CN108153352A - 用于电气柜的冷却装置、***、方法以及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电气柜的冷却装置、***、方法以及风力发电机。电气柜的内部有发热电气件，冷却***包括：第一换热设备，包括壳体和液态的第一冷却介质，其中：壳体密封地容纳第一冷却介质和发热电气件；第一冷却介质占据壳体的部分内部空间以在第一冷却介质的表面上方形成换热空间，并且，第一冷却介质与发热电气件电气绝缘并且能够至少部分地浸没发热电气件；第二换热设备包括：冷却通道，其出口和入口分别与设置于电气柜外部的第二冷却介质冷却器的入口和出口连通，以形成换热回路，循环装置设置在换热回路中，以使第二冷却介质能够在换热回路中循环流动。使得冷却通道能够通过第二冷却介质对换热空间中的热量进行冷却。

Description

用于电气柜的冷却装置、***、方法以及风力发电机

技术领域

本发明涉及电气设备冷却控制技术领域，尤其涉及一种用于电气柜的冷却装置、***、方法以及风力发电机。

背景技术

开关柜是一种电气设备，内部的组成部件主要包括断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器等。开关柜作为电路中的保护装置，能够应用于多种需要对电能进行分配、控制的电力***中，在电力***进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合控制，保护用电设备。例如能够应用于风力发电机的电力***中。但是开关柜内部的部件在工作过程中，由于需要承载较大电流，因此部件会随着产生功率的增加，其自身的发热量也会增加。如果产生的热量不能及时地进行移除，将会造成开关柜内部热量严重积累现象，温升会直接危害部件的电气绝缘性能，严重的还会引发火灾，进而造成不必要的经济损失。

风力发电机组的发电机开关柜即发电机断路器，是发电机与电网之间的一个可以控制的断开点，起到隔离发电机故障，控制发电机并网运行操作等作用，是风力发电机组内部较为重要的电气部件。风力发电机组发电机的开关柜内部的发热部件主要是输入、输出接线铜排及端子。目前采用的冷却方式为传统的风冷方式，通过在柜体上安装风扇并设计出风口，采用引进外部新风的方式直接对发电机开关柜内部发热部件进行出风冷却。这一冷却方式具有较好的经济性，且对于发热量较少的中、小容量陆地的风力发电机组具有较好的应用性。

然而，当风力发电机组容量增加后，动力电缆承载的电流增大，则会直接导致发电机开关柜内部的空气温度增大。针对开关柜产生较大发热量的情况，传统的风冷降温方式则要采用更大功耗、更大尺寸的风扇进行冷却，这会使得发电机开关柜尺寸增大，进而导致风力发电机外形尺寸的增加，同时导致风力发电机功率损耗增大。而且海上的风力发电机所处空气环境中带有盐雾且湿度较高，如果采用传统风冷方式对发电机开关柜进行冷却，将会把湿度较高、并含有盐雾的空气引入发电机开关柜中，这样将会直接影响输入、输出铜线及铜排的电气绝缘性，加快了这些部件的腐蚀速度，同时降低了发电机开关柜的稳定性和可靠性，减少了发电机开关柜内部部件的使用寿命，给风力发电机运行带来了严重的安全隐患。

因此，亟需一种新的用于电气柜的冷却装置、***、方法以及风力发电机。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种用于电气柜的冷却装置、***、方法以及风力发电机，能够在对电气柜进行冷却的过程中，避免湿度较高、并含有盐雾的空气进入电气柜，对电气柜内部的电器件造成影响，保证电气柜的稳定性和可靠性，同时提升了对电气柜内部的发热电气件的冷却效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于电气柜的冷却装置，电气柜的内部装配有发热电气件，冷却装置包括第一换热设备和第二换热设备，第一换热设备包括壳体和液态的第一冷却介质，其中：壳体设置在电气柜的内部并且密封地容纳第一冷却介质和发热电气件；第一冷却介质占据壳体的部分内部空间以在第一冷却介质的表面上方形成换热空间，并且，第一冷却介质与发热电气件电气绝缘并且能够至少部分地浸没发热电气件，从而使对发热电气件进行冷却的第一冷却介质能够在换热空间中进行蒸发散热；第二换热设备包括填充有第二冷却介质的冷却通道、第二冷却介质冷却器以及循环装置，其中：冷却通道设置在换热空间中，其出口和入口分别与设置于电气柜外部的第二冷却介质冷却器的入口和出口连通，以形成换热回路，循环装置设置在换热回路中，以使第二冷却介质能够在换热回路中循环流动，使得冷却通道能够通过第二冷却介质对换热空间中的热量进行冷却。

根据本发明的一个方面，冷却通道为冷却管路，冷却管路包括多段彼此相邻间隔布置的平行管路。

根据本发明的一个方面，第二换热设备还包括多个换热翅片，多个换热翅片相应地布置在多段平行管路彼此之间形成的间隙中。

根据本发明的一个方面，第二冷却介质冷却器的外周壁设置有冷却肋片。

根据本发明的一个方面，第二换热设备还包括设置在换热回路中的控制阀，通过控制阀能够对在换热回路中循环流动的第二冷却介质的流速进行控制。

根据本发明的一个方面，第二换热设备还包括一个或一个以上的冷却风扇，能够对第二冷却介质冷却器内的第二冷却介质进行冷却。

根据本发明的一个方面，第二冷却介质为去离子水。

根据本发明的一个方面，电气柜被气密密封地配置。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于电气柜的冷却***，包括：上述的冷却装置、第一温度传感器以及第一控制单元，第一温度传感器设置于换热空间中，用于采集换热空间中的第一温度，并将第一温度发送给第一控制单元；第一控制单元中预先存储有第一温度与换热回路中的第二冷却介质的流速的关系曲线，使第一控制单元能够接收第一温度，并根据关系曲线调节换热回路中的第二冷却介质的流速。

