2024年4月28日发(作者：尔芳菲)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.7
(22)申请日 2013.08.28
(71)申请人 北京环都人工环境科技有限公司
地址 100094 北京市海淀区韩家川村158号
(72)发明人 孟东辉 王昱
(74)专利代理机构 北京汲智翼成知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人 陈曦
(51)
(10)申请公布号 CN 103437964 A
(43)申请公布日 2013.12.11
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
风力发电机组机舱冷却用换热器
(57)摘要
本发明提供了一种风力发电机组机
舱冷却用换热器，包括扁平机壳。在机壳
内部设置有两列平行的热交换机芯，每列
热交换机芯的数量大于等于两个，每列热
交换机芯沿机壳的长度方向设置，构成一
条串行的内循环风道；在同排的两个热交
换机芯之间设置有外循环风机，从而在机
壳内部构成多道并行的外循环风道，并
且，不同的外循环风机之间使用隔板分
离。该风力发电机组机舱冷却用换热器通
过使用并行的外循环风道对串行的内循环
风道进行多级冷却，可以扩展风冷方式对
于风力发电机组冷却的适用范围。根据不
同的机舱外部温度条件，在不同的风力发
电机组机舱冷却用换热器中，每列热交换
机芯的数量可以不同，从而满足风力发电
机组的冷却需求。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种风力发电机组机舱冷却用换热器，包括扁平机壳，其特
在所述机壳内部设置有两列平行的热交换机芯，每列热交换机芯的
风
数量大于等于两个，每列热交换机芯沿所述机壳的长度方向设置，构成
一条串行的内循环风道；在同排的两个热交换机芯之间设置有外循环
机，从而在机壳内部构成多道并行的外循环风道，并且，不同
循环风机之间使用隔板分离。
征在于：
的所述外
2.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
所述热交换机芯采用叉流板式的显热交换器。
3.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
在于：
在于：
所述外循环风道的进风口设置在所述机壳的侧面，所述外循环风道
所述内循环风道的进风口和出风口分别设置在所述机壳的顶部和底
部。
的出风口设置在所述机壳的正面或者背面；
4.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
在所述内循环风道中，在同一列热交换机芯的顶部或者底部设置有
5.如权利要求4所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
所述内循环风机设置在所述机壳的外部。
6.如权利要求5所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
所述内循环风机的进风口与设置在所述机壳上的所述内循环风道
7.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
所述外循环风机是双侧进风风机，并且，所述外循环风机的两个进
风面分别正对两侧热交换机芯的外循环风道的出风面。
在于：
的出风口连接。
在于：
在于：
内循环风机。
在于：
8.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
在最下层的外循环风道中，所述外循环风机的出风口设置在本层风
9.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
在每个外循环风道中，所述外循环风机的出风口分别独立连接至外
10.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特
在每个外循环风道中，所述外循环风机的下侧设置有接水盘，并设
在于：
道的上侧位置。
在于：
循环管道中。
征在于：
置有与所述接水盘连接的排水管。
说 明 书
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组机舱冷却用换热器，适用于利用机
的低温空气对机舱内部的风力发电设备进行冷却，属于热交换
域。
背景技术
在全世界范围内，风力发电正迅速并持续地发展着。当今世界风
技术的发展趋势表现为单机容量大、风机桨叶的变化、塔架高
控制技术的进步以及海上风力发电的发展。其中，单机容量
将会直接导致发电机组内各部件的散热量大大增加，如
电机组的温升瓶颈，已成为风力发电进一步发展的关键
早期的风力发电机由于功率较小，其发热量也不大，只需通过自
就可以满足冷却要求。随着风力发电机的功率逐步增大，自然
经无法满足机组的冷却需求，目前运行的风力发电机组普遍采
风冷或液冷的冷却方式。其中，功率低于750kW的发电机组多
制风冷方式，而对于功率大于750kW的中大型风电机组，则需
环液冷的方式才能满足冷却要求。
虽然液冷系统能为齿轮箱、发电机、控制系统降温冷却，但是由
了换热器与冷却介质管道，结构复杂，占用了风力发电机机舱
空间，使对机座的焊接安装难度增大，且费用较高，维护也更
与液冷方式相比，风冷系统只需在发电机组的机舱或者发电
壳上开设进风口和回风口，并通过风管与外部的热交换
舱外部
技术领
力发电
度上升、
的逐步增大，
何有效解决发
问题之一。
然通风
通风已
用强制
采用强
采用循
于增加
内部的
加复杂。
机组外部的机
器连接构成内
