CN111902986B - 用于电化学气候控制系统的散热系统 - Google Patents

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Abstract

一种气候控制系统包括与至少一个流体导管流体连通的电化学装置，该气候控制系统还包括第一热交换器、膨胀装置和泵，但是可以没有任何冷凝器。工作流体在流体导管中循环，工作流体具有当其通过电化学装置时、当电势被施加于电化学装置时经历可逆的氢化和脱氢反应的组分。该气候控制系统包括呈再循环回路形式的散热系统，再循环回路具有：第二热交换器，第二热交换器被配置成冷却退出电化学装置的工作流体的一部分；以及再循环泵，再循环泵使退出电化学装置的工作流体的所述一部分通过第二热交换器并回到电化学装置的入口而循环。还提供了用于从电化学气候控制系统散热的方法。

Description

用于电化学气候控制系统的散热系统
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年2月19日提交的美国专利申请第15/899,024号的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容涉及可以具有散热再循环系统的包括电化学装置的气候控制系统、以及用于从电化学气候控制系统散热的方法。
背景技术
本部分提供与本公开内容有关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
传统的热力学气候控制系统诸如例如热泵系统、制冷系统或空气调节系统可以包括流体回路，该流体回路具有：通常位于室外的第一热交换器(例如，促进制冷剂从气相/蒸汽相到液体的相变的冷凝器)；通常位于室内或待冷却环境中的第二热交换器(例如，促进制冷剂从液体到气相/蒸汽相的相变的蒸发器)；设置在第一热交换器与第二热交换器之间的膨胀装置；以及经由蒸汽压缩循环(VCC)操作以使气相/蒸汽相制冷剂(和可选的润滑油)在第一热交换器与第二热交换器之间循环并对其进行加压的压缩机。压缩机通常是用于对制冷剂进行加压的机械压缩机，当制冷剂在系统内循环时可以随后被冷凝和蒸发，以便将热传递至系统中或传递至系统之外。
在美国，估计超过40％的一次能源消耗归因于建筑物，包括这些建筑物中用于气候控制(例如，加热和冷却)的能源消耗。加热和冷却气候控制系统的高效且可靠的操作可以有助于减少能源消耗和与某些制冷剂的使用和泄漏相关联的潜在温室气体排放。使用机械压缩机用于蒸汽控制压缩的气候控制系统的效率取决于压缩机的性能。当与与卡诺热泵极限相关联的理论效率相比时，在效率方面仍然存在很大的提高空间。因此，期望开发一种能够根据需要有效且高效地提供冷却和/或加热的气候控制系统。
发明内容
本部分提供了本公开内容的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
在某些方面，本公开内容提供了一种气候控制系统，该气候控制系统包括电化学装置。第一热交换器被配置成作为蒸发器操作并且设置在电化学装置的上游。膨胀装置设置在电化学装置与第一热交换器之间。提供了第一泵连同用于在电化学装置、第一热交换器、膨胀装置和第一泵之间建立流体连通的流体导管，使得第一泵使工作流体在流体导管中循环。工作流体具有当其通过电化学装置时、当电势被施加于电化学装置时经历可逆的氢化和脱氢反应的组分。第二热交换器被配置成冷却退出电化学装置的工作流体的一部分，以从电化学装置散热。再循环泵使退出电化学装置的工作流体的一部分通过第二热交换器并回到电化学装置的入口而循环。
在一方面，电化学装置包括正电极、负电极、分隔件和第一出口。入口是第一入口，并且电化学装置还包括第二入口。工作流体以气相或蒸汽相退出膨胀装置并且经由第二入口进入电化学装置中的正电极。在第二热交换器中冷却的工作流体的部分处于液相并且经由第一入口进入电化学装置中的正电极。
在一方面，与进入第二热交换器的入口温度相比，在退出第二热交换器之后，工作流体的温度降低大于或等于约5℃。
在一方面，与进入第二热交换器的入口温度相比，在退出第二热交换器之后，工作流体的温度降低大于或等于约18℃。
在一方面，进入电化学装置的工作流体的温度保持于小于或等于约100℃的温度。
在一方面，工作流体的一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入电化学装置的工作流体的总体积的约2％且小于或等于该总体积的约90％。
在一方面，第二热交换器是辐射器。
在一方面，该组分包括脱氢形式的丙酮和氢化形式的异丙醇。
在某些其他方面，本公开内容提供了一种气候控制系统，该气候控制系统包括第一流体导管，第一流体导管用于在第一电化学装置、被配置成作为蒸发器操作并且设置在第一电化学装置的上游的第一热交换器、设置在第一电化学装置与第一热交换器之间的第一膨胀装置、以及第一泵之间建立流体连通。第一泵使第一工作流体在第一流体导管中循环。第一工作流体包括当电势被施加于第一电化学装置时在第一电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的第一对化合物。第一再循环泵使退出第一电化学装置的第一工作流体的一部分通过第二热交换器并回到第一电化学装置的第一入口而循环，以从第一电化学装置散热。气候控制系统还包括第二流体导管，第二流体导管用于在第二电化学装置、被配置成作为蒸发器操作并且设置在第二电化学装置的上游的第三热交换器、设置在第二电化学装置与第三热交换器之间的第二膨胀装置、以及第二泵之间建立流体连通。第二泵使第二工作流体在第二流体导管中循环。第二工作流体包括当电势被施加于第二电化学装置时在第二电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的第二对化合物。第二再循环泵使退出第二电化学装置的第二工作流体的一部分通过第四热交换器并回到第二电化学装置的第二入口而循环，以从第二电化学装置散热。
在一个方面，第一电化学装置包括第一正电极、第一负电极、第一分隔件、第一出口和第三入口。以气相或蒸汽相退出第一膨胀装置的工作流体经由第三入口进入第一电化学装置中的第一正电极，并且在第二热交换器中冷却的工作流体的部分处于液相并且经由第一入口进入第一电化学装置中的第一正电极。第二电化学装置包括第二正电极、第二负电极、第二分隔件、第二出口和第四入口。以气相或蒸汽相退出第二膨胀装置的工作流体然后经由第四入口进入第二电化学装置中的第二正电极，并且在第四热交换器中冷却的工作流体的部分处于液相并且经由第二入口进入第二电化学装置中的第二正电极。
在一方面，第一对化合物包括包括异丙醇的第一氢化化合物和包括丙酮的第二脱氢化合物，并且第二对化合物包括包括环己醇的第三氢化化合物和包括环己酮的第四脱氢化合物。
在一方面，第二热交换器和第四热交换器是辐射器。
在一方面，第一工作流体的一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入第一电化学装置的第一工作流体的总体积的约2％且小于或等于该总体积的约90％，并且第二工作流体的一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入第二电化学装置的第二工作流体的总体积的约2％且小于或等于该总体积的约90％。
在又一其他方面，本公开内容提供了一种用于从电化学气候控制系统散热的方法。该方法包括使工作流体在流体导管中循环，流体导管包括：泵，其用于泵送工作流体；第一热交换器，其被配置成作为蒸发器操作并且设置在电化学装置上游；以及膨胀装置，其设置在电化学装置与第一热交换器之间。工作流体包括当其通过电化学装置时、当电势被施加于电化学装置时经历可逆的氢化和脱氢反应的组分。退出电化学装置的工作流体的一部分被循环至包括第二热交换器的再循环回路中，第二热交换器冷却工作流体的一部分并从电化学装置放出热。电化学装置中的工作流体的温度保持于小于或等于约100℃。
