專利名稱：：熱泵的制作方法熱泵本發(fā)明涉及一種熱泵裝置，特別是用于空調(diào)、制冷和熱泵系統(tǒng)。本裝置特別涉及不含已知對平流臭氧層有害的流體或不含已知相對于二氧化碳具有高度全球變暖潛勢的流體的系統(tǒng)。本裝置可為當(dāng)前使用機(jī)械蒸汽再壓縮或制冷劑/吸附溶劑的冷泵或熱泵系統(tǒng)的任何設(shè)備提供直接的替換。在本i兌明書中，"熱泵"一詞是指所有逆著溫度梯度將熱量從來源處傳向接受處，而需用動力推動的裝置。冰箱是熱i的一種特殊形式，其中為了達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用而需要較低的溫度。"熱泵"一詞也能以比本說明書中更為狹窄的意義使用，以描述在需要較高的溫度處，將熱量從來源處傳向接受處的用動力推動的裝置。冰箱和狹義的熱泵的區(qū)別僅僅在于它們預(yù)期的使用目的不同，而不在于工作原理。確實(shí)，許多空調(diào)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成為根據(jù)用戶在特定時間的需要而制熱或制冷。氯氟烴(CFCs，例如CFC11、CFC12)和氫氯氟烴(HCFCs，例如HCFC22、HCFC123)是穩(wěn)定、低毒性和不易燃的，在制冷和空調(diào)系統(tǒng)中可提供低危險(xiǎn)性的工作條件。當(dāng)其被釋放后，它們擴(kuò)散入平流層并攻擊可保護(hù)環(huán)境免受紫外線損害的臭氧層。由超過160個國家簽訂的國際環(huán)境協(xié)定——《蒙特利爾議定書》要求按照議定的時間表逐步淘汰CFCs和HCFCs。CFCs和HCFCs已經(jīng)在新的空調(diào)、冷藏和熱泵設(shè)備中被氫氟烴(HFCs，例如HFC134a、HFC125、HFC32)以純流體或混合物的形式所取代。為了加速逐步淘汰CFC和HCFC，現(xiàn)有的元件已經(jīng)被改進(jìn)以配合的HFC混合物使用。盡管HFCs不會消耗平流層的臭氧，但它會導(dǎo)致全球變暖是已知的。根據(jù)《京都議定書》的規(guī)定，各國政府已經(jīng)采取措施以限制或停止生產(chǎn)和排放這些化合物。一些國家已經(jīng)決定應(yīng)在下一個十年中的某個時間開始逐步淘汰HFCs，并會積極促進(jìn)不含鹵素的流體的發(fā)展。在裝置中意圖用于替代含HFC的元件的流體必須具有非常低的，或優(yōu)選為零的全球變暖潛勢。它們應(yīng)優(yōu)選為自然的化合物，并且已經(jīng)熟知其性質(zhì)，避免由于人為釋放而對環(huán)境造成損害。此外，裝置至少應(yīng)該與被它們所取代的含HFC的元件的能效一樣，以確保他們對于火力發(fā)電廠的排放廢氣而致的全球變暖的影響不會變大。優(yōu)選地，該些裝置應(yīng)該具有更好的能效。根據(jù)本發(fā)明的一種熱泵裝置包括至少一個熱交換器；由多孔吸附劑材料制成的主體，其設(shè)有進(jìn)口和出口并設(shè)置成與熱交換器進(jìn)行熱接觸；用于使工作流體流經(jīng)主體的設(shè)備以及用于在工作流體中產(chǎn)生循環(huán)壓縮及膨脹脈沖的設(shè)備，所述的壓縮或膨脹脈沖使工作流體從進(jìn)口流至出口，以在進(jìn)口和出口之間的主體內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度。本發(fā)明提供一種熱泵裝置，其中溫度差是由于工作流體、蒸汽或氣體的循環(huán)膨脹和壓縮脈沖而產(chǎn)生的，其流經(jīng)位于一個或更多熱交換器中的吸附劑多孔材料固體。本裝置也可以特定地設(shè)置，以便在第一位置或熱交換器的末端排出較高溫度的熱量，并在第二位置或熱交換器的末端吸收較低溫度。本裝置在使用時，工作流體帶著較高的壓力進(jìn)入吸附劑固體的一端，而帶著較低的壓力離開，或者工作流體在第二端被抽走。本裝置也可包括熱傳遞流體。在優(yōu)選實(shí)施例中，本裝置包括熱傳遞流體、用于使與熱交換器進(jìn)行熱接觸的熱傳遞流體通過的設(shè)備，該設(shè)備的設(shè)置使得熱傳遞流體的流動能從熱交換器中移除熱量或?qū)崃總髦翢峤粨Q器中。優(yōu)選地，熱傳遞流體的流動根據(jù)工作流體的壓縮和膨脹脈沖的變化而變化。更為優(yōu)選地，熱傳遞流體的流動方向根據(jù)工作流體的壓縮和膨脹脈沖的變化而逆向流動。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，熱傳遞流體的逆向流動與所述的脈沖相同步。工作流體循環(huán)運(yùn)動的頻率可以與熱傳遞流體循環(huán)運(yùn)動的頻率相一致。工作流體可為蒸汽、氣體或液體，優(yōu)選為蒸汽或氣體。在循環(huán)的第一部分中，熱傳遞流體在使用時從熱交換器溫度較低的末端流向溫度較高的末端，以從熱交換器溫度較高的末端移除熱量，并將熱量排放至合適的熱接收器中。在循環(huán)的第二部分中，熱傳遞流體以相反的方向從熱交換器溫度較高的末端流向溫度較低的末端。其中，熱傳遞流體在進(jìn)入冷卻室前會先被冷卻。為了完成循環(huán)操作，熱傳遞流體可沿著熱交換器以與工作流體的循環(huán)壓縮和膨脹同樣的頻率來回波動(即脈沖)。當(dāng)工作流體在壓縮的作用下進(jìn)入多孔固體時，熱傳遞流體就與工作流體反向流動。當(dāng)工作流體在抽吸的作用從多孔固體移除時，熱傳遞流體就與工作流體同向流動。用于在工作流體中產(chǎn)生脈沖的設(shè)備可為容積式壓縮機(jī)?；蛘?，用于在工作流體中產(chǎn)生脈沖的裝置可以包括開關(guān)閥系統(tǒng)和壓縮機(jī)。優(yōu)選地，該開關(guān)閥系統(tǒng)交替地將吸附材料的主體連接至工作流體的高壓和低壓貯存處?？蛇x地而優(yōu)選地，該裝置還包括另一個熱交換器，其用于在工作流體的蒸汽或氣體在接觸吸附劑前，將壓縮所產(chǎn)生的熱量從其中移除。所產(chǎn)生的較高或較低的溫度取決于本發(fā)明的各實(shí)施例的特定的應(yīng)用場合，特別是取決于是需要應(yīng)用在冰箱中還是空調(diào)中。在本文中，空調(diào)理解為既能令房間變暖又能令房間變涼。該裝置可取決于使用者的要求，既能進(jìn)行制熱又能進(jìn)行制冷，故有時該裝置被稱為可逆空調(diào)。優(yōu)選地，溫度梯度包括在進(jìn)口處相對較高的溫度和出口處溫度相對較低的溫度。在一替代性的實(shí)施例中，工作流體為吸附力相對較強(qiáng)的流體和吸附力相對較弱的流體的混合物。這些流體相互之間無強(qiáng)的相互作用。吸附力較弱的流體可在抽吸時將吸附力較強(qiáng)的流體從吸附劑上沖洗下來，并在壓縮時將其運(yùn)送至吸附劑處。這些組合的例子為二氧化碳/氮?dú)夂投趸?氬氣，并使用多孔活性炭作為吸附劑。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的混合物為吸附力相對較強(qiáng)的氣體(特別是氨氣或二氧化碳)和質(zhì)量較輕氣體(氫氣、氦氣和兩者的組合物)的組合物。該質(zhì)量較輕氣體與質(zhì)量較重的工作流體、氣體或蒸汽相比，具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，故能夠在質(zhì)量較重的工作流體的吸附和脫附時，提高傳向吸附劑和移除來自于吸附劑的熱傳遞。氦氣和二氧化碳的組合是特別優(yōu)選的，因?yàn)樵摶旌衔锊灰兹?。本發(fā)明的另一個實(shí)施例中選擇了兩種或更多種工作流體的混合物，以便一種流體的吸附力比另一種強(qiáng)。當(dāng)該熱泵在相對較低的負(fù)載下運(yùn)作時，吸附力較低的工作流體在循環(huán)流體中所占的濃度比其在原先注入該元件內(nèi)的混合物內(nèi)所占的濃度高。相反地，吸附力較高的成分在殘留在吸附劑內(nèi)的混合物中所占的濃度比其在原來的混合物中所占的比例高。當(dāng)該熱泵在高負(fù)載下運(yùn)作時，循環(huán)流體濃度中較大部分為吸附力較高的流體，并且循環(huán)流體的成分比例接近于所加入的混合物。通過使用具有這些性質(zhì)的混合物，該熱泵能夠因應(yīng)負(fù)載的變化而調(diào)整其操作，進(jìn)而最大化其能效。該混合物的例子有丙垸和二氧化碳的混合物，并使用多孔碳吸附劑。對于用于單個房間的空調(diào)，使用的熱傳遞流體通常為空氣。