如上所述，本发明涉及一种利用热源产生制冷效果的设备。所述设
备包括周期性地吸附和解吸工作物质而由此造成热传导的吸附材料。
本发明通过使吸附材料的吸附能力匹配于工作物质的量而提高了吸附
循环的效率。本发明通过将工作物质滞留在一个在工作物质凝固时不
会爆裂的容器内而进一步提高了吸附循环的效率，由此允许在工作物
质已经凝固后继续进行吸附。
为举例说明，在图中示出了本发明的有代表性的设备。如图1所
示，设备2的吸附剂容器4通过管子8与冷凝容器6相连，所述管8穿过位
于吸附剂容器底部的孔9。在吸附剂容器4中装满了对极性工作物质有
强烈亲和性的吸附材料10。管子8穿过吸附剂容器4并被吸附材料10包
围起来。管子8具有允许蒸气在吸附材料10与管子之间来回通过的孔洞
12。筛网布14覆盖住孔洞12并防止吸附材料10经孔洞进入管子8中。在
吸附剂容器4中装有一个用于排空吸附剂容器并进入容器以便维修的塞
子16。
热源18位于吸附剂容器4的附近并且它被设置成可加热吸附剂容器
及其内容物的形式。热源18可以在一个产生热以加热吸附剂容器4并使
吸附材料10释放出蒸气(解吸)的工作位置和一个吸附剂容器4及其内
容物允许被冷却的非工作位置之间循环。热源可以呈电加热器、燃烧
式加热器、太阳能加热器的形式，或者可以通过使磁体在铜管如容器4
的上方经过来完成加热。也可以采用在现有技术中已知的其它加热方
式。
在一个实施例中，在管子8中装有一个真空阀20和一个波纹管22。
真空阀20可以在一个如图1的实线所示且其中冷凝容器6可以通过管子8
与吸附剂容器连通的开启位置和一个如图1的虚线所示且其中冷凝容器
与吸附剂容器隔绝的关闭位置之间活动。冷凝容器6具有允许观察装在
冷凝容器中的冷凝液态工作物质26和固态工作物质28的视窗24。在另
一个实施例中，真空阀20和波纹管22被一个商品级真空阀或其它的适
当阀件代替。
吸附剂容器4具有通过管34与真空阀32相连的第二孔30。真空阀可
以与真空源33相连以便将吸附剂容器4抽成真空状态。一个伸缩接头11
设置在管34与吸附剂容器4之间以解决管与吸附剂容器在解吸过程中的
热膨胀问题。理想地是降低吸附剂容器4内的压力以便降低液态工作物
质26将蒸发并被吸附材料10吸附的温度。但是，根据吸附材料10和工
作物质的特性，高于大气压和处于大气压的压力都是可行的。真空阀
32可以定位在一个允许吸附剂容器4与真空源33连通的开启位置与一个
吸附剂容器4与真空源隔绝的关闭位置之间。
在启动设备2之前，开启真空阀32，由此使吸附剂容器4与真空源33
形成流体连通。真空阀20接着被打开，由此使吸附剂容器4与冷凝容器
6形成流体连通。降低吸附剂容器4和冷凝容器6中的压力。然后关闭真
空阀32并准备启动设备2。在一个实施例中，容器4中的压力被降低到4
毫米汞柱的绝对压力(即绝对真空以上的4毫米汞柱高度)，但是其它
压力也是可以的，这取决于装在设备中的吸附材料10的类型和工作物
质的种类以及设备所承受的温度。
在工作中，设备2在一个吸附阶段和一个解吸阶段之间循环工作。
在解吸阶段内，热源18被启动，从而它加热吸附剂容器4和吸附材料
10，这造成吸附材料10中所含的任何液态工作物质蒸发。工作物质蒸
气从吸附材料10中流出并经过筛网布14和孔洞12而进入管子8并接着流
入冷凝容器6，它在这里冷凝而形成了一池液态工作物质26。在一个工
作物质是水的实施例中，吸附剂容器被加热到250°F的温度以便释放出
工作物质蒸气。其它温度也是可行的，这取决于吸附材料的特性、工
作物质性能和在解吸过程中被释放的工作物质的数量。如图1所示，冷
凝容器优选地位于吸附剂容器4的下面，这样允许重力帮助冷凝物从吸
附剂容器进入冷凝容器。
一旦工作物质蒸气已经从吸附剂容器4被释放到冷凝容器6中，则马
上关闭真空阀20并且允许冷凝容器6和吸附剂容器4都被冷却。在一个
实施例中，吸附剂容器4和冷凝容器冷却到室温，即大约70°F。吸附剂
容器4的冷却速度可以通过附加冷源36来加快。但是，设备2的工作就
不需要冷源了。冷源的例子包括风扇、水套和其它散热场。尽管图1所
示的冷源在吸附剂容器4的外面，但是它也可以伸入吸附剂容器内以便
更有效地冷却容器中的吸附材料10。
当吸附剂容器4和冷凝容器6已经冷下来时，吸附式制冷机2就准备
好开始吸附阶段了。开启真空阀20，从而允许吸附剂容器4与冷凝容器
6之间形成流体连通并马上产生一个急冷效果。吸附材料10吸附液态工
作物质26，结果使工作物质从液态变成气态并且经过管子8、孔洞12和
筛网布14而进入吸附材料10中。当液态工作物质从液态转变成气态
时，它从周围的液态工作物质和冷凝容器6中吸收蒸发热，这造成水和
冷凝容器的温度降低。当冷凝容器6及其内容物冷却时，液态工作物质
开始形成固态工作物质28。随着吸附阶段的继续进行，液态工作物质
26或是因为它被吸附材料10吸附了或是因为它完全变成了固体28而消
失。
一旦液态工作物质26已经从冷凝容器6中消失了，则吸附随着固态
工作物质28直接升华成被吸附材料10吸附的蒸气而继续进行。当液体
26和固体28已经基本上完全被吸附时，循环结束。接着重新致动热
源，由此使水蒸气经管子8回到冷凝容器6以便重复制冷循环。如在这
里所述的那样，术语“基本上完全被吸附”是指基本上所有工作物质
无论是液态的还是固态的都已被吸附而变成气态并从冷凝容器6转移到
吸附剂容器4。
与设备2中的工作物质量有关的吸附材料10的能力(即它维持的最
大工作物质量)是本发明的一个重要特征。在一个实施例中，吸附材
料10是伊利诺斯州德斯普兰尼斯市的UOP公司制造的MOLSIV型13X沸
石，工作物质是水。在此实施例中，吸附材料10的能力被设定成这样
一个值，即吸附材料完全吸附液体水26和冰28。吸附材料10的体积是
根据所需的冷负荷和制冷速度而被选定为22立方英寸(即0.51磅)。
工作物质被选择成60立方厘米的水(即吸附材料10的重量的28.5％)，
冷凝容器6的体积被定为等于工作物质的体积。当吸附材料被加热到
250°F，吸附材料10所吸附的水量是20立方厘米。其余的40立方厘米水
在解吸后留在吸附材料10中。利用这样的搭配，留在冷凝容器6中的残
余水在开启真空阀20并开始循环的吸附阶段后约11秒左右被完全冻结
成冰。当没有直接的工作负荷作用于系统时(即没有热源给冷凝容器
加热)，冻结的残余物在随后的大约120分钟-160分钟后完全被吸附材
料10吸附。
以上的吸附剂-工作物质比以及所选温度经过选择以便保证所述的
冷却时间。其它吸附和解吸工作物质总量中更多物质的比例和温度也
是可行的。这样的比例将降低吸附材料10必须解吸的频率。
如上所述，在一个实施例中，吸附材料10是沸石，而工作物质是
水。其它工作物质和其它对工作物质有亲和力的吸附材料也是可行
的。这样的工作物质包括NH3、H2、S、N2、CO2等以及氟烃、氯烃和烃及
其混合物。如下所述，这些物质对吸附材料具有不同的亲和力。其它
吸附材料包括分子筛、硅胶、活性铝土和其它类似的方钠石型结构，
其中包括粉末、片材、颗粒、固体形式和凝胶。
吸附分子筛晶体的外表面积都可用于吸附任何大小的分子，而内表
面积只能用于吸附小到能进入孔的分子。外表面积只占总表面积的1％
左右。由于太大而无法内部吸附的材料将通常以0.2％-1％的程度(重量
百分比)被吸附在外表面上。分子筛可以以不同类型和形式使用。通过
选择适当的吸附剂和工作条件，可以使分子筛适应于许多特定用途。
不仅分子筛根据大小和形状分离分子，而且它们还优选地根据极性或
不饱和程度进行吸附。在分子小到足以进入孔的混合物的情况下，越
不挥发，则分子越极性化或越不饱和，它在晶体中连系得越紧。
例如，在本发明的一个实施例中，工作液体是二氧化碳和水的混合
物。二氧化碳比水更容易汽化。在循环的吸附阶段开始时，二氧化碳
立即汽化，由此产生了立竿见影的制冷效果。与之相比，水汽化得较
