熱驅動的液化單元以及吸附式加熱或致冷裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的熱驅動的液化單元以及按權利要求9前序部分所述的吸附式加熱或致冷裝置。
【背景技術】
[0002]WO 2007/068481 Al公開了一種吸附式熱泵，它由多個中空元件構成，這些中空元件分別具有吸附-解吸區域和蒸發-冷凝區域或相位變換區域。這些中空元件在每個區域中都被傳遞熱量的流體流過，其中關于流體流動的周期性改變通過相互連接的中空元件中的閥門裝置實現。在此，由工作介質填充的多個中空元件的缺點是安裝成本高。
[0003]WO 2013/011102 A2描述了一種吸附模塊的概念，其中設置在共同殼體中的管束一方面用來將吸附-解吸熱量傳遞到吸附結構上，另一方面將冷凝和蒸發的熱量傳遞到相位變換結構上，其中該殼體概念具有支撐結構，該支撐結構能夠適應外部大氣壓和工作介質腔中的真空之間的壓差。缺點是，在工作介質從吸附區中解吸時，一部分工作介質在殼體壁板的冷卻位置上冷凝并且由于后續的蒸發而消失。該消失的冷凝物在再次蒸發時額外地冷卻了殼體壁板，并且在下一次局部循環時借助重新冷凝形成冷卻面，從而在該殼體壁板上又會出現不期望的錯誤冷凝。因此會影響功率和效率。此外在機動車上應用時不能排除這種可能性:大量已經冷凝的工作介質通過殼體壁板上的振動而導致抖落丟失。另一缺點是:吸附模塊的結構很復雜，它的制造需要昂貴的模具。
[0004]迄今已知的是，具有集成的冷凝和蒸發結構的吸附模塊的缺點是迄今還不能實現儲冷功能。這要求在冷凝結構和蒸發結構之間具有外部可操控的流體截止功能。這一點雖然已在具有單獨冷凝器的已知方案中給出，但為此需要用于解吸蒸氣的止回閥，并且它們必須具有一能夠承受壓力損失的開啟壓力和一橫截面，該橫截面對于工作介質的蒸氣密度來說是足夠的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是，提供一種熱驅動的液化單元以及一種吸附式加熱或致冷裝置，在其中，所有冷凝熱量既均可用于可選的加熱目的，并且大量的冷凝物可用于后續蒸發以便從低溫熱源中提取熱量，并且還能幾乎無損失地存儲吸附熱量和/或蒸發制冷量。
[0006]這一點通過權利要求1和/或權利要求9的特征得以實現。
[0007]一個實施例涉及熱驅動的液化單元，其具有熱壓縮器，其中熱壓縮器與冷凝器構成一模塊化的部件。該模塊化的、熱驅動的液化單元將工作介質的熱壓縮和冷凝集成在一個模塊中。
[0008]有利的是，熱壓縮器具有殼體，該殼體在其內部構成液密的工作介質腔，構成為吸附式熱交換器的熱壓縮器設置在該工作介質腔中，并且吸附式熱交換器與第一流體引導系統相連，該第一流體引導系統與一吸附結構熱連接，其中冷凝器由從外面包圍著殼體的外罩構成，該外罩具有第二流體引導系統，其用來引導冷卻劑且用來在吸附結構的解吸階段吸收冷凝熱量。通過吸附式熱交換器與熱激活的殼體壁板的結合，避免了由外部冷凝和隨后的外部介質蒸發引起的損耗機制，從而提高了具有這種設計的熱泵或致冷裝置的性能和效率。
[0009]在一個實施例中，該殼體構造為近似圓柱形，它在底側借助伸出殼體的冷凝物收集裝置封閉，其中連接有一包含第一止回閥的冷凝物排出導管。由于殼體的圓柱形構造以及圍繞殼體的外罩，形成的冷凝物由于重力的作用在基本上豎直設置的外罩的內側上流下來，并且由冷凝物收集裝置收集。冷凝物收集裝置在此可構成為頂部敞開的通道或環形通道。然后借助第一止回閥，冷凝物能夠從熱驅動的液化單元中導出來。
