用于吸附式制冷和加熱應(yīng)用的碳單塊的制作方法
【專利摘要】描述了一種在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用的吸附組件。吸附組件包括吸附物件的陣列，其中至少一個吸附物件以以下相容布置(i)至(iii)中的至少一種進行布置：(i)沿相應(yīng)接觸物件的配合接合表面與至少一個其他吸附物件接觸，其中接觸物件被配置為形成有穿過該接觸物件或在該接觸物件的外周部處的連通氣流通路；(ii)處于管中，該管包括與容納至少一個吸附物件的另一個管的互補配合接合表面接觸的至少一個配合接合表面；以及(iii)與可變形箔構(gòu)件接觸，該可變形箔構(gòu)件與至少一個其他吸附物件和/或傳熱構(gòu)件接觸。
【專利說明】
用于吸附式制冷和加熱應(yīng)用的碳單塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開內(nèi)容涉及在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用的吸附組件。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用碳吸附劑用于吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)時，期望利用呈現(xiàn)出高密度、高熱導(dǎo)率和高氣體滲透率以及對熱交換流體(例如，制冷氣體，諸如氨(NH3)、水(H2O)或氮(N2))呈現(xiàn)出高體積容量的碳材料。
[0003]2013年9月24日授權(quán)的美國專利8，539，781描述了吸附結(jié)構(gòu)，該吸附結(jié)構(gòu)包括與下述(一個或多個)多孔構(gòu)件接觸的吸附劑，上述多孔構(gòu)件被布置為使制冷氣體能夠進入和離開吸附劑，其中(一個或多個)導(dǎo)熱構(gòu)件可以在基于吸附劑的加熱和/或冷卻系統(tǒng)中被布置為與吸附劑接觸，以在吸附劑和傳熱流體之間傳遞熱。
[0004]有利的是，提供新吸附結(jié)構(gòu)，這樣的新吸附結(jié)構(gòu)適于吸附式加熱和/或冷卻，并且不需要存在與吸附劑接觸的多孔構(gòu)件。
[0005]吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中的另一個問題涉及在系統(tǒng)運行時需要實現(xiàn)將熱有效地傳遞至吸附劑和有效地傳遞來自吸附劑的熱。當(dāng)在吸附系統(tǒng)中所采用的吸附物件(adsorbent article)未達到用以實現(xiàn)去往和來自吸附劑的熱的良好傳導(dǎo)性傳遞所需的與熱交換構(gòu)件的接觸水平的情況下，該需要受到這樣的物件的可變性和尺寸公差的不利影響。因此有利的是，提供下述吸附結(jié)構(gòu)，所述吸附結(jié)構(gòu)解決了吸附物件與在其中布置有該吸附物件的金屬殼體或殼之間的傳熱接觸的這樣的缺陷，并且有用地適應(yīng)了吸附物件由于其制造所引起的尺寸可變性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開內(nèi)容涉及在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用的吸附組件。
[0007]在一個方面，本公開內(nèi)容涉及在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用的吸附組件，這樣的吸附組件包括:
[0008]吸附物件的陣列，其中至少一個吸附物件以以下相容布置(i)至(iii)中的至少一種進行布置:
[0009]( i)沿相應(yīng)接觸物件的配合接合表面與至少一個其他吸附物件接觸，其中接觸物件被配置為形成有穿過該接觸物件或在該接觸物件的外周部處的連通氣流通路；
[0010](ii)處于管中，該管包括與容納至少一個吸附物件的另一個管的互補配合接合表面接觸的至少一個配合接合表面，例如平坦表面；以及
[0011](iii)與可變形箔構(gòu)件接觸，該可變形箔構(gòu)件與至少一個其他吸附物件和/或傳熱構(gòu)件接觸。
[0012]根據(jù)接下來的說明和所附權(quán)利要求，本公開內(nèi)容的其他方面、特征和實施例將更加完全地顯現(xiàn)。
【附圖說明】
[0013]圖1為布置在吸附式加熱和/或冷卻組件中的本公開內(nèi)容的吸附組件在其一種實現(xiàn)中的示意圖。
[0014]圖2為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例的說明性吸附物件的俯視圖，該吸附物件限定了在其邊緣部具有外周內(nèi)縮部(involut1n)的盤或圓盤構(gòu)造。
[0015]圖3為盤形吸附物件的半部段的立體圖，該半部段具有界定中心孔開口的上環(huán)形表面。
[0016]圖4為圖3的吸附物件半部段的正立面視圖。
[0017]圖5為包括圖3和圖4中所示類型的配合半部段的盤形吸附物件的透視圖。
[0018]圖6為根據(jù)另一實施例的吸附物件的側(cè)立面視圖，特點在于具有斜邊緣和外周槽
□ O
[0019]圖7為根據(jù)又一實施例的吸附物件的側(cè)立面視圖，特點在于具有下斜邊緣和外周槽口。
[0020]圖8為包括吸附物件的堆疊體的吸附組件的立面視圖，每個吸附物件為圖6所示的類型，其中外周槽口或切口相對于彼此周向地偏移。
[0021]圖9為包括圖7所示類型的吸附物件的堆疊體的吸附組件的立面視圖，該吸附物件具有僅下部斜面，并且其中連續(xù)吸附物件的槽口或切口相對于彼此偏移，以提供延伸的可吸附氣流路徑。
[0022]圖10至圖18描繪了可以在本公開內(nèi)容的特定應(yīng)用中有用地采用的另外形式的吸附物件。
[0023]圖19為根據(jù)本公開內(nèi)容的另一實施例的說明性管中管加熱和/或冷卻組件的截視圖。
[0024]圖20示出了三角形截面管的六方結(jié)構(gòu)陣列，在該三角形截面管的內(nèi)部容積中布置有合適的吸附材料，特別是顆粒形式或單塊形式的吸附材料，該陣列可以布置在限定內(nèi)部容積的封閉件中(如管中管結(jié)構(gòu))。
[0025]圖21為包括封閉件的管中管結(jié)構(gòu)的俯視圖，該封閉件中布置有方形截面內(nèi)部管，每個方形截面內(nèi)部管填充有吸附介質(zhì)。
[0026]圖22為包括封閉件的管中管結(jié)構(gòu)的俯視圖，該封閉件中布置有六邊形內(nèi)部管的陣列，其中六邊形內(nèi)部管中的每一個限定填充有吸附材料的內(nèi)部容積。
[0027]圖23為包括六邊形截面封閉件的管中管結(jié)構(gòu)的俯視圖，在該六邊形截面封閉件中布置有三角形截面管的陣列，每個三角形截面管容納有吸附介質(zhì)。
[0028]圖24示出了各種各樣的具有不同的幾何圖形和構(gòu)造的吸附物件。
[0029]圖25示出了圓扇形吸附物件。
[0030]圖26示出了其上具有頂部外周斜面的圓扇形吸附物件。
[0031]圖27示出了其中具有外周邊緣柱形槽口的圓扇形吸附物件。
[0032]圖28示出了具有經(jīng)截頂?shù)倪吘壉砻娴膱A扇形吸附物件。
[0033]圖29示出了具有經(jīng)截頂?shù)膬?nèi)表面的圓扇形吸附物件。
[0034]圖30為容納在外部柱形封閉件中的、包括圓扇形管的陣列的吸附組件的俯視圖，該圓扇形管內(nèi)布置有吸附劑。
[0035]圖31為圖30的組件中所采用類型的、容納有吸附劑的內(nèi)管的俯視圖。
[0036]圖32示出了一組容納有吸附劑的內(nèi)管。
[0037]圖33至圖35示出了具有容器構(gòu)造的說明性可變形箔構(gòu)件，其中向外且向上散開的起皺側(cè)壁在其下端接合至容器的基底或底部結(jié)構(gòu)。
[0038]圖36和圖37示出了其中在容器的底部具有中心切削開口的可變形箔構(gòu)件，提供了相鄰吸附物件在這樣的開口處的抵靠接觸。
[0039]圖38為吸附物件的堆疊體的立面視圖，每個吸附物件具有圖7所示的構(gòu)造，并且特點在于具有偏移的外周槽口和下部斜面。
