BRPI0611605A2 - soluções lìquidas nanoiÈnicas - Google Patents

Abstract

SOLUçõES LìQUIDAS NANOIÈNICAS. A presente invenção refere-se a um fluído de operação de conversão de energia térmica de alta eficiência baseado em grande parte em soluções liquidas lónicas híbridas, e sua aplicação dentro do dispositivo de conversão de energia térmica, é descrito. Usando-se o líquido iónico preferido e gás diáxido de carbono com fluidos absorvedores parcialmente miscíveis, incluindo os líquidos iónicos preferidos como o fluido de operação no sistema. O dispositivo de conversão térmica transforma energia térmica, incluindo baixa qualidade, em aquecimento, arrefecimento, energia mecânica, ou eletricidade, O uso estratégico de trocadores de calor, preferivelmente trocadores de calor de microcanal compreendidos de energias de nanoescala, pode adicionalmente aumentar a eficiência e desempenho do sistema.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SOLUÇÕESLÍQUIDAS NANOIÔNICAS".

DESCRIÇÃO

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

Este pedido é uma continuação em parte do Pedido de Patentedos Estados Unidos N0 de Série 60/593.485, depositado em 18 de janeiro de2005, tendo o título "Bomba de Calor de Absorção de Alta Eficiência e Méto-dos de Uso", e incluído como referência somente sem reivindicações de pri-oridade.

Campo da Invenção

A invenção é dirigida geralmente a misturas sinergísticas de lí-quidos iônicos e uma faixa de aditivos, incluindo electrides, alcalides, e partí-culas modificadas de superfície de nanoescala para aplicações incluindoconversão e transmissão de energia.

Descrição da Técnica Relacionada

A presente invenção refere-se a bombas de calor que são bem-conhecidas na técnica. Uma bomba de calor é simplesmente um dispositivopara distribuição de calor ou arrefecimento a um sistema, pelo que um refri-gerador é um dispositivo para remoção de calor a partir de um sistema. Des-se modo, um refrigerador pode ser considerado um tipo de bomba de calor.Através de todo o pedido, a invenção será referida como um dispositivo detransformação de energia térmica, daqui por diante referido como "TED",com a compreensão que a designação de refrigerador, condicionador de ar,compressor, aquecedor de água, tri-geração, e co-geração, podem ser subs-tituídos sem mudança da operação do dispositivo, especificamente TEDsque utilizam fluidos supercrítica e transcrítica.

A emissão de termiônicos e célula termovoltáica são bem-conhecidas na técnica. Uma emissão de termiônicos ou célula termovoltáicaé simplesmente um dispositivo sem partes em movimento para transforma-ção de calor em eletricidade. Através de todo o pedido, a invenção será refe-rida como uma célula com a compreensão que a designação de qualquerdispositivo que envolve acoplamento de fônon em elétron pode ser substituí-da sem mudança da operação do dispositivo.

Nas bombas térmicas de absorção, um absorvente, tal comoágua, absorve o refrigerante, tipicamente amônia, gerando, desse modo,calor. Quando a solução combinada é pressurizada e aquecida adicional-mente, o refrigerante é expelido. Quando o refrigerante é pré-arrefecido eexpandido a uma baixa pressão, ele proporciona arrefecimento. O refrigeran-te de baixa pressão é, em seguida, combinado com a solução exaurida debaixa pressão para completar o ciclo.

Muitas bombas térmicas de absorção/refrigeradores atuais fa-zem uso de, ou um par de água-amônia, ou um par de águá-brometo de lítio.Estes dois pares de absorção sofrem de certos problemas. O par água-amônia eleva os problemas de segurança em vista da toxicidade e inflamabi-lidade da amônia, e o LiBr é corrosivo e propenso a muita falha devido à o-peração de baixa pressão, isto é, pequenos vazamentos criam contamina-ção. Além disso, a tendência de cristalizar pode ser um problema de entupi-mento. A operação em pressões muito baixas é freqüentemente impossíveldevido ao congelamento de água. Outros processos de absorção foram pro-postos, mas todos envolvem fluidos de operação que são tóxicos, inflamá-veis, e exaurem ozônio, ou têm efeitos de estufa atmosféricos altos.

A Patente dos Estados Unidos N0 6.374.630, intitulada "Bombatérmica de absorção de dióxido de carbono" por Jones, é um ciclo de absor-ção tradicional que utiliza dióxido de carbono supercrítico. Esta patente nãoantecipa um absorvedor tendo, ou uma pressão de vapor muito baixa, umponto de ebulição menor do que 50 graus C, nem qualquer meio para alcan-çar um coeficiente de desempenho melhor do que 0,70. Esta patente adicio-nalmente não antecipa qualquer meio não-térmico para reduzir a desabsor-ção de temperatura, nem a extração de energia de expansão.

