CN101657515B - 使用多元醇与离子液体的混合物的热传递体系 - Google Patents

使用多元醇与离子液体的混合物的热传递体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热能传递体系，该体系使用包含一种或多种多元醇诸如1，3-丙二醇与一种或多种离子液体诸如热能传递组合物的组合物。还提供了使用此类组合物来传递热能的方法和温度调节(冷却或加热)的方法。

Description

使用多元醇与离子液体的混合物的热传递体系
本专利申请要求提交于2007年4月3日的美国临时申请60/921,585的优先权，该专利申请全文作为本文的一部分以引用方式并入本文，以用于所有用途。
技术领域
本发明涉及热能传递体系，其中包含离子液体的混合物可被用作热能传递组合物。
发明背景
作为一种具有不可测量蒸汽压的新型溶剂，室温离子液体正被人们所研究以用于各种不同的应用，诸如化学分离以及用作独特的反应介质。使用离子液体的若干方法已被商业化，诸如来自BASF(Ludwigshafen，Germany)的BASILTM酸清除技术。
已测定了若干离子液体的热特性诸如热容、热导率、密度、热稳定性、蒸汽压、以及熔点(参见例如Van Valkenburg等人的“Thermochemistry of Ionic Liquid Heat-Transfer Fluids”，Thermochimica Acta，2005，181-188)。然而，离子液体的一个缺点在于，它们中大多数的粘度较高，这降低了使用它们作为热能传递流体的可能性。
因此仍需要一些体系和方法，离子液体可通过这些体系和方法用于热能传递的目的。我们已经发现，多元醇诸如1，3-丙二醇与离子液体的混合物适于用作热能传递组合物。
发明概述
本发明涉及包含离子液体和多元醇的热能传递组合物，并且涉及使用此类组合物来传递热能的方法和设备。
在一个实施方案中，所述热能传递组合物可以是包含1，3-丙二醇作为多元醇与至少一种离子液体的混合物。在另一个实施方案中，所述热能传递组合物可以是包含1，3-丙二醇作为多元醇与至少一种离子液体的混合物，其中所述离子液体包含选自如本文所述的吡啶鎓、哒嗪鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓、噻唑鎓、噁唑鎓和三唑鎓的阳离子。所述热能传递组合物可用作一次冷却剂或二次冷却剂。除了多元醇以外，所述热能传递组合物还可包含附加的冷却剂，或添加剂诸如阻蚀剂和润滑剂。
本发明的另一个实施方案包括用于热能传递的设备，所述设备包括热能传递组合物，所述组合物包含多元醇与至少一种离子液体的混合物。
在另一个实施方案中，本发明提供了热能传递设备，所述设备包括流体流入和流出的第一室，以及热能传递组合物流入和流出的第二室，其中每个室具有一个或多个壁，所述流体和热能传递组合物被其中一个室的壁分隔，或被两室共有的壁分隔，所述流体和热能传递组合物各自的温度不相等，并且所述热能传递组合物包含多元醇和离子液体。
在另一个实施方案中，本发明提供了通过固体物体、流体或含有流体的室与热能传递组合物接触的热能传递方法，其中所述固体物体或流体具有第一温度，所述热能传递组合物具有第二温度，所述第一和第二温度不同，并且所述热能传递组合物包含多元醇和离子液体。
在上述实施方案中，适用于其中的多元醇是1，3-丙二醇。
本发明的另一个实施方案还提供了用于温度调节的设备，所述设备包括(a)吸收器，所述吸收器形成制冷剂与吸收剂的混合物；(b)发生器，所述发生器接收来自吸收器的混合物，并且加热所述混合物以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且增加所述制冷剂蒸汽的压力；(c)冷凝器，所述冷凝器接收来自发生器的蒸汽并且将所述蒸汽在压力下冷凝成液体；(d)减压装置，离开冷凝器的液体制冷剂通过减压装置以降低所述液体的压力，形成液体与蒸汽制冷剂的混合物；(e)蒸发器，所述蒸发器接收通过减压装置的液体与蒸汽制冷剂的混合物以蒸发剩余的液体，从而形成制冷剂蒸汽；以及(f)导管，所述导管将离开蒸发器的制冷剂蒸汽传送回到吸收器中。
此类设备通过将冷凝器邻近待加热的物体、介质或空间设置而可用于加热，或者所述设备通过将蒸发器邻近待冷却的物体、介质或空间设置而可用于冷却。
在另一个实施方案中，本发明提供了用于调节物体、介质或空间温度的方法，所述方法为(a)用吸收剂吸收制冷剂蒸汽以形成混合物；(b)将所述混合物加热以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且增加所述制冷剂蒸汽的压力；(c)将所述制冷剂蒸汽在压力下冷凝成液体；(d)降低所述液体制冷剂的压力，并且将所述制冷剂蒸发以形成制冷剂蒸汽；以及(e)重复步骤(a)，从而用所述吸收剂再次吸收所述制冷剂蒸汽。
在上述方法的实施方案中，通过所述方法实施的温度调节可以为升温，为了该目的，将制冷剂蒸汽在待加热物体、介质或空间附近冷凝成液体；或者通过所述方法实施的温度调节可以为降温，为了该目的，将液体制冷剂在待冷却物体、介质或空间附近蒸发。
在如上所述的实施方案中，多元醇诸如1，3-丙二醇可被用作制冷剂，并且离子液体可被用作吸收剂。
附图简述
图1包含(a)用于实施简单吸收制冷循环的设备或装置的组件以及(b)此类循环中的工序的示意图。
图2包含在实例中用于测定蒸汽/液体平衡(“VLE”)或蒸汽/液体/液体平衡(“VLLE”)的测试设备的示意图，其中：i＝1，下层液相；i＝2，上层液相，i＝3，蒸汽相；h1，下层液相的高度；h2，上层液相的高度；(A)为
Figure G200880011088XD00031
阀门，(B)为压合接头；(C)为
Figure G200880011088XD00033
含氟聚合物O形环；并且(D)外套管为聚碳酸酯防护罩，内管为硼硅酸盐玻璃。
图3包含在实例中用于测定样本组VLE或VLLE的样本夹持器和混合设备的示意图；所述设备以竖式放置于恒温浴中，并且(A)为用于摇摆运动的传动马达；(B)为恒温浴；(C)为样本管摇摆夹持器；(D)为样本管；(E)为观察窗。
图4示出了1，3-丙二醇+[bmim][PF6]；1，3-丙二醇+[bmim][BF4]；以及1，3-丙二醇+[emim][BF4]的温度-组成相图。线条：趋势线。菱形：1，3-丙二醇+[bmim][PF6]的VLLE测量；正方形：1，3-丙二醇+[emim][BF4]的VLLE测量；三角形：[bmim][BF4]的VLLE测量。
发明详述
本发明涉及包含离子液体与多元醇的热能传递组合物，并且涉及使用此类组合物来传递热能的方法和设备。
在本发明的说明书中，对于说明书各个部分中所采用的某些术语，提供下列定义结构：
“烷烃”是指具有通式CnH2n+2结构的饱和烃，其可以是直链、支链或环状的。环状化合物需要最少三个碳。
“烯烃”是指包含一个或多个C＝C双键的不饱和烃，并且其可以是直链、支链或环状的。烯烃需要最少两个碳。环状化合物需要最少三个碳。
“芳烃”是指苯以及化学行为类似苯的化合物。
“氟化离子液体”被定义为在阳离子或阴离子上具有至少一个氟的离子液体。“氟化阳离子”或“氟化阴离子”分别是包含至少一个氟的阳离子或阴离子。
“杂芳基”是指具有杂原子的烷基。
“杂原子”是烷基、烯基、环状或芳族化合物的结构中不同于碳的原子。
“离子液体”被定义为在等于或低于约100℃下为流体的有机盐。
“制冷剂”是可用作热能传递载体的流体物质诸如多元醇(例如1，3-丙二醇)。当制冷剂从液相变为蒸汽相(蒸发)时，它移除环境中的热量；并且当制冷剂从蒸汽相变为液相(冷凝)时，它将热量释放到环境中。虽然术语制冷剂可表示仅用于冷却的物质，但是本文中该术语按其用于加热或冷却的体系或设备中适用的热能传递载体或物质的一般含义使用。
“制冷剂对”、“制冷剂/吸收剂对”和“制冷剂/离子液体对”可替换使用，并且是指适用于吸收循环操作中的混合物，所述吸收循环需要同时存在制冷剂和吸收剂，其中所述吸收剂吸收所述制冷剂。如在别处所述，本文的吸收剂可以是离子液体。“制冷剂对组合物”是包含制冷剂对、制冷剂/吸收剂对、或制冷剂/离子液体对的组合物。
“真空”是指实际用于吸收循环中的小于约1巴但大于约10-4巴的压力。
本发明提供了用于传递热能的体系，所述体系使用包含多元醇与至少一种离子液体的组合物作为热能传递组合物。热能传递体系提供了装置、设备和/或器材，其有利于具有第一温度的一种物体、介质和/或空间与具有不相同第二温度的另一种物体、介质和/或空间之间的热能传递。因此，热能传递体系可用于加热或冷却。
热能可通过例如传导和/或对流过程，被传递到热能传递体系中。在例如使用换热器的工业应用中，使不同温度下的两种流体与介于它们之间的传导隔板(诸如管壁)接触放置，并且热能由具有较高温度的流体经由传导隔板传递到具有较低温度的流体，直至它们达到相同的温度水平。
热能传递的驱动力是一种物体、介质或空间与另一种物体、介质或空间之间的温度差，并且温度差越大，热能在它们之间流动的速率越高。另一个重要因素是一种物体、介质或空间能够与另一种物体、介质或空间相接触的面积尺寸，或者它们之间共有隔板的尺寸，并且所述面积尺寸越大，在指定时间内具有给定温度差值的热能流量越大。影响热能流动的另一个因素是热能流入或流出每种物体、介质或空间的速率。物体、介质或空间对热能流动的高抗性将造成传递速率整体减缓。影响热能流动的另一个因素是热能趋于流动通过可能存在于一种物体、介质和空间与另一种物体、介质和空间之间的任何传导隔板(诸如金属管或金属板)的速率，通过选择制造传导隔板的材料来影响所述速率。
本发明中热能传递体系所采取的代表形式可以包括管壳式换热器和板式换热器。在管壳式换热器中，如名称所示，一个或多个管被安装在园柱形罐中，并且一种温度下的流体流入和流出所述管，而第二种温度下的另一种流体流入和流出所述罐，并且在这样做时，所述另一种流体围绕所述管。因此，可将一个室安装在另一个室之中。热能自高温流体通过由套管代表的传导隔板流动到低温流体，并且热能组合物将调节其它流体(“其它流体”)的温度。罐中的流体或管中的流体均可以是如本发明所述的热能传递组合物。
当热能传递组合物在诸如管壳式换热器内的管中流入和流出时，通过在管中产生湍流，诸如通过在其中掺入鞍状物、绞合线、管的形变或其它静态搅拌器，以破坏流动组合物的界面层，可降低热能沿管壁流动的阻力