根据本发明的另一个方面，冷却***还包括设置在换热回路中的控制阀，控制阀能够根据第一控制单元的控制对在换热回路中循环流动的第二冷却介质的流速进行控制。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种用于电气柜的冷却***，包括：上述的冷却装置、第二温度传感器以及第二控制单元，第二温度传感器设置于第二冷却介质冷却器中，用于采集第二冷却介质冷却器中的第二温度，并将第二温度发送给第二控制单元；第二控制单元能够接收第二温度，并判断第二温度是否大于预设温度阈值，若判定第二温度大于预设温度阈值，则第二控制单元对第二冷却介质冷却器内的第二冷却介质进行冷却。

根据本发明的再一个方面，冷却***还包括一个或一个以上的冷却风扇，一个或一个以上的冷却风扇能够根据第二控制单元的控制对第二冷却介质冷却器内的第二冷却介质进行冷却。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种风力发电机，包括上述的冷却***其中，电气柜被气密密封地设置。

根据本发明的又一个方面，电气柜为发电机开关柜。

根据本发明的再另一个方面，还提供了一种利用上述的冷却***对电气柜冷却的冷却方法，冷却方法包括：温度检测步骤，采集换热空间中的第一温度；流速控制步骤，预先存储第一温度与换热回路中的第二冷却介质的流速的关系曲线，并根据关系曲线调节换热回路中的第二冷却介质的流速。

根据本发明的再另一个方面，在流速控制步骤中，通过控制阀对在换热回路中循环流动的第二冷却介质的流速进行控制。

根据本发明的再又一个方面，还提供了一种利用上述的冷却***对电气柜冷却的冷却方法，冷却方法包括：温度采集步骤，采集第二冷却介质冷却器中的第二温度；冷却控制步骤，判断第二温度是否大于预设温度阈值，若判定第二温度大于预设温度阈值，则对第二冷却介质冷却器内的第二冷却介质进行冷却。

根据本发明的再又一个方面，在冷却控制步骤中，通过一个或一个以上的冷却风扇对第二冷却介质冷却器内的第二冷却介质进行冷却。

综上，本发明实施例的用于电气柜的冷却装置，在安装有发热电气件的电气柜中设置具有壳体和第一冷却介质的第一换热设备。通过壳体密封地容纳第一冷却介质和发热电气件。并将第一冷却介质部分地填充于壳体的内部空间中，以在第一冷却介质的液面上方形成换热空间。并且通过第一冷却介质至少部分地浸没发热电气件，使发热电气件能够与第一冷却介质直接接触进行换热，而第一冷却介质能够吸收热量在换热空间中进行蒸发散热。本发明实施例中的冷却装置还包括具有填充有第二冷却介质的冷却通道、第二冷却介质冷却器以及循环装置的第二换热设备。通过将冷却通道设置在换热空间中，而将第二冷却介质冷却器设置于电气柜的外部，将第二冷却介质冷却器的入口和出口分别与冷却通道的出口和入口连通以形成换热回路。并将循环装置设置在换热回路中，以使第二冷却介质能够在换热回路中循环流动，使得冷却通道能够通过第二冷却介质对换热空间中的热量进行冷却，从而能够对发热电气件进行冷却。因此，第一换热设备能够密封地通过第一冷却介质对发热电气件进行冷却，并将发热电气件的热量及时地从电气柜中转移至电气柜外部，从而能够避免外部环境中较高湿度的空气进入电气柜内部，腐蚀电气柜内部的电气件，导致电气柜的稳定性和可靠性降低的问题。并且采用使发热电气件与第一冷却介质直接换热冷却的方式提升了冷却效果，进而避免由于需要为功率较高的电气件配置相应大尺寸的风冷部件，使得电气柜的尺寸增大，进而导致的装配电气柜的***整体尺寸增加的问题。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是本发明一个实施例的冷却装置安装于电气柜中的结构示意图；

图2是本发明另一个实施例的冷却装置安装于电气柜中的结构示意图；

图3是本发明再一个实施例的冷却装置安装于电气柜中的结构示意图；

图4是本发明一个实施例的冷却装置的第二换热设备的结构示意图；

图5是图4中的第二换热设备中的第二冷却介质冷却器的剖面结构示意图；

图6是本发明一个实施例的换热回路的结构框图；

图7是本发明一个实施例的用于电气柜的冷却***的结构框图；

图8是本发明一个实施例的冷却方法的流程图；

图9是本发明另一个实施例的冷却方法的流程图；

图10是本发明一个实施例的风力发电机的结构示意图。

其中：

10-电气柜；

20-第一换热设备；21-壳体；21a-壳体；22-第一冷却介质；23-换热空间；23a-换热空间；

30-第二换热设备；30a-换热回路；31-冷却管路；32-换热翅片；33-第二冷却介质；34-第二冷却介质冷却器；341-壳体；342-冷却肋片；35-冷却风扇；

40-断路器；41-输入侧接线铜排；42-输出侧接线铜排；43-连接导线；44-连接导线；

50-控制阀；

60-循环装置；

71-第一温度传感器；72-第二温度传感器；

81-第一控制单元；82-第二控制单元；

1-风力发电机；110-塔架；120-机舱；130-轮毂；140-叶片；150-发电机；160-底座；170-发电机开关柜。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均是指观察者对视图的观察方向，并不是对本发明的用于电气柜的冷却装置的具体结构进行限定。另外描述中出现的“电气件”同“电器件”。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的冷却装置，能够应用于多种类型的电气柜中，对电气柜内部的发热电气件进行冷却。能够应用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种场合。示例性地，该冷却装置能够对本发明实施例以下描述中提及的风力发电机中的发电机开关柜进行冷却。由于接线铜排和接线端子为发电机开关柜中主要的发热电气件，本发明实施例仅以通过冷却装置对发电机开关柜中的接线铜排以及接线端子进行冷却为例进行说明。但是本发明的实施例并不限于此，在其他的实施例中，还可以通过冷却装置对其他工作过程中产生热量需要冷却的电气件进行冷却。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至10根据本发明实施例的用于电气柜的冷却装置、冷却***以及冷却方法进行详细描述。

