CN112313457B - 电化学传热系统 - Google Patents

电化学传热系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112313457B
CN112313457B CN201980042611.3A CN201980042611A CN112313457B CN 112313457 B CN112313457 B CN 112313457B CN 201980042611 A CN201980042611 A CN 201980042611A CN 112313457 B CN112313457 B CN 112313457B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat transfer
electrochemically active
active agent
electrochemically
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980042611.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112313457A (zh
Inventor
M·L·佩里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carrier Corp
Original Assignee
Carrier Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carrier Corp filed Critical Carrier Corp
Publication of CN112313457A publication Critical patent/CN112313457A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112313457B publication Critical patent/CN112313457B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
    • C09K5/048—Boiling liquids as heat transfer materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/16—Materials undergoing chemical reactions when used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/025—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes having non-capillary condensate return means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

公开了传热系统，所述系统包括通过热交换器蒸发器(12)和热交换器冷凝器(16)的传热流体流动路径(20，22，24，28)。所述系统包括电化学电池(32)，所述电化学电池在具有不同沸点的第一化合物和第二化合物之间转化所述传热流体中的电化学反应性试剂。在一些实施方案中，所述电化学活性剂可以包括氟化有机化合物，所述氟化有机化合物包括在所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化的电化学活性取代基。在一些实施方案中，所述传热流体可以包括在混合物中的电化学活性剂和电化学非活性制冷剂。

Description

电化学传热系统
背景
示例性实施方案涉及传热，并且特别地涉及利用电化学电池的传热系统。
存在用于加热和/或冷却应用的各种技术。用于住宅和商业制冷和空气调节的最普遍的技术之一是蒸汽压缩制冷剂传热回路。这些回路通常使具有适当热力学性质的制冷剂通过回路循环，所述回路包含压缩机、排热热交换器(即，热交换器冷凝器)、膨胀装置和吸热热交换器(即，热交换器蒸发器)。蒸汽压缩制冷剂回路在各种设置中有效地提供冷却和制冷，并且在一些情况下可以作为热泵反向运行。然而，蒸汽压缩制冷剂回路可能在效率、可靠性方面具有限制，或者具有其它问题，例如来自各种机械部件(例如为制冷剂回路的操作所需的压缩机)的噪声。
因此，人们对开发替代的传热技术感兴趣。已经提出了各种技术；然而，仍然需要常规的蒸汽压缩制冷循环的进一步替代。
简要描述
