專利名稱：熱再生吸附裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱再生壓縮裝置，特別涉及一種采用吸附循環(huán)的壓縮裝置。吸附循環(huán)可用于熱致動制冷裝置、空調(diào)以及熱泵中，其中以燃燒燃料或廢熱為能源。
傳統(tǒng)的蒸汽壓縮循環(huán)需要通常由電機提供的機械功輸入。與這種傳統(tǒng)的蒸汽壓縮機相比，高效的吸附機能夠降低運行成本，采用初級能源進行制冷或供暖并相應地降低CO2的排放?？紤]到人們對“溫室效應”日益關注，因此后者的優(yōu)點尤其重要。如果采用廢熱作為再生循環(huán)中的驅(qū)動能，那么會有更多的節(jié)省。
吸附或吸收制冷循環(huán)以及熱泵循環(huán)依賴于在低壓條件下將制冷劑氣體例如氨吸附或吸收一種固體吸附劑或固體/液體吸附劑中并隨后通過加熱而解吸。該吸附劑起的作用就象一個由熱能驅(qū)動的“化學壓縮機”一樣。下面對簡單的吸附循環(huán)給出簡短的說明，以有助于對該循環(huán)的理解，該循環(huán)為是本發(fā)明的壓縮裝置的運轉的核心。
在其最簡單的形式中，一種吸附制冷裝置包括兩個相連的容器2、4。如

圖1所示，第一容器2內(nèi)含有吸附劑3且兩個容器內(nèi)都含有制冷劑。起初，如圖1a所示，整個裝置都處于低壓和低溫狀態(tài)下。在吸附劑3中含有濃度較高的制冷劑，而第二容器4內(nèi)含有制冷劑氣體。隨后加熱也可稱之為發(fā)生器的吸附劑容器2釋放制冷劑并提高系統(tǒng)的壓力。解吸出的制冷劑在第二容器4內(nèi)冷凝成液體，且該冷凝過程向該容器周圍的環(huán)境放出熱量(圖1b)。由第二容器4放出的熱量是熱泵輸出熱量的有用部分。該發(fā)生器2接著被冷卻到周圍溫度重新吸附制冷劑并降低系統(tǒng)的壓力。由于第二容器4中的液體上方的壓力降低使得液體沸騰(圖1c)。在液體沸騰的同時吸收熱量，這對第二容器4的周圍環(huán)境產(chǎn)生冷卻/制冷效果。從發(fā)生器2中抽吸出的熱量形成了熱泵的另一部分的有用輸出熱量。
需要指出的是，上述循環(huán)是不連續(xù)的，因為有用的冷卻僅僅發(fā)生在半個循環(huán)中。不過，從理論上來說，可以采用兩個處于不同運轉相位的這樣的系統(tǒng)來提供連續(xù)的冷卻。熱致動壓縮裝置的這種基本結構的制冷系數(shù)(COP)比較低(制冷COP＝冷卻/熱輸入以及熱泵COP＝熱輸出/熱輸入)。由于發(fā)生器2中的吸附劑床的導熱性能通常也比較差，經(jīng)過一個循環(huán)所花的時間可能會有一個小時或更長，且吸附劑單位質(zhì)量的制冷功率低于100W/kg。熱傳遞改善后能將循環(huán)時間縮短到幾分鐘，這又會將吸附劑的單位質(zhì)量的冷卻功率增加到1kW/kg這樣的數(shù)量級。如果采用兩個或更多的彼此有相位差的吸附劑床，那么來自其中一個床的熱量就可以得到重新利用以便對另一個吸附劑床進行預熱，即能夠使得熱量“再生”。由于一個吸附劑床放出的熱量能夠為另一個吸附劑床提供大部分解吸所需的熱量，這樣就能提高COP。
盡管在該領域進行了大量的研究，但是，目前在市場上僅有兩種常見的熱致動空調(diào)。溴化鋰-水(Lithium bromide-water)空調(diào)裝置可能非常有效，但是它不能提供溫度低于0℃的制冷，且只能在＞100kW的尺寸下實施。而且，這種空調(diào)只能與制冷塔結合使用。更小的(15kW)的氨-水(ammonia-water)制冷機的效率非常差。
在US5503222中，描述了一種圓盤傳送帶(carousel)熱交換，其中多個加熱器管繞旋轉軸徑向布置。每個加熱器管含有一種固體吸附劑和一種制冷劑且被分成兩個區(qū)域。徑向延伸的擋片構成了一系列軸向延伸的中間部分，載熱流體如空氣經(jīng)該中間部分沿軸向方向流過加熱器管。熱交換器的旋轉會使得加熱器管依次越過每個中間部分。
