[发明专利]基于交变磁场的强制对流固-液相变储热装置及运行方法

说明书

本发明公开了一种基于交变磁场的强制对流固‑液相变储热装置及运行方法。该装置包含储热壳体、两个交变磁场模块、两个旋转模块和换热模块。换热模块用于将外界传热流体和储热壳体内的相变材料进行热交换。两个交变磁场模块分别设置在储热壳体两侧，分别用于驱动储热壳体内的两个旋转模块转动，进而形成环流。本发明通过导热和强化对流两个方面增强了相变材料的储/放热过程，显著地提高储热单元的换热效率，缩短了相变蓄热时间，相变材料区域温度分布均匀，避免了储热单元局部温度过高的现象。

技术领域

本发明涉及储热技术领域，尤其涉及一种基于交变磁场的强制对流固-液相变储热装置及运行方法。

背景技术

目前，由于化石能源严重的污染性问题，全球不断提倡绿色可持续发展，而可再生能源开发和利用成为了能源领域的焦点。相变蓄热技术可以协调能量在时间与空间尺度的分配，在回收工业余热废热、电力行业的移峰填谷、风电和光电的时间波动性等领域发挥着很大的作用，同时相变蓄热技术因为储热密度大、蓄／放热温度变化小等优点，成为了近年来储热领域的研究热点。

常用的相变储热材料导热系数较低，导致其蓄／放热速率很低，使其实际应用往往受到限制。目前在强化储热性能的研究方面，主要有在相变材料中添加翅片、金属泡沫、高导热性颗粒等方法。通常，以上的方法在换热过程中依靠导热和微弱的自然对流，存在加热时间长，加热效率低的问题，上述问题都给储热过程带来了严重的困难。

因此，针对相变储热材料的特点，设计高效的储热装置，对于解决储热时间长、相变材料区域温度分布不均匀问题，加强对流换热，维持较高蓄热效率具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于交变磁场的强制对流固-液相变储热装置及运行方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于交变磁场的强制对流固-液相变储热装置，包含储热壳体、第一交变磁场模块、第二交变磁场模块、第一旋转模块、第二旋转模块和换热模块；

所述储热壳体为密闭壳体，其内填充有相变材料；

所述第一交变磁场模块、第二交变磁场模块分别设置在储热壳体两侧，均包含电源单元、电磁线圈和双刀双掷开关，其中，电源单元通过双刀双掷开关和电磁线圈串联构成闭合电路，电磁线圈在电源单元的作用下由双刀双掷开关控制形成交变磁场；

所述第一旋转模块、第二旋转模块均设置在储热壳体中，均包含固定杆和若干旋转件；

所述旋转件包含旋转轴、第一旋转轴承、第二旋转轴承、以及2M个金属叶片，M为大于等于2的自然数；第一旋转轴承、第二旋转轴承的内圈分别和旋转轴的两端同轴固连，其中M个金属叶片周向均匀的设置在第一旋转轴承的外圈上，另外M个金属叶片周向均匀的设置在第二旋转轴承的外圈上；

所述若干旋转件的旋转轴等距平行设置在所述固定杆上、且旋转轴在其中点处和所述固定杆垂直固连；

所述第一旋转模块、第二旋转模块的固定杆平行设置在所述储热壳体内，和所述储热壳体内壁固连；

所述第一交变磁场模块、第二交变磁场模块分别用于产生驱动第一旋转模块、第二旋转模块中旋转件转动的交变磁场；

所述换热模块包含传热流体管道，所述传热流体管道外壁和所述储热壳体的外壁紧贴，且传热流体管道外壁、所述储热壳体的外壁在该紧贴处均采用导热材质制成。

作为本发明所述基于交变磁场的强制对流固-液相变储热装置进一步的优化方案，所述旋转件的金属叶片由铁、钴或镍制成。

作为本发明所述基于交变磁场的强制对流固-液相变储热装置进一步的优化方案，所述第一旋转模块、第二旋转模块中旋转件的个数均为6个，M取6。