CN112601918B - 氨和氢电化学气候控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种电化学气候控制系统使包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体循环。蒸发器使液氨挥发以实现制冷效果。当施加f时，电化学装置可以增大工作流体的总压力和/或氨的第一分压并且减小氢的第二分压。冷凝器冷却工作流体/将氨转变为液体。分离器将液氨与气相氢分离。热交换器可以设置在蒸发器的下游。该系统可以包括将蒸汽相氨和气相氢组合成加压流的喷射器。可选地包括第二电化学装置，第二电化学装置减小退出分离器的气相氢的压力，并且第二电化学装置生成被传递至第一电化学装置的电势。这样的高效系统可以没有任何机械泵或移动部件。

Description

氨和氢电化学气候控制系统
对相关申请的交叉应用
本申请要求于2018年7月24日提交的美国专利申请第16/043,985号的优先权，该美国专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容涉及包括电化学装置并且使氨(NH3)和氢(H2)循环的气候控制系统。
背景技术
该部分提供了与本公开内容相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
常规的热力学气候控制系统例如热泵系统、制冷系统或空调系统可以包括下述流体回路，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/蒸汽相到液相的相变的冷凝器)；通常位于室内或待冷却环境中的第二热交换器(例如，促进制冷剂从液相到气相/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(以及可选的润滑油)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，制冷剂随后可以被冷凝和蒸发以向系统内或外传递热量。
氨(NH3)是非常有效的制冷剂并且对全球变暖没有影响。尽管氨已经被用作制冷剂很多年，但是在常规的制冷系统配置中例如在由电动机驱动的封闭式压缩机中，氨提出了一些挑战。氨可能具有腐蚀性并且因此与存在于电动机和常规系统中的其他装备中的铜不兼容。
自20世界30年代以来，已出现了采用制冷剂(通常为氨)、液态吸收剂(通常为水)和惰性气体(通常为氢)的无泵吸收式制冷系统。通过系统进行自身再分配的不凝惰性气体的加入，使得系统能够在相同的全压力下操作，同时在系统的不同部分具有不同的制冷剂分压。这种独特的设计使得制冷系统能够仅使用重力、用于在蒸发器处进行解吸和热交换的热源、冷凝器以及吸收器进行操作而无需任何机械泵。这样的无泵吸收式制冷系统安静且极为可靠。然而，与电动压缩机驱动的制冷系统相比，使用电阻热作为热源会导致固有地降低效率。由于实现较高能量效率的总体趋势，这些系统最终已经被电动压缩机驱动的系统所取代。
此外，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。期望开发使用氨作为提供高能量效率的制冷剂来提供无泵制冷(例如，没有泵、移动部件且无油)的气候控制系统。
发明内容
该部分提供了本公开内容的总体概述，并且不是对本公开内容的全部范围或全部特征的全面公开。
在某些变型中，本公开内容提供一种气候控制系统。该气候控制系统可以包括包含氨(NH3)和氢(H2)的工作流体。该气候控制系统还可以包括蒸发器，蒸发器将工作流体中的液氨(NH3)转变为蒸汽相。热交换器可以设置在蒸发器的下游。该气候控制系统还可以包括电化学装置，电化学装置接收来自热交换器的包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体。当电势被施加于电化学装置时，当工作流体通过电化学装置时，电化学装置增大蒸汽相氨(NH3)的第一分压并且减小气相氢(H2)的第二分压。冷凝器设置在电化学装置的下游，冷凝器冷却工作流体并且将工作流体中的氨(NH3)从蒸汽相转变为液相。分离器设置在冷凝器的下游且蒸发器和热交换器的上游。分离器被配置成将液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离，使得分离出的液相氨(NH3)被引导至蒸发器并转变为被馈送至热交换器的蒸汽相氨(NH3)，而退出分离器的气相氢(H2)被引导至热交换器。该气候控制系统还包括流体导管，流体导管用于使工作流体循环并且在蒸发器、热交换器、电化学装置、冷凝器和分离器之间建立流体连通，并且工作流体循环通过流体导管。
在某些方面，分离器是第一分离器，并且该气候控制系统还包括设置在电化学装置与冷凝器之间的第二分离器。工作流体还包括水(H2O)，并且第二分离器被配置成将工作流体中的水(H2O)与氨(NH3)和氢(H2)在退出电化学装置之后分离。分离出的水(H2O)循环回到电化学装置。
在某些方面，热交换器是逆流热交换器，逆流热交换器的第一侧与第二侧成热传递关系。第一侧被配置成接收退出分离器的气相氢(H2)，并且第二侧被配置成接收待被引导至电化学装置的工作流体的馈送流。馈送流包括退出蒸发器的蒸汽相氨(NH3)。热交换器被配置成从第一侧向第二侧传递热量以冷却气相氢(H2)并且加热馈送流。
在某些其他方面中，在气相氢(H2)作为经冷却的气相氢(H2)退出热交换器的第一侧之后，经冷却的气相氢(H2)中的至少一部分在进入换热器的第二侧之前被引入到馈送流中。
在某些方面，气候控制系统没有任何机械泵或移动部件。
在某些方面，电化学装置包括正电极、负电极、允许铵(NH4 +)离子穿过其而迁移的分隔膜。
在某些方面，进入电化学装置的蒸汽相氨(NH3)的第一分压小于或等于工作流体的总压力约50％且气相氢(H2)的第二分压大于或等于工作流体的总工作压力的约50％。此外，退出电化学装置的蒸汽相氨(NH3)的第一分压大于或等于工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的第二分压小于或等于工作流体的总工作压力的约50％。
