CN1961184B - 用于传热的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于传热的方法、装置和系统，其使用第一气体吸附材料，和与第一材料相对热绝缘但连续气体连通的第二气体吸附材料。在第一步骤中，第一材料被加热以脱附被吸附到第一材料上的气体，由此气体传给并被吸附到第二材料上。在第二步骤中，第一材料在某种意义上被冷却，所以气体从第二材料中脱附，并从此处传递以被再吸附到第一材料上。当气体从第二材料被脱附时，第二材料由此被冷却。以这种方式，热气流可以被用于冷却另一种气流。

Description

用于传热的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及一种用于传热的方法、装置和系统，本发明特别用作一种脱附冷却器，其使用一种流体(气体或液体)的热冷却另一种流体，并且不仅限于本文中的描述。此外，本发明能够相反地应用于增强热的流体的冷却。总之，本发明能够在众多工业和相关行业的很宽范围内应用。

背景技术

许多工业向大气排放温热的处理气和废气，因此浪费了热能。这也导致大气变暖。温液体，例如废水，也被释放到环境中。人们渴望在工业或其他领域，能够收集和利用一部分废热能量。

US5522228公开了一种通过二氧化碳的吸附和脱附作用产生冷的装置。该装置包括两个容器10、11，用于分别装填活性炭和沸石，并通过设有阀13的导管12连接。热交换器14设置在容器10周围，加热器15设置在容器11周围。

运行时，容器10被冷却到-50℃，容器11中的沸石是190℃。阀13打开使二氧化碳从活性炭中被脱附出来，同时以某种方式加热容器10至0℃。然而，由于脱附作用会从活性炭中提取热，所以最大可能就是用一热流体通过热交换器14来加热容器10至0℃。脱附出的二氧化碳传给容器11并且被沸石吸收，该沸石冷却至45℃。此外，由于吸附作用会加热沸石，所以可采用某种形式的冷却来冷却容器11至45℃。

然后阀关闭，容器10从0℃被加热至30℃(环境温度)。同时容器11被加热器15从45℃加热至70℃。

然后阀打开，容器11被加热器15从70℃加热至200℃，这使得二氧化碳从沸石中脱附并使其传给并吸附在容器10中的活性炭上。因为吸附作用会加热活性炭，所以大概通过在热交换器14内循环一冷却流体使得活性炭从30℃冷却至-40℃(即由于吸附热的释放，自身热力地冷却至-40℃是不可能的)。

然后停止加热容器11，并使其从200℃冷却至190℃。由于阀打开，容器10、11内都出现压力下降，并且活性炭的温度从-40℃降至-50℃以完成循环。该冷量可通过流体经过换热器14来进行利用。

US5522228中装置的阀13是必需的，因为沸石再生时需要保持容器10中二氧化碳的压力。如果阀没有关闭，容器10预冷时，二氧化碳很容易从碳中释放出来，并传给沸石，那样，在冷却阶段几乎观察不到冷却。

与US5522228的教导相比，本发明提供了一种方法、装置和系统，其不需要两个容器间的阀复杂的周期的关闭/打开，也不需要起始温度接近-50℃。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种使用第一和第二气体吸附材料来传递热的方法。与US5522228不同的是，本发明的方法中，第二材料与第一材料相对地热绝缘，但与第一材料连续的气体连通，藉此，在运行时，气体压力变化在第一和第二材料之间被立即转化，。该方法包括以下步骤：

(i)加热第一材料以使得被吸附到第一材料上的气体脱附，由此气体被传给并被吸附到第二材料上；以及

(ii)冷却第一材料使气体从第二材料中脱附，并从其传递以被再吸附到第一材料上；

由此第二材料通过气体从其中脱附而被冷却。

方便地，热流体流(例如废气或工艺过程的液体)能够用于加热第一材料，使得被吸附到第一材料上的气体脱附，同时，热流体流被冷却。然后，需要冷却的另一流体流能够被引入与第二材料热连通，于是，当第二材料通过气体在其中脱附而被冷却时，另一流体流被冷却。也就是说，一种流体流的热能够方便地用于冷却另一种。

此外，通过保证第二材料与第一材料连续的气体连通，许多装置、系统和运行简化和效率提高随之而来，特别是当与US 5522228中的装置比较时，这些将从此变得明显。例如，本方法能够在环境温度下开始并且不需要外部的冷却源。此外，由于连续的气体连通，运行中的压力改变被立即转化和容纳，因此不需要另外设置例如阀、外部加热器等进行补偿。

