專利名稱：相變材料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變材料(PCM)包裹件和/或適用于相變材料包裹件的相變材料化合物。本發(fā)明具有使用PCM進(jìn)行環(huán)境溫度控制例如住宅和商用建筑內(nèi)的環(huán)境溫度控制的特定適用性。
背景技術(shù)：
相變材料利用材料的潛熱性質(zhì)來儲存熱能并可用于溫度控制方法中。相變材料或者是有機(jī)物例如石蠟或非石蠟化合物，或者是無機(jī)物(鹽水合物和金屬物質(zhì))，或者是低共熔混合物(有機(jī)物-有機(jī)物、有機(jī)物-無機(jī)物、無機(jī)物-無機(jī)物)。盡管可用的相變材料的種類繁多，但是根據(jù)所選擇的相變材料而言可能存在以下缺點(diǎn) 相對低的密度，這限制給定體積所儲存的能量； 相對昂貴和/或難以處理； 不合適的相變溫度； 儲能不足； 不合適的腐蝕效應(yīng)；眷相變期間不可逆的分離； 低熱導(dǎo)率，從而限制其熔融和冷卻速率或限制其厚度； 在特定尺寸的包裹件中部分相變，即由于熱導(dǎo)率、尺寸和材料的選擇，使得包裹件的一部分不可相變，從而限制最優(yōu)PCM包裹件的尺寸； 經(jīng)受超冷卻； 可燃。確認(rèn)以下現(xiàn)有技術(shù)文件JP200080358、EP1837617、JP2005330484、US2008318050、 CN101289611、CN101074854、EP1837385 和 KR20060047958。以下現(xiàn)有技術(shù)文件也已被確定US2006/0185817、EP1947404、EP1455156、EP1739376、EP1455155、DE20314018 和 DE20310593。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供一種相變材料組合物，包含50-99wt%的鹽水合物和 0-45wt %的炭黑，優(yōu)選0-15wt %的炭黑。根據(jù)本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)鹽水合物與炭黑的組合特別有效，尤其是在氣候控制應(yīng)用上。鹽水合物可包括硫酸鈉的水合物和/或氯化鈣的水合物。例如，鹽水合物可以是十水合硫酸鈉、六水合氯化鈣、四水合氯化鈣、二水合氯化鈣或其中兩種以上的混合物。其它合適的鹽水合物為硫代硫酸鈉、乙酸鈉、磷酸氫二鈉或碳酸鈉的水合物或這些與其它鹽水合物的合適混合物。該組合物可包含硫酸鈉水合物和0_15wt %的氯化鈉。氯化鈉可用于使硫酸鈉水合物的熔點(diǎn)降低至所需水平。類似地，組合物可包含氯化鈣水合物和0-15wt %的氯化鉀、氯化鈉和/或氯化銨。組合物可包含0-15%的石蠟或其它有機(jī)材料以產(chǎn)生低共熔混合物。任選地，組合物可包含0-10%的增稠劑。任選地，組合物可包含0-10%的成核劑。通常，組合物的熔點(diǎn)為-15 100°C，優(yōu)選15 40°C，更優(yōu)選20 30°C。通常，相變材料具有至少十倍于該材料比熱的潛熱。本發(fā)明涉及一種相變材料包裹件，其在相對高熱導(dǎo)率材料的封套內(nèi)包含所述組合物。本文中“相對高熱導(dǎo)率”是指封套有利于熱量在組合物與其周圍環(huán)境之間流動，例如用于氣候控制系統(tǒng)的有效運(yùn)行。合適的封套材料是金屬例如具有良好防腐性的鋁和不銹鋼， 但是也可以使用塑料材料或金屬/塑料復(fù)合材料。本發(fā)明涉及使用所述組合物的氣候控制系統(tǒng)。在寬范圍方面，本發(fā)明提供一種PCM(相變材料)包裹件，包括封裝主要由PCM形成的部分的相對高熱導(dǎo)率材料的封套；其中所述PCM部分包括混入所述PCM的導(dǎo)熱化合物， 所述導(dǎo)熱化合物包括炭黑顆粒。該構(gòu)造允許PCM包裹件得到優(yōu)化。其改善了熱導(dǎo)率，使得可以獲得熱性質(zhì)改善的較大規(guī)模的PCM包裹件。熱導(dǎo)率的改善有效地提高了能量傳遞速率， 加速了熔融和凍結(jié)循環(huán)，并由此使得使用潛熱儲備的熱交換器可以提供的冷卻或加熱功率最大化。其允許相變材料操作可用于大量循環(huán)。炭黑還可以降低過冷效應(yīng)并提高穩(wěn)定性， 減少對其它試劑的需要。其自身可以低成本相對簡單地制造。PCM部分可以包含石蠟和炭黑顆粒的混合物，但是這不優(yōu)選。PCM部分可包括降低過冷的試劑，例如氟化鋰。在一個補(bǔ)充方面，所述PCM部分包含鹽基材料和炭黑顆粒的混合物。該混合物的特別有利之處在于其進(jìn)一步改善前述效果。其允許鹽基材料經(jīng)歷必要的相變，而基本不受顆粒阻礙。相反，顆粒改善熱導(dǎo)率以改善PCM包裹件的性能。在另一補(bǔ)充方面，所述鹽為水合硫酸鈉鹽。該構(gòu)造進(jìn)一步優(yōu)化了 PCM包裹件的性能。在另一補(bǔ)充方面，所述炭黑顆粒具有絨毛狀外表面。該絨毛狀外表面可以是具有大量不均勻突起點(diǎn)的形式。在這種形式中，炭黑顆粒具有相對低的密度，這在優(yōu)化熱導(dǎo)率的同時還改善相變材料的整體性能。本文中，“絨毛狀”可認(rèn)為是指該炭黑具有比光滑的炭黑顆粒更顯著有效的表面積。在另一補(bǔ)充方面，大部分所述顆粒的寬度為1-10 μ m。該構(gòu)造還在改善炭黑和PCM 之間的混合物方面特別有利。其允許在整個材料中的有利分散。在另一補(bǔ)充方面，所述炭黑顆粒的密度為100_250kg/m3。在該范圍內(nèi)可以得到光學(xué)混合物。還可以減低相變過程中的分離風(fēng)險(xiǎn)。在另一補(bǔ)充方面，PCM部分包含通過防止分離而提高混合物的穩(wěn)定性和壽命的試劑，其可以是硅酸鹽添加劑例如Liponite (RTM)、膠例如黃原膠、粘土例如膨潤土。在另一補(bǔ)充方面，所述粘土礦物選自以下組別或?yàn)橐韵陆M別的任意粘土礦物的組合高嶺土、蒙脫土和/或膨潤土。這些還通過增稠所述材料來改善所述材料。在另一寬范圍獨(dú)立方面，本發(fā)明提供一種相變材料(PCM)復(fù)合物，包含混入所述 PCM中的導(dǎo)熱化合物，所述導(dǎo)熱化合物包括炭黑顆粒。在另一補(bǔ)充方面，所述復(fù)合物包含鹽基材料和炭黑顆粒的混合物。在另一寬范圍方面，本發(fā)明提供一種可移動PCM(相變材料)模塊，包括多個PCM包裹件；用于使所述多個PCM包裹件熱隔離于模塊周圍介質(zhì)的殼體；分隔所述PCM包裹件并形成一個以上流體流動通道的空間；所述殼體包括流體進(jìn)口和流體出口 ；由此在使用時流體從所述進(jìn)口到所述出口流過所述通道。該構(gòu)造是特別有利的，因?yàn)槠湓试S針對不同的能量需求由多個模塊構(gòu)建系統(tǒng)。當(dāng)在模塊中不設(shè)置任何驅(qū)動或動力部件時，還可轉(zhuǎn)換常規(guī)思維。由此，可允許改裝現(xiàn)有的空氣流動系統(tǒng)。還改善了耗能效率。在一個補(bǔ)充方面，所述進(jìn)口和/或所述出口包括一個或更多個流量調(diào)節(jié)閥。如果模塊僅包括這些部件，則進(jìn)一步減少了必需的部件數(shù)目并允許相比于每個模塊包括功率部件的模塊而言特別緊湊的模塊。在另一補(bǔ)充方面，所述PCM包裹件基本上并排設(shè)置。在該構(gòu)造中，對冷卻有利。在另一補(bǔ)充方面，所述PCM包裹件被一個或更多個橫向延伸并形成所述通道的熱導(dǎo)體分隔。這允許PCM部分具有更大的有效體積并因此改善其效率。其它方面改善以下一項(xiàng)或更多項(xiàng)PCM的效率、湍流、系統(tǒng)相對于其效率的緊湊性、總包裝重量及其制造要求。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體具有波紋板的形式。在另一補(bǔ)充方面，至少一個所述PCM包裹件包括波紋壁以形成流體流動通道。在另一補(bǔ)充方面，在至少一個所述通道中提供多個突起。在另一補(bǔ)充方面，至少一個所述PCM包裹件包括壁，突起從所述壁上突入所述通道中。在另一補(bǔ)充方面，所述或每個PCM包裹件包括第一導(dǎo)熱板和包封主要由PCM形成的部分的第二導(dǎo)熱板的層合體；其中PCM的所述部分包括熱導(dǎo)體。