CN220586050U - 一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其中，包括中空转子、机壳和冷凝装置；所述机壳的顶壁设有通孔；所述中空转子设置于所述机壳内且绕竖直方向转动，所述中空转子的顶部设置有与所述通孔对应的第一开口，所述第一开口与所述通孔之间转动密封连通；所述中空转子内用于放置液态制冷工质；所述冷凝装置固定于所述机壳的外部且密封连通于所述通孔，用于将来自所述中空转子内吸热升华的气态制冷工质冷却为液态制冷工质。其有益效果是，通过制冷工质的物态变化可以在中空转子内直接将热量带走，提高了转子的散热效率，设备结构简易，便于制作，不破坏机壳内部的真空环境，保证减少磁悬浮飞轮储能设备内部的风摩耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及飞轮储能冷却技术领域，尤其涉及一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统。
背景技术
对于功率较大的飞轮储能系统，其产生的热量较大，在飞轮工作时需要对内部的电机定子、转子及轴承等进行散热，且现有技术中飞轮一般转速较高，转子风摩耗也非常大，为降低风摩耗，飞轮内部需要抽真空。
电机定子为静止件且靠近机壳，因此定子的冷却较容易，而磁悬浮飞轮储能转子相对机壳会产生位移，该类转子产生的热量主要由转子外表面依次经过定子和机壳向外辐射或者传递给其他制冷工质进行间接冷却；有研究结果表明，可以从转子内部直接进行散热，但仅仅针对转子相对机壳的位置不变的情形，不适合对磁悬浮飞轮储能转子进行散热，飞轮转子积累的热量导致电机损耗大，间接影响飞磁悬浮飞轮储能装置的运行。有时为了达到散热效果，需要对冷却介质进行加压才能进入转子内部进行充分冷却，因此，目前磁悬浮飞轮储能转子散热效率有待提高，散热部件结构复杂。
因此，亟需建立一种关于磁悬浮飞轮储能转子的高效冷却方式，以解决上述存在技术问题。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其解决了磁悬浮飞轮储能转子冷却效率低、散热部件结构复杂的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：
第一方面，本实用新型实施例提供一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，包括中空转子、机壳和冷凝装置；所述机壳的顶壁设有通孔；所述中空转子设置于所述机壳内且绕竖直方向转动，所述中空转子的顶部设置有与所述通孔对应的第一开口，所述第一开口与所述通孔之间转动密封连通；所述中空转子内用于放置液态制冷工质；所述冷凝装置固定于所述机壳的外部且密封连通于所述通孔，用于将来自所述中空转子内吸热升华的气态制冷工质冷却为液态制冷工质。
可选地，所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，还包括密封组件；所述密封组件可转动的连接于所述中空转子的顶端，固定于所述机壳，且密封所述通孔和所述第一开口之间的空间，以与所述中空转子和所述机壳围成与所述机壳内部隔绝的制冷工质循环腔室。
可选地，所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，所述密封组件包括动密封件和柔性连接件；所述动密封件活动密封套接于所述中空转子顶端的侧壁上；所述柔性连接件套接于所述动密封件的外部，所述柔性连接件一端密封接于所述动密封件，另一端密封接于所述通孔的边缘。
可选地，所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，所述动密封件包括静止部和旋转部；所述静止部固定套设于所述中空转子所述一端的外壁上；所述旋转部活动密封套接于所述静止部的外壁上；所述柔性连接件的所述一端密封接于所述旋转部。
可选地，所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，所述冷凝装置内部设有冷凝腔室；所述冷凝腔室由上至下为漏斗型，下方连通于所述通孔。
可选地，所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，所述冷凝装置还包括次级冷却部；所述次级冷却部沿所述冷凝腔室的内壁设置，所述次级冷却部的两端贯通且分别密封伸出所述冷凝腔室的外壁；所述次级冷却部的内部包括次级冷却介质，以与来自所述中空转子内吸热升华的气态制冷工质进行热交换。
可选地，所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，所述次级冷却介质为水或空气。
可选地，所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，所述制冷工质为氟化液体。
可选地，所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，用于磁悬浮式飞轮储能设备中。
(三)有益效果
本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，由于在中空转子的一端和机壳之间采用转动密封连通，然后在机壳外部设置冷凝装置，连通中空转子的内部，即在不影响机壳内真空环境的情况下，在机壳内外部连通形成一个独立的空间，在该空间内中空转子内的液态制冷工质吸热升华进入冷凝装置，经过冷凝装置的冷却重新变为液态回流至中空转子内，进入下一次循环吸热。将相对于现有技术而言，通过制冷工质的物态变化可以在中空转子内直接将热量带走，提高了转子的散热效率，设备结构简易，便于制作，不破坏机壳内部的真空环境，保证减少磁悬浮飞轮储能设备内部的风摩耗。