在一方面，工作流体包括当电势被施加于第一电化学装置时在第一电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的一对第一氢化化合物和第二脱氢化合物。
在一方面，第一氢化化合物包括异丙醇，并且第二脱氢化合物包括丙酮。
在一方面，退出电化学装置的工作流体的一部分在再循环回路中通过第二热交换器并回到电化学装置的入口进行再循环。
在一方面，与进入第二热交换器的入口温度相比，在退出第二热交换器之后，工作流体的温度降低大于或等于约5℃。
在一方面，与进入第二热交换器的入口温度相比，在退出第二热交换器之后，工作流体的温度降低大于或等于约18℃。
在一方面，工作流体的一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入电化学装置的工作流体的总体积的约2％且小于或等于该总体积的约90％。
根据本文中提供的描述，其他适用领域将变得明显。本概述中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于所选择的实施方式而非所有可能的实现方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
图1示出了包含具有单一工作流体对的氢化化合物和脱氢化合物的电化学装置以及冷凝器和蒸发器的常规电化学气候控制系统。
图2示出了图1中的常规电化学装置的详细视图，其中示例性工作流体具有一对异丙醇和丙酮的氢化化合物和脱氢化合物。
图3示出了包含两个电化学装置并使用两种不同的工作流体对的氢化化合物和脱氢化合物的另一常规电化学气候控制系统，而在系统中没有任何冷凝器。
图4示出了包含具有单一工作流体对的氢化化合物和脱氢化合物的电化学装置的另一常规电化学气候控制系统，而在系统中没有任何冷凝器。
图5示出了根据本公开内容的某些方面制备的电化学气候控制系统，其包含具有单一工作流体对的氢化化合物和脱氢化合物的电化学装置，而在系统中没有任何冷凝器，但是还具有与电化学装置相关联的散热系统。
图6示出了根据本公开内容的某些方面制备的又一电化学气候控制系统，其包含两个电化学装置并使用两种不同的工作流体对的氢化化合物和脱氢化合物，而在系统中没有任何冷凝器，但是还具有与两个电化学装置中的每一个相关联的双散热系统。
贯穿附图的多个视图，相应的附图标记指示相应的部件。
具体实施方式
提供示例实施方式使得本公开内容将是透彻的，并且将充分地向本领域技术人员传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组分、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开内容的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员而言，显然不需要采用具体细节，而且可以以许多不同的形式来实施示例实施方式，并且具体细节和实施方式均不应当构成限制本公开内容的范围。在一些示例实施方式中，没有详细描述公知的过程、公知的装置结构和公知的技术。
本文中使用的术语仅是出于描述特定示例实施方式的目的，而并不旨在限制。如本文中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该”也可以旨在包括复数形式。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”是包括性的，并且因此指定了所陈述的特征、元件、组分、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。尽管开放式术语“包括”应当理解为用于描述和要求保护本文所阐述的各种实施方式的非限制性术语，但是在某些方面，该术语可以替选地理解为反而是更具限制性和约束性的术语，例如“由……构成”或“基本上由……构成”。因此，对于叙述组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤的任何给定实施方式，本公开内容还具体地包括由这样叙述的组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤构成，或基本上由这样叙述的组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤构成的实施方案。在“由……构成”的情况下，替选实施方式排除任何另外的组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤，而在“基本上由……构成”的情况下，实质上影响基本且新颖特征的任何附加的组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤从这样的实施方式中排除，但是不会实质上影响基本且新颖特征的任何组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤可以包括在实施方式中。
除非被具体地标识了执行顺序，否则本文中描述的任何方法步骤、处理和操作都不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应当理解，除非另有指示，否则可以采用附加步骤或替选步骤。
当部件、元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合至”、“连接至”或“耦接至”另一元件或层时，该部件、元件或层可以直接在其他部件、元件或层上、直接接合至、连接至或耦接至其他部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。应当以类似的方式(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)来解释用于描述元件之间的关系的其他词语。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的所举项目的任何组合和所有组合。
尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是除非另有指示，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一步骤、元件、部件、区域、层或部分进行区分。除非上下文明确指示，否则本文中使用的诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语并不暗示序列或顺序。因此，在不背离示例实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部分。
为了便于表述，在本文中可以使用空间或时间相对术语，诸如“在……之前”、“在……之后”、“内部”、“外部”、“在……之下”、“在……下方”、“下部”、“在……上方”、“上部”等，来描述如图所示的一个元件或特征与另外元件或特征的关系。除了图中所描绘的定向之外，空间或时间相对术语可以旨在涵盖使用或操作中的装置或系统的不同定向。
贯穿本公开内容，数值表示对范围的近似测量或限制以涵盖与给定值的微小偏差以及约具有所提及的值的实施方式和精确地具有所提及的值的实施方式。除了在具体实施方式的结尾处提供的工作示例之外，包括所附权利要求书的本说明书中的参数(例如，数量或条件)的所有数值应当理解为在所有情况下都由术语“约”来修饰，而无论“约”实际上是否出现在数值之前。“约”指示所述数值允许一些轻微的不精确性(以某种方式达到该值的准确性；近似地或相当地接近该值；几乎等于该值)。此外，如果“约”所提供的不精确性在本领域中没有以这种普通含义理解，则本文所使用的“约”至少指示可能由测量和使用这些参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包括以下变型：小于或等于5％、可选地小于或等于4％、可选地小于或等于3％、可选地小于或等于2％、可选地小于1％或可选地小于或等于0.5％，并且在某些方面，可选地小于或等于0.1％。
