專利名稱：工作介質(zhì)存儲器、熱交換器和熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有吸附劑的工作介質(zhì)存儲器、一種具有毛細(xì)縫隙區(qū)域的工作介質(zhì)存儲器、一種具有兩個工作介質(zhì)存儲器的熱交換器以及一種熱泵。
背景技術(shù)：
EP 1918668A1描述了用于容納流體的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。WO 2007/068481A1描述了一種由彼此固定連接的堆疊的板狀中空元件構(gòu)成的熱泵，其中該中空元件包括吸附器-解吸器區(qū)域和蒸發(fā)-冷凝區(qū)域，并且在該中空元件上設(shè)有在熱接觸中用于導(dǎo)熱流體的流動通道。該流動通道通過成對的旋轉(zhuǎn)閥順序地彼此連通。這種熱泵具有許多可能的應(yīng)用，例如在靜止領(lǐng)域的廢熱利用——如建筑領(lǐng)域、太陽能空調(diào)、電-熱-冷耦合系統(tǒng)，或用于車輛(特別是商用車輛)的行駛或停駛的空調(diào)系統(tǒng)。已知熱泵的中空元件可以理解為熱交換器，其中，熱量以工作介質(zhì)的潛熱形式在吸附器/解吸器區(qū)域與蒸發(fā)-冷凝區(qū)域之間傳導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工作介質(zhì)存儲器，其具有很大的存儲能力及很高的裝載和卸載動力學(xué)。對于具有吸附劑的工作介質(zhì)存儲器，根據(jù)本發(fā)明，通過下述特征來實現(xiàn)此目的。與純粹的非正連接或形狀配合連接相反，在優(yōu)選實施例中結(jié)合的吸附劑與薄板層之間的連接實現(xiàn)了簡單和可靠的安裝，以及從工作介質(zhì)通過吸附劑到薄板層的改進的熱傳遞，但這并非必需。在本發(fā)明中，薄板層既可理解為單獨的薄板，又可理解為例如以ζ形折疊的板條。 吸附劑優(yōu)選為活性炭，然而本發(fā)明并非將吸附劑限制為活性炭。特別是在使用活性炭時，工作介質(zhì)可以是甲醇，但并非必須是甲醇。在優(yōu)選的實施例中，薄板可以由銅構(gòu)成，其中熱接觸的其它結(jié)構(gòu)由黃銅構(gòu)成并且與銅質(zhì)薄板焊接，特別是硬釬焊。硬釬焊可以通過已知的方法(例如“銅硬釬焊”)來實現(xiàn)。優(yōu)選的是，在薄板區(qū)域內(nèi)省去焊劑。可以使用諸如振動和 /或保護氣氛和/或合成氣氛的措施以在焊接時減小表面、防止氧化和/或破開氧化層。在優(yōu)選的實施例中，特別地，吸附劑是擠壓的成形體，由此可實現(xiàn)對于可用空間的最優(yōu)填充，并且同時形成用于工作介質(zhì)的輸入和輸出以及傳輸通道。例如，活性炭可以粉末化的活性炭與粘結(jié)劑的混合物的形式被擠壓，該粘結(jié)劑優(yōu)選可以在成形體的制造和/或成形體的材料結(jié)合連接之后被碳化。特別地，成形體可以是條帶狀或平坦的方形體。在另一特別優(yōu)選的實施例中，吸附劑不是以擠壓的成形體形式，而是以單層的顆?；蛭⒘有问讲⒁圆牧辖Y(jié)合的方式(特別是通過粘合劑或通過粘合物)設(shè)置在金屬載體肋片的兩側(cè)，使得每個微粒都與金屬載體直接熱接觸，并且金屬載體具有很高的負(fù)載密度。 有利的是，例如采用流化床工藝首先用微粒尺寸等級較大的吸附物，隨后用微粒尺寸等級較小的吸附物進行涂層。該吸附物顆粒可以是裂分顆粒、球、成形的小球和人造纖維或者這些形式的組合或混合物。
在另一實施例中，吸附劑或與吸附劑連接的薄板層這兩者中的至少一個具有相對于熱膨脹方向的結(jié)構(gòu)化部分(Mrukturierimg)。通過所述結(jié)構(gòu)化部分可以補償在熱力學(xué)條件下引起的材料膨脹，而吸附劑不會從薄板層脫落。在一個可行的示例中，該結(jié)構(gòu)化部分包括吸附劑上的通常易碎的橫槽，所述橫槽例如用作預(yù)定斷裂點并同時用作工作介質(zhì)的蒸汽通道。在另一個代替的或補充的示例中，薄板層具有可以吸收熱膨脹的橫槽或相似的褶部。通常而言，不僅在工作介質(zhì)存儲器的工作中，而且在制造中也會發(fā)生熱膨脹。例如，與在工作介質(zhì)存儲器的工作中的情況相比，優(yōu)選的以材料結(jié)合方式設(shè)置的吸附劑在例如焊爐中的薄板層的焊接過程中的熱膨脹更大。因此有利的是，結(jié)構(gòu)化部分可以是吸附劑的切縫或溝槽的形式，以提供用于防止脫落的預(yù)定斷裂點。在有利的實施例中，代替地或補充地，吸附劑可以具有各向相異的彈性和/或?qū)嵝?，其中，在?yōu)選的詳細(xì)的實施例中，平行于薄板層的熱膨脹方向構(gòu)造有機械的弱化。例如，當(dāng)薄板層熱膨脹時，通過這種定向的弱化可以使吸附劑碎裂成塊，其中各塊繼續(xù)保持與薄板層的結(jié)合。這種基本上垂直于薄板層斷裂或瓦解成塊，還有利于工作介質(zhì)與吸附劑在吸附劑層的厚度上的交換。在一個優(yōu)選的實施例中，為了產(chǎn)生各向相異的彈性和/或?qū)嵝?，在吸附劑中加入纖維的或小片狀的各向異性定向的添加劑。吸附劑優(yōu)選可以是活性炭， 添加劑優(yōu)選可以是碳纖維和/或石墨小片。在一個代替的或補充的實施例中，該結(jié)構(gòu)化部分是波形的形式，使得薄板層的熱膨脹至少部分地通過波形吸收。