CN1181804A - 配有可提高反应速度的固－汽吸附反应器的改进的冷藏设备/冷冻设备 - Google Patents

配有可提高反应速度的固－汽吸附反应器的改进的冷藏设备/冷冻设备 Download PDF

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Abstract

冷藏设备和/或冷冻设备包括一个或一个以上反应器,该反应器含有金属盐与其吸附的极性气体的配合物,在反应器中进行吸附时限制上述配合物的体积膨胀,上述反应器包括一个或一个以上最大平均质量扩散路径长度小于约15mm和/或最大热扩散路径长度小于1.5mm的反应室。

Description

配有可提高反应速度的固-汽 吸附反应器的改进的冷藏设备/冷冻设备
                     发明背景
美国专利5,298,231,5,328,671和5,441,716公开了实现在极性气体和某些金属盐之间进行高速吸附/解吸反应的改进的设备和方法。这些吸附/解吸反应在技术文献中常称作“吸收”或“化学吸附”，它们可产生作为有效的致冷器、贮热器、热泵以及高能量密度动力系统的基础的配合物。上述公开的方法可使极性气体与配合物之间的反应速度(即把已知量的上述气体吸附到配合物上或从配合物上解吸所需的时间)提高或达到最大，从而提高或增加可由系统输送的功率，即在一段时间内输送更多能量，该能量可转化为设备更大的致冷能力。在上述专利5,298,231和5,328,671中公开了改进的配合物反应器，在该反应器中，通过限制在至少金属盐和极性气体之间最初进行吸附反应时形成的配合物的体积膨胀来优化配合物的密度，从而产生配合物吸附剂。产生的配合物上的吸附反应和解吸反应的速度比采用在吸附反应中未限制配合物的体积膨胀，且未控制配合物密度所形成的配合物的反应速度高。反应速度的提高可表示为，在小于60分钟的吸附或解吸周期中每摩尔配合物每小时吸附和/或解吸极性气体摩尔数的增加。
美国专利5,441,716公开了为提高反应速度而进一步改进的方法和设备，包括热扩散和质量扩散路径长度均在重要特定范围内的吸附反应器。该反应器和产生的反应可实现每一质量吸附剂的最大功率密度，每一质量反应器的最大功率密度、以及每一要求的或需要的反应器体积的最大功率密度。
美国专利No 5,477,706公开了改进在固-汽吸附反应系统中从吸附反应器排热的方法和设备。在该系统所包括的设备中，系统致冷剂用作传热流体，以冷却吸附反应器，启动排热回路，从而利用传热流体的流动而无需用恒温器或电磁阀控制冷却回路来冷却吸附反应器，并将热量从单一热源传送到两个反应器中的任意一个，以保证连续致冷或冷却。
                    发明概述
本发明涉及冷藏、致冷或冷冻设备，更具体而言，涉及轻便或非轻便的冷藏设备和/或冷冻设备，这些设备包括上文引用的专利和申请中描述的反应器和方法。具体的优选设备包括消费者休闲装备，例如可安置在游览车、船、汽车或卡车上的小型、轻便或专用的冷冻设备、冷藏设备、或冷藏/冷冻组合设备、小酒吧冷藏设备、家用装备，例如冷藏设备、冷冻设备和组合设备、以及工业冷冻设备和冷藏设备等。这些设备的具体设计和组成部分将在下文详述中公开。
                     附图简述
图1说明具有可用于冷藏设备、冷冻设备或组合装备中的致冷装置配件的本发明实施方案；
图2说明包括两级恒压发动机多级反应器系统的本发明冷藏设备、冷冻设备或组合装备的另一个实例；
图3说明采用固-汽吸附反应器，包含汽泵的本发明设备，在该设备中汽化的传热流体或致冷剂用于在反应器冷却回路中驱动液态传热流体；
图4说明包括排热回路的冷藏设备、冷冻设备或组合装备的致冷装置组件；
图5图解说明包括盐-盐反应器系统的本发明的致冷装备；
图6说明包括单一反应器溢流设备的冷藏设备和/或冷冻设备；和
图7和图8说明浮筒调节装置实例，该装置可用来代替在向蒸发器输送致冷剂的管道中使用的膨胀阀。
                      详述
包括冷藏设备、冷冻设备或冷藏/冷冻组合设备的本发明的致冷设备包括和采用固-汽吸附反应器，它含有由极性气体吸附在金属盐上形成的配合物，在该反应器中，通过限制形成的配合物的体积膨胀来进行吸附反应。化学吸附反应中采用的极性气体或致冷剂可与盐形成类似共价键的配位键。上述配合物公开于美国专利No 4,848,994。优选的气态极性反应物为氨、水、二氧化硫、低级烷醇(C1-C5)、烷基胺、多胺和膦。优选的金属盐包括碱金属、碱土金属、过渡金属，尤其是铬、锰、铁、钴、镍、铜、钽和铼、以及锌、镉、钖和铅的硝酸盐、亚硝酸盐、高氯酸盐、草酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐和卤化物，特别是氯化物、溴化物和碘化物。也可采用双金属氯化物或溴化物盐类，其中至少一种金属为碱金属或碱土金属、铝、铬、铜、锌、锡、锰、铁、镍或钴。另一种特别重要的盐是NaBF4。其他有用的配合物公开于美国专利5,186,020和5,263,330，在此引入作为参考。本发明反应中采用的优选配合物为下列配合物，或包括含有至少一种下列配合物作为其组分的吸附/解吸组合物：
              表
配合物               X值
SrCl2·X(NH3)   0-1，1-8
CaCl2·X(NH3)   0-1，1-2，2-4，4-8
ZnCl2·X(NH3)   0-1，1-2，2-4，4-6
ZnBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-4，4-6
ZnI2·X(NH3)    0-1，1-2，2-4，4-6
CaBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
CoCl2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
CoBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
CoI2·X(NH3)    0-2，2-6
BaCl2·X(NH3)   0-8
MgCl2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
MgBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
MgI2·X(NH3)    0-2，2-6
FeCl2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
FeBr2·X(NH2)   0-1，1-2，2-6
FeI2·X(NH3)    0-2，2-6
NiCl2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
NiBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
NiI2·X(NH3)    0-2，2-6
SrI2·X(NH3)    0-1，1-2，2-6，6-8
SrBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-8
SnCl2·X(NH3)   0-2.5，2.5-4，4-9
SnBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-3，3-5，5-9
BaBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-4，4-8
MnCl2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
MnBr2·X(NH3)   0-1，1-2，2-6
MnI2·X(NH3)    0-2，2-6
CaI2·X(NH3)        0-1，1-2，2-6，6-8
CrCl2·X(NH3)       0-3，3-6
LiCl·X(NH3)         0-1，1-2，2-3，3-4
LiBr·X(NH3)         0-1，1-2，2-3，3-4
NaCl·X(NH3)         0-5
NaBr·X(NH3)         0-5.25
NaBF4·X(NH3)       0.5-2.5
NaI·X(NH3)          0-4.5
K2FeCl5·X(NH3)   0-5，5-6，6-11
K2ZnCl4·X(NH3)   0-5，5-12
Mg(ClO4)2·X(NH3) 0-6
Mg(NO3)·X(NH3)    0-2，2-4，4-6
Sr(C1O4)2·X(NH2) 0-6，6-7
CrBr3·X(NH3)      0-3
CrCl2·X(NH3)      0-3，3-6
VCl3·X(NH3)       0-3，3-5，5-6，6-7，7-12
AlCl3·X(NH3)      0-1，1-3，3-5，5-6，6-7，7-14
CuSO4·X(NH3)      0-1，1-2，2-4，4-5
特别优选CaCl2·x(NH3)配合物、SrCl2·1-8(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、CaI2·2-6(NH3)、FeCl2·2-6(NH3)、FeBr2·2-6(NH3)、FeI2·2-6(NH3)、CoCl2·2-6(NH3)、CoBr2·2-6(NH3)、MgCl2·2-6(NH3)、MgBr2·2-6(NH3)、MnCl2·2-6(NH3)和MnBr2·2-6(NH3)中的任何一种，以及它们的混合物。