另外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括针对范围给出的端点和子范围。
现在将参照附图更充分地描述示例实施方式。
图1示出了处理和循环具有能够经历可逆的氢化和脱氢反应的组分的工作流体的示例性电化学气候控制系统20的示意图。如本文中所使用的，术语“流体”涵盖液体、气体及其任何组合，包括蒸汽。例如，依赖于有机物质的氢化/脱氢的化学回路可以用于制冷循环。当物质的化学组分改变时，该物质的物理性质可能以这样的方式改变：在给定的压力下，这些流体将在不同的温度下转化相(液体至气体/蒸汽然后气体/蒸汽至液体)。该原理允许热传递和对具有基本上恒定的内部压力的制冷或热传递系统的构造，但是其中两种不同的化学组分实现相同的压力、不同的温度下的蒸发和冷凝。
更具体地，可以采用一种工作流体，其能够当其通过电化学装置时、当电势或电压被施加于电化学装置时进行可逆的氢化和脱氢。例如，可以通过添加一个或更多个氢原子来可逆地转换流体组分，因此可以认为是具有氢化化合物和脱氢化合物的流体对。通常，可以选择用于在电化学系统中使用的流体，使得在蒸发压力下，脱氢化合物以气体/蒸汽形式存在，而氢化化合物以液体形式存在，或者脱氢化合物以液体形式存在，而氢化化合物以气体/蒸汽形式存在。
作为背景技术，图1示出了使用单一工作流体(具有单一对氢化化合物和脱氢化合物)的常规电化学气候控制系统20例如制冷系统的简化示意图。图2是图1中的、使用丙酮和异丙醇的示例性工作流体对的电化学装置的详细视图。丙酮(CH3COCH3)为脱氢化合物，而异丙醇((CH3)2CHOH)为氢化化合物。丙酮和异丙醇之间的沸点差为约26℃。应当注意，可以选择包括氢化化合物和脱氢化合物的其他流体对，其中氢化化合物和脱氢化合物的沸点差大于约5℃，作为非限制性示例，包括环己酮和环己醇(沸点差约6℃)、甲醇和甲醛(沸点差约84℃)、乙醇和乙醛(沸点差约57℃)、丁醇和丁酮(沸点差约20℃)、2-戊醇和2-戊酮(沸点差约17℃)、丙二醇和羟丙酮(沸点差约3l℃)、1,2-二甲基环己烷和邻二甲苯(沸点差约118℃)、四氢呋喃和呋喃(沸点差约34℃)、以及环己胺和苯胺(沸点差约50℃)。通常，在工作流体在电化学电池(如以下将描述的)中通过氢化或脱氢反应经历转化之后，饱和温度经历显著变化例如大于或等于约5℃、在某些变型中可选地大于或等于约15℃的工作流体是有利的。例如，如上所述，针对丙酮和异丙醇的沸点或蒸发温度不同，并且针对异丙醇和丙酮的饱和蒸汽压也随温度的变化而不同。
重新参照图1，电化学气候控制系统20具有在各个部件之间建立流体连通的流体流动路径或流体导管22，使得工作流体可以在如本文中进一步讨论的回路中循环。在流体导管22中的点30处，工作流体包括处于气相或蒸汽相的异丙醇。工作流体然后可以通过冷凝器32，在冷凝器32中工作流体从气相/蒸汽相转化为在点34处所示的液相的异丙醇。在冷凝器32中，工作流体被冷却并且从电化学气候控制系统20中排出热，如由箭头所示。接下来，工作流体进入具有负电极或阳极42以及正电极或阴极44的电化学装置40中，这将在此处简要描述并在下面在图2的上下文中进一步详细描述。液体异丙醇因此进入电化学装置40的阳极42侧。在通过从外部电力源46例如DC电力源向电化学装置40引入电压/电势而驱动的电化学反应期间，异丙醇经由脱氢反应损失氢(来自羟基)并转化成液相的脱氢化合物丙酮(具有羰基)。因此，通过向电化学装置施加电压，工作流体可以在氢化化合物与脱氢化合物之间循环。
因此，当工作流体退出电化学装置40的阳极42时，工作流体在点48处包含液体丙酮。工作流体然后进入蒸发器50。液体丙酮在蒸发器50中蒸发以成为气相/蒸汽相，这是因为压力在电化学气候控制系统20中的任何地方是基本上均匀的。针对丙酮和异丙醇的蒸发温度不同(例如，针对异丙醇和丙酮的饱和蒸汽压随温度变化而不同)。针对一对物质在相同压力下的饱和温度差允许制冷系统(电化学气候控制系统20)在基本上均匀的压力下操作。在蒸发过程期间，热被传递至电化学气候控制系统20中，使得从围绕蒸发器50的环境中吸收热以提供冷却。
在蒸发之后，在点52处的工作流体包含丙酮气体或蒸汽。丙酮气体或蒸汽然后进入电化学装置40的阴极44侧，在阴极44侧中丙酮气体或蒸汽与氢离子和电子重新组合，并且转化成氢化形式的流体对，即异丙醇。如上所讨论的，在点30处，工作流体包括处于气相或蒸汽相的异丙醇。当工作流体继续通过流体导管22的闭环时，工作流体返回至冷凝器32，在冷凝器32中工作流体冷凝为液体异丙醇并且再次开始循环。
参照图2，更详细地示出了电化学装置40。负电极/阳极42和阴极44由分隔膜64分隔，分隔膜64可以是电绝缘的多孔固体聚合物分隔膜，但允许质子和/或其他离子(例如，离聚物)从中通过。阳极42和阴极44可以是允许工作流体从中流过的多孔结构。作为示例，阳极42和阴极44可以包括支承在导电碳颗粒的内表面和外表面上的非常精细的催化颗粒，以及与催化颗粒和碳颗粒混合的质子导电材料。每个电极(阳极42和阴极44)可以包括连接至端子或接线片60的相应的集电器(在电化学装置40的简化描绘中未示出)。导电接线片60可以连接至外部电路62，在向电化学装置40施加电压时，电子可以通过该外部电路62流动。
当经由外部电力源46向系统施加电压时，质子(H+)从阳极42(通过从氢化化合物异丙醇转换为脱氢化合物丙酮的氢损失而生成)通过分隔膜64传递至阴极44。因此氢被转化成氢离子(质子)和电子。生成的电子通过外部电路62。氢质子在电场作用下通过分隔膜64行进至阴极44侧；而电子通过电力供应电路行进至阴极44。从图2中可以看出，异丙醇进入阳极42的阳极入口70，并且在脱氢反应之后，作为丙酮退出阳极出口72。同样，丙酮进入阴极44的阴极入口74，并且在阴极44侧发生氢化反应之后，作为异丙醇退出阴极44的阴极出口76。
以这种方式，通过采用电化学装置利用氢化/脱氢处理将一种有机物质可逆地转化成第二有机物质，该电化学装置构建热泵装置，热泵装置可以是电化学制冷系统。如本领域技术人员所认识到的，可以修改系统中的循环和各个部件的功能以提供来自冷却的可逆效果，例如在需要的地方将热传递至房间或封闭空间中而不是从该房间或封闭的空间中排放热。
在某些方面，可以使用两种不同的流体来实现在电化学气候控制系统中的冷却。图3中示出了常规电化学气候控制系统80的这种变型。第一流体流动路径或第一流体导管82在选择部件之间建立流体连通，使得第一工作流体可以在第一回路中循环，如本文进一步讨论的。第一工作流体可以是第一对氢化化合物和脱氢化合物，具体是脱氢化合物(化合物A)和氢化化合物(化合物B)。作为第一工作流体对的示例，化合物A可以是丙酮，而化合物B可以是异丙醇。
第二流体流动路径或第二流体导管84在选择部件之间建立流体连通，使得第二不同的工作流体可以在第二回路中循环，如本文进一步讨论的。第二工作流体可以具有第二对氢化化合物和脱氢化合物。更具体地，第二对可以包括脱氢化合物——化合物C和氢化化合物——化合物D。第二流体对的示例可以是作为脱氢化合物的环己酮((CH2)5CO)，而氢化化合物是环己醇((CH2)5CHOH)。
关于第一流体导管82，在点90处，工作流体包括作为低压气体或蒸汽的化合物A。接下来，具有化合物A的低压气体/蒸汽的工作流体进入具有负电极或阳极102、正电极或阴极104和分隔件106的第一电化学装置100中。化合物A在第一电化学装置100中经历氢化反应以转换为在点92处退出的氢化化合物B。第一电化学装置100在操作期间从电化学气候控制系统80中排出热。虽然未示出，但是第一电化学装置100可以具有各种其他部件，包括在图1和图2的上下文中描述的外部电力源。在点92处包括化合物B的工作流体是具有低压的液体。第一工作流体行进通过第一流体导管82并且通过第一泵108，在该第一泵108处液体被加压以变成在点94处包括化合物B的高压液体。