在優(yōu)選的詳細(xì)的實施例中，兩個或多個指向不同的波形彼此交叉，從而構(gòu)成與吸附劑材料結(jié)合的接觸島。在薄板層中的這些結(jié)構(gòu)可例如通過近似連續(xù)的制造步驟借助模壓輥簡單且低成本地制造。該波形可以具有不同的形狀，例如正弦形、 矩形、梯形或具有重疊部分的褶型。通常而言，該其它結(jié)構(gòu)優(yōu)選為管，特別是扁管，其中在薄板層中構(gòu)造有用于管穿過的通孔。以此方式，工作介質(zhì)的潛熱與在管中流動的導(dǎo)熱的流體進行熱交換。該流體在此處可以根據(jù)應(yīng)用是液態(tài)的、氣態(tài)的或多相的(濕蒸汽)。在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例中，薄板層至少在與吸附劑材料結(jié)合地連接的區(qū)域中具有優(yōu)選以流電方式粗糙化的表面。該粗糙化處理也可以利用其它方式產(chǎn)生，例如通過蝕刻。但是，使用流電方法可以例如通過柱狀微晶的生長形成特別合適的結(jié)構(gòu)化部分。通過該粗糙化處理可以實現(xiàn)與吸附劑良好的、至少部分形狀配合的、材料結(jié)合的連接，其中， 該較大的接觸面還改善了熱傳遞。通常有利的是，材料結(jié)合的連接能承受超過300°C的溫度，其中所述連接特別是通過無機粘合劑或碳化的有機粘合劑這兩者中的至少一個形成。由此，在設(shè)置吸附劑之后，薄板層可被焊接(特別是硬釬焊)至其它結(jié)構(gòu)。無機粘合劑可以例如為基于硅酸鹽的粘合劑， 例如水玻璃。有機粘合劑優(yōu)選為含碳量很高的有機粘合劑，例如酚醛樹脂。這些粘合劑例如通過在保護氣氛中加熱實現(xiàn)了穩(wěn)定的碳化。粘合劑的碳化可以特別地在工作介質(zhì)存儲器的部件于焊爐中的硬釬焊連接過程中實現(xiàn)。對于具有用于存儲工作介質(zhì)冷凝相的毛細(xì)縫隙的工作介質(zhì)存儲器，通過以下特征來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。通過以疊置形式彼此直接接觸的結(jié)構(gòu)化薄板的分層能夠簡單并低成本地存儲大量工作介質(zhì)。
在一個可行的實施例中，每個結(jié)構(gòu)化的區(qū)域包括多個溝槽。在可代替的或補充的實施例中，每個結(jié)構(gòu)化的區(qū)域有多個拉毛。在一個優(yōu)選的實施例中，該結(jié)構(gòu)化的區(qū)域與形成于薄板層之間的主蒸汽通道鄰接。在一個優(yōu)選但并非必需的詳細(xì)的實施例中，主蒸汽通道與導(dǎo)熱地接觸的結(jié)構(gòu)相鄰地延伸。所述結(jié)構(gòu)特別地可以是導(dǎo)引流體的管，例如扁管，其穿過薄板層中的通孔。在一個有利的詳細(xì)的實施例中，在兩個薄板層之間構(gòu)造有至少兩個主蒸汽通道， 其中，這些主蒸汽通道中的至少一個主蒸汽通道具有較大的截面積。運行中，在工作介質(zhì)存儲器飽和時，至少該具有較大截面積的主蒸汽通道優(yōu)選不是滿的，由此確保薄板層之間的蒸汽狀工作介質(zhì)在任何時候的良好的循環(huán)。通常有利的是，特別是通過流電處理來對薄板層的表面進行加工，以改善與工作介質(zhì)的可濕潤性。因此，簡單地作尺寸適當(dāng)?shù)拇植诨幚砜梢愿纳票砻娴臐駶櫺?。結(jié)果是一方面實現(xiàn)了更快的冷凝和蒸發(fā)，另一方面改善了存儲器的最大工作介質(zhì)容量。對于具有兩個工作介質(zhì)存儲器的熱交換器，通過以下特征來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。 在一個優(yōu)選的但并非必需的實施例中，工作介質(zhì)存儲器中的至少一個是前述的工作介質(zhì)存儲器。在本發(fā)明的優(yōu)選改進方案中，兩個工作介質(zhì)存儲器中的另一個也是由前述結(jié)構(gòu)來構(gòu)造。這種熱交換器具有第一工作介質(zhì)存儲器和另一工作介質(zhì)存儲器，該第一工作介質(zhì)存儲器具有用于氣相工作介質(zhì)的吸附和解吸的吸附劑，該另一工作介質(zhì)存儲器用于工作介質(zhì)的冷凝和蒸發(fā)。在高效且有利的結(jié)構(gòu)方式中，兩個工作介質(zhì)存儲器容納在一個共同的殼體中，其中，導(dǎo)熱地接觸結(jié)構(gòu)是穿過殼體端側(cè)的底板延伸的導(dǎo)引至少一種流體的管。例如在熱泵的應(yīng)用中，管可以導(dǎo)引兩種不同的流體，例如，與第一工作介質(zhì)存儲器熱交換的管導(dǎo)引液體， 而與第二工作介質(zhì)存儲器熱接觸的管導(dǎo)引氣體，例如將要進行空氣調(diào)節(jié)的空氣。兩個管或管組也具有不同的尺寸和截面積。在本發(fā)明的詳細(xì)的實施例中，管必須流體密封地或工作介質(zhì)密封地連接在底板上。由此可利用已被證明的管束熱交換的的構(gòu)造原理的優(yōu)勢，根據(jù)本發(fā)明將其與通過工作介質(zhì)存儲器和工作介質(zhì)的潛熱傳遞組合在一起。在特別優(yōu)選的實施例中，熱交換器是一個模塊化結(jié)構(gòu)，其中至少兩個模塊能沿管的方向順序地流體密封地疊置。以此方式，不同尺寸和傳遞能力的熱交換器可根據(jù)需要由有利的批量生產(chǎn)得到的模塊來制造。