一种用于飞轮储能本体单元的散热方法及散热系统与流程

1.本发明属于飞轮储能领域，具体涉及一种用于飞轮储能单元本体的散热方法以及散热系统。


背景技术：

2.飞轮储能本体单元是飞轮储能系统的核心部分，飞轮储能本体单元的损耗包括电机损耗和轴承损耗，其中电机损耗包括转子风摩损耗、定子涡流损耗、定子绕组损耗。这些损耗都会转化为热量，从而导致飞轮储能单元中的转子、定子、绕组、铁芯、轴承等零件温度升高，当温度过高会被烧坏，影响飞轮使用寿命。
3.飞轮储能本体单元的应用环境工况为
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40～50℃，目前常采用压缩式冷水机制出10～30℃的冷水对飞轮本体进行冷却。
4.飞轮储能本体单元在
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40～
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10℃环境工况运行时，飞轮本体单元此时不需要任何散热，而此时压缩式水冷机依然运行制出10～30℃的冷水对飞轮本体进行冷却，如此势必造成能源浪费。
5.在
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10～10℃环境工况运行时，飞轮储能单元仅需要通入35～45℃冷水即可满足散热需求，而压缩式冷水机制出的冷水范围为10～30℃，因此将低于35℃的冷水通入飞轮本体中也势必造成能源浪费。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于飞轮储能本体单元的散热方法及散热系统，即采用表冷器系统制冷水和压缩制冷系统制冷水的独立控制散热方法，可满足不同环境工况下进入飞轮本体中的不同冷水温度，从而达到节能运行的目的。
7.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于飞轮储能本体单元的散热方法，飞轮储能本体单元内设有水冷管道，水冷管道的两端与外部的水冷系统连接，所述的水冷系统采用两个或两个以上的制冷系统，根据监测到的环境温度由控制器选择符合制冷要求的单一制冷系统或者多个制冷系统的组合用于会流水的制冷。
8.上述方法中，所述的水冷系统采用并联设置的压缩制冷系统和表冷器系统；当温度监测机构监测到环境温度为第一温度值时，控制器根据接收到的温度反馈信息关闭表冷器系统和压缩制冷系统；当温度监测机构监测到环境温度为第二温度值时，控制器根据接收到的温度反馈信息开启表冷器系统、并关闭压缩制冷系统，表冷器系统对飞轮储能本体单元流出的回流水进行制冷，制出的冷水送入飞轮储能本体单元用于散热；当温度监测机构监测到环境温度为第三温度值时，控制器根据接收到的温度反馈信息关闭表冷器系统、并打开压缩制冷系统，由压缩制冷系统对飞轮储能本体单元流出的回流水进行制冷，制出的冷水送入飞轮储能本体单元用于散热。
9.上述方法中，所述第一温度值在
‑
40～
‑
10℃区间时，控制器根据接收到的温度反馈信息关闭表冷器系统和压缩制冷系统；第二温度值在
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10～10℃区间时，控制器根据接收
到的温度反馈信息开启表冷器系统、并关闭压缩制冷系统，表冷器系统对飞轮储能本体单元流出的回流水进行制冷，制出35～45℃的冷水后送入飞轮储能本体单元用于散热；第三温度值在10～35℃区间时，控制器根据接收到的温度反馈信息关闭表冷器系统、并打开压缩制冷系统，由压缩制冷系统对飞轮储能本体单元流出的回流水进行制冷，制出20～30℃的冷水后送入飞轮储能本体单元用于散热；第三温度值在35～50℃区间时，控制器根据接收到的温度反馈信息关闭表冷器系统、并打开压缩制冷系统，由压缩制冷系统对飞轮储能本体单元流出的回流水进行制冷，制出10～20℃的冷水后送入飞轮储能本体单元用于散热。
10.上述方法中，所述表冷器系统包括第一水泵、第一水箱、换热器和风扇，所述换热器、水箱、第一水泵顺次连接在所述水冷管道的出口和入口之间，所述风扇设置在换热器的一侧，向换热器吹风以冷却流经换热器的回流水；所述换热器的进口与所述冷却管道的出口连接，换热器的出口与第一水箱的进口连接，第一水箱的出口与第一水泵的进水口连接，第一水泵的出水口和冷却管道的入口连接；所述风扇及第一水泵的启动与关闭由所述控制器控制。