在板式换热器中，板以一定的方式排列，使得形成交替的热液和冷液槽道，其中所述槽道彼此邻近。由于板内的皱褶，高度湍急的流动增加了热能传递速率。所述板有极大的表面积，这使得热能传递尽可能最快。使每个室细薄能够使所述液体的绝大部分体积接触所述板，同样有助于热能交换。如本发明所述的热能传递组合物可用于任何槽道中。
因此，如上所述的两类换热器具有流体流入和流出的室-分别为管、壳与槽道；并且每个室具有一个或多个由其形成封闭域的壁。无论是在管、罐中还是在一个槽道中流动，目标流体和热能传递组合物均被一个室的壁分隔，例如管壁或两个室共有的壁，例如邻近槽道间的壁。目标流体的流向可与热能传递组合物的流向平行、相反或交叉。
可用于本文的热能传递体系和热能传递理论的其它方面描述于Shah，R.K.和Mueller，A.C.的“Kirk-Othmer Encyclopedia of ChemicalTechnology”第5版[第13卷，第242至281页(2005)，John Wiley &Sons，Inc.，Hoboken，NJ]的“Heat Transfer”中；以及Ullmann的“Encyclopedia of Industrial Chemistry”第6版内(第167至280页，Wiley-VCH Verlag GmbH & CoA，Weinheim，Germany)的“HeatExchange”中。
本发明还提供了用于热能传递或用于温度调节(冷却或加热)的方法，所述方法使用包含多元醇与至少一种离子液体的混合物作为热能传递组合物。使用热能传递组合物，以在具有第一温度的一种物体、介质和/或空间与具有不同于第二温度的另一种物体、介质和/或空间之间进行传递热能。此类方法涉及使固体物体、目标流体或包含所述目标流体的室与热能传递组合物接触，其中所述固体物体或目标流体具有第一温度，所述热能传递组合物具有第二温度，所述第一和第二温度不相等，并且所述热能传递组合物包含多元醇和离子液体。当所述热能传递组合物位于例如管壳式换热器的管中时，由所述罐的外壁与所述罐内的管壁形成的罐环面可被认为是含有所述目标流体的室，并且当所述热能传递组合物通过所述管时，它与该室接触。相反，所述目标流体可以在管内，而所述热能传递组合物可以在壳内。
在上述实施方案中，本文流体或热能传递组合物可具有更高或更低的温度。所述流体可以为液体或气体，并且当它为气体时，可通过使所述流体鼓泡通过本文热能传递组合物，而使它与所述热能传递组合物接触。1，3-丙二醇是优选用于热能传递组合物中的多元醇。
适用于本文的离子液体是多元醇至少在一定程度上可与其混溶，或者多元醇至少在一定程度上可溶于其中的离子液体。热能传递的能量效率的增加将与多元醇与至少一种离子液体的混溶程度或在其中的溶解程度直接成比例。
离子液体的选择将影响热能传递组合物的凝固点。1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐具有的凝固点为10℃，而1-乙基-3-甲基双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺具有的凝固点为-20℃。作为另外一种选择，可选择凝固点低于-20℃的离子液体。在任何情况下，离子液体的选择会导致热能传递组合物的凝固点降低。例如1，3-丙二醇的凝固点为-27℃。当1，3-丙二醇被用作多元醇时，如果选择凝固点低于-27℃的离子液体，则所述组合物的凝固点将可能低于1，3-丙二醇自身的凝固点。其它离子液体或当它们与1，3-丙二醇混合时的组合也将导致凝固点低于离子液体或1，3-丙二醇自身的凝固点。例如，已知乙酸盐、甲酸盐和琥珀酸盐可降低热能传递流体的凝固点，因此阴离子中具有乙酸根、甲酸根或琥珀酸根等的离子液体将也是适宜的候选者，以降低热能传递流体的凝固点，所述热能传递流体包括含有多元醇诸如1，3-丙二醇的混合物。离子液体的凝固点可见于文献中，或可容易地通过采用熔点测定来测得。
一般优选由离子液体和多元醇诸如1，3-丙二醇来形成热能传递组合物，其具有单液相，并且不呈现为两个或更多个液相。在更具体的实施方案中，优选使组合物位于该组合物的1-相和2-相体系间液-液平衡界线外的温度下。液-液平衡界线是，对于具有具体的离子液体与多元醇相对量的组合物而言，当温度降低时所述组合物从1个液相变成2个液相时的温度，或当温度升高时从2个液相变成1个液相时的温度。所述界线可在图表上以线条表示，所述图表以温度为Y轴，并且以成分含量为X轴。三个此类界线的实例可见于图4中。对于其组分具有选定含量的组合物而言，当所述组合物处于图表上界线之外或界线以上的温度下时，所述组合物将仅具有单个液相，而在图表上界线之内或界线之下的温度下时，所述组合物将具有两个液相。在2-相区域中，下层相将为富含离子液体的相，而上层相将为富含1，3-丙二醇的相。在更具体的实施方案中，选定成分含量的热能传递组合物可位于比上临界溶解温度(UCST)更高的温度下，所述上临界溶解温度是如图表上所示的界线顶点处的温度。例如在图4中，bmimPF6组合物的UCST为约84℃。UCST是在该温度之上混合物可混溶的温度。
使用由本发明提供的用于热能传递目的的组合物的另一个实施方案涉及使用多元醇与离子液体的混合物作为吸收冷却或加热循环中的制冷剂对。因此，本文还提供了吸收冷却或加热体系，所述体系使用包含多元醇作为制冷剂以及至少一种离子液体作为吸收剂的制冷剂对。本发明还提供了用于温度调节(冷却或加热)的方法，所述方法使用在吸收冷却或加热体系中作为制冷剂的多元醇与作为吸收剂的至少一种离子液体的混合物。
简单吸收循环以及通过其运转的设备的示意图示于图1中。所述体系由冷凝器和蒸发器单元以及膨胀阀组成，类似于普通的蒸汽压缩循环，但是吸收器-发生器溶液回路代替了压缩机。所述回路可由吸收器、发生器、换热器、调压装置和用于循环溶液的泵组成。在一些实施方案中，在吸收剂吸收制冷剂时由吸收器释放的热能可用于加热发生器中的制冷剂与吸收剂的混合物，以使制冷剂以蒸汽的形式与吸收剂分离。
如图1所示，用于运转吸收循环的典型设备包括如附图左侧所示的组件诸如吸收器-发生器溶液回路，如同压缩机机械工作一样，其通过热能流出和流入来增加制冷剂蒸汽的压力，其中所述回路可由吸收器、发生器、换热器、调压装置和用于循环溶液的泵组成。所述设备还由冷凝器和具有膨胀阀的蒸发器单元组成，如附图右侧所示。
在如图1所示的设备中，在吸收器中形成制冷剂与吸收剂的混合物；所述混合物被传送到发生器中，其中所述混合物被加热，以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且所述制冷剂蒸汽的压力增加；所述制冷剂蒸汽被传送到冷凝器中，其中所述蒸汽在压力下被冷凝成液体；所述液体制冷剂被传送到膨胀装置中，其中所述液体制冷剂的压力被降低以形成液体与蒸汽制冷剂的混合物；所述液体与蒸汽制冷剂的混合物被传送到蒸发器中，其中剩余的液体被蒸发以形成制冷剂蒸汽；离开蒸发器的所述制冷剂蒸汽被传送到吸收器中，以重复步骤(a)并且再形成制冷剂蒸汽与吸收剂的混合物。
如图1所示的设备以及如本文所公开的设备能够使用多元醇作为制冷剂，并且使用任何一种或多种如本文所述的离子液体作为吸收剂来实施吸收循环。本文的设备还能够实施任何一种或多种如本文所述的方法。本发明的另一个实施方案是基本上如图1所示或所述的设备。
吸收循环的吸收器端将主要由离子液体组成。在一个实施方案中，吸收器端的离子液体浓度按重量计大于离子液体与多元醇总浓度的约50％。在可供选择的实施方案中，吸收器端的离子液体浓度按重量计大于离子液体与多元醇总浓度的约70％。吸收循环的发生器端将主要由多元醇组成，其中相对于离子液体与多元醇的总重量，多元醇的浓度高达99重量％或更高。
本发明还提供了用于加热物体、介质或空间的设备，所述设备包括(a)吸收器，所述吸收器形成制冷剂与吸收剂的混合物；(b)发生器，所述发生器接收来自吸收器的混合物，并且加热所述混合物以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且增加所述制冷剂蒸汽的压力；(c)冷凝器，所述冷凝器邻近待加热的物体、介质或空间设置，接收来自发生器的蒸汽，并且将所述蒸汽在压力下冷凝成液体；(d)减压装置，离开冷凝器的液体制冷剂通过减压装置，以降低所述液体的压力，从而形成液体与蒸汽制冷剂的混合物；(e)蒸发器，所述蒸发器接收通过减压装置的液体与蒸汽制冷剂的混合物，以蒸发剩余的液体，从而形成制冷剂蒸汽；以及(f)导管，所述导管将离开蒸发器的制冷剂蒸汽传送到吸收器中。
本发明还提供了用于冷却物体、介质或空间的设备，所述设备包括(a)吸收器，所述吸收器形成制冷剂与吸收剂的混合物；(b)发生器，所述发生器接收来自吸收器的混合物，并且加热所述混合物以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且增加所述制冷剂蒸汽的压力；(c)冷凝器，所述冷凝器接收来自发生器的蒸汽，并且将所述蒸汽在压力下冷凝成液体；(d)减压装置，离开冷凝器的液体制冷剂通过减压装置，以降低所述液体的压力，从而形成液体与蒸汽制冷剂的混合物；(e)蒸发器，所述蒸发器邻近待冷却的物体、介质或空间设置，接收通过减压装置的液体和蒸汽制冷剂的混合物，以蒸发剩余的液体，从而形成制冷剂蒸汽；以及(f)导管，所述导管将离开蒸发器的制冷剂蒸汽传送到吸收器中。
本发明还提供了用于加热物体、介质或空间的方法，所述方法包括(a)用吸收剂吸收制冷剂蒸汽，以形成混合物；(b)将所述混合物加热以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且增加制冷剂蒸汽的压力；(c)在待加热的物体、介质或空间附近，将所述制冷剂蒸汽在压力下冷凝成液体；(d)降低所述液体制冷剂的压力，并且将所述制冷剂蒸发，以形成制冷剂蒸汽；以及(e)重复步骤(a)，以用所述吸收剂再次吸收所述制冷剂蒸汽。
本发明还提供了用于冷却物体、介质或空间的方法，所述方法包括(a)用吸收剂吸收制冷剂蒸汽，以形成混合物；(b)将所述混合物加热以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且增加所述制冷剂蒸汽的压力；(c)将所述制冷剂蒸汽在压力下冷凝成液体；(d)在待冷却的物体、介质或空间附近，降低所述液体制冷剂的压力，并且将所述制冷剂蒸发，以形成制冷剂蒸汽；以及(e)重复步骤(a)，以用所述吸收剂再次吸收所述制冷剂蒸汽。
