本發(fā)明涉及混合吸附熱交換裝置，諸如熱交換器系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)在吸附物需要被臨時(shí)地或周期性地存儲(chǔ)和釋放的環(huán)境中是有益的。特別地，本發(fā)明涉及用于吸附冷卻、熱泵和脫鹽應(yīng)用的基于吸附劑的熱交換器系統(tǒng)。本發(fā)明還提供用于制造這種混合吸附熱交換裝置的方法、以及這種熱交換裝置的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

環(huán)境污染和主要的能量損耗問題的關(guān)注需要環(huán)境良性的能量守恒技術(shù)的快速發(fā)展。其中，熱供能吸附系統(tǒng)被認(rèn)為是關(guān)鍵技術(shù)之一，因?yàn)檫@些系統(tǒng)可以重新獲得和重新使用低溫廢熱源，否則低溫廢熱源將被清除至周圍環(huán)境。

認(rèn)識(shí)到需要替換用于冷卻或制冷目的的已有的機(jī)械或電驅(qū)動(dòng)的基于蒸汽壓縮的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常使用諸如氫氟碳化物的氣體?，F(xiàn)在認(rèn)識(shí)到的是，考慮到這些材料對(duì)環(huán)境的有害影響，需要更換這些材料的使用。

用于更換傳統(tǒng)的基于蒸汽壓縮的系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)之一是使用熱交換器，其利用吸附床以確保質(zhì)量傳遞以及熱傳遞。

吸附材料根據(jù)它們的性質(zhì)被分類成物理吸附劑、化學(xué)吸附劑、和復(fù)合吸附劑。物理吸附劑是具有不同的孔隙大小的材料。該類別的典型是介孔硅酸鹽、沸石、金屬磷鋁、多孔碳和金屬有機(jī)框架。介孔硅酸鹽包括諸如合成無定形硅膠的材料，其由連接至小顆粒的含水SiO₄的剛性的和連續(xù)的硅溶膠網(wǎng)組成。多孔碳包括通過利用氧化劑氣化炭而獲得的活性炭。沸石包括結(jié)晶微孔硅酸鋁材料，并包括幾個(gè)范圍，諸如HZSM-5、ZSM5、沸石HY等。沸石或基于沸石的材料的優(yōu)點(diǎn)是它們的使用多樣性，以及它們對(duì)依賴于使用目的的修改的敏感性。金屬有機(jī)框架是新一代的材料，其是微孔的，具有高孔隙率、均勻的孔隙大小，并具有良好定義的吸附部位和大的表面面積。這些框架通常包括連接金屬中心的有機(jī)鏈。

化學(xué)吸附劑包括在化學(xué)吸附中使用的物質(zhì)。這些包括諸如氯化鈣、氯化鋇、氯化鍶等的金屬氯化物，鹽和金屬氫化物，諸如氫化鋰、氫化鈣、共價(jià)性質(zhì)的高聚合的氫化物，和非金屬分子氫化物，以及金屬氧化物。

復(fù)合吸附劑包括化學(xué)和物理吸附劑的組合，諸如金屬氯化物和活性炭纖維、膨脹石墨、硅膠或沸石的組合。復(fù)合吸附劑提供增強(qiáng)物理吸附劑性能的優(yōu)點(diǎn)，而不引起化學(xué)吸附劑的諸如膨脹，導(dǎo)電性差或結(jié)塊的影響，。

現(xiàn)有技術(shù)

幾種不同的熱交換機(jī)構(gòu)已經(jīng)在該技術(shù)中視為傳統(tǒng)的基于蒸汽壓縮的制冷系統(tǒng)的替換。下面討論其中一些以供參考。。

基于兩床吸附劑的冷卻系統(tǒng)包括分離的熱交換器?；旧?，該機(jī)構(gòu)包括四個(gè)主要部分，根據(jù)操作模式用作吸附器或解吸塔的兩個(gè)反應(yīng)器、蒸發(fā)器、以及冷凝器。反應(yīng)器利用吸附材料包裝以在吸附或解吸過程期間吸附或解吸吸附物。使用制冷閥來調(diào)節(jié)介質(zhì)的流動(dòng)。

兩床吸附冷卻系統(tǒng)的一個(gè)替換是使用集成吸附機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)。其通常包括兩個(gè)單元，其中，每個(gè)單元設(shè)置有吸附床、蒸發(fā)器和冷凝器。該裝置中的熱交換循環(huán)包括兩個(gè)模式——已知為吸附/蒸發(fā)模式的蒸發(fā)觸發(fā)的吸附以及已知為解吸/冷凝模式的解吸引起的冷凝。控制閥被提供來控制二次流體至每個(gè)單元的流動(dòng)。

另一替換機(jī)構(gòu)涉及三床吸附系統(tǒng)。該三床吸附系統(tǒng)除了冷凝器和蒸發(fā)器以外還包括三個(gè)反應(yīng)器。三床熱交換系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的蒸發(fā)。該機(jī)構(gòu)具有四個(gè)操作模式——預(yù)熱、解吸、預(yù)冷和吸附。

多級(jí)系統(tǒng)也是可獲得的，其用于利用低溫?zé)嵩础＿@些系統(tǒng)在不適用于兩床吸附冷卻系統(tǒng)的溫度下操作。

如上所述，吸附冷卻系統(tǒng)可以有效地利用溫度通常低于100℃的低級(jí)廢熱或太陽熱能，并可以產(chǎn)生有效的冷卻能量。熱驅(qū)動(dòng)的吸附冷卻循環(huán)不需要任何電力來驅(qū)動(dòng)該循環(huán)，并且它是環(huán)境友好的，因?yàn)槠淅锰烊恢评鋭┗蚧贖FC的制冷劑的替換。此外，該系統(tǒng)需要較小水平的維護(hù)并且也免于移動(dòng)部件。然而，與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮循環(huán)相比，低溫?zé)峁┠芪嚼鋮s系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，其在特定冷卻能力和性能系數(shù)方面性能差以及相對(duì)較大的占地面積。

吸附熱交換器通常包括熱交換器結(jié)構(gòu)，其用于供給和排放熱能，并與吸附材料進(jìn)行熱接觸，吸附材料使用吸附物工作介質(zhì)的相變來用于結(jié)合和釋放潛在熱量。通過蒸汽工作介質(zhì)的凝結(jié)來釋放熱量。相反，經(jīng)由熱交換器結(jié)構(gòu)供給的熱能可以用于吸附物的重新蒸發(fā)。

固體材料主要用于執(zhí)行吸附物的相變，吸附物是所謂的吸附劑或吸附材料。這種吸附材料的性質(zhì)是它們的具有高的表面與體積的比的開孔結(jié)構(gòu)。這些材料中的內(nèi)腔具有分子量級(jí)尺寸。吸附材料的效果基于將外來原子和外來分子吸附在它們的微孔結(jié)構(gòu)中，并由此從氣相轉(zhuǎn)移至結(jié)合狀態(tài)。在吸附熱交換器中使用的吸附材料的示例是粘土，諸如膨潤土、硅膠或沸石。水通常用作這些吸附材料的工作介質(zhì)，因?yàn)樗哂懈呃淠裏岵⑶乙踩菀资褂谩?/p>

