一种基于磁流变效应的风力致热装置及其致热方法与流程

本发明涉及一种风力致热装置，尤其是一种基于磁流变效应的风力致热装置及其致热方法。

背景技术

在纬度较高的地区，秋、冬、初春季节的风能资源比较丰富，把风能转化成热能，应用于室内采暖，畜禽舍、温室、水产品养殖室的加温，挤奶设备的清洗和消毒，农产品的干燥等场合，有助于节省常规能源消耗，是解决生产、生活用能不足的有效途径之一。

近35年来，日本、美国、荷兰、英国、丹麦、德国、芬兰等国家先后开展了风力致热的研究，有些风力致热技术已进入实用阶段。国内，中国农业大学、西安交通大学、沈阳工业大学、上海电力学院、中国农业机械化科学研究院等单位，先后开展了对风力致热的机理和装置的系列研究，并取得了相当的成果。由此可见，风力致热不仅是可行的，而且具有较高的实用价值。

将风能直接转化为热能的转化途径为“风能->机械能->热能”，该方式对风能的能量利用率较高、对风的质量要求不高、对风况变化的适应性较强，多数致热装置的结构简单、操作方便。属于直接转化方式的致热装置有搅拌液体致热器、油压阻尼孔致热器、固体摩擦式致热器等。由于致热机理的限制，导致现有致热装置的致热效率和致热速率难以进一步提升。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于磁流变效应的风力致热装置及其致热方法，通过磁流变技术的应用，实现机械能到热能的转化，进一步提升致热装置的致热效率和致热速率。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于磁流变效应的风力致热装置，包括传动轴、滚动轴承、轴承座、致热桶盖、致热桶体、换热部件、致热转子；

滚动轴承套装在传动轴上，实现对传动轴的轴向及周向的定位；

滚动轴承安装在轴承座内；

轴承座固连在致热桶盖上；

致热桶盖固连在致热桶体上，致热桶盖与致热桶体形成密闭的致热桶；

致热转子安装于传动轴上，并置于密闭致热桶内，由风能转化来的机械能驱动传动轴旋转，致热转子随传动轴一起回转；

换热部件安装在密闭致热桶的内壁或外壁上，将转化的热量及时转移；

所述基于磁流变效应的风力致热装置还包括电磁线圈和磁流变智能材料；

所述密闭致热桶内充满所述磁流变智能材料；

所述电磁线圈固连在密闭致热桶的外壁上；

在密闭致热桶外壁上布置一个或多个所述电磁线圈；

所述电磁线圈安装在所述致热桶盖及所述致热桶体的端面上；

所述电磁线圈或安装在所述致热桶体的柱面上；

基于磁流变效应的风力致热装置的致热方法：风力致热装置工作时，在所述电磁线圈中通入可控的励磁电流，则在电磁线圈周围产生外加磁场，在外加磁场作用下，所述磁流变智能材料的黏性、塑性等流变特性发生显著变化，磁流变智能材料由自由流动状态转变为半固体，其屈服应力依照励磁电流的强弱成比例地变化；

所述致热转子的回转运动受到所述磁流变智能材料的阻碍作用，进而将作用在传动轴上的机械能转化为热能；

通过改变电磁线圈中励磁电流的大小，实现对风力致热装置致热功率的控制，其控制范围为零到传动轴最大输入功率。

本发明的致热机理及工作过程：

风力致热装置中的磁流变智能材料可以是磁流体，也可以是磁流变液。从目前的技术指标看，磁流变液具有更大的适宜性。磁流变液在无磁场作用下，表现为一般流体的性质；当施加外加磁场时，磁流变液的流变学行为将随着外加磁场而变化，表现为屈服应力随外加磁场线性地增加，其变化特点是：变化速度快（10ms以内），变化过程可逆，变化范围宽。

磁流变液对磁场的反应是由于在外磁场下磁流变液中的悬浮颗粒的极化造成的。这些极化的偶极子的相互作用，使得颗粒形成了平行于外加磁场的柱型结构，这种链状结构阻止了流体的运动，因此使悬浮液的黏性增加。随着磁场的增加使这种链状结构发生屈服的机械能也增加，因此发生了屈服应力对场的依赖。

将由风能转化而来的机械能作用在传动轴上，传动轴将机械运动传递给致热转子，致热转子将在流动性良好、具有一定粘滞度的牛顿流体、即未受磁化的磁流变智能材料中回转，此时，致热转子所受阻力十分微小；电磁线圈中通入微弱电流，则在电磁线圈附近产生微弱的外加磁场；受外加磁场的作用，磁流变智能材料将由牛顿流体转变为粘塑性体，其屈服应力逐渐增强，旋转的致热转子将受到更大的阻碍作用，进而产生更多的热量，实现由机械能到热能的转化；当电磁线圈中的电流增大到某一阙值时，磁流变智能材料转化为固体，对致热转子起到刹车作用；当电磁线圈中的电流为零时，磁流变智能材料恢复为初始牛顿流体状态。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明应用磁流变效应实现机械能到热能的转化，属于一种符合全新致热机理的致热形式；通过改变电磁线圈中的励磁电流，线性地改变磁流变智能材料的屈服应力，使得风力致热装置的致热效率和致热速率易于控制、便于提高；当电磁线圈中的电流增大到某一阙值时，风力致热装置转变为制动器，可实现对整个风热系统的过速保护。

附图说明

图1是电磁线圈布置在致热桶端面时本发明的剖视图；图2是电磁线圈布置在致热桶柱面时本发明的剖视图；

其中，1：传动轴，2：滚动轴承，3：轴承座，4：致热桶盖，5：致热桶体，6：换热部件，7：致热转子，8：电磁线圈，9：磁流变智能材料。

具体实施方式

实施例1：

所述的基于磁流变效应的风力致热装置如图1所示，该结构中，致热转子7的端面为主要致热面，具体方案如下：由风能转化而来的机械能作用在传动轴1上，传动轴1带动致热转子7在磁流变智能材料9中回转，电磁线圈8安装于致热桶盖4和致热桶体5端面上，在电磁线圈8中通入微弱电流，则在电磁线圈8附近产生微弱的外加磁场，受外加磁场作用，磁流变智能材料9的屈服应力将依照励磁电流的强弱成比例地增加，旋转的致热转子7将受到更大的阻碍作用，进而产生更多的热量，实现由机械能到热能的转化，换热部件6及时地将转化来的热能传递出去；当电磁线圈8中的电流增大到某一阙值时，磁流变智能材料9转化为固体，对致热转子7起到刹车作用；当电磁线圈8中的电流为零时，磁流变智能材料9恢复为初始牛顿流体状态，对致热转子几乎没有阻碍作用。

实施例2：

所述的基于磁流变效应的风力致热装置如图2所示，该结构中，致热转子7的柱面为主要致热面，具体方案如下：由风能转化而来的机械能作用在传动轴1上，传动轴1带动致热转子7在磁流变智能材料9中回转，电磁线圈8安装于致热桶体5的圆柱面上，在电磁线圈8中通入微弱电流，则在电磁线圈8附近产生微弱的外加磁场，受外加磁场作用，磁流变智能材料9的屈服应力将依照励磁电流的强弱成比例地增加，旋转的致热转子7将受到更大的阻碍作用，进而产生更多的热量，实现由机械能到热能的转化，换热部件6及时地将转化来的热能传递出去；当电磁线圈8中的电流增大到某一阙值时，磁流变智能材料9转化为固体，对致热转子7起到刹车作用；当电磁线圈8中的电流为零时，磁流变智能材料9恢复为初始牛顿流体状态，对致热转子几乎没有阻碍作用。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。