包括化合物B的高压液相工作流体然后进入具有负电极或阳极122、正电极或阴极124和分隔件126的第二电化学装置120。化合物B在第二电化学装置120中经历脱氢反应以转换为在点96处退出第二电化学装置120的脱氢化合物A。第二电化学装置120在操作期间从电化学气候控制系统80排出热。虽然未示出，但是第二电化学装置120像第一电化学装置100一样可以具有各种部件，包括在图1和图2的上下文中描述的外部电力源。在点96处工作流体是包括化合物A的高压液体。接下来，第一流体导管82中的工作流体通过第一膨胀装置128，在该第一膨胀装置128中工作流体从高压液体转化为包括化合物A的低压液体。然后，工作流体进入第一热交换器或蒸发器130。热在蒸发器130处进入系统。工作液体因此被汽化以在点90处形成包括化合物A的低压蒸汽相或气相，在点90处工作液体重复上述循环。
第二流体导管84中的第二工作流体沿与第一流体导管82中的第一工作流体逆流的方向循环。在点140处，工作流体包括作为低压气体或蒸汽的化合物C。具有化合物C的低压气体/蒸汽的工作流体在与化合物B进入的一侧相对的一侧进入第二电化学装置120中。可以选择分隔膜以仅允许质子从中通过，因此具有不同组分的工作液体可以循环通过每个电化学装置的相对侧。然而，应当注意，在某些方面，可能期望避免在分隔膜的相对侧采用两种不同的工作流体，这对使通过分隔件可能出现的任何可能的交叉污染最小化可能是有利的。
化合物C在第二电化学装置120中经历氢化反应以转换为氢化化合物D，该氢化化合物被示出在点142处退出第二电化学装置120。在点142处的工作流体是包括化合物D的低压液体。工作流体然后通过第二泵150，在第二泵150处包括化合物D的低压液体被加压以变成在点144处包括化合物D的高压液体。包括化合物D的高压液体工作流体然后在与化合物A进入的一侧相对的一侧进入第一电化学装置100中。化合物D经历脱氢反应并且作为化合物C退出第一电化学装置100。在点146处，工作流体是包括化合物C的高压液体。该工作流体然后进入第二膨胀装置152中。在通过第二膨胀装置152之后，工作流体从高压液体转化为包括化合物C的低压液体。然后，工作流体进入第二热交换器或第二蒸发器154。热也在第二蒸发器154处进入系统。工作液体因此被汽化以在点140处形成包括化合物C的低压蒸汽相或气相，在点140处工作液体重复上述循环。应当注意，在包括具有两种不同的工作流体导管或回路的两个不同的电化学装置的系统中，不存在冷凝器，这是因为工作流体可以经由在电化学电池中的氢化/脱氢反应之后发生的饱和温度的变化从气体/蒸汽转化为液体而不需要冷凝器。此外，可以通过一个或更多个电化学装置100、120从系统中排出足够量的热。
图4示出了包括仅具有单一对氢化化合物/脱氢化合物的单一工作流体、单一电化学装置和单一泵的又一电化学气候控制系统170的简化示意图。流体流动路径或流体导管172在选择部件之间建立流体连通，使得工作流体可以以本文所讨论的方式循环。如上所述，工作流体可以是一对氢化化合物和脱氢化合物，具体是脱氢化合物——化合物A和氢化化合物——化合物B。作为第一工作流体对的示例，化合物A可以是丙酮，而化合物B可以是异丙醇。
在点180处，工作流体包括作为低压气体或蒸汽的化合物A。接下来，具有化合物A的低压气体/蒸汽的工作流体进入具有负电极或阳极184、正电极或阴极186和分隔件188的电化学装置182中。更具体地，化合物A进入电化学装置182的阴极186侧中并且在电化学装置182中经历氢化反应以转换为在点190处退出的氢化化合物B。包括化合物B的工作流体是在该点处具有低压的液体。值得注意地，电化学装置182在操作期间从电化学气候控制系统170中排出热。虽然未示出，但是电化学装置182可以具有各种其他部件，包括在图1和图2的上下文中描述的外部电力源。第一工作流体行进通过泵192，在该泵192处液体被加压以变成在点194处包括化合物B的高压液体。在系统170中没有采用冷凝器来实现到高压液体的这种转化。
包括化合物B的高压液相工作流体然后进入电化学装置182的阳极184侧。化合物B在电化学装置182中经历脱氢反应以转换为在点196处退出的脱氢化合物A。在点196处工作流体是包括化合物A的高压液体。接下来，流体导管172中的工作流体通过膨胀装置198，在该膨胀装置198处工作流体从高压液体转化为在点200处包括化合物A的低压液体。然后，工作流体进入热交换器或蒸发器202。热在蒸发器202处进入系统。工作液体因此被汽化以在点180处形成包括化合物A的低压蒸汽相或气相，在点180处工作液体重复上述回路。
如上所讨论的，热经由电化学装置182从系统中排出(并且不存在冷凝器)，但是从电化学气候控制系统中排放的热的量可能不足以用于某些操作条件和负载，例如需要大量热排放和冷却时。在某些方面，如果在电化学电池内达到高温，则聚合物分隔膜可能潜在地易于降解。通常，期望避免温度超过约100℃以避免分隔件降解。因此，图5示出了根据本公开内容的某些方面的、具有用于增强热排放并避免与电化学电池内部的高温相关联的潜在问题的散热系统的另一电化学气候控制系统210的简化示意图。与图4类似，气候控制系统210被示出为仅包括具有单一对氢化化合物/脱氢化合物的单一工作流体、单一电化学装置和单一泵，但是如本文将进一步讨论的，这样的热排放系统也可以与多个工作流体/多个工作流体导管和多个电化学电池一起使用。流体流动路径或流体导管212在选择部件之间建立流体连通，使得工作流体可以以本文所述的方式循环。如上所述，工作流体可以是一对氢化化合物和脱氢化合物，具体是脱氢化合物——化合物A和氢化化合物——化合物B。第一单一工作流体对的示例可以包括作为化合物A的丙酮和作为化合物B的异丙醇。
在点220处，工作流体包括作为低压气体或蒸汽的化合物A。接下来，具有化合物A的低压气体/蒸汽的工作流体进入具有负电极或阳极232、正电极或阴极234和分隔件236的电化学装置230中。更具体地，化合物A进入电化学装置230的阴极234侧的第一入口222中作为低压蒸汽/气体，并且在电化学装置230中经历氢化反应以转换为在点238处退出的作为低压液体的氢化化合物B。值得注意地，电化学装置230在操作期间从电化学气候控制系统210排出一些热。虽然未示出，但是电化学装置230可以具有各种其他部件，包括在图2的上下文中描述的外部电力源。第一工作流体行进通过第一泵240，在该第一泵240处液体被加压以变成在点242处包括化合物B的高压液体。在系统210中没有采用冷凝器来实现到高压液体的这种转化。
包括化合物B的高压液相工作流体然后进入电化学装置230的阳极232侧。化合物B在电化学装置230中经历脱氢反应以转换为在点244处退出的脱氢化合物A。在点244处工作流体是包括化合物A的高压液体。接下来，流体导管212中的工作流体通过膨胀装置246，在膨胀装置246中工作流体从高压液体转化为在点248处包括化合物A的低压液体。然后，工作流体进入热交换器或蒸发器250。热在蒸发器250处进入系统。工作液体经历相变并且在蒸发器250中被汽化以在点220处形成包括化合物A的低压蒸汽相或气相，在点220处工作液体重复上述回路。
根据本公开内容的各个方面，电化学气候控制系统210中的热排放系统包括再回收或再循环回路，该再回收或再循环回路被配置成将冷却的工作流体的部分再回收或者再循环回到其中蒸汽在第一入口222处进入并且其中液体在出口252处的相对侧退出的电化学电池230的一侧。如图5所示，这是阴极234侧。在阴极234侧的出口252处，可以存在流量调节器例如分流器或再循环阀254，用于使退出出口252的工作流体体积的一部分分流。因此，工作流体可以沿第一方向256向第一泵240行进或者沿第二方向258向再循环泵260行进。如本领域技术人员所理解的，可以调节第一泵240和再循环泵260以调节流量，包括沿第一方向256和/或第二方向258流动的量。