根据本发明，固  汽吸附反应，即气体在固体上的吸附和解吸，在预期可产生较高功率密度的条件和设备中进行。这种反应优选可实现每一质量吸附剂的最大功率密度，每一质量反应器的最大功率密度，以及每一要求的或需要的反应器体积的最大功率密度。半循环时间，即在小于60分钟内，一般小于30分钟内，优选小于约20分钟内，通常在约3-约15分钟内，至少对解吸阶段而言，具有本发明较高反应速度的吸附反应或解吸反应进行的时间。可以理解，并非所有的应用都要求以同样的时间进行吸附和解吸，在一些情况下，一种反应或两种反应都可短至约2分钟，而在另一些情况下，一种反应可在30分钟之外再延长几分钟。此外，在部分负荷条件下，如果不希望使设备产生其最大冷却能力、最大的致冷、供暖或最大功率，可延长反应时间，以减少原有的工作周期，避免不必要的热损失。可以理解，总循环或全循环时间周期还需要加一个时间周期，以调节或改变吸附和解吸半循环之间的压力。因此，全循环时间周期包括半循环时间加两次压力-温度调节时间之和，两次压力-温度调节时间通常各为几秒，至多几分钟。
最佳反应速度取决于若干独立的参数，包括吸附剂密度、质量扩散路径长度、热扩散路径长度、以及热力学运行条件。热力学运行条件包括全部工艺条件，即进行工艺的具体温度和压力条件、压差或ΔP，即工作压力或系统压力与配合物平衡压力之间的差、以及接近温度(approach temperature)或ΔT，第一吸附反应的接近温度通常大于8°K。最后，必须考虑特定的盐以及该盐与特选极性气体之间形成的配合物的参数，可以理解，上述盐类以及产生的配合物的特征，包括它们的平衡压力，对于平衡上述参数，以优化反应条件及实现系统最大反应速度是重要的决定因素。如本文经常使用，术语“最佳反应产物”或“最佳配合物”是指在工艺条件下进行极性气体在金属盐上的吸附工艺所产生的具有上述可带来最佳经济效果特征的配合物或反应产物。
各反应室或反应器组件的尺寸分别为测量或测定热扩散路径长度(传热)和质量扩散路径长度(传质)提供依据。热路径长度是从最高导热表面到配合物质量中心的距离。导热片是这种导热表面的一个实例。在该实例中，给定反应器中的热扩散基本上随导热片计数，即每单位长度(高度)反应器组件中导热片的数量，而改变。每单位反应器长度中导热片数量越大，热扩散就越好，热扩散路径长度就越小。热扩散路径是从最远的配合物微粒到最近的导热表面的路径。因此，简化的热路径长度为两块相邻导热片或导热板间距离的一半。根据本发明，热扩散路径长度小于4.5mm，优选为约4mm或更小，最优选为约3.0mm或更小。如果采用本文公开的优选盐类，最优选的热路径长度为0.6-3.2mm。这也相当于导热片的计数，即每英寸至少有4块导热片，优选每英寸有约9-25块导热片(热路径长度为1.4mm-0.5mm)，或，当为最佳功率密度的要求而实施生产时，上述计数可更高。对一些特定盐类优选的热路径长度公开于上述专利No 5,441,716。应当理解，上述简化路径长度的测定不考虑管壁，尽管管壁表面也对热路径有影响。通常，适宜的和实用的导热片厚度可在约0.07mm-约2mm之间变动。当热扩散路径长度较短时，通常优选导热片厚度较小。导热片厚度一般调整到与解吸或吸附的接近温度相比，在导热片中产生的温度的下降或上升较小。对任何三维反应室均可容易地测定或测量热路径长度。
导热片、热交换器或导热表面的尺寸和形状以本领域技术人员所了解的通用热传递计算为依据。例如，反应器可装入许多沿热交换流体管道垂直径向延伸的热交换表面、导热片或导热板。上述专利5,298,231和5,441,716说明了这种类型的反应器。在这种实例中，导热片或导热板之间的距离由于相邻不平行导热板之间不同反应室的楔形形状而变化。但是，相邻的两块导热板之间的平均距离可在各导热板内缘和外缘之间的中点测量。在设计的反应器中，导热片的高度相当低或相当小，或导热片计数相当低，因此盐或配合物的分子对导热管或导热板之类主要导热表面的接近度对测定热路径长度也变得限重要。热路径长度的测量和测定可以不考虑从热交换管道或穿过反应室延伸的管道伸出，并与这些管道进行热交换的相邻实心导热片或反应室壁表面的形状或尺寸。这些热交换表面、反应室壁、导热板或导热片通常也包括限定或构成反应室或反应器中隔室的不透气的反应器组件的壁。反应器中心也可包括管片式反应器，利用许多导热管来引导传热流体穿过反应器，与限定在导热板或导热片与透气器壁之间的吸附层进行热接触。种种反应器实例在专利No 5,441,716中展示和描述。
如上所述，虽然热扩散路径长度是非常重要的参数，但根据本发明，质量扩散路径长度，即致冷剂分子进出吸附剂微粒或分子的路径长度，对通过限制体积膨胀来控制反应产物质量密度的反应器或反应室也是相当关键的。为实现本发明的高反应速度，反应器或反应设备必须设计成可在比较短的时间内移动吸附剂整体中的大量致冷剂。因此，反应器的质量扩散路径长度是至关重要的。通过测量气体进入吸附剂整体(反应室或组件中)的进入点或进入面到反应室的相对端或相对面之间的距离来测定质量扩散路径长度，质量扩散路径长度表示在吸附和解吸循环中气体进出配合物分子或微粒所必须通过的最大距离。这一长度对任何尺寸或形状的反应室都很容易测定。但是，在测定合乎要求的、优选的或最佳的质量扩散路径长度时，重要的条件是必须考虑与气体分散装置，即把气体引入和导出反应室中吸附剂整体的进气口和排气口等，相关的吸附剂微粒整体。同样可以认为，致冷剂穿过吸附剂整体，流入和流出吸附部位的流速不仅仅依赖于多孔介质的透气性或渗透性，也不仅仅依赖于在有限体积中所含的致密产物整体的透气性。而在本发明的化学吸附反应过程中，在配合物吸附剂与气体分子形成配价键并吸附气体分子的整个过程中，其性质发生改变。由于配位作用通常是极性气体以一层或一层以上的配位层吸附在配合物上，因此吸附速度受配位部位的覆盖，和在吸附过程中由对着进入的极性气体分子的配位的极性气体分子的堆积所产生的屏敝的影响。所以，质量流动路径长度或平均质量扩散路径长度对实现本发明的高反应速度和高功率密度是极其重要和关键的。因此，在任何反应器中，不仅要考虑对一个吸附剂微粒的最大传质距离，而且也要考虑气体进出吸附剂整体所有微粒所必须通过的平均距离或中间距离。本文所用术语平均质量扩散路径长度或距离定义为，对于所有的配合物微粒，从配合物每个微粒到邻近该配合物的透气表面、气体分散入口、出口或其他气体分散装置的最短距离的算术平均值。因此，平均质量扩散路径长度＝ Σ i = 1 n d i n 式中di＝从第i个微粒到透气表面的最短距离，n＝微粒数目。
根据本发明，为快速进行吸附和解吸反应，在小于约30分钟内，优选在小于20分钟内吸附大量理论上可得到的致冷剂配位层，对于至少吸附循环(解吸阶段)，平均质量扩散路径长度小于15mm，优选为约13mm或更小，更优选小于8mm。为满足这一关键要求， 装有吸附剂的反应器、反应室或设备的隔室以及气体分散组件(即管道、反应器壁、通道、入口、孔口和出口等)优选设计成使平均质量扩散路径如上所述，在上述反应器中为15mm或更小。对于本文公开的优选盐类，最优选的平均质量扩散路径长度为3-7mm。在上述反应器或反应室中，还优选在25毫米或更小的气体分散装置中有至少60％(重量)的金属盐或配合物。为某些特定盐类特选的平均质量扩散路径长度的范围公开于专利No 5,441,716。
从上文可明显看出，通过选择或设计反应室(组件)导热片厚度和反应室高度均合乎要求的反应器，可以改变热扩散路径长度和质量扩散路径长度。增加导热片计数或增加每单位长度反应器中导热片的数量可提高系统的导热性，缩短热路径长度。同样，通过选择或设计反应器，使在交替的吸附和解吸反应阶段，在气态反应物所穿过的透气装置与反应室相对端之间具有不同程度的距离，可以选择质量扩散路径长度。例如，附加的狭槽、导气管或透气材料(如耐火砖、多孔水泥、多孔塑料、烧结金属或陶瓷以及金属丝网等)可用于反应器的装配设计，以增加输入和输出的气体的接触，从而缩短质量扩散路径长度。在设计或选择反应器和反应室的结构时，可以考虑选择上述两个独立的参数，以使反应器的反应室具有合乎要求的，可产生最佳或优选反应速度的热扩散和质量扩散路径长度。因此，可实现本发明要求的反应速度和功率密度的最适宜的反应器将具有如上所述热扩散路径长度和质量扩散路径长度。
为优化本发明反应器组件或反应室的尺寸而设计反应器中心部分时，尽管从反应速度的观点看，较短的气体扩散路径是合乎要求的，但热交换器硬件与吸附剂的重量比会起阻碍作用。为平衡这些特性，可采取以下方法。可用对气流的阻力比配合物小的导热透气材料制成导热表面的延伸部分。由于这一优点，反应器中心的导热片或导热板本身可设计成引导气体通过导热片或导热板表面，直接进入导热片或导热板每侧的，或与导热片或导热板接触的吸附层。适宜的导热片或导热板材料的实例包括烧结粉末金属、泡沫金属、高导热非金属陶瓷或其他多孔材料。由于采用这种导热片或导热板传热和分散气体，上述传质距离将不再适用，因为相邻导热片或导热板之间的距离将成为讨论的传热和传质路径距离。其次，如果采用的透气的反应器导热片或导热板对传热和传质均不符合要求，可采取在反应器的导热片或导热板之间放置透气组件或透气材料。这种透气材料可与固体反应物及气态致冷剂相适应，具有较低的阻气性，因此可显著地增加和促进气体在整个固体吸附剂中的分散。
