[發(fā)明專利]用于化學(xué)熱泵的材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680021946.3
• 申請(qǐng)日: 2016-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN107635658A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 格然·博林;烏爾麗卡·湯尼埃菲爾特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 克萊米特威爾上市有限公司
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/04;B01J20/32;F25B17/08
• 代理公司: 上海旭誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立,陳娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大致涉及一種改良材料，意在用于包含吸附過(guò)程的化學(xué)熱泵中。該材料包括片狀石墨烯和/或石墨烯氧化物。

背景技術(shù)

化學(xué)熱泵，尤其是根據(jù)吸附原理工作的化學(xué)熱泵，典型地包括至少一種鹽和至少一種揮發(fā)性液體。工作原理通常基于揮發(fā)性液體(例如包括水、醇類、氨和氫)從固體(例如鹽或氧化物)來(lái)回地可逆性吸附和解吸。揮發(fā)性液體的氣相吸附典型地為傳遞熱的放熱過(guò)程，而揮發(fā)性液體的氣相解吸典型地為吸熱的，需要能量輸入。特定的固/氣組合，即特定的至少一種鹽或氧化物和至少一種可揮發(fā)性液體決定了化學(xué)熱泵工作的溫度范圍。這種化學(xué)熱泵的工作循環(huán)典型地以具有間斷循環(huán)的不連續(xù)方式進(jìn)行。

一個(gè)系統(tǒng)典型地包括冷凝器/蒸發(fā)器和反應(yīng)器(吸附器/解吸器)，兩者均與周圍體系交換熱量。蒸汽和/或揮發(fā)性液體的氣相能夠在反應(yīng)器(吸附器/解析器)和冷凝器/蒸發(fā)器兩者之間流動(dòng)。

當(dāng)氣相中的揮發(fā)性液體(例如水或其他物質(zhì)(一種或多種))在活性物質(zhì)(典型地為鹽或氧化物)中被吸附時(shí)，活性物質(zhì)將首先仍保持在固相，然后當(dāng)更多揮發(fā)性液體被吸附時(shí)活性物質(zhì)逐步轉(zhuǎn)變成液相。當(dāng)活性物質(zhì)通過(guò)吸附揮發(fā)性液體變成液體的過(guò)程被稱為液化。

在一個(gè)其中鹽或氧化物為活性物質(zhì)且揮發(fā)性液體吸附進(jìn)入所述活性物質(zhì)的系統(tǒng)中，化學(xué)熱泵可以通過(guò)提供一種將活性物質(zhì)容納在其中的基質(zhì)來(lái)改進(jìn)。

在WO 2007/139476描述的化學(xué)熱泵中，描述了在反應(yīng)器部分中給活性物質(zhì)提供了一種基質(zhì)，以使在其固態(tài)和其液態(tài)或其溶液相的活性物質(zhì)被基質(zhì)容納或攜載或被結(jié)合至基質(zhì)。基質(zhì)有利地為惰性材料例如氧化鋁且具有孔，孔能透過(guò)揮發(fā)性液體且活性物質(zhì)位于其中。尤其地，可以使用的材料具有一個(gè)或多個(gè)表面，液態(tài)活性物質(zhì)可以結(jié)合在表面上。

通過(guò)使用容納活性物質(zhì)的基質(zhì)，可以獲得很多不同的益處。

基質(zhì)不參與揮發(fā)性液體的吸附過(guò)程；它起支持和容納活性物質(zhì)的作用。活性物質(zhì)吸附揮發(fā)性液體。活性物質(zhì)在不同的實(shí)施方式中被基質(zhì)通過(guò)不同的力容納，包括毛細(xì)作用力、范德華力等。

T.X.Li、R.Z.Wang、R.G.Oliveira、J.K.Kiplagat和L.W.Wang在制冷國(guó)際期刊32(2009)47-57中公開了性能系數(shù)(COP)可以被提高。它在簡(jiǎn)介中提及膨脹石墨可以用作添加劑以提高傳熱和傳質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)部分，它提到反應(yīng)器為金屬鹽和膨脹石墨的復(fù)合化合物。膨脹石墨據(jù)說(shuō)是增大了傳熱和傳質(zhì)。不同反應(yīng)器中的高溫度鹽和低溫度鹽均包含在兩個(gè)不同相過(guò)程中接收和吸附熱量。

膨脹石墨可以通過(guò)在酸浴如鉻酸然后濃硫酸中浸漬自然的片狀石墨來(lái)制備，這迫使晶格面分離，由此使石墨膨脹。

WO 2012/118437公開了一種顆粒，包括鹽和/或CaO的內(nèi)部和具有疏水性納米粒子的外部涂層。也公開了上述納米粒子可以包括疏水性修飾的SiO₂粒子和碳材料。碳材料的例子包括石墨和石墨烯，且提及碳材料可以提高熱傳導(dǎo)。涂層始終包括疏水性納米粒子。

盡管這些用疏水性納米粒子涂覆的顆粒是有希望的，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看存在的問(wèn)題是機(jī)械穩(wěn)定性，且納米粒子涂層會(huì)產(chǎn)生灰塵。另外，外涂層中的疏水性納米粒子具有不希望的絕緣效果。對(duì)長(zhǎng)期性能而言，機(jī)械強(qiáng)度可以提高。

盡管如上文(如WO 2007/139476中)描述的具有基質(zhì)的化學(xué)熱泵非常有用，且如今已經(jīng)成功應(yīng)用，但是仍有提升空間。例如從活性物質(zhì)來(lái)回傳熱可以進(jìn)一步改良，也考慮到WO 2012/118437中描述的用納米粒子涂覆的活性物質(zhì)。基質(zhì)容納液化鹽的能力可以提高以防止活性物質(zhì)從基質(zhì)漏出。另外，基質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度始終希望得到提高。也期望提高功率密度、冷卻功率和性能系數(shù)(COP)。

在更具體的層面上，在包含吸附過(guò)程的化學(xué)熱泵中，如何進(jìn)一步提高從活性物質(zhì)的來(lái)回傳熱是一個(gè)問(wèn)題。

化學(xué)熱泵中不希望的效果是活性物質(zhì)的遷移，所述活性物質(zhì)的遷移在包含容納活性物質(zhì)的基質(zhì)的熱泵中典型地發(fā)生。存在例如熱誘發(fā)的遷移，其中活性物質(zhì)(例如鹽)集中于溫度較高的部分，因?yàn)槿芤合嘀械幕钚晕镔|(zhì)的毛細(xì)傳輸朝向這些部分。相似的效果為重力誘發(fā)的遷移。也存在氣相攜載的活性物質(zhì)的遷移。尤其地，如果氣體的速度很高，包含活性物質(zhì)的小液滴可以跟隨氣體流流動(dòng)并污染化學(xué)熱泵部分。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是消除現(xiàn)有技術(shù)中的至少一些缺點(diǎn)，為化學(xué)熱泵提供一種改進(jìn)的基質(zhì)。