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體從一個或兩個所述導(dǎo)熱板橫向延伸。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體在平面圖上形成六邊形。在另一補(bǔ)充方面，所述層合體還包括波紋導(dǎo)熱板。在另一補(bǔ)充方面，所述層合體包括第三導(dǎo)熱板和包封主要由PCM形成的第二部分的第四導(dǎo)熱板；以及位于所述第二和第三導(dǎo)熱板之間的波紋導(dǎo)熱板。在另一補(bǔ)充方面，所述層合體包括多個在所述板上的突起。在另一補(bǔ)充方面，所述導(dǎo)熱板選自鋁基材料、鋼基材料和塑料材料。在另一補(bǔ)充方面，所述PCM選自鹽、鹽基水合物、鹽和/或鹽基水合物的混合物、和 /或有機(jī)材料。在另一補(bǔ)充方面，所述鹽基水合物選自水合氯化鈣或水合硫酸鈉。在另一補(bǔ)充方面，所述鹽基水合物包括增稠劑，所述增稠劑選自黃原膠和/或 Liponite0在另一補(bǔ)充方面，所述有機(jī)材料為基于石蠟的材料。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體包括混入所述PCM中的導(dǎo)熱化合物。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體是混入所述PCM中的碳基化合物。在另一補(bǔ)充方面，所述碳基化合物為炭黑。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體包括鋼絲絨或化學(xué)碳納米管。在另一補(bǔ)充方面，所述模塊還包括小型(pettier)冷卻器。
在另一補(bǔ)充方面，所述模塊還包括蒸發(fā)冷卻器。在又一寬范圍獨(dú)立方面，本發(fā)明提供一種空調(diào)裝置，包括根據(jù)前述要求中任一項(xiàng)所述的一個或更多個可移動PCM模塊；和至少一個可移動控制模塊，其包括具有進(jìn)口和出口的殼體；以及在使用時使流體從所述進(jìn)口流至所述出口的泵；其中所述裝置包括將所述可移動控制模塊與所述可移動PCM模塊連接的管道。在一個補(bǔ)充方面，所述控制模塊包括位于所述殼體的不同面上的第一和第二進(jìn)口以及設(shè)置為調(diào)節(jié)所述進(jìn)口之間的流入量的閥。在另一補(bǔ)充方面，所述控制模塊包括在所述進(jìn)口和所述出口之間的內(nèi)管道；所述內(nèi)管道包括兩個相鄰的通路，一條通路包括泵，另一條通路包括止回閥。在另一補(bǔ)充方面，所述裝置還包括可移動備用模塊，所述可移動備用模塊包括熱泵、換流器、Peltier冷卻器或蒸發(fā)冷卻器中的其一；并且還包括用于將所述備用模塊與所述PCM模塊連接的裝置。在又一寬范圍獨(dú)立方面，一種PCM (相變材料)包裹件包括第一導(dǎo)熱板和包封主要由PCM形成的部分的第二導(dǎo)熱板的層合體；其中PCM的所述部分包括熱導(dǎo)體。在一個補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體從一個或兩個所述導(dǎo)熱板橫向延伸。在一個補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體在平面圖上形成六邊形。在另一補(bǔ)充方面，所述層合體還包括波紋導(dǎo)熱板。在另一補(bǔ)充方面，所述層合體包括第三導(dǎo)熱板和包封主要由PCM形成的第二部分的第四導(dǎo)熱板；以及位于所述第二和第三導(dǎo)熱板之間的波紋導(dǎo)熱板。在另一補(bǔ)充方面，所述層合體包括多個在所述板上的突起。在另一補(bǔ)充方面，所述導(dǎo)熱板選自鋁基材料、鋼基材料和塑料材料。在另一補(bǔ)充方面，所述PCM選自鹽、鹽基水合物、鹽和/或鹽基水合物的混合物、和 /或有機(jī)材料。 在另一補(bǔ)充方面，所述鹽基水合物選自水合氯化鈣或水合硫酸鈉。在另一補(bǔ)充方面，所述鹽基水合物包括增稠劑，所述增稠劑選自黃原膠和/或Liponite。在另一補(bǔ)充方面，所述有機(jī)材料為基于石蠟的材料。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體包括混入所述PCM中的導(dǎo)熱化合物。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體是混入所述PCM中的碳基化合物。在另一補(bǔ)充方面，所述碳基化合物為炭黑。在另一補(bǔ)充方面，所述熱導(dǎo)體包括鋼絲絨或化學(xué)碳納米管。本發(fā)明的其它方面包括 利用每日M小時循環(huán)從室外夜間空氣儲存冷能并在日間釋放該冷能的冷卻裝置，其包括隔熱PCM、電扇和控制空氣通過PCM流動的控制系統(tǒng)。 可移動并且夜間移至室外以冷卻PCM的裝置，其具有為風(fēng)扇提供電力的電池組和任選的為其充電的塢座。 可通過安裝在墻上或吊頂上而改裝至建筑物中的裝置或安放在地板上配有任選滾輪的裝置，該裝置通過管道連接至室外空氣。 控制系統(tǒng)，其利用計(jì)時器和任選的傳感器測量室內(nèi)、室外、PCM的溫度或其電阻，通過閥或風(fēng)扇來控制經(jīng)過PCM的空氣流量。 控制系統(tǒng)，其在室外空氣溫度低于相變溫度時、在預(yù)定時間時或在使用者手動將其設(shè)定為“夜間”模式時，使冷空氣流過PCM以使其凍結(jié)。 控制系統(tǒng)，其在“夜間”模式下，當(dāng)PCM已達(dá)到所需溫度或電阻已改變指示PCM完全凍結(jié)時切斷空氣。 控制系統(tǒng)的用戶界面，其可以是主單元的一部分或與主單元分離以允許使用者開啟和關(guān)閉所述單元、改變模式、設(shè)定計(jì)時器或選擇冷卻量。-可利用無線協(xié)議、紅外線或物理連接電線的用戶界面，使得單個用戶界面可一次控制單個或多個單元。 控制系統(tǒng)，其在被用戶設(shè)定時、當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)條件時、當(dāng)室內(nèi)溫度升高時或利用輸入的組合，通過啟動風(fēng)扇或閥使空氣從室內(nèi)或室外流過PCM來提供冷卻并將其釋放至室內(nèi)。 控制系統(tǒng)，其控制室外與室內(nèi)空氣的比例以確保提供最少量的用于呼吸的新鮮空氣，但是如果室外溫度低于室內(nèi)溫度，則提高室外空氣的比例。 控制系統(tǒng)和界面，其監(jiān)測電池組以向用戶指示剩余電量并且在連接至電源時控制其充電。 控制系統(tǒng)和界面，其向用戶反饋在單元中剩余多少冷能。 任選的塢座，單元可安裝在其中以對其電池組充電并保持所述單元固定在窗臺、墻壁等上。 允許空氣進(jìn)出單元的通風(fēng)口。 控制空氣從室內(nèi)或室外流過PCM的閥。 控制從單元流入室內(nèi)或回到室外的空氣流量的任選閥。 將管道或多個單元連接在一起的連接點(diǎn)。 管道或軟管和配件的模塊系列，單個或多個單元可與其連接并進(jìn)而連接至室外以載運(yùn)空氣通過窗、吊頂或墻壁單元進(jìn)出。 終端單元，其中管道連接室外空氣并安裝至窗、吊頂或墻壁，任選具有空氣過濾器和單獨(dú)的閥以使過量的空氣從室內(nèi)回到室外。 單元中任選的空氣過濾器。 在管道內(nèi)部安裝PCM。 連接或嵌入任選的照明系統(tǒng)的配件。 在另一方面，系統(tǒng)包括低能量冷卻模塊作為獨(dú)立式、可移動、吊頂或墻壁安裝的裝置，其可改裝至建筑物上。所述單元包括合適的PCM，其根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件為用戶提供舒適的室內(nèi)溫度。所述單元依賴于波動的M小時溫度循環(huán)。


以下參考附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施方案，其中圖1示出具有單個上開口的PCM模塊的截面圖。圖2示出具有不同方向的兩個上開口和兩個下開口的PCM模塊的截面圖。圖3示出適合與假吊頂配合的PCM模塊。圖4示出適合與具有依次提供的PCM包裹件的假吊頂配合的PCM模塊的截面圖。
