CN212253775U - 一种磁流体旋转换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种磁流体旋转换热器，包括，外壳体，设置在所述外壳体外表面的磁性件，设置在所述外壳体内部的转子装配体，所述转子装配体中的转子上设置有多片转瓦，增加了换热面积，同时采用磁流体作为冷却液，在磁场的作用下磁流体具有热磁流动效应，从而实现换热装置换热率的提升。本实用新型的磁流体旋转换热器结构简单，设计紧凑，各部分相对独立，方便维护和检修；具有良好互换性、可以实现模块化、系列化和快速设计；对工作环境无特殊要求，能够适应各种特殊环境。

Description

一种磁流体旋转换热器

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，特别涉及一种磁流体旋转换热器。

背景技术

现有的换热器大多数都是在换热过程中不传输运动过程的，因而无法适用于旋转机械的换热。同时，现有技术的旋转换热器适用的换热介质多为气体，换热效率较低，在结构上也较为复杂，不利于系列化生产。

因而，现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种磁流体旋转换热器，旨在解决现有换热器结构复杂，换热效率低的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种磁流体旋转换热器，其中，包括：外壳体，设置在所述外壳体内部的转子装配体，设置在所述外壳体外表面的磁性件以及设置在所述外壳体两端的端盖；所述转子装配体包括第一转子及第二转子，所述第一转子与所述第二转子上分别设有用于磁流体进出所述转子装配体的第一通道，在所述第一通道一端设置有流道，在所述第一通道另一端设置有若干片转瓦，所述第一转子上的所述若干片转瓦与所述第二转子上的所述若干片转瓦嵌套连接。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，所述若干片转瓦呈圆环形排布在所述第一通道的周围。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，所述第一转子上的所述若干片转瓦呈多层圆环形排布在所述第一通道的周围，每层转瓦所在的圆环直径不同，且每层圆环上的转瓦高度沿中心向外逐级降低，任意两片相邻转瓦之间均留有过磁流体缝隙。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，所述第二转子上的所述若干片转瓦呈多层圆环形排布在所述第一通道的周围，每层转瓦所在的圆环直径不同，且每层圆环上的转瓦高度沿中心向外逐级升高，任意两片相邻转瓦之间均留有过磁流体缝隙。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，所述端盖靠近所述外壳体的端面上设置有第一凹槽，所述第一凹槽内设置有第一密封件。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，所述流道上设置有转动件，所述端盖上设置有容纳所述转动件的第二凹槽。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，所述第二凹槽内还设置有第三凹槽，所述第三凹槽内设置有第二密封件。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，还包括，设置在所述磁性件与所述外壳体之间的加热层以及设置在所述磁性件外表面的隔热层。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，所述磁性件为磁铁或磁场线圈。

可选地，所述的磁流体旋转换热器，其中，所述磁流体中含有导热颗粒。

有益效果：本实用新型所提供的一种磁流体旋转换热器，包括，外壳体，设置在外壳体上的磁性件，设置在所述外壳体内部的转子装配体，所述转子装配体中的转子上设置有多片转瓦，增加了换热面积。磁性件可以为转子装配体提供一个稳定的磁场环境，在磁场的作用下磁流体自身产生的热磁流动效应，从而实现换热装置换热率的提升。本实用新型所提供的磁流体旋转换热器结构简单，设计紧凑，各部分相对独立，方便维护和检修；具有良好互换性、可以实现模块化、系列化和快速设计；对工作环境无特殊要求，能够适应各种特殊环境。

附图说明

图1为本实用新型所提供的磁流体旋转换热器的立体图。

图2为本实用新型所提供的磁流体旋转换热器的四分之一旋转剖视图。

图3为本实用新型所提供的磁流体旋转换热器的一种转子装配体剖视图。

图4为本实用新型所提供的磁流体旋转换热器的爆炸图。

图5为本实用新型所提供的磁流体旋转换热器的另一种转子装配体剖视图。

图6为第一转子的一种结构示意图。

图7为第二转子的一种结构示意图。

图8为第一转子第一视角结构示意图。

图9为本实用新型所提供的磁流体旋转换热器的端盖剖视图。

具体实施方式

本实用新型提供一种磁流体旋转换热器。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施方式对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本实用新型所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-5所示，磁流体旋转换热器1，包括包括外壳体10，设置在所述外壳体10内部的转子装配体20，设置在所述外壳体10外表面的磁性件11以及设置在所述外壳体10两端的端盖30(31)；所述转子装配体20包括第一转子21及第二转子22，所述第一转子21与所述第二转子22上分别设有用于磁流体进出所述转子装配体的第一通道211，在所述第一通道211一端设置有流道230(240)，在所述第一通道211另一端设置有若干片转瓦270(280)，所述第一转子21上的所述若干片转瓦270与所述第二转子22上的所述若干片转瓦280嵌套连接。