基于吸附的熱交換系統(tǒng)利用多孔固體吸附劑通過吸附物蒸汽的吸附和解吸來被驅(qū)動(dòng)。與由機(jī)械壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)的蒸汽壓縮冷卻系統(tǒng)相比，不需要電能來驅(qū)動(dòng)吸附循環(huán)?；狙h(huán)涉及吸附階段和解吸階段。在吸附階段中，制冷蒸汽由吸附物質(zhì)吸附，導(dǎo)致熱量的釋放。在解吸階段中，將熱量施加至吸附劑，導(dǎo)致制冷劑的解吸。在這些過程期間傳遞的熱量通過熱交換器在吸附劑和熱傳送流體(例如，水或甲醇或水-乙二醇混合物)或外部環(huán)境之間傳送。吸附和解吸過程結(jié)合蒸發(fā)器/冷凝器中制冷劑的蒸發(fā)和冷凝而發(fā)生。氣態(tài)制冷劑的吸附降低了蒸汽壓力，促進(jìn)了蒸發(fā)器中液態(tài)制冷劑的蒸發(fā)。在該蒸發(fā)期間，從要冷卻的環(huán)境提取熱量，從而導(dǎo)致制冷。通過經(jīng)由熱交換器將熱量供給至吸附劑，所吸附的制冷劑被釋放至氣相，由此重新生成用于下一吸附循環(huán)的吸附材料。所產(chǎn)生的氣態(tài)吸附物傳遞至冷凝器，在冷凝器處，發(fā)生至環(huán)境的熱排放。如在傳統(tǒng)的蒸汽壓縮冷卻中，液態(tài)制冷劑經(jīng)由控制裝置(例如，膨脹閥)被傳遞回至蒸發(fā)器，并且然后可以重復(fù)循環(huán)。

當(dāng)吸附熱交換器被供給來自外部的熱能時(shí)，例如，通過使載熱流體流動(dòng)通過其中，從外部流入的熱量需要被有效地傳送至多孔吸附材料以釋放位于其中的吸附工作介質(zhì)。在相反情況下，熱能的釋放，其意味著從吸附熱交換器離開的能量流動(dòng)方向，由于工作介質(zhì)在多孔吸附材料上的冷凝而釋放的熱能需要從吸附熱交換器傳輸至外部。由于已知的多孔吸附材料示出相反的熱傳導(dǎo)性，因而吸附熱交換器通常被制造為具有高熱傳導(dǎo)性的熱交換器結(jié)構(gòu)以及用于結(jié)合和釋放工作介質(zhì)的多孔吸附材料的組合。熱交換器結(jié)構(gòu)主要由諸如銅、鋁或不銹鋼的金屬材料以及諸如陶瓷材料、碳材料、碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)材料和某些塑料材料的具有高熱傳導(dǎo)性的其他材料組成。

熱交換器包括用于利用載熱介質(zhì)實(shí)現(xiàn)直接流動(dòng)的腔，載熱介質(zhì)通常不與吸附材料直接接觸。熱交換器結(jié)構(gòu)與吸附材料進(jìn)行熱接觸。在最簡單的情況中，這以塊狀材料的形式發(fā)生，其中吸附材料主要以粉末的形式或以小球的形式與粘合劑混合而存在。

已經(jīng)提出將熱供能的吸附制冷機(jī)用于空間冷卻應(yīng)用。這些制冷機(jī)實(shí)際上沒有移動(dòng)部件，除了將吸附床單獨(dú)地連接至蒸發(fā)器和冷凝器的制冷閥的開/關(guān)操作以外。因此，這些系統(tǒng)是高度可靠的并幾乎不需要維護(hù)。吸附制冷機(jī)也能夠被小型化，由于制冷劑至固態(tài)多孔吸附劑的吸附以及制冷劑從固態(tài)多孔吸附劑的解吸主要是表面處理，而不是體積處理。

如所看到的，以上幾個(gè)方法在本領(lǐng)域中被視為用于熱交換機(jī)構(gòu)。下面簡要地論述一些參考。

美國專利8,053,032說明了用于制造熱交換器基底的方法，其中，沸石層通過直接結(jié)晶被沉積/制作在基底表面上。然而，在該專利中對(duì)于任何混合技術(shù)沒有引用或教導(dǎo)。

美國專利8,590,153公開了吸附熱交換器，其中，粘合劑層/涂層被形成在熱交換器結(jié)構(gòu)上，并且交換器之后被浸入到吸附材料中以確保其粘附。涂布的方法主要包括使用成品制造的熱交換器，其之后通過浸漬的過程涂布有吸附材料。應(yīng)理解，該方法可以具有涂層厚度的不均勻性的限制，多孔固態(tài)材料在特定部分中的凝聚導(dǎo)致不均勻的涂層，由此不利地影響自身性能。

美國專利公布2010/0136326公開了一種方法，通過該方法，由金屬支撐基底和硅酸鹽層組成的層復(fù)合通過利用經(jīng)由溶劑熱合成獲得的硅酸鹽層涂布基底表面來獲得。在該公布中沒有公開混合熱交換機(jī)構(gòu)的任何嘗試，或者沒有公開在不妥協(xié)吸附劑體積或熱交換器占地面積的情況下改進(jìn)熱交換器的動(dòng)力學(xué)性能的嘗試。

美國專利公布2011/0183836揭露了用于熱交換器的包含鋁的基底。磷酸鋁沸石的微孔層被施加至基底，包括其他層。該公布再次著重于增大在基底上形成涂層的層的數(shù)量，其中，至少一個(gè)層是ALPO₄，并且對(duì)于經(jīng)由混合技術(shù)提高熱交換器的動(dòng)力學(xué)性能的嘗試沒有提供任何信息或指導(dǎo)。

美國專利公布2012/0216563公開了一種熱交換器，其中，多孔材料被設(shè)置為與交換器的管狀部分接觸以允許蒸汽通過。材料是纖維材料。然而，關(guān)于其對(duì)于改進(jìn)性能動(dòng)力學(xué)是否有用或者是否可以使用另外的混合技術(shù)仍沒有公開或指導(dǎo)。

美國專利公布2013/0014538公開了用于吸附制冷機(jī)的子組件。子組件設(shè)置有吸附部件，該吸附部件包括布置在堆中的多樣性的板。堆中的相鄰對(duì)的板的制冷劑側(cè)限定制冷劑通道，并且吸附材料被設(shè)置在這些通道內(nèi)。然而，關(guān)于該配置是否有助于或提供動(dòng)力學(xué)性能的任何改進(jìn)在此沒有公開或指導(dǎo)。

