一种飞轮储能转子真空散热系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种飞轮储能转子真空散热系统，主要由蒸发装置、冷凝装置及回路管道构成。系统转子均为空心结构，蒸发装置布置在转子中心轴孔内，并与电机、电磁轴承等热源的位置相对应，且不与轴内壁发生机械接触，转子热量通过辐射换热的方式传递至蒸发装置。根据自然循环两相热虹吸回路重力热管原理，冷凝装置布置在飞轮储能系统外部，其海拔高度高于蒸发装置，利用重力势能驱动散热系统内工质循环流动。本实用新型专利技术考虑了真空状态下飞轮储能系统转子散热的特殊需求，结合了自然循环两相热虹吸回路重力热管，适用于真空条件下飞轮储能系统转子的散热。

A Vacuum Heat Dissipation System for Flywheel Energy Storage Rotor

The utility model discloses a flywheel energy storage rotor vacuum heat dissipation system, which is mainly composed of an evaporation device, a condensation device and a loop pipeline. The rotor of the system is hollow structure. The evaporation device is arranged in the central shaft hole of the rotor, which corresponds to the position of heat source such as motor and magnetic bearing, and does not have mechanical contact with the inner wall of the shaft. The heat of the rotor is transferred to the evaporation device by radiation heat transfer. According to the principle of gravity heat pipe in natural circulation two-phase thermosiphon loop, the condensation device is arranged outside the flywheel energy storage system, and its altitude is higher than that of the evaporation device. The gravity potential energy is used to drive the circulating flow of working substance in the heat dissipation system. The utility model takes into account the special requirement of the rotor heat dissipation of the flywheel energy storage system under vacuum condition, and combines the gravity heat pipe of the natural circulation two-phase thermosiphon circuit, which is suitable for the rotor heat dissipation of the flywheel energy storage system under vacuum condition.

