[發明專利]一種基于旋轉磁場的相變儲熱強化裝置及其運行方法

有效

• 申請號: 201910997514.1
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110701938B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 范譽斌;張學軍;趙陽;張春偉;余萌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02;F28F23/00;F28F13/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種基于旋轉磁場的相變儲熱強化裝置及其運行方法。該裝置包括旋轉電機、傳動桿、永磁體、儲熱器外殼體、儲熱器內腔體、相變材料、磁性粒子、傳熱流體入口和傳熱流體出口。本發明中在相變材料儲熱或放熱時，永磁體在旋轉電機的作用下繞儲熱器勻速旋轉，牽引相變材料液態部分中的磁性粒子繞儲熱器中軸線圓周運動，帶動液態相變材料強制對流。本發明通過導熱和流動兩個方面強化了相變材料的相變過程，可顯著提高相變材料的相變速率。

技術領域

本發明設計強化換熱領域，尤其設計一種基于旋轉磁場的相變儲熱強化裝置及其運行方法。

背景技術

當前社會在經濟迅猛發展的同時，化石能源枯竭引發的能源危機也逐步體現，增大可再生能源利用比重的呼聲也越來越高。而以太陽能和風能為代表的可再生能源存在來源不連續的特點，因此在實際應用中需要配置能量儲存裝置。

相變材料具有儲熱密度高、放熱溫度恒定、循環穩定性好和控制簡單等優點，可廣泛應用于太陽能儲熱、工業余熱利用、建筑熱回收等領域。但是相變材料導熱系數較低，嚴重限制其儲/放熱速率的提升，制約了相變材料實際應用的發展。對此，研究者們提出了多種解決方案，如加入翅片管或封裝成微膠囊等以增大換熱面積，嵌入泡沫金屬框架或添加納米高導熱粒子等以提高有效導熱率。自然對流對相變材料熔化/凝固過程的促進作用是較為顯著的，但現有相變強化技術在提高導熱的同時，都在一定程度上限制了液態相變材料的對流，制約其強化相變的效果。因此，亟需一種能夠提高導熱的同時不削弱甚至強化對流的相變強化裝置和方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于旋轉磁場的相變儲熱強化裝置及其運行方法。

本發明擬用如下技術方案實現本發明的目的：

一種基于旋轉磁場的相變儲熱強化裝置，所述相變儲熱強化裝置包括動態磁場產生部分和儲熱器部分；

所述動態磁場產生部分包括旋轉電機、傳動桿和永磁體，連接方式為：旋轉電機與在傳動桿的中點垂直相連，永磁體懸掛于傳動桿的一端，永磁體在旋轉電機的驅動下水平圓周轉動；

所述儲熱器部分包括儲熱器外殼體、儲熱器內腔體、相變材料、磁性粒子、傳熱流體入口和傳熱流體出口，連接方式為：儲熱器外殼體同軸布置于儲熱器內腔體外部，且兩者夾持構成流體通道，流體通道與儲熱器內腔體構成傳熱接觸，相變材料和磁性粒子放置于儲熱器內腔體中，傳熱流體入口和傳熱流體出口分別布置于儲熱器外殼體兩側；

所述永磁體懸掛位置需保證在旋轉電機帶動下旋轉時不會與所述儲熱器部分發生碰撞，且永磁體的旋轉路徑環繞在儲熱器外殼體外部，旋轉過程中對磁性粒子施加繞儲熱器內腔體中軸線旋轉的磁吸力。

作為優選，所述相變材料是指能夠在液態和固態間轉化時吸收或放出潛熱的低熔點物質，包括無機相變材料和有機相變材料。

進一步的，所述無機相變材料包括熔融鹽、水合鹽。

進一步的，所述有機相變材料包括石蠟、脂肪酸。

作為優選，所述磁性粒子包括鐵磁性顆粒和永磁體顆粒。

進一步的，所述鐵磁性顆粒包括鐵、鈷、鎳顆粒。

作為優選，傳熱流體入口和傳熱流體出口在傳熱流體流道兩側的布置高度錯開。

本發明的另一目的在于提供一種根據上述任意一項所述相變儲熱強化裝置的運行方法，其包括儲熱強化方法和放熱強化方法；

其中所述儲熱強化方法為：