專利名稱：一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于風力發電機等需要冷卻降溫場合的散熱裝置，屬于換熱設備熱交換技術領域。
背景技術：
當今世界能源緊缺、環境問題日益突出，風能作為可再生能源的一種備受人們的青睞，因此，我國的風力發電事業發展異常迅猛，裝機容量不斷擴大。隨著單機容量的不斷擴大，發電機的散熱冷卻問題也日益突出。風電機組傳統的冷卻方式是用泵循環冷卻水吸收發電過程的發熱量，升溫后的冷卻水，被送到發電機艙外的風冷換熱器散熱，并重復使用。為了適應不同地域較寬氣象條件的要求，特別是冬季防凍，必須向冷卻水中加一定量的防凍劑，如乙二醇等，可以有效地降低冷卻液的冰點，但是如此一來，冷卻液的比熱容明顯小于水，必須加大泵的流量。這樣，一方面增加了泵的功耗，另一方面，冷卻效果也大受影響。上述冷卻液循環的自然冷卻系統在大型數據機房等也有采用。眾所周知，機房中通信和電氣設備連續運行時間長，發熱量大，需要專門的冷卻降溫設備將設備或元器件發熱量散到大氣中去，來維持機房內的環境溫度，保證設備的正常工作運行。目前較為普遍的做法是采用空調設備來排除機房內部工作環境的熱量，達到對機房冷卻降溫的目的。此種散熱降溫的方式雖然能夠實現冷卻控溫的要求，但是空調設備運行能耗較大，導致系統運行成本較高。為此，采用冷卻液循環的自然冷卻系統，在氣溫涼爽的春、秋和冬季，利用大氣自然冷源為數據機房降溫，可以帶來顯著的節能效果。但是，冷卻液循環的自然冷卻系統在風電機組冷卻中存在的上述問題在數據中心冷卻中仍然存在。為解決上述冷卻液循環的自然冷卻系統在風電機組和數據中心冷卻中存在的問題，設計出本發明的技術方案。
發明內容
本發明提供一種風力發電機組或數據機房自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置， 采用常溫常壓下呈氣態、凝固點遠低于氣象溫度的低沸點介質作為工質，采用與工質相容的液泵，旨在降低風力發電機組或數據機房冷卻降溫的能耗、提高其內部設備的可靠性、延長設備使用壽命，同時也從根本上解決冷卻液自然冷卻系統液體工質循環量大、散熱效果不理想等技術問題，使其在較寬發熱量范圍內、較大熱流量和較多的現場情況下均具有良好的散熱性能，達到自然冷卻的理想效果。該裝置包括風冷換熱器1，儲液器2，液泵3，蒸發器4和連接管道5，通過連接管道 5，將安裝在室外的風冷換熱器1、液泵3和蒸發器4連接成回路，內部形成密閉空間并充注一定量的低沸點工質流體6，在風冷換熱器1與液泵3之間聯有儲液器2。風冷換熱器1和蒸發器4之間裝有液泵3，液泵3的進口聯有儲液器2，液泵3將液態工質送入蒸發器4，吸收與蒸發器4接觸的發熱體7發出的熱量后，部分工質汽化形成氣液混合物，流入風冷換熱器1，將熱量散給流過風冷換熱器1外表面的大氣，工質冷卻降溫液化后經儲液器2，重新流回液泵3。這樣不斷循環，就可以將發熱體的熱量散到大氣中。所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，所述液泵為噴射泵或機械式液泵，機械式液泵的驅動機采用屏蔽式電動機。所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，所述機械式液泵是為旋片式、 隔膜式、電磁式、渦旋式、轉子式或活塞式的一種，或者是離心式、軸流式或混流式的一種。所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，所述熱管冷卻裝置充注的工質是一種低沸點介質，可以是烷烴、烯烴及其鹵代物的一種或若干種的混合物；或者是氨、甲醇、乙醇或丙酮。所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，所述的蒸發器為盤管，直接鑲嵌在發熱體表面或預埋在發熱體內部；或者為箱體狀的容器，直接壓在發熱體表面；或者為風冷式翅片換熱器，熱空氣直接流過換熱器；盤管或箱體狀容器、或翅片換熱器可以是一組，也可以是多組串聯或并聯在一起。所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，其特征是所述的風冷換熱器為風冷式翅片換熱器，換熱器可以帶風機，也可以不帶風機；可以是一組，也可以是多組串聯或并聯在一起。所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，所述儲液器安裝位置應高于液泵的進口，儲液器內液面至少高過液泵進口中心線20cm;儲液器可以串聯到回路中，也可以用支管與回路相聯接。