慢，要经过一段较长的时间，但它提供了长期制冷效果。除了提供立
竿见影的制冷效果外，二氧化碳还改善了从热源18到吸附材料10的传
热速度，由此缩短了解吸吸附材料所需的时间并减少了其所需的能
量。象氮气这样的物质也可以与水搭配使用。氮气提供了导热性，由
此提高了在解吸过程中可从吸附材料中传导热的效率。由于吸附材料
10不象水那样强烈地吸附氮，所以氮气不阻碍吸附材料10吸附水。
在图1所示设备的一个替换实施例中，真空阀20被取消了。结果，
吸附材料连续吸附工作物质并连续而不是突然地冷却冷凝容器及其内
容物。
在图1所示的实施例中，吸附剂容器4的直径是管子8直径的2.4倍，
但是其它管径和形状也是可行的。例如，位于吸附剂容器4内的管子8
的那部分可以被分成许多小管，每个小管具有孔洞12和筛网布14。增
多的管数提高了吸附材料10与冷凝容器6之间的蒸气传递速度。
在图1所示的实施例中，热源18位于吸附剂容器4的外面，但是其它
布局也是可行的。例如，热源18可以位于吸附剂容器18内以便更有效
地加热吸附材料10。在这样的一个实施例中，热源18包括一个防水的
因克合金(Incalloy)元件，吸附材料10直接粘结在该元件上以便为
有效的传热提供紧密粘合。在此实施例中，因克合金或其它适当材料
能够暴露在空气中而没有受热熔化。粘结剂材料可以是聚亚苯基硫醚
(PPS)或磷酸铝。磷酸铝作为粘结剂是有利的，因为它通过使活性铝
土和/或氧化铝与沸石结合而提高了结构强度并且可以被加热到600°F
以上。PPS没有这样多地提高强度，但是它不需要添加活性铝土或氧化
铝，从而百分之百的吸附剂可以是沸石。
在图12、13所示的一个实施例中，吸附材料呈机制的吸附盘50的形
状，它们堆积在由象因克合金这样的材料制成的一个固体加热件52上
并且可以通过电线53给它们施加电压来电加热。各吸附盘50具有允许
吸附蒸气在吸附盘50与管子8之间经过的孔54。吸附盘50可以被加工形
成允许气体在吸附盘之间经过以便根据需要加热或冷却吸附盘的粗糙
表面55。传热套56环形地包围住吸附盘50的外表面。传热套与一个热
交换源57相连以改变吸附剂容器4的温度。象水这样的流体58在传热套
56与热交换源57之间经过，以便在吸附盘50与热交换源57之间进行热
交换。吸附盘50可被加工成任何所需的形状并可以堆积在长度不同的
加热件52上，以便被装入具有变化尺寸的吸附剂容器4中。
如图12所示，热交换源57和传热套56可被用于向吸附盘50传递热量
或从中传出热量。当热交换源57和传热套56被用于加热吸附盘50时，
它们提高了吸附盘解吸工作物质的速度并由此缩短了解吸吸附剂容器4
所需的时间，结果缩短了整个循环时间。当传热套56和热交换源57被
用于冷却吸附盘50时，它们马上急冷吸附盘并由此缩短在下个吸附阶
段前冷却吸附盘所需的时间，结果进一步缩短了整个循环时间。
在图14、15所示的另一个实施例中，吸附材料10呈粉末或球粒状。
由象因克合金这样的材料制成的加热件300穿过吸附材料10并与热交换
源57连接。加热件300具有一个可使流体58通过的环形腔302。传热套
56也与热交换源57相连并且其中也装有流体58。
如图14、15所示，管子8被分叉为穿孔部310和312。穿孔部310、
312具有允许蒸气在吸附材料10与穿孔部之间经过的孔洞12和防止吸附
材料进入穿孔部的筛网布14。尽管在图14、15中示出了两个穿孔部
310、312，但是，为了尽可能提高蒸气在吸附材料10与穿孔部之间的
传递速度，数量更多的穿孔部也是可行的。如以上根据图12、13所示
实施例所描述的那样，热交换源57、传热套56和环形加热件300可以用
于加热或冷却吸附材料10。当热流体如水或其它适当流体从热交换源
57起经过传热套56和环形腔302流出且加热件被经由电线53提供的电流
加热时，吸附材料10解吸的速度提高了，这缩短了使吸附剂容器4准备
用于吸附所需的时间。当冷流体如水或其它适用流体从热交换源57经
传热套56、环形腔302流出时，吸附材料10马上被急冷，这在容器已被
加热后并在解吸前进一步缩短了使吸附剂容器4备用于吸附所需的时
间。
在图2所示的另一个实施例中，冷凝容器由一个热交换器37代替，
所述热交换器设置在绝热箱38内。吸附剂容器4的工作基本上与结合图
1所述的吸附剂容器的工作相同。当热交换器在吸附阶段内冷却时，它
冷却了箱子38。箱子38接着可以被用于存储任何东西如需要冷藏的食
物。热交换器37具有用于与图1所示冷凝容器6相同的目的的热交换器
管40。但是，热交换器管40可提供比冷凝容器6更大的传热表面积，因
此更有效地冷却了箱子38。热交换器管40以一个朝下的角度定位，以
便在用冷凝物填充热交换器管时利用重力。
在图3中更具体地示出了热交换器管40。在此实施例中，工作物质
是一种在凝固时膨胀的材料，如水。如图3所示，在热交换器管40中装
有泡沫材料或其它可压缩材料42，它在工作物质26冻结时适应于工作
物质的膨胀。冻结的水对热交换器管40的管壁和可压缩材料42施加了
压力，这造成圆周应力。由于可压缩材料42比热交换器管的壁更可被
压缩，所以它变形并由此在工作物质完全冻结时防止了压力超过热交
换器管40的圆周强度。一旦工作物质完全冻结了，则它如上所述地继
续升华并被吸附材料10吸附。如在这里所提到的那样，术语“圆周强
度”是指热交换器管40的管壁或其它装有可压缩材料42的容器壁超过
它而爆裂的应力。
在一个实施例中，理想地确定热交换器管40中的可压缩材料42的尺
寸和位置，以便在热交换器管中留下足以允许工作物质蒸气在吸附时
流过热交换器管的流动面积。与此同时，最好提供足够的压缩材料
42，从而冷冻的工作物质不会完全压缩可压缩材料42并接着撑破热交
换器管40。因此，在一个实施例中，工作物质体积与可压缩材料42体
积之比是如此选择的，即当工作物质冻结并膨胀由此压缩可压缩材料
42时，由任何残留的液态工作物质和冻结的工作物质以及可压缩材料
42施加的组合压力小于热交换器管40的圆周强度。在一个实施例中，
可压缩材料包括防水微孔，从而可压缩材料不吸附水。
在另一个实施例中，可压缩材料42的相邻部分可以具有不同形状和
可压缩性，这取决于在吸附材料10与该部分之间的流动距离(图1)。
例如，离开吸附材料10的可压缩材料42的那部分可以被构造成当可压
缩材料被完全膨胀时填满热交换器管40的整个横截面积，而靠近吸附
材料10的可压缩材料42的那部分可以被构造成填充程度小于整个横截
面积。当工作物质从吸附材料10中被释放到热交换器管40中时，可压
缩材料42接着可以在工作物质的压力下收缩并且在吸附工作物质时膨
胀。由于在可压缩材料42与靠近吸附材料10的热交换器管40的管壁之
间留有空隙，所以即使当可压缩材料膨胀时，也可以保持穿过整个热
交换器管40的流体通道，由此允许吸附更多的工作物质。
在图3所示的实施例中，热交换器管包括具有与吸附剂容器4连通的
开口46的单管段。其它实施例也是可行的。例如，热交换器管40可以
被分成几段，各段管具有与吸附剂容器连通的开口46。这样的设计使
在热交换器管内的流体更加暴露在吸附剂容器4中。在另一个实施例
中，可以给热交换器管40装上翅片48，它们提高了从箱子38到热交换
器管的传热速度，由此提高了箱子的冷却速度。
在本发明的一个实施例中，可压缩材料42具有如图4所示的三角形
横截面。此形状允许工作物质26环绕可压缩材料42地流经管子。这种
形状也迫使容纳于热交换器管40内的工作物质流向管壁以便最大限度
地获得传热效率。用于将工作物质定位在管壁上以最大限度地获得传
热效率的其它形状也是可行的。如图5所示，槽44允许工作物质26从可
压缩材料42的一侧流向另一侧，由此提高了液体和蒸气流经管40的速
度。在此实施例中，槽44如图5所示地被布置成螺旋形，以允许液体和
蒸气更易于从可压缩材料42的一侧流向另一侧而没有损及可压缩材料
