热交换器制造技术

本发明专利技术涉及热驱动冷却装置、热泵或热变压器的领域，特别涉及那些被称 为吸附装置的装置，所述装置采用吸附剂或吸收剂材料作为化学压缩机以提升 制冷气体的压力。本发明专利技术特别涉及一种适合用作吸附装置中的发生器的热交换 器。本发明专利技术的实施例提供一种热交换器，该热交换器包括：多个堆叠的板构件， 每个板构件中设有至少一个流体通道，每个板构件具有与该板构件的每个通道 相关联的通道入口和通道出口；多个腔，所述腔设置在各自相邻板构件的相对 主面之间，所述腔容纳吸附剂材料；与多个通道入口连通的热流体入口和与多 个通道出口连通的热流体出口；以及与所述腔的每一个连通的吸着物入口和吸 着物出口，流体通道与所述腔处于流体隔离地设置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热驱动冷却装置、热泵或热变压器的领域，特别涉及那些被称为吸附装置的装置，所述装置采用吸附剂或吸收剂材料作为化学压缩机以提升制冷气体的压力。本专利技术特别涉及一种适合用作下文中将被称为吸附装置的固体-气体反应器的热交换器。
技术介绍
热泵、热变压器和冷却系统通常基于制冷气体的凝结和蒸发的热力学。在气体向液体凝结时，阻止热量到达环境，而在液体的蒸发时，吸收热量。蒸发/凝结循环通过压缩驱动。如果所选环境例如仅在蒸发阶^a与气体/液体形成热接触，那么此环境经历总体冷却作用。在传统的空气调节单元中，必须的压缩通过通常由电机提供的机械功来驱动。作为对比，固体吸附装置(无论是作为热泵还是作为冷却系统运行)由诸如氨的制冷气体(或吸着物)通过固体或液体吸附剂的吸附或吸收来驱动。吸附剂因此充当化学压缩机。与传统的空气调节器相比，基于吸附循环的空气调节器具有如下益处所需驱动系统的能量能是热的形式。吸附热泵或冷却系统可以是气体或油燃烧驱动或者甚至是太阳能驱动的。与诸如电的二次源相反，初级热能作为驱动器的使用意味着吸附装置在能量方面能固有地更加有效。在输入能量方面，车辆中使用的空气调节系统是特别浪费的。传统地，这些空气调节系统是通过车辆发动机直接驱动的以燃料为动力的机械装置。已估计大约8%的汽车燃料损耗归因于空气调节系统。随着燃料价格的提高以及道路交通的环境后果的意识的增加，对更有效和环境友好型的移动式空气调节系统存在日益增加的需求。基于吸附作用的空气调节系统理论上非常适于满足此需求。这些系统可通过来自发动机冷却水套和/或发动机废气的废热提供动力，因此减少了多达10%的燃料消耗。通过使用这种动力源可降低车辆的运行成本和不合需要的气体排放(诸如CO、 C02、 NOx、 SOx等)。在其最简单的形式中，吸附装置由相连的发生器和封装吸着物气体的接收 器组成。在不同的时期，该接收器或充当蒸发器或充当冷凝器。诸如活性炭、 沸石或硅胶的吸附剂材料存在于该发生器中。装置的运行通过使通过发生器泵送的热流体的温度循环来执行。该热流体 可使用上述热源中的一个或多个加热，并冷却至环境温度。当发生器基本处于环境温度时，相对大量的吸着物材料被吸附在吸附剂材 料中。在加热发生器时，吸着物从吸附剂中解吸附，提升发生器的内部压力， 该发生器形成具有接收器的封闭系统。在压力下，吸着物在接收器中凝结并阻 止热量到达环境。然后将发生器冷却回至环境温度，引起吸着物的再吸附，降低系统压力。 接收器中的降低的压力导致其中的液体沸腾。因此，在此循环阶段中，将热量 从环境提取到接收器，产生外部冷却/制冷效果。如果期望进行冷却，则明显的是上述循环是不连续的，因为有用的冷却仅 出现半个循环。然而，两个这种异相运行的系统理论上能提供连续的冷却。通过准备热的再生能进一步提高效率。也就是说，使用在一个系统的发生 器冷却时阻止的热量来对另 一 系统的发生器进行预加热。存在许多在现有技术中描述的吸附装置。参见，例如WO 2004/011859，其公 开了一种能量有效的再生热压缩装置。该装置包括一组沿两个堤岸布置到加热 区的任一侧的发生器模块。热流体(热承载流体)被驱动沿可逆方向经过模块。 在一个阶段期间，第一堤岸中的发生器被冷却并因此处于吸着物再吸附的各个 阶段中。相关蒸发器区域中的吸着物因此沸腾，实现周围流体的冷却。另一堤 岸中的发生器将处在解吸附的各个阶段中。相关冷凝器区域中的吸着物凝结， 实现环境的加热。在循环的后续阶段期间，发生器切换功能。