專利名稱：配有可提高反應速度的固－汽吸附反應器的改進的冷藏設備/冷凍設備的制作方法
背景技術：
美國專利5,298,231,5,328,671和5,441,716公開了實現(xiàn)在極性氣體和某些金屬鹽之間進行高速吸附/解吸反應的改進的設備和方法。這些吸附/解吸反應在技術文獻中常稱作“吸收”或“化學吸附”，它們可產(chǎn)生作為有效的致冷器、貯熱器、熱泵以及高能量密度動力系統(tǒng)的基礎的配合物。上述公開的方法可使極性氣體與配合物之間的反應速度(即把已知量的上述氣體吸附到配合物上或從配合物上解吸所需的時間)提高或達到最大，從而提高或增加可由系統(tǒng)輸送的功率，即在一段時間內(nèi)輸送更多能量，該能量可轉(zhuǎn)化為設備更大的致冷能力。在上述專利5,298,231和5,328,671中公開了改進的配合物反應器，在該反應器中，通過限制在至少金屬鹽和極性氣體之間最初進行吸附反應時形成的配合物的體積膨脹來優(yōu)化配合物的密度，從而產(chǎn)生配合物吸附劑。產(chǎn)生的配合物上的吸附反應和解吸反應的速度比采用在吸附反應中未限制配合物的體積膨脹，且未控制配合物密度所形成的配合物的反應速度高。反應速度的提高可表示為，在小于60分鐘的吸附或解吸周期中每摩爾配合物每小時吸附和/或解吸極性氣體摩爾數(shù)的增加。
美國專利5,441,716公開了為提高反應速度而進一步改進的方法和設備，包括熱擴散和質(zhì)量擴散路徑長度均在重要特定范圍內(nèi)的吸附反應器。該反應器和產(chǎn)生的反應可實現(xiàn)每一質(zhì)量吸附劑的最大功率密度，每一質(zhì)量反應器的最大功率密度、以及每一要求的或需要的反應器體積的最大功率密度。
美國專利No 5,477,706公開了改進在固-汽吸附反應系統(tǒng)中從吸附反應器排熱的方法和設備。在該系統(tǒng)所包括的設備中，系統(tǒng)致冷劑用作傳熱流體，以冷卻吸附反應器，啟動排熱回路，從而利用傳熱流體的流動而無需用恒溫器或電磁閥控制冷卻回路來冷卻吸附反應器，并將熱量從單一熱源傳送到兩個反應器中的任意一個，以保證連續(xù)致冷或冷卻。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及冷藏、致冷或冷凍設備，更具體而言，涉及輕便或非輕便的冷藏設備和/或冷凍設備，這些設備包括上文引用的專利和申請中描述的反應器和方法。具體的優(yōu)選設備包括消費者休閑裝備，例如可安置在游覽車、船、汽車或卡車上的小型、輕便或?qū)Ｓ玫睦鋬鲈O備、冷藏設備、或冷藏/冷凍組合設備、小酒吧冷藏設備、家用裝備，例如冷藏設備、冷凍設備和組合設備、以及工業(yè)冷凍設備和冷藏設備等。這些設備的具體設計和組成部分將在下文詳述中公開。
附圖簡述

圖1說明具有可用于冷藏設備、冷凍設備或組合裝備中的致冷裝置配件的本發(fā)明實施方案；圖2說明包括兩級恒壓發(fā)動機多級反應器系統(tǒng)的本發(fā)明冷藏設備、冷凍設備或組合裝備的另一個實例；圖3說明采用固-汽吸附反應器，包含汽泵的本發(fā)明設備，在該設備中汽化的傳熱流體或致冷劑用于在反應器冷卻回路中驅(qū)動液態(tài)傳熱流體；圖4說明包括排熱回路的冷藏設備、冷凍設備或組合裝備的致冷裝置組件；圖5圖解說明包括鹽-鹽反應器系統(tǒng)的本發(fā)明的致冷裝備；圖6說明包括單一反應器溢流設備的冷藏設備和/或冷凍設備；和圖7和圖8說明浮筒調(diào)節(jié)裝置實例，該裝置可用來代替在向蒸發(fā)器輸送致冷劑的管道中使用的膨脹閥。
詳述包括冷藏設備、冷凍設備或冷藏/冷凍組合設備的本發(fā)明的致冷設備包括和采用固-汽吸附反應器，它含有由極性氣體吸附在金屬鹽上形成的配合物，在該反應器中，通過限制形成的配合物的體積膨脹來進行吸附反應?；瘜W吸附反應中采用的極性氣體或致冷劑可與鹽形成類似共價鍵的配位鍵。上述配合物公開于美國專利No 4,848,994。優(yōu)選的氣態(tài)極性反應物為氨、水、二氧化硫、低級烷醇(C1-C5)、烷基胺、多胺和膦。優(yōu)選的金屬鹽包括堿金屬、堿土金屬、過渡金屬，尤其是鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鉭和錸、以及鋅、鎘、钖和鉛的硝酸鹽、亞硝酸鹽、高氯酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽和鹵化物，特別是氯化物、溴化物和碘化物。也可采用雙金屬氯化物或溴化物鹽類，其中至少一種金屬為堿金屬或堿土金屬、鋁、鉻、銅、鋅、錫、錳、鐵、鎳或鈷。另一種特別重要的鹽是NaBF4。其他有用的配合物公開于美國專利5,186,020和5,263,330，在此引入作為參考。本發(fā)明反應中采用的優(yōu)選配合物為下列配合物，或包括含有至少一種下列配合物作為其組分的吸附/解吸組合物表配合物 X值SrCl2·X(NH3) 0-1，1-8CaCl2·X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-8ZnCl2·X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-6ZnBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-6ZnI2·X(NH3)0-1，1-2，2-4，4-6CaBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6CoCl2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6CoBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6CoI2·X(NH3)0-2，2-6BaCl2·X(NH3) 0-8MgCl2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6MgBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6MgI2·X(NH3)0-2，2-6FeCl2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6FeBr2·X(NH2) 0-1，1-2，2-6FeI2·X(NH3)0-2，2-6NiCl2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6NiBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6NiI2·X(NH3)0-2，2-6SrI2·X(NH3)0-1，1-2，2-6，6-8SrBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-8SnCl2·X(NH3) 0-2.5，2.5-4，4-9SnBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-3，3-5，5-9BaBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-8MnCl2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6MnBr2·X(NH3) 0-1，1-2，2-6MnI2·X(NH3)0-2，2-6
CaI2·X(NH3)0-1，1-2，2-6，6-8CrCl2·X(NH3) 0-3，3-6LiCl·X(NH3) 0-1，1-2，2-3，3-4LiBr·X(NH3) 0-1，1-2，2-3，3-4NaCl·X(NH3) 0-5NaBr·X(NH3) 0-5.25NaBF4·X(NH3) 0.5-2.5NaI·X(NH3) 0-4.5K2FeCl5·X(NH3) 0-5，5-6，6-11K2ZnCl4·X(NH3) 0-5，5-12Mg(ClO4)2·X(NH3) 0-6Mg(NO3)·X(NH3)0-2，2-4，4-6Sr(C1O4)2·X(NH2) 0-6，6-7CrBr3·X(NH3) 0-3CrCl2·X(NH3) 0-3，3-6VCl3·X(NH3) 0-3，3-5，5-6，6-7，7-12AlCl3·X(NH3) 0-1，1-3，3-5，5-6，6-7，7-14CuSO4·X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-5特別優(yōu)選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)中的任何一種，以及它們的混合物。
根據(jù)本發(fā)明，固 汽吸附反應，即氣體在固體上的吸附和解吸，在預期可產(chǎn)生較高功率密度的條件和設備中進行。這種反應優(yōu)選可實現(xiàn)每一質(zhì)量吸附劑的最大功率密度，每一質(zhì)量反應器的最大功率密度，以及每一要求的或需要的反應器體積的最大功率密度。半循環(huán)時間，即在小于60分鐘內(nèi)，一般小于30分鐘內(nèi)，優(yōu)選小于約20分鐘內(nèi)，通常在約3-約15分鐘內(nèi)，至少對解吸階段而言，具有本發(fā)明較高反應速度的吸附反應或解吸反應進行的時間?？梢岳斫猓⒎撬械膽枚家笠酝瑯拥臅r間進行吸附和解吸，在一些情況下，一種反應或兩種反應都可短至約2分鐘，而在另一些情況下，一種反應可在30分鐘之外再延長幾分鐘。此外，在部分負荷條件下，如果不希望使設備產(chǎn)生其最大冷卻能力、最大的致冷、供暖或最大功率，可延長反應時間，以減少原有的工作周期，避免不必要的熱損失。可以理解，總循環(huán)或全循環(huán)時間周期還需要加一個時間周期，以調(diào)節(jié)或改變吸附和解吸半循環(huán)之間的壓力。因此，全循環(huán)時間周期包括半循環(huán)時間加兩次壓力-溫度調(diào)節(jié)時間之和，兩次壓力-溫度調(diào)節(jié)時間通常各為幾秒，至多幾分鐘。