增加气体穿过配合物扩散的第三种方法是采用透气或多孔的材料添加到盐中，然后将混合物加入反应器的中心部分。特别重要的材料是可与吸附剂盐混合，且其形状可使气体穿过盐和配合物整体定向流动的材料。这些材料在此称作气体定向流动附加组件或气体分散附加组合物。这些材料可用来增加所有气体或致冷剂在配合物或含有配合物的混合物的吸附部位的输入和输出，这些材料包括具有延伸或扩展的微孔表面的组件，例如微型管或其他形状适宜的材料，这些材料可透气，在吸附和/或解吸过程中对气体传输的阻力比配合物吸附剂小。对这些材料的进一步描述和说明公开于申请专利No 5,441,716，在此引入作为参考。
将要确定的另一个参数是每单位体积反应室内盐的质量，或装入反应器的固体微粒状金属盐的装填密度，以及生成的可实现在配合物上吸附和解吸气态反应物的最佳或要求的反应速度或功率密度的配合物或反应产物的最佳密度。为了在确定体积的反应器中得到要求的或最佳的配合物密度，装入反应室的未反应的盐的量或体积必须足够，以便在吸附反应过程中形成配合物反应总体结构时，配合物的体积膨胀可导致各反应室或组件充满密度合乎要求的新形成的配合物结构的组合物。通常，形成的配合物的密度比最初反应前盐的密度低，尽管充分吸附了的配合物的密度常常比盐的密度高。配合物的密度也会随操作条件(即压力和温度)而改变。在不同的压力和温度下，每种盐和配合物的反应往往不同。  因此必须考虑上述操作条件以及配合物的平衡压力和接近压力(approach pressure)。所以，各种配合物在上述操作条件下的最佳密度也必须分别确定。根据本发明，在热交换器中与氨反应的吸附剂盐的装填密度优选为约0.2-1.0克/毫升，而对体积大或密度低的盐，更优选为约0.3-0.8克/毫升，特别对分子量较高的吸附剂，装填密度可超过1克/毫升。但根据本发明，这些密度范围也必须考虑以上公开的传热和传质参数。因此，在上述范围内选择的盐的密度可用于热扩散路径长度和/或质量扩散路径长度如上所述的反应器或反应室。对于和氨致冷剂一起使用的某些特定盐类，优选的装填密度范围、质量扩散路径长度和热扩散路径长度列于上述专利No.5,441,716中表1，该资料在此引入作为参考。
通过优选热扩散路径长度和质量扩散路径长度以及配合物密度使反应速度明显提高，可导致显著地提高和增加反应器的实用价值。这种提高可明显影响配合物的效能，并伴随影响在给定的反应循环周期内可由系统或设备提供的能量。例如，在一些设备的应用中，约10-15摩尔/摩尔-小时的反应速度意味着半循环周期为约10-12分钟，即在配合物上吸附或解吸所需量的气态配位体需要10分钟。比较起来，25-35摩尔/摩尔-小时的反应速度意味着半循环周期为约5-7分钟，由此，在给定的运转时间周期内，从上述系统可获得近两倍的能量。采用上述优选的反应器获得的较高的反应速度不但能持续较短的循环周期，而且也能持续最长达20分钟或更长的循环周期。因此，6摩尔/摩尔-小时以上，通常10-20摩尔/摩尔-小时的反应速度可持续至少6分钟，通常最长达12-15分钟，对有些反应最长达20-30分钟的循环周期。上述反应速度的数值是以直到反应完成或终止时的反应速度平均值为基准的平均值。
在本发明的反应器中，限制吸附反应过程中配合物的体积膨胀，当反应时间为30分钟或更短时，该反应器中每毫升膨胀的吸附剂每分钟可处理(即吸附和解吸)至少0.02克(20毫克)NH3。此外，当反应时间限制在30分钟或更短时，该反应器中每毫升反应器所含总体积(即在加压反应器所含总体积内)每分钟可处理0.01克(10毫克)NH3，如果在不到30分钟内达到吸附饱和，上述处理过程可通过可能的较早完成吸附作用而限制。
反应速度一般取决于反应完成的程度  公式
ΔN＝ΔN最大值(1-e-k1)
式中：
ΔN＝反应程度(摩尔/摩尔)
ΔN最大值＝最大反应程度(摩尔/摩尔)
t＝时间(秒)
k＝反应动力学值(秒-1)
(k在此称为反应常数)
可用来描述随时间推移的反应进程。以上公式以适用于本发明配合物吸附反应的术语和单位表达  反应常数k表示在任一时刻反应进展与时间的关系。反应速度可由包括k和时间的公式获得：
Figure A9619331000221
式中的单位仍如本文所述适用于吸附反应。作为应用这些公式的实例，SrCl2·NH3在1-8级反应中可配合多达7摩尔氨，因此ΔN最大值为7。当反应时间为6分钟(360秒)，k值为0.004秒-1时，ΔN为5.3摩尔氨/摩尔盐。在6分钟这样长时间内进行反应要求在该6分钟内平均速度为53摩尔/摩尔-小时。反应常数0.0004给出在6分钟时ΔN为0.94，或平均反应速度为9.4摩尔/摩尔-小时。对含有任何盐的任何结构的吸附器设定反应常数(k)，可容易地测定任一时刻反应完成程度和反应速度。吸附的致冷剂的准确量和吸附速度依赖于吸附阶段的反应程度，ΔN最大值。由本发明可达到的吸附速度可推导出下列反应常数最小值。
ΔN最大值             k
至多4.5摩尔/摩尔    0.0004
4.5-6摩尔/摩尔      0.0003
大于6摩尔/摩尔      0.0002
上述反应的测量适用于小于约30分钟的吸附和/或解吸周期。
盐的活性可通过最初在盐上吸附少量气态配位体而进一步增强，该附加的配位体不同于将在配合物中采用的气态反应物。任何上述极性气态反应物均可采用，特别优选水、氨、低分子量的脂肪醇、胺或膦。该附加材料的量优选为盐的约0.05％-约10％(重量)。利用吸附在盐上的含少而有效量水的水合盐可令人满意地达到上述目的。
图1说明冷藏设备、冷冻设备或冷藏/冷冻组合设备，说明用于这些装备的本发明设备组件。从图1-5可看出，观察装备背面可看到功能性冷却或致冷运行组件，包括反应器，冷凝器、蒸发器、传热流体管道、致冷剂管道和阀门等。上述致冷设备或装备内部包括通常含有供贮存蔬菜、水果和肉类等的各种隔板和小室的冷藏或致冷室或舱，或通常同样含有小筐、制冰器、贮冰盘和各种贮盘等的冷冻室，或结合上述两部分的冷藏/冷冻组合设备。上述装备通常还包括选择性调节各室温度的温度自动调节装置，以及具有一个或一个以上马达和风扇的空气调节装置，以使冷空气穿过冷藏和/或冷冻室循环，该装备也可包括设备自动化霜装置，上述所有内容不属于本发明部分，均为本领域技术人员所了解，因而在此不再阐述。在图1设备中，在箱体或容器30背面装有两个反应器32和34，各含上述盐或配合物。包括内部反应室或中心部分的反应器的结构、可实现要求的热扩散路径长度的导热片的相对位置或布局、导热片的厚度或形状、以及对引导致冷剂气体流入、流过和流出反应室的装置的描述公开于专利No.5,441,716，在此引入作为参考。
图1设备的工作组件还包括分别冷凝和蒸发极性致冷剂气体的冷凝器36和蒸发器38，以及管道和与管道配合的一个或一个以上阀门，这些管道及阀门用于将极性致冷剂从反应器引入冷凝器，从冷凝器引入蒸发器，以及从蒸发器引入反应器。蒸发器38与致冷室，即装备的冷藏室和/或冷冻室，进行热交换，该蒸发器示于设备背面仅为图解说明。上述设备包括与反应器连接，并与金属盐及生成的配合物进行热交换的加热装置，供在吸附过程中加热金属盐和生成的配合物，以产生极性气体致冷剂从配合物上的解吸。上述加热装置按常规为电阻加热器，电能通过插座39输入电阻加热器，电阻加热器还连有转换装置(未显示)，供在吸附循环过程中选择性地交替加热两个反应器。但是，也可以采用其它方式加热反应器，以产生解吸反应，包括采用热的热交换流体、蒸汽、热水或燃烧室的热气等  例如，当上述设备用于游览车、船和帐篷等时，由丙烷、丁烷或天然气供热会特别实用。在运行过程中，一个反应器在其中的配合物被加热时解吸极性致冷剂，解吸的气体经过阀33和管道37流入冷凝器36，在其中冷凝，然后经过膨胀阀2 1流入蒸发器38，在其中吸收热量，从而向设备的冷藏室和/或冷冻室提供致冷。然后，气态致冷剂经过管道31和阀33流入处于化学吸附循环吸附阶段的另一个反应器。反应器32和34可以为如图所示气冷结构，它们具有外部散热片，以促进扩散在放热的吸附反应中配合物在反应器中产生的热。上述热扩散可通过一个或一个以上风扇等装置进一步促进。正如本领域技术人员所了解，可选择和设计反应器的形状和/或构造，以达最有效排热。虽然展示了单一的蒸发器和冷凝器、但上述设备可设计成包括两个或两个以上蒸发器和/或两个或两个以上冷凝器，在如图所示和如下文进一步描述的采用多反应器的实施方案中尤其如此。因此，可采用多个蒸发器来分解致冷负荷，提供双重温度的致冷和/或冷冻，例如，一个蒸发器用于冷却冷藏室，而另一个蒸发器用于冷却冷冻室。另一方面，如美国专利No 5,186,020所述，设备可包括含有一个热交换器的蒸发器和冷凝器装置，该热交换器交替变换蒸发器和冷凝器之间的功能，上述专利在此引入作为参考。但是，这种实施方案通常仅可实用于间歇或间断运行设备，其中吸附器被直接冷却，即空气冷却，因此不用或无需用冷凝器的功能来排出吸附器的热量。
为连续致冷/冷冻运转，可要求运行设备，使解吸比吸附进行得更迅速。这种运行将导致解吸反应器中的解吸反应比吸附反应器中的吸附反应完成得早，从而在蒸发器中形成连续吸附的负压，由此可将ΔT停机时间，即蒸发器从转换反应器半循环中复原所需时间，减至最小或取消。为实现这一优点，优选解吸比吸附进行得快至少10％，更优选解吸反应时间比吸附反应时间快25％。