在本说明书中，用语“相对地热绝缘”用于说明第一和第二吸附材料是足够绝热的，以至于一个被加热或冷却不会影响另一个到阻止所需要的/期望的冷却脱附(或相反)实现的程度。此外，绝热能够通过使第一和第二吸附材料互相隔开和/或隔离得以加强。

典型地，在步骤(i)中，第一材料通过从相对更热的流体流中传热而被加热(例如通过热交换结构)。相对更热的流体流可以是工艺过程废气或废液。

可选地，在步骤(i)中，当第一材料被加热时，第二材料通过与冷却流体流传热而相对于第一材料被冷却。冷却进一步促进第二材料上的气体吸附。冷却流体流可以例如是环境空气流。

典型地，在步骤(ii)中，第一材料通过向环境传热或与冷却流体流传热而相对于第二材料被冷却。而且，冷却流体流可以是环境空气流。

典型地，在步骤(ii)中，当第二材料通过气体在其中脱附而被冷却时，它被用于冷却另一流体(气体或液体)流(例如通过热交换结构)。典型地，所述另一流体是需要冷却或由冷却而受益的工艺过程废气或废液，可以是例如将被冷却和用于工艺过程的环境空气。

每个流的流体可以是气体或液体。例如，如上所述，热流体流可以是工业过程废气或排气，其热量通常被浪费。此外，与冷却流体流的传热通常通过选择性地引导第一和第二材料与例如环境空气流的热连通得以实现(例如，通过相同或不同的用于各自热流体或冷却流体流的热交换结构)。

此外，典型地，一旦第二材料的气体脱附已经完成，第二材料能够被来自其它流体流的传热稍稍加热，因此，第二材料被恰好加热到恢复其温度到相当于步骤(i)中的气体在其上吸附之前的温度的程度，由此完成循环。

典型地，第一气体吸附材料具有与第二气体吸附材料不同的吸附性。使用时，这帮助提供材料之间的气体运动的驱动力。典型地，第一气体吸附材料是与第二气体吸附材料不同的材料。在这点上，第一吸附材料可包括分子筛，第二吸附材料可包括活性粉末，可选择地，第一和第二吸附材料可以每个都包括分子筛，或每个都包括活性粉末，但二者具有不同的吸附性。或者所述分子筛可以是沸石，或者所述活性粉末可以是活性炭，而且用于第一和第二吸附材料的气体可以是二氧化碳。

典型地，这种气体相对于环境压力是被加压的。本方法中典型的气体运行压力大约是0.5MPa。

典型地，开始本方法的步骤(i)之前，气体和第一和第二材料通常是周围环境温度。

本发明的第二方面提供一种传热装置，包括设有容纳第一吸附材料的第一部分和容纳第二吸附材料的第二部分的腔体，该装置的特征在于，所述第一和第二部分相连，以允许其间总是连续的气体连通，藉此，在运行时，气体压力变化在第一和第二部分之间被立即转化，并且所述第一和第二部分互相之间相对热绝缘。

发明人已经注意到，当第一和第二部分之间总是保持连续的气体连通时(即，不需要阀或在其间中止以完成脱附冷却循环)，设有热绝缘部分的装置能方便地实现脱附冷却(或相反)。这样提供一种装置，例如，比US5522228中需要阀的装置更简单。此外，由于在装置中不存在或不需要阀，第一和第二腔体部分的压力自动平衡。

典型地，当两部分之间允许连续的气体连通时，第一和第二部分通过一个适合于使第一和第二部分之间的热传导最小的段连接。该段通常是一个具有比与第一和第二部分的相邻的宽度(例如，直径，或有效直径)相对更小的宽度的导管(例如，更小的直径，或更小的有效直径)。因为导管具有更小的宽度，所以它具有更少的传热表面积/尺寸，并且仍能够在两部分之间提供连续的气体连通。

典型地，当第一和第二腔体部分的尺寸大约相同时，第一和第二腔体部分以及导管都是典型的管状。

典型地，在第一部分的第一吸附材料和第二部分的第二吸附材料内还分别设置有一个或多个传热部件。典型地，所述一个或多个传热部件都包括金属筛网，以增强其中布置有该传热部件的第一或第二部分的外部(通过腔体部分的壁)与其中吸附材料之间的热连通。令人惊讶和有利的是，传热部件也被发现能增强通过每个第一和第二吸附材料的气体(例如二氧化碳)的传质率。