42的结构。槽的螺旋形布置也用于尽可能地减小当可压缩材料42受压
时产生于热交换器管40上的圆周应力。
尽管可压缩材料42如图3所示地定位于热交换器管40中，可压缩材
料42也可以位于当其中所装液体冻结并膨胀时受到撑破威胁的任何容
器中。例如，可压缩材料42可以放在室外水龙头中以防止水龙头在环
境温度降到冰点下时破裂。在这些实施例中，可压缩材料42可以具有
任何符合可压缩材料安放容器的形状的形状而不需要是如图3、4所示
的三角形或细长形。可压缩材料可以这样地设置在容器中，即它靠近
容器的第一壁并与容器的第二壁间隔开。这样一来，可压缩材料用于
隔绝容器的第一壁并用于将工作物质定位于容器的第二壁附近，以便
获得在工作物质与第二表面之间的最高传热。
可压缩材料团粒可以被用于容器形状不容易适应于单件可压缩材料
的容器中。尽管热交换器管40一般是由薄壁刚性导热材料构成的，但
是可压缩材料42也可以被安装在具有柔性壁的容器中。在这样的实施
例中，容器壁和可压缩材料42都在装在其中的液体冻结时弯曲。这样
的可压缩材料42的其它应用对熟悉本技术领域的人来说是已知的。
在本发明的另一个实施例中，如图6所示，两个吸附剂容器4与冷凝
容器6相连。各吸附剂容器4按照与上述方式基本相同的方式工作，但
是这两个吸附剂容器是异相工作的，从而当一个吸附剂容器正从冷凝
容器中吸附工作物质时，另一个吸附剂容器由热源18加热并释放出蒸
气，蒸气冷凝流入冷凝容器6中。当受热容器释放蒸气时，直接与容器
相连的真空阀20被关闭，以便防止冷凝物马上被相邻的吸附剂容器吸
附。开启阀21以允许冷凝物在一个存储器23内冷凝而没有干扰到由另
一个吸附剂容器4进行的同时吸附。当解吸容器解吸结束时，开启与解
吸容器有关的阀20，允许工作物质从存储器23进入冷凝容器6。在一个
实施例中，热源18和吸附剂容器4的尺寸是这样的，即当一个吸附剂容
器完全解吸、冷却并准备吸附时，另一个吸附剂容器是饱和的并准备
解吸。接着，掉换容器的角色，即以前解吸的容器从冷凝容器6中吸
附，而以前吸附的容器释放工作物质到存储器23中。尽管在图6中示出
了两个吸附剂容器，但是使用更多吸附剂容器的其它配置也是可行
的。这样的实施例是有利的，因为它们无需准确地使一个容器的解吸
时间匹配于另一个容器的吸附时间。
图7示出了一个采用许多吸附系统的连续循环。各吸附剂容器4与一
个带有热交换器管40的独立的热交换器37相连。同如图6所示的实施例
那样，异相地操作吸附剂容器4，从而当一个吸附剂容器4从相连的热
交换器37中吸附工作物质时，另一个吸附剂容器将工作物质释放给它
的热交换器。这样一来，可以使绝热箱38保持基本恒定的温度。
箱子38具有一上冷冻部和一下冷藏部。上冷冻部具有比较高的单位
箱子体积的热交换器管密度以便获得冷冻食物一般所需的低温。下冷
藏部具有比冷冻部低的单位箱子体积的热交换器管密度，它适于使食
物保持在一般的32°F以上的冷藏温度下。采用多于两个的吸附剂容器
和数个热交换器的其它实施例也是可行的。这样的实施例是有利的，
因为它们无需准确地使一个容器的解吸时间匹配于另一个容器的吸附
时间。
图8示出了本发明的一个实施例，其中两个吸附剂容器60、62与冷
凝容器66相连。在吸附剂容器60、62与冷凝容器66之间的吸附蒸气的
流动驱使位于冷凝容器入口70处的透平机68转动，从而给动力传动装
置72提供动能。可以根据需要启闭阀74、76以允许其中一个吸附剂容
器60、62与冷凝容器66连通。旁通阀75、76、77和78允许冷凝物经存
储器71、79返回冷凝容器66。
在工作中，吸附剂容器60处于完全饱和状态，吸附剂容器62处于完
全解吸和充电状态，阀76是开启的，阀74是关闭的，而且阀75、77、
78关闭。在典型的设备中，解吸中工作物质的流速太低而无法在透平
机68中产生动力。因此，当第一吸附剂容器60被加热时，离开容器的
蒸气经过旁路管64绕过透平机68，流入存储器79。第二吸附剂容器62
从冷凝容器66中吸附蒸气，由此使蒸气流过透平机68。当蒸气流过透
平机68时，它驱动透平机68转动。透平机的转动通过动力传输装置而
用本领域已知的方式如密封轴或涡流联结器被输出。一旦第二吸附剂
容器62吸饱了蒸气并且第一吸附剂容器60被完全充上电，容器的角色
马上掉换过来。阀75、76、77被关闭，而阀74、78开启。第一吸附剂
容器60从冷凝容器66中吸附蒸气，由此驱动透平机68，而第二吸附剂
容器62通过旁路管65把蒸气解吸到存储器71中。
本发明所披露的吸附式制冷机的其它用途也是可行的。例如，设备
可以被用于降低斯特林发动机的冷侧温度，由此提高发动机的效率。
图9示出了一个基本的再生式斯特林发动机的循环，如美国专利
No.5,456,076中所述的那样，这篇专利文献的全文在此被引作参考。
基本的斯特林发动机循环至少包括：一个给热区82供热的热源81，一
个从冷区83中散热的吸热器84，一个在热缸区86和冷缸区87之间传输
热能的导热气态工作流体85，一个在具有一热室90和一冷室91的活塞
缸89内往复移动的泵气活塞88，热室和冷室通过绝热的再生式换热器
92相连，一个在动力缸94内往复运动的动力活塞93，一个将动力活塞
的运动转变成有用动能的装置如转动曲柄，以及一个控制泵气活塞相
对动力活塞运动的时刻的装置。动力活塞93和泵气活塞88可以是自由
浮动的，如在自由浮动的斯特林线性发动机中那样，或者它们机械地
相连。在此实施例中，热源81包括一个吸附剂容器，吸热器84包括一
个上述类型的冷凝容器。吸附剂容器和冷凝容器分别加热或冷却热源
81和吸热器84，由此提高了发动机效率。另外，再生式换热器92可以
被一个上述类型的吸附剂容器/冷凝容器的组合取代。热源81可以包括
太阳能，从而在白天，热源加热吸附材料并给吸附剂容器充电。在晚
上，吸附剂容器从冷凝容器中吸附工作物质，由此加热吸附剂容器并
冷却了冷凝容器。这样一来，包括吸附剂容器和冷凝容器用于储存太
阳能并且即使在晚上也能使斯特林发动机工作。
在另一个实施例中，碳纤维或碳泡沫材料可以被加入热区82中。如
以下将结合图25-27具体描述的那样，碳材料可以是导热性能非常好的
材料，从而它能将热传递给工作流体85。碳材料也可以是多孔的，从
而促进与工作流体85的热接触，并且它可以通过为其提供电流(在是
碳纤维的情况下)或者通过对流或传导传热(在碳材料是碳纤维或泡
沫碳的情况下)而被加热。碳材料也可以通过在工作流体从热区82流
向吸热器84时从工作流体85中吸热而用作蓄热件。在此实施例的另一
个方面上，碳材料可以在工作流体沿一个方向经过时从工作流体85吸
收水分，而在工作流体反向流过时向工作流体85解吸水分，由此进一
步提高了斯特林发动机的效率。斯特林发动机可以是任何类型的，其
中包括使用铁电薄片的那种斯特林发动机，如转让于联邦航天太空管
理部的美国专利申请No.08/840，111中所述的那样，这篇文献在此引作
参考。吸热器84可能包括因其有高的孔隙度和导热性而促进了从工作
流体中吸热的碳泡沫材料。
在本发明的另一个替换实施例中，吸附式制冷机可以被用于提高热
伏达电池的效率。吸附式制冷机被用于降低伏达电池的冷侧温度并由
此提高电压输出。其它实施例也是可行的。例如，传热设备可以被用
于冷却一个用于鱼类加工处理的平板或者被用于冷却计算机芯片、动
力变电站或车。在每个实施例中，容易获得的比较低级的热被用于产
生所需的冷却效果。
图10示出了本发明的一个实施例，其中第一、第二吸附剂容器4、
104和单个冷凝容器6一起工作以便冷却计算机芯片180。当第一吸附剂
容器4在阀21开启而旁通阀27和真空阀20关闭的状态下向存储器23中解
吸工作物质时，第二吸附剂容器104在真空阀120和阀121关闭而旁通阀
127开启的状态下从冷凝容器6中吸附工作物质。当第二吸附剂容器104
完成吸附且第一吸附剂容器4完成了解吸时，使阀处于相反状态，吸附