图1是根据本发明一个实施例的冷却装置安装于电气柜10中的结构示意图，如图1所示，电气柜10的内部装配有发热电气件，冷却装置包括具有壳体21和液态的第一冷却介质22的第一换热设备20，其中：壳体21设置在电气柜10的内部并且密封地容纳第一冷却介质22和发热电气件；第一冷却介质22占据壳体21的部分内部空间以在第一冷却介质22的表面上方形成换热空间23，并且，第一冷却介质22与所述发热电气件电气绝缘并且能够至少部分地浸没发热电气件，从而使第一冷却介质22能够在换热空间23进行蒸发散热。第二换热设备30包括填充有第二冷却介质33的冷却通道、第二冷却介质冷却器34以及循环装置(图中未示出)，其中：冷却通道设置在换热空间23中，第二冷却介质冷却器34设置于电气柜10的外部，并且第二冷却介质冷却器34的入口和出口分别与冷却通道的出口和入口连通以形成换热回路，循环装置设置在换热回路中，以使第二冷却介质33能够在换热回路中循环流动，使得冷却通道能够通过第二冷却介质33对换热空间23中的热量进行冷却。

通过第一换热设备20中的第一冷却介质22直接与发热电气件接触进行换热，即发热电气件工作过程中产生的热量能够直接传递至第一冷却介质22中。而第一冷却介质22能够在吸热后沸腾蒸发，并且第一冷却介质22蒸发后形成的蒸气在换热空间23中能够与第二换热设备30中的冷却通道进行换热。由于冷却通道中的第二冷却介质33在换热回路中循环流动，由此可将热量进一步转移至电气柜10外部的第二冷却介质冷却器34处，从而实现通过液体对发热电气件进行整体密封地冷却，并将发热电气件产生的热量及时地从电气柜10中进行转移的目的。示例性地，当风力发电机为海上风力发电机时，由于将发热电气件(即金属器件)进行密封，则能够避免电气柜10外部湿度较高并且带有盐雾的气流进入电气柜10内部，而导致的金属器件被腐蚀的问题，进而增加电气柜10的稳定性以及可靠性。同时，由于采用与液态的第一冷却介质22直接接触换热的方式能够对发热电气件进行均匀冷却，所以其冷却效果好。避免了以往需要为发热电气件设置较大尺寸的风冷部件，从而能够合理地控制电气柜10的整体尺寸，不会额外增加风力发电机的发电机组的尺寸。

具体地，电气柜10(即发电机开关柜)作为电路保护器件的容纳部件，被布置于风力发电机的机舱中，并被气密密封地设置。电气柜10中安装有断路器40，发热电气件为分别与断路器40连接的输入侧接线铜排41以及输出侧接线铜排42，断路器40通过输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42与外部电器结构实现电连接，对下端的电路进行控制。当然，电气柜10还可以是变流器或者主控柜等能够采用蒸发散热的方式进行降温的电气柜。

第一换热设备20包括：壳体21和第一冷却介质22。壳体21为密封的长方形箱体，设置于电气柜10中。为了使壳体21内的输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42所散发的热量全部由第二换热设备30从换热空间23处转移至电气柜10外部，不会使电气柜10内部温度升高，壳体21可以采用绝热性的材料制成，例如：可以采用硅酸铝纤维和硅纤维等材料制成。第一冷却介质22被部分地填充于壳体21的内部空间中，使得第一冷却介质22的液体表面上方与壳体21内壁共同围设形成供吸热后的第一冷却介质22进行气液相转化的换热空间23。为了满足电气绝缘要求，并提高第一冷却介质22的热传导性，第一冷却介质22可以选用氟化液，例如可以是：CF₃CHCl₂、C₄F₉OCH₃、C₃H₇Br、C₃Cl₂HF₅、C₂Cl₂H₃F、C₂Cl₃F₃中的任意一种或几种。当然，换热空间23的尺寸可以根据实际情况进行选择，例如可以根据实际情况中的第一冷却介质22的饱和温度、冷凝温度等计算其需要的换热空间以及换热面积，对换热空间23的尺寸进行合理选择。

在本实施例中，示例性地，第一换热设备20具有两个壳体21，通过两个壳体21分别单独地对输入侧接线铜排41以及输入侧接线端子(图中未示出，以下仅以输入侧接线铜排41为例进行说明)和输出侧接线铜排42以及输出侧接线端子(图中未示出，以下仅以输出侧接线铜排42为例进行说明)进行密封冷却。具体地，两个壳体21分别设置在断路器40的两侧，并且在两个壳体21中分别设置有用于固定输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42的固定结构(图中未示出)。输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42分别通过固定结构设置在两个壳体21中，并浸没在两个壳体21中容纳的第一冷却介质22中。并且经由输入侧接线铜排41与外部电器结构实现电连接的连接导线43，以及经由输出侧接线铜排42与外部电器结构实现电连接的连接导线44，分别从两个壳体21的两侧壁处密封地伸出。使得输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42一端能够与断路器40连接，另一端能够与下端的电器结构连接。

当然，输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42可以选择部分或者全部地浸没在第一冷却介质22中，优选为将输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42完全浸没在第一冷却介质22中，使得输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42能够在壳体21中充分地与第一冷却介质22接触进行换热。在一个可选的实施例中，如图2所示，输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42还可以整体远离壳体21内壁地设置在壳体21的内部空间中，由此能够使输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42更加充分地与第一冷却介质22进行接触，增加换热效率。

