Mayekawa разработала высокотемпературный тепловой насос на углеводородах

Более 580 человек приняли участие в ежегодной конференции 2013 JSRAE, которая состоялась в Токио с 10 по 12 сентября. Организованное Японским обществом инженеров по охлаждению и кондиционированию (Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers), это событие состояло в общей сложности из 189 технических презентаций, разделённых на специализированные сессии, посвящённые основным компонентам, комплектным системам или основам холодильной техники и кондиционирования воздуха. Целый ряд докладов сосредоточился вокруг природных рабочих жидкостей — CO2, аммиака, углеводородов и воды. Хидеки Фушиками (Hideki Fuchikami) из исследовательского центра компании Mayekawa представил новейшие исследования компании по высокотемпературному тепловому насосу (HP) с использованием углеводородного хладагента.

Эффективное снабжение паром 150°C с углеводородным тепловым насосом

Промышленные процессы, такие, как переработка пищевых продуктов, имеют высокий спрос на пар в диапазоне температур 100 — 150°С. Традиционно для этого используются котлы на ископаемом топливе.
Для обеспечения более эффективных и экологически безопасных решений, исследователи Mayekawa в качестве альтернативы использования котлов на ископаемом топливе с 2009 года разрабатывают тепловые насосы на углеводородах в качестве хладагента для получения высокотемпературного пара выше 150°C.

Согласно Хидеки Фушиками, 39% котлов, используемых в промышленном секторе, связаны с температурой до 100°C, и 61% — с температурой выше 100°С. В то время как спрос на температуру ниже 100°C может быть эффективно удовлетворен с помощью промышленных тепловых насосов Eco Cute HP, для разработки тепловых насосов на природных хладагентах для высоких температур необходимы новые исследования, которые могут помочь уменьшить выбросы CO2 и потребление энергии в промышленности.

Достигнут и подтверждён СОР 3 для системы с теплопроизводительностью в 245кВт

Целью исследовательского проекта являлась разработка теплового насоса, обеспечивающего температуру более чем 150°C с СОР 3. Как наиболее подходящий хладагента был выбран природный хладагент нормальный пентан (н-пентан) с GWP 3. В качестве смазочного масла был испытан и выбран PAG (полиалкиленгликоль) за его термостойкость и за его достаточную вязкость при температуре до 180°С. Высокие рабочие температуры потребовали разработки и проектирования нового компрессора.

Недавно разработанная система HP с тепловой мощностью 245кВт прошла серию тестов для проверки её работы. При испытаниях, которые проводились при температурах конденсации Тс = 150 — 160°С и испарения Те = 70 — 80°C был подтвержден СОР 3. Путём регулировки системы для оптимальной работы ожидается более высокий СОР.

Следующие шаги в сторону коммерциализации

Производительность прототипа системы была проверена с многообещающими результатами. До коммерциализации, однако, ещё несколько лет. Использование н-пентана в качестве хладагента потребует изменений в действующем законодательстве. PAG смазки, прототип компрессора и его новые части должны быть проверены и оценены на долговечность и производительность. Согласно презентации Фушиками, с тестированием, оценкой и оптимизацией системы в течение ближайших 3 лет, первый коммерческий высокотемпературный паровой тепловой насос можно сделать коммерчески доступным около 2016 года. После 2020 года система HP с СОР 4 будет производиться массово.

По данным доклада, коммерциализация одного такого теплового насоса приведёт к сокращению выбросов на 560 тонн в СО2 эквиваленте (1468 тонн в CO2 эквиваленте при СОР порядка 4) в год, по сравнению с традиционным котлом на ископаемом топливе с 50% эффективностью.

Это исследование спонсировалось New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).