剂容器4开始吸附，而吸附剂容器104将工作物质解吸到存储器123中。
这样一来，计算机芯片180得到连续冷却。
在图10所示的实施例中，计算机芯片180定位于一个在冷凝容器6与
旁通阀27和127之间的导管上。在另一个实施例中，计算机芯片180可
以定位在导管或者冷凝容器6中。在此实施例的另一个方面中，许多个
计算机芯片180可以安放在一个位于导管或冷凝容器6内的基板上。各
计算机芯片180可以固定在一段碳纤维材料上或其它导电材料上，并且
根据需要有选择地加热它们以保持计算机芯片处于大约相同的温度，
由此防止基片因不同的热膨胀而破裂。以下将结合图25-31更详细地介
绍碳纤维材料。在本实施例的另一个方面中，可以在工作物质于吸附
过程中离开冷凝容器6时用工作物质喷射计算机芯片180以提供直接的
冷却效果。
图11示出了本发明的一个替换实施例，其中吸附剂容器可以由经出
气孔202排气的气体燃烧器201或者电加热元件203加热或者由经入口
212流入而经出口214流出的热气或热液体加热。加热装在吸附剂容器4
中的吸附材料10的方法是可以根据在解吸时热源的可利用性选择的。
入口212和出口214可以与任何方便的热源相连如汽车散热器。还设置
了一个冷却用热交换器210，以便在吸附剂容器一旦解吸后降低吸附剂
容器4的温度。设置了一个入口205，以允许检修吸附剂容器4及其控制
器207。真空口32可以与真空源(未示出)相连，以便将吸附剂容器抽
到低于大气压的压力下。
图16示出了本发明设备的一个替换实施例。如图16所示，设备400
的吸附剂容器4通过管子8与热交换器37相连，所述管穿过位于吸附剂
容器底部的孔9。在吸附剂容器4中装有对极性工作物质有强亲和力的
吸附材料10，例如沸石。管子8穿过吸附剂容器4并被吸附材料10包
围。如以前参考图1所述的那样，管子8具有允许蒸气在吸附材料10与
管子8之间来回流过的孔洞12。筛网布14覆盖住孔洞12并防止吸附材料
10经孔洞进入管子8中。一个分离器430与在吸附剂容器4和热交换器37
之间的管子8相连，以便在工作物质从热交换器流向吸附剂容器时分离
工作物质。
热交换器37包括一个吸附导管440，它的一端与伸出制冷罩38外的
热交换器管40相连，而其另一端与分离器430的入口432相连。在一个
优选实施例中，一个热偶联器441位于吸附导管440与热交换器管40之
间以便基本上防止吸附导管管壁与热交换器管管壁之间的热传导。这
样的传热可能造成在解吸吸附剂容器时不理想地加热热交换器管。在
一个实施例中，热偶联器是一段硅管。在其它实施例中，可以使用能
承受设备400中的压力和温度的任何绝热材料。
阀424位于吸附导管440中以便开启或切断吸附导管与分离器430之
间的流体连通。分离器430具有一个与伸入吸附剂容器4内的管子8相连
的出口434。将阀420设置成开启或切断管子8与出口434之间的流体连
通。
分离器430在工作物质在流体流中流出热交换器37并流向吸附剂容
器4时分离出至少一部分工作物质。流体流可能包含气体和/或液体。
在一个实施例中，分离器430是离心器，如由瑞丁技术公司
(Reading，宾西法尼亚州)制造的Eliinex分离器，但是在其它实施
例中，也可以使用其它分离器。在优选实施例中，分离器430具有基本
成圆形的横截面形状。一个阻流装置444设置在分离器430的中心并且
与出口434相连。一个环缝442位于阻流装置444和分离器的内壁446之
间。含工作物质蒸气的流体流沿切线方向进入入口432并沿弧形通道通
过缝隙442地向下盘旋且流向集液口436。当流体涡旋地经过缝隙442
时，工作物质蒸气被离心力迫使向下，从而成液滴形式地收集在分离
器的内壁446上。液滴沿内壁446向下流向集液口436。流体流接着转向
上地流入阻流装置44并流向出口434。当流体流转向时，工作物质又从
流体流中凝结出来并收集在集液口436中。流体流接着穿过出口434而
进入管子8中并流入吸附剂容器4。
集液口436与一个又与冷凝导管448相连的收集导管450相连。阀452
设置在收集导管450内以便调节其中的流体流动。冷源36a可以被用来
在收集在导管中的液体返回热交换器37之前冷却所述液体。在另一个
实施例中，冷源36a或者一个独立的冷源可以被用于冷却分离器430且
尤其是分离器的内壁446。由于冷却了分离器430，所以分离器与工作
物质之间的温差增大了，这提高了工作物质将冷凝在内壁446上的可能
性。因此，这种布局除了离心力外还提供了另一种使工作物质脱离流
体流的方式。根据本实施例的另一个方面，吸附导管也可以被冷却以
促进工作物质的冷凝并且促进工作物质离开流体流。可以关闭阀422来
防止容纳于冷凝导管448中的液体通过管子8被吸附到吸附剂容器4中。
回流导管438将冷凝导管448与热交换器管40连接起来，从而使收集在
集液口436处的液体返回热交换器37。一个热偶联器441a设置在热交换
器管40与回流导管438之间，以防止热交换器管与导管之间的不理想的
热传递。回流导管中的阀426防止了从热交换器37中被吸附走的流体流
经回流导管438并绕过入口432。
尽管在图16中示意地将冷源36a画成一个风扇，但是其它装置可以
被用于冷却冷凝导管448中的液体。在一个这样的实施例中，冷凝导管
448被用来加热热伏达电池，这造成冷凝导管在它加热热伏达电池时被
冷却。在另一个实施例中，冷凝导管448被用来加热斯特林发动机的热
源(图9)。
在工作中，吸附剂容器4如以上参见图1所描述的那样在一个吸附阶
段和一个解吸阶段之间循环工作。当吸附剂容器4已经解吸并准备使用
时，关闭阀422、426并开启阀420、424。包含工作物质蒸气的流体流
通过吸附导管440流出热交换器37并经过入口432流入分离器430。蒸气
在分离器430中被从流体流中除去并且在集液口436处收集起来，然后
进入冷凝导管448。在损失了一部分工作物质后，流体流通过出口434
进入管8和吸附剂容器4。当吸附反应继续进行到一个预定程度时，阀
420、424被关闭，以防止吸附材料吸附留在分离器430和冷凝导管448
中的液体。在一个实施例中，可以用冷源36a冷却装在冷凝导管448中
的液体并且通过开启阀426使其经回流导管438返回热交换器37。液体
接着可用于吸附和热交换器37的附加冷却。上述循环重复进行，直到
吸附材料10饱和为止。此时，如以上参见图1所述的那样，将热源18用
于加热吸附剂容器并释放出其中所盛装的蒸气。在解吸过程中，开启
阀422以允许解吸的蒸气进入冷凝导管448，它们在这里被冷源36a冷却
而变成了液体并流回热交换器37以备下个循环使用。
在一个实施例中，手动地操作阀420、422、424、426。在另一个实
施例中，根据吸附循环已经进行到何种程度而由计算机控制阀的启
闭。根据本实施例的另一个方面，阀可以设置在歧管如由Kip公司(康
涅狄格州，法明顿)制造的Kip Jr.歧管上。阀可以由任何输入信息控
制。在一个实施例中，控制阀以允许在特定时期内进行吸附。在另一
个实施例中，控制阀以允许继续进行吸附，直到在绝热箱38内达到预
定温度为止。在另一个实施例中，控制阀以便在集液口436和冷凝导管
448处收集到了预定数量的水或其它工作物质时开启或关闭它。在其它
实施例中可以使用其它的控制输入。在每个实施例中，阀受到控制，
从而允许从热交换器37中吸附蒸气，直到达到预定状态。此时，阀被
设置成防止进一步吸附并进而防止了蒸气进一步到达吸附材料10中。
这样一来，有效维持了吸附剂容器4的吸附能力，由此延长了吸附材料
10可用于吸附的使用寿命。
图16所示设备400的一个优点就是，分离器430减少了实际被吸附剂
容器4中的吸附材料10所吸附的工作物质的量。没有被吸附走的、从热
交换器37取出的一部分工作物质被收集在集液口436处。这样一来，有
