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超临界二 氧化 碳布雷顿循环系统换热器及循环系统

阅读：997发布：2020-08-15

专利汇可以提供超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器及循环系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及超临界二氧化碳布雷顿循环技术领域，公开了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器及循环系统，包括换热流道，换热流道包括依次连接的入口段、过渡段和微细通道换热段，入口段包括切向入口管和轴向旋流管，切向入口管的轴线空间垂直轴向旋流管的轴线，以使从切向入口管流入的循环工质在轴向旋流管内形成旋流，轴向旋流管的出口与过渡段连接，轴向旋流管的轴线垂直于微细通道换热段的入口平面。本发明提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器及循环系统，循环工质从切向入口管以切向方向进入轴向旋流管，并在切向旋流的旋流离心力和外扩张效应作用下在过渡段内充分扩张，从而减轻换热器微细通道流量分配不均匀问题。，下面是超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器及循环系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，包括换热流道，所述换热流道包括依次连接的入口段、过渡段和微细通道换热段，其特征在于，所述入口段包括切向入口管和轴向旋流管，所述切向入口管的轴线空间垂直所述轴向旋流管的轴线，以使从所述切向入口管流入的循环工质在所述轴向旋流管内形成环绕所述轴向旋流管轴线方向的旋流，所述轴向旋流管的出口与所述过渡段连接，所述轴向旋流管的轴线垂直于所述微细通道换热段的入口平面。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，其特征在于，所述切向入口管有多个，多个所述切向入口管包括主流切向管和回流切向管，所述主流切向管用于输送待换热的所述循环工质，所述回流切向管通过磁力驱动泵与所述换热流道的出口端连接，用于将流出所述换热流道的部分所述循环工质分流引回所述轴向旋流管。
3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，其特征在于，所述主流切向管和所述回流切向管均有多个，多个所述主流切向管沿所述轴向旋流管的周向均匀分布，多个所述回流切向管沿所述轴向旋流管的周向均匀分布。
4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，其特征在于，所述换热流道为吸热侧流道，所述轴向旋流管包括同轴设置的主流内管和回流外管；所述主流切向管与所述主流内管连接，所述回流切向管与所述回流外管连接。
5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，其特征在于，所述主流内管包括第一直管段和第一扩口段，所述第一扩口段的截面逐渐增大，所述第一扩口段的最小截面端与所述第一直管段连接，所述第一扩口段的最大截面端为所述主流内管的出口，所述第一扩口段位于所述过渡段内。
6.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，其特征在于，所述回流外管的内径为所述第一直管段的内径的1.009-1.011倍；所述主流内管为绝热管。
7.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，其特征在于，所述换热流道为放热侧流道，所述轴向旋流管包括同轴设置的主流外管和回流内管；所述主流切向管与所述主流外管连接，所述回流切向管与所述回流内管连接。
8.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，其特征在于，所述回流内管包括第二直管段和第二扩口段，所述第二扩口段的截面逐渐增大，所述第二扩口段的最小截面端与所述第二直管段连接，所述第二扩口段的最大截面端为所述回流内管的出口，所述第二扩口段位于所述过渡段内。
9.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，其特征在于，所述主流外管的内径为所述第二直管段的内径的13.5-14.5倍；所述回流内管为绝热管。
10.一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器。

说明书全文

超临界二氧化 碳布雷顿循环系统换热器及循环系统

技术领域

[0001] 本发明涉及超临界二氧化碳布雷顿循环技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器及循环系统。

背景技术

[0002] 超临界二氧化碳布雷顿循环已经成为国内外研究的热点。该系统主要包括三种换热器，即回热器、冷却器和加热器。其中，回热器的换热能力直接决定了系统效率，冷却器的换热能力直接影响着压缩机的入口条件，加热器的换热能力直接影响系统最高运行参数；
同时，换热装置是该系统中体积最大、投资最高的装置之一。各类换热器的综合性能很大程
度上决定了超临界二氧化碳布雷顿循环系统能否安全、高效运行。

