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我國科研團(tuán)隊研制國際首臺超200℃熱泵 破解工業(yè)低碳供熱瓶頸
2025年12月10日 16:59:35
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：珙桐 點擊量：3196
中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所團(tuán)隊在超高溫工業(yè)熱泵技術(shù)領(lǐng)域取得系列突破性進(jìn)展，成功研制出國際首臺泵熱溫度超過 200℃的雙作用自由活塞型熱聲斯特林超高溫?zé)岜迷蜆訖C(jī)。
近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所團(tuán)隊在超高溫工業(yè)熱泵技術(shù)領(lǐng)域取得系列突破性進(jìn)展，成功研制出國際首臺泵熱溫度超過 200℃的雙作用自由活塞型熱聲斯特林超高溫?zé)岜迷蜆訖C(jī)，同時開發(fā)出可將低品位熱能提升至 270℃以上的無運(yùn)動部件熱聲熱泵。相關(guān)成果已發(fā)表于《自然?能源》《應(yīng)用物理快報》《能源》等期刊。
工業(yè)供熱占我國總熱能消耗的 40%，溫度需求覆蓋 100℃至 1000℃以上，其中陶瓷、冶金、石油化工等行業(yè)對 200℃以上高溫?zé)崮苄枨笃惹小Ｈ欢?，傳統(tǒng)熱泵技術(shù)長期面臨 “卡脖子” 難題：蒸汽壓縮熱泵無法突破 200℃溫區(qū)，且環(huán)保工質(zhì)匱乏；二氧化碳熱泵則存在系統(tǒng)壓力超 10MPa、能效偏低的瓶頸。國際能源署(IEA)指出，中國供熱技術(shù)選擇將深刻影響全球趨勢，超高溫?zé)岜眉夹g(shù)是實現(xiàn)碳中和的六大關(guān)鍵能源技術(shù)之一，其突破對工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。
研究團(tuán)隊深耕熱聲斯特林技術(shù)十余年，以氦氣、氬氣等天然環(huán)保工質(zhì)為核心，構(gòu)建了兼具安全性與寬溫區(qū)優(yōu)勢的技術(shù)體系，取得兩項關(guān)鍵突破：
電驅(qū)動超高溫樣機(jī)：創(chuàng)新性提出 “電調(diào)相” 聲場調(diào)控機(jī)制，實現(xiàn)雙作用熱泵 “反相運(yùn)行”，通過聲功反向傳輸與換熱器功能對調(diào)，解決了超高溫壓縮機(jī)研制的世界性難題。該原型機(jī)泵熱溫度突破 200℃，在環(huán)境溫度 67℃時可穩(wěn)定輸出 214℃高溫，相對卡諾效率達(dá) 45.2%，工質(zhì)零溫室效應(yīng)。
熱驅(qū)動無運(yùn)動部件樣機(jī)：研發(fā)完全無機(jī)械磨損的熱聲熱泵，僅通過熱能驅(qū)動即可將 140℃左右的低品位余熱(如工業(yè)廢水、太陽能低熱)提升至 270℃以上，為余熱回收與資源化利用提供全新方案。
該系列突破標(biāo)志著熱聲斯特林技術(shù)已成為新一代超高溫?zé)岜煤诵?，其工質(zhì)環(huán)保、溫區(qū)寬廣、效率突出的優(yōu)勢，可有效替代工業(yè)領(lǐng)域化石燃料供熱，大幅削減碳排放。按行業(yè)測算，全面推廣后年減排量將相當(dāng)于千萬噸級二氧化碳當(dāng)量，企業(yè)供熱成本可降低 25%-40%。
研究團(tuán)隊進(jìn)一步展望，下一步將針對石化、冶金等更高溫度需求場景，開展 500℃-800℃級超高溫?zé)岜眉夹g(shù)研發(fā)。通過該技術(shù)可將核反應(yīng)堆 300℃供熱、太陽能槽式集熱 400℃-500℃熱源升級至高溫區(qū)間，為重工業(yè)零碳用熱提供嶄新技術(shù)途徑，鞏固我國在超高溫?zé)岜妙I(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。
資料來源：中國科學(xué)報、科技日報
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