循环风道，通过内循环风道和外循环风道进行热交换，
发电机组的目的。由此可知，风冷方式不会增加风力发
的管道设置，使得风力发电机机舱内部的结构简单，具
流通空间，如果风冷设备设置得当的话，将会是一种安
简单且行之有效的冷却方式。
即可实现冷却
电机机舱内部
有广阔的空气
装便捷、结构
用于风力发电机组冷却的风冷系统的设置方式可以参考专利号为
ZL2.7的中国实用新型中记载的内容。具体而言，
系统包括永磁发电机壳、高效换热装置、机舱、风管、风机控
机舱前端配合设置永磁发电机壳，后端配合设置高效换热装置，
该风冷
制器，
永磁
发电机壳与高效换热装置通过风管连接，高效换热装置上配合设置用
于调节其风扇转速的风机控制器，风机控制器的测温探头处于高效换
热装置的内外循环的进风口处，通过内外循环的进风口温度的变化来
调节高效换热装置的风扇转速。
上述风冷系统对不同机舱内部环境都有很好的适用性；机舱内部
立换热，无漏电、漏水隐患，可靠性高；而且安装形式灵活，
统制造组装简单，根据不同的散热量来替换使用的换热芯体，
的散热量有良好的适用性。然而，由于受限于现有换热装置，
冷系统并没有在风力发电机组中得到很好的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种风力发电机组机舱冷却
器。使用该换热器可以很好地满足发电机组的冷却需求。
为了实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
采用独
整体系
对不同
这种风
用换热
一种风力发电机组机舱冷却用换热器，包括扁平机壳，在所述机
设置有两列平行的热交换机芯，每列热交换机芯的数量大于等于
每列热交换机芯沿所述机壳的长度方向设置，构成一条串行的内
道；在同排的两个热交换机芯之间设置有外循环风机，从而在机
构成多道并行的外循环风道，并且，不同的所述外循环风机之间
板分离。
其中较优地，所述热交换机芯采用叉流板式的显热交换器。
其中较优地，所述外循环风道的进风口设置在所述机壳的侧面，所
环风道的出风口设置在所述机壳的正面或者背面；所述内循环风
风口和出风口分别设置在所述机壳的顶部和底部。
其中较优地，在所述内循环风道中，在同一列热交换机芯的顶部或
设置有内循环风机。
其中较优地，所述内循环风机设置在所述机壳的外部。
其中较优地，所述内循环风机的进风口与设置在所述机壳上的所述
风道的出风口连接。
其中较优地，所述外循环风机是双侧进风风机，并且，所述外循环
两个进风面分别正对两侧热交换机芯的外循环风道的出风面。
其中较优地，在最下层的外循环风道中，所述外循环风机的出风口
本层风道的上侧位置。
其中较优地，在每个外循环风道中，所述外循环风机的出风口分别
壳内部
两个，
循环风
壳内部
使用隔
述外循
道的进
者底部
内循环
风机的
设置在
独立连
接至外循环管道中。
其中较优地，在每个外循环风道中，所述外循环风机的下侧设置有
并设置有与所述接水盘连接的排水管。
本发明提供的风力发电机组机舱冷却用换热器，通过使用并行的外
道对串行的内循环风道进行多级冷却，可以扩展风冷方式对于
电机组冷却的适用范围。例如，通过在机壳内部，使用二级冷
夏季，使用30℃的外循环冷风可以将内循环热风的温度从60℃
35℃左右，与发电机组机舱外部的温度接近；而在冬季，使用
冷风可以将内循环热风的温度从60℃降低至7℃左右。由此可见，
串行的内循环风道中设置两个热交换机芯，并使用两个并行的
风道对其进行冷却；可以满足兆瓦级风力发电设备的冷却需求。
不同容量的发电机组，在不同的风力发电机组机舱冷却用换热
每列热交换机芯的数量可以不同，以便于满足风力发电机组的
求。
附图说明
图1是本发明所提供的风力发电机组机舱冷却用换热器的立体结
图；
图2是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的后视结构示意
图3是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的右视结构示意
图4是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的俯视结构示意
接水盘，
循环风
风力发
却，在
降低至
0℃的
通过在
外循环
而针对
器中，
冷却需
构示意
图
图；
图；
图5是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的仰视结构示意
图6是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器中，串行的内循
环风道的示意图；
图7是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器中，单一外循环
示意图；
图8是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的内部结构示意
图9是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的热交换原理示
图10是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的外循环风道中，
机的安装位置示意图；
图11是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器中，接水盘、排
检修口的安装位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细说明。
本发明提供的风力发电机组机舱冷却用换热器，包括竖直的扁平
机壳的竖直高度方向和水平长度方向为长边，机壳的水平厚度
图；
风道的