在多个反应器以及一个反应器装置中采用的特定的盐或盐类将取决于装备(即致冷设备、冷藏设备、冷冻设备、或冷藏/冷冻组合设备)的性质，以及装备的尺寸和能力，装备的尺寸和能力也决定冷凝器和蒸发器的能力。当装备无冷冻室或冷冻能力，仅作为冷藏设备运行时，选择的用于反应器中的配合物应当能保证蒸发器温度低于2℃，优选为-35℃～-8℃，同时冷藏室温度低于10℃，优选低于约4℃。如果装备也具有冷冻功能，无论冷冻室与冷藏室分开还是连通，由于冷冻室常存在于较小且不太贵的装备中，因此配合物应当能保证蒸发器的温度低于-18℃。通常为约-45℃～-25℃，同时冷冻室温度低于约-10℃，优选低于约-18℃。对于上述蒸发器温度，自然对流冷凝器的运转温度通常为35℃-75℃，或比室温高约10℃-约45℃。用于反应器中的混合物还优选可在吸附过程中在配合物和蒸发器的温度之间形成至少约45℃的温差，即平衡ΔT，对无冷冻功能的冷藏设备，上述平衡ΔT优选为约50℃-75℃。如果装备也具有冷冻室或冷冻功能，上述平衡ΔT应当至少为60℃，优选为约65℃-150℃。对含有相转变致冷剂的设备设定的上述ΔT平衡温度与图5及图6-8所述相同，也适用于在图9及下文将进一步说明的盐-盐反应器结构中对盐类组合物的选择。用于只有冷藏功能装备中反应器的优选盐类和配合物的具体实例包括CaCl2·2-4(NH3)、CaCl2·4-8(NH3)和它们的混合物、以及SrCl2·1-8(NH3)。用于如上所述具有冷冻功能的装备的优选盐类和配合物的实例还包括SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、CaI2·2-6(NH3)、FeCl2·2-6(NH3)、FeBr2·2-6(NH3)、Fel2·2-6(NH3)、CoCl2·2-6(NH3)、CoBr2·2-6(NH3)、MgCl2·2-6(NH3)、MgBr2·2-6(NH3)、MnCl2·2-6(NH3)、MnBr2·2-6(NH3)、或两种或两种以上上述配合物的混合物。
图2说明本发明冷藏设备、冷冻设备或组合装备的另一个实施方案，为提高效率，该实施方案采用两极恒压发动机多级装置。第一反应器22含有第一种配合物，第二反应器24含有不同的第二种配合物，由此导致在上述反应器间吸附和解吸的温度不同。在这种设备中，通过使反应器24中第二级化合物的吸附热流入反应器22，以产生第一级化合物的解吸，从而对两个反应器中不同的配合物分级处理。上述恒压发动机多级装置“CPES”的设备和方法在美国专利5,079,928和5,263,330中进行描述，该描述在此引入作为参考。选择不同的配合物，使反应器24中低蒸汽压化合物在低反应压力(吸附)下的吸附温度比反应器22中较高蒸汽压化合物在高反应压力(解吸)下的解吸温度至少高8℃。所述设备还包括温差环流系统装置，在该温差环流系统装置中，与致冷剂不同的传热流体用于反应器之间的级间传热。从第二级反应器24中解吸的致冷剂蒸汽启动第一级反应器22中的排热温差环流系统。在吸附反应中，该温差环流系统引发吸附作用，并冷却反应器22。反应器表示为部分切开，以图解说明分开的传热流体和致冷剂流体。上述设备包括管道41和43，以及配备的一个或一个以上阀47，用于在适当的时候在反应器之间传送传热流体，以供如上所述分级进行反应。选择性热源27可包括电加热器或煤气加热器，它加热经过管道41流入反应器24以及经过管道43流入反应器22的传热流体。图解说明的设备还包括冷凝器26，将解吸的气态致冷剂从反应器22引入冷凝器26的管道28、以及装备在冷凝器和蒸发器(未显示)之间的膨胀阀21，蒸发器位于后挡板或背板23后面，与设备的致冷室进行热交换。储罐25存储液态致冷剂，当反应器24解吸的气态致冷剂的压力经由管道46启动上述排热温差环流系统时，将储罐中的液态致冷剂经过管道44压入反应器22中的热交换器。阀47在该反应阶段中关闭。在吸附解吸反应转换的半循环中，当阀47打开时，由吸附反应器24的热量加热的传热流体通过管道43流入反应器22，从而在其中产生解吸。致冷剂从冷凝器26经过管道17和膨胀阀21流入蒸发器，从蒸发器经过管道29和连接的单向阀流入反应器，以分别进行吸附。如专利No 5,477,706所公开和下文所进一步说明，其它装置和组件，例如气泡泵、喷射泵或机械泵等，也可用于在温差环流系统运行中传送传热流体。根据本实施方案，第一反应器22中的第一级较高蒸汽压配合物与蒸发器的平衡温差(ΔT)应当至少为40℃，优选为约45℃以上，更优选至少为50℃以上。第二反应器24中的第二级低蒸汽压配合物在吸附条件下的平衡温度比第一级配合物在解吸条件下的平衡温度至少高8℃，从而使热从进行吸附的化合物流向进行解吸的化合物。
优选的低蒸汽压配合物为SrCl2·1-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)、LiCl·0-3(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、FeCl2·2-6(NH3)、CoCl2·2-6(NH3)、FeBr2·2-6(NH3)、NiCl2·2-6(NH3)、CoBr2·2-6(NH3)、MgCl2·2-6(NH3)、MgBr2·2-6(NH3)、MnCl2·2-6(NH3)、MnBr2·2-6(NH3)、CuSO4·2-4(NH3)、SnCl2·0-2.5(NH3)、CaCl2·0-1(NH3)、CaCl2·1-2(NH3)、或两种或两种以上上述配合物的混合物。优选的高蒸汽压配合物为CaCl2·4-8(NH3)，CaCl2·2-4(NH3)以及它们的混合物、SrCl2·1-8(NH3)、BaCl2·0-8(NH3)、LiCl·0-3(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、CuSO4·2-4(NH3)、NaBF4·0.5-2.5(NH3)和NaBr·0-5.25(NH3)。可用于多级反应器设备的具有低蒸汽压和高蒸汽压化合物特征的其它配合物公开于美国再颁专利34,259和专利5,079,928和5,263,330。此外，虽然在图2的实施方案中只说明两个反应器，但CPFS设备可包括三个或三个以上的多个反应器，各反应器含有不同的配合物，在各反应器中，不同的反应产物具有气态反应产物蒸汽压从低到高的顺序，因此，较低蒸汽压反应物在低反应压力下的吸附温度比连接的下一个较高蒸汽压反应产物在高反应压力下的解吸温度高。当然，上述设备还包括在反应器之间依次传送传热流体的必要的管道装置，用于将吸附热从最高温反应器传到下一个较低温反应器，由此，如美国专利5,079,928和5,263,330所述分级进行反应。上述设备也包括如5,263,330所公开的液体过冷却器和/或蒸汽recouperator，在此也引入对该专利的描述作为参考。
图3和图4说明本发明冷藏设备、冷冻设备或组合设备的其它实施方案，其中反应器装置组件设计成可形成排热管道回路，以在反应器各自的放热吸附阶段从反应器中排热。如专利No.5,477,706所述，这种排热管道回路以各种不同形式与反应器的热交换装置连通，在此引入对上述专利的不同实施方案、反应器、以及系统结构的描述作为参考。上述实施方案在排热管道回路中采用相转变传热流体、系统致冷剂或不同的传热流体，在排热管道回路中，汽化的传热流体促进驱动冷却回路中的液态传热流体。为实现上述作用，传热流体必须能在吸附反应器温度或该温度以下进行从液体向气体的相转变。至少部分为液态(即液态或液态与气态混合物)的传热流体流入吸附反应器，与吸附剂组合物(即金属盐或配合物)进行热交换接触，并因此而汽化。然后，汽化的传热流体用于排热管道回路，以驱动冷却回路中的液态传热流体。吸附反应器或进行吸附的吸附器被冷却至室温或接近冷凝器的温度，以降低其中吸附剂的蒸汽压。当冷却的吸附剂的蒸汽压降低到蒸发器的压力以下时，吸附器从蒸发器吸入致冷剂蒸汽。致冷剂从蒸发器的这种流动形成系统的致冷或冷却效果。对致冷剂流入和流出吸附反应器流速的调节可以是被动的，例如，可采用止回阀或回压调节阀调节，上述流速也可主动地调节，例如采用电磁阀、电动或压力操纵阀来调节。除去放热的吸附反应中产生的热，使反应器保持适当的温度。在吸附反应器冷却到开始吸附的同时，另一个反应器被加热，直至其中吸附剂的蒸汽压高于冷凝器的压力，这时致冷剂开始解吸到冷凝器中。输入解吸反应器的热量可提供产生吸热的解吸反应以及克服系统热损失所需的能量。在吸附半循环或阶段最后，两个反应器的功能进行转换。图3和图4所述设备包括温差环流系统传热回路，它可保证或促进传热流体从吸附反应器到冷凝器的循环。本文采用术语温差环流系统意指包括任何回路或系统，其中由液态传热流体或致冷剂的相转变使反应器致冷，系统中的冷凝物由于重力作用返回系统液面。上述系统可设计成采用系统致冷剂或采用不同的分开的组合物作传热流体。
吸附器或反应器可包括内导热表面和/或外导热表面。冷凝器可包括自然或强制(风扇)对流致冷装置。不同类型的扩展装置，例如毛细管、膨胀阀、喷管和多孔介质等，可用于蒸发器入口处。止回阀或单向阀可由主动调节阀(例如电磁阀)代替。用于产生解吸反应的加热器装置可固定在导热表面上，或置于反应器内。加热装置可包括电阻丝或电阻加热器，或采用电热管、传热流体、热水或蒸汽的管道、输送燃烧室热气的烟气管道、辐射加热器、或任何其它适宜的导热方法向配合物传热。采用丙烷、丁烷或天然气燃烧器中燃烧室的热来提供解吸热会特别实用，也合乎家用冷藏和/或冷冻设备，或为在游览装备(例如游览车、船和帐篷等)中使用而设计的设备的要求。因此，图3和图4所示具体设备组件仅为图解说明，不表示本发明将局限于所述实例。
图3中固-气吸附冷藏设备、冷冻设备或冷藏/冷冻组合设备包括安装在箱体70背面后挡板67外侧的一对反应器62和64、冷凝器66、以及各种管道、单向阀和加热器。蒸发器68再次示于后挡板上，仅为图解说明，该蒸发器应在致冷的冷冻室内，或与该室进行热交换。上述设备所含组件及运行方法与美国专利No.5,477,706中图1所示设备类似。一个反应器由其中的加热器通电而进行解吸，如上所述提供产生吸热的解吸反应所需的热量。在所述系统中，致冷剂用作在固体吸附剂上吸附和解吸的气态反应物，也用作冷却吸附反应器的传热流体。