典型地，第一和第二材料分别被装入腔体的各自部分。典型的第一和第二材料正如本发明第一方面所定义的。

典型地，第一和第二部分适合于与各自的流体流传热，并且第一和第二部分被设置在各自流体流的中游。

本发明的第三方面提供一种系统，用于从第一流体流连续地传热并连续地冷却第二流体流。该系统包括第一和第二装置，第一和第二装置都能够与第一和第二流体流热连通。第一和第二装置都包括具有分开的第一和第二吸附材料的腔体，并且第一和第二装置都能够按以下阶段操作：

(1)第一材料通过与第一流体流的热连通而被加热，以脱附被吸附到第一材料上的气体，由此气体被传给并被吸附到第二材料上；并且

(2)第一材料被冷却以使气体从第二材料中脱附，并从此处传递以被再吸附到第一材料上，同时第二材料通过气体在其中脱附而被冷却，并且第二流体流通过与第二材料的热连通而被冷却。

系统的特征在于：

--当第一装置在阶段(1)下运行以加热使用第一流体流的第一装置的第一材料时，第二装置在阶段(2)下运行，通过气体从第二装置的第二材料中脱附来冷却第二流体流；并且然后

--第一流体流被引导到第二装置并在第二装置的阶段(1)下运行，并且第二流体流被引导到第一装置并在第一装置的阶段(2)下运行。

通过这种方式，系统方便地提供来自第一流体流的连续的热传递，和第二流体流的连续的冷却。通过改变第一和第二流体流，系统能够使，例如，第一和第二方面中的方法和装置在连续的而不是断续的脱附冷却过程(以及相反)中运行。

典型的系统包括多个第一装置和多个第二装置，典型地，第一和第二装置并联运行。

典型的系统进一步包括阀，其可选择性地在第一和第二装置以及第二和第一装置之间分别改变第一和第二流体流的流动，以保持来自第一流体流的连续的热传递，和第二流体流的连续的冷却。阀也可用于改变第一和第二装置之间的冷却流体流，例如周围空气流。

系统中，典型地，每个第一和第二装置如本发明第二方面中的定义，并且典型地，每个装置使用本发明第一方面中的方法运行。

附图说明

尽管任何其他形式可能落入本发明的范围，本发明的优选形式现在只能通过实例进行描述，并参考以下附图：

图1是根据本发明的脱附冷却器模块的示意图；

图2是根据本发明并使用多个图1的脱附冷却器模块的脱附冷却系统的示意图；

图3a和3b是用于气体脱附冷却的示范单元的侧视图和平面图；

图4是图3中单元的再生器的温度点T8、T4和T6的温度相对于时间的曲线图；

图5是图3中单元的脱附冷却器的温度点T5和T3的温度相对于时间的曲线图；

图6是图3中示范单元的温度点T1、T6、T4、T3和T5的温度相对于时间的曲线图。

具体实施例

在典型的使用模式中，根据本发明的方法、装置和系统被用于从气体或液体流中传递热能(例如废热)以达到单独冷却的目的(例如，另一种单独流体流的冷却)。

参考图1，本发明的简化的装置以脱附冷却器模块的形式被展示出来。模块包括具有两个圆柱形腔体(例如管，如不锈钢管)的密封容器10，这两个腔体作为再生器腔体12和脱附冷却器腔体14。这两个腔体由以更窄(例如更小的直径)的导管或颈状管16(例如更小直径的管)为形式的连接段连接。为了腔体12、14更好的热绝缘，导管16可以由比腔体壁的热传导率更小的材料形成(例如更小热传导率的不锈钢)，并且典型的通过焊接到腔体壁来密封容器10。

再生器腔体12填充第一吸附材料，其典型的是以分子筛的形式(例如沸石，如13X沸石)，并且脱附冷却器腔体14填充另一种不同的第二吸附材料(例如表面活性粉末，如活性炭)，或具有不同吸附性的相同材料(例如另一种形式的沸石，例如，具有更小的吸附性如10A，8A，5A沸石，或另一种形式的13X沸石)。