在其他变型中，本公开内容提供一种气候控制系统，该气候控制系统包括包含氨(NH3)和氢(H2)的工作流体。气候控制系统包括蒸发器，蒸发器将工作流体中的液相氨(NH3)转变为蒸汽相。气候控制系统还包括喷射器，喷射器被配置成组合并产生包括从蒸发器接收到的蒸汽相氨(NH3)和气相氢(H2)的不同流的工作流体的加压流。电化学装置从喷射器接收工作流体的加压流，以当电势被施加于电化学装置时、当工作流体通过电化学装置时进一步增加工作流体的压力。冷凝器设置在电化学装置的下游，冷凝器冷却工作流体并且将工作流体中的蒸汽相氨(NH3)转变为液相。分离器设置在冷凝器的下游且蒸发器和喷射器的上游，其中，分离器被配置成将液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离使得分离出的液相氨(NH3)被引导至蒸发器并转变为被馈送至喷射器的蒸汽相氨(NH3)。分离出的气相氢(H2)形成被馈送至喷射器的不同流。气候控制系统还包括流体导管，流体导管用于使工作流体循环并且在蒸发器、喷射器、电化学装置、冷凝器和分离器之间建立流体连通。
在某些方面，分离器是第一分离器，并且气候控制系统还包括设置在电化学装置与冷凝器之间的第二分离器。工作流体还包括水(H2O)，并且第二分离器被配置成将工作流体中的水(H2O)与氨(NH3)和氢(H2)在退出电化学装置之后分离。分离出的水(H2O)循环回到电化学装置。
在某些方面，喷射器具有接收来自蒸发器的蒸汽相氨(NH3)的第一入口和接收气相氢(H2)的第二入口。加压流的压力比来自蒸发器的蒸汽相氨(NH3)的第一压力大至少10％。在某些变型中，加压流的压力可以比来自分离器的气相氢(H2)的第二压力大至少10％。
在某些方面，当电势被施加于电化学装置时，当工作流体通过电化学装置时，电化学装置增大蒸汽相氨(NH3)的第一分压并且减小气相氢(H2)的第二分压。
在某些方面，进入电化学装置的蒸汽相氨(NH3)的第一分压小于或等于工作流体的总压力约50％且气相氢(H2)的第二分压大于或等于工作流体的总工作压力的约50％。退出电化学装置的气相氨(NH3)的第一分压大于或等于工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的第二分压小于或等于工作流体的总工作压力的约50％。
在某些方面，气候控制系统没有任何机械泵或移动部件。
在某些方面，电化学装置包括正电极、负电极以及允许铵(NH4 +)离子穿过其而迁移的分隔膜。
在又一变型中，本公开内容提供一种气候控制系统，该气候控制系统包括包含氨(NH3)和氢(H2)的工作流体。该系统还包括蒸发器，蒸发器将工作流体中的液氨(NH3)转变为蒸汽相。提供第一电化学装置，第一电化学装置接收来自蒸发器的包括蒸汽相氨(NH3)和气相氢(H2)的工作流体，其中，当电势被施加于第一电化学装置时，第一电化学装置增大通过第一电化学装置的工作流体的压力。冷凝器设置在第一电化学装置的下游，冷凝器冷却工作流体并且将工作流体中的氨(NH3)从蒸汽相转变为液相。该系统还包括设置在冷凝器下游的分离器。分离器被配置成将液氨(NH3)与气相氢(H2)分离使得分离出的液相氨(NH3)被引导至蒸发器并转变为被馈送至第一电化学装置的蒸汽相氨(NH3)。分离出的气相氢(H2)被引导至第二电化学装置。该系统还包括第二电化学装置，第二电化学装置被配置成接收并减小来自分离器的气相氢(H2)的压力、并且生成被传递至第一电化学装置传电力。还提供用于使工作流体循环并且在蒸发器、第一电化学装置、冷凝器、分离器和第二电化学装置之间建立流体连通的流体导管。
在某些方面，分离器是第一分离器，并且气候控制系统还包括设置在第一电化学装置与冷凝器之间的第二分离器。工作流体还包括水(H2O)，并且第二分离器被配置成将工作流体中的水(H2O)与氨(NH3)和氢(H2)在退出第一电化学装置之后分离。分离出的水(H2O)循环回到第一电化学装置。
在某些方面，气候控制系统没有任何机械泵或移动部件。
在某些方面，第一电化学装置包括第一正电极、第一负电极、允许铵(NH4 +)离子穿过其而迁移的第一分隔膜，并且第二电化学装置包括第二正电极、第二负电极以及允许质子(H+)穿过其而迁移的第二分隔膜。
在某些方面，当电势被施加于第一电化学装置时，当工作流体通过第一电化学装置时，第一电化学装置增大蒸汽相氨(NH3)的第一分压并且减小气相氢(H2)的第二分压。
在某些方面，进入第一电化学装置的蒸汽相氨(NH3)的第一分压小于或等于工作流体的总压力约50％。此外，气相氢(H2)的第二分压大于或等于工作流体的总工作压力的约50％。退出第一电化学装置的气相氨(NH3)的第一分压大于或等于工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的第二分压小于或等于工作流体的总工作压力的约50％。
根据本文所提供的描述，其他适用领域将变得明显。该发明内容中的描述和具体示例仅用于说明的目的，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对所选择的实施方式而非所有可能的实现方式进行说明的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
图1示出了根据本公开内容的某些方面的第一电化学气候控制系统，其对包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体进行处理并且包括电化学装置。
图2示出了根据本公开内容的某些方面的第二电化学气候控制系统，其对包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体进行处理并且包括电化学装置和喷射器。
图3示出了根据本公开内容的某些方面的第二电化学气候控制系统，其对包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体进行处理，并且包括对氨(NH3)和氢(H2)进行处理的第一电化学装置和用作氢(H2)气的膨胀器的第二电化学装置。
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
提供示例实施方式以使得本公开内容将是透彻的并且将更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、装置以及方法的示例，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将明显的是，不需要采用特定细节，示例实施方式可以以许多不同的形式来体现并且示例实施方式也不应当被解释为限制本公开内容的范围。在一些示例实施方式中，未详细描述公知的处理、公知的装置结构以及公知的技术。