最佳反應速度取決于若干獨立的參數(shù)，包括吸附劑密度、質(zhì)量擴散路徑長度、熱擴散路徑長度、以及熱力學運行條件。熱力學運行條件包括全部工藝條件，即進行工藝的具體溫度和壓力條件、壓差或ΔP，即工作壓力或系統(tǒng)壓力與配合物平衡壓力之間的差、以及接近溫度(approach temperature)或ΔT，第一吸附反應的接近溫度通常大于8°K。最后，必須考慮特定的鹽以及該鹽與特選極性氣體之間形成的配合物的參數(shù)，可以理解，上述鹽類以及產(chǎn)生的配合物的特征，包括它們的平衡壓力，對于平衡上述參數(shù)，以優(yōu)化反應條件及實現(xiàn)系統(tǒng)最大反應速度是重要的決定因素。如本文經(jīng)常使用，術語“最佳反應產(chǎn)物”或“最佳配合物”是指在工藝條件下進行極性氣體在金屬鹽上的吸附工藝所產(chǎn)生的具有上述可帶來最佳經(jīng)濟效果特征的配合物或反應產(chǎn)物。
各反應室或反應器組件的尺寸分別為測量或測定熱擴散路徑長度(傳熱)和質(zhì)量擴散路徑長度(傳質(zhì))提供依據(jù)。熱路徑長度是從最高導熱表面到配合物質(zhì)量中心的距離。導熱片是這種導熱表面的一個實例。在該實例中，給定反應器中的熱擴散基本上隨導熱片計數(shù)，即每單位長度(高度)反應器組件中導熱片的數(shù)量，而改變。每單位反應器長度中導熱片數(shù)量越大，熱擴散就越好，熱擴散路徑長度就越小。熱擴散路徑是從最遠的配合物微粒到最近的導熱表面的路徑。因此，簡化的熱路徑長度為兩塊相鄰導熱片或?qū)岚彘g距離的一半。根據(jù)本發(fā)明，熱擴散路徑長度小于4.5mm，優(yōu)選為約4mm或更小，最優(yōu)選為約3.0mm或更小。如果采用本文公開的優(yōu)選鹽類，最優(yōu)選的熱路徑長度為0.6-3.2mm。這也相當于導熱片的計數(shù)，即每英寸至少有4塊導熱片，優(yōu)選每英寸有約9-25塊導熱片(熱路徑長度為1.4mm-0.5mm)，或，當為最佳功率密度的要求而實施生產(chǎn)時，上述計數(shù)可更高。對一些特定鹽類優(yōu)選的熱路徑長度公開于上述專利No 5,441,716。應當理解，上述簡化路徑長度的測定不考慮管壁，盡管管壁表面也對熱路徑有影響。通常，適宜的和實用的導熱片厚度可在約0.07mm-約2mm之間變動。當熱擴散路徑長度較短時，通常優(yōu)選導熱片厚度較小。導熱片厚度一般調(diào)整到與解吸或吸附的接近溫度相比，在導熱片中產(chǎn)生的溫度的下降或上升較小。對任何三維反應室均可容易地測定或測量熱路徑長度。
導熱片、熱交換器或?qū)岜砻娴某叽绾托螤钜员绢I域技術人員所了解的通用熱傳遞計算為依據(jù)。例如，反應器可裝入許多沿熱交換流體管道垂直徑向延伸的熱交換表面、導熱片或?qū)岚濉Ｉ鲜鰧＠?,298,231和5,441,716說明了這種類型的反應器。在這種實例中，導熱片或?qū)岚逯g的距離由于相鄰不平行導熱板之間不同反應室的楔形形狀而變化。但是，相鄰的兩塊導熱板之間的平均距離可在各導熱板內(nèi)緣和外緣之間的中點測量。在設計的反應器中，導熱片的高度相當?shù)突蛳喈斝。驅(qū)崞嫈?shù)相當?shù)?，因此鹽或配合物的分子對導熱管或?qū)岚逯愔饕獙岜砻娴慕咏葘y定熱路徑長度也變得限重要。熱路徑長度的測量和測定可以不考慮從熱交換管道或穿過反應室延伸的管道伸出，并與這些管道進行熱交換的相鄰實心導熱片或反應室壁表面的形狀或尺寸。這些熱交換表面、反應室壁、導熱板或?qū)崞ǔＲ舶ㄏ薅ɑ驑?gòu)成反應室或反應器中隔室的不透氣的反應器組件的壁。反應器中心也可包括管片式反應器，利用許多導熱管來引導傳熱流體穿過反應器，與限定在導熱板或?qū)崞c透氣器壁之間的吸附層進行熱接觸。種種反應器實例在專利No 5,441,716中展示和描述。
如上所述，雖然熱擴散路徑長度是非常重要的參數(shù)，但根據(jù)本發(fā)明，質(zhì)量擴散路徑長度，即致冷劑分子進出吸附劑微?；蚍肿拥穆窂介L度，對通過限制體積膨脹來控制反應產(chǎn)物質(zhì)量密度的反應器或反應室也是相當關鍵的。為實現(xiàn)本發(fā)明的高反應速度，反應器或反應設備必須設計成可在比較短的時間內(nèi)移動吸附劑整體中的大量致冷劑。因此，反應器的質(zhì)量擴散路徑長度是至關重要的。通過測量氣體進入吸附劑整體(反應室或組件中)的進入點或進入面到反應室的相對端或相對面之間的距離來測定質(zhì)量擴散路徑長度，質(zhì)量擴散路徑長度表示在吸附和解吸循環(huán)中氣體進出配合物分子或微粒所必須通過的最大距離。這一長度對任何尺寸或形狀的反應室都很容易測定。但是，在測定合乎要求的、優(yōu)選的或最佳的質(zhì)量擴散路徑長度時，重要的條件是必須考慮與氣體分散裝置，即把氣體引入和導出反應室中吸附劑整體的進氣口和排氣口等，相關的吸附劑微粒整體。同樣可以認為，致冷劑穿過吸附劑整體，流入和流出吸附部位的流速不僅僅依賴于多孔介質(zhì)的透氣性或滲透性，也不僅僅依賴于在有限體積中所含的致密產(chǎn)物整體的透氣性。而在本發(fā)明的化學吸附反應過程中，在配合物吸附劑與氣體分子形成配價鍵并吸附氣體分子的整個過程中，其性質(zhì)發(fā)生改變。由于配位作用通常是極性氣體以一層或一層以上的配位層吸附在配合物上，因此吸附速度受配位部位的覆蓋，和在吸附過程中由對著進入的極性氣體分子的配位的極性氣體分子的堆積所產(chǎn)生的屏敝的影響。所以，質(zhì)量流動路徑長度或平均質(zhì)量擴散路徑長度對實現(xiàn)本發(fā)明的高反應速度和高功率密度是極其重要和關鍵的。因此，在任何反應器中，不僅要考慮對一個吸附劑微粒的最大傳質(zhì)距離，而且也要考慮氣體進出吸附劑整體所有微粒所必須通過的平均距離或中間距離。本文所用術語平均質(zhì)量擴散路徑長度或距離定義為，對于所有的配合物微粒，從配合物每個微粒到鄰近該配合物的透氣表面、氣體分散入口、出口或其他氣體分散裝置的最短距離的算術平均值。因此，平均質(zhì)量擴散路徑長度＝Σi=1ndin]]>式中di＝從第i個微粒到透氣表面的最短距離，n＝微粒數(shù)目。
根據(jù)本發(fā)明，為快速進行吸附和解吸反應，在小于約30分鐘內(nèi)，優(yōu)選在小于20分鐘內(nèi)吸附大量理論上可得到的致冷劑配位層，對于至少吸附循環(huán)(解吸階段)，平均質(zhì)量擴散路徑長度小于15mm，優(yōu)選為約13mm或更小，更優(yōu)選小于8mm。為滿足這一關鍵要求， 裝有吸附劑的反應器、反應室或設備的隔室以及氣體分散組件(即管道、反應器壁、通道、入口、孔口和出口等)優(yōu)選設計成使平均質(zhì)量擴散路徑如上所述，在上述反應器中為15mm或更小。對于本文公開的優(yōu)選鹽類，最優(yōu)選的平均質(zhì)量擴散路徑長度為3-7mm。在上述反應器或反應室中，還優(yōu)選在25毫米或更小的氣體分散裝置中有至少60％(重量)的金屬鹽或配合物。為某些特定鹽類特選的平均質(zhì)量擴散路徑長度的范圍公開于專利No 5,441,716。
從上文可明顯看出，通過選擇或設計反應室(組件)導熱片厚度和反應室高度均合乎要求的反應器，可以改變熱擴散路徑長度和質(zhì)量擴散路徑長度。增加導熱片計數(shù)或增加每單位長度反應器中導熱片的數(shù)量可提高系統(tǒng)的導熱性，縮短熱路徑長度。同樣，通過選擇或設計反應器，使在交替的吸附和解吸反應階段，在氣態(tài)反應物所穿過的透氣裝置與反應室相對端之間具有不同程度的距離，可以選擇質(zhì)量擴散路徑長度。例如，附加的狹槽、導氣管或透氣材料(如耐火磚、多孔水泥、多孔塑料、燒結(jié)金屬或陶瓷以及金屬絲網(wǎng)等)可用于反應器的裝配設計，以增加輸入和輸出的氣體的接觸，從而縮短質(zhì)量擴散路徑長度。在設計或選擇反應器和反應室的結(jié)構(gòu)時，可以考慮選擇上述兩個獨立的參數(shù)，以使反應器的反應室具有合乎要求的，可產(chǎn)生最佳或優(yōu)選反應速度的熱擴散和質(zhì)量擴散路徑長度。因此，可實現(xiàn)本發(fā)明要求的反應速度和功率密度的最適宜的反應器將具有如上所述熱擴散路徑長度和質(zhì)量擴散路徑長度。
為優(yōu)化本發(fā)明反應器組件或反應室的尺寸而設計反應器中心部分時，盡管從反應速度的觀點看，較短的氣體擴散路徑是合乎要求的，但熱交換器硬件與吸附劑的重量比會起阻礙作用。為平衡這些特性，可采取以下方法?？捎脤饬鞯淖枇Ρ扰浜衔镄〉膶嵬笟獠牧现瞥蓪岜砻娴难由觳糠?。由于這一優(yōu)點，反應器中心的導熱片或?qū)岚灞旧砜稍O計成引導氣體通過導熱片或?qū)岚灞砻?，直接進入導熱片或?qū)岚迕總?cè)的，或與導熱片或?qū)岚褰佑|的吸附層。適宜的導熱片或?qū)岚宀牧系膶嵗Y(jié)粉末金屬、泡沫金屬、高導熱非金屬陶瓷或其他多孔材料。由于采用這種導熱片或?qū)岚鍌鳠岷头稚怏w，上述傳質(zhì)距離將不再適用，因為相鄰導熱片或?qū)岚逯g的距離將成為討論的傳熱和傳質(zhì)路徑距離。其次，如果采用的透氣的反應器導熱片或?qū)岚鍖鳠岷蛡髻|(zhì)均不符合要求，可采取在反應器的導熱片或?qū)岚逯g放置透氣組件或透氣材料。這種透氣材料可與固體反應物及氣態(tài)致冷劑相適應，具有較低的阻氣性，因此可顯著地增加和促進氣體在整個固體吸附劑中的分散。
增加氣體穿過配合物擴散的第三種方法是采用透氣或多孔的材料添加到鹽中，然后將混合物加入反應器的中心部分。特別重要的材料是可與吸附劑鹽混合，且其形狀可使氣體穿過鹽和配合物整體定向流動的材料。這些材料在此稱作氣體定向流動附加組件或氣體分散附加組合物。這些材料可用來增加所有氣體或致冷劑在配合物或含有配合物的混合物的吸附部位的輸入和輸出，這些材料包括具有延伸或擴展的微孔表面的組件，例如微型管或其他形狀適宜的材料，這些材料可透氣，在吸附和/或解吸過程中對氣體傳輸?shù)淖枇Ρ扰浜衔镂絼┬?。對這些材料的進一步描述和說明公開于申請專利No 5,441,716，在此引入作為參考。