由多个分离的金属筛网板形成的一个或多个热交换组件，以及第一和第二吸附材料，最好设置在每个腔体12和14中(即，板被贯穿地分散布置在吸附材料中)。该板典型地由不与容器10中的气体和材料发生反应的材料形成，例如不锈钢，黄铜，铝或铜，以及具有足够的热传导率的材料。该板的功能是在吸附材料和壁之间增强热传导率，因此在吸附材料和每个腔体的外部之间增强热传导率。此外，令人惊讶和有利的是，本发明人发现这些板能增强通过每个第一和第二吸附材料的二氧化碳的传质率。

密封容器10进一步包括适合加压的气体，典型的是二氧化碳，因为它充足并易于使用；但其他气体，例如制冷剂、氨、酒精、水(蒸汽)、氮等，也能够用于与适合该气体的吸附剂结合。

根据本发明，密封容器10被设置成在每个腔体12、14之间，气体能够通过导管16连续并不受妨碍地通过。有利地，不用提供或需要阀或其它流程控制，并且进一步的优点是，密封容器没有运动部件。

此外，典型地，密封容器10被设置成脱附冷却器腔体14(安放第二吸附材料)，至少在可操作的范围内，与再生器腔体12(安放第一吸附材料)热绝缘。实现方式优选为：使用更窄的导管16来连接腔体，但同时要将这些腔体隔开。但是，通过在腔体内、周围和/或腔体间适当地设置包括绝缘挡板和隔板的绝缘体能够进一步增强热绝缘(例如见下边描述的图2的系统)。

在第一使用模式中，选择第一吸附材料比第二吸附材料对于容器中的气体具有更高的吸附性。起始于周围环境温度，可观察到更大比例或大量容器中的气体被吸附到第一材料上。

在第一使用模式中，并在第一步骤中，通过将再生器腔体设置在热气流的中心，再生器腔体12与相对热的气流(例如工艺过程废气)接触，由此加热第一吸附材料。热气流经过腔体的上部、周围或甚至穿过腔体12(例如，通过延伸穿过腔体12的一个或多个管/管道)。当第一材料加热时，吸附的气体(例如二氧化碳)从其中脱附出来，并且容器中的气压增加。由于脱附冷却器腔体14的相对的热绝缘，有一个驱动力驱动二氧化碳从腔体12通过导管16进入腔体14，并且被吸附到相对更冷的第二材料(例如活性炭)上。在吸附过程中，第二材料被稍稍加热。通过将腔体14设置在冷气流(例如环境空气流)的中心或中点，并由此第二材料相对于第一材料被进一步冷却，气体吸附在第二材料上的倾向被增强。

第一材料(例如沸石分子筛)当与热气流热连通时，是保持相对热的，所以容器10中的气体没有在其上再次吸附的驱动力。

在第一使用模式中，并在随后的第二步骤中，再生器腔体12被冷却(例如通过停止或改变热气体的流动方向，并且更典型的是通过腔体12与冷却气流(例如环境空气)的接触)。因为腔体12被冷却，第一材料被冷却，并且容器中的二氧化碳的压力降低。这就提供了气体流回到再生器腔体12并且再次吸附到第一材料上的驱动力。在这点上，气体从第二材料中被脱附，并且通过导管16经腔体14进入腔体12，并且再次吸附到第一材料上。

有效地，腔体14中的二氧化碳从第二材料的脱附冷却了第二吸附材料(即，气体在其脱附时需要从材料中提取出热)，并且因此冷却腔体14和其壁。实际上，发明人已经注意到，在气体脱附过程时，第二腔体能冷却到低于周围环境温度10℃以上。

此时，相同的或另一种流体流流过腔体14的上部、周围或甚至通过腔体14(例如，通过一个或多个经由其中设置的热交换管/管道)，因此其他流体流被冷却。这样，例如，冷却的腔体14能够用来预冷发动机或燃气轮机的流体流，或提供用于空调的冷空气等。这样，热的工艺过程流体(例如废气)能够用于冷却另一种需要或能受益于冷却的工艺过程流体。