公开了传热系统。所述系统包括电化学电池，所述电化学电池包含由包含离子转移介质的隔板分开的第一电极和第二电极、在第一电极流体流动路径入口和第一电极流体流动路径出口之间与所述第一电极可操作地流体连通的第一电极流体流动路径、和在第二流体流动路径入口和第二流体流动路径出口之间与所述第二电极可操作地流体连通的第二电极流体流动路径。包括排热侧的热交换器冷凝器与散热器可操作地热连通。包括吸热侧的热交换器蒸发器与热源可操作地热连通。第一传热流体流动回路从所述第一电极流体流动路径出口到所述热交换器冷凝器的排热侧入口，并且从所述热交换器冷凝器的排热侧出口到所述第二电极流体流动路径入口布置。第二传热流体流动回路从所述第二电极流体流动路径出口到所述热交换器蒸发器的吸热侧入口，并且从所述热交换器蒸发器的吸热侧出口到所述第一电极流体流动路径入口布置。在所述第一传热流体流动回路和第二传热流体流动回路中布置传热流体，所述传热流体包含电化学活性剂，所述电化学活性剂在所述第二电极处从第一化合物可逆地转化为第二化合物，并且在所述第一电极处从所述第二化合物可逆地转化为所述第一化合物。在一些实施方案中，所述电化学活性剂包含包括电化学活性取代基的氟化有机化合物，其在具有不同沸点的所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化，以提供所述第一化合物和第二化合物在所述热交换器冷凝器中和在所述热交换器蒸发器中的相变。在一些实施方案中，所述传热流体包含在混合物中的所述电化学活性剂和电化学非活性制冷剂，其中所述电化学活性剂在所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化，以提供所述混合物的不同沸点以及所述电化学非活性制冷剂在所述热交换器冷凝器中和在所述热交换器蒸发器中的相变。
公开了传热方法。根据所述方法，在热交换器蒸发器中通过从热源吸收热来蒸发包含电化学活性剂的传热流体。将蒸发的传热流体从所述热交换器蒸发器引导至电化学电池中的第一电极流体流动路径。在所述第一电极流体流动路径上使所述电化学活性剂发生电化学反应，以将所述电化学活性剂的至少一部分从第一化合物转化为沸点低于所述第一化合物的第二化合物。将包括所述电化学活性剂的所述传热流体引导至热交换器冷凝器，并冷凝，将热排出到散热器。将包括所述电化学活性剂的冷凝的传热流体移动到所述电化学电池中的第二电极流体流动路径。在所述第二电极流体流动路径上使所述电化学活性剂发生电化学反应，以将所述电化学活性剂的至少一部分从所述第二化合物转化为所述第一化合物，和将包括所述电化学活性剂的传热流体从所述第二电极流体流动路径移动到所述热交换器蒸发器。在一些实施方案中，所述电化学活性剂包含包括电化学活性取代基的氟化有机化合物，其在具有不同沸点的所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化，以提供所述第一化合物和第二化合物在所述热交换器冷凝器中和在所述热交换器蒸发器中的相变。在一些实施方案中，所述传热流体包含在混合物中的所述电化学活性剂和电化学非活性制冷剂，其中所述电化学活性剂在所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化，以提供所述混合物的不同沸点以及所述电化学非活性制冷剂在所述热交换器冷凝器中和在所述热交换器蒸发器中的相变。
在一些实施方案中，所述电化学活性剂包含包括电化学活性取代基的氟化有机化合物。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述电化学活性取代基可以包括电化学转化为羟基基团的羰基基团。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述第一化合物和第二化合物可以由下式表征：[R][(C=O)]m[F]n ↔ [R][(C–OH)]m[F]n，其中R表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-5个碳原子的有机化合物，m为1或2，并且n是从1到R上可用碳原子化合价的数的整数。
根据上述实施方案中的任一个或组合，n可以等于R上可用化合价的数。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述电化学活性剂可以包括六氟丙酮和六氟异丙醇分别作为所述第一化合物和第二化合物。
在一些实施方案中，所述传热流体包含在混合物中的所述电化学活性剂和电化学非活性制冷剂。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述电化学活性取代基可以包括电化学转化为羟基基团的羰基基团。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述第一化合物和第二化合物可以由下式表征：[R'][(C=O)]m ↔ [R'][(C–OH)]m，其中R'表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-20个碳原子的有机化合物，并且m为1或2。