超临界CO2循环是目前国际上公认的具有高效灵活优势的新型动力循环之一，在电力调峰、新能源、船舰及航天推进等领域具有重要潜在应用。作为超临界CO2循环关键装备，高效灵活的换热器对于整个系统的高效紧凑和负荷响应速率非常重要。超临界CO2循环透平出口温度超过450 ℃，回热量约是蒸汽循环的3倍，在紧凑设计条件下热惯性不可忽略，循环负荷跟随特性受到明显制约。为解决上述问题，亟需开展换热器热惯性理论及缓和热惯性关键技术方面的研究。
研究所传热传质研究中心在换热器热惯性定量表征方面开展了系列研究。建立了考虑固体材料蓄热及导热的印刷电路板式换热器（PCHE）一维动态响应模型，分析了温度控制条件下PCHE结构参数及工况参数对换热器动态响应平衡时间的影响规律，建立了平衡时间无量纲预测关联式，为后续缓和热惯性技术的开发提供了基础。
作为描述换热器灵活性的关键指标，许用升温速率不仅关系到安全稳定运行，而且影响循环系统快速深度调峰能力。研究所传热传质研究中心科研人员自主设计研制了百千瓦级的之字形通道PCHE回热器样机，在中心已有的“双回路全温全压超临界CO2换热器综合测试实验平台”上完成许用升温速率的阶段性实验测试。该平台测量最高温度可达600 ℃，最高压力可达32 MPa，可开展百千瓦级回热器（CO2-CO2）、冷却器（CO2-水）的实验测试。近日，研究所传热传质研究中心科研人员通过系列实验测得新研制样机许用升温速率达6.1 ℃/min，同时换热效率>95%，圆满实现阶段设计目标。研究所科研人员将进一步根据已有数据开展设计优化和实验工作，继续提升换热器的灵活性能。
以上研究得到了中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划（YSBR-043）项目支持。该项目旨在通过探索高参数下超临界CO2非线性行为及关键热-功转换过程的稳定性、灵活性和效率提升机制，形成超临界CO2工质低碳能源动力系统新体系的科学基础和装备基础。团队相关研究成果已在研究所承办的第二届可持续能源发展国际会议“基于多能源的低碳技术与装备创新”主题论坛上进行了特邀报告分享。
双回路全温全压超临界CO2换热器综合测试实验平台
自主设计研制PCHE样机及许用升温速率阶段测试结果