CN220586119U - 一种飞轮储能冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及飞轮储能散热的技术领域，尤其涉及一种飞轮储能冷却系统。本实用新型提供一种飞轮储能冷却系统，包括飞轮储能本体和冷凝储液循环管线，冷凝储液循环管线的两端分别与飞轮储能本体的上端和下端连通；冷凝储液循环管线上依次设有压缩机和膨胀阀，冷凝储液循环管线中用于流通相变工质。气液两相的工质在吸收电机产生的热量后完全气化为气体，冷却电机，提升飞轮储能系统的散热能力。通过压缩机将飞轮储能中的气态相变工质抽吸出来并储存在冷凝储液系统中以保持飞轮储能系统中的真空环境，将气态相变工质冷凝为液态并储存起来，具有低损耗、可实施性强的优点。

Description

一种飞轮储能冷却系统

技术领域

本实用新型涉及飞轮储能散热的技术领域，尤其涉及一种飞轮储能冷却系统。

背景技术

对于充放电功率较大的飞轮储能系统，为减少飞轮储能系统工作时的摩擦损耗，提升储能效率，需为飞轮转子所在的腔室提供真空环境，同时为了发挥飞轮储能系统可以大功率充放电的优势，飞轮储能系统内配有大功率电机，电机转子与飞轮转子装配在一起且同时处在真空环境下，电机定子为静止件且靠近机壳，可以应用传统冷却方式以保证电机定子的温升在合理范围内，电机转子因处于真空环境下，无法应用热传导及热对流，只能依靠辐射传热，因而散热困难，是制约电机功率密度的主要因素。

现有飞轮储能系统的电机转子在真空环境下只能依靠辐射向电机定子及机壳传热，传热效率低，电机转子的散热困难，会导致电机转子的温升过高，影响电机性能，降低整个飞轮储能系统长期运行的可靠性。

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飞轮储能冷却系统，其解决了电机转子在真空环境下散热困难的技术问题。

(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：一种飞轮储能冷却系统，包括飞轮储能本体和冷凝储液循环管线，所述冷凝储液循环管线的两端分别与飞轮储能本体的上端和下端连通；沿所述飞轮储能本体的上端至下端的方向，所述冷凝储液循环管线上依次设有压缩机和膨胀阀，冷凝储液循环管线中用于流通相变工质。

可选地，飞轮储能本体包括飞轮机壳，飞轮机壳内部设置有上下连通的机壳腔室，机壳腔室上端有第一开口，机壳腔室下端有第二开口，所述第一开口和所述第二开口分别与所述冷凝储液循环管线的两端连通。

可选地，所述冷凝储液循环管线上，与第一开口连通的管路端部为吸气口，与第二开口的连通的管路端部为进气口。

可选地，所述飞轮储能本体还包括位于飞轮机壳内的电机转子、电机定子、飞轮转子；飞轮转子可转动地支承在飞轮机壳内；电机转子嵌设在飞轮转子的外周面上；电机定子固定连接在飞轮机壳上并套设在电机转子外与之对应，电机转子与电机定子之间有间隙空间，保证机壳腔室的上下两部分腔体连通。

可选地，在冷凝储液循环管线上，第一开口与压缩机之间设置有控制压缩机随时启停的吸气阀门。

可选地，在冷凝储液循环管线上，第一开口和吸气阀门之间设置有能够使机壳腔室内快速达到需求真空度的真空泵。

可选地，冷凝储液循环管线上还设置有冷凝储液器，冷凝储液器一端与压缩机连通，另一端与膨胀阀连通，冷凝储液器用于存储及冷凝相变工质。

可选地，在冷凝储液循环管线上还设置有冷凝器与储液器，冷凝器一端与压缩机连通，冷凝器另一端与储液器一端连通，储液器另一端与膨胀阀连通。

可选地，相变工质为R-410A或R-134a制冷剂，工质温度：工作温度为-50℃至100℃。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种飞轮储能冷却系统，由于采用飞轮储能本体的依次通过压缩机、冷凝储液系统、膨胀阀形成回连通路，其中，冷凝储液器储存有相变工质相对于现有技术而言，其可以将液态相变工质通过膨胀阀后注入飞轮储能本体中，气液两相的工质在吸收电机产生的热量后完全气化为气体，达到冷却电机的目的，提升飞轮储能系统的散热能力。同时，通过压缩机将飞轮储能本体中的气态相变工质抽吸出来并储存在冷凝储液系统中以保持飞轮储能系统中的真空环境，将气态相变工质冷凝为液态并储存起来，具有低损耗、可实施性强的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的飞轮储能系统示意图；

