穿越外罩或底架进行循环流通的泵，和用于将热量从所述回路内的冷却介质转移走的热交換器。为了达到从所述吸热装置中通过热传导效应高效率地转移热量的目的，所述吸热装置可以被安放在靠近外罩壁或底架壁处，所述外罩壁或底架壁可以被用作所述封闭冷却回路的导管或导管支持部。在所述第二冷却组件内，所述低温区域可以处于机舱的朝向其外侧的外表面部分，以便增强由于所述外表面部分各处环境空气的流动所引起的热量从所述热交換器到所述低温区域的转移。所述机舱外表面部分可以被选择为局部风速相对较高的区域，以便进一步增强热对流效应。或者，所述低温区域可以被提供在所述机舱的朝向其内部的内表面处。在这两种情况中，风扇可以被提供用于增强热量从所述热交換器到所述低温区域的转移。所述容纳装置或所述外罩的至少一部分可以被嵌入在金属外壳中，所述金属外壳优选地由具有良好导热性能的金属例如铜(Cu)制成。在所述第二冷却组件的实施例中，所述工作流体可以在包括以下物质中选择氢(H2),氛(Ne),氧(O2),氣(N2),甲烧(CH4),氣-21 (F-21),氣-11 (F-11),苯(C6H6),こ酸基((CH3) CO),甲醇((CH3)OH)),氨(NH3),水(H2O),铯(Cs)，钾(K)，汞(Hg)，钠(Na)，锂(Li)和银(Ag)。前述的工作流体一般适用于下列应用-超低温热交換器氢(H2)，氖(Ne)，氧(02)，氮(N2),甲烷(CH4)；
-低温热交換器氧(02)，氮(N2),甲烷(CH4),氟-21(F-21)，氟-11 (F-11)，苯(C6H6),こ酰基((CH3) CO),甲醇((CH3)OH),氨(NH3),水(H2O),铯(Cs)，钾(K)，汞(Hg)，钠(Na)；-高温热交換器铯(Cs)，钾(K)，汞(Hg)，钠(Na)，锂(Li)，银(Ag)。用于从所述容纳装置的第二区段将所述冷凝工作流体输送回所述容纳装置第一区段的毛细结构可以包括，例如，粉末烧结金属丝网。为了改善热量在所述热交換器的低温区域的转移，所述区域的外表面可以设置有多个例如压铸式、插片式、粘合式或折叠式的散热片。所述散热片可 以具有任何合适的形状与配置，例如椭圆形，横切形，直板形等。本发明进一歩提供了包括如上文所讨论的机舱的风カ涡轮机。
本发明将參照附图被进一步解释，在所述附图中图I和图2大体地展示了用于风カ涡轮机机舱内的例如风カ涡轮机发电机的液体冷却底架的热交換器组件的实施例；图3和图4展示了例如包括热交換器组件的风カ涡轮机发电机的液体冷却底架的实施例；图5展示了根据本发明第二冷却组件的一个实施例的管状冷却组件；图6和图7展示了根据本发明第二冷却组件的另ー实施例的管状冷却组件的另ー实施例；图8展示了包括若干根据本发明的热交換器的风カ涡轮机机舱；图9是模块化热交換器的简图；图10展示了热交換器上的热阻对于冷却风的风速的依赖关系；图11是根据本发明的热交換器的简图，所述热交換器被安放在机舱壁内并且包括用于提高局部风速的遮罩；以及图12至图16展示了根据本发明第二冷却组件的实施例的各种基于导热管的冷却组件。
具体实施例方式图I和图2展示了包括在风カ涡轮机机舱内的液体冷却底架中的热交換器组件的两个实施例。图2中的实施例中包括了用于达到增强冷却效果的热电元件，而图I中的实施例中不包括热电元件。所述底架自身可以容纳重型部件，例如发电机。又或者，所述底架可以被安放在所述重型部件附近。电气电子设备模块被安放在底架壁的内表面上。印刷电路板(PCB)被安放在电气电子设备模块的朝向所述底架内部的表面上。所述印刷电路板包括产热部件。在图I中，所述产热部件被由呈导热管和散热器组件形式的第二冷却组件所冷却，所述第二冷却组件被热连接至吸热装置。热量从所述吸热装置通过液体冷却底架壁以热传导的方式消散，并且以热对流和热辐射的方式消散到所述底架内部。外部泵将液体，例如水，通过所述底架壁循环流通。所述液体在外部热交換器处被冷却。