论文标题：Reverse electrodialysis heat engine with helium-gap diffusion distillation: Energy efficiency analysis

期刊：Frontiers in Energy

作者：Junyong Hu , Yukun Sun , Yali Hu , Haiyu Liu , Jiajie Zhang , Suxia Ma , Jiaxin Huang , Xueyi Tan , Ling Zhao

发表时间：15 Feb 2025

DOI：10.1007/s11708-024-0947-3

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文章内容

能源短缺已成为制约人类社会发展的重要因素，有效利用LGH可缓解能源短缺并减少二氧化碳排放。然而，目前有大量低于100℃的低品位热（LGH）无法被有效利用。为解决该问题，逆电渗析热机（REDHE）作为一种能够有效将LGH转换为电能的技术展现出巨大潜力。

图1 REDHE的示意图

太原理工大学胡军勇研究团队提出了一种新型逆电渗析热机（REDHE），它采用氦间隙扩散蒸馏（HGDD）作为热分离（TS）装置。HGDD装置高度紧凑且高效。该团队采用经过验证的数学模型来分析各种操作和结构参数对REDHE性能的影响。

结果表明，保持适中的冷流质量摩尔浓度、提高冷热流入口温度、增加氦气隙高度以及减小氦气隙厚度均有助于提高REDHE性能。特别是，当氦间隙厚度减小至3mm、氦气隙高度增加至5m时，REDHE实现了2.96%的最大能量转换效率。

文章信息

Reverse electrodialysis heat engine with helium-gap diffusion distillation: Energy efficiency analysis

Junyong Hu, Yukun Sun, Yali Hu, Haiyu Liu, Jiajie Zhang, Suxia Ma, Jiaxin Huang, Xueyi Tan, Ling Zhao

Abstract:

The depletion of energy resources poses a significant threat to the development of human society. Specifically, a considerable amount of low-grade heat (LGH), typically below 100 °C, is currently being wasted. However, efficient utilization of this LGH can relieve energy shortages and reduce carbon dioxide emissions. To address this challenge, reverse electrodialysis heat engine (REDHE) which can efficiently convert LGH into electricity has emerged as a promising technology in recent years. Extensive efforts have been dedicated to exploring more suitable thermal distillation technologies for enhancing the performance of REDHE. This paper introduces a novel REDHE that incorporates helium-gap diffusion distillation (HGDD) as the thermal separation (TS) unit. The HGDD device is highly compact and efficient, operating at a normal atmospheric pressure, which aligns with the operational conditions of the reverse electrodialysis (RED) unit. A validated mathematical model is employed to analyze the impacts of various operating and structural parameters on the REDHE performance. The results indicate that maintaining a moderate molality of the cold stream, elevating the inlet temperatures of hot and cold streams, lengthening hot- and cold-stream channels, and minimizing the thickness of helium gaps contribute to improving the REDHE performance. Especially, a maximum energy conversion efficiency of 2.96% is achieved by the REDHE when decreasing the thickness of helium gaps to 3 mm and increasing the length of stream channels to 5 m.

Cite this article:

Junyong Hu, Yukun Sun, Yali Hu, Haiyu Liu, Jiajie Zhang, Suxia Ma, Jiaxin Huang, Xueyi Tan, Ling Zhao. Reverse electrodialysis heat engine with helium-gap diffusion distillation: Energy efficiency analysis. Front. Energy,

https://doi.org/10.1007/s11708-024-0947-3

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期刊简介

Frontiers in Energy是中国工程院院刊能源分刊，高教社Frontiers系列期刊之一。由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈院士和倪维斗院士为名誉主编，中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。

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