在制冷模式中，較低的溫度一般大約為5至150℃，而較高的溫度一般大約為35至60℃。制冷功率一般大約為3kW至100kW。在制熱模式中，向房間輸出的溫度一般大約為20至30℃，而從外界的空氣中輸入的溫度一般大約為2至15℃。制熱功率一般大約為4kW至150kW。一些裝置被設(shè)計(jì)為僅僅能夠制熱，雖然這些裝置一般也能夠稱為熱泵，但是該用語所指的范圍比本說明書中所指的范圍要小得多。對于用于設(shè)有多間房間的大型建筑物(例如酒店、辦公樓)的空調(diào)，熱傳遞流體可為水。其中水能夠經(jīng)由管道輸送到每間房間，在房間中，空氣會吹過輸送的溫度較低的水的管道以提供所需的降溫。該系統(tǒng)與常規(guī)的冷卻器裝置相類似。流入系統(tǒng)內(nèi)的水溫一般大約為5至10℃，而流回該裝置內(nèi)的水溫一般大約為10至15℃。在制熱模式中，從裝置流出的水溫一般大約為25至40℃，而流回該裝置內(nèi)的水溫一般大約為15至30°C。制冷功率一般為50kW至10MW。冷卻器也能用于加工工業(yè)領(lǐng)域，例如，用于冷卻蒸餾裝置的冷凝水。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，該裝置用于提供一般大約低至-3(TC的制冷效果。在該應(yīng)用中，優(yōu)選使用冰點(diǎn)相對較低的熱傳遞液體。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，設(shè)備的性能通過運(yùn)行兩級或以上的熱泵過程而優(yōu)化。該方法對于溫度低于大約-20°C的應(yīng)用特別具有優(yōu)勢。雖然二氧化碳對于冷凝器溫度低于大約(TC的蘭金循環(huán)熱泵來說是優(yōu)良的制冷劑，但是它的臨界溫度為3rC而具有較高的臨界壓力(72巴)。由于這點(diǎn)理由，當(dāng)輸出的溫度在(TC以上時，二氧化碳便不適合在熱泵中使用。特別優(yōu)選的實(shí)施例包括常規(guī)的蘭金熱循環(huán)的一個級，其中以二氧化碳為工作流體，熱量從溫度一般大約為-55至-l(TC處吸入，并以一般大約為-20至(TC的溫度排出至利用本發(fā)明的第二級裝置的溫度較低的一側(cè)。按照本發(fā)明設(shè)立的第二級裝置當(dāng)在大約為10至30巴的最大壓力下運(yùn)作時，排出的熱量的溫度大約在35至7(TC，相當(dāng)于現(xiàn)時使用HFC的制冷設(shè)備。工作流體可選自任何化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的流體，只要其能夠可逆地吸附于合適的多孔固體并能從其中脫附。優(yōu)選的流體包括二氧化碳、空氣及氮?dú)?。工作流體可為單種氟碳化合物或多種沸點(diǎn)在-140°C至40。C之間的氟碳化合物的混合物，優(yōu)選沸點(diǎn)的范圍為-90°C至0。C，更為優(yōu)選地為-90°C至-20°C。CFC、HCFC及HFC在那些允許其使用的地區(qū)是可接受的，但是由于它們對環(huán)境有害，故這些化合物不是優(yōu)選的。優(yōu)選的流體是天然形成的。當(dāng)易燃性不成問題時，可使用烴和氫氣作為工作流體。當(dāng)能夠避免人類和動物與其接觸時，氨水也能用作為工作流體。在優(yōu)選使用含氟的流體的應(yīng)用場合下，可使用相對于C02有較低全球變暖潛勢值的HFC、全氟碘化物及含有2至6個碳原子的不飽和氟化物，這些物質(zhì)的潛勢值優(yōu)選小于150，更為優(yōu)選小于IOO，最為優(yōu)選小于IO。優(yōu)選的化合物為氟烯烴。更為優(yōu)選的為含有三氟乙烯基的氟烯烴。最為優(yōu)選地為至少含有一個氫原子的氟烯烴。特別優(yōu)選的為氟代丙垸及其混合物。當(dāng)不適用含氟的化合物時，最為優(yōu)選的工作流體為具有低環(huán)境影響和低毒性和不易燃性質(zhì)的C02和N2。在字面上，"多孔固體"一詞是指具有很多種性質(zhì)的材料。許多固體具有非常有限的孔隙度，包括在金屬表面的保護(hù)性氧化層。在本說明書中，"多孔固體"一詞用于描述具有特定性質(zhì)組合的材料。第一，優(yōu)選的多孔固體的內(nèi)表面的面積大于大約10m2g—、更為優(yōu)選的大于大約100mV，最為優(yōu)選的大于大約1000m2g—'。第二，優(yōu)選的多孔固體中孔隙空間的分布為大孔的、中孔的和微孔的組合。該多孔固體的最少10％孔隙空間為直徑小于大約2nm的微孔的形式，而最少5%孔隙空間為直徑小于大約50nm的中孔的形式。第三，優(yōu)選的多孔固體能夠減少與其接觸的工作流體、蒸汽或氣體的壓力，即能夠吸附該工作流體。第四，吸附過程必須是可逆的。例如，減少工作流體壓力或提高多孔固體的溫度的方法能夠使工作流體脫附。第五，優(yōu)選的多孔固體必須能夠在工作流體的臨界溫度之上吸附該工作流體。有很多種多孔材料都可在裝置中使用?？墒褂霉瑁鐨庀喽趸?、粒狀硅或硅氣凝膠(包括粒狀、塊狀和柔軟的氣凝膠層)。可使用天然的或人工的玻璃、陶瓷或分子篩。可使用碳，包括粒狀、塊狀、片狀、氣凝膠或薄膜狀的碳?？蛇m用于本發(fā)明的多孔碳的例子已經(jīng)在專利申請PCT/GB01/04222中描述，本說明書亦有引用為參考以將其內(nèi)容與本說明書相結(jié)合。可使用多種的有機(jī)材料，包括間苯二酚一甲醛泡沫材料或氣凝膠、聚氨脂、聚苯乙烯或其他形式為泡沫或氣凝膠的聚合物。本身就具有多孔性的聚合物也適用于本發(fā)明，其中，所述的孔的大小是由具有特定幾何結(jié)構(gòu)的合適的前驅(qū)體分子的三維聯(lián)接而形成的。一系列的合成物都是可接受的，包括硅碳合成物。多孔材料可通過吹制聚合物泡沫材料制得，或通過溶膠-凝膠過程來生產(chǎn)多孔致密的陶瓷、硅或其他無機(jī)氣凝膠或有機(jī)氣凝膠。有機(jī)材料(例如椰子和煤)可以通過熱解，并通過進(jìn)一步處理(例如使用蒸汽處理)以生產(chǎn)活性炭。熱解聚合物氣凝膠可以產(chǎn)生碳?xì)饽z，熱解烴則可以產(chǎn)生碳膜。分子篩和碳黑或者通過等離子過程制備，例如采用CTech有限公司開發(fā)的APNEP(常壓非平衡等離子)系統(tǒng)?；谔碱惖牟牧鲜翘貏e優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈儚目沙掷m(xù)的資源中獲得，并在生產(chǎn)中消耗最少量的能源，還能有效地將二氧化碳以碳的形式保存于熱泵裝置中。此類材料的例子有從生物質(zhì)前軀體(如椰子殼)衍生出來的活性炭。在該裝置的工作壽命結(jié)束時，所述的碳吸附劑能夠被移除，恢復(fù)及燃燒，并借此恢復(fù)其原先在形成時所具有的能量值。所述的能量值在生物質(zhì)形成時給保留著，燃燒后會將二氧化碳釋放至大氣中。既然氣體從該來源中獲得，那么燃燒過程中不會產(chǎn)生額外的C02。優(yōu)選地，所述的碳吸附劑應(yīng)在垃圾填埋場或在俯沖帶內(nèi)板塊結(jié)構(gòu)的邊界內(nèi)填埋，或者將碳吸附劑在新設(shè)備中循環(huán)再用。這樣可確保所述的碳能永久地從大氣中移除。通過熱解可獲得無機(jī)的多孔材料，例如利用氫氧焰或等離子過程把四氯化硅制成氣相二氧化硅。有機(jī)-無機(jī)前驅(qū)體可通過熱解處理以生產(chǎn)分子篩。天然礦物的水合物可被熱解，例如蛭石和珍珠巖。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，熱泵裝置包括了吸附劑多孔固體混合物，其性質(zhì)在管狀吸附床的高溫和低溫兩端之間會有變化。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，選定多孔物質(zhì)以便其對沿著管道流動的氣體的滲透性低得足以能夠在壓縮過程和抽吸過程中沿著管道產(chǎn)生壓力梯度。吸附劑的滲透性可以通過多種方法控制。例如可根據(jù)管子的長度和橫截面的面積及工作流體的流速選定粒狀物的尺寸大小的范圍，以產(chǎn)生理想的壓力梯度?；蛘叨嗫坠腆w的粒狀物可以與合適的粘結(jié)劑一起壓縮成為塊狀物，以便能夠產(chǎn)生需要的壓力梯度。氣態(tài)或者蒸汽狀的工作流體可以與優(yōu)選的多孔固體相配合，例如碳(例如石墨、活性炭、木炭、氣凝膠)，二氧化硅(例如氣相、氣凝膠、院基氣凝膠)、氧化鋁、鋁硅酸鹽(例如分子篩)和有機(jī)聚合物(例如聚苯乙烯、聚亞氨脂、聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚胺、聚酰胺、纖維素)、海綿金屬(例如Ni、Ti、Fe)以及由有機(jī)聚合物或碳支持的金屬或金屬絡(luò)合物。