US4660629描述了一種類似的熱致動吸附裝置，該裝置也包括一些繞旋轉軸線徑向分布的吸附腔并與載熱流體的軸向流動交匯。
在上述文獻中描述的熱致動吸附裝置結構復雜，涉及到多個獨立的軸向的載熱流體氣流，徑向布置的吸附劑容器經(jīng)過這些氣流。也就是說，載熱流體的流動與吸附劑容器的運動為交叉流。而且上面提到的文獻中描述的吸附裝置的結構防止或限制了使得熱量再生的可能性，因此該結構確定了該裝置效率的上限。
另一方面，本發(fā)明試圖提供一種壓縮裝置，該裝置采用了吸附循環(huán)，該循環(huán)能夠以一種簡單并有效的方式使熱量的再生，并因此能夠獲得高于現(xiàn)有吸附裝置的效率。
本發(fā)明提供了一種壓縮裝置，該裝置包括多個吸附劑容器，每個容器包含吸附劑材料和吸附物流體；一個或多個流體管道，每一個吸附劑容器中的至少一部分位于該管道內(nèi)，并且載熱流體在該管道內(nèi)流動，該管道具有入口和出口；以及驅(qū)動裝置，其用于使該吸附劑容器相對于該管道的入口作相對的循環(huán)運動，從而使載熱流體在入口處相對于該吸附劑容器逆向流動。
在優(yōu)選實施例中，該管道是靜止的，而驅(qū)動裝置與多個吸附劑容器相連。該管道可為圓柱環(huán)形，吸附劑容器在其內(nèi)移動，其中吸附劑容器的軸線與該圓柱的中心軸線對齊。采用這種方式，載熱流體在整個管道上相對于吸附劑容器的旋轉運動為逆向流動。吸附劑容器可以安裝在旋轉盤的邊緣區(qū)域附近，該旋轉盤相對于該管道形成滑動流體密封。
理想的是，在管道入口和出口之間的中間位置設置加熱載熱流體的加熱裝置。加熱裝置定位成遠離管道，通過一個通道將管道與加熱裝置流體地連接起來?；蛘?，將加熱裝置定位成，對管道內(nèi)的載流流體直接進行加熱，或者加熱裝置包括一個閥，該閥用于將加熱后的流體以及載熱流體引導到該管道中。
此外，最好在入口和出口之間的管道內(nèi)設置一個密封件，以便通過管道引導載熱流體沿著所選的路徑流動。該流體密封件可以包括多個與旋轉軸相連的葉片，其中每個葉片遠離轉軸的末端都相對于管道形成滑動流體密封?；蛘?，流體密封也可以為在管道內(nèi)的限制形式。
可以設置多個加熱/冷卻通道，且每個吸附劑容器具有遠離第一部分的第二部分，該驅(qū)動裝置使得吸附劑容器的第二部分相對于加熱/冷卻通道作相對循環(huán)運動。優(yōu)選的是，加熱/冷卻通道布置成使得在每個吸附劑容器的第二部分上產(chǎn)生流體流動。
采用本發(fā)明，能夠獲得加熱/冷卻的連續(xù)而穩(wěn)定的輸出。采用適當?shù)奈絼┎牧?，也可以使得吸附劑的冷卻功率超過1kW/kg的高功率密度，并且對于一個10kW的冷卻器來說其系統(tǒng)體積僅有0.2m3。而且，由于沒有特定的氨水閥和泵以及控制設備，這就顯著地簡化了結構和壓縮裝置的維護，并顯著地降低了該裝置的整體成本。對于燃氣式空調(diào)系統(tǒng)，由于所采用的循環(huán)的再生特性，采用本發(fā)明能達到0.95的COP值。
最好采用活性炭最為吸附劑材料。不過，也可以采用替代性材料，例如沸石、硅膠、金屬氫化物、化學吸收劑例如氯化鈣、以及液態(tài)吸收劑例如水或溴化鋰。
本發(fā)明的壓縮裝置可以直接用于空氣調(diào)節(jié)或制冷。此外本發(fā)明還可以用于液體冷卻或制冰。實際上，本發(fā)明的壓縮裝置適用于所有需要供暖/制冷的情況，例如空調(diào)、工業(yè)制冷，適于熱泵或者用作熱轉換器。
盡管在此是參照固體吸附劑進行的說明，但是可以理解的是，本發(fā)明也可以采用流體吸收劑作為制冷劑，例如帶有氨的水。