本文中使用的术语是仅用于描述特定的示例实施方式的目的并且不旨在是限制性的。如本文中所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”以及“该”也可以旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括性的，并且因此指定存在所述特征、元件、组成、步骤、整数、操作和/或部件，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求本文中所阐述的各种实施方式的非限制性术语，但是在某些方面，该术语可以替选地被理解为更具限制性和约束性的术语，例如“由......组成”或“基本上由......组成”。因此，对于叙述组分、材料、部件、元件、特征、整数、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、整数、操作和/或处理步骤构成的实施方式，或基本上由这样叙述的组分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或处理步骤构成的实施方式。在“由......组成”的情况下，替选实施方式排除任何附加的组分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或处理步骤，而在“基本上由......组成”的情况下，实质上影响基本且新颖的特性的任何附加的组分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或处理步骤被从这样的实施方式中排除，但是不会在实质上影响基本且新颖的特性的任何组分、材料、部件、元件、特征、整数、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次序，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次序执行。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”或者“接合至”、“连接至”或“耦合至”另一元件或层时，该部件、元件或层可以直接在其他部件、元件或层上或者直接接合至、连接至或耦合至其他部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，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，可以不存在中间元件或中间层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以同样的方式解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或更多个的任何及所有组合。
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。除非上下文清楚地指示，否则在本文中使用术语比如“第一”、“第二”和其他数字术语时不暗含次序或顺序。因此，在不脱离示例实施方式的教示的情况下，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。
在本文中可以使用空间或时间关系术语如“在......之前”、“在......之后”、“内部”、“外部”、“在......之下”、“在......下面”、“在......下方”、“在......上面”、“在......上方”等，以便易于描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中描绘的定向之外，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大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中，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)的所有数值应当被理解为在所有情况下都由术语“约”来修饰，而不论“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)。如果由“约”提供的不精确在本领域中无法被理解为该普通含义，则本文中所使用的“约”至少指示可能由测量和使用这样的参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包括以下变化：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％、可选地小于或等于1％、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。
现在将参照所附附图更全面地描述示例实施方式。
在各个方面，本公开内容提供一种气候控制系统例如制冷系统，该气候控制系统采用包括氨(NH3)和氢(H2)的二元工作流体组分以提供合并了电化学装置的无泵制冷系统。
图1示出了示例性的经简化的电化学气候控制系统20的示意图，电化学气候控制系统20例如是制冷系统，其对具有包括氨(NH3)和氢(H2)的组分的工作流体进行处理并使其循环。如将在下面更详细地描述的，在系统中的某些点处，工作流体还可以包括水(H2O)。如本文所使用的，术语“流体”涵盖液体、气体及其任何组合，包括蒸汽(例如，具有雾化液滴的气相)。如本文所使用的，术语气体或气相旨在涵盖蒸汽相和纯气相两者。根据本公开内容的某些方面，工作流体在整个系统20中可以具有基本恒定的压力，但是氨(NH3)和氢(H2)的混合物的分压在整个系统20中可以变化。例如，氨的分压通常分别对应于由制冷系统的蒸发温度和冷凝温度确定的蒸发饱和压力和冷凝饱和压力。氢的分压以如下方式进行自身重分布：系统不同部分的全压力相同，然而，这些分压取决于系统内部容积、氢电荷的量以及电化学气候控制系统20不同部分的温度。
一方面，选择工作流体中氢电荷的量使得在电化学气候控制系统20的操作蒸发温度和操作冷凝温度的要求范围内操作期间氢的分压保持为正。例如，在典型的空调系统中，大多数时候饱和冷凝温度在约100°F附近，但是可能会升高至约150°F。这对应氨的分压在大于或等于约212psia至小于或等于约434psia变化。同时，饱和蒸发温度通常约为45°F，这对应于氨的局部饱和压力为66磅/平方英寸绝对压力(psia)。因此，将电化学气候控制系统20内的工作流体中的氢电荷的量选择为足够高使得能够在系统20的一部分中产生至少368psia的分压，其中氨的分压较低以使得能够在系统20的各处达到全压力平衡。
根据本公开内容的某些方面，工作流体可以具有氨(NH3)的第一分压和氢(H2)的第二分压，当电势或电压被施加于电化学装置时，当工作流体通过电化学装置时，氨(NH3)的第一分压增大，氢(H2)的第二分压减小。例如，氨(NH3)和氢(H2)发生反应以在电化学装置的第一侧(负电极或阳极)上生成铵(NH4 +)和电子，如式1所示：
