CN115218477A - 热电旋转加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了热电旋转加热装置,热电旋转加热装置，包括装置本体，所述装置本体由外壳和设备组件组成，所述外壳一侧设有第一入口和第一出口,另一侧设有和第二入口，所述外壳内部设有真空室，所述设备组件密封于真空室内，所述设备组件包括离心压缩机、涡轮机、鳃式换热器和U形通道，所述离心压缩机和涡轮机位于真空室的两侧，所述离心压缩机一端与第一入口和第一出口连通，另一端与U形通道连通。本装置通过离心力和电磁感应将涡轮机械，联合动力循环以及电力功耗等原理实现对流体的热电旋转加热，且将热量传递到装置外围，在通过该装置后，保证流体的输出温度高于流体入口温度，从而实现加热系统的最终目的：高效低耗的加热功能。
Description
技术领域
本发明涉及流体热量传递技术领域，具体为热电旋转加热装置。
背景技术
热电转换是指热能和电能之间的相互转换，热电转换效应意味着热能与电能之间的直接转换，目前市面上的常用的热电转换设备为热电转换器，也是一种热机，它从高温热源吸热，向低温热源放热，并将部分热转换成为电功。
这些装置的共同点是，其中一种流体通过位于外围的喷嘴驱动装置，并且流体仅通过离心力传输通过装置，由于在外围的所述喷嘴的内部和外部之间存在巨大压力差，因此在流体在此过程中流速增加，并产生具有相应的激烈的摩擦和湍流现象，如果喷嘴沿旋转方向返向转动，会因相同的原因而产生旋转阻力和摩擦力，从而使上述类型的装置使用结果效率降低，同时外围的喷嘴只适用于特定转速和温度及压力下的流体，这将导致该这些装置实际使用时的灵活性较差，本发明提供热电旋转加热装置。
发明内容
本发明的目的在于提供热电旋转加热装置，以解决上述背景技术中提出的传统的热电转换设备由产生旋转阻力和摩擦力，导致效率降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
热电旋转加热装置，热电旋转加热装置，包括装置本体，所述装置本体由外壳和设备组件组成，所述外壳一侧设有第一入口和第一出口,另一侧设有和第二入口，所述外壳内部设有真空室，所述设备组件密封于真空室内，所述设备组件包括离心压缩机、涡轮机、鳃式换热器和U形通道，所述离心压缩机和涡轮机位于真空室的两侧，所述离心压缩机一端与第一入口和第一出口连通，另一端与U形通道连通，所述涡轮机一端与和第二入口连通，另一端与U形通道连通，所述U形通道的顶端分布有励磁磁极，所述励磁磁极上缠绕有励磁线圈，所述U形通道的底部设有鳃式换热器。
进一步说明的，所述第一入口两端连接有滑环和碳刷，所述滑环和碳刷产生的电力传输于外部电动机，所述外部电动机与离心压缩机连接。
进一步说明的，所述U形通道由高导热性和耐热性材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本装置通过离心力和电磁感应将涡轮机械，联合动力循环以及电力功耗等原理实现对流体的热电旋转加热，且将热量传递到装置外围，在通过该装置后，保证流体的输出温度高于流体入口温度，从而实现加热系统的最终目的：高效低耗的加热功能，并且可以通过使用不带轴的磁力联轴器，可最大限度地减少内部摩擦，同时本装置采用外壳包裹真空室的结构，以减少与旋转管的空气摩擦并避免操作过程中的任何危险。
附图说明
图1为本发明装置整体结构示意图。
图中：101-第一入口、102-第一出口、103-第二出口、104-第二入口、105-外壳、106-离心压缩机、107-涡轮机、108-鳃式换热器、109-U形通道、111-滑环、112-碳刷、113-真空室、114-励磁磁极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
热电旋转加热装置，包括装置本体，所述装置本体由外壳和设备组件组成，所述外壳一侧设有第一入口和第一出口,另一侧设有和第二入口，所述外壳内部设有真空室，所述设备组件密封于真空室内，所述设备组件包括离心压缩机、涡轮机、鳃式换热器和U形通道，所述离心压缩机和涡轮机位于真空室的两侧，所述离心压缩机一端与第一入口和第一出口连通，另一端与U形通道连通，所述涡轮机一端与和第二入口连通，另一端与U形通道连通，所述U形通道的顶端分布有励磁磁极，所述励磁磁极上缠绕有励磁线圈，所述U形通道的底部设有鳃式换热器；
本实施例中的热电旋转加热装置分别对低比热流体1和流体2分别进行加热，因此下叙述中涉及流体的部分，具体标识为流体1和流体2，流体1是可压缩流体，例如空气，当压缩时其温度也会升高，流体2可以是可压缩流体或不可压缩流体，其在压缩时可能没有温度升高，或者所述流体2的温度升高将小于所述流体1的温度升高；
根据上述，真空室113外壳105密封包裹，以减少与旋转管的空气摩擦并避免操作过程中的任何危险，例如泄漏等隐患的发生；
进一步说明的，所述第一入口两端连接有滑环和碳刷，所述滑环和碳刷产生的电力传输于外部电动机，所述外部电动机与离心压缩机连接；
根据上述说明，进一步阐述：
