[发明专利]正弦波纹三套管相变蓄热装置

权利要求书

1.一种正弦波纹三套管相变蓄热装置，其特征在于：包括外套管壳体(3)、中间套管壳体(4)以及内管壳体(5)，所述内管壳体(5)和中间套管壳体(4)基于正弦函数外形设置，外套管壳体(3)和中间套管壳体(4)之间存放PCM蓄热材料(1)，内管里存放PCM蓄热材料(1)，中间套管壳体(4)和内管壳体(5)之间形成HTF流道(2)，HTF通过所述HTF流道(2)将热量传递给两侧的PCM蓄热材料(1)，PCM蓄热材料(1)熔化，利用相变潜热储存能量，需要时再释放。

2.根据权利要求1所述的正弦波纹三套管相变蓄热装置，其特征在于：所述内管壳体(5)和中间套管壳体(4)基于正弦函数外形设置，波形满足：

其中a为波纹的波峰高，S为正弦波纹管的周期，；b为波纹沿水平轴的平移距离，假设波纹起始点为原点，则b＝0。

3.根据权利要求1所述的正弦波纹三套管相变蓄热装置，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，

其中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储热量和壳体储热量，由于壳体所占的比例很小忽略不计，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，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；

平均热流密度q是充热过程中单位时间内管道单位面积的换热量，表示为：

其中t_z为充热时间，A_tube和A_fin分别为管道与PCM接触表面积和肋片面积；

管道阻力系数公式为：

其中d为管道当量直径，l为管长，ΔP为管道的进出口压差，ρ为流体密度。

正弦管道长度公式为：

其中a为波纹的波峰高，S为正弦波纹管的周期，；b为波纹沿水平轴的平移距离，假设波纹起始点为原点，则b＝0。

4.根据权利要求1所述的正弦波纹三套管相变蓄热装置，其特征在于：所述PCM蓄热材料(1)为结晶水合盐类、石蜡或脂肪酸类相变材料。

5.根据权利要求1所述的正弦波纹三套管相变蓄热装置，其特征在于：所述外套管壳体(3)外圈包裹有保温材料。

6.根据权利要求1所述的正弦波纹三套管相变蓄热装置，其特征在于：所述HTF流道(2)两端设置有密封盖板，所述密封盖板与中间套管壳体(4)、内管壳体(5)之间通过密封圈密封。