CN118157335A - 一种基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，属于储能技术领域，包括动力系统、散热系统以及功能系统。所述动力系统包括风轮，所述风轮通过传动轴、锥齿轮以及增速机与散热系统相连，所述散热系统包括散热风扇，所述功能系统包括IGBT以及电抗器。本发明利用热岛效应引起的上升气流以及对流风驱动，可以实现零功耗散热。储能变流一体机组工作产生热量，在周围环境形成热岛，产生对流风以及上升气流在储能变流一体机侧吹动风轮，风轮将机壳外的气流转变为机壳内的上升气流，形成强迫对流，可以对IGBT及电抗器进行有效散热。风轮转动的动力来源于热岛效应引起的对流风以及上升气流，本发明有效利用了热岛效应引起的自然风能，降低了能耗。

Description

一种基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组。

背景技术

随着风力发电、光伏发电等新能源发电容量的逐渐增大且不断并网，并网所引起的波动性、随机性使电网的稳定性变弱，不能满足国家电网稳定可靠运行的要求。为了使输出功率平滑稳定，同时减小弃风、弃光对企业经济效益带来的影响，在新能源市场中储能变流一体机组应运而生。

储能变流一体机组工作时会产生热量，在周围环境中形成热岛，热岛效应会在周围环境中引起对流风以及上升气流，能量以一种风能的形式耗散。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组,利用热岛效应引起的上升气流以及对流风驱动，可以实现零功耗散热。储能变流一体机组工作产生热量，在周围环境形成热岛，引起对流风以及上升气流，驱动风轮，风轮将机壳外的气流转变为机壳内的上升气流，形成强迫对流，可以对IGBT及电抗器进行有效散热。风轮转动的动力来源于热岛效应引起的对流风以及上升气流，本发明有效利用了热岛效应引起的自然风能，降低了能耗。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，包括动力系统和散热系统；所述一体机的外壳圆周式均布有所述动力系统；所述动力系统包括2个风轮；所述风轮均固定安装有动力轴；两个所述动力轴在水平面和竖直面上的投影线均不重合；所述散热系统在所述外壳的上端和底部均设置有散热风扇；所述散热风扇通过传动组件与所述动力轴连接。

在一些实施例中，所述传动组件包括锥齿轮；所述散热风扇均固定安装有传递轴；所述传递轴与所述动力轴均固定安装有锥齿轮；相邻的两个所述锥齿轮相互啮合。

在一些实施例中，包括功能系统；所述功能系统至少包括IGBT和电抗器；所述IGBT和电抗器布置所述外壳的内壁上；所述散热风扇布置在所述IGBT和电抗器的上下两侧。

在一些实施例中，所述IGBT和电抗器的表面均固定安装有翅片。

在一些实施例中，所述一体机组呈矩阵式均布所述一体机。

在一些实施例中，所述矩阵式布置为每行设置有四组所述一体机；所述所述矩阵式每列设置有四组所述一体机。

在一些实施例中，所述传递轴均固定安装有增速机。

在一些实施例中，所述外壳的外形为矩形体；所述矩形体的四个侧面均设置有所述动力系统；所述散热系统的散热风扇与所述风轮的数量相同。

在一些实施例中，所述风轮包括连接杆和叶片；所述动力轴圆周式固定安装有所述连接杆；所述连接杆均固定安装有所述叶片。

在一些实施例中，所述风轮设置有四组所述叶片

本发明的有益效果：

本申请充分利用了热岛效应引起的对流风以及上升气流进行散热，实现了自冷却，大大降低了能量消耗，提高了能量利用效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的侧剖视图；

图3是本发明实施例的俯视角度剖视图；

图4是本发明实施例中储能变流一体机组布置图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，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组件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。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本申请中的固定连接是指将零件或部件安装后，没有任何相对运动的连接；常见的如利用螺杆、花键、楔销等将零部件固定在一起，这种连接方式在维修时可以拆卸，且不会损坏零件；还有如焊接、铆接和过榫配合等，此类方式由于维修或更换时需锻、锯或氧割才能拆卸，所以零配件一般不能二次使用。本申请中的转动连接是将零件或部件安装后，零件相对固定件产生相对旋转运动的连接，常见的形式如通过在固定件上安装轴承，轴承内圈或者外圈安装零件，利用轴承完成旋转运动的关系。本申请中的滑动连接是将零件或部件安装后，零件能够在固定件上进行移动的连接。

