专利名称：固体吸收剂的沸腾－吸收器及其制造方法和使用它的制冷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装有用于制冷的固体活性材料的部件的制造方法，以及这样制造的部件和包含至少一个该部件的制冷装置。
人们知道很多基于固体活性材料(如金属盐)和气体(如氨气)的反应的制冷系统，或是基于释放事先吸附和/或吸收在固体材料(如活性炭、活性炭纤维、沸石、膨胀石墨等)中的气体(如二氧化碳或氨气等)。
在这些系统的实例中，固体活性材料一般放在金属容器或空腔内，它们多少有些被压紧，金属容器用导管与系统的其它部件连接。在工作的时候，由固体活性材料产生的负大卡首先传递到容器，然后传递到由装在容器上的热交换器(如金属翼片)要冷却的流体(如空气)。这种结构从热力学的角度看效率是很低的，这是由于容器和装在里面的固体活性材料之间的接触面不大，使得负大卡从活性材料向容器的传递非常不好。因此需要性能改善的装制冷固体活性材料的部件。
本发明的目的就是要提供一种制造改进的部件的方法。
本发明的基本设计思想是直接在活性材料外面成形一个容器，而不是先形成容器，再在里面填充活性材料。
更确切地说，本发明涉及一种部件的制造方法，该部件有一个抗压容器，容器上至少有一个连接开口，活性材料装在该容器中。该方法的特征为直接在已经做成一定形状的活性材料外面使容器成形，该容器用导热系数大于18W/m·K的材料制成。
容器可以用各种工艺制成，例如压制方法，但是最好用纤维缠绕技术。
纤维缠绕技术是大家熟知的，20多年前美国宇航局开发了该技术。该技术已经广泛用于制造诸如潜水用的压缩空气瓶及管子这类构件。该技术是在芯轴式的模子上缠绕连续的纤维或带子，它们可以是玻璃纤维、碳纤维、树脂纤维、陶瓷纤维或金属纤维，这些纤维上均预浸了粘结剂，粘结剂是可固化的B状态树脂，例如聚酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、硅酮树脂或苯酚树脂，当缠绕完成之后使树脂固化，以形成所需的构件。作为一种变化，纤维可以在缠绕到模子前瞬间涂上可固化树脂，也可以缠绕干纤维，然后在压力下使树脂胶渗入纤维。另一种变化是使用热固型塑料树脂，用于制造要承受压力和热的构件。缠绕可以是环形、子午线形或螺旋线形的，也可以是这些类型的组合。
在公开的文献中有许多论文和专利涉及纤维缠绕技术，在市场上已有很多机器和材料，因此不必在这里对该技术作详细介绍。
不管怎样，为达到本发明的目的，可选择一对纤维/粘结剂，以便制成具有良好导热系数的复合材料，其导热系数大于18W/m·K，该数值近似于钢的导热系数。
为了达到这个目的，可以利用例如碳纤维或金属纤维，但最好用碳纤维，在粘结树脂中掺入金属粒子或金属片，例如铝，也可以是碳或石墨。人们倾向于使用全碳的粘结剂。
如前面所说的，本发明的一个特殊创新点是直接在预先成型的固体活性材料本体上成型容器。如容器是用纤维缠绕的技术制造的，该预先成型的本体在纤维缠绕中起芯轴的作用。
预先成型的本体可以用任何用于制冷的固体活性材料或吸收材料制成。固体吸收材料可以是膨胀石墨、活性炭、活性炭纤维、沸石等等。固体活性材料是金属卤化物，如氯化钡、氯化锰、氯化镊和氯化钙；或者是碳酸盐、金属的硫酸盐或硝酸盐、氧化物等等，它们单独或混合地处于例如膨胀石墨等活性材料中，可以是压紧的，也可以不压紧。
这些活性材料可以吸收气体或蒸气，或者与它们发生反应，这些气体或蒸气可以是氨气、胺、甲醇、二氧化碳、二氧化硫或三氧化硫等等。
另外，一些活性材料和制冷系统的实例可以在文献FR-A-2626496、FR-A-2642509、EP-A1-0129473、WO-A-91/15292中找到。
显然，活性材料本体必须有足够的粘附力，以便承受缠绕时的压力。有许多粘结剂可以用于这个目的，但是人们发现在EP-A-0129473中介绍的压紧膨胀石墨非常好，它还有助于活性材料与气体的反应。
