CN1605816A

CN1605816A - 一种改进的固体吸附床

Info

Publication number: CN1605816A
Application number: CN 200310111220
Authority: CN
Inventors: 欧阳永定
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-04-13

Abstract

本发明公开了一种吸附式制冷或制热系统的固体吸附床，包括其外壳，设置于外壳中的传热板，紧贴于传热板的吸附剂，与传热板相连的冷、热源通道，经过吸附剂并在外壳上具有进、出口的传质通道，所述吸附剂是含碳纳米管的吸附剂材料，采用这种吸附剂的固体吸附床传热传质性能显著提高，由于可取消其中的金属肋片和添加在吸附剂中的金属颗粒，甚至取消或减少其中设置的热媒流体通道，使吸附床结构简化，因而也降低了吸附床的热容比。

Description

一种改进的固体吸附床

技术领域

本发明涉及一种吸附式制冷制热系统的部件，特别是指一种使用固体吸附剂的吸附床。

背景技术

固体吸附床是吸附式制冷制热系统中，利用固体吸附剂对吸附质(制冷剂)的吸附、解吸过程中的热效应实现制冷制热的核心部件。固体吸附床的形式有多种，但它的基本组成和构造是，具有一个外壳，设置于外壳中的传热板(片)，紧贴于传热板(片)的固体吸附剂，与传热板(片)相连的冷、热源通道，通过吸附剂并在外壳上具有进、出口的传质通道；所述的固体吸附剂通常为沸石、沸石和聚苯胺、沸石和Al(OH)3、沸石和石墨、硅胶、硅胶和石墨、硅胶和氯化物、活性炭、活性炭纤维、金属氢化物(如含有Ni、La、Al和H等元素的多孔金属粉末)、氯化物(如氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镍)、金属氧化物(如活性氧化铝)等。固体吸附剂通过传热板(片)与热源和冷源的热交换，使传质通道中的制冷剂形成吸附和解吸效应，通过传质通道进口从吸附床外吸附气态制冷剂，或通过传质通道出口将解吸出的制冷剂送出吸附床，从而使制冷剂在制冷制热系统中循环。

为了提高吸附式制冷制热系统的工作效率，固体吸附床应具有优良的传热传质性能。为了提高固体吸附床的传热传质性能，围绕吸附床的改进一直都在进行。比较简单的办法是，在吸附剂中添加某些金属颗粒，如铜粉、镍沫等；在床中嵌入金属肋片。随着研究的深入，陆续出现了多种复杂结构的热交换器作为吸附器，如螺旋板式热交换器、板翅式热交换器和翅片管式热交换器等。其目的都是通过增大传热面积和大量设置热媒流体通道强化吸附床内的传热。然而，这些方法却使吸附床的热容比增加，造成系统热量的基础代谢增加，从而使耗能增加。目前，还有一种通过提高吸附剂的堆积密度来提高吸附剂的导热率的方法，却又造成了因吸附剂中的传质通道减少而使传质性能降低的弊端。中国专利02240008.7采取在吸附床内增加纵向肋片和增设传质通道来提高吸附床的传热传质能力，但增加纵向肋片以扩大传热面积照样也引起吸附床热容比增加，而增设传质通道后，又使吸附床的内部空间扩大，而使热传导性能变低。实际上，长期以来，围绕吸附床的改进走不出这样一个怪圈，这就是，要强化吸附床的传热，必然要加入一些必要的导热片和金属颗粒或增加必要的流体传热通道，这样也就必然地导致了吸附床热容比的增加；要强化吸附床的传热，就必须提高吸附剂的堆积密度以提高其导热率，而这样却影响了吸附床的传质；要提高吸附床的传质，就要增加吸附床内的传质通道，这样又使吸附床的体积增大，使吸附床的导热下降。传热、传质和热容比三者之间形成一种相互矛盾、相互制约的状况。正是因为这样，使吸附床传热传质性能的提高一直未得到突破性的解决。受这一因素的牵制，与压缩式及吸收式制冷技术相比，吸附式制冷还不太成熟。

参考文献：1、中国专利02240008.7。

发明内容

本发明的目的，是使固体吸附床能具有突出良好的传热传质性能但又能降低其热容比。

上述目的的实现方案是：用碳纳米管材料作吸附剂：或者是将碳纳米管与其它吸附剂材料复合，以这样的复合物作为吸附剂；或者是将碳纳米管与其它吸附剂材料混合，以这样的混合物作为吸附剂，替换现行固体吸附床中所使用的吸附剂材料。