并不是所有以上氣體以及它們與可用的多孔固體的組合都是適合的。盡管發(fā)展中國家仍然持續(xù)生產(chǎn)及使用CFCs和HCFCs，但根據(jù)蒙特利爾議定書它們現(xiàn)正逐步淘汰。在某些國家內(nèi)繼續(xù)使用這些含氯流體仍然是合法的，那么這些物質(zhì)就可以與活性炭、二氧化硅或有機(jī)聚合物共同使用。S02和HFCs可與碳、二氧化硅、氧化鋁或有機(jī)聚合物(特別是那些具有"堿性"原子(例如氧和氮)或"酸性的"氫原子〕一起使用。在尚未考慮逐步淘汰使用HFCs的國家，在本發(fā)明中使用是可以接受的，但并非優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈冎率谷蜃兣臐搫葜荡蟠蟾哂谝陨狭谐龅钠渌承怏w。S02因其具有毒性而并非是優(yōu)選的。烴可與碳、烷基硅或有機(jī)聚合物(特別是烴類聚合物，例如聚苯乙烯)一起使用。雖然烴比含有鹵素的流體和S02更為優(yōu)選，但其應(yīng)用只限于能夠?qū)ζ滹@著的易燃性采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施的場合，例如在大型工業(yè)應(yīng)用場合或低庫存場合或密封系統(tǒng)(比如家用冰箱)中。另外一個缺點(diǎn)是烴的吸著/脫附的焓變少于極性更大的氣體(特別是C02、S02和NH3)的焓變。在某些國家使用烴也是受到限制的，因?yàn)楫?dāng)其泄漏到大氣中和暴露在陽光下可產(chǎn)生"光化學(xué)煙霧"。氫氣易于從各種金屬合金(特別是那些含有鎳的合金)中被吸著和脫附。氫氣比烴類化合物更優(yōu)選，因?yàn)闅錃馀c金屬的相互作用比烴類化合物與上述的吸附劑的反應(yīng)更為強(qiáng)烈。像烴類化合物一樣，氫與大氣中的羥基自由基反應(yīng)。羥基自由基在除去自然釋放的烴類化合物和人為的污染物質(zhì)(例如HFCs)方面起到關(guān)鍵的作用。氫氣排放的增加可因此間接地加劇全球變暖。氨水可與碳、氧化硅或有機(jī)聚合物一起使用。其適合用于可將其毒性和易燃性控制的場合，例如大型的商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用場合或低庫存的場合、密封的家用場合。最優(yōu)選的工作流體為二氧化碳。盡管來自礦物燃料的二氧化碳是致使全球變暖單一的最大的因素，但在本發(fā)明中所需的量是很小的。通過從自然資源(例如生物質(zhì)發(fā)酵)中獲取二氧化碳，則從裝置中散發(fā)的氣體對全球變暖沒有影響。二氧化碳具有低毒性，是非易燃的并易于被多種多孔固體(包括碳、氧化硅和有機(jī)聚合物，特別是那些含有堿性原子例如氧原子并特別是氮原子的吸附劑〕所吸附。該多孔固體吸附C02的能力可以通過用含有能與流體相互作用的基團(tuán)的化合物浸潤所述的固體而增強(qiáng)。所述的化合物可為含氮和氧的物質(zhì)。優(yōu)選的物質(zhì)為胺類化合物、酰胺類化合物、醇類化合物、酯類化合物和酮類化合物。更為優(yōu)選的物質(zhì)為具有較高沸點(diǎn)的胺類化合物、酰胺類化合物和聚氨酯類化合物，優(yōu)選地高于IOO℃。特別優(yōu)選的物質(zhì)為每個N原子的分子量小于200，優(yōu)選地小于IOO，更優(yōu)選地小于60的物質(zhì)。特別優(yōu)選的物質(zhì)為聚乙烯亞胺。對于涉及低于-55℃，需要很低溫度的制冷效果時，就不能使用二氧化碳，因?yàn)槠淙帱c(diǎn)為-56.7℃。對于低于-55℃的情況，使用氮?dú)庾鳛楣ぷ髁黧w與吸附劑(如活性炭)共同使用為較佳。優(yōu)選的熱傳遞流體是經(jīng)冷卻的封閉的大氣，在許多情況下是空氣。這種設(shè)計(jì)能夠提供-130℃至-40℃的冷卻效果，并將溫度為-55至-25℃的熱量排向溫度較高的那一級。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中可使用混合的氣體和蒸汽，條件是它們不會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。這樣，烴(例如丙烷)就能與二氧化碳混合使用。優(yōu)選地，當(dāng)流體可逆地吸附和脫附時所產(chǎn)生的溫度的變化大于5℃，更為優(yōu)選地大于10℃。七個重要的參數(shù)可能導(dǎo)致溫度的變化(a)在吸附劑工作的最低壓和最高壓時測量到的集成吸附熱(IHA)(b)吸附劑的熱容(HCA)(c)吸附劑的密度(DA)(d)吸附劑的內(nèi)部表面積(SAA)(e)最大工作壓力(MP)(f)吸附/脫附速率，和(g)吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)。集成吸附熱(IHA)是表示流體和多孔固體相互作用的函數(shù)。其定義為由于壓力從低壓升高至高壓，而流體吸附到固體時所產(chǎn)生的總熱量。IHA越高，則流體和固體的相互作用就越強(qiáng)烈。優(yōu)選地，IHA至少應(yīng)該為50kj/kg，更優(yōu)選為高于IOOkj/kg。最為優(yōu)選地IHA(以kJ/raol的單位表示)應(yīng)該與現(xiàn)有冷卻劑的冷凝潛熱相當(dāng)。IHA越高，則在吸附劑上的流體的壓力就越低。在排出熱量時，剛剛低于大約2巴的最大工作壓力是有優(yōu)勢的，因?yàn)樗軌驅(qū)⒀b置內(nèi)任何一處的壓力保持在要實(shí)行壓力調(diào)節(jié)的壓力之下。這就使該裝置的生產(chǎn)成本降低。這確實(shí)需要大吞吐量、高生產(chǎn)能力的壓縮機(jī)(例如離心式壓縮機(jī))，并且這特別適用于的大型水冷機(jī)組(例如用于公共建筑物的空調(diào)器)。能顯著將在吸附劑上的流體壓力降低至2巴以下的IHA裝置不是優(yōu)選的，因?yàn)槠湓黾恿瞬考捏w積，特別是壓縮機(jī)的體積，而沒有經(jīng)濟(jì)效益。在具有大約2巴以上的最大工作壓力的裝置中，應(yīng)優(yōu)先選擇的IHA是在裝置的最低工作壓力下，吸附劑的壓力不小于大約l巴，以防止那些多孔固體不能顯著吸附的大氣氣體進(jìn)入。優(yōu)選的IHA是在指定的應(yīng)用中，最低工作壓力不小于1.5巴。本發(fā)明的特別的優(yōu)點(diǎn)在于其能產(chǎn)生甚至低于5℃，相對小的溫度變化，該溫度變化由通過流體的吸附和脫附未產(chǎn)生在吸附劑管子的末端之間所需要的實(shí)際的溫度差，例如，在一般的空調(diào)應(yīng)用場合中需要產(chǎn)生10℃的冷空氣和45℃的熱空氣，便需要35"C的溫度差。雖然本發(fā)明具有這個優(yōu)點(diǎn)，但更大的溫度變化使得在吸附床和外部熱傳遞流體之間的熱交換變得更為容易。優(yōu)選地，吸附和脫附之間的溫度變化應(yīng)大于5℃，更為優(yōu)選地應(yīng)大于10℃。MA越高，所能獲得的溫度變化就越大。較低的吸附劑熱容量(HCA)也能夠提供較高的溫度變化。優(yōu)選地，HCA小于2.00kJ/kgK，更為優(yōu)選地小于lkJ/kgK，最為優(yōu)選地小于O.8kJ/kgK。特別優(yōu)選地，用于吸附氫氣而使用的多孔碳材料和金屬吸附劑的HCA小于O.75kJ/kgK。雖然多種吸附劑可具有相似的IHA，但是它們對于工作流體的吸附容量(CA)是取決于每個單位物質(zhì)上所具有活性區(qū)域的數(shù)量?；钚詤^(qū)域的數(shù)量傾向于與流體分子可到達(dá)的多孔固體的內(nèi)表面的面積(ISA)相關(guān)的。那么，ISA越高，則每個單位物質(zhì)的固體能夠在特定壓力下所能吸附的流體的容量也就越大。最優(yōu)選的ISA為至少IOOOmVg。如果用于某一特定流體的一系列吸附劑的IHA、SHA和ISA是相似的，則溫度變化實(shí)際是與它們的密度不相關(guān)的。但是，溫度的變化也取決于制造吸附劑管子的材料的熱容量，。在不影響吸附劑的其他上述物理性質(zhì)的情況下，就可通過選定高密度的多孔固體，將這些材料的數(shù)量減至最小。此外，用于從吸附劑管子移除熱量和輸送熱量至吸附劑管子的熱交換流體容量也可以決定溫度的變化。少量和高流速的熱交換流體是優(yōu)選的。高的最大吸附劑壓力可以使吸附劑對于吸附工作流體的容量最大化。