专利名称：包括活性表面的化学热泵的制作方法
技术领域：
本发明大体而言 涉及具有扩展功能的化学热泵。更特定而言，本发明涉及根据混合原理工作的化学热泵、且其中在化学热泵中存在活性表面。
背景技术：
在现有技术中已知了根据混合原理工作的化学热泵。在根据混合原理工作的化学热泵中，在该过程中，活性物质呈固相和液相。这两相用于给出有所改进的能量储存。诸如水这样的挥发性液体由活性物质吸收且然后从活性物质解吸(desorb)。在储热期间，活性物质的液相在诸如热交换表面这样的导热材料上散布以用于在化学热泵的反应器部分中进行热交换。在储热期间加热了液相，且液体从活性物质解吸并且以气相移动到化学热泵的冷凝器/蒸发器部分。在冷凝器/蒸发器中，气体被冷凝为液体并被收集。在化学热泵释热期间，液体在冷凝器/蒸发器中蒸发且移动到反应器部分，由此气体冷凝为液体且由活性物质吸收。在先前已知的根据混合原理工作的化学热泵中，利用例如降膜过程。活性物质的液相和液体分别由泵喷洒在反应器和冷凝器/蒸发器的上层处的导热材料以上，以用于在化学热泵储热和释热期间进行热交换。一种包括了在反应器部分中呈液相的活性物质和在冷凝器/蒸发器部分中的液体的液体薄膜散布于导热材料之上以用于进行热交换，且由于重力而穿过反应器部分或冷凝器/蒸发器部分而降落。液相和液体分别最终到达反应器部分和冷凝器/蒸发器部分的底层，由此，泵再次将液体泵送到化学热泵的上层，由此降膜过程继续。降膜过程的优点在于导热材料完全地分别向液相和液体暴露，因为在导热材料上的液体膜是较薄的。由此则气体的冷凝和液体的蒸发可以是高效的。降膜过程的问题在于可形成呈固态的活性物质的粒子，且它们可在例如泵中堵塞。为了避免这个问题，当使用降膜过程时通常避免形成呈固相的活性物质。降膜过程的上述问题的解决方案被披露于瑞典专利SE 515 688中，其中，使用网来保持活性物质呈其固态，从而可以避免在泵中的固态活性物质粒子。当可以允许形成固态活性物质时，能储存更多能量。根据瑞典专利SE 515 688的化学热泵的发展被披露于瑞典专利SE 530 959中，在此后一专利中，披露了利用相同基本原理的化学热泵，但其中利用呈基质形式的层来替换网。基质保持了呈其液相和固相的活性物质，且作为层而在导热材料以上分布。基质为惰性的且是对于液相而言可渗透的。这样一种化学热泵的优点在于，呈固相和液相的大量活性物质能结合到基质从而使得化学热泵能包含大量能量。基质具有能吸收液体和活性物质的液相的能力。利用基质，不再像先前的降膜过程那样需要泵。在某些情况下，关于利用基质的化学热泵仍有改进的空间。基质与导热材料接触从而使得导热材料由基质覆盖。由此，与导热材料向挥发性液体和气相直接暴露的情况相t匕，挥发性液体的蒸发和气相的冷凝可花费略微更长的时间。气体到导热材料和从导热材料的输送、以及在反应器部分与冷凝器/蒸发器部分之间的输送可略微受损。另外，当气体穿过基质时，基质造成压降。在现有技术中，因此需要根据混合原理工作的改进的化学热泵。
发明内容
本发明的目的在于，消除现有技术中的至少某些缺点且提供一种改进的化学热栗。在第一方面，提供一种化学热泵，其包括活性物质和挥发性液体，所述挥发性液体适于在第一温度由活性物质吸收、且挥发性液体适于在更高的第二温度由活性物质解吸，由此在第一温度的活性物质具有固相，活性物质在吸入挥发性液体和其气相期间立即从所述固相部分地转变为液相或呈液相，且由此在更高的第二温度的活性物质具有液相或者呈 液相，活性物质在解吸所述挥发性液体、特别是挥发性液体的气相期间立即部分地从所述液相转变为固相，由此化学热泵包括
反应器部分I，其包括活性物质，由此反应器部分I适于通过界定且导热壁9、11进行热交换而与外部介质4进行热交换，
冷凝器/蒸发器部分3，其包括挥发性液体的部分，其中冷凝器/蒸发器部分3适于通过界定且导热壁9、11进行热交换而与外部介质6进行热交换，以及
用于挥发性液体的气相的通路2，所述通路使得反应器部分I与冷凝器/蒸发器部分3彼此连接，