對于上述自然冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置，液泵3從儲液器2中吸入液態的工質，并將液態工質送入蒸發器4，吸收與蒸發器4接觸的發熱體7發出的熱量后，部分工質汽化形成氣液混合物，流入風冷換熱器1，將熱量散給流過風冷換熱器1外表面的大氣，工質冷卻降溫液化后經儲液器2，重新流回液泵3。這樣不斷循環，就可以將發熱體的熱量散到大氣中。本發明可以獲得如下有益效果采用該裝置后，液泵循環的低沸點液體工質流過蒸發器，工質的沸點低于蒸發器壁溫，當流經蒸發器時，工質發生沸騰換熱，氣液混合物流出蒸發器，汽化潛熱明顯大于液體升溫時的吸熱量，可以明顯改善對發熱體的冷卻效果，同時泵內循環的液體工質的量也得到有效減少，降低了泵的功耗。因此，在較大熱流量范圍和較廣現場情況內具有良好的散熱性能。本裝置構成簡單，易于制造，成本較低，安裝時部件之間無相對位置的要求，安裝使用方便。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。圖1是實施例一單盤管蒸發器風電機組冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置結構示意圖；圖2是實施例二 多盤管蒸發器風電機組冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置結構示意圖；圖3是實施例三箱體狀蒸發器液泵驅動熱管冷卻裝置結構示意圖4是實施例四單風冷蒸發器數據機房冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置結構示意圖；圖5是實施例五多風冷蒸發器數據機房冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置結構示意圖；圖中1-風冷換熱器，2-儲液器，3-液泵，4-蒸發器，5-連接管道，6_低沸點工質流體，7-發熱體，8-風冷換熱器風機，9-蒸發器風機。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對于本發明作進一步說明。實施例一單盤管蒸發器風電機組冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置的結構如圖1所示。該裝置包括風冷換熱器1，儲液器2，液泵3，蒸發器4和連接管道5。發熱體7為風力發電機的定子，蒸發器4為銅盤管，螺旋地鑲嵌在定子表面，工質從銅盤管內流過；風冷換熱器1為銅管串鋁片式換熱器，工質在銅管內流動，風從銅管外的鋁翅片部分流過；液泵3為屏蔽式離心氟利昂泵，低沸點工質流體6為氟利昂或其混合物。通過連接管道5，將風冷換熱器1、液泵 3和蒸發器4連接成回路，內部的密閉空間內充注一定量的氟利昂工質，在風冷換熱器1出口裝有儲液器2，其內液面高于與液泵3進口中心線至少20cm。液泵3從儲液器2中吸入液態工質，并將之強制送入蒸發器4，冷卻發電機定子，液體工質吸熱后在蒸發器4中部分汽化，形成氣液混合物并流入風冷換熱器1，大氣流過換熱器1的外表面，工質在風冷換熱器1中散熱給大氣，工質冷卻降溫液化后流入儲液器2，在儲液器2中工質汽液分層，沉積在下部的液體重新流回液泵3。這樣，工質在液泵的驅動下在冷卻裝置內不斷循環，就可以將風力發電機定子的熱量散到大氣中。與前述冷卻液系統相比，冷卻效果明顯改善，泵的功耗也明顯減少，原有的因泄漏帶來的安全問題也得到了解決。實施例二 多盤管蒸發器風電機組冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置的結構如圖2所示。對于大型風力發電機，發熱量和定子尺寸都較大，為了避免單個銅盤管直徑大、管路長的問題，采用二段、三段或多段銅盤管分段鑲嵌，并將各自進、出口分別并聯在一起，構成多路并聯的蒸發器。其余部分的構成和工作過程如實施例一。實施例三箱體狀蒸發器液泵驅動熱管冷卻裝置的結構如圖3所示。對于呈平面形狀的發熱體，蒸發器做成扁平箱體形狀，使蒸發器可以與發熱體緊密接觸，箱體狀蒸發器內部充滿工質流體。其余部分的構成和工作過程如實施例一。實施例四單風冷蒸發器數據機房冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置的結構如圖4所示。該裝置包括風冷換熱器1，儲液器2，液泵3，蒸發器4和連接管道5，能夠將數據機房內熱空氣的熱量散發到室外冷空氣中。蒸發器4安裝在室內，為翅片式風冷換熱器，蒸發器風機9強制驅動室內熱空氣循環流經蒸發器4，將熱量傳遞給流過蒸發器4的工質6 ；風冷換熱器1安裝在室外，換熱器風機8強制驅動室外冷空氣循環流過風冷換熱器1的外表面，冷卻其內部的工質流體6。