沿第二方向258流动的工作流体的量——在本文中称为经分流的包括化合物B的工作流体的部分——是低压液体，所述低压液体通过再循环泵260进入用于冷却经分流的工作流体的第二热交换器262例如辐射器中。然后，在点266处退出的包括化合物B的经分流的工作流体的冷却部分可以返回并再循环至电化学装置230的阴极234侧的第二入口264。再循环回路中的第二热交换器262因此用于冷却退出电化学装置230的工作流体的一部分。通过这样做，电化学装置230通过引入冷却的液体(通过第二热交换器262的冷却的工作流体)而被有效地冷却，并且使液体循环所需的功率不大，这是因为所需的量恰好足以克服冷却器/第二热交换器262和再循环回路管道268的水力阻力。值得注意地，第二热交换器262中没有发生相变，而是工作流体作为液体(例如，低压液体)进入并且作为冷却液体(例如，低压冷却液体)退出。此外，工作流体本身被用作第二热交换器262内的冷却剂，因此，该系统具有高的热能传递效率，并且不依赖于用于冷却工作流体的次级冷却剂系统回路。
在某些方面，在电化学气候控制系统210的操作期间进入电化学装置230的工作流体的温度保持于小于或等于约100℃的温度，以避免电化学电池内的高温的任何有害影响。从第二热交换器262散出的热可以用于多个其他目的。在一个示例中，热可以用于加热其他流例如水或一些其他介质，例如用于热水器。
在某些方面，由第二热交换器262从经分流的工作流体的部分排放的热量由在点238处的工作流体的第一温度(T1)与在点266处的工作流体的第二温度(T2)之间的温度差(ΔT)表示。可以通过控制通过第二方向258的经分流的工作流体的部分通过再循环泵260的体积流率以及通过第二热交换器262的特定设计、通过第二热交换器262的空气流(其中未示出风扇)或水流(其中未示出泵)来调节热排放量。在一个变型中，第二热交换器262可以是其中待冷却的工作流体/液体通过露出的管或散热翅片的辐射器。空气或其他冷却剂介质(例如水)可以用于通过露出的管或散热翅片的相对侧用于热交换和对工作流体/液体的冷却。然而，也可以考虑将其他类型的热交换器用作第二热交换器262。电化学气候控制系统210中的散热系统所需的冷却量可以取决于操作条件，包括冷却和/或负载要求。在某些变型中，在点238处的第一温度(T1)与在点266处的第二温度(T2)之间的差可以大于或等于约5℃(其中第二温度T2比第一温度T1低至少约5℃)、可选地大于或等于约10℃、可选地大于或等于约15℃、可选地大于或等于约18℃、可选地大于或等于约20℃、可选地大于或等于约30℃、可选地大于或等于约40℃、可选地大于或等于约50℃、可选地大于或等于约60℃、可选地大于或等于约70℃、可选地大于或等于约80℃、可选地大于或等于约90℃，并且在某些变型中，可选地大于或等于约100℃。
在某些其他变型中，再循环的百分比可以被计算为沿第二方向258通向第二热交换器262的经分流的工作流体的部分的体积流率(或可替选地质量流率)(Qrecirc)与阴极234侧的出口252处退出电化学装置230的工作流体的总初始体积流率(或可替选地初始质量流率)(Qtotal)的比，表示为在某些方面，再循环的百分比的范围可以从大于或等于约2％到小于或等于约90％。在某些方面，再循环的百分比可以大于或等于约3％、可选地大于或等于约4％、可选地大于或等于约5％、可选地大于或等于约10％、可选地大于或等于约15％、可选地大于或等于约20％、可选地大于或等于约25％、可选地大于或等于约30％、可选地大于或等于约35％、可选地大于或等于约40％、可选地大于或等于约45％、可选地大于或等于约50％、可选地大于或等于约55％、可选地大于或等于约60％、可选地大于或等于约65％、可选地大于或等于约70％、可选地大于或等于约75％、可选地大于或等于约80％，并且在某些变型中，可选地大于或等于约85％。如本领域技术人员将理解的，随着包括化合物B的再循环和冷却的液体工作流体的量被引入至阴极234侧，包括化合物A的较少的工作流体蒸汽被引入至电化学装置230中并且可用于反应。因此，在以再循环百分比或量平衡所需的冷却/热排放量的同时，可能期望避免引入可能减少引入至电极中用于反应的化合物A的量的过量的包括化合物B的再循环冷却的工作流体。因此，在某些方面，冷却/再循环的工作流体的量按体积计保持为小于约90％，以确保将足够量的反应物(化合物A)引入至电化学电池230中。
在某些其他方面，作为低压蒸汽/气体进入电化学装置230的阴极234侧的第一入口222的化合物A以及再循环至阴极234侧的第二入口264的冷却的液体化合物B可以在引入至阴极234之前被掺合或混合。在某些方面，化合物A和化合物B的混合物可以是基本上均匀的。在某些变型中，代替具有两个不同的入口(第一入口222和第二入口264)，可以存在将单一入口引导至电化学装置230的阴极234中的混合部件或混合室(未示出)。由于大部分热生成发生在电化学装置230中的阴极234侧，因此在图5所示的设计中，这是热交换的主要焦点。
应当注意，冷却的液体期望在其中气体被转化成液体的电化学电池的一侧再循环，但是不一定必须被引入至阴极侧(取决于所选择的流体组分和在电化学电池压缩机内发生的反应)。因此，在某些可替选方面，热排放系统可以与电化学装置的相对侧一起使用，在这种情况下，通过将再循环和冷却的工作流体输送至电化学装置的阳极侧中，只要冷却的液体被输送至其中气体被转化为液体的电化学电池的一侧即可。冷却器280可以安装在膨胀阀246之前的点244的下游(在点244处工作流体是包括化合物A的高压液体)。可以通过与空气或水(未示出)进行热交换来排放热。
在一个示例中，提供了用于包括电化学压缩机的示例性电化学气候控制系统的热能平衡。在阴极侧进行电化学反应期间，生成的热量可以被假定为约200kJ/kg。在阴极生成的液体产物的具体热可以被假定为约2.7kJ/kg。因此，如果假定通过反应产物再循环来排放在阴极侧生成的所有热，那么如果反应产物再循环速率为例如实际反应速率的4倍，则用于热排放的所需温度下降将为约18℃。因此，为了执行所述的化学反应并且进一步将产物(液体)与进入物质(气体)分离，期望控制在阴极处的操作温度，使得操作温度足够低以在进入物质(气体)的压力下实现反应产物的液态，这是因为否则在进入气体与反应产物之间的分离会变得困难。为了控制第二热交换器262内发生的热交换量，可以使用出口温度(例如，在点266处的工作流体的第二温度(T2))或者第二热交换器262内的工作流体的液体温度来调节通过第二热交换器262的流率，并由此控制所发生的冷却量。通过在电化学气候控制系统中包括与电化学装置相关联的散热系统，可以增加系统的整体容量并且增加电化学装置的尺寸，从而使其成为在实际商业、工业和住宅气候控制系统中使用的更可行且有效的选择。
图6示出了另一电化学气候控制系统300的简化示意图，其采用两种不同的工作流体对并且具有散热系统以增强热排放并避免与电化学电池内部高温相关联的潜在问题。第一流体流动路径或第一流体导管302在选择部件之间建立流体连通，使得第一工作流体可以在第一回路中循环，如本文进一步讨论的。第一工作流体可以是第一对氢化化合物和脱氢化合物，具体是脱氢化合物——化合物A和氢化化合物——化合物B。作为第一工作流体对的示例，化合物A可以是丙酮，而化合物B可以异丙醇。
第二流体流动路径或第二流体导管304在选择部件之间建立流体连通，使得第二不同的工作流体可以在第二回路中循环，如本文进一步讨论的。第二工作流体可以具有第二对氢化化合物和脱氢化合物。更具体地，第二对可以包括脱氢化合物——化合物C和氢化化合物——化合物D。第二工作流体对的示例可以是作为脱氢化合物的环己酮((CH2)5CO)和作为氢化化合物的环己醇((CH2)5CHOH)。
