用于操作吸附式压缩机的方法及用于在所述方法中使用的吸附式压缩机 |
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| 申请号 | CN201280019777.1 | 申请日 | 2012-02-22 | 公开(公告)号 | CN103597298A | 公开(公告)日 | 2014-02-19 |
| 申请人 | 库尔可持续能源解决方案有限公司; | 发明人 | 约翰内斯·法斯·比格尔; 罗伯特·扬·迈耶; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种操作 吸附 压缩机 系统的方法，该系统包括热源和冷源及至少第一吸附床和第二吸附床，其中，第一床的初始 温度 低于所述第二床的初始温度，在该系统中，通过利用 传热 流体 （HTF）使热循环，该方法包括下列阶段：阶段A），该阶段A）包括下列步骤：-通过将来自所述第二床的HTF可选择地经由所述热源供给至第一吸附床对第一吸附床进行加热，而同时维持住所述第一床中的热波；以及-通过将来自所述第一床的HTF可选择地经由所述冷源供给至第二吸附床对第二吸附床进行冷却，而同时维持住所述第二床中的热波；其中，维持阶段A）直至所述第一床和所述第二床的出口温度是基本相同的为止；以及阶段B），该阶段B）包括下列步骤：-将从所述第一床流出的HTF供给至所述热源并将来自所述热源的HTF供给回到所述第一床中；以及-将从所述第二床流出的HTF供给至所述冷源并将来自所述冷源的HTF供给回到所述第二床；其中，维持阶段B）直至所述第一床中的温度是基本均匀的并且所述第二床中的温度也是基本均匀的且低于所述第一床的温度，其中，通过所述第一床和所述第二床的所述HTF的流速可高于阶段A）中的流速。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种操作吸附式压缩机系统的方法，所述系统包括热源和冷源及至少第一吸附床和第二吸附床，其中，所述第一床的初始温度低于所述第二床的初始温度，在所述系统中，通过利用传热流体（HTF）使热循环，所述方法包括下列阶段： |
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| 说明书全文 | 用于操作吸附式压缩机的方法及用于在所述方法中使用的吸附式压缩机 技术领域[0001] 本发明涉及一种吸附式压缩机及其操作方法。更为具体地，本发明涉及一种结合在热泵中的吸附式压缩机，其中，该压缩机利用经过由固体吸附剂构成的床的热波。这种压缩机例如在被全部结合在本文中的US-A-4610148中进行描述，其中，利用了两个由吸附剂构成的床，这两个由吸附剂构成的床设置在壳体中，穿过该壳体设置有热交换通道。热交换通道连接至热交换流体的闭合回路，该闭合回路包括一组泵、具有冷却作用的附加热交换器及具有加热作用的热交换器。这些吸附剂床的壳体侧连接至热泵，该热泵包括冷凝器、膨胀阀和蒸发器。这两个床均借助于止回阀既连接至冷凝器侧又连接至蒸发器侧。对吸附式热泵中的热波进行讨论的其它公开文献的示例有：US-A-4637218；Jones J.A.（Heat recovery systems&CHP（热回收系统及热电联产）13（1993）363-371）；Pons M.，（Applied thermal engineering（实用热力工程），16（1996）395-404）；Sun L.M.等人，（Int.J.Heat mass transfer（国际传热传质期刊），40（1997）281-293）；Zheng W.等人（Heat and mass transfer（传热传质）31（1995）1-9）；Wang，R.Z.（Renewable and sustainable energy reviews（可再生与可持续能源评论）5（2001）1-37）；以及Critoph，R.E.等人（Applied Thermal Engineering（实用热力工程）24（2004）661-678）。 背景技术[0002] US-A-4610148中的床包括沸石，并且所应用的制冷剂或吸附蒸汽为水。来自吸附床的水蒸汽通过一组止回阀而被引导至热泵的冷凝器。在那里，水蒸汽在高压冷凝器中冷凝，并且冷凝水被引导经过释压阀，在该释压阀处，由于焦耳-汤姆孙效应，温度基本上绝热地降低，由此提供了冷却能力。在低压蒸发器中，水被再次蒸发并且可经过一组止回阀返回至冷的且正在接受蒸汽以进行吸附的吸附床。该蒸发器提供热泵的实际热力冷却能力。 [0003] 通过用传热流体对固体吸附材料进行加热，迫使吸附蒸汽离开该固体吸附材料。为了在蒸发器中具有基本恒定的冷却功率，选用两个吸附床。一个床被加热以迫使吸附蒸汽离开而另一个床被冷却以便提供对吸附蒸汽的再吸附。 [0005] 为了提高与吸附材料的批量冷却和批量加热有关的效率，发现通过施加来回地经过固体材料的活动的温度廓线（profile）而加热和冷却固体吸附材料充分地提高了热泵性能。来回推动温度廓线经过相对细长的材料被称之为热波。 [0008] 这些系统的缺点是冷凝器、蒸发器和两个吸附床在尺寸方面是相对庞大的。由于将水用作制冷剂，因此整个系统仅可在降低了的压力下进行操作，由此降低了该系统的单位制冷功率（SCP）。 [0009] 在US-A-4637218中存在一种将沸石用作吸附剂的替代性的热泵，该文献的全部内容被结合于本文中。在该系统中，再次将水用作冷媒。在该公开文献中，提议了吸附床的壳管式结构和吸附床的单体式结构。由于为水蒸汽的蒸发和冷凝所施加的压力是相对低的，因此该系统还是尺寸庞大的。 [0010] P.Hu 等 人（能 量 转 换 与 管 理（Energy Conversion and Management）50(2009)255-261）描述了一种在环形容器中包括吸附床的制冷系统，其中，热交换流体位于内侧上。 [0011] A.Sateesh等人（国际氢能期刊（International Journal of Hydrogen Energy）35(2010)6950-6958）描述了一种单级金属氢化物热泵。该热泵基于一种吸收过程，其中，该金属氢化物粉末经历了化学变化。术语“吸收过程”通常专供基于化学吸收的过程使用，而“吸附过程”指的是物理吸附。 [0012] Z.Dehouche 等 人（实 用 热 力 工 程（Applied Thermal Engineering）18(1998)457-480）描述了用于多氢化物系统的热波概念。该系统也基于化学变化，而非基于与本发明相一致的物理变化。 [0013] 虽然已知的基于吸附式热泵系统的热波导致特别是与性能系数（COP）和单位冷却功率（SCP）有关的效率的改良，但仍然期望改进COP和SCP。 发明内容[0014] 本发明的目的是缓解或解决现有技术中的热泵和吸附式压缩机的上述和/或其它问题，而同时维持和/或改进其优点。更为具体地，本发明的目的可以是减小整个热泵的尺寸及吸附式压缩机的尺寸、提供更为实用的床装置及提供在其操作上是更为经济且更为有效的系统和方法。另一目的是提供一种对具有改进的COP和SCP的吸附式压缩机进行操作的方法。 [0015] 这些和/或其它目的通过一种操作吸附式压缩机系统的方法来实现，该系统包括热源和冷源及至少第一吸附床和第二吸附床，其中，第一床的初始温度低于所述第二床的初始温度，在该系统中，通过利用传热流体（HTF）而使热进行循环，该方法包括下列阶段： [0016] 阶段A），其包括下列步骤： [0017] -通过可选择地经由所述热源将来自所述第二床的HTF供给至所述第一吸附床，对所述第一吸附床进行加热，而同时维持所述第一床中的热波；以及 [0018] -通过可选择地经由所述冷源将来自所述第一床的HTF供给至所述第二吸附床，对所述第二吸附床进行冷却，而同时维持所述第二床中的热波；其中，维持阶段A）直至所述第一床和所述第二床的出口温度基本相同； [0019] 以及阶段B），其包括下列步骤： [0020] -将从所述第一床流出的HTF供给至所述热源；以及 [0021] -将从所述第二床流出的HTF供给至所述冷源；其中，维持阶段B）直至所述第一床中的温度是基本均匀的并且所述第二床中的温度也是基本均匀的且低于所述第一床的温度，其中，所述HTF通过所述第一床和所述第二床的流速可高于阶段A）中的流速。 [0022] 在现有技术的热波系统中，利用了单个HTF环路，该环路结合有两个吸附床，在这两个吸附床之间设置有加热和冷却设备。具有适合的转换阀的可逆的泵或单向泵用于在一旦波接近床的端部中的一个时使热波逆转通过床。这样一来，整个循环被划分为两个半循环。每个半循环在传热流体的流动方向被逆转后开始。流动逆转的转换时刻在热波显现、即在其到达床的另一侧时获得。 [0023] 在不希望受到理论的约束的情况下，本发明人相信实际上热波明显没有现有技术中最初建议的那样陡峭（例如在US-A-4610148和US-A-4637218中）。这意味着沿着单元的长度具有相当平坦的温度廓线，使得当波逆转时，吸附的制冷剂中的朝向单元的端部的大部分尚未被吸附或解除吸附，这极大程度地限制了SCP。用以对其进行改进的一种方式是使得更多的制冷剂能够被吸附或解除吸附，并且如果使得热波能够朝向单元的端部前进得更多以使更多的制冷剂可在一个半循环内被吸附或解除吸附，则可获得较高的SCP值。然而，在该情形下，由于在加热和冷却设备上逐渐增大的温度差，因此COP迅速地降低。由此，COP和SCP之间存在此消彼长的关系。 [0024] 本发明提供了一种改进SCP而同时维持高的COP的新型热波循环。 [0025] 可在参照图29A-D时描述本发明。出于简明的目的，在该图中仅示出了HTF的流动方向，而并未绘出制冷剂流体连接部和流动。将会理解的是，制冷剂流体连接部可位于床的任一侧处，乃至可位于床的两侧处。在后一情形中，一侧可经由止回阀连接至制冷剂高压管线而另一侧可经由止回阀连接至制冷剂低压管线。 [0028] 根据本发明，整个吸附和解除吸附循环被划分为四个（而非两个）阶段，其中的阶段A和C为热再生阶段而阶段B和D为非热再生阶段。该系统中的吸附床需要适用于热波操作的吸附式压缩机。 [0029] 在阶段A中，床1由来自热源的高温HTF进行加热。由于热波操作，最初低温的HTF离开床1，随后该HTF由冷源进一步冷却。同时，床2由来自冷源的低温HTF进行冷却。还是由于热波操作，最初高温的HTF离开床2，随后该HTF由热源进一步加热。 [0030] 阶段2在某点处开始，主要是当离开床1和2的HTF的两个温度彼此基本相等时。当出口温度之间的绝对温度差小于热源与冷源之间的温度差的40%、优选地小于30%、更为优选地小于20%、甚至更为优选地小于10%、典型地为0-5%时，这些出口温度被视为是基本相等的。HTF转换系统可用于将床1直接连接至热源并且将床2直接连接至冷源，从而在没有热再生的情况下在床中结束热波，直至床的温度是基本均匀的。 [0031] 在阶段A中，在两个床之间再生成热。在图28中所示的示例中，可再生的热的最大数量（假设有在时间上恒定的HTF流）与面积X成比例。当第一床和第二床的出口温度如上所述是基本相同的时，到达该热的最大数量。 [0032] 在阶段B中，当入口温度与出口温度之间的绝对差小于热源与冷源之间的温度差的30%，优选地小于20%，更为优选地小于10%，甚至更为优选地小于5%时，床温被视为是基本均匀的。 [0033] 图12和28示出了在阶段A和B期间，床1和床2的出口温度的示例。阴影区A与在热再生阶段期间需要由加热器供给至HTF的热量成比例，并且阴影区B与在非再生阶段期间需要供给的热量成比例。 [0034] 在阶段B的末端处，最初为冷的第一床现在是较热的床，而最初为热的第二床现在是较冷的床。可如上所述地重复该操作，但现在两个床的作用被互换。 [0035] 例如，接下来，新的热再生阶段可在阶段C中开始。操作类似于阶段A但床1和2的作用被颠倒：床1为冷却而床2为加热。随后是阶段D，该阶段D为颠倒了床1和2的作用的另一非再生阶段。 [0036] 在本发明的系统中，床中的热波的方向对于所有的阶段而言可以是相同的并且这是优选的。作为选择，在阶段A和B之后，可在阶段C和D中颠倒HTF流动方向和热波方向，如图30中示意性地示出的那样。然而，这需要不同的且更为复杂的HTF流体转换系统。 [0037] 如将在下文中变得清晰的那样，基于上述原理，许多变型和变更均是可能的。 [0038] 例如，阶段之间的转换可通过利用转换阀、特别是三通阀来实现。作为选择，可以使用具有双通阀的分离开的管线，如图32A-D中所示。也可使用四通阀，参见图33A-D。 [0039] 本发明的另外的优点之一是，利用仅需要在一个方向上操作的的泵，这允许使用标准部件和工程实践。 [0040] 在本发明的优选实施方式中，设置有适用于热波操作的吸附式压缩机的吸附单元，该吸附单元包括细长的固体吸附材料；细长的传热流体通道，其与固体吸附材料直接传热接触，其中，吸附材料的特征尺寸r被选择成使得满足下列关系： [0041] [0042] 其中，λ有效是有效导热率，γ是设计参数，并且SCP是单位冷却功率，其中3 γ<0.0025K·m/kg，其中SCP>250W/kg并且其中0.5<λ有效<20W/mK。特征尺寸r在吸附单元具有圆形横截面的情形中可被理解为吸附材料的半径。在横截面为非圆形（例如多边形或椭圆形）的情形中，r为等效半径，即与正被讨论的非圆形横截面具有相同表面积的圆的半径。 [0043] 传热流体通道dHTF的特征尺寸可被选择成使得满足下列关系： [0044] [0045] 其中，Biot是毕奥数，λ有效是传热流体的有效导热率，Nu是努塞尔特数（Nusselt Number），dHTF是传热通道的特征尺寸，其中0.1<λ有效<10W/m·K，毕奥数>1并且其中4 [0046] 通过这些特定尺寸，可获得有效操作，如在下文中更为详细地说明的那样。 [0047] 传热流体通道的特征尺寸可小于1mm并且吸附材料的特征尺寸优选地小于1cm。吸附材料可布置在内部圆筒壁中，设置有中央制冷剂通道。传热流体通道可以是在内部（圆筒）壁与外部（圆筒）壁之间、围绕吸附材料同轴布置的环形传热流体通道。 [0048] 本发明还涉及一种包括由如上文所述的吸附单元构成的矩阵的束，其中，各个吸附单元的环形传热流体通道在两个远端上与传热流体集管流体连接，该传热流体集管为可收集或分配传热流体的歧管，并且其中，各个吸附单元的中央制冷剂通道在一个或两个远端上与制冷剂集管流体连接，该制冷剂集管也是歧管并且可收集或分配制冷剂。 [0049] 该束的传热流体歧管和制冷剂歧管可布置在可布置于细长的吸附单元的端部处的大致呈板状的分配元件中。 [0050] 分配元件可包括三个堆叠的板：第一封闭板，其具有连接至吸附单元的外壁并且环绕吸附单元的外壁的开口；中间板，其具有连接至吸附单元的内壁并且环绕吸附单元的内壁的开口；第二封闭板，其中，传热歧管布置在第一封闭板与中间板之间，并且其中，制冷剂歧管布置在中间板与第二封闭板之间。 [0053] 该束可包括平行的单元，其中，每个单独的吸附单元的环形传热流体通道在它们的远端处连接至分配连接器并且于一个或两个远端处连接至制冷剂连接器。 [0054] 分配连接器可为任何形状的并且理想地在各个单元中的每一个中导致了完全相同的流量。它们可以例如为旋转对称的蛛形连接器，每个传热流体分支具有与其它传热流体分支大致相同的形状。T形连接器可连接至分配连接器中的每一个或连接至传热歧管，或者作为选择，分配连接器或传热歧管设置有两个单独的连接器。 [0055] 本发明还涉及一种吸附式压缩机，其包括上述束中的至少两个，其中，这些束的第一侧的T形连接器的臂中的每一个以使得每个单独的T形连接器的不同的臂与不同的三通阀的转换侧流体连接的方式与第一对三通阀的转换侧流体连接，并且其中，束的第二侧的T形连接器的臂中的每一个以使得每个单独的T形连接器的不同的臂与不同的三通阀的转换侧流体连接的方式与第二对三通阀的转换侧流体连接。 [0056] 第一对三通阀的基部侧可与加热器或热交换器流体连接，该加热器或热交换器构造成提高经过的传热流体的温度，并且其中，第二对三通阀的基部侧可与冷却器或热交换器流体连接，该冷却器或热交换器构造成对经过的传热流体进行冷却。第一对三通阀的第一三通阀的基部侧和第二对三通阀的第一三通阀的基部侧可与热交换器或加热器流体连接，并且其中，第一对三通阀的第二三通阀的基部侧和第二对三通阀的第二三通阀的基部侧可与热交换器或冷却器流体连接。 [0057] 传热流体通道可设置有径向导体、例如波纹板。 [0058] 单元或束中的每一个的制冷剂通道和/或吸附材料可通过一套止回阀与制冷剂环路流体接触，该制冷剂环路可包括冷凝器、蒸发器和膨胀阀，该膨胀阀以允许制冷剂进出单元或束的吸附材料并且允许制冷剂仅通过该制冷剂环路在一个方向上受到传导的方式构造而成。 [0059] 单独的单元或束可通过包括阀的压力均衡导管相互连接。制冷剂环路还可与辅助容器流体连接，该辅助容器包括吸附物质和温度可控的加热器。 [0060] 本发明还涉及一种适用于热波操作的吸附式压缩机，其包括两个由吸附单元构成的束，每个束均包括传热流体通道，其中，各个束的传热流体通道均与歧管流体连接，其中，歧管连接至T形连接器，其中，这些束的第一侧的T形连接器的臂中的每一个均以使得每个单独的T形连接器的不同的臂与不同的三通阀的转换侧流体连接的方式与第一对三通阀的转换侧流体连接，并且其中，这些束的第二侧的T形连接器的臂中的每一个以使得每个单独的T形连接器的不同的臂与不同的三通阀的转换侧流体连接的方式与第二对三通阀的转换侧流体连接。 [0061] 第一对三通阀的基部侧可与加热器或热交换器流体连接，该加热器或热交换器构造成提高经过的传热流体的温度，并且其中，第二对三通阀的基部侧可与冷却器或热交换器流体连接，该冷却器或热交换器构造成对经过的传热流体进行冷却。 [0062] 第一对三通阀的第一三通阀的基部侧和第二对三通阀的第一三通阀的基部侧可与热交换器或加热器流体连接，并且其中，第一对三通阀的第二三通阀的基部侧和第二对三通阀的第二三通阀的基部侧可与热交换器或冷却器流体连接。 [0063] 本发明还涉及一种包括吸附材料的吸附单元，其中，吸附材料布置在圆筒形的内壁中，设置有中央制冷剂通道，并且其中，环形传热流体通道在内壁与外壁之间、围绕吸附材料同轴地布置。 [0064] 本发明还包含一种包括由如上所述的吸附单元构成的矩阵的束，其中，各个吸附单元的环形传热流体通道与传热流体歧管流体连接，并且其中，各个吸附单元的中央制冷剂通道与制冷剂歧管流体连接。传热流体歧管和制冷剂歧管可布置在大致呈板状的分配元件中，该大致呈板状的分配元件布置于细长的吸附单元的端部处。 [0065] 该束中的分配元件可包括三个堆叠的板：第一封闭板，其具有连接至吸附单元的外壁并且环绕吸附单元的外壁的开口；中间板，其具有连接至吸附单元的内壁并且环绕吸附单元的内壁的开口；第二封闭板，其中，传热歧管布置在第一封闭板与中间板之间，并且其中，制冷剂歧管布置在中间板与第二封闭板之间。传热歧管可被机械加工在或蚀刻在中间板中并且制冷剂歧管可被机械加工在或蚀刻在中间板或第二封闭板中。 [0067] 本发明还涉及一种例如通过利用诸如太阳炉或废热流之类的相对低热量的热或诸如气体火焰之类的高热量的热源进行冷却或加热的方法，其中，该方法包括以任何适合的顺序执行的下列步骤：a）设置如上所述的吸附式压缩机；b）在第一模式下，通过将从加热器离开的、处于层流的热的传热流体轻缓地泵送通过第一束的吸附单元的传热流体通道，对第一束中的吸附材料进行加热，使得在轴向方向上是充分陡峭的降低的热廓线、即热波被维持在第一束内并在第一束内被沿着细长的吸附单元的长度轻缓地推送；其中，吸附的制冷剂被从第一束的吸附材料以相对高的压力解除吸附，朝向冷凝器被推动通过止回阀，被冷凝并被推动通过膨胀阀，并被留下以蒸发且在蒸发器中执行冷却行为；c）在步骤b）中在第一模式下，通过将从冷却器离开的、处于层流的冷的传热流体轻缓地泵送通过第二束的吸附单元的传热流体通道，对第二束中的吸附材料进行冷却，使得在轴向方向上是充分陡峭的升高的热廓线、即热波被维持在第二束内并在第二束内被沿着细长的吸附单元的长度轻缓地推送，其中，来自蒸发器、通过止回阀的制冷剂被第二束的吸附材料以相对低的压力吸附住；d）在预定时刻处，转换至第二模式，通过将从冷却器离开的、处于层流的冷的传热流体轻缓地泵送通过第一束的吸附单元的传热流体通道，对第一束中的吸附材料进行冷却，使得在轴向方向上是充分陡峭的升高的热廓线、即热波被维持在第一束内并在第一束内被沿着细长的吸附单元的长度轻缓地推送，其中，来自蒸发器、通过止回阀的制冷剂被第一束的吸附材料以相对低的压力吸附住；e）在步骤d）中在第二模式下，通过将从加热器离开的、处于层流的热的传热流体轻缓地泵送通过第二束的吸附单元的传热流体通道，对第二束中的吸附材料进行加热，使得在轴向方向上是充分陡峭的降低的热廓线、即热波被维持在第二束内并在第二束内被沿着细长的吸附单元的长度轻缓地推送；其中，吸附的制冷剂被从第二束的吸附材料以相对高的压力解除吸附，被朝向冷凝器推动通过止回阀，被冷凝并被推动通过膨胀阀，并被留下以蒸发且在蒸发器中执行冷却行为；f）转换回到第一模式并重复步骤a-f。 [0068] 在该方法中，第一模式与第二模式之间的转换或第二模式与第一模式之间的转换可通过一系列三通阀执行。流动方向可在模式之间的每次转换时被反向，使得束和束具有热侧和冷侧并且相对陡峭的温度廓线被通过各个束来回发送，并且其中，每一次通过温度廓线在束端处的到达来触发模式的转换，从而表明正被讨论的束被基本上完全加热并且其它的束被充分冷却或者表明正被讨论的束被基本上完全冷却并且其它的束被充分加热。 [0069] 在该方法中束内的流动方向被维持住，使得陡峭的温度廓线或具有增加和降低的温度的热波因此在仅仅一个方向上被推送通过束。在第一模式与第二模式之间以及在第二模式与第一模式之间，每一次通过为将会在仅具有加热器的回路中被加热的束创建捷径并且同时为将会在仅具有冷却器的回路中被冷却的束创建捷径，可转换温度均衡模式。该用以为束创建捷径的触发可在离开这两个束的传热流体温度基本相同时发生。 [0070] 本文所述的方法可具有遵循下列等式的循环时间： [0071] [0072] 其中，t循环是吸附单元或束的总循环时间，即，用于吸附和解除吸附模式的总循环时间，Δh是提供冷却功率的制冷剂气体的焓变[J/g]，并且Δx净是在一个吸附和解除吸附循环中由诸如碳之类的吸附材料吸附或从诸如碳之类的吸附材料解除吸附的气体的净数量，以克气体每克吸附材料表示。 [0073] 这些热泵的性能通常与两个参数息息相关，首先是性能系数（COP），其次是单位冷却功率（SCP）。性能系数为热冷却功率P冷却与热输入功率P输入之间的比率。 [0074] [0075] 单位冷却功率是热冷却功率除以吸附剂的质量（m吸附剂）。 [0076] [0077] 在根据本发明的热泵中，使用的吸附材料可以例如为含有固体非晶质碳的材料，并且制冷剂或吸附气体可以是NH3。利用吸附材料和吸附气体的该特定组合，可获得高SCP，从而导致相对小型且轻便的压缩机。 [0078] 这种热泵的其它优点是相对高的COP及相对高的热力学效率、在不损害SCP和COP的情况下的相对高的温度韧性、冷量或热量的相对恒定的产量、通常处于数分钟范围中的快速启动和停止时间及相对适中的成本。 [0079] 本发明的另一方面是一种用于吸附式压缩机的单元，其中，该单元包括吸附材料和与该吸附材料传热接触的至少一个单独的传热流体通道，其中，该传热流体通道的直径或高度的相对尺寸、即与吸附材料的特征尺寸或高度及其材料性质有关的传热流体通道的特征尺寸由毕奥数表示，其中，毕奥数大于或等于1。 [0080] 毕奥数在本文中代表吸附材料中的热阻与传热流体中的热阻的比率，如等式3中所呈现的那样。 [0081] 吸附材料的热阻可由几何性质和材料性质推导而得，传热流体中的热阻可由传热流体通道的几何形状方面及用于传热流体通道内的主导的流态的有关的努塞尔特（Nusselt）关系推导而得。实际上，小于1的毕奥数的值越低，发现传热流体内而非吸附材料内的径向温差就越大，这将最终对吸附材料的给定特征尺寸（例如半径）和导热率带来不受欢迎的更为平坦（漫布）的热波。因此，为了有效的操作，毕奥数应当大于一。对于围绕包含吸附材料的细长的圆形管道的同心的传热流体护套而言，有关的毕奥关系可表示为： [0082] [0083] 其中，R内和R表面分别为吸附剂的热阻和传热流体通道的热阻。为了增大该毕奥数并且由此使用于吸附材料的诸如半径（r）之类的给定特征尺寸和吸附材料的给定有效导热率（λ吸附）而言的热波变陡峭，可以考虑一系列的设计方面：降低传热流体通道的特征尺寸、例如直径（dHTF），或增大传热流体的有效导热率（λHTF）。 [0084] 在该关系中，对于层流而言，努塞尔特数为约5。由于优选地避免出现紊流以便保持压降是较低的，因此优选地不改变该数。 [0085] 当传热流体为水时，λHTF为约0.6W/mK，当吸附材料为商业上可获得的非晶质碳时，λ吸附为约0.8W/mK，并且当吸附材料的特征尺寸（例如半径）被选择为0.5cm时，传热通道的直径应当小于1mm，或者小于吸附材料的特征尺寸（例如半径）的约五分之一。 [0086] 总之，对于吸附式压缩机的适当的有效操作而言，传热通道的直径或高度与吸附材料的特征尺寸（例如半径）之间的尺寸关系应遵循： [0087] [0088] 从这一点可断定，传热流体通道应当是小的。另一方面，因为由于在流体传递通道的长度上存在增大的液压压降所造成的效率损失，所以传热流体通道的直径或高度不能被选择得过小。对于层流，在环形细长通道上的压降Δp由下式给出： [0089] [0090] 其中， 是通过环形通道的传热流体的质量流量，μHTF为传热流体的动态粘滞度，ρHTF为传热流体的密度，r为环形通道的内部（等效）半径，并且dHTF为环形通道的高度。 [0091] 通过通道的质量流量受到单元中所需的热功率P输入，HTF、离开加热器的传热流体的温度与进入该加热器的传热流体的温度之间的基于循环时间的平均温度差或冷却器上的温度差ΔT的影响。 [0092] [0093] 需要的热功率可以由实际热冷却功率P冷却除以COP来表示。 [0094] [0095] 其中，冷却功率实际上为单位冷却功率乘以单元内的吸附材料的质量m单元，参见等式2，这又可改写为密度ρ吸附乘以该吸附材料的体积。 [0096] [0097] 通过将等式6-8与等式5相结合，该压降可由正被讨论的传热流体的唯一的设计参数和特定性质来表达。 [0098] [0099] 为了不在压降中损失过多效率，当传热流体为水时，该压降应当通常不大于1巴。在使用热油的情形中，它应当不超过数巴的压力。 [0100] 本发明的另一方面为一种吸附式压缩机，其包括至少两个吸附材料的单元或至少两个由吸附材料的单元构成的束，该单元或由单元构成的束被传热流体通道环绕或与传热流体通道传热连接，这些束均包括处于它们的传热流体入口和出口处的T形连接器，其中，该T形连接器的分支中的每一个均与阀流体连接。 [0101] 由于靠近单元或束的T形连接器的该特定布置，因此传热流体导管的仅非常有限的一部分既面对冷的传热流体，又面对热的传热流体。该部分越小，热的流体与冷的流体之间出现的混合损失就越小，从而使这些混合损失最小化。 [0102] T形连接器的分支中的每一个均与阀流体连接，而T形连接器的连接部分与正被讨论的单元或由这些单元构成的束的传热流体通道流体连接。优选地，阀为三通阀，然而作为选择，可应用由双通阀构成的任何适当的组合。加热器和冷却器可在这样一种布置中与三通阀流体连接：根据三通阀的位置，传热流体可在四个操作模式中被到处泵送。这四个模式包括第一模式、第二模式、第三模式和第四模式。在第一模式中，布置有传热流体的单个环路，该传热流体经过加热器、第一单元或束、冷却器、第二单元或束，并且再次返回到加热器中。第二模式包括两个分离开的捷径回路，在一个回路中，传热流体从加热器流动至第一单元或束并且再次返回至加热器，并且在另一个回路中，传热流体从冷却器流动至第二单元或束并且再次返回至冷却器。第三模式也包括一个环路或回路，这时，传热流体从加热器流动通过第二单元或束、冷却器、第一单元或束，并再次返回到加热器中。最后，第四模式也包括两个分离开的环路，这时，一个环路在闭合环路中将加热器与第二单元或束连接，另一环路将冷却器与第一单元或束连接。 [0103] 本发明的另一方面为一种吸附式压缩机，其包括至少两个吸附材料的单元或至少两个由吸附材料的单元构成的束，该单元或由单元构成的束被传热流体通道环绕或与传热流体通道传热连接，束均包括处于它们的传热流体入口和出口处的十字形连接器，其中，每个单元或每个由单元构成的束的十字形连接器中的每一个的第一分支与第一三通阀或第二三通阀流体连接，使得两个单元或由单元构成的束中的每一个的十字形连接器均与不同的三通阀流体连接，并且其中，十字形连接器的其余两个分支均流体连接至歧管。 [0104] 由于靠近单元或束的十字形连接器的特定布置，因此传热流体导管的仅非常有限的一部分面对冷的、热的和适度暖的传热流体。该部分越小，则热的流体与冷的流体之间的混合损失就越小，从而使这些混合损失最小化。 [0105] 本发明的另一方面为一种操作吸附式压缩机的方法，该吸附式压缩机包括两个如上所述的吸附束，其中，热的传热流体和冷的传热流体以使得在单元或束的长度上产生大致连续移动的热波的方式被泵送通过传热通道。 [0106] 本发明的另一方面为一种热泵，其中，在制冷剂环路中，布置有具有缓冲容器的分路，该分路设置有吸附材料和温度控制器。在这种系统中，通过控制缓冲器的温度，可控制吸附的制冷剂的量，使得可控制可获得的用于冷却操作的制冷剂。通过减少制冷剂的量，可分别控制冷凝器中的冷凝压力和/或蒸发器中的蒸发压力。这些压力与冷凝器的操作温度和蒸发器的操作温度有关。 [0107] 由此，提供了一种极好的调节例如冷却温度的方式，使得可避免热泵的on-off模式，从而提供例如更为精确、恒定的冷却温度。尽管该温控的吸附缓冲器可在本文中所述的热泵中是实用的，但即便如此，也可将它在实践上应用于现有的热泵中。附图说明 [0108] 为进一步阐明本发明，将参照附图对示例性实施方式进行描述。附图中： [0109] 图1示出了根据本发明的第一实施方式的吸附单元的侧视截面示意图； [0110] 图2示出了图1的侧视截面图的截取细节； [0111] 图3示出了根据本发明的另一实施方式的单元束的立体示意图； [0112] 图4示出了根据本发明的另一实施方式的蛛形连接器（spider connector）的立体示意图； [0113] 图5示出了根据图3的束的侧视示意图； [0114] 图6示出了根据本发明的另一实施方式的具有连接集管或歧管的由吸附单元构成的束的立体示意图； [0115] 图7示出了根据本发明的另一实施方式的压缩机中的传热流体流处于第一操作模式中的示意性的工艺流程图； [0116] 图8示出了图7的处于第二操作模式中的流程图； [0117] 图9示出了根据本发明的实施方式的包括吸附式压缩机的热泵的示意性的工艺流程图； [0118] 图10A-I示出了本发明的另一替代实施方式中的传热流体流的示意性的工艺流程图； [0119] 图11A-D示出了本发明的另一替代实施方式中的传热流体流的示意性的工艺流程图； [0120] 图12示出了处于根据本发明的两个吸附床束的出口处的示意性的温度曲线图； [0121] 图13示出了根据本发明的COP与SCP之间的典型关系； [0122] 图14示出了根据本发明的在组合图中描绘了等式3和9的组合曲线图； [0123] 图15示出了根据本发明的热流体通道的替代实施方式的截面图； [0124] 图16示出了根据本发明的吸附材料和传热流体通道的几何形状的另一替代实施方式的截面图； [0125] 图17示出了根据本发明的吸附材料和传热流体通道的几何形状的另一替代实施方式的截面图； [0126] 图18A示出了根据本发明的吸附材料和传热流体通道的几何形状的另一替代实施方式的截面立体图； [0127] 图18B示出了根据本发明的吸附材料的实施方式的立体示意图； [0128] 图19示出了根据本发明的制冷剂流程图的替代实施方式的示意图； [0129] 图20示出了根据本发明的吸附单元束的替代实施方式的立体示意图； [0130] 图21A示出了根据图20的束的俯视示意图； [0131] 图21B示出了根据图20的束的侧视示意图； [0132] 图21C示出了根据图20的束的主视示意图； [0133] 图21D示出了经过根据图20的束的线A-A的截面示意图； [0134] 图21E示出了图21D的详细的截取示意图； [0135] 图21F示出了图21的详细的截取示意图； [0136] 图22A-C示出了图21F的分配元件的立体分解示意图； [0137] 图23A示出了根据图20的束的立体局部剖视示意图； [0138] 图23B示出了图23A的详细的立体示意图； [0139] 图24示出了根据本发明的吸附单元束的另一替代实施方式； [0140] 图25A示出了根据图24的束的俯视示意图； [0141] 图25B示出了根据图24的束的主视示意图； [0142] 图25C示出了经过根据图25B的束的线A-A的截面示意图； [0143] 图25D示出了图25C的详细的截取示意图； [0144] 图26A-D示出了根据图24的束的分配元件的立体分解示意图； [0145] 图27A示出了根据图24的束的立体剖视示意图； [0146] 图27B示出了图27A的束的详细的截取示意图； [0147] 图28示出了处于根据本发明的两个吸附床束的出口处的示意性的温度曲线图； [0148] 图29A-29D是成为本发明的方法的基础的原理的视图，其示出了传热流体流的示意性的工艺流程图； [0149] 图30示出了传热流体流的示意性的工艺流程图； [0150] 图31A-B示出了在本发明的另一替代实施方式中的传热流体流的示意性的工艺流程图； [0151] 图32A-D示出了在本发明的另一替代实施方式中的传热流体流的示意性的工艺流程图； [0152] 图33A-D示出了在本发明的另一替代实施方式中的传热流体流的示意性的工艺流程图； [0153] 图34示出了根据本发明的吸附材料和传热流体通道的几何形状的另一替代实施方式的截面图； [0154] 图35示出了根据本发明的吸附材料的实施方式的立体示意图； [0155] 图36示出了处于根据本发明的两个吸附床束的入口和出口处的测量到的温度曲线图。 具体实施方式[0156] 本文中使用的表述“有效导热率”将被理解为在主导的传热方向上的导热率[W/mK]，但并不视为被限定于此。例如，对于吸附剂而言，这在同轴布置的管道设计中被理解为在径向方向上的传导率。可通过如在图18中所提议的导热层板来提高该导热率。 [0157] 在传热流体中，与同轴管道设计类似，这是径向意义上的导热率。当在传热流体通道内放置波纹状的传导材料时，主导的传热方向将是切线意义上的，即大体垂直于波纹板的弯曲部。 [0158] 本文中使用的表述“特征尺寸”将被理解为吸附材料的或流体传递通道的在主导的传热方向上获得的有关高度、宽度、直径、（等效）半径或厚度[m]，但并不限定于此。例如，在同轴管道设计中，吸附材料的特征尺寸为其（等效）半径，传热通道的特征尺寸为其宽度或高度。在堆叠板设计的情况下，其中，由吸附剂构成的板夹置在传热流体通道之间，该特征尺寸为吸附材料的高度的一半，这是由于传热几乎对称地发生于吸附材料层的两个表面。