混合吸附热交换装置和制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种混合吸附热交换装置，包括：至少一个管状或微通道结构，用于传送热传递流体；所述结构的外表面在至少两个位置设置有延伸部；所述延伸部在其间形成床以用于设置一种或多种吸附材料；吸附材料的涂层被设置在所述延伸部的至少一部分上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及混合吸附热交换装置，诸如热交换器系统。本专利技术的系统在吸附物需要被临时地或周期性地存储和释放的环境中是有益的。特别地，本专利技术涉及用于吸附冷却、热泵和脱盐应用的基于吸附剂的热交换器系统。本专利技术还提供用于制造这种混合吸附热交换装置的方法、以及这种热交换装置的应用。
技术介绍
环境污染和主要的能量损耗问题的关注需要环境良性的能量守恒技术的快速发展。其中，热供能吸附系统被认为是关键技术之一，因为这些系统可以重新获得和重新使用低温废热源，否则低温废热源将被清除至周围环境。认识到需要替换用于冷却或制冷目的的已有的机械或电驱动的基于蒸汽压缩的系统。这种系统通常使用诸如氢氟碳化物的气体。现在认识到的是，考虑到这些材料对环境的有害影响，需要更换这些材料的使用。用于更换传统的基于蒸汽压缩的系统的机构之一是使用热交换器，其利用吸附床以确保质量传递以及热传递。吸附材料根据它们的性质被分类成物理吸附剂、化学吸附剂、和复合吸附剂。物理吸附剂是具有不同的孔隙大小的材料。该类别的典型是介孔硅酸盐、沸石、金属磷铝、多孔碳和金属有机框架。介孔硅酸盐包括诸如合成无定形硅胶的材料，其由连接至小颗粒的含水SiO4的刚性的和连续的硅溶胶网组成。多孔碳包括通过利用氧化剂气化炭而获得的活性炭。沸石包括结晶微孔硅酸铝材料，并包括几个范围，诸如HZSM-5、ZSM5、沸石HY等。沸石或基于沸石的材料的优点是它们的使用多样性，以及它们对依赖于使用目的的修改的敏感性。金属有机框架是新一代的材料，其是微孔的，具有高孔隙率、均匀的孔隙大小，并具有良好定义的吸附部位和大的表面面积。这些框架通常包括连接金属中心的有机链。化学吸附剂包括在化学吸附中使用的物质。这些包括诸如氯化钙、氯化钡、氯化锶等的金属氯化物，盐和金属氢化物，诸如氢化锂、氢化钙、共价性质的高聚合的氢化物，和非金属分子氢化物，以及金属氧化物。复合吸附剂包括化学和物理吸附剂的组合，诸如金属氯化物和活性炭纤维、膨胀石墨、硅胶或沸石的组合。复合吸附剂提供增强物理吸附剂性能的优点，而不引起化学吸附剂的诸如膨胀，导电性差或结块的影响，。现有技术几种不同的热交换机构已经在该技术中视为传统的基于蒸汽压缩的制冷系统的替换。下面讨论其中一些以供参考。。基于两床吸附剂的冷却系统包括分离的热交换器。基本上，该机构包括四个主要部分，根据操作模式用作吸附器或解吸塔的两个反应器、蒸发器、以及冷凝器。反应器利用吸附材料包装以在吸附或解吸过程期间吸附或解吸吸附物。使用制冷阀来调节介质的流动。两床吸附冷却系统的一个替换是使用集成吸附机构的系统。其通常包括两个单元，其中，每个单元设置有吸附床、蒸发器和冷凝器。该装置中的热交换循环包括两个模式——已知为吸附/蒸发模式的蒸发触发的吸附以及已知为解吸/冷凝模式的解吸引起的冷凝。控制阀被提供来控制二次流体至每个单元的流动。另一替换机构涉及三床吸附系统。该三床吸附系统除了冷凝器和蒸发器以外还包括三个反应器。三床热交换系统能够实现连续的蒸发。该机构具有四个操作模式——预热、解吸、预冷和吸附。多级系统也是可获得的，其用于利用低温热源。这些系统在不适用于两床吸附冷却系统的温度下操作。如上所述，吸附冷却系统可以有效地利用温度通常低于100℃的低级废热或太阳热能，并可以产生有效的冷却能量。热驱动的吸附冷却循环不需要任何电力来驱动该循环，并且它是环境友好的，因为其利用天然制冷剂或基于HFC的制冷剂的替换。此外，该系统需要较小水平的维护并且也免于移动部件。然而，与传统的蒸汽压缩循环相比，低温热供能吸附冷却系统的主要缺点是，其在特定冷却能力和性能系数方面性能差以及相对较大的占地面积。吸附热交换器通常包括热交换器结构，其用于供给和排放热能，并与吸附材料进行热接触，吸附材料使用吸附物工作介质的相变来用于结合和释放潜在热量。通过蒸汽工作介质的凝结来释放热量。相反，经由热交换器结构供给的热能可以用于吸附物的重新蒸发。