在簡單且有利的詳細(xì)的實施例中，底板具有密封面，其中所述密封面與密封件相互作用以實現(xiàn)流體密封的疊置。密封面可以例如是周向的隆起部，密封件可以為壓在隆起部上的平面密封件。在另一示例中，該密封面是溝槽，周向的環(huán)形密封件被設(shè)置于該溝槽內(nèi)。在另一優(yōu)選的改進方案中，水箱能通過密封面流體密封地連接在底板上。由此可以實現(xiàn)，疊置的模塊的末端模塊也不需要不同的設(shè)計。通常有利的是，熱交換器具有殼體壁，其中殼體壁和底板包圍一封閉的空腔，工作介質(zhì)存儲器設(shè)置在該空腔中。在一個簡單的實施例中，這種殼體壁可以是例如封閉在焊接處的周向的板條。例如，在工作介質(zhì)存儲器和管彼此硬釬焊之后，殼體壁可在接下來的方法步驟中被連接至底板。然后，該殼體壁可以被例如粘合、軟釬焊、焊接或硬釬焊。對于在開始部分所述的熱泵，本發(fā)明的目的通過前述區(qū)別特征實現(xiàn)。


以下對本發(fā)明的多個優(yōu)選實施例進行說明并參照附圖進行詳細(xì)描述。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的熱泵的整體立體圖。圖2示出了圖1的熱泵的分解圖。圖3示出了圖1的熱泵在一側(cè)的俯視圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的示意性立體圖。圖5示出了圖4的熱交換器的局部立體圖。圖6示出了圖4中具有吸附劑的第一工作介質(zhì)存儲器的區(qū)域的熱交換器的示意性截面圖。圖7示出了圖6的工作介質(zhì)存儲器的薄板層的多個視圖。圖8示出了圖7的薄板層的變型的俯視圖。圖8a示出了圖7的薄板層的另一變型的截面圖。圖8b示出了圖7的薄板層的另一變型的截面圖。圖8c示出了圖7的薄板層的另一變型的俯視截面圖。圖8d示出了帶有不同結(jié)構(gòu)化部分的吸附劑的圖7的薄板層的另一變型的截面圖。圖8e示出了圖7的薄板層的另一變型的截面立體圖。圖9示出了圖7的工作介質(zhì)存儲器的另一截面圖和俯視圖。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的另一實施例的局部截面圖。圖11示出了圖10的熱交換器的整體示意性截面圖。圖12示出了圖10的熱交換器的示意性立體圖。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的另一實施例的截面圖。圖14示出了具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的第二工作介質(zhì)存儲器的薄板層的多個視圖。圖15示出了圖6的熱交換器在具有根據(jù)圖14的薄板層的第二工作介質(zhì)存儲器的區(qū)域中的截面圖。圖16示出了平行于薄板層的圖15的工作介質(zhì)存儲器的截面圖。圖17示出了圖15的工作介質(zhì)存儲器的第一變型的多個視圖。圖18示出了平行于薄板層的圖15的工作介質(zhì)存儲器的另一變型的截面圖。圖19示出了具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的第二工作介質(zhì)存儲器的另一實施例。
具體實施例方式圖1示出了熱泵，其中多個、在此處示出為十二個熱交換器1彼此平行疊置于該熱泵中。該疊置的熱交換器1通過拉桿2可拆卸地連接以形成一個結(jié)構(gòu)單元。各熱交換器1包括第一區(qū)域A和第二區(qū)域B，該第一區(qū)域A為吸附/解吸區(qū)域，該第二區(qū)域B為蒸發(fā)/冷凝區(qū)域。在第一區(qū)域A中，通過未示出的泵輸送的循環(huán)流體的第一流動通道3穿過各熱交換器1延伸，在第二區(qū)域B中，流體的第二流動通道4穿過各熱交換器延伸。各流動通道3、4在此處具有端側(cè)的接口 3a、3b，所述接口在徑向上對置并分別用作流體穿流通過流動通道3、4的輸入口或輸出口。通過拉桿2保持在一起的疊置的熱交換器1設(shè)置在熱泵的支承架5中。在支承架 5的外側(cè)設(shè)置有總共四個旋轉(zhuǎn)閥，并且所述旋轉(zhuǎn)閥與疊置的熱交換器1連接，其中，兩個基本上結(jié)構(gòu)相同的旋轉(zhuǎn)閥6分別與吸附側(cè)A的輸入接口 3a和輸出接口北連接。兩個旋轉(zhuǎn)閥 7與熱交換器1的第二區(qū)域或蒸發(fā)/冷凝側(cè)B連接，該兩個旋轉(zhuǎn)閥7在閥中被分隔的流動通道的數(shù)目通常不同，但彼此結(jié)構(gòu)相同。旋轉(zhuǎn)閥6、7在整體上都彼此平行地定向，其中旋轉(zhuǎn)閥6、7的中心旋轉(zhuǎn)軸6a、7a與圖2示意性示出的模塊化的驅(qū)動單元8連接。驅(qū)動單元8包括電動機8a，用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)閥 6、7的特定軸6a、7a的四個驅(qū)動齒輪8c借助該電動機通過齒帶8b同步地運動。在此結(jié)構(gòu)中，所有旋轉(zhuǎn)閥6、7以相同的角速度被驅(qū)動。熱交換器1的吸附側(cè)A的旋轉(zhuǎn)閥6具有輸入?yún)^(qū)域6b，該輸入?yún)^(qū)域具有十二個分開的輸入口 6c，使得十二個熱交換器1中的每一個熱交換器都對應(yīng)于在旋轉(zhuǎn)閥6內(nèi)的單獨的通道。