將要確定的另一個參數(shù)是每單位體積反應室內(nèi)鹽的質(zhì)量，或裝入反應器的固體微粒狀金屬鹽的裝填密度，以及生成的可實現(xiàn)在配合物上吸附和解吸氣態(tài)反應物的最佳或要求的反應速度或功率密度的配合物或反應產(chǎn)物的最佳密度。為了在確定體積的反應器中得到要求的或最佳的配合物密度，裝入反應室的未反應的鹽的量或體積必須足夠，以便在吸附反應過程中形成配合物反應總體結(jié)構(gòu)時，配合物的體積膨脹可導致各反應室或組件充滿密度合乎要求的新形成的配合物結(jié)構(gòu)的組合物。通常，形成的配合物的密度比最初反應前鹽的密度低，盡管充分吸附了的配合物的密度常常比鹽的密度高。配合物的密度也會隨操作條件(即壓力和溫度)而改變。在不同的壓力和溫度下，每種鹽和配合物的反應往往不同。
因此必須考慮上述操作條件以及配合物的平衡壓力和接近壓力(approach pressure)。所以，各種配合物在上述操作條件下的最佳密度也必須分別確定。根據(jù)本發(fā)明，在熱交換器中與氨反應的吸附劑鹽的裝填密度優(yōu)選為約0.2-1.0克/毫升，而對體積大或密度低的鹽，更優(yōu)選為約0.3-0.8克/毫升，特別對分子量較高的吸附劑，裝填密度可超過1克/毫升。但根據(jù)本發(fā)明，這些密度范圍也必須考慮以上公開的傳熱和傳質(zhì)參數(shù)。因此，在上述范圍內(nèi)選擇的鹽的密度可用于熱擴散路徑長度和/或質(zhì)量擴散路徑長度如上所述的反應器或反應室。對于和氨致冷劑一起使用的某些特定鹽類，優(yōu)選的裝填密度范圍、質(zhì)量擴散路徑長度和熱擴散路徑長度列于上述專利No.5,441,716中表1，該資料在此引入作為參考。
通過優(yōu)選熱擴散路徑長度和質(zhì)量擴散路徑長度以及配合物密度使反應速度明顯提高，可導致顯著地提高和增加反應器的實用價值。這種提高可明顯影響配合物的效能，并伴隨影響在給定的反應循環(huán)周期內(nèi)可由系統(tǒng)或設備提供的能量。例如，在一些設備的應用中，約10-15摩爾/摩爾-小時的反應速度意味著半循環(huán)周期為約10-12分鐘，即在配合物上吸附或解吸所需量的氣態(tài)配位體需要10分鐘。比較起來，25-35摩爾/摩爾-小時的反應速度意味著半循環(huán)周期為約5-7分鐘，由此，在給定的運轉(zhuǎn)時間周期內(nèi)，從上述系統(tǒng)可獲得近兩倍的能量。采用上述優(yōu)選的反應器獲得的較高的反應速度不但能持續(xù)較短的循環(huán)周期，而且也能持續(xù)最長達20分鐘或更長的循環(huán)周期。因此，6摩爾/摩爾-小時以上，通常10-20摩爾/摩爾-小時的反應速度可持續(xù)至少6分鐘，通常最長達12-15分鐘，對有些反應最長達20-30分鐘的循環(huán)周期。上述反應速度的數(shù)值是以直到反應完成或終止時的反應速度平均值為基準的平均值。
在本發(fā)明的反應器中，限制吸附反應過程中配合物的體積膨脹，當反應時間為30分鐘或更短時，該反應器中每毫升膨脹的吸附劑每分鐘可處理(即吸附和解吸)至少0.02克(20毫克)NH3。此外，當反應時間限制在30分鐘或更短時，該反應器中每毫升反應器所含總體積(即在加壓反應器所含總體積內(nèi))每分鐘可處理0.01克(10毫克)NH3，如果在不到30分鐘內(nèi)達到吸附飽和，上述處理過程可通過可能的較早完成吸附作用而限制。
反應速度一般取決于反應完成的程度 公式ΔN＝ΔN最大值(1-e-k1)式中ΔN＝反應程度(摩爾/摩爾)ΔN最大值＝最大反應程度(摩爾/摩爾)t＝時間(秒)k＝反應動力學值(秒-1)(k在此稱為反應常數(shù))可用來描述隨時間推移的反應進程。以上公式以適用于本發(fā)明配合物吸附反應的術語和單位表達 反應常數(shù)k表示在任一時刻反應進展與時間的關系。反應速度可由包括k和時間的公式獲得
式中的單位仍如本文所述適用于吸附反應。作為應用這些公式的實例，SrCl2·NH3在1-8級反應中可配合多達7摩爾氨，因此ΔN最大值為7。當反應時間為6分鐘(360秒)，k值為0.004秒-1時，ΔN為5.3摩爾氨/摩爾鹽。在6分鐘這樣長時間內(nèi)進行反應要求在該6分鐘內(nèi)平均速度為53摩爾/摩爾-小時。反應常數(shù)0.0004給出在6分鐘時ΔN為0.94，或平均反應速度為9.4摩爾/摩爾-小時。對含有任何鹽的任何結(jié)構(gòu)的吸附器設定反應常數(shù)(k)，可容易地測定任一時刻反應完成程度和反應速度。吸附的致冷劑的準確量和吸附速度依賴于吸附階段的反應程度，ΔN最大值。由本發(fā)明可達到的吸附速度可推導出下列反應常數(shù)最小值。
ΔN最大值k至多4.5摩爾/摩爾0.00044.5-6摩爾/摩爾 0.0003大于6摩爾/摩爾 0.0002上述反應的測量適用于小于約30分鐘的吸附和/或解吸周期。
鹽的活性可通過最初在鹽上吸附少量氣態(tài)配位體而進一步增強，該附加的配位體不同于將在配合物中采用的氣態(tài)反應物。任何上述極性氣態(tài)反應物均可采用，特別優(yōu)選水、氨、低分子量的脂肪醇、胺或膦。該附加材料的量優(yōu)選為鹽的約0.05％-約10％(重量)。利用吸附在鹽上的含少而有效量水的水合鹽可令人滿意地達到上述目的。
圖1說明冷藏設備、冷凍設備或冷藏/冷凍組合設備，說明用于這些裝備的本發(fā)明設備組件。從圖1-5可看出，觀察裝備背面可看到功能性冷卻或致冷運行組件，包括反應器，冷凝器、蒸發(fā)器、傳熱流體管道、致冷劑管道和閥門等。上述致冷設備或裝備內(nèi)部包括通常含有供貯存蔬菜、水果和肉類等的各種隔板和小室的冷藏或致冷室或艙，或通常同樣含有小筐、制冰器、貯冰盤和各種貯盤等的冷凍室，或結(jié)合上述兩部分的冷藏/冷凍組合設備。上述裝備通常還包括選擇性調(diào)節(jié)各室溫度的溫度自動調(diào)節(jié)裝置，以及具有一個或一個以上馬達和風扇的空氣調(diào)節(jié)裝置，以使冷空氣穿過冷藏和/或冷凍室循環(huán)，該裝備也可包括設備自動化霜裝置，上述所有內(nèi)容不屬于本發(fā)明部分，均為本領域技術人員所了解，因而在此不再闡述。在圖1設備中，在箱體或容器30背面裝有兩個反應器32和34，各含上述鹽或配合物。包括內(nèi)部反應室或中心部分的反應器的結(jié)構(gòu)、可實現(xiàn)要求的熱擴散路徑長度的導熱片的相對位置或布局、導熱片的厚度或形狀、以及對引導致冷劑氣體流入、流過和流出反應室的裝置的描述公開于專利No.5,441,716，在此引入作為參考。
圖1設備的工作組件還包括分別冷凝和蒸發(fā)極性致冷劑氣體的冷凝器36和蒸發(fā)器38，以及管道和與管道配合的一個或一個以上閥門，這些管道及閥門用于將極性致冷劑從反應器引入冷凝器，從冷凝器引入蒸發(fā)器，以及從蒸發(fā)器引入反應器。蒸發(fā)器38與致冷室，即裝備的冷藏室和/或冷凍室，進行熱交換，該蒸發(fā)器示于設備背面僅為圖解說明。上述設備包括與反應器連接，并與金屬鹽及生成的配合物進行熱交換的加熱裝置，供在吸附過程中加熱金屬鹽和生成的配合物，以產(chǎn)生極性氣體致冷劑從配合物上的解吸。上述加熱裝置按常規(guī)為電阻加熱器，電能通過插座39輸入電阻加熱器，電阻加熱器還連有轉(zhuǎn)換裝置(未顯示)，供在吸附循環(huán)過程中選擇性地交替加熱兩個反應器。但是，也可以采用其它方式加熱反應器，以產(chǎn)生解吸反應，包括采用熱的熱交換流體、蒸汽、熱水或燃燒室的熱氣等 例如，當上述設備用于游覽車、船和帳篷等時，由丙烷、丁烷或天然氣供熱會特別實用。在運行過程中，一個反應器在其中的配合物被加熱時解吸極性致冷劑，解吸的氣體經(jīng)過閥33和管道37流入冷凝器36，在其中冷凝，然后經(jīng)過膨脹閥2 1流入蒸發(fā)器38，在其中吸收熱量，從而向設備的冷藏室和/或冷凍室提供致冷。然后，氣態(tài)致冷劑經(jīng)過管道31和閥33流入處于化學吸附循環(huán)吸附階段的另一個反應器。反應器32和34可以為如圖所示氣冷結(jié)構(gòu)，它們具有外部散熱片，以促進擴散在放熱的吸附反應中配合物在反應器中產(chǎn)生的熱。上述熱擴散可通過一個或一個以上風扇等裝置進一步促進。正如本領域技術人員所了解，可選擇和設計反應器的形狀和/或構(gòu)造，以達最有效排熱。雖然展示了單一的蒸發(fā)器和冷凝器、但上述設備可設計成包括兩個或兩個以上蒸發(fā)器和/或兩個或兩個以上冷凝器，在如圖所示和如下文進一步描述的采用多反應器的實施方案中尤其如此。因此，可采用多個蒸發(fā)器來分解致冷負荷，提供雙重溫度的致冷和/或冷凍，例如，一個蒸發(fā)器用于冷卻冷藏室，而另一個蒸發(fā)器用于冷卻冷凍室。另一方面，如美國專利No 5,186,020所述，設備可包括含有一個熱交換器的蒸發(fā)器和冷凝器裝置，該熱交換器交替變換蒸發(fā)器和冷凝器之間的功能，上述專利在此引入作為參考。但是，這種實施方案通常僅可實用于間歇或間斷運行設備，其中吸附器被直接冷卻，即空氣冷卻，因此不用或無需用冷凝器的功能來排出吸附器的熱量。
為連續(xù)致冷/冷凍運轉(zhuǎn)，可要求運行設備，使解吸比吸附進行得更迅速。這種運行將導致解吸反應器中的解吸反應比吸附反應器中的吸附反應完成得早，從而在蒸發(fā)器中形成連續(xù)吸附的負壓，由此可將ΔT停機時間，即蒸發(fā)器從轉(zhuǎn)換反應器半循環(huán)中復原所需時間，減至最小或取消。為實現(xiàn)這一優(yōu)點，優(yōu)選解吸比吸附進行得快至少10％，更優(yōu)選解吸反應時間比吸附反應時間快25％。