另外，密封组件中在动密封件和机壳之间采用柔性连接件，在磁悬浮飞轮储能转子加速或减速过程中，在转子旋转的中心轴向起到柔性矫正的作用，减少转子加速或减速过程中对相邻工作部件的磨损。
附图说明
图1为本实用新型的一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统的实施例1的剖视示意图；
图2为图1中冷凝装置和密封组件及相关区域的放大结构示意图。
【附图标记说明】
1：中空转子；11：第一开口；2：机壳；21：通孔；3：冷凝装置；31：冷凝腔室；32：次级冷却部；4：密封组件；41：动密封件；411：静止部；412：旋转部；42：柔性连接件；5：电机定子；6：电机转子；7：磁悬浮件；8：飞轮腔室；9：循环腔室；10：飞轮转子；12：制冷工质。
具体实施方式
为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。
本实用新型实施例提出的一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，针对磁悬浮飞轮储能转子冷却效率低、散热部件结构复杂的技术问题。中空转子的一端和机壳之间采用转动密封连通，然后在机壳外部设置冷凝装置，连通中空转子的内部，即在不影响机壳内真空环境的情况下，在机壳内外部连通形成一个独立的空间，在该空间内中空转子内的液态制冷工质吸热升华进入冷凝装置，经过冷凝装置的冷却重新变为液态回流至中空转子内，进入下一次循环吸热。将相对于现有技术而言，通过制冷工质的物态变化可以在中空转子内直接将热量带走，提高了转子的散热效率，设备结构简易，便于制作，不破坏机壳内部的真空环境，保证减少磁悬浮飞轮储能设备内部的风摩耗。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1：
参照图1和图2，本实施例提供一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，包括中空转子1、机壳2和冷凝装置3，机壳2的顶壁设有通孔21，中空转子1设置于机壳2内且绕竖直方向转动，中空转子1的顶部设置有与通孔21对应的第一开口11，第一开口11与通孔21之间转动密封连通。在不影响机壳2内真空环境的前提下，将中空转子1的内部与机壳2外面连通，中空转子1内用于放置液态制冷工质12。冷凝装置3固定于机壳2的外部且密封连通于通孔21，用于将来自中空转子1内吸热升华的气态制冷工质冷却为液态制冷工质，这里，冷凝装置3内部设有冷凝腔室31，冷凝腔室31由上至下为漏斗型，以提供足够的换热空间，冷凝腔室31下方连通于通孔，便于冷凝后的液态制冷工质回流至下方中空转子1的内部。
在不影响机壳2内飞轮腔室8保持真空环境的情况下，在机壳2内外连通形成一个独立的空间，在该空间内中空转子1内的液态制冷工质吸热升华进入冷凝装置3，经过冷凝装置3的冷却重新变为液态回流至中空转子1内，反复循环吸热。通过制冷工质的物态变化可以在中空转子1内直接将热量带走，提高了转子的散热效率，设备结构简易，便于制作。值得强调的是，为了便于制冷工质进行液-气-液循环，整个循环空间需要保持相对竖直的状态，即需要中空转子1设置于机壳2内且绕竖直方向转动。其中，制冷工质为氟化液体。
参照图2，本实施例提供一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，为了提高气态制冷工质的换热效率，冷凝装置3还包括次级冷却部32，次级冷却部32沿冷凝腔室31的内壁设置，次级冷却部32的两端贯通且分别密封伸出冷凝腔室31的外壁，次级冷却部32的两端用于进、出次级冷却介质。次级冷却部32为螺旋设置的管网结构，以增加次级冷却部32的换热面积，次级冷却部32的内部用于循环次级冷却介质，例如水或空气。
参照图1和图2，本实施例提供一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，为了保证机壳2内处于真空环境，还包括密封组件4，密封组件4可转动的连接于中空转子1的顶端，固定于机壳2，用于密封通孔21和第一开口11之间的空间。密封组件4与中空转子1和机壳2在机壳2内部围成一个与机壳2内部飞轮腔室8隔绝的制冷工质循环腔室9。
参照图1和图2，本实施例提供一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，密封组件4包括动密封件41和柔性连接件42；动密封件41活动密封套接于中空转子1顶端的侧壁上，动密封件41可以为机械密封或磁流体密封等，满足中空转子1的动密封条件即可，优选磁流体密封。柔性连接件42套接于动密封件41的外部，柔性连接件42一端密封接于动密封件41，另一端密封接于通孔21的边缘。这样，将机壳2内部隔绝成制冷工质循环腔室9与飞轮转子工作腔室，互不影响。密封组件4中在动密封件41和机壳2之间采用柔性连接件42，在磁悬浮飞轮储能转子在磁悬浮件7的作用下加速或减速的过程中，在转子旋转的中心轴向起到柔性矫正的作用，减少转子加速或减速过程中对相邻工作部件的磨损。其中，动密封件41和柔性连接件42均为金属制成材料，具备密封性和一定的刚性。
参照图2，本实施例提供一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，为了进一步加强动密封件41的密封效果，动密封件41包括静止部411和旋转部412，静止部411固定套设于中空转子1一端的外壁上，旋转部412活动密封套接于静止部411的外壁上，柔性连接件42的一端密封接于旋转部412。当中空转子1转动时，带动静止部411相对于旋转部412转动，旋转部412与柔性连接件42相对静止，在旋转部412与静止部411之间填充有黏弹性流体材料，例如磁流体材料。