在那种情形中，这也适用于传热流体通道，其中，特征尺寸为传热流体通道的高度的一半。 [0159] 还是在其中施加有波纹状的传导元件的传热流体通道中，如图15中所示，特征尺寸为波纹状的传导元件的两个接连的弯曲部之间的宽度的一半。 [0160] 本文中使用的表述“单位冷却功率”将被理解为热冷却功率除以吸附式压缩机的质量[W/kg]，但并不限定于此。 [0161] 本文中使用的参量“γ”可以被理解为反映在吸附材料上沿主导的传热方向上的热波内的最大温度差的设计参数除以吸附材料的密度，但并不限定于此。参量“γ”如在下文中的等式10中所呈现的那样加以定义。 [0162] 本文中使用的表述“三通阀的基部侧”可被理解为三通阀的连接侧，但不限定于此，该侧可通过转换阀而与三通阀的第一转换侧或第二转换侧连接，以便在基部侧与两个转换侧中的一个之间获得流体连接。本说明书中和权利要求中使用的表述“细长的”将被理解为是一种物理实体的特性，其在第一维度中的诸如大小或尺寸之类的一个尺寸远大于在其它两个维度中的大小或尺寸。通常，例如至少一个尺寸与其它两个尺度相差至少两倍即可被视为是细长的。 [0163] 附图示出了本发明的示例性实施方式并且不应当被视为以任何方式或形式限制本发明。在整个说明书和附图中，相同或对应的附图标记用于相同或对应的元件。 [0164] 在图1中，示出了根据本发明的吸附单元的侧视截面示意图。在于图2中可更为详细地进行观察的该吸附单元中，第一传热流体连接器2与第二传热流体连接器3借助于盖5与环形传热流体通道2a流体连接。盖5设置有用于连接至传热流体连接导管的第一连接器6和用于将盖连接在圆筒形壁11上的裙边（skirt）7。圆筒形壁11形成吸附单元的外部壳体和传热流体通道2a的外部壳体。在管状外部壳体11中，同轴地布置有内部壳体12。该内部壳体形成传热通道2a的内部管状壁。在内部管状壁12的内部，布置有由于固体吸附材料10构成的床。内部管状壁12被其中一个设置有蒸汽连接器4的盖8所保持。 环形传热通道2a被选择成具有小尺寸，其中，外部管状壁与内部管状壁之间的盖空间处于 1mm或更小的范围内。具有固体吸附材料的内壁12的内径可被选择成小于2cm，例如小于约1.5cm。在吸附材料的内部，可布置蒸汽通行通道。该通道可分别与外部管状壁11和内部管状壁12同轴地布置。 [0165] 为了精确地定位内壁12，环形通道2a可设置有间隔件。这些间隔件可例如由外部管状壳体11中的界限分明的压痕获得，从而形成将内部管状壁保持就位的突部。 [0166] 图3示出了如在图1和2中描述和示出的由吸附单元构成的束。在图3的实施方式中，在一束中布置有八个单元，其中，传热流体连接器连接至分配连接器15，该分配连接器15可以为具有对称分支的蛛形连接器，该蛛形连接器在其转动部上连接至T形连接器16。蒸汽导管4于一侧处连接至吸附单元1的内部圆筒形壁12内部的吸附材料，并于另一侧处连接至蒸汽导管连接器17，从而通过一组止回阀将蒸汽导管4连接至热泵的蒸发器或冷凝器。 [0167] 图4示出了该蛛形分配连接器13的详视图。 [0168] 图5示出了根据图3的吸附单元束的侧视示意图。在图5中可见，在细长吸附单元的细长束的两个端部上，传热连接器布置成借助于蛛形连接器15将吸附单元中的每一个的环形传热通道连接至T形加热器连接部16。另一方面，蒸汽导管在本实施方式中仅连接至细长单元束的两侧中的一侧。作为选择，蒸汽导管也可定位于细长吸附单元的两个端部处，这是由于沿着相对热的或相对冷的侧部引导进入或离开的蒸汽是有利的。 [0169] 图6在立体示意图中示出了两个吸附单元束的布置。第一吸附单元束26a借助于传热T形连接器16a连接至传热入口歧管（或集管）20并且连接至传热出口歧管21。蒸汽歧管18a和18b分别通过连接器23和22连接至蒸汽歧管25。导管23和22都连接至T形连接器24，该T字连接器24将这些导管连接至蒸汽歧管25。 [0170] 在图7中，示出了在第一操作模式下通过吸附单元束26a、26b、26c和26d的传热流体循环的示意型的工艺流程图。为了更好地阐明本发明，省略掉了蒸汽流动导管。然而，将要指出的是，吸附床26a、26b、26c和26d中的每一个均借助于蒸汽导管并通过一组止回阀连接至冷凝器、减压阀和蒸发器。这种布置可见于热泵和冰箱中（其它细节参见图9）。 [0171] 在图7中，加热器或热交换器32布置于出口导管34，从而向加热器或热交换器32供给相对热的传热流体，该相对热的传热流体在再加热的吸附单元束的相应冷却模式期间分别来自再加热的吸附单元束26A的热侧39A和再加热的吸附单元束26B的热侧39B或者分别来自再加热的吸附单元束26C的热侧39C和再加热的吸附单元束26D的热侧39D。加热器或热交换器32进一步连接至入口导管36，以便在吸附单元束的相应的加热模式期间，将再加热的传热流体引导至吸附单元束26A的热侧39A和吸附单元束26B的热侧39B或吸附单元束26C的热侧39C和吸附单元束26D的热侧39D。 [0172] 加热器或热交换器32可以例如为燃气加热器或被供给例如来自太阳能热力系统的正常的辅助传热流体的热交换器。在图7中，吸附单元束26A和26B处于冷却模式中，而吸附单元束26C和26D处于加热模式中。离开加热器或热交换器32的热的传热流体被三通阀27经过入口歧管20c引导至吸附单元束26c和26d。在该模式期间，利用在该模式开始时接近热端39C和39D的相当陡峭的温度廓线或界面对吸附材料以特定的方式进行加热。在热传热流体于吸附单元束的热端处的流入期间，将温度廓线或界面（也指热波，参见US-A-4610148）经过各个单元，直至它分别到达吸附单元束26C的冷侧40C和吸附单元束26D的冷侧40D为止。 [0173] 在热的传热流体流入到吸附单元束26C和26D的传热通道2A中期间，由于存在相当陡峭的温度廓线，因此，相对冷的传热流体正离开吸附单元束26C的冷侧40C和吸附单元束26D的冷侧40D。相对冷的传热流体经过出口歧管21A、经过三通阀29并经过出口导管38而被迫推送至冷却器或热交换器31。 [0174] 尽管来自吸附单元束26C和26D的传热流体是相对冷的，但它需要被进一步冷却以便对吸附单元束26A和26C进行再冷却。 [0175] 通过将传热流体T形连接器16与三通阀27-30结合使用，通过将传热流体的冷的部分与暖的部分相混合仅仅损失了非常有限的热量。每次，T形连接器16的一个臂与连接于其上的歧管在功能上是转换的，另一个臂与连接于其上的相关的歧管连接至端部闭塞的导管并且由此是闲置的。由此在模式1中，根据图7，出口歧管21B和21C是封闭的，入口歧管20A和20D也是封闭的。由此在模式2中，如图8所示，出口歧管21A和21D是封闭的，入口歧管20C和20B也是封闭的。由于所有的导管33-36、包括T形连接器16和三通阀27-30的歧管20A-D和21A-C都是适当地隔热的，因此热损失被减少至最小值。 [0176] 当温度廓线或界面到达冷侧40C和40D时，热探测器（未示出）将提供信号至控制器（未示出），该控制器可转动四个三通阀27、28、29和30以进行转换。通过转换三通阀27-30，系统即刻转换到第二模式中。 [0177] 在该第二模式中，如图8中所示，吸附单元束26C和26D处于冷却模式中，而吸附单元束26A和26B处于加热模式中。离开加热器或热交换器32的热的传热流体现在由三通阀27经过入口歧管20D引导至吸附单元束26A和26B。在该模式期间，利用在该模式开始时靠近热端39A和39B的相当陡峭的温度廓线或界面而以与处于模式1中的吸附单元束相同的方式对吸附材料进行加热。在热的传热流体于吸附单元束26A和26B的热端处的流入期间，将温度廓线或界面（也指热波，参见US-A-4610148）经过各个单元，直至它分别到达吸附单元束26A的冷端40A和吸附单元束26B的冷端40B为止。 [0178] 在热的传热流体流入到吸附单元束26A和26B的传热通道12A中期间，由于存在相当陡峭的温度廓线，因此相对冷的传热流体正离开吸附单元束26A的冷侧40A和吸附单元束26B的冷侧40B。当温度廓线或界面到达冷侧40A和40B时，热探测器（未示出）可提供信号至控制器（未示出），该控制器可转动四个三通阀27、28、29和30以进行转换。通过转换三通阀27-30，系统即刻转换回到第一模式，使得该循环可重新开始。 [0179] 热交换器或冷却器31对传热流体的用于冷却吸附床的部分进行冷却。吸附床26c和26d的入口中的热的传热流体将被引导经过束26c和26d内的各个吸附单元的环形壁并且将逐渐加热各个吸附单元的内壁11内部的吸附材料。束的热侧的T形连接器的每一个臂均以使得各个T形连接器的不同的臂与不同的三通阀的转换侧流体连接的方式与第一对三通阀的转换侧流体连接。 [0180] 通过加热吸附材料，所吸附的蒸汽将从吸附材料中被逐渐释放出来。