[0040]圖39為包括吸附圓盤的豎直堆疊陣列的吸附組件的以截面示出的立面視圖，其中可變形箔杯介于堆疊體中各個連續(xù)圓盤之間并且容納在柱形管中。
[0041]圖40為吸附物件的堆疊體的立面視圖，每個吸附物件的特點在于具有下部斜面并且置于可變形箔杯上，該可變形箔杯在其底部元件中具有開口。
[0042]圖41為布置在與上蓋和下蓋一起限定封閉的內(nèi)部容積的柱形管中的、包括柱形吸附盤的堆疊體的吸附組件的立面截視圖，其中該堆疊體中每個盤定位在可變形箔杯上，該可變形箔杯具有底部開口以使得傳熱流體能夠在相鄰盤之間流動。
【具體實施方式】
[0043]本公開內(nèi)容涉及在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用的吸附組件。
[0044]采用本公開內(nèi)容的吸附組件的吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)可以為任何合適的類型。吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)可以例如被實施為下述制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括制冷容器，該制冷容器具有與其相關(guān)聯(lián)的蒸發(fā)器，其中本公開內(nèi)容的吸附組件被布置用于吸附和脫附可逆吸附氣體(諸如氨(NH3)、水/蒸汽(H2O)或氮氣(N2))或其他合適的可逆吸附流體。吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)在其他應(yīng)用中可以包括太陽能收集器或其他熱源，這樣的其他熱源諸如為廢熱供應(yīng)、電熱源、氣體燃燒熱源(諸如天然氣或丙烷加熱單元)、地?zé)釤嵩椿蛉魏纹渌诨谖降募訜岷?或冷卻系統(tǒng)中有用的一個或多個熱源，并且可以另外包括與本公開內(nèi)容的一個或多個吸附組件一起布置在運行系統(tǒng)中以促進加熱和/或冷卻循環(huán)的吸著發(fā)生器、冷凝器以及任何其他合適的裝置和部件等。加熱和/或冷卻系統(tǒng)可以利用任何合適類型的傳熱流體和適當(dāng)?shù)妮o助設(shè)備，以促進系統(tǒng)內(nèi)的熱交換。
[0045]如文中所使用的，術(shù)語“可吸附氣體”是指可逆吸附氣體，在采用本公開內(nèi)容的吸附組件的加熱和/或冷卻系統(tǒng)的運行中，該可逆吸附氣體與吸附劑接觸以用于吸附到該吸附劑上，并且在脫附期間，從該吸附劑釋放先前吸附的氣體。術(shù)語“氣體”在這樣的上下文中意在被寬泛地解釋為包括任何合適的流體。
[0046]如文中所使用的，術(shù)語“傳熱流體”是指下述流體:該流體用于將由可吸附氣體的吸附或脫附所產(chǎn)生的加熱或冷卻轉(zhuǎn)移(translate)至在其中采用吸附組件的加熱和/或冷卻系統(tǒng)的其余部分。例如，這樣的流體可以包括水或乙二醇溶液，或者用于在其中采用吸附組件的特定系統(tǒng)的其他適當(dāng)類型的流體介質(zhì)。
[0047]如本文所使用的，術(shù)語“管”是指封閉內(nèi)部容積的伸長通路構(gòu)件。在本公開內(nèi)容的各實施例中，如下文中更加徹底描述的，管可以設(shè)置有配合接合表面，諸如平坦表面，從而使多個這樣的管能夠彼此緊密堆集成或彼此嵌套成其中各個管彼此方向性地對齊的陣列。因此，除了任何配合接合表面(例如管的表示截面形狀的平面部的平坦表面部)之外，管還可以具有任何合適的形狀、大小和構(gòu)造，使得吸附劑能夠在布置于管中時對吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中的可逆吸附氣體進行吸附和脫附。例如，管可以具有三角形、扇形、方形、矩形、五邊形、六邊形、八邊形或其他多邊形的截面，或者管可以包括具有脊形平坦表面的弧形圓周(諸如，其他情況下具有脊形平坦表面的圓截面)，以促進對齊陣列中相鄰管之間的緊密堆集和/或傳導(dǎo)性傳熱關(guān)系。此外，這樣的形狀可以在幾何上規(guī)則或不規(guī)則，并且如果在幾何上規(guī)則，則可以包括這樣的形狀的經(jīng)截頂部分，其中經(jīng)截頂?shù)倪吘墳槠教贡砻婊蚓哂衅渌砻鏄?gòu)造。下文中結(jié)合吸附組件的各種管中管實施例說明性地描述了多種管截面形狀。
[0048]如本文所使用的，術(shù)語“件密度(piecedensity)”是指通過下述方式確定的吸附物件(“件”)的密度:測量該物件的截面面積，將這樣的截面面積乘以該物件的高度(物件的截面面積X物件的高度)以產(chǎn)生件體積，以及將該吸附物件的質(zhì)量除以件體積以產(chǎn)生該吸附物件的件密度。
[0049]本公開內(nèi)容在一個方面涉及一種在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用的吸附組件，這樣的吸附組件包括:
[0050]吸附物件的陣列，其中至少一個吸附物件以以下相容布置(i)至(iii)中的至少一種進行布置:
[0051](i)沿相應(yīng)接觸物件的配合接合表面與至少一個其他吸附物件接觸，其中上述接觸物件被配置為形成有穿過該接觸物件或在該接觸物件的外周部處的連通氣流通路；
[0052](ii)處于管中，該管包括與容納至少一個吸附物件的另一個管的互補配合接合表面接觸的至少一個配合接合表面，例如平坦表面；以及
[0053](iii)與可變形箔構(gòu)件接觸，該可變形箔構(gòu)件與至少一個其他吸附物件和/或傳熱構(gòu)件接觸。傳熱構(gòu)件可以具有任何合適的類型，并且可以例如包括在其中布置有吸附組件的器皿或容器的結(jié)構(gòu)件。
[0054]吸附物件可以包括任何合適的吸附劑，例如，碳吸附劑、活性碳吸附劑或其他吸附介質(zhì)(諸如為二氧化硅、氧化鋁、硅鋁酸鹽或其它沸石吸附劑)、吸附性粘土、大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑、金屬有機框架(MOF)等。當(dāng)使用碳吸附劑作為吸附組件中的吸附劑時，具體實施例中的碳吸附劑可以包括選自由以下組成的組中的樹脂的碳熱裂解物:聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、PVDC-聚丙烯酸甲酯(PVDC-PMA)、PVDF-聚丙烯酸甲酯(PVDF-PMA)、聚偏二氯乙烯-聚氯乙烯(PVDC-PVC)共聚物、聚偏二氟乙烯-聚氯乙烯(PVDF-PVC)共聚物、聚糠醇(PFA)、聚苯乙烯、酚醛樹脂、糖、木質(zhì)素、纖維素和易于形成為期望的形狀或構(gòu)造并通過熱解進行處理以提供合適的吸附劑的其他碳前驅(qū)體。
[0055]在各實施例中，碳吸附劑可以具有以下特性中的一個或多個:
[0056](i)從600至1500kg m—3的范圍內(nèi)的件密度；
[0057](i i)從0.6至6.0Wm—1IT1的范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率；
[0058](iii)在313°K，限制氨的濃度為在從0.18至0.6kg.kg—1碳的范圍內(nèi)；
[0059](iv)從5x10—16至1.2x10—13m2的范圍內(nèi)的徑向滲透率；
[0060](V)從900至1200J kg—1IT1的范圍內(nèi)的比熱；以及[0061 ] (￥；0從0.5至50111]1范圍內(nèi)的平均孔徑。
[0062]在其他實施例中，碳吸附劑可以具有以下特性:(a)在25°C和650托的壓力下，對氨測量的填充密度為大于180克/每升吸附劑；以及(b)從大約0.60克每立方厘米至大約2.0克每立方厘米的體積密度(堆積密度,bulk density)。
[0063]在各實施例中，吸附組件可以包括對在使用吸附組件的吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中被采用為可吸附氣體的氨具有吸著親和力的吸附劑?？梢岳眠m合于對其他吸附式加熱和/或冷卻流體進行可逆吸附的吸附劑，并且在本公開內(nèi)容的通常實踐中可以采用多種多樣這樣的流體。
