專利名稱：一種改進(jìn)的固體吸附床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸附式制冷制熱系統(tǒng)的部件，特別是指一種使用固體吸附劑的吸附床。
背景技術(shù)：
固體吸附床是吸附式制冷制熱系統(tǒng)中，利用固體吸附劑對(duì)吸附質(zhì)(制冷劑)的吸附、解吸過程中的熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷制熱的核心部件。固體吸附床的形式有多種，但它的基本組成和構(gòu)造是，具有一個(gè)外殼，設(shè)置于外殼中的傳熱板(片)，緊貼于傳熱板(片)的固體吸附劑，與傳熱板(片)相連的冷、熱源通道，通過吸附劑并在外殼上具有進(jìn)、出口的傳質(zhì)通道；所述的固體吸附劑通常為沸石、沸石和聚苯胺、沸石和Al(OH)3、沸石和石墨、硅膠、硅膠和石墨、硅膠和氯化物、活性炭、活性炭纖維、金屬氫化物(如含有Ni、La、Al和H等元素的多孔金屬粉末)、氯化物(如氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇、氯化鎳)、金屬氧化物(如活性氧化鋁)等。固體吸附劑通過傳熱板(片)與熱源和冷源的熱交換，使傳質(zhì)通道中的制冷劑形成吸附和解吸效應(yīng)，通過傳質(zhì)通道進(jìn)口從吸附床外吸附氣態(tài)制冷劑，或通過傳質(zhì)通道出口將解吸出的制冷劑送出吸附床，從而使制冷劑在制冷制熱系統(tǒng)中循環(huán)。
為了提高吸附式制冷制熱系統(tǒng)的工作效率，固體吸附床應(yīng)具有優(yōu)良的傳熱傳質(zhì)性能。為了提高固體吸附床的傳熱傳質(zhì)性能，圍繞吸附床的改進(jìn)一直都在進(jìn)行。比較簡(jiǎn)單的辦法是，在吸附劑中添加某些金屬顆粒，如銅粉、鎳沫等；在床中嵌入金屬肋片。隨著研究的深入，陸續(xù)出現(xiàn)了多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱交換器作為吸附器，如螺旋板式熱交換器、板翅式熱交換器和翅片管式熱交換器等。其目的都是通過增大傳熱面積和大量設(shè)置熱媒流體通道強(qiáng)化吸附床內(nèi)的傳熱。然而，這些方法卻使吸附床的熱容比增加，造成系統(tǒng)熱量的基礎(chǔ)代謝增加，從而使耗能增加。目前，還有一種通過提高吸附劑的堆積密度來提高吸附劑的導(dǎo)熱率的方法，卻又造成了因吸附劑中的傳質(zhì)通道減少而使傳質(zhì)性能降低的弊端。中國(guó)專利02240008.7采取在吸附床內(nèi)增加縱向肋片和增設(shè)傳質(zhì)通道來提高吸附床的傳熱傳質(zhì)能力，但增加縱向肋片以擴(kuò)大傳熱面積照樣也引起吸附床熱容比增加，而增設(shè)傳質(zhì)通道后，又使吸附床的內(nèi)部空間擴(kuò)大，而使熱傳導(dǎo)性能變低。實(shí)際上，長(zhǎng)期以來，圍繞吸附床的改進(jìn)走不出這樣一個(gè)怪圈，這就是，要強(qiáng)化吸附床的傳熱，必然要加入一些必要的導(dǎo)熱片和金屬顆粒或增加必要的流體傳熱通道，這樣也就必然地導(dǎo)致了吸附床熱容比的增加；要強(qiáng)化吸附床的傳熱，就必須提高吸附劑的堆積密度以提高其導(dǎo)熱率，而這樣卻影響了吸附床的傳質(zhì)；要提高吸附床的傳質(zhì)，就要增加吸附床內(nèi)的傳質(zhì)通道，這樣又使吸附床的體積增大，使吸附床的導(dǎo)熱下降。傳熱、傳質(zhì)和熱容比三者之間形成一種相互矛盾、相互制約的狀況。正是因?yàn)檫@樣，使吸附床傳熱傳質(zhì)性能的提高一直未得到突破性的解決。受這一因素的牽制，與壓縮式及吸收式制冷技術(shù)相比，吸附式制冷還不太成熟。
參考文獻(xiàn)1、中國(guó)專利02240008.7。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是使固體吸附床能具有突出良好的傳熱傳質(zhì)性能但又能降低其熱容比。
上述目的的實(shí)現(xiàn)方案是用碳納米管材料作吸附劑或者是將碳納米管與其它吸附劑材料復(fù)合，以這樣的復(fù)合物作為吸附劑；或者是將碳納米管與其它吸附劑材料混合，以這樣的混合物作為吸附劑，替換現(xiàn)行固體吸附床中所使用的吸附劑材料。
作為吸附劑的碳納米管，包括單壁碳納米管和多壁碳納米管。吸附床的導(dǎo)熱性能與碳納米管的用量呈現(xiàn)正向相關(guān)性。當(dāng)以純質(zhì)碳納米管用作吸附劑時(shí)，其用量可比照常規(guī)技術(shù)確定?？梢钥隙?，碳納米管用量越大，吸附床內(nèi)的構(gòu)造就越簡(jiǎn)化、體積就越小。除以純質(zhì)碳納米管用作吸附劑外，還可任選一種本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員熟知的復(fù)合方法，如嵌入、加壓固化或粘結(jié)等，將碳納米管與一種或多種上述本領(lǐng)域常用的吸附劑如活性碳、活性碳纖維、天然沸石、沸石分子篩、硅膠、金屬氧化物(如活性氧化鋁)、金屬氫化物(如含有Ni、La、Al和H等元素的多孔金屬粉末)、氯化物(如氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇、氯化鎳)等制成復(fù)合吸附劑，也可將碳納米管與一種或多種上述本領(lǐng)域常用的吸附劑如活性碳、活性碳纖維、天然沸石、沸石分子篩、硅膠、金屬氧化物(如活性氧化鋁)、金屬氫化物(如含有Ni、La、Al和H等元素的多孔金屬粉末)、氯化物(如氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇、氯化鎳)等混合在一起作為混合物吸附劑使用。最好是利用碳納米管纖維等使其接觸形成連續(xù)相，降低接觸熱阻，提高吸附床傳質(zhì)傳熱性能。