在上述实施例中，第一换热设备20中设置了两个壳体21，通过两个壳体21分别单独地对输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42进行冷却，但是本发明的实施例并不限于此。在其他的实施例中，第一换热设备20中也可以只设置一个壳体，并相应调整壳体的尺寸，而通过一个壳体对输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42同时进行冷却。在一个可选的实施例中，如图3所示，第一换热设备20中的一个壳体21a还可以被设置成，在断路器40的两侧分别具有两个独立的箱体结构，而两个箱体结构在断路器40上部连通，形成较大的换热空间23a。通过如此设置，使得输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42能够由相对独立的两个壳体21a的下部结构进行单独冷却，并使吸热后的第一冷却介质22转化形成的蒸气在换热空间23处具有较大的换热面积，促使第一冷却介质22蒸发形成的蒸气迅速被液化，回归至第一冷却介质22中，从而能够有效提升对输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42的冷却效率。并且第一换热设备20通过闲置空间增加换热面积的方式能够在不会额外增加电气柜10的体积的同时增加电气柜10的稳定性。

在上述实施例中，壳体21为长方形的箱体，但是本发明的实施例并不限于此。在其他的实施例中，壳体21还可以具有圆柱体或者多面体的结构，并且对于壳体21的具体形状和尺寸可以根据实际的发热电气件的形状、尺寸以及安装区域的大小等酌情选择。请参见图4、图5和图6，其中，图4是根据本发明一个实施例的第二换热设备30的结构示意图，图5是图4的第二换热设备30的第二冷却介质冷却器34的剖面结构示意图，图6是根据本发明一个实施例的换热回路30a的结构框图。(需同时参照图1，为了示意位置关系，图1中示出了第二换热设备30的部分结构)如图1、图4、图5和图6所示，根据本发明的一个实施例，为了促使汽化后的第一冷却介质22迅速地液化回归至壳体21中的第一冷却介质22部分，冷却装置还包括第二换热设备30，具体地，第二换热设备30包括填充有第二冷却介质33的冷却通道、冷却翅片32、第二冷却介质冷却器34、冷却风扇35，其中冷却通道和第二冷却介质冷却器34通过管路连通形成换热回路30a，冷却装置还包括安装在换热回路30a中的循环装置60和控制阀50。

冷却通道设置于换热空间23中，在本实施例中，冷却通道具体为冷却管路31，在冷却管路31中填充有第二冷却介质33。为了增加换热效率，冷却管路31通过弯曲结构形成多路回路结构，其弯曲后形成多段彼此相邻间隔布置的平行管路，以及将多段平行管路采用首尾连接方式连通的多段弯曲管路，最终在弯曲结构的一端形成冷却管路31供流体流入的入口，另一端形成冷却管路31供流体流出的出口。冷却管路31可以选用导热性能良好的金属材料制成，例如可以选用铜管、铝管等材料通过弯折的方式制成上述的弯曲结构。冷却管路31在换热空间23中临近壳体21的顶壁安装，安装后的冷却管路31通过其多段平行管路彼此间隔布置形成多个间隙。当然，冷却管路31也可以不是弯曲结构的管路，在其他实施例中，冷却管路31例如还可以只包括多段平行管路，而该多段平行管路分别形成的多个入口和多个出口可以通过其他管路进行汇合连接，形成冷却管路31的入口和冷却管路31的出口。

在本实施例中，冷却通道为上述冷却管路31，但是本发明实施例并不限于此。在其他的实施例中，冷却通道还可以是其他能够供第二冷却介质33流通的结构，例如，冷却通道可以是一个内部被分隔成多路通道的长方形壳体结构，或者为一体地形成于壳体21顶壁处的层状结构等。

在一个实施例中，第二换热设备30还包括设置在换热空间23中的多个换热翅片32，多个冷却翅片32与壳体21的顶壁内侧连接后朝向换热空间23中延伸，并使得多个换热翅片32相应地布置在冷却管路31的多段平行管路彼此之间形成的间隙中。并且多个换热翅片32中的相邻的两个换热翅片32分别将处于其之间的冷却管路31的平行管路部分夹紧，由此可以通过多个换热翅片32直接将冷却管路31连接于换热空间23中。并且通过将换热翅片32紧挨冷却管路31设置，使得冷却管路31能够通过其内部的第二冷却介质33实时地与换热翅片32进行换热，从而增加换热空间23处的换热面积，加快第一冷却介质22的液化效率，进而提升对输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42的冷却效率。

当然，冷却管路31也可以不通过冷却翅片32在换热空间23中进行连接固定，在其他的实施例中，冷却管路31还可以通过其他辅助支架，例如压接部件或者卡接部件等，固定连接于壳体21的内壁处。另外，本发明实施例对于冷却管路31的设置数量不进行限制，在其他的实施例中，第二换热设备30还可以包括多层的冷却管路31，并且冷却管路31还可以临近壳体21的侧壁或者同时临近壳体21的顶壁和侧壁设置。此外，本发明实施例中的冷却翅片32的设置形式也不限于此，在其他的实施例中，冷却翅片32还可以与壳体21为一体式结构，并且还可以在壳体21的侧壁或者在壳体21的顶壁和侧壁处同时设置冷却翅片32，以进一步增加换热面积。此外，本发明实施例对于冷却翅片32的类型不作限定，其可以是具有实心结构的翅片，也可以是具有空心结构的翅片，只要能够借助翅片形成更多的接触面即可，从而能够增加第一冷却介质22汽化后形成的蒸气的液化效率，即该蒸气冷却速度，提高冷却装置的冷却效率。

第二冷却介质冷却器34设置于电气柜10的外部，包括：壳体341、第二冷却介质33和冷却肋片342。壳体341同样为箱体结构，其可以采用导热性能良好的金属材料制成，例如：可以采用铜、铝、不锈钢或者铜、铝形成的复合材料制成。壳体341的内部空间用于储备第二冷却介质33，并对第二冷却介质33进行冷却，在壳体341的外壁周向环绕设置有冷却肋片342。第二冷却介质33优选为去离子水，由于去离子水中不含杂质，因此不会给***内部带来腐蚀的影响。第二冷却介质冷却器34能够将其内部容纳的第二冷却介质33的热量通过壳体341向外界传递，通过设置冷却肋片342的方式能够进一步增加第二冷却介质冷却器34的冷却效率。当然本发明实施例对于第二冷却介质冷却器34的具体结构不做限制，在其他的实施例中，第二冷却介质冷却器34还可以是制冷机，对应地，第二冷却介质33可以是氟利昂。通过将第二冷却介质冷却器34设置为制冷机，可利用氟利昂反复进行气液转换，而不断将热量散至外界空气中。