图；
意图；
蜗壳风
水管及
机壳，
方向为
短边。在扁平机壳的内部设置有两列平行的热交换机芯，每列
机芯的数量为两个或多个，每列热交换机芯沿机壳的高度方向
构成一条串行的内循环风道；在同排的两个热交换机芯之间设
环风道使用的风机（简称外循环风机），从而在机壳内部构成多
的外循环风道，通过并行的外循环风道对串行的内循环风道进
冷却。在串行的内循环风道中，通过多个热交换机芯依次排列，
交换面积成倍增加，从而使得内循环风道中的热风最终被冷却
恰当的温度。
在图1和图2所示的实施例中，在扁平机壳的内部设置有两列平
交换机芯，每列热交换机芯的数量为两个。参考图1的方向，
通过支架竖直安装有热交换机芯1和3，在机壳的右侧
热交换机芯2和4。热交换机芯1、2、3和4靠
内壁固定。其中，热交换机芯采用叉流板
芯的厚度方向与机壳的厚度方向一致，热
分别与机壳的侧壁平行或垂直，热交换机
环风道，贯穿左右的风道为外循环风道。
在同排的两个热交换机芯1和2，3和4之间分别安装有外循环风
6。外循环风机5和6是双侧进风风机，并且，外循环风机5的
风面分别正对两侧热交换机芯1和2的外循环风道的出风面；外
机6的两个进风面分别正对两侧热交换机芯3和4的外循环风道
面。在外循环风机5和6之间使用隔板分离，从而在机壳内部
的外循环风道。其中，外循环风机5和6在机壳内部的
3所示的右视图和图10所示的剖视图。
从图4所示的俯视图和图5所示的仰视图中可以看出，在每列热
芯的底部设置有一个内循环风机7、8。内循环风机7和8可以
热交换
排列，
置外循
道并行
行多级
使得热
至一个
行的热
在机壳的左侧
通过支架竖直安装有
近机壳的侧边直接与机壳的
式的显热交换器，热交换机
交换机芯的出风面和进风面
芯中贯穿上下的风道为内循
机5和
两个进
循环风
的出风
形成两个并行
安装方式可以参见图
交换机
如附图
所示，设置在机壳的外部，并将内循环风机的进风口与机壳上
内循环风道的出风口连接。内循环风机7和8也可以设置在机
于每列热交换机芯的顶部或者底部。只是，当内循环风
在机壳内部，并设置于每列热交换机芯的底部时，需要
交换机芯的内循环风道的出风口位置设置相应的隔板，
分割出独立的内循环风道，内循环风机7或8设置在相
当内循环风机7和8设置在机壳内部，并设置于
机壳内挡板的设置与之类似，在此不再详
8可以使用变频风机。
如图1所示，为了适应机壳内部四个热交换机芯的设置，本实施
将内循环风道的进风口11和21设置在机壳的顶部，内循环风
11和21分别与热交换机芯1和2的内循环风道的进风口
风道的出风口33和43设置在机壳的底部，内循环风道
别与热交换机芯3和4的内循环风道的出风口贯
出风口也可以相反设置。
在本实施例中，外循环风道的进风口12，22，32和42分别设置
竖直的侧壁上，并分别与热交换机芯1、2、3和4的外循环风
通，热交换机芯1、2、3和4的外循环风道的进风口是
一侧的进风口。热交换机芯1、2、3和4中，与
22，32和42贯通的出风口14，24，34和
外循环风机5和6分别设置在两个同排的热
5和6是双侧进风风机，其两个进风面分
两侧热交换机芯的外循环风道的出风面。
舱外低温空气从机壳外侧水平进入热交换机芯的外循环风道，并
交换机芯，进入外循环风机所在的排风区域。当舱外低温空气
设置的
壳内部，设置
机7和8设置
在最下层的热
用于将机壳内
应的内循环风道中。
每列热交换机芯的顶部时，
述。此外，内循环风机7和
例中，
道的进风口
贯通；内循环
的出风口33和43分
通。内循环风道的进风口和
在机壳
道的进风口贯
热交换机芯靠近机壳
外循环风道的进风口12，
44位于远离机壳的一侧。
交换机芯之间。外循环风机
别正对
经过热
进入排
风区域时，在外循环风机的作用下，从两侧进入外循环风机内
在离心力的作用下从外循环风机5和6的排风口50和60排出。
风机5和6的排风口50和60，即外循环风道的出风口设置在
面，当然，外循环风道的出风口也可以设置在图1所示
下面结合图6至图9对本发明所提供的风力发电机组冷却用的换
热交换原理进行说明。其中，图6是串行的内循环风道的示意
一外循环风道的示意图；图8是该风力发电机组机舱冷
构示意图；图9是与之对应的热交换原理示意图。
结合图6和图8可知，在机壳的右侧，内循环热风从机壳上侧的
21（即热交换机芯2的内循环风道进风口21）进入热交换机芯
循环风道内，并经过热交换机芯2和热交换机芯4的内循环风
下侧的出风口43（即热交换机芯4的内循环风道进风口
环风机8，并在内循环风机8的作用下，从与内循环风
内循环管道回到发电机组的机壳内。其中，热交
道出风口23与热交换机芯4的内循环风道的进风
热风可以近似无阻力地从热交换机芯2进入热交换
侧，热交换机芯1和3构成了另一条内循环风道，
构设置完全相同。在两条内循环风道中，串接的
格尺寸可以有所区别，具体体现在机芯的尺寸大
以不同。
如图7和图8所示，在机壳的上侧，外循环冷风分别从设置在机
右侧的外循环进风口12和22（即热交换器1的外循环风道进
交换器2的外循环风道进风口22）进入热交换机芯1和2
并从热交换机芯1和2的外循环风道的出风口14和
所在的排风区域，并在外循环风机5的作用下，
部，并
外循环
图1所示的背
的正面。
热器的
图；图7是单
却用换热器的内部结
进风口
2的内
道从位于机壳
43）进入内循
机8的出风口连接的
换机芯2的内循环风
口41正对，内循环
机芯4。在机壳的左
两条内循环风道的结
两个热交换机芯的规
小、板厚、板间距可
壳的左
风口12和热
的外循环风道，
24进入外循环风机5
从与出风口50连接的排风
管道排出机舱。
在机壳的下侧，存在另一条与上述外循环风道平行的外循环风道，
两条外循环风道的风道流向完全相同。外循环冷风分别从机壳
