混合热管的制作方法

本发明整体涉及一种带有集成化学热泵的热分配和冷却装置。

背景技术：

热吸附泵目前用于各种加热系统中，并且将主要由于其减少能量消耗的能力所致的成本原因而增加。另外，同样重要的是，这将具有积极的环境影响，因为能量消耗的减少通常意味着减少的co2排放。

为了使吸附式热泵有利可图，这些吸附式热泵必须为简单的、坚固的、高效的、可负担的且易于与能量储存装置集成。另外，此类吸附式热泵也必须容易地集成到目前市场已有的相关加热和冷却设备。

在pct/se2008/000676中，公开了吸附式热泵与集成能量储存装置的组合。为了使此吸附式热泵或任何其他吸附式热泵在设备和/或在冷却或加热系统中进行能量和成本有效地操作，需要一种由多个阀、热交换器、液压管路、泵和控制器组成的装置。

化学热泵也在us09/868326、us12/812090、us12/302868、us13/319485、us13/319496和us13/319502中公开。

为了满足需要，这些泵必须是可靠且坚固的，具有很少的活动部件。

许多吸附机根据分批工艺工作，这意味着它们间歇地工作。这些吸附机通常由两种主要组件组成：反应器和根据工艺阶段充当冷凝器和蒸发器的部件。在这些类型的机器中，有两个明确定义的阶段：充能阶段和放能阶段。在充能阶段期间，反应器在高温下吸收热，并且冷凝器在较低温下释放热。在放能阶段期间，反应器在相对低温下释放热，并且蒸发器在低得多的温度下吸收热(即，冷却)。

这两个阶段强烈基于与环境的热交换。另外，由于吸附机间歇地工作，反应器在一个阶段需要热，并且在下一个阶段释放热。冷凝器/蒸发器发生同样情况，但过程相反。

为了在不同的温度下供应热或释放热，吸附机通常使用阀、泵和管道的复杂系统，其充当吸附机的辅助系统。因此，吸附机通过具有活动部件变得更复杂，这导致除了更高的成本和更复杂的制造过程之外还具有更高的电力消耗和更大的泄露风险。

wo2015/053764和wo2015/053767两者公开了一种热水器，其具有集成在水箱中的基于吸附的反应器。反应器在吸附循环和解吸循环之间操作。公开了与热源接触的空间。介质从该空间蒸发。

尽管根据现有技术的技术是有效的，但仍有改进的余地。现有技术中待解决的问题包括如何将适量的介质供给到介质蒸发的空间。由于该空间在装置中通常处于低水平，因此不允许介质自由地流入该空间。进一步地，介质的供给速率必须适合于蒸发速率。另一个待解决的问题是，如果可能的话应该避免使用泵，或者至少应该使泵的数量最小化以获得消耗较少能量、制造成本更低以及更不容易发生故障的装置。

因此，需要提供一种机器，该机器具有较少的活动部件，并且热传递介质向介质蒸发的加热空间的供给得到改善。

技术实现要素：

本发明的目的是消除现有技术中的至少一些缺点，并且提供一种带有集成化学热泵的改进的热传递装置，该热传递装置也具有冷却能力。

在第一方面，提供一种热传递装置，其包括：

第一空间22，其与热源热接触，

第二空间34，其经至少一个热传递构件13与第三空间33流体接触，

至少一个第一导管1，其在第一空间22和第二空间34之间提供流体接触，

热交换器26，

贮存器30，

泵28，

至少一个第二导管2，其在贮存器30和泵28之间以及在泵28和热交换器26之间提供流体接触，

至少一个活性物质27，其与至少一个热传递构件13的外表面热接触，所述至少一个热传递构件13在第四空间31的内部，

第四空间31内部的挥发性液体，其中挥发性液体适于在第一温度下被活性物质27吸收且在第二较高温度下被活性物质27解吸，

至少一个第三导管3，其在第三空间33和贮存器30之间提供流体接触，

至少一个第四导管4，其在热交换器26和第二空间34之间提供流体接触，

至少一个第五导管5，其在贮存器30和第一空间22之间提供流体接触，其中第五导管(5)是至少一个毛细管。

进一步的方面和实施例在所附权利要求书中限定。

本发明非常适用于将热从小体积传递至大面积的所有应用。本发明也适用于需要冷却相同大面积的情况。

一个优点是以被动方式解决将热传递介质供给到介质蒸发的空间，该方式既提供合适的流动阻力同时又提供适当的介质供给。

因此，优点是使活动部件的数量最小化，这降低了使用、制造、维护等的成本。

本发明是非常通用的，并且能够用于期望将热从一个点传递至大面积的许多不同应用中。本发明也可用于冷却目的。大面积用热交换器26表示。

本发明适合用于办公室、住宅建筑物、工业、私人住宅等的加热和冷却。例如，在夜间加热之后可以是在白天进行冷却。在工业中，冷却之后加热或加热之后冷却可在各种工业过程中受益于该技术。