根据本发明的一个实施例，第二换热设备30中还可以设置一个或一个以上的冷却风扇35，并优选地将一个或一个以上的冷却风扇35的出风口朝向第二冷却介质冷却器34并靠近冷却肋片342设置。由此，当开启一个或一个以上的冷却风扇35时，则能够冷却壳体341以及冷却肋片342，进而对壳体341内部的第二冷却介质33进行冷却。并且第二冷却介质冷却器34的入口和出口分别与冷却管路31的出口和入口通过密封贯穿于电气柜10侧壁的输送管路(图中未示出)连通以形成换热回路30a，循环装置60设置在换热回路30a中，以使第二冷却介质33能够在换热回路30a中循环流动，被从第二冷却介质冷却器34中持续地供应至冷却管路31中。本发明的实施例对循环装置60不进行限制，循环装置60可以是能够促使第二冷却介质33在换热回路30a中循环的机构，例如：循环装置60可以是循环泵、压力泵等。

由此，第二冷却介质33能够通过在换热回路30a循环流动，将换热空间23中的第一冷却介质22的热量转移至第二冷却介质冷却器34中进行冷却。在一个实施例中，还可以根据第二冷却介质冷却器34中的第二冷却介质33的温度适当地对一个或一个以上的冷却风扇35进行控制，以在第二冷却介质冷却器34自身能够对第二冷却介质33进行冷却时，避免由于启动冷却风扇35造成不必要的功率损耗。同时还能够避免第二冷却介质冷却器34中的第二冷却介质33温度过低，进而当第二冷却介质33通过换热回路30a循环流动后使换热空间23中温度被过度降低，使电气柜10内部处于过低的温度，影响电气件的正常工作。

工作时，发热电气件产生的热量会直接传递给其周围的第一冷却介质22，并且热量会在第一冷却介质22中持续地累积，并且热量会在第一冷却介质22中持续地累积，导致第一冷却介质22温度升高，待升至其沸点(该沸点由第一冷却介质22本身的性质决定，可以根据实际需要对第一冷却介质22进行选择)，第一冷却介质22就会发生汽化现象，液态的第一冷却介质22会蒸发以带走发热电气件产生的热量，并上升至换热空间23中。由于安装于换热空间23中的冷却管路31中具有循环流动的第二冷却介质33，因此冷却管路31能够通过其内部的第二冷却介质33与第一冷却介质22的蒸气进行接触换热。第一冷却介质22将自身的热量传递给第二冷却介质33后，即液化，形成液态的第一冷却介质22，回归至壳体21中的第一冷却介质22部分。而由于第二冷却介质33持续地在换热回路30a中循环流动，因此在换热空间23中吸热后的第二冷却介质33能够将热量进一步转移至第二冷却介质冷却器34中，通过最终通过第二冷却介质冷却器34进行冷却。进而促进冷却管路31与第一冷却介质22的换热效率，提升冷却装置对电气柜10内部的输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42的冷却效率，能够增加电气柜10的稳定性与可靠性。而且由于本发明实施例的冷却装置采用液态的第一冷却介质22在密闭的电气柜10内气液相变循环与外置的第二冷却介质冷却器34的冷却管路31为相互独立的结构，因此使冷却装置具有良好的可维护性。

当然在其他实施例中，冷却肋片342还可以不环绕壳体341的外壁设置，冷却肋片342还可以部分地围绕壳体341的外壁设置，或者沿壳体341纵向设置于其外壁处。此外，本发明实施例对于冷却肋片342的类型不作限定，其可以是具有实心结构的肋片，也可以是具有空心结构的肋片，只要能够借助肋片形成更多的接触面即可，从而能够增加第二冷却介质33的冷却速度，提高冷却装置的冷却效率。另外本发明实施例对于冷却肋片342的宽度和厚度不进行限制，以能够保证第二冷却介质冷却器34对第二冷却介质33进行冷却即可。并且冷却肋片342与壳体341可以为一体式结构或者分体式结构。此外，第二冷却介质冷却器34在其他实施例中的形式与上述壳体21相同，故不再加以赘述。

在一个可选的实施例中，冷却装置还包括控制阀50，控制阀50设置于换热回路30a中，能够通过其阀门的开启程度对换热回路30a中循环流动的第二冷却介质33的截面流量进行限制，进而能够根据冷却装置的换热空间23中的温度，适当地通过控制阀50对第二冷却介质33在换热回路30a中的流速进行控制。本发明实施例对于控制阀50的种类不进行限制，可以是各种流量调节阀，例如控制阀50可以采用角形控制阀、隔膜控制阀、三通控制阀、偏心旋转控制阀套筒式控制阀等。通过控制阀50能够对换热回路30a中的第二冷却介质33的流速进行合理地控制，以在壳体21内的第一冷却介质22能够通过其自身的换热能力对发热电气件进行冷却时，减小换热回路30a中第二冷却介质33的流速或者使换热回路30a中的第二冷却介质33停止流动。避免造成不必要的功率损耗，进而增加装置的使用寿命，同时还能够避免持续循环流动的第二冷却介质33使换热空间23中温度被过度降低，使电气柜10内部处于过低的温度，影响电气件的正常工作。