[0010]在一變形的方案中，第一止回閥的橫截面和/或開啟壓力這樣設計，即，使得流體工作介質在壓降可忽略時能夠通過第一止回閥。可忽略在此上下文中意味著，液態工作介質的飽和溫度在通過第一止回閥時只下降幾攝氏度，例如小于5K攝氏度。在存在氣態工作介質的情況下，閥門的橫截面由于明顯減小的蒸氣密度而限制了體積流。因此，該第一止回閥起過冷調節機構的作用。
[0011]在實施例中，冷凝物收集裝置構成為收集通道，其與冷凝物排出導管形成梯度。因此確保冷凝物從熱驅動的液化單元中排出，而無需附加的輔助器件來輸送冷凝物。
[0012]但備選地，還可形成壓差來排出冷凝物，其方式是，主動或被動地冷卻連接到它上面的流體收集器。存儲在流體收集器中的冷凝物的飽和蒸氣壓力保持在冷凝壓力之下，因此在需要時，冷凝物在無輔助器件的情況下也能克服重力、并克服止回閥的開啟壓力從冷凝物收集裝置中排出來。
[0013]止回閥在隨后的吸附工藝中避免了工作介質從流體收集器回流到熱壓縮器中。
[0014]高壓側的止回閥能夠設計得明顯更小且成本更低，這尤其對于采用水作為工作介質的情況來說是有利的，其在液態和氣態之間具有大的密度差別。
[0015]此外有利的是，在殼體上設置有用來吸入氣態工作介質的吸管接口，該吸管接口設置有第二止回閥。借助該吸管接口，使例如從蒸發器吸入的工作介質蒸氣達到蒸發壓力水平上，并且在排出吸附熱量的情況下被吸附進吸附結構中。在會相應提高壓力水平的后續解吸和冷凝過程中，該第二止回閥防止工作介質蒸氣回到蒸發器中。
[0016]在一構造方案中，外罩和殼體之間的中間腔具有持續穿過其流動的冷卻液流，該冷卻液流與圓柱形殼體的軸平行。因此能夠省略流體控制器件，這簡化了冷凝熱量的排出。
[0017]在一實施例中，外罩和/或冷凝物收集裝置的內表面這樣構成，即在冷凝壓力和蒸發壓力之間進行壓力交變時只有少量液態的工作介質保持在工作介質腔中。這一點例如能夠通過功能器件的幾何布局實現，無需額外的輔助器件。
[0018]本發明的改進方案涉及一種吸附式加熱或致冷裝置，其包括至少一個熱驅動的液化單元。在吸附式加熱或致冷裝置(其能夠構成為吸附式熱泵或吸附式儲熱和/或儲冷器)中，如果液化單元按本保護權申請的特征之一構成，則所有冷凝熱量均可用于可選的加熱目的，并且大量冷凝物可用于后續蒸發以便從低溫熱源中提取熱量。在這種裝置中，能夠將任意多的液化單元安裝和組合在吸附式加熱或致冷裝置中，從而能簡單地使吸附式加熱或致冷裝置(例如熱泵)的功率和存儲能力適應現有的要求。
[0019]在變形方案中，該至少一個液化單元通過流體導管和吸管與蒸發單元相連，該蒸發單元將流體收集器、可電控的膨脹閥和用來冷卻流體的蒸發器集成到另一模塊中。為了流體連接多個液化單元，存在著多種可能性，以實現大功率密度，或實現具有有效熱量回收的高COP值。液化單元能夠與蒸發單元的不同實施例組合起來。因此，蒸發器可例如用來冷卻致冷載體，亦或用來直接冷卻空氣。
[0020]通過下面的附圖描述和從屬權利要求描述了其它有利的構造方案。
【附圖說明】
[0021]下面以至少一個實施例為基礎并且借助附圖詳細地闡述了本發明，其中
[0022]圖1示出了熱驅動的液化單元的第一實施例；
[0023]圖2示出了按本發明的圖1所示的液化單元的管套的另一實施例；
[0024]圖3示出了按圖1的液化單元的管套的另一實施例；
[0025]圖4示出了吸附式熱交換器的管束的實施例；
[0026]圖5示出了熱驅動的液化單元的另一實施例；
[0027]圖6示出了吸附式熱泵或冷熱存儲器的實施例。
【具體實施方式】
[0028]圖1示出了按本發明的熱驅動的液化單元的第一實施例。該液化單元I構成為包括殼體2的模塊，該殼體在其內部構成有液密的工作介質腔3。一吸附式