吸附器62中的加热器通电，从而加热吸附剂，直至吸附剂的蒸汽压高于冷凝器66中的压力，由此引发所述设备在反应器62解吸，反应器64吸附的半循环中运转。一旦设备开始运转，致冷剂蒸汽即从吸附器62穿过管道79和止回阀71流入与吸附器64的导热管连接的竖管76。流入竖管76的蒸汽产生“气泡泵”效应，将该管道中静止的液态致冷剂提升到反应器64中导热管的导热表面。因此，流入反应器64的传热流体是液态和气态致冷剂的混合物。当液态致冷剂在反应器的导热表面上完全或部分汽化时，将反应器64冷却至接近冷凝器的温度，从而开始致冷剂在吸附剂上的吸附。放热的吸附反应产生的热通过蒸发致冷剂而去除，吸附器保持与冷凝器的温度相差几度。从反应器64流出的两相致冷剂混合物流入如图所示通常为T型管的分离器，致冷剂的蒸汽部分通过管道65流入冷凝器66，而液态致冷剂部分则通过管道77返回吸附器下面的管道78。汽化的致冷剂在冷凝器66中冷凝，然后通过管道69回流到低管液体中。低管78中的一些液态致冷剂穿过膨胀阀21流入蒸发器68。气态致冷剂从蒸发器经由管道67流入吸附反应器。在吸附反应阶段，单向阀73和75将致冷剂导入反应器。完成上述半循环后，吸附器的功能进行转换，反应器62中的加热器断电，而反应器64中的加热器通电。当反应器64中的吸附剂被充分加热，开始解吸后，气泡泵启动，使反应器62冷却，同时在其中开始吸附。闭合管道回路使致冷剂通过气泡泵流入吸附反应器，再流入冷凝器，然后返回反应器，形成前文涉及的温差环流系统。
用于向吸附反应器提供冷凝的致冷剂的气泡泵包括常称作气提泵的气体操纵泵，它可如上所述由解吸反应器解吸的蒸汽驱动，或可由在泵中竖管上的加热器(通常为电加热器)驱动或推动。加热器必须安装在垂直或接近垂直的管道或导管中，且必须在液面以下。图3所示加热器61和63安装在液态致冷剂传输管道上，由此产生蒸汽，所以上述竖管中的致冷剂密度比系统其余部分中静止的液体密度低。这样，低密度的致冷剂和蒸汽向上流动，产生泵送作用。采用加热器而不是解吸的蒸汽来启动气泡泵的优点在于，可以在反应器加热到解吸的温度和压力之前开始相反反应器的冷却和吸附。这一优点可减少加热和冷却的总时间，并综合提高系统的致冷效率。利用汽泵也可以达到同样效果，其中加热器在液态传热流体或致冷剂管道中产生蒸汽，止回阀阻止致冷剂返流到系统的储液罐，从而推动致冷剂流向吸附反应器的导热表面。如果利用止回阀，加热器就不必安装在竖管中，从而大大降低对方向的敏感性，并减少所需供泵液压。
在图4中，所示图解系统为向冷凝器96输送能量的压力解除温差环流系统。设备包括箱体80、反应器92和94、冷凝器96和蒸发器98，该设备以专利No 5,477,706中图5所表示和说明的方法，利用压力解除温差环流系统运行。这样，阀84和86为主动调节阀，当这些阀关闭时，利用解吸反应器中产生的压力从反应器的导热管中推出液态致冷剂。在吸附器92进行解吸，吸附器94进行吸附的半循环运行中，当阀84关闭时，反应器92中的导热管与冷凝器不连通，因此，由热产生的压力推动液态致冷剂流出导热管，穿过管道99，然后流入反应器94的导热管。解除温差环流系统循环的起始压力由反应器的加热器或由安装在温差环流系统回路中的辅助加热器提供，可使温差环流系统回路运转恰好足够长的时间，以便使该回路的蒸汽压提高到足以引起解除作用。但是，一旦解吸开始，解吸蒸汽的压力即可持续解除温差环流系统循环，从而将保持导热管压力所消耗的热能降至最小。当阀86打开时，致冷剂可穿过反应器94流入冷凝器，液态致冷剂在反应器94中汽化使该反应器冷却到吸附温度，由此在其中开始吸附。然后，致冷剂继续汽化，排出吸附热。这样，打开阀86可启动反应器94和冷凝器之间的相转变温差环流系统传热回路，而关闭阀84会由于如上所述在解吸反应器92中产生的压力而解除该反应器的温差环流系统回路。在上述半循环最后，两个吸附器的功能进行转换，当反应器94中的加热器通电，开始解吸时，阀86关闭，反应器92中加热器断电，同时阀84打开。在两个阶段或半循环中，致冷剂蒸汽流入和流出吸附剂盐的流速由阀83、85、47和49调节。这些阀可以是单向止回阀，也可以是主动操纵阀。主动操纵阀或启动阀83和86可以是以相同的控制电路排序的电磁阀，用于使加热器通电和断电。另一方面，主动调节阀可以是由大气压或由解吸反应器产生的致冷剂蒸汽压驱动的柱塞操纵阀。上述压力解除温差环流系统的另一种变更方法在专利No 5,477,706的图6中说明，该方法采用由压力控制的与吸附器连通的三通阀代替阀84和86。
虽然象图3和图4的设备那样，优选的设备利用致冷剂液体作为相转变传热流体，从而只需要单一的冷凝器来冷凝汽化的致冷剂，但专利No 5,477,706所述的其它系统也可使用，其中分开的冷凝器用于作为与致冷剂不同的组合物的两相传热流体。即使致冷剂也用作传热流体，也可以在本发明中采用多个冷凝器，而忽略传热流体的组合。当传热流体是与气态极性致冷剂不同的组合物时，适用的传热流体包括水、醇、轻质烃、导热油和DOWTHERM相转变传热介质。因此，可采取改进的图3和图4所示设备，使它们含有象专利No 5,477,706中图7所示分开的冷凝器。图3和图4的两个反应器系统可采用这两个反应器中的相同配合物运行，或可以通过采用上述关于图2设备的各反应器中的不同配合物，并根据美国专利5,079,928和5,263,330，作为两级间断恒压发动机分级(CPES)系统运行。当然，上述CPES系统将包括在反应器的传热部分之间传输传热流体所需的必要的管道装置，以便进行配合物的温度分级处理。
图5表示冷藏设备、冷冻设备或冷藏/冷冻组合装备，说明采用美国专利5,186,020和5,396,175中公开的反应器技术的实施方案，在此引入对该专利的描述作为参考。在图5所示实施方案中，设备包括两个反应器或反应器装置(吸附器)，各反应器或吸附器含有蒸汽压不同的配合物。上述反应器装置包括一个或一个以上独立的反应器，它们通常包括含有配合物的许多细长的反应器中心部分或管道。冷却冷藏/冷冻室50的第一反应器51含有较高压(低温)配合物，第二反应器52含有较低蒸汽压(较高温)配合物。第一反应器51安装在箱体60中，该箱体有许多装有止回阀(例如所示单向止回阀)的孔口53、54、55和56。两个反应器均设计成具有导热片，以增加热交换。第二反应器52装有加热装置，例如电阻加热器或相应的装置。极性致冷剂优选氨，它通过优选装有选择性可调阀57的管道49在反应器间传送。风扇58和59提供强制空气传热。风扇58可以改变方向，以交替将空气从致冷室50内部经过入口54引入箱体60，穿过较冷的解吸反应器51，然后经过入口53引入致冷室，以及将周围空气经过入口55引入箱体，供在吸附过程中冷却反应器51，然后将空气经过出口56排入大气。另一方面，可采用两个分开的风扇。如专利Nos.5,186,020和5,396,775所述，可采用其它相应的象热交换器之类的设备，利用空气或传热流体在致冷室50和致冷反应器51之间进行热交换。
当各配合物分别在反应器51中吸附和在反应器52中解吸时，系统如下运行：风扇59通电后冷却反应器52，使它接近室温。反应器52在冷却后，由于在两种配合物之间的平衡温差而开始吸附从解吸反应器51排出的致冷剂。第一反应器51在解吸时变冷。当反应器51比致冷室50的温度低时，风扇58通电，沿箭头所示方向推动空气，由此使空气从致冷室50穿过入口54流出，流过反应器51的热交换表面，然后返回致冷室。因此，当反应器51解吸时，致冷室或致冷舱中的空气被冷却。当反应器51充分解吸，反应器52吸附时，风扇59断电，反应器52的加热装置启动。同时，箱体60中的风扇58改变方向，由此使空气如虚线箭头所示穿过入口55，流过反应器51的热交换表面，然后从出口56流出。反应器52变热后开始解吸致冷剂，反应器51则吸附致冷剂。反应器51中的吸附热由如上所述流过该反应器的周围空气排出。当反应器51吸附时，反应器52解吸，风扇59再次通电，而风扇58断电。这时，反应循环返回上述初始状态。然后重复反应循环，从而冷却致冷室。恒温控制(未显示)可用于运行包括导热片、反应器52的加热器和阀57的组件。上述设备采用实例中的方法设计，也可采用如以上专利和申请中所述用于上述盐-盐冷藏设备和/或冷冻设备的其它设备的设计。虽然在图5的实施方案中只展示一对第一和第二反应器，但这类设备可包括两对或两对以上反应器，各对反应器在相反或转换的循环中运转。
在上述盐-盐实施方案中，重要的是在不同的第一和第二反应器组件中，不同配和物具有约20℃-约150℃的平衡温差，这是在相同或基本上相同的操作压力下(通常为约0.1-约35巴)两种有关配合物平衡温度之间的差。在放热的极性致冷剂吸附过程中，这种平衡温差将形成充分实用的，而且也在切实安全的排热范围内的温升。本实施方案中优选的致冷剂为氨。用于第一致冷反应器51中的优选的高压低温配合物为BaCl2、CaCl2和SrCl2氨配合物。用于第一反应器的优选配合物包括CaCl2·4-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)或它们的混合物、SrCl2·1-8(NH3)、BaCl2·0-8(NH3)、NaBr·0-5.25(NH3)或NaBF4·0.5-2.5(NH3)。第二反应器中的优选配合物包括LiCl·0-3(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)、CoCl2·2-6(NH3)、SrCl2·1-8(NH3)、NiCl2·2-6(NH3)、FeCl2·2-6(NH3)、FeBr2·2-6(NH3)、MnCl2·2-6(NH3)、MgCl2·2-6(NH3)、SnCl2·0-25(NH3)、NaBF4·0.5-2.5(NH3)、MnBr2·2-6(NH3)、MgBr2·2-6(NH3)、CuSO4·2-4(NH3)、CoBr2·2-6(NH3)、CaCl2·0-1(NH3)、CaCl2·1-2(NH3)、或它们的混合物。