在本实施例中，以磁流体作为换热过程中的热量交换介质，所述磁流体在所述磁性件所提供的磁场作用下产生热磁流动效应，使得磁流体流经所述转瓦时，吸收转瓦上的热量变成高温磁流体，流出磁流体旋转换热器1，实现换热。由于磁流体在吸收热量时，并不影响转子的相互转动，从而可实现在旋转过程中进行换热。

进一步，可以在磁流体旋转换热器1旁边设置冷却装置，通过冷却管路将磁流体旋转换热器1与冷却装置相连接。将流出磁流体旋转换热器1的高温磁流体通过冷却装置进行冷却，冷却后的磁流体再次流入磁流体旋转换热器1进行循环。

在本实施例中，所述磁流体包括，纳米四氧化三铁颗粒以及基载液，所述基载液为去离子水、煤油、机油、磷酸盐溶液和氟醚油等。其中，纳米四氧化三铁颗粒主要通过固相反应法或化学共沉淀方法制备得到，将制得的纳米四氧化三铁颗粒通过分散剂分散到去离子水、煤油、机油、磷酸盐溶液和氟醚油中得到磁流体。

在一种或多种实施方式中，所述磁流体中还分散有高导热颗粒，所述高导热颗粒在磁场作用下可通过磁自组装在流道内形成类似于翅片的链状结构，所述形成链状结构的高导热颗粒分散在磁流体中可有效提升磁流体的导热效率。在本实施例中，通过调节磁场的强度大小，可以调节由所述高导热颗粒通过磁自组装形成的所述链状结构的长度。所述导热颗粒的材料为金刚石、铝、石墨和石墨烯等具有高导热率的材料。

在一种或多种实施方式中，如图2所示，在所述磁性件11的外表设置有隔热层13，在所述外壳体10与所述磁性件11之间的加热层12。

具体地，加热层12上的热量通过外壳体10传导到转子装配体20的内部。所述隔热层13用于阻隔加热层12上的热量向外传导，所述加热层12在轴向上的长度小于所述外壳体10的轴向上的长度，所述外壳体10在轴向上的长度小于所述隔热层13在轴向上的长度。所述磁性件11为环形磁铁或缠绕在所述加热层12外表面上的磁场线圈。用于提供一个沿磁流体流动方向上的磁场。

现以加热为例，对磁流体旋转换热器换热过程进行解释。假设转子装配体20中的第一转子21为高温端(热源)，第二转子22为低温端，利用第一转子21为第二转子22加热。通过加热层12给转子装配体20加热，通过流道230将含有磁流体注入到转子装配体20中，第一转子21旋转磁流体在转瓦间隙中流动。此时，第一转子21和第二转子22可以发生相互的转动，在外磁场的作用下磁流体产生热磁效应，将热量由第一转子21输送到第二转子22，从而实现加热。

在一种或多种实施方式中，结合图6和7，所述转子装配体20包括第一转子21、第二转子22，所述第一转子21与第二转子22各自包括转子本体210，所述转子本体210的一侧面的周围设置有侧壁2101，在所述转子本体210的中间位置设置有第一通道211，所述第一通道211，可以是圆形通孔或方形通孔。通常情况下，所述转子本体210为圆形，所述侧壁2101为圆筒形。在所述第一通道211的一端设置有用于磁流体流通的流道230(240)，在所述流道230(240)的外表面套设有转动件250(260)，所述转动件可以是轴承，亦可以是能够实现转动的其他部件。所述转动件250(260)套设在所述流道230(240)上，且与所述转子本体210接触。其中，所述流道可以是圆管状。

在本实施例中，所述第一转子21与第二转子22还包括设置在所述第一通道211另一端的若干片转瓦270(280)，也就是说所述若干片转瓦270(280)设置在所述侧壁2101的内部。