由此，i反应器部分I与ii冷凝器/蒸发器部分3中的至少一个包括层12，13，16，由此，若存在于反应器部分I中，层12，16适于保留至少呈其液相的活性物质或其液相，以及，
由此，若存在于冷凝器/蒸发器部分3中，层13，16适于保留呈其液相的挥发性液体， 其中，
层12，13, 16被布置成主体、且具有与导热壁9，11中的一个或多个的表面抵靠着的有限的接触表面，从而使得导热壁9，11的表面的自由区域14，15位于接触表面之间，导热壁9，11的表面的自由区域14、15适于分别在呈液相的活性物质上、和呈液相的挥发性液体上施加净吸引力，且所述净吸引力分别关于由层12，13，16施加在呈液相的活性物质上和呈液相的挥发性液体上的净吸引力来进行调整。在一个实施例中，层12，13，16包括基质、且其中基质包括多孔材料，多孔材料是对于挥发性液体的气相而言可渗透的。在一个实施例中，由导热壁9，11的表面的自由区域14、15施加的所述净吸引力包括毛细力。在一个实施例中，层12，13，16包括这样一种材料其分别已关于呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体调整了毛细性质。在一个实施例中，层12，13，16包括这样的表面其分别已关于呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体调整了润湿性质的表面。在一个实施例中，调整了由导热壁9、11的表面的自由区域14，15施加的净吸引力，从而使得由导热壁9、11分别施加在呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体上的净吸引力高于由层12、13、16分别施加在呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体上的净吸引力。在一个实施例中，有限接触表面构成所述导热壁9、11面积的最多10%，优选地最
多5% ο在一个实施例中，基质的主体被设计为一种带有通孔的平行圆盘，且圆盘的外表面与导热壁的表面接触。在一个实施例中，基质的主体被布置为这样的主体其在板式热交换器中的平行通道22中的相对壁之间延伸，由此，板式热交换器中的其它平行通道23包括载热介质。在降膜过程中的导热材料的暴露表面的优点与用于储存呈固相和液相的活性物质的基质的优点相结合。
一个优点在于，改进了气体到导热材料和从导热材料的输送。减小了当气体通过基质时造成的压降。
现参考附图以举例说明的方式描述发明，附图中
图Ia为具有根据现有技术的基质的、根据混合原理工作的已知化学热泵的示意图，
图Ib为类似于图Ia的示意图，其中，与在化学热泵中反应器部分和冷凝器/蒸发器部分中的内表面之间的关系相比，基质以不同的方式布置，
图2示出了在化学热泵中的反应器中的活性物质的液相、或者在冷凝器/蒸发器中的挥发性液体如何从活性表面输送到层；以及
图3为具有平行通道的热交换器的截面图，其中，某些通道为化学热泵中的反应器或冷凝器/蒸发器，而其它通道用于外部载热介质的循环。
具体实施例方式在详细公开和描述本发明之前，应理解，本发明并不限于本文所公开的特定化合物、配置、方法步骤、基板和材料，因为这些化合物、配置、方法步骤、基板和材料可略微不同。也应了解到，本文所用的用语用于描述特定实施例的目的、且预期并无限制意义，因为本发明的范围仅受到所附权利要求和其等效物限制。必须指出的是，如在本说明书和所附权利要求中，单数形式“一”、“一种”和“所述”包括复数指示对象，除非上下文清楚地指示为其它情况。如果并未另外定义，本文所用的任何用语和科技术语预期具有本发明相关的领域的技术人员通常理解的意义。如贯穿整个描述和权利要求结合数值所用的用语“大约”表示本领域技术人员熟悉且可接受的一定准确度间隔。所述间隔为土 10%。