由于在成型的活性材料本体上缠绕纤维，通常是使纤维有一定的张力，因而这样得到的纤维容器对于本体上施加了不可忽略的压力，因而也保证了容器内表面和其中的活性材料之间有良好的物理和热接触。
本发明还涉及用本发明方法制造的部件，特别地，该部件的容器为具有良好导热性的纤维缠绕结构，最好是碳纤维缠绕结构，各纤维圈用构成纤维基体的导热粘结剂粘结起来，构成导热系数大于18W/m·K的复合材料。
本发明的部件还可以具有附加构件。为了改善与要冷却气体的导热性能，在部件容器的外表面上可以有大表面积的和良好导热性材料的换热构件，例如翼片，以及环绕换热构件的周边绝热外套。这些换热构件、外套和容器外壁构成一个或多个要冷却流体的通道。这些构件、例如翼片可以固定在容器上，它们在粘结剂固化之前连接在缠绕纤维结构上，以便得到一体的部件/构件组合。
如果需要，周边绝缘外套也可以用纤维缠绕的方法制成，或者可以单独制造，然后装在热交换构件的周围。
同样，部件中可以有埋在活性材料中的多孔或有孔的扩散装置，以利于气体在活性材料中循环。
最后，部件上还可以设有加热装置，例如加热电阻，以便在制冷过程之后，重新活化部件。
值得指出，也可以用外部加热装置活化部件，例如在部件周围通过热流体(气体或液体)。
本发明的具有复合材料容器的部件比具有不锈钢容器的类似部件轻许多，对于容器来说，重量减轻的比值可以达到4。
通过下面结合附图的说明将能够更好地理解本发明。
附图中-
图1a为本发明第一种部件的轴向剖视图；-图1b为第一种部件的沿图1a中Ib-Ib的横向剖视图；-图2为本发明第二种部件的轴向剖视图；-图3为具有本发明部件的制冷装置的正面示意图，构成该装置壳体的两个半壳中的一个被取下；-图4为该装置的局部横向剖视图。
图1a和1b示出本发明部件的第一个实例。该部件有一个由活性材料构成的本体1和一个容器2，容器2的成型是将预浸过可固化碳基粘结剂的碳纤维缠绕在本体上，然后使网状的粘结剂固化。容器2的壁厚必须足以承受工作时的压力，根据工作情况，该压力将达到数十巴。容器上有一个带螺纹的开口3，可以拧上一个接头4，以便通过导管5与制冷装置的其它部件连接。容器在其壁厚内装有可选的加热电阻6。一个管状的带开口扩散器7最好埋在活性材料1中，以便于气体从开口到达最远的活性材料。部件上还有一些纵向的碳纤维的翼片8，垂直地固定在容器的外表面上，一个绝缘材料(如塑料)制成的圆柱形外套9包在翼片的外面。壳体的外表面、外套9和翼片8构成通道10，用于通过要冷却的流体。活性材料1可以是任意一种可以用于制冷的活性材料。
图2示出与图1类似的部件，只是加热电阻不是装在容器壁中，而是一个加热棒，轴向插在活性材料本体中。
图3和图4示出一个便携式空调装置，用于连接在如连衣裤或上衣上，以便在热的环境中穿着，调节温度。
该装置有两个本发明的部件，一个冷部件11和一个热部件12。冷部件中填充着膨化石墨和氯化钡的混合物，事先使氯化钡与氨气反应，生成BaCl2·8NH3，在压力下呈固态稳定地存于容器中。当压力减弱时，该化合物将吸热分解为BaCl2和NH3(气态)。
热部件12中的压力低于部件11中的压力，它里面填充着膨化石墨和氯化锰的混合物，部件12和部件11连接起来时，氯化锰能够与部件11释放的氨气进行放热反应。
部件11和12的结构与图2中的部件类似，而部件12的尺寸大于部件11的尺寸，MnCl2反应时吸收NH3的能力低于BaCl2。
部件11和部件12可以通过一根导管13和装在导管上的阀14连接起来。一根装有单向阀17的导管16构成阀14的支路。