效地提高了吸附材料10的能力。从热交换器37中取出一定量的工作物
质，这造成热交换器和装放热交换器的外罩38受到冷却，但是没有造
成取出的工作物质蒸气被吸附到吸附材料10中。吸附材料因此可以在
没有变饱和的状态下继续取出留在热交换器37中的工作物质，由此延
长了吸附周期之间的时间。
在本发明的另一个实施例中，如图17所示，第一、第二热交换器
37a、37b与单个吸附剂容器4相连。热交换器37a、37b分别按照基本上
与上面参见图16所述的方式相同的方式工作，但这两个热交换器是异
相工作的，从而当正从一个热交换器中吸附工作物质时，冷凝的工作
物质正被冷却以便准备返回第二热交换器。
在工作时，吸附剂容器4如参见图1和16所述的那样解吸。开启阀
420、424a以允许包含工作物质蒸气的流体流从第一热交换器37a经吸
附导管440a流入分离器430。液态工作物质被收集在集液口436处并流
入收集导管450中。可以开启阀452以允许液体流入冷凝导管448中。流
体流在损失了其中所含的一部分工作物质后经出口434进入管8和吸附
剂容器4中。可以关闭阀452、420、422，以防止冷凝导管448中的液体
被吸入吸附剂容器4中。
此时，从第一热交换器37a中吸收工作物质的操作被打断并且开始
从第二热交换器37b中吸收工作物质。关闭阀424a并开启阀424b。开启
阀420以允许从第二热交换器37b中吸收工作物质。使工作物质与排出
第二热交换器37b和分离器430的流体流分开并可以流入收集导管450
中。此时，可以用冷源36a冷却从第一热交换器37a收集到冷凝导管448
中的液体。当已经从第二热交换器37b吸收了足够数量的工作物质时，
关闭阀424b。可以使容纳于冷凝导管448中的液体返回热交换器37a，
并且允许从热交换器37b收集来的液体通过开启阀452而被排入冷凝导
管448中。容纳在冷凝导管448中的液体接着可以受到冷却，此时又从
热交换器37a中解吸工作物质。这样一来，工作物质被交替地取出热交
换器37a、37b，直到吸附剂容器4饱和为止，此时吸附剂容器按照与参
见图1所述相似的方式解吸。尽管在图17中示出了两个热交换器，但是
采用更多热交换器的其它方案也是可行的。其它实施例也包括了许多
个如以上参见图6所描述的那样允许一个吸附剂容器被解吸而另一个吸
附剂容器同时在吸附的吸附剂容器4。其它实施例还包括了许多个分离
器430。
图17所示实施例的一个优点就是，从外罩38中吸附工作物质因是在
许多个热交换器之间循环进行而是连续的或几乎是连续的。这样一
来，更容易使外罩38保持理想温度。
图18示出了本发明的一个替换实施例，其中传热设备500包括一个
具有传热导管560的吸附剂容器504。吸附剂容器504与设置在绝热罩38
内的热交换器37相连。吸附剂容器504和热交换器37如上所述地形成了
一个其中容纳工作物质的密封箱。
在吸附剂容器504中装有吸附材料10如沸石，它通过用塞子516封住
的孔515被引入吸附剂容器中。传热导管560穿过吸附剂容器504，由此
使吸附材料10位于传热导管560与吸附剂容器504的外壁之间。传热导
管560与吸附材料10紧密地热接触，从而允许热轻松地在传热导管与吸
附材料之间传递。
在一个实施例中，传热导管560具有一电加热器562。根据此实施例
的一个优选方面，电加热器562包括导电的镍铬合金线圈564，它们穿
过传热导管560并由绝热片566支撑在所述导管中。绝热片566具有使导
电线圈564穿过的孔567。这样的电加热器562可以从Process Heating
公司(华盛顿州，西雅图市)购得。电加热器562与电源568相连。给
电加热器562通电以便加热吸附材料10来解吸吸附剂容器504。
传热导管优选地位于与吸附剂容器504的上壁582相比更靠近底壁
580的位置。这样一来，将顺传热导管560而来的热将加热在吸附剂容
器504内的更大部分的吸附材料10。在一个实施例中，传热导管560与
一个空气输入管570相连，所述空气输入管提供冷空气以便在解吸后冷
却传热导管560。通过冷源36b迫使冷空气流过空气输入管570以便冷却
传热导管560、电加热器562和吸附材料10。冷源36b可以包括一个风扇
或其它这样的装置。在一个优选实施例中，空气输入管570通过活动接
头572a与传热导管560相连。这样一来，空气输入管570可以简单地脱
离传热导管560，从而能够触及电加热器562而进行维修和/或更换。传
热导管560与一个排气管574相连，所述排气管使冷空气在已经经过传
热导管后离开吸附剂容器504。在一个优选实施例中，排气管574通过
活动接头572b与传热导管560相连，从而允许容易地接近电加热器
562。
在一个优选实施例中，吸附剂容器504包括一个内传热管576a和一
个外传热管576b。传热管576a、576b被用于提高从吸附剂容器504中散
热和/或向其传热。在优选实施例中，传热管576a、576b与一个冷水源
(未示出)相连以便在已经完成解吸后冷却吸附剂容器504中的吸附材
料10。在本实施例的一个优选方面中，水被用作冷却液，而在其它实
施例中，可以使用其它液体或气体。当用作冷却液时，水优选地在解
吸前离开传热管，从而打算解吸吸附剂容器的热没有加热传热管中的
水。从传热管中排出的且由于冷却吸附材料而被加热的水也可以被用
于解吸吸附材料。在其它实施例中，内、外传热管可以与一个热流体
源(未示出)相连以加热吸附材料10，从而加速解吸。
在优选实施例中，内、外传热管576a、576b盘绕在传热导管560的
周围。这样一来，传热管在当吸附剂容器504交替解吸和冷却时出现的
加热和冷却周期中弯曲而不是断裂。当传热管576a、576b弯曲时，它
们会移动紧靠它们的吸附材料10，由此打开允许蒸气更容易地从吸附
材料10中被释放出来的小缝隙和通道。根据本实施例的一个优选方
面，内传热管576a设置在传热导管560附近以便冷却和/或加热在此区
域中的吸附材料10。外传热管576b被设置在离传热导管560更远的地方
以便冷却和/或加热离传热导管更远的吸附材料。在其它实施例中，可
以采用更多或更少的传热管。
吸附剂容器504通过真空导管534与真空源33相连。真空源允许吸附
剂容器504内的压力被降低，由此如上所述地提高吸附过程的效率。吸
附剂容器504通过图18所示的吸附管508和冷凝管509与热交换器37相
连。一个筛网584位于吸附材料10与底壁580之间以防止吸附材料进入
真空导管534、吸附管508或冷凝管509。筛网584通过拉线钉586被保持
在底壁580的上面。
吸附剂容器504按照基本上与上面参见图16所述相似的方式与热交
换器37和分离器430相连。吸附管508与分离器430的出口434相连。吸
附导管440与入口432相连。冷凝导管448从集液口436收集液体并通过
歧管588使液体返回热交换器37。冷凝管509在吸附剂容器504与歧管
588之间提供独立的导管，通过所述导管使来自吸附剂容器504的解吸
工作物质返回热交换器37。冷源36、36a在其进入歧管588与热交换器
37之前冷却工作物质。在一个替换实施例中，使用单个冷源来冷却冷
凝导管448与冷凝管509中的流体。阀520、522、524、526可以设置成
交替地允许从热交换器37中吸收工作物质并使冷凝的工作物质返回热
交换器37。
在图18所示设备500的一个实施例中，吸附剂容器504包括一个设置
在吸附剂容器上部中的环流器590。环流器590使流体(气体或液体)
环绕并通过吸附材料10，从而提高了吸附材料解吸工作物质的速度。
环流器还通过使吸附流体循环流经吸附剂容器504而改善了吸附。保护
筛网592防止了吸附材料10干扰环流器590的工作。如图18所示，在一
个实施例中，环流器590可以是具有转动叶片的风扇。在其它实施例
