1.本实用新型属于热泵设备技术领域，具体涉及一种流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器。
背景技术：
2.随着全球气候变化的不断加剧，中国提出了“碳达峰”、“碳中和”的概念，并承诺到2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和。而传统氟化烃类制冷剂会造成大气污染、破坏臭氧层，对环境造成了极大的影响，co2作为天然工质,因零臭氧层破坏能力(odp=0)以及微乎其微的温室效应(gwp=1)而对环境无害,可从工业生产中回收等优点,逐渐得到越来越多的重视。
3.热泵是一种提高位能的机械设备，可以将低品位热能提升为高品位热能。近年来二氧化碳热泵由于它的节能、环保性受到越来越多的重视，由于气体冷却器是二氧化碳热泵系统的关键设备，它的换热性能影响着二氧化碳热泵整体的运行效率。二氧化碳在气体冷却器中的换热处在超临界状态下，有着较高的温度滑移，可以将冷却剂加热到很高的温度，但是由于系统压力较高，所以有必要开发设计传热性能好且耐压能力强的气冷器。目前的气体冷却器有套管式、管壳式等，这些气体冷却器在紧凑性的设计方面还存在一定缺陷，而板式气体冷却器有着紧凑性强的特点，会极大的提高气体冷却器的换热效率。
技术实现要素：
4.本实用新型提供一种结构紧凑、加工方便、换热能力更高的流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器。为此，本实用新型采用的技术方案如下：
5.一种流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器，包括两个端板和设置在两个端板间的若干换热板片，其中换热板片分为a类换热板片和b类换热板片，相邻两个换热板片依次交替堆叠组成气体冷却器。换热板片上设有二氧化碳流道和冷却剂流道，两种流体逆流换热。气体冷却器在流体流道两端分别设有流体进出口。
6.所述二氧化碳流道和冷却剂流道为涡状布置，二氧化碳流体和冷却剂流体呈逆流换热。
7.所述换热板片有两种结构，一种是上侧为冷却剂流道，下侧为二氧化碳流道；另一种是上侧为二氧化碳流道，下侧为冷却剂流道。就单个换热板片来说，二氧化碳流道截面为半圆形，冷却剂流道截面为半椭圆形。两种换热板片相互堆叠，形成了流道截面为圆形的二氧化碳流道和流道截面为椭圆形的冷却剂流道。
8.本实用新型具有显著的优点和积极的效果。
9.本实用新型设计一种新型的更加紧凑、高效的流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器。气体冷却器中流体流道为涡状，由于离心力的作用，管外侧流速高，内侧流速低，且随着管长走向流速逐渐降低，并在浮升力的影响下流体会缓慢向内侧流动，由于两个不同方向的流动皆垂直于主流方向，故产生的二次流进一步强化了传热。在超临界区，高温高
压的二氧化碳工质，单位质量制热能力大，流量小，压力高，温度滑移大。气冷器采用流道为涡状的板式，结构紧凑、换热效率高，能够与二氧化碳超临界气体冷却过程特点良好匹配，提升效率。
10.进一步，所述换热板片上下两侧分布有不同的通道，可以防止流体的混合。两种换热板片相互堆叠焊接成一个整体，可以承受高压。
11.进一步，所述二氧化碳流体流道截面为较小尺寸的圆形，冷却剂流道截面为较大尺寸的椭圆形。由于二氧化碳流体压力较高，远超过冷却剂侧的压力，这种结构的设计可以让气体冷却器承受较高的压力，保证气体冷却器的稳定运行。
附图说明
12.图1是本实用新型流道为涡状的板式气体冷却器的半剖示意图。
13.图2是本实用新型流道为涡状的板式气体冷却器a类换热板片的俯视图。
14.图3是本实用新型流道为涡状的板式气体冷却器a类换热板片的流道截面局部示意图。
15.图4是本实用新型流道为涡状的板式气体冷却器的整体结构图。
16.图中，1a-上端板，1b-下端板，2a-a类换热板片，2b-b类换热板片，3-二氧化碳流道，4-冷却剂流道，5-二氧化碳进口，6-二氧化碳出口，7-冷却剂进口，8-冷却剂出口。
具体实施方式
17.为了更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。如图1-4所示，一种流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器，包括上端板（1a）、下端板（1b）和设置在上端板（1a）、下端板（1b）间的若干a类换热板片（2a）和b类换热板片（2b），a类换热板片（2a）和b类换热板片（2b）均设有二氧化碳流道（3）和冷却剂流道（4），且依次交替堆叠组成气体冷却器。气体冷却器在二氧化碳流道（3）两端分别设有二氧化碳进口（5）和二氧化碳出口（6），在冷却剂流道（4）两端分别设有冷却剂进口（7）和冷却剂出口（8）。