液泵3從儲液器2中吸入液態工質，并將之強制送入蒸發器4，冷卻機房內的熱空氣，工質吸熱后在蒸發器4中部分汽化，形成氣液混合物流入風冷換熱器1，室外冷空氣流過換熱器1的外表面，工質在風冷換熱器1中散熱給大氣，冷卻降溫液化后流入儲液器 2，在儲液器2中工質汽液分層，沉積在下部的液體重新流回液泵3。這樣，工質在液泵的驅動下在冷卻裝置內不斷循環，就可以將數據機房內的熱量散到大氣中。實施例五多風冷蒸發器數據機房冷卻用液泵驅動熱管冷卻裝置的結構如圖5所示。對于大型數據機房，為均勻冷卻或定向冷卻，蒸發器由二臺、三臺或多臺翅片式風冷換熱器并聯聯接而成，由液泵3統一供液，由管路5分配和匯集工質流體。其余部分的構成和工作過程如實施例四。以上所述，僅是本發明較佳可行的實施例，不能因此即局限本發明的權利范圍，對熟悉本領域的普通技術人員來說，舉凡運用本發明的技術方案和技術構思做出其他各種相應的改變和變形都應屬在本發明權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1.一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，該裝置包括風冷換熱器(1)，儲液器 O)，液泵(3)，蒸發器(4)和連接管道(5)，其特征是將安裝在室外的風冷換熱器(1)、液泵C3)和蒸發器(4)依次連接形成回路，內部形成密閉空間并充注低沸點工質流體(6)，在風冷換熱器(1)與液泵( 之間聯有儲液器O)；所述蒸發器(4)緊密接觸發熱體(7)。
2.根據權利要求1所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，其特征是所述液泵為噴射泵或機械式液泵，機械式液泵的驅動機采用屏蔽式電動機。
3.根據權利要求2所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，其特征是所述機械式液泵是為旋片式、隔膜式、電磁式、渦旋式、轉子式或活塞式的一種，或者是離心式、 軸流式或混流式的一種。
4.根據權利要求1所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，其特征是所述低沸點工質流體(6)是一種低沸點介質，為烷烴、烯烴及其鹵代物的一種或若干種的混合物；或者是氨、甲醇、乙醇或丙酮。
5.根據權利要求1所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，其特征是所述的蒸發器(4)為盤管，直接鑲嵌在發熱體(7)表面或預埋在發熱體(7)內部；或者為箱體狀的容器，直接壓在發熱體表面；或者為風冷式翅片換熱器，熱空氣直接流過換熱器；盤管、 或箱體狀容器、或翅片換熱器為一組，或多組串聯或并聯在一起。
6.根據權利要求1所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，其特征是所述的風冷換熱器(1)為風冷式翅片換熱器；風冷式翅片換熱器帶風機，或不帶風機；風冷式翅片換熱器是一組，或多組串聯或并聯在一起。
7.根據權利要求1所述的一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，其特征是所述儲液器(2)安裝位置高于液泵(3)的進口，儲液器O)內液面至少高于液泵(3)進口中心線20cm;儲液器O)串聯到回路中，或用支管與回路相聯接。
全文摘要
一種自然冷卻用的液泵驅動熱管冷卻裝置，由風冷換熱器，儲液器，液泵，蒸發器和連接管道組成，通過連接管道，將安裝在室外的風冷換熱器、液泵和蒸發器連接成回路，內部形成密閉空間并充注低沸點工質流體，在風冷換熱器與液泵之間聯有儲液器。液泵將液態工質送入蒸發器，在吸收與蒸發器接觸的發熱體發出的熱量后，部分液體工質汽化，形成氣液混合物，流入風冷換熱器，將熱量散給流過風冷換熱器外表面的大氣，工質冷卻降溫液化后經儲液器，重新流回液泵。這樣不斷循環，就可以將發熱體的熱量散到大氣中。該裝置易于控制，成本較低，能有效改善工質循環的動力，縮減工質的循環量，降低液泵功耗，在較大散熱量范圍內具有良好的散熱性能。
文檔編號H02K1/20GK102222993SQ20111012342
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月12日 優先權日2011年5月12日
發明者周峰, 張雙, 王樹春, 馬國遠 申請人:北京工業大學