CN115037092B - 内部为真空环境的可散热储能飞轮和储能设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内部为真空环境的可散热储能飞轮和储能设备，所述内部为真空环境的可散热储能飞轮包括壳体、飞轮转子、电机转子和热电转换件，飞轮转子和电机转子均设于壳体内，且电机转子嵌设在飞轮转子的外周面上，飞轮转子具有沿其长度方向延伸的空腔，壳体的内壁面设有吸热涂层，吸热涂层邻近空腔在其长度方向上的一端，热电转换件设于空腔内并沿其长度方向延伸，热电转换件采用热电材料制成，且热电转换件朝向吸热涂层的一端设有耗电元件。本发明的储能飞轮利用吸热涂层吸热以及利用热电转换元件将热能转换成电能，共同实现电机转子的散热，结构简单，长期散热效果好，不需要设置管路或与外部连通的换热流道，有利于维持真空环境的稳定性。

Description

内部为真空环境的可散热储能飞轮和储能设备
技术领域
本发明涉及飞轮储能技术领域，具体地，涉及一种内部为真空环境的可散热储能飞轮和储能设备。
背景技术
飞轮储能系统在高真空的特殊条件下运行，由于电机转子的发热无法通过空气介质进行对流散热，只能依靠转子自身的辐射或其它特殊方式进行散热。
相关技术中的储能飞轮的冷却循环采用轴内液冷散热、轴孔内油冷或气流循环散热，轴内液冷散热随着飞轮转子的持续转动，冷却液的换热效果会逐渐下降，导致换热效果差，且需要对冷却液频繁更换，轴孔内油冷需要增加液冷管道布局及液压泵，增加了系统结构的设计难度和复杂性，而空气循环散热也需要设置动力泵，并且需要设置复杂的隔气装置以避免壳体内部的真空环境被破坏。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种内部为真空环境的可散热储能飞轮，该储能飞轮的壳体内壁面上设有吸热涂层，利用吸热涂层可快速吸收热量并辐射至外界，且吸热涂层的吸热会使电机转子不同区域的温度不同，通过设置热电材料，利用各区域的温度差可将电机转子产生的热量转换成电能，吸热涂层的吸热和热电材料的热能转化可共同作用实现快速散热，结构简单，长期散热效果好，不需要设置管路或与外部连通的换热流道，有利于维持真空环境的稳定性。
本发明的实施例还提出一种储能设备。
本发明实施例的内部为真空环境的可散热储能飞轮包括：壳体、飞轮转子和电机转子，所述飞轮转子和所述电机转子均设于所述壳体内，且所述电机转子嵌设在所述飞轮转子的外周面上，所述飞轮转子具有沿其长度方向延伸的空腔，所述壳体的内壁面设有吸热涂层，所述吸热涂层邻近所述空腔在其长度方向上的一端；热电转换件，所述热电转换件的至少部分设于所述空腔内并沿其长度方向延伸，所述热电转换件采用热电材料制成，且所述热电转换件朝向所述吸热涂层的一端设有耗电元件。
本发明实施例的内部为真空环境的可散热储能飞轮，飞轮转子具有沿其长度方向延伸的空腔，壳体内壁面上设有吸热涂层，且吸热涂层邻近所述空腔的一端，热电转换件设于所述空腔内，且所述热电转换件朝向吸热涂层的一端设有耗电元件，由此，吸热涂层可快速吸收热量并辐射至外界，且吸热涂层的吸热会使电机转子不同区域的温度不同，即电机转子各区域之间会产生温度差，相应地，飞轮转子的各区域之间也会产生匹配的温度差，则设于空腔内的热电转换件可感应该温度差并将热能转换成电能，由此，吸热涂层的吸热和热电材料的热能转化可共同作用实现快速散热，结构简单，长期散热效果好，不需要设置管路或与外部连通的换热流道，有利于维持真空环境的稳定性。
在一些实施例中，内部为真空环境的可散热储能飞轮还包括导热件，所述导热件的至少部分设于所述空腔内并沿其长度方向延伸，且所述导热件与所述热电转换件紧贴。
在一些实施例中，所述导热件为热管。
在一些实施例中，所述热管为环形管，所述环形管具有沿所述空腔的长度方向延伸的中心环腔，所述热电转换件设于所述中心环腔内并与所述环形管的内壁面紧贴，和/或所述环形管的外周面与所述空腔内壁面贴合。
在一些实施例中，所述耗电元件为发光件。
在一些实施例中，所述内部为真空环境的可散热储能飞轮还包括集成电路板，所述集成电路板安装在所述热电转换件朝向所述吸热涂层的一端，所述耗电元件安装在所述集成电路板上。
在一些实施例中，内部为真空环境的可散热储能飞轮还包括光电传感器，所述光电传感器设于所述壳体的内壁面上并与所述耗电元件相对。
在一些实施例中，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述飞轮转子设于所述第一壳体内，所述热电转换件的部分伸出所述空腔并伸入所述第二壳体内，所述吸热涂层包覆在所述第二壳体的内壁面上，所述耗电元件位于所述第二壳体内。
在一些实施例中，所述导热件的部分配合在所述第二壳体内并与所述吸热涂层紧贴。