在根据混合原理工作的化学热泵中，可在反应器部分和冷凝器/蒸发器部分中的一者或二者中存在收集区域，表示为层，其分别吸引呈溶解液相的活性物质和挥发性液体，从而使得该层可吸入更多或更少的呈溶解液相的活性物质、和更多或更少的呈液相的挥发性液体。以合适方式实现吸引，诸如借助于毛细力和/或润湿力。这些层被布置为界定的主体，且分别仅与反应器部分和冷凝器/蒸发器部分中的外壁进行有限接触，从而使得在接触表面之间存在着外壁内侧的自由区域。这些自由区域也具有毛细和/或润湿能力，其以合适方式适应于层的毛细和润湿能力、且构成可仅跨整个壁与外部介质进行热交换的区域，其可为较薄的、且在其表面上存在自由区域。这样一种近乎直接热交换是高效的且相对快速。这些层可成形为基质材料的主体，根据上文所提到的瑞典专利SE 530 959而设计。在另一情况下，这些层包括其它合适的具有毛细吸力和/或润湿内表面的主体，例如，两个陶瓷材料的圆盘，诸如玻璃圆盘，其相反的表面为毛细和/或润湿的用于呈液相的活性物质和挥发性液体、且液体可吸入到它们之间。利用包括导热壁的暴露表面的这样一种化学热泵与用于储存例如呈液相的活性物质的层相结合，每表面积能实现与降膜工艺相同的效果，而无需使用诸如电泵这样的机械泵。当在储存主体中使用基质材料时，能保留该基质的较大的储存容量。利用这种化学热泵，可实现每单位面积更高的功率。这可例如用于使得可使用更少量的材料来制造化学热泵，且从而使得可由此减小其大小。这可导致用于化学热泵的更低的制造成本。其中每单位面积实现更高功率的化学热泵也可带来新的应用机会。这样一 种热泵可例如用于快速过程，在此期间，储热和释热可在数分钟期间进行，而不是如根据现有技术的热泵那样在数小时进行。为了实现这个目的，重要的是，导热材料的表面也尽可能暴露且至少部分地不被基质覆盖。化学热泵因而具有导热壁的自由暴露的活性表面区域、和用于液相的层，其中，活性表面和层二者都具有通过毛细作用和/或润湿来吸引液相的能力。由此可排除基质的缺陷且可维持较大储存的优点。所披露的热泵因而一般为具有活性物质和挥发性液体的类型，由此液体可在第一温度由该物质吸收、且在更高的第二温度由该物质解吸。活性物质在第一温度具有固相，其在吸入挥发性液体和其气相期间从所述固相立即部分地转变为液相或呈液相。在第二温度，其具有液相或者呈液相，其在解吸挥发性液体、特别是气相的挥发性液体期间从所述液相立即部分地转变为固相。一般而言，化学热泵包括以下部件
反应器部件，其包括活性物质且其适于通过一个或多个界定导热壁的热交换来与外部介质进行热交换，即，由外部介质加热和/或冷却。·冷凝器/蒸发器部件，其本质上包括挥发性液体的部分，挥发性液体呈冷凝形式且其被设计成通过一个或多个界定的导热壁进行的热交换来与外部介质进行热交换，即，由外部介质加热和冷却。·用于挥发性液体的气相的通路，该通路使得反应器部分与冷凝器/蒸发器部分彼此连接。反应器部分可包括预期用于活性物质的层，其在一个实施例中可包括呈多孔材料形式的基质，从而使得至少呈液相的活性物质能保留在基质中、和/或结合到基质。备选地和/或组合地，冷凝器/蒸发器部分可包括一种用于挥发性液体的层，其可包括呈多孔材料形式的基质，这种材料对于挥发性液体的气相而言是可渗透的，从而使得呈液相的挥发性液体能保留在基质内和/或结合到基质。基质可以呈一部分或两部分而布置为主体，主体可被设计为圆盘或板、且具有与一个或导热壁的内表面相抵靠着的有限的接触表面。在一个实施例中，层12、13、16被布置为圆盘。在一个实施例中，层12、13、16被布置为板。在一个实施例中，层12、13、16被布置为圆盘和板。那么导热壁的表面的自由区域存在于接触表面之间。导热壁的这些自由表面可具有分别用于呈液相的活性物质和用于呈液相的挥发性液体的毛细性质和/或润湿性质。特别地，使得导热壁的表面的自由区域分别具有用于呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体的毛细性质或润湿性质，这种毛细性质或润湿性质大于基质对呈液相的活性物质与呈液相的挥发性液体的毛细性质，即，与基质相比，使得呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体易于被吸引、吸入到导热壁的表面的自由区域内，和/或在导热壁的表面的自由区域上分布和散布。一般而言，有限的接触表面具有最小或相对较小的面积，从而使得它们构成导热壁表面的相对较小部分。对于一种导热壁而言，它们可一起构成导热壁表面的最多10%,或