本发明还提供了用于在实施吸收循环的设备中加热物体、介质或空间的方法，所述方法为(a)在所述吸收器中形成制冷剂与吸收剂的混合物；(b)将所述混合物传送到发生器中，其中所述混合物被加热，以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且所述制冷剂蒸汽的压力增加；(c)将所述制冷剂蒸汽传送到临近待加热的物体、介质或空间的冷凝器中，其中所述蒸汽在压力下被冷凝成液体；(d)将所述液体制冷剂传送到膨胀装置中，其中所述液体制冷剂的压力被降低，以形成液体与蒸汽制冷剂的混合物；(e)将所述液体与蒸汽制冷剂的混合物传送到蒸发器中，其中剩余的液体被蒸发，以形成制冷剂蒸汽；以及(f)将离开蒸发器的制冷剂蒸汽传送到吸收器中，以重复步骤(a)并且再形成制冷剂蒸汽与吸收剂的混合物。
本发明还提供了用于在实施吸收循环的设备中冷却物体、介质或空间的方法，所述方法为(a)在所述吸收器中形成制冷剂与吸收剂的混合物；(b)将所述混合物传送到发生器中，其中所述混合物被加热，以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且所述制冷剂蒸汽的压力增加；(c)将所述制冷剂蒸汽传送到冷凝器中，其中所述蒸汽在压力下被冷凝成液体；(d)将所述液体制冷剂传送到膨胀装置中，其中所述液体制冷剂的压力被降低，以形成液体与蒸汽制冷剂的混合物；(e)将所述液体与蒸汽制冷剂的混合物传送到临近待冷却的物体、介质或空间的蒸发器中，其中剩余的液体被蒸发，以形成制冷剂蒸汽；以及(f)将离开蒸发器的制冷剂蒸汽传送到吸收器中，以重复步骤(a)并且再形成制冷剂蒸汽与吸收剂的混合物。
在如上所述的任何方法中，在步骤(b)中与制冷剂分离的吸收剂可被再循环，以用于随后的步骤中。
离子液体的混合物还可在本文中被用作吸收剂，并且此类混合物可期望实现例如适当的吸收行为。1，3-丙二醇是优选在吸收循环中可用作制冷剂的多元醇。
吸收循环以及它们运转于其中的体系还被描述于“ApplicationGuide for Absorption Cooling/Refrigeration Using RecoveredHeat”[Dorgan等人(American Society of Heating，Refrigerationand Air Conditioning Engineers，Inc.，1995，Atlanta GA，第5章)]，以及Haaf等人的“Refrigeration Technology”(Ullmann的“Encyclopedia of Industrial Chemistry”，第6版，Wiley-VCHVerlag GmbH，Weinheim，Germany，第31卷，第269至312页)中。
当例如1，3-丙二醇被用作本文的多元醇时，一般期望它在一定程度上更易与亲水性的离子液体混溶或更易溶解于其中，因此具有含至少一个醇侧链的阳离子的离子液体，或具有含至少一个乙酸根或硫酸根的阴离子的那些，将是用于本发明各个实施方案中的理想选择。在此情况下，1，3-丙二醇还将优选在吸收体系的操作温度范围内，尤其是在蒸发器温度至发生器温度范围内，与如本文所用的离子液体混溶或溶于其中。蒸发器温度可低达约5℃。单效发生器温度可高达约150℃，而双效发生器温度可高达约200℃。因此，在约5℃至约200℃的温度范围内，吸收循环中制冷剂与吸收剂的多种不同相对含量水平均是适宜的，并且由1，3-丙二醇或离子液体形成的组合物中，1，3-丙二醇或离子液体的浓度可在按其中离子液体与1，3-丙二醇的组合重量计约1％至约99％的范围内。
由本发明提供的热能传递体系诸如换热器可用作例如冷凝器、加热器、冷却器或冷冻器。在此类体系中，多元醇与离子液体的混合物可用作一次热能传递组合物(或一次冷却剂或制冷剂)，其中例如一种温度下的主体与正被冷却的更高温度下的另一主体接触。多元醇与离子液体的混合物也可用作二次热能传递组合物(或二次冷却剂或制冷剂)。采用冷冻来冷却二次热能传递组合物，以从其它主体上移除热能。当欲将冷冻的流体分配到若干消耗区域中时，或当必须避免一次冷却剂与由裂漏而得的产物接触时，使用二次热能传递组合物是适宜的。此类体系的实例包括工业空调系统、杂货店中的食品冷冻系统以及溜冰场。
如上所述，由本发明提供的热能传递体系也可通过采用吸收制冷循环(例如美国2006/197,053中所述)，或通过采用混合蒸汽压缩-吸收制冷循环(例如美国2007/019,708中所述)来运转，以提供加热或冷却，上述文献全文作为本文的一部分以引用方式并入本文，以用于所有用途。
如上所述的任何热能传递体系均可被配置用于或被装配用于或被操作用作冷藏机、冷冻机或制冰机、空调、工业冷却系统、用于保存植物或动物源食品的冷库的致冷系统、加热器或热力泵。这些装置中的每一种均可被置于住宅、商业或工业环境中，或可被组合到移动装置诸如轿车、卡车、公共汽车、火车、飞机、或其它用于运输的装置中，或可被组合到一件器材诸如医疗器械中。
在本发明中，由一种或多种多元醇与一种或多种离子液体形成热能传递组合物。离子液体是在室温(约25℃)下为液体的有机化合物。它们不同于大多数盐，因为它们具有非常低的熔点，并且它们在宽的温度范围内趋于为液体。取决于阴离子，它们中有许多不溶于非极性烃；不与水混溶；并且它们中有许多是高度电离的(但是具有低介电强度)。离子液体基本上没有蒸汽压，大多数在空气和水中是稳定的，并且它们可以是中性、酸性或碱性的。
可用于本文的离子液体中的阳离子或阴离子原则上可以是任何阳离子或阴离子，使得所述阳离子和阴离子合起来形成在等于或低于约100℃下为液体的有机盐。然而，可通过改变阳离子和/或阴离子的特性来定制离子液体的特性。例如，可通过改变所用的路易斯酸的摩尔当量和类型以及组合来调节离子液体的酸性。
通过使含氮的杂环、优选杂芳环与烷基化试剂(例如卤化烷)反应形成季铵盐，并且与各种路易斯酸或它们的共轭碱进行离子交换或其它适宜的反应来形成离子液体，从而制成许多离子液体。适宜的杂芳环的实例包括取代的吡啶、咪唑、取代的咪唑、吡咯和取代的吡咯。这些环可用几乎任何直链、支链或环状C1-20烷基来烷基化，所述烷基优选为C1-16基团，这是因为比这个大的基团可能生成低熔点固体而不是离子液体。各种三芳基膦、硫醚以及环状或非环状季铵盐也可用于此目的。可用的抗衡离子包括氯铝酸根、溴铝酸根、氯化镓、四氟硼酸根、四氯硼酸根、六氟磷酸根、硝酸根、三氟甲磺酸根、甲基磺酸根、对甲苯磺酸根、六氟锑酸根、六氟砷酸根、四氯铝酸根、四溴铝酸根、高氯酸根、氢氧根阴离子、二氯化铜阴离子、三氯化铁阴离子、三氯化锌阴离子、以及各种包含镧、钾、锂、镍、钴、锰和其它金属的阴离子。
还可通过盐置换、通过酸-碱中和反应或通过使所选的含氮化合物季铵化来合成离子液体；或者它们可从若干公司诸如Merck(Darmstadt，Germany)或BASF(Mount Olive，NJ)商购获得。
可用的离子液体的代表性实例描述于以下来源，诸如“J.Chem.Tech.Biotechnol.”，68：351-356(1997)；“Chem.Ind.”，68：249-263(1996)；“J.Phys.Condensed Matter”，5：(增刊34B)：B99-B106(1993)；“Chemical and Engineering News”，1998年3月30日，第32至37页；“J.Mater.Chem.”，8：2627-2636(1998)；“Chem.Rev.”，99：2071-2084(1999)；以及美国2004/0133058(所述文献被引用作为本文的一部分)。在本文的一个实施方案中，可通过例如制备季铵阳离子的多种烷基衍生物，并且改变所缔合的阴离子，来制备离子液体库，即离子液体组合库。
在本发明的一个实施方案中，适用于本文的离子液体包括具有由以下一个或多个式表示的阳离子的那些：
吡啶鎓                                    哒嗪鎓
Figure G200880011088XD00142
嘧啶鎓                                    吡嗪鎓
Figure G200880011088XD00143
咪唑鎓                                    吡唑鎓
Figure G200880011088XD00151
噻唑鎓                                       噁唑鎓
Figure G200880011088XD00152
三唑鎓
Figure G200880011088XD00153
鏻                                              铵
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6独立地选自：
(i)H；
(ii)卤素；
(iii)任选地被至少一个选自Cl、Br、F、I、OH、NH2和SH的基团取代的-CH3、-C2H5、或C3至C25直链、支链或环状烷烃或烯烃；
(iv)包含一至三个选自O、N、Si和S的杂原子并且任选地被至少一个选自Cl、Br、F、I、OH、NH2和SH的基团取代的-CH3、-C2H5、或C3至C25直链、支链或环状烷烃或烯烃；
(v)具有一至三个独立选自O、N、Si和S的杂原子的C6至C20未取代的芳基、或C3至C25未取代的杂芳基；并且
(vi)具有一至三个独立地选自O、N、Si和S的杂原子的C6至C25取代的芳基、或C3至C25取代的杂芳基；并且其中所述取代的芳基或取代的杂芳基具有一至三个取代基，所述取代基独立地选自：
(1)任选地被至少一个选自Cl、Br、F、I、OH、NH2和SH的基团取代的-CH3、-C2H5、或C3至C25直链、支链或环状烷烃或烯烃，
(2)OH，
(3)NH2，和
(4)SH；
R7、R8、R9和R10独立地选自：
(vii)任选地被至少一个选自Cl、Br、F、I、OH、NH2和SH的基团取代的-CH3、-C2H5、或C3至C25直链、支链或环状烷烃或烯烃任；