本发明一个理想的应用是在发电厂，其来自例如煤或燃料燃烧的热的废(排)气被用于预冷送入涡轮等的气体流。

现在参考图2，其中相同的附图标记表示相同或相似的部件，该图描绘了本发明的脱附冷却系统20。依照本发明，该系统能提供连续的脱附冷却。

系统20使用多个图1中的密封的脱附冷却器容器10，在每个并联模块储存单元A和B中，容器并联设置。每个模块储存单元依次设置在各自的储存单元容器22中。进一步地，每个储存单元容器22包括一个热挡板壁24，其所处位置用于从它们各自的脱附冷却器腔体14中分隔每个再生器腔体12(除了延伸穿过壁24的导管16)。因此挡板壁24进一步增强腔体12和14的热绝缘。挡板壁24也能由绝缘材料形成和/或衬有绝缘材料。此外，挡板壁24此时在每个储存单元容器22中限定了再生器腔体26和脱附冷却器腔体28。

在系统20的相对末端，设置四通阀30、30’以选择性地引导流体(例如气体)进入模块储存单元A和B的储存单元容器22。在这点上，当同时引导冷却气体34(例如环境空气流)进入一个再生器腔体26时，四通阀30能选择性地引导热工艺过程气体32(例如热空气流)进入另一个再生器腔体26。

类似地，当同时引导冷却气体36(例如环境空气流)进入一个脱附冷却器腔体28时，四通阀30’能选择性地引导所需的工艺过程气体(例如空气流)进入另一个脱附冷却器腔体28。然而，图2的系统中，冷却气流36被分开并引导进入两者的脱附冷却器腔体28，一个气流用于冷却目的(例如在其中一个腔体28中)，另一个气流被冷却以产生被冷却的空气流38(即选择性地从其中一个腔体28中重新得到)。其后，以连续的方式，被冷却的气流选择性地从另一个腔体28中重新得到。

控制四通阀30、30’以使得，例如当模块A的再生器腔体26接收其中的热工艺过程气体32以促进每个第一吸附材料的气体脱附时，模块B的再生器腔体26接收其中的冷却气体34，以促进每个第一吸附材料的气体吸附(即，与通过四通阀30控制一样)。同时，模块A的脱附冷却器28接收其中的冷却气体36以促进每个第二吸附材料的气体吸附，并且当每个第二吸附材料的气体脱附发生时，模块B的脱附冷却器28接收其中的即将被冷却的气体36(即，与通过四通阀30’控制一样)。

在每个模块预设的相同时间(例如，当热气体传热和/或气体冷却从稳定状态开始进行时)，每个四通阀30、30’的气体流动发生改变，所以随后的过程阶段在每个模块A和B中发生。以这种方式，系统20能方便地提供来自热工艺过程气体32的连续的传热，并且提供气体36的连续冷却。进一步地，相对于间断脱附冷却，该系统通过改变气体流能够提供连续的脱附冷却。作为选择，该系统能够促进与脱附冷却相反的过程。

现在，描述对方法、装置和系统不构成限定的实例。

实例1

图1中的脱附冷却器模块被测试并计算得到0.22的能效系数(COP)(参考US5522228中的系统低于0.054的理论COP)。这一计算是在使用US5522228中的系统作为如下各项的基础的情形下得出的。

由US5522228中的系统，做出每个容器11和10中各自有沸石和碳100g的假设。碳从0℃加热至30℃需要的能量估计大约是2.1kJ。沸石从45℃加热至70℃，和从70℃加热至200℃需要的能量估计分别大约是1.75kJ和9.1kJ。由于从-40℃冷却至-50℃而带走的能量估计大约是0.7kJ。忽略沸石从190℃冷却至45℃，从200℃冷却至190℃和碳从-50℃加热至0℃需要的能量(即，由于从冷却材料到加热材料的循环利用能量的可能性)，COP估计是0.7/(2.1+1.75+9.1)＝0.054。

使用类似的方法，图1的模块经计算得到COP是0.22。图2的脱附冷却系统经计算得到比0.22高得多的COP，其原因是更均匀地加热每个模块A和B，以及由于模块包括在储存单元容器22中而减少了其中的热损失。