O Pedido de Patente dos Estados Unidos N0 20030182946,Sami et al., intitulado, "Método e aparelho para usar campos magnéticos pa-ra aumentar o desempenho da bomba térmica e do equipamento de refrige-ração", utiliza um campo magnético que é operável para romper forças in-termoleculares e enfraquecer a atração íntermolecular para aumentar a ex-pansão do fluido de operação para a fase de vapor. A energia de campomagnético verificou-se alterar a polaridade de moléculas de refrigerante, eromper as forças de dispersão intermoleculares de Van der Waals entre mo-léculas de refrigerante, embora não antecipe a utilização de um campo mag-nético para reduzir energia de desabsorção).

A Patente dos Estados Unidos N0 6.434.955, intitulada "Resfri-ador de eletro-adsorção: um ciclo de arrefecimento minituarizado com apli-cações de microeletrônicos em condicionamento de ar convencional" por Nget al., apresenta a combinação de dispositivos de absorção e arrefecimentotermoelétrico. Os processos físicos dominantes são principalmente superfí-cie, preferivelmente do que efeitos de massa, ou envolvem elétron, preferi-velmente do que fluxo de fluido. Esta patente não antecipa um processo deabsorção contínua, mas preferivelmente a transferência de energia térmicade um processo de desabsorção de batelada na batelada seqüencialmenteprocessada para desabsorção subseqüente.

O Pedido de Patente dos Estados Unidos N0 20030221438, inti-tulado "Processos de absorção eficiente de energia e sistemas" por Rane,Milind V., et al., antecipa módulos de adsorção com passagens de transfe-rência de calor em contato térmico com a parede de módulo de adsorção etubos de calor alteráveis, o módulo de adsorção desta invenção conduzindoa tempos de ciclo inferior mais baixos do que 5 minutos, processos de rege-neração de estágio múltiplo, para regeneração de dessecante líquido usandodiscos de contato rotativos. Esta patente não antecipa, nem um processocontínuo, nem um processo de absorção.

O Pedido de Patente dos Estados Unidos N0 20020078696, inti-tulado "Bomba de calor híbrida", e Patente dos Estados Unidos N06.539.728, intitulada "Bomba de calor híbrida", ambos por Korin, é um siste-ma de bomba de calor híbrida que inclui (i) um permeador de membranatendo uma membrana permeseletiva capaz de remover seletivamente vaporde um gás contendo vapor para produzir um gás seco, (ii) uma bomba decalor tendo (a) um lado interno para troca de energia térmica com um fluidode processo, (b) um. lado externo para troca de energia térmica com um am-biente externo, e (c) um mecanismo termodinâmico para bombeio de energiatérmica entre o lado interno e o lado externo em qualquer direção. Korin dife-re significantemente pelo uso de membranas para ar pré-condicionado emconjunto com um sistema de condicionamento de ar de refrigeração, e nãorealiza qualquer separação de fase dentro do próprio refrigerante. Além dis-so, embora membranas tenham sido usadas em várias aplicações de sepa-ração, seu uso para sistemas de bomba de calor foram limitados. As Paten-tes dos Estados Unidos N°s. 4.152.901 e 5.873.260 propõem aperfeiçoaruma bomba de calor de absorção pelo uso de membrana semipermeável emembrana de per-vaporização respectivamente. A Patente dos Estados U-nidos N0 4.467.621 propõe aperfeiçoar refrigeração a vácuo pelo uso demembrana porosa de metal sinterizado, e a Patente dos Estados Unidos No.5946.931 descreve um aparelho evaporativo de arrefecimento usando umamembrana de PTFE microporosa. Estas patentes não antecipam o uso demembranas para separação de fase dentro do sistema de absorção, maspreferivelmente sistemas de adsorção.

A Patente dos Estados Unidos N0 4.152.901, por Munters, é ummétodo e aparelho para transferir energia em um sistema de aquecimento earrefecimento de absorção, onde o absorvente é separado do meio de ope-ração por difusão da mistura sob pressão através de uma membrana semi-permeável definindo uma zona de pressão relativamente alta e uma zona depressão relativamente baixa mais alta do que a pressão ambiente. Muntersnão antecipa operação supercrítica, visto que ele cita explicitamente que a"solução diluta de meio de operação é passada ao evaporador após serdespressurizado, enquanto a solução absorvente concentrada, após ser re-duzida à pressão ambiente, é passada na estação de absorção".