在图2中，包括热电元件的第一冷却组件被安放在印刷电路板上的产热部件与第ニ冷却组件(导热管与散热器的组件)之间，以便达到增强的冷却效果。所述第二冷却组件被布置成用来冷却热电元件。图3展示了按照图2中展示的原理的变频器(发电机)底架50的整体视图。图4展示了图3的细节部分。在图3和图4的展示中，为清楚起见，壁被隐藏起来。底架壁52设置有用于冷却液流动的通道。多个电气电子元件，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT) 62，被沿所述底架50的内壁设置。包括热电元件56的第一冷却组件被设置在所述绝缘栅双极晶体管62的表面上或其附近，例如在所述绝缘栅双极晶体管的印刷线路板上的产热部件的表面上或其附近。应注意到的是，可以设置多个所述热电元件。包括在下文中被进ー步详细说明的导热管的第二冷却组件100被进ー步设置用于冷却所述热电元件。所述第二冷却组件100通过导热元件58被连接到吸热装置60。图5展示了根据本发明第二冷却组件100的工作原理和实施例。所述冷却组件100包括容纳有工作流体的密封容纳装置101。所述容纳装置的第一部分或区段102被安放在高温区域103内，所述高温区域接近或毗邻被冷却的产热部件或零件(图中未显示)，而所述容纳装置的第二区域104被安放在低温区域105内。在所述高温区域103内通过所述 容纳装置的壁进行的热交换使得所述工作流体在所述容纳装置的第一区域或蒸发区域106内蒸发，正如箭头107所展示。由于此处较高的蒸气压力，一部分蒸发的工作流体随即从所述容纳装置的第一或蒸发区域106内扩散或被输送105到所谓的第二或冷凝区域108内。在所述第二或冷凝区域内，所述工作流体冷凝109将其通过容纳装置的壁与周围的低温区域105进行热交換得到的汽化潜热释放。所述冷凝工作流体随即在结构111中被输送回110所述容纳装置的第一区段102。在图I中的热交換器实施例中，所述流体输送通过被连接到所述容纳装置101的内壁112的至少一部分上的毛细结构111来达成，并且其中流体由于毛细作用被输送。毛细结构108可以由烧结的粉末金属网(筛网)、烧结金属粉末、烧结金属粉末槽和/或烧结板等构成。毛细材料可以由铜和铜合金制成。在另ー个热交換器的实施例中，冷凝工作流体也可以通过重力被运输或输送回所述容纳装置的第一区域106，在这种情况下，所述第一区域在如图6中展示的冷却组件内。容纳有工作流体的所述容纳装置101可以被做成如图I中展示的细长管状，并且所述细长管状可以是管状、环形、弯曲、扁平、环路等形状，从而可以符合由热交換器将要被放置的区域的实际几何约束中产生的特定需求。所述管状零件可以被制作成直径2毫米及2毫米以上，并且可以由铜及铜合金材料等制成。在一个实施例中，所述毛细结构111覆盖着整个内部管壁表面(但不一定覆盖到端壁)，因此，如果以横截面视图观察，所述毛细结构将内腔完全包围或封闭。所述容纳装置的第一(蒸发)和第二(冷凝)区段102，104优选地采用可增强周围环境与工作流体之间热交換的导热材料制成。这是通过将容纳装置的第一和/或第二区段用软焊、焊接、钎焊或热接ロ材料压入配合等方式整合或内嵌入由例如铜、铝、或一些导热高分子材料等制成的外壳或区块中而获得的。容纳装置区域中的不同部分的大小和尺寸必须基于实际负载和负载能力状况来进行选择。在所述蒸发和冷凝区域之间的所述容纳装置的中心区段是有利地绝热的，或是在某种程度上隔热的，这是为了确保所述产热部件中的热量一直或尽量多地被传导到低温的
第二区域。