实例2

一个示范单元被改进并测试以进行评估：

1.再生器温度最优化；

2.冷却能力，以KJ计；

3.能效系数(COP)或效率；

4.一个循环中达到的温度下降的范围；

5.时间对性能的任何影响；

6.改变加热和冷却速率或时间的可能性，用以设计一个用于商业系统的最优时间循环。

示范单元的示意图由图3a和3b描述，其中相同的附图标记表示与图1和2中相同或相似的部件。示范单元40包括图2中所展示和描述的两个模块A和B中的一个。

进行研究和优化其中一个模块的试验，以收集相关的性能和设计数据，并且因此可以在商业模块的设计中按比例提高和降低。

示范单元包括102个同样的冷却器模块10(如图1所示)。冷却器模块在绝缘再生器和脱附冷却器腔体26、28内叠放，且每个冷却器模块导管16延伸穿过壁24。此外，绝缘的入口41、42、44和出口46管被设置成通向/来自腔体26、28，以使传热效率最大和热损失最小。

再生器腔体入口连接到热空气源和环境空气源。热空气源包括电加热器48，其与同轴风扇50(风扇2)空气流连通，用以在不同的期望流速和温度下产生热空气。环境空气源包括另一个同轴风扇52(风扇3)。手动操作的调节风门54设置在热空气源和环境空气源之间，用于在热空气和环境空气之间选择性地进行变换。脱附冷却器腔体28也连接到环境空气源，该环境空气源包括第三同轴风扇56(风扇1)。

热电偶适当地设置在再生器入口(T1、T8)，再生器出口(T4)，再生器(T6)，脱附冷却器入口(T3)，再生器出口(T4)，和脱附冷却器出口(T5)，以测量和连续纪录运行过程中的温度变化。数据存储计算机连接热电偶用于在测试运行时纪录温度值。

运行

以下步骤用于实现气体流的冷却：

1.数据存储计算机接通以纪录图3a中单元40指示的不同点的温度T。

2.手动改变调节风门54以允许热空气通过加热器48流动至再生器26，然后风扇50(风扇2)和加热器48接通。

3.风扇56(风扇1)接通以消除在脱附冷却器腔体28中由于吸附而产生的热。在再生过程中，风扇52(风扇3)断开。

4.一旦再生器26获得135℃-200℃的温度，并且脱附冷却器28已经冷却到周围环境温度(20-25℃)，加热器48和风扇50断开。然后手动改变调节风门以允许周围环境空气由风扇52进入再生器26。

5.在这点上，当风扇56连续运行，用以使冷空气流出脱附冷却器28时，风扇52被接通。

这些步骤完成了一个运行循环。应当注意的是，对于例如一个商业系统，当模块A进行再生时，模块B将产生冷却作用，并且一旦模块B停止产生冷空气，模块A将被启动以产生冷空气。这样，冷空气就能够连续产生。

尽管示范单元使用空气进行测试，应当注意的是，其他的许多流体流也可以作为加热和/或冷却介质。

运行参数和结果

在测试运行中(参见例如表1下的运行#76)，再生器26被温度是150-200℃(T1、T8)，流速大约是250-300升/秒的热空气加热。流过脱附冷却器腔体28的空气流量保持在大约250升/秒。当再生器出口46的空气温度T4变成与150-200℃的入口温度T1、T8相同，并且再生器温度T6已经达到大约120℃-150℃时，则认为已经再生完全。为了确保完全再生，加热会再额外继续一小段时间(例如20-30分钟)。

如图4所示，在第一个30分钟内再生完成(即T4＝T8)。此外，30分钟以后，没有观察到再生器温度T6显著的改变。

再生之后，加热器48和风扇50被切断，并且改变调节风门54的位置，使来自风扇52的周围环境空气冷却再生器。在此期间，通过风扇52的空气流速率保持在大约250-450升/秒。

为了最大程度的运行，通过风扇56进入脱附冷却器28用于产生冷排气的的空气流保持在85-250升/秒之间。如图5所示，依靠于空气的相对湿度(其从30％变化至86％)，可观察到脱附冷却器排气中有5℃-7℃之间的温度降(T5)。没有空气流流过脱附冷却器腔体28，也能够观察到腔体温度下降11-14℃，这由周围环境温度决定。

当入口(T3)和出口(T5)温度相同时(即在图5中大于100分钟)，则认为冷却循环已经完成。此外，如图5所示，整个冷却时段大约60分钟。然而，应当注意，实际上只有峰值冷却的30分钟需要考虑与30分钟的加热循环相称。

图6中的温度曲线记录了一个特殊运行，其包括25分钟的再生时段和25分钟的冷却时段。运行条件如表2中所述(见下页)。其中发现减少的150℃-170℃的再生空气温度能够用于冷却能力没有明显损失的情况。