中，环流器可以包括其它的用于在吸附剂容器504内循环流体的装置。
传热设备500的工作基本上与结合图1和图16所示的实施例描述的工
作相似地进行。首先，通过加热电加热器562来解吸吸附剂容器504，
由此允许蒸气经过冷凝管509，蒸气在冷凝管内被冷源36冷却并随后经
阀522进入歧管588。可以启动环流器590以促进解吸。一旦完成解吸，
使冷却空气经过入口管570以冷却电加热器562、传热导管560和位于传
热导管560附近的吸附材料10。使冷却液流过内、外传热管576a、576b
以便附加地冷却吸附材料10。
一旦吸附结束了，则关闭阀522、526，并开启阀524、520。通过吸
附导管440从热交换器37中吸收工作物质并将其输入分离器430。液态
工作物质离开从热交换器37排出的流体流并经集液口536进入冷凝导管
448。流体流连续经过分离器430而流入吸附管508和吸附剂容器504。
当经过了预定时间后，关闭阀520、524以防止从冷凝导管448中吸附工
作物质并防止进一步从热交换器37中吸附工作物质。冷凝导管448中的
液体被冷源36a冷却并可以通过开启阀526而返回热交换器37。重复此
循环，直到足够量的蒸气已经经过吸附管508而使吸附材料10饱和为
止，吸附剂容器504在饱和时如上所述地解吸。
如上所述，图18所示实施例的一个优点是，吸附剂容器504的吸附
能力通过在流体到达吸附材料10之前从排自热交换器的流体中分离液
态工作物质而增强了。图18所示实施例的另一个优点是，电加热器562
有效地加热吸附材料10以便快速解吸吸附剂容器504。热交换导管560
有利地被设计成允许轻松地取出和/或维修电加热器562。内、外传热
管576a、576b有效地冷却吸附材料10并可被用来补充加热吸附材料
10。传热管576a、576b的螺旋形状防止了管因热应力而断裂或开裂并
有利地在吸附剂容器504内重新定位吸附材料10以允许吸附材料更容易
解吸。空气导管570提供冷空气并允许电加热器562在完成解吸后被快
速冷却下来，由此缩短了使吸附剂容器504备用于另一个循环所需的时
间。图18所示实施例的再一个优点是，环流器590通过使流体循环通过
吸附剂容器504而改善了解吸和吸附，这在吸附过程中增加了工作物质
和吸附材料10之间的接触并且提高了解吸过程中从吸附材料的传热。
图19示出了图18所示传热导管560的一个替换实施例。如图19所
示，传热导管560不包括一个电加热器562以加热吸附剂容器504。相反
地，传热导管560与一个热空气管570a和一个冷空气管570b相连。阀
590可以设置成允许在传热导管560和热空气管570a或冷空气管570b之
间形成流体连通。
在一个实施例中，热空气管570a和内燃机的排气管相连，如与轿车
或卡车的排气管相连。冷空气管570b于是与位于汽车上的进气口相
连，以便向传热导管560提供冷空气。
图19所示传热设备500的工作基本上与图18所示传热设备的工作相
似。为解吸吸附剂容器504中的吸附材料10，阀590按照图19中虚线所
示的那样布置以允许热空气从热空气管570a流过传热导管560，由此加
热吸附材料10。当完成解吸时，阀590按照图19中实线所示的定位，以
允许冷空气从冷空气管570b流入传热导管560来冷却传热导管和其中所
装的吸附材料10。如上面参见图18所描述的那样，给吸附材料10的加
热和冷却提供了内、外传热管576a、576b。
图19所示传热设备实施例的一个优点是，它尤其适用于可利用热和
冷空气源的场合如象轿车或卡车这样的汽车。这种用途特别有利，因
为它利用了废热来解吸工作物质并且利用流经汽车的空气冷却吸附剂
容器，而这两种利用方式都是容易实现的。
图20示出了传热设备的一个替换实施例700，其中热交换器被一个
氢氧燃料电池737代替。燃料电池737与吸附导管440相连，而吸附导管
又与分离器430的入口432相连。分离器的出口434与伸入吸附剂容器4
的管子8相连。设置在管子8和吸附导管440中的阀420、424分别控制着
工作物质从燃料电池737到吸附剂容器4的流动。
分离器430的集液口436与收集导管450相连，该收集导管又与废水
导管748相连。废水导管也与管子8相连以便收集从吸附剂容器4解吸出
来的工作物质。阀422调节管子8与废水导管748之间的流动。放泄阀
726可以打开以从废水导管748中排水。在一个实施例中，废水导管748
与真空源33a相连，并通过阀32a调节连通情况。真空源允许将废水导
管748排空并且最好用于在低于大气压下工作的系统。在其它实施例
中，如在大气压下或高于大气压的压力下工作的系统中，真空源33a被
取消了。在这样的实施例中，真空源33也可被取消。
燃料电池737通过结合氢和氧而产生能量。作为副产品，燃料电池
737也产生液态水和水蒸气。在一个实施例中，燃料电池是来自
Analytic动力公司(马赛诸塞州，波士顿)的FC10K-NC型燃料电池。
在其它实施例中使用了其它类型的氢-氧燃料电池。吸附剂容器4在一
个基本上与参见图1和16所述相似的过程中通过吸附从燃料电池737中
排出水。
当从燃料电池737中吸收包含在流体流中的水时，它经过分离器
430，其中一部分水在这里离开流体流。水经过集液口436排出分离
器。可以开启阀452以允许水流过收集导管450并流入废水导管748，用
以通过冷源36a进行冷却。在从分离器430中排水之后，关闭阀452。
任何留在流体流中的水流过管子8并被吸附材料10吸收。一旦吸附
材料10(在一个实施例中是沸石)已经饱和了，则用热源18加热它以
便释放出其中所含的水。通过开启阀422使解吸出的水完全离开系统，
从而允许解吸出的蒸气进入废水导管748。废水接着被冷源36a冷却。
一旦完成解吸，关闭阀422以使吸附剂容器4和分离器430与废水导管
748隔绝。接着，开启放泄阀726以便从废水导管中排出水。一旦水已
经从废水导管中排出，则关闭放泄阀726并开启阀32a以允许真空源33a
抽空废水导管748。如上所述，该步骤只在要求使系统处于大气压或低
于大气压时是必须的。在一个优选实施例中，抽真空在吸附剂容器4正
被冷源36冷却时结束。当废水导管748中的压力大约等于吸附剂容器4
中的压力并且冷却吸附剂容器时，传热设备700已为另一个循环作好准
备。将水吸附到吸附剂容器4中、从吸附剂容器解吸水以及通过集液口
436排出水的组合使水脱离燃料电池737。
图20所示传热设备实施例的一个优点是，该传热设备排出了由燃料
电池产生的废水。水一般呈热液体形式或蒸气形式，并且通过从燃料
电池中排出水而有效地冷却燃料电池。当燃料电池冷却时，其效率提
高了，由此提高了其功率输出值。另外，传热设备通过从薄膜中除去
水分而提高了通常用于燃料电池中的薄膜的效率。此传热设备实施例
的另一个优点是，没有通过从燃料电池中除去水而从燃料电池中除去
的任何余热可以被用于补充或取代热源18来解吸吸附剂容器4。这在两
点上是非常有利的。首先，它减小了解吸吸附剂容器4所需的能量。其
次，它进一步冷却了燃料电池737，这提高了燃料电池的效率并减少了
冷却燃料电池所需的能量。使其保持处于低于大气压的压力之下的传
热设备实施例的另一个优点是，由于使废水导管748与吸附剂容器4隔
绝开，所以在排干废水导管时基本上没有影响到吸附剂容器中的压
力。
图21示出了传热设备400的另一个替换实施例，其中吸附剂容器4包
括至少一个设置在吸附剂容器内并且靠近吸附材料10的铁磁件810。在
一个实施例中，铁磁件810包括与管子8同心且沿支座814设置的环形片
812。在其它实施例中，采用了其它形状。在一个优选实施例中，铁磁
件810包括钆。在其它实施例中，铁磁件可以包括任何铁磁性材料或其
它显示出磁热效应的材料，即当被放在磁场内具有加热性能而在离开
磁场时具有冷却性能的材料。钆的磁性在1997年4月19日第81期出版的