本發(fā)明所采用的碳納米管，比表面積大，吸附容量大，氣體在碳納米管中的擴(kuò)散速度快，其纖維又可編制成各種織物，減小對(duì)氣體的流動(dòng)阻力，因而傳質(zhì)能力很強(qiáng)。碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)室溫下可達(dá)到6000W/(m·K)，熱傳導(dǎo)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它材料，例如，在金屬材料中，銀的導(dǎo)熱系數(shù)最高也只有411W/(m·K)，純銅為398W/(m·K)，純鋁為237W/(m·K)，它們僅為碳納米管的百分之幾；常用固體吸附劑導(dǎo)熱性能更低，如活性炭的導(dǎo)熱系數(shù)為0.165W/(m·K)，沸石顆粒為0.09W/(m·K)、沸石粉與聚苯胺復(fù)合吸附劑為0.24W/(m·K)、意大利Restuccia等研制了緊貼于金屬肋片的沸石與Al(OH)3的復(fù)合吸附劑薄層為0.43W/(m·K)、沸石顆粒與石墨復(fù)合吸附劑(Szarynski，1998)為5W/(m·K)、硅膠+石墨復(fù)合吸附劑(Euu，2000)為10～16W/(m·K)、硅膠顆粒床為0.14～0.26W/(m·K)，它們僅為碳納米管的十萬分之幾～千分之幾。
采用碳納米管的固體吸附床不必再為提高其傳質(zhì)能力而在其內(nèi)增設(shè)過多傳質(zhì)通道，因而可減小吸附床體積，促進(jìn)傳熱加快；利用碳納米管突出優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，吸附床可避免現(xiàn)有技術(shù)中通過提高吸附劑材料堆積密度來提高其傳熱率而使其傳質(zhì)性能降低的情況；具有碳納米管的吸附床也不必為提高其傳熱性而在床中增加金屬肋片或在吸附劑中添加某些金屬顆粒以及大量設(shè)置換熱器的熱媒流體通道，因而不但大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了金屬用材，也因此降低了吸附床的熱容比，使吸附床的顯熱損失和滯留熱媒流體的熱損失大為減少，因而也降低了能耗。所以，把碳納米管用于吸附式制冷制熱系統(tǒng)，可使對(duì)固體吸附床的改進(jìn)走出現(xiàn)有技術(shù)中存在的傳熱、傳質(zhì)、熱容比三者相互矛盾、相互制約的怪圈，使固體吸附床提高瞬時(shí)傳熱傳質(zhì)性能，加快升、降溫速度，增加吸附/解吸量，縮短循環(huán)周期，耗能及吸附劑質(zhì)量也可相對(duì)減少。這些因素，都直接地促進(jìn)了吸附式制冷制熱系統(tǒng)工作效率和綜合性能的提高。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的固體吸附床，具有一外殼，設(shè)置于外殼中的傳熱板，緊貼于傳熱板的固體吸附劑，與傳熱板相連的冷、熱源通道，經(jīng)過吸附劑并在外殼上具有進(jìn)、出口的傳質(zhì)通道，其特征在于所述吸附劑是碳納米管材料；或者是碳納米管與其它吸附劑材料的復(fù)合物；或者是碳納米管與其它吸附劑材料的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固體吸附床，其特征在于所述與碳納米管的復(fù)合物是，碳納米管與活性炭，或者是與沸石，或者是與硅膠，或者是與金屬氫化物，或者是與金屬氧化物，或者是與氯化物等的復(fù)合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的固體吸附床，其特征在于所述與碳納米管的混合物是，碳納米管與活性炭，或者是與沸石，或者是與硅膠，或者是與金屬氫化物，或者是與金屬氧化物，或者是與氯化物等的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種吸附式制冷或制熱系統(tǒng)的固體吸附床，包括其外殼，設(shè)置于外殼中的傳熱板，緊貼于傳熱板的吸附劑，與傳熱板相連的冷、熱源通道，經(jīng)過吸附劑并在外殼上具有進(jìn)、出口的傳質(zhì)通道，所述吸附劑是含碳納米管的吸附劑材料，采用這種吸附劑的固體吸附床傳熱傳質(zhì)性能顯著提高，由于可取消其中的金屬肋片和添加在吸附劑中的金屬顆粒，甚至取消或減少其中設(shè)置的熱媒流體通道，使吸附床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，因而也降低了吸附床的熱容比。
文檔編號(hào)F25B37/00GK1605816SQ200310111220
公開日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2003年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者歐陽永定 申請(qǐng)人:歐陽永定