[发明专利]吸附器单元和制备吸附器单元的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种权利要求1前序部分所述的吸附器单元，以及权利要求15前序部分所述的制备吸附器单元的方法。

背景技术

在例如热泵中使用基于吸附剂(例如硅胶、活性炭或沸石，下面称为基于分子筛基)的吸附器单元。通常这些吸附剂(分子筛)特征在于它们在可逆反应中吸收制冷剂(例如水)，当加热时又释放它们。这是由于这类材料具有显著的孔结构，也包括沸石。在吸收制冷剂时释放热量，相反，释放制冷剂则需要热量。无论制冷剂吸附(吸附剂放出热量)或制冷剂解吸(吸附剂吸收热量)，在热泵中均能够利用如上所述的各自反应中的热量。因此，有必要将热量有效传递给吸附剂或从吸附剂传递出来。同样地，吸附剂必须是可以接近制冷剂分子的，也就是说，它的孔结构一定不能被阻塞或甚至被堵住。

吸附剂通常是粒径为几微米的结晶固体。将这些吸附剂颗粒与具有优良热传导性的材料例如铝或铜很好地粘结有利于它们在热泵中的应用。由于吸附剂颗粒通常不与金属粘附，有必要使用助粘剂(粘结剂材料)将颗粒彼此粘合和与金属粘合。这些助粘剂应当满足两个标准。它们不应当阻碍制冷剂吸附到吸附剂中，通常它们不应当妨碍热泵的功能。它们也应由环保的且经济上可接受的材料组成。

热泵在不同的温度下在纯制冷剂蒸汽压力下操作。热泵中的压力增加，由于存在惰性气体导致热泵能量损失，最终能导致完全失灵。为此，吸附剂层在预期的15年使用期限内不应释放任何气体，换句话说，特别是使用的助粘剂(粘结剂材料)一定不能释放任何气体。

按照DE 33 47 700 C2，公开了使用金属网(金属纤维)形成沸石模具以将吸附剂层施加到金属上。例如，将沸石悬浮液和粘结剂浇铸到金属网中并干燥，由此金属网能附着到热泵的金属壁上。然而，DE4405669A1中同一申请人表明这种方法是不适当的。因此带有沸石的金属网在循环应力中与金属壁发生了分离。

DE4 4 05 669 A1描述了一种用沸石悬浮液涂覆金属的方法，使用商品化的高温粘结剂材料例如Holstas公司的“GunGum”作为粘结剂材料。这种方法至少有3个缺点：“GunGum”是基于为碱金属硅酸盐的水玻璃的材料。然而，本领域技术人员知道碱金属层的水稳定性差。碱金属硅酸盐在长期的装填过程中发生水解，其中水冷凝并且热量循环作用于粘结剂材料和/或碱金属硅酸盐。这与硅酸盐脆化和强度下降有关，从而其粘结能力降低，吸附剂层可能发生降解。另一个问题是碱金属硅酸盐的碱度，因为许多吸附剂，包括提到的磷铝酸盐、硅磷酸铝和富硅沸石系列，被碱性物质侵蚀和/或溶解。特别是Mitsubishi公司称作“FAM”的专门用于热泵的分子筛(吸附剂)被碱性物质侵蚀并因此也被“GunGum”侵蚀。最后，当使用“GunGum”或其它碱金属硅酸盐作为粘结剂材料时，在这些材料中经常出现的碳酸盐杂质是第三个问题。这些杂质产生的原因在于，碱性物质与空气接触时，吸附空气中少量存在的二氧化碳，然后在这个过程中形成相应的碱金属碳酸盐。在使用这种粘结剂所制备的吸附层长期暴露时，二氧化碳可能从由此形成的碱金属碳酸盐中分离，从而使热泵内的压力增加导致能量损失。

如果使用不是基于碱金属硅酸盐的其它高温粘结剂，会出现不同的问题。例如，SeppZeug有限公司的高温型8 Sauereisen粘结剂不包含任何碱金属硅酸盐，但是包含氧化镁、磷酸镁和硅酸锆。然而，如果使用这种材料作为粘结剂，收缩裂缝大量出现。收缩裂缝通常是由于流体蒸发而使固化悬浮液体积的下降导致的，例如当肥沃的河岸干涸时经常可以观察到收缩裂缝。吸附剂层对铝板的粘附非常不稳定，轻微振动就立刻脱落。Kager有限公司的高温粘结剂Ceramabond也出现同样的问题。这种粘结剂，与类型8 Sauereisen粘结剂类似，不含有任何碱金属硅酸盐，但特别包含具有细微粒径的刚玉。实验表明使用这种粘结剂制备的吸附剂层也具有许多收缩裂缝，在热应力下(160℃)立刻从金属剥落。

原则上，性能，也就是说特别是分子筛层稳定性，通过使用DE4405669A1中所述的玻璃纤维无纺织物来改善。为此，将玻璃纤维无纺织物直接施加到金属上，然后使用分子筛/粘结剂悬浮液粘结。这种方法的一个缺点是这种玻璃纤维无纺织物只能与具有容易进入的几何形状的金属体使用。

另外的专利和出版物涉及在不同基体上制备沸石层，其中使用有机助粘剂，或者通过复杂的过程在基体上生长沸石层。

有机助粘剂的固有的缺点是，时间长了热泵内有机物质的分解反应可导致发生脱气，从而可削弱热泵的功能。这在热泵循环操作中该层被暴露于150℃以上的温度，并且在这些温度下有机物质容易分解的情况下发生。