(viii)包含一至三个选自O、N、Si和S的杂原子并且任选地被至少一个选自Cl、Br、F、I、OH、NH2和SH的基团取代的-CH3、-C2H5、或C3至C25直链、支链或环状烷烃或烯烃；
(ix)具有一至三个独立地选自O、N、Si和S的杂原子的C6至C25未取代的芳基、或C3至C25未取代的杂芳基；以及
(x)具有一至三个独立地选自O、N、Si和S的杂原子的C6至C25取代的芳基、或C3至C25取代的杂芳基；并且其中所述取代的芳基或取代的杂芳基具有一至三个取代基，所述取代基独立地选自：
(1)任选地被至少一个选自Cl、Br、F、I、OH、NH2和SH的基团取代的-CH3、-C2H5、或C3至C25直链、支链或环状烷烃或烯烃，
(2)OH，
(3)NH2，和
(4)SH；并且
其中，任选地，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10中至少两个一起形成环状的或二环的烷基或烯基。
在另一个实施方案中，可用于本发明的离子液体包含氟化阳离子，其中至少一个选自R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10的单元包含F-。
在另一个实施方案中，可用于本发明的离子液体包含咪唑鎓，诸如1-乙基-3-甲基咪唑鎓和1-丁基-3-甲基咪唑鎓。
在一个实施方案中，可用于本发明的离子液体具有阴离子，所述阴离子选自[CH3CO2]-、[HSO4]-、[CH3OSO3]-、[C2H5OSO3]-、[AlCl4]-、[CO3]2-、[HCO3]-、[NO2]-、[NO3]-、[SO4]2-、[PO4]3-、[HPO4]2-、[H2PO4]-、[HSO3]-、[CuCl2]-、Cl-、Br-、I-、SCN-；以及任何氟化的阴离子。可用于本文的氟化阴离子包括[BF4]-、[PF6]-、[SbF6]-、[CF3SO3]-、[HCF2CF2SO3]-、[CF3HFCCF2SO3]-、[HCClFCF2SO3]-、[(CF3SO2)2N]-、[(CF3CF2SO2)2N]-、[(CF3SO2)3C]-、[CF3CO2]-、[CF3OCFHCF2SO3]-、[CF3CF2OCFHCF2SO3]-、[CF3CFHOCF2CF2SO3]-、[CF2HCF2OCF2CF2SO3]-、[CF2ICF2OCF2CF2SO3]-、[CF3CF2OCF2CF2SO3]-、[(CF2HCF2SO2)2N]-、[(CF3CFHCF2SO2)2N]-；和F-。
在更具体的实施方案中，适用于本文的离子液体可具有如上定义的阳离子，所述阳离子选自吡啶鎓、哒嗪鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓、噻唑鎓、噁唑鎓、三唑鎓、鏻和铵；以及阴离子，所述阴离子选自[CH3CO2]-、[HSO4]-、[CH3OSO3]-、[C2H5OSO3]-、[AlCl4]-、[CO3]2-、[HCO3]-、[NO2]-、[NO3]-、[SO4]2-、[PO4]3-、[HPO4]2-、[H2PO4]-、[HSO3]-、[CuCl2]-、Cl-、Br-、I-、SCN-、和任何氟化阴离子。在另一个实施方案中，适用于本文的离子液体可具有如上定义的阳离子，所述阳离子选自吡啶鎓、哒嗪鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓、噻唑鎓、噁唑鎓、三唑鎓、鏻和铵；以及阴离子，所述阴离子选自[BF4]-、[PF6]-、[SbF6]-、[CF3SO3]-、[HCF2CF2SO3]-、[CF3HFCCF2SO3]-、[HCClFCF2SO3]-、[(CF3SO2)2N]-、[(CF3CF2SO2)2N]-、[(CF3SO2)3C]-、[CF3CO2]-、[CF3OCFHCF2SO3]-、[CF3CF2OCFHCF2SO3]-、[CF3CFHOCF2CF2SO3]-、[CF2HCF2OCF2CF2SO3]-、[CF2ICF2OCF2CF2SO3]-、[CF3CF2OCF2CF2SO3]-、[(CF2HCF2SO2)2N]-、[(CF3CFHCF2SO2)2N]-、和F-。
在另一个实施方案中，适用于本文的离子液体可具有如上定义的阳离子，所述阳离子选自吡啶鎓、哒嗪鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓、噻唑鎓、噁唑鎓、三唑鎓、鏻和铵，其中至少一个选自R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10的单元包含F-；和阴离子，所述阴离子选自[CH3CO2]-、[HSO4]-、[CH3OSO3]-、[C2H5OSO3]-、[AlCl4]-、[CO3]2-、[HCO3]-、[NO2]-、[NO3]-、[SO4]2-、[PO4]3-、[HPO4]2-、[H2PO4]-、[HSO3]-、[CuCl2]-、Cl-、Br-、I-、SCN-、以及任何氟化的阴离子。在另一个实施方案中，适用于本文的离子液体可具有如上定义的阳离子，所述阳离子选自吡啶鎓、哒嗪鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓、噻唑鎓、噁唑鎓、三唑鎓、鏻和铵，其中至少一个选自R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10的单元包含F-；以及阴离子，所述阴离子选自[BF4]-、[PF6]-、[SbF6]-、[CF3SO3]-、[HCF2CF2SO3]-、[CF3HFCCF2SO3]-、[HCClFCF2SO3]-、[(CF3SO2)2N]-、[(CF3CF2SO2)2N]-、[(CF3SO2)3C]-、[CF3CO2]-、[CF3OCFHCF2SO3]-、[CF3CF2OCFHCF2SO3]-、[CF3CFHOCF2CF2SO3]-、[CF2HCF2OCF2CF2SO3]-、[CF2ICF2OCF2CF2SO3]-、[CF3CF2OCF2CF2SO3]-、[(CF2HCF2SO2)2N]-、[(CF3CFHCF2SO2)2N]-、和F-。
在一个实施方案中，所述离子液体包含咪唑鎓作为阳离子，并且包含[BF4]-或[PF6]-作为阴离子。在更具体的实施方案中，所述离子液体包含1-乙基-3-甲基咪唑鎓或1-丁基-3-甲基咪唑鎓作为阳离子，并且包含[BF4]-或[PF6]-作为阴离子。
由本发明提供的热能传递组合物为一种或多种多元醇与一种或多种离子液体的混合物，所述组合物由于它们的低粘度、低密度、高比热、高热导率和高潜热，因而可很好地适用于热能传递目的。除了1，3-丙二醇以外，选择与离子液体混合形成热能传递组合物以用于本文的多元醇还包括乙二醇、1，2-丙二醇、1，2，3-丙三醇以及Cn直链或环状烷烃，其中n＝4至8(例如丁烷、戊烷、己烷、庚烷和辛烷)，所述Cn直链或环状烷烃可被m个羟基取代，其中m＝2至n。适用于本文的各种多元醇可以由本领域已知的方法制备，或者可从供应商如Alfa Aesar(Ward Hill，Massachusetts)、City Chemical(West Haven，Connecticut)、Fisher Scientific(Fairlawn，New Jersey)、Sigma-Aldrich(St.Louis，Missouri)或Stanford Materials(Aliso Viejo，California)处商购获得。
适用于本文的1，3-丙二醇可商购获得。1，3-丙二醇可通过在膦、水、一氧化碳、氢和酸的存在下，使环氧乙烷接触催化剂，经由“加氢甲酰化路线”来制得。作为另外一种选择，可向本发明提供经由发酵由生物制得的1，3-丙二醇(当前可以商品名Bio-PDOTM丙二醇得自DuPont)。由生物制得的1，3-丙二醇可通过糖发酵来获得，任选由可再生资源诸如纤维质生物质获得1，3-丙二醇。此类发酵方法是已知的并且描述于诸如美国专利5,686,276和7,135,309以及美国2006/0286653等文献中。
除了多元醇以外，可用于本发明的热能传递组合物还可包含附加冷却剂，诸如水或常用于吸收技术中的水与溴化锂的混合物。可将添加剂诸如润滑剂、阻蚀剂、稳定剂、染料以及其它适宜的物质加入到可用于本发明的热能传递混合物中，以适于多种目的，前提条件是它们它们对于多元醇在离子液体中的溶解度不具有不可取的影响。可用于本发明的混合物可由任何便利的方法制得，包括使用例如已知类型的具有旋转混合元件的搅拌器，在适当的容器中混合或组合适宜量的每一种组分。
在本发明的各种实施方案中，通过选择本文所述或所公开的任何单独的阳离子，并且通过选择本文所述或所公开的与所述阳离子配对的任何单独的阴离子而形成的离子液体，可在吸收加热或冷却循环中被用作吸收剂，或用作热能传递组合物中的组分。因此，在其它实施方案中，可使用离子液体子群作为吸收剂或作为热能传递组合物中的组分，所述离子液体子群可通过选择(i)任何规模的阳离子子群，和(ii)任何规模的阴离子子群来形成，所述阳离子子群以总群的单个单元的所有各种不同组合形式取自本文所述或所公开的阳离子的总群，所述阴离子子群以总群的单个单元的所有各种不同组合形式取自本文所述或所公开的整个阴离子群。在通过如上所述进行选择而形成离子液体或离子液体子群时，可在其总群中不存在被忽略的阳离子和/或阴离子群单元的情况下，使用离子液体或离子液体子群来进行选择，并且如果期望，可因此根据使用时被忽略的总群的单元而不是使用时被包括的该群的单元来进行所述选择。
在本发明的一个实施方案中，可根据热力学性质图表诸如温度-压力-浓度(TPX)和焓-温度(HT)图表，来描述诸如吸收制冷循环，作为热能传递组合物的多元醇与离子液体的组合物的运作，并且具体地讲，作为制冷剂的多元醇和作为吸收剂的离子液体的运作。这些图表相当于常规蒸汽压缩循环分析中常见的PH(压力-焓)或TS(温度-熵)图表。然而，这些图表的使用适合于吸收循环特例，因为蒸汽压缩使用压缩机，其中压缩过程理论上是单一的等熵过程，而吸收循环采用所谓发生器-吸收器溶液回路，并且涉及若干热力学过程。