在多個反應器以及一個反應器裝置中采用的特定的鹽或鹽類將取決于裝備(即致冷設備、冷藏設備、冷凍設備、或冷藏/冷凍組合設備)的性質(zhì)，以及裝備的尺寸和能力，裝備的尺寸和能力也決定冷凝器和蒸發(fā)器的能力。當裝備無冷凍室或冷凍能力，僅作為冷藏設備運行時，選擇的用于反應器中的配合物應當能保證蒸發(fā)器溫度低于2℃，優(yōu)選為-35℃～-8℃，同時冷藏室溫度低于10℃，優(yōu)選低于約4℃。如果裝備也具有冷凍功能，無論冷凍室與冷藏室分開還是連通，由于冷凍室常存在于較小且不太貴的裝備中，因此配合物應當能保證蒸發(fā)器的溫度低于-18℃。通常為約-45℃～-25℃，同時冷凍室溫度低于約-10℃，優(yōu)選低于約-18℃。對于上述蒸發(fā)器溫度，自然對流冷凝器的運轉(zhuǎn)溫度通常為35℃-75℃，或比室溫高約10℃-約45℃。用于反應器中的混合物還優(yōu)選可在吸附過程中在配合物和蒸發(fā)器的溫度之間形成至少約45℃的溫差，即平衡ΔT，對無冷凍功能的冷藏設備，上述平衡ΔT優(yōu)選為約50℃-75℃。如果裝備也具有冷凍室或冷凍功能，上述平衡ΔT應當至少為60℃，優(yōu)選為約65℃-150℃。對含有相轉(zhuǎn)變致冷劑的設備設定的上述ΔT平衡溫度與圖5及圖6-8所述相同，也適用于在圖9及下文將進一步說明的鹽-鹽反應器結(jié)構(gòu)中對鹽類組合物的選擇。用于只有冷藏功能裝備中反應器的優(yōu)選鹽類和配合物的具體實例包括CaCl2·2-4(NH3)、CaCl2·4-8(NH3)和它們的混合物、以及SrCl2·1-8(NH3)。用于如上所述具有冷凍功能的裝備的優(yōu)選鹽類和配合物的實例還包括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)、或兩種或兩種以上上述配合物的混合物。
圖2說明本發(fā)明冷藏設備、冷凍設備或組合裝備的另一個實施方案，為提高效率，該實施方案采用兩極恒壓發(fā)動機多級裝置。第一反應器22含有第一種配合物，第二反應器24含有不同的第二種配合物，由此導致在上述反應器間吸附和解吸的溫度不同。在這種設備中，通過使反應器24中第二級化合物的吸附熱流入反應器22，以產(chǎn)生第一級化合物的解吸，從而對兩個反應器中不同的配合物分級處理。上述恒壓發(fā)動機多級裝置“CPES”的設備和方法在美國專利5,079,928和5,263,330中進行描述，該描述在此引入作為參考。選擇不同的配合物，使反應器24中低蒸汽壓化合物在低反應壓力(吸附)下的吸附溫度比反應器22中較高蒸汽壓化合物在高反應壓力(解吸)下的解吸溫度至少高8℃。所述設備還包括溫差環(huán)流系統(tǒng)裝置，在該溫差環(huán)流系統(tǒng)裝置中，與致冷劑不同的傳熱流體用于反應器之間的級間傳熱。從第二級反應器24中解吸的致冷劑蒸汽啟動第一級反應器22中的排熱溫差環(huán)流系統(tǒng)。在吸附反應中，該溫差環(huán)流系統(tǒng)引發(fā)吸附作用，并冷卻反應器22。反應器表示為部分切開，以圖解說明分開的傳熱流體和致冷劑流體。上述設備包括管道41和43，以及配備的一個或一個以上閥47，用于在適當?shù)臅r候在反應器之間傳送傳熱流體，以供如上所述分級進行反應。選擇性熱源27可包括電加熱器或煤氣加熱器，它加熱經(jīng)過管道41流入反應器24以及經(jīng)過管道43流入反應器22的傳熱流體。圖解說明的設備還包括冷凝器26，將解吸的氣態(tài)致冷劑從反應器22引入冷凝器26的管道28、以及裝備在冷凝器和蒸發(fā)器(未顯示)之間的膨脹閥21，蒸發(fā)器位于后擋板或背板23后面，與設備的致冷室進行熱交換。儲罐25存儲液態(tài)致冷劑，當反應器24解吸的氣態(tài)致冷劑的壓力經(jīng)由管道46啟動上述排熱溫差環(huán)流系統(tǒng)時，將儲罐中的液態(tài)致冷劑經(jīng)過管道44壓入反應器22中的熱交換器。閥47在該反應階段中關閉。在吸附解吸反應轉(zhuǎn)換的半循環(huán)中，當閥47打開時，由吸附反應器24的熱量加熱的傳熱流體通過管道43流入反應器22，從而在其中產(chǎn)生解吸。致冷劑從冷凝器26經(jīng)過管道17和膨脹閥21流入蒸發(fā)器，從蒸發(fā)器經(jīng)過管道29和連接的單向閥流入反應器，以分別進行吸附。如專利No 5,477,706所公開和下文所進一步說明，其它裝置和組件，例如氣泡泵、噴射泵或機械泵等，也可用于在溫差環(huán)流系統(tǒng)運行中傳送傳熱流體。根據(jù)本實施方案，第一反應器22中的第一級較高蒸汽壓配合物與蒸發(fā)器的平衡溫差(ΔT)應當至少為40℃，優(yōu)選為約45℃以上，更優(yōu)選至少為50℃以上。第二反應器24中的第二級低蒸汽壓配合物在吸附條件下的平衡溫度比第一級配合物在解吸條件下的平衡溫度至少高8℃，從而使熱從進行吸附的化合物流向進行解吸的化合物。
優(yōu)選的低蒸汽壓配合物為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)、或兩種或兩種以上上述配合物的混合物。優(yōu)選的高蒸汽壓配合物為CaCl2·4-8(NH3)，CaCl2·2-4(NH3)以及它們的混合物、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)?？捎糜诙嗉壏磻髟O備的具有低蒸汽壓和高蒸汽壓化合物特征的其它配合物公開于美國再頒專利34,259和專利5,079,928和5,263,330。此外，雖然在圖2的實施方案中只說明兩個反應器，但CPFS設備可包括三個或三個以上的多個反應器，各反應器含有不同的配合物，在各反應器中，不同的反應產(chǎn)物具有氣態(tài)反應產(chǎn)物蒸汽壓從低到高的順序，因此，較低蒸汽壓反應物在低反應壓力下的吸附溫度比連接的下一個較高蒸汽壓反應產(chǎn)物在高反應壓力下的解吸溫度高。當然，上述設備還包括在反應器之間依次傳送傳熱流體的必要的管道裝置，用于將吸附熱從最高溫反應器傳到下一個較低溫反應器，由此，如美國專利5,079,928和5,263,330所述分級進行反應。上述設備也包括如5,263,330所公開的液體過冷卻器和/或蒸汽recouperator，在此也引入對該專利的描述作為參考。
圖3和圖4說明本發(fā)明冷藏設備、冷凍設備或組合設備的其它實施方案，其中反應器裝置組件設計成可形成排熱管道回路，以在反應器各自的放熱吸附階段從反應器中排熱。如專利No.5,477,706所述，這種排熱管道回路以各種不同形式與反應器的熱交換裝置連通，在此引入對上述專利的不同實施方案、反應器、以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述作為參考。上述實施方案在排熱管道回路中采用相轉(zhuǎn)變傳熱流體、系統(tǒng)致冷劑或不同的傳熱流體，在排熱管道回路中，汽化的傳熱流體促進驅(qū)動冷卻回路中的液態(tài)傳熱流體。為實現(xiàn)上述作用，傳熱流體必須能在吸附反應器溫度或該溫度以下進行從液體向氣體的相轉(zhuǎn)變。至少部分為液態(tài)(即液態(tài)或液態(tài)與氣態(tài)混合物)的傳熱流體流入吸附反應器，與吸附劑組合物(即金屬鹽或配合物)進行熱交換接觸，并因此而汽化。然后，汽化的傳熱流體用于排熱管道回路，以驅(qū)動冷卻回路中的液態(tài)傳熱流體。吸附反應器或進行吸附的吸附器被冷卻至室溫或接近冷凝器的溫度，以降低其中吸附劑的蒸汽壓。當冷卻的吸附劑的蒸汽壓降低到蒸發(fā)器的壓力以下時，吸附器從蒸發(fā)器吸入致冷劑蒸汽。致冷劑從蒸發(fā)器的這種流動形成系統(tǒng)的致冷或冷卻效果。對致冷劑流入和流出吸附反應器流速的調(diào)節(jié)可以是被動的，例如，可采用止回閥或回壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，上述流速也可主動地調(diào)節(jié)，例如采用電磁閥、電動或壓力操縱閥來調(diào)節(jié)。除去放熱的吸附反應中產(chǎn)生的熱，使反應器保持適當?shù)臏囟取Ｔ谖椒磻骼鋮s到開始吸附的同時，另一個反應器被加熱，直至其中吸附劑的蒸汽壓高于冷凝器的壓力，這時致冷劑開始解吸到冷凝器中。輸入解吸反應器的熱量可提供產(chǎn)生吸熱的解吸反應以及克服系統(tǒng)熱損失所需的能量。在吸附半循環(huán)或階段最后，兩個反應器的功能進行轉(zhuǎn)換。圖3和圖4所述設備包括溫差環(huán)流系統(tǒng)傳熱回路，它可保證或促進傳熱流體從吸附反應器到冷凝器的循環(huán)。本文采用術語溫差環(huán)流系統(tǒng)意指包括任何回路或系統(tǒng)，其中由液態(tài)傳熱流體或致冷劑的相轉(zhuǎn)變使反應器致冷，系統(tǒng)中的冷凝物由于重力作用返回系統(tǒng)液面。上述系統(tǒng)可設計成采用系統(tǒng)致冷劑或采用不同的分開的組合物作傳熱流體。
吸附器或反應器可包括內(nèi)導熱表面和/或外導熱表面。冷凝器可包括自然或強制(風扇)對流致冷裝置。不同類型的擴展裝置，例如毛細管、膨脹閥、噴管和多孔介質(zhì)等，可用于蒸發(fā)器入口處。止回閥或單向閥可由主動調(diào)節(jié)閥(例如電磁閥)代替。用于產(chǎn)生解吸反應的加熱器裝置可固定在導熱表面上，或置于反應器內(nèi)。加熱裝置可包括電阻絲或電阻加熱器，或采用電熱管、傳熱流體、熱水或蒸汽的管道、輸送燃燒室熱氣的煙氣管道、輻射加熱器、或任何其它適宜的導熱方法向配合物傳熱。采用丙烷、丁烷或天然氣燃燒器中燃燒室的熱來提供解吸熱會特別實用，也合乎家用冷藏和/或冷凍設備，或為在游覽裝備(例如游覽車、船和帳篷等)中使用而設計的設備的要求。因此，圖3和圖4所示具體設備組件僅為圖解說明，不表示本發(fā)明將局限于所述實例。
圖3中固-氣吸附冷藏設備、冷凍設備或冷藏/冷凍組合設備包括安裝在箱體70背面后擋板67外側(cè)的一對反應器62和64、冷凝器66、以及各種管道、單向閥和加熱器。蒸發(fā)器68再次示于后擋板上，僅為圖解說明，該蒸發(fā)器應在致冷的冷凍室內(nèi)，或與該室進行熱交換。上述設備所含組件及運行方法與美國專利No.5,477,706中圖1所示設備類似。一個反應器由其中的加熱器通電而進行解吸，如上所述提供產(chǎn)生吸熱的解吸反應所需的熱量。在所述系統(tǒng)中，致冷劑用作在固體吸附劑上吸附和解吸的氣態(tài)反應物，也用作冷卻吸附反應器的傳熱流體。