下面將采用舉例的方式，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明，其中圖1a、1b以及1c示意性地表示出了基本吸附循環(huán)；圖2是本發(fā)明吸附劑容器的示意性剖視圖；圖3是本發(fā)明的壓縮裝置的第一實施例的示意性透視圖；圖4是在壓縮裝置的吸附區(qū)域內(nèi)的溫度分布示意圖；圖5是在壓縮裝置的蒸發(fā)/冷凝區(qū)域內(nèi)傳熱的示意圖；圖6是本發(fā)明的壓縮裝置的第二實施例的示圖；圖7、8、9以及10是壓縮裝置所采用的可替換的流體密封件的詳細示圖；圖11是壓縮裝置的蒸發(fā)器/冷凝器通道中所采用的流體密封件的詳細示圖；圖12是本發(fā)明的壓縮裝置的第三實施例的示意圖；圖13是本發(fā)明壓縮裝置的第四實施例的示意圖。
圖2中所示的吸附劑容器10包括一段長度和直徑大約分別為1m和10mm的管子。該管子最好采用鋁或不銹鋼構成，其壁厚大約為0.5mm，以便導熱良好。該容器10內(nèi)裝有吸附物流體，如制冷劑，最好為氨。該容器10的的第一末端區(qū)域12稱為吸附區(qū)域，在該處有一層吸附材料11覆在容器壁的內(nèi)表面，厚度大約為2mm。吸附材料最好為整塊碳，不過也可以采用替代的吸附材料，這將在后面進行更為詳細的討論。盡管上面所給出的尺寸比例比較好，也可以設想采用其他尺寸和形狀的吸附劑容器。
與吸附區(qū)域12的相鄰有一個中心絕熱區(qū)域13，在該區(qū)域內(nèi)，一種惰性材料14覆在容器壁上，起化學惰性塞的作用。該塞限制了容器的“死容積”，且這也可以通過減小容器在該區(qū)域內(nèi)的直徑來實現(xiàn)。優(yōu)選的是，該惰性材料的導熱性能較差，因此就能限制熱量從容器的一端傳導或傳遞到另一端。惰性材料可以是陶瓷材料或金屬材料。在吸附劑容器10的一些結構中，該中心區(qū)域13和/或惰性材料的內(nèi)覆可以省去。
在容器的與吸附區(qū)域相對的末端是第二末端區(qū)域15，或者稱之為蒸發(fā)/冷凝區(qū)域。該蒸發(fā)/冷凝區(qū)域15在其內(nèi)壁上有金屬絲網(wǎng)16，該金屬絲網(wǎng)確保有一種毛細作用，以便保持冷凝后的制冷劑靠近容器10的壁。金屬絲網(wǎng)16可以由具有不同于吸附區(qū)域12內(nèi)的吸附劑材料的吸附特性的吸附劑材料替代?；蛘?，如果區(qū)域15位于區(qū)域12之下，就可以將金屬絲網(wǎng)16省掉。而且，容器在蒸發(fā)/冷凝區(qū)域15內(nèi)的內(nèi)壁的結構可以加工成能為冷凝提供成核位置。例如壁面上可以開槽或進行燒結。
現(xiàn)在看圖3，所示的是一個壓縮裝置20，該裝置含有多個圖2中的吸附劑容器10。盡管在圖3中只表示出了16個吸附劑容器，但通?？梢圆捎?0個或更多的容器，其中每個容器的運行都與其相鄰的容器的運行在相位上稍有差別。吸附劑容器10繞著旋轉軸線X布置在一圓周上，每個容器10的長度方向都基本平行于旋轉軸線X。
容器10封裝在環(huán)形的流體管道21內(nèi)，該管道對于所有吸附劑容器為共用的，并且為載流流體提供了一條繞旋轉軸線X基本上沿周邊流動的路徑。該環(huán)形流體管道21由同心圓柱體的壁面確定，吸附劑容器可以在這些壁面之間沿著大致呈環(huán)形的路徑繞旋轉軸線X移動，在圖3中為順時針方向。等于管道的寬度的同心圓柱體的徑向間隔最好比吸附劑容器10的直徑稍微大一點。例如管道21的寬度大約可以為15mm。流體管道21的幅度基本上與吸附劑容器10的吸附區(qū)域12的長度一致，并因此基本上覆蓋吸附劑容器上發(fā)生制冷劑吸附的區(qū)域。盡管圖中只示出了一條管道，但是該管道可以在不同的半徑處分成多個獨立的管道或者沿著軸線方向一個管道疊置在另一個管道上。每個管道確定了一個載熱流體周向循環(huán)的路徑，并且吸附劑容器10延伸穿過所有的管道并相對于管道內(nèi)載熱流體的流動方向逆向移動。