使用状态方程(EOS)来构建蒸汽压缩循环中的PH或TS图表，并且可计算循环特性和所有的热力学性质。吸收循环的热力图通常由经验相关公式构建，所述公式与溶液特性的实验溶解度和热容数据相拟合，同时用制冷剂EOS来计算蒸汽相特性。在某些情况下，可使用理论溶液(常称为“活度”)模型(Nezu等人，“Thermodynamic Properties of Working-Fluid Pairs with R-134a for Absorption Refrigeration System”，Natural Working Fluids 2002，IIR Gustav Lorentzen Conf.5th.China，(2002年9月17日至20日，第446至453页)；Fatouh，M.和Murthy，S.S.[Renewable Energy，1993，3：31-37]；Bhatt，M.S.等人，[Heat Recovery System & CHP，1992，12：225-233]；Ness，H.C.V.和Abbott，M.M.[Classical Thermodynamics of NonelectrolyteSolutions with Applications to Phase Equilibria，1982，McGraw-Hill，New York])，以与溶解度数据相关联。然而，此类模型在大大低于制冷剂临界温度的温度下，其应用可能受到限制，并且在高发生器温度下的模型溶液可能变为无效。因此，经验拟合公式或部分修正公式与气相EOS的组合使用不总是完全一致，并且希望用热力学可靠的EOS来模构吸收循环过程。通过使用EOS，在甚至高于制冷剂临界温度的温度下，可正确地计算热力学性质。
虽然用EOS来模构制冷剂混合物是常见的，但是空调和制冷工程师传统上是用经验相关模型来处理制冷剂和非挥发性化合物混合物的：例如制冷剂-润滑油溶解度。虽然对此类混合物使用EOS的难题之一是在没有太多临界参数和蒸汽压数据信息的情况下，确定如何设定非挥发性化合物的EOS参数，但是EOS模型已成功地应用于制冷剂-润滑油溶解度数据，以下文献对此有更完整的描述：Yokozeki，A.[Proc.Intl.CompressorEng.Conf.at Purdue，1994，1：335-340]；Yokozeki，A.[Intl.J.Thermophys.，2001，22：1057-1071]；和Yokozeki，A.[AppliedEnergy，2005，80：383-399]。因此，本文可使用类似的EOS模型来一致地计算所有热力学性质，以用作使用本文所公开的制冷剂和离子液体作为新型吸收循环流体对的指示标准(Tillner-Roth R和Friend DG[J.Phys.Chem.Ref.Data，1998，27，63-96])。
为模构制冷剂/离子液体组合物，可如下使用普通的Redlich-Kwong(RK)型三次方状态方程(EOS)：
P = RT V ~ - b - a ( T ) V ~ ( V ~ + b ) - - - ( 1 )
a ( T ) = 0.427480 R 2 T c 2 P c α ( T ) - - - ( 2 )
b = 0.08664 RT c P c - - - ( 3 )
纯化合物的EOS中a参数的温度相关部分是由以下经验形式来模构的(Yokozeki，A.[Intl.J.Thermophys.，2001，22：1057-1071]；Yokozeki，A.[Applied Energy，2005，80：383-399]；Shiflett，M.B.和Yokozeki，A.[Ind.Eng.Chem.Res.2005，44：4453-4464])：
α ( T ) = Σ k = 0 ≤ 3 β k ( T c T - T T c ) k . - - - ( 4 )
确定系数βk，以获得每种纯化合物的蒸汽压。
然而对于吸收剂，蒸汽压数据通常是不可得的，或者蒸汽压在应用温度下几乎为零，此外，不存在临界参数(Tc和Pc)的数据。然而，可以各种方式来估计吸收剂的临界参数(Reid RC等人，The Properties ofGases & Liquids，第4版[McGraw-Hill，New York 1987])。如Yokozeki(int.J.Thermophys.，2001，22，1057-1071)所述，对高沸点化合物的临界参数的推测足以关联溶解度(PTx)数据。虽然吸收剂的蒸汽压在所关注温度下基本为零，然而当制冷剂-吸收剂混合物的PTx数据被关联时，吸收剂的a参数的温度相关部分相当大。此处，仅由公式4中的两项来模构吸收剂的α(T)，如制冷剂-润滑油混合物情况下的应用(Yokozeki A，2001，同上)。
k ij = l ij l ji ( x i + x j ) l ji x i + l ij x j 其中kii＝0                        (5)
α ( T ) = 1 + β 1 ( T c T - T T c ) - - - ( 6 )
公式6中的系数β1将被处理为可调整的拟合参数。
然后，根据二元相互作用参数来模构一般N-组分混合物的a和b参数(Yokozeki A[Applied Energy，2005，80，383-399]；以及Shiflett MB和Yokozeki A，同上)，其可被认为是改进的范德瓦尔斯-Berthelot混合式。
a ( T ) = Σ i , j = 1 N a i a j ( 1 - f ( T ) k ij ) x i x j , a i = 0.427480 R 2 T ci 2 P ci α i ( T ) - - - ( 7 )
f(T)＝1+τij/T，其中τij＝τji，并且τii＝0             (8)
b = 1 2 Σ i , j = 1 N ( b i + b j ) ( 1 - m ij ) x i x j , b i = 0.08664 RT ci P ci , 其中mij＝mji，mii＝0       (9)
Tci：第i个物质的临界温度。
Pci：第i个物质的临界压力。
xi：第i个物质的摩尔份数。
在本模型中，每个二元对有四个二元交互作用参数：lij、lji、mij、和τij。应当指出的是，当公式5中lij＝lji并且和公式8中τij＝0时，公式7变为常规的a参数的二次混合法则。本EOS模型已成功地应用于在极性和尺寸方面高度非对称的混合物，诸如各种制冷剂/油混合物(Yokozeki A，2001，同上])以及氨/丁烷混合物(Yokozeki A[Proc.Int.Congressof Refrigeration Washington，D.C.2003])；以及EcoLibriumTM(2004，3，20-24)。
对于相平衡(溶解度)计算，需要每种化合物的逸度系数并且由本混合法则导出φi：
ln φ i = - ln PV RT ( 1 - b V ) + b i ′ V - b - ab i ′ bRT ( V + b ) + a bRT ( a i ′ a - b i ′ b + 1 ) ln V V + b , - - - ( 10 )
其中bl i和al i由下式给出：
b ′ i = Σ j = 1 N ( b i + b j ) ( 1 - m ij ) x j - b - - - ( 11 )
a ′ i = 2 Σ j = 1 N a i a j x j { 1 - k ij - x i x j ( l ji - l ij ) ( 1 + τ ij / T ) ( l ji x i + l ij x j ) 2 } - a . - - - ( 12 )
与本研究相关的热力学导函数为焓(H)，其由以下通式给出：
H = ∫ Σ i = 1 N C pi 0 x i dT + ( a b - T b da dT ) ln V V + b + RT ( PV RT - 1 ) - RT 2 V - b db dT
+ a b db dT [ 1 V + b - 1 b ln ( 1 + b V ) ] + C , - - - ( 13 )
其中C为任意常数，其可以为任何选定的值，但是在被讨论的体系中，对于任何组分混合物，其必须为相同的常数。用多项式形式来模构公式13中每种化合物的理想气体热容Cpi 0：
C p 0 = C 0 + C 1 T + C 2 T 2 + C 3 T 3 . - - - ( 14 )
按下列来模构如图1所示的吸收加热或冷却循环的理论循环性能。总能量平衡给出：
Qg+Qe+Wp＝Qc+Qa                 (15)
根据吸收器或发生器中的物质平衡：
msxa＝(ms-mr)xg；                (16)
其提供了质量流量比f，如下式所定义：
f ≡ m s m r = x g x g - x a , - - - ( 17 )
其中x为溶液中吸收剂的质量份数，下标a和g分别代表吸收器和发生器溶液，并且mr和ms分别为气态制冷剂和吸收器出口处溶液的质量流量(或溶液泵送速率)。
当假定换热器单元中的热传递效率为1时，能量平衡公式变为：
Qh≡(H2-H3)(ms-mr)＝(H1-H4)ms-Wp，        (18)
其中H为焓，并且下标数字(1、2、3和4)对应于图1中所示的位置。
由公式18可获得发生器-入口焓H1：
H1＝H4+(H2-H3)(1-1/f)+Wp/mr。            (19)
从发生器周围的能量平衡，由下式给出发生器的热输入Qg，
Qg＝H5mr+H2(ms-mr)-H1ms。            (20)
通过用公式19消除此公式中的H1，公式20可被描述为：
Qg/mr＝H5-H4f+H3(f-1)-Wp/mr。            (21)
类似地，由下式给出吸收器的热损耗Qa，
Qa/mr＝H3(f-1)+H7-H4f。        (22)
冷凝器和蒸发器每单位质量流量的热能分别为：
Qc/mr＝H5-H6            (23)
Qe/mr＝H7-H6。            (24)
由此，体系性能由热力比η(输出功率除以输入功率)所定义
η = Q e Q g + W P .
