[發明專利]使用金屬-有機骨架的吸附系統

有效

• 申請號: 201380043606.7
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN105026854B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: B·L·范霍恩;C·A·伯蒂羅;G·S·西爾弗曼;B·P·麥克格拉爾;P·K·薩拉帕里;R·K·莫特庫里;J·J·詹克斯
• 申請（專利權）人: 阿科瑪股份有限公司;巴泰勒紀念研究所
• 主分類號: F25B17/08
• 分類號: F25B17/08;C07F3/06;B01D53/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝;江磊

本發明涉及用于氣體或液體的分離、氣體儲存、冷卻、和加熱應用(包括但不限于吸附式制冷機)的吸附劑，例如金屬?有機骨架(MOF)、共價有機骨架(COF)、多孔芳香族骨架(PAF)或多孔聚合物網絡(PPN)。

發明概述

本發明涉及用于氣體或液體的分離、氣體儲存、冷卻、和加熱應用(例如但不限于吸附式制冷機)的吸附劑，例如金屬-有機骨架(MOF)、共價有機骨架(COF)、多孔芳香族骨架(PAF)或多孔聚合物網絡(PPN)。

發明背景

吸附式冷卻技術是一種已確立的對于機械蒸汽壓縮制冷系統的替代方案。基于吸附的制冷系統具有若干優點，包括很少的活動零件、降低的振動和潤滑要求以及從幾瓦特至若干千瓦特的制冷負荷的可擴展性。主要缺點包括大的熱質量、笨重、復雜的控制、以及低COP(0.2至0.6)。這些缺點主要來自目前可用的吸附劑-制冷劑組合熱物理性質的限制。

在美國，商業建筑物中布置的不同類型的制冷機技術每年消耗約0.6夸特。吸附式制冷機(盡管目前在制冷機市場中占較小的百分比)代表一種對于機械蒸汽壓縮制冷系統的重要替代物。吸附式制冷機使用低品位熱來驅動熱力壓縮機。低品位工業熱源范圍從制造業中產生的廢熱至太陽能熱力設施。基于吸附的冷卻系統具有若干優點：使用低品位熱源；包括極少的活動零件；降低的振動和潤滑要求；以及從幾瓦特至若干千瓦特的冷負荷的可擴展性。典型的吸附式制冷機系統的主要缺點包括大的熱質量、笨重、復雜的控制、以及低COP(0.2至0.6)。低COP是對于每噸遞送的冷量提高單元的尺寸和成本的最重要的因素并且因此是更廣泛使用這項技術的重大障礙。

基本的吸附式制冷機由兩個吸附劑室、一個蒸發器、和一個冷凝器組成。盡管在第一個隔室(解吸器)中的吸附劑使用來自外部熱源(例如來自熱水)的熱量進行再生，在第二隔室(吸附器)中的吸附劑會吸附從該蒸發器進入的工作流體的蒸氣；這個隔室必須進行冷卻以使得能進行連續吸附。工作流體在蒸發器中被蒸發，并且通過熱交換器用來冷卻或冷凍外部熱傳遞流體，典型地是水(例如冷凍水)。當吸附器中的吸附劑被工作流體飽和時，轉換這些隔室的功能。基本吸附式制冷機系統的示例性的、非限制性的簡圖在圖1和2中示出。在基本配置中，使用熱流體(例如熱水)來加熱解吸器以再生吸附劑；使用冷流體(例如冷水)來冷卻吸附器中的吸附劑；使用冷流體來冷卻冷凝器，任選地是與用來冷卻該吸附器相同的流體或流體流；使冷凍流體(例如冷凍水)在該蒸發器中冷卻。在蒸發器、冷凝器、吸附器和解吸器中可以使用不同的熱交換器的配置或熱傳遞配置。可以使用不同的控制和工程方案來轉換這兩個吸收劑室的功能。在一個非限制性實例中，在這些吸收劑室與蒸發器和冷凝器之間的連接可以包括擋板閥；當室1是解吸器并且室2是吸附器(如在圖1和2中)時，連接室1與蒸發器的一個或多個擋板閥是關閉的而連接室1與冷凝器的一個或多個閥是打開的；并且連接室2與蒸發器的一個或多個擋板閥是打開的而連接室2與冷凝器的一個或多個擋板閥是關閉的；當轉換這兩個吸收劑室的功能時，轉換這些擋板閥的打開/關閉位置。在一個非限制性實例中，當轉換這兩個吸收劑室的功能時，還可以轉換用于熱流體和冷流體的回路，例如通過使用控制閥。該系統還可以由將冷凝器中冷凝的液體工作流體返回到蒸發器中的回路組成。

本發明是針對具有非常高的質量負荷和較低的吸附熱的吸附系統，包括制冷劑和吸附劑的某些組合，例如金屬-有機骨架(MOF)，這些系統提供了非常高效的吸附式制冷機。

附圖簡要說明

圖1是一個吸附式制冷機系統的示意圖。

圖2是一個吸附式制冷機系統的示意圖。

圖3是對于兩種超親水MOF和硅膠的室溫等溫線的曲線圖。

圖4是對于在MIL-100中的水隨溫度而變的吸附等溫線的曲線圖。

圖5a是一個雙效的混合吸附式制冷機。