“经济学家”(The Economisit)的题为“最优冰箱磁铁(The Ultimate
Fridge Magnet)”一文中披露了，在此借鉴了这篇文章。
一个磁体816设置在吸附剂容器4的外面。在一个实施例中，磁体成
圆柱形并且与吸附剂容器4是同心的。磁体816沿吸附剂容器4的纵行轴
向移动。当如此设置磁体816，即铁磁件810位于由如图21中的实线所
示的磁体产生的磁场内时，加热铁磁件，从而使吸附材料10释放出工
作物质。当铁磁件810位于如虚线所示的磁场外地定位磁体816时，铁
磁件冷却，由此冷却吸附材料10以便于进行另一个吸附循环。根据此
实施例的一个优选方面，吸附剂容器4的壁包括一种不会干扰由磁体
816产生的磁场的材料。
在图21所示的实施例中，单个磁体816被用来加热和冷却铁磁件
810。在一个替换实施例中，可以使用许多磁体816。根据此替换实施
例的另一个方面，磁体可在由磁体产生的各磁场联合产生了一个更强
的磁场以加热铁磁件810的第一位置与各磁场相互抵消以冷却铁磁件的
第二位置之间相对移动。在另一个替换实施例中，磁体816可以不沿轴
向移动以产生和取消磁场。在再一个替换实施例中，磁体816可以是电
磁体。当其中流过电流时，电磁体产生了一个电场，当电流消失时，
电场被取消。这样，铁磁件810被加热和冷却而没有移动磁体816。在
另一个替换实施例中，许多都能在不同的温度范围之间循环的铁磁性
材料被用于提高沸石的加热温度和/或降低沸石的冷却温度。
铁磁性材料的一个优点是，它很快速地加热和冷却吸附材料，这缩
短了吸附和冷却吸附剂容器以为另一个吸附循环做准备所需的时间。
铁磁性材料的另一个优点是，它可以减少加热和冷却吸附剂容器4所需
的能量。
在本发明的另一个替换实施例中，磁体816可以通过由斯特林发动
机循环驱动的机械装置而移动。该机械装置可以是动力活塞93或者泵
气活塞88(图9)。在另一个替换实施例中，活塞或其它机械装置可以
具有一个铁磁件并且位于磁体附近，从而当活塞经过磁体时，它被交
替地加热和冷却，由此提供了附加驱动力来驱动斯特林发动机循环。
在另一个实施例中，活塞装有磁体并且加热位于活塞在其中移动的缸
附近的铁磁件。铁磁件分别交替地加热和冷却热区82和冷区83(图
9)。
在本发明的又一个实施例中，如图28所示，铁磁件810a可以与一个
固体吸热器820相连。铁磁件810a可以是固体件，或者可以包括被浸入
吸热器820中的颗粒。吸热器820可以包括任何数量的导电材料，在一
个实施例中，它可能包括碳材料，如以下将参见图25-27更具体地描述
的材料。
当铁磁件810a被安放在磁场中时，它会被加热。磁场可以是由磁力
源815产生的，所述磁力源例如可以包括传统磁体、电磁体、产生磁场
的电子仪器、超导磁体或其它磁力源。吸热器820将热从铁磁件810a传
导走，直到铁磁件冷却到环境温度为止。铁磁件810a接着可以通过以
物理方式从磁场中取出铁磁件或者通过降低磁场强度而被进一步冷
却。冷却效果接着被传递吸热器820，它可以被用于冷却指定仪器。例
如，吸热器820可以冷却磁力源815。或者，吸热器820也许能够吸附和
解吸工作物质并可以被设置在密封容器内以便以与上面参见图21所述
的吸附材料10相似的方式工作。在任何情况下，由磁铁件810a产生的
加热和冷却效果可以通过使铁磁件经受强磁场如由超导磁体产生的磁
场而增强。
图22示出了图16所示热交换器管的一个替换实施例。如图22所示，
热交换管40a包括一个外器皿或导管600和一个内器皿或导管610。外导
管600基本上是刚性的并且可以导热以便向管40a有效地传热和从管40a
有效地散热。内导管610优选地由柔软的材料制成并且可以在图22的实
线所示的收缩位置和虚线所示的膨胀位置之间伸缩。内导管610可以与
压缩空气或液体源(未示出)相连。在一个优选实施例中，工作物质
被盛放在成型于内器皿610和外器皿600之间的通道612中。当工作物质
开始在吸附过程中冻结时，内导管610膨胀以便迫使冻结的工作物质移
向外器皿600的内壁614。这样，冻结的工作物质与外容器600紧密接触
并且尽可能最大限度地冷却环绕热交换器管40a的区域如绝热罩38内的
的区域(图16)。内器皿610也可以向内弯曲，从而如果工作物质在其
冷冻时完全填满通道612，内器皿610就可以收缩并防止外容器600被撑
破。
图23示出了图22所示热交换器管的一个替换实施例。图23所示的热
交换器管40b包括一个与可变形壁622相连而形成了一个封闭通道的刚
性壁620。在工作物质冻结时，可变形壁622适应于其中所装工作物质
的膨胀。这样一来，热交换器管40b的结构整体性没有因其中所装工作
物质的相变而受损。
图24示出了图16所示热交换器的一个替换实施例。热交换器37包括
两个间隔开的金属板620。一个橡胶垫圈621设置在金属板之间并且通
过一系列螺栓622与这两个板相连。螺栓这样设置在垫圈621内，即各
螺栓头624卡在橡胶垫圈621内，而各螺栓的无螺纹部626穿过金属板
620上的孔628。将螺母630拧固到无螺纹部628上以便将螺栓固定到金
属板620上。如图24所示，螺栓没有完全通过这两块金属板之间，而是
交替地将橡胶垫圈621与第一金属板连接并接着与第二金属板连接。在
橡胶垫圈621中开设了孔以便容纳吸附导管440和回流导管438。在一个
优选实施例中，板620紧靠在一起，从而允许其中所装工作物质在被冻
结住时与金属620紧密接触以便尽可能提高由热交换器37产生的冷却效
果。
图22-24所示的热交换器管和热交换器的一个优点是，热交换器和
热交换器管适应于工作物质冻结时的膨胀而没有造成热交换器或管在
应力下破裂。图22-24所示实施例的另一个优点是，热交换器和热交换
器管允许其中所装的工作物质紧靠热交换器表面，由此提高了其中所
装的冻结工作物质的冷却效率。
在本发明的另一个实施例中，如上述视图之一所示的吸附材料除了
或代替象沸石这样的其它吸附材料地可以包括碳纤维、碳纤维网络或
碳泡沫材料。就此而言，可以从华盛顿特区的美国能源部买到适当的
材料，如在Burchell等人于1994年12月19日提交的未结案美国专利申
请NO.08/358,857、Judkins等人于1996年2月15日提交的未结案美国专
利申请No.08/601,672中所述的那些材料，这两篇文献在此均被引作参
考。可以活化碳以使其具有对水或其它工作物质的亲和力，并且可以
将碳装在吸附剂容器中。在碳呈纤维形式时，碳纤维可以与电流源相
连以使碳纤维解吸出水蒸气。不用明显地升高碳纤维的温度就可以进
行解吸。解吸可以通过从碳纤维上除去电流而被中止。在碳呈纤维或
呈泡沫形式时，可以给碳加热以便释放出水蒸气。任何热源都可以加
热碳材料，其中包括太阳光。解吸的水蒸气可以被收集在一个独立的
冷凝容器内并可以通过关闭吸附剂容器与冷凝容器之间的阀而使水蒸
气与碳材料隔绝，这正如参见图1所述的那样。当开启阀时，碳会吸附
水，从而至少使留在冷凝容器中的部分水冻结成冰。至少一些冰也可
以通过升华被吸收，如以上结合上述附图描述的那样，从而产生了附
加的制冷效果。
根据上述实施例的一个方面，如图25分解所示的那样，设备902包
括一个其中设有碳纤维910的容器904。碳纤维910在每一端都与电触点
911相连，其中一个电触点在容器904的一端上具有钉或销913以便传
热。板915相对容器904的另一端是密封的，除工作物质如水外，容器
被抽空了。当通过电源918给电触点911通电时，碳纤维910释放出工作
物质，这些工作物质集中在板915的内表面917上。因此，碳纤维910与
板915的内表面917间隔开以便留有积蓄工作物质的空间。当取消电流
时，工作物质被从板915中吸附到碳纤维910上，而且板冷了下来。工
作物质可以在其处于液态时被吸附走，而且一旦工作物质开始凝固，
则它们可以通过升华而继续被吸附。