圖5示出具有被波紋板間隔開的多個PCM包裹件的熱交換器的截面圖。圖6示出圖5的實(shí)施方案的透視放大圖。圖7示出PCM包裹件與波紋板的組合的透視圖。圖8示出可移動的PCM包裹件的透視圖。圖9A和B示出具有導(dǎo)熱波紋板的PCM包裹件。圖10示出PCM包裹件與具有多個孔的波紋板的組合件的透視圖。圖11示出六邊形陣列組合件的透視圖。圖12示出PCM包裹件與具有穿孔的六邊形陣列的組合件的透視圖。圖13A和B示出包括波紋壁的PCM包裹件的截面圖和透視圖。圖14A和14B分別示出其封套可通過擠出形成的PCM包裹件的截面圖和透視圖。圖15示出包括多個圖14所示類型的PCM包裹件的熱交換器的透視圖。圖16示出包括多個圖14所示實(shí)施方案的PCM包裹件的熱交換器的透視圖。圖17示出具有橫向閥的控制單元的示意性截面圖。圖18示出具有位于兩個進(jìn)口之間的閥的控制模塊的示意性截面圖。圖19示出使用止回閥的控制模塊的示意性截面圖。圖20示出包括風(fēng)扇的控制單元。圖21示出可與PCM模塊一起使用的熱交換器的示意性截面圖。圖22示出熱交換器的另一實(shí)施方案的示意性截面圖。圖23示出包括小型(pettier)冷卻器的熱交換器的截面圖。圖M示出包括PCM包裹件的熱交換器的截面圖。圖25示出作為小型冷卻器一部分的包括六邊形管道的熱交換器的截面圖。圖沈示出包括多個熱交換器的控制單元。圖27示出包括蒸發(fā)單元的備用模塊的示意性截面圖。圖觀示出具有蒸發(fā)系統(tǒng)的備用單元的另一實(shí)施方案。圖四示出備用單元的另一實(shí)施方案。圖30示出本發(fā)明另一實(shí)施方案的示意性截面圖。圖31示出具有雙向通道的PCM包裹件層合體的透視圖。圖32示出另一蒸發(fā)系統(tǒng)的示意性截面圖。圖33A和圖3 示出板和PCM包裹件組合的透視圖和截面圖。圖34示出PCM單元的示意性截面圖。圖；35示出多個PCM模塊。圖36示出PCM模塊的另一實(shí)施方案。圖37示出控制單元和PCM模塊的組合的截面圖。圖38示出多個PCM模塊的組合。圖39示出PCM模塊組合的另一實(shí)施方案的截面圖。圖40示出PCM模塊、控制單元和再循環(huán)單元的組合的另一實(shí)施方案。圖41示出具有可充電電池組以驅(qū)動風(fēng)扇的可移動單元。圖42示出適合為圖41的PCM模塊充電的塢座。圖43-52示出用于給定房間的PCM模塊的排列的平面圖。
圖53示出選定的“絨毛狀”炭黑顆粒。圖M示出選定的相對“光滑的”炭黑顆粒。圖55示出根據(jù)本發(fā)明的相變材料包裹件。發(fā)明詳述圖1示出具有多個PCM包裹件例如PCM包裹件2的可移動PCM(相變材料)模塊。 PCM包裹件固定在模塊殼體3上。PCM包裹件并排提供并且彼此平行。在兩個相鄰的包裹件例如包裹件2和包裹件4之間提供合適流體可通過其循環(huán)的通道5。流體可以是氣體或液體，但是在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，流體選擇為氣體。殼體3包括形成殼體的進(jìn)口 /出口的頸部6。在本說明書中，術(shù)語“進(jìn)口 /出口”應(yīng)理解為可互換的，因?yàn)橐坏┝鲃臃较蚋淖儎t進(jìn)口變?yōu)槌隹?，反之亦然。模塊包括閥或氣閘7，用于限制流過頸部6的氣體(通常為空氣)的流量。在網(wǎng)絡(luò)中使用多個模塊的系統(tǒng)中，氣閘7可用于平衡流量以解決在給定網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造中的壓差。在模塊1的另一端，通風(fēng)口 8設(shè)置有通常安裝在殼體3上的多個葉片例如葉片9，以允許手動和/或自動調(diào)節(jié)空氣離開殼體的角度。殼體3可具有相對高的隔熱性， 以在位于殼體內(nèi)的PCM包裹件和殼體周圍環(huán)境之間有效地產(chǎn)生熱屏障。圖2示出PCM模塊的另一實(shí)施方案。PCM模塊10包括多個PCM包裹件例如PCM包裹件11。模塊包括殼體12，所述殼體具有用于以間隔方式固定PCM包裹件以在相鄰包裹件之間提供通道例如通道13的可釋放連接裝置。在PCM包裹件陣列上方提供多個回轉(zhuǎn)閥例如回轉(zhuǎn)閥14以控制流量。與殼體12整體提供具有第一側(cè)向開口 16和第二側(cè)向開口 17的管道部分15。管道15在所述側(cè)向開口處的形狀為允許連接管道或本發(fā)明任一實(shí)施方案中所示類型的其它模塊。在PCM包裹件陣列的下方，設(shè)置兩個開口 18和19以允許空氣沿如箭頭20和21所示的偏離約90度的兩個獨(dú)立方向流動。在開口 18和19之間提供分配器 22以沿所需方向引導(dǎo)流動。如圖1所示，在開口中提供多個通風(fēng)口。這些通風(fēng)口可以是繞樞軸旋轉(zhuǎn)的，以允許用戶控制空氣的準(zhǔn)確方向。雖然空氣可在兩個方向上引導(dǎo)通過模塊，但是圖2的實(shí)施方案示出空氣如箭頭23所示在開口 16中流入、流過在PCM包裹件之間形成的通道并且通過開口 18和19流出。圖3示出一般標(biāo)記為M的另一 PCM模塊，其具有密封至頸狀的模塊上開口沈的可分離管道25。模塊M包括平行設(shè)置在隔熱殼體觀內(nèi)的PCM包裹件例如包裹件27的陣列。假吊頂板四密封至PCM模塊的底開口 30。假吊頂板四包括形狀上對應(yīng)于假吊頂框架構(gòu)件33的舌32的橫向溝槽31。提供多個開口 34和35以允許空氣從管道25通過PCM模塊M離開吊頂板進(jìn)入吊頂板下方區(qū)域而循環(huán)。圖4示出一般標(biāo)記為36的PCM模塊，其具有位于殼體38中的PCM包裹件例如包裹件37的陣列。殼體包括允許空氣循環(huán)進(jìn)和/或出模塊36的側(cè)向開口 39。在開口 39和開口 40之間的通路上依次提供PCM包裹件。模塊36貼靠吊頂板41以允許空氣通過假吊頂板流至吊頂板下方區(qū)域。提供可繞樞軸旋轉(zhuǎn)和/或可調(diào)節(jié)的通風(fēng)口的設(shè)置以允許用戶適當(dāng)?shù)貙ζ溥M(jìn)行控制和影響。如圖3所示，吊頂板連接至假吊頂支撐物。與前述實(shí)施方案相比，該附圖構(gòu)造在熱交換器中提供更長的空氣流路。在每個前述PCM模塊中，優(yōu)選并且特別有利的是沒有有源部件例如來驅(qū)動空氣流動。隨后描述分離的模塊或控制模塊。圖5示出PCM模塊的截面圖，其為具有隔熱殼體43的熱交換器42形式。殼體的壁可選擇為在8小時內(nèi)保持80-90%的冷度(coolth)。其厚度可為約25mm，熱導(dǎo)率為 0. 01-0. 02W/MK。在殼體43的內(nèi)部，導(dǎo)熱金屬框44形成內(nèi)襯。連續(xù)的波紋板例如板45的層與PCM包裹件層例如層46交替。圖6示出圖5的部件的放大圖。波紋板可被許多橫向鰭片或連接件替代，所述鰭片或連接件以與波紋板類似的方式增加與流過PCM包裹件之間的通道的空氣接觸的表面積。因?yàn)榕c空氣接觸的表面積增加，所以PCM包裹件的厚度可增加，從而允許實(shí)現(xiàn)更大程度的冷卻。在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，PCM包裹件之間的間隙略小于波紋鰭片的高度以確保最優(yōu)的熱接觸。為了支撐PCM包裹件的重量，在框架內(nèi)部提供軌道 (圖中未示出)。圖7示出具有多個凸起例如凸起48的波紋板47。作為選擇，這些凸起可以是孔或孔與凸起的組合以通過形成湍流來破壞層流從而增加傳熱。波紋板47可如圖5 所示設(shè)置為與密封的PCM包裹件49相鄰。波紋板47可優(yōu)選由優(yōu)選厚度小于Imm的金屬板材制造。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，設(shè)想為0.1-0. 2mm的范圍。設(shè)想多種已知技術(shù)例如壓制或折疊來形成該板。除了使用金屬板材之外，也可以選擇導(dǎo)熱塑料材料。圖8示出PCM包裹件50，其具有用于容納PCM的不可滲透外層51。提供可具有橢圓形開口形式的手柄52。在包裹件的相對橫側(cè)面上提供大量凹陷53和M。這些可用于鎖閉所述包裹件成為提供在例如熱交換器中的可釋放附屬件。