然而，溶液泵送功率Wp通常大大小于Qg，并且习惯采用如下定义的COP(性能系数)：
COP = Q e Q g . - - - ( 25 )
这可用H和f项表示：
COP = H 7 - H 6 H 5 + H 3 ( f - 1 ) - H 4 f . - - - ( 26 )
可通过使用上述EOS模型，以热力学一致的方式来计算吸收器和发生器单元中的所有位置处的焓和溶解度。
制冷剂的纯组分EOS常数已得自Yokozeki A(2001，同上)、Yokozeki A(Proc.Int.Congress of Refrigeration，Washington，D.C.2003)和EcoLibriumTM(2004，3，20-24)。至于此研究中所选的吸收剂，已从基团贡献法(Reid RC等人，同上)推测出临界参数。这些高沸点物质的临界参数准确度对于相关溶解度数据(Yokozeki A，2001，同上)而言，是较不重要的。然而，如前所述，公式6中的β1参数可以是重要的，并且在二元溶解度数据分析中将被处理为可调整的参数。
为了用EOS计算热特性，需要每种纯化合物的理想气体热容，来作为温度的函数：参见公式14。可从基团贡献法(Reid，RC等人，同上)，推测出公式14中的所有系数。
接着，分析碳氟化合物/离子液体二元混合物的溶解度(蒸汽-液体平衡)数据，以确定混合物的EOS参数。已用相对压差的原函数，通过非线性最小平方分析来确定每个二元对的四个二元交互作用参数lij、lji、mij、和τij、以及吸收剂β1参数。
吸收加热或冷却循环的理论性能的推测是基于图1所示的简单理想循环，以及本理论模型。在此处，忽略泵送功率Wp，因为相对于其它热能，它通常不重要。此外，还作了若干假定：
(1)在连接管路中无压降。
(2)制冷剂由冷凝器至蒸发器的膨胀过程是等焓的，例如在蒸汽压缩循环计算中通常是这样设定的。图1中点7处(蒸发器出口)的状态为纯制冷剂露点，其中T＝Teva。
(3)点6处的状态为制冷剂泡点，并且无过冷液体。点5处(冷凝器入口)的状态为纯制冷剂的过热态，其中P＝Pcon并且T＝Tg。
(4)冷凝器和发生器中的压力(Pcon和Pg)相同，并且蒸发器和吸收器压力(Peva和Pa)同样相同。
(5)点3处(吸收器的溶液入口)的状态为溶液的泡点，所述泡点由吸收器压力(Pa)和发生器(xg)溶液的浓度来规定。
(6)指定发生器中的温度(Tg)、吸收器中的温度(Ta)、冷凝器中的温度(Tcon)、和蒸发器中的温度(Teva)，作为给定的循环条件。
(7)在不丧失一般性的同时，将制冷剂气体流量(mr)设定为1kg s-1，并且忽略吸收剂蒸汽。
循环计算的第一步是获得Peva和Pcon，作为给定温度下纯制冷剂的饱和蒸汽压：泡点P程序(Ness，HCV等人，同上)。接着，使用常规的TP(温度-压力)闪蒸程序(Ness，HCV等人，同上)来计算发生器和吸收器单元内的吸收剂组成xg和xa。这提供了公式17中的f(流量比率)。从假定(5)来确定点3处的热力学性质：泡点T程序(Ness，HCV等人，同上)。点1处的焓得自公式19。所有其它点处的焓易于从已知的T、P和组成中计算出来。因此，使用所列的公式可获得性能赋值的所需量。本发明的二元体系的循环性能以所选的热力学量概述于实施例1的表1中，其中循环状况的指定温度为：Tg/Tcon/Ta/Teva＝100/40/30/10℃，并且mr＝1kg·s-1。
已对熟知的制冷剂-吸收剂对，NH3/H2O和H2O/LiBr，进行了计算，并且示于实施例1表1中，以供比较。就NH3/H2O而言，吸收剂H2O在发生器出口处具有不可忽略的蒸汽压，并且在实际应用中，需要分馏器(蒸馏)单元来将制冷剂从吸收剂水中分离出来。由分馏器产生的蒸汽压的效应和额外功率要求已经被忽略；因此，计算出的COP高估了本发明的性能比较。就H2O/LiBr而言，未提出EOS模型。而是改为采用了热力学性质的经验相关图表(Stoecker和Jones的“Refrigeration and AirConditioning”[McGraw-Hill，New York，1982，328-350]中的温度-压力-浓度图表和焓-温度图表)。
可使用如本文所述的EOS来容易地进行吸收制冷循环的循环计算，但是结果分析得益于另一种方法，该方法与普通蒸汽压缩循环情况下所用的方法不同。在后一种情况下，高压/高温制冷剂气体由蒸汽压缩机提供，其中热力学过程理论上为单一的等熵步骤：压缩机的入口焓和出口焓足以描述压缩机的功。然而在吸收循环中，产生对应的高压/高温气体的过程更加复杂，并且得知在若干不同位置处的焓以及在吸收器和发生器单元处的制冷剂-吸收剂溶解度的差值(涉及f值)是有用的，如公式17、21和22中所示。
在给定温度下两个循环的冷凝器和蒸发器性能相同，并且可基于蒸发(或冷凝)的潜热来理解。一般来讲，制冷能力为蒸发器处的潜热，它随着Tc和Teva之间的温度差值的增加而增加。因此，在给定的Teva下，对于具有较高Tc的制冷剂，潜热较大。此外，在制冷剂沸点(或远离Tc)处，制冷剂之间的摩尔潜热(J/mol)一般没有太大的差别，而由于摩尔质量的较大差别，比潜热(J/kg)可显著不同。这些因素可以解释为何计算出的制冷功率Qe有较大差异。
期望在吸收加热或冷却循环中所用的吸收剂为对制冷剂(例如1，3-丙二醇)具有高溶解度并且相对于所述制冷剂还具有非常高沸点的化合物。实施例1表1例证了1，3-丙二醇+[bmim][BF4]体系，所述体系具有的COP/f值为0.40/22.6。
提出以下实施例，以示出本发明的优点，并且有助于普通技术人员获得和采用它。它们示出了详细的情况，其中选择了1，3-丙二醇作为多元醇。然而这些实施例不旨在以任何方式限制本公开和附加权利要求的范围。
一般的材料和方法
使用了以下缩写：MPa为兆帕；kPa为千帕；K为开氏，℃为摄氏度；mm为毫米；cm为厘米；kW为千瓦；PDO为1，3-丙二醇；并且mol为摩尔。
1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐([bmim][PF6]，C8H15N2F6P，分子量为284.18g mol-1)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐([bmim][BF4]，C8H15N2F4B，分子量为226.13g mol-1)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐([emim][BF4]，C6H11N2F4B，分子量为197.98g mol-1)可以＞97％的纯度得自Fluka Chemika(可得自Sigma-Aldrich，St.Louis，Missouri)。1，3-丙二醇(C3H8O2，分子量为76.1g mol-1)和甲醇可以最小99.6％的纯度得自Sigma-Aldrich。
以下阴离子的合成描述于美国临时申请60/719,735，所述文献全文作为本文的一部分以引用方式并入本文，以用于所有用途：(1，1，2，2-四氟乙磺酸钾、1，1，2-三氟-2-(全氟乙氧基)乙磺酸钾、1，1，2-三氟-2-(三氟甲氧基)乙磺酸钾、和1，1，2，3，3，3-六氟丙磺酸纳)以及离子液体(1-丁基-2，3-二甲基咪唑鎓1，1，2，2-四氟乙磺酸盐、1-丁基-甲基咪唑鎓1，1，2，2-四氟乙磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓1，1，2，2-四氟乙磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓1，1，2，3，3，3-六氟丙磺酸盐、1-己基-3-甲基咪唑鎓1，1，2，2-四氟乙磺酸盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓1，1，2，2-四氟乙磺酸盐、-十六烷基-3-甲基咪唑鎓1，1，2，2-四氟乙磺酸盐、1-十八烷基-3-甲基咪唑鎓1，1，2，2-四氟乙磺酸盐、1-丙基-3-(1，1，2，2-TFES)咪唑鎓1，1，2，2-四氟乙磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓1，1，2，3，3，3-六氟丙磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓1，1，2-三氟-2-(三氟甲氧基)乙磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓1，1，2-三氟-2-(全氟乙氧基)乙磺酸盐、十四烷基(三正丁基)鏻1，1，2，3，3，3-六氟丙磺酸盐、十四烷基(三正己基)鏻1，1，2-三氟-2-(全氟乙氧基)乙磺酸盐、十四烷基(三正己基)鏻1，1，2-三氟-2-(三氟甲氧基)乙磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓1，1，2，2-四氟-2-(五氟乙氧基)磺酸盐、和四丁基鏻1，1，2-三氟-2-(全氟乙氧基)乙磺酸盐)。
对于待用作热能传递组合物的多元醇诸如1，3-丙二醇与离子液体的组合物，所述多元醇应至少在一定程度上可溶解于离子液体中。所述热能传递组合物还将优选保持为单相，并且在使用温度下不分离成两个液相。为了测量1，3-丙二醇与各种离子液体的混合物的蒸汽-液体-液体平衡(“VLLE”)，由外径12.69mm、内径7.94mm并且全长15.5cm的硼硅酸盐玻璃管加工制成低压样本容器。在一端上用喷枪将所述玻璃管密封，而在另一端上开口。使用
Figure G200880011088XD00291
不锈钢(Swagelok Co.，Solon，OH；SS316)封盖以及具有聚合物套圈的栓塞来密封所述玻璃管的开口端。当将封盖拧紧时，所述套圈必须与玻璃管密合，但是必须小心，使得不会过紧而使玻璃破裂。
通过如图2所示使用精度为±0.01mm的电子卡规(Mitutoyo AmericaCorp.，Aurora，IL；型号CD-6”CS，编号500-196)来测量液体距玻璃管底部的高度，从而获得每个液层的体积。将体积(v)相对高度(h)进行实验校准，并且获得极好的线性关系v＝a+bh。在293.15K下，使用甲醇作为参比样本，获得每个管的a和b参数。
当二元体系表现出液-液体分离(或VLLE)时，根据吉布斯相律，这是单变态；热力学自由度为1。例如，如果体系温度T固定，则无论任何给定的总进料组成如何，所有其它热力学强度变量(在每一相中的压力、组成和摩尔体积)均被独特确定。总进料组成仅改变在每个液相和气相中的物理体积，但是只要在固定的T下存在三相，则每个相中的组成和摩尔体积保持不变。
使用图2中示意性表示的简单设备，仅通过质量和体积测量，而不使用任何用于分析组成的分析方法，可实验测定二元体系的这种独特的VLLE态。本方法的原理是基于热力学约束、单变态(吉布斯相律)和质量平衡，如Shiflett，M.B.和Yokozeki，A.(用容量法研究五氟乙烷和离子液体[bmim][PF6]混合物的蒸汽-液体-液体平衡，J.Phys.Chem.B(2006)110：14436-14443)以及Shiflett，M.B.和Yokozeki，A.(氢氟烃+1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐的蒸汽-液体-液体平衡，J.Chem.& Eng.Data(2006)51：1931-1939)中所述。
为建立热力学平衡，需要足够的时间和充分的混合。设计可装有14个样本容器的定制混合设备，以用于在具有视窗的恒温浴(TamsonInstruments b.v.，Zoetermeer，The Netherlands；型号TV4000LT)中将所述管来回摇动，如图3所示。所述浴充有具有推荐使用范围(233.15＜T＜403.15K)的Dow Corning硅油(Dow Corning，Midland，MI；型号5010)。所述油浴具有极好的温度控制，均匀度为±0.02K。在进行高度测量之前，将样本夹持器在槽罐液面下竖式放置6至12h。每天重复混合和测量程序，并且以高度对时间为函数作图，直至测得高度不再变化。在每个温度下，使用此方法需要5天来达到平衡。