A Patente dos Estados Unidos N0 5.873.260, intitulada "Apare-lho de refrigeração e método" por Linhardt et al., utilize a pressão de soluçãode absorvente/refrigerante que é aumentada, e a solução pressurizada ésuprida a um separador de membrana de per-vaporização, que proporcionacomo uma corrente de entrada, um refrigerante rico em vapor, e como outracorrente de saída, um absorvente líquido concentrado. Linhardt et al. nãoantecipa fluidos supercríticos conforme explicitamente citado "a pressão daentrada de refrigerante substancialmente vaporizado para o absorvedor émenor do que 344,7 (50 psia) "e" a pressão da solução de absorven-te/refrigerante que entra no separador de membrana está dentro da faixa decerca de 1,7 a 2,7 Mpa (250 a 400 psia) "Linhardt nota adicionalmente que"Ciclos de refrigeração de absorção de membrana osmótica são também ca-pazes de alcançarem baixas temperaturas, e podem ter um COP mais altodo que sistemas de separação de calor de amônia/água, mas requerempressões muito altas, da ordem de 13,8 MPa (2.000 psia) ou mais, para for-çar o refrigerante através dos poros da membrana osmótica.É para ser nota-do que uma membrana de per-vaporização opera em um modo totalmentediferente dos processos de separação de membrana da técnica anterior u-sados em sistemas de bomba de refrigeração e de calor. Tais sistemas demembrana da técnica anterior contam com pressão osmótica para forçar orefrigerante através da membrana, separando, desse modo, o refrigerantede outros constituintes. Para o par de amônia-água, este requer convencio-nalmente pressões da ordem de grandeza de 13,8 a 27,6 MPa (2.000 a4.000 psia), e mais altas. Membranas osmóticas são poros que permitemque a amônia passe através da membrana. As membranas de per-vaporização não são porosas, mas passam constituintes através da mem-brana, dissolvendo o material selecionado na membrana. Isto permite umaforça de acionamento muito inferior, significantemente menor do que 2,7Mpa (400 psia), para agir como o acionador. No caso de uma mistura deamônia/água, a membrana de per-vaporização, seletivamente passa vapord'água e rejeita água líquida.

A Patente dos Estados Unidos N0 6.739.142, intitulada "Bombade calor de dissecação de membrana", por Korin, é um sistema que inclui (a)um permeador de membrana para remoção de vapor de um gás de processoe para provisão de um processo de exaurir vapor. Esta patente não descreveo uso de quaisquer fluidos supercríticos.

A técnica carece de uma solução de transferência de calor dealta eficiência, daqui por diante referida como soluções híbridas de líquidoiônico, ou "ILHS", que alcança dentro de qualquer sistema de TED com umcoeficiente de desempenho maior do que TEDs sem ILHS.

Breve Descrição dos Desenhos

Figura I - Uma vista gráfica representando um líquido iônicoexemplar 1-n-butil-3-metilimidazolio hexafluorfosfato ([bmim] [PF.sub.6]) demedições de absorção de dióxido de carbono.

Sumário da Invenção

A presente invenção é uma solução híbrida de líquido iônico uti-lizada dentro de dispositivos de transformação de energia térmica. Os dispo-sitivos usam uma solução compreendida de líquidos iônicos que é um meiode transporte térmico efetivo.

A ILHS da invenção que opera dentro de üm TED é agora colo-cada como um meio ótimo para alcançar transformação de energia usandomeios térmicos.

A ILHS da invenção utiliza uma faixa de fluidos selecionados apartir do grupo consistindo em líquidos iônicos, sólidos iônicos, soluções deelectride, soluções de alcalide, e fluidos/gases supercríticos. Os líquidos esólidos iônicos são reconhecidos na técnica de solventes ambientalmentefavoráveis. Soluções de electride e alcalide são reconhecidas na técnica demétodos de redução química e métodos de oxidação, respectivamente. OsTEDs caracterizam unicamente os líquidos iônicos "ILs", que têm pressão devapor muito baixa se não desprezível, preferivelmente líquidos iônicos com-patíveis com gases supercríticos, daqui por diante referidos como "scG"s,preferivelmente dióxido de carbono ou amônia, respectivamente "scC02" ou"scNH4". A combinação da invenção de scC02 ou scNH4 e ILs tem excelen-te solubilidade de dióxido de carbono e separação de fase simples devido asua classificação como combinações de fluido parcialmente miscíveis. Flui-dos parcialmente miscíveis são ambos miscíveis e imiscíveis como uma fun-ção direta de ambas pressão e temperatura. Um fluido parcialmente miscívelem seu estado imiscível pode ser simplesmente decantado para separaçãode fase, que é inerentemente um método de separação de baixa energia. Ocomportamento de fase de scGs com líquidos iônicos e como a solubilidadedo gás no líquido é influenciada pela escolha e estrutura do cátion e do â-nion.

