專利名稱：固體吸收劑的沸騰－吸收器及其制造方法和使用它的制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝有用于制冷的固體活性材料的部件的制造方法，以及這樣制造的部件和包含至少一個(gè)該部件的制冷裝置。
人們知道很多基于固體活性材料(如金屬鹽)和氣體(如氨氣)的反應(yīng)的制冷系統(tǒng)，或是基于釋放事先吸附和/或吸收在固體材料(如活性炭、活性炭纖維、沸石、膨脹石墨等)中的氣體(如二氧化碳或氨氣等)。
在這些系統(tǒng)的實(shí)例中，固體活性材料一般放在金屬容器或空腔內(nèi)，它們多少有些被壓緊，金屬容器用導(dǎo)管與系統(tǒng)的其它部件連接。在工作的時(shí)候，由固體活性材料產(chǎn)生的負(fù)大卡首先傳遞到容器，然后傳遞到由裝在容器上的熱交換器(如金屬翼片)要冷卻的流體(如空氣)。這種結(jié)構(gòu)從熱力學(xué)的角度看效率是很低的，這是由于容器和裝在里面的固體活性材料之間的接觸面不大，使得負(fù)大卡從活性材料向容器的傳遞非常不好。因此需要性能改善的裝制冷固體活性材料的部件。
本發(fā)明的目的就是要提供一種制造改進(jìn)的部件的方法。
本發(fā)明的基本設(shè)計(jì)思想是直接在活性材料外面成形一個(gè)容器，而不是先形成容器，再在里面填充活性材料。
更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種部件的制造方法，該部件有一個(gè)抗壓容器，容器上至少有一個(gè)連接開口，活性材料裝在該容器中。該方法的特征為直接在已經(jīng)做成一定形狀的活性材料外面使容器成形，該容器用導(dǎo)熱系數(shù)大于18W/m·K的材料制成。
容器可以用各種工藝制成，例如壓制方法，但是最好用纖維纏繞技術(shù)。
纖維纏繞技術(shù)是大家熟知的，20多年前美國(guó)宇航局開發(fā)了該技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)廣泛用于制造諸如潛水用的壓縮空氣瓶及管子這類構(gòu)件。該技術(shù)是在芯軸式的模子上纏繞連續(xù)的纖維或帶子，它們可以是玻璃纖維、碳纖維、樹脂纖維、陶瓷纖維或金屬纖維，這些纖維上均預(yù)浸了粘結(jié)劑，粘結(jié)劑是可固化的B狀態(tài)樹脂，例如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰胺樹脂、硅酮樹脂或苯酚樹脂，當(dāng)纏繞完成之后使樹脂固化，以形成所需的構(gòu)件。作為一種變化，纖維可以在纏繞到模子前瞬間涂上可固化樹脂，也可以纏繞干纖維，然后在壓力下使樹脂膠滲入纖維。另一種變化是使用熱固型塑料樹脂，用于制造要承受壓力和熱的構(gòu)件。纏繞可以是環(huán)形、子午線形或螺旋線形的，也可以是這些類型的組合。
在公開的文獻(xiàn)中有許多論文和專利涉及纖維纏繞技術(shù)，在市場(chǎng)上已有很多機(jī)器和材料，因此不必在這里對(duì)該技術(shù)作詳細(xì)介紹。
不管怎樣，為達(dá)到本發(fā)明的目的，可選擇一對(duì)纖維/粘結(jié)劑，以便制成具有良好導(dǎo)熱系數(shù)的復(fù)合材料，其導(dǎo)熱系數(shù)大于18W/m·K，該數(shù)值近似于鋼的導(dǎo)熱系數(shù)。
為了達(dá)到這個(gè)目的，可以利用例如碳纖維或金屬纖維，但最好用碳纖維，在粘結(jié)樹脂中摻入金屬粒子或金屬片，例如鋁，也可以是碳或石墨。人們傾向于使用全碳的粘結(jié)劑。
如前面所說(shuō)的，本發(fā)明的一個(gè)特殊創(chuàng)新點(diǎn)是直接在預(yù)先成型的固體活性材料本體上成型容器。如容器是用纖維纏繞的技術(shù)制造的，該預(yù)先成型的本體在纖維纏繞中起芯軸的作用。