图6表示包括单一反应器系统的本发明另一实施方案，该系统往往可称作溢流系统。冷藏设备和/或冷冻设备100采用的致冷组件包括反应器101、冷凝器106、储液罐102、以及传送致冷剂的各种管道和配备的阀门。蒸发器(未显示)与致冷设备的致冷室进行热交换，安装在背板或后挡板103后面。储液罐102在冷凝器106下面和反应器101上面。在解吸过程中，致冷剂蒸汽经过管道105流入冷凝器106，在其中冷凝，然后冷凝物聚集在储罐102中。反应器101装有加热器或加热装置，供加热其中的配合物，以便如上所述产生解吸反应。有效的反应器结构，例如，包括与吸附器的导热表面平行、且靠近装有盐的细管组件中心延伸的加热器。这种设备实施方案的特殊而重要的特征包括选择性操纵阀，它可控制液态(冷凝的)致冷剂流入反应器传热部分的流速，以便为进行吸附而冷却反应器。在吸附过程中，加热器关闭，阀107打开，从储罐102流出的液体充满反应器的热交换表面。液态致冷剂汽化，从而冷却反应器，汽化的致冷剂经过管道109流入冷凝器。在整个吸附阶段，致冷剂穿过冷凝器、储罐和反应器的热交换器连续循环，从而保持吸附器接近冷凝器的温度。虽然说明了单一反应器，但是也可采用多个反应器。
通常，从反应器中解吸极性气体(优选氨)时，随着阀107关闭以及反应器中的电阻加热器通电，系统开始运行。致冷剂从吸附剂上排出后流入冷凝器，同时，一个或一个以上止回阀73阻止致冷剂返流到蒸发器中。在解吸周期最后，加热器断电，阀107打开，液氨流入吸附器的热交换表面，并汽化，由此如上所述冷却反应器。随着反应器继续冷却，解吸的配合物的压力继续下降，直到反应器开始从蒸发器吸入致冷剂蒸汽。然后，当吸附基本上完成，反应器温度接近冷凝器的温度时，阀107再次关闭，反应器的加热器通电，下一个解吸循环开始。阀107可以是电磁阀，特别当采用煤气燃料时可以是热启动阀，也可以是循环运转所需的调节液体流速的任何其它可操纵阀。
在上述设备中，膨胀阀示于从冷凝器向蒸发器传送液态致冷剂的管道或管线中。但是，其它相应装置可代替该膨胀阀，这类装置的实例在图7和图8中说明。这两个设备均利用浮筒室中的浮筒调节装置来启动或操纵向蒸发器组件输送液态致冷剂的阀。在图7中，浮筒系统装置包括浮筒室120，其中浮筒112随着它在浮筒室中存在的液态致冷剂表面上的浮动而移动。上述浮筒包括与致冷剂不反应的任何适宜的轻型材料。当比重低至0.55的氨为致冷利时，适宜的浮筒材料的实例包括聚丙烯和尼龙。由传感器116极化的磁铁114固定或连接在浮筒112上，用于操纵电磁阀118。该电磁阀在液态致冷剂输送管道17和浮筒室120之间有一个小喷管119。电磁阀118可开合该小喷管。当浮筒室120中致冷剂液面下降时，随着浮筒移过传感器116，电磁阀被启动而打开，从而使液态致冷剂流入浮筒室。例如、浮筒室120也可用作液-气分离器，以防止液氨流入图2所述负压管线或管道29，该管道通向蒸发器和反应器之间管线中的止回阀。
图8说明用于蒸发器装置121中的另一类浮筒调节装置，该装置可称作“触须”阀和浮筒设备。在该装置中，细长金属丝或“金属须”124的一端连在管塞125上，该管塞利用弹簧127斜压或挤压在阀座122上。浮筒128置于浮筒室120内，使得在浮筒室的液面下降时，浮筒接触金属须124与阀座相对的一端。当浮筒室126中的致冷剂液面下降至足以使浮筒128靠在与阀座相对的金属须124的一端时，引起金属须124移动，造成柱塞125相对于阀座122漂移或摆动，从而使液态致冷剂从管道17流入浮筒室。浮筒也可用机械或物理的方法连接或固定在金属须上，从而可将金属须置于浮筒之上。也可利用对所述组件作其它结构改变来实现同样的目的和作用。采用图8所述浮筒调节装置的优点在于省去了水平传感器和电磁阀，因而可优选用于小型致冷/冷藏装备。除上述实例之外，实际上所有常规致冷剂膨胀装置均可使用，尽管象毛细管或喷管之类被动膨胀装置很难用于非常小的氨系统，对周期性吸附系统的应用更为困难。其它适用的阀门包括恒温膨胀阀、恒压膨胀阀和电子膨胀阀。对用于很小的致冷系统的脉宽调制(时断时续)电子膨胀阀，可采用在该阀的下游安装节流装置(喷管或毛细管)，同时控制阀与节流装置之间的体积。当阀打开时，上述体积内充满致冷剂，并慢慢向蒸发器渗流。从而将所需最小阀门脉中时间缩短。
本文公开的各种冷藏和/或冷冻装备的实施方案可随意按比例放大或缩小。例如，消费者休闲装备，象小型、轻便或专用的冷冻设备、水或蔬菜的致冷设备、制冰机、制冰茶机、冷藏设备或冷藏/冷冻组合设备、以及可安置在游览车、船、汽车或卡车中的上述装备，还有小酒吧的冷藏设备、冷冻设备或组合设备，上述装备体积最大达约200升或7立方英尺。包括速冻冰箱、标准冷藏/冷冻设备等的厨房装备为5立方英尺-35立方英尺，即约100-约1000升。体积较大的工业装备通常为30立方英尺或更大。例如，零售柜台和人进得去的冷冻设备及冷藏设备的致冷室通常为约1000-约30,000升。上述任何装置和装备均可移动，以便在日常工作中及清除其中容纳的物品或部分物品时将它们搬运或运送到几个分散地点。对上述装备，可设置采用运载装置或其它蓄电池电源的DC(直流)电来运行附图所示各种实施方案中说明的设备。此外，自动或可用开关调节的变换器装置也能符合要求，因而也可以用AC(交流)电运行上述设备。另外，本文公开的任何致冷装备中的反应器均可由传热流体和蒸汽等加热，或者利用任何实用或方便的能源燃烧室的热气加热。附图所示以及本文所描述的装备可用来出售或分发低温或冷冻的制品，包括冰、冰淇淋、冰糕和冰冻酸奶等。为以上应用，装备的箱体外面可设置为上述制品作广告的展盘、标记和照明装置等，以及适宜的出售或分发的装置或组件。用于任何上述设备实施方案中的蒸发器也可以设计成接触致冷/冷冻，用来代替如附图所示主要设计成对流致冷的典型蒸发器。因此，蒸发器可加工成基本上与装有需速冻的制品或货品的容器接触，或加工成和进行上述与需致冷的制品或货品直接接触的适宜形状一致。上述接触也可通过采用某些柔韧或可成形的金属或塑料的蒸发器盘管而增强，这些蒸发器盘管可成形加工或模制，从而实现增加与货品、制品或容器的接触。另一方面，上述装备可设计成具有在致冷室外面，与致冷室内部进行热交换接触的蒸发器。也可采用本领域熟练人员了解的其它具体的装备结构和特征。上述设备也可以是伴随有微波炉特征的组合装备的一个可用于速冷和/或速冻的组件。这种实施方案在美国专利No.5,161,389中进行描述。在此引入作为参考。在本发明范围内，上述在设备的结构、规模、运行组件及特征等方面的变更将为本领域技术人员所了解。

Claims (94)

1.一种致冷设备，包括：
(a)含有致冷室的柜、箱或容器；
(b)一个或一个以上反应器，各含有由极性气体在金属盐上吸附所形成的配合物，在上述反应器中，极性气体在配合物上交替吸附和解吸，金属盐包括碱金属、碱土金属、过渡金属、锌、镉、锡或铝的卤化物、硝酸盐、亚硝酸盐、草酸盐、高氯酸盐、硫酸盐或亚硫酸盐或氟硼酸钠或双金属氯化物或溴化物，其中在金属盐上吸附极性气体时，通过限制配合物的体积膨胀并控制配合物的密度而形成配合物，籍此，与未限制配合物体积膨胀且未控制配合物密度所形成的配合物相比，上述配合物可提高反应速度，反应速度表示为在小于60分钟的吸附或解吸时间内，每摩尔配合物每小时分别吸附和/或解吸极性气体的摩尔数；
(c)冷凝极性气体的冷凝器装置，与致冷室进行热接触，向致冷室提供致冷的蒸发器装置，以及将极性气体从一个或一个以上反应器引入冷凝器装置和从蒸发器装置引入一个或一个以上反应器的管道，和
(d)与一个或一个以上反应器连接的加热器装置，用于加热其中的配合物。
2.权利要求1的设备，其中一个或一个以上反应器包含一个或一个以上反应室，其最大平均质量扩散路径长度小于约15mm。
3.权利要求2的致冷设备，其中一个或一个以上反应室的最大热扩散路径长度为约0.6-约3mm，最大平均质量扩散路径长度为约2.5-约7mm，其中盐或配合物的密度为约0.2-约0.9克/毫升反应室体积。
4.权利要求2的设备，包括许多沿着反应器伸展，与金属盐进行热交换的导热片，其中导热片之间的距离为2.8mm或更小。
5.权利要求2的设备，其中一个或一个以上反应室的最大热扩散路径长度小于约4.5mm。
6.权利要求2的设备，其中在反应器中的配合物或金属盐的密度为约0.2-约1.0克/毫升反应室体积。
7.权利要求2的设备，包括将极性气体引入和导出一个或一个以上反应室中的金属盐或配合物的气体分散装置，其中在25mm或更小的气体分散装置中有至少60％(重量)的金属盐或配合物。
8.权利要求2的设备，包括一个或一个以上与金属盐及配合物进行热接触的含透气材料的热交换表面。
9.权利要求2的设备，包括一个或一个以上伸入反应室的透气表面，该透气表面的至少一部分与金属盐及配合物接触。
10.权利要求2的设备，其中金属盐和配合物分别与附加的透气组合物组成混合物，该附加透气组合物的微孔表面可使极性气体在所述混合物中分散。
11.一种权利要求1的致冷设备，其中一个或一个以上反应器包括一个或一个以上反应室，其最大热扩散路径长度小于1.5mm。
12.权利要求11的设备，包括将极性气体引入和导出反应室中的金属盐或配合物的气体分散装置，其中在25mm或更小的气体分散装置中有至少60％(重量)的金属盐或配合物。
13.权利要求11的设备，其中一个或一个以上反应室的最大平均质量扩散路径长度小于约15mm。
14.权利要求11的设备，包括一个或一个以上与金属盐及配合物进行热接触的含透气材料的热交换表面。
15.权利要求11的设备，包括一个或一个以上伸入反应室的透气表面，该透气表面的至少一部分与金属盐及配合物接触。