应当注意的是，入口空气温度在每次运行时稍有增加。这种情况一部分是由于风扇电机的热释放，也由于由加热器、再生器和连接导管的绝缘表面的较小的损失而产生的室温变化。

实验运行的流速基于传热模型。根据设置在每个风扇入口的单位长度310mm内径导管内的空气速度估计空气流量。数字风速计(制造商Lutron，型号YK-2001AL)用于速度测量。示范单元周围的相对湿度和温度使用±10％精度的电子湿度计(制造商Erler&Weinkauff)测量。

热电偶的校准和精确度也以常规基准测试，温度纪录到小数点后第二位置，并且最大有10％误差。

基于多于50次试验运行的温度和流速测量，脱附冷却器的冷却能力估计大约为900-1200kJ，能效系数(COP)在0.07至0.12之间改变，这由热损失、湿度、再生效率和测量误差决定。这表明有利的性能在商业上能够通过按比例增加而实现。测试也指导了通过优化运行条件以实现最大的冷却能力和COP。

单个模块的性能测试了大约1年，示范单元测试了半年多，没有观察到任何一个情形中性能的恶化。

表1运行#76时的运行条件

	再生	冷却
			风扇1处的空气流量(l/s)	105.6	105.6
风扇2处的空气流量(l/s)	256.5	0
			风扇3处的空气流量(l/s)	0	256.6
再生的平均入口空气温度(℃)	200	23.58
			冷却器的平均入口空气温度(℃)	22.59	23.58
相对湿度(％)	62％	64％
			再生使用的能量(kJ)	12811<sup>*</sup>	0
冷却过程中除去的能量(kJ)	0	1223<sup>*</sup>
			能效系数	-	0.1<sup>*</sup>

*计算时忽略湿度影响

表2运行#87时的运行条件

	再生	冷却
			风扇1处的空气流量(l/s)	256.6	91

	再生	冷却
			风扇2处的空气流量(l/s)	309	0
风扇3处的空气流量(l/s)	0	450
			再生的平均入口空气温度(℃)	170	23.57
冷却器的平均入口空气温度(℃)	23.35	23.57
			相对湿度(％)	66％	66％
再生使用的能量(kJ)	11372<sup>*</sup>	0
			冷却过程中除去的能量(kJ)	0	980<sup>*</sup>
能效系数	-	0.09<sup>*</sup>

*计算时忽略湿度影响

可以理解的是，提供前面描述的优选的方法、装置和系统，和前面描述的实例只是用于说明，而不是以任何方式限制本发明的保护范围。应该进一步地意识到，除已有的描述外，不脱离本发明创造概念的基础，可以对实施例进行其它不同的改变和修正。所有的变更和修正应当认为落在本发明的保护范围内。

还可以理解的是，本文参考的现有技术信息不能认为其是由澳大利亚或其他任何国家的公知常识组成。

Claims (29)

1.一种使用第一和第二气体吸附材料来传递热的方法，第二气体吸附材料与第一气体吸附材料相对地热绝缘，但与第一气体吸附材料连续的气体连通，藉此，在运行时，气体压力变化在第一和第二气体吸附材料之间被立即转化，该方法包括以下步骤：

i)加热第一气体吸附材料以使得被吸附到第一气体吸附材料上的气体脱附，由此气体被传给并被吸附到第二气体吸附材料上；以及

ii)冷却第一气体吸附材料使气体从第二气体吸附材料中脱附，并从其传递以被再吸附到第一气体吸附材料上；

由此第二气体吸附材料通过气体从其中脱附而被冷却。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤i)中，第一气体吸附材料通过从相对更热的流体流中传热而被加热。

3.如权利要求2所述的方法，其中，相对更热的流体流是工艺过程废气或废液。

4.如权利要求1所述的方法，其中，当第一气体吸附材料被加热时，第二气体吸附材料通过与冷却流体流传热而相对于第一气体吸附材料被冷却。

5.如权利要求4所述的方法，其中，冷却流体流是环境空气流。

6.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤ii)中，第一气体吸附材料通过向环境传热或与冷却流体流传热而相对于第二气体吸附材料被冷却。

7.如权利要求6所述的方法，其中，冷却流体流是环境空气流。

8.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤ii)中，当第二气体吸附材料通过气体在其中脱附而被冷却时，第二气体吸附材料被用于冷却另一流体。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述另一流体是需要冷却的工艺过程气体或液体。

