中国科学院突破 200℃ 热泵技术壁垒，工业高温供热迎来新方案
IT之家 12 月 21 日消息，在工业生产领域，造纸、印染、酿酒、医药等行业需 100℃ 至 200℃ 的热能或蒸汽，而陶瓷、冶金、石油化工等则需 200℃ 至 1000℃ 以上高温热能。工业供热占我国总热能消耗 40%。
国际能源署（IEA）在 2024 年能源技术展望报告中指出，中国的供热技术选择将深刻影响全球趋势，热泵技术是实现碳中和的六大关键能源技术，与光伏发电、风电等新能源技术并列，发展可高效实现能源利用的超高温工业热泵将成为实现“双碳”目标的关键路径之一。
然而，传统的热泵技术面临严峻挑战，现有的蒸汽压缩热泵难以实现 200℃ 以上的工作温区，且环保安全工质匮乏；而二氧化碳热泵则存在系统高压（超 10MPa）和能效偏低问题。
对此，中国科学院理化技术研究所低温科学与技术全国重点实验室低温制冷与特种动力技术研究中心罗二仓研究团队近十几年来聚焦于采用环保工质如氦气、氩气、氮气等绿色工质的热声斯特林技术研究，该技术不仅工质环保安全，而且具有工作温区广（极低温和超高温）、潜在效率高等优势，是一种具有广阔应用前景的新一代热泵技术。
近期，该研究团队在电驱动热声高温热泵和热驱动高温热声热泵技术研究方面取得了重要进展。研究系统总结了超高温热泵技术路径，并对 600K 至 1600K 温区关键技术提出发展展望。相关成果发表于《自然・能源》。
科研团队创新提出“电调相”机制，从而实现了双作用热泵的“反相运行”的声场调相机制，巧妙地实现系统中声功的反向传输，实现了高温换热器与低温换热器功能对调，保障了压缩机的低温运行，从根本上解除了超高温压缩机研制的困难和挑战，成功研制出国际首台泵热温度超过 200℃ 的双作用自由活塞型热声斯特林超高温热泵原型样机。相关成果已刊载于《应用物理快报》。
此外，研究团队研究了完全无运动部件的热声热泵，实验样机以热能驱动，可以将 140℃ 左右的低品位热能泵送到 270℃ 以上的热源。相关研究成果已发表于《能源》。
IT之家附论文地址：
1． Andrej Kitanovski*, Katja Klinar, Ercang Luo*, Miguel Muñoz Rojo*, Vladimir Soldo*, Luka Boban, Kaiqi Luo, Rui Yang, Xavier Moya*，Emerging Opportunities for High-Temperature Solid-State and Gas-Cycle Heat Pumps, Nature Energy (2025),https://www.nature.com/articles/s41560-025-01908-4.
2. Longran Dai, Depeng Chang, Kaiqi Luo, Yanlei Sun* ,Jianying Hu, Ercang Luo*，An ultra-high temperature free-piston thermoacoustic Stirling heat pump capable of achieving above 200℃, Appl. Phys. Lett. 127, 143902 (2025)，https://doi.org/10.1063/5.0292379.
3. Yupeng Yang, Tianqi Wu, Yiwei Hu, Hao Chen, Chen Zhou , Xiaoyuan Zhang , Rui Yang*, Ercang Luo，A heat-driven thermoacoustic heat pump supplying heat up to 270 ℃，Energy 335, 138325 (2025),https://doi.org/10.1016 /j.energy.2025.138325.
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