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Decarbonization of industries using reverse brayton high temperature heat pumps: A case study in the ceramic industry

Korres, Dimitrios N. und Bellos, Evangelos und Nikolopoulos, Nikolaos und Dalal, Varshil Sujal und Stathopoulos, Panagiotis und Gkountas, Apostolοs und Bakalis, Pantelis und Tragazikis, Ilias K. und Kothalis, Agis (2026) Decarbonization of industries using reverse brayton high temperature heat pumps: A case study in the ceramic industry. Sustainable Energy Technologies and Assessments. Elsevier. doi: 10.1016/j.seta.2026.105000. ISSN 2213-1388.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213138826001864?via%3Dihub

Kurzfassung

A closed-loop Reverse-Brayton High Temperature Heat Pump with air working medium is studied and optimized considering real operating conditions for a ceramic industry. The heat pump was considered to upgrade the waste heat of the kiln's exhaust gases into useful heat for further heating up the combustion air. All the necessary thermodynamic variables are determined by calculating the compressor and turbine work, the input power, the coefficient of performance, and the exergy efficiency. First, a detailed optimization procedure is carried out for various inlet preheated air temperatures in the range of 100-200 °C, with the primary aim being the maximization of the heat pump performance (COP maximization) by identifying the optimal working-medium mass flow rate for each preheated air temperature level. Secondly, for the defined optimized operating conditions, a dy­namic analysis was performed for a typical week of operation, considering real data with inlet preheated air temperatures within the range of 106.8-179 °C (typical week fluctuation) and considering operation under optimized mass flow rate values. It was found that the integration of HTHP leads to 1.36% primary energy savings and 5.44 % CO2 emissions reduction on a yearly basis, ensuring a slightly lower annual operating cost than the respective of natural gas combustion.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224298/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Decarbonization of industries using reverse brayton high temperature heat pumps: A case study in the ceramic industry
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Korres, Dimitrios N.Chemical Process & Energy Resources Institute, Centre of Research and Technology HellasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bellos, EvangelosChemical Process & Energy Resources Institute, Centre of Research and Technology Hellas; Department of Mechanical Engineering, School of Engineering, University of West AtticaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nikolopoulos, NikolaosChemical Process & Energy Resources Institute, Centre of Research and Technology HellasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dalal, Varshil Sujalvarshil.dalal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-9822-5130220767655
Stathopoulos, PanagiotisPanagiotis.Stathopoulos (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gkountas, ApostolοsPsyctotherm SMENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bakalis, PantelisPsyctotherm SMENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tragazikis, Ilias K.KEBE SANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kothalis, AgisKEBE SANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2026
Erschienen in:Sustainable Energy Technologies and Assessments
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.seta.2026.105000
Verlag:Elsevier
ISSN:2213-1388
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Reverse brayton HTHP; Ceramics industry; Optimization analysis; Dynamic analysis; Environmental impact; Energy savings
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 - Dekarbonisierte Industrieprozesse
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse > Hochtemperaturwärmepumpen
Hinterlegt von: Dalal, Varshil Sujal
Hinterlegt am:15 Jul 2026 15:08
Letzte Änderung:15 Jul 2026 15:08

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