10.如权利要求8所述的方法，其中，一旦第二气体吸附材料的脱附已经完成，第二气体吸附材料能够被来自其它流体流的传热稍稍加热，第二气体吸附材料被恰好加热到恢复其温度到相当于步骤i)中的气体在其上吸附之前的温度的程度。

11.如权利要求1所述的方法，其中，第一气体吸附材料具有与第二气体吸附材料不同的吸附性。

12.如权利要求1所述的方法，其中，第一气体吸附材料是与第二气体吸附材料不同的材料。

13.如权利要求1所述的方法，其中，第一气体吸附材料是沸石，第二气体吸附材料是活性炭。

14.如权利要求1所述的方法，其中，吸附到第一和第二气体吸附材料上的气体是二氧化碳。

15.如前述权利要求1所述的方法，其中，气体相对于环境是被加压的。

16.如权利要求15所述的方法，其中，气体被加压到0.5MPa。

17.如权利要求1所述的方法，其中，在开始步骤i)之前，气体和第一和第二气体吸附材料为周围环境温度。

18.一种传热装置，包括设有容纳第一吸附材料的第一部分和容纳第二吸附材料的第二部分的腔体，该装置的特征在于，所述第一和第二部分通过一个适合于使第一和第二部分之间的热传导最小的段连接，从而使得所述第一和第二部分互相之间相对热绝缘，同时允许其间总是连续的气体连通，藉此，在运行时，气体压力变化在第一和第二部分之间被立即转化。

19.如权利要求18所述的装置，其中，该段是一个导管，该导管的宽度小于第一和第二部分的与该导管相邻处的宽度。

20.如权利要求18所述的装置，其中，在第一部分的第一吸附材料和第二部分的第二吸附材料内还分别设置有一个或多个传热部件。

21.如权利要求20所述的装置，其中，所述一个或多个传热部件都包括金属筛网，以增强其中布置有该传热部件的第一或第二部分的外部与其中吸附材料之间的热连通，并增强通过第一和第二吸附材料的气体的传质率。

22.如权利要求18所述的装置，其中，第一部分适合于与一流体流传热并且被设置在这一流体流的中游，第二部分适合于与另一流体流传热并且被设置该另一流体流的中游。

23.如权利要求18所述的装置，其中，第一和第二吸附材料分别被装入腔体的各自部分。

24.如权利要求18所述的装置，其中，第一和第二吸附材料是不同的气体吸附材料。

25.如权利要求18所述的装置，其中，第一吸附材料是沸石，第二吸附材料是活性炭。

26.一种用于从第一流体流连续地传热并连续冷却第二流体流的系统，该系统包括第一和第二装置，第一和第二装置都能够与第一和第二流体流热连通，而且第一和第二装置都包括具有分开的第一和第二吸附材料的腔体，并且第一和第二装置都能够按以下阶段操作：

1)第一吸附材料通过与第一流体流的热连通而被加热，以脱附被吸附到第一吸附材料上的气体，由此气体被传给并被吸附到第二吸附材料上；并且

2)第一吸附材料被冷却以使气体从第二吸附材料中脱附，并从此处传递以被再吸附到第一吸附材料上，同时第二吸附材料通过气体在其中脱附而被冷却，并且第二流体流通过与第二吸附材料的热连通而被冷却；

系统的特征在于：

--当第一装置在阶段1)下运行以加热使用第一流体流的第一装置的第一吸附材料时，第二装置在阶段2)下运行，通过气体从第二装置的第二吸附材料中脱附来冷却第二流体流；并且然后

--第一流体流被引导到第二装置并在第二装置的阶段1)下运行，而第二流体流被引导到第一装置并在第一装置的阶段2)下运行；

由此提供来自第一流体流的连续的热传递，和第二流体流的连续的冷却。

27.如权利要求26所述的系统，其中，所述系统包括多个第一装置和多个第二装置。

28.如权利要求26所述的系统，其中，第一和第二装置并联运行。

29.如权利要求26所述的系统，进一步包括阀，所述阀可选择性地在第一和第二装置以及第二和第一装置之间分别改变第一和第二流体流的流动，以保持来自第一流体流的连续的热传递，和第二流体流的连续的冷却。

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