Figure BDA0002948843340000091
如上面说明的，在负电极侧，氨(NH3)的分压可能相对低，而氢(H2)的分压则相对高。电化学装置可以具有允许铵阳离子(NH4 +)传递至电化学装置的负电极侧或阴极侧的分隔器，在此发生式2所示的反应：
Figure BDA0002948843340000092
电子经由外部电路从负电极转移至正电极。在氨(NH3)从正电极侧退出时通过电化学电池之后，氨(NH3)的分压可能相对高，而当氢(H2)退出电化学电池时，氢(H2)的分压可能相对低。由此，氨(NH3)的分压当其通过电化学电池时增大，而氢(H2)的分压减小，而工作流体的总压力保持基本相同。在该电化学过程期间，氢和氨通过分隔膜46的转移速率之比由式(1)控制。转移速率是施加于膜的电流的函数，并且通常与氢和氨的分压无关。因为膜两侧的气体混合物的全压力彼此相等或接近，所以在膜上几乎没有由于压力差而引起的机械应力，这简化了电化学装置中的膜组件并减轻了对膜组件的机械强度的要求。
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，工作流体包括均处于气相的氨(NH3)和氢(H2)两者的组合。如上所述，在点30处，工作流体中氢(H2)的第一分压基本上大于氨(NH3)的第二分压。在某些变型中，氢(H2)的第一分压大于工作流体进入电化学装置40之前的总压力的约50％，可选地大于或等于工作流体进入电化学装置40时工作流体的总压力约60％、可选地大于或等于约66％、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％。相比之下，氨(NH3)的第二分压小于工作流体进入电化学装置40之前的总压力的约50％，可选地小于或等于工作流体进入电化学装置40时工作流体的总压力的约40％、可选地小于或等于约33％、可选地小于或等于约30％、可选地小于或等于约25％、可选地小于或等于约20％。接下来，工作流体进入具有负电极或阳极42、正电极或阴极44和分隔膜46的电化学装置40。
分隔膜46可以是电绝缘但是允许诸如铵阳离子(NH4 +)的离子从中穿过的多孔固体聚合物分隔膜(例如，离聚物)。可以向系统添加水(H2O)以改善分隔膜46的功能，例如改提高离子电导率。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细分的催化颗粒(例如铂颗粒)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)可以包括与端子或接线片48连接的相应集电器(在电化学装置40的简化描绘中未示出)。导电接线片48可以连接至外部电路50，当电压/电势被施加于电化学装置40时，电子可以通过该外部电路50流动。
当经由外部电源(未示出)向系统施加电压时，铵阳离子(NH4 +)和电子(e-)从阳极42向阴极44转移。铵阳离子(NH4 +)穿过分隔膜46到达阴极44。所生成的电子穿过外部电路50。铵阳离子(NH4 +)在电场的作用下通过分隔膜46行进至阴极44侧；而电子通过电力供应电路行进至阴极44。
以此方式，氨(NH3)的第二分压在电化学装置40中增大，而氢(H2)的第一分压减小。因此，在点32处，退出电化学装置40的工作流体包括均处于蒸汽相或气相的氨(NH3)和氢(H2)两者的组合。在某些变型中，在点32处，氨(NH3)的第二分压大于工作流体退出电化学装置40时工作流体的总压力的约50％，可选地大于或等于工作流体退出电化学装置40时工作流体的总压力的约60％、可选地大于或等于约66％、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％。相反，氢(H2)的第一分压小于工作流体退出电化学装置40时工作流体的总压力的约50％、可选地小于或等于约40％、可选地小于或等于约33％、可选地小于或等于约30％、可选地小于或等于约25％，并且在某些变型中，可选地小于或等于工作流体退出电化学装置40时工作流体的总压力的约20％。应当注意的是，在本文描述的这个或任何其他实施方案中，电化学装置40可以包括多个电化学电池(电化学电池每个均包括阳极、分隔膜和阴极)，并且因此，可以考虑电化学装置的堆叠或者考虑多个电化学装置。
接下来，工作流体进入用作水分离器52的第一分离器。如上所述，水可能存在于系统20中，包括在工作流体中以改善分隔膜46的功能。因此，当工作流体从电化学装置40流出时，它可以通过水分离器52，在水分离器52处，蒸汽相氨(NH3)和气相氢(H2)与水(H2O)分离。在从工作流体中除去水之后，分离出的水(H2O)然后循环回到电化学装置40以用于润湿分隔膜46。
在退出水分离器52之后，包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体接下来进入冷凝器54形式的第一热交换器。在冷凝器54中，氨(NH3)从蒸汽相转变为液相，而氢(H2)在退出冷凝器54时保持为气相。在冷凝器54中，工作流体被冷却并且使热量如由箭头所示从电化学气候控制系统20排出。冷凝器54可以位于可以排放热量的房间或空间中，例如室外。接下来，工作流体进入用作氨分离器56的第二分离器中。从而，在氨分离器56中，液相氨(NH3)与蒸汽相氢(H2)分离。因此，在此处工作流体被分成两个不同的流，点34处的包括液氨(NH3)的第一流以及点36处的包括气相氢(H2)的第二流。来自氨分离器56的氢由此被引导进入热交换器60并通过热交换器60与退出蒸发器58(或进入蒸发器)的含氨流相组合，从而它平衡了整个电化学气候控制系统20的全压力使其保持相同。应当注意的是，分离效率可能不是100％并且因此氢流(点36处所示的第二流)中可能存在少量氨，并且反之亦然，即，在主要包含氨的第一流中(点34处)可能存在少量氢。
接下来，第一流中的液氨(NH3)进入(例如通过重力馈送的方式)蒸发器58形式的另一热交换器。蒸发器58使第一流中的氨(NH3)在点38处从液态转变为蒸汽，其中吸热能量吸收的冷却效果由箭头示出。蒸发器58可以位于要通过电化学气候控制系统20冷却的房间或空间中，或者用于冷却流入希望冷却的房间或空间的空气。然后，蒸汽相氨(NH3)进入热交换器60。