在一个工作方法中，可以继续吸附，直到凝固的工作物质完全从板
917上被吸走，在其它方法中，可以在所有工作物质被吸走之前停止吸
附。在另外的实施例中，容器904可以包括除碳纤维外的材料，当电流
流过这些材料时，它们的行为相似。在另外一些实施例中，工作物质
可以包括除水外的其它物质，只要这些物质能够在给吸附材料通电时
被吸附材料吸附并且在取消电流时能被吸附材料释放出来就行了。
如上所述，容器904可以被密封和抽空以便进行利用相同工作物质
的重复的吸附/解吸循环。在另一个实施例中，例如可以通过取掉触点
911或板915来开启容器904，从而露出了碳纤维910。碳纤维910接着可
被用于吸附空气中的水分，并且在重新密封容器时，使碳纤维解吸，
从而释放出可被用于饮用或其它目的的水。
在另一个实施例中，如图26所示，可以用沸石补充碳纤维910a。例
如，碳纤维910a可以象含沸石颗粒921的筛网那样具有孔920。这种组
合可能是有利的，因为沸石颗粒921可以比较快速地吸附工作物质，而
碳纤维910a(或者碳泡沫)因其导热性能比较好而可以比较快速地解
吸工作物质和/或向沸石颗粒921传热，以加速沸石颗粒的解吸。
在又一个实施例中，如图27所示，碳纤维910可以被活化以便具有
对工作物质的亲和力。例如，如果工作物质是水，则碳纤维可以是亲
水的。设备902的基底915可以包括被活化以便排斥工作物质的碳泡沫
材料924。例如，如果工作物质是水，则碳泡沫材料924可以是疏水
的。碳泡沫材料924和碳纤维910都可以被涂覆以真空密封涂层923以形
成一个碳纤维和碳泡沫材料在其中形成流体连通的密封容积。涂层可
以是由任何适当材料构成的，如金属或例如可以从华盛顿州雷德蒙得
的Tchnature买到的并公开于美国专利No.5,639,850中的共聚酰亚胺，
这篇专利文献的全文在此被引作参考。碳纤维910可以按照基本上与参
见图25所述的相似的方式来吸附和解吸工作物质以冷却基底915。这种
布局的一个优点是，它可能更容易地在吸附过程中从疏水的碳泡沫924
中吸收水并接着从传统的热交换器中吸附水，因为碳泡沫924会排斥
水。
如图27所示，碳纤维910被活化以便具有对工作物质的亲和力，而
碳泡沫材料924被活化以便排斥工作物质。在其它实施例中，碳纤维
910可以被活化以排斥工作物质，碳泡沫材料可以被活化以便具有对工
作物质的亲和力，并且碳纤维910和碳泡沫材料924的地位可以被颠
倒。
图29是图22所示热交换器管的一个替换实施例的横截面图。如图29
所示，内导管610具有一个设置在其中的杆613。杆613可以如图29所示
地与内导管610的内壁略微间隔开，或者杆613可以与内壁贴合无缝。
杆613可以包含一般与如以上参见图25-27所述的相似的碳纤维材料。
杆613具有对加压物质(如水)的亲和力，这些物质首先被杆613吸
收。当电流流过杆613时，杆释放出加压物质，这造成加压物质离开杆
并使内导管610向外导管600膨胀。一旦加压物质已经完全被解吸，则
可以给杆613提供附加电流以便加热加压物质，由此进一步使加压物质
和内导管膨胀。当取消电流时，杆613重新吸附加压物质，结果造成内
导管610收缩。
内导管610中的加压物质可以与位于内导管610与外导管600之间的
工作物质相同或不同，这取决于杆613的吸附性能。例如，杆613可以
在一个实施例中经过处理或活化而吸附水并可以在其它实施例中经过
处理或活化而吸附其它物质。
在一个实施例中，膨胀的内导管610可以被用于使位于内导管610与
外导管600之间的工作物质移向外导管，从而改善向外导管的传热情
况，这正如参见图22所述的那样。内导管610也可被用来在工作物质冻
结时疏松或破碎工作物质或其它物质。在其它实施例中，杆613可以排
出任何数量的物质并且可以被用于无数场合中，以下描述了其中一些
应用场合。
图30A是具有囊阀610a的导管600的局部截断的侧视图。囊阀610a可
以是由柔软的弹性材料制成的且可以在如图30A的实线所示的收缩状态
和虚线所示的膨胀状态之间伸缩。在收缩状态下，囊阀610a处于开启
状态，即囊阀允许流体(气体或液体)流经导管600。在膨胀状态下，
囊阀610a处于关闭状态，即囊阀相对导管600的内壁601是密封的以防
止流体流过导管600。囊阀610a也可以膨胀到处于开启和关闭状态之间
的中间状态，以限制流体流经导管600。
囊阀610a可以大致成球形，如图30A所示，或者囊阀可以具有任何
可安装在导管600中并且可以膨胀而堵死或至少部分限制导管中流体的
流动的形状。在任何情况下，囊阀610a可以包括一些吸附材料613a，
它们按照与以上参见图29所述的相似的方式在通电时解吸加压物质并
在取消电流时吸附加压物质。因此，囊阀610a可以在给吸附材料通电
时膨胀到关闭状态并在取消电流时收缩到开启状态。囊阀610a的一个
优点是，它可以具有比传统阀少的活动部件并且可因此比传统阀使用
得更长久。
在本发明的另一个实施例中，如图30B所示，导管600可以具有许多
软囊610b，它们分别装有一些吸附材料613b。软囊610b可以按照顺序
地膨胀和/或收缩以使流体如箭头A所示地流过导管600。因此，软囊
610b可以在一个实施例中大致成圆柱形，从而在软囊膨胀时，它们会
充满导管600并排出其中所含的流体。
在又一个实施例中，如图30C所示，导管600可以具有许多吸附材料
球粒613c而没有软囊。当电流流过吸附材料球粒时，它们解吸其中所
含的加压物质并排出导管600中的流体。相邻的吸附材料球粒613c可以
依次被活化以便按照基本上与参见图30B所述的相似的方式通过导管抽
吸流体。在一个实施例中，吸附材料球粒613c可以经过处理或活化而
吸附和解吸与通过导管600抽吸的相同的流体。或者，例如当加压物质
与抽吸流体混合是有害的时候，或者当加压物质和抽吸流体不会混合
的时候，加压物质和抽吸流体可被选择成不同物质。
在参见图29-30C描述的任何上述实施例中，吸附材料可以包括碳纤
维，如以上结合图25-27所述的那样，或者可以包括在电流流经材料时
可解吸加压物质并在取消电流时吸附加压物质的任何其它材料。吸附
材料可以在一个实施例中被活化以便吸附和释放出水，或者吸附材料
可以被活化而吸附和释放出可以在解吸时使软囊变形或排出流体的任
何物质。其中设置有吸附材料的容器可以包括一个导管或其它任何类
型的能够保持液体或气态流体的容器。在吸附材料被用于抽吸流体
时，可以有选择地确定其形状和尺寸以获得理想的流速。
以上参见图1-30所述的吸附材料可以是由较小的可排列形状组装成
的。例如如图31所示，吸附材料组件930可以是通过使若干独立成型的
部分940(图31中示出了其中两个)相连而形成的，每个成型部具有间
隔开的薄板或薄片941，它们与相邻成型部的薄片相连，如在1997年6
月13日提交的未结案美国专利申请No.60/049,630中描述的那样，这篇
文献在此引作参考。成型部940可以利用机械紧固件或粘结剂彼此相
连，或者可以因薄片941之间的摩擦力而保持连接。成型部940可以包
含碳泡沫材料、碳纤维材料或其它物质。例如，其中一个成型部940可
以包含铜并可以与电流源相连以便给相邻的成型部通电。当相邻成型
部941含有当给其通电时可以解吸的碳纤维材料时，这样的布局可能是
适当的。
图31所示的各成型部941具有大致成六边形的平面外轮廓，从而成
型部在组装时形成了基本无间隙的排列。在其它实施例中，成型部941
可以具有其它形状如成三角形或矩形，从而也允许无间隙地装配成型
部。在其它实施例中，可以选择成型部941的形状以便在成型部之间留
下间隙。
根据以上描述，人们将认识到尽管在此为举例描述的目的而描述了
本发明的特定实施例，但可以在不偏离本发明精神和范围的前提下设
想出各种修改方案。因此，本发明除了受后续权利要求书的限制外是
不受限制的。