本發(fā)明屬于工業(yè)余熱利用移動(dòng)式供熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁性顆粒的移動(dòng)式供熱分階段傳熱性能定向調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

提高能源綜合利用效率是工業(yè)發(fā)展追求的重要目標(biāo)?？鐣r(shí)空利用鋼鐵冶金行業(yè)、水泥建材行業(yè)和石油化工行業(yè)等高耗能行業(yè)產(chǎn)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(dòng)式供熱技術(shù)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(chǔ)能密度大、價(jià)格低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用作移動(dòng)式供熱技術(shù)的儲(chǔ)熱材料。然而由于適用于中低溫區(qū)儲(chǔ)熱的相變材料導(dǎo)熱系數(shù)很低，導(dǎo)致移動(dòng)式供熱過程中的吸/放熱時(shí)間過長，降低了每天供熱次數(shù)，拉長了投資回收期，嚴(yán)重加劇該技術(shù)的成本問題。

目前提高相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的主要途徑是添加翅片、泡沫金屬或納米顆粒等具有高導(dǎo)熱系數(shù)的填料。但是移動(dòng)式供熱技術(shù)的特殊之處在于運(yùn)輸過程中需要強(qiáng)化保溫、減小散熱。這一需求和吸/放熱過程中強(qiáng)化傳熱的需求截然相反。因此常規(guī)的強(qiáng)化傳熱方法面臨著顧此失彼的窘境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)難點(diǎn)，提出了一種基于磁性顆粒的移動(dòng)式供熱分階段傳熱性能定向調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在相變材料中添加磁性顆粒，通過徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置和磁性顆粒形成徑向?qū)嵬ǖ?，?qiáng)化移動(dòng)式供熱系統(tǒng)吸/放熱過程中的相變傳熱，節(jié)省換熱時(shí)間，提高每天供熱次數(shù)，縮短投資回收期，降低成本；通過軸向磁場(chǎng)發(fā)生裝置斷開導(dǎo)熱通道，減少運(yùn)輸過程中的熱量損失，提高有效供熱量，進(jìn)一步降低成本。

一種基于磁性顆粒的移動(dòng)式供熱分階段傳熱性能定向調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括供熱間、蓄熱間、運(yùn)輸裝置和蓄熱單元；所述的供熱間設(shè)置有徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅰ和徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅱ；徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅰ和徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅱ內(nèi)均設(shè)置有用于放置蓄熱單元的空間；所述的蓄熱間設(shè)置有用于放置蓄熱單元的空間；所述的運(yùn)輸裝置首尾處設(shè)置有軸向磁場(chǎng)發(fā)生裝置，軸向磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間設(shè)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(gè)蓄熱腔上下疊放設(shè)置，兩個(gè)蓄熱腔填充有相變材料，蓄熱腔Ⅰ中心設(shè)置有換熱管道Ⅰ，蓄熱腔Ⅱ中心設(shè)置有換熱管道Ⅱ；兩個(gè)換熱管道通過軟管相連；相變材料內(nèi)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(gè)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(diǎn)固定在定位絲上，保證磁性顆粒沿徑向排布時(shí)能夠首尾相接，形成徑向?qū)嵬ǖ?，沿軸向分布時(shí)，依次錯(cuò)開，無法形成導(dǎo)熱通道。

所述系統(tǒng)供熱的工作流程包括：在蓄熱間內(nèi)，蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ內(nèi)的相變材料通過換熱管道Ⅰ和換熱管道Ⅱ吸收工業(yè)余熱，蓄熱完成后，經(jīng)運(yùn)輸裝置運(yùn)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(jié)束后，蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ由運(yùn)輸裝置運(yùn)至工廠，送入蓄熱間內(nèi)，再次吸熱，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)低品位工業(yè)余熱跨時(shí)空利用。

所述系統(tǒng)吸/放熱過程中，供熱間內(nèi)設(shè)置有徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅰ和徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅱ，用以在蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ中構(gòu)建徑向磁場(chǎng)，供熱過程中，分散在相變材料中的磁性顆粒在徑向磁場(chǎng)作用下以換熱管道Ⅰ和換熱管道Ⅱ?yàn)橹行?，首尾相接，形成徑向?qū)嵬ǖ溃瑥?qiáng)化放熱過程中的相變傳熱，節(jié)省換熱時(shí)間，供熱環(huán)節(jié)結(jié)束后，由于相變材料處于凝固狀態(tài)，所以直至運(yùn)至蓄熱間重新吸熱，磁性顆粒始終保持徑向排布狀態(tài)，所形成的導(dǎo)熱通道依舊能夠強(qiáng)化吸熱過程中的相變傳熱，因此在蓄熱間內(nèi)無需設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)生裝置。

所述系統(tǒng)運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸裝置首尾處設(shè)置有軸向磁場(chǎng)發(fā)生裝置，用以在蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ中構(gòu)建軸向磁場(chǎng)，分散在相變材料中的磁性顆粒在軸向磁場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)而沿蓄熱腔Ⅰ和蓄熱腔Ⅱ軸向排布，導(dǎo)熱通道斷開，減少運(yùn)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(gè)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(diǎn)以適當(dāng)方式固定在定位絲上，保證磁性顆粒沿徑向排布時(shí)能夠首尾相接，形成徑向?qū)嵬ǖ?，沿軸向分布時(shí)，依次錯(cuò)開，無法形成導(dǎo)熱通道。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)通過徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置和磁性顆粒形成徑向?qū)嵬ǖ溃瑥?qiáng)化移動(dòng)式供熱系統(tǒng)吸/放熱過程中的相變傳熱，節(jié)省換熱時(shí)間，提高每天供熱次數(shù)，縮短投資回收期，降低成本。

(2)通過軸向磁場(chǎng)發(fā)生裝置斷開導(dǎo)熱通道，減少運(yùn)輸過程中的熱量損失，提高有效供熱量，進(jìn)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(tǒng)的高儲(chǔ)熱能力。

(4)通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)低品位工業(yè)余熱及廢熱的高效回收，以相變儲(chǔ)能的方式運(yùn)輸?shù)叫枰獰崮艿牡胤綄?shí)現(xiàn)熱能的采集及利用。

(5)該系統(tǒng)放熱效率高，所需放熱時(shí)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(dòng)式供熱流程圖；

圖2為放熱過程中供熱間側(cè)視圖；

圖3為保溫運(yùn)輸過程運(yùn)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(yùn)輸裝置； 8：供熱間；

9：徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅰ； 10：徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅱ；

11：磁性顆粒； 12：軸向磁場(chǎng)發(fā)生裝置；

13：定位絲； 14：磁感線分布；

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，移動(dòng)式供熱流程包括供熱環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)和儲(chǔ)熱環(huán)節(jié)。在蓄熱間1內(nèi)，蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3內(nèi)的相變材料4通過換熱管道Ⅰ5和換熱管道Ⅱ6吸收工業(yè)余熱，蓄熱完成后，經(jīng)運(yùn)輸裝置7運(yùn)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(jié)束后，蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3由運(yùn)輸裝置7運(yùn)至工廠，送入蓄熱間1內(nèi)，再次吸熱，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)低品位工業(yè)余熱跨時(shí)空利用。

如圖2所示，放熱過程中，供熱間8內(nèi)設(shè)置的徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅰ9和徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置Ⅱ10在蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3中構(gòu)建徑向磁場(chǎng)，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(chǎng)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?qū)嵬ǖ?，?qiáng)化放熱過程中的相變傳熱，節(jié)省換熱時(shí)間，供熱環(huán)節(jié)結(jié)束后，由于相變材料4處于凝固狀態(tài)，所以直至運(yùn)至蓄熱間1重新吸熱，磁性顆粒11始終保持徑向排布狀態(tài)，所形成的導(dǎo)熱通道依舊能夠強(qiáng)化吸熱過程中的相變傳熱，因此在蓄熱間1內(nèi)無需設(shè)置磁場(chǎng)發(fā)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(gè)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(diǎn)以適當(dāng)方式固定在定位絲13上，保證磁性顆粒11沿徑向排布時(shí)能夠首尾相接，形成徑向?qū)嵬ǖ?，沿軸向分布時(shí)，依次錯(cuò)開，無法形成導(dǎo)熱通道，在運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸裝置7首尾處設(shè)置有軸向磁場(chǎng)發(fā)生裝置12，用以在蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3中構(gòu)建軸向磁場(chǎng)，分散在相變材料4中的磁性顆粒11在軸向磁場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)而沿蓄熱腔Ⅰ2和蓄熱腔Ⅱ3軸向排布，導(dǎo)熱通道斷開，減少運(yùn)輸過程中的熱量損失，提高有效供熱量。