余热提温的热泵有两种常见形式：压缩式热泵和第二类吸收式热泵。第一类吸收式热泵利用高温热驱动，产生中温热，热量增加、温度降低，不在本文讨论之列。

  压缩式热泵压缩制冷剂蒸汽，使内部产生高压和低压两个区域，实现蒸发吸热和冷凝放热过程。此外，直接压缩水蒸气实现提温提压，也可以认为是一种压缩式热泵。

  第二类吸收式热泵（简称“二类热泵”）利用中温余热驱动，一部分热量降温排放，另外一部分热量升温，产生可用热。与压缩式热泵相比，二类热泵基本不消耗其他能源，但是高温热转化率在50%以下。

  压缩式热泵受制冷剂特性的限制。不同制冷剂有各自的适合使用的范围，如氨气适用于低温冷冻，R134a等适用于舒适性空调，水蒸气则适用于高温工况。如果超范围使用，会出现容器超压、制冷剂变性等严重的问题。目前市场上常见的制冷剂，最高能够产生120℃的温度。

  二类热泵受溴化锂溶液的物性限制。溴化锂溶液超过165℃后腐蚀性飞速增加，因此供热温度一般在此之下。此外，二类热泵提温的驱动力，本质上来源于余热和低温热之间的温差；低温热一般为冷却水，受室外湿球温度限制，其提温能力也受到限制。

  工业余热回收领域，很多场景需要的热量温度比较高，而余热温度偏低，这就需要余热回收热泵具备足够的大温升和高温特性。

  大温升指的是余热和产热之间的温升足够大，高温指的是产热温度足够高。很多工业场景的要求超过了单一热泵的能力范围，因此，将上述几种制热原理相结合、根据外部参数定制的超高温热泵应运而生。

  超高温热泵的组合方式多种多样，可根据外部参数和热泵流程的特点进行个性化搭配。这种组合并不是多立热泵通过管道串/并联在一起，而是将几种设备有机结合起来，合并冗余部件，优化内部流程，构成一体化热泵。

  1、复叠压缩式热泵：如果余热温度处于低温制冷剂的适合使用的范围，而产热温度处于高温制冷剂的适合使用的范围，可以将两种制冷剂循环复叠应用。因为使用了两种不同的制冷剂，不能混和，需要用换热器隔离。这个换热器既是低温循环的冷凝器，又是高温循环的蒸发器。

  2、多级压缩式热泵：如果余热和产热温度处于一种制冷剂的应用限制范围，仅仅因为单台压缩机没办法实现足够大的压缩比，能够正常的使用多级压缩机串联结构。其系统流程与上图类似，因为采用单一制冷剂，无需隔离，蒸发冷凝器改为气液分离器即可。目前单一制冷剂的温升幅度不够大，严格来说这种设备并不属于本文讨论的范围，仅作一般说明。

  （补充说明：出现上面讲述的情况，根本原因在于压缩机，特别是离心式压缩机，是按照制冷工况设计的，压缩比普遍不高，且重新设计难度较大，根据项目参数个性化设计困难。这也是压缩式热泵在供热领域应用的一个绊脚石。这方面的情况后续会进行一次单独论述。）

  3、压缩式热泵+水蒸气压缩机：这也是一种复叠热泵。如果热泵高温介质为水蒸气，为了尽最大可能避免多次换热带来的损失，可以将复叠热泵的高温循环改为水蒸气压缩。水蒸气压缩部分可以多级压缩，产生压力足够大的蒸汽，适用性更广泛。

  4、压缩式热泵+第二类吸收式热泵：二类热泵的中温余热与产热之间的温差受外部参数限制。为了突破极限，可以用压缩式热泵提高二类热泵的内部参数，实现更大的温升、更高的热效率。这种高温热泵仍以吸收式循环为基础，产热温度不超过165℃，但热效率可突破50%。该组合的形式多样，就不附图说明了。

  5、第二类吸收式热泵+水蒸气压缩机：二类热泵的制冷工质是水蒸气，在合适的范围内，能够正常的使用水蒸气压缩机提升机组性能。水蒸气压缩机可以在二类热泵的出口使用，突破165℃的温度限制；也可以用在内部水蒸汽的加压，提高二类热泵的产汽量和热效率，突破50%的热效率。