关于第一流体导管302，在点310处，工作流体包括作为低压气体或蒸汽的化合物A。接下来，具有化合物A的低压气体/蒸汽的工作流体进入具有负电极或阳极322、正电极或阴极324和分隔件326的第一电化学装置320中。化合物A在第一电化学装置320中经历氢化反应以转换为在点312处退出的氢化化合物B。第一电化学装置320可以在操作期间从电化学气候控制系统300中排出热。虽然未示出，但是第一电化学装置320可以具有各种其他部件，包括在图1和图2的上下文中描述的外部电力源。在点312处包括化合物B的工作流体是具有低压的液体。第一工作流体行进通过第一流体导管302并且通过第一泵330，在该第一泵330处液体被加压以变成在点314处包括化合物B的高压液体。
包括化合物B的高压液相工作流体然后进入具有负电极或阳极342、正电极或阴极344和分隔件346的第二电化学装置340。化合物B在第二电化学装置340中经历脱氢反应以转换为在点316处退出第二电化学装置340的脱氢化合物A。第二电化学装置340还可以在操作期间从电化学气候控制系统300排出热。虽然未示出，但是第二电化学装置340也可以具有各种部件，包括在图1和图2的上下文中描述的外部电力源。在点316处工作流体是包括化合物A的高压液体。接下来，第一流体导管302中的工作流体通过第一膨胀装置348，在该第一膨胀装置348处工作流体从高压液体转化为包括化合物A的低压液体。然后，工作流体进入第一热交换器或蒸发器350。热在蒸发器350处进入系统。工作液体因此被汽化以在点310处形成包括化合物A的低压蒸汽相或气相，在点310处工作液体重复上述回路。
第二流体导管304中的第二工作流体沿与第一流体导管302中的第一工作流体逆流的方向循环。在点360处，工作流体包括作为低压气体或蒸汽的化合物C。具有化合物C的低压气体/蒸汽的工作流体在与化合物B进入的一侧相对的一侧(即，阴极344侧)进入第二电化学装置340中。可以选择分隔膜346以允许仅质子从中通过，因此具有不同组分的工作液体可以循环通过每个电化学电池的相对侧。
化合物C在第二电化学装置340中经历氢化反应以转换为氢化化合物D，该氢化化合物D被示出在点362处退出第二电化学装置340。在点362处的工作流体是包括化合物D的低压液体。工作流体然后流过第二泵370，在第二泵370处包括化合物D的低压液体被加压以变成在点364处包括化合物D的高压液体。包括化合物D的高压液体工作流体然后在与化合物A进入的一侧相对的一侧(在阳极侧322)进入第一电化学装置320中。化合物D经历脱氢反应并且作为化合物C退出第一电化学装置320。在点366处，工作流体是包括化合物C的高压液体。该工作流体然后进入第二膨胀装置372中。在通过第二膨胀装置372之后，工作流体从高压液体转化为包括化合物C的低压液体。然后，工作流体进入第二热交换器或第二蒸发器374。热也在第二蒸发器374处进入系统。工作液体因此被汽化以在点360处形成包括化合物C的低压蒸汽相或气相，在点360处工作液体重复上述循环。应当注意，在包括具有两种不同的工作流体导管或回路的两个不同的电化学装置的系统中，不存在冷凝器，这是因为工作流体可以经由在电化学电池中的氢化/脱氢反应之后发生的饱和温度的变化转化为液体而不需要冷凝器。
在某些方面，电化学气候控制系统300中的热排放系统可以与图5的上下文中描述的热排放系统类似，并且包括被配置成将工作流体的一部分再回收或者再循环回到第一电化学装置320或第二电化学装置340中的双再循环系统。例如，在第一电化学装置320中，气体或蒸汽在第一入口376处进入，而液体在相对侧——第一出口378处退出。经分流或再回收的工作流体的部分因此在阴极324侧进入第一电化学装置320。在阴极324侧的第一出口378处，可以存在流量调节器例如第一分流器或第一再循环阀380，用于使退出第一出口378的工作流体的一部分分流。因此，工作流体可以沿第一方向382向第一泵330行进或者沿第二方向384向第一再循环泵386行进。如本领域技术人员所理解的，可以调节第一泵330和第一再循环泵386以调节流量，包括沿第一方向382和第二方向384流动的量。
沿第二方向384流动的量——在本文中称为作为低压液体的经分流的包括化合物B的的工作流体的部分——通过第一再循环泵386进入第一再循环回路388中，该第一再循环回路388包括用于冷却经分流的工作流体的第三热交换器390或辐射器。然后，在点392处退出的包括化合物B的工作流体的冷却部分可以返回并再循环至电化学装置320的阴极侧324的第二入口394。第一再循环回路388中的第三热交换器390因此用于冷却退出第一电化学装置320的工作流体的一部分。通过这样做，第一电化学装置320通过在液体进入时对该液体进行冷却(通过第三热交换器390的冷却的工作流体)而被有效地冷却，并且使液体循环所需的功率不大，这是因为所需的量恰好足以克服冷却器/第三热交换器390和第一再循环回路388管道的水力阻力。值得注意地，第三热交换器390中没有发生相变，而是工作流体作为液体(例如，低压液体)进入并且作为冷却液体(例如，低压冷却液体)退出。在某些方面，在电化学气候控制系统300的操作期间进入第一电化学装置320的工作流体的温度保持于小于或等于约100℃的温度，以避免电化学装置内的高温的任何有害影响。从第三热交换器390散出的热量可以与图5中的第二热交换器262的上下文中描述的散出的热量类似。如上所讨论的，散出的热可以用于多个其他目的，例如来加热其他流例如水或其他冷却介质。在某些变型中，第三热交换器390可以是辐射器。
电化学气候控制系统300还包括第二再循环回路400，该第二再循环回路400被配置成将工作流体的一部分再循环或者再回收回到第二电化学装置340中。例如，在第二电化学装置340中，蒸汽在第三入口402处进入，而液体在相对侧——第二出口404处退出。经分流或再回收的工作流体的部分因此在阴极344侧进入第二电化学装置340。在阴极344侧的第二出口404处，可以存在流量调节器例如第二分流器或第二再循环阀410，用于使退出第二出口404的工作流体的一部分分流。因此，工作流体可以沿第一方向412向第二泵370行进或者沿第二方向414向第二再循环泵416行进。如本领域技术人员所理解的，可以调节第二泵370和第二再循环泵416以调节流量，包括沿第一方向412和第二方向414流动的量。
沿第二方向414流动的量——在本文中称为作为低压液体的经分流的包括化合物D的第二工作流体的部分——通过第二再循环泵416进入第二再循环回路400中。第二再循环回路400包括用于冷却经分流的第二工作流体的第四热交换器420或辐射器。然后，在点422处退出的包括化合物D的第二工作流体的冷却部分可以返回并再循环至第二电化学装置340的阴极344侧的第四入口424。第二再循环回路400中的第四热交换器420因此用于冷却退出第二电化学装置340的第二工作流体的一部分。通过这样做，第二电化学装置340在冷却液体进入第二电化学装置340时而被冷却液体(通过第四热交换器420的冷却的工作流体)有效地冷却，并且使液体循环所需的功率不大，这是因为所需的量恰好足以克服冷却器/第四热交换器420和第二再循环回路400管道的水力阻力。值得注意地，第四热交换器420中没有发生相变，而是工作流体作为液体(例如，低压液体)进入并且作为冷却液体(例如，低压冷却液体)退出。在某些方面，在电化学气候控制系统300的操作期间进入第二电化学装置340的工作流体的温度保持于小于或等于约100℃的温度，以避免电化学装置内的高温的任何有害影响。从第四热交换器420散出的热量可以与图5中的第二热交换器262的上下文中描述的散出的热量类似。如上所讨论的，从第四热交换器420散出的热量可以用于多个其他目的。在某些变型中，第四热交换器420可以是辐射器，但是还可以考虑其他类型的热交换器。
在某些其他方面，作为低压蒸汽/气体进入第一电化学装置320的阴极侧324的第一入口376的化合物A以及再循环至阴极侧324的第二入口394的冷却液体化合物B可以在被引入至阴极324之前被掺合或混合，如先前在图5的上下文中所讨论的。同样，在其他方面，作为低压蒸汽/气体进入第二电化学装置340的阴极344侧的第三入口402的化合物C以及再循环至阴极344侧的第四入口424的冷却液体化合物D可以在被引入至第二电化学装置340的阴极344之前被掺合或混合。
