超臨界CO₂ブレイトンサイクルでは、熱交換器がタービン排気から圧縮作動流体へ熱を伝達し、その後外部加熱が行われます。PCHEは、コンパクトな炉心と高圧運転に対応した設計を兼ね備えているため、魅力的な選択肢となり得ます。その価値は、サイクル全体の熱収支と圧力損失を考慮して評価する必要があります。
このサイクルでは、CO₂作動流体を圧縮、加熱、膨張させ、残りの熱の一部を回収してから、次の工程のために流体を冷却します。サイクル構成によっては、低温および高温の熱回収器が熱回収の役割を分担し、プレクーラーが利用可能な放熱器に熱を放出します。
これらの構成要素は、それぞれ異なる動作条件を必要とします。高温熱交換器、低温熱交換器、および予冷器は、それぞれ異なる熱特性、機械的条件、および材料評価を必要とします。
熱交換器の効率を高めることで、同じサイクル構成に必要な外部熱入力を削減できます。そのためには、表面積の拡大や流路設計の変更が必要になる場合があります。それに伴う圧力損失は、圧縮仕事の増加や有効膨張量の減少につながる可能性があります。
したがって、目標はコスト、面積、圧力損失を含めた正味のサイクル性能であるべきである。単一の熱交換器係数を最大化したり、すべてのPCHE設備に固定のサイクル効率改善策を適用したりするだけでは不十分である。
CO₂の特性は、臨界領域付近では大きく変化する可能性があります。単一の平均比熱値では、熱交換器の性能を正確に表せない場合があります。熱モデルでは、流路に沿った圧力、温度、および特性の変化を評価する必要があります。
定義された流れの場合、義務は次のように表すことができます。Q = 質量流量 × エンタルピー変化あくまで例示計算として、流量10 kg/s、エンタルピー変化100 kJ/kgを仮定した場合、1,000 kWの熱伝達が発生します。この計算は、SHPHEの試験結果や特定のサイクル運転点を示すものではありません。
| 決断 | 求める利益 | 検討すべきトレードオフ |
|---|---|---|
| チャネル形状 | 熱伝達性能と有効面積 | 圧力損失、分布、製造可能性 |
| 回復者の任務分担 | サイクル温度範囲全体で熱を回収する | ローカルなアプローチとコンポーネント間の相互作用 |
| 材料とコア構造 | 機械的および温度的制約を満たす | 熱応力、繰り返し荷重、および認定 |
| 予冷装置 | 必要なコンプレッサー入口条件に達する | 季節的な熱吸収条件と補助需要 |
起動、停止、および負荷の急激な変化は、通常の定常運転点とは異なり、温度勾配と差圧を生じさせる可能性があります。サイクル設計者は、熱交換器の評価に必要な過渡現象、サイクル数、およびランプ制約を提供する必要があります。
のプリント回路式熱交換器（PCHE）製品ファミリーの公表されている上限値は、提案されているすべての合金と形状が両極端で同時に動作できることを保証するものではありません。供給される機器は、明確に定義され、認定された圧力・温度範囲を必要とします。
サイクルフロー図、流体組成、運転ケース表、エンタルピーまたは物性値、圧力損失制限、および目標熱性能を提示してください。過渡プロファイル、設計寿命要件、および利用可能なスペースと重量の制約条件も記載してください。
SHPHEはこれらの入力データを用いて、チャネルおよびコアの選択肢を評価できます。その結果として得られる熱交換器の提案は、サイクルモデル内で評価されるべきであり、そこで回収される熱負荷と圧力損失をプロジェクトの正味出力と経済性に換算することができます。
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