每個容器10的吸附區(qū)域12的自由端都連接到擋板(在圖3中未示出，參看圖6中的標記32)的端面輪緣上。擋板用于支撐容器并在其移動經(jīng)過固定管道21時用于控制容器10的運動。該擋板還用來緊靠管道21′的端部密封，以便防止流體從管道中泄漏出來。擋板隨吸附劑容器繞圖6中的軸33旋轉，并相對于該管道的端部21′形成滑動密封。在吸附區(qū)域12和絕熱區(qū)域13之間，在管道的端部21′的相對的位置處還設有一個相似的擋板32。軸33為吸附劑容器的旋轉提供了動力，例如以1rpm的速度旋轉。
在圖3中，流體管道21具有一個入口22和一個出口23，該入口徑向向內(nèi)進入到管道21的主環(huán)形路徑內(nèi)，該出口位于入口22的附近并基本上平行于入口22從管道的主路徑徑向向外延伸。載熱流體從入口22流向出口23，并如圖所示相對于容器10的旋轉運動逆向經(jīng)管道流動。
在基本上與入口22和出口23徑向相對的位置上(例如在90°到180°之間的某個位置上)，管道21具有一個支管24，該支管從該環(huán)形擠出形管道的周邊向外延伸到距離吸附劑容器10較遠的加熱部分25，接著從該加熱部分25返回到管道的周邊路徑以返回到出口23。采用這種方式，載流流體的路徑在支管24處改道偏離周邊路徑，并在經(jīng)過支管之后返回到同一周邊路徑。所示的支管與入口22和出口23相對，不過，也可以采用位于入口和出口之間的中間位置。該加熱部分25可以包括一個傳統(tǒng)的熱交換器或者可以包括一個通過燃燒氣體或其他燃料直接進行加熱的部分。也可以采用一種可再生資源例如太陽熱能來獲取另一種加熱方法。如果將壓縮裝置與內(nèi)燃機結合在一起使用，該加熱部分可以采用發(fā)動機的廢氣中的熱能。除了支管24外，管道內(nèi)的載流流體通常繞旋轉軸線X循環(huán)，即圖3中的逆時針方向。因此，吸附劑容器10和載流流體的流動方向彼此逆流。
在管道21內(nèi)設有沿管道的幅度延伸的流體密封件26，該密封件位于支管24與流體管道21相連的兩點之間。流體密封件容許吸附劑容器通過，但防止載流流體從位于支管24之前的管道部分27泄漏到位于支管之后的管道部分28中。流體密封件26的形式為X形元件，該X形元件安裝在平行于旋轉軸X的軸上，如圖7所示，密封件26位于入口22和出口23之間。X形元件26的大小確定成，使其能夠在流體管道內(nèi)旋轉并在X形元件的各個葉片和管道壁之間保持滑動密封。當然，采用Y形元件來替代這種流體密封也是可以想到的。其他能夠使得吸附劑容器通過，并同時防止流體直接從管道的第一部分27流向第二部分28的可替換的密封件結構圖示于圖8至10中。因此，在圖8中，流體密封件是通過限制管道的寬度形成的，從而吸附劑容器10相對于管道的內(nèi)壁形成滑動密封。這種結構最適于容器表面比較光滑的壓縮裝置。在圖9中，在管道內(nèi)壁內(nèi)安裝有撓性片或彈簧片，彈簧片依次與各個吸附劑容器滑動配合。在圖10中，阻擋片位于各個吸附劑容器之間，這些阻擋片與容器一起移動形成一種用于流過管道21的載流流體的迷宮通道。管道在入口和出口之間也變得較窄，使得阻擋片與管道的內(nèi)壁滑動配合，從而在其間形成流體密封。這種結構即使在采用具有翅片或其他外表面的容器時也能確保流體密封。
在圖3中，流體密封確保了載流流體被迫從管道的第一部分27通過支管24流到管道的第二部分28。一種類似的流體密封用來限制載流流體在不通過管道21的第一流動而直接從入口22流向出口23。在圖7中所示的密封的情況下，也可以采用流體密封件的側臂將管道內(nèi)的吸附劑容器沿著順時針方向向前推動。