进一步地，本发明可应用于各种各样的领域，包括但不限于热水器、家用热水器、加热炉、气体驱动的热泵、车辆加热和/或冷却(包括汽车、卡车、公路车辆和越野车辆)、船舶的加热和/或冷却以及热电冷联产。

附图说明

参考附图通过示例的方式描述本发明，在附图中：

图1示出在空闲模式期间根据本发明的热传递装置的实施例，其中热传递介质的水平用虚线40表示。

图2示出在加热/充能模式期间的相同实施例，其中热传递介质的水平用虚线40表示。

图3示出在冷却/放能模式期间的相同实施例，其中热传递介质的水平用虚线40表示。

具体实施方式

在公开及详细描述本发明之前，应当理解，本发明不限于本文公开的具体化合物、配置、方法步骤、基底和材料，因为此类化合物、配置、方法步骤、基底和材料可有所变化。还应当理解，本文使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而非旨在进行限制，因为本发明的范围仅由所附权利要求书及其等同物限制。

应注意的是，如本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确地规定，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指示物。

如果没有其他定义，则本文使用的任何术语和科学术语旨在具有本发明所属领域的技术人员通常理解的含义。

贯穿本说明书和权利要求书所使用的术语“导管”表示管道或管子，流体通过该管道或管子被输送。在一个实施例中，导管表示两个空间之间的管道或管子，使得在这两个空间之间存在流体接触。在替代实施例中，两个空间被定位成至少部分彼此相邻，并且导管是在空间之间提供流体接触的开口。两个相邻空间之间的此开口也被认为由术语导管所包含。

除非没有其他明确表示，否则术语“下”是指当将装置放置在用于操作的位置时与重力相关的方向。

在第一方面，提供一种热传递装置，其包括：

第一空间22，其与热源热接触，

第二空间34，其经至少一个热传递构件13与第三空间33流体接触，

至少一个第一导管1，其在第一空间22和第二空间34之间提供流体接触，

热交换器26，

贮存器30，

泵28，

至少一个第二导管2，其在贮存器30和泵28之间以及在泵28和热交换器26之间提供流体接触，

至少一个活性物质27，其与至少一个热传递构件13的外表面热接触，所述至少一个热传递构件13在第四空间31的内部，

第四空间31内部的挥发性液体，其中挥发性液体适于在第一温度下被活性物质27吸收且在第二较高温度下被活性物质27解吸，

至少一个第三导管3，其在第三空间33和贮存器30之间提供流体接触，

至少一个第四导管4，其在热交换器26和第二空间34之间提供流体接触，

至少一个第五导管5，其在贮存器30和第一空间22之间提供流体接触，其中第五导管(5)是至少一个毛细管。

可以设想的是，若干回路由空间和导管形成，热传递介质能够在所述空间和导管中流动。一个回路由以下项形成：第二空间34、热传递构件13、第三空间33、第三导管3、贮存器30、包括泵28的第二导管2、热交换器26以及通回到第二空间34的第四导管4。另一个回路由以下项形成：第一空间22、第一导管1、第二空间34、热传递构件13、第三空间33、第三导管3、贮存器30以及通回到第一空间22的第五导管5。

本发明的意图是，热传递介质将根据装置的操作模式循环。下面非常详细地描述充能模式和放能模式。从第一空间22蒸发的热传递介质被来自贮存器30的热传递介质通过第五导管5所取代。

在一个实施例中，热源22是选自由气体燃烧器、电加热器、油燃烧器、木材燃烧器、煤炭燃烧器、核动力热源、太阳能热源、波浪动力热源以及风力热源组成的组中的至少一种。来自任何源的过剩热可以被使用，例如来自燃烧发动机的过剩热。可以使用能够提供热的任何热源，只要该热源能够提供足够的热以蒸发热传递介质。

在一个实施例中，至少一个热传递构件13被成形为板。空间34和空间33之间的热传递构件13在这两个空间之间提供流体接触。为了将热传递至热传递构件外部的活性物质并且从热传递构件外部的活性物质传递热，热传递构件适当地被制成具有大表面积并且是薄的，使得热能够在内部的热传递介质和外部的活性物质之间有效地传递。

在一个实施例中，第三导管包括至少一个阀。这允许调节流动速率。在替代实施例中，泵28的容量反而适于合适的流动速率。优选的是，泵28以其最佳速率运行，并且流量是不受限制的。然后，通过选择具有期望容量的合适泵来调整流动速率。这将使能量消耗最小化。