預(yù)先成型的本體可以用任何用于制冷的固體活性材料或吸收材料制成。固體吸收材料可以是膨脹石墨、活性炭、活性炭纖維、沸石等等。固體活性材料是金屬鹵化物，如氯化鋇、氯化錳、氯化鑷和氯化鈣；或者是碳酸鹽、金屬的硫酸鹽或硝酸鹽、氧化物等等，它們單獨(dú)或混合地處于例如膨脹石墨等活性材料中，可以是壓緊的，也可以不壓緊。
這些活性材料可以吸收氣體或蒸氣，或者與它們發(fā)生反應(yīng)，這些氣體或蒸氣可以是氨氣、胺、甲醇、二氧化碳、二氧化硫或三氧化硫等等。
另外，一些活性材料和制冷系統(tǒng)的實(shí)例可以在文獻(xiàn)FR-A-2626496、FR-A-2642509、EP-A1-0129473、WO-A-91/15292中找到。
顯然，活性材料本體必須有足夠的粘附力，以便承受纏繞時(shí)的壓力。有許多粘結(jié)劑可以用于這個(gè)目的，但是人們發(fā)現(xiàn)在EP-A-0129473中介紹的壓緊膨脹石墨非常好，它還有助于活性材料與氣體的反應(yīng)。
由于在成型的活性材料本體上纏繞纖維，通常是使纖維有一定的張力，因而這樣得到的纖維容器對(duì)于本體上施加了不可忽略的壓力，因而也保證了容器內(nèi)表面和其中的活性材料之間有良好的物理和熱接觸。
本發(fā)明還涉及用本發(fā)明方法制造的部件，特別地，該部件的容器為具有良好導(dǎo)熱性的纖維纏繞結(jié)構(gòu)，最好是碳纖維纏繞結(jié)構(gòu)，各纖維圈用構(gòu)成纖維基體的導(dǎo)熱粘結(jié)劑粘結(jié)起來(lái)，構(gòu)成導(dǎo)熱系數(shù)大于18W/m·K的復(fù)合材料。
本發(fā)明的部件還可以具有附加構(gòu)件。為了改善與要冷卻氣體的導(dǎo)熱性能，在部件容器的外表面上可以有大表面積的和良好導(dǎo)熱性材料的換熱構(gòu)件，例如翼片，以及環(huán)繞換熱構(gòu)件的周邊絕熱外套。這些換熱構(gòu)件、外套和容器外壁構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)要冷卻流體的通道。這些構(gòu)件、例如翼片可以固定在容器上，它們?cè)谡辰Y(jié)劑固化之前連接在纏繞纖維結(jié)構(gòu)上，以便得到一體的部件/構(gòu)件組合。
如果需要，周邊絕緣外套也可以用纖維纏繞的方法制成，或者可以單獨(dú)制造，然后裝在熱交換構(gòu)件的周圍。
同樣，部件中可以有埋在活性材料中的多孔或有孔的擴(kuò)散裝置，以利于氣體在活性材料中循環(huán)。
最后，部件上還可以設(shè)有加熱裝置，例如加熱電阻，以便在制冷過(guò)程之后，重新活化部件。
值得指出，也可以用外部加熱裝置活化部件，例如在部件周圍通過(guò)熱流體(氣體或液體)。
本發(fā)明的具有復(fù)合材料容器的部件比具有不銹鋼容器的類似部件輕許多，對(duì)于容器來(lái)說(shuō)，重量減輕的比值可以達(dá)到4。
通過(guò)下面結(jié)合附圖的說(shuō)明將能夠更好地理解本發(fā)明。
附圖中-

圖1a為本發(fā)明第一種部件的軸向剖視圖；-圖1b為第一種部件的沿圖1a中Ib-Ib的橫向剖視圖；-圖2為本發(fā)明第二種部件的軸向剖視圖；-圖3為具有本發(fā)明部件的制冷裝置的正面示意圖，構(gòu)成該裝置殼體的兩個(gè)半殼中的一個(gè)被取下；-圖4為該裝置的局部橫向剖視圖。