本实施例中的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，用于磁悬浮式飞轮储能设备中。整个制冷工质循环线路为：首先由中空转子1内的液态制冷工质吸收热量(来自中空转子1、飞轮转子10、电机转子6、电机定子5等)后，升华为气态制冷工质沿循环腔室9上升至冷凝腔室31，经次级冷却部32的冷却重新液化成液态制冷工质，沿着冷凝腔室31回流至中空转子1内部，进入下一次冷却循环中。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，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；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。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，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”，可以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低于第二特征。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是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实用新型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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
包括中空转子(1)、机壳(2)和冷凝装置(3)；
所述机壳(2)的顶壁设有通孔(21)；
所述中空转子(1)设置于所述机壳(2)内且绕竖直方向转动，所述中空转子(1)的顶部设置有与所述通孔(21)对应的第一开口(11)，所述第一开口(11)与所述通孔(21)之间转动密封连通；
所述中空转子(1)内用于放置液态制冷工质；
所述冷凝装置(3)固定于所述机壳(2)的外部且密封连通于所述通孔(21)，用于将来自所述中空转子(1)内吸热升华的气态制冷工质冷却为液态制冷工质。
2.如权利要求1所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
还包括密封组件(4)；
所述密封组件(4)可转动的连接于所述中空转子(1)的顶端，固定于所述机壳(2)，且密封所述通孔(21)和所述第一开口(11)之间的空间，以与所述中空转子(1)和所述机壳(2)围成与所述机壳(2)内部隔绝的制冷工质循环腔室(9)。
3.如权利要求2所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
所述密封组件(4)包括动密封件(41)和柔性连接件(42)；
所述动密封件(41)活动密封套接于所述中空转子(1)顶端的侧壁上；
所述柔性连接件(42)套接于所述动密封件(41)的外部，所述柔性连接件(42)一端密封接于所述动密封件(41)，另一端密封接于所述通孔(21)的边缘。
4.如权利要求3所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
所述动密封件(41)包括静止部(411)和旋转部(412)；
所述静止部(411)固定套设于所述中空转子(1)所述一端的外壁上；
所述旋转部(412)活动密封套接于所述静止部(411)的外壁上；
所述柔性连接件(42)的所述一端密封接于所述旋转部(412)。
5.如权利要求1所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
所述冷凝装置(3)内部设有冷凝腔室(31)；
所述冷凝腔室(31)由上至下为漏斗型，下方连通于所述通孔(21)。
6.如权利要求5所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
所述冷凝装置(3)还包括次级冷却部；
所述次级冷却部(32)沿所述冷凝腔室(31)的内壁设置，所述次级冷却部(32)的两端贯通且分别密封伸出所述冷凝腔室(31)的外壁；
所述次级冷却部(32)的内部包括次级冷却介质，以与来自所述中空转子(1)内吸热升华的气态制冷工质进行热交换。
7.如权利要求6所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
所述次级冷却介质为水或空气。
8.如权利要求1所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
所述制冷工质为氟化液体。
9.如权利要求1-8任一所述的自冷却的磁悬浮飞轮储能转子系统，其特征在于：
用于磁悬浮式飞轮储能设备中。
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| CN117927612A (zh) * | 2024-03-21 | 2024-04-26 | 惠宁睿能源科技开发(甘肃)有限公司 | 一种气垫飞轮储能装置 |
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| CN117927612B (zh) * | 2024-03-21 | 2024-05-17 | 惠宁睿能源科技开发(甘肃)有限公司 | 一种气垫飞轮储能装置 |
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