在某些方面，化合物A和化合物B的混合物或者化合物C和化合物D的混合物可以分别是基本上均匀的。在某些变型中，代替具有两个不同的入口(第一入口376和第二入口394以及/或者第三入口402和第四入口424)，可以存在将单一入口引导至第一电化学装置320的阴极324或者第二电化学装置340的阴极344的混合部件或混合室(未示出)。
在某些方面，本公开内容考虑了一种气候控制系统，该气候控制系统包括：电化学装置；第一热交换器，其被配置成作为蒸发器操作并且设置在电化学装置的上游；膨胀装置，其设置在电化学装置与第一交换器之间；第一泵；以及流体导管，其用于在电化学装置、第一热交换器、膨胀装置和泵之间建立流体连通。第一泵使工作流体在流体导管中循环。工作流体具有当其通过电化学装置时、当电势被施加于电化学装置时经历可逆的氢化和脱氢反应的组分。第二热交换器被配置成冷却退出电化学装置的工作流体的一部分。再循环泵使退出电化学装置的工作流体的一部分通过第二热交换器并回到电化学装置的入口而循环。
在某些方面，电化学装置包括正电极、负电极、分隔件和第一出口。入口是第一入口，并且电化学装置还包括第二入口。以气相或蒸汽相退出膨胀装置的工作流体经由第二入口进入电化学装置中的正电极，并且在第二热交换器中冷却的工作流体的一部分处于液相并且经由第一入口进入电化学装置中的正电极。
在某些方面，与进入第二热交换器的入口温度相比，在退出第二热交换器之后，工作流体的温度降低大于或等于约5℃。
在某些其他方面，与进入第二热交换器的入口温度相比，在退出第二热交换器之后，工作流体的温度降低大于或等于约5℃。
在某些方面，进入电化学装置的工作流体的温度保持于小于或等于约100℃的温度。
在其他方面，工作流体的一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入电化学装置的工作流体的总体积的约2％且小于或等于该总体积的约90％。
在某些其他方面，气候控制系统没有冷凝器。
在某些方面，该组分包括脱氢形式的丙酮和氢化形式的异丙醇。
在某些其他方面，本公开内容考虑一种气候控制系统，该气候控制系统包括第一流体导管，该第一流体导管用于在第一电化学装置、被配置成作为蒸发器操作并且设置在第一电化学装置的上游的第一热交换器、设置在第一电化学装置与第一热交换器之间的第一膨胀装置、以及第一泵之间建立流体连通。第一泵使第一工作流体在第一流体导管中循环。第一工作流体包括当电势被施加于第一电化学装置时在第一电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的第一对化合物。气候控制系统还包括第一再循环泵，该第一再循环泵使退出电化学装置的第一工作流体的一部分通过第二热交换器并回到第一电化学装置的第一入口而循环。气候控制系统还包括第二流体导管，该第二流体导管用于在第二电化学装置、被配置成作为蒸发器操作并且设置在第二电化学装置的上游的第三热交换器、设置在第二电化学装置与第三热交换器之间的第二膨胀装置、以及第二泵之间建立流体连通。第二泵使第二工作流体在第二流体导管中循环。第二工作流体包括当电势被施加于第二电化学装置时在第二电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的第二对化合物。还包括第二再循环泵，该第二再循环泵使退出第二电化学装置的第二工作流体的一部分通过第四热交换器并回到第二电化学装置的第二入口而循环。
在某些方面，第一电化学装置包括第一正电极、第一负电极、第一分隔件、第一出口和第三入口。以气相或蒸汽相退出第一膨胀装置的工作流体经由第三入口进入第一电化学装置中的第一正电极，并且在第二热交换器中冷却的工作流体的部分处于液相并且经由第一入口进入第一电化学装置中的第一正电极。第二电化学装置包括第二正电极、第二负电极、第二分隔件、第二出口和第四入口。以气相或蒸汽相退出第二膨胀装置的工作流体经由第四入口进入第二电化学装置中的第二正电极，并且在第四热交换器中冷却的工作流体的部分处于液相并且经由第二入口进入第二电化学装置中的第二正电极。
在某些方面，第一对化合物包括包括异丙醇的第一氢化化合物和包括丙酮的第二脱氢化合物。第二对化合物包括包括环己醇的第三氢化化合物和包括环己酮的第四脱氢化合物。
在某些其他方面，气候控制系统没有冷凝器。
在某些方面，第一工作流体的一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入第一电化学装置的第一工作流体的总体积的约2％且小于或等于该总体积的约90％。此外，第二工作流体的一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入第二电化学装置的第二工作流体的总体积的约2％且小于或等于该总体积的约90％。
在又一其他方面，本公开内容提供了一种用于从电化学气候控制系统散热的方法，该方法包括使工作流体在流体导管中循环，该流体导管包括：第一泵，其用于泵送工作流体；第一热交换器，其被配置成作为蒸发器操作并且设置在第一电化学装置的上游；以及第一膨胀装置，其设置在第一电化学装置与第一热交换器之间。工作流体包括当其通过电化学装置时、当电势被施加于电化学装置时经历可逆的氢化和脱氢反应的组分。该方法还包括：使退出电化学装置的工作流体的一部分循环至包括第二热交换器的再循环回路中，第二热交换器被配置成冷却工作流体的一部分。电化学装置中的工作流体的温度保持于小于或等于约100℃。
在某些方面，工作流体包括当电势被施加于第一电化学装置时在第一电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的一对第一氢化化合物和第二脱氢化合物。
在某些方面，第一氢化化合物包括异丙醇，并且第二脱氢化合物包括丙酮。
在其他方面，再循环回路还包括再循环泵，再循环泵使退出电化学装置的工作流体的一部分通过第二热交换器并回到电化学装置的入口而循环。
在某些方面，与进入第二热交换器的入口温度相比，在退出第二热交换器之后，工作流体的温度降低大于或等于约5℃，可选地大于或等于约10℃。
在其他方面，与进入第二热交换器的入口温度相比，在退出第二热交换器之后，工作流体的温度降低大于或等于约15℃，可选地降低大于或等于约18℃。
在某些其他方面，工作流体的一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入电化学装置的工作流体的总体积的约2％且小于或等于该总体积的约90％。
出于说明和描述的目的，已经提供了对实施方式的前述描述。这并不旨在穷举或限制本公开内容。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以在即使没有具体示出或描述的选择实施方式中使用。特定实施方式的各个元件还可以以许多方式进行改变。这样的变型不应被认为脱离本公开内容，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开内容的范围内。

Claims (20)

1.一种气候控制系统，包括：
电化学装置；
第一热交换器，所述第一热交换器被配置成作为蒸发器操作并且设置在所述电化学装置的上游；
膨胀装置，所述膨胀装置设置在所述电化学装置与所述第一热交换器之间；
第一泵；
流体导管，所述流体导管用于在所述电化学装置、所述第一热交换器、所述膨胀装置和所述第一泵之间建立流体连通，使得所述第一泵使工作流体在所述流体导管中循环，其中，所述工作流体具有当其通过所述电化学装置时、当电势被施加于所述电化学装置时经历可逆的氢化和脱氢反应的组分，其中，所述工作流体经由在所述可逆的氢化和脱氢反应发生之后发生的饱和温度的变化而在所述电化学装置中转化为液体；
第二热交换器，所述第二热交换器被配置成冷却退出所述电化学装置的所述工作流体的一部分以从所述电化学装置散热；以及
再循环泵，所述再循环泵使退出所述电化学装置的所述工作流体的所述一部分通过所述第二热交换器并回到所述电化学装置的入口而循环，其中，所述气候控制系统没有冷凝器。
