用于化学热泵的材料制造技术

在包含吸附过程的化学热泵和容纳活性物质的基质中，至少所述活性物质是在包括石墨烯和/或石墨烯氧化物的材料中。所述材料被设计以利用某些盐中的较大能量且使从稀释溶液至固态晶体的整个范围可用。传递至活性物质和从活性物质传递的热量得到提高，基质容纳液态活性物质的能力得到提高，基质的机械强度得到提高，动力和能量可以根据具体应用中的需求更好地变化，系统压力变得更灵活。

Materials used for chemical heat pumps

At least the active substances are in graphene and / or graphene oxide materials in the matrix of the chemical heat pump and the active material containing the adsorption process. The material is designed to take advantage of the larger energy in some salts and make it available from the dilution solution to the whole range of the solid crystal. Transfer to the active material and heat transfer from the active material is improved and the capacity of matrix containing liquid active material to improve the mechanical strength of the matrix is improved, power and energy according to specific application needs better change, the system pressure becomes more flexible.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学热泵的材料
本专利技术大致涉及一种改良材料，意在用于包含吸附过程的化学热泵中。该材料包括片状石墨烯和/或石墨烯氧化物。
技术介绍
化学热泵，尤其是根据吸附原理工作的化学热泵，典型地包括至少一种盐和至少一种挥发性液体。工作原理通常基于挥发性液体(例如包括水、醇类、氨和氢)从固体(例如盐或氧化物)来回地可逆性吸附和解吸。挥发性液体的气相吸附典型地为传递热的放热过程，而挥发性液体的气相解吸典型地为吸热的，需要能量输入。特定的固/气组合，即特定的至少一种盐或氧化物和至少一种可挥发性液体决定了化学热泵工作的温度范围。这种化学热泵的工作循环典型地以具有间断循环的不连续方式进行。一个系统典型地包括冷凝器/蒸发器和反应器(吸附器/解吸器)，两者均与周围体系交换热量。蒸汽和/或挥发性液体的气相能够在反应器(吸附器/解析器)和冷凝器/蒸发器两者之间流动。当气相中的挥发性液体(例如水或其他物质(一种或多种))在活性物质(典型地为盐或氧化物)中被吸附时，活性物质将首先仍保持在固相，然后当更多挥发性液体被吸附时活性物质逐步转变成液相。当活性物质通过吸附挥发性液体变成液体的过程被称为液化。在一个其中盐或氧化物为活性物质且挥发性液体吸附进入所述活性物质的系统中，化学热泵可以通过提供一种将活性物质容纳在其中的基质来改进。在WO2007/139476描述的化学热泵中，描述了在反应器部分中给活性物质提供了一种基质，以使在其固态和其液态或其溶液相的活性物质被基质容纳或携载或被结合至基质。基质有利地为惰性材料例如氧化铝且具有孔，孔能透过挥发性液体且活性物质位于其中。尤其地，可以使用的材料具有一个或多个表面，液态活性物质可以结合在表面上。通过使用容纳活性物质的基质，可以获得很多不同的益处。基质不参与挥发性液体的吸附过程；它起支持和容纳活性物质的作用。活性物质吸附挥发性液体。活性物质在不同的实施方式中被基质通过不同的力容纳，包括毛细作用力、范德华力等。T.X.Li、R.Z.Wang、R.G.Oliveira、J.K.Kiplagat和L.W.Wang在制冷国际期刊32(2009)47-57中公开了性能系数(COP)可以被提高。它在简介中提及膨胀石墨可以用作添加剂以提高传热和传质。在实验部分，它提到反应器为金属盐和膨胀石墨的复合化合物。膨胀石墨据说是增大了传热和传质。不同反应器中的高温度盐和低温度盐均包含在两个不同相过程中接收和吸附热量。