图4为由1，3-丙二醇+[bmim][PF6]、1，3-丙二醇+[bmim][BF4]和1，3-丙二醇+[emim][BF4]构成的三个体系的液-液平衡线Tx图表，所有体系被绘制在同一图上。溶解度结果的Tx数据概括于实施例2至4中。在图4中，每条趋势线将其中1，3-丙二醇和离子液体形成一个液相的区域与其中1，3-丙二醇和离子液体形成两个液相的区域分隔开来。对于具体的组合物，在两相区域内的温度下(即图表上趋势线的下方)，两相混合物中的下层相为富含离子液体的相，而两相混合物中的上层相为富含1，3-丙二醇的相。每种化合物的上临界溶解温度(UCST)为每条趋势线的顶点。根据组合物的不同，UCST可从25℃变化至约85℃。
如果将多元醇诸如1，3-丙二醇(PDO)与离子液体混合以用作热能传递组合物，则优选避免形成两个液相。可以选择离子液体，使得在使用温度下，由离子液体与多元醇形成的能量传递组合物优选保留在平衡边界上方的1-相区域内，并且更优选在UCST上方。
对于所测体系，已发现，例如，以下组合物：在[bmim][PF6]中含有小于10mol％PDO的组合物；在[bmim][PF6]中含有大于99.5mol％PDO的组合物；在[bmim][BF4]中含有小于35mol％PDO的组合物；在[bmim][BF4]中含有大于96mol％PDO的组合物；在[emim][BF4]中含有小于23mol％PDO的组合物；以及在[emim][BF4]中含有大于98mol％PDO的组合物，均具有所期望的特性，即在低达10C的温度下它们仍保持为单相；这些
实施例1
吸收循环理论性能
表1：理论循环性能的比较 (a)
PDO；1，3-丙二醇
  二元体系(1)/(2)   Pcon，PgkPa   Peva，PakPa   f   xg质量％   xa质量％   Qe kW   COP
  PDO/[bmim][BF4]   0.0211   0.0013   22.6   98.5   94.1   1212   0.400
  NH3/H2O   1548   615   2.54   59.5   36.1   1112   0.646
  H2O/LiBr   7.38   1.23   4.08   66.3   50.0   2502   0.833
(a)循环条件：Tg/Tcon/Ta/Teva＝100/40/30/10℃，并且mr＝1kg·s-1。
实施例2
1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐与1，3-丙二醇的混合物
1，3-丙二醇在1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐([bmim][PF6])中的实验溶解度(Tx)数据概括于表2中。
表2：1，3-丙二醇(1)+[bmim][PF6](2)体系
  T/K   mol％PDO下层相   mol％PDO上层相
  286.6±0.2   10.9±1.7   99.4±0.1
  287.8±0.2   11.4±2.3   99.4±0.1
  288.2±0.2   11.8±1.6   99.4±0.1
  291.9±0.2   13.3±1.9   99.1±0.1
  298.3±0.2   15.0±2.4   99.0±0.1
  303.3±0.2   15.5±1.5   98.8±0.1
  313.5±0.2   19.0±1.9   98.5±0.1
  323.4±0.2   24.3±1.5   97.8±0.1
实施例3
1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐与1，3-丙二醇的混合物
1，3-丙二醇在1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐([bmim][BF4])中的实验溶解度(Tx)数据概括于表3中。
表3：1，3-丙二醇(1)+[bmim][BF4](2)体系
  T/K   mol％PDO下层相   mol％PDO上层相
  286.7±0.2   36.8±0.2   95.8±0.8
  287.9±0.2   38.4±0.4   95.2±0.2
  289.1±0.2   39.7±0.4   94.9±0.2
  291.9±0.2   47.0±0.5   93.1±0.1
实施例4
1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐与1，3-丙二醇的混合物
1，3-丙二醇在1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐([emim][BF4])中的实验溶解度(Tx)数据概括于表4中。
表4：1，3-丙二醇(1)+[emim][BF4](2)体系
  T/K   mol％PDO下层相   mol％PDO上层相
  286.6±0.2   23.8±0.5   97.0±0.2
  287.8±0.2   24.5±0.5   97.0±0.2
  288.2±0.2   24.9±0.4   96.8±0.2
  291.9±0.2   30.9±0.4   95.8±0.2
  298.3±0.2   35.8±0.4   94.5±0.2
  303.3±0.2   43.5±0.3   92.2±0.1
在本说明书中，除非在使用情形下另外明确指明或有相反指明，否则当本发明主题的实施方案被论述或描述为包含、包括、含有、具有、涵盖或包容某些特征或要素时，实施方案中也可存在不同于除明确论述或描述的那些以外的一个或多个特征或要素。然而，本发明主题的一个可供选择的实施方案可被论述或描述为基本上由某些特征或要素组成，其中将会显著地改变操作原理或实施方案显著特性的实施方案特征或要素不存在于该实施方案中。本发明主题的另一个可供选择的实施方案可被论述或描述为由某些特征或要素组成，在所述实施方案或其非本质变型中，仅存在所具体论述或描述的特征或要素。
在本说明书中，除非在使用情形下另外明确指明或有相反指明，否则
(a)陈述或描述本发明元素或特征时使用的不定冠词“一个”或“一种”并不将存在的所述元素或特征的数目限制为一；并且
(b)如果实际上没有跟随短语“无限制”，则词语“包括”、“包含”和“含有”应被解释和理解为相当于它们有短语“无限制”跟随。

Claims (12)

1.用于热能传递的设备，所述设备包含热能传递组合物，所述组合物包含多元醇与至少一种离子液体的混合物，其中所述多元醇包含1，3-丙二醇。
2.根据权利要求1的设备，其中所述组合物具有单一的液相。
3.根据权利要求1的设备，所述设备包括流体流入和流出的第一室，和所述热能传递组合物流入和流出的第二室，其中每个室具有一个或多个壁，所述流体和所述热能传递组合物被所述室之一的壁分隔，或被两室共有的壁分隔，并且所述流体和所述热能传递组合物各自的温度不相等。
4.根据权利要求3的设备，其中所述室之一位于另一个室中，或者所述室彼此邻近。
5.根据权利要求3的设备，其中所述流体的流向与所述组合物的流向平行、相反或交叉。
6.用于温度调节的设备，所述设备包括(a)吸收器，所述吸收器形成制冷剂与吸收剂的混合物；(b)发生器，所述发生器接收来自所述吸收器的混合物，并且加热所述混合物以使制冷剂以蒸汽的形式与所述吸收剂分离，并且增加所述制冷剂蒸汽的压力；(c)冷凝器，所述冷凝器接收来自所述发生器的蒸汽并且将所述蒸汽在压力下冷凝成液体；(d)减压装置，离开所述冷凝器的所述液体制冷剂通过所述减压装置以降低所述液体的压力，从而形成液体与蒸汽制冷剂的混合物；(e)蒸发器，所述蒸发器接收通过所述减压装置的液体和蒸汽制冷剂的混合物以蒸发剩余的所述液体，从而形成制冷剂蒸汽；以及(f)导管，所述导管将离开所述蒸发器的制冷剂蒸汽传送回到所述吸收器中；其中所述吸收剂包含离子液体，并且所述制冷剂包含多元醇，其中所述多元醇包含1，3-丙二醇。
7.根据权利要求6的设备，其中所述冷凝器邻近待加热的物体、介质或空间，或者所述蒸发器邻近待冷却的物体、介质或空间。
8.传递热能的方法，所述方法包括使固体物体、流体或包含所述流体的室与热能传递组合物接触，其中所述固体物体或流体具有第一温度，所述热能传递组合物具有第二温度，所述第一和第二温度不相等，并且所述热能传递组合物包含多元醇和离子液体，其中所述多元醇包含1，3-丙二醇。
9.根据权利要求8的方法，其中所述流体包含气体，所述气体鼓泡通过所述组合物。
10.根据权利要求8的方法，其中所述第一温度高于所述第二温度，或者所述第一温度低于所述第二温度。
11.根据权利要求8的方法，所述方法包括提供流体流和组合物流，其中所述流体的流向与所述组合物的流向平行、相反或交叉。
12.根据权利要求8的方法，其中所述方法还包括通过发酵来提供所述1，3-丙二醇的步骤。
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JP (1) JP5343068B2 (zh)
KR (1) KR20100016135A (zh)
CN (1) CN101657515B (zh)
WO (1) WO2008124087A1 (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8463441B2 (en) 2002-12-09 2013-06-11 Hudson Technologies, Inc. Method and apparatus for optimizing refrigeration systems
US8715521B2 (en) * 2005-02-04 2014-05-06 E I Du Pont De Nemours And Company Absorption cycle utilizing ionic liquid as working fluid
JP2010540729A (ja) * 2007-09-28 2010-12-24 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー イオン性液体安定剤組成物
CA2773775C (en) 2010-04-01 2017-03-07 Enermotion Inc. A system and method for storing thermal energy as auxiliary power in a vehicle
DE102010022408B4 (de) * 2010-06-01 2016-11-24 Man Truck & Bus Ag Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Dampfkreisprozesses mit geschmiertem Expander
CA2802840A1 (en) * 2010-06-17 2011-12-22 Tomas Abyhammar A method in treating solvent containing gas
WO2012062656A1 (de) * 2010-11-08 2012-05-18 Evonik Degussa Gmbh Arbeitsmedium für absorptionswärmepumpen
WO2013113461A1 (en) * 2012-02-02 2013-08-08 Vtu Holding Gmbh Ionic liquids for cooling in high temperature environment
