[发明专利]一种具有圆锥螺旋盘管结构的管壳式相变蓄热装置

权利要求书

1.一种具有圆锥螺旋盘管结构的管壳式相变蓄热装置，包括相变蓄热装置外壳和设置在相变蓄热装置外壳内的换热管组，相变蓄热材料；其特征在于，所述换热管组包括一组进口总管、一组出口总管及多组圆锥螺旋盘管；所述圆锥螺旋盘管为管中心线在圆锥面上自外向内逐圈旋转的盘管结构，圆锥螺旋盘管间保持等间距同轴布置；圆锥螺旋盘管的弯曲半径逐渐减小，以提高流体的湍流度；所述装置的关键参数确定方法，包括以下步骤：

步骤1、计算相变蓄热装置内流体传热系数h_liq、换热管壁传热系数h_pip及相变蓄热材料传热系数h_PCM；

步骤2、计算不同弯曲半径盘管的传热系数h(r)：

其中r为盘管弯曲半径；n为盘管修正系数；

步骤3、基于蓄热功率需要及圆锥螺旋形状需要，建立了下述方程以确定不同弯曲半径盘管的长度l(r)并建立相应的圆锥螺旋盘管结构；

其中q为蓄热功率，dT为输入流体与相变蓄热材料间的温差，d₂为换热管外径。

2.根据权利要求1所述的具有圆锥螺旋盘管结构的管壳式相变蓄热装置，其特征在于，步骤1流体传热系数h_liq、换热管壁传热系数h_pip及相变蓄热材料传热系数h_PCM分别为：

其中d₁、e分别为换热管内径及相变蓄热材料层厚度；μ_liq、c_liq、v_liq、ρ_liq分别为流体动力粘度、等压比热容、线流速及密度；λ_liq、λ_pip、λ_PCM分别为流体、换热管及相变蓄热材料的导热系数。

3.根据权利要求1所述的具有圆锥螺旋盘管结构的管壳式相变蓄热装置，其特征在于，换热管组及相变蓄热装置外壳为铝、铜或不锈钢。

4.根据权利要求1所述的具有圆锥螺旋盘管结构的管壳式相变蓄热装置，其特征在于，所述相变蓄热材料为石蜡、脂肪酸或熔盐。

5.根据权利要求1所述的具有圆锥螺旋盘管结构的管壳式相变蓄热装置，其特征在于，所述多组圆锥螺旋盘管结构上为嵌套关系。