热泵制造技术

一种热泵装置，其温度差是由在两个热交换器之间的工作流体、蒸汽或气体的循环膨胀和压缩脉冲而产生的，所述的工作流体、蒸汽或气体通过设于所述热交换器之间的多孔吸附剂固体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热泵本专利技术涉及一种热泵装置，特别是用于空调、制冷和热泵系统。本装置特别涉 及不含已知对平流臭氧层有害的流体或不含已知相对于二氧化碳具有高度全球变 暖潜势的流体的系统。本装置可为当前使用机械蒸汽再压縮或制冷剂/吸附溶剂的 冷泵或热泵系统的任何设备提供直接的替换。在本i兑明书中，"热泵" 一词是指所有逆着温度梯度将热量从来源处传向接受 处，而需用动力推动的装置。冰箱是热 i的一种特殊形式，其中为了达到预期的应 用而需要较低的温度。"热泵" 一词也能以比本说明书中更为狭窄的意义使用，以 描述在需要较高的温度处，将热量从来源处传向接受处的用动力推动的装置。冰箱 和狭义的热泵的区别仅仅在于它们预期的使用目的不同，而不在于工作原理。确实， 许多空调系统被设计成为根据用户在特定时间的需要而制热或制冷。氯氟烃(CFCs，例如CFC 11、 CFC 12)和氢氯氟烃(HCFCs，例如HCFC 22、 HCFC123)是稳定、低毒性和不易燃的，在制冷和空调系统中可提供低危险性的工 作条件。当其被释放后，它们扩散入平流层并攻击可保护环境免受紫外线损害的臭 氧层。由超过160个国家签订的国际环境协定——《蒙特利尔议定书》要求按照议 定的时间表逐步淘汰CFCs和HCFCs。CFCs和HCFCs已经在新的空调、冷藏和热泵设备中被氢氟烃(HFCs，例如HFC 134a、 HFC125、 HFC32)以纯流体或混合物的形式所取代。为了加速逐步淘汰CFC 和HCFC，现有的元件已经被改进以配合的HFC混合物使用。尽管HFCs不会消耗 平流层的臭氧，但它会导致全球变暖是已知的。根据《京都议定书》的规定，各国 政府已经采取措施以限制或停止生产和排放这些化合物。一些国家已经决定应在下 一个十年中的某个时间开始逐步淘汰HFCs，并会积极促进不含卤素的流体的发展。在装置中意图用于替代含HFC的元件的流体必须具有非常低的，或优选为零 的全球变暖潜势。它们应优选为自然的化合物，并且已经熟知其性质，避免由于人 为释放而对环境造成损害。此外，装置至少应该与被它们所取代的含HFC的元件 的能效一样，以确保他们对于火力发电厂的排放废气而致的全球变暖的影响不会变 大。优选地，该些装置应该具有更好的能效。根据本专利技术的一种热泵装置包括至少一个热交换器；由多孔吸附剂材料制成的主体，其设有进口和出口并设置成与热交换器进行热接触；用于使工作流体流经主体的设备以及用于在工作流体中产生循环压縮及膨胀脉冲的设备，所述的压縮或膨胀脉冲使 工作流体从进口流至出口，以在进口和出口之间的主体内产生温度梯度。本专利技术提供一种热泵装置，其中温度差是由于工作流体、蒸汽或气体的循环膨 胀和压縮脉冲而产生的，其流经位于一个或更多热交换器中的吸附剂多孔材料固 体。本装置也可以特定地设置，以便在第一位置或热交换器的末端排出较高温度的 热量，并在第二位置或热交换器的末端吸收较低温度。本装置在使用时，工作流体带着较高的压力进入吸附剂固体的一端，而带着较 低的压力离开，或者工作流体在第二端被抽走。本装置也可包括热传递流体。在优选实施例中，本装置包括热传递流体、用于使与热交换器进行热接触的热 传递流体通过的设备，该设备的设置使得热传递流体的流动能从热交换器中移除热 量或将热量传至热交换器中。优选地，热传递流体的流动根据工作流体的压縮和膨胀脉冲的变化而变化。更为优选地，热传递流体的流动方向根据工作流体的压縮和膨胀脉冲的变化而 逆向流动。在特别优选的实施例中，热传递流体的逆向流动与所述的脉冲相同步。工作流体循环运动的频率可以与热传递流体循环运动的频率相一致。工作流体可为蒸汽、气体或液体，优选为蒸汽或气体。在循环的第一部分中， 热传递流体在使用时从热交换器温度较低的末端流向温度较高的末端，以从热交换 器温度较高的末端移除热量，并将热量排放至合适的热接收器中。