[0003] 由于超临界二氧化碳在超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器内呈现出类似气体的低粘度和类似液体的高密度，超临界二氧化碳须采用多微细通道并联的换热模式，在
保证换热装置高承压能力(20MPa以上)的同时，可以大幅减小换热装置的体积，以减少换热
装置的成本。目前通常应用的换热器包括微细管管壳式换热器、印刷电路板换热器等，以上
各种微细通道换热器都存在一个共同特点：换热器入口对应着成百上千个通流管道，由于
承压能力的限制，通流通道为直径仅1-3毫米的微细通道。各微细通道与换热器入口管的对
应角度存在较大差异，导致的各微细通道的超临界二氧化碳入口流动条件有很大区别，宏
观表现为微通道之间的流量分配不均问题十分严重。

[0004] 由于超临界二氧化碳在微细通道内流动的同时还伴随传热过程，如在回热器吸热侧的超临界流体升温过程中，热流耦合作用使流量小的管道中流体温升更快，导致该通道
中流体密度显著降低的位置前移，进而呈现出该通道内平均流速更高，而流动阻力与流速
的平方成正比，导致该通道阻力进一步加大，从而使流量分配进一步不均匀。该现象就是超
临界传热过程中流阻恶化和传热恶化的正反馈效应，极端条件下正对入口管路的微细通道
是边缘通道流量的近1.5倍。

[0005] 超临界二氧化碳流量分配不均匀现象不仅使换热器无法运行在设计工况，还会导致系统运行参数发生跟随性变化，难以满足设计运行要求，增大热源和冷却器负荷，导致系
统效率大幅降低，最高降幅甚至超过5％。另外，系统运行参数的变化还会导致旋转机械入
口条件波动，致使旋转机械效率骤降甚至出现失效破损风险，严重影响系统运行的高效性、
稳定性和安全性。

发明内容

[0006] 本发明提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，用以解决或部分解决现有的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器中超临界二氧化碳在微细通道内流量分配不
均匀的问题。

[0007] 本发明还提供一种采用此超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器的超临界二氧化碳布雷顿循环系统。

[0008] 本发明实施例提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，包括换热流道，所述换热流道包括依次连接的入口段、过渡段和微细通道换热段，所述入口段包括切向入
口管和轴向旋流管，所述切向入口管的轴线空间垂直所述轴向旋流管的轴线，以使从所述
切向入口管流入的循环工质在所述轴向旋流管内形成环绕所述轴向旋流管轴线方向的旋
流，所述轴向旋流管的出口与所述过渡段连接，所述轴向旋流管的轴线垂直于所述微细通
道换热段的入口平面。

[0009] 本发明实施例还提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括上述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器。

[0010] 本发明实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，入口段包括切向入口管和轴向旋流管，切向入口管的轴线垂直于轴向旋流管的轴线，切向入口管以切向插接
于轴向旋流管的管壁，并使循环工质从切向入口管以轴向旋流管的切向方向进入轴向旋流
管，进而在轴向旋流管内形成具有环绕其轴线方向的切向旋流。循环工质在换热流道内不
断向前流动，在从轴向旋流管进入截面逐渐增大的过渡段后，在切向旋流的旋流离心力和
外扩张效应作用下充分扩张，更多的循环工质被输送到入口平面边缘处的微细通道入口，
使各微细通道的入口截面压力、循环工质射流方向与微细通道夹角的差异均显著减小，从
而减轻由于换热器入口结构不对称导致的微细通道流量分配不均匀问题。
附图说明

[0011] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。

[0012] 图1为现有技术中简单回热超临界二氧化碳布雷顿循环系统；

[0013] 图2为现有技术中超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器换热流道结构示意图；

[0014] 图3为传统微细通道流量分配结果示意图；

[0015] 图4为本发明实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器换热流道结构示意图；

[0016] 图5为本发明另一实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器换热流道入口段结构示意图；

