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专利号: 2022107323681
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种不规则雪花式翅片相变蓄热装置,其特征在于:包括HTF流道(1)、蓄热装置内管壳体(2)、不规则雪花状结构翅片(3)、PCM蓄热材料(4)和蓄热装置外壳(5),所述蓄热装置内管壳体(2)中空形成HTF流道(1),外部连接有不规则雪花状结构翅片(3),所述不规则雪花状结构翅片(3)外侧套有蓄热装置外壳(5),不规则雪花状结构翅片(3)和蓄热装置外壳(5)形成的空隙里填充PCM蓄热材料(4),HTF的热量通过不规则雪花状结构翅片(3)快速传递给PCM蓄热材料(4),PCM蓄热材料(4)熔化,利用相变潜热储存热能,之后再利用储存的热能进行后序换热。

2.根据权利要求1所述的不规则雪花式翅片相变蓄热装置,其特征在于:所述不规则雪花状结构翅片(3)共有8块纵向翅片,根据PCM蓄热材料(4)熔化时自然对流的性质,利用翅片分布角度α对LHTES的下部区域进行合理加密,通过单因素优化法得到LHTES各项热力学指标最优时的最佳翅片分布角α。

3.根据权利要求2所述的不规则雪花式翅片相变蓄热装置,其特征在于:利用响应面法对分布角度为α的最优外形不规则雪花翅片状的套管进行翅片几何尺寸优化,得到LHTES各项热力学指标最优时的翅片长度H,翅片厚度m,翅片分叉角度θ,进而得到蓄热量公式和熔化时间公式:

2 2

蓄热量=725.63+2.12H‑18.46m‑0.5955θ‑4.56Hm‑1.74Hθ+0.7162mθ+7.42H +5.43m +2

5.01θ

2 2

熔化时间=195.5‑47.01H‑18.93m+12.04θ+15.33Hm+1.9Hθ‑3.88mθ+21.9H +8.92m +2

8.35θ。

4.根据权利要求1所述的不规则雪花式翅片相变蓄热装置,其特征在于:所述相变潜热储存能量的评价模型如下:用熔化率f表示已熔化的PCM体积占总PCM体积的比例

式中vPCM为PCM总体积,λ为PCM在不同阶段的液相率,A为PCM底面面积;

储热单元的理论储热总量QPCM包括PCM和壳体储热量,由于壳体所占的比例很小可以忽略不计,根据PCM的熔化特性,储热量分为固态显热、潜热和液态显热储热量三部分,可以表示为:QPCM=mpcm[CP,S(Tm‑Tini)+ΔH+CP,l(Th‑Tm)]其中:Tini、Tm和Th分别为初始温度、相变温度和加热温度,mpcm为相变材料量,CP,S和CP,l为分别为固相和液相的比热,ΔH为潜热焓。

5.根据权利要求1所述的不规则雪花式翅片相变蓄热装置,其特征在于:所述PCM蓄热材料(4)为结晶水合盐类、石蜡或脂肪酸类相变材料。

6.根据权利要求1所述的不规则雪花式翅片相变蓄热装置,其特征在于:所述蓄热装置外壳(5)套有导热系数较低的保温材料。

7.根据权利要求1所述的不规则雪花式翅片相变蓄热装置,其特征在于:所述蓄热装置内管壳体(2)和蓄热装置外壳(5)两端设有密封盖板,密封盖板与蓄热装置内管壳体(2)和蓄热装置外壳(5)之间设有密封圈。