一种涡流发生器及超临界二氧化碳能量转换系统的制作方法

本申请涉及热交换，尤其涉及一种涡流发生器及超临界二氧化碳能量转换系统。

背景技术：

1、超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide，简称：sco2)能量转换系统是将二氧化碳与布雷顿循环系统相结合，采用处于超临界状态的co2为工质进行能量转换。

2、现有技术中，对超临界二氧化碳sco2进行升温和降温需要消耗较多的能量，整个系统的能量转换效率较低。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种涡流发生器及超临界二氧化碳能量转换系统，旨在解决现有技术中对sco2进行升温和降温需要消耗较多的能量，整个系统的能量转换效率较低的问题。

2、为实现上述目的，本申请提供一种涡流发生器及超临界二氧化碳能量转换系统。

3、一种涡流发生器，包括：筒体、两个封头和多个涡流管，筒体在其长度方向的两个端部具有高温流体出口和低温流体出口，且筒体的侧壁上具有流体进口；两个封头分别固定于筒体的两端，且封头与筒体之间密封连接，封头上设置有流体出口，一个流体出口为低温流体出口，另一个流体出口为高温流体出口；多个涡流管并行设置在筒体内，涡流管的两端沿筒体的长度方向延伸至筒体的两个端部，涡流管中空设置且在对应于流体进口的位置开设有第一通孔。

4、可选的，涡流发生器还包括在筒体内且沿筒体的长度方向依次设置的第一管板、第一阻流板、第二阻流板和第二管板；第一管板和所述第二管板位于筒体的两个端部；第一阻流板和第二阻流板与筒体的内腔围成一介质流动区，第一通孔位于介质流动区内；其中，第一管板、第一阻流板、第二阻流板和第二管板上均设置有第二通孔，涡流管穿过各第二通孔。

5、可选的，第一管板位于低温流体出口一侧，第二管板位于高温流体出口一侧，第一阻流板位于第二阻流板远离第二管板的一侧；涡流管朝向低温流体出口的一端为冷流体出口端、朝向高温流体出口的一端为热流体出口端；涡流管包括第一阻流体，位于第一通孔和冷流体出口端之间，第一阻流体的外壁与涡流管的内壁密封连接，并且第一阻流体的中部开设有流体通道，流体通道的延伸方向与涡流管的长度方向相同；第二阻流体，位于第一通孔和热流体出口端之间，第二阻流体在涡流管的管径方向围成密封结构，且密封结构的边沿与涡流管的内壁之间具有可供流体通过的缝隙。

6、可选的，第一阻流体为环形，环形结构的第一阻流体具有内径和外径，且内径与外径之比为1/3～2/3。

7、可选的，第二阻流体为锥形，第二阻流体的轴线方向与涡流管的长度方向相同，且锥形结构的第二阻流体的端面面积由热流体出口端向冷流体出口端逐渐减小；缝隙沿涡流管的管径方向的间隙值与涡流管的内径之比为1/10～3/10。

8、可选的，涡流管的内腔由第一阻流体至低温流体出口端逐渐增大。

9、可选的，涡流管的管壁上设置有用于在涡流管内腔的流体压力下产生形变的膨胀节，且膨胀节位于第一通孔和第二阻流体之间。

10、可选的，膨胀节为波纹膨胀节。

11、可选的，涡流管开设有多个第一通孔，且至少部分第一通孔在涡流管的径向方向上周向设置。

12、可选的，第一通孔沿涡流管管壁的切向开设。

13、此外，为了实现上述目的，本申请还提供一种超临界二氧化碳能量转换系统，包括压缩空气储能系统、第二回热器和超临界二氧化碳能量转换子系统，压缩空气储能系统用于存储压缩空气；第二回热器串接于超临界二氧化碳能量转换子系统中；其中，涡流发生器的流体进口连接压缩空气储能系统的输出端，涡流发生器的高温流体出口连接第二回热器的第二输入端，涡流发生器用于对流经第二回热器的冷流体进行预热；涡流发生器的低温流体出口与第二回热器的第二输出端连接第一管路的输入端，第一管路的输出端连接压缩空气储能系统的输入端，第一管路用于对超临界二氧化碳能量转换系统子系统的回流介质进行预冷。