图7是根据本发明的实施例的用于电气柜的冷却***100的结构框图。如图7所示，根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于电气柜的冷却***100，冷却***100中包括上述的冷却装置，还包括第一温度传感器71、第二温度传感器72以及第一控制单元81、第一控制单元82。另外，为了便于说明冷却***100的连接关系，在图7中还示意性地示出了冷却装置的部分结构，即，在电气柜10内部设置有冷却管路31，冷却管路31与设置在电气柜10外部的第二冷却介质冷却器34之间构成换热回路30a，在换热回路30a中设置有循环装置60和控制阀50，通过循环装置60促使第二冷却介质33能够在换热回路30a中循环流动。另外，图中虚线代表的是两个装置之间为信号连接，而实线代表的是两个装置之间为实体连接或者电路连接。

第一温度传感器71设置于电气柜10中的换热空间23处，用于采集换热空间23中的第一温度，并将第一温度发送给第一控制单元81。具体地，在本实施例中，第一温度传感器71可以被设置在换热空间23中并临近换热翅片32设置，此时第一温度传感器71采集的第一温度可以为换热空间23中第一冷却介质22汽化形成的蒸气的温度，或者是换热翅片32的温度。当然还可以将第一温度传感器71直接设置在换热翅片32处，采集的第一温度此时即是换热翅片32的温度。通过采集第一冷却介质22汽化形成的蒸气的温度或者换热翅片32的温度，能够间接反映出壳体21内部第一冷却介质22的温度。当然第一温度传感器71还可以直接采集壳体21中的第一冷却介质22的温度。

第一控制单元81中预先存储有第一温度与换热回路30a中的第二冷却介质33的流速的关系曲线。在本实施例中，可以通过多组经验值构造第一温度与换热回路30a中的第二冷却介质33的流速的关系曲线。还可以通过实际的多次试验，获取多组实际工作中电气柜10内部发热电气件所需要的第一冷却介质22提供的冷却温度与第二冷却介质33的流速对应的试验数据来构造第一温度与换热回路30a中的第二冷却介质33的流速的关系曲线。在该关系曲线中，第一温度和第二冷却介质33的流速的对应关系为：当换热空间23中的第一温度升高后，对应地，换热回路30a中的第二冷却介质33的流速也相应增加。通过构造该关系曲线，使得第一控制单元81在接收第一温度后，能够根据第一温度与换热回路30a中的第二冷却介质33的流速的关系曲线，选取与第一温度对应的第二冷却介质33的流速，并对换热回路30a中的第二冷却介质33的流速进行调节。在本实施例中第一控制单元81通过调节控制阀50的阀门开启程度能够对换热回路30a中的第二冷却介质33的截流量进行控制，从而能够对第二冷却介质33在换热回路30a中的流速进行合理地控制。以在壳体21内的第一冷却介质22能够通过其自身的换热能力对发热电气件进行冷却时，减小换热回路30a中第二冷却介质33的流速或者使换热回路30a中的第二冷却介质33停止流动。避免造成不必要的功率损耗以及设备损耗，同时还能够避免持续循环流动的第二冷却介质33使换热空间23中温度被过度降低，进而使电气柜10内部处于过低的温度，影响电气件的正常工作。

本发明实施例对于第一温度传感器71的具体形式不进行限制，第一温度传感器71可以是能够实现对第一温度进行采集的各类传感器。并且本发明实施例对于第一控制单元81的具体形式不进行限制，第一控制单元81可以是能够对控制阀50进行控制的各类控制单元。

在一个可选的实施例中，还可以通过控制器对上述循环装置60进行控制，可以根据需要通过循环装置60控制开启换热回路30a，即，使第二冷却介质33在换热回路30a中循环流动；或者根据需要通过循环装置60控制关断换热回路30a，即，使第二冷却介质33停止在换热回路30a中循环流动。从而可以将该控制器与风力发电机的主控***通信连接，通过风力发电机的主控***将风力发电机的运行状态反馈至控制器中，进而控制器能够根据风力发电机的运行状态对第二冷却介质33在换热回路30a中的循环状态进行控制。示例性地，控制器通过接收风力发电机的主控***的反馈信息，可在风力发电机处于发电状态时，控制循环装置60开启；而当风力发电机由发电状态转为停机状态时，控制循环装置60关闭，或者根据电气柜10内换热空间23中的温度，控制循环装置60延续运行预定时间后关闭。通过将连接于风力发电机的主控***的控制器对循环装置60进行控制，能够建立冷却***100与风力发电机的主控***的信息交互渠道。一方面，通过风力发电机的主控***将风力发电机的运行信息反馈至该冷却***100中，控制第二换热设备30(即换热回路30a)的开启和滞后关闭。另一方面，可以将循环装置60的控制信号反馈至风力发电机的主控***中，这样在风力发电机的中控室即可掌握冷却***100的运行状态，从而实现信息交互，为冷却***的维护提供依据。

第二温度传感器72设置于所述第二冷却介质冷却器34中，用于采集第二冷却介质冷却器34中的第二温度，并将第二温度发送给第二控制单元82。具体地，在本实施例中，第二温度传感器72可以被设置在第二冷却介质冷却器34内壁处或者第二冷却介质33中，由此来采集第二冷却介质33的温度。

第二控制单元82中预先存储有预设温度阈值，当第二控制单元82接收到第二温度后，并判断第二温度是否大于预设温度阈值，若判定第二温度大于预设温度阈值，则第二控制单元82对第二冷却介质冷却器34内的所述第二冷却介质33进行冷却。在本实施例中，预设温度阈值可以为根据经验值并根据具体的应用环境确定的温度上限值，还可以为根据实际的试验测试获取得到的上限值。例如，可以通过试验测试电气柜10内的发热电气件在实际工作过程中所能够允许的第二冷却介质冷却器34内的第二冷却介质33的温度上限值。示例性地，假设预设温度阈值为60℃，则当第二控制单元82接收的第二温度大于60℃时，则判断第二冷却介质冷却器34需要被冷却。在本实施例中第二控制单元82通过控制一个或一个以上的冷却风扇35开启，对第二冷却介质冷却器34进行冷却。