然而，隨著壓力的增大，所增加的吸附劑的容量會減小，而管道的規(guī)格需要增加以抵御增大的壓力，管道的質(zhì)量隨之增大并因此使熱交換器的熱容量增加。后者減少了由吸附和脫附作用而獲得的溫度的變化。最佳的最大壓力取決于壓力/多孔固定的吸附性質(zhì)。對于C02和活性炭的組合，最佳的工作壓力大約在20巴左右。吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)是很重要的。多孔固體(特別是微粒狀和粒狀的多孔固體)具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，因此在吸附和脫附期間的熱傳遞限制了吸附床的循環(huán)時間。在優(yōu)選的實(shí)施例中，熱泵包括一根或更多根的吸附管道，其中管道的長度比它們的寬度或直徑長。該管道能夠優(yōu)化地將熱量從其一端移除或傳送至另一端。優(yōu)選地，該管道的長度和直徑的比例應(yīng)大于大約5:1，更為優(yōu)選地大于大約10:1，最優(yōu)選地大于大約20:1。為了提高吸附劑的導(dǎo)熱性，其可以優(yōu)選地部分或全部由導(dǎo)熱材料組成。后者可以包括石墨(優(yōu)選地為薄片狀、纖維狀或泡沫狀的石墨)；網(wǎng)眼狀、粉末狀、線狀或纖維狀的金屬，更為優(yōu)選地包括例如為銅和鋁的高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬；高導(dǎo)熱系數(shù)的有機(jī)聚合物，例如苯胺類化合物、聚吡咯烷類化合物或兩者的混合物。所述的聚合物，其中至少的一種化學(xué)形態(tài)具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性質(zhì)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中就使用了所述具有良好導(dǎo)熱性質(zhì)的聚合物，其包含呈堿性的氮原子，并組成了所述多孔固體的至少一部分。所述的多孔固體也可以有助于二氧化碳的吸附。壓制成塊狀的該多孔固體也有助于提高熱傳導(dǎo)系數(shù)。表l中列出了不同種吸附劑及其導(dǎo)熱系數(shù)的例子。這顯示加入導(dǎo)熱添加劑實(shí)質(zhì)上能夠提高吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)。表l<table><row><column>吸附劑</column><column>導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.K)</column></row><row><column>固化沸石13X</column><column>0.58</column></row><row><column>固化沸石+膨脹石墨</column><column>5-15</column></row><row><column>熔融氧化硅</column><column>1.3</column></row><row><column>硅膠+20-30%膨脹石墨</column><column>10-20</column></row><row><column>塊狀碳</column><column>0.27-0.60</column></row><row><column>粒狀碳</column><column>0.1</column></row><row><column>塊狀碳+薄片狀鋁</column><column>20</column></row><table>優(yōu)選的吸附劑具有高于O.5W/(m.K)的導(dǎo)熱系數(shù)，更優(yōu)選的具有高于5W/(m.K)的導(dǎo)熱系數(shù)，最為優(yōu)選的具有高于50W/(m.K)的導(dǎo)熱系數(shù)。用于吸附的熱交換器的結(jié)構(gòu)也對傳遞到多孔固體或從多孔固體移除的熱量的傳遞有影響。在不增加熱交換器的金屬部件的導(dǎo)熱系數(shù)的情況下，使熱交換器的效率最大化是很重要的，這樣就能使溫度的變化不會小于優(yōu)選的5'C。通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但用于參考的附圖不對發(fā)明產(chǎn)生限制:圖l所示為設(shè)有含熱傳遞流體的外部管道，并設(shè)有吸附劑的熱交換器；圖2為圖1中熱交換器組件的橫截面圖3為設(shè)于圓柱形熱傳遞液體的管道內(nèi)的多條吸附劑管子的橫截面圖4為設(shè)于六邊形熱傳遞液體的管道內(nèi)的多條吸附劑管子的橫截面圖5所示為在縱向和螺旋方向設(shè)有熱傳遞鰭片的單個吸附劑管的一部分。圖6所示為設(shè)有內(nèi)部熱傳遞流體管道的具有吸附劑管的熱交換器；圖7所示為圖6中所示的熱交換器的橫截面圖。圖8為設(shè)有帶有多條熱傳遞流體的管子的吸附劑管子的橫截面圖。圖9所示為螺旋狀設(shè)置的熱吸附劑管子；圖io為設(shè)于管道中的螺旋狀設(shè)置的熱交換器的橫截面圖。圖ll為按照本發(fā)明的第一裝置的示意圖12為按照本發(fā)明的第二裝置的示意圖13a至13g為按照本發(fā)明的第三裝置的示意圖14為按照本發(fā)明的第四裝置的示意圖1和圖2所示為本發(fā)明的第一實(shí)施例。如圖1和2所示，在這個實(shí)施例中，熱傳遞流體是液體，該液體在外部管道內(nèi)流動，該外部管道跟吸附劑管是同心的。熱傳遞流體管道l包含吸附劑管道。工作流體通過吸附劑管的流動受到閥l.2和1.3的控制。當(dāng)吸附劑管在抽吸的作用下，閥l.6開啟，閥1.7側(cè)關(guān)閉。如圖所示，工作流體就從閥1.6中流出。同時，熱傳遞流體從1.4流入管道而從1.5流出管道。當(dāng)該元件受到壓縮作用時，閥1.6會關(guān)閉而閥1.7就會開啟。而熱傳遞液體就會反向流動，即從1.5流入管道而從1.4流出管道。在圖2中所示為包含管道2.4的吸附劑2.1、熱傳遞液體2.2及熱傳遞液體管道2.3。對于如圖3和4所示較大型的裝置，在單個液體管道中可設(shè)有多條吸附劑管。3.1和4.1是吸附劑，3.2和4.2是熱傳遞流體，3.3和4.3是熱傳遞流體管道，3.4和4.4是吸附劑管。該管道的橫截面可為圓形的、正方形的、六邊形的或任何其他形狀，只要該橫截面適合于特定應(yīng)用便可。如圖5所示，吸附劑管的外表面可具有鰭片或者其他凸出的部件以增強(qiáng)熱傳遞的效果。縱向或螺旋狀的鰭片是優(yōu)選的。如圖5所示，部件5.1和5.4是吸附劑，5.2和5.5分別是縱向和螺旋狀的鰭片，5.3和5.6是吸附劑管。為了加強(qiáng)從吸附劑至吸附劑管的內(nèi)壁的熱傳遞，可以在吸附床內(nèi)設(shè)置垂直于管子軸線的有孔的金屬片狀物、盤狀物或其他由金屬網(wǎng)狀物或纖維狀物組成的部件。為了達(dá)到理想的熱傳遞效果，這些部件應(yīng)與內(nèi)壁緊密地接觸。如圖6和7所示，在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，熱傳遞液體流經(jīng)一條設(shè)于吸附劑管內(nèi)的管道。部件6.l是含有吸附劑的管道。如圖6所示，當(dāng)吸附劑在抽吸作用下，閥6.2開啟并且閥6.3關(guān)閉，以便脫附的工作流體可以從6.6處流出。熱傳遞流體從6.4處流入中央管道，而從6.5處流出。當(dāng)吸附劑在壓縮作用下，閥6.2關(guān)閉并且閥6.3開啟。同時，熱傳遞流體從6.5處流入，而從6.4處流出。圖7所示為含有熱傳遞流體7.2的熱管7.3，而熱管7.3為吸附劑7.1所包圍。為了增強(qiáng)吸附劑和液體管道之間的熱傳遞，可以設(shè)置熱傳遞鰭片，所述的鰭片垂直于管子的軸線或者以螺旋狀的方式設(shè)置在液體管道上。優(yōu)選地，所述的鰭片安裝在與液體管道的外表面接近之處或者附接在該處，但是不與吸附管的內(nèi)表面相接觸。這可如在圖7中示，其中7.3與熱傳遞鰭片7.5(只顯示部分)相接觸。7.5上設(shè)有孔，可使工作流體通過。吸附劑于外部管道7.4中。該熱傳遞流體管道的橫截面可以是圓形的。而壓成橢圓形的橫截面是具有優(yōu)勢的，因?yàn)槠浔Ａ袅似浔砻娣e但減小了內(nèi)部的體積。這種幾何形態(tài)對于一定流量的熱傳遞液體提供了更高的線性速率，從而提高了金屬/液體熱傳遞系數(shù)。