18.图1为本实用新型流道为涡状的板式气体冷却器的半剖示意图。图1中可以看出，上端板（1a）只在下侧开设冷却剂流道（4），下端板（1b）只在上侧开设冷却剂流道（4）；a类换热板片（2a）上侧为冷却剂流道（4），下侧为二氧化碳流道（3），b类换热板片（2b）上侧为二氧化碳流道（3），下侧为冷却剂流道（4），二者依次相互堆叠形成截面为圆形的二氧化碳流道（3）和截面为椭圆形的冷却剂流道（4）。
19.图2是本实用新型流道为涡状的板式气体冷却器a类换热板片的俯视图。图2中可以看出，二氧化碳流道（3）和冷却剂流道（4）均为涡状，当流体在涡状的流道中通过时会形成二次流，强化传热，提高气体冷却器的传热效率。
20.图3是本实用新型流道为涡状的板式气体冷却器a类换热板片的流道截面局部示意图。图3中可以看出，两种流道截面的形状和尺寸有所不同，就a类换热板片（2a）来说，二氧化碳流道（3）截面为较小尺寸的半圆形，冷却剂流道（4）截面为较大尺寸的半椭圆形。由于二氧化碳流体压力较高，远超过冷却剂侧的压力，这种结构的设计可以让气体冷却器承受较高的压力，保证气体冷却器的稳定运行。
21.图4是本实用新型流道为涡状的板式气体冷却器的整体结构图。具体的工作原理
是，当二氧化碳热泵运行时，从压缩机排出的高温高压超临界二氧化碳流体首先进入二氧化碳进口（5），通过二氧化碳进口（5）将二氧化碳均匀的分配给若干a类换热板片（2a）和b类换热板片（2b）的二氧化碳流道（3），从二氧化碳出口（6）排出；同时，冷却剂从冷却剂进口（7）流入截面为椭圆形的冷却剂流道（4），随后从冷却剂出口（8）排出，换热完成。二者呈逆流换热，换热更加充分。
22.本实用新型提供的流道为涡状的板式气体冷却器，由于流体流道的特殊性，使得流体更容易形成二次流，换热更加充分。此结构不仅结构简单、紧凑，具有较强的换热能力，与二氧化碳在超临界区的物性变化匹配，提高了气体冷却器的效率，从而有助于二氧化碳热泵系统整体效率的提升。
技术特征：
1.一种流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器，其特征在于，包括上端板（1a）、下端板（1b）和设置在上端板（1a）、下端板（1b）间的若干a类换热板片（2a）和b类换热板片（2b），a类换热板片（2a）和b类换热板片（2b）均开设有二氧化碳流道（3）和冷却剂流道（4），且依次交替堆叠组成气体冷却器;气体冷却器在二氧化碳流道（3）两端设有二氧化碳进口（5）和二氧化碳出口（6），在冷却剂流道（4）两端设有冷却剂进口（7）和冷却剂出口（8），两种流体逆流换热。2.根据权利要求1所述的一种流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器，其特征在于，所述a类换热板片（2a）上侧为冷却剂流道（4），下侧为二氧化碳流道（3）；所述b类换热板片（2b）上侧为二氧化碳流道（3），下侧为冷却剂流道（4）。3.根据权利要求1所述的一种流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器，其特征在于，所述二氧化碳流道（3）截面为圆形，冷却剂流道（4）截面为椭圆形，且二氧化碳流道（3）和冷却剂流道（4）为涡状。4.根据权利要求1所述的一种流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器，其特征在于，所述上端板（1a）只在下侧开设冷却剂流道（4），下端板（1b）只在上侧开设冷却剂流道（4）。
技术总结
本实用新型公开了一种流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器，包括两个端板和设置在两个端板间的若干换热板片，其中换热板片分为A类换热板片和B类换热板片，相邻两个换热板片依次交替堆叠组成气体冷却器。换热板片上设有二氧化碳流道和冷却剂流道，流道形状为涡状。气体冷却器在流道两端设有二氧化碳进出口和冷却剂进出口。本实用新型提供的流道为涡状的板式二氧化碳热泵气体冷却器，结构紧凑、成本低廉、换热效率高，可以充分利用二氧化碳在超临界区的特性，强化换热，提高二氧化碳热泵机组的效率。机组的效率。机组的效率。
技术研发人员：崔海亭 王超 王晨
受保护的技术使用者：河北科技大学
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/3/14