基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節系統及其方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節系統及其方法。所述系統應用于移動式供熱領域，包括蓄熱間、供熱間、運輸裝置、蓄熱腔、磁性顆粒、定位絲和徑向/軸向磁場發生裝置。本發明專利技術通過重載裝置、蓄熱腔和換熱管道連續不斷地從蓄熱腔內吸收工業余熱，運輸到放熱腔后釋放熱量給用戶供熱，實現工業余熱的跨時空利用，節能減排；通過徑向磁場發生裝置和磁性顆粒形成徑向導熱通道，強化吸/放熱過程中的相變傳熱，節省換熱時間，提高每天供熱次數，縮短投資回收期，降低成本；通過軸向磁場發生裝置斷開導熱通道，減少運輸過程中的熱量損失，提高有效供熱量，進一步降低成本。

【技術實現步驟摘要】
基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節系統及其方法
本專利技術屬于工業余熱利用移動式供熱
，具體涉及一種基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節系統及其方法。
技術介紹
提高能源綜合利用效率是工業發展追求的重要目標。跨時空利用鋼鐵冶金行業、水泥建材行業和石油化工行業等高耗能行業產生的煙氣余熱、蒸汽余熱、廢渣余熱等大量低品位余熱資源是提高能源綜合利用效率的有效途徑。近年來逐漸興起的移動式供熱技術成為了一種炙手可熱的解決方案。固-液相變材料具有相變過程溫度/體積變化小、儲能密度大、價格低廉、維護簡單、性質穩定等優勢，被廣泛用作移動式供熱技術的儲熱材料。然而由于適用于中低溫區儲熱的相變材料導熱系數很低，導致移動式供熱過程中的吸/放熱時間過長，降低了每天供熱次數，拉長了投資回收期，嚴重加劇該技術的成本問題。目前提高相變材料導熱系數的主要途徑是添加翅片、泡沫金屬或納米顆粒等具有高導熱系數的填料。但是移動式供熱技術的特殊之處在于運輸過程中需要強化保溫、減小散熱。這一需求和吸/放熱過程中強化傳熱的需求截然相反。因此常規的強化傳熱方法面臨著顧此失彼的窘境。
技術實現思路
本專利技術針對上述技術難點，提出了一種基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節系統，在相變材料中添加磁性顆粒，通過徑向磁場發生裝置和磁性顆粒形成徑向導熱通道，強化移動式供熱系統吸/放熱過程中的相變傳熱，節省換熱時間，提高每天供熱次數，縮短投資回收期，降低成本；通過軸向磁場發生裝置斷開導熱通道，減少運輸過程中的熱量損失，提高有效供熱量，進一步降低成本。一種基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節系統，包括供熱間、蓄熱間、運輸裝置和蓄熱單元；所述的供熱間設置有徑向磁場發生裝置Ⅰ和徑向磁場發生裝置Ⅱ；徑向磁場發生裝置Ⅰ和徑向磁場發生裝置Ⅱ內均設置有用于放置蓄熱單元的空間；所述的蓄熱間設置有用于放置蓄熱單元的空間；所述的運輸裝置首尾處設置有軸向磁場發生裝置，軸向磁場發生裝置之間設置有放置蓄熱單元的空間；所述的蓄熱單元包括蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ；兩個蓄熱腔上下疊放設置，兩個蓄熱腔填充有相變材料，蓄熱腔Ⅰ中心設置有換熱管道Ⅰ，蓄熱腔Ⅱ中心設置有換熱管道Ⅱ；兩個換熱管道通過軟管相連；相變材料內分散有磁性顆粒，將蓄熱腔沿軸向等間距截取若干截面，沿周向等角度截取若干截面，在兩個維度所截取界面的所有交界線上布置有固-固相變材料制成的定位絲，將磁性顆粒的中心點固定在定位絲上，保證磁性顆粒沿徑向排布時能夠首尾相接，形成徑向導熱通道，沿軸向分布時，依次錯開，無法形成導熱通道。所述系統供熱的工作流程包括：在蓄熱間內，蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ內的相變材料通過換熱管道Ⅰ和換熱管道Ⅱ吸收工業余熱，蓄熱完成后，經運輸裝置運至用戶處，然后將蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ送入供熱間，相變材料通過換熱管道Ⅰ和換熱管道Ⅱ給用戶供熱，供熱結束后，蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ由運輸裝置運至工廠，送入蓄熱間內，再次吸熱，如此循環，實現低品位工業余熱跨時空利用。