一种基于交变磁场的相变储热强化装置及其运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于交变磁场的相变储热强化装置及其运行方法。该装置包括第一电磁铁、第二电磁铁、电源、循环延时继电器、储热器壳体、相变材料、磁性粒子、传热流体流道、传热流体入口和传热流体出口。本发明专利技术中在相变材料储热或放热时，第一电磁铁和第二电磁铁在电源和循环延时继电器的作用下，交替工作，牵引磁性粒子在固液界面和液态区间上下运动，传递热量，同时磁性粒子还将带动液态相变材料强制对流。本发明专利技术通过导热和流动两个方面强化了相变材料的相变过程，可显著提高相变材料的相变速率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于交变磁场的相变储热强化装置及其运行方法
本专利技术设计强化换热领域，尤其涉及一种基于交变磁场的相变储热强化装置及其运行方法。
技术介绍
当前社会在经济迅猛发展的同时，化石能源枯竭引发的能源危机也逐步体现，增大可再生能源利用比重的呼声也越来越高。而以太阳能和风能为代表的可再生能源存在来源不连续的特点，因此在实际应用中需要配置能量储存装置。相变材料具有储热密度高、放热温度恒定、循环稳定性好和控制简单等优点，可广泛应用于太阳能储热、工业余热利用、建筑热回收等领域。但是相变材料导热系数较低，严重限制其储/放热速率的提升，制约了相变材料实际应用的发展。对此，研究者们提出了多种解决方案，如加入翅片管或封装成微胶囊等以增大换热面积，嵌入泡沫金属框架或添加纳米高导热粒子等以提高有效导热率。自然对流对相变材料熔化/凝固过程的促进作用是较为显著的，但现有相变强化技术在提高导热的同时，都在一定程度上限制了液态相变材料的对流，制约其强化相变的效果。因此，亟需一种能够提高导热的同时不削弱甚至强化对流的相变强化装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于交变磁场的相变储热强化装置及其运行方法。本专利技术拟用如下技术方案实现本专利技术的目的：一种基于交变磁场的相变储热强化装置，所述相变储热强化装置包括交变磁场产生部分和储热器部分；所述交变磁场产生部分包括第一电磁铁、第二电磁铁、电源和循环延时继电器；连接方式为：第一电磁铁和第二电磁铁通过循环延时继电器并联于电源上且由循环延时继电器控制交替通电；所述储热器部分包括储热器壳体、相变材料、磁性粒子、传热流体流道、传热流体入口和传热流体出口；连接方式为：相变材料和磁性粒子放置于储热器壳体内部，传热流体流道布置于储热器壳体的下方，且传热流体流道的顶部和储热器壳体的底部接触换热，传热流体入口和传热流体出口分别布置于传热流体流道两侧；所述第一电磁铁布置于储热器壳体上部，第二电磁铁布置于传热流体流道的下部，两个电磁铁对磁性粒子的竖向磁吸力方向相反。作为优选，所述相变材料是指能够在液态和固态间转化时吸收或放出潜热的低熔点物质，包括无机相变材料或有机相变材料。进一步的，所述无机相变材料包括熔融盐、水合盐。进一步的，所述有机相变材料包括石蜡、脂肪酸。作为优选，所述磁性粒子包括铁磁性颗粒或永磁体颗粒。作为优选，所述铁磁性颗粒包括铁、钴、镍颗粒。作为优选，所述传热流体流道、第一电磁铁和第二电磁铁和储热器壳体同心布置，其横截面均为圆形。作为优选，所述传热流体入口和传热流体出口在传热流体流道两侧的布置高度错开。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述任意一项所述相变储热强化装置的运行方法，其包括储热强化方法和放热强化方法；其中所述储热强化方法为：高温的传热流体通过传热流体入口流入传热流体流道，热量被回收后温度降低，由传热流体出口流出；储热器底部的相变材料吸收传热流体的热量后熔化成液态，储存热量；通过电源和循环延时继电器控制第一电磁铁和第二电磁铁按照固定周期交替通电产生磁场，且第一电磁铁工作时，第二电磁铁关闭；第一电磁铁关闭时，第二电磁铁工作；两个电磁铁带动相变材料中已熔化部分中的磁性粒子交替性上下移动，将热量由储热器底部携带至固液界面释放，进而加速相变材料中未熔化部分熔化；同时，磁性粒子的运动带动相变材料中的已熔化部分强制对流，形成环流，进一步加速相变材料中未熔化部分熔化，强化储热过程；其中所述放热强化方法为：低温的传热流体通过传热流体入口流入传热流体流道，吸收热量后温度升高，由传热流体出口流出。储热器底部的相变材料放出热量后凝固成固态；通过电源和循环延时继电器控制第一电磁铁和第二电磁铁按照固定周期交替通电产生磁场，且第一电磁铁工作时，第二电磁铁关闭；第一电磁铁关闭时，第二电磁铁工作；两个电磁铁带动相变材料的液态部分中的磁性粒子交替性上下移动，将冷量由固液界面携带至相变材料液态部分中释放，加速相变材料中液态部分凝固；同时，磁性粒子的运动带动相变材料中的液态部分强制对流，形成环流，进一步加速相变材料中液态部分凝固，强化放热过程。与现有技术相比，本专利技术所述的一种基于交变磁场的相变储热强化装置具有的优势在于通过导热和流动两个方面强化了相变材料的相变过程，显著提高相变材料的相变速率。在相变材料中添加的磁性粒子，通常具有较高的导热系数，可提高相变材料的有效导热率；另一方面，通过两个电磁铁的交替工作，牵引磁性粒子在固液界面和液态区间上下运动，加速热量传递，同时磁性粒子还将带动液态相变材料强制对流，加速相变过程。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术一种基于交变磁场的相变储热强化装置的结构示意图。