16.权利要求11的设备，其中金属盐和配合物分别与附加的透气组合物组成混合物，该附加透气组合物的微孔表面可使极性气体在所述混合物中分散。
17.权利要求1的设备，其中一个或一个以上反应器包括一个或一个以上反应室，其中在25mm或更小的气体分散装置中有至少60％(重量)的金属盐或配合物。
18.权利要求17的设备，其中一个或一个以上反应室的最大热扩散路径长度小于1.5mm。
19.权利要求17的设备，包括一个或一个以上与金属盐及配合物进行热接触的含透气材料的热交换表面。
20.权利要求17的设备，包括一个或一个以上伸入反应室的透气表面，该透气表面的至少一部分与金属盐及配合物接触。
21.权利要求1的设备，其中加热装置包括电阻加热装置。
22.权利要求1的设备，其中加热方式包括用燃烧室的热气加热配合物。
23.权利要求1的设备，其中加热方式包括用传热流体加热配合物。
24.权利要求1的设备，其中加热装置包括加热配合物的一条或一条以上导热管。
25.权利要求1的设备，其中设备包括至少一个体积最大达1000升的致冷室。
26.权利要求1的设备，其中设备包括至少一个体积为约1000-约30,000升的致冷室和/或冷冻室。
27.权利要求1的设备，其中设备包括一个冷冻室。
28.权利要求21的设备，包括轻便的致冷设备和/或冷冻设备。
29.权利要求28的设备，包括一个将AC(交流电)转变为DC(直流电)的变换器，用于加热电阻加热装置。
30.权利要求1的设备，包括分发或出售致冷室中冷却制品的装置。
31.权利要求1的设备，其中致冷室包括分开的冷藏室和冷冻室，其中蒸发器装置可将冷冻室冷却至约-10℃以下，其中所述设备包括热交换装置，用于导出蒸发器装置的冷，将冷藏室冷却至约10℃以下。
32.权利要求31的设备，其中冷凝器装置包括自然对流冷凝器，它可冷凝室温以上约10℃-45℃的极性气体。
33.权利要求1的设备，其中致冷室包括一个冷藏室，其中蒸发器装置可将该冷藏室冷却至约10℃以下。
34.权利要求33的设备，其中在一个或一个以上反应室中的配合物可使蒸发器的温度达到约-35℃-约-8℃。
35.权利要求33的设备，其中在一个或一个以上反应器中的配合物可在至少约45℃下的吸附过程中在配合物温度和蒸发器温度之间形成温差。
36.权利要求35的设备，其中配合物包括CaCl2·2-4(NH3)、CaCl2·4-8(NH3)或它们的混合物、SrCl2·1-8(NH3)或SrBr2·2-8(NH3)。
37.权利要求1的设备，其中致冷室包括一个冷冻室，其中蒸发器装置可将该冷冻室冷却至约-10℃以下。
38.权利要求37的设备，其中在一个或一个以上反应器中的配合物可使蒸发器的温度达到约-25℃-约-45℃。
39.权利要求37的设备，其中在一个或一个以上反应器中的配合物可在至少约60℃下的吸附过程中在配合物温度和蒸发器温度之间形成温差。
40.权利要求39的设备，其中配合物包括CaCl2·x(NH3)配合物、SrCl2·1-8(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、CaI2·2-6(NH3)、FeCl2·2-6(NH3)、FeBr2·2-6(NH3)、FeI2·2-6(NH3)、CoCl2·2-6(NH3)、CoBr2·2-6(NH3)、MgCl2·2-6(NH3)、MgBr2·2-6(NH3)、MnCl2·2-6(NH3)、MnBr2·2-6(NH3)、或它们的混合物。
41.权利要求1的致冷设备，包括两个或两个以上各含不同配合物的反应器，还包括将传热流体输入和输出反应器的装置，以及将传热流体从放热的吸附反应导入反应器，以进行吸热的解吸反应的装置。
42.权利要求41的致冷设备，包括三个或三个以上反应器，所述配合物具有气体反应物蒸汽压从低到高的顺序，其中较低蒸汽压配合物在吸附压力下的吸附温度比连接的下一个较高蒸汽压配合物在解吸压力下的解吸温度至少高8℃。
43.权利要求41的致冷设备，其中高蒸汽压配合物选自CaCl2·4-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)以及它们的混合物、SrCl2·1-8(NH3)、BaCl2·0-8(NH3)、LiCl·0-3(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、CuSO4·2-4(NH3)、NaBF4·0.5-25(NH3)、NaBr·0-5.25(NH3)、以及它们的混合物。
44.权利要求41的致冷设备，其中较低蒸汽压配合物选自SrCl2·1-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)、LiCl·0-3(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、FeCl2·2-6(NH3)、CoCl2·2-6(NH3)、FeBr2·2-6(NH3)、NiCl2·2-6(NH3)、CoBr2·2-6(NH3)、MgCl2·2-6(NH3)、MgBr2·2-6(NH3)、MnCl2·2-6(NH3)、MnBr2·2-6(NH3)、SnCl2·0-2.5(NH3)、CuSO4·2-4(NH3)、CaCl2·0-1(NH3)、CaCl2·1-2(NH3)、以及它们的混合物。
45.权利要求1的设备，包括多个反应器，所述蒸发器装置包括向第一致冷室提供致冷的第一蒸发器和向第二致冷室提供致冷的第二蒸发器。
46.权利要求45的设备，包括一个或一个以上第一反应器和一个或一个以上第二反应器，一个或一个以上第一反应器所含配合物的蒸汽压比一个或一个以上第二反应器中配合物的蒸汽压低。
47.权利要求46的设备，其中第一蒸发器与一个或一个以上第一反应器有效连接，第二蒸发器与一个或一个以上第二反应器有效连接。
48.权利要求47的设备，包括在第一和第二反应器之间传送传热流体的传热组件，用于从第一反应器中导出吸附热，供在第二反应器中产生解吸反应。
49.权利要求41的致冷设备，包括一个或一个以上第一反应器和一个或一个以上第二反应器，所述反应器包括引导传热流体与反应器中的配合物进行热交换接触的反应器热交换组件，
与上述反应器热交换组件连通的排热管道回路，用于在反应器中进行吸附时从一个或一个以上第一反应器和第二反应器中排热，所述回路包括将汽化的传热流体从吸附反应器导入冷凝器装置的第一部分，和将冷凝的传热流体从冷凝器装置导入吸附反应器的第二部分，
排热管道回路中的传热流体，它可在吸附反应器中在吸附温度或吸附温度以下进行从液体到气体的相转变，和
与排热管道回路第二部分连接的蒸汽控制的流体排出装置，用于将液态传热流体从该部分排入反应器的热交换装置。
50.权利要求49的设备，其中传热流体为与上述极性气体相同的组合物。
51.权利要求49的设备，其中流体排出装置包括一台泵。
52.一种权利要求1的致冷设备，包括一个或一个以上第一反应器和一个或一个以上第二反应器，所述反应器包括使传热流体与反应器中的配合物进行热交换接触的反应器热交换装置，所述设备包括与反应器的热交换装置连通的排热管道回路，用于在反应器中进行吸附时从一个或一个以上第一反应器和第二反应器排热，所述回路包括将汽化的传热流体从吸附反应器导入冷凝器装置的第一部分，和将冷凝的传热流体从冷凝器装置导入吸附反应器的第二部分，
排热管道回路中的传热流体，它可在吸附反应器中在吸附温度或吸附温度以下进行从液体到气体的相转变，和
与排热管道回路第二部分连接的蒸气控制的流体排出装置，用于将液态传热流体从该部分排入反应器的热交换装置。
53.权利要求52的设备，其中传热流体为与上述极性气体相同的组合物。
54.权利要求52的设备，其中流体排出装置包括一台泵。
55.权利要求54的设备，其中所述泵包括气体操纵泵，它带有含液态传热流体的普通竖管，该竖管与反应器的热交换装置以及传送汽化的传热流体或解吸的极性气体的第二种管道连通，以便沿竖管驱动液态传热流体。
56.权利要求52的设备，其中流体排出装置包括存储液态传热流体的储罐以及一台或一台以上从储罐向反应器抽送液态致冷剂的喷射泵。
57.权利要求52的设备，其中流体排出装置包括与排热管道回路的第二部分连接的加热器，用于加热其中的液态传热流体或冷凝的极性气体，以便将液态传热流体或冷凝的极性气体传送到反应器的热交换装置中，冷却吸附反应器。
58.权利要求57的设备，包括阻止加热的液态传热流体或冷凝的极性气体沿排热管道回路的第二部分回流的第一个单向阀。
59.权利要求52的设备，包括将解吸的极性气体从固体吸附剂导入反应器的热交换装置的通道装置。
60.权利要求59的设备，包括与上述通道装置及排热管道回路的第一部分连接的选择性操纵阀，用于在反应器解吸过程中选择性地将解吸的极性气体导入反应器的热交换装置，以及在反应器吸附过程中选择性地将极性气体从反应器导入冷凝器。
61.权利要求59的设备，包括与排热管道回路的第一部分及上述通道装置连接的，对解吸的极性气体的压力敏感的压力操纵阀，该阀在反应器解吸过程中关闭，从而在反应器解吸过程中将解吸的极性气体导入反应器的热交换装置，该阀在反应器吸附过程中打开，从而将极性气体从反应器导入冷凝器。
62.权利要求58的设备，包括从反应器导出解吸的极性气体的第三种管道，其中冷凝器装置包括第一和第二冷凝器，第一冷凝器与排热管道回路连通，用于冷凝传热流体，第二冷凝器与第三种管道连通，用于冷凝解吸的极性气体。
63.权利要求62的设备，包括与排热管道回路连接的选择性操纵阀装置，用于在反应器吸附过程中选择性地将汽化的传热流体从反应器导入第一冷凝器，以及在反应器解吸过程中将传热流体从反应器的热交换装置导入流体排出装置。