該實(shí)施方案示出可如何使PCM 包裹件成為易便攜的。圖9A示出形成有用于捕獲PCM的上壁55和下壁56的PCM包裹件。在壁55和56 之間提供板57，其形成為在截面圖上為連續(xù)V形的部分。圖9A的部件在圖9B中示為膠接或密封在一起以防止在使用時PCM的任何逸出。PCM為有機(jī)物、鹽基水合物或二者組合中的一種。設(shè)想熔融溫度優(yōu)選21_24°C的石蠟基PCM。為了獲得最優(yōu)的熔融溫度，將不同類型的可用石蠟以合適的比例混合。適用的鹽水合物可為例如氯化鈣或硫酸鈉的水合物形式。本發(fā)明還設(shè)想在鹽水合物之外使用增稠劑以使鹽保持其水合形式。合適的增稠劑可選自包括黃原膠或Liponite 的組別。除了波紋板57的橫向?qū)狯捚饣蛱娲@種橫向鰭片，可在PCM混合物中懸浮導(dǎo)熱元件。合適的懸浮化合物可以是炭黑。圖10示出一般標(biāo)記為58的可供選擇的PCM包裹件的結(jié)構(gòu)。該P(yáng)CM包裹件的結(jié)構(gòu)與前述實(shí)施方案不同之處在于在一般標(biāo)記為61的波紋板的鰭片60上提供有許多孔59。這種孔允許熔融的PCM均勻分配并使空氣保持在外。波紋板可膠接以提高強(qiáng)度。波紋板可壓制并且主要制造成極薄壁厚例如小于Imm以使重量保持最小，同時該輪廓/皺摺/圖案增加強(qiáng)度。橫向鰭片允許PCM包裹件的厚度增加以改善熱導(dǎo)率。其允許在整個包裹件中PCM與連接件之間具有最優(yōu)的最大距離4-16mm(或10_20mm)。設(shè)想在PCM 中設(shè)置可供選擇的熱導(dǎo)體，例如鋼絲絨、化學(xué)碳納米管、懸浮炭黑，它們可隨機(jī)分布在整個材料中。橫向連接件可由薄金屬/塑料制成，優(yōu)選厚度小于1mm。板的形狀和構(gòu)型可通過壓制、壓印和/或折疊工藝得到。圖11示出PCM包裹件62的放大圖，該包裹件具有緊密相鄰的用于容納PCM的圓柱體63的陣列。圓柱管可采取六邊形網(wǎng)孔的形式。該陣列可由單片板材通過激光切割和拉開形成以得到壁厚約0. Imm的陣列。固定在該陣列的頂部和底部，提供分別標(biāo)記為64和 65的頂板和底板。組裝的過程可包括以下步驟a)將六邊形容器的陣列與頂板或底板之一
10連接；b)用熔融相的PCM填充所述管以允許當(dāng)其凍結(jié)時產(chǎn)生足夠用于其膨脹的空隙；隨后 c)膠接余下的板。與圖11的實(shí)施方案相比較示出可供選擇的PCM包裹件66。PCM包裹件66包括淺壁平臺67，其中設(shè)置有六邊形容器的陣列68。該容器陣列密封在蓋69和平臺67之間。提供穿過每個六邊形容器的孔例如孔70以允許分布PCM。板69可通過超聲焊接或通過膠接連接至平臺67。如果PCM選擇為鹽基的，則包裹件材料優(yōu)選選擇為涂覆鋁或?qū)崴芰喜牧?例如 K大于5W/mK)或不銹鋼以防腐。橫向連接件的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)之一是其允許PCM包裹件制造成比其它方式所可以制造的更大的厚度。例如可獲得具有高效熱導(dǎo)率的材料厚度為20-50mm的包裹件。圖13A和13B示出PCM包裹件(圖13A)和PCM包裹件堆疊件(stack)(圖13B)。 在該實(shí)施方案中，PCM包裹件一般標(biāo)記為71并且僅由2塊板72和73形成，以允許在孔腔例如孔腔74的陣列中填充PCM。所述孔腔形成為截面為V形。諸如部分75的部分暴露于空氣流動中。此外，設(shè)想暴露于流動中的外表面具有壓紋和/或隆起。此類浮雕可用于任一前述實(shí)施方案中以增加湍流并因此增加包裹件的傳熱性。波形或波紋板73例如通過壓制或折疊形成。如在包裹件76和77的堆疊件中所示，空氣可在孔腔中流動，如箭頭所示。該實(shí)施方案允許增加與空氣接觸的表面積并減少PCM和導(dǎo)熱材料之間的最大距離。換言之， 其結(jié)合了具有內(nèi)橫向連接件的PCM包裹件以及與空氣接觸的波紋熱交換器的功能。圖14A和14B示出PCM包裹件78的兩個單獨(dú)的視圖。PCM包裹件78包括具有多個向內(nèi)突起的網(wǎng)例如網(wǎng)80和向外突起的網(wǎng)例如網(wǎng)81的單個周壁79。在另一實(shí)施方案中，可僅提供向外突起的網(wǎng)和/或僅提供向內(nèi)突起的網(wǎng)。在由周壁79形成的封套中，設(shè)置有PCM 82以填充空間。為了封閉PCM包裹件，可提供端片(圖中未示出)并將其固定在橫向邊緣 83和84上。用于這些PCM包裹件的材料可以是滲透性相對低的塑料材料。作為選擇，涂覆鋁也是有利的。優(yōu)選地，塑料材料的熱導(dǎo)率選擇為熱導(dǎo)率大于lW/mK。得到此類熱導(dǎo)率的用于PCM包裹件材料的塑料材料的選擇是在塑料材料中添加碳納米管或顆粒。設(shè)想用于制造壁79的工藝可通過擠出形成壁。圖15示出一般標(biāo)記為85的PCM包裹件模塊。模塊85包括由側(cè)壁87、88形成的隔熱外層86、基底壁89和蓋90。在隔熱層中，提供具有多個壁架例如壁架92的框架91用于以間隔開的方式支撐PCM包裹件堆疊件。提供間隙例如間隙93以允許流體循環(huán)。在該實(shí)施方案中連接件80和81僅部分朝向相鄰的PCM包裹件板延伸。如圖16所示，在組裝過程中，可以完全打開側(cè)面94以允許連續(xù)的包裹件以類似于抽屜滑入其盒蓋內(nèi)的方式插入。圖17示出一般標(biāo)記為95的控制模塊?？刂颇K可與多個PCM模塊連通使用，所述PCM模塊可以是前述實(shí)施方案中所述的類型?？刂颇K95包括其自身殼體96，所述殼體包括使得空氣如附圖中箭頭所示那樣循環(huán)的風(fēng)扇97。在作為選擇的實(shí)施方案中，風(fēng)扇可在相反方向上驅(qū)動。控制模塊包括在第一開口 99和第二開口 100之間分開的進(jìn)入管道98。 第一和第二開口位于殼體96的不同側(cè)面上。在一個具體構(gòu)造中，模塊可置于建筑物內(nèi)以從室內(nèi)通過開口 100引入空氣并且通過開口 99從室外或從合適新鮮空氣源引入空氣。在開口 100內(nèi)，可提供閥和/或通風(fēng)口和/或滑門101以調(diào)節(jié)從室內(nèi)引入的空氣比例和從室外或從新鮮空氣源引入的空氣比例。任選地，在風(fēng)扇上游提供過濾器102。除了這些部件外，還可以提供控制風(fēng)扇運(yùn)行的電路。電路可以與一個或更多個傳感器或檢測二氧化碳和/或室溫的監(jiān)測器連通。合適的傳感器可設(shè)置在室內(nèi)或室外。此外， 合適的話，可以提供傳感器或監(jiān)測器來評估PCM離開溫度。在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，傳感器可設(shè)置為評估PCM的電阻以確定在給定包裹件中剩余的冷量。圖18示出一般標(biāo)記為103的作為選擇的模塊，其具有位于第一開口 105和第二開口 106之間的控制閥104。最理想的是，在開口 105和106的下游提供多個過濾器107和 108。閥104下方的管道可設(shè)置為朝導(dǎo)向開口 111的風(fēng)扇110變寬。圖19示出可分離控制模塊112的另一實(shí)施方案。該控制模塊包括從室內(nèi)或從室外引入空氣的開口 113。管道114分成分別配備風(fēng)扇117和止回閥118的兩個通路115和 116。這允許使用外力驅(qū)動的空氣系統(tǒng)，因?yàn)橹够亻y允許空氣繞過風(fēng)扇。如果需要來自室內(nèi)的再循環(huán)空氣，則運(yùn)行風(fēng)扇產(chǎn)生高壓以驅(qū)使空氣通過。圖20示出在殼體121中具有上開口 120的另一分離的控制模塊119。其最優(yōu)地在開口 120的下游包括空氣過濾器122。側(cè)向開口 123具有通風(fēng)口。在風(fēng)扇123周圍提供用于隔音的擋板例如擋板124。在該實(shí)施方案中，簡單的通風(fēng)口 123可打開/關(guān)閉-這是因?yàn)楫?dāng)通風(fēng)口打開時來自室外的空氣必須進(jìn)一步行進(jìn)。此時阻力較小并且更多空氣再循環(huán)。當(dāng)通風(fēng)口關(guān)閉時產(chǎn)生較大的阻力，所以從室內(nèi)引入的空氣比例較小。