WO2013192162A1 (en) * 2012-06-20 2013-12-27 E. I. Du Pont De Nemours And Company Low temperature heat transfer fluid and system
CA2798036C (en) * 2012-12-05 2020-01-21 Nova Chemicals Corporation Reduction of fouling in high pressure reactors
CN103673374A (zh) * 2013-11-22 2014-03-26 清华大学 一种适用于吸收式蓄能循环的工质对
DE102014001499A1 (de) * 2014-02-06 2015-08-06 Api Schmidt-Bretten Gmbh & Co. Kg Zum Wärme- und/oder Stoffaustausch geeigneter Plattenapparat
CN104046334A (zh) * 2014-06-23 2014-09-17 西安交通大学 一种官能团改性的相变储热离子液体
US10808970B2 (en) 2015-09-28 2020-10-20 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Ionic liquid-based absorption cooling system with high coefficient of performance
JP2019517654A (ja) 2016-05-26 2019-06-24 矢崎総業株式会社 吸収式冷凍機におけるグアニジニウム系イオン液体
JP6898355B2 (ja) * 2016-05-26 2021-07-07 矢崎総業株式会社 吸収式冷凍機におけるイオン液体の共融混合物
CN106753271B (zh) * 2016-12-29 2019-11-15 山东省科学院能源研究所 有机载冷/导热介质及其制备方法
US11703266B2 (en) 2017-05-11 2023-07-18 General Electric Company Cooling systems and related method
CN107543332A (zh) * 2017-10-09 2018-01-05 广州市香港科大霍英东研究院 一种紧凑式吸附制冷系统
BR112020015148A2 (pt) * 2018-01-26 2021-01-05 Ethan J. NOVEK Composições, processo ucst para aquecimento ou resfriamento, processos de lcst para aquecimento ou resfriamento, de refrigeração e de ciclo de refrigeração por absorção
US11796229B2 (en) 2019-03-22 2023-10-24 Solvcor Technologies. Llc Systems and methods for high energy density heat transfer
US11034669B2 (en) 2018-11-30 2021-06-15 Nuvation Bio Inc. Pyrrole and pyrazole compounds and methods of use thereof
EP3941991A4 (en) 2019-03-22 2023-04-12 Solvcor Technologies, LLC REFRIGERATION CIRCUIT WITH LIQUID-LIQUID PHASE TRANSITIONS

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1642833A1 (de) * 1967-03-16 1971-04-29 Yves Henderyckx Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen eines oder mehrerer Bestandteile aus einer Loesung
NL7412102A (en) * 1974-09-12 1976-03-16 Lucius Hendrikus Dominicus Jos Shell and tube heat exchanger - with static mixer elements mounted between tubes to improve shell side coefficient
JPS60125203A (ja) * 1983-12-13 1985-07-04 Nitto Electric Ind Co Ltd サ−モパ−ペ−パレ−シヨン装置
JPS6112782A (ja) * 1985-05-17 1986-01-21 Toray Ind Inc 吸収式ヒ−トポンプの使用方法
US5686276A (en) * 1995-05-12 1997-11-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Bioconversion of a fermentable carbon source to 1,3-propanediol by a single microorganism
ATE305972T1 (de) * 1997-12-02 2005-10-15 Du Pont Herstellungsmethode von glycerin mittels rekombinanten organismen
US5894883A (en) * 1998-03-25 1999-04-20 Phillips Petroleum Company Shell and tube heat exchanger
JP3553833B2 (ja) * 1998-10-12 2004-08-11 本田技研工業株式会社 吸収式冷凍機
US7109241B1 (en) * 2000-10-02 2006-09-19 Ecolab, Inc. Antimicrobial compositions formulated for use in cold temperature conditions and methods of use thereof
MXPA03007633A (es) * 2001-03-20 2003-12-04 Basf Ag Liquidos ionicos como aditivos selectivos para la separacion de mezclas azeotropicas o de punto de ebullicion constante.
DE10316418A1 (de) * 2003-04-10 2004-10-21 Basf Ag Verwendung einer ionischen Flüssigkeit
KR101105957B1 (ko) * 2003-05-06 2012-01-18 테이트 앤드 라일 인그레디언츠 아메리카스, 인크. 생물학적으로 생성된 1,3-프로판디올의 정제
US7354743B2 (en) * 2004-01-16 2008-04-08 Novozymes, Inc. Methods for degrading lignocellulosic materials
DE102004024967A1 (de) * 2004-05-21 2005-12-08 Basf Ag Neue Absorptionsmedien für Absorptionswärmepumpen, Absorptionskältemaschinen und Wärmetransformatoren
US20060139426A1 (en) * 2004-12-28 2006-06-29 Fuji Xerox Co., Ltd. Ink, ink set, processing solution, recording method, recording medium, ink tank, and recording device
US7313926B2 (en) * 2005-01-18 2008-01-01 Rexorce Thermionics, Inc. High efficiency absorption heat pump and methods of use
US7667086B2 (en) * 2005-01-31 2010-02-23 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Olefin oligomerization and biodegradable compositions therefrom
US8715521B2 (en) * 2005-02-04 2014-05-06 E I Du Pont De Nemours And Company Absorption cycle utilizing ionic liquid as working fluid
US7765823B2 (en) * 2005-05-18 2010-08-03 E.I. Du Pont De Nemours And Company Hybrid vapor compression-absorption cycle
JP4942069B2 (ja) * 2005-09-06 2012-05-30 日本カーリット株式会社 導電性付与剤及び導電性材料
AR058054A1 (es) * 2005-09-22 2008-01-23 Du Pont Utilizacion de liquidos ionicos para la separacion de hidrofluorocarburos
EP1940914B1 (en) * 2005-09-22 2009-05-13 E.I. Du Pont De Nemours And Company Preparation of polytrimethylene ether glycol and copolymers thereof
US8506839B2 (en) * 2005-12-14 2013-08-13 E I Du Pont De Nemours And Company Absorption cycle utilizing ionic liquids and water as working fluids
US8568608B2 (en) * 2006-05-31 2013-10-29 E I Du Pont De Nemours And Company Vapor compression cycle utilizing ionic liquid as compressor lubricant
US20080153697A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 E. I. Dupont De Nemours And Company Mixtures of ammonia and ionic liquids

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Publication number Publication date
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