热交换器60设置在蒸发器58的下游且电化学装置40的上游。热交换器60被配置成使工作流体到达电化学装置40的入口62。热交换器60可以是本领域已知的任何合适的类型。热交换器60还接收点36处的退出氨分离器56的包括气相氢(H2)的第二流。更具体地，在热交换器60中，存在源自第一侧72的氨分离器56的气相氢(H2)70与第二侧76的馈送流74之间的逆流或逆流热交换，馈送流74包括将进入电化学装置40的入口62的工作流体。第一侧72与第二侧76成热传递关系，使得热量可以从第一侧72(以冷却通过其的流)传递至第二侧76(以加热通过其的流)。在氢(H2)流70通过热交换器60之后，退出的至少一部分78被冷却并恰好在进入热交换器60之前与蒸汽氨(NH3)组合，从而形成馈送流74。因此，馈送流74在热交换器60中被加热并进入电化学装置40的入口，在该入口处，工作流体可以以上述方式再循环。应当注意的是，图1是电化学气候控制系统20的经简化的表示性描绘，并且因此省略了在这样的系统中使用的各种常规部件，包括各种控制器、温度计和压力计、流路选择阀和流路选择系统等。
在如上所述的各个方面中，电化学气候控制系统20可以在整个流体导管22的各处以相同的全压力操作，但是工作流体中的二元混合物的成分具有不同的分压，因此可以像常规的无泵吸收系统那样操作。然而，电化学气候控制系统20是由电化学压缩机而不是由热驱动，因此它展示了更高的效率。如本领域技术人员所认识到的，可以对图1中的系统中的循环和各种部件的功能进行修改以提供与冷却相反的效果，例如，将热量传递到期望热量进入的房间或封闭空间中，而不是将热量从该房间或封闭空间去除。
在图2中，示出了电化学气候控制系统100的另一变型，其对具有包括氨(NH3)和氢(H2)的组分的工作流体进行处理并使其循环。在系统中的某些点处，工作流体还可以包括水(H2O)。在某些方面，在这样的实施方式中的工作流体可以在整个系统100的不同点处具有不同的总压力。在一定程度上，部件与上面在图1中描述的部件类似，为了简洁起见，除非本文另有说明，否则将不重复它们的组成和操作的细节。电化学气候控制系统100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102，使得工作流体可以在如本文进一步讨论的回路中循环。在流体导管102中的点110处，工作流体包括分别处于蒸汽相和气相的氨(NH3)和氢(H2)的组合。与图1中的实施方式类似，在点110处，工作流体110中氢(H2)的第一分压可以基本上大于氨(NH3)的第二分压。在点110处，工作流体具有相对低的压力。接下来，工作流体进入具有负电极或阳极122、正电极或阴极124以及分隔膜126的电化学装置120。值得注意的是，在图2中未示出外部电路、集电器、端子、接线片和外部电源。电化学装置120，包括阳极122、阴极124和分隔膜126可以与以上在图1的上下文中描述的那些部件相同并且类似地操作。如前所述，可以向系统添加水(H2O)以改善例如分隔膜126的功能，并且系统100可以包括水分离器(图2中未示出)以在水退出电化学装置120时从工作流体中回收水，使得水再循环回到分隔膜126。
以此方式，在点112处，退出电化学装置120的工作流体具有较高总压力，并且包括处于蒸汽相的氨(NH3)和处于气相的氢(H2)两者的组合。此外，氨(NH3)的第二分压可以在电化学装置120中增大，而氢(H2)的第一分压减小。接下来，包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体进入冷凝器130。在冷凝器130中，氨(NH3)从蒸汽相转变为液相，而氢(H2)在退出冷凝器130时保持为气相。在冷凝器130中，工作流体被冷却并且使热量如由箭头所示从电化学气候控制系统100中排出。冷凝器130可以位于可以排放热量的房间或空间中，例如室外。接下来，工作流体进入用作氨分离器132的分离器中。从而，在氨分离器132中，液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离。因此，在该点处工作流体被分成两个不同的流，包括液氨(NH3)的第一流(由点114表示)和包括气相氢(H2)的第二流(由点116表示)。如以上所讨论的，分离效率可能不是100％并且因此在主要含氢的第二流116中可能存在少量氨，并且反之亦然，即，在含氨的第一流114中可能存在少量氢。
接下来，第一流114中的液氨(NH3)进入膨胀阀134。膨胀阀134使第一流114中的氨(NH3)膨胀以便将压力从液体制冷剂中去除，使得能够在蒸发器136中进行膨胀或者进行从液态到气态的状态变化。液氨(NH3)的冷却伴随着通过膨胀阀134之后的压力损失。与先前描述的实施方式形成对比，膨胀阀134的存在提供了在系统100中的不同点处具有不同的全压力或总压力的电化学气候控制系统。因此，这样的气候控制系统100中的压力与常规压缩机驱动的制冷系统中的压力类似。
接下来，液氨(NH3)进入蒸发器136以在点118处从液体向蒸汽转变，从而提供必要的制冷效果，如箭头所示。蒸发器136可以位于要通过电化学气候控制系统100冷却的房间或空间中，或者用于冷却流入希望冷却的房间或空间的空气。退出蒸发器136的蒸汽相氨(NH3)被引导至喷射器140的第一入口138。喷射器140设置在蒸发器136的下游且在电化学装置120的上游。在第二入口142中，喷射器140还接收退出氨分离器132的包括气相氢(H2)的第二流116。喷射器140被配置成组合并产生气相氢(H2)和蒸汽相氨(NH3)的加压流(例如，具有增大的或较高的压力)，该加压流在出口144处退出。作为通过喷射器140的结果，离开蒸发器136的蒸汽相氨(NH3)与气相氢(H2)一起被压缩以在点150处形成具有如下第一压力的加压流：所述第一压力高于退出蒸发器136的流在点118处的第二压力并且低于退出氨分离器132的氢流在点116处的第三压力。因此，蒸汽氨(NH3)和气相氢(H2)的混合物以比蒸发器136的压力高的压力离开喷射器140并进入电化学装置压缩机120，因此减少了压缩功。
在某些变型中，点150处的加压流具有如下第一压力：所述第一压力比退出蒸发器136的气相氨(NH3)在点118处的第二压力大至少10％。因此，退出喷射器140的出口144的工作流体是氨气(NH3)和氢(H2)的混合物，该工作流体以高于蒸发器136压力的压力进入电化学装置120，这减少了要由电化学装置120完成的压缩功的量，并且因此提高了系统性能，同时还降低了施加于膜126的压差。因此，如上所述，工作流体循环到电化学装置120。