Combinações adicionais de soluções de líquido iônico são re-conhecidas na técnica como tendo miscibilidade parcial. Um outro aspectoda invenção é a realização de separação de fase como uma função de pelomenos uma função selecionada a partir do grupo consistindo em temperatu-ra, pressão e pH. A solução preferida inclui adicionalmente a utilização depequenas quantidades de ácidos ou bases para variar a solubilidade do re-frigerante dentro do absorvedor. A solução mais preferida varia temperaturae pressão, em combinação controle de pH usando métodos incluindo eletro-diálise. Métodos adicionais para capacitar separação de fase incluem a apli-cação de campos eletrostáticos para propostas incluindo a capacidade docampo eletrostático de aumentar a solubilidade de fluidos iônicos, e mem-branas de uItrafiItração ou nanofiltração.

A ILHS da invenção adicionalmente alavanca soluções de elec-tride e alcalide. A solução de electride preferida é compreendida de amôniaanidra. O benefício principal de electrides é centrada ao redor da transferên-cia de elétrons livres (isto é, estado de energia) entre o catodo e o anodo.Um benefício adicional, que é essencial à última incorporação de pós de na-noescala é as características de redução forte de electride. Isto é essencialcomo pós de nanoescala, especificamente metais, prontamente oxidadosdevido em parte à área superficial alta do pó.

Ainda outra característica da invenção é a inclusão adicional depelo menos um pó de nanoescala selecionado a partir do grupo consistindoem pós condutivos, semicondutivos, ferroelétricos, e ferromagnéticos. Pósde nanoescala, conforme reconhecido na técnica, mantêm dispersões coloi-dais, enquanto aumentam ou variam uma faixa de propriedades incluindomagnetismo, propriedades termofísicas (por exemplo, condutividade térmi-ca), condutividade elétrica, e características de absorção. Os pós de nano-escala mais preferidos são adicionalmente compreendidos de pós de nano-escala tendo modificações superficiais de nanoescala, incluindo modifica-ções de nanoescala selecionadas a partir do grupo de monocamada, e mui-ticamadas de nanoescala (isto é, revestimentos superficiais de menos doque 100 nanômetros). Os pós de nanoescala especificamente preferidosaumentam mais do que um parâmetro selecionado a partir do grupo consis-tindo em propriedades termofísicas, condutividade elétrica e absorção deespectro de luz solar.

Uma ainda outra característica da ILHS da invenção são a inte-gração de TEDs. Os dispositivos de extração de energia térmica aumentama eficiência (isto é, coeficiente de desempenho "COP") pela extração de e-nergia durante o estágio de expansão do refrigerante seguindo a etapa dedesabsorção, ou por conversão de quanto direta de fonons em elétrons.

Os líquidos iônicos têm as vantagens distintas de condutividadeelétrica relativamente mais alta (isto é, transporte de elétron) com uma con-dutividade térmica inferior correspondente, conforme comparada aos fluidosde transferência de calor tradicionais. Estas características são desejáveisconforme conhecidas na técnica de conversão de energia térmica em ener-gia ou mecânica ou elétrica. Tais dispositivos incluem dispositivos de con-versão de energia térmica. Os TEDs incluem dispositivos selecionados apartir do grupo consistindo em célula de emissão de termiônicos, célula ter-movoltáica, gerador de eletricidade, compressor, e bomba de calor. Os ILspreferidos estão em uma solução que é adicionalmente compreendida defluidos incluindo fluidos reconhecidos na técnica como fluidos de transferên-cia de calor. Os líquidos iônicos preferidos são as soluções híbridas de líqui-do tônico da invenção "ILHS". As ILHS' são soluções que incluem pelo me-nos fluido de transferência de calor no qual pelo menos um parâmetro sele-cionado a partir do grupo consistindo em pressão e temperatura é alterado, eno qual o fluido de transferência de calor e líquido tônico são parcialmentemiscíveis ou miscíveis. Uma ILHS prontamente que tem regiões nas quaispelo menos um componente de fluido individual torna-se imiscível, capacitaa separação de fluido relativamente simples. As regiões nas quais os fluidossão pelo menos parcialmente miscíveis ou completamente miscíveis capaci-tam os fluidos a suportarem o calor de absorção, que proporciona a capaci-dade de remover eficientemente esta energia (isto é, através de condensa-dor).