[0017] 图6为本发明另一实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统回热器吸热侧回流结构示意图；

[0018] 图7为本发明另一实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器吸热侧流道流场示意图；

[0019] 图8为本发明另一实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统冷却器放热侧回流结构示意图；

[0020] 图9为本发明另一实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器放热侧流道流场示意图；

[0021] 图10为本发明另一实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统微细通道流量分配结果示意图；

[0022] 图中：1、压缩机；2、回热器；3、加热器；4、透平机；5、冷却器；6、发电机；7、过渡段；8、微细通道换热段；9、换热流道出口端；10、入口管；11、轴向旋流管；12、主流切向管；13、回流切向管；14、磁力驱动泵；15、主流内管；16、回流外管；17、主流外管；18、回流内管；19、冷工质切向流场；20、冷工质轴向流场；21、热工质切向流场；22、热工质轴向流场；23、离心牵引作用场；24、中心回流区；25、第一扩口段；26、第二扩口段。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0024] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0025] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在
本发明中的具体含义。

[0026] 此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

[0027] 现有的简单回热超临界二氧化碳布雷顿循环系统，如图1所示，超临界CO2循环工质在压缩机1内压缩后，依次经回热器2预热侧预热、在加热器3吸收能量后进入透平机4，带
动透平机4 叶轮旋转进而带动发电机6发电，完成能量转换；超临界CO2循环工质从透平机4
的出口排出后，依次经回热器2的回热侧回热、冷却器5冷却后，再次进入压缩机1，完成循
环。超临界二氧化碳布雷顿循环系统的换热器，包括回热器2、冷却器5和加热器3。回热器2
的预热侧为超临界CO2循环工质的吸热侧，回热器2的回热侧为超临界CO2循环工质的放热
侧；冷却器5包括放热侧，超临界CO2循环工质从冷却器5的放热侧流过并向外部工质放出热
量；加热器3包括吸热侧，超临界CO2循环工质从加热器3的吸热侧流过并从外部工质吸收热
量。超临界CO2循环工质在换热器的吸热侧吸热升温，在换热器的放热侧放热降温。

[0028] 现有的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器用于流过循环工质的换热流道，如图2所示，常包括依次连接的入口段、过渡段7和微细通道换热段8。过渡段7的结构受限于高
压换热器设计要求，通常为半球形或圆变方形，沿循环工质流动方向其截面逐渐增大，此处
的过渡段7也可称为入口封头。过渡段7在与入口段连接的循环工质入口处具有较小的开
口；众多微细通道的入口形成微细通道换热段8的入口平面，过渡段7对应此入口平面具有
较大的截面。入口段为简单的入口管10，入口管10的轴线近似垂直于入口平面，循环工质以
直流射流的形式从入口管10进入过渡段7，各微细通道与入口管10的对应角度存在较大差
异，入口平面中部正对入口管10出流方向的微细通道具有较大流量，而入口平面边沿部位
的微细通道流量较小，从而在宏观上产生微通道之间的流量分配的严重不均，超临界传热
过程中流阻恶化和传热恶化的正反馈效应将进一步恶化这一不均匀现象，如图3所示的传
统微细通道流量分配结果，不同通道之间的最大流量偏差达30％以上，在传热恶化的情况
下该偏差还会进一步增大，有公开文献表明传热恶化下通道间的流量偏差甚至超过50％以
上。超临界二氧化碳布雷顿循环系统中的这种流量分配不均匀现象不仅会使换热器无法运
行在设计工况，还会导致系统运行参数发生跟随性变化，难以满足设计运行要求，增大加热
器3和冷却器5负荷，导致系统效率大幅降低，最高降幅甚至超过5％。系统运行参数的变化
还会导致旋转机械入口条件波动，致使旋转机械效率骤降甚至出现失效破损风险，严重影
响系统运行的高效性、稳定性和安全性。