在本实施例中，第一转子21及第二转子22的材质为高导热材料。为了实现转子的高导热性，还可以在转子的表面设置高导热材料涂层或镀层。其中所涉及到的高导热材料的涂层或镀层的制备为现有技术，在此不再赘述。

在一些实施方式中，所述第一转子21上的所述若干片转瓦270呈多层圆环形排布在所述第一通道211的周围，每层转瓦所在的圆环直径不同，且每层圆环上的转瓦高度沿中心向外逐级降低，任意两片相邻转瓦之间均留有过冷却液缝隙。

具体地，所述若干片转瓦270以第一通道211的中心为圆心，呈多层圆环状排布在第一通道211的周围，即在第一通道211的周围形呈多个圆环，每个圆环的直径不同，圆环与圆环之间的距离相同，当然也可以不同。位于同一个圆环上的转瓦宽度和高度均相同。从内层到外层转瓦的宽度是逐渐变化的(如逐渐变宽)，而高度是逐渐降低的。

在本实施例中，所述第二转子22上的所述若干片转瓦280呈多层圆环形排布在所述第一通道(因视角关系图中未示出)的周围，每层转瓦所在的圆环直径不同，且每层圆环上的转瓦高度沿中心向外逐级升高，任意两片相邻转瓦之间均留有过冷却液缝隙。

具体地，所述若干片转瓦280以第一通道221的中心为圆心，呈多层圆环状排布在第一通道221的周围，即在第一通道221的周围形呈多个圆环，每个圆环的直径不同，圆环与圆环之间的距离相同，当然也可以不同。位于同一个圆环上的转瓦宽度和高度均相同。从内层到外层转瓦的宽度是逐渐变化的(如逐渐变宽)，而高度是逐渐升高的。由于第一转子21上的转瓦270的高度变化趋势与第二转子22上的转瓦280的高度变化趋势相反，则第一转子21与第二转子22相配合时，转瓦270的局部是位于转瓦280所形成的圆环形的内部。

在一些实施方式中，所述第一转子21(22)上的所述若干片转瓦270(280)呈多层圆环形排布在所述第一通道211的周围，每层转瓦所在的圆环直径不同，且每层圆环上的转瓦高度沿中心向外均相同，任意两片相邻转瓦之间均留有过冷却液缝隙。当第一转子21与第二转子22相配合时，转瓦270嵌入到转瓦280之间的空隙内，同时转瓦280嵌入到转瓦270之间的空隙内，从图4中可以看出，转瓦270(280)成层叠状。

在一些实施方式中，结合图8，所述若干片转瓦270(280)呈圆环形排布在所述第一通道211的周围。作为举例，假如有n片转瓦，可以将该n片转瓦以第一通道211的圆心为圆心，从内向外一圈一圈将n片转瓦排列在第一通道211的周围。从内向外转瓦的宽度逐渐增大。

进一步，还可以对转子本体210进行分区，例如可将转子本体210底部分成2个区域，3个区域，4个区域，5个区域，6个区域等。以分成6个区域为例，例如将转子本体210底部均匀分成6个扇形区域，标记为A1、A2、A3、A4、A5、A6，每个扇形区域内设置5片转瓦，5片转瓦从内向外依次排列，位于相同半径内的瓦片的宽度以及高度是相同的，当然也可以设置为不同。例如，可以将位于相同半径内的转瓦的宽度按照一定的比例进行缩小或者增加，高度也可以做相同的调整。A1-A6区域之间都留有一定的距离，每个区域中的两个相邻转瓦之间也留有空隙，冷却液可以在其间通过。

在本实施例中，结合图9，所述端盖30(31)通常为圆形，所用材质为非磁性材料，在所述端盖30(31)的中部设置有第二通道310，所述第二通道310的形状与所述流道230(240)的形状相适配，因流道230(240)为圆形，所以第二通道310的形状为圆形。装配时，将端盖30(31)穿过流道230(240)，使端盖紧贴在外壳的端部，对外壳11进行封堵，防止转子装配体20内部的冷却液外泄。通常为了获得更好的密封效果，可在端盖30(31)的外边缘内侧靠近外壳体10开口处的端面上开设第一凹槽330，在所述第一凹槽330内设置第一磁性密封件331(341)所述第一磁性密封件331(341)为磁性密封圈。磁性密封圈的常用材料有铷铁硼永磁铁、铁氧体永磁铁。主要是利用了磁流体在磁场作用下的磁粘性增大的特性来进行密封。