蒸發(fā)器側(cè)B的旋轉(zhuǎn)閥7在輸入?yún)^(qū)域7b中所具有的分開的輸入口 7c的數(shù)目較少，即僅為四個，因為在熱泵此側(cè)的流動通道通常不需要如在吸附側(cè)那樣明顯地分開。相應(yīng)地，多個、在此示出為三個中空元件1相對于其第二區(qū)域B同時分別與在閥7內(nèi)的流動通道中的一個通道連接。現(xiàn)有技術(shù)WO 2007/068481A1涉及到這一點且對熱泵的作用原理進行了說明。相鄰的熱交換器1彼此間隔開一段距離，這在此處通過中空元件之間的適當(dāng)?shù)姆指艏?實現(xiàn)。因此，在熱交換器1之間保持有空隙，使得它們在熱力學(xué)上彼此良好地隔離。 為了進一步改善隔熱性，可以插入未示出的隔板，該隔板可以由發(fā)泡聚合物或纖維絕熱材料構(gòu)成。熱交換器1的各接口 3a、北、4a、4b與旋轉(zhuǎn)閥6、7的相應(yīng)接口 6d、7d連接，所述接口 6d、7d排成一行，分別從基本上圓柱形的旋轉(zhuǎn)閥的輸出區(qū)域的壁徑向地延伸。為了對熱泵的熱力學(xué)引起的膨脹進行補償，旋轉(zhuǎn)閥6、7的接口 7d、6d通過例如管件或波紋管的彈性連接件與疊置的熱交換器1的接口 3a、3b、4a、4b連接。根據(jù)圖4，熱泵的熱交換器1構(gòu)造成在殼體9中，一個工作介質(zhì)存儲器設(shè)置在吸附側(cè)A，一個工作介質(zhì)存儲器設(shè)置在相對的蒸發(fā)側(cè)B。殼體9包括兩個平行的底板10，該底板具有通孔，扁管11的端部容納在所述通孔中。底板10由環(huán)繞的殼體壁12封閉成對工作介質(zhì)密封的空腔。在殼體壁12中設(shè)有一個或多個填充小管13，通過該填充小管可以將空腔抽真空或用工作介質(zhì)填滿空腔。其特別地可以是永久填充，其中填充小管例如可以在充滿后通過變形永久封閉。在第一工作介質(zhì)存儲器A區(qū)域的第一組扁管11形成第一導(dǎo)熱流體的流動通道3， 而在第二工作介質(zhì)存儲器B區(qū)域的第二組扁管11形成另一導(dǎo)熱流體的流動通道4。在扁管組11之間形成有自由間距C，該間距在區(qū)域A、B之間起到了絕熱區(qū)的作用。通過絕熱區(qū)可實現(xiàn)盡可能沒有傳熱，但其中，氣態(tài)的工作介質(zhì)作為潛熱的載體會在位于區(qū)域A、B中的工作介質(zhì)存儲器之間轉(zhuǎn)移。圖5示出了熱交換器1的局部視圖，其中未示出工作介質(zhì)存儲器。扁管11進一步由支撐底板14機械地支撐在空腔內(nèi)，以提供更大的強度用于抵抗工作介質(zhì)與周圍環(huán)境的壓差。支撐底板14起到支撐作用，而不起密封作用。在絕熱區(qū)C的區(qū)域內(nèi)，支撐底板被分開，以將區(qū)域A、B在熱力學(xué)上更好地彼此隔離。圖6示出了具有相連的收集箱15的熱交換器，該收集箱具有用于吸收側(cè)的第一流體的端側(cè)接口 3a。
截面視6延伸穿過第一區(qū)域A和第一工作介質(zhì)存儲器。該第一工作介質(zhì)存儲器由疊置的銅片制成的平行薄板或板層16構(gòu)成，根據(jù)需要，在各薄板或板層的一側(cè)或兩側(cè)連接有吸附劑的條帶。圖7示出了薄板中的一個薄板16的多個俯視圖。銅片的厚度在0. 01至Imm的范圍內(nèi)，優(yōu)選不超過約0. 1mm。吸附劑為活性炭，其被擠壓成型為條帶17形的成形體。條帶17的厚度優(yōu)選在 0. 5mm至2. 5mm的范圍內(nèi)，特別是約1. 5mm。由此可實現(xiàn)工作介質(zhì)存儲器的活性物質(zhì)(吸附劑)與被動物質(zhì)(薄板)之間良好的比例，同時確保了在工作介質(zhì)的吸附或解吸時的高效的熱傳遞。工作介質(zhì)在此實施例中為甲醇(Methanol)?；钚蕴織l帶17以結(jié)合的方式，特別是通過粘合劑連接在銅片16上，以確保盡可能好的熱接觸。在活性炭條帶17之間形成有多行通孔18，扁管11穿過所述通孔延伸。扁管在此處由黃銅構(gòu)成。扁管與薄板16的通孔18在其接觸的區(qū)域中被硬釬焊，例如采用銅硬釬焊 (Cuprobraze) ”方法。在這種情況下，由銅構(gòu)成的薄板16和由黃銅構(gòu)成的管11焊接在一起，該黃銅中的鋅含量為14%?？蛇x擇的，在釬焊之前可先進行蝕刻以改善其潤濕性。軟釬焊方法可被用于代替硬釬焊方法，其中，在管通孔18的區(qū)域中的薄板16僅部分地(例如局部鍍錫)預(yù)焊接在管通孔18的區(qū)域18a(見圖8)中。為此，以輥壓技術(shù)切割對應(yīng)于圖8中部示出的區(qū)域的條帶，并在接下來的步驟中將小條向后彎折。也可以在將薄板16劃分之后，直接插入管11之前或在插入管11之時執(zhí)行此步驟。在此連接過程中，至少在外側(cè)釬焊黃銅管。在插入扁管11之后，釬焊的薄板部分與釬焊的管11形成接觸并且在達到熔融溫度時優(yōu)選在保護氣氛的條件下形成材料結(jié)合的連接而無需額外的焊劑。為了支持流水線工藝，可以考慮采取附加措施以除去氧化層，例如機械振動或還原性氣體氛圍。 也可以直接在釬焊之前執(zhí)行蝕刻工藝。