在循环的第二部 分中，热传递流体以相反的方向从热交换器温度较高的末端流向温度较低的末端。 其中，热传递流体在进入冷却室前会先被冷却。为了完成循环操作，热传递流体可 沿着热交换器以与工作流体的循环压縮和膨胀同样的频率来回波动(即脉冲)。当 工作流体在压縮的作用下进入多孔固体时，热传递流体就与工作流体反向流动。当 工作流体在抽吸的作用从多孔固体移除时，热传递流体就与工作流体同向流动。用于在工作流体中产生脉冲的设备可为容积式压縮机。或者，用于在工作流体中产生脉冲的装置可以包括开关阀系统和压縮机。优选 地，该开关阀系统交替地将吸附材料的主体连接至工作流体的高压和低压贮存处。可选地而优选地，该装置还包括另一个热交换器，其用于在工作流体的蒸汽或 气体在接触吸附剂前，将压縮所产生的热量从其中移除。所产生的较高或较低的温度取决于本专利技术的各实施例的特定的应用场合，特别 是取决于是需要应用在冰箱中还是空调中。在本文中，空调理解为既能令房间变暖 又能令房间变凉。该装置可取决于使用者的要求，既能进行制热又能进行制冷，故 有时该装置被称为可逆空调。优选地，温度梯度包括在进口处相对较高的温度和出口处温度相对较低的温度。在一替代性的实施例中，工作流体为吸附力相对较强的流体和吸附力相对较弱 的流体的混合物。这些流体相互之间无强的相互作用。吸附力较弱的流体可在抽吸 时将吸附力较强的流体从吸附剂上冲洗下来，并在压縮时将其运送至吸附剂处。这 些组合的例子为二氧化碳/氮气和二氧化碳/氩气，并使用多孔活性炭作为吸附剂。 在一优选的实施例中，所述的混合物为吸附力相对较强的气体(特别是氨气或二氧 化碳)和质量较轻气体(氢气、氦气和两者的组合物)的组合物。该质量较轻气体 与质量较重的工作流体、气体或蒸汽相比，具有更高的导热系数，故能够在质量较 重的工作流体的吸附和脱附时，提高传向吸附剂和移除来自于吸附剂的热传递。氦 气和二氧化碳的组合是特别优选的，因为该混合物不易燃。本专利技术的另一个实施例中选择了两种或更多种工作流体的混合物，以便一种流 体的吸附力比另一种强。当该热泵在相对较低的负载下运作时，吸附力较低的工作 流体在循环流体中所占的浓度比其在原先注入该元件内的混合物内所占的浓度高。 相反地，吸附力较高的成分在残留在吸附剂内的混合物中所占的浓度比其在原来的 混合物中所占的比例高。当该热泵在高负载下运作时，循环流体浓度中较大部分为 吸附力较高的流体，并且循环流体的成分比例接近于所加入的混合物。通过使用具 有这些性质的混合物，该热泵能够因应负载的变化而调整其操作，进而最大化其能 效。该混合物的例子有丙垸和二氧化碳的混合物，并使用多孔碳吸附剂。对于用于单个房间的空调，使用的热传递流体通常为空气。在制冷模式中，较 低的温度一般大约为5至150℃，而较高的温度一般大约为35至60℃。制冷功率一般 大约为3 kW至100 kW。在制热模式中，向房间输出的温度一般大约为20至30 ℃， 而从外界的空气中输入的温度一般大约为2至15℃。制热功率一般大约为4 kW至150 kW。 一些装置被设计为仅仅能够制热，虽然这些装置一般也能够称为热泵，但是该 用语所指的范围比本说明书中所指的范围要小得多。对于用于设有多间房间的大型建筑物(例如酒店、办公楼)的空调，热传递流 体可为水。其中水能够经由管道输送到每间房间，在房本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热泵装置，包括：至少一个热交换器；设有进口和出口的多孔吸附剂材料主体，该吸附剂材料的主体设置成与热交换器进行热接触，用于使工作流体流经主体的设备，用于在工作流体中产生循环压缩或膨胀脉冲的设备，所述的压缩或 膨胀脉冲导致工作流体从进口流至出口，以在进口和出口之间的吸附剂材料主体产生温度梯度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德鲍威尔，德里克威廉爱德华兹，安德鲁威尔逊，弗里德里克托马斯墨菲，保罗大卫伯纳德布耶克，
申请(专利权)人：热能系统有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]