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述第一化合物和第二化合物可以由下式表征：[R"][(C=O)]m[F]q ↔ [R"][(C–OH)]m[F]q，其中R″表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-20个碳原子的有机化合物，m为1或2，并且q是从0到R″上可用碳原子化合价的数的整数。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述电化学非活性制冷剂可以包含氟化烯烃。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述电化学活性取代基可以包括电化学转化为羟基基团的羰基基团。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述电化学活性剂可以包括取代或未取代的醌/氢醌。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述电化学非活性制冷剂的分子偶极矩可以大于1德拜单位，并且在大气压力下沸点大于0℃。
根据上述实施方案中的任一个或组合，所述传热流体可以包含多种不同的电化学活性剂。
附图简述
以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图：
附图显示传热系统的实例实施方案。
详细描述
参考附图，通过举例而非限制的方式，本文呈现所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。
现在参考附图，显示传热系统10的实例实施方案。如图中所示，系统包括与热源如空调空间(未显示)可操作地热连通(由热流动路径14表示)的热交换器蒸发器12，以及与散热器如外部(例如室外)空间(未显示)可操作地热连通(由热流动路径18表示)的热交换器冷凝器16。将室外空间指定为散热器并将空调(例如，室内)空间指定为热源，这指示传热系统10在制冷或空气调节模式中的操作。然而，应当注意，传热系统10也可以以热泵模式操作，在所述模式中，空调空间是散热器，而外部空间是热源。热交换器蒸发器12和热交换器冷凝器16在包括流动路径或导管20、22、24、26、28和30的流体流动回路中连接，如以下更详细地描述的。传热系统10还包括电化学电池堆叠32。与依靠流经传热回路的制冷剂的压力变化来在系统中的不同位置提供不同的制冷剂沸点的常规蒸汽压缩传热系统不同，本文描述的传热系统(例如传热系统10)使用电化学电池作为在具有不同沸点的第一化合物和第二化合物之间可逆地转化电化学活性剂的机构(单独地或与压力诱导的沸点变化组合)。电化学电池包括由离子转移介质分开的第一电极和第二电极，以在第一化合物和第二化合物之间可逆地转化电化学活性剂。
继续参考附图，电化学电池32包括多个阴极34 (示意性地表示为单个阴极)和多个阳极36 (示意性地表示为单个阳极)，它们电连接到电源38并通过离子转移介质如离子交换膜(IEM) 40物理分开。该IEM可以是阳离子交换膜如质子交换膜(PEM)，或者它可以是阴离子交换膜。与阴极34可操作地流体连通的阴极侧流体流动路径42和与阳极36可操作地流体连通的阳极侧流体流动路径44各自形成如上所述的传热流体流动回路的一部分。如上所述，传热系统10的传热流体包括电化学活性剂，其在具有不同沸点的第一化合物和第二化合物之间可逆地转化。这种反应性转化由流体通过阴极侧流体流动路径42和阳极侧流体流动路径44而产生，在其中流体经受电化学反应。在阳极上，电化学活性剂将被氧化，而在阴极上，电化学活性剂将被还原回原始分子。
下面关于一个或多个分子氧取代基在羰基形式和羟基形式之间的转化，更详细地描述传热系统10的操作，所述转化通过在阴极流体流动路径40处加入质子或在阳极流体流动路径42处除去质子而引发。然而，应当注意，传热系统10是一个实例实施方案，并且如下面更详细地讨论的，预期其它类型的电化学电池和/或电化学活性剂。关于实例实施方案传热系统10，包括在热交换器蒸发器12中生产的蒸汽的传热流体通过导管20移动(例如，通过来自泵的动力输送)到阴极侧流体流动路径42的阴极侧入口，在这里电化学活性剂上的羰基基团与从质子交换膜40出现的质子反应并转化为羟基基团。该化学变化将传热流体的沸点提高到适于应用的目标水平(例如，15℃-30℃，用于HVAC系统的空调/热泵)。高沸点传热流体通过导管22从阴极侧流体流动路径42移动到热交换器冷凝器16，在这里蒸汽冷凝，并且热沿着热流动路径18被排出(例如，排出到外部用于空气调节，或者排出到空调空间用于热泵用途)。高沸点液体传热流体通过导管24移动到泵46的入口，并通过导管26泵送到阳极侧流体流动路径44的入口，其中质子在阳极36处被电化学剥离并电引导穿过离子交换膜40。质子的去除将电化学活性剂上的羟基取代基化学转化回原始羰基基团，导致传热流体沸点降低到适于应用的目标水平(例如，0℃-15℃，用于HVAC系统的空调/热泵)。低沸点液体传热流体通过导管28输送通过任选的流动控制减压装置48，然后通过导管30到达热交换器蒸发器12，在这里传热流体被蒸发，并从热流动路径14 (例如，从用于空气调节的空调空间或者从用于热泵用途的外部)吸收热。