实际上，WO2004/011859中描述的装置和其它吸附装置可基于许多吸着物/ 吸附剂对中的任一对。吸附剂材料可例如是活性炭、沸石、硅胶、金属卣化物、 金属合金、水或其组合。吸着物材料的示例包括氨、水、酒精、氢、碳氢化合 物、氢氟碳化合物和二氧化碳。然而吸附装置遭受低冷却或加热功率密度和高投资成本的缺点。吸附装置 的冷却或加热功率密度是每单位容量的吸附剂能实现的冷却或加热程度的指示 器。因此，要产生指定的冷却或加热功率，可能需要增加吸附发生器(其容纳 吸附剂)的尺寸并因此增加吸附发生器的成本。到目前为止，这些因素阻碍了8商业可行的基于吸附作用的移动式空气调节单元的发展。为了提供舒适的冷却程度，以任何当前可利用的设计为基础的基于吸附作用的冷却单元将是大得惊人的。作为对比，目前基于机械的车辆空调冷却系统仅占用发动机机抢的一'J、部分。例如，现有技术的商业可利用的吸附冷却系统提供每升容积达iow的冷却，而车辆中的传统的蒸汽压缩循环提供每升的压缩才几大于1 kW的冷却。为了将吸附技术置于与传统的移动式空气调节系统不相上下的级别上，需要提供一种具有改进的冷却功率密度，并因此具有减小的尺寸和成本的吸附发生器的可替代设计。由一堆结合在一起的板形成的热交换器在现有技术中也是公知的。WO00/34728公开了一种热交换器，该热交换器用作具有用于第一和第二流体的进口和出口的填充床催化反应器。该堆内的每个板贯穿有一系列交替的狭槽，从而所述狭槽列限定两个通过该堆的独立通道。第一流体因此经过该第一通道，在这里它可接触催化剂。经过第二通道的第二流体与第 一流体交换热量并根据需要充当冷却剂或热源。堆板式反应器的优点在于它是比可替代的壳管式设计更有效的液体-液体热交换器。它因此允许更紧凑的反应器设计。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种热交换器的可替代设计，该热交换器用作吸附剂-吸着物热压缩装置中的具有改进冷却功率密度的发生器。此发生器将适合于并入移动式或其它空气调节单元、热泵、热变压器或电冰箱中。特别地，本专利技术实施例的目的是提供一种适于与车辆空气调节系统一起使用的可替代设计。生产成本的降低和性能的改进还使本专利技术在诸如气体燃烧热泵、热变压器和包括太阳热驱动的空气调节器的空气调节器的应用中是有益的。低成本设计和紧凑的构造是发生器的期望特征，特别对于汽车应用。在本专利技术的第一方面中，提供一种热交换器，该热交换器包括多个堆叠的板构件，每个板构件中设有至少一个流体通道，每个板构件具有与该板构件的每个通道相关联的通道入口和通道出口 ；多个腔，所述腔设置在各自相邻板构件的相对主面之间，所述腔容纳吸附剂材料；与多个通道入口连通的热流体入口和与多个通道出口连通的热流体出口 ；以及与所述腔的每一个连通的吸着物入口和吸着物出口 ，流体通道与所述腔处于流体隔离。本专利技术的实施例的优点在于它们可用于热流体/固体吸附剂热交换器系统中。此外，本专利技术的实施例提供一种具有低热质量的热交换器，该热交换器能 够实现固体与液体之间的有效热交换。因此能作出更紧凑和有效的热交换器设 计。根据本专利技术一些实施例的热交换器可制成足够紧凑的尺寸和足够低的重量 的，它们适合用于移动式空气调节系统中。优选地，每个板构件包括处于相互邻接的第一板元件和第二板元件，从而 限定至少一个通道。优选地，选自第一和第二板元件中的至少一个上设有一系列开口通道。在本专利技术的一些实施例中，第一和第二板元件中的仅一个上设有一系列开 口通道。在一些实施例中，所述开口通道基本是直的并且彼此平行。在一些实 施例中，所述开口通道与板元件的一对相对边缘基本垂直。在一些实施例中，开口通道设置在第一和第二板元件上。开口通道可与板 元件的一对相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换器，包括：　多个堆叠的板构件，每个板构件中设有至少一个流体通道，每个板构件具有与所述板构件的每个通道相关联的通道入口和通道出口；　多个腔，所述腔设置在各自相邻板构件的相对主面之间，所述腔容纳吸附剂材料；　与多个所 述通道入口连通的热流体入口和与多个所述通道出口连通的热流体出口；以及　与所述腔的每一个连通的吸着物入口和吸着物出口，所述流体通道与所述腔处于流体隔离地设置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.8 GB 0617721.61. 