[0064]在一些實施例中，吸附物件的陣列可以包括盤形吸附圓盤的堆疊體，盤形吸附圓盤中的每一個可以具有一個或多個穿過其的開口，并且其中該堆疊體中的圓盤的對應(yīng)開口彼此對齊以形成連通氣流通路。開口可以位于吸附物件上的任何地方，并且可以例如為中心開口、外周區(qū)域開口或者在吸附物件的中心區(qū)域與邊緣之間的中間區(qū)域中的開口。
[0065]在各實施例中，堆疊體中的圓盤的外邊緣表面可以與傳熱構(gòu)件(例如在其中使用吸附組件的殼體的內(nèi)表面)接觸。
[0066]在其他實施例中，吸附物件的陣列可以包括盤形吸附圓盤的堆疊體，盤形吸附圓盤中的每一個可以具有外周槽口。在這樣的布置中，堆疊體中的盤形吸附圓盤的外周槽口可以彼此對齊以形成連通氣流通路?？商娲?，堆疊體中連續(xù)的盤形吸附圓盤的外周槽口可以相對于彼此周向地偏移。在又一其他實施例中，堆疊體中一些連續(xù)的盤形吸附圓盤相對于彼此周向地偏移，并且堆疊體中所述連續(xù)的盤形吸附圓盤的其他圓盤彼此對齊。
[0067]在各實施例中，吸附物件中的至少一些可以為盤形，并且可以包括下述半部段，所述半部段沿它們的直徑表面彼此抵靠地配合。
[0068]在又一其他實施例中，本公開內(nèi)容的吸附組件可以配置有至少一個包括斜邊緣表面的吸附物件。
[0069]在其他實現(xiàn)中，吸附組件中的至少一個吸附物件包括外周槽口。
[°07°]在又一其他實現(xiàn)中，至少一個吸附物件具有選自由三角形構(gòu)造、圓扇形構(gòu)造、盤構(gòu)造、方形構(gòu)造、矩形構(gòu)造、六邊形構(gòu)造、八邊形構(gòu)造和十二邊形構(gòu)造組成的組中的構(gòu)造。這樣的(一個或多個)吸附物件可以具有穿過其的開口，和/或可以包括外周槽口，和/或可以包括經(jīng)截頂?shù)慕遣浚?或可以包括斜邊緣表面。
[0071]可以在多種多樣類型的吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中利用本公開內(nèi)容的吸附組件，并且這樣的加熱和/或冷卻系統(tǒng)可以包括對應(yīng)的多種部件，例如，太陽能收集器、燃氣加熱器、熱水鍋爐、廢熱源和其他傳熱流體源。
[0072]在各實施例中，吸附組件可以配置有至少一個在下述管中的吸附物件，該管包括與容納至少一個吸附物件的另一個管的互補配合接合表面(例如平坦表面)接觸的至少一個配合接合表面(例如平坦表面)。各個管的各個配合接合表面被適當(dāng)?shù)嘏渲贸杀舜私佑|。這樣的配合接合表面可以為任何合適的類型，并且可以為平面表面或平坦表面、弧形表面、蜿蜒形或齒形表面、或者為使各個管的表面區(qū)域能夠彼此接觸接合的任何其他合適的構(gòu)造。
[0073]在各實施例中，每個管可以具有圓扇形截面形狀，包括弧形外壁和徑向向內(nèi)會聚的側(cè)壁。每個管可以為伸長的形式，并且可以具有相同的長度或不同的長度。每個管可以被布置為在其每個側(cè)壁處與相鄰管的側(cè)壁接觸，例如，其中管具有方形截面，并且每個平面?zhèn)扰c具有相似特征的相鄰管的平面?zhèn)鹊挚浚孕纬蛇@樣的管的復(fù)合陣列，或者其中管具有等邊三角形截面，管的每個側(cè)表面與相鄰管的側(cè)表面抵靠以形成管的復(fù)合陣列。管可以被布置成使得它們形成包括這些管的柱形組件，諸如形成為包括周向地布置的餅狀扇形部的陣列，其中在柱形組件中每個扇形部的弧形外壁與其他扇形部的外壁周向地對齊，使得柱形組件中所有扇形截面管的弧形外壁形成組件的外壁表面，并且其中扇形截面管的所有內(nèi)頂點處于組件的中心軸處。
[0074]在各實施例中，吸附組件中配合接合的管的最外壁表面可以與傳熱構(gòu)件(諸如其中布置有該吸附組件的殼體的內(nèi)表面)接觸，或者可替代地，吸附組件中配合接合的管的最外壁表面可以相對于傳熱構(gòu)件(例如其中布置有該吸附組件的殼體的內(nèi)表面)間隔開，以在它們之間形成適于使傳熱流體通過其流動的流體通路。
[0075]在另一實施例中，吸附組件的至少一個吸附物件與可變形箔構(gòu)件接觸，該可變形箔構(gòu)件與至少一個其他吸附物件接觸和/或與傳熱構(gòu)件(例如其中布置有該吸附組件的殼體的內(nèi)表面)接觸。例如，可變形箔構(gòu)件可以與至少一個其他吸附物件接觸，或與傳熱構(gòu)件(諸如殼體的內(nèi)表面)接觸，或與至少一個其他吸附物件接觸并與傳熱構(gòu)件(諸如殼體的內(nèi)表面)接觸。
[0076]可變形箔構(gòu)件可以具有容器構(gòu)造，例如其中處于容器構(gòu)造的可變形箔構(gòu)件包括從可變形箔構(gòu)件的底部部分的外周向外且向上張開的側(cè)壁。側(cè)壁可以為起皺的(波紋的)、起褶的或有折疊的，或者在其他情況下可以在性質(zhì)上進行擴展或在性質(zhì)上可擴展，以便是可壓實的或可壓縮的，從而填充相鄰吸附物件之間的空間和/或吸附物件和與其相關(guān)聯(lián)的傳熱構(gòu)件(諸如在其內(nèi)部容積中容納有吸附物件的殼體的內(nèi)壁)之間的空間。
[0077]在各實施例中，可變形箔容器的底部可以在其底部中具有中心開口。
[0078]因此，可以布置吸附組件，使得可變形箔容器被布置成使該容器的側(cè)壁在其上部與傳熱構(gòu)件(例如其中布置有吸附組件的殼體的內(nèi)表面)接觸，以適應(yīng)傳熱構(gòu)件與吸附劑之間的傳導(dǎo)性熱傳遞。在其他布置中，吸附物件的陣列可以包括吸附物件的堆疊體，其中該堆疊體中的至少一些物件置于上述類型的可變形箔構(gòu)件上。
[0079]可變形箔構(gòu)件可以由任何合適的結(jié)構(gòu)材料(構(gòu)成材料，ma t e r i a I ofconstruct1n)形成。例如，箔可以包括選自由金屬、金屬合金、導(dǎo)熱聚合物、石墨纖維、石墨烯、柔性石墨和碳納米管氈組成的組的材料。在一些實施例中，可變形箔構(gòu)件包括金屬箔或金屬合金箔?？勺冃尾瓨?gòu)件可以包括具有任何合適厚度的箔，該厚度例如在從0.005mm至
0.5mm的范圍內(nèi)或在包括更大或更小厚度的其他范圍內(nèi)?？勺冃尾瓨?gòu)件可以用起皺的、起裙的或有折疊的箔構(gòu)建或者其他方式地構(gòu)成為可壓實的或可壓縮的，以建立吸附物件與至少一個其他吸附物件和/或傳熱構(gòu)件(諸如殼體的內(nèi)表面)之間的導(dǎo)熱接觸。
[0080]本公開內(nèi)容的吸附組件可以采用任何合適類型的可吸附/可脫附流體，諸如氨、水、氮氣或其他可逆吸附氣體。
[0081]使用時，吸附組件可以布置在適當(dāng)類型的吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中，例如包括太陽能收集器、燃氣加熱器、電阻加熱器、廢熱源或適于對傳熱流體進行加熱的其他供熱裝置的系統(tǒng)，其中傳熱流體被布置成例如通過與容納吸附劑的殼體和/或管進行熱交換而與該吸附劑交換熱。傳熱流體可以為在特定系統(tǒng)中有用地采用的任何合適類型，并且可以例如包括水介質(zhì)或水溶液、二醇組合物、烴類流體、鹽水、硅油等。
[0082]本公開內(nèi)容的吸附組件可以利用包括任何合適吸附劑的吸附物件，上述吸附劑對組件中所使用的可吸附氣體具有吸著親和力。吸附物件可以例如包括分子篩、宏觀網(wǎng)狀樹脂、二氧化硅、氧化鋁、碳吸附劑等。
[0083]在各種具體實施例中，氨可以在對應(yīng)吸附組件(例如，包括碳吸附劑或其他合適吸附材料的組件)的操作中用作可逆吸附氣體。
[0084]在一些實施例中，吸附組件包括容納在緊裝配金屬管中的吸附劑，以在可逆吸附氣體循環(huán)地沿軸向流入和流出管時促進快速地傳遞熱沿徑向進入和離開吸附劑，并且其中吸附劑被配置成使得能夠快速地傳遞氣體進入和離開管。當(dāng)在這樣的上下文中使用時，術(shù)語“緊裝配”意味著吸附構(gòu)件與金屬管的內(nèi)表面直接接觸或與可變形金屬箔構(gòu)件直接接觸，可變形金屬箔構(gòu)件反過來與管的內(nèi)部接觸。
[0085]用于這樣的目的的吸附劑可以在物件中配置有一個或多個氣流開口或通道，以促進可吸附氣體移動通過金屬管中的吸附物件的堆疊體，如圖1所示。吸附物件中這樣的氣流開口或通道可以在這樣的物件中定位在任何合適的一個或多個位置處。