各种类型的电化学活性剂可以用于传热流体中。例如，利用酮或醛(作为具有羰基基团的分子的实例)与醇或二醇(作为具有羟基基团的相应分子)之间的电化学引发的转化的实施方案。一些实例电化学活性剂可以包括(为了便于描述，仅参考羰基版本名称)酮、醛、醌、烯酮及其相应的还原形式，其中羰基基团转化为羟基基团。在一些实施方案中，电化学活性剂可以包括氟化分子，这是因为这些氟化分子可以具有足够低的沸点，这对于本申请是期望的，而不必在极低操作压力下操作系统。例如，氟化的醇-醛对是良好的候选物，这是因为由于醇的羟基基团(其在酮中不存在)中的氢键而导致醇具有比相应的酮格外高的沸点。
在一些实施方案中，电化学活性剂可以充当挥发性制冷剂，其分别在冷凝器或蒸发器的操作压力下提供在目标温度范围内的沸点。在一些实施方案中，电化学活性挥发性制冷剂可以由下式表征：[R][(C=O)]m[F]n ↔ [R][(C–OH)]m[F]n，其中R表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-5个碳原子的有机化合物，m为1或2，并且n是从1到R上可用碳原子化合价的数的整数。在一些实施方案中，R可以是其中一些或所有氢原子已被指定的羰基氧和氟取代基以及还有任选的其它取代基置换的烃核分子结构。具体化合物的实例包括六氟异丙醇(在1 atm下的沸点为58℃)，而相应的酮为六氟丙酮(在1 atm下的沸点为-28℃)。因此，这两种分子之间的沸点变化(或“升高”)＞85℃，这是由还原/氧化反应引起的。
在一些实施方案中，工作流体也可以是包括混合或溶解在另一流体中的电化学反应性组分的材料的共混物。在一些实施方案中，电化学反应性组分可以与挥发性制冷剂(其本身不必是电化学活性的，并且在一些实施方案中是电化学非活性的)共混，其分别在冷凝器或蒸发器的操作压力下提供在目标温度范围内的沸点。实际上，可以使用任何常规的制冷剂，包括但不限于取代或未取代的1-5个碳原子的烃。在一些实施方案中，烃制冷剂可以包括不饱和键(例如，烯烃制冷剂)。在一些实施方案中，烃制冷剂可以被一个或多个卤素取代基取代，并且在一些实施方案中，烃制冷剂可以被一个或多个氟取代基取代。在一些实施方案中，烃制冷剂可以在分子的碳原子上的至少一半的可用键合位点上被氟取代基取代(即，代替氢原子)。在一些实施方案中，烃制冷剂可以在分子的碳原子上的所有可用键合位点上被氟取代基取代(即，代替氢原子)。制冷剂的实例包括但不限于氢氯氟碳(HCFC)，例如R22；氢氟碳(HFC)，例如R134a、R410A、R404A和R407C；氢氟烯烃，例如R-1234ze或R1234yf；烃(例如丙烷)；氨(R717)；或二氧化碳(R744)。
在一些实施方案中，待与电化学活性剂共混的制冷剂可以具有高的分子偶极矩(如本文所用，任何对“偶极矩”的提及应指分子偶极矩)以使改变电化学活性组分的偶极矩的影响(即，分子间键合的程度)最大化。在这样的共混物中，电化学活性剂可以但不必须提供在蒸发器或冷凝器的目标操作范围内的沸点。尽管本公开不限于任何特定的理论或操作模式，但据信在共混物的情况下，电化学电池中的反应可以诱导电化学活性剂的分子偶极矩的变化，即，电化学活性剂在其间交替的第一化合物和第二化合物具有不同的分子偶极矩，这可以影响传热流体中弱的分子间键(类似于水中的氢键)的形成程度，这进而影响共混物流体的沸点。高的分子偶极矩可以促进更多的分子间键合，这进而可以促进更高的沸点，而相反地，低的分子偶极矩可以促进更少的分子间键合，这进而可以促进更低的沸点。在这样的实施方案中，电化学活性剂甚至不必在系统操作温度下是挥发性的，并且可以在整个传热流体流动回路中保持液体(或溶解的固体)形式。
在一些实施方案中，共混物中的非反应性组分的分子偶极矩可以大于1德拜单位并且在大气压力下沸点< 0℃。氢氟烯烃可以作为非反应性组分表现良好，因为它们具有合理高的偶极矩和非常低的沸点。在一些实施方案中，非反应性制冷剂可以是仅被氟原子和氢原子取代的3-5个碳原子的氢氟烯烃。一些实例包括HFO-1234ze和HFO-1234yf。
多种电化学活性剂可以与非反应性挥发性制冷剂组合使用，包括作为固体的电化学活性物质，因为它们可以溶解在非反应性组分中。例如，醌(例如苯醌，其为固体)或氟取代的醌(例如四氟醌，其为固体)可以溶解于常规的制冷剂(例如氢氟烯烃，例如HFO-1234ze或HFO-1234yf)中，并且当该醌电化学转化为相应的氢醌(例如分别为氢醌或四氟苯二醇)时，这将改变该共混物流体的沸点。在一些实施方案中，共混物中的电化学活性剂可以由下式表征：[R'][(C=O)]m ↔ [R'][(C–OH)]m，其中R'表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-20个碳原子的有机化合物，并且m为1或2。在一些实施方案中，R'可以是其中一些或所有氢原子已被指定的羰基氧和氟取代基以及还有任选的其它取代基置换的烃核分子结构。在一些实施方案中，共混物中的电化学活性剂可以包括氟取代基，并且在一些实施方案中可以由下式表征：[R"][(C=O)]m[F]q ↔ [R"][(C–OH)]m[F]q，其中R″表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-20个碳原子的有机化合物，m为1或2，并且q是从0到R″上可用碳原子化合价的数的整数。在一些实施方案中，R"可以是其中一些或所有氢原子已被指定的羰基氧和氟取代基以及还有任选的其它取代基置换的烃核分子结构。
