一种热电冷却系统的制作方法

本实用新型涉及热电领域，尤其是一种热电冷却系统。

背景技术：

发电机将机械能转变成电能的同时，定子线圈内存在电流，或者是定子表面因切割磁感线产生涡流，而根据焦耳定律，这些情况下均会产生电热损耗。此外，发电机转子的转轴的摩擦损耗等，也都是以热量的形式表现出来的。为了避免发电机因温度升高而降低绝缘强度，甚至引起绝缘损坏，必须设置发电机的冷却设备，以及时排出发电机运作时释放的热量，保证发电机在允许的温度下正常运行。根据冷却介质，发电机的冷却装置分为水冷式和气冷式两种。

现有申请号为cn201620373955.6的中国专利，提供了一种使用氢气为冷却介质的用于发电机组的冷却系统，包括氢冷器、氢气干燥器、水冷器。氢冷器通过管道向发电机内输送氢气，利用氢气对发电机进行冷却；水冷器则使用水对氢冷器中的氢气进行换热冷却；另外，氢气干燥器控制冷却系统内氢气的干燥度，保证发电机的绝缘性。

但是此方案存在一定的缺陷。根据物理化学的知识，固定物质的量的气体在恒容条件下，受热会导致压强增大，而氢气作为冷却介质，在吸收来自发电机的热量后会导致管道内压强升高。氢压过高会导致管道破裂甚至爆炸，进而造成氢气泄漏。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种热电冷却系统，使用氢气作为冷却介质，能够冷却发电机的转子和定子，保护发电机不会因温度过高而发生故障。本热电冷却系统中安装有压力控制器，能够保持管道内氢气压强稳定，保证热电冷却系统的安全。

本实用新型的具体方案如下：

一种热电冷却系统，包括氢冷器和水冷器，在此热电冷却系统内还安装有压力控制器。

所述氢冷器包括氢冷组件、进气管和出气管，氢冷组件内开设有进气室和出气室，进气室和出气室间有换气通道连接；进气室和进气管连通，出气室和出气管连通；

所述水冷器包括水冷组件、进水管、出水管、通气管、回气管、风冷器，其中水冷组件内开设有水室和气室，水室和气室固定连接且互不连通；水室和进水管、出水管连通，气室和通气管、回气管连通；风冷器和进水管、出水管的另一端连通；通气管和出气管连通，回气管则和进气管连通；

所述压力控制器包括一号调压器和二号调压器，一号调压器安装于出气管，二号调压器安装于回气管；在一号调压器上安装有一号气压计的，在二号调压器上安装有二号气压计。

通过采用上述技术方案，安装在发电机内的氢冷组件内部充满氢气，氢气和发电机的转子和定子充分接触；氢气可将定子运转摩擦释放的热量和定子线圈的电阻热吸收带走。进气管及时向氢冷组件内输入冷却后的氢气，而出气管及时将吸热后的氢气排出，进而可提高氢气的吸热效率。

水冷器从通气管接收吸热后的氢气，氢气在水冷器内和水进行换热而得到冷却，冷却后的氢气再通过回气管送回到氢冷器中。冷却后的氢气可再次用于发电机的冷却，实现氢气的重复利用，节约了冷却的成本。水冷器中的水在风冷器中完成冷却后再返回到水冷器中，实现水的循环利用，也节约了冷却成本。

氢冷器和水冷器内的氢气的压强可以得到控制，氢气压强过高时，一号调压器和二号调压器开始工作进行降压，防止氢气压强过高而发生管道破裂。一号气压计实时测量出气管内的氢气的压强，二号气压计测量回气管内的氢气的压强，便于操作者实时监控氢气的压强。