吸附器62中的加熱器通電，從而加熱吸附劑，直至吸附劑的蒸汽壓高于冷凝器66中的壓力，由此引發(fā)所述設備在反應器62解吸，反應器64吸附的半循環(huán)中運轉(zhuǎn)。一旦設備開始運轉(zhuǎn)，致冷劑蒸汽即從吸附器62穿過管道79和止回閥71流入與吸附器64的導熱管連接的豎管76。流入豎管76的蒸汽產(chǎn)生“氣泡泵”效應，將該管道中靜止的液態(tài)致冷劑提升到反應器64中導熱管的導熱表面。因此，流入反應器64的傳熱流體是液態(tài)和氣態(tài)致冷劑的混合物。當液態(tài)致冷劑在反應器的導熱表面上完全或部分汽化時，將反應器64冷卻至接近冷凝器的溫度，從而開始致冷劑在吸附劑上的吸附。放熱的吸附反應產(chǎn)生的熱通過蒸發(fā)致冷劑而去除，吸附器保持與冷凝器的溫度相差幾度。從反應器64流出的兩相致冷劑混合物流入如圖所示通常為T型管的分離器，致冷劑的蒸汽部分通過管道65流入冷凝器66，而液態(tài)致冷劑部分則通過管道77返回吸附器下面的管道78。汽化的致冷劑在冷凝器66中冷凝，然后通過管道69回流到低管液體中。低管78中的一些液態(tài)致冷劑穿過膨脹閥21流入蒸發(fā)器68。氣態(tài)致冷劑從蒸發(fā)器經(jīng)由管道67流入吸附反應器。在吸附反應階段，單向閥73和75將致冷劑導入反應器。完成上述半循環(huán)后，吸附器的功能進行轉(zhuǎn)換，反應器62中的加熱器斷電，而反應器64中的加熱器通電。當反應器64中的吸附劑被充分加熱，開始解吸后，氣泡泵啟動，使反應器62冷卻，同時在其中開始吸附。閉合管道回路使致冷劑通過氣泡泵流入吸附反應器，再流入冷凝器，然后返回反應器，形成前文涉及的溫差環(huán)流系統(tǒng)。
用于向吸附反應器提供冷凝的致冷劑的氣泡泵包括常稱作氣提泵的氣體操縱泵，它可如上所述由解吸反應器解吸的蒸汽驅(qū)動，或可由在泵中豎管上的加熱器(通常為電加熱器)驅(qū)動或推動。加熱器必須安裝在垂直或接近垂直的管道或?qū)Ч苤?，且必須在液面以下。圖3所示加熱器61和63安裝在液態(tài)致冷劑傳輸管道上，由此產(chǎn)生蒸汽，所以上述豎管中的致冷劑密度比系統(tǒng)其余部分中靜止的液體密度低。這樣，低密度的致冷劑和蒸汽向上流動，產(chǎn)生泵送作用。采用加熱器而不是解吸的蒸汽來啟動氣泡泵的優(yōu)點在于，可以在反應器加熱到解吸的溫度和壓力之前開始相反反應器的冷卻和吸附。這一優(yōu)點可減少加熱和冷卻的總時間，并綜合提高系統(tǒng)的致冷效率。利用汽泵也可以達到同樣效果，其中加熱器在液態(tài)傳熱流體或致冷劑管道中產(chǎn)生蒸汽，止回閥阻止致冷劑返流到系統(tǒng)的儲液罐，從而推動致冷劑流向吸附反應器的導熱表面。如果利用止回閥，加熱器就不必安裝在豎管中，從而大大降低對方向的敏感性，并減少所需供泵液壓。
在圖4中，所示圖解系統(tǒng)為向冷凝器96輸送能量的壓力解除溫差環(huán)流系統(tǒng)。設備包括箱體80、反應器92和94、冷凝器96和蒸發(fā)器98，該設備以專利No 5,477,706中圖5所表示和說明的方法，利用壓力解除溫差環(huán)流系統(tǒng)運行。這樣，閥84和86為主動調(diào)節(jié)閥，當這些閥關閉時，利用解吸反應器中產(chǎn)生的壓力從反應器的導熱管中推出液態(tài)致冷劑。在吸附器92進行解吸，吸附器94進行吸附的半循環(huán)運行中，當閥84關閉時，反應器92中的導熱管與冷凝器不連通，因此，由熱產(chǎn)生的壓力推動液態(tài)致冷劑流出導熱管，穿過管道99，然后流入反應器94的導熱管。解除溫差環(huán)流系統(tǒng)循環(huán)的起始壓力由反應器的加熱器或由安裝在溫差環(huán)流系統(tǒng)回路中的輔助加熱器提供，可使溫差環(huán)流系統(tǒng)回路運轉(zhuǎn)恰好足夠長的時間，以便使該回路的蒸汽壓提高到足以引起解除作用。但是，一旦解吸開始，解吸蒸汽的壓力即可持續(xù)解除溫差環(huán)流系統(tǒng)循環(huán)，從而將保持導熱管壓力所消耗的熱能降至最小。當閥86打開時，致冷劑可穿過反應器94流入冷凝器，液態(tài)致冷劑在反應器94中汽化使該反應器冷卻到吸附溫度，由此在其中開始吸附。然后，致冷劑繼續(xù)汽化，排出吸附熱。這樣，打開閥86可啟動反應器94和冷凝器之間的相轉(zhuǎn)變溫差環(huán)流系統(tǒng)傳熱回路，而關閉閥84會由于如上所述在解吸反應器92中產(chǎn)生的壓力而解除該反應器的溫差環(huán)流系統(tǒng)回路。在上述半循環(huán)最后，兩個吸附器的功能進行轉(zhuǎn)換，當反應器94中的加熱器通電，開始解吸時，閥86關閉，反應器92中加熱器斷電，同時閥84打開。在兩個階段或半循環(huán)中，致冷劑蒸汽流入和流出吸附劑鹽的流速由閥83、85、47和49調(diào)節(jié)。這些閥可以是單向止回閥，也可以是主動操縱閥。主動操縱閥或啟動閥83和86可以是以相同的控制電路排序的電磁閥，用于使加熱器通電和斷電。另一方面，主動調(diào)節(jié)閥可以是由大氣壓或由解吸反應器產(chǎn)生的致冷劑蒸汽壓驅(qū)動的柱塞操縱閥。上述壓力解除溫差環(huán)流系統(tǒng)的另一種變更方法在專利No 5,477,706的圖6中說明，該方法采用由壓力控制的與吸附器連通的三通閥代替閥84和86。
雖然象圖3和圖4的設備那樣，優(yōu)選的設備利用致冷劑液體作為相轉(zhuǎn)變傳熱流體，從而只需要單一的冷凝器來冷凝汽化的致冷劑，但專利No 5,477,706所述的其它系統(tǒng)也可使用，其中分開的冷凝器用于作為與致冷劑不同的組合物的兩相傳熱流體。即使致冷劑也用作傳熱流體，也可以在本發(fā)明中采用多個冷凝器，而忽略傳熱流體的組合。當傳熱流體是與氣態(tài)極性致冷劑不同的組合物時，適用的傳熱流體包括水、醇、輕質(zhì)烴、導熱油和DOWTHERM相轉(zhuǎn)變傳熱介質(zhì)。因此，可采取改進的圖3和圖4所示設備，使它們含有象專利No 5,477,706中圖7所示分開的冷凝器。圖3和圖4的兩個反應器系統(tǒng)可采用這兩個反應器中的相同配合物運行，或可以通過采用上述關于圖2設備的各反應器中的不同配合物，并根據(jù)美國專利5,079,928和5,263,330，作為兩級間斷恒壓發(fā)動機分級(CPES)系統(tǒng)運行。當然，上述CPES系統(tǒng)將包括在反應器的傳熱部分之間傳輸傳熱流體所需的必要的管道裝置，以便進行配合物的溫度分級處理。
圖5表示冷藏設備、冷凍設備或冷藏/冷凍組合裝備，說明采用美國專利5,186,020和5,396,175中公開的反應器技術的實施方案，在此引入對該專利的描述作為參考。在圖5所示實施方案中，設備包括兩個反應器或反應器裝置(吸附器)，各反應器或吸附器含有蒸汽壓不同的配合物。上述反應器裝置包括一個或一個以上獨立的反應器，它們通常包括含有配合物的許多細長的反應器中心部分或管道。冷卻冷藏/冷凍室50的第一反應器51含有較高壓(低溫)配合物，第二反應器52含有較低蒸汽壓(較高溫)配合物。第一反應器51安裝在箱體60中，該箱體有許多裝有止回閥(例如所示單向止回閥)的孔口53、54、55和56。兩個反應器均設計成具有導熱片，以增加熱交換。第二反應器52裝有加熱裝置，例如電阻加熱器或相應的裝置。極性致冷劑優(yōu)選氨，它通過優(yōu)選裝有選擇性可調(diào)閥57的管道49在反應器間傳送。風扇58和59提供強制空氣傳熱。風扇58可以改變方向，以交替將空氣從致冷室50內(nèi)部經(jīng)過入口54引入箱體60，穿過較冷的解吸反應器51，然后經(jīng)過入口53引入致冷室，以及將周圍空氣經(jīng)過入口55引入箱體，供在吸附過程中冷卻反應器51，然后將空氣經(jīng)過出口56排入大氣。另一方面，可采用兩個分開的風扇。如專利Nos.5,186,020和5,396,775所述，可采用其它相應的象熱交換器之類的設備，利用空氣或傳熱流體在致冷室50和致冷反應器51之間進行熱交換。
當各配合物分別在反應器51中吸附和在反應器52中解吸時，系統(tǒng)如下運行風扇59通電后冷卻反應器52，使它接近室溫。反應器52在冷卻后，由于在兩種配合物之間的平衡溫差而開始吸附從解吸反應器51排出的致冷劑。第一反應器51在解吸時變冷。當反應器51比致冷室50的溫度低時，風扇58通電，沿箭頭所示方向推動空氣，由此使空氣從致冷室50穿過入口54流出，流過反應器51的熱交換表面，然后返回致冷室。因此，當反應器51解吸時，致冷室或致冷艙中的空氣被冷卻。當反應器51充分解吸，反應器52吸附時，風扇59斷電，反應器52的加熱裝置啟動。同時，箱體60中的風扇58改變方向，由此使空氣如虛線箭頭所示穿過入口55，流過反應器51的熱交換表面，然后從出口56流出。反應器52變熱后開始解吸致冷劑，反應器51則吸附致冷劑。反應器51中的吸附熱由如上所述流過該反應器的周圍空氣排出。當反應器51吸附時，反應器52解吸，風扇59再次通電，而風扇58斷電。這時，反應循環(huán)返回上述初始狀態(tài)。然后重復反應循環(huán)，從而冷卻致冷室。恒溫控制(未顯示)可用于運行包括導熱片、反應器52的加熱器和閥57的組件。上述設備采用實例中的方法設計，也可采用如以上專利和申請中所述用于上述鹽-鹽冷藏設備和/或冷凍設備的其它設備的設計。雖然在圖5的實施方案中只展示一對第一和第二反應器，但這類設備可包括兩對或兩對以上反應器，各對反應器在相反或轉(zhuǎn)換的循環(huán)中運轉(zhuǎn)。