固体材料主要用于执行吸附物的相变，吸附物是所谓的吸附剂或吸附材料。这种吸附材料的性质是它们的具有高的表面与体积的比的开孔结构。这些材料中的内腔具有分子量级尺寸。吸附材料的效果基于将外来原子和外来分子吸附在它们的微孔结构中，并由此从气相转移至结合状态。在吸附热交换器中使用的吸附材料的示例是粘土，诸如膨润土、硅胶或沸石。水通常用作这些吸附材料的工作介质，因为它具有高冷凝热并且也容易使用。基于吸附的热交换系统利用多孔固体吸附剂通过吸附物蒸汽的吸附和解吸来被驱动。与由机械压缩机驱动的传统的蒸汽压缩冷却系统相比，不需要电能来驱动吸附循环。基本循环涉及吸附阶段和解吸阶段。在吸附阶段中，制冷蒸汽由吸附物质吸附，导致热量的释放。在解吸阶段中，将热量施加至吸附剂，导致制冷剂的解吸。在这些过程期间传递的热量通过热交换器在吸附剂和热传送流体(例如，水或甲醇或水-乙二醇混合物)或外部环境之间传送。吸附和解吸过程结合蒸发器/冷凝器中制冷剂的蒸发和冷凝而发生。气态制冷剂的吸附降低了蒸汽压力，促进了蒸发器中液态制冷剂的蒸发。在该蒸发期间，从要冷却的环境提取热量，从而导致制冷。通过经由热交换器将热量供给至吸附剂，所吸附的制冷剂被释放至气相，由此重新生成用于下一吸附循环的吸附材料。所产生的气态吸附物传递至冷凝器，在冷凝器处，发生至环境的热排放。如在传统的蒸汽压缩冷却中，液态制冷剂经由控制装置(例如，膨胀阀)被传递回至蒸发器，并且然后可以重复循环。当吸附热交换器被供给来自外部的热能时，例如，通过使载热流体流动通过其中，从外部流入的热量需要被有效地传送至多孔吸附材料以释放位于其中的吸附工作介质。在相反情况下，热能的释放，其意味着从吸附热交换器离开的能量流动方向，由于工作介质在多孔吸附材料上的冷凝而释放的热能需要从吸附热交换器传输至外部。由于已知的多孔吸附材料示出相反的热传导性，因而吸附热交换器通常被制造为具有高热传导性的热交换器结构以及用于结合和释放工作介质的多孔吸附材料的组合。热交换器结构主要由诸如铜、铝或不锈钢的金属材料以及诸如陶瓷材料、碳材料、碳纤维增强塑料(CFRP)材料和某些塑料材料的具有高热传导性的其他材料组成。热交换器包括用于利用载热介质实现直接流动的腔，载热介质通常不与吸附材料直接接触。热交换器结构与吸附材料进行热接触。在最简单的情况中，这以块状材料的形式发生，其中吸附材料主要以粉末的形式或以小球的形式与粘合剂混合而存在。已经提出将热供能的吸附制冷机用于空间冷却应用。这些制冷机实际上没有移动部件，除了将吸附床单独地连接至蒸发器和冷凝器的制冷阀的开/关操作以外。因此，这些系统是高度可靠的并几乎不需要维护。吸附制冷机也能够被小型化，由于制冷剂至固态多孔吸附剂的吸附以及制冷剂从固态多孔吸附剂的解吸主要是表面处理，而不是体积处理。如所看到的，以上几个方法在本领域中被视为用于热交换机构。下面简要地论述一些参考。美国专利8,053,032说明了用于制造热交换器基底的方法，其中，沸石层通过直接结晶被沉积/制作在基底表面上。然而，在该专利中对于任何混合技术没有引用或教导。美国专利8,590,153公开了吸附热交换器，其中，粘合剂层/涂层被形成在热交换器结构上，并且交换器之后被浸入到吸附材料中以确保其粘附。涂布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合吸附热交换装置，包括：至少一个管状或微通道结构，用于传送热传递流体；所述结构的外表面在至少两个位置设置有延伸部；所述延伸部在其之间形成床以用于设置一种或多种吸附材料；吸附材料的涂层被设置在所述延伸部的至少一部分上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种混合吸附热交换装置，包括：至少一个管状或微通道结构，用于传送热传递流体；所述结构的外表面在至少两个位置设置有延伸部；所述延伸部在其之间形成床以用于设置一种或多种吸附材料；吸附材料的涂层被设置在所述延伸部的至少一部分上。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述延伸部沿着所述管状或微通道结构的全部长度纵向延伸。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述延伸部围绕所述管状或微通道结构在圆周上延伸。4.根据权利要求1-3所述的装置，其中，每个延伸部的高度沿着其整个长度保持一致。5.