最多5%。在图Ia中示意性地描绘的化学热泵中，存在两个隔室。第一隔室构成反应器部分1，包括活性物质，活性物质在放热反应中可吸收挥发性液体的蒸气或气相、且在吸热反应中可解吸挥发性液体的蒸气或气相。反应器部分I经由管或通道2连接到第二隔室，第 二隔室构成冷凝器/蒸发器部分3。第二隔室3充当用于将挥发性液体的气相冷凝为其液相的冷凝器、和将呈液相的挥发性液体蒸发为气体的蒸发器。在反应器部分I中的活性物质与外部载热介质4进行热交换接触，其由箭头5示出，用于加热或除热。冷凝器/蒸发器部分3中的液体也与第二外部载热介质6进行热交换接触，其由箭头7示出，用于加热或除热。根据混合原理，活性物质在固相与溶液状态之间变化。对于根据混合原理工作的化学热泵，活性物质必须留在反应器部分I中。实现这个目的的一种方式是通过使用一种网来限制呈固相的活性物质的移动。另一方式是使用基质8，基质8也可充当能量储存。这样一种基质保持了处于液相和固相的活性物质，且相对于所使用的呈不同相的挥发性液体和活性物质为惰性的。另外，基质对于呈气相的挥发性液体而言是可渗透的，且可布置于一个或多个壁9内表面上的呈层8形式的反应器部分I内。壁9的内表面与第一外部载热介质4相接触。在冷凝器/蒸发器部分3中的壁11的内表面上，可布置基质10的类似层，该基质用于保留且结合呈液相的挥发性液体。在这样一种化学热泵中，相对大量的活性物质可保留在基质8中。然后，化学热泵可包含较大能量储存。基质为具有特定性质的特定材料，材料的表面可由挥发性液体润湿，且由此其能结合呈液相的挥发性液体。对于活性物质的液相同样如此。在现有技术中且如在图Ia中所示，基质8、10与壁9、11中的导热材料接触。由此，壁的内表面并不直接向挥发性液体的气相暴露，且由此气相并不与壁材料呈直接导热接触、且因而例如能不以最大效率地、且并不快速地冷却。同样，呈液相的活性物质并不与壁材料呈直接热交换接触，这不能提供完全高效的传热、或提供了至少不快速的传热，例如用于蒸发呈其活性形式的活性物质中的液体。对于冷凝器/蒸发器部分也相应同样如此。缓慢的热交换据说可对应于当蒸气或气体通过基质时由基质实现的压降。为了实现在气相与导热壁9、11的内表面之间的直接接触，使得那些壁的较大面积无基质，而基质被布置为收集区域或者储存器，被设计为一个或多个主体12、13，其仅具有与壁的内表面相抵对着的相对有限的接触面积，参看图lb。需要挥发性液体的气相能穿过这些主体且这些能被制成相对较薄的层。这样的基质的层可例如且如图Ib所示布置为本质上平行的相对较薄的圆盘，且圆盘具有一个或多个孔，诸如中央通孔以允许气体在隔室1、3的不同部分之间通过。已被冷凝或者已形成于热交换壁9、11的自由区域14、15的表面中的液体应能保留在储存器中，即，在主体12、13中。如果在主体中的材料具有吸力或吸引力，例如分别对活性物质的液相和挥发性液体具有毛细作用，则可实现这种情况，相对于活性物质的液相和挥发性液体分别对壁内侧的自由区域14、15的表面所具有的粘附或润湿，来调整了这种毛细作用。相对于在主体中的材料分别对于活性物质的液相和挥发性液体的粘附，来合适地调适了活性物质的液相和挥发性液体分别对于壁内侧的自由区域的表面的粘附或润湿。当在自由区域14、15中分别存在大量活性物质的液相和挥发性液体时，液体受到吸引力影响、且被吸入到储存器(即，在主体12、13中的基质)内且暂时保留在那里。