进一步，在所述第二通道310所在的靠近所述外壳体10的端面上设置有容纳所述转动件250(260)的第二凹槽350，为了防止冷却液从第二通道310发生外泄，在所述第二凹槽350内开设第三凹槽370，所述第三凹槽370内设置有第二磁性密封件371(381)。所述第二磁性密封件371(381)为磁性密封圈。磁性密封圈的常用材料有铷铁硼永磁铁、铁氧体永磁铁。主要是利用了磁流体在磁场作用下的磁粘性增大的特性来进行密封。

作为举例，本实用新型所提供的磁流体旋转换热器，可用于将机械转动中所产生的热量输运到外部，从而实现冷却效果。

具体地，将磁流体冷却液通过流道注入到转子装配体内，转子装配体旋转，磁流体冷却液在径向磁场的作用下转瓦之间的间隙中流动，在磁场的作用下磁流体自身产生的热磁流动效应，从而实现换热装置换热率的提升，随着转子的转动发生旋转，在旋转的过程中吸收热量，从而实现冷却效果。可以理解的是在进行降温时，加热层是不工作的。

综上所述，本实用新型所提供的一种磁流体旋转换热器，包括：外壳体，设置在所述外壳外表面的加热层、设置在所述加热层表面上的磁性件以及设置在所述磁性件外表面的隔热层；转子装配体，所述转子装配体设置在所述外壳的内部，所述转子装配体包括第一转子、第二转子，所述第一转子与所述第二转子相对设置；所述第一转子与第二转子各自包括，转子本体，所述转子本体的中部开有第一通道，设置在所述第一通道一端的流道，套设在所述流道上的转动件以及设置在所述第一通道另一端的若干片转瓦；以及分别设置在所述外壳两端的端盖，所述端盖上设有第二通道，所述流道穿过所述第二通道外露在所述端盖外侧，通过所述端盖对所述外壳进行封堵。外壳体中的磁性件可以提供一个稳定的磁场环境，设置在所述外壳体内部的转子装配体，所述转子装配体中的转子上设置有多片转瓦，增加了换热面积，在磁场的作用下磁流体自身产生的热磁流动效应，从而实现换热装置换热率的提升。本实用新型所提供的磁流体旋转换热器结构简单，设计紧凑，各部分相对独立，方便维护和检修；具有良好互换性、可以实现模块化、系列化和快速设计；对工作环境无特殊要求，能够适应各种特殊环境。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁流体旋转换热器，其特征在于，包括外壳体，设置在所述外壳体内部的转子装配体，设置在所述外壳体外表面的磁性件以及设置在所述外壳体两端的端盖；所述转子装配体包括第一转子及第二转子，所述第一转子与所述第二转子上分别设有用于磁流体进出所述转子装配体的第一通道，在所述第一通道一端设置有流道，在所述第一通道另一端设置有若干片转瓦，所述第一转子上的所述若干片转瓦与所述第二转子上的所述若干片转瓦嵌套连接。

2.根据权利要求1所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，所述若干片转瓦呈圆环形排布在所述第一通道的周围。

3.根据权利要求2所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，所述第一转子上的所述若干片转瓦呈多层圆环形排布在所述第一通道的周围，每层转瓦所在的圆环直径不同，且每层圆环上的转瓦高度沿中心向外逐级降低，任意两片相邻转瓦之间均留有过磁流体缝隙。

4.根据权利要求3所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，所述第二转子上的所述若干片转瓦呈多层圆环形排布在所述第一通道的周围，每层转瓦所在的圆环直径不同，且每层圆环上的转瓦高度沿中心向外逐级升高，任意两片相邻转瓦之间均留有过磁流体缝隙。

5.根据权利要求1-4任一所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，所述端盖靠近所述外壳体的端面上设置有第一凹槽，所述第一凹槽内设置有第一密封件。

6.根据权利要求1所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，所述流道上设置有转动件，所述端盖上设置有容纳所述转动件的第二凹槽。

7.根据权利要求6所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，所述第二凹槽内还设置有第三凹槽，所述第三凹槽内设置有第二密封件。

8.根据权利要求1所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，还包括，设置在所述磁性件与所述外壳体之间的加热层以及设置在所述磁性件外表面的隔热层。

9.根据权利要求1所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，所述磁性件为磁铁或磁场线圈。

10.根据权利要求5所述的磁流体旋转换热器，其特征在于，所述第一密封件为磁性密封件。

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