14、可选的，压缩空气储能系统包括空气压缩机、空气冷却器和压缩空气储能罐，空气压缩机的输入端连接第一管路的输出端；空气冷却器的输入端连接空气压缩机的输出端，空气冷却器的输出端连接止回阀的输入端；压缩空气储罐的输入端连接止回阀的输出端；压缩空气储罐的输出端连接涡流发生器的流体进口；其中，压缩空气储罐的输出端与流体进口之间设置有第一阀门，第一管路的输出端与空气压缩机的输入端之间设置有第二阀门。

15、可选的，第一管路具有弯折部，弯折部缠绕于超临界二氧化碳能量转换子系统的回流介质的流通管路上。

16、本申请提供的涡流发生器及超临界二氧化碳能量转换系统，通过将涡流发生器耦合到整个能量转换系统中，压缩空气储能系统中的压缩空气流经涡流发生器，压缩空气的压力势能被转化为高温流体和低温流体，分别用于sco2能量转换系统的预热和预冷，有助于提高系统sco2工作介质的热端温度、降低系统sco2工作介质的冷端温度，从而实现压缩空气能量的高效利用，提升sco2能量转换系统的效率。涡流发生器作为热量/冷量发生装置使系统实现加热或冷却功能，其中空气作为加热/冷却介质与换热设备另一侧介质sco2进行非接触式的热量交换，从而实现sco2能量转换系统循环效率的提升。

技术特征：

1.一种涡流发生器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述涡流发生器还包括在所述筒体内且沿所述筒体的长度方向依次设置的第一管板、第一阻流板、第二阻流板和第二管板；

3.根据权利要求2所述的涡流发生器，其特征在于，所述第一管板位于所述低温流体出口一侧，所述第二管板位于所述高温流体出口一侧，所述第一阻流板位于所述第二阻流板远离所述第二管板的一侧；

4.根据权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述第一阻流体为环形，环形结构的所述第一阻流体具有内径和外径，且所述内径与所述外径之比为1/3～2/3。

5.根据权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述第二阻流体为锥形，所述第二阻流体的轴线方向与所述涡流管的长度方向相同，且锥形结构的第二阻流体的端面面积由热流体出口端向冷流体出口端逐渐减小；

6.根据权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述涡流管的内腔由所述第一阻流体至所述低温流体出口端逐渐增大。

7.根据权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述涡流管的管壁上设置有用于在所述涡流管内腔的流体压力下产生形变的膨胀节，且所述膨胀节位于所述第一通孔和所述第二阻流体之间。

8.根据权利要求7所述的涡流发生器，其特征在于，所述膨胀节为波纹膨胀节。

9.根据权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述涡流管开设有多个所述第一通孔，且至少部分所述第一通孔在所述涡流管的径向方向上周向设置。

10.根据权利要求9所述的涡流发生器，其特征在于，所述第一通孔沿所述涡流管管壁的切向开设。

11.一种超临界二氧化碳能量转换系统，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述压缩空气储能系统包括：

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一管路具有弯折部，所述弯折部缠绕于所述超临界二氧化碳能量转换子系统的回流介质的流通管路上。

技术总结
本申请公开了一种涡流发生器及超临界二氧化碳能量转换系统，该涡流发生器包括筒体、两个封头和多个涡流管，筒体在其长度方向的两个端部具有高温流体出口和低温流体出口，且筒体的侧壁上具有流体进口。通过将压缩空气储能系统、涡流发生器和第二回热器耦合到整个能量转换系统中，压缩空气储能系统中的压缩空气流经涡流发生器，压缩空气的压力势能被转化为高温能源和低温能源，分别用于sCO
技术研发人员：唐佳,黄彦平,刘睿龙,王广义,刘旻昀,卓文彬
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21