在一个实施例中，第四导管4终止于第二空间34的最上面的三分之一处。在替代实施例中，第四导管4终止于第二空间34的最上面的四分之一处。可以设想的是，空间34被分成三个或四个等体积的部分。在一个实施例中，第四导管4终止于第二空间34的顶部。第四导管有利地朝向空间34的上部结束，使得系统(即，空间34)内部的流体在循环期间不采取不期望的捷径。

在一个实施例中，第四空间31通过用于挥发性液体的导管与冷凝器/蒸发器流体连接。第四空间31连同冷凝器/蒸发器以及它们之间的连接一起用作化学热泵。在一个实施例中，用于挥发性液体的导管具有阀，使得可以在充能阶段之后避免挥发性液体接触活性物质。当期望放能时，打开阀。然后冷凝器/蒸发器形成化学热泵的一部分。如果期望冷却，则冷凝器/蒸发器能够在放能阶段期间用于冷却。因此，设想了分配与冷凝器/蒸发器热接触的冷却介质的系统。

活性物质不一定是盐。活性物质可以是能够在第一温度下吸收挥发性液体且在第二较高温度下解吸挥发性液体的任何物质、化合物和/或实体。

在一个实施例中，活性物质是选自由cao、caoh、licl、libr、lil、mgcl2、mgbr2、mgl2、cacl2、cabr2、cal2、srl2、koh、naoh、zncl2、znbr2、znl2、alcl3、albr3和all3组成的组中的至少一种。在替代实施例中，活性物质是选自由caoh、licl、libr、lil、mgcl2、mgbr2、mgl2、cacl2、cabr2、cal2、srl2、koh、naoh、zncl2、znbr2、znl2、alcl3、albr3和all3组成的组中的至少一种。

在一个实施例中，挥发性液体是选自由水和氨组成的组中的至少一种。

在一个实施例中，热传递介质是选自水、c1-c7乙醇和氨中的至少一种。技术人员意识到可以利用任何适合的热传递介质。

热传递构件13外部的活性物质是化学热泵以及挥发性液体的部分。活性物质可以是盐，并且挥发性液体可以是水。化学热泵分两个阶段分批工作。这意味着它具有充能阶段和放能阶段。

现在更详细地描述装置的操作和功能。吸收循环的第一阶段是解吸，即充能。这在图2中示出。带有活性物质27的反应器通过与保持高温的热传递体13热接触而充能。热源22提供蒸发热传递介质的热，使得其以气相到达空间34。气体到达热传递构件13，其中热被传递至外部的活性物质。气体和/或冷凝的热传递介质作为液体继续到达空间33并且进一步向下到达贮存器30。热传递介质从贮存器30通过第五导管5到达与热源22热接触的空间。第五导管5被调整使得发生热传递介质的适当流动，以获得一定的加热功率。

放能阶段在图3中示出。泵28将热传递介质从贮存器30泵送到热交换器26，并且进一步经由第四导管4泵入空间34，由此该热传递介质流动通过热传递构件13并被加热，因为挥发性液体被热传递构件13外部的活性物质吸收。热从外部的活性物质传递至内部的介质。加热的热传递介质流回至贮存器，并且在系统中循环。

可以设想的是，热交换器26可以被放置在循环热传递介质的回路中的任何位置，该回路在泵28打开时创建。这同样适用于泵28和罐30。因此，罐30、泵28和热交换器26的相对位置可以改变。

更详细地描述装置的化学热泵部分的操作原理：热泵的第一阶段是充能阶段。其包括干燥活性物质，即解吸。在该阶段中，挥发性液体作为气体从热传递元件13的表面上的活性物质解吸，并且随后在组合的冷凝器/蒸发器中冷凝，挥发性液体通过用于挥发性液体的导管到达组合的冷凝器/蒸发器。现在在冷凝器/蒸发器中发生的冷凝可用作加热目的的有用能量。在放能阶段中，允许挥发性液体到达干燥的活性物质，使得热被释放。冷凝器/蒸发器和第四空间31之间的阀可用于控制挥发性液体何时可以从冷凝器/蒸发器流回至热传递元件13上的活性物质。

挥发性液体适于在第一温度下被活性物质吸收，并且挥发性液体适于在第二较高温度下被活性物质解吸，由此在第一温度下活性物质具有固相，在吸收挥发性液体及该挥发性液体的气相期间，活性物质从固相立即部分地转变成液相和/或溶液，并且由此在第二较高温度下活性物质具有液相和/或溶液相，在解吸挥发性液体期间，特别是在挥发性液体的气相期间，特别是在挥发性液体的气相期间，活性物质从液相和/或溶液相立即部分地转变成固相。

