工程熱物理所低溫余熱品位提升及能量儲存研究獲進(jìn)展

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺及能源利用過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題日益凸顯。工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的低溫余熱不能被利用白白浪費(fèi)掉，因此，加強(qiáng)低溫余熱的回收利用是提高能源利用效率及節(jié)能減排的重要途徑和有效手段。

　　化學(xué)熱泵是利用可逆化學(xué)反應(yīng)將低品位熱源的熱能以化學(xué)能的形式回收儲存起來，然后在較高溫度下釋放出來，用于供熱、制冷、干燥及發(fā)電等，實現(xiàn)能量的品位提升和利用?；瘜W(xué)熱泵具有溫度適應(yīng)范圍寬、溫度提升能力高、具備能量儲存功能等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于間歇性及不穩(wěn)定性低溫余熱資源深度利用，具有廣闊應(yīng)用前景。

　　中國科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心研究人員針對間歇性與波動性低溫余熱資源的深度利用問題，系統(tǒng)開展了化學(xué)熱泵低溫余熱品位提升及能量儲存相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)研究：自主研發(fā)了適用于化學(xué)熱泵熱化學(xué)反應(yīng)物系的新型高效納米鉑銅催化劑（如圖1），大幅提升了反應(yīng)物系吸/放熱反應(yīng)速率和主反應(yīng)的選擇性，有效抑制了副反應(yīng)的產(chǎn)生，解決了副產(chǎn)物這一長期制約化學(xué)熱泵發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸問題；創(chuàng)新性將分形理論與LBM相結(jié)合，模擬揭示了催化劑孔隙體系內(nèi)多相多組份熱質(zhì)傳遞機(jī)理與能質(zhì)轉(zhuǎn)換過程特性及其與反應(yīng)轉(zhuǎn)化率間的耦合協(xié)同效應(yīng)，建立了熱化學(xué)反應(yīng)選擇性的調(diào)控機(jī)制；首次提出了化學(xué)熱泵系統(tǒng)熱力學(xué)評價新標(biāo)準(zhǔn)——火積效率，發(fā)展了基于遺傳算法的多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，實現(xiàn)了復(fù)雜化學(xué)熱泵系統(tǒng)各部件的優(yōu)化設(shè)計與匹配；建立了化學(xué)熱泵系統(tǒng)從設(shè)計、運(yùn)行到控制的一套完整理論體系；針對80-130°C的低溫?zé)嵩?，自主研發(fā)了國內(nèi)第一臺以異丙醇-丙酮-氫氣為反應(yīng)物系的化學(xué)熱泵系統(tǒng)樣機(jī)（如圖2），溫度提升幅度為70-110°C，最高放熱溫度為200°C，系統(tǒng)熱效率達(dá)到25%，各項指標(biāo)均優(yōu)于國外同類水平。

　　以上工作得到國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計劃和國家自然科學(xué)基金的資助，已在Energy，Applied Energy，Ultrasonics Sonochemistry，Applied Thermal Engineering，Industrial & Engineering Chemistry Research和Materials Letters 等國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文20余篇。

圖1 （A-C）超細(xì)銅納米棒和（D）泡沫狀鉑銅雙金屬納米顆粒 

圖2 異丙醇-丙酮-氫氣化學(xué)熱泵循環(huán)系統(tǒng)樣機(jī)照片