图中：第一电磁铁1、第二电磁铁2、电源3、循环延时继电器4、储热器壳体5、相变材料6、磁性粒子7、传热流体流道8、传热流体入口9和传热流体出口10。具体实施方式本专利技术的一个较佳实施例提供了一种基于交变磁场的相变储热强化装置及其运行方法，如图1所示，具体包括第一电磁铁1、第二电磁铁2、电源3、循环延时继电器4、储热器壳体5、相变材料6、磁性粒子7、传热流体流道8、传热流体入口9和传热流体出口10。该相变储热强化装置按功能可以划分为交变磁场产生部分和储热器部分。其中，交变磁场产生部分包括第一电磁铁1、第二电磁铁2、电源3和循环延时继电器4，各部件的连接方式为：第一电磁铁1和第二电磁铁2通过循环延时继电器4并联于电源3上，两者的电路分别接入循环延时继电器4，且由循环延时继电器4控制交替通电，当电路导通时相应电磁铁通电，然后产生电磁性。在循环延时继电器4控制下，第一电磁铁1和第二电磁铁2择一通电。储热器部分包括储热器壳体5、相变材料6、磁性粒子7、传热流体流道8、传热流体入口9和传热流体出口10，各部件的连接方式为：相变材料6和磁性粒子7放置于储热器壳体5内部。本实施例中的相变材料6是指能够在液态和固态间转化是吸收或放出大量潜热的低熔点物质，包括熔融盐、水合盐等无机相变材料和石蜡、脂肪酸等有机相变材料，可根据需要选择一种或多种。本实施例中的磁性粒子7包括铁、钴、镍等铁磁性颗粒和永磁体颗粒，也可根据需要选择一种或多种。传热流体流道8设计成圆盘形式，其同心布置于圆筒状的储热器壳体5的下方，传热流体流道8的顶部和储热器壳体5的底部紧密接触实现换热，因此两者之间的分隔板尽量采用高导热材料。传热流体入口9和传热流体出口10对称布置于传热流体流道8两侧，冷流体或热流体从传热流体入口9流入，然后经过传热流体流道8后从传热流体出口10流出。为了保证流体在传热流体流道8内不会出现流动死角，可以设计传热流体入口9和传热流体出口10在传热流体流道8两侧的布置高度错开，即传热流体入口9和传热流体出口分别与传热流体流道8的左侧边偏下位置和右侧边偏上位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于交变磁场的相变储热强化装置，其特征在于，所述相变储热强化装置包括交变磁场产生部分和储热器部分；/n所述交变磁场产生部分包括第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、电源(3)和循环延时继电器(4)；连接方式为：第一电磁铁(1)和第二电磁铁(2)通过循环延时继电器(4)并联于电源(3)上且由循环延时继电器(4)控制交替通电；/n所述储热器部分包括储热器壳体(5)、相变材料(6)、磁性粒子(7)、传热流体流道(8)、传热流体入口(9)和传热流体出口(10)；连接方式为：相变材料(6)和磁性粒子(7)放置于储热器壳体(5)内部，传热流体流道(8)布置于储热器壳体(5)的下方，且传热流体流道(8)的顶部和储热器壳体(5)的底部接触换热，传热流体入口(9)和传热流体出口(10)分别布置于传热流体流道(8)两侧；所述第一电磁铁(1)布置于储热器壳体(5)上部，第二电磁铁(2)布置于传热流体流道(8)的下部，两个电磁铁对磁性粒子(7)的竖向磁吸力方向相反。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于交变磁场的相变储热强化装置，其特征在于，所述相变储热强化装置包括交变磁场产生部分和储热器部分；
所述交变磁场产生部分包括第一电磁铁(1)、第二电磁铁(2)、电源(3)和循环延时继电器(4)；连接方式为：第一电磁铁(1)和第二电磁铁(2)通过循环延时继电器(4)并联于电源(3)上且由循环延时继电器(4)控制交替通电；
所述储热器部分包括储热器壳体(5)、相变材料(6)、磁性粒子(7)、传热流体流道(8)、传热流体入口(9)和传热流体出口(10)；连接方式为：相变材料(6)和磁性粒子(7)放置于储热器壳体(5)内部，传热流体流道(8)布置于储热器壳体(5)的下方，且传热流体流道(8)的顶部和储热器壳体(5)的底部接触换热，传热流体入口(9)和传热流体出口(10)分别布置于传热流体流道(8)两侧；所述第一电磁铁(1)布置于储热器壳体(5)上部，第二电磁铁(2)布置于传热流体流道(8)的下部，两个电磁铁对磁性粒子(7)的竖向磁吸力方向相反。


2.根据权利要求1所述的一种基于交变磁场的相变储热强化装置，其特征在于，所述相变材料(6)是指能够在液态和固态间转化时吸收或放出潜热的低熔点物质，包括无机相变材料或有机相变材料。


3.根据权利要求2所述的一种基于交变磁场的相变储热强化装置，其特征在于，所述无机相变材料包括熔融盐、水合盐。


4.根据权利要求2所述的一种基于交变磁场的相变储热强化装置，其特征在于，所述有机相变材料包括石蜡、脂肪酸。


5.根据权利要求1所述的一种基于交变磁场的相变储热强化装置，其特征在于，所述磁性粒子(7)包括铁磁性颗粒或永磁体颗粒。


6.根据权利要求5所述的一种基于交变磁场的相变储热强化装置，其特征在于，所述铁磁性颗粒包括铁、钴、镍颗粒。


7.根据权利要求1所述的一种基于交变磁场的相变储热强化装置，其特征在于，所述传热流体流道(8)、第一电磁铁(1)和第二电磁铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：范誉斌，张学军，赵阳，余萌，张春伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33