在壓縮裝置的相對端，設有兩個流體通道29、30。這兩個流體通道的結構可以與流體管道21類似，但是每個通道都有徑向相對的入口與出口。或者，設置一種限制較少的結構，兩個通道29、30的形式為一種其橫斷面大致呈矩形的管，且該管具有一種如圖11所示的將該管分隔成兩半的分隔部件31。該流體通道29、30最好在容器10的蒸發(fā)/冷凝區(qū)域15上延伸。或者，通道29、30可以延伸以部分地或完全地覆蓋容器10的中心或絕熱區(qū)域13。該分隔部件31用來密封，以防止流體從一流體通道流向另一流體通道，同時也采用適當?shù)牧黧w密封使得吸附劑容器旋轉通過。擋片32還被用來封閉通道的端部并防止流體的軸向泄漏。最外面的擋片還被用來支撐容器的端部。熱管、熱交換器或熱虹吸管可用于在蒸發(fā)器/冷凝器通道29、30和其他外部流體之間進行熱傳遞，這些外部流體例如為在民用熱水或散熱器系統(tǒng)中的流體。
吸附劑容器的旋轉方向Y示于圖3中，圖4中所示的是載流流體流過流體管道21的的逆流方向。在圖5中所示的是流體，例如空氣，流過流體通道29和30的情況。為了清楚起見，圖5是從壓縮裝置的端部看時所作的視圖，并且吸附劑容器的旋轉方向與圖3和4中所示的方向相反。正如從圖3中所看到的那樣，流體在通道29、30中的流動也與吸附劑容器的運動方向相反，且與吸附劑容器的溫度梯度相反，其溫度梯度將會在下面進行更為詳細的說明。現(xiàn)在參照圖4和5對壓縮裝置的運轉情況進行說明。
考慮到單個的吸附劑容器起初是冷的，并且在吸附區(qū)域21的出口23開始循環(huán)，吸附劑為整塊碳的形式，其中含有大約25％的氨，吸附區(qū)域21被加熱，碳的溫度上升并且容器內(nèi)的壓力增大，這種情況下會導致氨的被解吸。氨在蒸發(fā)/冷凝區(qū)域15處冷凝，向其周圍放出熱量。借助于金屬絲網(wǎng)16的毛細效應在容器側壁附近保持一層冷凝膜，當冷凝物厚度的增加時，其也能維持較好的熱傳遞。這種金屬絲網(wǎng)16起到了與熱管開關(heat pipe wick)的作用相似的作用。優(yōu)選的是，蒸發(fā)/冷凝區(qū)域15的長度足以使得碳能夠?qū)①|(zhì)量百分比為10-15％的氨解吸，且通過金屬絲網(wǎng)16來保持所產(chǎn)生的冷凝物。如果區(qū)域15位于區(qū)域12之下則可以省掉金屬絲網(wǎng)16，這樣就可以通過重力作用防止液體吸附物返回到區(qū)域12中。通過金屬絲網(wǎng)可以強化沸騰傳熱，但是該金屬絲網(wǎng)并不是必要的。
現(xiàn)吸附區(qū)域12冷卻返回到環(huán)境溫度，使得氨被吸附回到整塊碳11中。這會降低容器10內(nèi)的壓力并導致液態(tài)氨在蒸發(fā)/冷凝區(qū)域15內(nèi)沸騰。這種沸騰會從蒸發(fā)/冷凝區(qū)域的周圍吸取熱量并將周圍冷卻到環(huán)境溫度之下。
考慮到該裝置如圖3所示，每個吸附劑容器10都相對于相鄰容器的循環(huán)有一點相位差。在流體管道21內(nèi)的容器繞旋轉軸線X沿著圖3所示的順時針方向旋轉。載流流體相對吸附劑容器的旋轉方向逆向流動，因此是沿圖3中的逆時針方向流動的。
現(xiàn)在看載流流體流經(jīng)管道21，處于環(huán)境溫度下的載流流體經(jīng)入口22進入并遇到逆流運動的吸附劑容器10。環(huán)境空氣將吸附劑容器冷卻，以使其吸附制冷劑并在蒸發(fā)器通道29內(nèi)產(chǎn)生制冷效應。載流流體的流量可以選擇使其熱容量恰好與比較厚重而移動緩慢的吸附劑容器相匹配。隨著載流流體進一步繞管道的第一部分27沿逆時針方向前進，其溫度逐步增加。類似的是，吸附劑容器的溫度隨著容器10距離入口22的距離越遠而增加。