[0029] 针对微通道之间的流量分配的严重不均，现有的常规解决方案是在过渡段7位置增设均流板或在部分微通道入口增设节流件，但是，新增部件会导致本就很大的换热器阻
力进一步增大，增加压缩机1耗功和系统自耗电量，直接影响循环效率和系统经济性，而且
由于均流板在高速气流冲刷下会出现震动和破损问题，可能导致本就维修性不佳的微细通
道换热器直接破坏失效。

[0030] 如图4、图5所示，本发明实施例提供了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，包括换热流道，换热流道包括依次连接的入口段、过渡段7和微细通道换热段8，入口段
包括切向入口管和轴向旋流管11，切向入口管的轴线垂直于轴向旋流管11的轴线，以使从
切向入口管流入的循环工质在轴向旋流管11内形成环绕轴向旋流管11轴线方向的旋流，轴
向旋流管11的出口与过渡段7连接，轴向旋流管11的轴线垂直于微细通道换热段8的入口平
面。

[0031] 本发明实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，入口段包括切向入口管和轴向旋流管11，切向入口管的轴线与轴向旋流管11的轴线为空间垂直，不交叉共面，
切向入口管以切向插接于轴向旋流管11的管壁，使循环工质从切向入口管以轴向旋流管11
的切向方向进入轴向旋流管11，进而在轴向旋流管11内形成具有环绕其轴线方向的切向旋
流。循环工质在换热流道内不断向前流动，在从轴向旋流管11进入截面逐渐增大的过渡段7
后，在切向旋流的旋流离心力和外扩张效应作用下充分扩张，更多的循环工质被输送到入
口平面边缘处的微细通道入口，使各微细通道的入口截面压力、循环工质射流方向与微细
通道夹角的差异均显著减小，从而减轻由于换热器入口结构不对称导致的微细通道流量分
配不均匀问题。

[0032] 进一步地，本发明实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，多个切向入口管可以包括有主流切向管12和回流切向管13。如图6、图8所示，主流切向管12用于输
送待换热的循环工质，回流切向管13通过磁力驱动泵14与换热流道的出口端连接，用于将
流出换热流道的部分循环工质分流引回轴向旋流管11。流过换热器换热流道的循环工质将
发生热交换，换热流道出口端9流出的循环工质与流入换热流道的循环工质具有较大的温
差，冷热工质的密度差可以达到一倍以上；将换热流道出口端9流出的部分循环工质分流引
回轴向旋流管11，使其与待换热的循环工质在过渡段7内混合，通过主流切向管12的待换热
循环工质和通过回流切向管13的回流循环工质均在轴向旋流管11内产生环绕轴向旋流管
11轴线方向的切向旋流；在过渡段7内的混合过程中，离心力与循环工质密度成正比，冷热
循环工质由于不同的密度而具有不同的离心力，以及循环工质冷热变化所产生的热胀/冷
缩效应，均可以加强循环工质在截面方向的流动，使循环工质在截面方向的流动分布更为
均匀、减少循环工质射流方向与通道夹角的差异，从而进一步减轻微细通道流量分配不均
匀问题。由于循环工质通过换热流道将产生的压降，可以在回流切向管13入口和换热流道
出口端9之间设置有磁力驱动泵14，将换热流道出口端9的循环工质泵送至回流切向管13，
一方面可以提升回流压力，使回流的循环工质压力与换热流道入口端循环工质压力相匹
配；另一方面也可以通过磁力驱动泵14方便调节控制回流量，为了平衡换热效率和流动混
合效果优化，分流引回轴向旋流管11的循环工质小于等于换热流道出口端9流出的循环工
质的1％，即回流比例小于等于1％。另外，为了便于流出切向入口管的循环工质在轴向旋流
管11形成旋流，主流切向管12和回流切向管13可以均设置有多个，多个主流切向管12沿轴
向旋流管11的周向均匀分布，多个回流切向管13沿轴向旋流管11的周向也均匀分布。比如，
如图5所示，主流切向管12和回流切向管13可以均设置为两个。原有的入口管10为一直管，
入口管10仅具有系统管路连接作用，循环工质从入口管10的一端进入并从另一端流出，入
口管10从入口到出口的流通面积没有变化；本发明实施例中，循环工质从切向入口管流入
轴向旋流管11，为了提高切向入口管流向轴向旋流管11的循环工质流速，切向入口管的总
流通面积小于轴向旋流管11的流通面积，比如，切向入口管的总流通面积可以设置为小于
轴向旋流管11的流通面积的20％，此时切向入口管进入轴向旋流管11的出口速度可以达到
50m/s以上，加快循环工质的流动，进而提高轴向旋流管11内切向旋流的强度，形成强力的
切向流场。