日本專利公布No.2011-240256公開了設(shè)置有多個(gè)活性碳纖維的吸附塊。這些纖維全部被定向在同一方向。提供柱形金屬片，覆蓋活性纖維的外周圍，以軸向方向的方式。其通過利用柱形金屬片覆蓋纖維并在之后單向地延伸并切割該片來獲得。然而，關(guān)于該配置是否有助于或提供動(dòng)力學(xué)性能的任何改進(jìn)在此沒有公開或指導(dǎo)。

日本專利公布No.2005-291528公開了具有增強(qiáng)的吸附容量的熱交換器。熱交換器包括具有特定翅片間距、翅片長度和翅片高度的板翅片管型熱交換器?；钚蕴坑米魈畛湮絼渲?，木炭具有特定的蒸汽吸收能力。如此形成的床被網(wǎng)狀材料覆蓋以防止吸附材料的泄漏。然而，關(guān)于該配置是否有助于或提供動(dòng)力學(xué)性能的任何改進(jìn)在此沒有公開或指導(dǎo)。此外，該公開中的著重點(diǎn)是關(guān)于修改翅片尺寸和調(diào)節(jié)吸附材料特性以增強(qiáng)吸附能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種混合吸附熱交換裝置，包括：至少一個(gè)管狀或微通道結(jié)構(gòu)，用于傳送熱傳遞流體；所述結(jié)構(gòu)的外表面在至少兩個(gè)位置設(shè)置有延伸部；所述延伸部在其間形成床以用于設(shè)置一種或多種吸附材料；吸附材料的涂層被設(shè)置在所述延伸部的至少一部分上。

在一個(gè)實(shí)施例中，延伸部沿著管狀結(jié)構(gòu)的全部長度縱向延伸或者可以圍繞管狀結(jié)構(gòu)在圓周上延伸，每個(gè)延伸部的高度沿著其整個(gè)長度保持大致一致。

在另一實(shí)施例中，管狀結(jié)構(gòu)和延伸部是集成的，或者可以通過單獨(dú)的連接部件相互連接。

如果需要，管狀結(jié)構(gòu)以及延伸部由相同的材料制成，并且可以由熱傳導(dǎo)材料制成，熱傳導(dǎo)材料是金屬、基于陶瓷、基于聚合物或碳的材料。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，每個(gè)延伸部被涂布有與填充在床中的吸附劑相同或不同的吸附劑。

仍在另一實(shí)施例中，設(shè)置在所述床中的吸附材料單獨(dú)地或以任意組合從由以下組成的組中選擇：沸石、介孔硅酸鹽、不能溶解的金屬硅酸鹽、硅膠A型、硅膠RD型、硅膠S2型、活性炭纖維、顆粒活性炭、活性氧化鋁、高多孔活性炭、與鏈接器結(jié)合的Zr₆O₄(OH)₄、MIL-101Cr、MOF(金屬有機(jī)框架)、COF(共價(jià)有機(jī)框架)、以及FAM(功能吸附材料)等。

仍在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，吸附材料包括具有3至100埃的范圍的孔隙直徑的吸附劑顆粒、或者其上涂布或沉積吸附劑的平板或波紋板、或以任意預(yù)定圖案設(shè)置的它們的組合。

仍在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，平板或波紋板由從由以下組成的組中選擇的熱傳導(dǎo)材料制成：鋁、銅、石墨/膨脹石墨、無機(jī)或有機(jī)纖維基底或其組合，并且可以可選地是穿孔板。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，延伸部在利用吸附材料涂布之前在其外表面上是波紋形的，以及其中涂層單獨(dú)地或以任意組合從由以下組成的組中選擇：沸石、介孔硅酸鹽、不能溶解的金屬硅酸鹽、硅膠A型、硅膠RD型、硅膠S2型、活性炭纖維、顆粒活性炭、活性氧化鋁、高多孔活性炭、與鏈接器結(jié)合的Zr₆O₄(OH)₄、MIL-101Cr、MOF(金屬有機(jī)框架)、COF(共價(jià)有機(jī)框架)、以及FAM(功能吸附材料)等。

仍在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，熱傳遞流體從由以下組成的組中選擇：水、低級(jí)醇和油等。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，吸附材料被設(shè)置有從由以下組成的組中選擇的一種或多種摻雜物：諸如氯化鈣、溴化鋰、氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鈣、和氯化錳等無機(jī)金屬鹽。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，從由碳纖維、和石墨纖維等組成的組中選擇的一種或多種添加劑也被添加以增強(qiáng)熱傳導(dǎo)性。

如果需要，聚合物網(wǎng)被設(shè)置在吸附床上，其中聚合物是聚苯胺。

本發(fā)明還提供一種用于制造混合吸附熱交換裝置的方法，所述方法包括：

-利用吸附劑涂布熱傳導(dǎo)材料的至少一部分；

-將至少部分涂布的熱傳導(dǎo)材料轉(zhuǎn)換成用于傳送熱傳遞流體的管狀結(jié)構(gòu)，并在其上設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)延伸部，所述延伸部與所述涂布的管狀結(jié)構(gòu)集成，或至少部分包括涂布吸附劑的熱傳導(dǎo)材料，所述延伸部在其間形成吸附床；

-將一種或多種吸附材料設(shè)置在所述吸附床中。

附圖說明

以下特別地參考附圖更詳細(xì)地描述了本發(fā)明，其中：

圖1是在吸附器和解吸器的熱交換器中使用的典型的翅片式塊吸附器的表示。

圖1(a)是圖1中標(biāo)記‘A’的部分的分解視圖，以及圖1(b)是該部分的等距視圖。

圖2是在熱交換器中使用的典型的螺旋翅片式管吸附器的表示。

圖2(a)是圖2中標(biāo)記‘A’的部分的分解視圖，以及圖2(b)是該部分的等距視圖。

圖3(a)是現(xiàn)有技術(shù)的翅片塊吸附器的表示，其中，吸附床被填充/包裝有顆粒吸附劑。

圖3(b)是現(xiàn)有技術(shù)的涂布的翅片塊吸附器的表示。

圖4(a)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有包括顆粒的第二吸附材料，并且利用合適的網(wǎng)覆蓋。

圖4(b)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有包括涂布干燥劑的基底的第二吸附材料。

圖4(c)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有包括波紋狀涂布干燥劑的基底塊的第二吸附材料。

圖4(d)和圖4(e)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片被涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有第二吸附材料，第二吸附材料包括波紋狀或平的涂布干燥劑的基底塊以及散布在涂布干燥劑的基底塊之間的吸附劑顆粒。

圖4(f)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片被成形以增加它們的表面積并涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有包括吸附劑顆粒的第二吸附材料，并利用合適的網(wǎng)覆蓋。

