[发明专利]一种工质可循环利用的冷却系统与工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却工艺，特别是涉及一种冷却工质可循环利用、移除高热流的冷却系统工艺，属于工程热物理技术领域。

背景技术

随着高新科技日新月异的发展，出现了高热流密度甚至超高热密度的场合。传统的强迫风冷、水相变、池沸腾到近年发展较快的喷雾冷却、微槽道冷却和微射流阵列冷却等冷却技术都不断的发展改进，旨在能够提升自身的热移除能力，但是许多领域比如航空领域中燃气涡轮为了提高能量效率和输出功率，一般工作温度在1300-1500℃，这样会缩短叶片乃至机器整体的寿命，可是现有空气冷却技术的提升空间逐渐变小，冷气流量也不可能无限增长，这就急需研究冷却新概念和新的高效冷却方式。

发明内容

针对现有理念和技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种冷却降温效果显著，在热量传递移除的同时，冷却工质实现大部分的循环再利用，反应条件可控、安全高效和经济的工质可循环利用的冷却系统与工艺。

本发明提出相变/化学反应耦合吸热移除高热流的工艺，相变/化学反应耦合吸热冷却手段不仅利用了冷却工质的相变潜热，更将冷却工质的快速吸热反应利用起来，既能回收大量有用热，且可以达到冷却降温的效果。本发明中的反应工质选用CO₂、H₂O和C粉，CO₂和H₂O作为原料在水合物合成装置中被合成为CO₂水合物，并循环利用。作为反应的C粉则需要适量补充。本发明设计了一种工质可循环利用的冷却系统工艺，在热量传递移除的同时，冷却工质实现大部分的循环再利用。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种工质可循环利用的冷却系统，包括CO₂水合物合成装置、C粉喷射装置、高温腔、气体分离装置、燃烧室、H₂O/CO₂分离装置；所述CO₂水合物合成装置和C粉喷射装置分别与高温腔连通，高温腔与气体分离装置连通，气体分离装置的两个出口分别与燃烧室和H₂O/CO₂分离装置连通，燃烧室与H₂O/CO₂分离装置连通，H₂O/CO₂分离装置的两个出口分别与CO₂水合物合成装置连通；

所述的CO₂水合物合成装置包括：水合物反应器、水合物/H₂O分离储存器、水储罐、气体冷却器、CO₂高压气瓶、气体循环压缩机和气体储存与缓冲罐；水合物反应器内下端设有反应器内冷却器，反应器内冷却器和H₂O/CO₂分离装置通过管道汇合后与水合物/H₂O分离储存器连通；水合物/H₂O分离储存器还通过管道分别与水储罐和水合物泵连接；水合物泵连接高温腔；水储罐通过管道与水合物反应器连接；CO₂高压气瓶通过管道连接气体储存与缓冲罐；水合物反应器通过管道连接气体出口压力调节阀，气体出口压力调节阀通过管道连接气体储存与缓冲罐；气体储存与缓冲罐与气体循环压缩机连接，气体储存与缓冲罐和气体循环压缩机分别通过管道与气体冷却器连接；气体冷却器通过管道与水合物反应器连接；气体储存与缓冲罐还与H₂O/CO₂分离装置连接；

所述的C粉喷射装置包括腔体、喷嘴、后盖、C粉喷嘴、压缩蒸汽喷嘴、C粉输送管和压缩蒸汽输送管；腔体上端设有后盖，下端设有喷嘴；C粉喷嘴和压缩蒸汽喷嘴设置在腔体中，C粉喷嘴的位置较低于压缩蒸汽喷嘴；C粉输送管和压缩蒸汽输送管分别与C粉喷嘴和压缩蒸汽喷嘴连接；喷嘴与高温腔连接。

为进一步实现本发明目的，优选地，反应器内冷却器和H₂O/CO₂分离装置通过管道汇合后与水合物/H₂O分离储存器连通的管道上设有压力调节阀和出口流量计。

优选地，水储罐与水合物反应器连接的管道上设有水泵、进口水流量计和低温水取样口。

优选地，水合物反应器连接气体出口压力调节阀的管道上设有气体出口流量计。

优选地，气体冷却器与水合物反应器连接的管道上设有气体进口流量计。

优选地，所述水合物反应器为水合物合成反应釜。