实际上，可以使用任何醇/酮或氟化的任何醇/酮或沸点在目标范围内的其它反应性基团对。或者，实际上可以使用任何醌/氢醌或其它电化学反应性基团对，其可溶解于制冷剂中以提供目标范围内的沸点。一些具体实例在下表中阐述，并且具体化合物或化合物使用的选择可以取决于应用，其中散热器和热源的温度范围是影响电化学活性剂的选择的因素之一，以使共混工作流体能够具有适合于散热器和热源温度的沸点。在一些实施方案中，电化学活性剂或电化学活性剂的混合物可以构成全部或基本上(例如，除了添加剂和杂质)全部的传热流体。例如，六氟丙酮和六氟异丙醇提供适合于HVAC (加热、通风和空气调节)系统的沸点，并且可以用作唯一的制冷剂。也可以使用电化学活性剂的组合。
电化学活性剂化合物对
在一些实施方案中，如果传热系统利用电化学活性剂和非反应性制冷剂的组合，则其可以具有如下通过传热回路的两相流：在热交换器蒸发器12中生产的两相状态(液体和气体)的低沸点流体通过导管20输送到阴极侧流体流动路径42的阴极侧入口，在这里电化学活性剂上的羰基基团与从质子交换膜40出现的质子反应并转化为羟基基团。该化学变化将传热流体的沸点提高到适于应用的目标水平。仍然处于液体/气体两相状态的高沸点传热流体通过导管22从阴极侧流体流动路径42输送到热交换器冷凝器16，在这里蒸汽被冷凝并且热沿着热流动路径18被排出。高沸点单相液体传热流体通过导管24输送到泵46的入口，并且通过导管26泵送到阳极侧流体流动路径44的入口，其中质子在阳极36处被电化学剥离，导致传热流体沸点降低到适于应用的目标水平。低沸点单相液体传热流体通过导管28输送通过任选的减压装置48，然后通过导管30到达热交换器蒸发器12，在这里生产两相(液体和气体)混合物，所述混合物通过回路在另一循环上离开蒸发器12。
本公开参考实例实施方案；然而，本公开不限于这些具体实例，并且可以进行不同的修改或变化。例如，虽然传热系统10的技术益处之一在于其不需要压力变化(以及伴随的机械部件，例如压缩机)来诱导沸点变化，但是传热系统10或具有通过电化学电池的电化学活性剂的其它传热系统可以配置成操作，并且可以在回路的高沸点部分(即，热交换器冷凝器16和导管22、24和26)上以与回路的低沸点部分(即，热交换器蒸发器12和导管28、30和20)相比不同的压力操作。这样的压差可以帮助在系统中实现目标沸点值，并且在一些实施方案中可以被控制以考虑条件，如环境温度条件，或者用于空调空间的操作者设定或系统设定温度。压差可以由气体或蒸汽压缩机提供。固体膜离子传递介质(如离子交换膜)可以适应两侧之间的大压差。而且，热交换器冷凝器16和热交换器蒸发器12在图中描绘为与电化学电池或电池堆叠分离的部件，但是如果电池与热源或散热器热连通，则可以与电池集成到单个结构中。也可以包括另外的部件，例如泵(优选位于回路的单相液体部分中，或者特别设计成处理两相流动)、流量控制阀、背压阀或其它流体管理或测量装置。
术语”约“旨在包括基于提交本申请时可用的设备与特定量的测量相关联的误差度。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“a”、“an”和“the”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步理解，术语“包含(comprises)”和/或“包含(comprising)”当在本说明书中使用时，指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其群组。
尽管已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其要素。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，旨在本公开不限于作为预期实施本公开的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (28)

1.传热系统，所述系统包含：
电化学电池，所述电化学电池包含由包含离子转移介质的隔板分开的第一电极和第二电极、在第一电极流体流动路径入口和第一电极流体流动路径出口之间与所述第一电极可操作地流体连通的第一电极流体流动路径、和在第二流体流动路径入口和第二流体流动路径出口之间与所述第二电极可操作地流体连通的第二电极流体流动路径；