A incorporação adicional de partículas de nanoescala modifica-das de superfície tendo um tamanho de partícula médio de 0,1 nm a 1000nm capacitam a combinação de ou / ambas condutividade elétrica aumenta-da / ou condutividade térmica, respectivamente. Sem estar ligado pela teoria,acredita-se que partículas de nanoescala desta invenção têm comprimentode trajetória livre médio de emissão de elétron pela incorporação das partí-culas modificadas de superfície. As partículas de nanoescala preferidas sãoambas partículas semicondutivas e condutivas. A ILHS preferida é adicio-nalmente compreendida de pelo menos uma solução selecionada a partir dogrupo consistindo em electrides, ou alcalides. O electride preferido ou alcali-de, conforme reconhecido na técnica, é um electride ou alcalide estável àtemperatura ambiente.

A ILHS pode ser adicionalmente utilizada para a redução ou o-xidação de partículas de nanoescala. O cenário preferido restringe a aglome-ração de partículas resultantes para alcançar partículas de nanoescala pe-quenas. O método particularmente preferido para reduzir o tamanho de par-tícula resultante é para tal reação de redução/oxidação ocorrer dentro deuma série de células de "reação" restritas fisicamente que confinam os pro-dutos resultantes dentro de um tamanho pequeno. As células de reação es-pecificamente preferidas estão dentro de um tamanho aproximadamenteentre 0,1 nm e 1000 nm.

Os produtos resultantes a partir da redução ou oxidação quími-ca subseqüente de partículas de nanoescala estão também entre 0,1 nm e1000 nm. O melhor modo de alcançar isto é começar com o precursor departículas de nanoescala que estão também entre 0,1 nm e 1000 nm. Aspartículas de nanoescala preferidas são partículas de nanoescala substanci-almente esféricas. As partículas de nanoescala particularmente preferidassão modificadas de superfície (por exemplo, cobre com benzotriazol). Aspartículas de nanoescala especialmente preferidas são menores do que 100nm, e adicionalmente preferivelmente menores do que 10nm. Sem estar li-gado pela teoria, as partículas modificadas de superfície (incluindo por com-plexação) têm menos aglomeração, adesão aumentada entre camadas múl-tiplas, e trajetória livre média mais alta de elétron/formação de túnel de fo-non/ou acoplamento. As partículas de nanoescala especificamente preferi-das são modificadas de superfície por complexação, e são de substancial-mente o mesmo diâmetro. As partículas utilizadas dentro dos TEDs1 maisnotavelmente células de termiônicos, têm diâmetros menores do que 10 nm.Sem estar ligado pela teoria, é reconhecido que elétrons podem formar túnelatravés de uma distância de 10 nm, pelo que os fonons não podem. A incor-poração de 10 nm (ou menos) das partículas de nanoescala de diâmetroesférico dentro de uma célula de termiônicos vaga capacita o lado quente efrio da célula de termiônicos a serem consistente e uniformemente espaçados.

A incorporação de partículas de nanoescala semicondutivas,sem estar ligado pela teoria, tem o potencial de aumentar o comprimento detrajetória médio até 35 nm. A distância crítica entre o lado quente e frio deuma célula de termiônicos, desse modo, tem a capacidade dos elétrons for-marem túnel cruzado com o espaço celular sendo separado por partículasde forma substancialmente esférica tendo diâmetros entre uma média de 0,1nm a 35 nm.

A combinação de partículas de nanoescala compreendidas, de,pelo menos uma, eletricamente condutivas ou semicondutivas, e termica-mente condutivas, sem estar ligado pela teoria, tem a capacidade de alteraro balanço desejado para aumentar ou diminuir fonon para acoplamento deelétron. A composição mais preferida é compreendida de ambas partículasde forma substancialmente esférica eletricamente condutivas e termicamen-te não-condutivas. As partículas de forma esférica particularmente preferidassão adicionalmente compreendidas de revestimentos de multicamada con-sistindo em camadas alternantes de pelo menos uma camada selecionada apartir do grupo consistindo em camadas eletricamente condutivas e termi-camente não-condutivas.

Cada camada alternante tem uma espessura média de 0,1 nme 10 nm. A camada alternante mais preferida tem uma espessura média de0,1 nm e 3 nm. A camada alternante mais externa particularmente preferidanão é reativa com a solução de líquido iônico. A camada alternante mais ex-terna especificamente preferida é prontamente reduzida como um meio deredução química de sais organometálicos ou metálicos. Tal método, emboranão limitado a, é redução de hidrogênio. Outro método que é particularmentebom com líquidos iônicos é redução por eletrogalvanização, no qual os saisorganometálicos ou metálicos são reduzidos pela diferença de voltagem;contudo, o metal reduzido é confinado dentro da(s) camada(s) de camadasde "encapsulamento". Uma tal camada de encapsulamento é polimerizadacomo um meio de restringir uma redução química subseqüente de sais or-ganometálicos ou metálicos.

