串联筒式励磁磁力制热系统及其制热方法与流程

本发明涉及磁力制热技术领域，特别是属于一种串联筒式励磁磁力制热系统及其制热方法。

背景技术：

随着科学技术的发展，人类利用各种能量制热的方法越来越多，最常规的制热方法是将各种类型的燃料进行燃烧，通过燃料的燃烧将化学能转化为热能，是我们最传统，也是应用最广的制热方式。这种制热方式需要将燃料进行充分的燃烧来获得能量，然而，化学燃料作为一种非可再生资源，如此巨量的消耗已造成了全球性的能源危机。此外，化学染料在燃烧过程中所带来的污染问题也不容小觑，随着环保理念的深入，每年我们对于各类火电厂燃烧排放的污染治理成本也是逐年递增。

人们在不断探索新能源对于传统能源的替代方法，包括风能，太阳能，水能，潮汐能，核能等等。新能源的开发与利用可以有效降低人们对于传统化学能源的依赖，降低环境污染危害。

以风力发电系统为例，传统的风力发电设备是将风能转化为机械能之后再转化为电能。在这个能量转化的过程中，除去最前一级中风机对自然界风能的捕获效率。从风机叶轮的输出轴开始，到最终并联入网的输出端结束。整个风力发电系统效率视发电机输出功率不同，大体约为60％～85％左右。此外，由于自然界风能的产生并不稳定，风力发电系统的发电功率在短时间范围内常有较大幅度的变化，往往不能满足并网要求。因此，大量的风力发电设备投运后不能有效获得相应的经济回报，造成了巨大的经济损失。

技术实现要素：

本发明的目的即在于提供一种串联筒式励磁磁力制热系统及其制热方法，以达到提高热能转化效率以及使用效率的目的。

本发明所提供的串联筒式励磁磁力制热系统，其特征在于，包括外部系统输入轴、增速器、磁热系统主轴、蓄能池以及励磁控制器，外部系统输入轴与增速器连接，增速器包括第一高速输出轴和第二高速输出轴，第一高速输出轴连接有永磁发电机，第二高速输出轴与磁热系统主轴连接，磁热系统主轴上设置有多个励磁单元，励磁单元包括固定于磁热系统主轴上的励磁转子以及与之配套的磁热筒组件，磁热筒组件固定在系统底座上，励磁转子上的励磁线圈与磁热系统主轴上的电刷相连接，其中，励磁转子与磁热筒组件之间具有有效距离间隙；所述的永磁发电机、电刷分别与励磁控制器相连接；磁热筒组件通过循环水管路与蓄能池连接。

进一步的，励磁转子与磁热筒组件之间具有4-6毫米间隙。

进一步的，磁热筒组件包括导体筒和导流筒，导流筒内设有导流片，导体筒与导流筒采用不同材料焊接、螺栓连接或过盈配合连接，或采用同一材料加工成型，其中，每个励磁单元中的导流筒设有进液口和出液口。

进一步的，在磁热系统主轴上还设置有测速传感器，测速传感器与励磁控制器相连接。

进一步的，在循环水管路上设置有节流阀。

进一步的，蓄能池及循环水管路的外表面均包裹有隔热材料。

本发明所提供的串联筒式励磁磁力制热系统的制热方法，其特征在于，包括以下实现过程：

外部扭矩输入增速器后，增速器的第一高速输出轴带动永磁发电机转动，永磁发电机输出电能，通过励磁控制器将电能通过电刷输入给励磁转子，为励磁转子上的励磁线圈供电，励磁线圈得电产生磁场；增速器的第二高速输出轴带动磁热系统主轴转动，励磁转子与磁热筒组件产生相对运动，磁热筒组件的导体筒上产生热量，冷却液自蓄能池流经磁热筒组件的导流筒，导体筒上产生的热量传递给导流筒内的冷却液，在循环水泵的作用下，回流至蓄能池中，以此循环，实现整个系统的热量收集和存储。

本发明所提供的串联筒式励磁磁力制热系统及其制热方法，能够通过外部系统输入轴将系统外部输入的能量转化为机械能，并通过增速器增速后以高转速形式输入给永磁发电机和磁热系统主轴。永磁发电机将机械能转化为电能之后，通过励磁控制器将电能通过电刷输入给励磁转子，使励磁转子通电产生励磁磁场，并在磁热系统主轴的驱动下，带动多个励磁单元中的励磁转子一起旋转，使各个励磁转子与其对应的磁热筒组件发生相对运动，进而在磁热筒组件内的导体筒上产生电涡流，从而产生热量，流经导流筒内的冷却液将所产生的热量带走，并在循环水泵的作用下，通过循环水管路存储在蓄能池中。相较于传统的风力发电设备、水利发电设备或太阳能发电设备，本发明取消了在机械能转化为电能的过程中所必须的整流逆变环节；在热能转化效率上，整个系统相比传统机械能转化为电能后再转化为热能的方式高出约15％～30％的效率；相比电能的高昂存储成本，本系统可以将热能以极低的成本进行大量的储存，避免了譬如风力发电过程中因电能不具备并网要求而导致的大量能量浪费，提高了使用效率。综上所述，本发明具有提高热能转换效率以及使用效率的积极效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明励磁单元的结构示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明所提供的串联筒式励磁磁力制热系统，主要由外部系统输入轴1、增速器2、永磁发电机3、励磁控制器4、联轴器5、磁热筒组件6、电刷7、励磁转子8、节流阀9、测速传感器10、磁热系统主轴12、蓄能池13、循环水泵14和循环水管路15组成。