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，氣體的流動經(jīng)優(yōu)選地縮緊，以沿著吸附劑管產(chǎn)生壓力梯度。這可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，可以是單種的方式，也可以是多種方式的結(jié)合。例如，一種方式是使用無孔的盤狀的固體熱交換鰭片，該鰭片垂直于吸附管和液體管道的軸線，以致在它們的邊緣和吸附管的內(nèi)壁之間形成小間隙，工作流體就受限制地在該些小間隙間壓縮通過。第二種方式為將鰭片和內(nèi)壁之間的間隙用聚合物墊圈密封起來，但在鰭片上設(shè)有小孔，以限制氣體的流動。通過改變所使用的鰭片的數(shù)量、在它們的邊緣之間間隙的大小和/或孔的直徑和數(shù)量，就能獲得所需的壓力梯度。在另一個實(shí)施例中，吸附管的內(nèi)壁上設(shè)有低導(dǎo)熱系數(shù)的襯墊。這可以抑制從吸附劑至吸附劑管的管壁的熱傳遞。這種設(shè)置具有如下優(yōu)點(diǎn)在吸附劑的熱循環(huán)過程中，所包含的管子的熱容量不會顯著地減小溫度變化的值。所述的襯墊也可以作為放置吸附劑和熱傳遞液體管的容器，以使得它們在插入吸附管前可裝配在一起。這樣設(shè)計(jì)的另一個優(yōu)點(diǎn)在于不需要用于熱傳遞的吸附管能由例如軟鋼或不銹鋼的材料制成，這些材料的固有的強(qiáng)度大于銅或鋁(當(dāng)優(yōu)選高導(dǎo)熱系數(shù)的材料時，一般都會使用到這些金屬)。除了成本和重量的因素外，選擇管壁的厚度便沒有限制，而可以選擇使其能夠承受較高壓力的材料。當(dāng)在使用如圖8所示多個熱傳遞液體管道時，這就特別地具有優(yōu)勢。隔熱材料8.6將管道8.4和它所盛載的吸附劑8.l隔離。8.2為熱傳遞流體，其盛載于管道8.3中。熱傳遞鰭片8.5(顯示中有部分被切開)增強(qiáng)了從吸附劑至熱傳遞流體管道的熱傳遞。優(yōu)選地，所述的襯墊由低導(dǎo)熱系數(shù)的有機(jī)聚合物制成。更為優(yōu)選地，由開孔的有機(jī)泡沫材料(例如聚氨酯泡沬材料)制成。以固體聚合物管道或者以表面層在外部加強(qiáng)的有機(jī)泡沫材料是特別優(yōu)選的，其能夠提供較高的機(jī)械強(qiáng)度。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，吸附床所包含的管道是由工程聚合物(例如聚醚醚酮)制成的。優(yōu)選地，管道是由例如碳纖維的一種材料來強(qiáng)化。這種高強(qiáng)度的組合物在航空航天工業(yè)中是眾所周知的，在重量較輕的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢的情況下是優(yōu)選的。在本發(fā)明中，在需要較輕重量的設(shè)備時(例如用于車輛車廂內(nèi)空調(diào)裝置中)，該種材料是優(yōu)選的。攜帶熱傳遞流體的管道優(yōu)選地用金屬制成，以便進(jìn)行熱傳遞。優(yōu)選地，所述的管道由高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬制成，例如銅或鋁。這樣設(shè)置的另一個優(yōu)勢在于所述的管道是暴露在外部的氣體壓力之下而不是暴露在內(nèi)部的氣體壓力之下。在這種模式下，機(jī)械強(qiáng)度小于鋼的銅或鋁都是可接受的。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，如圖9和10所示，吸附劑管以螺旋狀方式制成，設(shè)于兩個同心的管道的環(huán)面內(nèi)，并構(gòu)成了液體管道。吸附劑9.2設(shè)于吸附劑管9.1內(nèi)。這種設(shè)計(jì)所具有的特殊優(yōu)勢在于它可使所述的吸附劑床中具有長的有效長度管道可設(shè)置于比該長度大為縮短的長度內(nèi)。在一個實(shí)施例中，如圖10所示，管壁與吸附劑管以較近的距離進(jìn)行安裝。吸附劑IO.1包含在管道10.3內(nèi)，而管道10.3繞在內(nèi)管壁10.2上并被外管壁10.4包圍。熱傳遞流體受壓縮地流經(jīng)由吸附劑管和內(nèi)、外管道形成的螺旋狀的通道。這種設(shè)置可以將熱交換器內(nèi)的熱傳遞液體的量減至最少，并因此有助于保持最大的溫度變化。為了減少該裝置從周圍環(huán)境獲取熱量或該裝置的熱量流失至周圍環(huán)境，液體管道可優(yōu)選地制成隔熱的，例如采用聚乙烯、聚氨酯泡沫或玻璃纖維材料為外層IO.5。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，熱傳遞流體為氣體，優(yōu)選為空氣。可以令該流體沿著吸附劑管的外表面流動。管道的表面安裝了縱向或螺旋狀的鰭片以提供較優(yōu)良的熱傳遞。為了加強(qiáng)從吸附劑至吸附劑管的內(nèi)壁的熱傳遞，可設(shè)置有孔的金屬片狀物、其他由金屬網(wǎng)或纖維狀物的盤狀物組成的部件，優(yōu)選地，這些部件垂直于管道軸線。為了達(dá)到優(yōu)化的熱傳遞效果，這些部件應(yīng)與內(nèi)壁緊密地接觸。這些盤狀物也可以用于收緊工作流體氣體的流動以沿著吸附劑管產(chǎn)生壓力梯度。例如，如果使用有孔的金屬片狀物，就需要選定片狀物的數(shù)量、孔的直徑和孔的數(shù)量，以產(chǎn)生理想的壓力梯度。為了達(dá)到優(yōu)化的性能，無疑希望在吸附劑和熱傳遞流體之間具有優(yōu)良的熱傳遞?？梢詺錃庖黄鹗褂玫慕饘傥絼┦翘貏e優(yōu)選，因?yàn)樗鼈儽确墙饘俨牧?例如碳、沸石、硅膠)具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)。流體/吸附劑的組合的選擇取決于許多因素。這些所選定的因素的價值必須可以為設(shè)有吸附劑的熱交換器的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)提供最適宜的性能。如上所述，吸附劑可設(shè)于管道內(nèi)。吸附劑可設(shè)于并聯(lián)的若干組管道內(nèi)，其中每組管道同時地進(jìn)行壓縮和抽吸過程?；蛘?，吸附劑可設(shè)于用導(dǎo)管串聯(lián)的若干組管道內(nèi)。盡管在單個管道之間的壓降可能是小的，但通過限制在連接的導(dǎo)管之間的氣體的流動，就可在該串管道之間形成相當(dāng)大的壓力梯度。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，吸附劑設(shè)于一對板中，該對板的邊緣是密封起來的，進(jìn)口和出口設(shè)于該對板相對的末端處。熱傳遞流體通過在該對板的外表面上的流動移除或者傳入熱量。這種構(gòu)造產(chǎn)生了設(shè)有吸附板的熱交換器。多組設(shè)有該吸附板的熱交換器可以并聯(lián)組裝為一模塊，以便熱傳遞流體可以流經(jīng)每對熱交換器。在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例中，該裝置包括工作流體、由機(jī)械能驅(qū)動的容積式壓縮機(jī)和多孔吸附劑固體，通過該固體受壓縮的工作流體能夠脈沖式地膨脹。通過減少與固體一端相接觸的氣體的壓力，工作流體即從多孔固體上脫附，從而產(chǎn)生了制冷的效果；而通過壓力使得工作流體在固體的另一末端實(shí)現(xiàn)吸附，則產(chǎn)生了制熱的效果。優(yōu)選的工作流體和吸附劑固體的組合可選定為以便吸附和脫附時產(chǎn)生的熱量大于壓縮時產(chǎn)生的熱量。更為優(yōu)選地，吸附和脫附時產(chǎn)生的熱量應(yīng)與基于傳統(tǒng)蘭金循環(huán)體系的裝置中用作為工作流體的CFC、HCFC、HFC、烴和氨氣的汽化潛熱相當(dāng)，這些裝置是本發(fā)明意圖取代的。圖ll所示為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)。壓縮機(jī)包括活塞ll.1，其在汽缸11.2中移動，并由連接于曲柄軸ll.4的活塞桿11.3驅(qū)動，曲柄軸ll.4由電動馬達(dá)或其他動力能源(未圖示)提供動力。壓縮機(jī)設(shè)有兩個閥，閥11.5和1L6。當(dāng)在活塞和汽缸頂之間的排氣容積剛好低于熱交換器U.7中的壓力時，進(jìn)口或抽氣閥11.5敞開。當(dāng)活塞朝向底部的盡頭運(yùn)動時，就會發(fā)生上述情況。