【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】造紙、印染、烤酒、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中需要100℃至200℃的熱能或蒸汽供應，而陶瓷、冶金、石油化工等則需200℃至1000℃之間甚至更高溫度的高溫熱能。工業(yè)供熱在我國熱能消耗中占比達40%。國際能源署（IEA）在2024年能源技術展望報告中指出，中國的供熱技術選擇將深刻影響全球趨勢，熱泵技術是實現(xiàn)碳中和的六大關鍵能源技術，與光伏發(fā)電、風電等新能源技術并列，發(fā)展可高效實現(xiàn)能源利用的超高溫工業(yè)熱泵將成為實現(xiàn)“雙碳”目標的關鍵路徑之一。

然而，傳統(tǒng)的熱泵技術面臨嚴峻挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的蒸汽壓縮熱泵難以實現(xiàn)200℃以上的工作溫區(qū)，且環(huán)保安全工質(zhì)匱乏；采用溫室效應較低的CO?熱泵技術則面臨系統(tǒng)工作過高（超10MPa）、能效不高等難題。

中國科學院理化技術研究所低溫科學與技術全國重點實驗室低溫制冷與特種動力技術研究中心羅二倉研究團隊近十幾年來聚焦于采用環(huán)保工質(zhì)如氦氣、氬氣、氮氣等綠色工質(zhì)的熱聲斯特林技術研究，該技術不僅工質(zhì)環(huán)保安全，而且具有工作溫區(qū)廣（極低溫和超高溫）、潛在效率高等優(yōu)勢，是一種具有廣闊應用前景的新一代熱泵技術。

近期，該研究團隊在電驅(qū)動熱聲高溫熱泵和熱驅(qū)動高溫熱聲熱泵技術研究方面取得重要進展，研究工作發(fā)表在能源領域國際刊物上。研究團隊對包括熱聲斯特林熱泵技術在內(nèi)幾種潛在可實現(xiàn)超高溫熱泵技術等研究工作做了總結(jié)凝練，并對未來超高溫熱泵技術（600K至1600K）所涉及的關鍵材料、關鍵技術等發(fā)展方向提出了建議及展望，相關工作以“Emerging Opportunities for High-Temperature Solid-State and Gas- Cycle Heat Pumps”為題發(fā)表于國際期刊Nature Energy（2025）。

圖1. 固態(tài)和氣體循環(huán)高溫熱泵潛在應用示意圖

圖片來源：Emerging Opportunities for High-Temperature Solid-State and Gas- Cycle Heat Pumps, Nature Energy (2025).

研究團隊創(chuàng)新性地提出了電調(diào)相，從而實現(xiàn)了雙作用熱泵的 “反相運行”的聲場調(diào)相機制，巧妙地實現(xiàn)系統(tǒng)中聲功的反向傳輸，實現(xiàn)了高溫換熱器與低溫換熱器功能對調(diào)，保障了壓縮機的低溫運行，從根本上解除了超高溫壓縮機研制的困難和挑戰(zhàn)，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熱泵原型樣機。該項突破性成果以“An ultra-high temperature free-piston thermoacoustic Stirling heat pump capable of achieving above 200℃”為題發(fā)表于國際期刊Applied Physics Letters（2025）。

圖2 自由活塞熱聲斯特林超高溫熱泵實物圖、結(jié)構(gòu)示意圖及性能對比圖

圖片來源：A ultra-high temperature free-piston thermoacoustic Stirling heat pump capable of achieving above 200℃, Appl. Phys. Lett. 127, 143902 (2025).

研究團隊研究了完全無運動部件的熱聲熱泵，實驗樣機以熱能驅(qū)動，可以將140℃左右的低品位熱能泵送到270℃以上的熱源。研究工作以“A heat-driven thermoacoustic heat pump supplying heat up to 270℃”為題發(fā)表于國際期刊Energy（2025）。

圖3 熱聲熱泵樣機及高溫性能圖

圖片來源：A heat-driven thermoacoustic heat pump supplying heat up to 270℃，Energy (2025).

以上研究工作獲得國家自然科學基金、國家重點計劃項目、中國科學院理化技術研究所所長基金以及低溫科學與技術全國重點實驗室基金等項目資助。

文章鏈接：

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),/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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