實(shí)際上，通風(fēng)口可具有較大的截面積，例如高達(dá)包括開口 120的新鮮空氣管道面積的兩倍。除了 PCM模塊和控制模塊之外，還可以提供其它模塊。在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中， 在PCM模塊的上游提供備用模塊。圖21示出備用模塊125，其包括具有熱側(cè)1 和冷側(cè)127 的熱交換器。冷卻液可例如在熱側(cè)和冷側(cè)之間循環(huán)。殼體1 包括適用于連接其它管道或其它模塊的管道129。提供開口 130以允許空氣從室內(nèi)和/或室外進(jìn)入。圖17-20所示類型的控制模塊可用于使空氣流過熱交換器的冷側(cè)127。提供具有開口 132的出口管道131 以允許空氣向PCM模塊循環(huán)。開口 133允許空氣(可以是例如不新鮮的室內(nèi)空氣)循環(huán)通過熱交換器的熱側(cè)并向開口 134循環(huán)。使用泵135或風(fēng)扇引導(dǎo)空氣沿附圖所示方向通過。圖22示出另一備用模塊136，其具有容納熱交換器的熱側(cè)和冷側(cè)的殼體137。冷側(cè)標(biāo)記為138，熱側(cè)標(biāo)記為139。在閥142的兩側(cè)提供兩個開口 140和141。風(fēng)扇143驅(qū)使空氣離開室內(nèi)以從熱側(cè)帶走熱量。備用模塊可包括熱泵和/或換流器和/或小型冷卻器以冷卻進(jìn)入PCM模塊的空氣，同時帶走廢熱。作為選擇，可使用蒸發(fā)裝置，其中熱側(cè)成為蒸發(fā)冷卻器并且使得濕的廢空氣能夠被移除同時將“冷量”傳遞至輸入空氣。將圖21和22所示類型的模塊與前述的PCM模塊相結(jié)合具有多個優(yōu)點(diǎn)，與常規(guī)只有熱交換器的系統(tǒng)相比，其允許備用模塊保持緊湊。因?yàn)樵试S在夜間運(yùn)行，因此其還特別有利之處在于熱交換器肯定效率更高。因此，對于蒸發(fā)、熱泵和/或小型冷卻器系統(tǒng)而言特別節(jié)能。其還允許使用更廉價的夜間電力。該模塊配置允許備用單元與PCM和控制系統(tǒng)專門分離以適合當(dāng)?shù)貧夂蚝头块g的熱負(fù)荷。其還允許更容易地維護(hù)。可理想地控制備用系統(tǒng)使其進(jìn)入夜間凍結(jié)模式，如果控制模塊估計(jì)的溫度不夠冷，則開啟備用系統(tǒng)以凍結(jié)PCM。在該構(gòu)造中，在日間基本不需要熱泵，這是因?yàn)橥ㄟ^PCM模塊和備用模塊在夜間循環(huán)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了大部分的冷卻。圖23進(jìn)一步詳細(xì)示出可如何形成Peltier備用模塊。Peltier可設(shè)置在其熱側(cè)145和其冷側(cè)146之間。提供冷側(cè)管道147和熱側(cè)管道148。如在前述實(shí)施方案中那樣，冷側(cè)管道可與PCM模塊連通。管道壁提供隔熱。圖M示出另一 PCM模塊149，其具有外殼體150和內(nèi)殼體151。提供一個或更多個 Peltier例如Peltier 152。Peltier 152具有提供在引導(dǎo)空氣通過的管道中的熱側(cè)153。 在殼體151內(nèi)，提供導(dǎo)熱框架154，其中如在例如圖5中那樣，波紋板和PCM包裹件的層交替。PCM模塊用作熱交換器的冷側(cè)以及包括PCM包裹件。該構(gòu)造的一個益處在于其特別緊湊。圖25示出圖23的實(shí)施方案的一個替代方案，其中示出另一 Peltier基備用模塊 155。Peltierl56包括六邊形管例如管157的網(wǎng)。六邊形陣列各自形成熱交換器的一個側(cè)面。在該實(shí)施方案中，側(cè)面158是冷側(cè)，側(cè)面159是熱側(cè)。在使用時，如果必要，冷側(cè)158可與用于備用冷卻的PCM模塊連通。六邊形構(gòu)造由于壁厚的關(guān)系形成相對輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)。由于其提供的高表面積使得還實(shí)現(xiàn)了改善的熱導(dǎo)率。圖沈示出另一備用模塊160，其具有與PCM模塊和/或房間連通的一個側(cè)面以及通過其引入空氣并經(jīng)風(fēng)扇(未示出)強(qiáng)制排出空氣的第二側(cè)面162。所述模塊包括依次設(shè)置的三個Peltier。優(yōu)點(diǎn)在于包括兩個以上的依次裝置。空氣循環(huán)類似于前述實(shí)施方案，其中管道163可與PCM模塊和/或房間連通。優(yōu)選使用用于熱泵或Peltier備用系統(tǒng)的隔熱殼體來分隔熱側(cè)和冷側(cè)。在蒸發(fā)冷卻器中，這兩個腔室優(yōu)選熱連接以從濕側(cè)向干側(cè)傳冷。圖27示出一般標(biāo)記為164的蒸發(fā)冷卻器模塊。該模塊164形成具有空氣可通過其引入的第一開口 166的殼體165。殼體165包括兩個相鄰的腔室167和168。在腔室167 中，熱交換器陣列將“冷量”從蒸發(fā)室傳遞至輸入空氣。提供第二開口 169以允許空氣離開-其可以是冷空氣，隨后通過管道輸送至PCM模塊或室內(nèi)。在腔室168中，設(shè)想將孔網(wǎng)或芯吸材料用于蒸發(fā)冷卻器。空氣由于風(fēng)扇171的作用而通過開口 170被引入?？諝庾鳛闈窨諝馔ㄟ^開口 172離開。圖觀示出另一蒸發(fā)冷卻器模塊173，其具有空氣通過其引入的第一開口 174。在開口 174的下游提供風(fēng)扇175和過濾器176。熱交換器177和蒸發(fā)冷卻器178并排設(shè)置。通過開口 174引入的空氣被控制進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器178或熱交換器的空氣量的分流器或閥179 分開。在不需要蒸發(fā)冷卻器的情況下，所有空氣被引向與熱交換器177通過管道181連通的PCM單元180?？諝饨?jīng)由開口 182離開PCM單元進(jìn)入室內(nèi)。排出的空氣通過開口 183離開。圖四示出一般標(biāo)記為184的另一蒸發(fā)冷卻器模塊，其具有新鮮空氣進(jìn)口 185和可與室內(nèi)連通的次級進(jìn)口 186?？扇芜x地在進(jìn)口 185和186之間裝配閥以控制空氣的比例。 如果不使用閥，則空氣可僅從室外引入。交叉流動蒸發(fā)室187通過開口 188排出濕空氣。通過開口 189引入空氣，同時進(jìn)入另一 PCM模塊或房間的空氣通過開口 190離開模塊。在前述附圖27-29中，蒸發(fā)室包括用于產(chǎn)生冷卻的蒸發(fā)濕空氣和進(jìn)入室內(nèi)的干空氣的不同路徑。這防止經(jīng)調(diào)節(jié)溫濕度的空氣和房間變得過于潮濕。從濕室向干室傳遞“冷量”的間接蒸發(fā)冷卻器的其它實(shí)例是熟知的，例如參見US6581402。雖然蒸發(fā)冷卻器的使用是熟知的，但是通過將其與潛熱儲備和PCM模塊一起使用，蒸發(fā)冷卻器可在夜間當(dāng)潛熱儲備和PCM模塊更有效率和夜間空氣更冷時使用。與獨(dú)立運(yùn)行的PCM模塊相比，這顯著提高了 PCM冷卻模塊的效率和/或可靠性。兩個腔室167和168是熱連接的。圖30示出一般標(biāo)記為191的另一蒸發(fā)系統(tǒng)。在該實(shí)施方案中，空氣通過開口 192被風(fēng)扇193引入。隨后流過蒸發(fā)室194。熱干空氣進(jìn)入蒸發(fā)室，冷濕空氣離開。熱交換器195從濕排出空氣向進(jìn)入室內(nèi)的干空氣傳遞“冷量”。開口 196提供排出空氣的出口，而開口 197提供用于冷干空氣進(jìn)入室內(nèi)。第二風(fēng)扇198驅(qū)使室外新鮮空氣或單獨(dú)來源的新鮮空氣通過系統(tǒng)。同樣任選的閥199允許調(diào)節(jié)來自室外和來自室內(nèi)的空氣比例。圖31示出組合的PCM和蒸發(fā)模塊200。PCM和空氣通道的層合體形成為在連續(xù)的 PCM包裹件201中的層、在第一方向上的空氣通道層和在第二方向上的空氣通道層203。