由于冷却***100具有上述的冷却装置，因此还具有与冷却装置相同的优点，此处不再加以赘述。

图8是根据本发明一个实施例的冷却方法的流程图，以下将根据上述的冷却***100对本实施例的对电气柜冷却的冷却方法进行说明。本实施例中的冷却方法包括以下步骤。

步骤101：采集换热空间中的第一温度。

该步骤为温度检测步骤，通过冷却***100中的第一温度传感器71来采集换热空间23中的第一温度，具体的步骤已经在上述的冷却***100中进行了详细的描述，故此处不在加以赘述。

步骤102：根据预存的关系曲线调节第二冷却介质的流速。

该步骤为流速控制步骤，通过在冷却***100中的第一控制单元81中预先存储第一温度与换热回路30a中的第二冷却介质33的流速的关系曲线。第一控制单元81接收第一温度后，根据关系曲线将换热回路30a中的第二冷却介质33的流速调节为与第一温度相对应的第二冷却介质33的流速。具体的步骤已经在上述的冷却***100中进行了详细的描述，故此处不在加以赘述。

图9是根据本发明另一个实施例的冷却方法的流程图，以下将根据上述的冷却***100对本实施例的对电气柜冷却的冷却方法进行说明。本实施例中的冷却方法包括以下步骤。

步骤201：采集第二冷却介质冷却器中的第二温度。

该步骤为温度检测步骤，通过冷却***100中的第二温度传感器72来采集第二冷却介质冷却器34中的第二温度，具体的步骤已经在上述的冷却***100中进行了详细的描述，故此处不在加以赘述。

步骤202：判断第二温度是否大于预设温度阈值，若是，则执行步骤203；若否，则执行步骤201。

该步骤属于冷却控制步骤，在冷却***100的第二控制单元82中预先存储预设温度阈值。由第二控制单元82接收第二温度，并判断第二温度是否大于预设温度阈值。若是，则执行步骤203，对第二冷却介质33进行冷却。若否则执行步骤201，继续采集第二冷却介质冷却器34中的第二温度。

步骤203：对第二冷却介质进行冷却。

该步骤同样属于冷却控制步骤，由冷却***100控制一个或者一个以上的冷却风扇35对第二冷却介质冷却器34内的所述第二冷却介质33进行冷却。具体的步骤已经在上述的冷却***100中进行了详细的描述，故此处不在加以赘述。

图10是根据本发明一个实施例的风力发电机1的结构示意图，如图10所示，风力发电机1包括塔架110、机舱120、轮毂130、叶片140、发电机150、底座160、发电机开关柜170(即上述的电气柜10)以及上述的冷却***100(图中未示出)。塔架110作为整体支撑被竖直设置，机舱120设置在塔架110上端。发电机150设置在机舱120的前端，安装有叶片140的轮毂130设置在发电机150前端。发电机开关柜170设置在机舱120中的底座160处，并被气密密封地设置，并且内部容纳有断路器40(如图1所述)，发热电气件为与断路器40连接的接线铜排(图1中示出的输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42)以及接线端子(图中未示出)。由于风力发电机具有冷却***100，因此具有与冷却***100相同的优点，此处不再加以赘述。

当然，本发明实施例的冷却装置、冷却***以及冷却方法不仅仅能够应用于海上风力发电机中，也可以应用于陆地的风力发电机中，同时还能够应用于其他的对于清洁度要求高、热流密度大的场所中。

综上，本发明实施例的用于电气柜的冷却装置通过设置第一换热设备20以及第二换热设备30，使得电气柜10内的发热电气件(即输入侧接线铜排41和输出侧接线铜排42)在工作过程中，产生的热量会传递给第一冷却介质22。第一冷却介质22与发热电气件换热后热量持续积累，待热量升高至第一冷却介质22的沸点时，第一冷却介质22会汽化蒸发，部分的第一冷却介质22转化为蒸汽并带走液态第一冷却介质22中的热量上升至换热空间23处。随着换热空间23中的第一冷却介质22的蒸汽不断积累，换热空间23处的热量增加。而由于在换热空间23中设置有冷却管路31，并且使冷却管路31与电气柜10外部的第二冷却介质冷却器34构成换热回路30a，则冷却管路31即可通过在其内部循环流动的第二冷却介质33与换热空间23中的第一冷却介质22的蒸汽进行换热，进而通过第二冷却介质33将换热空间23中的热量转移至第二冷却介质冷却器34处，进一步通过第二冷却介质冷却器34将热量转移至电气柜10外部。由此，电气柜10可以被气密密封地设置，从而可以使电气柜10被与外部的高湿度、带有盐雾等空气环境隔离开，使其内部的电气件免受污染和腐蚀，提高了电气柜10在严苛的外部环境下的环境适应能力。同时，由于采用液冷的循环换热模式，通过第二换热设备30与换热空间23中的第一冷却介质22的蒸汽进行换热，冷却效果优于风冷方式，因此能够使电气柜10内部温度处于合理水平，使电气柜10内的发热电气件获得良好的冷却效果。并且不需要针对发热量大的电气件设置大尺寸的风扇，因此不会给大容量风力发电机的外形尺寸设计带来负担。并且通过设置第一温度传感器71和第一控制单元81能够对控制阀进行合理地控制，从而使电气柜10可以保持合理的温度，并增加装置的使用寿命。进一步，通过设置第二温度传感器72和第二控制单元82能够对冷却风扇进行合理地控制，从而在第二冷却介质冷却器34内的第二冷却介质33达到预设的温度阈值时才启动冷却风扇35对第二冷却介质冷却器34中的第二冷却介质33进行冷却，从而不会造成能源浪费。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。并且，在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。

Claims (16)