  6、太阳能高温热泵：利用光伏发电和热泵原理，实现了太阳能的高温提质和分布式供热。设备完全采用太阳能作为能量来源，节能降碳效果明显。但是，该设备的运行完全受太阳能影响，与生产用热有时间矛盾，需要配以储热或其他高温热发生器联合使用。

  上述超高温热泵只是列举了两级组合的方式。实际应用中，还可以三级或多级组合。需要说明的是，级数越多，设备越贵、能耗越大。为降低造价和运行的成本，还应仔细分析工艺流程，找到比较合适的余热点和用热点，避免最低温取热、最高温供热的尴尬。

  综合而言，在低碳能源的大环境下，余热制热/制蒸汽是工业热能供应的重要方式之一。合理搭配流程形成的个性化超高温热泵，拥有广阔的市场前景。

  在锂电池的原材料保存和电池制备过程中，对环境湿度的要求极为严苛，通常要求环境中空气露点温度达到-40℃以下。

  当前，业界的主流做法是通过转轮式吸附除湿来实现。除湿转轮配备有再生加热器，为了能够更好的保证除湿效果，转轮再生温度需要保持在110~140℃，在系统运行时会消耗大量的能源用于再生，成为公司制作制造成本的痛点。同时，转轮再生侧排风排出的是高温高湿的空气，如果直接排放到环境中，也会造成能源的浪费。

  因此，实现转轮除湿系统的低碳和节能运行，是锂电池制造公司实现绿色发展的关键所在。

  为了解决这一痛点，业界开始探索将安全环保、热源选择灵活、高效率节约能源、应用程度广泛的空气源热泵技术与转轮除湿系统相结合以实现节能目标。热泵作为在国内外被广泛认可和推广的技术，其基础原理就是通过利用压缩机做功压缩制冷剂，通过制冷剂与冷热源的热交换，在消耗同等电能的情况下获得更多的热量，因此能耗减少，经济性增加。

  不过，要将空气源热泵系统应用到转轮除湿系统中，就需要有相对应的冷热源。在转轮除湿系统中，再生侧的排风含有大量的余热，即为含有大量低品位热量的冷源；再生侧的转轮进风为高温，即为热源。

  其中，再生加热器一般有三种形式：电加热、水蒸汽加热和高温导热油加热，但无论是哪种形式，都会造成高能耗和能源的浪费。同时，常规热泵的冷凝温度最高为70~80℃，但转轮除湿系统中再生温度为110~140℃，根本没办法满足正常应用要求。

  此外，要想将热泵系统成功地应用于转轮除湿系统中，热泵系统还需要满足严苛的焊接工艺，具备防止冷媒回流积存能力，并拥有成熟可靠的控制逻辑，缺一不可。

  2021年7月，湖南长沙的某个锂电池干燥间项目就将超高温热泵与转轮除湿系统结合，实现了节能增效。截止目前，项目始终运行良好，节约能源的效果显著。

  据了解，艾默生集成解决方案与应用团队和瀚润特环保设备公司团队针对项目中的应用难点，经过大量的实验室测试，成功地将艾默生的超高温涡旋压缩机和整体解决方案与转轮除湿系统结合，创新性地推出艾默生超高温热泵整体解决方案。在大量实验数据的基础上，双方摸索出了一套成熟可靠的控制逻辑，既满足严苛的工艺技术要求，且保障了压缩机和阀件可靠稳定的运行，同时在压缩机底部及气液分离器底部布置电加热带以控制回液风险，使得在转轮除湿系统中应用热泵技术成为可能。

  项目中应用的艾默生超高温压缩机ZW650最高冷凝温度可达135℃，排气温度限值为145℃，满足转轮除湿系统应用要求。同时，压缩机所配备的喷气增焓功能，一方面能够增加系统的制热量，另一方面还能够最终靠经济器换热来提高热泵系统能效，从而让项目节能变得更高效。

  经过长期的项目运行和数据监测，采用艾默生超高温涡旋压缩机后，对比采用纯电加热方案，一级转轮能耗降低38%，整套转轮设备能耗节省22%，整体碳排放量减少38%左右，节能减排效果显著。

  可以看到，超高温热泵技术在除湿转轮系统中的创新性成功应用，为未来锂电池的生产除湿项目提供了宝贵的经验。不仅满足了生产的基本工艺的严苛要求，也帮助锂电池生产企业更好地实现节能增效，践行其“双碳”目标。