本发明实施例的储能设备包括上述实施例所述的内部为真空环境的可散热储能飞轮。
本发明实施例的储能设备，通过采用上述储能飞轮，结构简单，散热效果好。
附图说明
图1是根据本发明实施例的内部为真空环境的可散热储能飞轮的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的内部为真空环境的可散热储能飞轮局部结构示意图。
附图标记：
壳体1，飞轮转子2，电机转子3，电机定子4，径向磁轴承5，轴向磁轴承6，热电转换件7，导热件8，耗电元件9，吸热涂层10，第一壳体11，第二壳体12，光电传感器13，集成电路板14。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，本发明实施例的内部为真空环境的可散热储能飞轮包括壳体1、飞轮转子2、电机转子3和热电转换件7。
具体地，如图1和图2所示，飞轮转子2和电机转子3均设于壳体1内，电机转子3嵌设在飞轮转子2的外表面上，飞轮转子2具有沿其长度方向延伸的空腔，壳体1的内壁面设有吸热涂层10，吸热涂层10邻近空腔在其长度方向上的一端，热电转换件7的至少部分设于空腔内并沿其长度方向延伸，热电转换件7采用热电材料制成，且热电转换件7朝向吸热涂层10的一端设有耗电元件9。
可以理解的是，储能飞轮在运行过程中，电机转子3会产生热量，该热量会传到至飞轮转子2，由于壳体1的内壁面的部分区域设有吸热涂层10，则电机转子3靠近吸热涂层10的部分的热量会被吸热涂层10快速吸收，从而可以使电机转子3的不同区域之间产生明显的温度差（靠近吸热涂层10的部分温度低，远离吸热涂层10的部分温度高），相应地，飞轮转子2也会产生匹配的温度差。
具体到本申请中，空腔靠近朝向吸热涂层10的一端所在的区域温度较低（如图1所示的上端），远离吸热涂层10的一端（如图1所示的下端）所在区域温度较高，则设于空腔内的热电转换件7在温差作用下会产生电位差，从而将电机转子3产生的热量转化成电能，耗电元件9可供电流输出，实现储能飞轮的散热。
本发明实施例的内部为真空环境的可散热储能飞轮，飞轮转子具有沿其长度方向延伸的空腔，壳体内壁面上设有吸热涂层，且吸热涂层邻近所述空腔的一端，热电转换件设于所述空腔内，且所述热电转换件朝向吸热涂层的一端设有耗电元件，由此，吸热涂层可快速吸收热量并辐射至外界，且吸热涂层的吸热会使电机转子不同区域的温度不同，即电机转子各区域之间会产生温度差，相应地，飞轮转子的各区域之间也会产生匹配的温度差，则设于空腔内的热电转换件可感应该温度差并将热能转换成电能，由此，吸热涂层的吸热和热电材料的热能转化可共同作用实现快速散热，结构简单，长期散热效果好，不需要设置管路或与外部连通的换热流道，有利于维持真空环境的稳定性。
优选地，如图1和图2所示，储能飞轮还包括导热件8，导热件8的至少部分设于空腔内并沿其长度方向延伸，且导热件8与热电转换件7紧贴。由此，导热件8可提高传热效率，使吸热涂层10快速吸热并向外界传热，提高散热效率。
可选地，导热件8为热管。需要说明的是，热管是已被熟知并广泛应用的传热元件，其利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程（即利用介质的蒸发潜热和凝结潜热），热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。
本申请中将热管作为导热件8，可将电机转子3产生的热量朝向邻近吸热涂层10的位置快速传递，以在短时间内形成温差，实现热电转换件7的快速反应。且与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量，从而在满足相同的传热需求时，热管重量和体积更小，有利于减轻储能飞轮的重量。
优选地，如图1和图2所示，热管为环形管，环形管具有沿空腔的长度方向延伸的中心环腔，热电转换件7设于中心环腔内并与环形管的内壁面紧贴，和/或环形管的外周面与空腔内壁贴合。
优选地，如图1和图2所示，热电转换件7设于中心环腔内并与环形管的内壁面紧贴，环形管的外周面与空腔内壁贴合。由此，各部件装配紧凑，结构稳固。
可以理解的是，设置热管为环形管，可以增大热管与热电转换件7之间以及热管与飞轮转子2的之间的传热面积，以使热电转化件快速感应温度差并产生电流，且高效传热可降低热传递过程中的损耗，增大热电转化率，提高吸热性能，保证飞轮整体的散热效果。
可选地，导热件8不限于为热管，能够满足热能的快速传导即可。
可选地，热管不限于为环形管，能够满足向热电转换件7传热及各部件的稳定装配即可。
优选地，耗电元件9为发光件。可选地，发光件为发光二极管或LED灯。可以理解的是，可见光的辐射效率远高于物体自身辐射，散热效果好。