在上述鹽-鹽實施方案中，重要的是在不同的第一和第二反應器組件中，不同配和物具有約20℃-約150℃的平衡溫差，這是在相同或基本上相同的操作壓力下(通常為約0.1-約35巴)兩種有關配合物平衡溫度之間的差。在放熱的極性致冷劑吸附過程中，這種平衡溫差將形成充分實用的，而且也在切實安全的排熱范圍內(nèi)的溫升。本實施方案中優(yōu)選的致冷劑為氨。用于第一致冷反應器51中的優(yōu)選的高壓低溫配合物為BaCl2、CaCl2和SrCl2氨配合物。用于第一反應器的優(yōu)選配合物包括CaCl2·4-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)或它們的混合物、SrCl2·1-8(NH3)、BaCl2·0-8(NH3)、NaBr·0-5.25(NH3)或NaBF4·0.5-2.5(NH3)。第二反應器中的優(yōu)選配合物包括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)、或它們的混合物。
圖6表示包括單一反應器系統(tǒng)的本發(fā)明另一實施方案，該系統(tǒng)往往可稱作溢流系統(tǒng)。冷藏設備和/或冷凍設備100采用的致冷組件包括反應器101、冷凝器106、儲液罐102、以及傳送致冷劑的各種管道和配備的閥門。蒸發(fā)器(未顯示)與致冷設備的致冷室進行熱交換，安裝在背板或后擋板103后面。儲液罐102在冷凝器106下面和反應器101上面。在解吸過程中，致冷劑蒸汽經(jīng)過管道105流入冷凝器106，在其中冷凝，然后冷凝物聚集在儲罐102中。反應器101裝有加熱器或加熱裝置，供加熱其中的配合物，以便如上所述產(chǎn)生解吸反應。有效的反應器結(jié)構(gòu)，例如，包括與吸附器的導熱表面平行、且靠近裝有鹽的細管組件中心延伸的加熱器。這種設備實施方案的特殊而重要的特征包括選擇性操縱閥，它可控制液態(tài)(冷凝的)致冷劑流入反應器傳熱部分的流速，以便為進行吸附而冷卻反應器。在吸附過程中，加熱器關閉，閥107打開，從儲罐102流出的液體充滿反應器的熱交換表面。液態(tài)致冷劑汽化，從而冷卻反應器，汽化的致冷劑經(jīng)過管道109流入冷凝器。在整個吸附階段，致冷劑穿過冷凝器、儲罐和反應器的熱交換器連續(xù)循環(huán)，從而保持吸附器接近冷凝器的溫度。雖然說明了單一反應器，但是也可采用多個反應器。
通常，從反應器中解吸極性氣體(優(yōu)選氨)時，隨著閥107關閉以及反應器中的電阻加熱器通電，系統(tǒng)開始運行。致冷劑從吸附劑上排出后流入冷凝器，同時，一個或一個以上止回閥73阻止致冷劑返流到蒸發(fā)器中。在解吸周期最后，加熱器斷電，閥107打開，液氨流入吸附器的熱交換表面，并汽化，由此如上所述冷卻反應器。隨著反應器繼續(xù)冷卻，解吸的配合物的壓力繼續(xù)下降，直到反應器開始從蒸發(fā)器吸入致冷劑蒸汽。然后，當吸附基本上完成，反應器溫度接近冷凝器的溫度時，閥107再次關閉，反應器的加熱器通電，下一個解吸循環(huán)開始。閥107可以是電磁閥，特別當采用煤氣燃料時可以是熱啟動閥，也可以是循環(huán)運轉(zhuǎn)所需的調(diào)節(jié)液體流速的任何其它可操縱閥。
在上述設備中，膨脹閥示于從冷凝器向蒸發(fā)器傳送液態(tài)致冷劑的管道或管線中。但是，其它相應裝置可代替該膨脹閥，這類裝置的實例在圖7和圖8中說明。這兩個設備均利用浮筒室中的浮筒調(diào)節(jié)裝置來啟動或操縱向蒸發(fā)器組件輸送液態(tài)致冷劑的閥。在圖7中，浮筒系統(tǒng)裝置包括浮筒室120，其中浮筒112隨著它在浮筒室中存在的液態(tài)致冷劑表面上的浮動而移動。上述浮筒包括與致冷劑不反應的任何適宜的輕型材料。當比重低至0.55的氨為致冷利時，適宜的浮筒材料的實例包括聚丙烯和尼龍。由傳感器116極化的磁鐵114固定或連接在浮筒112上，用于操縱電磁閥118。該電磁閥在液態(tài)致冷劑輸送管道17和浮筒室120之間有一個小噴管119。電磁閥118可開合該小噴管。當浮筒室120中致冷劑液面下降時，隨著浮筒移過傳感器116，電磁閥被啟動而打開，從而使液態(tài)致冷劑流入浮筒室。例如、浮筒室120也可用作液-氣分離器，以防止液氨流入圖2所述負壓管線或管道29，該管道通向蒸發(fā)器和反應器之間管線中的止回閥。
圖8說明用于蒸發(fā)器裝置121中的另一類浮筒調(diào)節(jié)裝置，該裝置可稱作“觸須”閥和浮筒設備。在該裝置中，細長金屬絲或“金屬須”124的一端連在管塞125上，該管塞利用彈簧127斜壓或擠壓在閥座122上。浮筒128置于浮筒室120內(nèi)，使得在浮筒室的液面下降時，浮筒接觸金屬須124與閥座相對的一端。當浮筒室126中的致冷劑液面下降至足以使浮筒128靠在與閥座相對的金屬須124的一端時，引起金屬須124移動，造成柱塞125相對于閥座122漂移或擺動，從而使液態(tài)致冷劑從管道17流入浮筒室。浮筒也可用機械或物理的方法連接或固定在金屬須上，從而可將金屬須置于浮筒之上。也可利用對所述組件作其它結(jié)構(gòu)改變來實現(xiàn)同樣的目的和作用。采用圖8所述浮筒調(diào)節(jié)裝置的優(yōu)點在于省去了水平傳感器和電磁閥，因而可優(yōu)選用于小型致冷/冷藏裝備。除上述實例之外，實際上所有常規(guī)致冷劑膨脹裝置均可使用，盡管象毛細管或噴管之類被動膨脹裝置很難用于非常小的氨系統(tǒng)，對周期性吸附系統(tǒng)的應用更為困難。其它適用的閥門包括恒溫膨脹閥、恒壓膨脹閥和電子膨脹閥。對用于很小的致冷系統(tǒng)的脈寬調(diào)制(時斷時續(xù))電子膨脹閥，可采用在該閥的下游安裝節(jié)流裝置(噴管或毛細管)，同時控制閥與節(jié)流裝置之間的體積。當閥打開時，上述體積內(nèi)充滿致冷劑，并慢慢向蒸發(fā)器滲流。從而將所需最小閥門脈中時間縮短。
本文公開的各種冷藏和/或冷凍裝備的實施方案可隨意按比例放大或縮小。例如，消費者休閑裝備，象小型、輕便或?qū)Ｓ玫睦鋬鲈O備、水或蔬菜的致冷設備、制冰機、制冰茶機、冷藏設備或冷藏/冷凍組合設備、以及可安置在游覽車、船、汽車或卡車中的上述裝備，還有小酒吧的冷藏設備、冷凍設備或組合設備，上述裝備體積最大達約200升或7立方英尺。包括速凍冰箱、標準冷藏/冷凍設備等的廚房裝備為5立方英尺-35立方英尺，即約100-約1000升。體積較大的工業(yè)裝備通常為30立方英尺或更大。例如，零售柜臺和人進得去的冷凍設備及冷藏設備的致冷室通常為約1000-約30,000升。上述任何裝置和裝備均可移動，以便在日常工作中及清除其中容納的物品或部分物品時將它們搬運或運送到幾個分散地點。對上述裝備，可設置采用運載裝置或其它蓄電池電源的DC(直流)電來運行附圖所示各種實施方案中說明的設備。此外，自動或可用開關調(diào)節(jié)的變換器裝置也能符合要求，因而也可以用AC(交流)電運行上述設備。另外，本文公開的任何致冷裝備中的反應器均可由傳熱流體和蒸汽等加熱，或者利用任何實用或方便的能源燃燒室的熱氣加熱。附圖所示以及本文所描述的裝備可用來出售或分發(fā)低溫或冷凍的制品，包括冰、冰淇淋、冰糕和冰凍酸奶等。為以上應用，裝備的箱體外面可設置為上述制品作廣告的展盤、標記和照明裝置等，以及適宜的出售或分發(fā)的裝置或組件。用于任何上述設備實施方案中的蒸發(fā)器也可以設計成接觸致冷/冷凍，用來代替如附圖所示主要設計成對流致冷的典型蒸發(fā)器。因此，蒸發(fā)器可加工成基本上與裝有需速凍的制品或貨品的容器接觸，或加工成和進行上述與需致冷的制品或貨品直接接觸的適宜形狀一致。上述接觸也可通過采用某些柔韌或可成形的金屬或塑料的蒸發(fā)器盤管而增強，這些蒸發(fā)器盤管可成形加工或模制，從而實現(xiàn)增加與貨品、制品或容器的接觸。另一方面，上述裝備可設計成具有在致冷室外面，與致冷室內(nèi)部進行熱交換接觸的蒸發(fā)器。也可采用本領域熟練人員了解的其它具體的裝備結(jié)構(gòu)和特征。上述設備也可以是伴隨有微波爐特征的組合裝備的一個可用于速冷和/或速凍的組件。這種實施方案在美國專利No.5,161,389中進行描述。在此引入作為參考。在本發(fā)明范圍內(nèi)，上述在設備的結(jié)構(gòu)、規(guī)模、運行組件及特征等方面的變更將為本領域技術人員所了解。
權(quán)利要求
1.一種致冷設備，包括(a)含有致冷室的柜、箱或容器；(b)一個或一個以上反應器，各含有由極性氣體在金屬鹽上吸附所形成的配合物，在上述反應器中，極性氣體在配合物上交替吸附和解吸，金屬鹽包括堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、鋅、鎘、錫或鋁的鹵化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、草酸鹽、高氯酸鹽、硫酸鹽或亞硫酸鹽或氟硼酸鈉或雙金屬氯化物或溴化物，其中在金屬鹽上吸附極性氣體時，通過限制配合物的體積膨脹并控制配合物的密度而形成配合物，籍此，與未限制配合物體積膨脹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應速度，反應速度表示為在小于60分鐘的吸附或解吸時間內(nèi)，每摩爾配合物每小時分別吸附和/或解吸極性氣體的摩爾數(shù)；(c)冷凝極性氣體的冷凝器裝置，與致冷室進行熱接觸，向致冷室提供致冷的蒸發(fā)器裝置，以及將極性氣體從一個或一個以上反應器引入冷凝器裝置和從蒸發(fā)器裝置引入一個或一個以上反應器的管道，和(d)與一個或一個以上反應器連接的加熱器裝置，用于加熱其中的配合物。
2.權(quán)利要求1的設備，其中一個或一個以上反應器包含一個或一個以上反應室，其最大平均質(zhì)量擴散路徑長度小于約15mm。
3.權(quán)利要求2的致冷設備，其中一個或一個以上反應室的最大熱擴散路徑長度為約0.6-約3mm，最大平均質(zhì)量擴散路徑長度為約2.5-約7mm，其中鹽或配合物的密度為約0.2-約0.9克/毫升反應室體積。
4.權(quán)利要求2的設備，包括許多沿著反應器伸展，與金屬鹽進行熱交換的導熱片，其中導熱片之間的距離為2.8mm或更小。
5.權(quán)利要求2的設備，其中一個或一個以上反應室的最大熱擴散路徑長度小于約4.5mm。