【技术实现步骤摘要】
一种飞轮储能转子真空散热系统
本技术属于能量存储
，涉及一种飞轮储能转子散热系统，具体涉及一种基于自然循环两相热虹吸回路热管以及强化真空条件下辐射换热的飞轮储能转子散热系统。
技术介绍
飞轮储能早就应用于新能源汽车，随着可再生能源的逐步发展，电力供需不平衡的矛盾愈技术显。储能技术可为可再生能源电网调峰和改善电能质量等方面提供有力支持，提高可再生能源的消纳水平，推动传统化石能源逐步向可再生能源转变，实现能源行业新的发展。目前，电力储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、蓄电池储能、超导磁能和超级电容等。其中，飞轮储能具有效率高(84％～96％)、响应快、功率高、寿命长以及清洁无污染等特点，主要应用于电动汽车、智能电网/分布式电网调频调幅、高品质电源、航空航天及轨道交通能量回收等领域。随着飞轮储能技术的逐渐完善，其将成为目前最具开发前途的储能技术之一。国内外针对飞轮储能技术进行了大量的研究和应用。目前，针对已有商业化应用或样机研制的飞轮储能系统，国外低速飞轮储能单机规模为：3MW、60MJ、7700r/min；国内低速飞轮储能单机规模为：1MW、60MJ、8000r/min。国外高速飞轮储能规模为：333kW、90MJ、52000r/min；国内高速飞轮储能规模为：300kW、36MJ、16000r/min。随着飞轮储能技术的日益发展，大功率、高转速、短时高频次充放电以及高真空等特点，导致飞轮储能系统面临严峻的散热需求。尤其是飞轮储能系统各转子，受到相位谐波的影响，在其磁极处产生感应电流，并引起温度上升。由于飞轮储能系统各转子处于真空和磁悬浮状态，其热量导出困难。为防止转子超温，真空条件下转子的强化散热是值得研究的问题。
技术实现思路
针对真空条件下，飞轮储能系统各转子散热困难的问题，本技术的目的是提出了一种飞轮储能转子真空散热系统，可以有效的强化真空条件下的辐射换热，并使得冷却装置与系统各转子之间无机械接触，可消除摩擦损耗，为真空中飞轮储能转子散热提供有效解决方案。为达到以上目的，本技术的技术解决方案是：一种飞轮储能转子真空散热系统，包括真空密闭壳体以及从上至下依次设置在所述真空密闭壳体中的电机、飞轮、电磁轴承，所述电机、飞轮、电磁轴承分别布置在电机转子、飞轮转子、电磁轴承转子上，所述电机转子、飞轮转子、电磁轴承转子同轴固定连接，其特征在于，所述电机转子、电磁轴承转子和飞轮转子均为中空结构，所述电机转子、电磁轴承转子内与热源相对应的位置均设置一蒸发装置，所述蒸发装置与所述电转子、电磁轴承转子的内壁之间均无机械接触，所述真空密闭壳体外部设置一冷凝装置，所述冷凝装置的海拔高度高于各所述蒸发装置，各所述蒸发装置、冷凝装置通过回路管道串联构成一封闭的自然循环两相热虹吸散热回路。本技术的飞轮储能真空转子散热系统，其工作过程为：所述飞轮储能系统蓄/释能过程中，所述电动/发电一体机及所述电磁轴承将在所述电动/发电一体机转子及所述电磁轴承转子内产生热量，热量传导至所述电动/发电一体机转子和所述电磁轴承转子中空内表面，并在真空中的以辐射换热的方式，将热量传递至所述蒸发装置，所述蒸发装置内液态循环工质受热并蒸发吸热，气态循环工质沿所述回路管道流动至所述冷凝装置，并进行冷凝散热，循环工质由气态变为液态，所述冷凝装置海拔高度高于所述蒸发装置，因此所述冷凝装置处循环工质液位高度高于所述蒸发器处的液位，液位差驱动所述飞轮储能转子真空散热系统内循环工质的循环流动，不断带走所述电动/发电一体机转子和所述电磁轴承转子处产生的热量，以保证所述飞轮储能系统安全运行。优选地，所述飞轮储能转子真空散热系统运行时，开启所述真空泵，当真空度达到一定程度时，关闭所述阀门，保持所述转子真空散热系统内真空，用以控制循环工质的相变温度，进而控制所述空心转子与所述蒸发装置之间的传递热量，降低所述空心转子温度。优选地，所述气体循环工质为单原子分子气体、双原子分子气体或多原子分子气体的一种或多种的混合。优选地，所述气体循环工质水蒸气、氨气或甲醇的一种或两种混合物。优选地，所述蒸发装置为螺旋盘管式或管翅式。优选地，所述冷凝装置为列管式、管翅式、板翅式或板式。优选地，所述真空密闭壳体的外部设置一真空泵，所述真空泵的进气口与所述真空密闭壳体的内腔连通。优选地，所述回路管道与真空密闭壳体之间设有密封装置。优选地，所述电机为电动/发电一体机。同现有技术相比，本技术的飞轮储能转子真空散热系统具有显著的技术优点：实现了散热系统与飞轮储能系统空心转子无机械接触，消除了系统摩擦损失，具有低损耗、灵活性强、适用于真空条件飞轮储能系统转子散热等优点。附图说明图1为本技术的飞轮储能真空转子散热系统结构示意图；图2为本技术的蒸发装置结构示意图，图中，(A)为螺旋盘管结构，(B)为管翅式结构。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术进一步详细说明。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。如图1所示，本技术的飞轮储能真空转子散热系统，包括真空密闭壳体1、电磁轴承11、电磁轴承转子2、飞轮3、飞轮转子5、电动/发电一体机13，电动/发电一体机转子6、真空泵15、阀门14、密封装置7，10、储液罐8、阀门9，18、蒸发装置12、真空泵17、回路管道4，16，20、冷凝装置19。蒸发装置12布置在电动/发电一体机转子6和电磁轴承转子2内部，且蒸发装置12与电动/发电一体机转子6和电磁轴承转子2中空内壁无机械接触。蒸发装置12之间由回路管道4连接，且回路管道16、20与真空密闭壳体1之间采用密封装置7、10密封。冷凝装置19布置在壳体1外部，其海拔高度高于蒸发装置12，蒸发装置12与冷凝装置19之间由回路管道4、16、20相连，构成循环散热回路。蒸发装置12的结构形式为螺旋盘管结构21式或管翅式结构22，如图2所示。本技术的飞轮储能真空转子散热系统，其工作过程为：飞轮储能系统蓄/释能过程中，将在电动/发电一体机转子6和电磁轴承转子2内产生热量，热量传导至电动/发电一体机转子6和电磁轴承转子2中空内表面，并在真空中的以辐射换热的方式，将热量传递至蒸发装置12，蒸发装置12内液态循环工质受热并蒸发吸热，循环工质由液态变为气态，气态循环工质沿回路管道16流动至冷凝装置19，并进行冷凝散热，循环工质由气态变为液态。由于冷凝器19海拔高度高于蒸发装置12，因此冷凝装置19处循环工质液位高度高于蒸发装置12处的液位，液位差驱动飞轮储能转子真空散热系统内循环工质的循环流动，液态循环工质由冷凝装置19经回路管道20流动至蒸发装置12，完成循环流动，并不断带走空心转子处热源所产生的热量，以保证所述飞轮储能系统安全运行。飞轮储能转子真空散热系统运行时，开启真空泵17及阀门18，当真空度达到一定程度时，关闭所述阀门18，保持转子散热系统内真空，用以控制循环工质的相变温度，进而控制电动/发电一体机转子6和电磁轴承转子2与蒸发装置11之间所传递的热量，降低系统转子温度。此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞轮储能转子真空散热系统，包括真空密闭壳体以及从上至下依次设置在所述真空密闭壳体中的电机、飞轮、电磁轴承，所述电机、飞轮、电磁轴承分别布置在电机转子、飞轮转子、电磁轴承转子上，所述电机转子、飞轮转子、电磁轴承转子同轴固定连接，其特征在于，所述电机转子、电磁轴承转子和飞轮转子均为中空结构，所述电机转子、电磁轴承转子内与热源相对应的位置均设置一蒸发装置，所述蒸发装置与所述电机转子、电磁轴承转子的内壁之间均无机械接触，所述真空密闭壳体外部设置一冷凝装置，所述冷凝装置的海拔高度高于各所述蒸发装置，各所述蒸发装置、冷凝装置通过回路管道串联构成一封闭的自然循环两相热虹吸散热回路。

【技术特征摘要】
1.一种飞轮储能转子真空散热系统，包括真空密闭壳体以及从上至下依次设置在所述真空密闭壳体中的电机、飞轮、电磁轴承，所述电机、飞轮、电磁轴承分别布置在电机转子、飞轮转子、电磁轴承转子上，所述电机转子、飞轮转子、电磁轴承转子同轴固定连接，其特征在于，所述电机转子、电磁轴承转子和飞轮转子均为中空结构，所述电机转子、电磁轴承转子内与热源相对应的位置均设置一蒸发装置，所述蒸发装置与所述电机转子、电磁轴承转子的内壁之间均无机械接触，所述真空密闭壳体外部设置一冷凝装置，所述冷凝装置的海拔高度高于各所述蒸发装置，各所述蒸发装置、冷凝装置通过回路管道串联构成一封闭的自然循环两相热虹吸散热回路。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，王亮，陈海生，林曦鹏，彭珑，于东，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11