多种在不同温度区间下分别处于最佳工作状态的不同工作流体可以被使用在热交換器中，例如水(301-473K)，甲醇(283-403K)，こ醇(273-403K)，氨(213-373K)，或丙酮。根据不同负载和运行状况，所述的不同工作流体的组合也可能被使用在热交換器中。此外，所述工作流体的选择可以在考虑风状况或局部气候区域的情况下来完成。在图6和图7以立体图所示的冷却组件实施例中，所述容纳装置101被安放在外罩201内，在所述外罩内，包括工作流体的所述容纳装置获得室202的形状。产热部件(图中未显示)的热量在此被通过基板205与容纳装置的ー个(图7)或两个(图6)不同的第一蒸发区域106进行热交換，在所述第一蒸发区域内，所述工作流体蒸发后随即在较冷的第ニ或冷凝区域108内冷凝。这里，第二或冷凝区域108的冷却通过布置在热交換器100的外表面203上的多个散热片204增强。与热部件中的热量通过庞大金属区块被引导至散热片204的传统热交換器相比，此处公开使用的所述工作流体极大地提高了热交换效率和热传导系数，因为具有工作流体的蒸发室能够将热量更加均匀地分配到第二或冷凝区域108的整个表面。換言之，热量流量变得更加均匀。散热片204可以是多种类型的，例如插片形、椭圆形、横切形或直板形并且可以采用模压式、粘合式或折叠式配置等。图8展示了风カ涡轮机机舱400，所述机舱内包括多个产热部件401。由于根据本发明的热交換器的结构，它们可以有利地被广泛应用于各种产热部件的冷却，所述产热部件可以是例如大型元件发电机410、齿轮箱402、或变压器；也可以是小型电气电子元件403。根据本发明，通过将包括多个热交換器的冷凝区域的部分放置在靠近机舱外表面处或在外表面上，在机舱外表面上的自然气流404可以被用于将热量从不同产热部件401消散。例如，所述散热片204可以被放置到伸出所述机舱外、在所述机舱侧面、或在所述机舱顶部等适合的地点。由于形成根据本发明的第二冷却组件的管状零件可以是相当大的长度，因此可以通过使用环境空气对被放置在所述机舱内部一定距离处的部件进行冷却。此外，所述热交換器的可用空间上的几何约束可以通过使用如前文所述的管状零件被更容易地避开，所述管状零件不必是直的。为了更进ー步增强热交換器的效率，所述热交換器100在本发明的一个实施例中可以由两个或两个以上的互相连接或组合的附属热交換器501的模块所建立，如图9中所示，所述附属热交換器501以平行或连续方式被建立。在此情况下，所述冷却组件100包括多个被安放在低温区域内的外表面上的散热片204。所述散热片204被连接到与图2和图3中展示的实施例类似的第一附属热交換器502上。所述附属热交換器502包括具有内部容纳装置和工作流体(图中未显示)的外罩503。然而，代替将(通过不同箱体503所展示的)产热部件直接连接到所述第一附属热交換器502的蒸发区段上，产热部件503被连接到模块面板，所述模块面板包括多个管状形状的第二附属热交換器504，所述模块面板的冷凝区域104随后又被连接到第一附属热交換器501上。可以得知的是，与在图6和图7中展示的实施例相比，所述热交換器系统100的总体效率或热传导系数被部分地提升，这是由于所述管状零件可以更均衡地将热量分配在所述第一附属热交換器502的更大蒸发区段。在图6和图7中展示的实施例中，所述被冷却的部件的热量将通过具有较小区域的基板205。 在这种情况下，在传统的热交換器中往往会成为问题的被称为“热点”温度会被降低或者甚至被消除。
在图10中，根据本发明的热交換器的热阻600被展示为在低温区域内的风速601的函数。图表中展示了所述热阻如何随着风速的提高而降低，这意味着所述热交換器的热传导系数以及因而也是热传导能力会随着风速提高而上升。所述热阻同时也是散热片排布方式的函数，并且，这种依赖关系在三种不同类型的图中被展示；所述三种图分别是椭圆式散热片排布604、横切式散热片排布603、以及直板式散热片排布602。所述效果通过如图11中展示的具有热交換器的机舱的实施例而被体现。在所述实施例中，所述热交換器100被安放在所述机舱壁405之外的部分可以通过掩蔽物406被进ー步部分地覆盖或遮蔽，所述掩蔽物具有可以增强并提高穿过热交換器的冷却表面(散热片204)的气流404的形状，从而提高所述热交換器的热传导系数。