可选地，如图1和图2所示，储能飞轮还包括光电传感器13，光电传感器13设于壳体1的内壁面上并与耗电元件9相对。由此，光电传感器13可感应发光件发出的光，并依此判断储能飞轮的内部温差状态（光线亮度会随温差变化而变化），从而可以实时监控飞轮转子2的中心温度。
可选地，如图1和图2所示，储能飞轮还包括集成电路板14，集成电路板14安装在热电转换件7朝向吸热涂层10的一端，耗电元件9安装在集成电路板14上。可以理解的是，采用集成电路板14代替传统导线，可优化布局，减少空间占用并为耗电元件9提供安装平台。
可选地，如图1和图2所示，壳体1包括第一壳体11和第二壳体12，飞轮转子2设于第一壳体11内，热电转换件7的部分伸出空腔并伸入第二壳体12内，吸热涂层10包覆在第二壳体12的内壁面上，耗电元件9位于第二壳体12内。由此，飞轮转子2位于第一壳体11内，则第二壳体12与飞轮转子2不直接接触，相应地，第二壳体12内的相对温度较低，则位于第二壳体12内的热电转换件7的部分和位于第一壳体11内的热电转换件7的部分可快速产生温差，以便于热电转换的快速启动，且包覆在第二壳体12的内壁面上的吸热涂层10的布局面积大，吸热能力强。
优选地，如图1和图2所示，导热件8的部分配合在第二壳体12内并与吸热涂层10紧贴。由此，导热件8与吸热涂层10直接接触传热，传热效率高，散热迅速。
进一步地，如图1和图2所示，储能飞轮还包括径向磁轴承5、电机定子4和轴向磁轴承6，径向磁轴承5和轴向磁轴承6可维持飞轮转子2的平衡运行，电机定子4可与电机转子配合以驱动飞轮转子2转动。
本发明实施例的储能设备包括上述实施例的内部为真空环境的可散热储能飞轮。
本发明实施例的储能设备，通过采用上述储能飞轮，结构简单，散热效果好。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，包括：
壳体、飞轮转子和电机转子，所述飞轮转子和所述电机转子均设于所述壳体内，且所述电机转子嵌设在所述飞轮转子的外周面上，所述飞轮转子具有沿其长度方向延伸的空腔，所述壳体的内壁面设有吸热涂层，所述吸热涂层邻近所述空腔在其长度方向上的一端；
热电转换件，所述热电转换件的至少部分设于所述空腔内并沿其长度方向延伸，所述热电转换件采用热电材料制成，且所述热电转换件朝向所述吸热涂层的一端设有耗电元件。
2.根据权利要求1所述内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，还包括导热件，所述导热件的至少部分设于所述空腔内并沿其长度方向延伸，且所述导热件与所述热电转换件紧贴。
3.根据权利要求2所述内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，所述导热件为热管。
4.根据权利要求3所述内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，所述热管为环形管，所述环形管具有沿所述空腔的长度方向延伸的中心环腔，所述热电转换件设于所述中心环腔内并与所述环形管的内壁面紧贴，和/或所述环形管的外周面与所述空腔内壁面贴合。
5.根据权利要求1所述内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，所述耗电元件为发光件。
6.根据权利要求1所述内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，还包括集成电路板，所述集成电路板安装在所述热电转换件朝向所述吸热涂层的一端，所述耗电元件安装在所述集成电路板上。
7.根据权利要求5所述内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，还包括光电传感器，所述光电传感器设于所述壳体的内壁面上并与所述耗电元件相对。
8.根据权利要求2所述内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述飞轮转子设于所述第一壳体内，所述热电转换件的部分伸出所述空腔并伸入所述第二壳体内，所述吸热涂层包覆在所述第二壳体的内壁面上，所述耗电元件位于所述第二壳体内。
9.根据权利要求8所述的内部为真空环境的可散热储能飞轮，其特征在于，所述导热件的部分配合在所述第二壳体内并与所述吸热涂层紧贴。
10.一种储能设备，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的内部为真空环境的可散热储能飞轮。
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