包括排热侧的热交换器冷凝器，其与散热器可操作地热连通；
包括吸热侧的热交换器蒸发器，其与热源可操作地热连通；
第一传热流体流动回路，所述第一传热流体流动回路从所述第一电极流体流动路径出口到所述热交换器冷凝器的排热侧入口，并且从所述热交换器冷凝器的排热侧出口到所述第二电极流体流动路径入口；
第二传热流体流动回路，所述第二传热流体流动回路从所述第二电极流体流动路径出口到所述热交换器蒸发器的吸热侧入口，并且从所述热交换器蒸发器的吸热侧出口到所述第一电极流体流动路径入口；和
在所述第一传热流体流动回路和第二传热流体流动回路中的传热流体，所述传热流体包含电化学活性剂，所述电化学活性剂在所述第二电极处从第一化合物可逆地转化为第二化合物，并且在所述第一电极处从所述第二化合物可逆地转化为所述第一化合物，其中：
所述电化学活性剂包含包括电化学活性取代基的氟化有机化合物，其在具有不同沸点的所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化，以提供所述第一化合物和第二化合物在所述热交换器冷凝器中和在所述热交换器蒸发器中的相变，或
所述传热流体包含在混合物中的所述电化学活性剂和电化学非活性制冷剂，其中所述电化学活性剂在所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化，以提供所述混合物的不同沸点以及所述电化学非活性制冷剂在所述热交换器冷凝器中和在所述热交换器蒸发器中的相变。
2.权利要求1所述的传热系统，其中所述电化学活性剂包含包括电化学活性取代基的氟化有机化合物。
3.权利要求2所述的传热系统，其中所述电化学活性取代基包括电化学转化为羟基基团的羰基基团。
4.权利要求3所述的传热系统，其中所述第一化合物和第二化合物由下式表征：
Figure FDA0004044200390000011
其中R表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-5个碳原子的有机化合物，m为1或2，并且n是从1到R上可用碳原子化合价的数的整数。
5.权利要求4所述的传热系统，其中n等于R上可用化合价的数。
6.权利要求1-5中任一项所述的传热系统，其中所述电化学活性剂包括六氟丙酮和六氟异丙醇分别作为所述第一化合物和第二化合物。
7.权利要求1所述的传热系统，其中所述传热流体包含在混合物中的所述电化学活性剂和电化学非活性制冷剂。
8.权利要求7所述的传热系统，其中所述电化学活性取代基包括电化学转化为羟基基团的羰基基团。
9.权利要求8所述的传热系统，其中所述第一化合物和第二化合物由下式表征：
Figure FDA0004044200390000021
其中R′表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-20个碳原子的有机化合物，并且m为1或2。
10.权利要求8所述的传热系统，其中所述第一化合物和第二化合物由下式表征：
Figure FDA0004044200390000022
其中R″表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-20个碳原子的有机化合物，m为1或2，并且q是从0到R″上可用碳原子化合价的数的整数。
11.权利要求7-10中任一项所述的传热系统，其中所述电化学非活性制冷剂包含氟化烯烃。
12.权利要求7-10中任一项所述的传热系统，其中所述电化学活性剂包括取代或未取代的醌/氢醌。
13.权利要求7-10中任一项所述的传热系统，其中所述电化学非活性制冷剂的分子偶极矩大于1德拜单位，并且在大气压力下沸点大于0℃。
14.权利要求1-5和7-10中任一项所述的传热系统，其中所述传热流体包含多种不同的电化学活性剂。
15.传热方法，所述方法包括：
在热交换器蒸发器中通过从热源吸收热来蒸发包含电化学活性剂的传热流体；
将蒸发的传热流体从所述热交换器蒸发器引导至电化学电池中的第一电极流体流动路径；
在所述第一电极流体流动路径上使所述电化学活性剂发生电化学反应，以将所述电化学活性剂的至少一部分从第一化合物转化为沸点低于所述第一化合物的第二化合物；
将包括所述电化学活性剂的所述传热流体引导至热交换器冷凝器；
在所述热交换器冷凝器中冷凝包括所述电化学活性剂的传热流体并将热排出到散热器；
将包括所述电化学活性剂的冷凝的传热流体移动到所述电化学电池中的第二电极流体流动路径；
在所述第二电极流体流动路径上使所述电化学活性剂发生电化学反应，以将所述电化学活性剂的至少一部分从所述第二化合物转化为所述第一化合物；和
将包括所述电化学活性剂的传热流体从所述第二电极流体流动路径移动到所述热交换器蒸发器，其中：
所述电化学活性剂包含包括电化学活性取代基的氟化有机化合物，其在具有不同沸点的所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化，以提供所述第一化合物和第二化合物在所述热交换器冷凝器中和在所述热交换器蒸发器中的相变，或
