Thermodynamic analysis on optimization of improved heat pump in a reversible Heat Pump-Organic Rankine Cycle coupled to a thermochemical energy storage

In the current research project, the author analyzes an improved typed of Heat Pump cycle, which is used in a new method of energy storage systems; a heat pump cycle including a drain cooler is coupled to Rankine cycle based on a thermochemical storage system. This innovative system uses a low-temperature heat source, which can come from sources such as industrial waste or renewable heat, to evaporate the operating fluid in a low-pressure heat exchanger. After compression, the fluid undergoes condensation in a high-pressure exchanger, releasing heat that supplies the thermochemical reactor where the endothermic reaction takes place. When power is needed, a reverse exothermic reaction occurs, releasing heat for the Rankine cycle. To analyze the thermodynamics of the heat pump cycle and determine the most efficient fluid in terms of coefficient of performance, the author created a set of Matlab® codes. Thanks to the sensitivity analysis involving different fluids PXYLENE, Ebenzene, C3CC6 and Toluene are the best fluid in terms of having largest coefficient of performance and hydrocarbons are the best organic chemicals in terms of adding a drain cooler to simple heat pump cycle.

Nel presente progetto di ricerca, l'autore analizza un tipo migliorato di ciclo della pompa di calore, che viene utilizzato in un nuovo metodo di sistemi di accumulo dell'energia; un ciclo a pompa di calore comprendente un raffreddatore di scarico è accoppiato al ciclo Rankine basato su un sistema di accumulo termochimico. Questo sistema innovativo utilizza una fonte di calore a bassa temperatura, che può provenire da fonti come rifiuti industriali o calore rinnovabile, per evaporare il fluido operativo in uno scambiatore di calore a bassa pressione. Dopo la compressione, il fluido subisce condensazione in uno scambiatore ad alta pressione, liberando calore che alimenta il reattore termochimico dove avviene la reazione endotermica. Quando è necessaria energia, si verifica una reazione esotermica inversa, che rilascia calore per il ciclo Rankine. Per analizzare la termodinamica del ciclo della pompa di calore e determinare il fluido più efficiente in termini di coefficiente di prestazione, l'autore ha creato una serie di codici Matlab®. Grazie all'analisi di sensibilità che coinvolge diversi fluidi, PXYLENE, Ebenzene, C3CC6 e Toluene sono i migliori fluidi in termini di coefficiente di prestazione più elevato e gli idrocarburi sono i migliori prodotti chimici organici in termini di aggiunta di un raffreddatore di scarico al semplice ciclo della pompa di calore.