侧的外循环进风口32和42（即热交换器3的外循环风道进风
热交换器4的外循环风道进风口42）进入热交换机芯3和4
风道，并从热交换机芯3和4的外循环风道的出风口34和44
循环风机6所在的排风区域，并在外循环风机6的作用下，从
口60连接的排风管道排出机舱。
的左右
口32和
的外循环
进入外
与出风
上述两条并行的外循环风道的区别在于外循环风机5和6的出风
和60的出风口位置的设置方式可以有所差别，出风口50和60
置在本层通道的上侧，也可以设置在下侧。为了便于工人检修
下层空间，最下层的外循环风机（即本实施例中外循环风机6）
口应设置在本层通道上侧较佳。
图9所示是该风力发电冷却用换热器中，内循环风道和外循环风
交换原理示意图。其中，水平的实心箭头代表外循环风道的流
直的空心箭头代表内循环风道的流向。从图9中可以看出，上
道对内循环风道进行一次冷却，下层的外循环风道对内
二次冷却。在本实施例中，使用30℃的外循环冷风可以
的温度从60℃降低至35℃左右，使发电机组机舱内外的
在图9中，两个内循环风道的进风口、出风口分别通过通风管道
连接至相应的内循环回路中，两个内循环风道彼此隔绝，不会产
影响。两个外循环风道的出风口也相互隔绝，并分别通过通风
连接至机舱外部。由于，外循环回路中，冷风在未进入机壳内
口50
可以设
和节约
的出风
道的热
向，竖
层的外循环风
循环风道进行
将内循环热风
温度接近。
10软
生相互
管道软
部时并
无区别，冷风压力恒定，所以在机壳同侧的两个外循环风道的
之间可以不做隔绝处理，使用同一通风管道软连接至机舱外部；
循环风道的出风口位置的隔绝处理可以避免上下层外循环风机
风混在一起，造成风机压力不平衡，电机有损坏的可能。
结合图9、图10和图11可知，为了避免室外雨水及换热器芯体
冷凝水进入外循环送风机侧，在该风力发电机组机舱冷却用换
增设了集中排水功能。通过在每个外循环风机的下侧设置接水
并设置与接水盘9连接的排水管90，实现集中排水，从而有效
可能存在的长期使用后造成积水无法排除及腐蚀风机的隐患。
进风口
而在外
吹出的
所产生
热器中
盘9，
解决了
接水盘可以使用316不锈钢水盘。为了便于检修，在每个外循
的后侧设置检修口95。 环风机
在该实施例中，通过在机壳内部，使用二级冷却，在夏季，使用
外循环冷风可以将内循环热风的温度从60℃降低至35℃左右，
机组机舱外部的温度接近；而在冬季，使用0℃的冷风可以将
温度从60℃降低至7℃左右。由此可见，通过在串行的
设置两个热交换机芯，并使用两个并行的外循环风道对
可以满足兆瓦级风力发电设备的冷却需求。而针对不同
组，在不同的风力发电机组机舱冷却用换热器中，每列
数量可以不同，以便于满足风力发电机组的冷却需求。
上述实施例中，以每条串行的内循环风道具有两个热交换机芯为
了说明。在串行的内循环风道中，热交换机芯的数量可以不同，
多于两个的多个，其目的为实现内循环风道的多级冷却。在针
容量的发电机组设计风力发电机组机舱冷却用换热器时，当风
计要求确定后，热交换机芯的效率直接影响换热器内循环排到
的温度。而影响热交换机芯的效率的因素包括：机芯的有效迎
30℃的
与发电
内循环热风的
内循环风道中
其进行冷却；
容量的发电机
热交换机芯的
例进行
可以为
对不同
量按设
机舱内
风面积
S,机芯的面风速v，以及整个机芯的有效换热面积。机芯的有
大，冷热空气在通过机芯时，交换的时间就越长，交换
而机芯有效换热面积由机器的高度和机芯的边长确定，
是固定的，则影响热交换效率的主要因素就为机芯的边
长越大，机芯的换热面积就越大，换热效率就越大。在
风力发电机组机舱冷却用换热器中，机芯的边长主要体
循环风道的热交换长度上，也就体现在每列热交换机芯
长度上。
效换热面积越
的效率就越高。
如果机芯高度
长，机芯的边
本发明提供的
现在串行的内
的数量及总体
本发明提供的风力发电机组机舱冷却用换热器，通过使用并行的外
道对串行的内循环风道进行多级冷却，扩展了风冷方式对于风
机组冷却的适用范围。本发明所提供的风力发电机组机舱冷却
器，适用于海上、内陆风力发电机组机舱内搭配安装。将该换
装于机舱尾部，将内循环风道的进风口和出风口通过软连接与
部发电机等部件散热通风管道相连接，将外循环风道的进风口
口通过软连接与机舱外部连接，实现风力发电机组的冷却。跟
循环风
力发电
用换热
热器安
机舱顶
和出风
外界相通的外循环冷空气与来自发电机内的内循环热空气在换
体内，进行交叉对流换热。被冷却的内循环空气再排到机舱中，热器芯
然后
被发电机处的离心风机再次推入发电机内，用来带走发电机内的热量，
以防止发电机定子线圈、磁钢等部件温度过高，对风电机组正常运行
起着重要的作用，
在冷却过程中，因为内循环风机吹出的风被来自安装在发电机上
主要风扇吸入并吹进发电机，到达内循环进风口处时正压为零，
会对舱内设备形成负压，保证了内循环风道的稳定。同时，在
发电机组机舱冷却用换热器中，热交换机芯使用显热交换机芯，
循环风道和外循环风道之间只换热不换风，进一步保证了机舱
设备的使用寿命。
的2个
从而不
该风力
使得内
内发电
在本发明所提供的风力发电机组机舱冷却用换热器中，创造性地
风风机置于两换热器芯体中间，保证各换热风路层风量均衡，
降低换热风路压力损失，提高换热风量的有效性。并且，创造
采用双进风和双出风结构，即换热器芯体装配设计为上下两层
称结构，从而充分提高热交换效率，满足了送风温度要求。
上面对本发明所提供的风力发电机组机舱冷却用换热器进行了详
明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神
下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权
将承担相应的法律责任。