[0086]圖1為在吸附式加熱和冷卻系統(tǒng)中使用的、包括吸附物件14、16、18、20、22、24、26、28、30和32的堆疊體的吸附組件的示意圖，這些吸附物件中的每一個為具有通孔開口 34的柱形盤形式，該吸附組件布置在于其各個端部處敞開并容納吸附物件的堆疊體的柱形金屬殼體10中。各個吸附物件的通孔開口在軸向上彼此對齊，以形成由吸附物件界定的管狀通路，使得可吸附氣體可以流過吸附物件的軸向延伸堆疊體，并滲入到吸附劑中以在其中進行吸附，以及隨后從多孔吸附劑的孔隙脫附。在圖1的組件中，將可吸附氣體引至在吸附劑堆疊體12的上端處的通孔開口 34，如箭頭A所示(“制冷氣體入”)，以用于隨后向下流過堆疊體中的孔通路，并在堆疊體的下端處從堆疊體離開，從而被排出，如箭頭B所示(“制冷氣體出”)。
[0087]殼體10優(yōu)選地為金屬殼體，但可以由具有合適的導(dǎo)熱性和熱容量特性的其他結(jié)構(gòu)材料(諸如玻璃、陶瓷、復(fù)合材料等)形成。當(dāng)殼體由金屬形成時，可以采用諸如鋁、鋼、銅等結(jié)構(gòu)材料。殼體壁與傳熱流體(諸如水、丙二醇、乙二醇或其它合適的傳熱流體)接觸，以用于在殼體壁與傳熱流體之間進行熱傳遞，如圖1中由箭頭C和箭頭D所指示的(“熱交換”)。
[0088]在加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用吸附組件時，將至少部分地通過與吸附劑接觸的特定可吸附氣體來確定在該吸附組件中采用的吸附物件14、16、18、20、22、24、26、28、30和32的具體特性。在各實施例中，與部署在加熱和/或冷卻系統(tǒng)中的吸附組件一起采用的可逆吸附氣體包括氨?？商娲兀梢圆捎闷渌赡嫖綒怏w。
[0089]將認識到，可以在本公開內(nèi)容的寬泛實踐中適當(dāng)?shù)剡x擇吸附劑，以用于與給定應(yīng)用中所采用的特定可吸附氣體和特定傳熱流體一起使用。
[0090]適當(dāng)?shù)剡x擇吸附劑以提供具有孔大小范圍和孔大小分布的孔隙，這將適應(yīng)敏捷地進入和離開吸附制冷過程的各個吸附和脫附步驟，或其他吸附/脫附式加熱和/或冷卻運行模式。可以針對這樣的目的定制孔隙，使得平均孔大小適于系統(tǒng)中所采用的可吸附氣體的分子大小和特性。
[0091]可以利用樹脂起始材料制造本公開內(nèi)容的吸附組件中所采用的吸附材料，其中樹脂起始材料被形成為特定的期望形狀并固化，以形成所謂的生坯物件，接著在升高的溫度下進行熱解，后續(xù)可選地進行活化，以產(chǎn)生產(chǎn)品一一在吸附組件中使用的吸附物件。
[0092]在具體實施例中，吸附物件的制造可以包括:將生樹脂(例如聚偏二氯乙烯(PVDC)或聚偏二氟乙烯(PVDF))或其他起始材料壓縮或在其他情況下壓實為期望構(gòu)造或形狀因數(shù)，接著在樹脂結(jié)構(gòu)中諸如經(jīng)由模制成型或通過鉆一個或多個穿過樹脂體的孔來形成氣流通路，以及對樹脂或其他可熱解的起始材料進行熱解，以產(chǎn)生具有期望尺寸和構(gòu)造的碳單塊吸附物件。
[0093]取決于吸附系統(tǒng)應(yīng)用的精確要求，還可以采用混合步驟以添加提高吸附產(chǎn)品的導(dǎo)熱性和/或滲透性的材料。在聚合物工件中鉆用于可吸附氣體流的任何所需孔可以以任何合適的方式進行，諸如鉆、激光燒蝕、電火花加工等。這樣的技術(shù)在性質(zhì)上可以為手動的或自動的。
[0094]可替代地或另外地，吸附物件可以形成有一個或多個外周內(nèi)縮部或切口(槽口)，以適應(yīng)可逆吸附氣體流過吸附物件的堆疊體或吸附物件的其他陣列，其中這樣的內(nèi)縮部或切口用于在吸附劑中限定氣流通路。通過利用可成形的起始材料用于吸附劑，吸附物件可以被形成為原始的起始材料(例如聚合物)件(生坯)，而無需額外的機械加工步驟或制作步驟，如果吸附體需要后鑄造機械操作以在其中形成氣流通路結(jié)構(gòu)，那么就會涉及上述機械加工步驟或制作步驟。
[0095]圖2示出了說明性吸附物件40，其中吸附物件的主體42具有平坦頂面44，對應(yīng)的底面在圖2的視圖中不可見并且主體在這樣的面之間具有厚度，使得該物件限定盤或圓盤構(gòu)造。這種類型的吸附物件可以具有任何合適的尺寸特征，并且在說明性實施例中可以具有大約為0.512英寸(1.3cm)的頂面和底面直徑，其中內(nèi)縮部46由在它們之間限定有夾角α的向內(nèi)會聚的側(cè)壁表面界定，該夾角α可以大約為90°，其中會聚的側(cè)壁表面各自的長度大約為0.078 英寸(0.2cm)。
[0096]具有槽口特征的一系列這樣的盤或平板式吸附物件可以堆疊在管中，其中每個吸附物件在堆疊體中與前一個吸附物件對齊，以在堆疊體的外邊緣處形成由彼此對齊的連續(xù)槽口構(gòu)成的軸向延續(xù)通路，從而允許穿過吸附物件的整個堆疊體的快速氣體傳遞。這樣的外周槽口結(jié)構(gòu)犧牲了最小限度的表面區(qū)域，而在盤或平板物件的圓周周圍保留大量剩余的邊緣表面，這有效地提供了吸附物件的邊緣與在其中布置有開槽口的盤或平板吸附物件的堆疊體的約束金屬殼體的內(nèi)表面之間的傳熱區(qū)域。
[0097]在其他實施例中，各個吸附物件可以由組裝形成最終物件的部分部段形成，例如，這些部分部段彼此抵靠地布置以在組裝好的吸附物件中形成氣流通路。例如，圖3為盤形吸附物件50的半部段52的立體圖，該半部段具有界定通孔開口 54的上環(huán)形表面。圖4中示出了這樣的吸附物件半部段52的正立面視圖，其中采用了相同的附圖標記。圖3和圖4所示類型的兩個半部段52然后可以如圖5所示的那樣沿著它們的直徑側(cè)面彼此抵靠，圖5示出了包括由抵靠的直徑面形成的直徑接縫56和通孔開口 54的組裝好的吸附物件58。
[0098]圖6中示出了盤形或平板形吸附物件60的另一實施例，其中這樣的物件的吸附體在其上部和下部傾斜，以分別形成斜表面62和64。外周切口或槽口 66設(shè)置在吸附物件的外周部處，以形成用于可逆吸附氣體的氣流通路。
[0099]圖7為另一盤形或平板形吸附物件70的正立面視圖，其具有僅下斜表面72并且具有外周槽口或切口 74，使得頂表面延伸物件的整個寬度或直徑(由于缺少外周斜面)。
[0100]圖8為包括吸附物件60的堆疊體的吸附組件的立面視圖，每個吸附物件為圖6所示的類型，其中外周槽口或切口相對于彼此周向地偏移，使得由這樣的槽口形成的對應(yīng)傳熱流體流通路構(gòu)成延伸的氣流路徑。通過該布置，可吸附氣體軸向地經(jīng)過堆疊體中各個吸附物件的外周槽口或切口，然后圍繞在由軸向抵靠的吸附物件的斜表面形成的通路周向地流動。因而，氣體在軸向上和周向上流動以實現(xiàn)延伸的流動路徑，該延伸的流動路徑在制冷和/或加熱系統(tǒng)的吸附運行階段期間提供可吸附氣體快速進入到吸附物件的孔隙中，并在這樣的制冷和/或加熱系統(tǒng)的脫附運行階段期間提供傳熱流體從這樣的孔隙快速離開。吸附物件的堆疊體布置在殼體76中，該殼體可以如前所述的那樣由合適的金屬或具有所需的傳導(dǎo)性和比熱特性的其他適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料形成。
[0101]圖9為包括圖7所示類型的吸附物件70的堆疊體的吸附組件的立面視圖，該吸附物件具有僅下部斜面，并且連續(xù)吸附物件的槽口或切口相對于彼此偏移，以提供與圖8的實施例中所描述的延伸氣流路徑相似的延伸氣流路徑。圖9的實施例中的吸附物件的軸向伸長堆疊體被布置成使吸附物件的側(cè)表面與殼體78的內(nèi)表面抵靠接觸，該殼體可以由合適的材料(諸如金屬或高熱導(dǎo)率的玻璃、陶瓷或復(fù)合材料)形成。
[0102]圖10至圖18示出了可以在本公開內(nèi)容的具體應(yīng)用中有用地采用的另外形式的吸附物件。
[0103]圖10為具有三角形體82的吸附物件80的立體圖，在所示的視圖中，該三角形體在其下邊緣表面處具有V形槽口 84。圖11為相同吸附物件的側(cè)立面視圖，其中各個結(jié)構(gòu)特征相對于圖10的那些結(jié)構(gòu)特征對應(yīng)地編號。
[0104]圖12為具有三角形體90的吸附物件88的立體圖，在所示的視圖中，該三角形體具有頂部斜邊緣表面91并在下邊緣表面處具有V形槽口 92。圖13為相對于圖12所示的視圖對應(yīng)地編號的、相同吸附物件的側(cè)立面視圖。