圖5是在從/至二次流體的熱傳遞期間，發(fā)展溫度梯度的四個(gè)熱傳遞阻力的表示。

圖6是涂布有吸附劑的基底材料的表示，并且以預(yù)定或期望圖案在其上設(shè)置穿孔。

圖7示出在水上的在此屬于申請(qǐng)人的硅膠S2和涂布的硅膠S2/水吸附劑/制冷劑對(duì)的吸附等溫線。

圖8示出在30-70℃范圍的溫度下針對(duì)硅膠S2/水對(duì)的吸附吸收數(shù)據(jù)。

圖9示出在5kPa和15kPa范圍的壓力下針對(duì)硅膠S2/水對(duì)的吸附吸收數(shù)據(jù)。

圖10是在屬于申請(qǐng)人的硅膠S2型和商業(yè)可得到的富士RD型硅膠上的水的吸附等溫線的對(duì)照表示。

圖11(a)、(b)和(c)分別是在30℃、50℃和70℃的吸附溫度下硅膠S2/水對(duì)的吸附吸收和壓力的時(shí)間曲線。

圖12是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的吸附器的在吸附熱交換器的冷卻瓦特每升方面的比容量和利用本發(fā)明的不同的混合熱交換器的可能的比容量的對(duì)照表示。

圖13示出使用傳統(tǒng)的包裝方法、先進(jìn)的涂布吸附劑的方法和涂布吸附劑的混合熱交換器的吸附制冷機(jī)的冷卻能力和COP。

圖14示出針對(duì)350W/m²K的整體熱傳遞系數(shù)的吸附制冷機(jī)的主要部件的溫度曲線。

圖15示出用于顆粒、涂布吸附劑和混合熱交換器的吸附制冷機(jī)的性能比較。

具體實(shí)施方式

本領(lǐng)域中認(rèn)識(shí)到的需要是要求提高在熱交換器中使用的吸附床的性能以改進(jìn)循環(huán)的整體性能。除其他因素以外，確定吸附床性能的效率的關(guān)鍵參數(shù)是熱量和質(zhì)量傳遞方面。質(zhì)量傳遞影響了吸附容量和吸附吸收比。熱傳遞分別對(duì)于解吸和吸附熱的傳送和提取是關(guān)鍵的。也影響吸附床性能的其他參數(shù)包括吸附劑的孔隙度和孔大小、顆粒大小和吸附劑與金屬質(zhì)量的比。

熱傳遞受到吸附床內(nèi)的多級(jí)阻力。這些包括由金屬至二次流體對(duì)流熱傳遞引起的阻力、經(jīng)由交換器的壁的傳導(dǎo)熱傳遞阻力、金屬至吸附劑的接觸熱傳遞、以及經(jīng)由吸附材料的傳導(dǎo)熱傳遞阻力。其中，由金屬至吸附劑的接觸界面產(chǎn)生的熱傳遞阻力在影響熱交換器的效率上起到主要作用，并且依賴于吸附劑與熱交換器金屬之間的物理接觸的性質(zhì)和水平。例如，在簡單的顆粒填充的吸附床系統(tǒng)中，即使質(zhì)量傳遞性能非常高，由于吸附劑顆粒與熱交換器金屬表面之間的高接觸熱阻，熱傳遞性能的水平通常很低。

可以通過以下方式來增強(qiáng)在吸附床中使用的吸附材料的熱傳遞性能：將吸附劑顆粒與金屬添加劑混合以增加熱傳導(dǎo)率，利用吸附劑涂布床熱交換器金屬并避免全部使用顆粒以消除所有的接觸熱阻力，利用聚苯胺網(wǎng)覆蓋吸附劑顆粒，在金屬泡沫上的吸附劑沉積，以及合并的床方法的使用。

通過增大整體熱導(dǎo)率來提高熱傳遞性能的技術(shù)之一是通過將諸如鋁、銅或石墨/膨脹石墨的金屬顆粒添加至沸石材料的吸附劑顆粒。盡管據(jù)悉熱導(dǎo)率顯著地增大，并且該方法也容易遵循，但出現(xiàn)的限制是質(zhì)量傳遞性能的降低，并且還有材料限制。后者是嚴(yán)重的限制，因?yàn)槠湎拗屏耸褂眠@種吸附床的應(yīng)用的范圍。

在本領(lǐng)域中論述的作為顆粒床方法的替換的另一技術(shù)是避免它們一起使用并且代替地，利用吸附劑來涂布熱交換器的金屬。這通常涉及使用有機(jī)處理劑來清潔金屬表面，利用有機(jī)粘合劑來形成吸附劑的懸浮液，以及之后施加在清潔的金屬表面上，之后通過加熱來移除殘留的粘合劑。在本領(lǐng)域中論述和公開了幾種不同的涂布技術(shù)。該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其顯著地避免了吸附劑和金屬的熱接觸阻力。該方法被認(rèn)為是顆粒床方法的替換。

在本領(lǐng)域中論述的另一方法是在顆粒床上形成諸如聚苯胺網(wǎng)的聚合物網(wǎng)。這可以在吸附劑顆粒表面上的苯胺的原位聚合作用使用氧化就地完成。利用該方法注意的缺點(diǎn)是，盡管熱傳遞阻力減小，但不利地影響了質(zhì)量傳遞性能。

其他嘗試包括在金屬泡沫上的吸附劑的沉積。該方法的一個(gè)示例包括沸石和銅金屬泡沫的沉積。該方法主要包括利用環(huán)氧樹脂、起泡劑和金屬粉末對(duì)熱交換器的金屬部件的涂布。使用膠體種子溶液來沉積吸附材料。例如，在沸石的情況下，其涉及播種，之后是水熱合成、清洗和干燥。據(jù)悉該方法顯著改善了熱傳遞特性，但導(dǎo)致了金屬質(zhì)量的增加。

合并的床方法依賴于幾個(gè)不同的步驟。例如，壓縮的吸附劑顆粒和粘土、可膨脹石墨、模制顆粒和粘合劑的添加以及浸漬粘合劑顆粒的金屬泡沫。據(jù)悉該方法引起了熱傳遞性能的顯著提高。然而，該方法在所有吸附材料的情況中可能不是有效的，并且還具有床滲透性和破裂的限制。

如可以看到，在本領(lǐng)域中已經(jīng)提出的方法將各種解決方案看作顆粒床方法的替換。在本領(lǐng)域中傳統(tǒng)的觀點(diǎn)是顆粒床方法不利地影響熱傳遞性能，并且僅有的解決方案是尋找該方法的替代。

申請(qǐng)人在此確定為混合方法不僅提供了作為顆粒床方法的顯著優(yōu)點(diǎn)的質(zhì)量傳遞性能，還提供了增強(qiáng)的熱傳遞性能。本發(fā)明的方法涉及對(duì)熱交換器性能提高的綜合的方法，其不僅涉及采用用于熱交換器(或其部件)的金屬部分的涂層，還確保在這種金屬部件之間設(shè)置的另外的吸附材料的存在。在測試研究中已經(jīng)觀察到，這種基于混合吸附劑的熱交換器在熱和質(zhì)量傳遞特性方面提供了顯著的性能提高。