相反，当分别在主体12、13中存在大量活性物质的液相和挥发性液体时，活性物质的液相和挥发性液体分别作为在自由区域14、15的表面上的层而散布，其中，其能通过几乎直接传热而容易地且快速地传热，这种几乎直接的传热由通过壁9、11的传热来实现。 若需要，可通过表面处理以便实现所需的性质，来实现所提到的活性物质和挥发性液体分别针对导热壁的自由区域14、15中的表面或表面层所具有的粘附或润湿，S卩，吸弓丨，且这种粘附或润湿分别使得活性物质和挥发性液体分别在这些区域上散布。这可例如利用合适毛细材料、或利用具有合适润湿性质的材料而涂布所述壁9、11中的导热材料的表面来实现。导热壁的表面可进行机械、化学或电气处理。当自由区域的表面被涂布毛细材料时，所提到的活性物质和挥发性液体分别针对导热壁9、11的自由区域14、15的表面具有的粘附或润湿，是与表面分别对于活性物质和挥发性液体所具有的毛细作用等效的。具有毛细材料的这样的层可具有在ΙΟμπι至Imm范围中的厚度。如果活性表面的润湿或粘附能力或毛细性质以合适方式受调适，其能在较大程度上有助于使得液相能高效地在外壁9、11中的导热壁材料的自由区域14、15上散布，以用于分别在储热和释热期间交换热。然后可以高功率来操作化学热泵。活性表面可例如包括毛细材料Al2O315该毛细材料可与SiO2结合在一起，但也可存在用于将毛细材料粘附到导热壁材料的其它备选方案。活性表面优选地为惰性的，即，表面不应在化学上参与化学热泵过程。根据上文所述的教导内容，活性表面的性质适于使得活性表面获得分别对活性表面和挥发性液体的所需毛细或润湿吸引力，活性表面和挥发性液体在化学热泵中使用。储存器，S卩，主体12、13应大体上具有特定性质从而使得它们能分别吸引和保留特定量的活性物质和挥发性液体。那么，完全无需它们能渗透挥发性液体的气相。储存器因而能被设计为具有合适润湿性质的表面、和/或被设计为具有毛细管，即，具有毛细通道。因而，在基质中的材料可例如(如果使用这样一种基质)包括孔隙或毛细管，其具有较小直径从而使得它们分别以毛细力作用于流体上。在根据上文所述的化学热泵中，并不利用泵来在储热和释热期间在导热壁材料的表面上分别散布活性物质的液相和挥发性液体。活性物质的液相和挥发性液体分别替代地通过在活性表面中的毛细力而在导热壁材料的表面上散布。由此，化学热泵能被构造为具有更少量的部件且并无机械泵，常常为电驱动泵，这样的泵原本会由于它们的电力消耗而减小总能量回收。在本文所述的化学热泵中，利用热能来实现等效工作，其在此化学热泵中是在分子水平的吸引，毛细和/或润湿。在图2中，示出了在反应器部分I中的活性物质的液相或者在冷凝器/蒸发器部分3中的挥发性液体如何从诸如基质这样的储存器16泵送出来且在活性表面17上，或者备选地在反应器部分I中的活性物质的液相或者在冷凝器/蒸发器部分3中的挥发性液体如何从活性表面17泵送到储存器16的原理。与上文所提到的瑞典专利530 959中所描述的基质不同，在本化学热泵中的基质12,13被布置成使得其仅略微影响了蒸发和冷凝，即，基质被布置成使得其仅接触所述导热壁材料表面的最小部分，通过这种接触来发生热交换，参看图Ib和图2。在某些例外情况下，能量储存器16并不总是与表面17接触。与在瑞典专利530 959中所披露的构造不同，基本上整个表面，或者在壁9、11中的导热壁的至少90%或至少95%，可被直接接近以用于蒸发/冷凝，由此，能实现这个目的而不造成在化学热泵的不同部件之间移动的气相的压降、 或基本上不造成压降、或者仅很少压降。由于基本上或几乎导热壁的整个内表面可被保持无基质，能实现高效的气体输送和由此实现高输出。可输送到壁9、10中的导热壁材料和从壁9、10中的导热壁材料输送的气体量大于已知构造中的情况。用于液相的储存器12、13被布置成使得通过诸如毛细力和/或润湿力这样的合适力将液体从储存器泵送出来，或者在化学热泵的其它过程阶段通过诸如毛细力和/或润湿力这样的合适力将液体泵送回储存器。储存器被构造成使得其能借助于合适力将呈液相的活性物质保留在反应器部分I中，且在冷凝器/蒸发器部分3中保留挥发性液体。在一个实施例中，调整了作用于储存器12、13中的液相或挥发性液体的力，从而使得这些净吸引力并不像在自由区域14、15中活性表面以类似方式作用于挥发性液体的液相上的净吸引力那样强。由此，液相或挥发性液体可从储存器12、13被馈送出来并继续到外壁9、11的内侧的自由区域中的活性表面。例如，在化学热泵的储热期间，在反应器部分I中的液相被馈送出来继续到活性表面，如下文所述的那样。用于计算在活性表面(如果其被设计为包括粒子的层)中毛细力的经验公式的示例为