将双进
有效的
性地将
左右对
细的说
的前提
的侵犯，
2024年4月28日发(作者：尔芳菲)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.7
(22)申请日 2013.08.28
(71)申请人 北京环都人工环境科技有限公司
地址 100094 北京市海淀区韩家川村158号
(72)发明人 孟东辉 王昱
(74)专利代理机构 北京汲智翼成知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人 陈曦
(51)
(10)申请公布号 CN 103437964 A
(43)申请公布日 2013.12.11
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
风力发电机组机舱冷却用换热器
(57)摘要
本发明提供了一种风力发电机组机
舱冷却用换热器，包括扁平机壳。在机壳
内部设置有两列平行的热交换机芯，每列
热交换机芯的数量大于等于两个，每列热
交换机芯沿机壳的长度方向设置，构成一
条串行的内循环风道；在同排的两个热交
换机芯之间设置有外循环风机，从而在机
壳内部构成多道并行的外循环风道，并
且，不同的外循环风机之间使用隔板分
离。该风力发电机组机舱冷却用换热器通
过使用并行的外循环风道对串行的内循环
风道进行多级冷却，可以扩展风冷方式对
于风力发电机组冷却的适用范围。根据不
同的机舱外部温度条件，在不同的风力发
电机组机舱冷却用换热器中，每列热交换
机芯的数量可以不同，从而满足风力发电
机组的冷却需求。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种风力发电机组机舱冷却用换热器，包括扁平机壳，其特
在所述机壳内部设置有两列平行的热交换机芯，每列热交换机芯的
风
数量大于等于两个，每列热交换机芯沿所述机壳的长度方向设置，构成
一条串行的内循环风道；在同排的两个热交换机芯之间设置有外循环
机，从而在机壳内部构成多道并行的外循环风道，并且，不同
循环风机之间使用隔板分离。
征在于：
的所述外
2.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
所述热交换机芯采用叉流板式的显热交换器。
3.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
在于：
在于：
所述外循环风道的进风口设置在所述机壳的侧面，所述外循环风道
所述内循环风道的进风口和出风口分别设置在所述机壳的顶部和底
部。
的出风口设置在所述机壳的正面或者背面；
4.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
在所述内循环风道中，在同一列热交换机芯的顶部或者底部设置有
5.如权利要求4所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
所述内循环风机设置在所述机壳的外部。
6.如权利要求5所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
所述内循环风机的进风口与设置在所述机壳上的所述内循环风道
7.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
所述外循环风机是双侧进风风机，并且，所述外循环风机的两个进
风面分别正对两侧热交换机芯的外循环风道的出风面。
在于：
的出风口连接。
在于：
在于：
内循环风机。
在于：
8.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
在最下层的外循环风道中，所述外循环风机的出风口设置在本层风
9.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特征
在每个外循环风道中，所述外循环风机的出风口分别独立连接至外
10.如权利要求1所述的风力发电机组机舱冷却用换热器，其特
在每个外循环风道中，所述外循环风机的下侧设置有接水盘，并设
在于：
道的上侧位置。
在于：
循环管道中。
征在于：
置有与所述接水盘连接的排水管。
说 明 书
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组机舱冷却用换热器，适用于利用机
的低温空气对机舱内部的风力发电设备进行冷却，属于热交换
域。
背景技术
在全世界范围内，风力发电正迅速并持续地发展着。当今世界风
技术的发展趋势表现为单机容量大、风机桨叶的变化、塔架高
控制技术的进步以及海上风力发电的发展。其中，单机容量
将会直接导致发电机组内各部件的散热量大大增加，如
电机组的温升瓶颈，已成为风力发电进一步发展的关键
早期的风力发电机由于功率较小，其发热量也不大，只需通过自
就可以满足冷却要求。随着风力发电机的功率逐步增大，自然
经无法满足机组的冷却需求，目前运行的风力发电机组普遍采
风冷或液冷的冷却方式。其中，功率低于750kW的发电机组多
制风冷方式，而对于功率大于750kW的中大型风电机组，则需
环液冷的方式才能满足冷却要求。
虽然液冷系统能为齿轮箱、发电机、控制系统降温冷却，但是由
了换热器与冷却介质管道，结构复杂，占用了风力发电机机舱
空间，使对机座的焊接安装难度增大，且费用较高，维护也更
与液冷方式相比，风冷系统只需在发电机组的机舱或者发电
壳上开设进风口和回风口，并通过风管与外部的热交换
舱外部
技术领
力发电
度上升、
的逐步增大，
何有效解决发
问题之一。
然通风
通风已
用强制
采用强
采用循
于增加
内部的
加复杂。
机组外部的机
器连接构成内