A capacidade de imobilizar prontamente os conteúdos internos(por exemplo, sais organometálicos ou metálicos) de partícula de nanoesca-Ia de multicamada também inclui pelo menos uma camada alternante que éprontamente reticulada como um meio de redução química de sais organo-metálicos ou metálicos. Tais materiais de camada alternante incluem, embo-ra não limitados a, monômeros, proteínas e poliimidas curadas por ultraviole-ta. O processo de polimerização resultante proporciona polímeros reticula-dos e monômeros polimerizados. A solução de líquido iônico, que contémpartículas de nanoescala fisicamente restringidas, é designada para reduzirsais metálicos, organometálicos, óxidos de metal, e nitretos de metal pormeios selecionados a partir do grupo consistindo em redução elétrica, redu-ção química, e fotoredução. Um método adicional de alcançar partículas denanoescala ocorre pelo pré-processamento da ILHS em uma nanoemulsão,suspensão nanocoloidal, ou microemulsão. O processamento em uma na-noemulsão, suspensão nanocoloidal, ou microemulsão, tem benefícios adi-cionais incluindo, embora não limitado a, redução de viscosidade, dispersãohomogênea, e uma micela que restringe fisicamente menos recipiente.

A ILHS é adicionalmente compreendida de electrides ou alcali-des, sem estar ligado pela teoria, para aperfeiçoar pelo menos uma a partirdo grupo consistindo em acoplamento de fonon a elétron, transferência decalor, e conversão térmica a elétrica. A ILHS preferida contém um fluido detransferência de calor. A ILHS mais preferida tem um fluido de transferênciade calor que é parcialmente miscível ou miscível com a ILHS, ou pelo menosum fluido adicional na ILHS. Uma ILHS particularmente preferida inclui adi-cionalmente um gás supercrítico. O gás preferido inclui gases selecionadosa partir do grupo consistindo em dióxido de carbono, nitrogênio, argônio, eamônia. A ILHS particularmente preferida para a proposta de reações quími-cas subseqüentes é amônia. A amônia é reconhecida na técnica como sen-do um componente significante de electrides. A ILHS especificamente prefe-rida é uma solução pressurizada a pelo menos a pressão supercrítica dasolução. A solução de ILHS/mistura opera pelo menos a pressão supercríticada solução dentro de um TED. A ILHS dentro do TED pode também operarsobre a região de pressão transcrítica.

Uma família exemplar de líquido iônico com dióxido de carbonosupercrítico CO.sub.2 é representada na Figura 1 (conforme conduzido porDuPont Central Research and Development, and DuPont FluoroproductsLaboratory) em que medições de absorção de hexafluorfosfato de 1 -n-butil-3-metilimidazolium ([bmim] [PF.sub.6]) e tetrafluorborato 1-n-butil-3-metilimidazolio ([bmim] [BF.sub.6]) foram produzidas usando-se uma micro-balança gravimétrica comercial em temperaturas de 10,2550 e 75°C (283,15,298,15, 323,15 e 348,15 K) e pressão sob 2 MPa. As solubilidades de gásforam determinadas a partir de dados de saturação de absorção (equilíbrio)em cada temperatura e pressão fixas. A figura demonstra claramente os ga-nhos de pressão significantes obtidos pelas temperaturas diferenciais relati-vamente pequenas, e regiões onde imiscibilidade ocorre.

A solução de ILHS supercrítica é adicionalmente misturada comprecursores de nanoescala tendo um tamanho de partícula médio de 0,1 nma 1000 nm, e imediatamente submetida a expansão rápida. O processo deexpansão rápida tem numerosos benefícios, incluindo o benefício de contra-ação das reações químicas exotérmicas, e redução de aglomeração de par-tícula.

A solução de ILHS supercrítica suporta pelo menos uma mu-dança paramétrica selecionada a partir do grupo consistindo em pressão etemperatura. A pressão e/ou temperatura são alteradas de modo que pelomenos um componente/fluido de dentro do grupo de ILHS consistindo emfluido de transferência de calor, líquido iônico, e fluido supercrítico, de modoque a separação de fase é prontamente alcançada por regiões de alavanca-gem pelas quais a ILHS é parcialmente miscível ou miscível, e torna-se imis-cível.