所述系統吸/放熱過程中，供熱間內設置有徑向磁場發生裝置Ⅰ和徑向磁場發生裝置Ⅱ，用以在蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ中構建徑向磁場，供熱過程中，分散在相變材料中的磁性顆粒在徑向磁場作用下以換熱管道Ⅰ和換熱管道Ⅱ為中心，首尾相接，形成徑向導熱通道，強化放熱過程中的相變傳熱，節省換熱時間，供熱環節結束后，由于相變材料處于凝固狀態，所以直至運至蓄熱間重新吸熱，磁性顆粒始終保持徑向排布狀態，所形成的導熱通道依舊能夠強化吸熱過程中的相變傳熱，因此在蓄熱間內無需設置磁場發生裝置。所述系統運輸過程中，運輸裝置首尾處設置有軸向磁場發生裝置，用以在蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ中構建軸向磁場，分散在相變材料中的磁性顆粒在軸向磁場作用下轉而沿蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ軸向排布，導熱通道斷開，減少運輸過程中的熱量損失，提高有效供熱量。所述磁性顆粒在相變材料中的定位，將蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ沿軸向等間距截取若干截面，沿周向等角度截取若干截面，在兩個緯度所截取界面的所有交界線上布置由固-固相變材料制成的定位絲，將磁性顆粒的中心點以適當方式固定在定位絲上，保證磁性顆粒沿徑向排布時能夠首尾相接，形成徑向導熱通道，沿軸向分布時，依次錯開，無法形成導熱通道。本專利技術與現有技術相比，具有如下有益效果：(1)通過徑向磁場發生裝置和磁性顆粒形成徑向導熱通道，強化移動式供熱系統吸/放熱過程中的相變傳熱，節省換熱時間，提高每天供熱次數，縮短投資回收期，降低成本。(2)通過軸向磁場發生裝置斷開導熱通道，減少運輸過程中的熱量損失，提高有效供熱量，進一步降低成本。(3)通過固-固相變材料制成的定位絲將磁性顆粒定位在相變材料中，可以保持系統的高儲熱能力。(4)通過該系統可以實現低品位工業余熱及廢熱的高效回收，以相變儲能的方式運輸到需要熱能的地方實現熱能的采集及利用。(5)該系統放熱效率高，所需放熱時間短，尤其適用于緊急情況下的供暖需要。附圖說明圖1為移動式供熱流程圖；圖2為放熱過程中供熱間側視圖；圖3為保溫運輸過程運輸裝置剖面圖；附圖中，各部件列表如下：1：蓄熱間；2：蓄熱腔Ⅰ；3：蓄熱腔Ⅱ；4：相變材料；5：換熱管道Ⅰ；6：換熱管道Ⅱ；7：運輸裝置；8：供熱間；9：徑向磁場發生裝置Ⅰ；10：徑向磁場發生裝置Ⅱ；11：磁性顆粒；12：軸向磁場發生裝置；13：定位絲；14：磁感線分布；具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術實施方式作進一步詳細說明。如圖1所示，移動式供熱流程包括供熱環節、運輸環節和儲熱環節。在蓄熱間1內，蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3內的相變材料4通過換熱管道Ⅰ5和換熱管道Ⅱ6吸收工業余熱，蓄熱完成后，經運輸裝置7運至用戶處，然后將蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3送入供熱間8，相變材料通過換熱管道Ⅰ5和換熱管道Ⅱ6給用戶供熱，供熱結束后，蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3由運輸裝置7運至工廠，送入蓄熱間1內，再次吸熱，如此循環，實現低品位工業余熱跨時空利用。如圖2所示，放熱過程中，供熱間8內設置的徑向磁場發生裝置Ⅰ9和徑向磁場發生裝置Ⅱ10在蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3中構建徑向磁場，供熱過程中，分散在相變材料4中的磁性顆粒11在徑向磁場作用下以換熱管道Ⅰ5和換熱管道Ⅱ6為中心，首尾相接，形成徑向導熱通道，強化放熱過程中的相變傳熱，節省換熱時間，供熱環節結束后，由于相變材料4處于凝固狀態，所以直至運至蓄熱間1重新吸熱，磁性顆粒11始終保持徑向排布狀態，所形成的導熱通道依舊能夠強化吸熱過程中的相變傳熱，因此在蓄熱間1內無需設置磁場發生裝置。