膨胀石墨可以通过在酸浴如铬酸然后浓硫酸中浸渍自然的片状石墨来制备，这迫使晶格面分离，由此使石墨膨胀。WO2012/118437公开了一种颗粒，包括盐和/或CaO的内部和具有疏水性纳米粒子的外部涂层。也公开了上述纳米粒子可以包括疏水性修饰的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热传导。涂层始终包括疏水性纳米粒子。尽管这些用疏水性纳米粒子涂覆的颗粒是有希望的，但是从长远来看存在的问题是机械稳定性，且纳米粒子涂层会产生灰尘。另外，外涂层中的疏水性纳米粒子具有不希望的绝缘效果。对长期性能而言，机械强度可以提高。尽管如上文(如WO2007/139476中)描述的具有基质的化学热泵非常有用，且如今已经成功应用，但是仍有提升空间。例如从活性物质来回传热可以进一步改良，也考虑到WO2012/118437中描述的用纳米粒子涂覆的活性物质。基质容纳液化盐的能力可以提高以防止活性物质从基质漏出。另外，基质的机械强度始终希望得到提高。也期望提高功率密度、冷却功率和性能系数(COP)。在更具体的层面上，在包含吸附过程的化学热泵中，如何进一步提高从活性物质的来回传热是一个问题。化学热泵中不希望的效果是活性物质的迁移，所述活性物质的迁移在包含容纳活性物质的基质的热泵中典型地发生。存在例如热诱发的迁移，其中活性物质(例如盐)集中于温度较高的部分，因为溶液相中的活性物质的毛细传输朝向这些部分。相似的效果为重力诱发的迁移。也存在气相携载的活性物质的迁移。尤其地，如果气体的速度很高，包含活性物质的小液滴可以跟随气体流流动并污染化学热泵部分。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是消除现有技术中的至少一些缺点，为化学热泵提供一种改进的基质。第一方面中，提供了一种用于化学热泵的材料，该材料包括活性物质，并允许气相的挥发性液体被传递至活性物质的至少一部分和气相的挥发性液体从活性物质的至少一部分传递，其中材料的至少一部分与环境热接触，其中材料包括选自由石墨烯和石墨烯氧化物组成的组中至少一种的片，其中每个单独的片具有100-10000nm范围内的横向尺寸和0.34至5nm范围内的厚度。在第二方面，提供了一种化学热泵，所述化学热泵包括：反应器部分，蒸发器/冷凝器部分，和通道，通道使反应器部分和蒸发器/冷凝器部分相互连接，以允许反应器部分和蒸发器/冷凝器部分之间的气体交换，挥发性液体，该挥发性液体位于反应器部分、蒸发器/冷凝器部分和通道中，以及至少一种活性物质，该至少一种活性物质至少在反应器部分中，其中挥发性液体适于在第一温度被活性物质吸附，在第二较高温度被活性物质解吸，其中上文描述的材料至少在反应器部分中，所述材料容纳固相和与挥发性液体一起的液体溶液两种状态的活性物质。在第三方面中，提供了一种化学热泵，所述化学热泵包括：第一储料室和第二储料室，所述第一储料室和所述第二储料室适于储存上文描述的材料，至少一个反应室，该至少一个反应室适于传递热至材料和从材料传递热，所述至少一个反应室适于在向材料传热的过程中接收从材料释放的挥发性液体，并且所述至少一个反应器适于在从材料传热的过程中分配挥发性液体，运输装置，该运输装置适于将材料从第一储料室运输至至少一个反应室，从至少一个反应室至第二储料室，从第二储料室至至少一个反应室，从至少一个反应室至第一储料室。在第四方面中，提供了制备上文所描述的材料的方法，所述方法包括：提供活性物质；用选自由石墨烯和石墨烯氧化物组成的组中的至少一种的片涂覆所述活性物质。其他方面和实施方式限定于所附的权利要求中。一个益处是化学热泵的活性物质的来回热传递得到提高。石墨烯和/或石墨烯氧化物与活性物质的直接接触极大地提高了热传导。另一个益处是机械强度得到提高。还有一个益处是各种类型的迁移被减少或甚至消除。例如，热诱发的迁移被降低，因为石墨烯和/或石墨烯氧化物改进的热传导。重力迁移被降低因为小室容纳液体且基本上防止液体传递到每个小室外面。附图说明本专利技术现将通过实施例结合附图的方式描述，其中图1示出了组成所述材料的材料(小室)的基本设计。上：一块形状为球形的活性物质，具有重叠片的涂层，中：一块包含片的活性物质，下：一块包含片且具有重叠片涂层的活性物质。为了更好的清晰度，小室中的材料没有按比例绘制，石墨烯和/或石墨烯氧化物的片也没有按比例绘制。图2示出了一个实施方式，其中材料为包括活性物质的球形小室形式，其中小室在两个表面之间。小室处于相互接接触且与两个表面接触的热传导中。图3示出了制备材料(小室)方法的实施方式。该图示出了可以成为材料一部分的单个小室的制备。