作为吸附剂的碳纳米管，包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。吸附床的导热性能与碳纳米管的用量呈现正向相关性。当以纯质碳纳米管用作吸附剂时，其用量可比照常规技术确定。可以肯定，碳纳米管用量越大，吸附床内的构造就越简化、体积就越小。除以纯质碳纳米管用作吸附剂外，还可任选一种本技术领域内普通技术人员熟知的复合方法，如嵌入、加压固化或粘结等，将碳纳米管与一种或多种上述本领域常用的吸附剂如活性碳、活性碳纤维、天然沸石、沸石分子筛、硅胶、金属氧化物(如活性氧化铝)、金属氢化物(如含有Ni、La、Al和H等元素的多孔金属粉末)、氯化物(如氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镍)等制成复合吸附剂，也可将碳纳米管与一种或多种上述本领域常用的吸附剂如活性碳、活性碳纤维、天然沸石、沸石分子筛、硅胶、金属氧化物(如活性氧化铝)、金属氢化物(如含有Ni、La、Al和H等元素的多孔金属粉末)、氯化物(如氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镍)等混合在一起作为混合物吸附剂使用。最好是利用碳纳米管纤维等使其接触形成连续相，降低接触热阻，提高吸附床传质传热性能。

本发明所采用的碳纳米管，比表面积大，吸附容量大，气体在碳纳米管中的扩散速度快，其纤维又可编制成各种织物，减小对气体的流动阻力，因而传质能力很强。碳纳米管的导热系数室温下可达到6000W/(m·K)，热传导性能远远优于其它材料，例如，在金属材料中，银的导热系数最高也只有411W/(m·K)，纯铜为398W/(m·K)，纯铝为237W/(m·K)，它们仅为碳纳米管的百分之几；常用固体吸附剂导热性能更低，如活性炭的导热系数为0.165W/(m·K)，沸石颗粒为0.09W/(m·K)、沸石粉与聚苯胺复合吸附剂为0.24W/(m·K)、意大利Restuccia等研制了紧贴于金属肋片的沸石与Al(OH)3的复合吸附剂薄层为0.43W/(m·K)、沸石颗粒与石墨复合吸附剂(Szarynski，1998)为5W/(m·K)、硅胶+石墨复合吸附剂(Euu，2000)为10～16W/(m·K)、硅胶颗粒床为0.14～0.26W/(m·K)，它们仅为碳纳米管的十万分之几～千分之几。

采用碳纳米管的固体吸附床不必再为提高其传质能力而在其内增设过多传质通道，因而可减小吸附床体积，促进传热加快；利用碳纳米管突出优良的热传导性，吸附床可避免现有技术中通过提高吸附剂材料堆积密度来提高其传热率而使其传质性能降低的情况；具有碳纳米管的吸附床也不必为提高其传热性而在床中增加金属肋片或在吸附剂中添加某些金属颗粒以及大量设置换热器的热媒流体通道，因而不但大大简化了结构，减少了金属用材，也因此降低了吸附床的热容比，使吸附床的显热损失和滞留热媒流体的热损失大为减少，因而也降低了能耗。所以，把碳纳米管用于吸附式制冷制热系统，可使对固体吸附床的改进走出现有技术中存在的传热、传质、热容比三者相互矛盾、相互制约的怪圈，使固体吸附床提高瞬时传热传质性能，加快升、降温速度，增加吸附/解吸量，缩短循环周期，耗能及吸附剂质量也可相对减少。这些因素，都直接地促进了吸附式制冷制热系统工作效率和综合性能的提高。

Claims

1、一种改进的固体吸附床，具有一外壳，设置于外壳中的传热板，紧贴于传热板的固体吸附剂，与传热板相连的冷、热源通道，经过吸附剂并在外壳上具有进、出口的传质通道，其特征在于：所述吸附剂是碳纳米管材料；或者是碳纳米管与其它吸附剂材料的复合物；或者是碳纳米管与其它吸附剂材料的混合物。

2、根据权利要求1的固体吸附床，其特征在于：所述与碳纳米管的复合物是，碳纳米管与活性炭，或者是与沸石，或者是与硅胶，或者是与金属氢化物，或者是与金属氧化物，或者是与氯化物等的复合物。

3、根据权利要求1的固体吸附床，其特征在于：所述与碳纳米管的混合物是，碳纳米管与活性炭，或者是与沸石，或者是与硅胶，或者是与金属氢化物，或者是与金属氧化物，或者是与氯化物等的混合物。