循环风道，通过内循环风道和外循环风道进行热交换，
发电机组的目的。由此可知，风冷方式不会增加风力发
的管道设置，使得风力发电机机舱内部的结构简单，具
流通空间，如果风冷设备设置得当的话，将会是一种安
简单且行之有效的冷却方式。
即可实现冷却
电机机舱内部
有广阔的空气
装便捷、结构
用于风力发电机组冷却的风冷系统的设置方式可以参考专利号为
ZL2.7的中国实用新型中记载的内容。具体而言，
系统包括永磁发电机壳、高效换热装置、机舱、风管、风机控
机舱前端配合设置永磁发电机壳，后端配合设置高效换热装置，
该风冷
制器，
永磁
发电机壳与高效换热装置通过风管连接，高效换热装置上配合设置用
于调节其风扇转速的风机控制器，风机控制器的测温探头处于高效换
热装置的内外循环的进风口处，通过内外循环的进风口温度的变化来
调节高效换热装置的风扇转速。
上述风冷系统对不同机舱内部环境都有很好的适用性；机舱内部
立换热，无漏电、漏水隐患，可靠性高；而且安装形式灵活，
统制造组装简单，根据不同的散热量来替换使用的换热芯体，
的散热量有良好的适用性。然而，由于受限于现有换热装置，
冷系统并没有在风力发电机组中得到很好的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种风力发电机组机舱冷却
器。使用该换热器可以很好地满足发电机组的冷却需求。
为了实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
采用独
整体系
对不同
这种风
用换热
一种风力发电机组机舱冷却用换热器，包括扁平机壳，在所述机
设置有两列平行的热交换机芯，每列热交换机芯的数量大于等于
每列热交换机芯沿所述机壳的长度方向设置，构成一条串行的内
道；在同排的两个热交换机芯之间设置有外循环风机，从而在机
构成多道并行的外循环风道，并且，不同的所述外循环风机之间
板分离。
其中较优地，所述热交换机芯采用叉流板式的显热交换器。
其中较优地，所述外循环风道的进风口设置在所述机壳的侧面，所
环风道的出风口设置在所述机壳的正面或者背面；所述内循环风
风口和出风口分别设置在所述机壳的顶部和底部。
其中较优地，在所述内循环风道中，在同一列热交换机芯的顶部或
设置有内循环风机。
其中较优地，所述内循环风机设置在所述机壳的外部。
其中较优地，所述内循环风机的进风口与设置在所述机壳上的所述
风道的出风口连接。
其中较优地，所述外循环风机是双侧进风风机，并且，所述外循环
两个进风面分别正对两侧热交换机芯的外循环风道的出风面。
其中较优地，在最下层的外循环风道中，所述外循环风机的出风口
本层风道的上侧位置。
其中较优地，在每个外循环风道中，所述外循环风机的出风口分别
壳内部
两个，
循环风
壳内部
使用隔
述外循
道的进
者底部
内循环
风机的
设置在
独立连
接至外循环管道中。
其中较优地，在每个外循环风道中，所述外循环风机的下侧设置有
并设置有与所述接水盘连接的排水管。
本发明提供的风力发电机组机舱冷却用换热器，通过使用并行的外
道对串行的内循环风道进行多级冷却，可以扩展风冷方式对于
电机组冷却的适用范围。例如，通过在机壳内部，使用二级冷
夏季，使用30℃的外循环冷风可以将内循环热风的温度从60℃
35℃左右，与发电机组机舱外部的温度接近；而在冬季，使用
冷风可以将内循环热风的温度从60℃降低至7℃左右。由此可见，
串行的内循环风道中设置两个热交换机芯，并使用两个并行的
风道对其进行冷却；可以满足兆瓦级风力发电设备的冷却需求。
不同容量的发电机组，在不同的风力发电机组机舱冷却用换热
每列热交换机芯的数量可以不同，以便于满足风力发电机组的
求。
附图说明
图1是本发明所提供的风力发电机组机舱冷却用换热器的立体结
图；
图2是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的后视结构示意
图3是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的右视结构示意
图4是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的俯视结构示意
接水盘，
循环风
风力发
却，在
降低至
0℃的
通过在
外循环
而针对
器中，
冷却需
构示意
图
图；
图；
图5是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的仰视结构示意
图6是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器中，串行的内循
环风道的示意图；
图7是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器中，单一外循环
示意图；
图8是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的内部结构示意
图9是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的热交换原理示
图10是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器的外循环风道中，
机的安装位置示意图；
图11是图1所示风力发电机组机舱冷却用换热器中，接水盘、排
检修口的安装位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细说明。
本发明提供的风力发电机组机舱冷却用换热器，包括竖直的扁平
机壳的竖直高度方向和水平长度方向为长边，机壳的水平厚度
图；
风道的
图；
意图；
蜗壳风
水管及
机壳，
方向为