在上部图片中，提供了一块活性物质，在中部图片中，应用了片，在底部图片中示出了完整的小室，其具有包括重叠片的小室壁。为了更好的清晰度，小室中的材料没有按比例绘制，石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于化学热泵中的材料，所述材料包括活性物质，并允许气相的挥发性液体被传递至所述活性物质的至少一部分和所述气相的挥发性液体从所述活性物质的至少一部分传递，其中所述材料的至少一部分与环境热接触，其特征在于，所述材料包括选自由石墨烯和石墨烯氧化物组成的组中至少一种的片，其中每个单独的片具有100‑10000nm范围内的横向尺寸和0.34至5nm范围内的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.16 SE 1550456-61.一种用于化学热泵中的材料，所述材料包括活性物质，并允许气相的挥发性液体被传递至所述活性物质的至少一部分和所述气相的挥发性液体从所述活性物质的至少一部分传递，其中所述材料的至少一部分与环境热接触，其特征在于，所述材料包括选自由石墨烯和石墨烯氧化物组成的组中至少一种的片，其中每个单独的片具有100-10000nm范围内的横向尺寸和0.34至5nm范围内的厚度。2.根据权利要求1所述的材料，其中所述材料包括多个包围所述活性物质的小室，其中每个所述小室具有至少一个小室壁，其中所述小室壁的一个面朝向所述活性物质，其中所述小室壁包括多个至少部分地重叠的片。3.根据权利要求2所述的材料，其中所述片仅在所述小室壁中。4.根据权利要求2所述的材料，其中所述片既在所述小室壁中也和包围的活性物质一起包围于所述小室中。5.根据权利要求2-4中任一权利要求所述的材料，其中所述材料中的小室既包括所述活性物质也包括基质材料。6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的材料，其中至少一种所述活性物质为选自由盐和氧化物组成的组中的至少一种。7.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的材料，其中所述活性物质为选自由盐和CaO组成的组中的至少一种。8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的材料，其中所述活性物质为选自由锂、镁、钙、锶、钡、钴、镍、铁、锌、锰、钾和铝的氯化物、氯酸盐、高氯酸盐、溴化物、碘化物、碳酸盐和硝酸盐，以及锂、钠和钾的硫化物和氢氧化物组成的组中的至少一种。9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的材料，其中所述活性物质选自由Na2S、LiBr、LiCl、CaCl2和CaBr2组成的组。10.根据权利要求5所述的材料，其中所述基质包括纤维。11.根据权利要求1-10中任一权利要求所述的材料，其中所述材料包括陶瓷材料。12.根据权利要求2所述的材料，其中所述小室组成蜂窝状结构。13.根据权利要求2所述的材料，其中所述小室组成绳状结构。14.根据权利要求2所述的材料，其中所述小室组成螺旋状结构。15.根据权利要求2所述的材料，其中所述小室包括至少一个贯穿至少两个独立小室的细长导电芯。16.根据权利要求2所述的材料，其中所述小室为任意结构。17.根据权利要求2所述的材料，其中所述小室基本上为球形。18.根据权利要求2所述的材料，其中所述材料中单个小室的尺寸在从0.5mm至10mm范围内。19.根据权利要求2所述的材料，其中所述小室壁包含石墨。20.根据权利要求1-19中任一权利要求所述的材料，其中所述材料以被包含疏水性纳米粒子的外涂层包围的片状存在，其中所述疏水性纳米粒子具有从1至50μm的平均尺寸。21.根据权利要求20所述的材料，其中所述疏水性纳米粒子包括SiO2，且被共价连接的疏水性化合物修饰。22.一种化学热泵，所述化学热泵包括：反应器部分；蒸发器/冷凝器部分，和通道，所述通道使所述反应器部分和所述蒸发器/冷凝器部分相互连接，以允许所述反应器部分和所述蒸发器/冷凝器部分之间的气体交换，挥发性液体，所述挥发性液体位于所述反应器部分、所述蒸发器/冷凝器部分和所述通道中；以及至少一种活性物质，所述至少一种活性物质至少在所述反应器部分中，其中所述挥发性液体适于在第一温度被所述活性物质吸附，...

【专利技术属性】
技术研发人员：格然·博林，乌尔丽卡·汤尼埃菲尔特，
申请(专利权)人：克莱米特威尔上市有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE