开发世界上“最热”的热泵

来自 SINTEF 编译 陈讲运

Tocircle 在诺德兰郡格洛姆峡湾的工厂中运行的热泵。该过程回收剩余热量，可达到高达 180 度的温度。图片来源：ToCircle Industries AS

我们用来加热我们的家庭和生活用水的热泵在 30 到 60 度的温度下运行，但许多工业过程需要更高的温度 - 并且一些行业需要完全不同的技术。

工业，他们的研究合作伙伴合作，最近研制出了世界上第一个热，可在高达180度的高温生产过程热泵。

完美满足五分之一的欧洲工业需求

不同的过程有不同的加热需求——从 50 到 100 度，再到数千度。欧洲五分之一的行业需要大约 100 到 180 度的温度。

SINTEF 研究员 Michael Bantle 说：“这种新型热泵完全满足他们的需求，因此具有巨大的商业潜力。” “对于旨在减少温室气体排放和能源消耗的行业来说，这将是唾手可得的成果，”他说。

将受益于在这些温度下运行的热泵的行业包括食品、渔业和水产养殖、造纸、石油和天然气以及冶金行业。

世界上第一个零排放乳制品

新的热泵代表了最初在挪威卑尔根市 TINE 为乳制品加工开发的技术的进一步进步，并使该公司成为世界上第一家零排放乳制品。它是第一个仅使用热泵对这些产品进行工业加热且温度范围为 100°C 的公司。

“该项目展示了如何使用绿色工业流程实现盈利，”Bantle 说。“热泵使我们能够在消除温室气体排放的同时节省一次能源。一次能源是从外部来源进入设施的能源，”他说。

TINE 通过使用一系列热泵和蓄热器将多余的热量升级到工艺热温来实现这一目标，从而将其总能耗降低多达 50%。

乳制品行业通常不需要高于 100 度的温度，可以使用氨和水作为工作介质产生温度。

“这种混合物是一种众所周知的制冷剂，适用于 50 到 120 度之间的工作温度，”班特尔补充道。

自从他们在 TINE 取得成功以来，研究人员一直在研究如何使用热泵概念产生更高的温度，该概念也利用了气候友好型制冷剂。

“为了达到高达 180 度的温度，我们必须确定一种热特性略有不同的制冷剂，我们最终得到了其中最天然的一种——水，”班特尔说。

将两台机器合二为一

该项目是一项涉及 SINTEF、NTNU 和挪威压缩机制造商 Tocircle 的合作项目。他们共同开发了一种热泵，它将 SINTEF 在水和蒸汽技术领域的丰富研发经验与 Tocircle 专门设计和制造的旋片机相结合。

“叶片机是一种配备有叶片的压缩机，叶片会随着旋转而改变压缩机的容积，”Bantle 解释说。“Tocircle 压缩机背后的秘密在于，所有与工作介质接触的运动部件都用水润滑，”他说。

将注入水与蒸汽压缩结合使用不仅可以促进润滑，还可以降低系统上的热应力。没有水，压缩机在压缩时有过热的危险。

“所有这些因素结合在一台机器中，为开发以纯水作为工作介质的高温热泵提供了一个非常有前景的平台，尤其是因为许多工业过程已经首先使用蒸汽作为能量载体，”班特尔解释道。

不浪费热量

研究人员预计，通过回收低温废热，新的热泵技术将使工业能源消耗降低40% 至 70%。因此，这将减少使用燃气或电锅炉的需要。

“这意味着我们不再需要浪费任何热量，而是可以将产生的热量全部留给自己，”Bantle 说。“这反过来将大大减少我们的温室气体排放，因为可以保留工业过程产生的多余热量，将其送入热泵，从而提高过程温度，”他说。

“投资热泵需要花钱，但这项技术将确保节省大量资金，使我们能够相对较快地收回投资成本，”班特尔补充道。

零温室气体排放

“由于我们在挪威可以很好地获得清洁能源，因此使用这种热泵技术不会产生温室气体排放，”Bantle 说。

在欧洲大部分地区，能源结构并不完全是可再生能源，也许只有三分之一的能源可以被视为清洁能源。

“然而，即使在这里，新的热泵技术也将导致类似的温室气体排放减少，”班特尔说。“如果电力用于运行热泵，减排量将仅在很小程度上取决于电力的来源，”他说。

预计该技术将于 2021 年投放市场。