超临界二氧化碳换热器应用

当温度和压力达到临界点时，二氧化碳就进入了临界状态，超临界状态下的二氧化碳出现为一种即非气体又非
液体的状态。超临界二氧化碳具有特殊性质：粘度低、密度高，对高聚物具有很强的溶胀和扩散能力，安全非易燃
易爆，无毒无腐蚀性。超临界二氧化碳的特殊性质直接促成它在各个领域中广泛使用，其在能源领域获得很好的应
用效果。 
作为环境友好型工质，co2有着诱人的物理和输运特性，将超临界co2用于布雷顿循环发电系统，通过消耗较
低的压缩功，能够实现较高的系统热效率，在新一代核能、太阳能、地热、工业余热回收等领域具有极为广阔的应
用前景。超临界二氧化碳循环模式包括取热器、高温回热器、低温回热器、冷却器等换热器。换热器作为超临界二
氧化碳发电系统中的关键设备，是数量最多、体积最大、成本最高的设备，其综合性能对系统效率提升与安全稳定
运行至关重要。
2018年中国科学院工程热物理研究所承担的我国首座“双回路全温全压超临界二氧化碳换热器综合试验测试平
台”在廊坊中试基地建成。其高效紧凑印刷电路板式换热器可在极端环境下运行（温度高于900℃，压力高于60m
pa），且比表面积大于2500m2/m3。相同热负荷条件下，pche体积大约为壳管式换热器的1/5。而且，换热器热
侧出口温度和冷侧入口温度的差值能够接近1k，而壳管式换热器一般在12k以上。
!全温全压超临界二氧化碳换热器综合试验平台.jpg
图1超临界二氧化碳换热器综合试验测试平台
在相同的输出功率的情况下，超临界二氧化碳涡轮尺寸大约是蒸汽涡轮的1/10，从而导致整个系统结构紧凑、
投资成本低。但由于整个系统运行压力高，且占地面积小，因而传统换热器，如壳管式换热器，板翅式换热器等，
均不再适用。
2020年中国船舶集团有限公司七二五所联合中核集团原子能院、合肥通用机械研究院有限公司研制的我国首台
液态金属钠-超临界二氧化碳印刷板式换热器(pche)顺利通过专家组验收，产品技术达到国际先进水平。pche作为
一种颠覆性的紧凑高效微通道换热器，具有换热效率高、耐低温高温、耐高压、可靠性高等优势。
近年来亚搏手机版官方登录研发出高效紧凑式微通道换热器，具有高完整性扩散结合结构的高效换
热器。扩散结合成就了换热器耐高低温和出色的机械性能，使其成为唯一可用于超临界二氧化碳（sco₂）循环中的
最佳换热器。
!高效紧凑式微通道换热器.png
图2高效紧凑式微通道换热器
特点：超耐高温高压，适用于高温高压等苛刻条件；换热面积大，可达1000m²/m³;采用扩散焊接技术，焊接
强度大，机械性能出色；且耐腐蚀，可靠性高，体积小。适用于高温高压下的发电循环；印刷电路板式换热器作为
一种新型微通道紧凑式换热器,适用于高温高压等苛刻条件,在新一代核能发电、太阳能光热发电、氢能等领域应用
潜力巨大。

微化工技术通常包括，微换热、微反应、微分离和微分析等系统，其中前两者是较为主要的。
微化工技术是从化学品制备的工艺和设备源头着手，利用微通道反应器在混合（传质）、传热方面的强大提升，以及反应持液量小（本质安全），无放大效应的优势，把连续稳态和集成自控融入到化学合成工艺的优化，设计、和大生产过程中。连续流工艺是提升危化品生产本质安全、实现产业转型升级的重要技术手段。
微化工过程是以微结构元件为核心，在微米或亚毫米（0.1-1mm）的受限空间内进行的化工过程。针对微反应器，通常要求其特征长度小于0.5mm。在微化工过程中，微小的分散尺度强化了混合与传递过程，从而提高了过程的可控性和效率。当将其应用于工业生产过程的时候，通常依照并联的数量放大的基本原则，来实现大规模的生产。
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