[0105]圖14為包括體102的盤形吸附物件100的俯視圖，該體102具有頂部斜外周邊緣104和在該吸附物件的上部周圍以60°為間隔的直徑通道106。圖15為相對于圖14對應(yīng)編號的、相同物件的側(cè)立面視圖。圖16為圖14和圖15的吸附物件的立體圖，其中清楚地示出了直徑通道的布置，形成了由直徑通道分離開的一系列扇形部。
[0106]圖17為根據(jù)本公開內(nèi)容另一實施例的吸附物件的俯視圖，圖18為該吸附物件的立體圖。如所示出的，吸附物件110包括在物件的下部上具有一系列沿直徑延伸的通道116的體112，并且其中體的上部傾斜以形成外周約束斜表面114。
[0107]根據(jù)之前的描述將會理解，吸附物件的具體構(gòu)造可以在本公開內(nèi)容的實踐中廣泛地變化，并且這樣的吸附物件可以具有適于實現(xiàn)與其中布置有吸附物件的殼或殼體進行實質(zhì)性接觸的形狀和厚度，以用于實現(xiàn)與作為傳熱構(gòu)件的殼或殼體進行最佳熱交換的目的。相似地，斜面、槽、孔和槽口可以以各種方式、角度和數(shù)目進行配置，以適應(yīng)氣體通過吸附床的改進的流動，同樣適用于形成這樣的吸附床所采用的吸附件的數(shù)目和大小。
[0108]在各實施例中，所堆疊的或在其他情況下組裝的吸附物件可以在相鄰吸附物件之間布置有傳導(dǎo)性金屬元件，由此提升吸附物件之間的熱傳遞和/或吸附物件與吸附式加熱和/或冷卻組件的殼或殼體之間的熱傳遞。例如，可以在這樣的吸附物件的伸長(例如豎直直立的)堆疊體中的連續(xù)吸附物件之間設(shè)置金屬板或其他傳熱構(gòu)件。這樣的金屬板可以具有與殼或殼體的內(nèi)徑基本上相等的直徑，使得板是壓裝配的，以向封閉壁與布置在封閉件的內(nèi)部容積中的吸附物件之間的傳導(dǎo)性熱傳遞提供良好的熱接觸。
[0109]前面的描述針對于在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用的吸附組件，在該吸附組件中，在管中布置有與該管熱接觸的吸附物件。根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，可以在封閉件中設(shè)置多個管，每個管容納吸附劑，例如以先前描述的吸附物件的堆疊體的形式，但是其中加熱和/或冷卻組件包括管中管布置。在這樣的管中管布置中，封閉件的內(nèi)部容積中的每個構(gòu)成管提供延伸的傳熱區(qū)域，以用于使熱流分布在包含多個容納有吸附劑的管的封閉件內(nèi)。容納有吸附劑的管可以具有任何合適的截面幾何圖形，例如三角形、方形、矩形、六邊形、圓形或者優(yōu)選地適于彼此抵靠配合或相互裝配(inter-fit)的其他在幾何上規(guī)則或不規(guī)則的形狀。
[0110]可以在圖19所示類型的管中管加熱和/或冷卻系統(tǒng)中利用本公開內(nèi)容的吸附組件。所示出的系統(tǒng)120包括限定內(nèi)部容積的封閉件122，該封閉件中布置有多個三角形截面管124，每個三角形截面管容納有吸附介質(zhì)126。吸附介質(zhì)可以具有顆粒特性，或者其可以為單塊形式，諸如堆疊在三角形截面管124內(nèi)的三角塊的形式，以提供吸附材料在每個內(nèi)部管中基本上完全的填充。如果處于磚形物形式、塊形物形式或者其他單塊或單一形式，那么吸附材料可以另外地成形有或設(shè)置有下述通道，該通道用以促進可逆吸附氣體流過組件中的內(nèi)管124內(nèi)的吸附劑。外封閉件122與填充有吸附劑的管124之間的空隙(void)空間可以填充有傳熱流體，以在可逆吸附氣體循環(huán)地被吸附和脫附時實現(xiàn)熱交換。
[0111]圖20示出了其中可以利用本公開內(nèi)容的吸附組件的另一管中管加熱和/或冷卻系統(tǒng)130。圖20所示出的系統(tǒng)130包括限定內(nèi)部容積的封閉件132，在該封閉件中布置有三角形截面管134的六邊形堆集陣列，該三角形截面管的內(nèi)部容積136中布置有合適的吸附材料，特別是顆粒形式或單塊形式的吸附材料。外封閉件132與填充有吸附劑的管134之間的空隙空間可以填充有傳熱流體，以在可吸附氣體循環(huán)地被吸附和脫附時使熱交換生效。
[0112]雖然前面的論述針對于連續(xù)抵靠的吸附物件的伸長堆疊體，但將會理解，在管中管加熱和/或冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部管中的吸附劑可以原位形成，以在管中產(chǎn)生連續(xù)的吸附介質(zhì)。這例如可以通過以下方式來實現(xiàn):將構(gòu)成內(nèi)部管的內(nèi)部容積填充用于用作吸附介質(zhì)的碳熱解材料的前驅(qū)樹脂，其后使樹脂在內(nèi)部管中固化、隨后進行熱解，以在內(nèi)部管中產(chǎn)生連續(xù)的吸附介質(zhì)。
[0113]圖21為部署在加熱和/或冷卻系統(tǒng)140中的管中管吸附組件的俯視圖。所示出的系統(tǒng)包括封閉件142，該封閉件中布置有方形截面內(nèi)部管144，每個方形截面內(nèi)部管144填充有吸附介質(zhì)146。該系統(tǒng)被設(shè)計用于與針對圖19和圖20所示實施例討論的操作相似的操作。
[0114]圖22為在所示出的加熱和/或冷卻組件150中使用的相似功能的管中管吸附組件的俯視圖，該加熱和/或冷卻組件包括在其中布置有六邊形內(nèi)部管陣列的封閉件152，其中每個六邊形內(nèi)部管154限定填充有合適吸附材料156的內(nèi)部容積156。
[0115]圖23為在所示出的加熱和/或冷卻組件160中使用的相似功能的管中管吸附組件的另一實施例的俯視圖，該加熱和/或冷卻組件包括在其中布置有三角形截面管164的陣列的六邊形截面封閉件162，每個三角形截面管容納有吸附介質(zhì)166。
[0116]圖24示出了各種各樣的具有不同的幾何圖形和構(gòu)造的吸附物件。吸附物件包括:三角形吸附物件170，該三角形吸附物件170中具有中心傳熱流體流開口 ；以及三角形吸附物件172，該三角形吸附物件172中具有與該吸附物件的相對側(cè)平行的經(jīng)截頂頂端表面，其中這樣的相對側(cè)中具有矩形槽口。示出了具有經(jīng)截頂?shù)捻敹诉吘壉砻娴拇笾氯切挝轿锛?74，每個經(jīng)截頂?shù)捻敹诉吘壉砻娲篌w上與該物件的相對側(cè)表面平行。物件包括方形物件176(在其中具有通孔開口)、178(在其中具有通孔開口并且具有經(jīng)截頂?shù)慕遣勘砻?、180(具有經(jīng)截頂?shù)膫?cè)表面的沿直徑相反角部，以及在物件的側(cè)面中之一中的矩形槽口)和182(通孔開口，并且該物件的每個角部均被截頂)。示出了具有通孔開口的六邊形吸附物件184。示出了在其側(cè)面中之一處具有矩形槽口的八邊形吸附物件186。示出了可以壓裝配到圓形容納管中以提供多個氣流通路的十二邊形吸附物件188。圖24中示出的各種構(gòu)造僅示出了可以在本公開內(nèi)容的寬泛實踐中采用的吸附物件的潛在的各種各樣大小、形狀和構(gòu)造的部分子集。
[0117]在各實施例中，吸附組件中的吸附布置包括餅狀扇形段，如圖25至圖29不同地示出的。圖25示出了餅狀扇形吸附物件190。圖26示出了相似的餅狀扇形吸附物件192，但在其上具有頂部外周斜表面194。圖27示出了其中具有外周邊緣柱形槽口 198的餅狀吸附物件196。圖28示出了具有經(jīng)截頂?shù)倪吘壉砻?02、204和206的餅狀扇形吸附物件200。圖29示出了具有經(jīng)截頂?shù)膬?nèi)表面210的餅狀扇形吸附物件208。
[0118]圖30為包括外部柱形封閉件222的吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)220中的吸附組件的俯視圖，在該外部柱形封閉件中布置有餅狀(扇形)管224的陣列，在該餅狀管中布置有吸附劑226。餅狀扇形管224因此共同地形成構(gòu)成管的柱形布置，構(gòu)成管的外表面相對于柱形封閉件222的內(nèi)表面間隔開，以在它們之間形成環(huán)形的傳熱流體流通路221。以這樣的方式，可以將傳熱流體引入到封閉件222的內(nèi)部容積中或者從該內(nèi)部容積排出。