11.上述方法中，所述压缩制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、第二水箱和第二水泵；从飞轮储能本体单元内的水冷管道流出的回流水进入蒸发器，与蒸发器内的冷媒热交换，回流水温度下降到目标温度后，从蒸发器中流出，储存在第二水箱中，第二水泵开启后将第二水箱中的冷水送入飞轮储能本体单元内的水冷管道。
12.上述方法中，所述压缩机和第二水泵的启动与关闭由所述控制器控制，并且控制器能够对压缩机的转速进行调节，在对回流水制冷的目标温度为20～30℃时，压缩机的转速为中低转速，在对回流水制冷的目标温度为10～20℃时，压缩机的转速为高转速。
13.为了实现上述散热方法，本发明还提出一种用于飞轮储能本体单元的散热系统，包括设置在飞轮储能本体单元内的冷却管道、外部的水冷系统、温度监测机构和控制器；冷却管道用于通入冷却水对飞轮储能本体单元内的部件进行散热；水冷系统包括两个或两个以上的制冷系统，用于将冷却管道流出的回流水降温后再次送入冷却管道；温度监测机构用于监测外界的环境温度，并将监测结果反馈给控制系统，控制系统根据反馈的温度信息，控制其中的单一制冷系统或者多个制冷系统的组合开始运行，或者关闭水冷系统。
14.进一步的，所述水冷系统包括并联设置的压缩制冷系统和表冷器系统，用于将冷却管道流出的回流水降温后再次送入冷却管道；温度监测机构用于监测外界的环境温度，并将监测结果反馈给控制系统，控制系统根据反馈的温度信息，控制压缩制冷系统或表冷器系统运行，或者关闭水冷系统。
15.进一步的，所述表冷器系统包括第一水泵、第一水箱、换热器和风扇，所述换热器、水箱、第一水泵顺次连接在所述水冷管道的出口和入口之间，所述风扇设置在换热器的一侧，向换热器吹风以冷却流经换热器的回流水；所述风扇及第一水泵的启动与关闭由所述控制器控制。
16.进一步的，所述压缩制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、第二水箱和第二水泵；从飞轮储能本体单元内的水冷管道流出的回流水进入蒸发器，与蒸发器内的冷媒热交换，回流水温度下降到目标温度后，从蒸发器中流出，储存在第二水箱中，第二水泵开启后将第二水箱中的冷水送入飞轮储能本体单元内的水冷管道；所述压缩机和第二水泵的
启动与关闭由所述控制器控制，并且控制器能够对压缩机的转速进行调节，以使得回流水降温到不同的目标温度。
17.本发明的有益效果是：现有技术是使用压缩式制冷的水冷机制出10
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30℃的冷水通入飞轮本体中，为飞轮本体散热，而本发明是采用表冷系统制冷水、压缩制冷系统(即现有技术的压缩式水冷机)或其他制冷系统制冷水的独立控制散热方法，可满足不同环境工况下进入飞轮本体中的冷水温度，从而达到节能运行的目的。
附图说明
18.图1为本发明的散热系统原理图；
19.图2为本发明的散热方法逻辑框图；
20.图中标记：1、飞轮储能本体单元，2、温度监测机构，3、控制器，4、表冷器系统，401、风扇，402、换热器，403、第一水箱，404、第一水泵，5、压缩制冷系统，501、节流阀，502、冷凝器，503、压缩机，504、蒸发器，505、第二水箱，506、第二水泵。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
22.参照附图1所示，一种用于飞轮储能本体单元的散热系统，包括飞轮储能本体单元1、温度监测机构2、控制器3、表冷器系统4和压缩制冷系统5。温度监测机构2用于监测飞轮储能本体单元1的工作环境温度，并将温度值反馈给控制器3，控制器3根据环境温度做出相应的控制动作，控制表冷器系统4或压缩制冷系统5工作制冷水，所制出的冷水进入飞轮储能本体单元1的水冷管道，对飞轮储能本体单元1冷却散热。
23.所述表冷器系统4主要由风扇401、换热器402、第一水箱403和第一水泵404组成。飞轮储能本体单元1中冷却后吸收热量的回流水进入换热器402后，由风扇401吹风与回流水热交换，气流带走回流水的热量，回流水温度降低，并被储存在第一水箱403中，第一水泵404启动后将第一水箱403中的冷水再次送入飞轮储能本体单元1的水冷管道。