一個方向是干空氣的方向以箭頭204表示，而第二方向是濕空氣的方向以箭頭205表示。圖30的熱交換器也可包括圖31所示類型的PCM/蒸發(fā)裝置。圖32示出另一 PCM/蒸發(fā)裝置，其中新鮮空氣通過開口 206流動。任選地，提供第二開口 207以允許空氣從室內(nèi)進(jìn)入。在兩個開口之間提供任選的閥208。風(fēng)扇209驅(qū)使空氣通過裝置。組合的PCM和蒸發(fā)室210設(shè)置在風(fēng)扇下游并且使空氣通過開口 211排出室外或通過開口 212進(jìn)入室內(nèi)。在兩個開口 211和212之間提供閥213。圖33A示出具有PCM包裹件和蒸發(fā)冷卻器的熱交換器的另一實(shí)施方案?？捎山M合的熱交換器和PCM包裹件的堆疊件建立圖3 所示的熱交換器。設(shè)想PCM包裹件的層厚大于所示出的。熱交換器可形成為其表面上具有導(dǎo)熱芯吸材料的波紋裝置。這些可以是在鋁板上的壓紋。組合的PCM和蒸發(fā)模塊的優(yōu)點(diǎn)在于其比這種模塊的并排組合更加緊湊。在夜間，空氣取自室外，使其循環(huán)通過PCM。如果空氣不夠冷，則加水使其蒸發(fā)以提供額外的冷卻。當(dāng)PCM包裹件被凍結(jié)時，將濕空氣排出室外。在日間，通過PCM提供冷卻，同時不添加水并且空氣簡單地取自室內(nèi)。熱交換器優(yōu)選為導(dǎo)熱的，例如金屬、導(dǎo)熱塑料材料或復(fù)合材料，以增加與空氣接觸的表面積，從而在PCM工作時增加傳熱。其還起芯吸作用以在其破壞表面張力時在其上產(chǎn)生薄水層。為了實(shí)現(xiàn)此，可設(shè)想在金屬表面上的溝槽、通道和/或壓紋或者其它的孔網(wǎng)、織物或芯吸材料的形式?？刂葡到y(tǒng)由微控制器和用于測量時間和溫度的傳感器構(gòu)成。優(yōu)選測量室內(nèi)溫度、 PCM的溫度或電阻以及室外溫度。當(dāng)室外空氣溫度下降時或計(jì)時器指示夜間最冷時間時，從室外引入冷空氣通過 PCM。PCM中的溫度傳感器或?qū)Σ牧想娮璧臏y量告知控制系統(tǒng)是否凍結(jié)或已經(jīng)達(dá)到所需溫度。PCM通常在為液體時表現(xiàn)出低電阻，而在凍結(jié)時表現(xiàn)出高電阻。在日間，當(dāng)溫度升高超過一定水平或當(dāng)用戶需要時，系統(tǒng)使空氣循環(huán)通過PCM以提供冷卻。優(yōu)選提供計(jì)時器以允許用戶設(shè)定啟動系統(tǒng)的時間。如果室外空氣比室內(nèi)空氣冷， 則從室外引取更大比例的空氣。圖34示出單元是如何工作的。閥214決定是否從室內(nèi)215或室外216引取空氣， 隨后通過風(fēng)扇217驅(qū)動空氣通過PCM并回到室內(nèi)218。優(yōu)選地，簡單的可移動空氣過濾器 219除去灰塵和顆粒。PCM 220周圍的隔熱層允許儲存冷能直至需要為止。圖35示出一個或更多個單元221可如何通過一系列管道222連接至室外空氣。所述單元安裝在室內(nèi)223 并且管道將所述單元連接至外壁2M并通過壁上、門上或窗上的孔連接至室外。優(yōu)選地，當(dāng)空氣被驅(qū)入室內(nèi)通過單元并在此安裝附加的空氣過濾器時，在壁上的附加通風(fēng)口或閥225允許來自室內(nèi)的過量空氣逸出。前述單元可采取多種方式進(jìn)行安裝。單元221可以是吊頂或墻壁安裝的或放置在地板上并通過滾輪移動。所述單元可連接至一系列的吊頂或墻壁安裝的管道或通過軟管經(jīng)窗口連接至室外。圖36示出圖34所示系統(tǒng)的附加閥226。這允許離開單元的空氣通過第二管道或軟管輸送至室外227或室內(nèi)228。當(dāng)使用夜間冷空氣冷卻PCM時，如果室溫過低，則使其回到室外。通過將過量空氣返回室外，可以調(diào)節(jié)室溫而不影響冷卻PCM。所述單元可與照明裝置結(jié)合。它們可以具有裝配至PCM模塊的吸音板以吸收聲音防止進(jìn)入房間。優(yōu)選根據(jù)需要提供配件以連接照明燈。優(yōu)選提供作為單元一部分或與單元分離的控制界面。所述控制界面可具有無線、 紅外或有線連接以允許其控制單個或多個單元。所述控制界面為用戶提供在單元中剩余多少冷能的反饋以及允許其啟動或停用所述單元。在圖37中示出另一系統(tǒng)，其中PCM安裝在連接至室外空氣供應(yīng)的管道內(nèi)部。在一端的中央控制單元2 包括閥230以控制空氣是否從室外231或室內(nèi)232、風(fēng)扇233和優(yōu)選空氣過濾器234進(jìn)入單元。連接至控制單元的模塊是隔熱的并且包括PCM 235?？諝庋毓艿酪恢毙羞M(jìn)并在末端237流出。為了確?？諝獠皇茏?，空氣流的截面積不需要隨管道的總長度或管道分成多個路徑的情況而變化。這可以通過改變管道的總直徑或通過改變管道內(nèi)的PCM密度來實(shí)現(xiàn)。例如，如果空氣的阻力在管道末端過大，則可在此處放置較少的PCM。 可沿管道的長度設(shè)置閥以允許空氣流出和平衡空氣流量。圖38示出沿風(fēng)扇239安裝在管道內(nèi)的PCM238。在日間，兩個閥240和241允許空氣單獨(dú)穿過每個單元，允許空氣來自室內(nèi)242并再次回到室外。在夜間，這些閥允許空氣沿整個長度行進(jìn)，從室外2M到流出最后的單元M5。允許空氣進(jìn)入室內(nèi)或者最后的單元也與室外連接，并且進(jìn)入室內(nèi)的流量僅受閥Ml的控制。單元可彼此直接連接或利用246所示的附加件間隔開，這可以執(zhí)行附加功能例如拐彎。圖39示出中央控制系統(tǒng)M7，其包括風(fēng)扇248和過濾器對9，用于將夜間空氣推進(jìn)或拉出所述的整個系統(tǒng)(從A到H)。每個PCM250包括控制空氣流量的兩個閥251和252， 使得在日間，空氣經(jīng)風(fēng)扇2M和過濾器255單獨(dú)循環(huán)通過PCM 253 (從E到I)。圖40示出依次設(shè)置的多個模塊I、C、E和F。提供通道以繞過PCM包裹件系列。風(fēng)扇驅(qū)使空氣通過PCM模塊中的PCM包裹件并朝向多個房間流出。每個出口包括調(diào)節(jié)流量的閥。模塊F是簡單的再循環(huán)模塊。圖41示出可移動系統(tǒng)，其以類似于圖34所示系統(tǒng)的方式工作，但是提供局部冷卻而不是整個房間的冷卻?？諝庠陲L(fēng)扇259的驅(qū)動下，進(jìn)入256通過一些通風(fēng)口 257并經(jīng)過 PCM 258，然后朝向用戶260流出。提供界面和控制系統(tǒng)以允許用戶啟動單元。為用戶提供反饋以顯示剩余冷能的量。當(dāng)風(fēng)扇沒有與電源連接時，可充電電池組為風(fēng)扇供電。傳感器監(jiān)測進(jìn)入單元的空氣溫度以及PCM的溫度或狀態(tài)以控制“夜間”循環(huán)期間的空氣流量。優(yōu)選如圖42所示的塢座系統(tǒng)262容納一個或更多個單元沈3，同時通過直接電接觸或通過感應(yīng)充電來為電池組充電。塢座可具有窗、窗臺或墻壁安裝以在室外牢固支撐單元，同時對電池組充電并且使PCM冷卻過夜。作為選擇，塢座可在桌上等方式室內(nèi)使用。
