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Innovative approaches to waste heat recovery: Coupling high temperature vapour compression heat pumps with salt hydrate thermochemical systems

Katamala, Malleswararao und Inga, Bürger und Cosquillo, Aldo und Kim, SeonTae und Linder, Marc Philipp (2026) Innovative approaches to waste heat recovery: Coupling high temperature vapour compression heat pumps with salt hydrate thermochemical systems. Applied Energy, 405, Seite 127229. Elsevier. doi: 10.1016/j.apenergy.2025.127229. ISSN 0306-2619.

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Kurzfassung

Efficient utilization of waste heat is a crucial method to meet global energy demands and carbon neutrality. High Temperature mechanical Heat Pumps (HTHPs) are vital in this context but are limited by evaporator temperature constraints. This study proposes an innovative approach to upgrading and reintegrating waste heat from HTHPs (105–140 °C) by coupling them with a dual reactor salt hydrate based Thermo-Chemical Energy Storage (TCES) system. Operating in a quasi-continuous mode, the system utilizes the waste heat from the HTHP to drive hydration (discharge) in one reactor and dehydration (charge) in another. The key to heat upgrading lies in the evaporator of the TCES system, which governs system performance. Therefore, an empirical relation has been developed to determine its optimum temperature as a function of waste heat temperature, heat upgrade temperature, and the thermal properties of the salt hydrate. Subsequently, the system performance with K2CO3-H2O was assessed by applying the first law of thermodynamics, with the evaporator temperature of the TCES varied from 100 °C to 90 °C. Lowering the evaporator temperature of the TCES enhances thermal output but is constrained by the HTHP's temperature requirements. The system delivers 55.4 kW per kg/s of air with a heat upgrade efficiency of 45.7 %, using waste heat at 140 °C and the evaporator of the TCES at 100 °C. This study attempts to establish a framework for designing efficient thermally driven cascaded heat pumps.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221424/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Innovative approaches to waste heat recovery: Coupling high temperature vapour compression heat pumps with salt hydrate thermochemical systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Katamala, Malleswararaomalleswararao.katamala (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3253-1522200224046
Inga, BürgerInga.Buerger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6091-0431200224054
Cosquillo, AldoAldo.Cosquillo (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, SeonTaeSeon.Kim (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4388-3996NICHT SPEZIFIZIERT
Linder, Marc PhilippMarc.Linder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2218-5301NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:Applied Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:405
DOI:10.1016/j.apenergy.2025.127229
Seitenbereich:Seite 127229
Verlag:Elsevier
ISSN:0306-2619
Status:veröffentlicht
Stichwörter:High temperature vapour compression heat pumpAdvanced waste heat recoveryThermochemical heat pumpDesign aspectsPotassium carbonate
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Thermochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Institut für CO2-arme Industrieprozesse > Hochtemperaturwärmepumpen
Hinterlegt von: Katamala, Malleswararao
Hinterlegt am:19 Dez 2025 08:50
Letzte Änderung:19 Dez 2025 08:50

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