CN201852504U - 利用磁性流体及多孔介质蓄热装置 - Google Patents

利用磁性流体及多孔介质蓄热装置 Download PDF

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张信荣
晋立丛
杜培俭
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Abstract

本实用新型涉及利用磁性流体及多孔介质蓄热装置，属于能源技术领域，该装置主要由外加磁场供应装置、供应热量装置及蓄热主体组成；其中，供应热量装置与蓄热主体一侧接触，提供温差；蓄热主体设置在外加磁场供应装置之中，该装置的温度梯度递减方向和外加磁场方向相同且平行；蓄热主体为内部充满温度敏感性磁性流体和孔径均匀的多孔介质材料的腔体。本实用新型通过磁性流体和多孔介质的结合运用，利用磁性流体在磁场作用下具有温度敏感性这一特性及多孔介质作为一种固体填充物具有热容高的特质储存热量，可以利用温差在100℃左右及以下的热源，并且提高了蓄热的能力及效率。

Description

利用磁性流体及多孔介质蓄热装置
技术领域
本实用新型属于能源技术领域，特别涉及磁性流体在多孔介质中传热以及提高蓄热能力、蓄热效率的一种新型蓄热方法及其装置。
背景技术
“21世纪是一个和平的年代，如果发生战争，那必然会是能源引起的战争”。能源是世界运转的物质基础，随着人类社会的发展，煤炭、石油等不可再生的传统能源的储量越来越少，而人类对能源的依存度却越来越大，由此而引发的能源危机迫在眉睫，成为人类不得不面对的问题之一。在诸多的解决方案中，节约和合理利用能源是针对现在能源局面最简单和直接的解决办法。
在众多能源中，热能是其中最重要的能源之一。热能可用于各种不同类型的工业企业，是人民生活和社会经济中应用最广泛的能量形式，节约和合理利用热能有特别重要的意义。但是，大多数能源，如太阳能、风能、地热能、工业余热废热等，都存在间断性和不稳定性，在许多情况下，能源不能得到合理利用。以太阳能为例：太阳能是世界上储量最丰富的自然资源且对环境危害小，若能得以利用，将是解决能源危机的有效途径。但众所周之，太阳能具有间断性和不稳定性，不需要太多热量时，有大量的热产生，供应的热量很大一部分作为余热被损失掉；而需要热时，热量却不能及时提供。蓄热技术可以解决这一问题。现有的蓄热技术有显热蓄热、潜热蓄热以及化学蓄热三种，其中潜热蓄热所需温度较高，成本也较高。显热蓄热方式比较简单，成本较低，适合太阳能蓄热这些温度不太高的能量形式。但现使用的用于蓄热的工质或材料其性能和效率不高，特别是在蓄积的热能数量以及蓄积释放热能的速率方面。
发明内容
本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，提出利用温度敏感性的磁性流体及多孔介质蓄热装置，通过磁性流体和多孔介质的结合运用，利用磁性流体在磁场作用下具有温度敏感性这一特性及多孔介质作为一种固体填充物具有热容高的特质储存热量，可以利用温差在100℃左右及以下的热源，并且提高了蓄热的能力及效率。
本实用新型所采用的技术方案是：一种利用温度敏感性磁性流体及多孔介质蓄热装置，其特征在于，该装置主要由外加磁场供应装置、供应热量装置及蓄热主体组成；其中，供应热量装置与蓄热主体一侧接触，提供温差；蓄热主体设置在外加磁场供应装置之中，该装置的温度梯度递减方向和外加磁场方向相同且平行；蓄热装置为内部充满温度敏感性磁性流体和孔径均匀的多孔介质材料的方腔体。
本实用新型的工作原理：固体物质具有很高的比热，升高相同的温度，其储存的热量远远高于一般流体，但普通材料的介质其传热的能力比较差，为克服这一技术难题，并提高蓄热的能力和效率，本实用新型中，外加磁场供应装置(通过电磁石或通电线圈)产生的外加磁场，使磁性流体在填充多孔介质的方腔中被磁化，在蓄热主体一侧放置可提供温差的热源，由于磁性流体具有温度敏感性，在不同温度下其磁化率不同，因而在外加磁场中受力也不同，这个力作为驱动力驱使磁性流体在方腔中流动，从而带动热量在多孔介质中流动，加速热量传递，同时由于多孔介质的固体填充物的加入，相比于其他流体，又增加了蓄热的能力。
实际应用中，提供温差的热源可以为太阳能，这样在太阳能热利用中就可以把在中午时分多余的热量进行储存用于傍晚或夜晚没有太阳能或太阳能稀少的时候，进行能量的有效规划。
实际应用中，提供温差的热源也可以为太阳能热水、工业废热等余热废热，这样可以将多余热量进行储存，在需要时加以利用。
本实用新型的特点及效果：
本实用新型将磁性流体应用于多孔介质中，充分利用磁性流体的温度敏感性特质、磁性流体作为流体可流动加速热量传递的特性以及多孔介质作为固体填充物比热较大的特点，提高显热蓄热的能力和效率。
附图说明
图1是本实用新型的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型进一步说明。
本实用新型的利用温度敏感性磁性流体及多孔介质蓄热的装置如图1所示：本装置主要由外加磁场供应装置3、供应热量装置(热源)5及蓄热主体1组成；其中，直接利用太阳能时，供应热量装置5与蓄热主体1上侧紧密接触，提供温差；利用太阳能热水或工业废水等余热废热时，供应热量装置5与蓄热主体1某一侧(上下表面或左右侧面)紧密接触；蓄热主体1设置在外加磁场供应装置3之中，当供热装置在蓄热主体上侧时，所加磁场的方向为垂直向下，当供热装置在蓄热主体下侧时，所加磁场方向4为垂直向上(如图1中所示)，当供热装置在蓄热主体左侧时，所加磁场方向为水平向右，当供热装置在蓄热主体右侧时，所加磁场方向为水平向左，即本装置的温度梯度递减方向和外加磁场方向相同且平行；蓄热装置1为内部充满磁性流体11和孔径均匀的多孔介质材料12的方腔体。
本装置在温差作用下，主体蓄热装置1中的磁性流体产生自然流动，加速热传递并蓄热。
本实用新型的工作原理及特点：在外加磁场作用下，使磁性流体在填充多孔介质的方腔中被磁化，在方腔一侧放置提供热量的热源，热源的温度梯度递减方向和外加磁场方向相同，由于磁性流体的温度敏感性，磁力驱使磁性流体在方腔中流动，从而带动热量在多孔介质中流动，加速热量传递，同时由于多孔介质的固体填充物的加入，相比于其他流体，又增加了蓄热的能力。
本实用新型的装置的具体实施例及工作过程说明如下：
供应热量装置可以为太阳能吸收膜或太阳能吸收涂料，直接覆盖或涂抹在蓄热主体的上表面。
供应热量装置也可以为太阳能热水、工业废热等装置，放置在蓄热主体一侧，与蓄热主体进行对流换热，与蓄热装置接触的一侧可选择导热性能较好的材料制作而成。
外加磁场供应装置可以由电磁石或线圈等磁场发生装置提供，磁场瑞利数(Ram)的范围在0.5×108-1.5×108之间。
蓄热主体可为正方体方腔，其长度在1mm-10m的范围内；可选择为导热性能较好的材料制成，如铝板，以加强热量传递，在方腔没有温差的两侧覆有隔热涂料层，起保温作用。方腔内填充的多孔介质材料一般要求导热特性较好及热容量较大、最好为均匀且不可变形的固体基体材料，可烧结或压制而成；烧结的多孔介质一般要求孔隙均匀，排列对称，多孔性在0.2-0.8之间，可选择丙烯酸聚合塑胶。填充在方腔中的磁性流体可选择悬浮在煤油中的Mg-Zn铁酸基等温度敏感性的铁磁性流体，一般要求纳米颗粒均匀，悬浮在基体中，无沉淀，聚集等现象出现。
本实施例的工作过程为：直接利用太阳能时将本装置放置在阳光充足的地方，晴天可进行蓄热工作；夜间或阴天可关闭外加磁场供应装置，热量将存储在蓄热主体中。利用热水等余热废热时，将热量供应装置置于蓄热装置一侧，与蓄热装置进行热量交换，并打开热量供应装置阀门或开关；蓄热开始时，首先开启外加磁场供应装置，则蓄热装置开始工作并蓄热。当需利用蓄热主体的热量时，可在蓄热主体的另侧接上冷源(如冷水箱)或事先安装好冷源；再开启外加磁场供应装置，则可使冷源加热(如使冷水箱的水加热)，继而被利用。也可使蓄热和利用热量同时进行。

