[发明专利]不规则雪花式翅片相变蓄热装置

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：

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

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

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v_PCM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Q_PCM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：

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分别为初始温度、相变温度和加热温度，m_pcm为相变材料量，C_P，S和C_P，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。