在图3中，示出了电化学气候控制系统200的另一变型，其对具有包括氨(NH3)和氢(H2)的组分的工作流体进行处理并使其循环。如先前所讨论的，在系统200中的某些点处，例如在电化学电池中存在膜的地方，工作流体也可以包括水(H2O)。在一定程度上，部件与上面在图1和图2中描述的部件类似，为了简洁起见，除非本文另外指出，否则将不重复其操作的细节。像先前的实施方式一样，工作流体可以如在图2的上下文中所讨论的在整个系统200的不同点处具有基本上不同的压力。电化学气候控制系统200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202，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202中的点210处，工作流体包括分别处于蒸汽相和气相的氨(NH3)和氢(H2)的组合。如上所述并且在图2的上下文中，在点210处，工作流体中氢(H2)的第一分压可以基本上大于氨(NH3)第二分压。在点210处，工作流体具有相对低的压力。接下来，工作流体进入具有负电极或阳极222、正电极或阴极224和分隔膜226的第一电化学装置220。第一电化学装置220，包括阳极222、阴极224和分隔膜226可以与以上在图1的上下文中描述的那些部件相同并且像以上在图1的上下文中描述的那样操作。简单地说，当电势被施加于第一电化学装置220时，铵阳离子(NH4 +)和电子(e-)从阳极222向阴极224转移。铵阳离子(NH4 +)穿过分隔膜226到达阴极224。所生成的电子穿过外部电路228。在图3的简化版本中，未示出集电器、端子/接线片和外部电源。铵阳离子(NH4 +)在电场的作用下通过分隔膜226行进至阴极224侧；而电子通过电力供应电路从阳极222行进至阴极224。
如前所述，可以向系统添加水(H2O)以改善例如分隔膜226的功能，并且系统200可以包括水分离器229以在水退出第一电化学装置220时从工作流体中回收水，并且使得水再循环回到分隔膜226。
以此方式，在点212处，工作流体在退出电化学装置220时具有较高总压力，并且包括处于蒸汽相的氨(NH3)和处于气相的氢(H2)两者的组合。在某些变型中，氨(NH3)的第二分压在电化学装置220中增大，而氢(H2)的第一分压减小。因此，在点212处，退出第一电化学装置220的工作流体包括处于蒸汽相的氨(NH3)和处于气相的氢(H2)两者的组合。因此，电化学压缩机220接收包括氨(NH3)蒸汽和氢(H2)气的混合物的低压工作流体，并且在点212处将该混合物压缩至较高压力。
接下来，包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体进入冷凝器230。在冷凝器230中，氨(NH3)从蒸汽相转变为液相，而氢(H2)在退出冷凝器230时保持为气相。在冷凝器230中，工作流体被冷却并且使热量从如由箭头所示从电化学气候控制系统200中排出。冷凝器230可以位于可以排放热量的房间或空间中，例如室外。接下来，工作流体进入用作氨分离器232的分离器中。从而，在氨分离器232中，液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离。因此，在该点处工作流体被分成两个不同的流，包括液氨(NH3)的第一流(由点214表示)和包括气相氢(H2)的第二流(由点216表示)。如上所述，分离效率可能不是100％并且因此在主要含氢的第二流216中可能存在少量氨，并且反之亦然，即，在含氨的第一流214中可能存在少量氢。
接下来，第一流214中的液氨(NH3)进入膨胀阀234。膨胀阀234使第一流214中的氨(NH3)膨胀以便将压力从液体制冷剂中去除，使得能够在蒸发器236中进行膨胀或者进行从液态到气态的状态变化。液氨(NH3)的冷却伴随着通过膨胀阀234之后的压力损失。接下来，液氨(NH3)进入蒸发器236以在点218处从液体向蒸汽转变，从而提供必要的制冷效果，其中吸热能量吸收的冷却效果由箭头表示。蒸发器236可以位于要通过电化学气候控制系统200冷却的房间或空间中，或者用于冷却流入希望冷却的房间或空间的空气。退出蒸发器236的蒸汽相氨(NH3)被引导至入口导管238，入口导管238通向第一电化学装置220的阳极222的入口。在入口导管238中，蒸汽相氨(NH3)与气相氢(H2)融合，并且因此，虽然没有示出，但是可以存在用于选择流动路径以及使各个流混合/融合进入入口导管238的一个或更多个部件。
在氨分离器232中分离的在第二流216中的气相氢(H2)被朝向第二电化学装置250引导。第二电化学装置250用作电化学膜膨胀器，在第二电化学装置250处，在减压过程中生成电力/电。以此方式，在第二电化学装置250中的进行反应不同于在第一电化学装置220中进行的反应，这是因为在第二电化学装置250中仅处理氢。从而，第二流216进入具有负电极或阳极252、正电极或阴极254以及分隔膜256的第二电化学装置250。
简单地说，第二电化学装置250在质子(H+)和电子(e-)从阳极252向阴极254转移时生成电。质子(H+)穿过分隔膜256到达阴极254。所生成的电子穿过外部电路258。质子(H+)在电场的作用下通过分隔膜256行进至阴极254侧；而电子从阳极252行进至阴极254。在阴极254中，电子和质子复合形成氢。因此，进入阳极252的氢气的压力在其退出阴极254时经第二电化学装置250处理后降低。此外，在第二电化学装置250的外部电路258中生成的电可以在电导管260中被路由至第一电化学装置220。由第二电化学装置250产生的电力/电可以用于补充或替代由外部电源(未示出)提供的电。由此，电/电势生成电，使得电化学气候控制系统200的净功耗降低。离开第二电化学装置250(用作膨胀器)的氢气相在点270处具有较低的压力，然后该气相氢与入口导管238中从蒸发器236退出的气相氨混合，然后在入口导管238处进入第一电化学装置220。
在各个方面，本公开内容提供的合并了电化学装置的电化学气候控制系统可以提供无泵制冷(例如，没有泵、移动部件并且无油)，该电化学气候控制系统在使用氨作为制冷剂的同时将至少一个电化学装置用作提供高能量效率的电化学压缩机。因此消除了对电势腐蚀的担忧。该气候控制系统提供较高的操作和系统效率，并且在某些变型中可以具有恒定压力。因此，在这样的实施方案中，可以在电化学装置中的分隔膜上提供相同的全压力，从而转换成很小的机械应力或没有机械应力。