相反地，當(dāng)在活塞和汽缸頂之間的排氣容積剛好高于熱交換器11.9中的壓力時，出口或排氣閥11.6敞開。當(dāng)活塞朝向頂部的盡頭運(yùn)動時，就會發(fā)生上述情況。熱交換器11.8將壓縮時產(chǎn)生的熱量排到大氣中。本身是吸附劑的多孔固體ll.IO與工作流體相互作用，把工作流體的壓力減少到裝置設(shè)計(jì)的水平并對其流動產(chǎn)生阻力，以便能保持在熱交換器ll.7和11.9之間的壓力差。該裝置充滿了足夠的工作流體，以便使熱泵的工作能力提至最高，但不影響到該裝置的壓力限制。一般地，該裝置能夠承受最高達(dá)30barg的工作壓力。為了生產(chǎn)低成本的裝置，工作壓力最好不要超過20barg。本裝置以循環(huán)方式操作，按如下步驟描述。該步驟以此狀態(tài)作為起始往復(fù)式壓縮機(jī)的吸氣沖程剛剛完成，壓縮沖程剛剛開始，即活塞在底部的盡頭。(a)活塞被推入汽缸，氣態(tài)工作流體的溫度和壓力同時升高，直到排氣閥11.6打開并使壓縮氣體排進(jìn)熱交換器ll.8。(b)熱交換器11.8將壓縮時產(chǎn)生的熱量排入氣流、水流或者其他合適的散熱器中。(c)冷卻的壓縮氣體然后進(jìn)入高溫的設(shè)有多孔固體的熱交換器11.9中，在此其被吸附，并且吸附熱被釋放至氣流中，氣流因此被加熱。(d)在由壓縮機(jī)在固體兩側(cè)所產(chǎn)生的壓力梯度的影響下，工作流體穿過多孔固體流向低溫?zé)峤粨Q器11.7。(e)活塞向反方向運(yùn)動，因此降低了汽缸內(nèi)的壓力，從而使進(jìn)氣閥11.5開啟，以致工作流體從低溫?zé)峤粨Q器11.7中的多孔固體中脫附。脫附所需的熱量由外部氣流來提供，氣流因此被冷卻。(f)活塞再一次向反方向運(yùn)動，并開始壓縮氣體，使進(jìn)氣閥關(guān)閉，從而完成循環(huán)。為了使裝置在上述模式中能成功地運(yùn)行，很重要的一點(diǎn)是在連接熱交換器11.7和11.9的多孔固體內(nèi)任何點(diǎn)上的氣體的壓力圍繞一個平均值來回波動，以便工作流體能通過一連串由壓縮機(jī)引起的吸附和脫附來穿過多孔固體。這個過程將對熱交換器11.7和11.9內(nèi)的焓變起主要作用。為了優(yōu)化所述裝置的性能，外部氣流也應(yīng)該沿著熱交換器如圖11所示般來回波動。所述的來回波動的相位是可調(diào)整的，以便在C02由于抽吸作用而從吸附床上脫附的過程中，氣流可與C02的同向流動。相反地，在C02由于壓縮作用而吸附的過程中，氣流可與C02的反向流動。如圖ll示的往復(fù)式壓縮機(jī)可由任何容積式壓縮機(jī)(包括旋轉(zhuǎn)式、滑片式或隔膜式)取代。如壓縮機(jī)的排氣容積內(nèi)的滑動表面需由液體潤滑劑潤滑，在壓縮機(jī)和吸附床之間就需要油分離器，以防止細(xì)滴狀的油污染吸附床。因此無油壓縮機(jī)是優(yōu)選的，即壓縮機(jī)的排氣容積內(nèi)與工作流體相接觸的滑動表面不需液體潤滑劑潤滑。特別優(yōu)選的是隔膜式壓縮機(jī)，首先其可通過較大表面的隔膜使工作流體能有效地冷卻，其次在某些裝置中壓縮機(jī)頂部因循環(huán)液壓油冷卻并驅(qū)動隔膜而加強(qiáng)，以上原因使隔膜式壓縮機(jī)以更接近于等溫而不是等熵的條件運(yùn)行。隔膜式壓縮機(jī)的能效可比往復(fù)式壓縮機(jī)的能效更佳。隔膜和壓縮機(jī)外殼之間形成良好的密封，使流體泄漏率大大降低，而無油往復(fù)式壓縮機(jī)則缺少傳統(tǒng)的往復(fù)式壓縮機(jī)的油膜所具有的卓越的密封性能。對于小功率的應(yīng)用場合，例如家用冰箱和室內(nèi)空調(diào)設(shè)備，隔膜式壓縮機(jī)比傳統(tǒng)的注油密封往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)更具優(yōu)勢，因其結(jié)合了優(yōu)良?xì)夥庑院屯獠侩妱訖C(jī)。后者所產(chǎn)生的熱可通過簡單的冷卻扇來散發(fā)。在傳統(tǒng)的密封系統(tǒng)中，油能部分地冷卻電動機(jī)，把熱傳遞至外殼，另一部分由制冷劑來冷卻，將熱傳遞到冷凝器中。消除了電動機(jī)的內(nèi)部冷卻的需要，循環(huán)的能效便能提高。壓縮機(jī)設(shè)計(jì)有很多種，只要它們設(shè)置為向吸附床的溫度較高的末端以脈沖式傳遞壓縮氣體，并在溫度較低的末端以脈沖式移除膨脹氣體的都可采用。圖ll簡略地表示了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的其中一種方法。該方法特別適用于具有高導(dǎo)熱系數(shù)的吸附劑，并因此通過這些吸附劑向外部氣流進(jìn)行優(yōu)良的熱傳遞。氫氣/多孔金屬吸附劑的組合特別適用于該種方法。該種組合的性能可以通過在吸附床中周期性地進(jìn)行隔熱而得以加強(qiáng)。例如，在吸附床內(nèi)斷續(xù)地加入堵住多孔聚合物的塞。圖12所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例。使用的是任何能夠達(dá)到所需壓力比的類型的壓縮機(jī)12.3，在兩個容器之間保持了壓力差，容器12.1的壓力較低，而容器12.2的壓力較高。壓縮機(jī)包括脈沖容積式的和連續(xù)輸送渦輪/離心式的，如有必要還可使用多級式的。通過周期性地開關(guān)電動閥12.6，壓縮工作流體氣體或蒸汽以脈沖式傳遞到吸附床12.5的熱/高壓力熱交換器12.4。通過周期性地開關(guān)電動閥12.8，膨脹的工作流體以脈沖式從冷/低壓力熱交換器12.7上移除。在圖12中所示的設(shè)計(jì)比圖11中所示的設(shè)計(jì)優(yōu)勢包括壓縮脈沖和抽吸脈沖的相位獨(dú)立，以及使用連續(xù)傳遞壓縮機(jī)的能力。熱交換器12.9將壓縮時產(chǎn)生的熱排放到大氣。如圖12所示的結(jié)構(gòu)可使應(yīng)用于吸附床上的壓縮/吸入脈沖的循環(huán)時間顯著地比容積式壓縮機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的循環(huán)時間長。該種設(shè)計(jì)特別優(yōu)選地適用于當(dāng)所使用的吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)低于多孔金屬的情況下。多孔固體(例如活性炭)對于蒸汽和氣體而言具有卓越的吸附容量，但卻是不良導(dǎo)熱體，其需要較長的循環(huán)時間(例如大于l分鐘)才能使得熱量在抽吸過程中被抽吸而在壓縮過程中被排放出。若根據(jù)所述方式操作，當(dāng)熱泵用于制冷時，其僅能在半個循環(huán)操作過程中提供制冷效果。本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實(shí)施例就克服了這種限制，該裝置包括兩個以180。反相工作的吸附床，以便當(dāng)一個吸附床正處于抽吸/脫附過程時，另一個吸附床處于壓縮/吸附過程中。這個使用一對吸附管的裝置的實(shí)施例如圖13a至13f所示。該裝置計(jì)劃用于封閉空間(例如房間或車輛的座艙)的空調(diào)中。輸入至封閉空間的低溫空氣的溫度一般為10至15X:，而排放至外界環(huán)境的氣體的溫度一般為35至6(TC。如圖13b所示，吸附劑設(shè)于兩個設(shè)有鰭片的管道13.1和13.2中，所述的兩個管道則設(shè)于兩個空氣導(dǎo)管13.12和13.13中?？諝獗伙L(fēng)扇13.5和13.9引導(dǎo)而流經(jīng)導(dǎo)管。風(fēng)扇13.9從正在被調(diào)節(jié)溫度的房間內(nèi)吸入需要排除的空氣，同時風(fēng)扇13.5抽進(jìn)外界的空氣。由兩個風(fēng)扇導(dǎo)致的空氣的流動在13.12和13.13之間是周期性地和同時地進(jìn)行交替的。如圖13c所示，這種交替通過調(diào)節(jié)可移動葉片13.14和13.15實(shí)現(xiàn)。在后者的情況下，葉片顯示為當(dāng)需要排出的房間中的空氣流入導(dǎo)管13.12中時，從風(fēng)扇13.5流入的外部空氣可被吹入導(dǎo)管13.13中。點(diǎn)劃線顯示了所述葉片的另一個位置。工作流體被由電動機(jī)13.16驅(qū)動的壓縮機(jī)13.6壓縮。