短边。在扁平机壳的内部设置有两列平行的热交换机芯，每列
机芯的数量为两个或多个，每列热交换机芯沿机壳的高度方向
构成一条串行的内循环风道；在同排的两个热交换机芯之间设
环风道使用的风机（简称外循环风机），从而在机壳内部构成多
的外循环风道，通过并行的外循环风道对串行的内循环风道进
冷却。在串行的内循环风道中，通过多个热交换机芯依次排列，
交换面积成倍增加，从而使得内循环风道中的热风最终被冷却
恰当的温度。
在图1和图2所示的实施例中，在扁平机壳的内部设置有两列平
交换机芯，每列热交换机芯的数量为两个。参考图1的方向，
通过支架竖直安装有热交换机芯1和3，在机壳的右侧
热交换机芯2和4。热交换机芯1、2、3和4靠
内壁固定。其中，热交换机芯采用叉流板
芯的厚度方向与机壳的厚度方向一致，热
分别与机壳的侧壁平行或垂直，热交换机
环风道，贯穿左右的风道为外循环风道。
在同排的两个热交换机芯1和2，3和4之间分别安装有外循环风
6。外循环风机5和6是双侧进风风机，并且，外循环风机5的
风面分别正对两侧热交换机芯1和2的外循环风道的出风面；外
机6的两个进风面分别正对两侧热交换机芯3和4的外循环风道
面。在外循环风机5和6之间使用隔板分离，从而在机壳内部
的外循环风道。其中，外循环风机5和6在机壳内部的
3所示的右视图和图10所示的剖视图。
从图4所示的俯视图和图5所示的仰视图中可以看出，在每列热
芯的底部设置有一个内循环风机7、8。内循环风机7和8可以
热交换
排列，
置外循
道并行
行多级
使得热
至一个
行的热
在机壳的左侧
通过支架竖直安装有
近机壳的侧边直接与机壳的
式的显热交换器，热交换机
交换机芯的出风面和进风面
芯中贯穿上下的风道为内循
机5和
两个进
循环风
的出风
形成两个并行
安装方式可以参见图
交换机
如附图
所示，设置在机壳的外部，并将内循环风机的进风口与机壳上
内循环风道的出风口连接。内循环风机7和8也可以设置在机
于每列热交换机芯的顶部或者底部。只是，当内循环风
在机壳内部，并设置于每列热交换机芯的底部时，需要
交换机芯的内循环风道的出风口位置设置相应的隔板，
分割出独立的内循环风道，内循环风机7或8设置在相
当内循环风机7和8设置在机壳内部，并设置于
机壳内挡板的设置与之类似，在此不再详
8可以使用变频风机。
如图1所示，为了适应机壳内部四个热交换机芯的设置，本实施
将内循环风道的进风口11和21设置在机壳的顶部，内循环风
11和21分别与热交换机芯1和2的内循环风道的进风口
风道的出风口33和43设置在机壳的底部，内循环风道
别与热交换机芯3和4的内循环风道的出风口贯
出风口也可以相反设置。
在本实施例中，外循环风道的进风口12，22，32和42分别设置
竖直的侧壁上，并分别与热交换机芯1、2、3和4的外循环风
通，热交换机芯1、2、3和4的外循环风道的进风口是
一侧的进风口。热交换机芯1、2、3和4中，与
22，32和42贯通的出风口14，24，34和
外循环风机5和6分别设置在两个同排的热
5和6是双侧进风风机，其两个进风面分
两侧热交换机芯的外循环风道的出风面。
舱外低温空气从机壳外侧水平进入热交换机芯的外循环风道，并
交换机芯，进入外循环风机所在的排风区域。当舱外低温空气
设置的
壳内部，设置
机7和8设置
在最下层的热
用于将机壳内
应的内循环风道中。
每列热交换机芯的顶部时，
述。此外，内循环风机7和
例中，
道的进风口
贯通；内循环
的出风口33和43分
通。内循环风道的进风口和
在机壳
道的进风口贯
热交换机芯靠近机壳
外循环风道的进风口12，
44位于远离机壳的一侧。
交换机芯之间。外循环风机
别正对
经过热
进入排
风区域时，在外循环风机的作用下，从两侧进入外循环风机内
在离心力的作用下从外循环风机5和6的排风口50和60排出。
风机5和6的排风口50和60，即外循环风道的出风口设置在
面，当然，外循环风道的出风口也可以设置在图1所示
下面结合图6至图9对本发明所提供的风力发电机组冷却用的换
热交换原理进行说明。其中，图6是串行的内循环风道的示意
一外循环风道的示意图；图8是该风力发电机组机舱冷
构示意图；图9是与之对应的热交换原理示意图。
结合图6和图8可知，在机壳的右侧，内循环热风从机壳上侧的
21（即热交换机芯2的内循环风道进风口21）进入热交换机芯
循环风道内，并经过热交换机芯2和热交换机芯4的内循环风
下侧的出风口43（即热交换机芯4的内循环风道进风口
环风机8，并在内循环风机8的作用下，从与内循环风
内循环管道回到发电机组的机壳内。其中，热交
道出风口23与热交换机芯4的内循环风道的进风
热风可以近似无阻力地从热交换机芯2进入热交换
侧，热交换机芯1和3构成了另一条内循环风道，
构设置完全相同。在两条内循环风道中，串接的
格尺寸可以有所区别，具体体现在机芯的尺寸大
以不同。
如图7和图8所示，在机壳的上侧，外循环冷风分别从设置在机
右侧的外循环进风口12和22（即热交换器1的外循环风道进
交换器2的外循环风道进风口22）进入热交换机芯1和2
并从热交换机芯1和2的外循环风道的出风口14和
所在的排风区域，并在外循环风机5的作用下，
部，并
外循环
图1所示的背
的正面。
热器的
图；图7是单
却用换热器的内部结
进风口
2的内
道从位于机壳
43）进入内循
机8的出风口连接的
换机芯2的内循环风
口41正对，内循环
机芯4。在机壳的左
两条内循环风道的结
两个热交换机芯的规
小、板厚、板间距可
壳的左
风口12和热
的外循环风道，
24进入外循环风机5
从与出风口50连接的排风
管道排出机舱。
在机壳的下侧，存在另一条与上述外循环风道平行的外循环风道，
两条外循环风道的风道流向完全相同。外循环冷风分别从机壳
侧的外循环进风口32和42（即热交换器3的外循环风道进风