本發(fā)明的目標(biāo)是提供混合吸收熱交換器，其是小型的，在轉(zhuǎn)換輸入的冷卻功率時(shí)是效率高的，并且是負(fù)擔(dān)得起的。

本發(fā)明的本質(zhì)涉及利用混合性技術(shù)的熱傳遞增強(qiáng)，其包括熱交換器翅片的涂布以及在翅片之間的松散的多孔吸附材料的使用。諸如水/氨/乙醇/甲醇/其他各種制冷劑的制冷劑從多孔吸附劑放熱地吸附和吸熱地解吸，多孔吸附劑通常包裝在具有單一吸附劑的良好熱傳遞特性的吸附床中。在吸附床中，主要的熱阻來自吸附器的翅片以及可以完全通過吸附材料的涂布來消除的吸附材料。比功率(specific power)通過在涂布的翅片之間的松散的吸附劑顆粒的包裝來加強(qiáng)。本發(fā)明組合涂布的吸附劑以及松散的吸附劑顆粒的包裝或諸如玻璃纖維的可替換的部件，其中，干燥劑被原位生成或預(yù)先浸漬，或諸如顆粒和玻璃纖維的不同部件的組合。

圖1是在吸附器和解吸器的熱交換器中使用的典型的翅片式塊吸附器的表示。

圖2是在熱交換器中使用的典型的翅片式管吸附器的表示。

圖3(a)是現(xiàn)有技術(shù)的翅片塊吸附器的表示，其中，吸附床被填充/包裝有顆粒吸附劑。從圖3(a)明顯的是，二次流體流過吸附器熱交換管，以及翅片被設(shè)置在熱交換管的外表面上。翅片之間的間隙被塞進(jìn)吸附劑顆粒。管本身可以由促進(jìn)熱傳遞的諸如銅的金屬制成。顆粒包裝最終利用金屬網(wǎng)覆蓋。翅片通常由鋁制成。

圖3(b)是現(xiàn)有技術(shù)的翅片塊吸附器的表示。二次流體流過吸附器的熱交換管，并且翅片被設(shè)置在熱交換管的外表面上。翅片之間的間隙是空的。管本身可以由促進(jìn)熱傳遞的諸如銅的金屬制成。顆粒包裝最終利用金屬網(wǎng)覆蓋。翅片通常由鋁制成并使用本領(lǐng)域中公開的技術(shù)用吸附材料來涂布。在本文中以某些細(xì)節(jié)論述涂布過程，并涉及樹脂和粘合劑的使用以確保吸附劑在翅片上的均勻沉積。

圖4(a)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有包括顆粒的第二吸附材料。第一吸附劑和第二吸附劑可以是相同的或不同的。顆粒床之后利用金屬網(wǎng)覆蓋。涂布可以在熱交換管的外表面上是均勻的。在替換方法中，僅翅片被涂布，并且兩個(gè)翅片之間的熱交換管的表面保持未涂布。

圖4(b)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有包括涂布干燥劑的紙的第二吸附材料。涂布干燥劑的基底可以是干燥劑被涂布或浸漬至玻璃纖維中的基底或者可以是干燥劑被原位生成的基底。第一吸附劑和第二吸附劑可以相同或不同。涂布可以在熱交換管的外表面上是均勻的。在替換方法中，僅翅片被涂布，并且兩個(gè)翅片之間的熱交換管的表面保持未涂布。

圖4(c)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有包括波紋狀涂布干燥劑的基底塊的第二吸附材料。涂布干燥劑的基底可以是干燥劑被涂布或浸漬至玻璃纖維中的基底或者可以是干燥劑被原位生成的基底。第一吸附劑和第二吸附劑可以相同或不同。涂布可以在熱交換管的外表面上是均勻的。在替換方法中，僅翅片被涂布，并且兩個(gè)翅片之間的熱交換管的表面保持未涂布。

圖4(d)和圖4(e)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片被涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有第二吸附材料，第二吸附材料包括波紋狀或平的涂布干燥劑的基底塊以及散布在涂布干燥劑的基底塊之間的吸附劑顆粒。在圖4(d)中，基底塊與管軸垂直地設(shè)置，而在圖4(e)中，基底塊與管軸平行地設(shè)置。涂布干燥劑的基底可以是干燥劑被預(yù)涂布/浸漬至玻璃纖維中的基底或者可以是干燥劑被原位生成的基底。第一吸附劑和第二吸附劑可以相同或不同。涂布可以在熱交換管的外表面上是均勻的。在替換方法中，僅翅片被涂布，并且兩個(gè)翅片之間的熱交換管的表面保持未涂布。在圖4(b)至圖4(e)的情況下的基底塊也可以被穿孔以提高質(zhì)量和熱傳遞。

圖4(f)是吸附床的表示，其中，吸附器熱交換管的翅片涂布有第一吸附材料，以及翅片之間的間隙空間填充有包括吸附劑顆粒的第二吸附材料。翅片在該實(shí)施例中是波紋形的，并且也可以根據(jù)需要以任何期望圖案被穿孔以提高熱和質(zhì)量傳遞。第一吸附劑和第二吸附劑可以相同或不同。涂布可以在熱交換管的外表面上是均勻的。在替換方法中，僅翅片被涂布，并且兩個(gè)翅片之間的熱交換管的表面保持未涂布。

圖5是在涂布翅片中的熱傳遞區(qū)域的表示，并且在以下被詳細(xì)描述。

圖6是涂布有吸附劑的基底材料的表示，并且以預(yù)定或期望圖案在其上設(shè)置穿孔。該基底材料可以被轉(zhuǎn)換成用于熱交換器的外部延伸部(翅片)，并且吸附材料被填充在由此形成的床中。

本發(fā)明本質(zhì)上在于混合生成吸附床以使得不僅翅片涂布有吸附材料，翅片之間的間隙也提供有另外的吸附材料。第二填充吸附材料可以與設(shè)置在涂層中的吸附材料相同或不同。例如，填充吸附材料可以是可獲得的顆粒的形式，諸如沸石材料、活性炭、活性氧化鋁或硅膠?？商鎿Q地，填充材料可以包括纖維或玻璃片、陶瓷、活性炭、石墨、具有通過涂布、浸漬、注入設(shè)置在其上或通過原位或任何其他方法形成的吸附材料的有機(jī)或無機(jī)基底。

本發(fā)明的混合熱交換器提供組合不同吸附劑形式的靈活性。測試確立了該混合熱交換器在質(zhì)量傳遞和熱傳遞性能方面提供顯著的增強(qiáng)。

本發(fā)明的方法包括評(píng)估本領(lǐng)域的關(guān)于設(shè)置在未涂布翅片空間內(nèi)的顆粒吸附劑的當(dāng)前狀態(tài)。本領(lǐng)域已知的是這種系統(tǒng)的效率(比容量)是吸附熱交換器的約100瓦特每升。鑒于此，該方法將要：

a.增大吸附熱交換器體積的每升的瓦特輸出，由此減小整體體積、占地面積和成本。

b.改進(jìn)吸附和解吸動(dòng)力學(xué)以另外地增加每吸附器熱交換器輸出的瓦特?cái)?shù)，由此進(jìn)一步減小吸附制冷機(jī)的占地面積、體積和成本。本發(fā)明同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩者。