64.权利要求63的设备，其中流体排出装置包括储罐，该储罐通过第二种管道与反应器连通，从其中接收解吸的极性气体，该储罐也与第二冷凝器连通，从其中接收冷凝的极性气体。
65.权利要求64的设备，其中储罐包括与之相连的加热致冷剂的加热器，以便将冷凝的致冷剂液体从储罐排入反应器的热交换装置。
66.权利要求52的设备，其中第一反应器所含配合物与第二反应器中的配合物不同。
67.权利要求52的设备，包括三个或三个以上的多个反应器，各反应器含有不同的配合物，所述配合物具有气体反应物蒸汽压从低到高的顺序，其中较低蒸汽压化合物在低反应压力下的吸附温度比连接的下一个较高蒸汽压化合物在高反应压力下的解吸温度高，所述设备还包括在反应器之间传送传热流体的装置，用于从最高温反应器向下一个较低温反应器输送吸附热。
68.权利要求52的设备，其中极性气体为氨，所述金属盐包括SrCl2、SrBr2、CaCl2、CaBr2、CaI2、CoCl2、CoBr2、BaCl2、BaBr2、MgCl2、MgBr2、FeCl2、FeBr2、FeI2、NiCl2、ZnCl2、SnCl2、MnCl2、MnBr2、CrCl2、或它们的混合物。
69.权利要求68的设备，其中传热流体为氨。
70.权利要求1的设备，包括从冷凝器装置接收冷凝的极性气体的储罐，和将冷凝的极性气体从冷凝器装置导入储罐、以及将液态极性气体从储罐导入蒸发器装置的管道
71.权利要求70的设备，包括单一反应器，其中冷凝器装置包括一台冷凝器，其中储液罐位于反应器之上和冷凝器之下，由此，冷凝的极性气体借重力从冷凝器流入储罐。
72.权利要求71的设备，其中反应器包括与反应器中的配合物进行热交换接触的反应器的热交换器，所述设备包括在反应器的热交换器和储罐之间延伸的管道，以及打开和关闭上述管道的选择性操纵阀，该操纵阀用于调节从储罐流入反应器热交换器的冷凝的极性气体的流速，以便为进行吸附而冷却反应器。
73.权利要求1的设备，包括与管道及蒸发器装置连接的浮筒调节装置，用于向蒸发器装置输送冷凝的极性气体。
74.权利要求73的设备，其中浮筒调节装置包括内含浮筒的浮筒室和由浮筒的移动操纵的阀，该阀根据浮筒室中浮筒的位置向蒸发器装置导入冷凝的极性气体。
75.权利要求1的设备，其中冷凝器装置包括一台或一台以上冷凝器，蒸发器装置包括一台或一台以上蒸发器，
76.权利要求1的设备，其中冷凝器装置和蒸发器装置包括交替用作冷凝器和蒸发器的热交换器。
77.权利要求76的设备，包括从热交换器接收冷凝的极性气体的储罐，以及在储罐和热交换器之间传送冷凝的极性气体的管道。
78.权利要求1的设备，其中极性气体为氨，其中在30分钟或更短的反应时间内每毫升配合物每分钟可吸附和/或解吸至少0.02克氨。
79.权利要求1的设备，其中极性气体为氨，其中在30分钟或更短的反应时间内每毫升总反应室体积每分钟可吸附和/或解吸至少0.01克氨。
80.一种运行权利要求1的致冷设备的方法，其中极性气体为氨，该方法包括在小于约30分钟循环周期的吸附和解吸反应中，迅速而交替地在配合物上分别吸附和解吸氨。
81.权利要求80的方法，其中反应速度为每毫升总反应室体积每分钟吸附和/或解吸至少0.01克氨。
82.权利要求80的方法，其中反应速度为每毫升配合物每分钟吸附和/或解吸至少0.02克氨。
83.权利要求80的方法，其中反应速度由下式确定
ΔN＝ΔN最大值(1-e-k1)
式中：
ΔN＝反应程度(摩尔/摩尔)
ΔN最大值＝最大反应程度(摩尔/摩尔)
t＝时间(秒)
k＝反应动力学值(秒-1)其中反应进行至反应程度最高达4.5摩尔/摩尔，其中最小k值为0.0004。
84.权利要求80的方法，其中反应速度由下式确定
ΔN＝ΔN最大值(1-e-k1)
式中：
ΔN＝反应程度(摩尔/摩尔)
ΔN最大值＝最大反应程度(摩尔/摩尔)
t＝时间(秒)
k＝反应动力学值(秒-1)其中反应进行至反应程度为4.5-6摩尔/摩尔，其中最小k值为0.0003。
85.权利要求80的方法，其中反应速度由下式确定
ΔN＝ΔN最大值(1-e-k1)
式中：
ΔN＝反应程度(摩尔/摩尔)
ΔN最大值＝最大反应程度(摩尔/摩尔)
t＝时间(秒)
k＝反应动力学值(秒-1)其中反应进行至反应程度为6摩尔/摩尔以上，其中最小k值为0.0002。
86.一种运行权利要求1中包括两个反应器的致冷设备的方法，该方法包括迅速而交替地在配合物上吸附和解吸极性气体，其中解吸循环比吸附循环进行得快至少10％。
87.一种权利要求1的致冷设备，包括一个或一个以上第一反应器和一个或一个以上第二反应器，各第一反应器含有第一种蒸汽压较高的配合物，各第二反应器含有蒸汽压比第一种配合物低的第二种配合物，其中第一种配合物相对于蒸发器温度的平衡温度为至少40℃；
分别冷凝和蒸发极性气体的冷凝器和蒸发器以及与之连接的管道和阀门装置，这些管道和阀门装置用于将极性气体从一个或一个以上反应器导入冷凝器，从冷凝器导入蒸发器，以及从蒸发器导入一个或一个以上反应器，蒸发器与致冷室进行热交换。
分别与第一和第二反应器中的第一种和第二种配合物进行热交换的传热装置，以及在反应器之间传送传热流体的传热流体管道，由此将热从一个或一个以上第二反应器中的放热的吸附反应导入一个或一个以上第一反应器，以在其中进行吸热的解吸反应。
88.一种权利要求87的致冷设备，其中第一种配合物可在吸附过程中在配合物温度和蒸发器温度之间形成至少为40℃的平衡温差。
89.权利要求87的致冷设备，其中第一种配合物选自CaCl2·4-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)以及它们的混合物、SrCl2·1-8(NH3)、BaCl2·0-8(NH3)、LiCl·0-3(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、CuSO4·2-4(NH3)、NaBF4·0.5-2.5(NH3)、NaBr·0-5.25(NH3)、以及它们的混合物。
90.权利要求87的致冷设备，其中第二种配合物在吸附压力下可形成比第一种配合物在解吸压力下的平衡温度至少高8℃的平衡温度。
91.权利要求90的致冷设备，其中第二种配合物选自SrCl2·1-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)、LiCl·0-3(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、CaBr2·2-6(NH3)、FeCl2·2-6(NH3)、CoCl2·2-6(NH3)、FeBr2·2-6(NH3)、NiCl2·2-6(NH3)、CoBr2·2-6(NH3)、MgCl2·2-6(NH3)、MgBr2·2-6(NH3)、MnCl2·2-6(NH3)、MnBr2·2-6(NH3)、SnCl2·0-2.5(NH3)、CuSO4·2-4(NH3)、CaCl2·0-1(NH3)、CaCl2·1-2(NH3)、以及它们的混合物。
92.一种致冷设备，包括：
(a)含有致冷室的柜、箱或容器；
(b)一个或一个以上第一反应器和一个或一个以上第二反应器，各第一反应器含有第一种配合物，各第二反应器含有与第一种配合物不同的第二种配合物，第一种和第二种配合物由极性气体在金属盐上吸附而形成，在一个或一个以上反应器中，极性气体在金属盐上交替吸附和解吸，金属盐包括碱金属、碱土金属、过渡金属、锌、镉、锡或铝的卤化物、硝酸盐、亚硝酸盐、草酸盐、高氯酸盐、硫酸盐或亚硫酸盐、氟硼酸钠或双金属氯化物，其中在金属盐上吸附极性气体时，通过限制配合物的体积膨胀形成配合物，由此，与未限制配合物体积膨胀所形成的配合物相比，上述配合物可提高反应速度，反应速度表示为在小于60分钟的吸附或解吸时间内，每摩尔配合物每小时分别吸附和/或解吸极性气体的摩尔数，其中在相同的操作压力下，第一种配合物的平衡温度与第二种配合物的平衡温度相差约20℃-约150℃，其中一个或一个以上第一反应器与致冷室有热接触，以从而在致冷室中提供致冷，其中一个或一个以上第二反应器基本上与致冷室无热接触；和
(c)与一个或一个以上第二反应器连接的加热装置，供选择性加热第二种配合物，以在该反应器中产生解吸反应。
93.权利要求92的致冷设备，其中第一种配合物选自CaCl2·4-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)以及它们的混合物、SrCl2·1-8(NH3)、BaCl2·0-8(NH3)、NaBF4·0.5-2.5(NH3)、NaBr·0-5.25(NH3)、以及它们的混合物。
94.权利要求92的致冷设备，其中第二种配合物选自SrCl2·1-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)、LiCl·0-3(NH3)、SrBr2·2-8(NH3)、-CaBr2·2-6(NH3)、FeCl2·2-6(NH3)、CoCl2·2-6(NH3)、FeBr2·2-6(NH3)、NiCl2·2-6(NH3)、CoBr2·2-6(NH3)、MgCl2·2-6(NH3)、MgBr2·2-6(NH3)、MnCl2·2-6(NH3)、MnBr2·2-6(NH3)、SnCl2·0-2.5(NH3)、CuSO4·2-4(NH3)、NaBF4·0.5-2.5(NH3)、CaCl2·0-1(NH3)、CaCl2·1-2(NH3)、以及它们的混合物。
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