所述传热流体包含在混合物中的所述电化学活性剂和电化学非活性制冷剂，其中所述电化学活性剂在所述第一化合物和第二化合物之间可逆地转化，以提供所述混合物的不同沸点以及所述电化学非活性制冷剂在所述热交换器冷凝器中和在所述热交换器蒸发器中的相变。
16.权利要求15所述的传热方法，其中所述电化学活性剂包含包括电化学活性取代基的氟化有机化合物。
17.权利要求16所述的传热方法，其中所述电化学活性取代基包括电化学转化为羟基基团的羰基基团。
18.权利要求17所述的传热方法，其中所述第一化合物和第二化合物由下式表征：
Figure FDA0004044200390000031
其中R表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-5个碳原子的有机化合物，m为1或2，并且n是从1到R上可用碳原子化合价的数的整数。
19.权利要求18所述的传热方法，其中n等于R上可用化合价的数。
20.权利要求15-19中任一项所述的传热方法，其中所述电化学活性剂包括六氟丙酮和六氟异丙醇分别作为所述第一化合物和第二化合物。
21.权利要求15所述的传热方法，其中所述传热流体包含在混合物中的所述电化学活性剂和电化学非活性制冷剂。
22.权利要求21所述的传热方法，其中所述电化学活性取代基包括电化学转化为羟基基团的羰基基团。
23.权利要求22所述的传热方法，其中所述第一化合物和第二化合物由下式表征：
Figure FDA0004044200390000032
其中R′表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-20个碳原子的有机化合物，并且m为1或2。
24.权利要求22所述的传热方法，其中所述第一化合物和第二化合物由下式表征：
Figure FDA0004044200390000041
其中R″表示原子，与式中的其它组分一起形成包含1-20个碳原子的有机化合物，m为1或2，并且q是从0到R″上可用碳原子化合价的数的整数。
25.权利要求21-24中任一项所述的传热方法，其中所述电化学非活性制冷剂包含氟化烯烃。
26.权利要求21-24中任一项所述的传热方法，其中所述电化学活性剂包括取代或未取代的醌/氢醌。
27.权利要求21-24中任一项所述的传热方法，其中所述电化学非活性制冷剂的分子偶极矩大于1德拜单位，并且在大气压力下沸点大于0℃。
28.权利要求15-19和21-24中任一项所述的传热方法，其中所述传热流体包含多种不同的电化学活性剂。
CN201980042611.3A 2018-07-06 2019-06-27 电化学传热系统 Active CN112313457B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862694782P 2018-07-06 2018-07-06
US62/694782 2018-07-06
PCT/US2019/039544 WO2020009901A1 (en) 2018-07-06 2019-06-27 Electrochemical heat transfer system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112313457A CN112313457A (zh) 2021-02-02
CN112313457B true CN112313457B (zh) 2023-05-09

Family

ID=67297401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980042611.3A Active CN112313457B (zh) 2018-07-06 2019-06-27 电化学传热系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210199396A1 (zh)
EP (1) EP3818313B1 (zh)
CN (1) CN112313457B (zh)
WO (1) WO2020009901A1 (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010126984A2 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Xergy Incorporated Tubular system for electrochemical compressor
CN102575908A (zh) * 2009-09-25 2012-07-11 陶氏环球技术有限责任公司 使用热能储存材料的热传递系统