总的来说，氢气作为冷却介质，在氢冷器内和发电机内的定子和转子直接接触，进而将发电机工作产生的热量吸收带走。吸热升温后的氢气通过出气管、通气管进入水冷器，和水接触而放热冷却。放热冷却后的氢气再通过回气管、进气管返回氢冷器，再一次吸热升温。如此循环，氢气可持续不断地将发电机释放的热量带走，防止发电机因温度过高而故障甚至烧毁。在此热电冷却系统上安装的的压力控制器，能够有效避免氢压过高，氢压过高会冲破管道，造成氢气泄漏和设备损坏。

本实用新型的进一步设置为：在进气管上还连接有一个氢气补给装置，氢气补给装置包括储气罐和过滤器。

通过采用上述技术方案，储气罐的作用是向氢冷器中补充氢气，以维持氢冷器中氢气的量和氢气的压强。过滤器的作用是对来自储气罐的氢气进行过滤，排除氧气杂质，提高氢气纯度，防止氢气因混入氧气而在管道中发生爆燃现象。

本实用新型的进一步设置为：在进气管上还安装有一个氢气干燥器。

通过采用上述技术方案，氢气干燥器的作用是控制氢冷组件内的氢气的湿度，防止氢气因湿度过高而降低绝缘性，造成发电机漏电，也避免氢气湿度过高加重发电机内零件的应力腐蚀。

本实用新型的进一步设置为：在氢冷器上安装有氢冷温度计，在水冷器上安装有水冷温度计。

通过采用上述技术方案，氢冷温度计的作用是实时测量氢冷器内氢气的温度，水冷温度计的作用是实时测量水冷器内的氢气的温度，这样便于操作者实时监控氢冷器和水冷器的冷却工作情况，防止因氢冷器温度过高而导致发电机故障甚至烧毁。

本实用新型的进一步设置为：在出气管上安装有一个出气泵。

通过采用上述技术方案，出气泵推动出气管中的氢气朝水冷器输送，加快氢冷器中氢气的排出，以增加氢冷器中氢气的更新速度，提高氢冷器的冷却效率。

本实用新型的进一步设置为：在回气管上安装有一个回气泵。

通过采用上述技术方案，回气泵推动回气管中的氢气朝氢冷器输送，加快水冷器中氢气的排出，以增加氢冷器中氢气的供应速度，提高氢冷器的冷却效率。

本实用新型的进一步设置为：在进水管上安装有一个循环泵。

通过采用上述技术方案，循环泵推动水流沿着“水冷器—出水管—风冷器—进水管—水冷器”运动，并且加速了水流的运动速度，可提升水与氢气进行热量交换的效率。

本实用新型的进一步设置为：所述氢冷器的外表面覆盖有一层保护层。

通过采用上述技术方案，氢冷器中的氢气受到保护层保护，避免氢气和发电机的定子或者转子直接接触，进一步降低氢气导电造成爆炸的危险。

此实用新型的有益技术效果是：

1.氢气在氢冷器吸收发电机释放的热量，并将吸收热量后的高温氢气输送至水冷器进行冷却处理，然后再将冷却后的低温氢气输回氢冷器，完成对发电机的冷却。并且在出气管和回气管上分别安装有一号调压器和二号调压器，方便使用者监控此热点冷却系统内的氢气压强，防止氢气压强过高导致管道破裂甚至爆炸。

2.氢气干燥器降低氢气的湿度，避免氢气湿度过高提高导电性导致发电机漏电；氢气补给装置上的过滤器降低氢气中的氧气等杂质气体含量，防止氢气中混入氧气而受高压电激发而发生爆燃；而氢冷器上安装的保护层则避免氢气和发电机直接接触，进一步防止氢气受到发电机的高压电影响以造成危险。

3.在出气管和回气管上分别安装的出气泵和回气泵，可提高氢气的循环速度，提高氢冷器对发电机的冷却效率；在进水管上安装的循环泵，则可提高水的循环速度，提高水冷器对氢气的冷却效率。