為了提高和優(yōu)化吸附熱交換裝置的性能，利用多個(gè)變量。這些包括：

1.基底：本發(fā)明的混合吸附器熱交換器依賴于具有粘附至其的吸附劑的熱交換器的一部分。根據(jù)利用來確保吸附劑至基底的粘附的粘附方法，本發(fā)明在基底選擇方面提供靈活性?；卓梢允卿X箔、銅箔、有機(jī)金屬纖維片、無機(jī)纖維片碳加強(qiáng)塑料等。翅片類型包括平/平坦的、波紋狀、百葉式、正弦波、波動(dòng)、角錐形或插銷式。

2.基底厚度：根據(jù)基底提供至吸附劑的支持的類型以及作為整體熱交換器設(shè)計(jì)的部分的熱導(dǎo)率，基底厚度通常范圍為0.5mm-2.0mm，更典型地0.1mm-1.0mm。

3.基底形狀：根據(jù)基底的選擇，基底可以是平的、波紋狀的、正方正弦波、或不同地成形，例如三角形等。

4.吸附劑：被粘附至基底的吸附材料通常是硅膠、分子篩、復(fù)合物、或活性炭，并且還可以包括研制中的吸附劑，其具有高表面面積并且是可容忍熱傳遞流體的。例如，如果使用水作為制冷劑，則吸附劑應(yīng)當(dāng)是耐水的。如果在吸附制冷機(jī)中使用其他制冷劑，諸如乙醇、甲醇和氨以及基于HFC的制冷劑，則吸附劑應(yīng)當(dāng)對(duì)于這種制冷劑是化學(xué)惰性的。這些吸附劑中的一些已經(jīng)存在，而其他的在研制中。通常，這些將來自MOF的族、磷酸鋁、COF、FAM和FMM、復(fù)合物等。因?yàn)樵龃蟮谋砻婷娣e和體積密度是補(bǔ)充因素，因而選擇的吸附劑可以取決于在吸附劑的邊界的操作容量下的有用容量，但將具有較高的體積密度，以使得整體吸附，以及因此以kW計(jì)的每吸附熱交換器的比性能(specific performance)被最大化。此外，吸附劑的在吸附和解吸方面的動(dòng)力學(xué)、以及提高給定吸附劑的“動(dòng)力學(xué)”的手段也將在吸附熱交換器的瓦特每升方面對(duì)最大化整體容量起到重大的作用。

為了提高有用容量，這些吸附劑可以進(jìn)一步摻雜有摻雜劑，諸如氯化鈉、氯化鈣、溴化鋰、氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鈣、氯化錳等無機(jī)金屬鹽。

為了改進(jìn)來自至基底的吸附劑內(nèi)的熱流的熱導(dǎo)率以及整體動(dòng)力學(xué)，可以少量添加如石墨、膨脹石墨、銅粉末等的高導(dǎo)電材料。

在一些情況下，可以存在摻雜和添加熱導(dǎo)材料的組合。

5.將吸附劑粘附至基底的一般方法：如以下列舉的，存在將吸附劑粘附至基底的幾種已知的方法，但本發(fā)明不限于現(xiàn)有的領(lǐng)域或方法：

a.將干燥劑粘附至基底，特別是非滲透基底的一種方法是使用非掩蔽粘合劑或膠。膠的粘合劑可以是無機(jī)的、有機(jī)的，并且也是兩者的組合。

b.基底，特別是多孔基底，吸附劑可以通過合適的非掩蔽粘合劑/環(huán)再次被浸漬。膠的粘合劑可以是無機(jī)的、有機(jī)的，并且也是兩者的組合。浸漬也可以包括浸漬涂布法。

c.仍在另一方法中，基底，特別是多孔基底，吸附劑可以在不使用膠的粘合劑的情況下被原位合成。

d.仍在另一方法中，從通常是鋁箔的基底開始，利用基底材料作為元素之一以生長吸附晶體，吸附劑可以在基底的表面上被原位合成。

使用諸如水的二次流體通過再生成和吸附來管理吸附床中的熱傳遞。針對(duì)至和來自二次流體的熱傳遞，存在圖5所示的四種傳熱阻力。這些阻力是：

R.1二次流體和金屬壁之間的對(duì)流熱傳遞阻力。

R.2經(jīng)由熱交換器的壁的熱傳遞阻力。

R.3金屬和吸附劑之間的接觸熱傳遞阻力。

R.4經(jīng)由干燥劑質(zhì)量的傳導(dǎo)熱傳遞阻力。

如可以看到的，熱交換裝置設(shè)計(jì)可以影響熱傳遞阻力。

在上文，R3是主要的和最重要的。到目前為止，已經(jīng)努力和嘗試將吸附劑涂布在熱交換器金屬表面、通常地延伸翅片、通常為鋁上。通過這樣做，經(jīng)由干燥劑質(zhì)量的傳導(dǎo)熱傳遞阻力(R4)已經(jīng)被忽略和消除，因?yàn)闆]有另外的吸附劑被放置在延伸的熱交換器表面之間。盡管通過降低R3獲得了益處，但存在顯著的權(quán)衡和吸附容量的損失，因此，作為干燥劑的量/質(zhì)量的質(zhì)量傳遞在所施加涂層中得到限制，由此將吸附劑降低至金屬質(zhì)量比。

本發(fā)明的目的在于通過組合金屬/翅片的涂布干燥劑的延伸表面來將接近最佳的吸附劑維持至金屬質(zhì)量比，不僅通過減小R3還顯著改進(jìn)動(dòng)力學(xué)，連同在涂布的翅片空間內(nèi)使用顆粒材料，即使將遇到有限的R4，由此提供使用傳統(tǒng)的吸附熱交換器的吸附熱交換器的瓦特每升方面的>35/40％的整體性能提高，其中吸附劑顆粒材料包裝在熱交換器翅片表面內(nèi)。還存在如下文所述的填充孔隙的其他方法。

通過使用來自一類有機(jī)的以及單獨(dú)地?zé)o機(jī)粘合劑的非掩蔽粘合劑，以及也使用用于吸附劑的孔清潔劑將硅膠顆粒/粉末施加至鋁箔，來將吸附劑粘附至基底。也可以使用沸石來代替硅膠。

延伸部上的涂布可以通過諸如在美國專利8,053,032(基底上的沸石層的直接結(jié)晶)、美國專利公布2010/0136326(利用經(jīng)由溶劑熱合成獲得的硅酸鹽層來涂布基底表面)、美國專利公布2011/0183836(利用磷酸鋁沸石的多孔層來涂布包含鋁的基底)中所公開的已經(jīng)知道的任何方法或者本領(lǐng)域中已知的用于涂布基底和翅片的任何其他方法來實(shí)現(xiàn)。