部件11和12均装在塑料壳体18中，壳体18可以是由两部分组成的可拆卸式。该壳体有一个可循环空气的入口19，入口空气较热，来自可调温度的服装(未示出)，循环空气首先通过填充有干燥剂(例如硅胶)的管道20，通过第一鼓风装置21并进入部件11的换热通道10，在这里它们被冷却，然后通过出口22进入要冷却的衣服。壳体上还有一个环境空气的进口23。从进口23来的环境空气由第二鼓风机24吸入部件12的换热通道10，以便冷却该部件，然后通过出口25进入大气。壳体上还有环境空气的第二进口26，进口上可以有核-生物-化学过滤器27，以及第三鼓风机28。通过进口26被鼓风机28吸入的空气将在空气循环过程中与循环气流混合，用于补偿在衣服中损失的调节空气。调节空气的压力保持高于大气压力。
装置上还有一个通常是关闭的放气阀29，其一端通过导管30连接在导管13上，另一端通向大气。最后，装置上还有一个电池31，以便向各个鼓风机供电，为了显示清楚起见，连接电池与鼓风机的电路没有示出。
为了制冷，假设部件11在压力下充满了BaCl2·8NH3，打开阀14，使部件11与部件12连通，并通过调整该阀来调节氨的流量，因而也就是调节部件11的制冷量。
释放出来的氨与部件12中的氯化锰进行放热反应，这里需要用从进口23来的环境空气对部件12进行冷却。
当部件11被放空，可以通过将部件12中的加热电阻6′与一个电源连接，加热部件12。阀14和15事先关闭，制冷过程中与氯化锰结合的氨被分解出来，进入通道13，通过阀17进入通道16，通向部件11，在部件11中氨与氯化钡再结合。这样，部件11又可以再次使用了。
放气阀29用于在需要维修系统及排空部件时使用。
本发明的装置很紧凑，可以容易地放在一个背包中。
权利要求
1.一种部件的制造方法，该部件有一个抗压容器，上面至少有一个连接开口，容器中填充着活性固体材料，其特征为直接在已成型的活性材料块上使容器成型，容器用导热系数大于18W/m·K的材料制成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征为容器用纤维缠绕的方法制成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征为缠绕的是碳纤维。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征为用构成基体的碳粘结剂粘结所有的碳纤维圈。
5.具有制冷用活性固体材料块的部件，它有一个配有连接装置并用于装入所述材料块的抗压容器，其特征为该容器用纤维缠绕的方法制成，各纤维圈用构成纤维基体的导热粘结剂粘结起来，以构成导热系数大于18W/m·K的复合材料。
6.根据权利要求5所述的部件，其特征为缠绕的纤维是碳纤维。
7.根据权利要求5或6所述的部件，其特征为粘结剂为碳粘结剂。
8.根据权利要求5、6和7中任一条所述的部件，其特征为部件的容器外表面上还有换热构件。
9.根据权利要求8所述的部件，其特征为所述构件是翼片。
10.根据权利要求8或9所述的部件，其特征为在换热构件周围包着绝热的外套。
11.根据权利要求5至10中任一条所述的部件，其特征为它还有加热电阻。
12.根据权利要求5至11中任一条所述的部件，其特征为在固体活性材料中埋有多孔或穿有孔的扩散装置。
13.一种制冷装置，其特征为它有至少一个根据权利要求5至12之一所述的部件。
全文摘要
一种部件的制造方法,该部件有一个抗压容器(1),上面至少有一个连接开口(3),容器中填充活性固体材料(1),其特征为:直接在已成型的活性材料本体(1)上使容器(2)成型,容器(2)用导热系数大于18W/m·k的材料制成。这样制成的部件特别用于服装上用的便携式空调装置。
文档编号F25B17/08GK1190457SQ96195339
公开日1998年8月12日 申请日期1996年7月5日 优先权日1995年7月7日
发明者菲利普·博那, 迪迪尔·克劳德·J·F·海因罗 申请人:保罗布瓦耶制衣有限公司