[發明專利]不規則雪花式翅片相變蓄熱裝置

在審

• 申請號: 202210732368.1
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115289889A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 杜軍;任繁;鄭詩雨;褚緒;邵震宇;余夏欣
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02;F28F1/40
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種不規則雪花式翅片相變蓄熱裝置，其特征在于：包括HTF流道(1)、蓄熱裝置內管殼體(2)、不規則雪花狀結構翅片(3)、PCM蓄熱材料(4)和蓄熱裝置外殼(5)，所述蓄熱裝置內管殼體(2)中空形成HTF流道(1)，外部連接有不規則雪花狀結構翅片(3)，所述不規則雪花狀結構翅片(3)外側套有蓄熱裝置外殼(5)，不規則雪花狀結構翅片(3)和蓄熱裝置外殼(5)形成的空隙里填充PCM蓄熱材料(4)，HTF的熱量通過不規則雪花狀結構翅片(3)快速傳遞給PCM蓄熱材料(4)，PCM蓄熱材料(4)熔化，利用相變潛熱儲存熱能，之后再利用儲存的熱能進行后序換熱。

2.根據權利要求1所述的不規則雪花式翅片相變蓄熱裝置，其特征在于：所述不規則雪花狀結構翅片(3)共有8塊縱向翅片，根據PCM蓄熱材料(4)熔化時自然對流的性質，利用翅片分布角度α對LHTES的下部區域進行合理加密，通過單因素優化法得到LHTES各項熱力學指標最優時的最佳翅片分布角α。

3.根據權利要求2所述的不規則雪花式翅片相變蓄熱裝置，其特征在于：利用響應面法對分布角度為α的最優外形不規則雪花翅片狀的套管進行翅片幾何尺寸優化，得到LHTES各項熱力學指標最優時的翅片長度H，翅片厚度m，翅片分叉角度θ，進而得到蓄熱量公式和熔化時間公式：

蓄熱量＝725.63+2.12H-18.46m-0.5955θ-4.56Hm-1.74Hθ+0.7162mθ+7.42H²+5.43m²+5.01θ²

熔化時間＝195.5-47.01H-18.93m+12.04θ+15.33Hm+1.9Hθ-3.88mθ+21.9H²+8.92m²+8.35θ²。

4.根據權利要求1所述的不規則雪花式翅片相變蓄熱裝置，其特征在于：所述相變潛熱儲存能量的評價模型如下：

用熔化率f表示已熔化的PCM體積占總PCM體積的比例

式中v_PCM為PCM總體積，λ為PCM在不同階段的液相率，A為PCM底面面積；

儲熱單元的理論儲熱總量Q_PCM包括PCM和殼體儲熱量，由于殼體所占的比例很小可以忽略不計，根據PCM的熔化特性，儲熱量分為固態顯熱、潛熱和液態顯熱儲熱量三部分，可以表示為：

Q_PCM＝m_pcm[C_P，S(T_m-T_ini)+ΔH+C_P，l(T_h-T_m)]

其中：T_ini、T_m和T_h分別為初始溫度、相變溫度和加熱溫度，m_pcm為相變材料量，C_P，S和C_P，l為分別為固相和液相的比熱，ΔH為潛熱焓。

5.根據權利要求1所述的不規則雪花式翅片相變蓄熱裝置，其特征在于：所述PCM蓄熱材料(4)為結晶水合鹽類、石蠟或脂肪酸類相變材料。

6.根據權利要求1所述的不規則雪花式翅片相變蓄熱裝置，其特征在于：所述蓄熱裝置外殼(5)套有導熱系數較低的保溫材料。

7.根據權利要求1所述的不規則雪花式翅片相變蓄熱裝置，其特征在于：所述蓄熱裝置內管殼體(2)和蓄熱裝置外殼(5)兩端設有密封蓋板，密封蓋板與蓄熱裝置內管殼體(2)和蓄熱裝置外殼(5)之間設有密封圈。