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一种新型高效高温 环保热泵 湖南仪峰环保项目组 二零一四年一月二十八日 摘要：这是一种新型高温高效环保热泵。以氨水作工质，其环保特性很好。整套设备有蒸发器、压缩机、吸收器、氨水循环泵、换热器及检测控制等部件组成。并已建成一套模型试验装置，试验表明：其具有能效比可达3.5以上，它已超出传统机械压缩式热泵供热温度70℃的限制，可达120℃以上。可应用的领域大为扩展，全套装置在全封闭状态下运行，无气味，可在线检测和调质，使工况长期稳定，有关润滑油乳化的问题已有一个切实可行的解决方案。 关键词：新型热泵 能效比 商业化 目录 一、背景技术 4 二、解决办法 4 三、试验工作 7 四、应用前景展望 10 五、存在问题 11 六、打算 12 七、结语 12 八、参考文献 13 一、技术背景 能源、环保是当今人类面临的重大问题，已引起我国政府的高度重视。对此，除传统意义上节能降耗外，又在兴起一种热泵，将低位热能转化为高位热能，实现热能的再循环。其技术基础有机械压缩式和吸收式，并已得到广泛的应用。特别是前者，在制冷制热上已深入到人类的生活中。成为不可或缺的内容。但这两种方式还存在诸多问题有待解决。例如压缩式热泵方面，使用电能做动力，利用工质的汽化热作载热体，能效比还较低。用作民用尚可，用于环保治理，经济负担过重。其供热仅限70℃以下，只能产生热水或热风。而吸收式热泵虽可产生高温蒸汽，但热效比﹤0.5，因此，如何提高热泵的能效比，使供热温度更高，运用范围更广，更经济，更具有工业使用价值，则是一个极具开发利用的大课题。 二、解决办法 我们查阅了氨气的物理特性，它极易溶解于水，由气氨转化为液氨，放出4.4大卡/克分子热量。气氨溶解于水中放出8.8大卡/克分子的热量。据此计算，其单位工质的载热量为517大卡/公斤。接近水在正常温度下的蒸发潜热539大卡/公斤。远大于现有氟利昂等工质的汽化热（≤300大卡/公斤），对于活塞式压缩机而言，理想气体的等温压缩功率如下式， （1） 式中G、Ps、Pd分别表示压缩气体的公斤分子数，吸气、排气压力。对于氨水、R134a（目前压缩式热泵常采用的工质）两种工质而言，其能效比之间存在如下关系： （2） 公式（2）中、Ps1、Pd1、N1分别表示氨水所对应的单位载热量和对应冷热端温度的进气、排气压力及压缩机的功耗；、Ps2、Pd2、N2分别表示以R134a为工质时所对应的单位载热量和对应冷热端温度的进气、排气压力及压缩机的功耗；查阅两者的物性参数可知，在同等载热量及冷热端温差相等的（20℃~70℃）情况下， ，这意味着以氨水做工质的新型热泵，其功耗比传统压缩式热泵要低得多。 从附图一氨水焓—浓图【1】可知，在浓度50%范围内，相对应的气态与液态的焓差保持相对稳定。且大于500大卡/公斤。 故以氨水做工质来做成的热泵，必将显著的降低热泵的功耗，而且氨气的环保指数很好，ODP、GWP全为零。是一种理想的环保工质。 以氨水做工质的热泵，其结构原理如下图一所示： 图一 压缩吸收式热泵原理图 它包含吸收器1，换热器2，蒸发器3，氨水循环泵4，节流阀5，蒸汽压缩机6,等部件。其过程为，氨水在蒸发器中受热蒸发，产生氨气及稀氨水。其蒸汽通过压缩机6压缩升温升压后送入吸收器，并与 通过氨水循环泵4，换热器2送来的稀氨水接触，重新溶解到氨水中放出溶解热，由此产生的浓氨水再经换热器，节流阀3回到蒸发器中，实现氨水闭路循环。 这种压缩吸收式热泵（ACHP），若干年来，国内外均有不少学者在研究。已如文献「2」所述。一致的结论是：“ACHP具有容积排量小，吸收器压力低，COP高，可提升温差大，可利用的余热温度低等优点。”但是，到目前为止，基本上没有商业化的产品出现，大多数工作都局限于理论分析和试验。而且，所有试验装置供热温度都≤80℃.在国内，中科院广州能源研究所，利用该种热泵技术从事低温地热利用的研究，并于2009年纳入我国863项目计划（2009AA05Z433）。2014年1月20报道了其研究成果【3】，冷热温差40℃~70℃条件下，其COP达4.5，性能较压缩式热泵提升22%，项目还在进一步完善中。 三、试验工作 为开发这种新型热泵，达到提高能效比，降低功耗，拓宽供热温度范围，优化设计，实现商业化运作，经不断改进提高，建立了如下的试验模型装置，为图二所示： 图二 试验模型装置 其中，蒸发器，吸收器做了小型优化设计，两者