管16是與薄板條帶16導(dǎo)熱地接觸的結(jié)構(gòu)，通過此結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)熱交換。熱量通過帶有導(dǎo)熱流體(在此處可以為水-乙二醇混合物)的管，進行交換。特別是在薄板16的釬焊連接的情況下，薄板16與吸附劑17之間的材料結(jié)合的連接是耐高溫的，特別是大于300°C的溫度。這可以優(yōu)選通過使用無機粘合劑，例如基于硅酸鹽(例如水玻璃)的粘合劑來實現(xiàn)?；蛘咭部梢允褂糜袡C粘合劑，該有機粘合劑在設(shè)置活性炭條帶17之后被碳化，例如在進行硬釬焊的過程中。在碳化時，氫由于加熱被分解，而具有足夠機械穩(wěn)定性的粘合劑的碳鏈被保留。因此，合適的有機粘合劑，例如酚醛樹脂，通常具有很大的碳密度。為了改善材料結(jié)合的連接，薄板16的表面的至少部分區(qū)域被粗糙化。這在此處通過受控的流電方法(galvanisches Verfahren)來實現(xiàn)，通過該方法，高縱橫比的微晶在表面上生長?；钚蕴織l帶17在相對于熱膨脹方向的上表面上具有橫槽17a形式的結(jié)構(gòu)化部分。 槽的切縫用作預(yù)定斷裂點，以在過度熱膨脹時防止活性炭17從薄板16脫落。同時，橫槽的切縫構(gòu)成額外的蒸汽通道，以確保進出活性炭的最優(yōu)蒸汽傳輸。圖示出了薄板層18的結(jié)構(gòu)化部分的可能的詳細(xì)實施例，該結(jié)構(gòu)化部分為具有重疊的側(cè)邊的褶部。由此，特別好地補償了薄板16例如在部件于釬焊爐中被釬焊期間(溫度通常大于600°C)的熱膨脹?；钚蕴砍尚误w17與薄板層16之間的接觸面或材料結(jié)合連接部在垂直于附圖的方向上是條帶狀的。圖8b示出了源自圖8a的設(shè)置，其中在薄板層16中設(shè)置的波形是正弦形且不重疊的。圖8c示出了一種可能的實施例，其中在薄板層16中形成的波形沿兩個彼此垂直的方向交叉，使得接觸島16a從薄板平面(填充的/未填充的方形體)的兩側(cè)突出。這實現(xiàn)了在多個方向上熱膨脹的補償。圖8d在同一視圖中示出了構(gòu)造吸附劑或活性炭條帶17的三種不同的方式。在左側(cè)區(qū)域，切縫17a僅設(shè)置在活性炭17的未與薄板16連接的表面上。所述切縫構(gòu)成預(yù)定斷裂點，在預(yù)定斷裂點處活性炭可以基本上垂直于薄板平面地斷裂(參見示出的預(yù)定斷裂點)。這在工作介質(zhì)存儲器的制造過程中例如在硬釬焊期間防止以材料結(jié)合或粘合形式連接的活性炭17脫落。在圖8d的中部區(qū)域，在與薄板層16連接的側(cè)面上還設(shè)有切縫17b，該切縫特別地與上部的切縫17a對齊。這改善了預(yù)定斷裂點的功能并且實現(xiàn)了在薄板平面附近的更好的工作介質(zhì)傳輸。在另一種實施例(未示出)中，也可以僅設(shè)有薄板側(cè)的切縫17b。在圖8d的右側(cè)示出了定向的添加劑17c整合在活性炭中。添加劑17c可以例如由碳纖維和/或石墨小片構(gòu)成。所述定向基本上垂直于薄板層16的平面，從而使得活性炭在沿薄板層16的方向上比垂直于薄板層16的方向上更易于破裂。因此，添加劑實現(xiàn)了活性炭的各向異性或者各向相異的彈性或斷裂強度。在薄板層16熱膨脹時，產(chǎn)生如纖維一樣垂直于薄板16延伸的微小裂縫17d。由此，活性炭瓦解為尺寸隨機的塊，這些塊在基部保持與薄板16材料結(jié)合。此外，裂縫17d改善了工作介質(zhì)的傳輸。定向設(shè)置的添加劑17c還可以通過活性炭改善沿垂直于薄板平面的方向的熱傳導(dǎo)。含有垂直于條帶平面定向的添加劑的吸附劑條帶可以例如以下述方式制造由活性炭粉末、粘結(jié)劑和添加劑(碳纖維和/或石墨小片)構(gòu)成的混合物沿擠壓方向被擠壓，從而使添加劑沿擠壓方向定向。在出口處垂直于出口或擠壓方向切割為片，所述片直接構(gòu)成活性炭成形體或在進一步加工后構(gòu)成活性炭成形體。隨后，在幾百。C的溫度下進行燒結(jié)，粘結(jié)劑在該溫度下碳化，通常伴隨有成形體的一定量的收縮，然后得到固態(tài)的硬質(zhì)的活性炭條帶。所述條帶例如通過有機粘合劑(例如酚醛樹脂)或無機粘合劑(例如水玻璃)粘合在薄板層16上。在有機粘合劑的情況下，在釬焊工藝期間或在前述單獨的工藝步驟中進行粘合劑的熔融或可能的碳化。應(yīng)該理解的是，在圖8至圖8d中示出的各種方式可以合理地彼此組合。例如，圖 Se為此示出了一種設(shè)置，在此設(shè)置中的薄板層16具有如圖8b的波形，其中吸附劑或活性炭條帶17具有垂直于其本身延伸的如圖8d中部示出的切縫17a、17b。以此方式，可以在一個方向上通過活性炭的斷裂而在另一方向上通過薄板的波形來補償薄板16的熱膨脹，而活性炭17不會從薄板18脫落。因此，在根據(jù)圖8e的實施例中，活性炭通過類似于圖8c的接觸島與薄板16連接。吸附劑和/或薄板層的結(jié)構(gòu)化部分不限于以上描述的示例。特別地，為了補償熱膨脹，薄板層可以具有柵格形的開口，例如剪切格柵(khergitter)或網(wǎng)形格柵 (Streckgitter)。與工作介質(zhì)存儲器在區(qū)域A、B中的具體設(shè)計無關(guān)，圖10至圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的模塊化的熱交換器1的構(gòu)造，該熱交換器1可在管11的方向上疊置。