壓力平衡閥13.3及轉(zhuǎn)換閥13.7和13.8控制工作流體通過設(shè)備的流動，轉(zhuǎn)換閥13.7和13.8用于周期性地將工作流體的流動在13.1和13.2之間轉(zhuǎn)換，以便當(dāng)一個處于抽吸過程時，另一個處于壓縮過程。壓縮時產(chǎn)生的熱量通過熱交換器13.IO排出，空氣通過風(fēng)扇13.ll驅(qū)動。圖13d、13e和13f示意性地顯示了帶有設(shè)置為兩組的多個吸附劑管的裝置，其說明了其用于室內(nèi)空調(diào)裝置的運(yùn)作。工作流體通過壓縮機(jī)13.6的作用得以循環(huán)。為了加強(qiáng)熱傳遞，每個吸附床由多個裝滿吸附劑的管道并聯(lián)組成，其使暴露于氣流的表面積擴(kuò)至最大。循環(huán)工作的原理通過下列例子進(jìn)行描述，但實(shí)施方式不限于此。該循環(huán)操作的啟始狀態(tài)如圖13d所示。吸附床13.1的溫度與房間中需要排出的空氣的溫度相同，并設(shè)有處于最大工作壓力下被吸附的工作流體，例如2(TC和20巴。13.2的溫度與外界周圍環(huán)境的溫度相同，并在體系中設(shè)有處于最小工作壓力下被吸附的工作流體，例如30'C和1巴。a.如無空氣流經(jīng)任一吸附床，壓縮機(jī)是關(guān)閉的，并且閥13.7和13.8也是關(guān)閉的，而閥13.3是開啟的，工作流體就從13.1流向13.2。或者，工作流體可流經(jīng)壓縮機(jī)或另一個發(fā)動機(jī)以平衡壓力，此具有由從壓縮機(jī)或發(fā)動機(jī)中獲得有用的功的優(yōu)勢。絕熱過程的結(jié)果為13.l的溫度下降至低于排出的空氣的溫度。相反地，當(dāng)流體被吸附時，13.1的溫度升高到高于外界周圍的溫度。b.當(dāng)壓力大體上平衡時，13.3關(guān)閉。如圖13e所示，13.7和13.8敞開和壓縮機(jī)13.6開啟，以便工作流體從13.1(脫附)被泵入至13.2(吸附)中。通過風(fēng)扇13.5，周圍外部的空氣流過13.1，并因此被降溫，而以理想的較低的溫度(例如1(TC)流入房間內(nèi)。相反地，房間中需要排出的等量的空氣通過風(fēng)扇13.9從房間中移除，流過13.2，并在排向大氣前加熱到高于外部周圍環(huán)境的溫度。c.因?yàn)?3.1和13.2的長度被設(shè)計(jì)為大大地超過其直徑，故從每個設(shè)有吸附劑的熱交換器中流出氣流的溫度大致上為一常數(shù)，直到13.l大體上沿著其整個長度被加熱至跟周圍環(huán)境的溫度相一致，同時13.2大體上被冷卻到與排出的空氣的溫度相一致。d.當(dāng)達(dá)到上述的狀態(tài)時，該裝置會達(dá)到一個與初始條件(a)相類似的狀態(tài)，但是此時13.l的壓力和周圍的溫度處于較低的值，13.2的壓力和排出的溫度處于較高的值。換而言之，13.1和13.2相互轉(zhuǎn)換了它們的角色。e.循環(huán)一直如上述步驟(a)至(c)繼續(xù)著，直到該裝置回到其初始狀態(tài)。如圖13f所示，為了達(dá)到這種結(jié)果，葉片13.14和13.15會轉(zhuǎn)換，并因此反轉(zhuǎn)了流經(jīng)導(dǎo)管13.12和13.13的氣體的流向。同時，閥13.7和13.8會復(fù)位，以使壓縮機(jī)將工作流體從13.2傳遞向13.1。在本裝置的另一個優(yōu)選的實(shí)施例中，使用了多于一對的設(shè)有吸附劑的熱交換器，以便當(dāng)其中一對熱交換器之間的壓力達(dá)到平衡時，壓縮機(jī)繼續(xù)在另一對的兩個熱交換器之間傳遞工作流體。這種設(shè)置具有提供有效的連續(xù)的熱泵這個優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，利用了循環(huán)流動的液體來冷卻和加熱吸附劑床。圖14所示為本裝置的一個可能的設(shè)計(jì)。設(shè)有內(nèi)部熱傳遞管道的吸附劑管的回路包括壓縮機(jī)14.7、壓力平衡閥14.11、流動轉(zhuǎn)換閥14.3和14.4和排出壓縮時所產(chǎn)生的熱量的熱交換器14.12。所述的液體控制回路包括設(shè)于兩個橋型整流器14.5和14.6內(nèi)的八個流體邏輯二極管、可周期性反轉(zhuǎn)輸入和輸出流體的液體泵14.IO和兩個外部熱交換器14.8和14.9。這種設(shè)計(jì)可使液體以同一個方向通過外部熱交換器14.8和14.9，并使液體在吸附劑熱交換器內(nèi)來回波動。熱傳遞液體的回路在圖14中用實(shí)線表示。所述的循環(huán)過程大致上與在圖13d、13e、13f中描述的循環(huán)方式相同。工作流體從一個吸附床上脫附，并由壓縮機(jī)14.7的作用，被壓縮入另一個吸附床內(nèi)。點(diǎn)劃線顯示了工作流體回路。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，液體通過在吸附劑床內(nèi)的一根或多根管道或管路。或者，液體也可以流經(jīng)位于吸附劑管外部的導(dǎo)管。如圖14所示的裝置適用于冷卻裝置和水冷機(jī)組，大部分的空氣將經(jīng)此水冷機(jī)組流回至房間或建筑物內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)。合適的熱傳遞液體需要具有根據(jù)其將要應(yīng)用的場合而決定的各種性質(zhì)。對于空調(diào)，空氣就是一個不錯的選擇。當(dāng)使用液體時，優(yōu)選地，其粘度是較低的以盡可能減少泵的能源消耗。液體的動力粘度應(yīng)小于0.025Pas，優(yōu)選地小于O.OlPas，最為優(yōu)選地小于O.OOlPas。當(dāng)液體循環(huán)系統(tǒng)處于合適的壓力的情況下，就應(yīng)考慮具有不同沸點(diǎn)的液體。優(yōu)選地，為了方便操作，液體的常壓沸點(diǎn)應(yīng)高于吸附劑會達(dá)至的最高溫度。液體也不能在所述的裝置產(chǎn)生的最低的溫度下凝結(jié)。優(yōu)選地，液體的閃點(diǎn)應(yīng)高于100℃，更為優(yōu)選地高于130℃，最為優(yōu)選地高于200℃。最為優(yōu)選的液體應(yīng)為不易燃的。優(yōu)選的液體包括那些對工業(yè)上已知的作為第二級制冷劑的液體。這些物質(zhì)包括水、鹽水、乙二醇、酒精、石蠟油、硅油和含鹵化合物(包括部分氟化醚、全氟醚和氯化液體)。如這些液體是相互兼容的，那么它們可以混合使用。℃對于需要低至-50℃的制冷溫度，則需要具有較寬的液體范圍的組合物，并需要保持高于1OO℃的閃點(diǎn)和高于最高溫度的常壓沸點(diǎn)的性質(zhì)。優(yōu)選的物質(zhì)包括酯及含有3個或更多個碳原子的醚(脂肪族或環(huán)狀)。優(yōu)選的物質(zhì)包括，但不限于乙二醇或多羥基的環(huán)狀的碳酸酯和環(huán)狀的酯。特別優(yōu)選的為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和二甲基異山梨醇。也可使用酯、醚和乙二醇之間的混合物和它們與水的混合物。液體中還可以包括用于增強(qiáng)一個或更多組合物的性質(zhì)的添加劑，所述的性質(zhì)可為更低冰點(diǎn)、更高的沸點(diǎn)、更低的粘度或更高的閃點(diǎn)等。如所述的添加劑是單獨(dú)使用的，那么它們不是優(yōu)選的，但當(dāng)它們在混合物的質(zhì)量比重中所占比例小于50%時，則是可接受的。為了避免對環(huán)境產(chǎn)生有害的影響，對于含氟或氯物質(zhì)的組合物，這些組合物應(yīng)優(yōu)選地具有很低的蒸汽壓或含有如雙鍵或三鍵的活性基團(tuán)，使其在對流層中能被活性物質(zhì)快速分解。權(quán)利要求1.一種熱泵裝置，包括至少一個熱交換器；設(shè)有進(jìn)口和出口的多孔吸附劑材料主體，該吸附劑材料的主體設(shè)置成與熱交換器進(jìn)行熱接觸，用于使工作流體流經(jīng)主體的設(shè)備，用于在工作流體中產(chǎn)生循環(huán)壓縮或膨脹脈沖的設(shè)備，所述的壓縮或膨脹脈沖導(dǎo)致工作流體從進(jìn)口流至出口，以在進(jìn)口和出口之間的吸附劑材料主體產(chǎn)生溫度梯度。2、如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括熱傳遞流體，用于使熱傳遞流體通過而與熱交換器進(jìn)行熱接觸的設(shè)備，以便熱傳遞流體的流動從熱交換器中移除熱量或傳入熱量至熱'交換器中。