[发明专利]一种飞轮储能转子散热系统

说明书

本发明公开了一种飞轮储能转子散热系统，主要由热管、翅片冷却结构、循环泵等构成。电动/发电一体机转子、电磁轴承转子和飞轮转子同轴固定，内部打孔，与旋转热管通过黏合、过盈配合、铜焊或锡焊连接。转子与真空壳体之间采用磁流体密封。本发明在热管蒸发段布置散热翅片，利用热管内工质从液态到气态的转变，将转子内部热量取出，采用循环泵排送氦气对热管蒸发段进行冷却，并通过冷却换热器冷却后循环。本发明具有换热效率高，散热量大的优点，可解决飞轮储能真空转子的散热问题。

技术领域

本发明属于能量储存技术领域，涉及一种飞轮储能系统，具体涉及热管传热和真空条件下飞轮储能系统的转子散热系统。

背景技术

二十一世纪以来，人类社会飞速发展，科技创新日新月异，人口和经济也不断增长，强化了对能源的需求。随着全球不可再生能源资源日益枯竭预期的强化，能源供需矛盾突显。大规模开发和利用可再生能源成为解决能源危机的最佳手段，但是风能和太阳能代表的可再生能源具有很强的间隙性和波动性，调节难度大，大规模并网将对电网稳定性产生较大影响，很大程度上限制了可再生能源的利用。在电网中加入动态响应速度快的大功率储能设备实现功率平滑控制、电网频率调整和符合波动补偿，来提高新能源并网系统的运行稳定性是行之有效的解决方案。

目前常见的电力储能技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、电池储能、超级电容储能、超导磁储能等。飞轮储能具有比能量高、比功率高、充/放电次数与充/放电深度无关、能量转化效率高、可靠性高、易维护、对环境友好等优点。这些特点决定了飞轮储能适合用于需要短时大功率电能输出且充放电次数频繁的场合，已经在轨道交通能量回收、新能源并网发电、不间断电源等领域得到应用。

早在上世纪50年代研究人员就提出了飞轮储能的方案，但是受到当时科技水平的限制，制造出来的飞轮存在转速低，储能密度低和系统复杂的问题。20世纪90年代以来，随着高比强度新材料、高效电力电子变换器、高速高效电机转子材料和结构等技术的发展，飞轮储能技术获得了突破性发展。磁悬浮轴承技术和真空技术的联合使用，降低了飞轮储能系统的摩擦损耗，大大提高了飞轮储能系统的效率；高效能高强度度复合材料的成功研制使飞轮的周边线速度超过1000m/s，大大提高了飞轮的储能密度；现代电力电子技术的发展，解决了电机控制及机械能-电能的传递和转换问题，增强了飞轮储能系统的安全性和可靠性。在飞轮储能技术在向高效率、大功率、高转速、短时高频次充放电等发展方向迈进的过程中，飞轮储能系统也面临着严峻的散热考验。真空环境的引入使飞轮储能系统中转子的风阻损失大大降低，但由于转子整个在真空环境中，其在旋转过程中产生的涡流损耗基本上全部转化为热量，引起温度上升，此时其热量很难在高真空环境中散发出去，严重影响飞轮储能系统的安全性和可靠性。

申请号为CN201810915710.5的发明专利“一种真空环境中电机转子的散热装置及散热方法”公布了一种真空环境中电机转子的散热方法，通过对定子内表面添加黑镀铬镀层，转子外表面增加热辐射型隔离涂层和热反射型隔离涂层，增强转子的辐射能力，强化定子的辐射吸收能力，在转子两个端面增加热电转换装置，将转子内产生的热量转化为能被定子侧吸收的辐射能，从而降低转子温升。然而，这种方法和装置通过强化在真空环境下热辐射进行能量传递，由于辐射换热温差有限，其热传递能力提高程度有限，不能完全满足飞轮储能系统转子的散热需求。

发明内容

针对现有飞轮储能系统在真空环境下转子散热的难题，本发明的目的是提出一种飞轮储能转子散热系统，可以不局限于真空辐射换热的强化，在保持转子大部分处于真空条件下，将转子散热部件和真空环境分离，为飞轮储能系统转子的散热提供有效解决方案。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种飞轮储能转子散热系统，至少包括一真空壳体、一转动支撑在所述真空壳体两端的中空转轴以及设置在所述真空壳体内的至少一电动/发电一体机、一飞轮和一电磁轴承，所述电动/发电一体机、电磁轴承的转子部件以及所述飞轮均固定设置在所述中空转轴上，其特征在于，