Abstract A research on sorption compressors, for driving Joule-Thomson cryocoolers in space application, is conducted in our lab. Sorption compressors are thermally driven, and unlike mechanical compressors, they do not have moving parts, and therefore do not emit vibrations and are highly reliable. There exist different sorption compressor configurations for different operating conditions and various gases. The current research focuses on nitrogen-activated carbon systems, since nitrogen is usually used as the working fluid for cooling to temperatures between 80 and 100 K and activated carbons are the best adsorbent for this purpose. The objective of the research is to allow the design of sorption compressors for different purposes, such as maximum effectiveness, maximum specific power, maximum volumetric power, and maximum flow rate per adsorbent mass. A numerical one-dimensional heat and mass transfer model is developed to enable the investigation of different sorption cell configurations. The model provides the performance dependency on the heater dimensions, the maximum temperature of the cycle, the sorption cell volume, and the different compressor stages, at steady states. In addition, all the physical dimensions and material properties are parametric, hence, the investigation can include numerous options of design options. The numerical model allows the investigation of many working pairs (adsorbent-adsorbate), and for a variety of applications.

中文翻译：

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多级压缩机吸附单元设计的数值研究

摘要 本实验室开展了空间应用中驱动焦耳-汤姆逊制冷机的吸附式压缩机的研究。吸附式压缩机是热驱动的，与机械式压缩机不同，它们没有活动部件，因此不会发出振动，可靠性高。对于不同的操作条件和不同的气体，存在不同的吸附压缩机配置。目前的研究集中在氮-活性炭系统上，因为氮气通常用作冷却至 80 到 100 K 之间的温度的工作流体，而活性炭是用于此目的的最佳吸附剂。研究的目标是允许针对不同目的设计吸附式压缩机，例如最大效率、最大比功率、最大容积功率、和每吸附剂质量的最大流速。开发了数值一维传热和传质模型，以研究不同的吸附单元配置。该模型提供了在稳态下与加热器尺寸、循环的最高温度、吸附单元体积和不同压缩机级的性能相关性。此外，所有物理尺寸和材料特性都是参数化的，因此，调查可以包括多种设计选项。数值模型允许研究许多工作对（吸附剂 - 被吸附物），并适用于各种应用。该模型提供了在稳态下与加热器尺寸、循环的最高温度、吸附单元体积和不同压缩机级的性能相关性。此外，所有物理尺寸和材料特性都是参数化的，因此，调查可以包括多种设计选项。数值模型允许研究许多工作对（吸附剂 - 被吸附物），并适用于各种应用。该模型提供了在稳态下与加热器尺寸、循环的最高温度、吸附单元体积和不同压缩机级的性能相关性。此外，所有物理尺寸和材料特性都是参数化的，因此，调查可以包括多种设计选项。数值模型允许研究许多工作对（吸附剂 - 被吸附物），并适用于各种应用。