根据权利要求1-4所述的装置，其中，所述管状或微通道结构以及所述延伸部是集成的。6.根据权利要求1-4所述的装置，其中，所述延伸部通过外部连接器连接至所述管状或微通道结构。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述管状或微通道结构以及所述延伸部由相同的材料制成。8.根据权利要求1-7所述的装置，其中，所述管状或微通道结构和/或所述延伸部包括从金属的、基于陶瓷的、基于聚合物或碳的材料选择的热传导材料。9.根据权利要求1所述的装置，其中，每个延伸部被涂布有与填充在所述床中的吸附剂相同或不同的吸附剂。10.根据权利要求9所述的装置，其中，设置在所述床中的吸附材料单独地或以任意组合从由以下组成的组中选择：沸石、介孔硅酸盐、不能溶解的金属硅酸盐、硅胶A型、硅胶RD型、硅胶S2型、活性炭纤维、颗粒活性炭、活性氧化铝、高多孔活性炭、与链接器结合的Zr6O4(OH)4、MIL-101Cr、金属有机框架、共价有机框架、以及功能吸附材料等。11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述吸附材料包括具有3至100埃的范围的孔隙直径的吸附剂颗粒。12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述吸附材料包括其上涂布或沉积吸附剂的波纹板。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述波纹板由从由以下组成的组中选择的热传导材料制成：铝、铜、石墨/膨胀石墨、无机或有机纤维基底或其任意组合。14.根据权利要求12和13所述的装置，其中，所述波纹板包括穿孔板。15.根据权利要求10-14所述的装置，其中，所述吸附材料包括吸附剂颗粒和涂布或沉积吸附剂的板的组合。16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述延伸部在利用吸附材料涂布之前在其外表面上是波纹形的。17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述延伸部利用单独地或以任意组合从由以下组成的组中选择的吸附材料来涂布：沸石、介孔硅酸盐、不能溶解的金属硅酸盐、硅胶A型、硅胶RD型、硅胶S2型、活性炭纤维、颗粒活性炭、活性氧化铝、高多孔活性炭、与链接器结合的Zr6O4(OH)4、MIL-101Cr、金属有机框架、共价有机框架、以及功能吸附材料等。18.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述热传递流体从由以下组成的组中选择：水、低级醇和油等。19.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述吸附材料被设置有单独地或以任意组合从由以下组成的组中选择的一种或多种填充物：沸石、介孔硅酸盐、不能溶解的金属硅酸盐、硅胶A型、硅胶RD型、硅胶S2型、活性炭纤维、颗粒活性炭、活性氧化铝、高多孔活性炭、与链接器结合的Zr6O4(OH)4、MIL-101Cr、金属有机框架、共价有机框架、以及功能吸附材料等。20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述填充物是掺杂的填充物，其中，掺杂剂从由以下组成的组中选择：诸如氯化钙、溴化锂、氯化镁、硫酸镁、硝酸钙和氯化锰等的无机金属盐。21.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，除了所述床中的所述吸附材料以外，从由铜、铝和石墨/膨胀石墨等组成的组中选择的一种或多种添加剂被添加以增强热传导性。22.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，聚合物网被设置在所述吸附床上。23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述聚合物网是聚苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·帕赫瓦，B·B·萨哈，A·K·乔杜里，R·萨克德夫，K·S·马立克，K·桑，
申请(专利权)人：百瑞空气工程亚洲有限公司，
类型：发明
国别省市：印度;IN