為此，兩個底板 10中至少一個，優(yōu)選兩個底板10都配備有密封面10a。密封面IOa在此處示出為環(huán)繞扁管 11的組3、4的封閉的隆起部。在兩個彼此疊置的熱交換器1之間插入平面密封件19，隆起部IOa密封地貼靠在在所述平面密封件上。兩個區(qū)域A、B的流動通道3、4以此方式保持持續(xù)的彼此分開。水箱15可取代另一熱交換器1被以相同的方式連接在疊置的端部。疊置的熱交換器1和(可選的)水箱15通過拉桿20保持在一起(見圖10和圖 12)。 圖13示出了熱交換器的橫截面，其中，第一區(qū)域A和第二區(qū)域B的扁管11具有不同的形狀。在第一區(qū)域中設(shè)有簡單的細(xì)長的扁管，高熱容量的液態(tài)流體可通過該扁管流動。 在第二區(qū)域B中，扁管具有大得多的橫截面，還具有內(nèi)肋片Ila以改善扁管11與流體之間熱傳遞。這特別有利于例如空氣的氣態(tài)流體的情況，在該情況下傳輸?shù)氖堑蜔崛萘苛?。在圖13中僅示意性示出了兩個不同的工作介質(zhì)存儲器。在區(qū)域A中的吸附-解吸工作介質(zhì)存儲器與液態(tài)的流體熱接觸，而在區(qū)域B中的具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)-冷凝工作介質(zhì)存儲器與氣態(tài)的流體熱接觸。圖14至圖19涉及具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的工作介質(zhì)存儲器，在該工作介質(zhì)存儲器中可以保持工作介質(zhì)的液相?；旧?，這種工作介質(zhì)存儲器可以獨立地構(gòu)造或如此處具體的示例一樣整合在用于構(gòu)成熱泵(帶有如圖1所示的流體控制，但并不必須如此)的熱交換器1 中。圖14示出了薄板層或薄板21的多個視圖。在薄板21中設(shè)有成行的通孔18，管 11穿過該通孔18延伸。在這些行之間設(shè)有條帶狀的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域22，其中該結(jié)構(gòu)化部分在此處由槽或小波形構(gòu)成。通常而言，這種結(jié)構(gòu)化部分可以通過輥壓步驟形成于薄板中，特別是通過連續(xù)方法來形成。薄板21在直接接觸的情況下彼此平行疊置以構(gòu)成工作介質(zhì)存儲器，當(dāng)薄板組疊置時，在鏡像地彼此支撐的波形處形成毛細(xì)縫隙，該毛細(xì)縫隙通過毛細(xì)力保持住冷凝的工作介質(zhì)。圖15示出了熱交換器1在第二工作介質(zhì)存儲器的區(qū)域B中的截面，該熱交換器的結(jié)構(gòu)如上所述。還示出了彼此接觸疊置的小波形22的放大圖。圖16更詳細(xì)地示出了工作介質(zhì)存儲器的功能。波形在截面圖中顯示為垂直的筆直的線。橢圓形的包圍所述線的區(qū)域表示冷凝的且通過毛細(xì)作用被保持在縫隙中的工作介質(zhì)。箭頭示出了蒸汽形態(tài)的工作介質(zhì)的流動路徑。至少在存儲器被部分填充時，在相鄰的波形之間有較小的蒸汽通道23延伸(在附圖平面從上向下)，所述較小的蒸汽通道通入主蒸汽通道M中。主蒸汽通道M沿結(jié)構(gòu)化的區(qū)域22的邊緣平行于扁管的行延伸。在根據(jù)圖17所示的變型中，垂直于薄板平面的該結(jié)構(gòu)化部分是不對稱的，一些主蒸汽通道的截面積大于其它主蒸汽通道M的截面積。由此，隨著工作介質(zhì)存儲器的填充，較小的主蒸汽通道M首先被液體充滿，而大的主蒸汽通道最后被充滿，以確保工作介質(zhì)的有效交換。在圖17所示的實施例中，在主蒸汽通道中交替地產(chǎn)生較寬和較窄的薄板間距。其優(yōu)點在于，即使當(dāng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)被工作介質(zhì)填充至最大量時，在兩個相鄰薄板之間的一個主蒸汽通道始終敞開，而窄通道對可以完全由液體充滿。以此方式相互構(gòu)成梳狀的液體橋 (見圖17左側(cè))，其中根據(jù)平面，梳尖端示出為向上而在相鄰的間隙中示出為向下。毛細(xì)結(jié)構(gòu)組的這種設(shè)計的優(yōu)點在于，整個組的直到至少50%的體積可以被液體填充而不堵塞蒸汽傳輸系統(tǒng)，這意味著極大的存儲器密度。在如圖18所示的另一實施例中插入薄板條帶21，該薄板條帶包括位于管11之間的區(qū)域中的兩個疊加的小波形。因此，當(dāng)相應(yīng)地設(shè)置時，各薄板在疊加的波峰處彼此提供向上的點狀支撐，而在疊加的波谷處彼此提供向下的點狀支撐。以相似的方式，在用冷凝物部分填充時，在最窄的縫隙區(qū)域中產(chǎn)生了示為填充的和未填充的液體橋。由此，進一步提高了用于蒸發(fā)的有效的比容相界面。根據(jù)圖18的毛細(xì)結(jié)構(gòu)22也可以通過拉毛的模壓在薄板21 中形成。在另一實施例中，薄板由金屬箔，特別是銅箔構(gòu)成，其表面被處理，使該結(jié)構(gòu)被盡可能好地潤濕。這例如通過流電處理來實現(xiàn)，由此整個薄板面由液體膜包覆，這在具有極薄的液體邊界層的同時進一步提高了比容相界面。在此處未詳細(xì)示出的實施例中，圖17和圖18的方式也可以組合，由此得到液體容納能力和很大的相界面。