圖1a和1b示出本發(fā)明部件的第一個(gè)實(shí)例。該部件有一個(gè)由活性材料構(gòu)成的本體1和一個(gè)容器2，容器2的成型是將預(yù)浸過(guò)可固化碳基粘結(jié)劑的碳纖維纏繞在本體上，然后使網(wǎng)狀的粘結(jié)劑固化。容器2的壁厚必須足以承受工作時(shí)的壓力，根據(jù)工作情況，該壓力將達(dá)到數(shù)十巴。容器上有一個(gè)帶螺紋的開口3，可以擰上一個(gè)接頭4，以便通過(guò)導(dǎo)管5與制冷裝置的其它部件連接。容器在其壁厚內(nèi)裝有可選的加熱電阻6。一個(gè)管狀的帶開口擴(kuò)散器7最好埋在活性材料1中，以便于氣體從開口到達(dá)最遠(yuǎn)的活性材料。部件上還有一些縱向的碳纖維的翼片8，垂直地固定在容器的外表面上，一個(gè)絕緣材料(如塑料)制成的圓柱形外套9包在翼片的外面。殼體的外表面、外套9和翼片8構(gòu)成通道10，用于通過(guò)要冷卻的流體?；钚圆牧?可以是任意一種可以用于制冷的活性材料。
圖2示出與圖1類似的部件，只是加熱電阻不是裝在容器壁中，而是一個(gè)加熱棒，軸向插在活性材料本體中。
圖3和圖4示出一個(gè)便攜式空調(diào)裝置，用于連接在如連衣褲或上衣上，以便在熱的環(huán)境中穿著，調(diào)節(jié)溫度。
該裝置有兩個(gè)本發(fā)明的部件，一個(gè)冷部件11和一個(gè)熱部件12。冷部件中填充著膨化石墨和氯化鋇的混合物，事先使氯化鋇與氨氣反應(yīng)，生成BaCl2·8NH3，在壓力下呈固態(tài)穩(wěn)定地存于容器中。當(dāng)壓力減弱時(shí)，該化合物將吸熱分解為BaCl2和NH3(氣態(tài))。
熱部件12中的壓力低于部件11中的壓力，它里面填充著膨化石墨和氯化錳的混合物，部件12和部件11連接起來(lái)時(shí)，氯化錳能夠與部件11釋放的氨氣進(jìn)行放熱反應(yīng)。
部件11和12的結(jié)構(gòu)與圖2中的部件類似，而部件12的尺寸大于部件11的尺寸，MnCl2反應(yīng)時(shí)吸收NH3的能力低于BaCl2。
部件11和部件12可以通過(guò)一根導(dǎo)管13和裝在導(dǎo)管上的閥14連接起來(lái)。一根裝有單向閥17的導(dǎo)管16構(gòu)成閥14的支路。
部件11和12均裝在塑料殼體18中，殼體18可以是由兩部分組成的可拆卸式。該殼體有一個(gè)可循環(huán)空氣的入口19，入口空氣較熱，來(lái)自可調(diào)溫度的服裝(未示出)，循環(huán)空氣首先通過(guò)填充有干燥劑(例如硅膠)的管道20，通過(guò)第一鼓風(fēng)裝置21并進(jìn)入部件11的換熱通道10，在這里它們被冷卻，然后通過(guò)出口22進(jìn)入要冷卻的衣服。殼體上還有一個(gè)環(huán)境空氣的進(jìn)口23。從進(jìn)口23來(lái)的環(huán)境空氣由第二鼓風(fēng)機(jī)24吸入部件12的換熱通道10，以便冷卻該部件，然后通過(guò)出口25進(jìn)入大氣。殼體上還有環(huán)境空氣的第二進(jìn)口26，進(jìn)口上可以有核-生物-化學(xué)過(guò)濾器27，以及第三鼓風(fēng)機(jī)28。通過(guò)進(jìn)口26被鼓風(fēng)機(jī)28吸入的空氣將在空氣循環(huán)過(guò)程中與循環(huán)氣流混合，用于補(bǔ)償在衣服中損失的調(diào)節(jié)空氣。調(diào)節(jié)空氣的壓力保持高于大氣壓力。
裝置上還有一個(gè)通常是關(guān)閉的放氣閥29，其一端通過(guò)導(dǎo)管30連接在導(dǎo)管13上，另一端通向大氣。最后，裝置上還有一個(gè)電池31，以便向各個(gè)鼓風(fēng)機(jī)供電，為了顯示清楚起見，連接電池與鼓風(fēng)機(jī)的電路沒(méi)有示出。
為了制冷，假設(shè)部件11在壓力下充滿了BaCl2·8NH3，打開閥14，使部件11與部件12連通，并通過(guò)調(diào)整該閥來(lái)調(diào)節(jié)氨的流量，因而也就是調(diào)節(jié)部件11的制冷量。
釋放出來(lái)的氨與部件12中的氯化錳進(jìn)行放熱反應(yīng)，這里需要用從進(jìn)口23來(lái)的環(huán)境空氣對(duì)部件12進(jìn)行冷卻。