在各个吸附单元的长度方向上，热的传热流体的界面将缓慢地朝向出口歧管21a经过各个单元内的环形传热通道排出冷的热交换器流体。该出口歧管朝向冷却器/热交换器31连接至传热流体三通连接阀29。 [0181] 在图9中，示出了吸附单元或束的管道侧的示意图及所吸附的制冷剂流程图。由吸附单元26A-D构成的束的管道侧经由歧管25A和25B并经过一组止回阀41A、41B和42A、42B连接至冷凝器46和蒸发器49。冷凝器46经由导管47和膨胀阀48连接至蒸发器49。 [0182] 在由吸附单元26A和26B构成的束的加热期间，制冷剂气体被迫以相对高的压力脱离吸附材料并且将由止回阀41A和41B朝向冷凝器46引导。在冷凝器46中，将热量从高压气体中移除以便将该高压气体冷凝为液体。在离开冷凝器后，液化气体被节流在膨胀阀46上，气体的温度和压力在该膨胀阀46上相当大地降低。在低压下，冷凝的气体将开始在蒸发器49中沸腾，从而从其周围环境收集热量以便使气体再蒸发。离开蒸发器49的低压制冷剂气体将被经过止回阀42A和42B引导至处于其冷却模式中的吸附器，从而收集和吸收该气体。 [0183] 尽管未示出，但为了进一步提高该系统的效率，可将逆流热交换器集成在导管45和50中。由此导管45中的相对暖的冷却剂可在其在冷凝器46中被冷凝之前由来自导管50的相对冷的制冷剂所冷却。 [0184] 图7、8和9的流程图在实际中借助于充足的相对低热量的热源而与组合式安装装置相结合，可在基本上无需除了一系列阀和止回阀之外的机械装置的情况下执行相对高热的冷却动作。 [0185] 在替代实施方式中，当沿着束26A-D或单元1的长度观察到的温度廓线是相对平缓的（作为轴向渗透的结果）时，对吸附单元的有效操作而言可能过早地发生用以转换流量的触发，或者转换以进行冷却或转换以进行加热。由此，对经济服务而言，该性能系数可能是过低的。为了最大限度地使用传热流体的热量，可在循环的热的部分和冷的部分中都结合捷径。待冷却的束26A、26B或26C和26D可被连接至冷却器31并且待加热的束26C和26D或26A和26B可被连接至热交换器或加热器32。由此基本上四个操作模式是可能的。 这可以两种方式执行，首先通过维持束26A-D或单元1的壳体侧中的流动方向，并且其次通过在从冷却转换至加热或从加热转换至冷却时转换流动方向来执行。 [0186] 在图10A-D中，示出了具有在不改变束26A-D中的流动方向的情况下具有捷径的第一替代方案。在图10F-10I中示出了类似的流程图，其中，仅各个元件的布置是不同的，而流线与图10A-D中的相同。在图10A中，示出了该循环的第一模式，其中，传热流体被从加热器32经过三通阀53泵送至束26A，在该束26A中，加热吸附材料。离开束26A的传热流体在热波经过束26的运动期间仍然是相对冷的并且被经过三通阀55引导至冷却器31。在此，又对相对冷的传热流体进行冷却。该冷却的传热流体经过三通阀56被引导至处于其冷却模式中的束26C，由此吸附在其管道内的吸附材料中的气体。离开束26C的传热流体仍然是相对热的并且经过三通阀54被引导至加热器32。 [0187] 由此，正对束26A进行加热，其中，热的热波界面正向上移动，并且对束26C进行冷却，其中，冷的热波界面正向下移动。 [0188] 当相对平坦的（漫布的）热波显现时，在某一时刻，该循环被转换至由图10B示出的第一捷径模式。在下文中参照图12描述转换的最佳时刻。在转换期间，转换三通阀54和55，从而导致加热器32和束26A处于第一单个循环中并且冷却器31和束26C处于第二单个循环中。由此，仍对束26A进行进一步加热，而其传热流体的出离流现在被引导回到加热器32而非回到冷却器31。同时，仍对束26C进行进一步冷却，而其出离流被返回至冷却器 31而非返回至加热器32。 [0189] 在某一时刻，热波被完全显现并且不可能对束26A进行进一步的加热且不可能对束26C进行进一步的冷却。 [0190] 在那个时刻，该循环将被逆转，使得冷却的束26C必须被再加热，加热后的束26A必须被再冷却。这可通过转换至第三操作模式执行，如在图10C中所示。 [0191] 在该图中，现在对束26A进行冷却，并且现在对束26C进行加热。一旦束26A和26C中的相对平坦的（漫布的）热波显现，该循环就被转换至第二捷径模式，如在图10D中所示。在该图中，加热器32和束26B形成第三闭合循环，而冷却器31和束26A形成第四闭合循环。当完全的热波在束26A和26C中显现时，该系统被再次转换至第一操作模式。 [0192] 在图10A-10D中，热的热波和冷的热波都在一个方向上行进通过束26A和26C，而在图7和8的实施方式中，热波在束26A-D内被来回地发送。因此，图10A-D中的束26A和26C不再具有热侧和冷侧。 [0193] 实际上也能够在束内来回地发送热波，而仍然恢复由于平坦的（漫布的）热波造成的效率损失。在图11A-11D中，示出了用于这种操作的示意性的流程图。在这些图中，束在每个端部处均设置有十字形连接器而非T形连接器。 [0194] 在第一模式中，如图11A所示，对束26E进行加热，而对束26F进行冷却。在束26E中，传热流体向上流动，在束26F中，传热流体向下流动。一旦热波显现，就将操作转换至第二模式。在该第一模式中，所显现的热波实际上是到达束26E的冷侧40E的热界面，并且同时是到达束26F的热端39F的冷界面。在由图7和8所示的实施方式中，此刻，束内的流动会已经被逆转。然而，由于热波可能是更平坦的（漫布的），因此为了获得该性能，在第二模式中，束26E被进一步加热并且束26F被进一步冷却，然而，出离流被转向。在该模式中，如在图11B中所示，束26E的出离流被引导至加热器32B而非被引导至冷却器31B，并且同时，束26F的出离流被引导至冷却器31B而非被引导至加热器32B。 [0195] 当热量热波尾显现时，在束26E和26F中的流动方向均被逆转。在由图11C所示的该模式中，对束26F进行加热，而对束26E进行冷却。现在使束26E中的流动方向向下指向并且使束26F中的流动方向向上指向。一旦在第三模式中热波开始在束26E和26F中显现，该系统就被转换到其第四模式中，如图11D中所示。在该模式中，束26E和冷却器31B在第一循环中被联接起来，并且束26F和加热器32B在一个循环中被联接起来。 [0196] 当热波的波尾显现时，该系统被转换回至其第一操作模式。 [0197] 阀和歧管的布置被设计成仅具有导管的一小部分，其中，热的和冷的传热流体需要经过。由此，在根据本发明的系统的实施方式中，没有单个阀面对热的和冷的传热流体流。由此可使效率损失最小化。 [0198] 对于用以从循环的第一模式转换至第二捷径模式的正确时刻的确定取决于使系统的总效率或COP达到最大值。 [0199] 从有效的模型中看出，实际上热波是相当平坦的（漫布的），如图12中所示。在该图中，束26A和26C的流出温度如在图10A-D中所示及如上所述与热波正穿过这些束的时间相关地进行描述。这些出口温度理论上为可用于加热或冷却其它束的传热流体的温度。在进入其它束之前，传热流体的温度被带回到冷却器31和加热器32中的原始程度。这些温度偏离原始温度越多，需要跨过的温度差就越大并且需要投入的努力就越多。在理想情形中，热波是非常陡峭的并且温度偏差事相对小的且在第一模式期间是基本恒定的。 [0200] 图12中的实线示出了处于束26A的出口处的温度。在时刻0处，束26A为热的并且处于冷却模式中，束26C为冷的并且处于加热模式中。针对若干时间间隔对束26A的温度进行讨论： [0201] ·0-100s。存在流出流体的温度的线性降低。因为相对冷的传热流体正流入，因此束26A的第一部分被迅速冷却。在吸附床的那部分处出现有效吸附，使得整个床被减压。由于该压降，因此吸附床的暖的部分将开始解除吸附。需要解除吸附作用的热，这使床的温度降低。由于单元被构造成像热交换器一样，因此经过并离开束26A的热流体也将被冷却。 [0202] ·100-550s。束26A处于低压，气体流入到束26A的吸附材料侧中并被吸附住。流出温度在一种“平稳时期（plateau）”保持基本恒定，但随后在250s处逐渐下降。实际上，图12中的结果表明热梯度并非如预期的那样是陡峭的，并且在例如US-A-4610148中加以描述。 [0203] ·550-1200s。从束26A流出的传热流体的温度仍然低于从束26C流出的传热流体的温度。 [0204] 在500s处，从束26C流出的传热流体的温度变得高于从束26A流出的传热流体的温度。在该点处，该系统应当将从第一模式转换到第二捷径模式，如在图10B中所示。 [0205] 就在该恰好的时刻，对离开束26A的传热流体进行加热并用其对束26C进一步进行加热是效率较低的。对该传热流体进行冷却并将其再次用在恰好同一束26A中以对束26A进一步进行冷却则是效率较高的。 [0206] 在所有的转换模式的操作中，如图7-11所示，当使单独的单元或单独的束的吸附侧中的压力在从吸附转换至解除吸附与从解除吸附转换为吸附之间是均等的时，可获得进一步的效率收益。这种选择方案需要具有捷径阀63B的附加的捷径管线62B，其在图9中以虚线示出。 [0207] 通过同轴壳体和管道设计中的有效的数值模拟，如图1、2和10A-D中所示，可获得COP与SCP之间的关系，如图13中所示的曲线图中所绘。在该视图中，相对于纵坐标上的COP在横坐标上描绘了组合参数γ。该组合参数γ被定义为： [0208] [0209] 其中，λ吸附是吸附材料的导热率，并且r是细长管道中的吸附材料的（等效）半径。从该图中可推导出，在γ的高值处，COP趋于数值为0.4，这代表了具有批量加热和冷却的、其中不存在热波的压缩机。还可进一步推导出，尽管SCP可能遭受损失，但利用小的（等效）半径，可到达相对高的COP。 [0211] 该曲线图的结果暗示： [0212] -COP随着γ的增加而减少由扩大的径向梯度于热波的其中热量流入或流出该吸附材料的位置处的出现所引起。这些径向梯度被认为降低了热波的陡度，实际上，热波变得在吸附单元1的细长方向上是略为平滑（smear out）的，从而导致出口温度在热的单元中较早地降低并且在冷的单元中较早地升高。 [0213] -扩大的径向梯度可以下列方式受到组合参数γ内的三个参数：SCP、r及λ的影响： [0214] -成比例地受到SCP的影响，这是由于SCP与该单元的功率输入是直接相关的，并且在逻辑上，径向梯度与功率输入是直接相关的。 [0215] -与吸附材料的（等效）半径的平方成比例，该输入功率必须随着单元内的吸附材料的质量而增加以便保持SCP是恒定的，并且单元的质量与r的平方是成比例的。 [0216] -与吸附材料的反向径向导热率成比例。较高的导热传送降低了热梯度。 [0217] 只要该单元保持是细长的，其中超过直径至少十倍的长度看上去是合理的，则COP就是基本上与单元的长度无关的。从实际来说，通过20个1m的单元或40个0.5m的单元所获得的COP是没有差别的。在这两种情形中，SCP都保持是恒定的。然而，由于传热流体通道中的粘性压降，因此单元的长度对功率损失具有实质的影响，如可从等式9所推导出的那样。 [0218] 因此，在最小的SCP处获得了最大的COP，这是已知的此消彼长（trade off）。更有趣的是，吸附材料的导热率应当是高的，而鲜为人知的是减小吸附材料的（等效）半径则是更为重要的。在该等式10中，使吸附材料的（等效）半径最小化看来似乎对γ具有最大的影响。 [0219] 然而，吸附材料的较小的（等效）半径导致了更多的单元。单元的数量可利用下列等式加以计算： [0220] [0221] 利用该（等效）半径及等式4，可确定传热流体通道的最大直径。除此之外，从等式9，可推导出最大压降。现在可相对于传热流体通道的厚度来绘制压降和毕奥数，如图14中所示。 [0222] 在该图中，压降的比例尺标定于右侧纵坐标，毕奥数的比例尺标定于左侧纵坐标，环形传热流体通道的直径的比例尺标定于横坐标。线L1表示计算出的压降，线L2表示计算出的毕奥数。从该曲线图上，可推导出是否给定了这样的直径，对于该直径而言，一方面由于动水压降所导致的功率损失并不是过高的且另一方面毕奥数并不是过低的。 [0223] 该曲线图描绘了，对于作为吸附剂的非晶质碳、作为制冷剂或吸附气体的NH3与作为传热流体的水的组合，在同心管道设计中，设置工作窗口。该窗口允许传热流体通道的直径处于约0.1mm和0.4mm之间。 [0224] 在将热油用作传热流体的情形中，由于相对低的导热率，毕奥数需要极为狭窄的传热流体通道，从而导致不可接受的压降。为了仍然提供工作范围，可在传热通道内插入径向热导体。 [0225] 传热流体的导热率可在约0.1W/mK和10W/mK之间进行选择，其中，对于像水银之类的可能的流体而言，导热率为约7-10W/Km，并且水的导热率为约0.3-1.0W/Km。热油可具有0.1-0.6W/Km的导热率。因此，可工作的范围可在0.1W/Km和10W/Km之间，而主要地可在0.1W/km和1W/km之间。 [0226] 对于循环时间而言，给出了下列等式： [0227] [0228] 其中，t循环是吸附单元或束的总循环时间，即用于吸附和解除吸附模式的总循环时间，Δh是提供冷却功率的制冷剂气体的热焓变化[J/g]（对于氨而言，通常为1.2MJ/kg）并且Δx净是在一个吸附和解除吸附循环中被碳吸附或从碳解除吸附的气体的净数量，以克气体每克吸附材料表示（通常为每克碳0.15克氨）。 [0229] 在图15中，呈现出这种径向导体的示例。在该图中，波纹状的薄金属片61围绕吸附材料10的内壁12附接。 [0230] 在图16中，呈现了吸附材料、内壁12及外壁11的另一替代性的几何形状。在该实施方式中，包含吸附材料的一系列管道由外壁11加装护套。在分开的相邻管道之间，外壁可被熔焊或锡接到一起。该布置的优点是较高容量的冷却器或热泵需要相当多的吸附材料，其可在于一个步骤中连接和生产许多通道时更为迅速地制造而成。 [0231] 作为选择，如图17中所示，还可制成假象的三维结构，其中，传热流体通道由吸附材料假象地环绕。尽管传热流体通道的直径无论在细长方向上还是在其横截面方向上在束内都应当是基本不变的，但这种三维结构的不定的形状是可能的，这是由于“伪流”可能迅速地削弱吸附式压缩机的效率。实际上在这些几何形状中，传热流体通道的相对尺寸及吸附材料的尺寸必须仍然遵循等式4或其几何上的等效等式。 [0232] 为了提高吸附材料的径向传导率，例如可在吸附材料中插入径向导体。例如，导热薄片62A可在吸附材料10内布置在各个吸附器件68B之间，这些吸附器件68B通常为圆筒状的，例如呈丸件的形式，如图18A中所示。其它方案可为将导热碳纤维结合在非晶质碳内。这些碳纤维可包括诸如巴基管之类的碳纳米纤维。 [0233] 在另一实施方式中，本发明的吸附单元或其束包括器件（68B）和由丸件形成的传导薄片（62A），该丸件至少部分地被由导热材料制成的杯形件环绕，其中，该杯形件容纳该丸件。紧密装配的杯形件优选地由与单元壁相同的材料制成，该材料通常为不锈钢，以使热膨胀失配在单元与杯形件之间的影响最小化。可将由高传导材料（例如铝或石墨）制成的单独的薄片添加到杯形件的底部的一侧或两侧上以确保从单元壁到吸附丸件中的良好传热。在图35中示意性地示出了该实施方式。 [0234] 将杯形件（111）设置成完全由诸如铝之类的传导材料制成也是可能的。 [0235] 该杯形件可包括用作制冷剂所用的通道的一个或更多个开口（70）。 [0236] 可在本发明的范围内应用的替代性的吸附材料为活性炭、沸石、硅胶和金属有机框架。作为选择，可应用的制冷剂有二氧化碳、氢氟烃（诸如R-134a制冷剂之类的HFC）、氢氯氟烃（诸如R-123制冷剂之类的HCFC）、水、甲醇、乙醇、乙烷、丙烷、异丁烯、异戊烷、丙烯、甲醛和氟化乙烯。在本发明的范围内也可应用其它适合的制冷剂。 [0237] 在图18B中，各个吸附丸件68B均设置有径向微型通道69，以便增强吸附材料的渗透率。在吸附材料的渗透率变得过低的情形中，这些通道可防止制冷剂气体或蒸汽的径向传送成为对吸附式压缩机的效率的限制因素。微型通道可支承制冷剂往返于制冷剂通道70的传送。 [0238] 在吸附丸件68B的制造期间，径向微型通道69的形状可已经存在于吸附丸件压膜中，使得无需在之后执行吸附丸件的机械加工。作为选择，这些微型通道69可被机械加工或蚀刻成吸附材料。这些微型通道69可被施加于各个丸件68B的一个端部或两个相对的端部处。 [0239] 在图19中，包括吸附材料10的缓冲容器结合到图9的制冷剂环路中。环路中的制冷剂的量可通过调节缓冲容器63A的温度进行调节。为此，温度控制器65可对阀68A进行调节以便将温度维持于预定值。通过调节环路内的制冷剂的量，可改变冷凝器46和蒸发器49中的压力，由此改变沸腾温度和冷凝温度。由此，可获得设定这些温度的极好的方式。还可执行对膨胀阀48进行调节以便调节蒸发器49和冷凝器46中的相对压力和温度。 [0240] 在图20-23B中，示出了替代性的吸附单元束26。在该吸附单元束26中，由并联的吸附单元构成的10x10矩阵布置在两个分配元件71与72之间。分配元件71与72包括由三个板75、76和77构成的套件。 [0241] 第一板、即制冷剂导管板75包括制冷剂气体开口73，其用于将制冷剂歧管78连接至通向例如在图9或19中所示的制冷剂环路的制冷剂导管22、25。制冷剂歧管78由制冷剂导管板75的材料机械加工或蚀刻而成。制冷剂歧管78与十根制冷剂子歧管79流体连接。子歧管79通过分离肋81彼此分离开。在子歧管79中，布置有用于引导制冷剂进出吸附单元1的内部管道12的制冷剂引导突部。 [0242] 歧管78和子歧管79被传热导管板76的下部侧封闭住。