Claims (5)

1.利用磁性流体及多孔介质蓄热装置，其特征在于，该装置主要由外加磁场供应装置、供应热量装置及蓄热主体组成；其中，供应热量装置与蓄热主体一侧接触，提供温差；蓄热主体设置在外加磁场供应装置之中，该装置的温度梯度递减方向和外加磁场方向相同且平行；蓄热主体为内部充满温度敏感性磁性流体和孔径均匀的多孔介质材料的腔体。
2.如权利要求1所述利用磁性流体及多孔介质蓄热装置，其特征在于，所述蓄热主体的腔的长度和宽度均在1mm-10m同量级范围内。
3.如权利要求1中所述利用磁性流体及多孔介质蓄热装置，其特征在于，所述供应热量装置为直接覆盖或涂抹在蓄热主体的上表面的太阳能吸收膜、太阳能吸收涂层或者与蓄热主体一侧表面进行换热的太阳能热水、工业废热的热量供应装置。
4.如权利要求1中所述利用磁性流体及多孔介质蓄热装置，其特征在于，所述蓄热主体方腔没有温差的两侧涂覆有隔热涂料层。
5.如权利要求1中所述利用磁性流体及多孔介质蓄热装置，其特征在于，所述多孔介质的孔隙率在0.2-0.8之间。 
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