在位于第一部分27的端部的支管24的附近，吸附劑容器可能已經(jīng)將載流流體溫度加熱到125°的周圍，而容器內(nèi)的吸附溫度大約為200°。受到預熱后的載流流體隨后沿著支管24流到加熱部分25，載流流體在加熱部分處被加熱，其溫度例如達到約250°的范圍。高溫載流流體被再次引到在管道21的第二部分28內(nèi)的吸附劑容器。被加熱后的載流流體將容器內(nèi)的吸附物從環(huán)境溫度或更低的溫度如50°加熱到大約200℃的溫度。容器的加熱使得解吸的制冷劑在蒸發(fā)/冷凝區(qū)域15內(nèi)相應的冷凝。隨著制冷劑的冷凝，流進冷凝器通道30的流體被加熱。
為了清楚起見，上面所列舉的溫度僅僅是起說明性作用，而不能被認為是起限制作用的。
現(xiàn)在看圖6，其中所示的是一個相似替代性壓縮裝置，其中相同的元件采用相同的參考標號進行標示。在該壓縮裝置中，支管被省掉，而采用加熱器25對管道21內(nèi)的載流流體進行直接替代加熱。在另一個替代物中，流體的高溫流體流在此處被加到載流流體上。該壓縮裝置在所有其他方面都與圖3中所示的裝置相同。
在圖12中，壓縮裝置大致呈矩形，帶有兩根軸33、34，這兩根軸驅(qū)動吸附劑容器沿環(huán)形路徑運動。在該圖中略去了外殼。每根軸都與一對鏈輪35相連，這對鏈輪與容器10的相對的自由端配合，以便驅(qū)動容器繞管道21運動。一條連續(xù)的鏈條36控制著容器的運動，其每個鏈節(jié)36都連接到各個容器的一端。每個鏈節(jié)36都固定到其相鄰的鏈節(jié)上，以實現(xiàn)相對旋轉運動并使得鏈條能夠在其環(huán)形路進中引導容器。鏈條也提供了一種流體密封，以防止載流流體從管道21軸向向外流動。所示的密封件的葉片37位于下部鏈輪的附近，并在位于圖12中的蒸發(fā)器/冷凝器通道內(nèi)的最上面的容器之間。從圖12可以看出，加熱器25直接安裝在管道21的沿逆時針方向在入口和出口22、23的徑向相對位置之外的外壁上。因此，加熱器25的軸向邊緣未到達蒸發(fā)和冷凝通道之間的鏈輪35，從而僅僅對每個容器的吸附區(qū)域12進行加熱，同時蒸發(fā)/冷凝區(qū)域15還保持在通道30內(nèi)。
在圖13中，與每個含有進行制冷劑自我供給的容器10不同的是，所有的容器10′都通過單向閥38相互連在一起。因此，該容器10′在結構上與前面附圖中的容器有些不同，因為它們僅僅含有吸附區(qū)域12或發(fā)生器部分。容器10′的相對端與冷凝器30′和蒸發(fā)器29′流體連通。盡管沒有進行圖釋，但是圖13中的裝置具有一系列沿管道的周向安裝的容器10′(在圖13中只圖示出了兩個容器，實際中會采用32個或更多的獨立的容器)。至于前面的實施例，載熱流體供應到管道中，使其逆著管道內(nèi)容器的旋轉方向流動，以便加熱和冷卻容器10′內(nèi)的吸附劑。
在使用中，當容器10′內(nèi)的內(nèi)部壓力上升到冷凝器內(nèi)的壓力之上時，單向閥開啟使得制冷劑從容器10′流向容器30′，這對所有容器10′都是相同的。制冷劑10′在冷凝器的管子內(nèi)冷凝，該冷凝器的管子通過外部流體的流動而得到冷卻。接著，制冷劑液體流過減壓膨脹閥39，并進入蒸發(fā)器29′，這對于所有的容器10′都是相同的，其中減壓膨脹閥是傳統(tǒng)的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中所采用的類型。制冷劑在蒸發(fā)器29′內(nèi)沸騰，沸騰會從外部流體中吸取熱量。隨后制冷劑氣體會經(jīng)過單向閥流回到具有的壓力低于蒸發(fā)器的容器10′中。
由于容器10′不再具有獨立的蒸發(fā)/冷凝區(qū)域，因此就可以避免在這些區(qū)域反復進行加熱和冷卻，而這在以前的實施方式中卻是固有的而且也是沒有效率的。取而代之的是，使得制冷劑流到與容器一起旋轉的獨立冷凝器和獨立蒸發(fā)器中。這種結構由于冷凝器和蒸發(fā)器處于恒溫狀態(tài)和處于不同的位置而能夠提供更高的效率。如圖13所示，在容器10′、冷凝器30′以及蒸發(fā)器29′的外壁上引入了翅片以便進一步改善熱傳導。