[0119]可替代地，內(nèi)管224的外彎曲壁可以被布置成與封閉件222的內(nèi)表面直接接觸，并且其中用于傳熱流體的流動的(一個或多個)軸向(例如中心)通路與封閉件222的內(nèi)管組件接觸。在又一其他布置中，可以在封閉件的內(nèi)壁表面處以及用于與內(nèi)管進行熱傳遞的其他位置處設(shè)置傳熱流體流通路。將會認識到，在于其中使用本公開內(nèi)容的吸附組件的加熱和/或冷卻系統(tǒng)的具體配置中，可以設(shè)置眾多可替代的流通路布置。
[0120]圖31示出了圖30的組件中所采用類型的容納有吸附劑226的內(nèi)管224的俯視圖。圖32示出了一組這樣的容納有吸附劑226的內(nèi)管224。
[0121]在使用上面所公開類型的管中管吸附布置時，內(nèi)管可以為圓形截面、三角形截面、方形截面或六邊形截面，或者可以具有任何其他形狀和配置。外管或殼體可以具有用以使加熱和/或冷卻系統(tǒng)中的內(nèi)管的堆集密度最大化的任何形狀。內(nèi)管可以具有任何便利的壁厚度，并且可以通過適當(dāng)?shù)姆椒?諸如，拉伸、擠壓、輥成形、焊接等)制造，并且可以具有任何合適的材料，例如鋁、銅、鋼/不銹鋼/鍍鋅鋼等。
[0122]在使用本公開內(nèi)容的吸附組件時，內(nèi)管的高導(dǎo)熱性材料和薄壁將會提升熱傳遞和系統(tǒng)性能，并且內(nèi)部薄壁管的封閉空間將會使熱質(zhì)量最小化，這對于提高效率以及對于加熱/冷卻系統(tǒng)的循環(huán)而言較重要。該方法將引起較低數(shù)量的焊接連接部，從而簡化吸附組件的制造并降低成本，具有提高的可靠性并且在系統(tǒng)中具有較少的泄漏機會。內(nèi)管的緊密堆集陣列可以利用具有不同幾何截面形狀的管，這有助于增加殼體的內(nèi)部容積中的內(nèi)管的密度。封閉件本身可以具有任何合適的形狀和大小，例如，以允許將吸附壓縮器安置于殼體內(nèi)。由于薄壁內(nèi)管將包含在非可壓縮傳熱流體內(nèi)，并且由于外容置管可以被制作地較厚，所以可以適當(dāng)?shù)剡x擇內(nèi)管內(nèi)的氣體壓力，以避免吸附(內(nèi))管變形或破裂。這反過來使壓縮器的整體大小最小化，因而可以顯著地降低加熱/冷卻系統(tǒng)的重量。
[0123]在具體實施例中，管中管吸附組件的內(nèi)管可以容納用以吸附氨或其他可吸附氣體的納米多孔碳物件，其中納米多孔碳物件被形成為用以填充內(nèi)管。吸附劑可以例如通過以下方式形成:將聚偏二氯乙烯(PVDC)或聚偏二氯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PVDC-PMA)共聚物壓制成為期望的體，然后在高溫下對這樣的體進行燒結(jié)，需要時進行附加的后處理，例如美國專利號6，743，278所公開的。可以在壓制過程期間應(yīng)用截頂、槽口、孔和/或邊緣斜面，以允許增加的氣流，并確保管內(nèi)適當(dāng)?shù)膶R。如所描述的，吸附物件可以包括截頂、孔、槽口等，以增加內(nèi)管內(nèi)的氣流，并且各個物件可以對齊或可以不對齊，只要可以適于提供通過吸附材料的期望可吸附氣體流路徑即可。如果每個內(nèi)管具有至少一個平坦側(cè)，那么對應(yīng)形成的吸附物件將在內(nèi)管內(nèi)“自對齊”并保持對齊，而不會相對于彼此不恰當(dāng)?shù)匾苿樱瑥亩褂捎谙率鲈蛩鸬奈絼┑哪p和磨蝕損耗最小化:加熱和/或冷卻系統(tǒng)的運輸或移動；在運行期間暴露于振動;或者可能引起彼此接觸的吸附物件的摩擦并因此引起隨之發(fā)生的磨蝕的其他擾動。
[0124]在吸附劑包括被形成為起始材料(例如樹脂)的熱解產(chǎn)物的碳吸附劑的實施例中，固化、熱解和可選的活化步驟可能引起預(yù)成形材料收縮，或?qū)е缕渌某叽缱兓＿@樣的尺寸變化可能會反過來影響殼體中包括吸附物件的吸附組件的效用，在該殼體中期望的是吸附劑與殼體的內(nèi)表面熱接觸。例如，由熱解或其他處理操作中的熱不同質(zhì)性所引起的收縮或不同的尺寸變化可能會導(dǎo)致組裝的吸附物件無法實現(xiàn)與殼體內(nèi)壁表面的直接完全抵靠接觸，或無法實現(xiàn)與吸附組件的管內(nèi)管布置中的內(nèi)管的壁的完全抵靠接觸。
[0125]吸附物件的尺寸與殼體的內(nèi)部容積尺寸之間的這種失配或者吸附物件的尺寸與殼體中內(nèi)管的尺寸之間的這種失配會導(dǎo)致殼體壁與吸附組件中的吸附物件之間的熱傳遞顯著降低，或者導(dǎo)致內(nèi)管與吸附組件的在這樣的內(nèi)管中的吸附物件之間的熱傳遞顯著降低。
[0126]如先前所描述的，可以通過提供可變形箔構(gòu)件來解決這樣的尺寸失配和變化，該可變形箔構(gòu)件可以倚靠(against)吸附物件布置，并且提供延伸的表面以用于與在吸附物件附近的內(nèi)壁或其他傳熱構(gòu)件接觸。如上文所述，可變形箔構(gòu)件可以形成為下述杯或容器，該杯或容器具有向外張開的部分以用于與內(nèi)壁或其他傳熱構(gòu)件接觸，使得通過箔構(gòu)件將熱傳導(dǎo)性地傳送至吸附物件，反之亦然。以這樣的方式，可變形箔構(gòu)件“橋接”吸附物件與傳熱構(gòu)件(諸如殼體內(nèi)壁表面或管內(nèi)管布置中內(nèi)管的內(nèi)表面)之間的間隙。
[0127]吸附物件可以被成形或配置成使得其與可變形箔構(gòu)件配合，使得可變形箔構(gòu)件提供用于與其接合的吸附物件的傳導(dǎo)性傳熱能力。例如，圖33至圖35中將可變形箔構(gòu)件230示為具有容器構(gòu)造，其中向外且向上散開的側(cè)壁在其下端處接合至容器的基底或底部結(jié)構(gòu)。該杯結(jié)構(gòu)容納置于箔構(gòu)件的基底上的吸附物件，其中張開的側(cè)壁的上部適于倚靠容納有裝于容器的吸附物件的殼體的約束內(nèi)表面一致地裝配。
[0128]圖36和圖37示出了相似的可變形箔構(gòu)件236，其中容器的底部具有中心切削開口238，從而在這樣的開口處提供相鄰吸附物件之間的抵靠接觸，并促進可逆吸附氣體流過與這樣的可變形箔構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的吸附物件的陣列。
[0129]可變形箔構(gòu)件途徑解決了吸附物件的尺寸公差的問題。例如，基于PVDC的碳材料在熱解期間顯著地收縮例如25%或更多，并且在氧化活化期間再次收縮，這樣的收縮使吸附件的幾何可變性相對于吸附劑前驅(qū)物件的“所壓制”生坯狀態(tài)增加。因而，如所提及的，直徑的變化可能會導(dǎo)致一些吸附物件過小，以致不能與管壁良好地?zé)峤佑|，并且導(dǎo)致其他吸附物件可能經(jīng)歷過度緊密的過盈裝配。
[0130]通過在連續(xù)的吸附物件之間利用可折疊收縮或可壓實的軟金屬箔杯或其他可變形的導(dǎo)熱箔構(gòu)件，確保了與管或封閉件壁的熱接觸，以使得能夠沿徑向以有效的方式傳送熱。箔杯形式的可變形箔構(gòu)件可以以非常低的成本制備，并且有效地解決了吸附物件的直徑與管或封閉件截面尺寸之間的公差問題。對于與傳熱流體(諸如氨)一起使用，鋁箔是可接受的。為了促進可吸附氣體流過管，金屬箔杯可以例如具有中心切口，如圖36和圖37所示。箔杯可以被設(shè)置成適應(yīng)對應(yīng)成形的吸附物件的任何合適的幾何形狀或構(gòu)造。
[0131]圖38為各自均具有如圖7所示的構(gòu)造的吸附物件242、244和246的堆疊體240的立面視圖，特點在于分別偏移的外周槽口 248、250和252，以及下部斜面。這些盤形圓盤中的每一個置于可變形箔杯上(吸附物件242在箔杯254上，吸附物件244在箔杯256上，以及吸附物件246在箔杯258上)，如所描繪的?？勺冃尾m應(yīng)其他抵靠表面的尺寸變化，使得實現(xiàn)堆疊體中相鄰圓盤之間的良好熱接觸。同時，箔杯的外張開側(cè)壁在相應(yīng)圓盤的下部處與斜表面抵靠地配合，并提供有效地與在其中部署有吸附物件的堆疊體的管或封閉件的壁接觸的上部。