在夜間，可將單元手動放置在室外，所以無需管道將單元連接到室外空氣源。在日間，無論何時需要，單元均可放置于室內(nèi)。在可移動單元中的PCM包裹件也可與控制單元或風(fēng)扇單元分開。這意味著可以使用不同的PCM電池組，當(dāng)一個電池組耗盡時可以取用另一個。這些包裹件可在冰箱或冷凍庫(如果使用水的話)中儲存/凍結(jié)。當(dāng)夜間冷卻不足時， 進(jìn)行附加冷卻。圖43示出模塊的設(shè)置。在該實(shí)施方案中，設(shè)置單個控制模塊264從室外引入新鮮空氣。新鮮空氣循環(huán)通過具有多個橫向延伸通道例如通道266的管道沈5，所述通道終止于 PCM模塊。管道265優(yōu)選是隔熱的。不新鮮空氣可通過控制模塊沈4引出室外。圖44示出從室外引入空氣的管道沈7。所述管道包括兩個橫向延伸通道268和 2690控制單元連接至各個橫向延伸通道?？刂颇K270和271將室內(nèi)的不新鮮空氣和新鮮空氣引導(dǎo)通過兩個相鄰的PCM模塊272和273。提供附加的通風(fēng)口作為模塊274用于將不新鮮空氣從室內(nèi)引出。圖45的構(gòu)造類似于圖43的構(gòu)造，但是具有六個分別導(dǎo)向其各自的PCM模塊的橫向延伸通道。各個模塊可單獨(dú)連接至由多個支撐構(gòu)件例如支撐構(gòu)件275形成的假吊頂框架上。圖46示出圖44所示類型的實(shí)施方案，但是被包括進(jìn)假吊頂中。此外，兩個橫向延伸通道276和277形成“V”形，同時每個控制單元與四個相鄰的PCM模塊連通。前述附圖43-46的一些優(yōu)點(diǎn)在于所述設(shè)置容易放大，這是因?yàn)槠湓试S簡單地添加更多的PCM模塊以滿足特定的室內(nèi)空調(diào)需求。因?yàn)樵趦?yōu)選實(shí)施方案中的PCM模塊沒有電力驅(qū)動部件，因此這些可容易地改裝至現(xiàn)有電力驅(qū)動單元上。這些可使用現(xiàn)有的通風(fēng)裝置、管道和動力通風(fēng)系統(tǒng)。例如，如圖46所示，單個控制系統(tǒng)可驅(qū)動多個單元。單個控制系統(tǒng)也可用于驅(qū)動多個房間內(nèi)的多個單元。效率比常規(guī)熱泵好10倍左右。更具體地，熱能與電能之比好10倍(COP評級)。 對于熱泵而言，該比例為約3，而本文所提供的設(shè)置為約30。圖47示出包括室內(nèi)備用系統(tǒng)的設(shè)置。備用單元278將新鮮空氣引入室內(nèi)，同時通過單獨(dú)的管道排放空氣。提供管道以將空氣經(jīng)管道引入各個控制單元279和觀0。每個控制單元連接至兩個單獨(dú)的PCM模塊例如模塊281和觀2。備用單元可以是前述實(shí)施方案中所述的類型。圖48示出另一包括備用單元的設(shè)置，所述備用單元為小型冷卻器(pettier)或熱泵的形式。在該構(gòu)造中，控制單元設(shè)置在管道283上，而不是與PCM模塊284和285相鄰。 在該構(gòu)造中，備用系統(tǒng)可具有附加的閥以允許其在備用模式中發(fā)揮作用或簡單作用為在冷卻階段將空氣直接泵送至PCM模塊。在圖49中提供另一備用設(shè)置。在該構(gòu)造中，進(jìn)入控制單元觀6的空氣決定室內(nèi)/ 室外空氣的量。備用單元287從室內(nèi)引入不新鮮空氣。作為另一備用系統(tǒng)，其可被包括在PCM模塊中。該設(shè)置的另一改進(jìn)方案為在PCM 單元之后或在其內(nèi)具有備用系統(tǒng)，以在日間為進(jìn)入室內(nèi)的空氣提供輔助。在圖47-49的設(shè)置中，PCM在一年的大部分時間里提供“免費(fèi)”冷卻，而如果夜間溫度不夠冷，則有備用系統(tǒng)可利用。作為選擇，這些設(shè)置可允許系統(tǒng)具有更大功效，但耗能減少例如20-40%。耗能減少通常為60-80%。
圖50-52示出圖43所示類型的設(shè)置與以下系統(tǒng)聯(lián)用動力空氣系統(tǒng)觀8 (如圖50 所示)、與提供冷卻輔助的備用系統(tǒng)四0的動力空氣系統(tǒng)觀9 (圖51)和控制單元291位于室外的構(gòu)造(圖52)。該控制單元可具有使用/再循環(huán)內(nèi)部空氣的能力。在日間，將足夠的新鮮空氣送過系統(tǒng)用于呼吸。在夜間，驅(qū)使空氣從室外通過系統(tǒng)以凍結(jié)PCM。在圖51的實(shí)施方案中，可以使用現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)和與之匹配的任意前述實(shí)施方案中的構(gòu)造。外部動力空氣系統(tǒng)的一個優(yōu)點(diǎn)在于單個更強(qiáng)的具有風(fēng)扇的控制單元安裝在室外， 使得噪聲不成為問題。該系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)這些已經(jīng)與動力空氣系統(tǒng)組合安裝時，其利用現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)，而不是將其重做成具有模塊化單元。這允許只為通風(fēng)系統(tǒng)添加PCM模塊。 可在室內(nèi)使用任選的內(nèi)部控制單元以單獨(dú)控制室溫并允許室內(nèi)空氣再循環(huán)。在冬季模式中，在白天結(jié)束前使悶熱的空氣流過PCM以使其熔融。隨后在殼體隔熱的PCM中儲存熱量用于次日。當(dāng)系統(tǒng)在日間提供新鮮空氣時，使其在進(jìn)入室內(nèi)時流過PCM 以使其升溫。PCM材料自身具有約0. 5-lff/mK的熱導(dǎo)率。將熱導(dǎo)體添加至材料或設(shè)置為與材料相鄰，該熱導(dǎo)體具有比PCM材料自身更高的導(dǎo)熱性。熱導(dǎo)體的特別有利的熱導(dǎo)率為至少5W/ mK的熱導(dǎo)率。設(shè)想塑料材料熱導(dǎo)體的范圍為5-20，而設(shè)想金屬熱導(dǎo)體具有100-250的更大范圍。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，建議PCM包裹件，其包括封閉主要由PCM形成的部分的相對高熱導(dǎo)率材料的封套。PCM選擇為水合硫酸鈉鹽。所述水合硫酸鈉鹽的熔融/凍結(jié)溫度在第一實(shí)施方案中為21°C，或在第二實(shí)施方案中為。在第一和第二實(shí)施方案的每一個中，炭黑可以從Cabot Corp(美國)獲得。對于本發(fā)明的第一實(shí)施方案，所選擇的炭黑是所謂的“Black Pearl L”，對于第二實(shí)施方案，炭黑樣品是所謂的“Mogul L”。第一實(shí)施方案的炭黑具有相對光滑的外表面。顆粒呈丸粒形式。對于第二實(shí)施方案，炭黑顆粒一般稱為 “絨毛狀的”。絨毛狀外表面的實(shí)例示于圖53中，而第一實(shí)施方案的丸粒的相對光滑外表面示于圖M中。這兩個實(shí)施方案中任一個的PCM部分包括水合硫酸鈉與炭黑顆粒的組合。硫酸鈉可以是“10水合硫酸鈉”(得自Fisher Scientific，英國)。第一和第二實(shí)施方案的炭黑的尺寸分布可具有約4 μ m的D5(l。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)炭黑的質(zhì)量百分比為1-45%時具有有利的效果。當(dāng)炭黑的百分比增加時，PCM的稠度也改變。在高百分比時，混合物在加熱后變得粘滯。炭黑比例為3重量％時特別有利。其看起來是顆粒體系。炭黑還形成圓形晶體。當(dāng)引入礦物例如蒙脫土或高嶺土?xí)r獲得優(yōu)點(diǎn)，所述礦物可用作粘度改性劑。第一和第二實(shí)施方案還設(shè)想引入諸如黃原膠的粘度改性劑以防止沉降。高嶺土可得自Lneris Minerals，其具有88%的高嶺土含量。可通過加熱PCM，然后將高嶺土混入再使其冷卻來完成高嶺土的添加。優(yōu)選的高嶺土為具有約Iym直徑的極細(xì)顆粒的片狀礦物。高嶺土與硫酸鈉的質(zhì)量比例可為5/40。在另一實(shí)施方案中，PCM混合物可優(yōu)選80% w/w硫酸鈉、10% w/w高嶺土和10% w/w 絨毛狀炭黑。