24.假设35℃的水进入飞轮储能本体单元1带走热量，从飞轮储能本体单元1出来的水温变为45℃，因为风扇401和换热器402的换热能力有限，最多将45℃的回水冷却为35℃，35℃的水进入第一水箱403，第一水泵404再将35℃的水送入飞轮储能本体单元1，完成循环。
25.所述压缩制冷系统5主要包括节流阀501、冷凝器502、压缩机503、蒸发器504的四大制冷部件，以及第二水箱505和第二水泵506。压缩机503将气态的制冷剂压缩为高温高压的气态，并送至冷凝器502进行冷却，经冷却后变成中温高压的液态制冷剂进入节流阀501(节流部件)节流降压，变成低温低压的气液混合体(液体多)，经过蒸发器504吸收回流水的热量而汽化，变成气态，然后再回到压缩机503继续压缩，继续循环进行制冷。回流水热量被吸收后，变成冷水，进入第二水箱505，经第二水泵506再次进入飞轮储能本体单元1。
26.假设35℃的水进入飞轮储能本体单元1带走热量，从飞轮储能本体单元1出来的水温变为45℃，45℃的回水经过压缩制冷系统5的蒸发器504，由于蒸发器504吸热能力强，可将45℃的水最低降至10℃，最后再将10℃的水经第二水泵506送入飞轮储能本体单元1，完成循环。
27.图2为采用所述散热系统对飞轮储能本体单元1进行散热的控制逻辑框图。如图2所示，飞轮储能本体单元1所在环境温度分为
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40～
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10℃、
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10℃～10℃、10℃～35℃、35℃～50℃4个区间，温度监测机构2对飞轮储能本体单元1所处环境温度进行监测，将监测的温度信息反馈给控制器3，控制器3根据温度区间控制由表冷器系统4制冷水或由压缩制冷系统5制冷水，或者无需制冷水。具体如下：
28.(1)当温度监测机构2监测到环境温度在
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40～
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10℃区间时，控制器3根据接收到的温度反馈信息关闭表冷器系统4的风扇401和第一水泵404、关闭压缩制冷系统5的压缩机503和第二水泵506，两个系统均不制冷水，此时飞轮储能本体单元1无需散热；
29.(2)当温度监测机构2监测到环境温度在
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10～10℃区间时，控制器3根据接收到的温度反馈信息开启表冷器系统4的风扇401和第一水泵404、并关闭压缩制冷系统5的压缩机503和第二水泵506，表冷器系统4对飞轮储能本体单元1流出的回流水进行制冷，制出35～45℃的冷水后送入飞轮储能本体单元1用于散热；
30.(3)当温度监测机构2监测到环境温度在10～35℃区间时，控制器3根据接收到的温度反馈信息关闭表冷器系统4的风扇401和第一水泵404、并打开压缩制冷系统5的压缩机503和第二水泵506，并将压缩机503转速调至低/中转速，由压缩制冷系统5对飞轮储能本体单元1流出的回流水进行制冷，制出20～30℃的冷水后送入飞轮储能本体单元1用于散热；
31.(4)当温度监测机构2监测到环境温度在35～50℃区间时，控制器3根据接收到的温度反馈信息关闭表冷器系统4的风扇401和第一水泵404、并打开压缩制冷系统5的压缩机503和第二水泵506，将压缩机503转速调至高转速，由压缩制冷系统5对飞轮储能本体单元1流出的回流水进行制冷，制出10～20℃的冷水后送入飞轮储能本体单元1用于散热。
32.本发明所述的散热方法采用表冷器系统制冷水和压缩制冷系统制冷水的独立控制散热方法，可满足不同环境工况下进入飞轮本体中的不同冷水温度，从而达到节能运行的目的。
33.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。