图2为本实用新型实施例2的飞轮储能系统示意图；

附图标记说明

1：飞轮机壳；2：飞轮转子；3：机壳腔室；4：第一开口；5：吸气阀门；6：电机转子；8：压缩机；9：冷凝储液器；10：膨胀阀；11：第二开口；12：真空泵；13：冷凝器；14：储液器。

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飞轮储能冷却系统，将通过膨胀阀后的气液两相相变工质注入整体的飞轮储能本体中，提升飞轮储能系统的散热能力，同时在飞轮储能系统的电机温度降低一定值时，通过压缩机将飞轮储能系统中的冷媒抽吸出来并储存在冷凝储液器中以保持飞轮储能系统中的真空环境。有效提升整体飞轮储能系统散热能力，解决了飞轮储能系统电机转子在真空环境下散热困难的问题，进一步提高了电机的功率密度，具有低损耗、可实施性强的优点。

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，提供一种飞轮储能冷却系统。飞轮储能系统包括飞轮储能本体和冷凝储液循环管线，冷凝储液循环管线的一端与飞轮储能本体的上端连通，冷凝储液循环管线的另一端与飞轮储能本体的下端连通。

沿飞轮储能本体的上端至下端的方向，冷凝储液循环管线上设有压缩机8和膨胀阀10，压缩机8靠近飞轮储能本体的上端，膨胀阀10靠近飞轮储能本体的下端。

冷凝储液循环管线中流通相变工质，相变工质可以降低飞轮储能本体的热量。

参照图1，飞轮储能本体包括飞轮机壳1，飞轮机壳1内部设置有机壳腔室3，机壳腔室3内的真空腔上下连通。

机壳腔室3上端侧面有第一开口4，同时，机壳腔室3下端侧面有第二开口11，第一开口4和第二开口11位于同侧。

所述第一开口4和所述第二开口11分别与所述冷凝储液循环管线的两端连通，即使得冷凝储液循环管线的上下两端均与机壳腔室3的内部连通。管线与第一开口4和所述第二开口11连通处密封连接，保证机壳腔室3处于真空腔状态。

参照图1，冷凝储液循环管线上，与第一开口4连通的管路端部为吸气口，此端用来吸取机壳腔室3内流通的气态相变工质；与第二开口11的连通的管路端部为进气口，此端用来向机壳腔室3内灌输气-液两相相变工质。

参照图1，所述飞轮储能本体除了包括飞轮机壳1外，还包括电机转子6、电机定子7和飞轮转子2，电机转子6、电机定子7、飞轮转子2，位于飞轮机壳1内。

飞轮转子2可转动地支承在飞轮机壳1内；电机转子6可嵌设在飞轮转子2的外周面上；电机转子6也可以与飞轮转子2一体成型。

电机定子7固定连接在飞轮机壳1上并套设在电机转子6外与之对应，电机转子6能在电机定子7区间内自由转动。电机转子6与电机定子7之间有间隙空间，保证机壳腔室3的上下两部分腔体连通。机壳腔室3下部分真空腔内相变工质通过电机转子6与电机定子7之间有间隙空间流通至机壳腔室3上部分真空腔。

参照图1，在冷凝储液循环管线上，第一开口4与压缩机8之间设置有吸气阀门5，吸气阀门5可以控制压缩机8随时启停，以便压缩机8可以更加高效的工作。

参照图1，在冷凝储液循环管线上，第一开口4和吸气阀门5之间设置有真空泵12，真空泵12能够使机壳腔室3内快速达到需求真空度。

参照图1，冷凝储液循环管线上还设置有冷凝储液器9，冷凝储液器9一端与压缩机8连通，另一端与膨胀阀10连通，冷凝储液器9用于存储相变工质，具有冷凝和储液功能。冷凝储液器9使从压缩机8排过来的相变工质冷凝为液态，并将液态相变工质储存起来。

参照图1，相变工质为R-410A、R4024、84064或R-134a等制冷剂，工质温度：工作温度为-50℃至100℃。

飞轮储能系统还包括控制中心，控制中心与轮储能本体、压缩机8、冷凝储液器14和膨胀阀10电性连接。控制中心可控制在电机温度不高时冷却作用不运行，达到降低飞轮储能系统消耗功率的目的。