[0132]圖39為布置在加熱和/或冷卻系統(tǒng)260的柱形管262中的吸附組件的以截面示出立面視圖，該吸附組件包括吸附圓盤的豎直堆疊陣列，其中可變形箔杯272介于該堆疊體中的各個連續(xù)圓盤之間。柱形管262在其上端處通過端壁264封閉，該端壁264中具有中心開口266，以用于使可吸附氣體流過，例如，通過從封閉件的頂端引入氣體流到管262的內(nèi)部容積中，如方向箭頭A所指示的。如此引入的氣體然后向下流過吸附物件的堆疊體，沿著包括在吸附物件的堆疊陣列中的各個圓盤的外周處的槽口的延伸路徑流動。柱形管在其下端處通過端壁268封閉，該端壁268中具有中心開口 270。在所示的配置中，開口 270為氣體排出開口，可吸附氣體通過該氣體排出開口從管排出，如方向箭頭B所指示的。
[0133]在圖39的組件中，管262的外表面可以與傳熱流體或其他熱交換介質(zhì)接觸，使得能夠在加熱和冷卻過程中的各個吸附和脫附操作期間傳送去往和來自管的熱，如雙向箭頭C和D所指示的。
[0134]圖40示出了包括吸附物件282的堆疊體280的吸附組件，特點在于具有下部斜面。這些盤形圓盤中的每一個置于可變形箔杯284上，該可變形箔杯在其底部元件中具有開口286，如所示出的?？勺冃尾虼舜_保堆疊體中相鄰圓盤之間的良好熱接觸，以及與在其中布置有吸附物件堆疊體的管或封閉件的內(nèi)壁表面的良好熱接觸。每個杯的底部中的開口被設(shè)計成促進可吸附氣體流過吸附物件的堆疊體。
[0135]圖41為布置在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)290的柱形管292中的柱形吸附盤的堆疊體280的立面截視圖。該柱形管與上蓋294和下蓋298—起限定在其中布置有吸附組件的封閉內(nèi)部容積。該堆疊體中的每個盤定位在可變形箔杯284上，該可變形箔杯具有底部開口以使傳熱流體能夠在相鄰盤之間流動。沿著由箭頭A所指示的方向、通過頂蓋中的開口296將可吸附氣體引入至內(nèi)部容積。在引入可吸附氣體后，可吸附氣體向下流過堆疊的吸附物件，并沿著由箭頭B所指示的方向通過底蓋中的開口 300流出內(nèi)部容積。
[0136]吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)290中的吸附組件被布置成，例如通過提供熱交換夾套或其他傳熱流體布置來提供與管292的外表面的傳熱關(guān)系，用于如由雙向箭頭C和D示意性指不的熱輸入和熱輸出。
[0137]雖然文中主要在應(yīng)用于吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)方面描述了使用可變形箔構(gòu)件來促進吸附劑與周圍的殼體、管或殼的熱接觸，但將認識到，這樣的使用可以在可逆吸附氣體被吸附到吸附介質(zhì)上并且隨后從吸附介質(zhì)脫附的其他應(yīng)用中采用。例如，當(dāng)在容納有吸附物件的器皿中將吸附劑用作氣體存儲和分配介質(zhì)時，例如在變溫吸附(TSA)運行模式下在氣體的熱介導(dǎo)吸附和/或脫附中有用地采用在吸附物件之間并且在吸附物件與器皿的壁之間提供提升的熱接觸的可變形箔構(gòu)件，其中在TSA運行模式下，吸附劑被加熱至較高的溫度以實現(xiàn)氣體從吸附劑脫附，并且被冷卻至較低的溫度以實現(xiàn)吸附劑加載可吸附氣體。
[0138]介于相鄰吸附物件之間并且與器皿壁接觸的可變形箔構(gòu)件的使用還可以被采用于使這樣的吸附物件的吸附床熱均勻，使得它們可以保持在基本等溫的條件下，而不會在吸附床中出現(xiàn)有害的熱點或冷點。
[0139]因此，在容納有吸附物件的流體存儲和分配器皿的吸附組件中使用這樣的可變形箔構(gòu)件有益于使器皿等溫，即使在未使用加熱來實現(xiàn)氣體從吸附劑的脫附時也如此，并且這樣的使用易于在將可吸附氣體裝載至器皿以將這樣的氣體吸附在器皿中的吸附物件上期間使吸附的熱快速消散。
[0140]雖然已經(jīng)在文中參照特定的方面、特征和說明性實施例闡述了本公開內(nèi)容，但將理解的是，本公開內(nèi)容的效用不會因此受限，相反地延伸至并包括眾多其他的變型、修改和可替代實施例，這是因為基于本文的描述，它們將浮現(xiàn)在本公開領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員的腦海中。對應(yīng)地，所要求保護的本公開內(nèi)容意在被寬泛地解釋和解讀為將所有這樣的變型、修改和可替代實施例包括在本公開內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種在吸附式加熱和/或冷卻系統(tǒng)中使用的吸附組件，所述吸附組件包括: 吸附物件的陣列，其中至少一個吸附物件以以下相容布置(i)至(iii)中的至少一種進行布置: (i)沿相應(yīng)接觸物件的配合接合表面與至少一個其他吸附物件接觸，其中所述接觸物件被配置為形成有穿過所述接觸物件或在所述接觸物件的外周部處的連通氣流通路； (ii)處于管中，所述管包括與容納至少一個吸附物件的另一個管的互補配合接合表面接觸的至少一個配合接合表面；以及 (iii)與可變形箔構(gòu)件接觸，所述可變形箔構(gòu)件與至少一個其他吸附物件和/或傳熱構(gòu)件接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，其中，所述吸附物件包括碳吸附劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸附組件吸附組件，其中，所述碳吸附劑包括選自由聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯(PVDF )、PVDC-聚丙烯酸甲酯(PVDC-PMA)、PVDF-聚丙烯酸甲酯(PVDF-PMA)、聚偏二氯乙烯-聚氯乙烯(PVDC-PVC)共聚物、聚偏二氟乙烯-聚氯乙烯(PVDF-PVC)共聚物、聚糠醇(PFA)、聚苯乙烯、酚醛樹脂、糖、木質(zhì)素和纖維素組成的組中的材料的碳熱裂解物。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸附組件，其中所述碳吸附劑具有以下特性中的至少一個: (i)從600至1500kg m—3的范圍內(nèi)的件密度； (i i)從0.6至6.0Wm—1IT1的范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率； (iii)在313°K，限制氨的濃度為在從0.18至0.6kg.kg—1碳的范圍內(nèi)； (iv)從5x10—16至1.2x10—13m2的范圍內(nèi)的徑向滲透率； (V)從900至1200J kg—1IT1的范圍內(nèi)的比熱；以及 (vi)從0.5至50nm范圍內(nèi)的平均孔徑。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸附組件，其中，所述碳吸附劑具有以下特性:(a)在25°C和650托的壓力下，對氨測量的填充密度為大于180克每升吸附劑；以及(b)從大約0.60克每立方厘米至大約2.0克每立方厘米的體積密度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，其中，可吸附氣體包括氨。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，其中，至少一個吸附物件: (i)沿相應(yīng)接觸物件的配合接合表面與至少一個其他吸附物件接觸，其中所述接觸物件被配置為形成有穿過所述接觸物件和/或在所述接觸物件的外周部處的氣流通路。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的吸附組件，其中，所述吸附物件的陣列包括盤形吸附圓盤的堆疊體，所述盤形吸附圓盤中的每一個具有穿過其的開口或孔，并且其中所述堆疊體中的圓盤的開口或孔彼此對齊以形成所述氣流通路。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的吸附組件，其中，所述堆疊體中的圓盤的外邊緣與傳熱構(gòu)件接觸。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的吸附組件，其中，所述吸附物件的陣列包括盤形吸附圓盤的堆疊體，所述盤形吸附圓盤中的每一個具有外周槽口。