不考慮將吸附劑粘至基底的方法或基底類型，吸附劑的量必須是最佳的，以使得太多的吸附劑不抑制從外層至熱交換器的熱傳遞。通常，根據(jù)吸附劑、將吸附劑粘附至基底的方法、吸附劑的體積密度以及粘合劑/膠(如果有的話)的使用，吸附劑量可以從10GSM至500GSM變化，但將更具體地位于150GSM至300GSM。

在混合吸附熱交換器中，盡管熱交換器表面具有通過以上所述但不局限于此的手段和方法粘附的吸附劑，但在本發(fā)明中，吸附劑被填充在延伸的翅片熱交換器表面的孔隙內(nèi)。這種吸附劑的類型和放置方法的選擇可以如下：

1.合適篩孔尺寸的平面天然顆粒吸附劑，例如硅膠

2.粉末形式但被制成合適篩孔的顆粒的吸附劑

3.吸附劑粘附至基底，作為片、或作為平板玻璃，或以任何其他形狀，例如，波紋狀、正方形/矩形、三角形等，具有或沒有摻雜，具有或沒有熱傳導(dǎo)添加物，如膨脹石墨、石墨烯等。

在混合熱交換器的本發(fā)明中，已經(jīng)使用顆粒硅膠進(jìn)行了廣泛的測試。在吸附制冷機(jī)的應(yīng)用中，盡管存在吸附劑和制冷劑的許多工作對(duì)的選擇，但最典型和通常使用或利用的是硅膠-水的配對(duì)。在制造商的大部分吸附制冷機(jī)以及世界各地在該領(lǐng)域中進(jìn)行的研究中，選擇的杰出的硅膠是并且已經(jīng)是從日本的Fuji Sylsia有限公司可得到的高密度顆?；蛑闋罟枘z。根據(jù)材料是珠狀或顆粒以及在篩孔側(cè)是否是顆粒，該材料典型地具有600-800m²/g的范圍的表面積以及700-900克/升的體積密度。

本發(fā)明還檢測了新的混合吸附熱交換器，其具有使用富士RD型硅膠的傳統(tǒng)的吸附熱交換器。富士RD型硅膠，由于其特性和動(dòng)力學(xué)，已經(jīng)在商業(yè)生產(chǎn)和研究上在全球成為用于基于硅膠-水對(duì)的吸附制冷機(jī)的選擇的吸附劑。申請(qǐng)人在此也開發(fā)了專有的標(biāo)記為S2的硅膠，其經(jīng)由廣泛測試已經(jīng)顯示了作為用于基于硅膠-水的吸附制冷機(jī)的吸附劑的杰出的性能潛能。其性能和動(dòng)力學(xué)的例子在圖7-11中示出。

吸附劑/制冷劑對(duì)的吸附容量取決于該對(duì)的吸附劑和等溫特性的多孔性質(zhì)(孔隙大小、孔隙體積和孔隙直徑)。提出了各種沸石、硅膠、活性炭、活性氧化鋁、MOF(金屬有機(jī)框架)、COF(共價(jià)有機(jī)框架)以及FAM(功能吸附材料)的多孔性質(zhì)，其從氮?dú)馕降葴鼐€確定。進(jìn)行在溫度77.4K的液氮下在各種吸附劑上的標(biāo)準(zhǔn)氮?dú)馕?解吸測量。每個(gè)吸附劑的表面積通過氮吸附數(shù)據(jù)的Brunauer,Emmett和Teller(BET)圖來確定。表1示出了硅膠(A和RD型)、FX-400和A20型的活性炭纖維、顆粒活性炭、Maxsorb III型的活性炭粉末以及兩種不同的MOF的表面積、孔體積和表觀密度。從表1可以看出，Maxsorb III和MIL-101Cr的BET表面積分別高達(dá)3140m²/g和4100m²/g。然而，Maxsorb III和MIL-101Cr在商業(yè)吸附制冷機(jī)中作為吸附劑的使用已經(jīng)主要由于其高于USD 300每kg的成本而被阻礙。另一方面，硅膠已經(jīng)在商業(yè)吸附制冷機(jī)中使用，并且硅膠樣本的成本大約為10-15USD每kg。

表1 各種可能的吸附材料的多孔性質(zhì)

現(xiàn)在向前轉(zhuǎn)向圖7，圖形表示顯示了本發(fā)明的提高的吸附劑能力。

圖7示出針對(duì)30℃的吸附溫度和從0.7kPa至3.8kPa的壓力范圍的母硅膠S2/水和涂布的S2/水吸附劑/制冷劑對(duì)的吸附等溫線。針對(duì)所述吸附等溫線，吸附劑樣本溫度保持恒定，而蒸發(fā)器溫度逐步增大，直到相對(duì)壓力達(dá)到0.9以上為止?？梢詮膱D7看出，硅膠S2/水對(duì)的吸附容量在30℃的吸附溫度和約3.6kPa的壓力下高達(dá)0.34kg kg^-1。涂布的硅膠S2/水對(duì)的吸附容量與母S2/水對(duì)類似。可以觀察到，針對(duì)母S2/水對(duì)和涂布的S2/水對(duì)，吸附容量隨著整體研究范圍中壓力的增大而線性地增大。

圖8和9分別示出針對(duì)溫度30℃-70℃以及高達(dá)5kPa和15kPa的壓力的硅膠S2/水對(duì)的吸附吸收數(shù)據(jù)。前者的壓力范圍適于吸附冷卻應(yīng)用，以及需要相對(duì)較高的壓力來用于吸附脫鹽應(yīng)用。如可以從圖8和9觀察到，對(duì)于所有測量的吸附溫度，吸附吸收值隨著壓力的增大線性地增大，其暗示了母硅膠S2/水紙適于吸附冷卻和脫鹽應(yīng)用。

圖10示出針對(duì)30℃至70℃之間的溫度和高達(dá)5kPa的壓力(其是基于硅膠/水的吸附冷卻機(jī)的操作范圍)的硅膠S2/水對(duì)以及硅膠RD/水對(duì)的吸附等溫線。從圖10顯而易見的是，硅膠S2/水和硅膠RD/水對(duì)的吸附等溫線數(shù)據(jù)是可比較的，并且可以根據(jù)吸附劑的成本和可用性來選擇吸附劑。

圖11(a)、11(b)和11(c)分別示出在30℃、50℃和70℃的吸附溫度下硅膠S2/水對(duì)的吸附吸收和壓力的時(shí)間曲線。從圖11(a)–11(c)明顯的是，所研究對(duì)的吸附動(dòng)力學(xué)在吸附過程的早期階段相對(duì)較快。此外，多于80％的總吸收在開始的5分鐘內(nèi)發(fā)生，并且由此硅膠S2/水對(duì)好像適于吸附冷卻應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的吸附熱交換器的制造的起始點(diǎn)首先是單獨(dú)制造的熱交換器結(jié)構(gòu)。其根據(jù)已知的方法由高熱導(dǎo)率的材料制造。適于該目的的被證實(shí)是金屬系統(tǒng)，諸如由銅、鋁、碳、增強(qiáng)塑料或特殊鋼制成的金屬系統(tǒng)。陶瓷材料或組合的金屬系統(tǒng)也是可以的。