2.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述电化学装置包括正电极、负电极、分隔件和第一出口，其中，所述入口是第一入口，并且所述电化学装置还包括第二入口，其中，以气相或蒸汽相退出所述膨胀装置的所述工作流体经由所述第二入口进入所述电化学装置中的所述正电极，并且在所述第二热交换器中冷却的所述工作流体的所述一部分处于液相并且经由所述第一入口进入所述电化学装置中的所述正电极。
3.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，与进入所述第二热交换器的入口温度相比，在退出所述第二热交换器之后，所述工作流体的温度降低大于或等于5℃。
4.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，与进入所述第二热交换器的入口温度相比，在退出所述第二热交换器之后，所述工作流体的温度降低大于或等于18℃。
5.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，进入所述电化学装置的所述工作流体的温度保持于小于或等于100℃的温度。
6.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述工作流体的所述一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入所述电化学装置的所述工作流体的总体积的2％且小于或等于所述总体积的90％。
7.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述第二热交换器是辐射器。
8.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述组分包括脱氢形式的丙酮和氢化形式的异丙醇。
9.一种气候控制系统，包括：
第一流体导管，所述第一流体导管用于在第一电化学装置、被配置成作为蒸发器操作并且设置在所述第一电化学装置的上游的第一热交换器、设置在所述第一电化学装置与所述第一热交换器之间的第一膨胀装置、以及第一泵之间建立流体连通，使得所述第一泵使第一工作流体在所述第一流体导管中循环，其中，所述第一工作流体包括当电势被施加于所述第一电化学装置时在所述第一电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的第一对化合物，其中，所述第一工作流体经由在所述可逆的氢化和脱氢反应发生之后发生的饱和温度的变化而在所述第一电化学装置中转化为液体；
第一再循环泵，所述第一再循环泵使退出所述第一电化学装置的所述第一工作流体的一部分通过第二热交换器并回到所述第一电化学装置的第一入口而循环，以从所述第一电化学装置散热；
第二流体导管，所述第二流体导管用于在第二电化学装置、被配置成作为蒸发器操作并且设置在所述第二电化学装置的上游的第三热交换器、设置在所述第二电化学装置与所述第三热交换器之间的第二膨胀装置、以及第二泵之间建立流体连通，使得所述第二泵使第二工作流体在所述第二流体导管中循环，其中，所述第二工作流体包括当电势被施加于所述第二电化学装置时在所述第二电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的第二对化合物，其中，所述第二工作流体经由在所述可逆的氢化和脱氢反应发生之后发生的饱和温度的变化而在所述第二电化学装置中转化为液体；以及
第二再循环泵，所述第二再循环泵使退出所述第二电化学装置的所述第二工作流体的一部分通过第四热交换器并回到所述第二电化学装置的第二入口而循环，以从所述第二电化学装置散热，其中，所述气候控制系统没有冷凝器。
10.根据权利要求9所述的气候控制系统，其中，所述第一电化学装置包括第一正电极、第一负电极、第一分隔件、第一出口和第三入口，其中，以气相或蒸汽相退出所述第一膨胀装置的所述第一工作流体经由所述第三入口进入所述第一电化学装置中的所述第一正电极，并且在所述第二热交换器中冷却的所述第一工作流体的所述一部分处于液相并且经由所述第一入口进入所述第一电化学装置中的所述第一正电极；并且
其中，所述第二电化学装置包括第二正电极、第二负电极、第二分隔件、第二出口和第四入口，其中，以气相或蒸汽相退出所述第二膨胀装置的所述第二工作流体经由所述第四入口进入所述第二电化学装置中的所述第二正电极，并且在所述第四热交换器中冷却的所述第二工作流体的所述一部分处于液相并且经由所述第二入口进入所述第二电化学装置中的所述第二正电极。
11.根据权利要求9所述的气候控制系统，其中，所述第一对化合物包括包括异丙醇的第一氢化化合物和包括丙酮的第二脱氢化合物，并且其中，所述第二对化合物包括包括环己醇的第三氢化化合物和包括环己酮的第四脱氢化合物。
12.根据权利要求9所述的气候控制系统，其中，所述第二热交换器和所述第四热交换器是辐射器。
13.根据权利要求9所述的气候控制系统，其中，所述第一工作流体的所述一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入所述第一电化学装置的所述第一工作流体的总体积的2％且小于或等于所述总体积的90％，并且所述第二工作流体的所述一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入所述第二电化学装置的所述第二工作流体的总体积的2％且小于或等于所述总体积的90％。
14.一种用于从电化学气候控制系统散热的方法，包括：
使工作流体在流体导管中循环，所述流体导管包括：第一热交换器，所述第一热交换器被配置成作为蒸发器操作并且设置在电化学装置的上游；以及膨胀装置，所述膨胀装置设置在所述电化学装置与所述第一热交换器之间，其中，所述流体导管没有冷凝器，并且所述工作流体包括当其通过所述电化学装置时、当电势被施加于所述电化学装置时经历可逆的氢化和脱氢反应的组分，其中，所述工作流体经由在所述可逆的氢化和脱氢反应发生之后发生的饱和温度的变化而在所述电化学装置中转化为液体；以及
使退出所述电化学装置的所述工作流体的一部分循环至包括第二热交换器的再循环回路中，所述第二热交换器冷却所述工作流体的一部分并且从所述电化学装置散热，其中，所述电化学装置中的所述工作流体的温度保持于小于或等于100℃。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述工作流体包括当电势被施加于所述电化学装置时在所述电化学装置中经历可逆的氢化和脱氢反应的一对第一氢化化合物和第二脱氢化合物。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一氢化化合物包括异丙醇，并且所述第二脱氢化合物包括丙酮。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：使退出所述电化学装置的所述工作流体的所述一部分通过所述第二热交换器并回到所述电化学装置的入口而循环。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，与进入所述第二热交换器的入口温度相比，在退出所述第二热交换器之后，所述工作流体的温度降低大于或等于5℃。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，与进入所述第二热交换器的入口温度相比，在退出所述第二热交换器之后，所述工作流体的温度降低大于或等于18℃。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述工作流体的所述一部分的再循环的百分比按体积计大于或等于进入所述电化学装置的所述工作流体的总体积的2％且小于或等于所述总体积的90％。
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