圖19示出了第二工作介質(zhì)存儲器的可選實施例，其中毛細(xì)結(jié)構(gòu)根據(jù)文獻EP 1918668A1的教導(dǎo)構(gòu)造。這種結(jié)構(gòu)也適用于提供工作介質(zhì)存儲器，例如以形成根據(jù)本發(fā)明的熱交換器。為了制造根據(jù)本發(fā)明的熱交換器11，可采用各種材料結(jié)合方式的接縫技術(shù)的組合，例如硬釬焊、軟釬焊、焊接及其相關(guān)工藝的變型。優(yōu)選的是，管11、薄板層16、21和管底板10的連接是通過銅硬釬焊的方法被焊接，其中管被預(yù)釬焊。隨后，在第二方法步驟中，優(yōu)選通過接縫工藝用殼體壁12將敞開的芯體封閉，其中預(yù)釬焊的管和工作介質(zhì)存儲器的芯體作為整體至少不再達到起始的釬焊溫度。基本上，所有的釬焊技術(shù)和焊接技術(shù)都可用于本發(fā)明。通常而言，區(qū)域A、B的工作介質(zhì)存儲器優(yōu)選不接觸熱交換器1的殼體壁12，由此改善其隔熱性。應(yīng)該理解的是，各實施例的具體特征可根據(jù)需要合理地彼此組合。
權(quán)利要求
1.一種工作介質(zhì)存儲器，包括多個金屬的薄板層(16)，其中，至少幾個所述薄板層(16)與另一結(jié)構(gòu)(11)導(dǎo)熱地接觸，其中，所述薄板層(16)彼此疊置，其中，在各所述薄板層(16)的至少一側(cè)設(shè)置有用于吸附和解吸工作介質(zhì)的吸附劑 (17)，特別是活性炭，以及其中，所述吸附劑(17)與所述薄板層(16)具有導(dǎo)熱良好的、特別是材料結(jié)合的連接。
2.如權(quán)利要求1所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，所述吸附劑(17)以單層的顆粒或微粒層形式且以材料結(jié)合的方式，特別是通過粘合或通過粘合劑，設(shè)置在金屬載體的兩側(cè)。
3.如前述權(quán)利要求中任一項所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，吸附劑(17)或與所述吸附劑連接的薄板層(16)的這兩者中的至少一個具有相對于至少一個熱膨脹方向的結(jié)構(gòu)化部分(17a)。
4.如權(quán)利要求3所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化部分(17a，17b)以交叉的方式構(gòu)造為所述吸附劑的切縫或溝槽。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，所述吸附劑(17)具有各向相異的彈性和/或?qū)嵝?，其中平行于所述薄板?16)的熱膨脹方向形成機械弱化。
6.如權(quán)利要求5所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，在特別是活性炭的所述吸附劑 (17)中，加入纖維的或小片狀的各向異性定向的添加劑(17c)，特別是碳纖維和/或石墨小片。
7.如前述權(quán)利要求3至6中任一項所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化部分為薄板層的波形，特別是交叉的波形(16a)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，所述另一結(jié)構(gòu)(11) 為管形，特別是扁管，其中在所述薄板層(16)中構(gòu)造有用于所述管(11)穿過的通孔(18)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，所述薄板層(16)至少在與所述吸附劑(17)材料結(jié)合連接的區(qū)域中具有優(yōu)選以流電方式粗糙化的表面。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，所述材料結(jié)合連接能承受超過300°c的溫度，其中所述連接特別是通過無機粘合劑或碳化的有機粘合劑這兩者中的至少一個形成的。
11.工作介質(zhì)存儲器，包括多個金屬的薄板層(21)，其中，至少幾個所述薄板層與另一結(jié)構(gòu)(11)導(dǎo)熱地接觸，其中，所述薄板層彼此直接疊置，其中，至少幾個所述薄板層具有結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(22)，在依次設(shè)置的薄板層之間通過所述結(jié)構(gòu)化的區(qū)域構(gòu)造有毛細(xì)縫隙區(qū)域02)以存儲工作介質(zhì)的冷凝相。
12.如權(quán)利要求11所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，每個所述結(jié)構(gòu)化的區(qū)域02) 包括多個溝槽。
13.如權(quán)利要求11或12所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，每個所述結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(22)包括多個拉毛。