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的吸附組件，其中，所述堆疊體中的盤形吸附圓盤的外周槽口彼此對齊以形成所述氣流通路。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的吸附組件，其中，所述堆疊體中的至少一些連續(xù)的盤形吸附圓盤的外周槽口相對于彼此周向地偏移。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的吸附組件，其中，所述堆疊體中的一些連續(xù)的盤形吸附圓盤相對于彼此周向地偏移，并且所述堆疊體中的所述連續(xù)的盤形吸附圓盤的其他圓盤彼此對齊。14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的吸附組件，其中，所述吸附物件中的至少一些為盤形，并且包括半部段，所述半部段沿它們的直徑表面彼此抵靠地配合。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，其中，至少一個吸附物件包括斜邊緣表面。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，其中，至少一個吸附物件包括外周槽口。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，其中，至少一個吸附物件具有選自由柱形構(gòu)造、三角形構(gòu)造、圓扇形構(gòu)造、盤構(gòu)造、方形構(gòu)造、矩形構(gòu)造、六邊形構(gòu)造、八邊形構(gòu)造和十二邊形構(gòu)造組成的組中的構(gòu)造。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的吸附組件，其中，所述至少一個吸附物件具有穿過其的開□ O19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的吸附組件，其中，所述至少一個吸附物件包括外周槽口。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的吸附組件，其中，所述至少一個吸附物件包括經(jīng)截頂?shù)慕遣俊?1.根據(jù)權(quán)利要求17所述的吸附組件，其中，所述至少一個吸附物件包括斜邊緣表面。22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，被配置為在包括至少一個下述部件的系統(tǒng)中使用，所述部件選自由太陽能收集器、燃氣加熱器、熱水鍋爐、蒸發(fā)器和冷凝器組成的組。23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，其中，至少一個吸附物件: (ii)處于管中，所述管包括與容納至少一個吸附物件的另一個管的互補配合接合表面接觸的至少一個配合接合表面。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的吸附組件，其中，每個管具有圓扇形截面形狀，包括弧形外壁和徑向向內(nèi)會聚的側(cè)壁。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的吸附組件，其中，每個管為伸長的形式。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的吸附組件，其中，每個管具有相同的長度。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的吸附組件，其中，每個管在其側(cè)壁中的每一個處與相鄰管的側(cè)壁接觸。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的吸附組件，其中，所述管被布置為形成包括所述管的柱形組件，其中在所述柱形組件中每個弧形外壁與其他管周向地對齊，使得所述柱形組件中所有管的弧形外壁形成所述組件的外壁表面。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的吸附組件，其中，所述外壁表面與傳熱構(gòu)件接觸。30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的吸附組件，其中，所述外壁表面相對于傳熱構(gòu)件的表面間隔開，以在所述外壁表面與所述傳熱構(gòu)件的表面之間形成適于使傳熱流體通過其流動的流體通路。31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附組件，其中，至少一個吸附物件: (iii)與可變形箔構(gòu)件接觸，所述可變形箔構(gòu)件與至少一個其他吸附物件和/或傳熱構(gòu)件接觸。32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件與至少一個其他吸附物件接觸。33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件與傳熱構(gòu)件接觸。34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件與至少一個其他吸附物件接觸，并與傳熱構(gòu)件接觸。35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件具有容器構(gòu)造。36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的吸附組件，其中，處于所述容器構(gòu)造的所述可變形箔構(gòu)件包括底部和側(cè)壁，所述側(cè)壁從所述底部的外周向外且向上延伸。37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的吸附組件，其中，所述側(cè)壁是起皺的。38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的吸附組件，其中，所述底部具有在其中的中心開口。39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的吸附組件，其中，所述側(cè)壁在其上部處與傳熱構(gòu)件接觸。40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的吸附組件，其中，所述吸附物件的陣列包括吸附物件的堆疊體，其中所述堆疊體中的所述吸附物件中的至少一些置于所述可變形箔構(gòu)件上。41.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件包括由下述材料形成的箔，所述材料選自由金屬、金屬合金、導(dǎo)熱聚合物、石墨纖維、石墨烯、柔性石墨和碳納米管氈組成的組。42.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件包括金屬箔或金屬合金箔。43.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件包括具有在從0.005mm至0.5mm的范圍內(nèi)的厚度的箔。44.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件包括起皺的、起褶的或有折疊的箔。45.根據(jù)權(quán)利要求31所述的吸附組件，其中，所述可變形箔構(gòu)件包括下述箔，所述箔被布置為使得其為可壓實的或可壓縮的，以在所述吸附物件與所述至少一個其他吸附物件和/或傳熱構(gòu)件之間建立導(dǎo)熱接觸。
【文檔編號】B01J20/28GK106030220SQ201480073825
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年11月28日
【發(fā)明人】愛德華·A·斯特姆, J·唐納德·卡拉瑟斯, 肖恩·M·威爾遜, 邁克爾·J·沃德詹斯基, 勞倫斯·H·杜布瓦
【申請人】安格斯公司