CN105257425A (zh) * 2014-06-11 2016-01-20 凯文·李·弗里斯特 具有集成能源供给、存储设备和混合控制系统的五重效果发电多循环混合可再生能源系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4838197B2 (ja) * 2007-06-05 2011-12-14 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置，電極温度調整装置，電極温度調整方法
US9909224B2 (en) * 2009-05-01 2018-03-06 Xergy Ltd Electrochemical compressor with reactant conduit
EP3595066A3 (en) * 2010-03-18 2020-04-01 Blacklight Power, Inc. Electrochemical hydrogen-catalyst power system
US20180119996A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Electrochemical refrigeration systems and appliances

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010126984A2 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Xergy Incorporated Tubular system for electrochemical compressor
CN102575908A (zh) * 2009-09-25 2012-07-11 陶氏环球技术有限责任公司 使用热能储存材料的热传递系统
CN105257425A (zh) * 2014-06-11 2016-01-20 凯文·李·弗里斯特 具有集成能源供给、存储设备和混合控制系统的五重效果发电多循环混合可再生能源系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020009901A1 (en) 2020-01-09
EP3818313A1 (en) 2021-05-12
CN112313457A (zh) 2021-02-02
EP3818313B1 (en) 2023-05-10
US20210199396A1 (en) 2021-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6258253B2 (ja) 車両の加熱および／または空調方法
JP6150140B2 (ja) 熱交換装置及びヒートポンプ装置
JP5681978B2 (ja) ヒートポンプ装置
JP2017072367A (ja) 車両の暖房および／または空調方法
KR100958399B1 (ko) 보조냉각기를 이용한 ｈｖａｃ 장치
US11231205B2 (en) Using heat recovered from heat source to obtain high temperature hot water
JP2017155236A (ja) 車両の暖房および／または空調方法
EP3118541B1 (en) Refrigeration cycle apparatus
CN107036319B (zh) 制冷循环装置
JP2015227771A (ja) ヒートポンプ装置
JP2018136117A (ja) Ｌｇｗｐ冷媒を用いる吸収冷凍サイクル
CN111902986B (zh) 用于电化学气候控制系统的散热系统
CN103471302B (zh) 一种宽温供液液冷源
CN112313457B (zh) 电化学传热系统
CN111954787B (zh) 双压缩机式热泵
EP3121535A1 (en) Refrigeration cycle apparatus
Salhi et al. Energetic and exergetic performance of solar-assisted direct expansion air-conditioning system with low-GWP refrigerants in different climate locations
JP2010180874A (ja) 圧縮機及びこれを含む空調装置
KR101664239B1 (ko) 난방순환수로 제상이 이루어지는 히트펌프 및 이를 활용한 히트펌프 운전방법
JP2010096486A (ja) 冷凍装置
JPS63238367A (ja) 冷凍サイクル装置
JPWO2002077546A1 (ja) ヒートポンプ及びヒートポンプシステム
US20180194980A1 (en) Heat transfer system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant