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混合制冷劑可使熱泵溫度達200oC

發(fā)表于: 來(lái)自:冷熱前行

  最新發(fā)現,通過(guò)改變制冷劑混合物的組成,可以使熱泵從不同的熱源生成不同的溫度,同時(shí)提高效率高達25%。


  這項新技術(shù)在食品、化工和制藥行業(yè)的工藝熱電氣化方面顯示出特別的前景。


  瑞士研究人員認為,現有的工業(yè)熱泵通常是為特定的工業(yè)應用和溫度定制的昂貴設備。


  在傳統的熱泵中,可實(shí)現的溫度和溫度曲線(xiàn)主要由制冷劑的選擇決定。


  熱泵的所有組件從蒸發(fā)器和壓縮機到冷凝器和膨脹閥,都根據這種制冷劑進(jìn)行了定制。


  如果一個(gè)工廠(chǎng)需要為多種應用提供不同溫度的熱量,目前只能通過(guò)使用多臺熱泵,每臺熱泵使用不同的制冷劑來(lái)實(shí)現。


  這既昂貴又不方便,因此熱泵在工業(yè)領(lǐng)域未能取得進(jìn)展。

  研究人員聲稱(chēng),他們現在開(kāi)發(fā)出一種解決方案,可以使熱泵以低成本靈活地產(chǎn)生高達200oC的各種溫度。


  他們提出了一個(gè)更好的解決方案,即使用的是混合制冷劑,而不是單一制冷劑。這使熱泵能夠利用不同的熱源并生成不同的溫度曲線(xiàn)。


  制冷劑混合物的組成可以根據不同的應用進(jìn)行變化。


  因此,企業(yè)在需要不同溫度時(shí),不必重新設計整個(gè)熱泵,只需調整混合物即可。


  這些測試最初是為低GWP的HFO和HCFO制冷劑設計的,這些制冷劑提供了廣泛的臨界溫度范圍。


  例如,R1234yf的臨界溫度為94.7oC,而R1336mzz(Z)的臨界溫度為171.4oC。


  此外,由于HFO和HCFO制冷劑不需要像易燃制冷劑那樣采取安全預防措施,因此它們適合在普通實(shí)驗室環(huán)境中進(jìn)行探索性混合測試。

  然而,考慮到環(huán)境問(wèn)題以及歐盟可能在不久的將來(lái)禁止某些HFO和HCFO制冷劑,研究人員還將對其他流體進(jìn)行類(lèi)似的實(shí)驗,其中也包括天然制冷劑。


  這種混合物由傳統制冷劑和另一種成分組成。熱泵的溫度曲線(xiàn)由這兩種成分的比例決定。


  原則上,只要溫度不超過(guò)200oC,就可以為工業(yè)過(guò)程設置任何數量的不同溫度曲線(xiàn),這是新技術(shù)所的主要優(yōu)勢。


  為了確定適合的制冷劑混合成分,研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)計算機模型,該模型模擬了不同制冷劑混合物變體的熱泵回路。


  通過(guò)將熱泵組件,以及混合物的組成整合到優(yōu)化過(guò)程中,擴展了現有的熱泵熱力學(xué)模型。


  結果表明,在某些操作條件下,混合物不僅優(yōu)于純流體,而且在變化的操作條件下可以保持較高的COP(性能系數)。

  這項研究中的二元和三元混合物的滑動(dòng)溫度在10K到40K之間,包括R1336mzz(Z)、R1233zd(E)、R1224yd(Z)、R1234yf和R32。


  對于熱源和熱匯溫度變化為35K的情況下,最佳混合物比性能最好的純流體R1234yf具有約16%的COP優(yōu)勢。


  還發(fā)現,幾種二元和三元混合物的最大COP幾乎相等,這表明在混合物選擇方面具有靈活性。


  此外,變動(dòng)操作條件表明,混合物的COP通常比純流體的COP更穩定。


  研究人員在熱泵實(shí)驗室中的測試顯示,混合物將一臺商業(yè)化的工業(yè)熱泵的效率提高了多達25%。


  據稱(chēng),已經(jīng)有許多瑞士和國際公司對該技術(shù)表示了興趣。


  研究人員目前正在與MAN Energy Solutions和Scheco AG等熱泵制造商以及Lindt等瑞士工業(yè)合作伙伴密切合作。下一步計劃是設計和建造一個(gè)試點(diǎn)工廠(chǎng)以進(jìn)行進(jìn)一步測試。


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2024
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