图12至图16展示了根据本发明的热交換器的不同实施例。在图12中，所述热交换器包括容纳工作流体的多个管状零件801和如前面所述的毛细结构。所述管状零件801的自由端可以被安放在风カ涡轮机机舱内处于或靠近产热部件处。所述管状零件801的相反端被内嵌入外壳中，所述外壳与多个散热片204形成整体或被连接到多个散热片204上， 所述外壳被安放在所述机舱内部或所述机舱外表面处的相对低温的区域。在图13的实施例中，所述热交換器包括多个管状零件901。所述管状零件901的将会被安放在相对高温区域内的一端被嵌入热传导共用支撑元件902中，所述管状零件901的相反端被单独内嵌入具有散热片204的外壳中。图14展示了一个实施例，在所述实施例中，所述管状零件在相对高温区域内和相对低温区域内均被嵌入在散热片支持元件中。在图15中进ー步展示的实施例中，所述管状零件1101的一端被连接到第一平板1102上并且其第二端被连接到第二平板1103上。所述平板1102与1103的其中一个预计会位于相对高温的区域内，而另ー个预计会位于相对低温的区域内。图16展示了实施例的又一示例，在所述示例中，所述管状零件1201被内嵌于散热片支持元件1202与1203中，其中，一套片式支持元件位于相对高温区域内，而另ー套片式支持元件位于相对低温区域内。
权利要求
1.ー种风カ涡轮机机舱，所述机舱包括 -容纳在所述机舱内的至少ー个产热部件； -用于冷却所述至少一个产热部件的至少ー个热交換器组件； 其中，所述至少ー个热交換器组件包括第一冷却组件，所述第一冷却组件包括 -至少ー个热电元件，所述热电元件具有第一区段，所述第一区段被安放在相对高温的第一区域内与所述产热部件接触或在所述产热部件附近，所述热电元件还具有第二区段，所述第二区段被安放在相对低温的第二区域内，所述热电元件被配置成通过消耗电能将热量从相对高温的所述第一区域转移到相对低温的所述第二区域；以及 其中，所述第一冷却组件还包括与所述热电元件相连的电源。
2.如权利要求I所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述至少ー个热交換器组件还包括第二冷却组件，所述第二冷却组件包括容纳装置，所述容纳装置容纳有工作流体，所述容纳装置被安放成使得所述容纳装置的第一区段处于相对高温的第三区域内与所述产热部件相接触处或在其附近，并且使得所述容纳装置的第二区段处于相对低温的第四区域内远离所述产热部件；以及 -由干与所述高温区域通过所述容纳装置的所述第一区段的第一壁进行热交換，所述工作流体能够在所述容纳装置的所述第一区段蒸发； -所述被蒸发的工作流体能够在所述容纳装置内从其第一区域被输送到所述第二区域，并且由干与所述低温区域通过所述容纳装置的所述第二区段的第二壁进行热交换而在所述容纳装置的所述第二区段冷凝； -所述第二冷却组件还包括允许冷凝的工作流体从所述容纳装置的所述第二区段输送回所述容纳装置的所述第一区段的结构。
3.如权利要求2所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，容纳所述工作流体的所述容纳装置被安放成将热量从所述热电元件转移走，所述容纳装置的所述第一区段被安放成在与所述热电元件的第二区段相接触处或在其附近。
4.如前述权利要求任一所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述第一冷却组件还包括被配置成控制给所述热电元件的电能供应的控制系统，从而控制其热量泵送能力。
5.如权利要求4所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述控制系统包括用于确定所述风カ涡轮机的运行状态的单元，所述控制系统被配置成响应所述运行状态以控制给所述热电元件的电能供应。