14.如前述權(quán)利要求11至13中任一項所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化的區(qū)域0 限定在所述薄板層之間的主蒸汽通道04，M')上，其中所述主蒸汽通道04，M')與導(dǎo)熱接觸的結(jié)構(gòu)(11)相鄰地延伸。
15.如權(quán)利要求14所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，在所述薄板層中的兩個之間構(gòu)造有至少兩個主蒸汽通道04，)，其中所述主蒸汽通道中的至少一個)具有較大的截面積。
16.如前述權(quán)利要求11至15中任一項所述的工作介質(zhì)存儲器，其特征在于，特別是通過流電處理來對所述薄板層的表面進行加工，以改善與工作介質(zhì)的可濕潤性。
17.一種熱交換器，包括第一工作介質(zhì)存儲器和第二工作介質(zhì)存儲器，其中所述工作介質(zhì)能夠在所述兩個工作介質(zhì)存儲器之間轉(zhuǎn)移，其中，特別地，所述兩個工作介質(zhì)存儲器中的一個工作介質(zhì)存儲器根據(jù)權(quán)利要求1至 10中任一項或權(quán)利要求11至16中任一項來構(gòu)造。
18.如權(quán)利要求17所述的熱交換器，其特征在于，所述兩個工作介質(zhì)存儲器都根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項和/或權(quán)利要求11至16中任一項來構(gòu)造。
19.如權(quán)利要求17或18所述的熱交換器，其特征在于，所述兩個工作介質(zhì)存儲器容納在一個共同的殼體(10,1 中，其中所述導(dǎo)熱地接觸的結(jié)構(gòu)是穿過殼體端側(cè)的底板(10)延伸的導(dǎo)引至少一種流體的管(11)。
20.如權(quán)利要求19所述的熱交換器，其特征在于，所述熱交換器(1)是一個模塊化結(jié)構(gòu)，其中至少兩個模塊(1)能沿所述管(11)的方向順序地流體密封地疊置。
21.如權(quán)利要求20所述的熱交換器，其特征在于，所述底板(10)具有密封面(10a)，其中所述密封面與密封件(19)相互作用以確保流體密封的疊置。
22.如權(quán)利要求21所述的熱交換器，其特征在于，水箱(15)能通過所述密封面(IOa) 流體密封地連接在所述熱交換器(1)上。
23.如前述權(quán)利要求19至22中任一項所述的熱交換器，包括殼體壁(12)，其中所述殼體壁(1 和所述底板(10)包圍一封閉的空腔，所述工作介質(zhì)存儲器設(shè)置在該空腔中。
24.一種熱泵，包括多個熱交換器(1)，其中，在每個所述熱交換器(1)上設(shè)有至少一個第一區(qū)域(A)和一個第二區(qū)域(B)以根據(jù)可變的熱動力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)移熱交換器(1)中的工作介質(zhì)，其中，每個所述熱交換器(1)以其第一區(qū)域(A)與第一流體能穿流通過的所述熱交換器(1)的第一流動通道C3)熱力學(xué)地連接，以其第二區(qū)域(B)與第二流體能穿流通過的所述熱交換器(1)的第二流動通道(4)熱力學(xué)地連接，使得熱能在所述流體中的一種流體與所述區(qū)域(A，B)中的一個區(qū)域之間進行交換，以及閥裝置(6，7)，其中所述區(qū)域中的一個區(qū)域的流動通道能通過所述閥裝置(6，7)順序地彼此連通并且連通的順序在所述熱泵的操作過程中通過所述閥裝置(6，7)進行切換，其特征在于，所述熱交換器中的至少一個熱交換器是根據(jù)權(quán)利要求17至23中任一項所述的熱交換器，其中所述第一區(qū)域(A)中，第二工作介質(zhì)存儲器設(shè)置于所述第二區(qū)域(B) 中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱泵，包括多個熱交換器(1)，其中，在每個熱交換器(1)上設(shè)有至少一個第一區(qū)域(A)和一個第二區(qū)域(B)以根據(jù)變化的熱動力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)移熱交換器(1)中的工作介質(zhì)，其中，每個熱交換器(1)以其第一區(qū)域(A)與第一流體能穿流通過的熱交換器(1)的第一流動通道(3)熱力學(xué)地連接，以其第二區(qū)域(B)與第二流體能穿流通過的熱交換器(1)的第二流動通道(4)熱力學(xué)地連接，使得熱能在流體中的一種流體與區(qū)域(A，B)中的一個區(qū)域之間進行交換，該熱泵還包括閥裝置(6，7)，其中區(qū)域中的一個區(qū)域的流動通道能通過閥裝置(6，7)順序地彼此連通并且連通的順序在熱泵的操作過程中通過閥裝置(6，7)進行切換，其中，至少幾個所述熱交換器被構(gòu)造為這樣的的熱交換器其中第一工作介質(zhì)存儲器被設(shè)置于第一區(qū)域(A)中，而第二工作介質(zhì)存儲器被設(shè)置于第二區(qū)域(B)中。
文檔編號F25B30/04GK102378882SQ201080014553
公開日2012年3月14日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者埃伯哈德·茲維廷格, 漢斯-海因里?！ぐ哺衤? 羅蘭·伯克 申請人:貝洱兩合公司