合適的熱交換器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)用于載熱介質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)，載熱介質(zhì)與吸附熱交換器的外部區(qū)域連通。另外，加熱線或其他熱源可以被嵌入用于加熱熱交換器結(jié)構(gòu)。為了制作朝向吸附材料系統(tǒng)的最大可能表面，薄板或蜂窩狀結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。其也可以是海綿或泡沫的形式?；谧畛鯁为?dú)制造的該熱交換器結(jié)構(gòu)，利用吸附材料的內(nèi)部涂布現(xiàn)在如下執(zhí)行。

在第一方法步驟中，粘合劑層被施加至熱交換器的面向吸附材料的壁，其在下文中將被稱為內(nèi)部壁。粘合劑用于該目的，其首先形成固體層。為了實(shí)現(xiàn)所述粘合劑層，可以使用不同的方法，諸如浸漬、注入或噴涂。粘合劑涂布的方法步驟可以進(jìn)一步被重復(fù)以用于設(shè)置最佳的層厚度。在該方面特別有利的是例如通過回火或通過利用溶劑的濃縮或蒸發(fā)來設(shè)置所施加粘合劑的粘度?？商鎿Q地，也可以將固體粉末狀態(tài)的粘合劑施加至熱交換器的壁。這種粉末涂布在平面熱交換器結(jié)構(gòu)中特別有用。

熱交換器可以進(jìn)一步首先被粉狀粘合劑填充，粉狀粘合劑之后通過在熱交換器的靠近壁的區(qū)域中加熱熱交換器結(jié)構(gòu)來被激活，以使得在靠近壁的區(qū)域中存在粘合，非粘度粉狀粘合劑材料從遠(yuǎn)離壁的區(qū)域的隨后移除可以通過搖動(dòng)、風(fēng)吹或清洗來實(shí)現(xiàn)。不考慮粘合劑的選擇或所選擇的施加方法，在靠近壁的區(qū)域中的粘合劑層必須至少以穩(wěn)定的方式粘附，以使得在隨后的方法步驟期間，吸附材料被引入至熱交換器中，其中存在吸附材料的粘合劑的在功能上沒有削弱的混合物。

在涂布步驟完成并且金屬部分上的涂層干燥之后，間隙空間可以利用傳統(tǒng)的顆粒吸附材料或者利用浸漬吸附材料的玻璃纖維板來填充(或者在吸附劑使用申請(qǐng)人所有的技術(shù)原位形成的情況下)。相對(duì)于本領(lǐng)域中的公開，該混合熱交換器的熱傳遞性能顯著地高于本領(lǐng)域中迄今為止已知的。

研究顯示本發(fā)明的混合熱交換器裝置的熱傳遞性能顯著高于兩個(gè)當(dāng)前可獲得的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的任一個(gè)的熱傳遞性能——其孤立地使用顆粒床或涂布翅片系統(tǒng)。

吸附熱泵的主要困難是吸附材料和熱傳遞介質(zhì)(即，用于吸附過程的冷卻介質(zhì)和用于解吸過程的加熱介質(zhì))之間的差的熱傳遞。傳統(tǒng)的吸附熱交換器或包裝吸附材料的傳統(tǒng)方式是圍繞熱交換器的翅片管包裝吸附劑。該方法由于制造簡單和吸附劑至熱交換器的翅片的附著或涂布技術(shù)中的限制而被廣泛使用。

吸附材料在熱交換器的延伸表面上的有效涂布可以極大地改進(jìn)吸附循環(huán)的吸附器的熱和質(zhì)量傳遞機(jī)制。涂布的吸附器熱交換器的兩個(gè)顯著地突出的特征或優(yōu)點(diǎn)是(1)經(jīng)由有效熱傳遞的吸附動(dòng)力學(xué)的改進(jìn)，以及(2)熱質(zhì)量的降低。前一特征的主要貢獻(xiàn)是循環(huán)時(shí)間的減少，同時(shí)較少的熱質(zhì)量直接轉(zhuǎn)化成較好的性能或性能系數(shù)(COP)。這兩個(gè)特征以協(xié)同方式都積極地改進(jìn)了吸附循環(huán)，占地面積方面，以及更重要地降低了資本成本。

圖13示出使用傳統(tǒng)的包裝方法、先進(jìn)的涂布吸附劑的方法和涂布吸附劑的混合熱交換器的吸附制冷機(jī)的冷卻能力和COP。應(yīng)當(dāng)注意，蒸發(fā)器和冷凝器針對(duì)兩種情況保持相同。觀察到涂布吸附劑和涂布吸附劑的混合類型提供明顯的性能改進(jìn)。

先進(jìn)的涂布吸附劑和涂布吸附劑的混合熱交換器的整體熱傳遞系數(shù)根據(jù)吸附器/解吸器構(gòu)造大約為350W/m²K至350W/m²K。圖14示出針對(duì)350W/m²K的整體熱傳遞系數(shù)的吸附制冷機(jī)的主要部件的溫度曲線。如可以從圖14看出，全部四個(gè)熱交換器有效地工作，并且制冷機(jī)由于從改進(jìn)的熱傳遞和較小的熱質(zhì)量產(chǎn)生的較快的吸附動(dòng)力學(xué)而產(chǎn)生有效冷卻。

圖15示出用于顆粒、涂布吸附劑和混合熱交換器的吸附制冷機(jī)的性能比較。根據(jù)單位質(zhì)量吸附劑的制冷功率(specific cooling power,SCP)、性能系數(shù)(COP)以及體積效率來進(jìn)行性能比較。如可以從圖15看出，用于涂布的和混合型熱交換器的SCP和COP值是可比較的。然而，由于較快的動(dòng)力學(xué)和較小的熱質(zhì)量，在涂布的和混合型熱交換器的情況下，SCP增大約8％，以及COP增大多于100％。另一方面，由于相同體積中的較高質(zhì)量的吸附劑，其導(dǎo)致了更大的冷卻功率，并由此顯著有助于吸附系統(tǒng)占地面積和資金成本的降低，混合熱交換器的體積效率比顆粒型熱交換器高約35％，并且比涂布吸附劑的熱交換器高約18％。

從所進(jìn)行的研究觀察到的本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的混合熱交換器裝置的比容量顯著地好于現(xiàn)有技術(shù)的吸附器的比容量。圖12是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的吸附器在吸附熱交換器的冷卻瓦特每升方面的比容量和利用本發(fā)明的不同的混合熱交換器的可能的比容量的對(duì)照表示。