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在另一實(shí)施方案中，PCM由以下組分構(gòu)成 水合鹽基PCM，例如十水合硫酸鈉、五水合硫代硫酸鈉或六水合氯化鈣；· 1-10%添加的粘土基增稠劑，例如高嶺土或膨潤土 ；· 1-10%添加的導(dǎo)熱添加劑，例如在優(yōu)選實(shí)施方案中的炭黑；· 1-3%添加的防過冷劑，例如氟化鋰；可實(shí)現(xiàn)以下益處眷改善導(dǎo)熱性，因此加速出現(xiàn)熔融和凝固，增加封裝材料(或材料層)的厚度，進(jìn)一步降低成本或使能量傳遞最大化，并因此使得包括潛熱儲備的熱交換器的冷卻和加熱功率最大化； 提高鹽基PCM的穩(wěn)定性和壽命，防止分離和水分逸失； 減少過冷； 降低相變溫度，通常降低3_5°C，減少用于降低相變溫度的其它鹽的用量； 相比于可供選擇的方法，提高儲能密度； 由于混合物增加粘度，因而減少泄漏的可能性。在一種優(yōu)選的制造模式中，將高嶺土和炭黑在干狀態(tài)下混合在一起。然后，在升高的溫度例如40°C下加熱硫酸鈉以生成無水懸浮物。接著，將炭黑和高嶺土的混合粉末加入所述混合物中并攪拌。隨后，將所得混合物插入烘箱中例如在40°C下熱處理30分鐘，隨后進(jìn)一步攪動或攪拌。在一種優(yōu)選的制備模式中，將復(fù)合物在高于相變溫度但低于水蒸發(fā)溫度的溫度 (< IOO0C )下進(jìn)行混合。廣義上PCM可以是有機(jī)物、低共熔物或鹽水合物。有機(jī)PCM當(dāng)前不是優(yōu)選的。有機(jī)PCM通常是脂肪酸或石蠟基蠟。它們穩(wěn)定，具有高潛熱性并且可得到寬范圍的可用相變溫度，但是往往存在易燃、低熱導(dǎo)率、高成本、可維護(hù)性以及由于其有機(jī)特性可吸引寄生蟲的問題。實(shí)例包括:C16-C18石蠟(在20-22°C相變)和C13-C24石蠟(在22_M°C相變)， 它們具有約150-200KJ/Kg的熔融潛熱，但是具有相對低的0. 2ff/mK的熱導(dǎo)率；脂肪酸例如 Mistiric-癸酸034% -66%，在約相變)或癸酸-月桂酸(45% -55%，在約21°C相變)，它們具有約150KJ/Kg的熔融潛熱以及約0. 1-0. 2ff/mK的低熱導(dǎo)率。在這些混合物中可添加炭黑，理想的是約5-15%以提高熱導(dǎo)率，同時使儲能最大化。在約12%時，在材料中形成導(dǎo)熱路徑。鹽水合物基PCM是有機(jī)物的較為廉價、不可燃、可維護(hù)的替代。鹽水合物基PCM可表現(xiàn)出分離、壽命受限以及過冷(在低于熔點(diǎn)的溫度凍結(jié))的問題。根據(jù)本發(fā)明，添加炭黑提高熱導(dǎo)率，同時起成核劑(減少過冷效應(yīng))和增稠劑(限制分離，同時延長壽命)的作用。在一般意義上，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的組合物包含(以重量計(jì))·鹽水合物基 PCM，50-99 % 炭黑，0-45% (優(yōu)選5-15%，約12%對于熱導(dǎo)率最優(yōu)，因?yàn)樘亢谠诓牧现行纬蛇B續(xù)連接通路) 任選0-10 %增稠劑/膠凝劑 任選0-10%成核劑用于建筑物的空間加熱和冷卻的兩種優(yōu)選的鹽基PCM使用硫酸鈉和氯化鈣。熱導(dǎo)率也低，根據(jù)所用添加劑通常為0. 5-lff/m. K。十水合硫酸鈉(Na2SO4 · IOH2O,也稱為芒硝)具有32. 4°C的相變溫度和M1KJ/Kg 的潛熱。在混合物中添加氯化鈉以降低相變溫度，例如9%氯化鈉和91%十水合硫酸鈉得到約25°C的相變溫度。因此，鹽水合物基PCM可包含 十水合硫酸鈉，85%-100% 氯化鈉，0-15%六水合氯化鈣(CaCl2 · 6H20)具有約的相變溫度和約190KJ/Kg的潛熱?？商砑勇然?、氯化鈉和/或氯化銨以降低相變溫度。例如，48% CaCl2+4. 3% NaCl+0.4% KC1+47. 3% H2O得到的相變溫度和約180_190KJ/Kg的潛熱。因此，鹽水合物基PCM 可包含 六水合氯化鈣，85-100% 氯化鉀和/或氯化銨，0-15%亞硝酸鉀或硝酸鉀也已經(jīng)用于使相變溫度降低至23°C以下。四水合氯化鈣(CaCl2 · 4H20)和二水合氯化鈣(CaCl2 · 2H20)分別具有43. 3°C和 130°C的相變溫度。以上兩種鹽(硫酸鈉和氯化鈣)可組合到同一 PCM混合物中以得到所需的溫度和儲能。其它可能的鹽水合物包括五水合硫代硫酸鈉(Na2S2O3 · 5H20)、三水合乙酸鈉 (CH3COONa · 3H20)、十二水合磷酸氫二鈉(Na2HPO4 · 12H20)和碳酸鈉(Na2CO3 · IOH2O)。增稠劑具有廣泛的可能性，其可選自以下組別之一 粘土基-膨潤土、kaoynite、高嶺土、蒙脫土、硅鎂土或鈉基膨潤土以產(chǎn)生凝膠；· Laponite-商品名，用于增稠涂料； 二氧化硅、硅膠和相關(guān)衍生物； 天然膠/植物膠和凝膠，例如黃原膠； 纖維素基膠和凝膠，例如羧甲基纖維素； 聚乙二醇； 卡波姆；或 水不溶性水凝膠。石蠟也已經(jīng)用作增稠劑，其優(yōu)點(diǎn)在于改善穩(wěn)定性和過冷效應(yīng)二者。十水合四硼酸鈉(硼砂)、硅酸鹽、碳酸鈣、冰晶石、十水合硼酸鈉和氟化鋰已成功地用作成核劑以防止PCM中過冷。但是，根據(jù)所用的PCM存在許多其它的替代物。對于氯化鈣水合物而言，成核劑可包括氫氧化鈣和鋇與鍶的碳酸鹽、氯化物和氟化物，它們可為水合物形式。示例性組合物示于下表。
權(quán)利要求
1.一種相變材料組合物，包含50-90Wt%的鹽水合物和0-45Wt%的炭黑。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述鹽水合物包括硫酸鈉的水合物或氯化鈣的水合物。
3.如權(quán)利要求2所述的組合物，其中所述鹽水合物為十水合硫酸鈉。
4.如權(quán)利要求2所述的組合物，其中所述鹽水合物為六水合氯化鈣、四水合氯化鈣或二水合氯化鈣。
5.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述鹽水合物包括硫代硫酸鈉、乙酸鈉、磷酸氫二鈉或碳酸鈉的水合物。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述鹽水合物包括至少兩種鹽水合物的混合物。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合物，其包含硫酸鈉的水合物和0-15wt%的氯化鈉。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合物，其包含氯化鈣的水合物和0-15wt%的氯化鉀、氯化鈉和/或氯化銨。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合物，其包含0-15wt%的炭黑。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合物，其包含0-10%的增稠劑。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合物，其包含0-10%的成核劑。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合物，其具有-15 100°C的熔點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的組合物，其具有15 40°C的熔點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的組合物，其具有20 30°C的熔點(diǎn)。
15.一種相變材料包裹件，其包含在具有相對高熱導(dǎo)率的材料的封套內(nèi)的如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合物。
16.一種使用如權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的組合物的氣候控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種可移動PCM(相變材料)模塊包括多個PCM包裹件；用于使所述多個PCM包裹件熱隔離于模塊周圍介質(zhì)的殼體；分隔所述PCM包裹件并形成一個以上流體流動通道的空間；所述殼體包括流體進(jìn)口和流體出口；由此在使用時流體從所述進(jìn)口到所述出口流過所述通道。一種PCM(相變材料)包裹件包括包封主要由PCM形成的部分的第一導(dǎo)熱板和第二導(dǎo)熱板的層合體；其中所述PCM部分包括熱導(dǎo)體。一種PCM(相變材料)包裹件包括封閉主要由PCM形成的部分的相對高熱導(dǎo)率材料的封套；其中所述PCM部分包括混入所述PCM的導(dǎo)熱化合物，所述導(dǎo)熱化合物包括炭黑顆粒。
文檔編號F28D20/02GK102405270SQ201080013300
公開日2012年4月4日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月11日
發(fā)明者丹尼爾·貝塞拉, 卡林娜·托萊, 威廉·林賽·彭福爾德, 馬修·霍洛韋 申請人:阿蒂卡科技有限公司