6.權(quán)利要求2的設備，其中在反應器中的配合物或金屬鹽的密度為約0.2-約1.0克/毫升反應室體積。
7.權(quán)利要求2的設備，包括將極性氣體引入和導出一個或一個以上反應室中的金屬鹽或配合物的氣體分散裝置，其中在25mm或更小的氣體分散裝置中有至少60％(重量)的金屬鹽或配合物。
8.權(quán)利要求2的設備，包括一個或一個以上與金屬鹽及配合物進行熱接觸的含透氣材料的熱交換表面。
9.權(quán)利要求2的設備，包括一個或一個以上伸入反應室的透氣表面，該透氣表面的至少一部分與金屬鹽及配合物接觸。
10.權(quán)利要求2的設備，其中金屬鹽和配合物分別與附加的透氣組合物組成混合物，該附加透氣組合物的微孔表面可使極性氣體在所述混合物中分散。
11.一種權(quán)利要求1的致冷設備，其中一個或一個以上反應器包括一個或一個以上反應室，其最大熱擴散路徑長度小于1.5mm。
12.權(quán)利要求11的設備，包括將極性氣體引入和導出反應室中的金屬鹽或配合物的氣體分散裝置，其中在25mm或更小的氣體分散裝置中有至少60％(重量)的金屬鹽或配合物。
13.權(quán)利要求11的設備，其中一個或一個以上反應室的最大平均質(zhì)量擴散路徑長度小于約15mm。
14.權(quán)利要求11的設備，包括一個或一個以上與金屬鹽及配合物進行熱接觸的含透氣材料的熱交換表面。
15.權(quán)利要求11的設備，包括一個或一個以上伸入反應室的透氣表面，該透氣表面的至少一部分與金屬鹽及配合物接觸。
16.權(quán)利要求11的設備，其中金屬鹽和配合物分別與附加的透氣組合物組成混合物，該附加透氣組合物的微孔表面可使極性氣體在所述混合物中分散。
17.權(quán)利要求1的設備，其中一個或一個以上反應器包括一個或一個以上反應室，其中在25mm或更小的氣體分散裝置中有至少60％(重量)的金屬鹽或配合物。
18.權(quán)利要求17的設備，其中一個或一個以上反應室的最大熱擴散路徑長度小于1.5mm。
19.權(quán)利要求17的設備，包括一個或一個以上與金屬鹽及配合物進行熱接觸的含透氣材料的熱交換表面。
20.權(quán)利要求17的設備，包括一個或一個以上伸入反應室的透氣表面，該透氣表面的至少一部分與金屬鹽及配合物接觸。
21.權(quán)利要求1的設備，其中加熱裝置包括電阻加熱裝置。
22.權(quán)利要求1的設備，其中加熱方式包括用燃燒室的熱氣加熱配合物。
23.權(quán)利要求1的設備，其中加熱方式包括用傳熱流體加熱配合物。
24.權(quán)利要求1的設備，其中加熱裝置包括加熱配合物的一條或一條以上導熱管。
25.權(quán)利要求1的設備，其中設備包括至少一個體積最大達1000升的致冷室。
26.權(quán)利要求1的設備，其中設備包括至少一個體積為約1000-約30,000升的致冷室和/或冷凍室。
27.權(quán)利要求1的設備，其中設備包括一個冷凍室。
28.權(quán)利要求21的設備，包括輕便的致冷設備和/或冷凍設備。
29.權(quán)利要求28的設備，包括一個將AC(交流電)轉(zhuǎn)變?yōu)镈C(直流電)的變換器，用于加熱電阻加熱裝置。
30.權(quán)利要求1的設備，包括分發(fā)或出售致冷室中冷卻制品的裝置。
31.權(quán)利要求1的設備，其中致冷室包括分開的冷藏室和冷凍室，其中蒸發(fā)器裝置可將冷凍室冷卻至約-10℃以下，其中所述設備包括熱交換裝置，用于導出蒸發(fā)器裝置的冷，將冷藏室冷卻至約10℃以下。
32.權(quán)利要求31的設備，其中冷凝器裝置包括自然對流冷凝器，它可冷凝室溫以上約10℃-45℃的極性氣體。
33.權(quán)利要求1的設備，其中致冷室包括一個冷藏室，其中蒸發(fā)器裝置可將該冷藏室冷卻至約10℃以下。
34.權(quán)利要求33的設備，其中在一個或一個以上反應室中的配合物可使蒸發(fā)器的溫度達到約-35℃-約-8℃。
35.權(quán)利要求33的設備，其中在一個或一個以上反應器中的配合物可在至少約45℃下的吸附過程中在配合物溫度和蒸發(fā)器溫度之間形成溫差。
36.權(quán)利要求35的設備，其中配合物包括CaCl2·2-4(NH3)、CaCl2·4-8(NH3)或它們的混合物、SrCl2·1-8(NH3)或SrBr2·2-8(NH3)。
37.權(quán)利要求1的設備，其中致冷室包括一個冷凍室，其中蒸發(fā)器裝置可將該冷凍室冷卻至約-10℃以下。
38.權(quán)利要求37的設備，其中在一個或一個以上反應器中的配合物可使蒸發(fā)器的溫度達到約-25℃-約-45℃。
39.權(quán)利要求37的設備，其中在一個或一個以上反應器中的配合物可在至少約60℃下的吸附過程中在配合物溫度和蒸發(fā)器溫度之間形成溫差。
40.權(quán)利要求39的設備，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)、或它們的混合物。
41.權(quán)利要求1的致冷設備，包括兩個或兩個以上各含不同配合物的反應器，還包括將傳熱流體輸入和輸出反應器的裝置，以及將傳熱流體從放熱的吸附反應導入反應器，以進行吸熱的解吸反應的裝置。
42.權(quán)利要求41的致冷設備，包括三個或三個以上反應器，所述配合物具有氣體反應物蒸汽壓從低到高的順序，其中較低蒸汽壓配合物在吸附壓力下的吸附溫度比連接的下一個較高蒸汽壓配合物在解吸壓力下的解吸溫度至少高8℃。
43.權(quán)利要求41的致冷設備，其中高蒸汽壓配合物選自CaCl2·4-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)以及它們的混合物、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)、以及它們的混合物。
44.權(quán)利要求41的致冷設備，其中較低蒸汽壓配合物選自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)、以及它們的混合物。
45.權(quán)利要求1的設備，包括多個反應器，所述蒸發(fā)器裝置包括向第一致冷室提供致冷的第一蒸發(fā)器和向第二致冷室提供致冷的第二蒸發(fā)器。
46.權(quán)利要求45的設備，包括一個或一個以上第一反應器和一個或一個以上第二反應器，一個或一個以上第一反應器所含配合物的蒸汽壓比一個或一個以上第二反應器中配合物的蒸汽壓低。
47.權(quán)利要求46的設備，其中第一蒸發(fā)器與一個或一個以上第一反應器有效連接，第二蒸發(fā)器與一個或一個以上第二反應器有效連接。
48.權(quán)利要求47的設備，包括在第一和第二反應器之間傳送傳熱流體的傳熱組件，用于從第一反應器中導出吸附熱，供在第二反應器中產(chǎn)生解吸反應。
49.權(quán)利要求41的致冷設備，包括一個或一個以上第一反應器和一個或一個以上第二反應器，所述反應器包括引導傳熱流體與反應器中的配合物進行熱交換接觸的反應器熱交換組件，與上述反應器熱交換組件連通的排熱管道回路，用于在反應器中進行吸附時從一個或一個以上第一反應器和第二反應器中排熱，所述回路包括將汽化的傳熱流體從吸附反應器導入冷凝器裝置的第一部分，和將冷凝的傳熱流體從冷凝器裝置導入吸附反應器的第二部分，排熱管道回路中的傳熱流體，它可在吸附反應器中在吸附溫度或吸附溫度以下進行從液體到氣體的相轉(zhuǎn)變，和與排熱管道回路第二部分連接的蒸汽控制的流體排出裝置，用于將液態(tài)傳熱流體從該部分排入反應器的熱交換裝置。
50.權(quán)利要求49的設備，其中傳熱流體為與上述極性氣體相同的組合物。
51.權(quán)利要求49的設備，其中流體排出裝置包括一臺泵。
52.一種權(quán)利要求1的致冷設備，包括一個或一個以上第一反應器和一個或一個以上第二反應器，所述反應器包括使傳熱流體與反應器中的配合物進行熱交換接觸的反應器熱交換裝置，所述設備包括與反應器的熱交換裝置連通的排熱管道回路，用于在反應器中進行吸附時從一個或一個以上第一反應器和第二反應器排熱，所述回路包括將汽化的傳熱流體從吸附反應器導入冷凝器裝置的第一部分，和將冷凝的傳熱流體從冷凝器裝置導入吸附反應器的第二部分，排熱管道回路中的傳熱流體，它可在吸附反應器中在吸附溫度或吸附溫度以下進行從液體到氣體的相轉(zhuǎn)變，和與排熱管道回路第二部分連接的蒸氣控制的流體排出裝置，用于將液態(tài)傳熱流體從該部分排入反應器的熱交換裝置。
53.權(quán)利要求52的設備，其中傳熱流體為與上述極性氣體相同的組合物。
54.權(quán)利要求52的設備，其中流體排出裝置包括一臺泵。
55.權(quán)利要求54的設備，其中所述泵包括氣體操縱泵，它帶有含液態(tài)傳熱流體的普通豎管，該豎管與反應器的熱交換裝置以及傳送汽化的傳熱流體或解吸的極性氣體的第二種管道連通，以便沿豎管驅(qū)動液態(tài)傳熱流體。
56.權(quán)利要求52的設備，其中流體排出裝置包括存儲液態(tài)傳熱流體的儲罐以及一臺或一臺以上從儲罐向反應器抽送液態(tài)致冷劑的噴射泵。
57.權(quán)利要求52的設備，其中流體排出裝置包括與排熱管道回路的第二部分連接的加熱器，用于加熱其中的液態(tài)傳熱流體或冷凝的極性氣體，以便將液態(tài)傳熱流體或冷凝的極性氣體傳送到反應器的熱交換裝置中，冷卻吸附反應器。
58.權(quán)利要求57的設備，包括阻止加熱的液態(tài)傳熱流體或冷凝的極性氣體沿排熱管道回路的第二部分回流的第一個單向閥。
59.權(quán)利要求52的設備，包括將解吸的極性氣體從固體吸附劑導入反應器的熱交換裝置的通道裝置。
60.權(quán)利要求59的設備，包括與上述通道裝置及排熱管道回路的第一部分連接的選擇性操縱閥，用于在反應器解吸過程中選擇性地將解吸的極性氣體導入反應器的熱交換裝置，以及在反應器吸附過程中選擇性地將極性氣體從反應器導入冷凝器。