本发明提出的储能变流一体机组创造性地设计了自冷却系统，利用热岛效应引起的上升气流以及对流风驱动，可以实现零功耗散热。储能变流一体机组工作产生热量，在周围环境形成热岛，产生对流风以及上升气流在储能变流一体机9侧吹动风轮1，风轮1将机壳外的气流转变为机壳内的上升气流，形成强迫对流，可以对IGBT及电抗器6进行有效散热。风轮1转动的动力来源于热岛效应引起的对流风以及上升气流，本发明有效利用了热岛效应引起的自然风能，降低了能耗。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

如图1所示，一种基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，包括动力系统10和散热系统20；一体机9的外壳2圆周式均布有动力系统10；动力系统10包括2个风轮1；风轮1均固定安装有动力轴4；两个动力轴4在水平面和竖直面上的投影线均不重合，即风轮1在外壳2上呈交错排布，一在左上，一在右下，该布置方式可以充分利用热岛效应引起的对流风以及上升气流，提高了能量利用效率；本布置方式保证任何风向下均有较大迎风面积，可以最大化利用风能，且相比于阵列式结构，结构紧凑、所用风扇少，成本较低。散热系统20在外壳2的上端和底部均设置有散热风扇8；散热风扇8通过动力轴4驱动转动，即动力轴4与散热风扇8可以通过轴类、齿轮类、带传动、链传动等零部件进行组合来驱动散热风扇8进行转动。

当储能变流一体机9工作时产生热量，在周围环境中成为热岛，引起对流风以及上升气流，吹动风轮1，通过动力轴4将动力传递给散热系统20；散热系统20驱动散热风扇8进行工作，通过上下布置的散热风扇8旋转在储能变流一体机9内部形成强迫对流换热，从而对内部的散热器件进行冷却；

在一些实施例中，散热风扇8均固定安装有传递轴5；传递轴5与动力轴4均固定安装有锥齿轮7；相邻的两个锥齿轮7相互啮合；风轮1通过动力轴4、一对啮合的锥齿轮7驱动传递轴5和散热风扇8进行转动。

在一些实施例中，包括功能系统，功能系统是一体机9的一些控制元件和电路元件；功能系统至少包括IGBT和电抗器6；IGBT和电抗器6布置外壳2的内壁上；散热风扇8布置在IGBT和电抗器6的上下两侧；散热风扇8带动气流，形成强迫对流散热，依次对电抗器6、IGBT进行散热，保证其正常运行。

在一些实施例中，IGBT和电抗器6的表面均固定安装有翅片，翅片能够增加换热面积，提高了换热效率。

在一些实施例中，一体机组呈矩阵式均布一体机9，有利于最大化利用热岛效应产生的对流风以及上升气流。

在一些实施例中，矩阵式布置为每行设置有四组一体机9；矩阵式每列设置有四组一体机9。

在一些实施例中，传递轴5均固定安装有增速机11，增速机11是一种用于控制电机转速的装置,通过变速箱或变频器调节转速,以使输出速度达到所需的稳定的转速。增速机11能够增加散热风扇8的转速，可以大大提高散热效果，有效降低功能系统的温度。

在一些实施例中，外壳2的外形为矩形体；矩形体的四个侧面均设置有动力系统10；散热系统20的散热风扇8与风轮1的数量相同，这样布置可以充分利用热岛效应引起的对流风以及上升气流，提高了能量利用效率。

在一些实施例中，风轮1包括连接杆和叶片；动力轴4圆周式固定安装有连接杆；连接杆均固定安装有叶片。水平轴风轮即传统风扇式安装在一体机侧面时对向来风会被一体机壳体阻挡，能量转化效率极低。而叶片加杆件的结构轻量化使得其启动转矩小。叶片的外形为流线型，无论迎风还是逆风均可利用流线型引起的压力差进行驱动。一体机组内部风场较为紊乱，局部位置会形成湍流，叶片固定在连接杆的结构使得该风轮可以在这种环境下保持相对稳定的转速并且运行良好。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组包括动力系统10，散热系统20以及功能系统。