传热导管板76的顶侧包括传热流体歧管82，其可经由传热流体开口74连接至传热流体T形连接器16。歧管82与十个传热流体子连接器83流体连接。这些子歧管83与各个吸附单元1的环形传热流体通道2A流体连接。 [0243] 歧管82和子歧管83被密封板77封闭住。密封板77包括用于将外部圆筒形壁11连接至该封闭板77的开口。 [0244] 板75、76和77可借助于胶粘、锡焊或熔接而相互连接。各个吸附单元的外部圆筒壁11和内部圆筒壁12可同样分别被熔接、胶粘和/或锡焊至板77和76。 [0245] 在图23B的示意性的截取图中，更为详细地描绘了三个板的布置。在该图中，各个吸附单元1的外部圆筒壁11连接至封闭板77中的开口。外部圆筒壁11的端部与封闭板77的内部面大致齐平。内部圆筒壁12进一步延伸并连接在传热流体导管板76的连接开口 85A中。由此，可在传热流体子歧管83与环形传热流体通道2A之间获得流体连接。 [0246] 各个吸附单元的内部圆筒壁12的端部与传热导管板76连接。内部圆筒壁12的端部与传热流体导管板的上部面大致齐平。由此，可在制冷剂子歧管79与吸附材料10之间获得流体连接。 [0247] 在图24中，描绘了束的分配元件的替代性布置。分隔板91、93、94和衬垫92通过一套螺栓90而被保持在一起。在该布置中，封闭板91设置有一系列加强肋89和加强环95。这些肋89和环95为封闭板91提供了结构完整性并且给予其用以经受制冷剂气体的压力的强度。通过封闭板的加强环95、衬垫92中的螺栓孔97、双面导管板93中的螺栓孔 103和封闭板94中的螺栓孔97，可放置螺栓。 [0248] 双面导管板93在其上部侧处设置有制冷剂歧管100并在其下部侧处设置有传热流体歧管106。这些歧管100和106可由双面导管板93的材料机械加工而成或者作为选择可在该材料中蚀刻而成。在制冷剂歧管100中，可能存在相当大的、高达约20巴的压力。为了将制冷剂容纳在歧管和系统的内部，可在双面导管板93与封闭板91之间放置衬垫。 [0249] 尽管在图26A-D中所示的实施方式中，描绘了既用于传热流体又用于制冷剂的单个歧管，但作为选择，也可应用具有一个歧管和分离的子歧管的布置，如图22A-C中所示的实施方式中所执行的那样。 [0250] 作为选择，第二衬垫可应用于双面导管歧管与封闭板94之间，以便容纳传热流体。 [0251] 在图27A和27B中，描绘了根据图24的束的详细的剖视图。在该布置中，各个吸附单元的传热流体通道2A与传热流体歧管106流体连接，并且吸附材料10与制冷剂集管100流体连接。 [0252] 制冷剂集管100连接至制冷剂导管86，该制冷剂导管86可与如图9或19中所示的制冷剂环路流体连接。传热集管106与传热导管87流体接触，该传热导管87连接至T形连接器88的连接部分。 [0253] 由此，这些束26可被结合在如图7-9所示的示意性的流程图中，从而替代束26A-D。 [0254] 束26可同样结合在根据图11A-D的工艺流程图中，然而，在该情形中，T形连接器88需要被十字形连接器所替代以便进行装配。为了同时在一个束内提供移动热波，主导的流动阻力应保持在传热通道2A内。这意味着传热流体歧管82、106需要被设计成使它们的流动阻力至少比一个束内的所有单元的所有传热流体通道2A的总流动阻力小一个数量级。 [0255] 束的制冷剂连接可如上所述位于一侧或两侧处。 [0256] 传热流体导管中的T形连接器可由处于束的每个端部处的歧管82、106的两个传热出口替代。 [0257] 板75-77、91-95可被胶粘、熔接、锡焊到一起和/或以这些方式的组合而被连接到一起。圆筒壁可被胶粘、冷缩配合、熔接、锡焊或螺纹连接到板中或板上。 [0258] 尽管由吸附单元1构成的矩阵呈现为方形矩阵，但诸如蜂窝形的布置之类的替代性布置同样是可能的。 [0260] 示例 [0261] 构建实验装置以检验由本发明的热波操作方法并与所述适用于热波操作的吸附式压缩机床相结合所导致的性能改进。该装置由下列系统部件组成： [0262] 两个吸附式压缩机床，每个吸附式压缩机床均由图6B中所示的由八个吸附单元构成的两个束构成。 [0263] 具有如图10中所示而连接的加热器、冷却器和四个三通阀的HTF系统，其可根据图10F-10I进行转换。 [0264] 制冷剂环路，其结合有如图9中所示的止回阀、冷凝器、蒸发器和限流器。 [0265] 控制系统，其适于调节三通阀，并且适于测量相关的温度、压力、流量和功率。 [0266] 利用该实验装置，清晰地表明了所要求保护的热波的操作方法，并且证实了期望的热泵操作，从而导致了与高SCP相结合的改进了的COP。图36表明了作为时间的函数的两个吸附床的最后得到的入口（112、114）温度和出口（113、115）温度的典型测量值。所描绘的区域X与在该循环中的两个床之间再次产生的热量的多少成比例。注意，在该具体测量值中，温度差保持于该循环的结尾处，这是由压缩机床在该实验装置中的差的热绝缘所导致的。 [0267] 本发明将会被理解成并不限定于在图中示出并在说明书中描述的示例性实施方式。多种改进均被视为是作为由权利要求中所略述的本发明的框架、精神和范围的一部分的变型方案。 [0268] 附图标记列表 [0269] 1吸附单元 61波纹板 [0270] 2A环形传热流体通道 62A薄片 [0271] 2传热流体连接器 62B均衡导管 [0272] 3传热流体连接器 63A缓冲容器 [0273] 4蒸汽连接器 63B均衡阀 [0274] 5盖 64加热器 [0275] 6导管连接器 65温度控制器 [0276] 7裙边 66缓冲导管 [0277] 8内部盖 67阀 [0278] 9内部盖连接部分 68A控制阀 [0279] 10吸附材料 68B吸附丸件 [0280] 11外部圆筒壁 69径向微型通道 [0281] 12内部圆筒壁 70制冷剂气体通道 [0282] 13分配连接器 71分配元件 [0283] 14连接开口 72分配元件 [0284] 15集管连接器 73制冷剂气体开口 [0285] 16传热流体T形连接器 74传热流体开口 [0286] 17蒸汽导管连接器 75制冷剂导管板 [0287] 18蒸汽集管歧管 76传热导管板 [0288] 19蒸汽集管连接器 77封闭板 [0289] 20传热流体入口集管 78制冷剂歧管 [0290] 20a-d传热流体入口歧管 79制冷剂子歧管 [0291] 21a-d传热流体出口歧管 80吸附材料保持突部 [0292] 21传热流体出口集管 81分离肋 [0293] 22蒸汽导管 82传热流体歧管 [0294] 23蒸汽导管 83传热流体子歧管 [0295] 24蒸汽歧管T形连接器 84分离肋 [0296] 25蒸汽歧管 85A内部管道连接开口 [0297] 26a-d吸附单元束 85B分配元件 [0298] 27热的传热流体三通入口阀 86制冷剂导管 [0299] 28热的传热流体三通出口阀 87传热流体导管 [0300] 29冷的传热流体三通出口 88T形连接器 [0301] 30冷的传热流体三通入口阀 89加强肋 [0302] 31冷却器/热交换器 90螺栓 [0303] 32加热器/热交换器 91封闭板 [0304] 33冷的传热流体入口导管 92衬垫 [0305] 34热的传热流体出口导管 93双面导管板 [0306] 35冷的传热流体出口导管 94封闭板 [0307] 36热的传热流体入口导管 95加强环 [0308] 37泵 96螺栓孔 [0309] 38泵 97螺栓孔 [0310] 39A-F热侧 98肋 [0311] 40A-F冷侧 99边缘 [0312] 41A-B止回阀 100制冷剂歧管 [0313] 42A-B止回阀 101隔离环 [0314] 43高压气体导管 102内部管道连接开口 [0315] 44高压气体导管 103螺栓孔 [0316] 45高压气体歧管 104螺栓孔 [0317] 46冷凝器 105外部管道连接开口 [0318] 47膨胀导管 106传热流体歧管 [0319] 48膨胀阀 L1线，代表毕奥数 [0320] 49蒸发器 L2线，代表压降 [0321] 50低压气体歧管 P1-P4泵 [0322] 51低压气体导管 107A-H双通阀 [0323] 52低压气体导管 108A-B四通阀 [0324] 53三通阀 109传热流体通道 [0325] 54三通阀 110A-B波纹板 [0326] 55三通阀 111杯形件 [0327] 56三通阀 112床1入口温度 [0328] 57三通阀 113床1出口温度 [0329] 58三通阀 114床2入口温度 [0330] 59歧管115床2出口温度 [0331] 60歧管 |
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