3、如權(quán)利要求2所述的裝置脹脈沖的變化而變化。4、如權(quán)利要求3所述的裝置脹脈沖的變化而逆向流動。5、如權(quán)利要求4所述的裝置步的。6、如權(quán)利要求3至5中任意-與熱傳遞流體循環(huán)運(yùn)動的頻率一致的。7、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中用于在工作流體中產(chǎn)生脈沖的設(shè)備為容積式壓縮機(jī)。8、如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中用于在工作流體中產(chǎn)生脈沖的設(shè)備包括轉(zhuǎn)換閥的系統(tǒng)和壓縮機(jī)。9、如權(quán)利要求8所述的裝置，其中轉(zhuǎn)換閥的系統(tǒng)交替地將吸附劑材料的主體連接至工作流體的高壓貯藏處和低壓貯藏處。10、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中包括另一個熱交換器，其用于在工作流體接觸吸附劑材料前，從中移除壓縮時所產(chǎn)生的熱量。11、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中溫度梯度包括在進(jìn)口端相對較高的溫度和在出口端相對較低的溫度。12、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中工作流體選自蒸汽、氣體或兩者的混合物。，其中熱傳遞流體的流動方向隨工作流體壓縮和膨，其中熱傳遞流體的流動方向隨工作流體壓縮和膨，其中熱傳遞流體的逆向流動是與所述的脈沖是同一項(xiàng)所述的裝置，其中工作流體循環(huán)運(yùn)動的頻率是13、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中包括多個熱交換器。14、如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中工作流體為單種氟碳化合物或多種沸點(diǎn)在-140°C至40。C之間的氟碳化合物的混合物。15、如權(quán)利要求14所述的裝置，其中工作流體的沸點(diǎn)在-90。C至0。C之間。16、如權(quán)利要求15所述的裝置，其中工作流體的沸點(diǎn)在-90°C至-20°C之間。17、如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中工作流體為烴，選用的烴為甲垸、乙烷、丙烷、異丁烷和丁垸，和其混合物。18、如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中工作流體為氮?dú)狻?9、如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中工作流體為二氧化碳。20、如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中工作流體為氫氣。21、如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中工作流體為稀有氣體。22、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中多孔固體的最少10%孔隙空間為直徑小于2nm的微孔的形式。23、如權(quán)利要求22所述的裝置，其中多孔固體的最少10%孔隙空間為直徑小于50nm的中孔的形式。24、如權(quán)利要求23所述的裝置，其中多孔固體少于20y?？紫犊臻g為直徑大于50nm的大孔的形式。25、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體為具有碳基的物質(zhì)。26、如權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體為炭類物質(zhì)。27、如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體為活性炭物質(zhì)。28、如權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體為基于有機(jī)聚合物的物質(zhì)。29、如權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體大體上是無機(jī)的物質(zhì)。30、如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體為金屬或類金屬元素的氧化物，或其組合物。31、如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體為沸石。32、如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體為篩。33、如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體選自氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦及其混合物。34、如權(quán)利要求1至21中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體為氣凝膠。35、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體以低揮發(fā)性的溶劑所浸潤。36、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述的多孔吸附劑固體包括能增強(qiáng)導(dǎo)熱性的添加劑。37、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中在熱交換器內(nèi)吸附和脫附的焓變實(shí)質(zhì)上是相等的。38、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述的脈沖的持續(xù)時間為l秒至10分鐘。39、如權(quán)利要求36所述的裝置，其中持續(xù)時間為1秒至30秒。40、如權(quán)利要求39所述的裝置，其中持續(xù)時間為1秒至10秒。41、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中在進(jìn)口和出口之間具有工作流體的壓力梯度。42、如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中工作流體是混合物。43、如權(quán)利要求42所述的裝置，其中工作流體是具吸附力強(qiáng)的流體和吸附力弱的流體的混合物。44、如權(quán)利要求42或43所述的裝置，其中工作流體是二氧化碳和氮?dú)獾幕旌衔铩?5、如權(quán)利要求42或43所述的裝置，其中工作流體是二氧化碳和氬氣的混合物。46、如權(quán)利要求42或43所述的裝置，其中工作流體是一種混合物，其中一種成分為二氧化碳或氨氣，另一種成分為氫氣、氦氣或其混合物。47、如權(quán)利要求42或43所述的裝置，其中工作流體是二氧化碳和丙垸的混合物。48、一種熱泵裝置，其兩個熱交換器之間的溫差是由在兩個熱交換器之間的工作流體、蒸汽或氣體的循環(huán)膨脹和壓縮脈沖而產(chǎn)生的，所述的工作流體、蒸汽或氣體通過設(shè)于熱交換器之間的多孔吸附劑固體。49、如權(quán)利要求39所述的裝置，其中每個熱交換器和外部，單相的熱傳遞液體之間的溫度差實(shí)質(zhì)上是一個常數(shù)。全文摘要一種熱泵裝置，其溫度差是由在兩個熱交換器之間的工作流體、蒸汽或氣體的循環(huán)膨脹和壓縮脈沖而產(chǎn)生的，所述的工作流體、蒸汽或氣體通過設(shè)于所述熱交換器之間的多孔吸附劑固體。文檔編號F25B25/02GK101203719SQ200680022018公開日2008年6月18日申請日期2006年4月21日優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日發(fā)明者保羅·大衛(wèi)·伯納德·布耶克,安德魯·威爾遜,弗里德里克·托馬斯·墨菲,德里克·威廉·愛德華茲,理查德·鮑威爾申請人:熱能系統(tǒng)有限公司