一种热交换器，包括多个堆叠的板构件，每个板构件中设有至少一个流体通道，每个板构件具有与所述板构件的每个通道相关联的通道入口和通道出口；多个腔，所述腔设置在各自相邻板构件的相对主面之间，所述腔容纳吸附剂材料；与多个所述通道入口连通的热流体入口和与多个所述通道出口连通的热流体出口；以及与所述腔的每一个连通的吸着物入口和吸着物出口，所述流体通道与所述腔处于流体隔离地设置。2. 如权利要求1中所述的热交换器，其中每个板构件包括处于相互邻接的 第一板元件和第二板元件，从而限定所述至少一个通道。3. 如权利要求2中所述的热交换器，其中所述第一板元件和所述第二板元 件中的 一个或两个上设有一 系列开口通道。4. 如权利要求3中所述的热交换器，其中板构件的厚度是相邻板构件的相 对面之间的距离的《20 % 。5. 如权利要求3中所述的热交换器，其中板构件的厚度是相邻板构件的相 对面之间的距离的< 10%。6. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，其中垫片设置在各自的相对板 构件之间，从而限定每个腔的壁的一部分。7. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，其中腔的壁的至少一部分是弯 曲的。8. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，其中腔的所述壁包括末端构造。9. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，其中所述末端构造包括至少一 个大致平坦的面。10. 如权利要求9中所述的热交换器，其中所述末端构造包括至少一个曲面。11. 如权利要求8到10中的任一项所述的热交换器，其中所述末端构造包 括所述相对板构件中的至少 一个的 一部分。12. 如取决于权利要求2的权利要求11中所述的热交换器，其中所述末端 构造包括一个板构件的第一板元件的端部以及相邻板构件的相对第二板元件的 端部。13. 如权利要求12中所述的热交换器，其中所述末端构造包括一部分，其 中不同的各自板构件的相邻的、相对板元件的部分连接在一起。14. 如权利要求8到13中的任一项所述的热交换器，其中所述末端构造包 括端盖，所述端盖构造为限定所述腔的所述壁的至少一部分，所述部分布置在 相邻的板构件之间。15. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，其中所述板构件是大致方形或 矩形的。16. 如权利要求1到14中的任一项所述的热交换器，其中所述板构件是大 致圓形的。17. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，其中至少一对相邻腔经由通过 所述板构件形成的孔彼此处于流体连通，所述板构件布置在所述相邻腔之间。18. 如权利要求17中所述的热交换器，其中所述孔设置通过所述板构件的 中心部。19. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，其中所述吸着物出口通过所述 吸着物入口提供。20. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，其中所述腔经由歧管彼此处于 流体连通。21. 如前述任一权利要求中所述的热交换器，进一步包括位于所述热交换器 的两个相对端的每一个处的端板，所述端板构造为当所述热交换器经受内部压 力时具有结构刚度。22. 如权利要求21中所述的热交换器，其中各自的端板通过连接装置连接 在一起。23. 如权利要求22中所述的热交换器，其中所述连接装置包括至少一个螺 栓或栓状构件。24. 如权利要求21到23中的任一项所述的热交换器，其中各自的端板是弯 曲的，从而限定每个端板的内部容积，所述内部容积与所述腔处于流体连通。25. 如权利要求24中所述的热交换器，其中各自的端板是圓顶形或类似圆 顶形的。26. 如前述任一权利要求中所述的热交...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·克罗托夫，
申请(专利权)人：华威大学，
类型：发明
国别省市：GB