COS2 Θ ( 1 -
,f 7Cl d
W = kum s
us, ηκβ^ · y
其中1WiW为在活性表面中用于渗透长度L(s卩，液相在毛细系统中行进的长度)的毛
细平均泵送速度。K为常数。ο为液体的表面张力。Θ为液滴相对于活性表面的接触角 P为液体密度，
g为重力常数，μ为液体黏度，
L为渗透长度，
d(.为在活性表面的毛细层中的粒子直径，以及
<1. a.
ds为在能量储存器中的粒子直径。这个公式是基于对包括具有不同粒度的粒子的活性表面和层12、13的测试。这个公式有效用于约5-40mm的渗透长度。如从该公式看出，在活性表面中的泵送速度仅当满足了条件I/ dm > I/ ds时具有有意义的值。实验测量已表明，在实施例中在das与尤之间的最佳关系为大约1:3。
当化学热泵储热时，可利用热源例如太阳将反应器部分I加热到合适温度，其加热所述第一外部介质4、或者直接加热该导热壁9的外表面。在储热期间，其大体上被布置成使得反应器部分I由于外部影响而变成比冷凝器/蒸发器部分更高的温度。在储热的初始部分期间，活性物质为液相、且其在反应器部分I中的储存器12中被保留呈液相。由于调整了在储存器12和活性表面14中的材料从而使得在层中的毛细力并不像在活性表面的导热材料中的毛细力或润湿力那样强，则液相可逐渐地被馈送出来、且在活性表面(即，在导热壁材料的内自由表面)上散布。由于导热材料的活性表面的性质，呈液相的活性物质被馈送出来且在导热壁材料的表面上分布。最终，毛细系统在活性表面中由活性物质的液相饱和，由此所述活性物质的液相中的液体可从活性表面蒸发、且行进到冷凝器/蒸发器部分3。由此，活性物质在活性表面上和活性表面中被形成或多或或少固体。当从活性物质蒸发液体时，新液液相可由毛细力从储存器泵送到活性表面、且在导热壁材料之上被泵送出来。因而，向导热壁材料的表面进行连续的液相馈送。在冷凝器/蒸发器部分3中，当蒸发的液体与由第二外部介质6冷却的壁11的导热壁材料的自由区域15的表面相接触时，同时冷凝了所蒸发的液体。液体通过毛细泵送到基质13内、且由此更多的蒸气可持续地被冷凝且该过程可继续。经冷凝的液体可被泵送到基质内，即使毛细力并不像活性表面的毛细力或润湿力那样强，因为在活性表面中的毛细系统变得饱和、且不能保留更多液体，由此液体在活性表面上流动且能被吸入到基质的毛细系统内。在本化学热泵释热的开始时，活性物质最通常地是主要在反应器部分I中的活性表面14上为其固相，且液体保留在冷凝器/蒸发器部分3中的基质3中。反应器部分和冷凝器/蒸发器部分的外部加热和/或外部冷却停止，且能(若需要或者若关于具体应用领域而言是合适的)分别被外部冷却和/或外部加热替换。根据上文的描述，在冷凝器/蒸发器部分中通过毛细力将液体从基质13泵送出来、且在导热材料的表面的自由区域15上散开，因为这些表面具有活性的表面。在活性表面上的液体被蒸发，且部分地转移到反应器部分I。这个过程持续地发生，因为当液体被蒸发时，新液体在导热材料的表面上被泵送出来。当液体的气相到达反应器部分I时，且当其与导热壁9的内表面接触时，其发生冷凝。在内表面14上的活性物质吸收液体且转变为其液相，由此，只要存在着多余的液相，则液相通过毛细力而在导热壁的内侧的表面上分布、且最终由毛细力泵送到储存器12内，从而使得在储存器中的毛细力能作用于该液体。由此，来自冷凝器/蒸发器部分3的更多的气体能持续地被冷凝，且由活性物质吸收。