其一，低比热流体1由第一入口101将进入以非常高的rpm(表示非常高的转速)旋转的流出离心压缩机106，流体1的温度将在其通过压缩机106和旋转的U形通道109时升高，U形通道109具有上升部分，其中大部分热量增益将由于压缩阶段和旋转而发生；
当高导电的U形通道旋转时，它们将切断磁场的通量，并以此电流向滑环111和碳刷112发电可以用来为外部电动机发电，如果需要，外部电动机可以增压压缩机106；
此外，由于U通道109的电阻，U通道109中产生的电流将导致加热气体的温度进一步升高，它还将通过电磁加强U通道109之间的磁耦合，因此不再需要使用轴并且使用更少的移动部件，这提高了系统的整体效率；
当流体1到达鳃式换热器108时，它将通过传导将获得的热量从入口104传递到进入的流体2，进行磁性耦合；
需要说明的，如果第一入口101和第一出口102连接到储热器中，则流体1的再循环便于布置以便流体1收集来自储存器的热量再次返回到入口第一入口101，然后再次返回到压缩机离心106；
其二，涡轮部分中，流体2分别通过第二入口104进入系统，并通过旋转U形通道109的上升部分移动，直到它到达鳃式换热器108，流体2将从来自的流体1中获得热量，重要的是指出流体1和流体2的流动彼此相反，其中涡轮部分中的上升U形通道是冷的并且返回通道更热并且在压缩机部分中，反之亦然，这增加了两种流体/气体之间的热交换效率，最后，加热的流体2将流回返回通道，进入流入涡轮机107并从第二出口103离开；
进一步说明的，所述U形通道由高导热性和耐热性材料制成。
根据上述说明，进一步阐述，高导热性和耐热性材料可以有效保证真空室抗热性和耐热效果；
综合上述，本装置离心压缩机为径流式压缩机且将由流入径流涡轮驱动，来自热源的流体1作为第一步进入压缩机，压缩阶段将通过增加其压力进一步加热进入的可压缩流体1(气体)，在第二步中，旋转的U形通道将为通过的流体1增加更多的热量增益，流体1升高的热量被传递到流体2中在流体1和流体2被薄壁隔开的旋转U形通道部分，旋转U形通道部分由多个并排的通道和通道组成，其中流体1和2主要以逆流方式相互通过，流体2从释放热量的流体1中获取热量，在旋转的U形通道部分之后，流体1返回到旋转中心，在此温度低于流体1的入口温度，其中该布置还允许流体1再循环以收集来自外部热源(例如工艺设施)的热量，或带有剩余热量的低温废水水库(或类似的其他装置部分)；
流体2通过旋转中心处的入口连接流入，然后流体2继续流向旋转的U型通道部分，在该部分中，它主要通过从流体1传递的热量加热，并且由于U型通道的旋转运动而受到离心力的影响，甚至通过U型通道中产生的热量进一步加热管道材料对电流的抵抗力，这是通过在U型管道外部的励磁线圈绕组产生的磁场中旋转高导电U型管道形成的，流体2在旋转U形通道部分获得了更高的温度和更高的压力，U型通道段后，流体2进入涡轮段，涡轮段从流体2的压力中获得旋转,流体2将多余的压力作为涡轮中的工作能消耗掉，但仍保持较高的温度，从而离开涡轮段,流体2的涡轮部分通过U通道的磁耦合以无缝且高效的过程驱动流体1的压缩机部分；
通过筛选与选择最佳的流体对象及相对应的系统设计，在通过该装置后，保证流体2的输出温度高于流体1的入口温度，从而实现加热系统的最终目的：高效低耗的加热功能，并且可以通过使用不带轴的磁力联轴器，可最大限度地减少内部摩擦，此外，将旋转U型通道放置在真空室内，这可以使旋转管的空气摩擦力降至最低水平，同时，真空空间又能提供额外的保护，防止可能的危险流体泄漏风险，对于非最佳流体，可能需要添加较小的外部旋转力(例如小型电动机)来推动传热过程向前传输；
尽管如此，该装置获得的热能(kW)仍然显著超过消耗的电能(kW)，从而使该加热设备实现高效率同时低耗能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.热电旋转加热装置,其特征在于：包括装置本体，所述装置本体由外壳(105)和设备组件组成，所述外壳(105)一侧设有第一入口(101)和第一出口(102),另一侧设有(103)和第二入口(104)，所述外壳(105)内部设有真空室(113)，所述设备组件密封于真空室(113)内，所述设备组件包括离心压缩机(106)、涡轮机(107)、鳃式换热器(108)和U形通道(109)，所述离心压缩机(106)和涡轮机(107)位于真空室(113)的两侧，所述离心压缩机(106)一端与第一入口(101)和第一出口(102)连通，另一端与U形通道(109)连通，所述涡轮机(107)一端与(103)和第二入口(104)连通，另一端与U形通道(109)连通，所述U形通道(109)的顶端分布有励磁磁极(114)，所述励磁磁极(114)上缠绕有励磁线圈，所述U形通道(109)的底部设有鳃式换热器(108)。
2.根据权利要求1所述的热电旋转加热装置，其特征在于：所述第一入口(101)两端连接有滑环(111)和碳刷(112)，所述滑环(111)和碳刷(112)产生的电力传输于外部电动机，所述外部电动机与离心压缩机(106)连接。
3.根据权利要求1所述的热电旋转加热装置，其特征在于：所述U形通道(109)由高导热性和耐热性材料制成。
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