工艺原理：

当电机转子6、电机定子7相对转动产生热量，致使电机温度升高，温度升高至临界点时，控制中心先打开膨胀阀10，冷凝储液器9中的液态相变工质经过膨胀阀10后温度降低，并喷射进入飞轮储能的机壳腔,4内。然后打开吸气阀5，启动真空泵12和压缩机8，下端机壳腔室3的相变工质通过电机转子6、电机定子7的间隙流通至上端机壳腔室3。流通过程中，相变工质在机壳内蒸发，完全相变为气态。吸收电机转子、电机定子产生的热量，降低了电机转子6、电机定子7温度。相变工质在当电机转子6，电机定子7冷却下来后，关闭膨胀阀10并继续运行压缩机8，由压缩机8抽出并送入到冷凝储液器9中，冷凝储液器将气态相变工质冷凝为液态并储存起来。当机壳腔室3内达到所需真空状态时，关闭吸气阀门5，真空泵12和关闭压缩机8，使飞轮转子继续运行在真空环境下工作。工作一段时间后，电机温度升高至临界点时，重复上述操作。

实施例2

参照图2，本实施例与实施例1不同之处在于，在冷凝储液循环管线上还设置有冷凝器13与储液器14，冷凝器13一端与压缩机8连通，冷凝器13另一端与储液器14一端连通，储液器14另一端与膨胀阀10连通。冷凝器13完成冷凝功能，储液器14完成储液功能。

工艺原理：

当电机转子6、电机定子7相对转动产生热量，致使电机温度升高，温度升高至临界点时，控制中心先打开膨胀阀10，储液器14中的液态相变工质经过膨胀阀10后温度降低，并喷射进入飞轮储能的机壳腔,4内。然后打开吸气阀5，启动真空泵12和压缩机8，下端机壳腔室3的相变工质通过电机转子6、电机定子7的间隙流通至上端机壳腔室3。流通过程中，相变工质在机壳内蒸发，完全相变为气态。吸收电机转子、电机定子产生的热量，降低了电机转子6、电机定子7温度。相变工质在当电机转子6，电机定子7冷却下来后，关闭膨胀阀10并继续运行压缩机8，由压缩机8抽出并送入到冷凝器13，冷凝器13将气态相变工质冷凝为液态相变工质，液态相变工质流至储液器14中，将液态相变工质储存起来。当机壳腔室3内达到所需真空状态时，关闭吸气阀门5，真空泵12和关闭压缩机8，使飞轮转子继续运行在真空环境下工作。工作一段时间后，电机温度升高至临界点时，重复上述操作。

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)

1.一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，包括飞轮储能本体和冷凝储液循环管线，所述冷凝储液循环管线的两端分别与飞轮储能本体的上端和下端连通；

沿所述飞轮储能本体的上端至下端的方向，所述冷凝储液循环管线上依次设有压缩机(8)和膨胀阀(10)，冷凝储液循环管线中用于流通相变工质。

2.根据权利要求1所述的一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，飞轮储能本体包括飞轮机壳(1)，飞轮机壳(1)内部设置有上下连通的机壳腔室(3)，机壳腔室(3)上端有第一开口(4)，机壳腔室(3)下端有第二开口(11)，所述第一开口(4)和所述第二开口(11)分别与所述冷凝储液循环管线的两端连通。

3.根据权利要求2所述的一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，所述冷凝储液循环管线上，与第一开口(4)连通的管路端部为吸气口，与第二开口(11)的连通的管路端部为进气口。

4.根据权利要求2所述的一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，所述飞轮储能本体还包括位于飞轮机壳(1)内的电机转子(6)、电机定子(7)、飞轮转子(2)；

飞轮转子(2)可转动地支承在飞轮机壳(1)内；

电机转子(6)嵌设在飞轮转子(2)的外周面上；

电机定子(7)固定连接在飞轮机壳(1)上并套设在电机转子(6)外与之对应，电机转子(6)与电机定子(7)之间有间隙空间，保证机壳腔室(3)的上下两部分腔体连通。

5.根据权利要求2所述的一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，在冷凝储液循环管线上，第一开口(4)与压缩机(8)之间设置有控制压缩机(8)随时启停的吸气阀门(5)。

6.根据权利要求5所述的一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，在冷凝储液循环管线上，第一开口(4)和吸气阀门(5)之间设置有能够使机壳腔室(3)内快速达到需求真空度的真空泵(12)。

7.根据权利要求1所述的一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，冷凝储液循环管线上还设置有冷凝储液器(9)，冷凝储液器(9)一端与压缩机(8)连通，另一端与膨胀阀(10)连通，冷凝储液器(9)用于存储并冷凝相变工质。

8.根据权利要求1所述的一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，在冷凝储液循环管线上还设置有冷凝器(13)与储液器(14)，冷凝器(13)一端与压缩机(8)连通，冷凝器(13)另一端与储液器(14)一端连通，储液器(14)另一端与膨胀阀(10)连通。

9.根据权利要求1所述的一种飞轮储能冷却系统，其特征在于，相变工质为R-410A或R-134a制冷剂。