如圖3所示，將蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3沿軸向等間距截取若干截面，沿周向等角度截取若干截面，在兩個緯度所截取界面的所有交界線上布置由固-固相變材料制成的定位絲13，將磁性顆粒11的中心點以適當方式固定在定位絲13上，保證磁性顆粒11沿徑向排布時能夠首尾相接，形成徑向導熱通道，沿軸向分布時，依次錯開，無法形成導熱通道，在運輸過程中，運輸裝置7首尾處設置有軸向磁場發生裝置12，用以在蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3中構建軸向磁場，分散在相變材料4中的磁性顆粒11在軸向磁場作用下轉而沿蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3軸向排布，導熱通道斷開，減少運輸過程中的熱量損失，提高有效供熱量。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節系統，其特征在于包括供熱間、蓄熱間、運輸裝置和蓄熱單元；所述的供熱間設置有徑向磁場發生裝置Ⅰ(9)和徑向磁場發生裝置Ⅱ(10)；徑向磁場發生裝置Ⅰ(9)和徑向磁場發生裝置Ⅱ(10)內均設置有用于放置蓄熱單元的空間；所述的蓄熱間設置有用于放置蓄熱單元的空間；所述的運輸裝置首尾處設置有軸向磁場發生裝置(12)，軸向磁場發生裝置(12)之間設置有放置蓄熱單元的空間；所述的蓄熱單元包括蓄熱腔Ⅰ(2)和蓄熱腔Ⅱ(3)；兩個蓄熱腔上下疊放設置，兩個蓄熱腔填充有相變材料，蓄熱腔Ⅰ(2)中心設置有換熱管道Ⅰ(5)，蓄熱腔Ⅱ(3)中心設置有換熱管道Ⅱ(6)；兩個換熱管道通過軟管相連；相變材料內分散有磁性顆粒(11)，將蓄熱腔沿軸向等間距截取若干截面，沿周向等角度截取若干截面，在兩個維度所截取界面的所有交界線上布置有固?固相變材料制成的定位絲(13)，將磁性顆粒(11)的中心點固定在定位絲(13)上，保證磁性顆粒(11)沿徑向排布時能夠首尾相接，形成徑向導熱通道，沿軸向分布時，依次錯開，無法形成導熱通道。

【技術特征摘要】
1.一種基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節系統，其特征在于包括供熱間、蓄熱間、運輸裝置和蓄熱單元；所述的供熱間設置有徑向磁場發生裝置Ⅰ(9)和徑向磁場發生裝置Ⅱ(10)；徑向磁場發生裝置Ⅰ(9)和徑向磁場發生裝置Ⅱ(10)內均設置有用于放置蓄熱單元的空間；所述的蓄熱間設置有用于放置蓄熱單元的空間；所述的運輸裝置首尾處設置有軸向磁場發生裝置(12)，軸向磁場發生裝置(12)之間設置有放置蓄熱單元的空間；所述的蓄熱單元包括蓄熱腔Ⅰ(2)和蓄熱腔Ⅱ(3)；兩個蓄熱腔上下疊放設置，兩個蓄熱腔填充有相變材料，蓄熱腔Ⅰ(2)中心設置有換熱管道Ⅰ(5)，蓄熱腔Ⅱ(3)中心設置有換熱管道Ⅱ(6)；兩個換熱管道通過軟管相連；相變材料內分散有磁性顆粒(11)，將蓄熱腔沿軸向等間距截取若干截面，沿周向等角度截取若干截面，在兩個維度所截取界面的所有交界線上布置有固-固相變材料制成的定位絲(13)，將磁性顆粒(11)的中心點固定在定位絲(13)上，保證磁性顆粒(11)沿徑向排布時能夠首尾相接，形成徑向導熱通道，沿軸向分布時，依次錯開，無法形成導熱通道。2.一種如權利要求1所述系統的基于磁性顆粒的移動式供熱分階段傳熱性能定向調節方法；在蓄熱間(1)內，蓄熱腔Ⅰ(2)和蓄熱腔Ⅱ(3)內的相變材料(4)通過換熱管道Ⅰ(5)和換熱管道Ⅱ(6)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：范利武，邵雪峰，朱子欽，鄭夢蓮，馮飆，曾軼，黃元凱，胡楠，俞自濤，胡亞才，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33