在磁热系统主轴上设置有多个励磁单元。每个励磁单元是由固定在主轴上的励磁转子以及与之配套的磁热筒组件构成的，其中，磁热筒组件固定安装在系统底座上，励磁转子上的励磁线圈与磁热系统主轴上的电刷相连接，具体地，励磁转子通过键12.1固定在磁热系统主轴上，励磁转子上设置有若干励磁线圈8.2，励磁线圈通过电刷与磁热系统主轴连接，并通过电刷与励磁控制器连接，励磁控制器输出电能，为电励磁盘上的励磁线圈供电，在励磁线圈上产生励磁磁场。磁热筒组件包括导体筒6.2和导流筒6.1，导流筒内设有导流片6.5，用于降低冷却液在导流筒内的流动阻力。其中，导体筒与导流筒采用不同材料焊接、螺栓连接或过盈配合连接，或采用同一材料加工成型。每个励磁单元中的导流筒还设有一个进液口6.3和一个出液口6.4。自蓄能池的冷却液从进液口流入磁热筒组件内的导流筒内，与发热的导体筒进行热交换，带走热量，在导流片的导流作用下，冷却液以较低的阻力均匀流经整个导流筒后，再从出液口流出，进入循环水管路中，在循环水泵的作用下，最终回流到蓄能池中，完成整个系统的热量收集和存储过程。

系统外部的机械能通过与增速器相连接的外部系统输入轴，输入本系统中。具体地，增速器有两个高速输出轴，包括第一高速输出轴2.1和第二高速输出轴2.2。外部系统输入轴可以使用风机系统或水利系统作为系统外部机械能的输入来源，也可以使用任何其他形式的外部能量所转化的机械能作为能量输入来源。其中，第一高速输出轴与永磁发电机连接，通过永磁发电机将机械能转化为电能，永磁发电机在第一高速输出轴的驱动下转动产生电能，并供给励磁控制器。上述励磁控制器内设有整理逆变及功率控制等模块，可将永磁发电机产生的电能转变为功率可控且稳定的直流或交流电。增速器的第二高速输出轴与磁热系统主轴通过联轴器连接，磁热系统主轴在第二高速输出轴的驱动下旋转，并带动励磁转子旋转，进而使得励磁转子与磁热筒组件发生相对运动。当励磁转子与磁热筒组件发生相对运动之后，磁热筒组件的导体筒上产生电涡流，进而产生热量。热量传导给导流筒内的冷却液，在循环水泵的作用下，通过循环水管路带走，最终回流到蓄能池中，完成整个系统的热量收集和存储过程。在本实施例中，在循环水管路上还设有节流阀，通过控制不同管路内的流量，并配合励磁控制器对不同励磁转子所产生的电磁场控制，调整系统内循环水量的大小，进而实现精确的冷却液温度控制，同时，也能够更好地匹配外部系统输入轴输入的扭矩。

另外，在磁热系统主轴上还设置有测速传感器，测速传感器与励磁控制器相连接。励磁控制器在得到永磁发电机发出的电能后，根据测速传感器测得的磁热系统主轴转速，按照预先设计的控制程序对励磁转子单独供电，提供对应条件下的设定电流值给励磁线圈，精确控制制热系统负载大小，匹配外部能量输入，以确保系统可以始终在最佳能效曲线附近工作，优选地，上述测速传感器可以采用编码器或霍尔传感器。

在蓄能池及循环水管路的外表面，均包裹有隔热材料，有利于降低整个系统在冷却液循环和热能存储过程中的热量损耗，从而提高系统的集能效率。

本发明通过增速器两输出轴的设计，使增速器与永磁发电机连接的输出轴为独立输出轴，即本系统中与永磁发电机相连接的第一高速输出轴的输出速度是可以在设计增速器的时候进行优化的，这样就能够实现更高转速的输出，有利于永磁发电机发电。本发明通过多组励磁单元的设计，有效解决了当系统功率达到一定程度的时候，受到系统结构设计的限制(空间，直径，里磁盘旋转线速度，机舱高度等)，冷却液无法通过一组磁热筒组件进行有效的散热的问题。通过本发明的多组励磁单元的设置，通过串联磁热筒组件的方式来增加磁热筒组件的数量，等效于增加散热系统中冷却液的流量，就能够提高系统的散热效率。除此之外，在需要采用锅炉燃烧制热的系统中，本发明也可以作为锅炉供水的前端，提高锅炉系统的供水温度。从而降低锅炉对燃料的需求，节约了使用成本，降低了锅炉排放，保护了环境。