在一个实施例中，热源22是气体燃烧器。还包括其他热源。在一个实施例中，热源是电加热器。在另一个实施例中，热源以油为燃料。在又一个实施例中，热源是燃烧木材和/或煤。在替代实施例中，热源是不同源的组合，诸如选自由气体、油、电力、木材、煤和其他有机材料组成的组中的至少两种的组合。作为有机材料的热源意味着器使用来自周围空气的氧气燃烧该有机材料。另一替代物是太阳能加热。进一步地，也可以利用来自发动机、工业过程或另一源的余热。

在一个实施例中，至少一个热传递构件13被成形为圆盘。还包括替代的形状。扁平和/或圆盘状主体13的优点是其易于用基质覆盖，该基质继而能够保持活性物质27，即化学热泵中的活性物质。扁平主体提供大的表面以用基质和活性物质27进行覆盖。

在一个实施例中，活性物质27是选自由licl、libr、lil、mgcl2、mgbr2、mgl2、cacl2、cabr2、cal2、srl2、koh、naoh、zncl2、znbr2、znl2、alcl3、albr3和all3组成的组中的至少一种。在替代实施例中，活性物质27是选自由mgcl2、mgbr2、licl、cacl2、cabr2、zncl2和naoh组成的组中的至少一种。

在一个实施例中，(一个或多个)热传递元件13用基质覆盖。在一个实施例中，(一个或多个)热传递元件13用基质覆盖，该基质适于将活性物质保持在固态和保持在具有挥发性液体的溶液中。该基质适于使用例如毛细力将活性物质保持在所有状态中。基质的功能是将活性物质的溶液维持在其位置处，从而当活性物质在充能过程中从其液态(即，挥发性液体中的溶液)变为固态并且在放能过程期间从其固态变为液态时，增加热传递主体13和活性物质之间的热传导。因此，可以利用溶液通常比固体物质具有更高的热传导能力的事实。基质由对热泵中的过程呈惰性的物质形成，并且通常可具有将活性物质的溶液相结合到其自身的能力，并且同时允许活性物质与挥发性介质相互作用。

在一个实施例中，(一个或多个)热传递元件13与包含内部部分和外部涂层的颗粒热接触，所述内部部分包含选自由盐和cao组成的组中的至少一种，并且所述外部涂层包含疏水性纳米颗粒，其中所述颗粒具有从1μm到1000μm的平均尺寸。

在一个实施例中，第五导管5包括1至5个毛细管。在一个实施例中，第五导管5是至少一个毛细管，其内径在从0.01mm到3mm的区间内。毛细管的内径决定施加在管内流体上的毛细力。如果管太大，则毛细力将是忽略不计的，并且如果管太小，则流动速率将会太低。因此，在一个实施例中，第五导管包括若干管，每个管具有不同的直径。在替代实施例中，第五导管包括若干管，每个管具有相同的直径。对于导管是两个相邻空间之间通道的情况，第五导管被构造成使得通道中出现不可忽略的毛细力。

对于第五导管，应该选择毛细管的数量和管的内径以获得合适的流动阻力，使得仅合适量的热传递介质在第一空间22中向下流动。进一步地，应该选择毛细管的数量和管的内径以获得对于第一空间22中的预期蒸发而言合适的流动速率。

第五导管的流动阻力在图2种示出，其中加热第一空间22，使得蒸发热传递介质。第一空间22中的热传递介质的水平与系统的其他部分相比较低，参见图中的虚线。热传递介质以与其蒸发大致相同的速率从贮存器30流入第一空间22，并且因此第一空间22中的水平较低。

第五导管5的构造应考虑到蒸发期间预期的流动速率。通过第五导管的流量应至少大致对应于热源加热期间的蒸发速率。在加热模式期间，热传递介质从罐30通过第五导管5流入第一空间22，在第一空间22中，热传递介质通过来自热源的热蒸发。在一个实施例中，通过第五导管5的流动速率等于来自第一空间22的蒸发速率。这在图2中以稳定加热状态期间第一空间22中的热传递介质40的较低水平表示。

在一个实施例中，毛细管中的至少一个具有圆形横截面。也设想了其他形状的横截面。

在一个实施例中，挥发性液体包含水。在一个实施例中，挥发性液体是水。

在一个实施例中，热传递介质包含水。在一个实施例中，热传递介质是水。在一个实施例中，热传递介质由水组成。

在一个实施例中，另一个贮存器29布置在蒸发器26和泵28之间。使用附加贮存器29的优点是可以将液体泵送到贮存器29中并且液体随后缓慢地流入空间34中。

在阅读本说明书和示例之后，本发明的其他特征和用途及其相关优点对本领域技术人员而言将是显而易见的。

应当理解，本发明不限于此处所示的具体实施例。提供实施例是为了说明的目的，而非旨在限制本发明的范围，因为本发明的范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。