由于采用了上述壓縮裝置，其熱量的輸入和輸出是穩(wěn)定和連續(xù)的。而且，存在吸附劑容器高的再生加熱，在管道的第一部分27中的一個管子中吸附熱量可用于使管道的第二部分28中的另一個管子解吸。這會提高COP。而且，該裝置結構簡單且不需要復雜的制冷劑閥和泵，這又隨之降低了制造成本。該裝置的輔助優(yōu)點在于，即使其中有一個吸附劑容器失效了，也只有極少量制冷劑會泄漏，因而限制了該裝置對環(huán)境的潛在危害。
為了使得進出吸附劑容器的傳遞熱量最大化，可以將吸附劑容器的外表面結構制成能增大該表面的面積，例如通過增加翅片，這些翅片與容器軸向并同心對齊，例如見圖12和13。為了將表面積增加四個因子，采用中等適度的管翅較為有利。也可以想象到，作為對目前所舉的載流流體的流動的例子的一種替代，載流流體可以經(jīng)固定縫隙徑向流動，以便沿著管道形成一個迷宮式路徑，同時還維持總的流動方向，該方向與吸附劑容器的溫度梯度的方向相反。
適當?shù)奈絼┌ɑ钚蕴?、沸石、硅膠、金屬氫化物、化學吸收劑例如氯化鈣。液態(tài)吸附劑例如水或溴化鋰可以替換使用，其中要采用適當?shù)难b置來防止液體吸收劑或液體吸收物在區(qū)域12和15之間傳送。對于固體吸收劑，可以將一些顆粒材料與粘合劑固化或粘在一起，以便與容器壁產(chǎn)生較好的熱接觸，并使得吸附氣體自由地沿著容器軸向地穿過通道。合適的制冷劑包括氨、水、傳統(tǒng)的制冷劑以及二氧化碳。管道21內(nèi)的載流流體以及通道29和30中的流體可以是任何適當?shù)牧黧w，不僅僅限于空氣、燃燒氣體、傳熱用油、水或乙二醇混合物。
盡管上述壓縮裝置使得吸附劑容器在固定管道中移動，在一種替代結構中，吸附劑容器可以保持固定而管道可以相對于容器和/或僅僅相對載流流體旋轉，同時還使流體維持沿著與管道的第一部分和第二部分之間的吸附劑容器的溫度梯度增加的方向相同的方向流動。也就是說，載流流體的流動方向是從管道的第一部分內(nèi)的較冷的容器向著管道的第二部分內(nèi)的較熱的容器的方向。因此，以入口22作為參照系，載熱流體是相對于吸附劑容器逆向流動，無論是容器運動還是管道運動。在另一種替代例中，吸附劑容器可以固定到管道的內(nèi)壁上，并且與管道的內(nèi)壁一起旋轉，同時外壁保持靜止。在各種情況下，都需要容器能相對于管道的入口(或出口)相對運動。
但是，由于熱量的再生與蒸發(fā)/冷凝通道29、30無關，因此，流體在通道中相對于容器的流動可以沿任何方向，例如徑向、軸向或切向。也沒有必要使得通道29、30中的流體逆著容器10的旋轉方向流動。
沒有必要將壓縮裝置的結構制成大致呈圓柱形。如圖12所示，可以采用一種替代形狀，同時依然要維持載流流體相對于吸附劑容器的溫度梯度的相對流動。而且，盡管在某些實施例中所示的壓縮裝置的旋轉軸基本上處于水平狀態(tài)，但是對于這些壓縮機來說最好是將其布置在吸附劑區(qū)域的下方，以使其旋轉軸基本上與蒸發(fā)器/冷凝器區(qū)域15垂直對正。
盡管整篇都提到流體密封件的設置，但是這些密封件也不必是完美的。在壓縮裝置的性能和效率沒有顯著的降低的情況下，可以容許有一些流體從密封件上滲漏。
最后，可以將多個壓縮裝置連接起來以獲得更高的COP。這將能獲得較大的溫度范圍或降低必要的驅(qū)動溫度。對于這種連接系統(tǒng)的各個壓縮裝置來說以相同的速度旋轉或采用相同的吸附劑材料和制冷劑并不是必要的。下一級裝置可以徑向或軸向布置。在另一種替代例中，可以在不同的半徑處采用多個成排容器，同時依然保持載流流體逆向流動。
權利要求