在一个实施例中，反应器部分和/或冷凝器/蒸发器部分布置于一种常规的板式热交换器中。在一个实施例中，在叉流式(cross flow)热交换器中，参看图3。在这样一种板式热交换器中，存在着波纹导热壁21，波纹导热壁21彼此紧邻布置，且不同的表面彼此紧密接触。在导热壁21之间，设有第一平行通道22，其中，可存在和输送外部介质4、6。在导热壁21之间还设有第二平行通道23。这些第二通道23是在化学热泵中分别用于反应器和冷凝器/蒸发器的空间，第二通道23如图所示可基本上垂直于第一通道布置。每个这样的第二通道23中，其如上文所述构成一种用于化学热泵中的反应器或冷凝器/蒸发器的空间，可布置基质材料的条带或圆盘24。条带或圆盘被布置成使得其在通道中在相对置的壁之间延伸，例如在该通道中居于中心。在图3中所示类型的热交换器单元中的第二通道23能以合适方式连接到类似热交换器中的第二通道，从而使得在第一热交换器中的第二通道形成了用于化学热泵中反应器部分的空间、且在第二热交换器中的第二通道形成了用于冷凝器/蒸发器部分的空间。第一通道22可例如大致被设计为普通管道，而第二通道23如图所示可具有透镜形状截面。壁21基本上是水平的，那么第二通道的截面具有向下的弯曲底部和向上的弯曲 上部。基质材料的条带或圆盘24可如图所示在通道的弯曲底表面与弯曲上部之间延伸。因而，反应器部分I和冷凝器/蒸发器部分二者的导热壁可为弯曲的。在第二通道23底部处的这样一种弯曲形状可便利于在壁21的表面上输送液体，从而使得当存在剩余液体时，其将会聚集在通道的底部中且由基质材料24吸收。如上文所述包括一种活性表面和一种层的化学热泵的应用领域包括但不限于其中可持续利用热能的所有过程。特别地，化学热泵可用于能量不必长期储存的情况、但可用于必须分别利用和递送大量能量的情况。这样的示例包括但不限于更高效使用普通的油、木材或气体加热器。在一个实施例中，加热器能持续向化学热泵递送热量，且仅需要储存大约20-30分钟的能量。如果所描述的化学热泵与现有加热器一起使用，在一个实施例中可从加热器回收两倍之多的能量，由此在一个实施例中，大约3/4为热且大约1/4为冷却。另一示例为车辆的空调，其中，来自内燃机的持续过量热可转变为冷却。在一个实施例中，这可减小用于公共汽车的5-25%的燃料消耗。另一示例中，从内燃机发电，因为在一个实施例中被冷却的过量热构成了燃料消耗的约70%。在一个实施例中，通过使用所描述的技术，利用包括活性表面和储存器的化学热泵，超过一半的这样的能量可转换为热或冷却。通过阅读描述和示例，本发明的其它特点和用途及其相关联的优点将会对于本领域技术人员显而易见。应了解本发明并不限于此处所示的特定实施例。提供下文的示例用于说明目的且预期并不限制本发明的范围，因为本发明的范围仅受到所附权利要求和其等效物限制。
权利要求
1.一种化学热泵，其包括活性物质和挥发性液体，所述挥发性液体适于在第一温度由所述活性物质吸收、且所述挥发性液体适于在更高的第二温度由所述活性物质解吸，由此在所述第一温度所述活性物质具有固相，从固相，所述活性物质在吸入挥发性液体和其气相期间立即部分地转变为液相或是液相；且由此在更高的第二温度所述活性物质具有液相或者呈其液相，从液相，活性物质在解吸所述挥发性液体，特别是挥发性液体的气相期间，立即部分地转变为固相，其中所述化学热泵包括 反应器部分(I)，其包括活性物质，由此所述反应器部分(I)适于通过界定且导热壁(9，11)进行热交换而与外部介质(4)进行热交换， 冷凝器/蒸发器部分(3)，其包括所述挥发性液体的部分，所述冷凝器/蒸发器部分(3)适于通过界定且导热壁(9，11)进行热交换而与外部介质(6)进行热交换，以及 用于所述挥发性液体的气相的通路(2)，所述通路使得所述反应器部分(I)与所述冷凝器/蒸发器部分(3)彼此连接， 由此，(i)所述反应器部分(I)与(ii)所述冷凝器/蒸发器部分(3)中的至少一个包括层(12，13，16)， 