附图说明

图1是一种热电冷却系统的结构示意图。

图中，1、氢冷器；11、氢冷组件；111、进气室；112、出气室；113、换气通道；12、进气管；13、出气管；14、氢冷温度计；15、出气泵；2、水冷器；21、水冷组件；211、水室；212、气室；22、进水管；23、出水管；24、通气管；25、回气管；26、风冷器；27、水冷温度计；28、回气泵；29、循环泵；3、氢气干燥器；4、压力控制器；41、一号调压器；42、二号调压器；43、一号气压计；44、二号气压计；5、氢气补给装置；51、储气罐；52、过滤器；6、保护层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作详细说明。

实施例一

参照图1，为一种热电冷却系统，包括氢冷器1、水冷器2、氢气干燥器3、压力控制器4。

氢冷器11包括氢冷组件11、进气管12和出气管13，其中氢冷组件11将发电机的转子整体覆盖。氢冷组件11内开设有进气室111和出气室112，进气室111和出气室112为两个空腔，进气室111和出气室112之间开设有一个贯通的换气通道113；进气室111上通过法兰连接有进气管12，出气室112上通过法兰连接有出气管13。

氢气的导热系数很高，约为空气的7倍，因此可代替空气作为一种冷却介质应用于此热电冷却系统中。氢气从进气管12进入进气室111，通过换气通道113进入出气室112，最后从出气管13离开出气室112。氢冷器1中充满了氢气，和发电机间进行热传导，则转子摩擦释放的热量和定子线圈通电产生的电热可被氢气充分吸收带走，最终实现了对发电机冷却的技术效果。

水冷器2包括水冷组件21、进水管22、出水管23、通气管24、回气管25和风冷器26，水冷组件21包括水室211和气室212，水室211和气室212互不连通。其中水室211为一个长方体的密闭水箱，而气室212实质是一条气管，在水室211内呈u形盘绕，并且在水室211的两个相对的侧壁上伸出，气室212的一端连接通气管24，通气管24进而和出气管13连接，气室212的另一端则连接回气管25，回气管25进而和进气管12连接。另外，在水室211上连接有进水管22和出水管23，进水管22和出水管23再和风冷器26连接，形成“进水管22—水室211—出水管23—风冷器26—进水管22”的环形通路。

来自氢冷器1的高温氢气从通气管24进入气室212，然后沿着u形盘绕的气室212运动。高温的氢气和水室211中的水完成了热量的交换，氢气中的热量穿过气室212管壁进入水室211被水吸收。最终，冷却后的氢气通过回气管25离开气室212。气室212在水室211中呈u形盘绕状，目的是增大气室212和水室211的接触面积，增加氢气和水的热量交换效率。再者，水通过出水管23输出水室211而进入风冷器26，风冷器26对水进行冷却，冷却后的水在从进水管22返回到水室211。水冷器2对氢气进行冷却处理，及时释放氢气中的热量，使得氢气可以再次输入到氢冷器1中用于冷却发电机，这样可及时释放氢气吸收的热量，维持氢气的吸热能力，进而保证氢冷器1对发电机的冷却效率。

压力控制器4包括一号调压器41和二号调压器42，其中一号调压器41安装于出气管13上，而二号调压器42安装于回气管25，一号调压器41、二号调压器42和出气管13、回气管25之间分别使用法兰连接。另外在一号调压器41和二号调压器42上分别安装有一号气压计43和二号气压计44，并使用螺纹固定。

由理想气体状态方程得知，恒容体系中一定物质的量气体的压强和温度成正比。此热电冷却系统的管道和设备内部可近似看做恒容体系，所以氢气在氢冷器1中吸收热量后，出气管13内的氢气压强是升高的。过高的氢压会增加出气管13的破裂和爆炸风险，所以需要将出气管的氢压维持在安全值。安装一号调压器41，目的是防止氢气压强过高而导致出气管13发生爆炸。一号调压器41在超过压强限制时会释放出气管13中的部分氢气，使氢气的压强降低至合理的范围内。此外，氢气压强过低则会导致氢气的流速降低，不利于氢气的循环，进而会降低散热效率。因此二号调压器42的作用是调整回气管25中的氢气压强，防止其压强过低使得氢气回流至氢冷器1的速度变慢，以保证氢冷器1的冷却效率。

