[发明专利]一种基于泡沫金属的CO2冷却蒸发器

说明书

本发明公开了一种基于泡沫金属的CO₂冷却蒸发器。本发明冷却蒸发器侧面用金属板焊接密封，冷却蒸发器内两侧分别为分液管和集液管，冷却蒸发器内中间部分从上至下安装多个多孔扁管，集液管和分液管之间通过多孔扁管内通道连接，分液管上方安装CO₂流体入口，集液管下方安装CO₂流体出口，冷却蒸发器中间部分的左下角安装制冷剂入口，冷却蒸发器中间部分的右上角安装制冷剂出口，在多孔扁管之间填充泡沫金属材料。金属泡沫材料具有复杂的三维立体结构，孔洞相互连通，使其具有较大的比表面积以及良好的流通性，固体骨架内部的导热、骨架表面与流体间的对流换热两者相互作用，大幅度提高了多孔泡沫壁面的传热速率。

技术领域

本发明涉及用于CO₂跨临界机械过冷循环的高效冷却蒸发器。

背景技术

气候变化是当今人类社会面临的重大挑战，氟氯烃(CFCs)和氢氟氯烃(HCFCs)类物质破坏臭氧层并且具有较高的温室效应已被或将逐渐被禁用。国际社会制定了相应的政策法规应对这一全球性问题，《蒙特利尔议定书》第十九次缔约方会议通过了加速淘汰HCFCs的修正案、2014年欧盟委员会发布的关于温室氟化气体(F-gas)条例、2014年11月12日中美两国共同发布的《中美气候变化联合声明》、以及2015年12月12日巴黎气候变化大会通过的《巴黎协议》均对温室气体的排放进行了相应规定。由此可见，减少温室气体排放、减缓全球变暖已成为现阶段全球环境保护工作面临的首要问题。

对于我国来说，能源问题愈来愈成为经济发展和社会进步的“瓶颈”。我国经济发展对能源依赖度较大，提高能源利用效率的任务十分艰巨。据统计，我国的工业部门每年多用能源约2.3亿吨标准煤。如何提高能源利用效率、缓解能源供给的紧张局面，是实现经济可持续发展中所要解决的首要问题。而环保和节能恰恰是21世纪科学技术发展的两大议题。结合制冷空调和热泵系统的特点，制冷剂的替代和系统的节能这两方面的研究尤为重要。

在这样的形势下，自然工质成为当今制冷空调行业的研究热点。众多自然工质中，最具代表性和竞争力的是CO₂，其安全环保的优势吸引了众多学者的目光。国内外的相关企业、科研院所和高校均纷纷加大对CO₂制冷空调系统研发的投入，CO₂制冷空调系统是今后制冷空调行业发展的重要研究方向。开发新型CO₂跨临界制冷循环，探究减小CO₂节流损失、提升循环热力性能的运行机制，为提高CO₂跨临界制冷循环能效提供一条新的道路，对减轻温室效应、实现HCFCs替代具有重要的经济价值和社会意义。

虽然CO₂制冷空调技术已应用于多个领域，并且在欧洲、日本及北美地区广泛应用，但CO₂跨临界制冷循环效率较低的关键问题仍未得到根本解决。CO₂的临界温度为31.1℃，临界压力高达7.38MPa，放热过程通常发生在临界点之上，一般称CO₂制冷循环为跨临界循环。由于其运行压力高，节流不可逆损失大，造成循环严重偏离逆向卡诺循环，CO₂跨临界循环效率低于常规制冷剂循环。

针对CO₂跨临界循环效率较低的问题，可采用机械辅助过冷的方法进行改进。即通过辅助蒸汽压缩制冷循环对主循环冷凝器(或气体冷却器)出口的制冷剂进行冷却。采用机械辅助过冷不仅能够增加制冷量，而且可以降低主循环的运行高压和压缩机排气温度，延长压缩机的使用寿命，大幅度降低CO₂节流过程中的不可逆损失，提高循环整体热力学性能(性能系数和热力学完善度)，缩小循环偏离逆向卡诺循环的程度。

开发新型CO₂跨临界制冷循环，探究减小CO₂节流损失、提升循环热力性能的运行机制，为提高CO₂跨临界制冷循环能效提供一条新的道路，对减轻温室效应、实现HCFCs替代具有重要的经济价值和社会意义。

发明内容