高温热泵技术国内外的研究状况及发展

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1、高温热泵技术国内、外的研究现状和发展　　上世纪,随着全球性的能源危机和制冷技术的进一步成熟,热泵技术获得了一个迅速发展的机遇。目前,热泵在空调领域的应用已相当普遍,热泵装置的可靠性和效率也有了较大的提高。相对于常规的空调热泵系统,高温热泵的发展和应用要滞后许多,但国内、外对扩大热泵的应用领域方面也进行了一系列的研究,如高温热泵工质、循环、特性等,取得了一定的成果。目前研究和发展的高温热泵系统和装置主要有:(1)纯工质多级压缩热泵系统和装置,以双级或三级压缩为主,采用多级离心或螺杆式制冷压缩机[1],

2、用于区域供热或工业工艺流程供热。此类热泵的工作流程与双级压缩制冷系统类似,但一般采用了与压缩级数相同的多个冷凝器对载热介质进行逐级加热,且其工作温度范围和所使用的工质与制冷系统不同,技术成熟已在供热方面获得工程实际应用,目前研究的重点主要集中在新工质的替代方面。　　(2)非共沸工质多级压缩热泵系统和装置,其基本的流程与纯工质多级压缩热泵流程相同,但由于使用了非共沸混合工质,在蒸发和冷凝过程中出现温度滑移,能较好地与载热介质在换热器中的温度变化特性相适应,提高了热泵效率,由于非共沸混合工质的种类繁多,

3、因此对工质的选择也有更大的余地。目前国内、外对此类热泵的研究较多,所用的工质主要有R22/R142b,R125/R134a等,在理论和实验研究中均获得了较好的COP值[2],但在应用上仍然存在一些困难,如混合工质在发生泄漏时将导致成份的变化,影响其热力性能,以及在相变过程中的气液相分离现象使得在换热器中实现逆流换热较困难,从而无法发挥非共沸工质的优点,不易达到理想的热泵效率。(3)吸收2压缩组合热泵系统和装置,此类热泵将吸收式和压缩式系统组合在一起,采用沸点相差很大的工质作为循环的工质对,利用其溶液

4、对低沸点工质的吸收作用来改善循环某些方面的特性,此类循环种类繁多,有以吸收式循环为主,采用热能为主要驱动能源,而辅以蒸气压缩来改善循环的热力效率或提高温升范围[3],也有以蒸气压缩循环为主使用电能或机械能作为驱动能源,可使用或不使用热能作辅助能源,来提高系统的热力效率或降低压缩机的压比[4]。研究表明,这类循环能较好地改善吸收式或蒸气压缩式热泵的性能,极具发展潜力。(4)吸收式热泵系统和化学热泵系统,均为使用热能驱动的热泵。吸收式热泵是由吸收式制冷系统发展而来的,有多种工作流程,以其功能区分有增热型

5、和增温型两种类型[5],技术较为成熟,在余热回收等方面获得了一定应用,具有较大的发展潜力。化学热泵系统是近年来发展的一种新型热泵系统,利用化学反应的吸放热效应来实现低温吸热和高温放热,可以在很大的温差及很高的温度条件下实现热泵循环[6],可供化学热泵使用的化学反应有很多种,目前国内外的研究都在寻找和研究能用于工程实际的反应和流程,此类热泵系统未来在高温热泵的应用上有较好的发展前程。在高温热泵的研究方面,日本在上世纪九十年代初就开发出一系列高效的热泵系统,其中的高温型在温升为100℃时其热泵系数可达到

6、3以上[7],欧美等国也在高温热泵的工质替代以及混合工质在高温热泵上的应用等方面进行了深入的研究,并在供热、余热回收、太阳能利用等领域获得了应用,有关吸收、吸附、化学热泵等的研究也取得了一定的进展。我国对高温热泵的研究主要集中在理论方面。从技术上来说,提高热泵的应用温度主要取决于热泵工质的工作温度范围和压缩机出口润滑油的最高耐温,以现有的技术水平,开发和生产供热温度为100℃的高温热泵并不困难,其能否获得应用的关键是技术经济性的问题。即使用热泵供热与传统的锅炉供热相比在经济上是否具有竞争力。吸收式热

7、泵及化学热泵装置均以热能为驱动能源,可以使用与各型锅炉相同的初级能源,由于其增热型的热力系数是大于1的,故与锅炉相比肯定是节能的。而其增温型主要用于余热和废热的回收,与传统的供热设备不具有可比性。本文主要讨论蒸气压缩式热泵装置与锅炉的能耗及经济性比较。