参照图1，氢气干燥器3安装在进气管12上，氢气干燥器3的作用是除去氢气中的水分，使氢气保持低湿度的状态。氢气的湿度升高，会使氢气的导电率随之升高，这样一来氢气便容易高压电击穿并产生电火花，电火花容易点燃氢气使管道发生爆炸，损坏发电机。因此使用氢气作为冷却介质的发电机冷却系统，就需要控制氢气的湿度在一个安全的范围内，通常是保证氢气的露点温度维持在-25℃~5℃之间。氢气干燥器3可以将氢气中的水分子和氢气分子分离，以得到相对干燥的氢气。这样做的好处是，安装氢气干燥器3降低此热电冷却系统中的氢气的湿度，可以降低氢气的导电率，避免发电机定子线圈产生的高电压击穿氢气，避免氢气发生爆燃。

参照图1，在进气管12上还连接有一个氢气补给装置5，氢气补给装置5包括储气罐51和过滤器52。过滤器52安装于储气罐51和进气管12之间，并使用法兰连接。

使用氢气补给装置5的好处是，使用者可以通过氢气补给装置5向此热电冷却系统内及时补充氢气，弥补因氢气泄漏或者一号调压器41释放而导致的氢气流失。氢气的流失会导致氢冷器1的冷却效率降低，严重时会导致发电机的热量积累导致故障。此外，过滤器52可以清除由储气罐51通入的氢气中的杂质气体，特别是氧气，氢气中混入氧气，会提升氢气的爆燃风险。在有氧条件下，氢气容易被发电机内的高压电激发点燃，造成危险。

为了方便使用者监控此热电冷却系统的温度，在氢冷器1上安装有氢冷温度计14，在水冷器2上安装有水冷温度计27。

这样做的好处是，使用者通过氢冷温度计14和水冷温度计27可分别获知氢冷器1和水冷器2的工作温度，及时发现故障。氢冷器1温度过高，则氢冷器1的冷却效率降低，发电机的热量无法及时而导使温度上升，严重时会导致发电机烧毁无法工作。

为了加快氢冷器1中氢气的输出速度，在出气管13上还安装有一个出气泵15，出气泵15和出气管13使用法兰连接。

为了加快水冷器2中氢气的回流速度，在回气管25上还安装有一个回气泵28，回气泵28和回气管25使用法兰连接。

这样做的好处是，出气泵15可以将氢冷器1中，尤其是出气室112中的吸收了热量的高温氢气及时抽出，更快地输送至水冷器2，防止高温氢气在氢冷器1中过度停留。高温氢气在氢冷器1中过度停留会导致氢冷器1温度上升，进而降低氢冷器1的冷却效率。而回气泵28则可将冷却后的低温氢气及时从水冷器2中抽出，更快地输回至氢冷器1，提高低温氢气的供应量，间接提高氢冷器1的冷却效率。

为了加快水冷器2中水的循环速度，在进水管22上安装有一个循环泵29。这样做的好处是，加快谁在水冷器2中的流动，使水更快地完成“水冷器2—出水管23—风冷器26—进水管22—水冷器2”循环，提高水对氢气的冷却速度，同时提高水自身的冷却速度，保证水冷器2的冷却效率。

为了降低氢冷器1中的氢气受高压电激发的风险，在氢冷器1和发电机之间安装有保护层6。此保护层6使用高绝缘且良导热的云母材料，作用是避免氢气和发电机之间进行直接接触，既能降低发电机的高压激发点燃氢气的风险，而又不会削弱氢气的吸热效果。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不局限于上述实施例，凡是属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。