一種參雜相變材料的吸附床層的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種參雜相變材料的吸附床層，包括帶有氣體入口和氣體出口床層，且床層內(nèi)均勻的填充有吸附劑，各吸附劑之間夾雜有相變顆粒；其中，相變顆粒發(fā)生相變的溫度比吸附劑吸附效果最佳時(shí)的溫度略低。由于吸附劑在吸附氣體時(shí)放熱，脫附氣體時(shí)放熱，而相變顆粒發(fā)生相變時(shí)放熱或者吸熱，因此，本發(fā)明利用相變顆粒的吸熱和放熱使吸附劑的吸附和脫附過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，從而使吸附床層能夠循環(huán)利用，且運(yùn)行穩(wěn)定。另外，本發(fā)明充分利用相變材料的儲(chǔ)能功能及不同相變材料的初始相變溫度不同，使得不同的吸附床層內(nèi)部溫度均勻保持在吸附最佳溫度范圍內(nèi)，又能在脫附(解吸)過(guò)程中合理利用吸附過(guò)程中放出的能量的特性，使得吸附床層內(nèi)溫度均勻化，從而提高吸附效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于氣體分離的吸附床層，具體涉及一種參雜相變材料的吸附床 層。 一種參雜相變材料的吸附床層

【背景技術(shù)】
[0002] 由沸石、活性炭、固態(tài)胺等吸附劑構(gòu)成的吸附床層廣泛用于石油化工、航天航空、 救生艙等領(lǐng)域，其主要是用于氣體分離和凈化，因此開(kāi)發(fā)高效的吸附床層具有很重要的實(shí) 用價(jià)值。
[0003] 從現(xiàn)有文獻(xiàn)和專(zhuān)利可知，傳統(tǒng)的吸附床層是一般是由單一的吸附劑組成的，吸附 劑的導(dǎo)熱性能比較差。由于吸附過(guò)程有大量的熱量放出，因此吸附床層內(nèi)部的溫度會(huì)隨著 吸附進(jìn)行而升高，錯(cuò)過(guò)最佳吸附溫度，而導(dǎo)致吸附量減少。有少量文獻(xiàn)采用加翅片或者在活 性碳內(nèi)加入相變材料等改善吸附床層內(nèi)部溫度積累效應(yīng)，并且只是簡(jiǎn)單的將吸附熱通過(guò)導(dǎo) 熱散失到空氣中或者吸收，并沒(méi)有對(duì)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行再利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠循環(huán)利用的參雜相變材料的吸附床層。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：包括帶有氣體入口和氣體出口床 層，且床層內(nèi)均勻的填充有吸附劑，各吸附劑之間夾雜有相變顆粒；其中，相變顆粒發(fā)生相 變的溫度小于等于吸附劑吸附效果最佳時(shí)的溫度。
[0006] 所述的吸附劑采用由沸石、活性碳或者金屬骨架有機(jī)物制成的吸附劑。
[0007] 所述的相變顆粒發(fā)生相變的溫度比吸附劑吸附效果最佳時(shí)的溫度低0-10°C。
[0008] 所述的相變顆粒由相變材料制成，或者由相變材料以及包裹相變材料的金屬薄膜 組成。
[0009] 所述的吸附劑和相變顆粒的形狀為圓形、方形或三角形
[0010] 所述的相變顆粒的直徑小于等于吸附劑直徑的1/5。
[0011] 吸附劑吸附氣體放出熱量，相變顆粒發(fā)生相變吸收放出的熱量，使吸附劑吸附氣 體的過(guò)程持續(xù)，并且吸附床層內(nèi)溫度保持均勻性。
[0012] 吸附劑脫附氣體吸收床層內(nèi)部熱量，相變材料發(fā)生相變放出熱量，使吸附床層脫 附氣體的過(guò)程持續(xù)，并且使得吸附床層內(nèi)溫度保持均勻性。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0014] 由于吸附劑在吸附氣體時(shí)放熱，脫附氣體時(shí)放熱，而相變顆粒發(fā)生相變時(shí)放熱或 者吸熱，因此，本發(fā)明利用相變顆粒的吸熱和放熱使吸附劑的吸附和脫附過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，從 而使吸附床層能夠循環(huán)利用，且運(yùn)行穩(wěn)定。另外，本發(fā)明充分利用相變材料的儲(chǔ)能功能，及 不同相變材料的初始相變溫度不同，使得不同的吸附床層內(nèi)部溫度保持在吸附最佳溫度范 圍內(nèi)，又能在脫附（解吸）過(guò)程中合理利用吸附過(guò)程中放出的能量的特性，從而提高吸附效 率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為相變顆粒的第一種構(gòu)造；
[0017] 圖3為相變顆粒的第二種構(gòu)造；
[0018] 其中，1、吸附劑，2、相變顆粒，3、相變材料，4、金屬薄膜。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括帶有氣體入口和氣體出口床層，且床層內(nèi)均勻的填充有吸附 劑1，各吸附劑1之間均勻夾雜有相變顆粒2 ;其中，相變顆粒2發(fā)生相變的溫度比吸附劑吸 附效果最佳時(shí)的溫度低〇-l〇°C，這樣相變顆粒2就能在吸附和解吸過(guò)程控制吸附床層內(nèi)部 溫度使其在控制在最優(yōu)范圍內(nèi)，從而提高吸附床層的工作效率。吸附劑1采用由沸石、活性 碳或者金屬骨架有機(jī)物制成的吸附劑。相變顆粒2的直徑小于等于吸附劑1直徑的1/5,以 便于其填充吸附劑空隙中。