在某些方面，本公开内容还设想了操作上述电化学气候控制系统的方法。在一种变型中，该方法可以使包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体在具有流体地耦接各个部件的流体导管的电化学气候控制系统中循环。首先，工作流体进入蒸发器以使工作流体中的液氨(NH3)蒸发成蒸汽相氨(NH3)。工作流体被传递至设置在蒸发器下游的热交换器，在热交换器中，工作流体被加热并且然后进入电化学装置。电化学装置接收来自热交换器的包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体。在某些变型中，向电化学装置施加电势，使得在处理工作流体时，气相氨(NH3)的第一分压增大而气相氢(H2)的第二分压减小。在退出电化学装置之后，工作流体进入冷凝器，冷凝器冷却工作流体并且将工作流体中的氨(NH3)从蒸汽相转变为液相。然后，工作流体进入分离器，该分离器将工作流体中的液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离，使得分离出的液相氨(NH3)被引导至蒸发器并转变为蒸汽相氨(NH3)。液相氨(NH3)的蒸发提供了制冷效果。在退出蒸发器之后，蒸汽相氨(NH3)被馈送至热交换器，而退出分离器的气相氢(H2)被引导至热交换器。然后工作流体可以再循环回到电化学装置。
在另一变型中，该方法可以使包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体在具有流体地耦接各个部件的流体导管的电化学气候控制系统中循环。首先，工作流体进入蒸发器以使工作流体中的液氨(NH3)蒸发成蒸汽相氨(NH3)。这种蒸发提供了制冷效果。工作流体被传递至喷射器，喷射器将从蒸发器接收到的蒸汽相氨(NH3)和气相氢(H2)的不同流相组合并加压以形成加压气流。然后，包括具有增大的压力的氨(NH3)和氢(H2)的加压气流进入电化学装置。向电化学装置施加电势，使得在处理工作流体时，工作流体被压缩至较高压力。在某些方面，气相氨(NH3)的第一分压可以在通过电化学装置之后增大，而气相氢(H2)的第二分压可以在通过电化学装置之后减小。在退出电化学装置之后，工作流体进入冷凝器，冷凝器冷却工作流体并且将工作流体中的氨(NH3)从蒸汽相转变为液相。然后，工作流体进入分离器，分离器将工作流体中的液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离，使得分离出的液相氨(NH3)被引导至蒸发器并转变为气相氨(NH3)，而退出分离器的气相氢(H2)形成被馈送至喷射器的不同流。退出蒸发器的气相氨(NH3)同样地可以被馈送至喷射器。在退出喷射器之后，加压气流可以被再次馈送至电化学装置。因此，蒸汽相氨和气相氢的混合物离开喷射器并以比蒸发器压力高的压力进入电化学压缩机，因此减少了电化学装置压缩机中所需的压缩功。
在又一变型中，该方法可以使包括氨(NH3)和氢(H2)的工作流体在具有流体地耦接各个部件的流体导管的电化学气候控制系统中循环。首先，工作流体进入第一电化学装置。向第一电化学装置施加电势，使得在处理工作流体时，工作流体被压缩至较高压力。在某些方面，气相氨的第一分压(NH3)增大，而气相氢(H2)的第二分压减小。在退出电化学装置之后，工作流体进入冷凝器，冷凝器冷却工作流体并且将工作流体中的氨(NH3)从蒸汽相转变为液相。然后，工作流体进入分离器，该分离器将工作流体中的液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离，使得分离出的液相氨(NH3)被引导至蒸发器。在蒸发器中，液氨(NH3)被蒸发并转变为蒸汽相氨(NH3)以提供制冷效果。退出分离器的气相氢(H2)被引导至第二电化学装置。第二电化学装置像膨胀器一样作用减小从分离器接收到的气相氢(H2)的压力并进一步生成电势。然后，在第二电化学装置中生成的电势被传递至第一电化学装置。
已经出于说明和描述的目的，提供了对实施方式的上述描述。上述描述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用于所选择的实施方式中，即使没有具体示出或描述也是如此。特定实施方式的各个元件或特征可以以多种方式变化。这样的变型不被视为是脱离本公开内容，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：
工作流体，所述工作流体包括氨(NH3)和氢(H2)；
蒸发器，所述蒸发器将所述工作流体中的液氨(NH3)转变为蒸汽相；
热交换器，所述热交换器设置在所述蒸发器的下游且电化学装置的上游；
所述电化学装置，所述电化学装置接收来自所述热交换器的包括氨(NH3)和氢(H2)的所述工作流体，其中，当电势被施加于所述电化学装置时，当所述工作流体通过所述电化学装置时，所述电化学装置增大蒸汽相氨(NH3)的第一分压并且减小气相氢(H2)的第二分压；
冷凝器，所述冷凝器设置在所述电化学装置的下游，所述冷凝器冷却所述工作流体并且将所述工作流体中的氨(NH3)从蒸汽相转变为液相；
分离器，所述分离器设置在所述冷凝器的下游且所述蒸发器和所述热交换器的上游，所述分离器被配置成将液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离，使得分离出的液相氨(NH3)被引导至所述蒸发器并转变为被馈送至所述热交换器的蒸汽相氨(NH3)，而退出所述分离器的气相氢(H2)被引导至所述热交换器；以及
流体导管，所述流体导管用于使所述工作流体循环并且在所述蒸发器、所述热交换器、所述电化学装置、所述冷凝器和所述分离器之间建立流体连通，并且所述工作流体循环通过所述流体导管。
2.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述分离器是第一分离器，并且所述气候控制系统还包括设置在所述电化学装置与所述冷凝器之间的第二分离器，其中，所述工作流体还包括水(H2O)，并且所述第二分离器被配置成将所述工作流体中的水(H2O)与氨(NH3)和氢(H2)在退出所述电化学装置之后分离，其中，分离出的水(H2O)循环回到所述电化学装置。
3.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述热交换器是逆流热交换器，所述逆流热交换器的第一侧与第二侧成热传递关系，其中，所述第一侧被配置成接收退出所述分离器的气相氢(H2)，并且所述第二侧被配置成接收待被引导至所述电化学装置的所述工作流体的馈送流，其中，所述馈送流包括退出所述蒸发器的蒸汽相氨(NH3)，其中，所述热交换器被配置成从所述第一侧向所述第二侧传递热量以冷却所述气相氢(H2)并且加热所述馈送流。
4.根据权利要求3所述的气候控制系统，其中，在所述气相氢(H2)作为经冷却的气相氢(H2)退出所述热交换器的所述第一侧之后，所述经冷却的气相氢(H2)的至少一部分在进入所述热交换器的所述第二侧之前被引入到所述馈送流中。
5.根据权利要求1所述的气候控制系统，所述气候控制系统没有任何机械泵或移动部件。
