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我国自研“液态金属钠-超临界二氧化碳印刷板式换热器”通过验收
2020.07.13   点击537次

核能是人类最 具希望的未来能源之一。人们开发核能的途径有两条:一是重元素的裂变,如铀的裂变;二是轻元素的聚变,如氘、氚、锂等。重元素的裂变技术,己得到实际性的应用;而轻元素聚变技术,也正在积极研究之中。

我国首台液态金属钠-超临界二氧化碳印刷板式换热器(PCHE)具有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。近日,PCHE成功通过专家组验收。该换热器可应用于海水、烟气等介质的换热,产品技术达到国际先进水平。

微通道换热器就是通道当量直径在10-1000μm的换热器。这种换热器的扁平管内有数十条细微流道,在扁平管的两端与圆形集管相联。集管内设置隔板,将换热器流道分隔成数个流程。微通道换热器按外形尺寸可分为微型微通道换热器和大尺度微通道换热器。

微型微通道换热器是为了满足电子工业发展的需要而设计的一类结构紧凑、轻巧、高效的换热器,其结构形式有平板错流式微型换热器、烧结网式多孔微型换热器。

大尺度微通道换热器主要应用于传统的工业制冷、余热利用、汽车空调、家用空调、热泵热水器等。其结构形式有平行流管式散热器和三维错流式散热器。由于外型尺寸较大(达1.2m×4m×25.4mm),微通道水力学直径在0.6~1mm以下,故称为大尺度微通道换热器。

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备,是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以满足工艺条件的需要,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备,化工,石油等近30多种产业,相互形成产业链条。数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右,主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中,石油化工领域仍然是换热器产业最 大的市场,其市场规模为150亿元;电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右;船舶工业换热器市场规模在40亿元以上;机械工业换热器市场规模约为40亿元;集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元,食品工业也有近30亿元的市场。另外,航天飞行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电、多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器,这些市场约有130亿元的规模。

国内换热器行业在节能增效、提高传热效率、减少传热面积、降低压降、提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长,我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长,2011年至2020年期间,我国换热器产业将保持年均10-15%左右的速度增长,到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。

液态金属钠的作用

液态钠常用作快中子核反应堆中的换热介质,其熔点为97.8℃,且液态钠具有极高的热导率,比如在100℃的导热系数为86.9W/m·K,液态钾的导热系数略低于液态钠。液态钠和液态钾可以以任意比混溶,共晶NaK合金的熔点为-12.65 ± 0.01℃。钠、钾或钠钾合金化学性质都比较活泼,在空气中会被迅速氧化,在水中会发生剧烈燃烧。正是因为安全因素,在非密闭空间应用不多,其主要优点在于换热性能好且价格便宜。

液态金属冷却剂是指由低熔点碱金属(如Na、K、Li)和低熔点合金(如Pb-Bi)等构成的一种冷却介质,其具有比热容和热导率大、熔点低沸点高的特点,常见的液态金属冷却剂有钠钾合金、铅铋合金和镓铟合金等。主要应用于核反应堆冷却、计算机芯片散热等领域。

超临界二氧化碳萃取技术

在超临界状态下,将超临界二氧化碳与待分离的物质接触,使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小不同的成分依次萃取出来。当然,对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的,但可以控制条件得到最 佳比例的混合成分,然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体,被萃取物质则完全或基本析出,从而达到分离提纯的目的,所以超临界流体二氧化碳萃取过程是由萃取和分离组合而成的。

超临界萃取装置可以分为两种类型,一是研究分析型,主要应用于小量物质的分析,或为生产提供数据。二是制备生产型,主要是应用于批量或大量生产。

超临界萃取装置从功能上大体可分为八部分:萃取剂供应系统,低温系统、高压系统、萃取系统、分离系统、改性剂供应系统、循环系统和计算机控制系统。具体包括二氧化碳注入泵、萃取器、分离器、压缩机、二氧化碳储罐、冷水机等设备。由于萃取过程在高压下进行,所以对设备以及整个管路系统的耐压性能要求较高,生产过程实现微机自动监控,可以大大提高系统的安全可靠性,并降低运行成本。

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