1.一种用于电气柜(10)的冷却装置，所述电气柜(10)的内部装配有发热电气件，其特征在于：所述冷却装置包括第一换热设备(20)和第二换热设备(30)，

所述第一换热设备(20)包括壳体(21，21a)和液态的第一冷却介质(22)，其中：所述壳体(21，21a)设置在所述电气柜(10)的内部并且密封地容纳所述第一冷却介质(22)和所述发热电气件；所述第一冷却介质(22)占据所述壳体(21，21a)的部分内部空间以在所述第一冷却介质(22)的表面上方形成换热空间(23，23a)，并且，所述第一冷却介质(22)与所述发热电气件电气绝缘并且能够至少部分地浸没所述发热电气件，从而使对所述发热电气件进行冷却的所述第一冷却介质(22)能够在所述换热空间(23，23a)中进行蒸发散热；

所述第二换热设备(30)包括填充有第二冷却介质(33)的冷却通道、第二冷却介质冷却器(34)以及循环装置(60)，其中：所述冷却通道设置在所述换热空间(23，23a)中，其出口和入口分别与设置于所述电气柜(10)外部的所述第二冷却介质冷却器(34)的入口和出口连通，以形成换热回路(30a)，所述循环装置(60)设置在所述换热回路(30a)中，以使所述第二冷却介质(33)能够在所述换热回路(30a)中循环流动，使得冷却通道能够通过第二冷却介质(33)对换热空间(23，23a)中的热量进行冷却。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却通道为冷却管路(31)，所述冷却管路(31)包括多段彼此相邻间隔布置的平行管路。

3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述第二换热设备(30)还包括多个换热翅片(32)，所述多个换热翅片(32)相应地布置在所述多段平行管路彼此之间形成的间隙中。

4.根据权利要求1-3中所述的任意一项所述的冷却装置，其特征在于，所述第二冷却介质冷却器(34)的外周壁设置有冷却肋片(342)。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的冷却装置，其特征在于，所述第二换热设备(30)还包括设置在所述换热回路(30a)中的控制阀(50)，通过所述控制阀(50)能够对在所述换热回路(30a)中循环流动的所述第二冷却介质(33)的流速进行控制。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的冷却装置，其特征在于，所述第二换热设备(30)还包括一个或一个以上的冷却风扇(35)，能够对所述第二冷却介质冷却器(34)内的所述第二冷却介质(33)进行冷却。

7.一种用于电气柜(10)的冷却***(100)，其特征在于，所述冷却***(100)包括：如权利要求1所述的冷却装置、第一温度传感器(71)以及第一控制单元(81)，

所述第一温度传感器(71)设置于所述换热空间(23，23a)中，用于采集所述换热空间(23，23a)中的第一温度，并将所述第一温度发送给所述第一控制单元(81)；

所述第一控制单元(81)中预先存储有所述第一温度与所述换热回路(30a)中的所述第二冷却介质(33)的流速的关系曲线，所述第一控制单元(81)能够接收所述第一温度，并根据所述关系曲线调节所述换热回路(30a)中的所述第二冷却介质(33)的流速。

8.根据权利要求7所述的冷却***(100)，其特征在于，所述冷却***(100)还包括设置在所述换热回路(30a)中的控制阀(50)，所述控制阀(50)能够根据所述第一控制单元(81)的控制对在所述换热回路(30a)中循环流动的所述第二冷却介质(33)的流速进行控制。

9.一种用于电气柜(10)的冷却***(100)，其特征在于，所述冷却***(100)包括：如权利要求1所述的冷却装置、第二温度传感器(72)以及第二控制单元(82)，

所述第二温度传感器(72)设置于所述第二冷却介质冷却器(34)中，用于采集所述第二冷却介质冷却器(34)中的第二温度，并将所述第二温度发送给所述第二控制单元(82)；

所述第二控制单元(82)能够接收所述第二温度，并判断所述第二温度是否大于预设温度阈值，若判定所述第二温度大于所述预设温度阈值，则所述第二控制单元(82)对所述第二冷却介质冷却器(34)内的所述第二冷却介质(33)进行冷却。

10.根据权利要求9所述的冷却***(100)，其特征在于，所述冷却***(100)还包括一个或一个以上的冷却风扇(35)，所述一个或一个以上的冷却风扇(35)能够根据所述第二控制单元(82)的控制对所述第二冷却介质冷却器(34)内的所述第二冷却介质(33)进行冷却。

11.一种风力发电机(1)，其特征在于，包括如权利要求7至10任一项所述的冷却***(100)，其中，所述电气柜(10)被气密密封地设置。

12.根据权利要求11所述的风力发电机(1)，其特征在于，所述电气柜(10)为发电机开关柜(170)。

13.一种利用如权利要求7所述的冷却***(100)对电气柜(10)冷却的冷却方法，其特征在于，所述的冷却方法包括：

温度检测步骤，采集所述换热空间(23，23a)中的第一温度；

流速控制步骤，预先存储所述第一温度与所述换热回路(30a)中的所述第二冷却介质(33)的流速的关系曲线，并根据所述关系曲线调节所述换热回路(30a)中的所述第二冷却介质(33)的流速。

14.根据权利要求13所述的冷却方法，其特征在于，在所述流速控制步骤中，通过控制阀(50)对在所述换热回路(30a)中循环流动的所述第二冷却介质(33)的流速进行控制。

15.一种利用如权利要求9所述的冷却***(100)对电气柜(10)冷却的冷却方法，其特征在于，所述的冷却方法包括：

温度采集步骤，采集所述第二冷却介质冷却器(34)中的第二温度；

冷却控制步骤，判断所述第二温度是否大于预设温度阈值，若判定所述第二温度大于所述预设温度阈值，则对所述第二冷却介质冷却器(34)内的所述第二冷却介质(33)进行冷却。

16.根据权利要求15所述的冷却方法，其特征在于，在所述冷却控制步骤中，通过一个或一个以上的冷却风扇(35)对所述第二冷却介质冷却器(34)内的所述第二冷却介质(33)进行冷却。