6.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、负电极以及允许铵(NH4 +)离子穿过其而迁移的分隔膜。
7.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蒸汽相氨(NH3)的所述第一分压小于或等于所述工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的所述第二分压大于或等于所述工作流体的总工作压力的约50％，并且退出所述电化学装置的气相氨(NH3)的所述第一分压大于或等于所述工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的所述第二分压小于或等于所述工作流体的总工作压力的约50％。
8.一种气候控制系统，包括：
工作流体，所述工作流体包括氨(NH3)和氢(H2)；
蒸发器，所述蒸发器将所述工作流体中的液相氨(NH3)转变为蒸汽相；
喷射器，所述喷射器被配置成组合并产生包括从所述蒸发器接收到的蒸汽相氨(NH3)和气相氢(H2)的不同流的工作流体的加压流；
电化学装置，所述电化学装置接收来自所述喷射器的工作流体的加压流，以当电势被施加于所述电化学装置时、当所述工作流体通过所述电化学装置时进一步增大所述工作流体的压力；
冷凝器，所述冷凝器设置在所述电化学装置的下游，所述冷凝器冷却所述工作流体并且将所述工作流体中的蒸汽相氨(NH3)转变为液相；
分离器，所述分离器设置在所述冷凝器的下游且所述蒸发器和所述喷射器的上游，所述分离器被配置成将液相氨(NH3)与气相氢(H2)分离，使得分离出的液相氨(NH3)被引导至所述蒸发器并转变为被馈送至所述喷射器的蒸汽相氨(NH3)，而分离出的气相氢(H2)形成被馈送至所述喷射器的所述不同流；以及
流体导管，所述流体导管用于使所述工作流体循环并且在所述蒸发器、所述喷射器、所述电化学装置、所述冷凝器和所述分离器之间建立流体连通。
9.根据权利要求8所述的气候控制系统，其中，所述分离器是第一分离器，并且所述气候控制系统还包括设置在所述电化学装置与所述冷凝器之间的第二分离器，其中，所述工作流体还包括水(H2O)，并且所述第二分离器被配置成将所述工作流体中的水(H2O)与氨(NH3)和氢(H2)在退出所述电化学装置之后分离，其中，分离出的水(H2O)循环回到所述电化学装置。
10.根据权利要求8所述的气候控制系统，其中，所述喷射器具有接收来自所述蒸发器的蒸汽相氨(NH3)的第一入口和接收气相氢(H2)的第二入口，并且所述加压流的压力比来自所述蒸发器的蒸汽相氨(NH3)的第一压力大至少10％。
11.根据权利要求8所述的气候控制系统，其中，当电势被施加于所述电化学装置时，当所述工作流体通过所述电化学装置时，所述电化学装置增大蒸汽相氨(NH3)的第一分压并且减小气相氢(H2)的第二分压。
12.根据权利要求11所述的气候控制系统，其中，进入所述电化学装置的蒸汽相氨(NH3)的所述第一分压小于或等于所述工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的所述第二分压大于或等于所述工作流体的总工作压力的约50％，并且退出所述电化学装置的蒸汽相氨(NH3)的所述第一分压大于或等于所述工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的所述第二分压小于或等于所述工作流体的总工作压力的约50％。
13.根据权利要求8所述的气候控制系统，所述气候控制系统没有任何机械泵或移动部件。
14.根据权利要求8所述的气候控制系统，其中，所述电化学装置包括正电极、负电极以及允许铵(NH4 +)离子穿过其而迁移的分隔膜。
15.一种气候控制系统，包括：
工作流体，所述工作流体包括氨(NH3)和氢(H2)；
蒸发器，所述蒸发器将所述工作流体中的液氨(NH3)转变为蒸汽相；
第一电化学装置，所述第一电化学装置接收来自所述蒸发器的包括蒸汽相氨(NH3)和气相氢(H2)的所述工作流体，其中，当电势被施加于所述第一电化学装置时，所述第一电化学装置增大通过所述第一电化学装置的所述工作流体的压力；
冷凝器，所述冷凝器设置在所述第一电化学装置的下游，所述冷凝器冷却所述工作流体并且将所述工作流体中的氨(NH3)从气相转变为液相；
分离器，所述分离器设置在所述冷凝器的下游，所述分离器被配置成将液氨(NH3)与气相氢(H2)分离，使得分离出的液相氨(NH3)被引导至所述蒸发器并转变为被馈送至所述第一电化学装置的蒸汽相氨(NH3)，而分离出的气相氢(H2)被引导至第二电化学装置；
所述第二电化学装置，所述第二电化学装置被配置成接收并减小来自所述分离器的气相氢(H2)的压力、并且生成被传递至所述第一电化学装置的电力；以及
流体导管，所述流体导管用于使所述工作流体循环并且在所述蒸发器、所述第一电化学装置、所述冷凝器、所述分离器和所述第二电化学装置之间建立流体连通。
16.根据权利要求15所述的气候控制系统，其中，所述分离器是第一分离器，并且所述气候控制系统还包括设置在所述第一电化学装置与所述冷凝器之间的第二分离器，其中，所述工作流体还包括水(H2O)，并且所述第二分离器被配置成将所述工作流体中的水(H2O)与氨(NH3)和氢(H2)在退出所述第一电化学装置之后分离，其中，分离出的水(H2O)循环回到所述第一电化学装置。
17.根据权利要求15所述的气候控制系统，所述气候控制系统没有任何机械泵或移动部件。
18.根据权利要求15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、允许铵(NH4 +)离子穿过其而迁移的第一分隔膜，并且所述第二电化学装置包括第二正电极、第二负电极以及允许质子(H+)穿过其而迁移的第二分隔膜。
19.根据权利要求15所述的气候控制系统，其中，当电势被施加于所述第一电化学装置时，当所述工作流体通过所述第一电化学装置时，所述第一电化学装置增大蒸汽相氨(NH3)的第一分压并且减小气相氢(H2)的第二分压。
20.根据权利要求19所述的气候控制系统，其中，进入所述第一电化学装置的蒸汽相氨(NH3)的所述第一分压小于或等于所述工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的所述第二分压大于或等于所述工作流体的总工作压力的约50％，并且退出所述第一电化学装置的蒸汽相氨(NH3)的所述第一分压大于或等于所述工作流体的总压力的约50％且气相氢(H2)的所述第二分压小于或等于所述工作流体的总工作压力的约50％。
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