[0033] 本发明实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器的换热流道，如图7所示，可以为吸热侧流道；轴向旋流管11可以包括同轴设置的主流内管15和回流外管16，主
流切向管12与主流内管15连接，回流切向管13与回流外管16连接。换热流道为吸热侧流道，
比如可以是在回热器2的预热侧、加热器3的吸热侧，通过主流切向管12的待加热循环工质
 温度相对较低，通过回流切向管13的回流循环工质温度相对较高。具有相对较低温度的待
加热循环工质为主流的冷流体，从主流内管15进入过渡段7；具有相对较高温度的回流循环
工质为回流的热流体，从回流外管16与主流内管15之间的环形通道进入过渡段7。主流的冷
流体与回流的热流体在过渡段7内均以强旋流方式进行交混、扩张，主流的冷流体具有冷工
质切向流场19、冷工质轴向流场20，回流的热流体具有热工质切向流场21、热工质轴向流场
22。回流的热流体与主流的冷流体之间还具有向外的离心牵引作用场23；该离心牵引作用
场23是两方面原因共同作用的结果，一方面，由于冷热流体巨大的密度差将加剧强旋流引
发的离心力作用，导致高密度的主流冷流体在相对较大的离心力作用下向外侧甩出；另一
方面，回流的热流体处于主流的冷流体的外侧，由于回流的热流体在交混换热过程中温度
降低导致密度激增、体积迅速减小，从而出现回流的热流体整体收缩现象，牵引主流的冷流
体向外侧移动。由此，循环工质在截面方向的流动分布更为均匀、各微细通道之间的流量差
减小，微细通道流量分配不均匀程度显著降低。进一步地，主流内管15可以设置为包括第一
直管段和第一扩口段25，第一扩口段25的截面逐渐增大，第一扩口段25的最小截面端与第
一直管段连接，第一扩口段25的最大截面端为主流内管15的出口，第一扩口段25位于过渡
段7内，内管采用出口扩口的结构，结合内管内主流的冷流体的高速旋流，内管出口处将产
生中心回流，并出现较大范围的中心回流区24，使循环工质流体发生偏转，无法直接冲进中
心区域的微细管道，将更多流体输送到边缘微细通道，降低微细通道流量分配不均匀程度。
另外，主流内管15可设置为绝热管，采用绝热材制造，以减少内外管之间的热交换，保证在
过渡段7内形成最佳的气体收缩牵引作用；回流外管16的内径可以设置为主流内管15的第
一直管段的内径的1.009-1.011倍，使主流内管15的通流面积为回流环形通道通流面积的
50倍左右；比如，主流内管15的通流面积为回流环形通道通流面积的50倍，由于回流的热流
体密度约为主流的冷流体的50％，主流的冷流体流量约为回流的热流体的100倍。