由此，若层(12，16)存在于所述反应器部分(I)中，层(12，16)适于保留至少呈其液相的活性物质或其液相，以及 由此，若层(13，16)存在于所述冷凝器/蒸发器部分(3)中，层(13，16)适于保留呈其液相的挥发性液体， 其特征在于 所述层(12，13，16)布置成主体、且具有与所述导热壁(9，11)中的一个或多个的表面抵对着的有限的接触表面，从而使得导热壁(9，11)的表面的自由区域(14，15)在所述接触表面之间， 籲所述导热壁(9，11)的所述表面的所述自由区域(14，15)适于分别在呈其液相的活性物质和呈其液相的挥发性液体上施加净吸引力，且这种净吸引力分别关于由所述层(12，13，16)施加在呈其液相的活性物质上和呈其液相的所述挥发性液体上的净吸引力来加以调整。
2.根据权利要求I所述的化学热泵，其特征在于，所述层(12，13，16)包括基质，且其中所述基质包括多孔材料，所述多孔材料对于所述挥发性液体的气相而言是可渗透的。
3.根据权利要求I至2中任一项所述的化学热泵，其中，由所述导热壁(9，11)的所述表面的所述自由区域(14，15)施加的所述净吸引力包括毛细力。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的化学热泵，其中，所述层(12，13，16)包括关于呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体分别已调整毛细性质的材料。
5.根据权利要求至I至4中任一项所述的化学热泵，其中，所述层(12，13，16)包括关于呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体分别已调整润湿性质的表面。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的化学热泵，其中，调整由所述导热壁(9，11)的所述表面的所述自由区域(14，15)施加的所述净吸引力，从而使得由所述导热壁(9，11)分别施加在呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体上的净吸引力高于由所述层(12，13，16)分别施加在呈液相的活性物质和呈液相的挥发性液体上的净吸引力。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的化学热泵，其中，所述有限接触表面构成所述导热壁(9，11)面积的最多10%，优选地最多5%。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的化学热泵，其中，所述基质的主体设计为带通孔的平行圆盘，且所述圆盘的外表面与所述导热壁的表面接触。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的化学热泵，其中，所述基质主体布置为主体，其在板式热交换器中的平行通道(22)中的相对置的壁之间延伸，由此在所述板式热交换器中的其它平行通道(23)包括载热介质。
全文摘要
化学热泵包括活性表面。化学热泵利用活性物质与挥发性液体根据混合原理而工作，由此，活性物质处于反应器部分1中、而挥发性液体处于冷凝器/蒸发器部分3中，而同时挥发性液体在这些部件1、3之间移动以由活性物质吸收和解吸、且在冷凝器/蒸发器部分中冷凝和蒸发。反应器部分可包括用于活性物质的层12，从而使得至少呈液相的活性物质保留在该层中；且冷凝器/蒸发器部分可包括用于挥发性液体的层13，从而使得呈液相的挥发性液体保留在该层中。在化学热泵中，降膜过程的优点与基质材料的优点相组合。
文档编号F25B17/08GK102893104SQ201180020019
公开日2013年1月23日 申请日期2011年4月18日 优先权日2010年4月21日
发明者G.博林 申请人:克莱美特韦尔公司