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混合制冷剂可使热泵温度达200ºC

2024
24/06
10:51
冷热前行
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2024年06月24日 10:51:45 · 来源:冷热前行

  最新发现,通过改变制冷剂混合物的组成,可以使热泵从不同的热源生成不同的温度,同时提高效率高达25%。


  这项新技术在食品、化工和制药行业的工艺热电气化方面显示出特别的前景。


  瑞士研究人员认为,现有的工业热泵通常是为特定的工业应用和温度定制的昂贵设备。


  在传统的热泵中,可实现的温度和温度曲线主要由制冷剂的选择决定。


  热泵的所有组件从蒸发器和压缩机到冷凝器和膨胀阀,都根据这种制冷剂进行了定制。


  如果一个工厂需要为多种应用提供不同温度的热量,目前只能通过使用多台热泵,每台热泵使用不同的制冷剂来实现。


  这既昂贵又不方便,因此热泵在工业领域未能取得进展。

  研究人员声称,他们现在开发出一种解决方案,可以使热泵以低成本灵活地产生高达200ºC的各种温度。


  他们提出了一个更好的解决方案,即使用的是混合制冷剂,而不是单一制冷剂。这使热泵能够利用不同的热源并生成不同的温度曲线。


  制冷剂混合物的组成可以根据不同的应用进行变化。


  因此,企业在需要不同温度时,不必重新设计整个热泵,只需调整混合物即可。


  这些测试最初是为低GWP的HFO和HCFO制冷剂设计的,这些制冷剂提供了广泛的临界温度范围。


  例如,R1234yf的临界温度为94.7ºC,而R1336mzz(Z)的临界温度为171.4ºC。


  此外,由于HFO和HCFO制冷剂不需要像易燃制冷剂那样采取安全预防措施,因此它们适合在普通实验室环境中进行探索性混合测试。

  然而,考虑到环境问题以及欧盟可能在不久的将来禁止某些HFO和HCFO制冷剂,研究人员还将对其他流体进行类似的实验,其中也包括天然制冷剂。


  这种混合物由传统制冷剂和另一种成分组成。热泵的温度曲线由这两种成分的比例决定。


  原则上,只要温度不超过200ºC,就可以为工业过程设置任何数量的不同温度曲线,这是新技术所的主要优势。


  为了确定适合的制冷剂混合成分,研究人员开发了一个计算机模型,该模型模拟了不同制冷剂混合物变体的热泵回路。


  通过将热泵组件,以及混合物的组成整合到优化过程中,扩展了现有的热泵热力学模型。


  结果表明,在某些操作条件下,混合物不仅优于纯流体,而且在变化的操作条件下可以保持较高的COP(性能系数)。

  这项研究中的二元和三元混合物的滑动温度在10K到40K之间,包括R1336mzz(Z)、R1233zd(E)、R1224yd(Z)、R1234yf和R32。


  对于热源和热汇温度变化为35K的情况下,最佳混合物比性能最好的纯流体R1234yf具有约16%的COP优势。


  还发现,几种二元和三元混合物的最大COP几乎相等,这表明在混合物选择方面具有灵活性。


  此外,变动操作条件表明,混合物的COP通常比纯流体的COP更稳定。


  研究人员在热泵实验室中的测试显示,混合物将一台商业化的工业热泵的效率提高了多达25%。


  据称,已经有许多瑞士和国际公司对该技术表示了兴趣。


  研究人员目前正在与MAN Energy Solutions和Scheco AG等热泵制造商以及Lindt等瑞士工业合作伙伴密切合作。下一步计划是设计和建造一个试点工厂以进行进一步测试。


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