如图2所示，动力系统10由分布于储能变流一体机9四周的8个风轮1组成，当储能变流一体机9工作时产生热量，在周围环境中成为热岛，引起对流风以及上升气流，吹动风轮1，通过动力轴4以及锥齿轮7将动力传递给散热系统20。

风轮1安装在储能变流一体机9的外壳2四周，风轮1在储能变流一体机9的外壳2上呈交错排布，一在左上，一在右下，该布置方式可以充分利用热岛效应引起的对流风以及上升气流，提高了能量利用效率。

如图2所示，散热系统20由分布于储能变流一体机9上下两侧的8个散热风扇8组成，由锥齿轮7传递来的动力带动传递轴5转动，从而使得散热风扇8工作，在储能变流一体机9内部形成强迫对流换热，从而对功能系统进行冷却。

在传递轴5上安装有增速机11，增加散热风扇8的转速，可以大大提高散热效果，有效降低功能系统温度。

如图3所示，功能系统主要包括IGBT与电抗器6，在储能变流一体机9中，对于IGBT的温度控制要求最为严格，电抗器6发热功率较大，因此本示例仅演示对于IGBT以及电抗器6的散热过程。散热风扇8带动气流，形成强迫对流散热，依次对电抗器6、IGBT进行散热，保证其正常运行。电抗器6、IGBT表面装有翅片，增加换热面积，提高了换热效率。

如图4所示,为本发明实施例的储能变流一体机9排布方式，储能变流一体机99对称排布在空间中，有利于最大化利用热岛效应产生的对流风以及上升气流。

储能变流一体机组工作时产生热量，温度开始升高，在环境中形成热岛，本发明的自冷却系统开始工作。最初，散热系统20带走热量小于功能系统产生热量，温度继续升高，在环境中引起更显著的热岛效应，从而使风轮1能够提供更多动力，散热系统20能够带走更多热量，直到某个温度T₀，散热系统20带走热量等于功能系统产生热量，温度达到平衡，因此本发明不仅局限于储能变流一体机组，任何工作温度小于T₀的系统都可以应用本发明的自冷却系统。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，包括动力系统(10)和散热系统(20)；所述一体机(9)的外壳(2)圆周式均布有所述动力系统(10)；所述动力系统(10)包括2个风轮(1)；所述风轮(1)均固定安装有动力轴(4)；两个所述动力轴(4)在水平面和竖直面上的投影线均不重合；所述散热系统(20)在所述外壳(2)的上端和底部均设置有散热风扇(8)；所述散热风扇(8)通过传动组件与所述动力轴(4)连接。

2.根据权利要求1所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，所述传动组件包括锥齿轮(7)；所述散热风扇(8)均固定安装有传递轴(5)；所述传递轴(5)与所述动力轴(4)均固定安装有所述锥齿轮(7)；相邻的两个所述锥齿轮(7)相互啮合。

3.根据权利要求2所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，包括功能系统；所述功能系统至少包括IGBT和电抗器(6)；所述IGBT和电抗器(6)布置所述外壳(2)的内壁上；所述散热风扇(8)布置在所述IGBT和电抗器(6)的上下两侧。

4.根据权利要求3所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，所述IGBT和电抗器(6)的表面均固定安装有翅片。

5.根据权利要求1所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，所述一体机组呈矩阵式均布所述一体机(9)。

6.根据权利要求5所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，所述矩阵式布置为每行设置有四组所述一体机(9)；所述所述矩阵式每列设置有四组所述一体机(9)。

7.根据权利要求2所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，所述传递轴(5)均固定安装有增速机(11)。

8.根据权利要求1所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，所述外壳(2)的外形为矩形体；所述矩形体的四个侧面均设置有所述动力系统(10)；所述散热系统(20)的散热风扇(8)与所述风轮(1)的数量相同。

9.根据权利要求1所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，所述风轮(1)包括连接杆和叶片；所述动力轴(4)圆周式固定安装有所述连接杆；所述连接杆均固定安装有所述叶片。

10.根据权利要求9所述的基于热岛效应的自冷却储能变流一体机组，其特征在于，所述风轮(1)设置有四组所述叶片。