[0034] 本发明实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器的换热流道，如图9所示，还可以为放热侧流道；轴向旋流管11可以包括同轴设置的主流外管17和回流内管18，
主流切向管12与主流外管17连接，回流切向管13与回流内管18连接。换热流道为放热侧流
道，比如可以是在回热器2的回热侧、冷却器5的放热侧，通过主流切向管12的待放热循环工
质温度相对较高，通过回流切向管13的回流循环工质温度相对较低。具有相对较高温度的
待放热循环工质为主流的热流体，从主流外管17进入过渡段7；具有相对较低温度的回流循
环工质为回流的冷流体，从主流外管17与回流内管18之间的环形通道进入过渡段7。主流的
热流体与回流的冷流体在过渡段7内均以强旋流方式进行交混、扩张，回流的冷流体具有冷
工质切向流场19、冷工质轴向流场20，主流的热流体具有热工质切向流场21、热工质轴向流
场22。回流的冷流体和主流的热流体之间还具有向外的离心牵引作用场23；该离心牵引作
用场23是两方面原因共同作用的结果，一方面，由于冷热流体巨大的密度差将加剧强旋流
引发的离心力作用，导致高密度的回流冷流体在相对较大的离心力作用下向外侧甩出，而
主流的热流体处于回流的冷流体的外侧，主流的热流体也被内侧的回流的冷流体推向外
侧；另一方面，由于回流的冷流体在交混换热过程中温度升高导致密度骤减、体积迅速增
大，从而出现回流的冷流体整体膨胀现象，也会推动主流的热流体相外侧移动。由此，循环
工质在截面方向的流动分布更为均匀、各微细通道之间的流量差减小，微细通道流量分配
不均匀程度显著降低。进一步地，回流内管18在出口处可以设置有第二扩口段26，第二扩口
段26位于过渡段7内，内管采用出口扩口的结构，结合内管内回流的冷流体的高速旋流，内
管出口处将产生中心回流，并出现较大范围的中心回流区24，使循环工质流体发生偏转，无
法直接冲进中心区域的微细管道，将更多流体输送到边缘微细通道，降低微细通道流量分
配不均匀程度。另外，回流内管18可设置为绝热管，采用绝热材制造，以减少内外管之间的
热交换，保证在过渡段7内形成最佳的气体膨胀推动作用；主流外管17的内径可以设置为回
流内管18的第二直管段的内径的13.5-14.5倍，使主流环形通道的通流面积为回流内管18
通流面积的200倍左右；比如，主流环形通道的通流面积为回流内管18通流面积的200倍，由
于回流的冷流体密度约为主流的热流体的1倍，主流的热流体流量约为回流的冷流体的100
倍。

[0035] 由以上实施例可以看出，本发明提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器，入口段包括切向入口管和轴向旋流管11，切向入口管的轴线与轴向旋流管11的轴线空间垂
直，切向入口管以切向插接于轴向旋流管11的管壁，并使循环工质从切向入口管以轴向旋
流管11的切向方向进入轴向旋流管11，进而在轴向旋流管11内形成具有环绕其轴线方向的
切向旋流。循环工质在换热流道内不断向前流动，在从轴向旋流管11进入截面逐渐增大的
过渡段7后，在切向旋流的旋流离心力和外扩张效应作用下充分扩张，更多的循环工质被输
送到入口平面边缘处的微细通道入口，使各微细通道的入口截面压力、主流与通道夹角的
差异均显著减小，从而减轻由于换热器入口结构不对称导致的微细通道流量分配不均匀问
题。进一步地，本发明实施例提供的超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器及采用此换热
器的循环系统，综合利用旋流二次流、密度差强化离心力、超临界流体膨胀/收缩、中心区回流等作用，减少直接进入中心区域微细通道的流量，将部分循环工质直接输送到边缘微细
通道处，从而尽量减小各位置之间由于结构和来流方向导致的流量分配不均问题，达到抑
制中心区微细通道流量较大、边缘微细通道流量过低的现象，同时也避免由于流量分配不
均匀导致边缘通道出现的传热恶化与阻力恶化的正反馈现象，其微细通道流量分配结果如
图10所示，在不显著增加换热器流阻的情况下，达到换热器流动性能、换热性能和安全性同
步提升的效果，进而保证了系统运行的高效性、稳定性和安全性。

[0036] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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超临界二氧化碳布雷顿循环系统换热器及循环系统

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