6.如前述权利要求任一所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述至少一个产热部件包括用于将所述风カ涡轮机机舱的旋转轴的机械能转化为电能的发电机。
7.如权利要求6所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述发电机包括具有至少ー块印 刷电路板(PCB)的控制模块，并且所述至少ー个热交換器组件被安放成将热量从所述至少ー块印刷电路板转移走。
8.如权利要求4至7中任一所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，给所述热电元件的电能供应是可控的，以维持所述印刷电路板的表面温度低于50摄氏度。
9.如权利要求2和权利要求3至8中任一所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述热交換器组件还包括热连接到所述热电元件和/或容纳有所述工作流体的所述容纳装置上的吸热装置，所述吸热装置被安放成通过热对流和/或热辐射将热量转移到其周围环境。
10.如前述权利要求任一所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述热交換器组件被安放在外罩或底架内，并且所述风カ涡轮机机舱进一歩包括用于冷却所述外罩或底架的冷却系统。
11.如权利要求10所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述冷却系统包括封闭冷却回路，所述回路包括 -泵，所述泵用于将冷却介质在所述冷却回路中沿着或穿过所述外罩或底架循环流通；以及 -热交換器，所述热交換器用于在所述回路中从所述冷却介质将热量转移走。
12.如权利要求9和11所述的风カ涡轮机机舱，其特征在于，所述吸热装置被安放成与所述封闭冷却回路的管道相接触或在其附近，从而允许热量通过热传导从所述吸热装置被转移到所述冷却介质。
13.—种包括如前述权利要求任一所述的风力涡轮机机舱的风カ涡轮机。
14.ー种冷却方法，用于冷却容纳在风カ涡轮机机舱内的至少ー个产热部件，所述方法包括 -提供用于冷却所述至少一个产热部件的至少ー个热交換器组件，其中，所述至少ー个热交換器组件包括具有至少ー个热电元件的第一冷却组件，所述方法进ー步包括 -将所述至少ー个热电元件的第一区段布置在相对高温的第一区域内，与所述产热部件相接触或在其附近；以及 -将所述至少ー个热电元件的第二区段布置在相对低温的第二区域内； -将电能供应给所述热电元件，从而导致所述热电元件将热量从所述相对高温的第一区域转移到所述相对低温的第二区段。
全文摘要
用于冷却风力涡轮机机舱内部的诸如发电机或电气电子设备模块等的产热部件的热交换器组件包括热电元件，例如帕尔贴元件。所述热电元件的第一区段被安放在相对高温的第一区域内与产热部件接触或在产热部件附近，所述热电元件的第二区段被安放在相对低温的第二区域内。所述热电元件被配置成通过消耗电能将热量从相对高温的第一区域转移到相对低温的第二区域。电源被提供给所述热电元件，并且控制单元可以被提供用于控制能源供应，从而控制被热电元件冷却的部件温度或表面区域温度。可以提供包括称为“导热管”的另外冷却元件用以增强冷却效率。
文档编号F03D11/00GK102686878SQ201080060541
公开日2012年9月19日 申请日期2010年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者G·拉森, P·C·克努森, R·坎达萨米, S·那拉希马卢, T·阿贝赛克拉, V·H·王 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司