1.一種壓縮裝置，其包括多個吸附劑容器，每個容器包含吸附劑材料和吸附物流體；一個或多個流體管道，每一個所述吸附劑容器中的至少一部分位于該管道內(nèi)，并且載熱流體在該管道內(nèi)流動，該管道具有入口和出口；以及驅(qū)動裝置，其用于使該吸附劑容器相對于該管道的入口作相對的循環(huán)運動，從而使所述載熱流體在入口處相對于該吸附劑容器逆向流動。
2.如權利要求1所述的壓縮裝置，其特征在于，該管道是靜止的，并且該驅(qū)動裝置與多個吸附劑容器相連。
3.如權利要求2所述的壓縮裝置，其特征在于，該管道的形式為一擠出的環(huán)狀，吸附劑容器在該環(huán)狀管道內(nèi)移動，該吸附劑容器的軸線與環(huán)狀管道的中心軸線對齊。
4.如權利要求3所述的壓縮裝置，其特征在于，該吸附劑容器圍繞旋轉盤的邊緣區(qū)域安裝，并且該旋轉盤相對于管道形成滑動流體密封件。
5.如前述權利要求中的任何一項所述的壓縮裝置，其特征在于，其還包括一用于在該管道入口和出口之間的中間位置對該載熱流體進行加熱的加熱裝置。
6.如權利要求5所述的壓縮裝置，其特征在于，該加熱裝置定位成遠離管道，并且一通道將管道與加熱裝置流體地連接起來。
7.如權利要求1-5中的任何一項所述的壓縮裝置，其特征在于，該加熱裝置包括用于將加熱后的流體以及載熱流體引入該管道中的閥。
8.如前述權利要求中的任何一項所述的壓縮裝置，其特征在于，在入口和出口之間的管道內(nèi)設有流體密封件，以限制載熱流體沿一個方向流過該管道。
9.如權利要求8所述的壓縮裝置，其特征在于，該流體密封件包括多個與旋轉軸相連的葉片，其中每個葉片的遠離所述軸的末端相對于管道形成滑動密封。
10.如前述權利要求中的任何一項所述的壓縮裝置，其特征在于，設有多個加熱/冷卻通道，并且每個吸附劑容器具有遠離第一部分的第二部分，并且所述驅(qū)動裝置使得吸附劑容器的第二部分相對于該加熱/冷卻通道相對的循環(huán)運動。
11.如權利要求10所述的壓縮裝置，其特征在于，該加熱/冷卻通道布置成，使得在每個吸附劑容器的第二部分上產(chǎn)生流體流動。
12.如權利要求10或11所述的壓縮裝置，其特征在于，每一個所述吸附劑容器包括位于第一和第二部分中間的第三部分，所述第三部分限制熱量從第一部分傳遞到第二部分，反之亦然。
13.如前述權利要求中的任何一項所述的壓縮裝置，其特征在于，在管道和加熱/冷卻通道之間設置有流體密封件。
14.如權利要求1-9中的任何一項所述的壓縮裝置，其特征在于，一個或多個吸附劑容器與冷凝器和蒸發(fā)器流體連通，該冷凝器和蒸發(fā)器與一個和多個所述吸附劑容器分開。
15.如權利要求14所述的壓縮裝置，其特征在于，其具有多個吸附劑容器，對于所述多個容器該冷凝器和蒸發(fā)器是共用的。
16.一種具有如前述權利要求中的任何一項所述的壓縮裝置的制冷裝置。
17.一種具有如權利要求1-15中的任何一項所述的壓縮裝置的熱泵。
18.一種具有如權利要求1-15中的任何一項所述的壓縮裝置的空調(diào)系統(tǒng)。
19.一種具有如權利要求1-15中的任何一項所述的壓縮裝置的熱轉換裝置。
全文摘要
一種熱再生壓縮裝置(20)，其包括多個吸附劑容器(10)，該容器繞旋轉軸線X沿周邊部分布置在環(huán)形管道(21)內(nèi)。載熱流體相對于吸附劑容器(10)的旋轉運動逆向從管道的入口(22)流到出口(23)。獨立的流體通道(29，30)包圍容器(10)的蒸發(fā)/冷凝區(qū)域(15)，使得熱量在容器(10)和在通道(29，30)內(nèi)流動的流體之間進行傳遞。采用壓縮裝置(20)，熱量以一種特別簡單并方便的方式再生。
文檔編號F25B35/04GK1391644SQ0081600
公開日2003年1月15日 申請日期2000年9月12日 優(yōu)先權日1999年9月21日
發(fā)明者R·E·克里托夫 申請人:沃里克大學