渔夫的野望：热泵蒸汽机

蒸汽从工业革命时期开始进入人类的生产和生活领域，到现在仍然是热利用的最佳媒介之一。科技日新月异，然而目前蒸气的来源仍然主要来

蒸汽从工业革命时期开始进入人类的生产和生活领域，到现在仍然是热利用的最佳媒介之一。

科技日新月异，然而目前蒸气的来源仍然主要来自锅炉。煤不能烧了，换做蒸气来烧锅炉制蒸汽，蒸气的燃料成本上涨了几乎一倍，或者更高。对于很多企业而言，这个成本的上涨进一步加剧了经营的压力。似乎我们应该通过创新在不增加污染或者更少的污染前提下，采用更低的成本来产生蒸汽。

可能吗？首富说：人应该有梦想，万一实现了呢。

电制蒸汽，除了电锅炉外，都是比较难的路子。电锅炉产生蒸汽技术难度不高，但效率也低，极限的效率是1。

清华大学张立钦教授2017年发表的《大型压缩式高温热泵技术研究及应用进展》一文应该算作目前对压缩式高温热泵技术权威性的综述。文章认为压缩式高温热泵，从工质、压缩机等关键技术环节还处在实验室研究阶段。唯一见诸媒体的压缩式热泵蒸汽机是日本神户制钢所研制的系列蒸汽高温热泵，采用高压缩比高温适用的两级螺杆式压缩机，工质采用高温工质R245fa，热功率380~660 kW，冷凝温度可达120℃或160℃以上，COP分别达到3.2 和2.5，可对工厂内的温排水实施热回收，适用于食品、药品、轻化工等工业的原料浓缩及干燥等多种工序。渔夫从两年前动员了所有的人脉资源想买到这款产品，都没有奏效。这两天看到媒体上说神钢造假的报道，心里在嘀咕这款热泵是不是也是假新闻？（开玩笑呀）

日本荏原在烟台有工厂，工厂的网站上有第二类吸收式热泵的产品报道。最高蒸汽压力0.7MPa，单级吸收式热泵能效在0.5上下，两级吸收式热泵最高温升80℃，能效却只有0.3。渔夫对该公司进行了反复联系，给出了部分技术参数，但是一年多的时间内还没有给出预算报价。对多家国内外知名的吸收式热泵厂家询价，无一回音。

没办法，渔夫这个外行开始自己的热泵蒸汽机的研究。渔夫是顶尖的研发专家，绝对不会以卵击石的。渔夫的研究一定会出奇制胜的。

渔夫已经知道，高温热泵的工质还在实验室里面研究着呢，外行的渔夫不会不自量力的。渔夫的大部分热力学知识是我同学山东大学陆辰教授口授的，做学问非常严谨的陆大哥还教会了我一个办法，叫做看图识字。

这次研究的图选择了MVR行业。MVR是机械蒸汽再压缩技术(Mechanical Vapor Recompression)的简称，相对成熟的行业，节能成果显著。MVR的工质就是水蒸气，在渔夫看来，渔夫的热泵蒸汽机就照抄MVR了。

很显然，热泵行业那么多能人不会没有注意到水蒸气这一天然工质的，没有用来做热泵蒸汽机肯定有渔夫没搞懂的原因。渔夫这个外行就只能瞄准某个成熟的MVR压缩机产品参数，内心猜测如果偏离这些参数，效果未必就好。可是实际的产品需求可能与这组参数不吻合。

渔夫的硕士学位是工业自动化专业的，渔夫的办法是通过控制手段“喂给”MVR压缩机一个合适的工况。假如这个“喂给”过程的制造成本和能耗水平足够低，这样不就凑出了一台热泵蒸汽机了？

荏原的那个第二类吸收式热泵就是很好的“图”，可惜存在一个限制。来自发生器的蒸汽必须要在冷凝器中冷凝才能确保整个热力学循环可持续。这个冷凝需要借助冷凝器内部的热交换器将热量交换到外部冷却塔排放到空气中。一方面，这些热量损失导致在原理上，第二类吸收式热泵COP要低于0.5，其次外部环境温度随季节变化而变化，影响到整个系统参数的优化。

可能热力学学科的自身规律会产生一种顺应自然的思维氛围，这可能是渔夫的管中窥豹。但是，渔夫没有找到论文中有关于对这个冷凝温度的控制的论述。遇到了渔夫这样的无知无畏的外行，马上盯上了这个冷凝器。用了一个泵+喷射器的组合取代了冷却塔。泵+喷射器组合利用泵产生的高压水流实现了水蒸气的强制冷凝，而来自发生器的热量也没有排出，被送到了蒸发器（MVR压缩机的吸入口）。通过控制泵，达到控制MVR的喂给。

上图就是渔夫热泵蒸汽机专利的结果，10为喷射器、18为水泵，8为MVR压缩机。

创新首先要站在巨人的肩膀上，渔夫勉强靠上了巨人的背。这样凑出来的发明，渔夫坚信不疑可以成功，肯定不是最好的，但是至少有一种热泵蒸汽机可以用了。渔夫的科研方法论还是有点功力的。