热交换器4的外循环风道进风口42）进入热交换机芯3和4
风道，并从热交换机芯3和4的外循环风道的出风口34和44
循环风机6所在的排风区域，并在外循环风机6的作用下，从
口60连接的排风管道排出机舱。
的左右
口32和
的外循环
进入外
与出风
上述两条并行的外循环风道的区别在于外循环风机5和6的出风
和60的出风口位置的设置方式可以有所差别，出风口50和60
置在本层通道的上侧，也可以设置在下侧。为了便于工人检修
下层空间，最下层的外循环风机（即本实施例中外循环风机6）
口应设置在本层通道上侧较佳。
图9所示是该风力发电冷却用换热器中，内循环风道和外循环风
交换原理示意图。其中，水平的实心箭头代表外循环风道的流
直的空心箭头代表内循环风道的流向。从图9中可以看出，上
道对内循环风道进行一次冷却，下层的外循环风道对内
二次冷却。在本实施例中，使用30℃的外循环冷风可以
的温度从60℃降低至35℃左右，使发电机组机舱内外的
在图9中，两个内循环风道的进风口、出风口分别通过通风管道
连接至相应的内循环回路中，两个内循环风道彼此隔绝，不会产
影响。两个外循环风道的出风口也相互隔绝，并分别通过通风
连接至机舱外部。由于，外循环回路中，冷风在未进入机壳内
口50
可以设
和节约
的出风
道的热
向，竖
层的外循环风
循环风道进行
将内循环热风
温度接近。
10软
生相互
管道软
部时并
无区别，冷风压力恒定，所以在机壳同侧的两个外循环风道的
之间可以不做隔绝处理，使用同一通风管道软连接至机舱外部；
循环风道的出风口位置的隔绝处理可以避免上下层外循环风机
风混在一起，造成风机压力不平衡，电机有损坏的可能。
结合图9、图10和图11可知，为了避免室外雨水及换热器芯体
冷凝水进入外循环送风机侧，在该风力发电机组机舱冷却用换
增设了集中排水功能。通过在每个外循环风机的下侧设置接水
并设置与接水盘9连接的排水管90，实现集中排水，从而有效
可能存在的长期使用后造成积水无法排除及腐蚀风机的隐患。
进风口
而在外
吹出的
所产生
热器中
盘9，
解决了
接水盘可以使用316不锈钢水盘。为了便于检修，在每个外循
的后侧设置检修口95。 环风机
在该实施例中，通过在机壳内部，使用二级冷却，在夏季，使用
外循环冷风可以将内循环热风的温度从60℃降低至35℃左右，
机组机舱外部的温度接近；而在冬季，使用0℃的冷风可以将
温度从60℃降低至7℃左右。由此可见，通过在串行的
设置两个热交换机芯，并使用两个并行的外循环风道对
可以满足兆瓦级风力发电设备的冷却需求。而针对不同
组，在不同的风力发电机组机舱冷却用换热器中，每列
数量可以不同，以便于满足风力发电机组的冷却需求。
上述实施例中，以每条串行的内循环风道具有两个热交换机芯为
了说明。在串行的内循环风道中，热交换机芯的数量可以不同，
多于两个的多个，其目的为实现内循环风道的多级冷却。在针
容量的发电机组设计风力发电机组机舱冷却用换热器时，当风
计要求确定后，热交换机芯的效率直接影响换热器内循环排到
的温度。而影响热交换机芯的效率的因素包括：机芯的有效迎
30℃的
与发电
内循环热风的
内循环风道中
其进行冷却；
容量的发电机
热交换机芯的
例进行
可以为
对不同
量按设
机舱内
风面积
S,机芯的面风速v，以及整个机芯的有效换热面积。机芯的有
大，冷热空气在通过机芯时，交换的时间就越长，交换
而机芯有效换热面积由机器的高度和机芯的边长确定，
是固定的，则影响热交换效率的主要因素就为机芯的边
长越大，机芯的换热面积就越大，换热效率就越大。在
风力发电机组机舱冷却用换热器中，机芯的边长主要体
循环风道的热交换长度上，也就体现在每列热交换机芯
长度上。
效换热面积越
的效率就越高。
如果机芯高度
长，机芯的边
本发明提供的
现在串行的内
的数量及总体
本发明提供的风力发电机组机舱冷却用换热器，通过使用并行的外
道对串行的内循环风道进行多级冷却，扩展了风冷方式对于风
机组冷却的适用范围。本发明所提供的风力发电机组机舱冷却
器，适用于海上、内陆风力发电机组机舱内搭配安装。将该换
装于机舱尾部，将内循环风道的进风口和出风口通过软连接与
部发电机等部件散热通风管道相连接，将外循环风道的进风口
口通过软连接与机舱外部连接，实现风力发电机组的冷却。跟
循环风
力发电
用换热
热器安
机舱顶
和出风
外界相通的外循环冷空气与来自发电机内的内循环热空气在换
体内，进行交叉对流换热。被冷却的内循环空气再排到机舱中，热器芯
然后
被发电机处的离心风机再次推入发电机内，用来带走发电机内的热量，
以防止发电机定子线圈、磁钢等部件温度过高，对风电机组正常运行
起着重要的作用，
在冷却过程中，因为内循环风机吹出的风被来自安装在发电机上
主要风扇吸入并吹进发电机，到达内循环进风口处时正压为零，
会对舱内设备形成负压，保证了内循环风道的稳定。同时，在
发电机组机舱冷却用换热器中，热交换机芯使用显热交换机芯，
循环风道和外循环风道之间只换热不换风，进一步保证了机舱
设备的使用寿命。
的2个
从而不
该风力
使得内
内发电
在本发明所提供的风力发电机组机舱冷却用换热器中，创造性地
风风机置于两换热器芯体中间，保证各换热风路层风量均衡，
降低换热风路压力损失，提高换热风量的有效性。并且，创造
采用双进风和双出风结构，即换热器芯体装配设计为上下两层
称结构，从而充分提高热交换效率，满足了送风温度要求。
上面对本发明所提供的风力发电机组机舱冷却用换热器进行了详
明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神
下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权
将承担相应的法律责任。
将双进
有效的
性地将
左右对
细的说
的前提
的侵犯，