61.權(quán)利要求59的設備，包括與排熱管道回路的第一部分及上述通道裝置連接的，對解吸的極性氣體的壓力敏感的壓力操縱閥，該閥在反應器解吸過程中關閉，從而在反應器解吸過程中將解吸的極性氣體導入反應器的熱交換裝置，該閥在反應器吸附過程中打開，從而將極性氣體從反應器導入冷凝器。
62.權(quán)利要求58的設備，包括從反應器導出解吸的極性氣體的第三種管道，其中冷凝器裝置包括第一和第二冷凝器，第一冷凝器與排熱管道回路連通，用于冷凝傳熱流體，第二冷凝器與第三種管道連通，用于冷凝解吸的極性氣體。
63.權(quán)利要求62的設備，包括與排熱管道回路連接的選擇性操縱閥裝置，用于在反應器吸附過程中選擇性地將汽化的傳熱流體從反應器導入第一冷凝器，以及在反應器解吸過程中將傳熱流體從反應器的熱交換裝置導入流體排出裝置。
64.權(quán)利要求63的設備，其中流體排出裝置包括儲罐，該儲罐通過第二種管道與反應器連通，從其中接收解吸的極性氣體，該儲罐也與第二冷凝器連通，從其中接收冷凝的極性氣體。
65.權(quán)利要求64的設備，其中儲罐包括與之相連的加熱致冷劑的加熱器，以便將冷凝的致冷劑液體從儲罐排入反應器的熱交換裝置。
66.權(quán)利要求52的設備，其中第一反應器所含配合物與第二反應器中的配合物不同。
67.權(quán)利要求52的設備，包括三個或三個以上的多個反應器，各反應器含有不同的配合物，所述配合物具有氣體反應物蒸汽壓從低到高的順序，其中較低蒸汽壓化合物在低反應壓力下的吸附溫度比連接的下一個較高蒸汽壓化合物在高反應壓力下的解吸溫度高，所述設備還包括在反應器之間傳送傳熱流體的裝置，用于從最高溫反應器向下一個較低溫反應器輸送吸附熱。
68.權(quán)利要求52的設備，其中極性氣體為氨，所述金屬鹽包括SrCl2、SrBr2、CaCl2、CaBr2、CaI2、CoCl2、CoBr2、BaCl2、BaBr2、MgCl2、MgBr2、FeCl2、FeBr2、FeI2、NiCl2、ZnCl2、SnCl2、MnCl2、MnBr2、CrCl2、或它們的混合物。
69.權(quán)利要求68的設備，其中傳熱流體為氨。
70.權(quán)利要求1的設備，包括從冷凝器裝置接收冷凝的極性氣體的儲罐，和將冷凝的極性氣體從冷凝器裝置導入儲罐、以及將液態(tài)極性氣體從儲罐導入蒸發(fā)器裝置的管道
71.權(quán)利要求70的設備，包括單一反應器，其中冷凝器裝置包括一臺冷凝器，其中儲液罐位于反應器之上和冷凝器之下，由此，冷凝的極性氣體借重力從冷凝器流入儲罐。
72.權(quán)利要求71的設備，其中反應器包括與反應器中的配合物進行熱交換接觸的反應器的熱交換器，所述設備包括在反應器的熱交換器和儲罐之間延伸的管道，以及打開和關閉上述管道的選擇性操縱閥，該操縱閥用于調(diào)節(jié)從儲罐流入反應器熱交換器的冷凝的極性氣體的流速，以便為進行吸附而冷卻反應器。
73.權(quán)利要求1的設備，包括與管道及蒸發(fā)器裝置連接的浮筒調(diào)節(jié)裝置，用于向蒸發(fā)器裝置輸送冷凝的極性氣體。
74.權(quán)利要求73的設備，其中浮筒調(diào)節(jié)裝置包括內(nèi)含浮筒的浮筒室和由浮筒的移動操縱的閥，該閥根據(jù)浮筒室中浮筒的位置向蒸發(fā)器裝置導入冷凝的極性氣體。
75.權(quán)利要求1的設備，其中冷凝器裝置包括一臺或一臺以上冷凝器，蒸發(fā)器裝置包括一臺或一臺以上蒸發(fā)器，
76.權(quán)利要求1的設備，其中冷凝器裝置和蒸發(fā)器裝置包括交替用作冷凝器和蒸發(fā)器的熱交換器。
77.權(quán)利要求76的設備，包括從熱交換器接收冷凝的極性氣體的儲罐，以及在儲罐和熱交換器之間傳送冷凝的極性氣體的管道。
78.權(quán)利要求1的設備，其中極性氣體為氨，其中在30分鐘或更短的反應時間內(nèi)每毫升配合物每分鐘可吸附和/或解吸至少0.02克氨。
79.權(quán)利要求1的設備，其中極性氣體為氨，其中在30分鐘或更短的反應時間內(nèi)每毫升總反應室體積每分鐘可吸附和/或解吸至少0.01克氨。
80.一種運行權(quán)利要求1的致冷設備的方法，其中極性氣體為氨，該方法包括在小于約30分鐘循環(huán)周期的吸附和解吸反應中，迅速而交替地在配合物上分別吸附和解吸氨。
81.權(quán)利要求80的方法，其中反應速度為每毫升總反應室體積每分鐘吸附和/或解吸至少0.01克氨。
82.權(quán)利要求80的方法，其中反應速度為每毫升配合物每分鐘吸附和/或解吸至少0.02克氨。
83.權(quán)利要求80的方法，其中反應速度由下式確定ΔN＝ΔN最大值(1-e-k1)式中ΔN＝反應程度(摩爾/摩爾)ΔN最大值＝最大反應程度(摩爾/摩爾)t＝時間(秒)k＝反應動力學值(秒-1)其中反應進行至反應程度最高達4.5摩爾/摩爾，其中最小k值為0.0004。
84.權(quán)利要求80的方法，其中反應速度由下式確定ΔN＝ΔN最大值(1-e-k1)式中ΔN＝反應程度(摩爾/摩爾)ΔN最大值＝最大反應程度(摩爾/摩爾)t＝時間(秒)k＝反應動力學值(秒-1)其中反應進行至反應程度為4.5-6摩爾/摩爾，其中最小k值為0.0003。
85.權(quán)利要求80的方法，其中反應速度由下式確定ΔN＝ΔN最大值(1-e-k1)式中ΔN＝反應程度(摩爾/摩爾)ΔN最大值＝最大反應程度(摩爾/摩爾)t＝時間(秒)k＝反應動力學值(秒-1)其中反應進行至反應程度為6摩爾/摩爾以上，其中最小k值為0.0002。
86.一種運行權(quán)利要求1中包括兩個反應器的致冷設備的方法，該方法包括迅速而交替地在配合物上吸附和解吸極性氣體，其中解吸循環(huán)比吸附循環(huán)進行得快至少10％。
87.一種權(quán)利要求1的致冷設備，包括一個或一個以上第一反應器和一個或一個以上第二反應器，各第一反應器含有第一種蒸汽壓較高的配合物，各第二反應器含有蒸汽壓比第一種配合物低的第二種配合物，其中第一種配合物相對于蒸發(fā)器溫度的平衡溫度為至少40℃；分別冷凝和蒸發(fā)極性氣體的冷凝器和蒸發(fā)器以及與之連接的管道和閥門裝置，這些管道和閥門裝置用于將極性氣體從一個或一個以上反應器導入冷凝器，從冷凝器導入蒸發(fā)器，以及從蒸發(fā)器導入一個或一個以上反應器，蒸發(fā)器與致冷室進行熱交換。分別與第一和第二反應器中的第一種和第二種配合物進行熱交換的傳熱裝置，以及在反應器之間傳送傳熱流體的傳熱流體管道，由此將熱從一個或一個以上第二反應器中的放熱的吸附反應導入一個或一個以上第一反應器，以在其中進行吸熱的解吸反應。
88.一種權(quán)利要求87的致冷設備，其中第一種配合物可在吸附過程中在配合物溫度和蒸發(fā)器溫度之間形成至少為40℃的平衡溫差。
89.權(quán)利要求87的致冷設備，其中第一種配合物選自CaCl2·4-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)以及它們的混合物、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)、以及它們的混合物。
90.權(quán)利要求87的致冷設備，其中第二種配合物在吸附壓力下可形成比第一種配合物在解吸壓力下的平衡溫度至少高8℃的平衡溫度。
91.權(quán)利要求90的致冷設備，其中第二種配合物選自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)、以及它們的混合物。
92.一種致冷設備，包括(a)含有致冷室的柜、箱或容器；(b)一個或一個以上第一反應器和一個或一個以上第二反應器，各第一反應器含有第一種配合物，各第二反應器含有與第一種配合物不同的第二種配合物，第一種和第二種配合物由極性氣體在金屬鹽上吸附而形成，在一個或一個以上反應器中，極性氣體在金屬鹽上交替吸附和解吸，金屬鹽包括堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、鋅、鎘、錫或鋁的鹵化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、草酸鹽、高氯酸鹽、硫酸鹽或亞硫酸鹽、氟硼酸鈉或雙金屬氯化物，其中在金屬鹽上吸附極性氣體時，通過限制配合物的體積膨脹形成配合物，由此，與未限制配合物體積膨脹所形成的配合物相比，上述配合物可提高反應速度，反應速度表示為在小于60分鐘的吸附或解吸時間內(nèi)，每摩爾配合物每小時分別吸附和/或解吸極性氣體的摩爾數(shù)，其中在相同的操作壓力下，第一種配合物的平衡溫度與第二種配合物的平衡溫度相差約20℃-約150℃，其中一個或一個以上第一反應器與致冷室有熱接觸，以從而在致冷室中提供致冷，其中一個或一個以上第二反應器基本上與致冷室無熱接觸；和(c)與一個或一個以上第二反應器連接的加熱裝置，供選擇性加熱第二種配合物，以在該反應器中產(chǎn)生解吸反應。
93.權(quán)利要求92的致冷設備，其中第一種配合物選自CaCl2·4-8(NH3)、CaCl2·2-4(NH3)以及它們的混合物、SrCl2·1-8(NH3)、BaCl2·0-8(NH3)、NaBF4·0.5-2.5(NH3)、NaBr·0-5.25(NH3)、以及它們的混合物。
94.權(quán)利要求92的致冷設備，其中第二種配合物選自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)、以及它們的混合物。
全文摘要
冷藏設備和/或冷凍設備包括一個或一個以上反應器,該反應器含有金屬鹽與其吸附的極性氣體的配合物,在反應器中進行吸附時限制上述配合物的體積膨脹,上述反應器包括一個或一個以上最大平均質(zhì)量擴散路徑長度小于約15mm和/或最大熱擴散路徑長度小于1.5mm的反應室。
文檔編號C09K5/04GK1181804SQ96193310
公開日1998年5月13日 申請日期1996年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月16日
發(fā)明者U·羅肯費勒爾, L·D·基羅爾 申請人:羅基研究公司