A ILHS da invenção é otimamente designada/formulada paraoperar dentro de um dispositivo de conversão de energia, tal como o TEDnotado. O TED é adicionalmente compreendido de pelo menos um campoincluindo campos selecionados a partir do grupo consistindo em campos elé-tricos, eletrostáticos e magnéticos. O campo aumenta transferência de calor,sem estar ligado pela teoria, devido a pelo menos um benefício selecionadoa partir do grupo consistindo em elétrons de aceleração, limitação de retrodi-fusão de fonon, ou limitação de retrodifusão de elétron frio. O TED é adicio-nalmente compreendido de uma película de barreira pela qual a película debarreira está entre a fonte térmica e a ILHS. A película de barreira é adicio-nalmente compreendida de componentes selecionados a partir do grupoconsistindo em diamante, similar à diamante, metal, e nanotubos de carbo-no, que sem estar ligado pela teoria, reduz a transferência de calor e forma-ção de túnel de fonon através da folga do TED entre os lados quente e frio.

A célula, incluindo células termiônicas, é adicionalmente com-preendida de partículas de nanoescala caracterizadas pelo fato de que me-nos uma característica selecionada a partir do grupo consistindo em formasubstancialmente esférica e mesmo diâmetro para separar os lados de célu-la de topo e de fundo. Os lados de célula de topo e de fundo são separadospor uma distância média de 0,1 nm e 100 nm. Os lados de célula de topo ede fundo são mais preferidos separados por uma distância média de 0,1 nme 35 nm. Os lados de célula de topo e de fundo são particularmente preferi-dos separados por uma distância média de 0,1 nm e 10 nm.

Os muitos benefícios realizados pela solução de ILHS da inven-ção e operação dentro do TED, o coeficiente de desempenho dentro de, ouum ciclo termodinâmico ou conversão direta térmica em elétrica, incluindoacoplamento de fonon a elétron, é aumentado para aumentar a eficiência deenergia. Os ciclos termodinâmicos preferidos nos quais os benefícios serãorealizados incluem ciclos selecionados a partir do grupo consistindo em ci-clos de Goswami, Uehara, Kalina, Rankine, Carnot, Joule-Brayton1 Ericsson,e Stirling. Os ciclos preferidos são ciclos de combinação nos quais a ILHSconverte perda de calor a partir de qualquer ciclo termodinâmico simples emum ciclo termodinâmico de alta eficiência híbrido.

Claims (30)

1. Solução líquida iônica operável no interior de dispositivos deconversão de energia térmica caracterizada pelo fato de que inclui dispositi-vos selecionados do grupo consistindo em célula de emissão de termiônicos,célula termovoltáica, gerador de eletricidade, compressor, e bomba térmica,em que a solução é ainda compreendida de partículas de nanoescala deformato substancialmente esférico e do mesmo diâmetro.

2. Solução líquida iônica caracterizada pelo fato de que com-preende um líquido iônico e pelo menos um fluido de transferência de calorem que o fluido de transferência de calor e líquido iônico são parcialmentemiscíveis ou miscíveis.

3. Solução líquida iônica caracterizada pelo fato de que com-preende partículas de nanoescala modificadas de superfície tendo um tama-nho de partícula médio de 0,1 nm a 1000 nm e líquido iônico.

4. Solução líquida iônica caracterizada pelo fato de que com-preende um líquido iônico e pelo menos uma solução selecionada do grupoconsistindo em "electrides" ou "alcalides".

5. Solução líquida iônica caracterizada pelo fato de que com-preende partículas de nanoescala substancialmente esféricas tendo um ta-manho de partícula médio de 0,1 nm a 1000 nm e precursores de partículasde nanoescala, pelos quais o líquido iônico é fisicamente restrito dentro deum tamanho aproximadamente entre 0,1 nm e 1000 nm para redução ouoxidação química de partículas de nanoescala.

6. Solução líquida iônica de "electride" ou "alcalide" caracteriza-da pelo fato de que a referida solução é pressurizada a pelo menos a pres-são supercrítica da solução.

7. Solução de acordo com a reivindicação 1, 2, ou 4, caracteri-zada pelo fato de que compreende adicionalmente partículas de nanoescalamodificadas tendo um tamanho de partícula médio de 0,1 nm a 1000 nm.

8. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 3, 5, ou 7, caracterizada pelo fato de que compreende partículas de nanoescala se-micondutiva e condutiva.

9. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 1,2,3, 4, ou 5, caracterizada pelo fato de que a solução é pressurizada, pelo me-nos, pela pressão supercrítica da solução.

10. Solução de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pe-lo fato de que é adicionalmente misturada com precursores de nanoescalatendo um tamanho de partícula médio de 0,1 nm a 1000 nm, e imediatamen-te submetida a expansão rápida.

11. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 1, 2, 3, 4, 5, 6, ou 7, caracterizada pelo fato de que a solução aumenta o compri-mento de trajetória livre médio de emissão de elétron.

12. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 1, 3, 4, 6, ou 7, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente umfluido de transferência de calor, em que o fluido de transferência de calor éparcialmente miscível ou miscível com a solução.

13. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ou 12, caracterizada pelo fato de que é adicionalmente compre-endida de gás supercrítico.

14. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato de que pelo menos um fluido do grupo consistindoem fluido de transferência de calor, líquido iônico, e fluido supercrítico é par-cialmente miscível ou miscível.

15. Solução de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pe-lo fato de que o dispositivo de conversão de energia é adicionalmente com-preendido de pelo menos um campo incluindo campos selecionados do gru-po consistindo em campos elétricos, eletrostáticos e magnéticos.

16. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 3, 5, 7, 8, 10 ou 18, caracterizada pelo fato de que as partículas de nanoescalasão selecionadas do grupo consistindo em partículas organometálicas e saismetálicos.

17. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 3, 5, 7, 8, 10, 16 ou 18, caracterizada pelo fato de que as partículas de nanoesca-la são adicionalmente compreendidas de polímeros reticulados, monômerospolimerizados.

18. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 3, 5, 7, 8, 10, 16, ou 17, caracterizada pelo fato de que as partículas de nanoes-cala tem pelo menos uma característica selecionada do grupo consistindoem forma substancialmente esférica e mesmo diâmetro.

19. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 1, 2, 3, 5, 9, 10, 11, 12, 13, ou 14, caracterizada pelo fato de que compreendeadicionalmente pelo menos um do grupo consistindo em "electrides" e "alca-lides".

20. Solução de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pe-lo fato de que o dispositivo de conversão de energia térmica é adicionalmen-te compreendido de partículas de nanoescala tendo um tamanho de partícu-la médio de 0,1 nm a 1000 nm.

21. Solução de acordo com a reivindicação 1 ou 20, caracteri-zada pelo fato de que o dispositivo de conversão de energia térmica é adi-cionalmente compreendido de uma película de barreira, pelo que a películade barreira está entre uma fonte térmica e o líquido iônico.

22. Solução de acordo com a reivindicação 21, caracterizadapelo fato de que a película de barreira é adicionalmente compreendida decomponentes selecionados do grupo consistindo em diamante, similar à di-amante, metal, e nanotubos de carbono.

23. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 1, 20,ou 21, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de conversão de energiatérmica é adicionalmente compreendido de partículas de nanoescala compelo menos uma característica selecionada do grupo consistindo em formasubstancialmente esférica e mesmo diâmetro para separar lados da célulasuperior e inferior separados por uma distância média de 0,1 nm e 10 nm.

24. Solução de acordo com a reivindicação 18 ou 23, caracteri-zada pelo fato de que as partículas de forma substancialmente esférica sãopelo menos uma de eletricamente condutiva ou semicondutiva, e termica-mente condutiva.

25. Solução líquida iônica de acordo com a reivindicação 5, 18,- 23 ou 24, caracterizada pelo fato de que as partículas de forma substancial-mente esférica são adicionalmente compreendidas de revestimentos multi-camadas consistindo em camadas alternantes de pelo menos uma camadaselecionada do grupo consistindo em camadas eletricamente condutivas etermicamente não-condutivas, em que cada camada alternante tem uma es-pessura média de 0,1 nm a 10 nm.

26. Solução de acordo com a reivindicação 25, caracterizadapelo fato de que a camada alternante mais externa das camadas alternantesnão é reativa com a solução de líquido iônico.

27. Solução de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracteri-zada pelo fato de que pelo menos uma das camadas alternantes é pronta-mente reduzida por redução química de sais organometálicos ou metálicos.

28. Solução de acordo com a reivindicações 25, caracterizadapelo fato de que pelo menos uma das camadas alternantes é prontamentepolimerizada como um meio de restrição de redução química subseqüentede sais organometálicos ou metálicos.

29. Solução de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pe-lo fato de que é designada para reduzir sais metálicos, organometálicos, óxi-dos de metal, e nitretos de metal, por meios selecionados do grupo consis-tindo em redução elétrica, redução química e fotoredução.

30. Solução de acordo com a reivindicação 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, ou 19, caracterizada pelo fato de que a solução aumentao coeficiente de desempenho dentro de um ciclo termodinâmico incluindociclos selecionados do grupo consistindo em Goswami, Uehara, Kalina,Rankine, Carnot, Joule-Brayton, Ericsson, e Stirling.