當(dāng)部件11被放空，可以通過(guò)將部件12中的加熱電阻6′與一個(gè)電源連接，加熱部件12。閥14和15事先關(guān)閉，制冷過(guò)程中與氯化錳結(jié)合的氨被分解出來(lái)，進(jìn)入通道13，通過(guò)閥17進(jìn)入通道16，通向部件11，在部件11中氨與氯化鋇再結(jié)合。這樣，部件11又可以再次使用了。
放氣閥29用于在需要維修系統(tǒng)及排空部件時(shí)使用。
本發(fā)明的裝置很緊湊，可以容易地放在一個(gè)背包中。
權(quán)利要求
1.一種部件的制造方法，該部件有一個(gè)抗壓容器，上面至少有一個(gè)連接開口，容器中填充著活性固體材料，其特征為直接在已成型的活性材料塊上使容器成型，容器用導(dǎo)熱系數(shù)大于18W/m·K的材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征為容器用纖維纏繞的方法制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征為纏繞的是碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征為用構(gòu)成基體的碳粘結(jié)劑粘結(jié)所有的碳纖維圈。
5.具有制冷用活性固體材料塊的部件，它有一個(gè)配有連接裝置并用于裝入所述材料塊的抗壓容器，其特征為該容器用纖維纏繞的方法制成，各纖維圈用構(gòu)成纖維基體的導(dǎo)熱粘結(jié)劑粘結(jié)起來(lái)，以構(gòu)成導(dǎo)熱系數(shù)大于18W/m·K的復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的部件，其特征為纏繞的纖維是碳纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的部件，其特征為粘結(jié)劑為碳粘結(jié)劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6和7中任一條所述的部件，其特征為部件的容器外表面上還有換熱構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的部件，其特征為所述構(gòu)件是翼片。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的部件，其特征為在換熱構(gòu)件周圍包著絕熱的外套。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一條所述的部件，其特征為它還有加熱電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一條所述的部件，其特征為在固體活性材料中埋有多孔或穿有孔的擴(kuò)散裝置。
13.一種制冷裝置，其特征為它有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求5至12之一所述的部件。
全文摘要
一種部件的制造方法,該部件有一個(gè)抗壓容器(1),上面至少有一個(gè)連接開口(3),容器中填充活性固體材料(1),其特征為:直接在已成型的活性材料本體(1)上使容器(2)成型,容器(2)用導(dǎo)熱系數(shù)大于18W/m·k的材料制成。這樣制成的部件特別用于服裝上用的便攜式空調(diào)裝置。
文檔編號(hào)F25B17/08GK1190457SQ96195339
公開日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1996年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月7日
發(fā)明者菲利普·博那, 迪迪爾·克勞德·J·F·海因羅 申請(qǐng)人:保羅布瓦耶制衣有限公司