[0021] 如果相變顆粒2發(fā)生相變時(shí)候外表面結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，采用相變顆粒2的第一種 結(jié)構(gòu)，可以直接將其與吸附劑混合填充到吸附床層內(nèi)，該相變顆粒2由相變材料3制成（參 見(jiàn)圖2)，
[0022] 如果發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，采用相變顆粒2的第二種結(jié)構(gòu)，相變顆粒2由相變材料3以及 包裹相變材料3的金屬薄膜4組成（參見(jiàn)圖3)，金屬薄膜4,既可以防止相變材料3粘在吸 附劑1上，影響吸附效果，又可以增加其導(dǎo)熱效果。
[0023] 吸附劑1和相變顆粒2的形狀不局限于圓形、方形或三角形，還可以是其它任何形 狀。
[0024] 床層內(nèi)填充吸附劑，在通入吸附氣體時(shí)，發(fā)生吸附，此過(guò)程中放出大量的熱量，但 是由于吸附劑的導(dǎo)熱性能比較差，隨著吸附的進(jìn)行，會(huì)導(dǎo)致吸附床層內(nèi)部的溫度越來(lái)越大， 并且會(huì)出現(xiàn)局部溫度過(guò)高現(xiàn)象，從而影響到吸附進(jìn)行，而采用相變材料能很好的解決這個(gè) 問(wèn)題。
[0025] 本發(fā)明的工作原理為：氣體進(jìn)入床層，吸附劑1吸附氣體放出熱量，相變顆粒2中 的相變材料3在一定溫度時(shí)開(kāi)始發(fā)生相變，在相變過(guò)程中能吸收大量的熱量，從而可以將 床層中發(fā)生吸附過(guò)程中放出的熱量及時(shí)吸收，從而使得床層溫度保持恒定，使得吸附能控 制在最有吸附溫度范圍內(nèi)，使得吸附量達(dá)到最大；在解吸的過(guò)程時(shí)，由于吸附解吸過(guò)程是吸 熱反應(yīng)，因此床層的溫度會(huì)隨著解吸的進(jìn)行而降低，此時(shí)相變材料3通過(guò)相變放出熱量，使 得床層在一定高溫下發(fā)生解吸，從而減少解吸時(shí)間。同時(shí)，在脫附階段，吸附劑1能在相變 材料3發(fā)生融化之前在常壓或者真空狀態(tài)下能完全脫附或者在常溫真空狀態(tài)下能完全脫 附。
[0026] 本發(fā)明為石油化工、航空航天、救生艙等有限體密封空間內(nèi)提供一種高效的氣體 分離和凈化的吸附床層。本發(fā)明充分利用相變材料的儲(chǔ)能功能，及不同相變材料的初始相 變溫度不同，使得不同的吸附床層內(nèi)部溫度保持在吸附最佳溫度范圍內(nèi)，又能在脫附（解 吸）過(guò)程中合理利用吸附過(guò)程中放出的能量的特性，從而提高吸附效率；具體的，本發(fā)明在 吸附階段，相變材料利用自身發(fā)生相變吸熱大的特性，將吸附過(guò)程中放出的熱量吸收，從而 保持吸附床層內(nèi)部溫度恒定；在脫附階段，隨著脫附吸收內(nèi)部床層的熱量，導(dǎo)致吸附床層內(nèi) 部溫度的降低，從而影響到相變材料發(fā)生相變放出熱量，使得吸附床層保持在較高的溫度， 有利于脫附的進(jìn)行。因此，本發(fā)明能夠高效吸附及解吸分離及凈化氣體，達(dá)到循環(huán)再利用吸 附劑的效果。
【權(quán)利要求】
1. 一種參雜相變材料的吸附床層，其特征在于：包括帶有氣體入口和氣體出口床層， 且床層內(nèi)均勻的填充有吸附劑（1)，各吸附劑（1)之間夾雜有相變顆粒（2);其中，相變顆粒 (2)發(fā)生相變的溫度小于等于吸附劑吸附效果最佳時(shí)的溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參雜相變材料的吸附床層，其特征在于：所述的吸附劑（1) 采用由沸石、活性碳或者金屬骨架有機(jī)物制成的吸附劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的參雜相變材料的吸附床層，其特征在于：所述的相變顆 粒（2)發(fā)生相變的溫度比吸附劑吸附效果最佳時(shí)的溫度低0-KTC。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參雜相變材料的吸附床層，其特征在于：所述的相變顆粒（2) 由相變材料（3)制成，或者由相變材料（3)以及包裹相變材料（3)的金屬薄膜（4)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的參雜相變材料的吸附床層，其特征在于：所述的吸附 劑（1)和相變顆粒（2)的形狀為圓形、方形或三角形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的參雜相變材料的吸附床層，其特征在于：所述的相變顆 粒（2)的直徑小于等于吸附劑（1)直徑的1/5。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參雜相變材料的吸附床層，其特征在于：吸附劑（1)吸附氣 體放出熱量，相變顆粒（2)發(fā)生相變吸收放出的熱量，使吸附劑（1)吸附氣體的過(guò)程持續(xù)， 并且吸附床層內(nèi)溫度保持均勻性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參雜相變材料的吸附床層，其特征在于：吸附劑（1)脫附氣 體吸收床層內(nèi)部熱量，相變材料發(fā)生相變放出熱量，使吸附床層脫附氣體的過(guò)程持續(xù)，并且 使得吸附床層內(nèi)溫度保持均勻性。
【文檔編號(hào)】B01D53/04GK104107619SQ201410360319
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】屈治國(guó), 汪輝, 余青霓 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)