CN102405270A

CN102405270A - 相变材料组合物

Info

Publication number: CN102405270A
Application number: CN2010800133003A
Authority: CN
Inventors: 马修·霍洛韦; 卡林娜·托莱; 丹尼尔·贝塞拉; 威廉·林赛·彭福尔德
Original assignee: ARTICA TECHNOLOGIES Ltd
Current assignee: Monod Da Ford Co.,Ltd.; VKR Holding AS
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2012-04-04
Also published as: GB2476427B; EP2396379A1; GB2476427A; GB201106185D0

Abstract

一种可移动PCM(相变材料)模块包括多个PCM包裹件；用于使所述多个PCM包裹件热隔离于模块周围介质的壳体；分隔所述PCM包裹件并形成一个以上流体流动通道的空间；所述壳体包括流体进口和流体出口；由此在使用时流体从所述进口到所述出口流过所述通道。一种PCM(相变材料)包裹件包括包封主要由PCM形成的部分的第一导热板和第二导热板的层合体；其中所述PCM部分包括热导体。一种PCM(相变材料)包裹件包括封闭主要由PCM形成的部分的相对高热导率材料的封套；其中所述PCM部分包括混入所述PCM的导热化合物，所述导热化合物包括炭黑颗粒。

Description

相变材料组合物

技术领域

本发明涉及相变材料(PCM)包裹件和/或适用于相变材料包裹件的相变材料化合物。本发明具有使用PCM进行环境温度控制例如住宅和商用建筑内的环境温度控制的特定适用性。

背景技术

相变材料利用材料的潜热性质来储存热能并可用于温度控制方法中。相变材料或者是有机物例如石蜡或非石蜡化合物，或者是无机物(盐水合物和金属物质)，或者是低共熔混合物(有机物-有机物、有机物-无机物、无机物-无机物)。尽管可用的相变材料的种类繁多，但是根据所选择的相变材料而言可能存在以下缺点：

●相对低的密度，这限制给定体积所储存的能量；

●相对昂贵和/或难以处理；

●不合适的相变温度；

●储能不足；

●不合适的腐蚀效应；

●相变期间不可逆的分离；

●低热导率，从而限制其熔融和冷却速率或限制其厚度；

●在特定尺寸的包裹件中部分相变，即由于热导率、尺寸和材料的选择，使得包裹件的一部分不可相变，从而限制最优PCM包裹件的尺寸；

●经受超冷却；

●可燃。

确认以下现有技术文件：JP200080358、EP1837617、JP2005330484、US2008318050、CN101289611、CN101074854、EP1837385和KR20060047958。以下现有技术文件也已被确定：US2006/0185817、EP1947404、EP1455156、EP1739376、EP1455155、DE20314018和DE20310593。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种相变材料组合物，包含：50-99wt％的盐水合物和0-45wt％的炭黑，优选0-15wt％的炭黑。

根据本发明，已发现盐水合物与炭黑的组合特别有效，尤其是在气候控制应用上。

盐水合物可包括硫酸钠的水合物和/或氯化钙的水合物。例如，盐水合物可以是十水合硫酸钠、六水合氯化钙、四水合氯化钙、二水合氯化钙或其中两种以上的混合物。其它合适的盐水合物为硫代硫酸钠、乙酸钠、磷酸氢二钠或碳酸钠的水合物或这些与其它盐水合物的合适混合物。

该组合物可包含硫酸钠水合物和0-15wt％的氯化钠。氯化钠可用于使硫酸钠水合物的熔点降低至所需水平。类似地，组合物可包含氯化钙水合物和0-15wt％的氯化钾、氯化钠和/或氯化铵。组合物可包含0-15％的石蜡或其它有机材料以产生低共熔混合物。

任选地，组合物可包含0-10％的增稠剂。任选地，组合物可包含0-10％的成核剂。

通常，组合物的熔点为-15～100℃，优选15～40℃，更优选20～30℃。通常，相变材料具有至少十倍于该材料比热的潜热。

本发明涉及一种相变材料包裹件，其在相对高热导率材料的封套内包含所述组合物。本文中“相对高热导率”是指封套有利于热量在组合物与其周围环境之间流动，例如用于气候控制系统的有效运行。合适的封套材料是金属例如具有良好防腐性的铝和不锈钢，但是也可以使用塑料材料或金属/塑料复合材料。

本发明涉及使用所述组合物的气候控制系统。

在宽范围方面，本发明提供一种PCM(相变材料)包裹件，包括封装主要由PCM形成的部分的相对高热导率材料的封套；其中所述PCM部分包括混入所述PCM的导热化合物，所述导热化合物包括炭黑颗粒。该构造允许PCM包裹件得到优化。其改善了热导率，使得可以获得热性质改善的较大规模的PCM包裹件。热导率的改善有效地提高了能量传递速率，加速了熔融和冻结循环，并由此使得使用潜热储备的热交换器可以提供的冷却或加热功率最大化。其允许相变材料操作可用于大量循环。炭黑还可以降低过冷效应并提高稳定性，减少对其它试剂的需要。其自身可以低成本相对简单地制造。PCM部分可以包含石蜡和炭黑颗粒的混合物，但是这不优选。

PCM部分可包括降低过冷的试剂，例如氟化锂。

在一个补充方面，所述PCM部分包含盐基材料和炭黑颗粒的混合物。该混合物的特别有利之处在于其进一步改善前述效果。其允许盐基材料经历必要的相变，而基本不受颗粒阻碍。相反，颗粒改善热导率以改善PCM包裹件的性能。

在另一补充方面，所述盐为水合硫酸钠盐。该构造进一步优化了PCM包裹件的性能。

在另一补充方面，所述炭黑颗粒具有绒毛状外表面。该绒毛状外表面可以是具有大量不均匀突起点的形式。在这种形式中，炭黑颗粒具有相对低的密度，这在优化热导率的同时还改善相变材料的整体性能。本文中，“绒毛状”可认为是指该炭黑具有比光滑的炭黑颗粒更显著有效的表面积。

在另一补充方面，大部分所述颗粒的宽度为1-10μm。该构造还在改善炭黑和PCM之间的混合物方面特别有利。其允许在整个材料中的有利分散。

在另一补充方面，所述炭黑颗粒的密度为100-250kg/m³。在该范围内可以得到光学混合物。还可以减低相变过程中的分离风险。

在另一补充方面，PCM部分包含通过防止分离而提高混合物的稳定性和寿命的试剂，其可以是硅酸盐添加剂例如Liponite(RTM)、胶例如黄原胶、粘土例如膨润土。在另一补充方面，所述粘土矿物选自以下组别或为以下组别的任意粘土矿物的组合：高岭土、蒙脱土和/或膨润土。这些还通过增稠所述材料来改善所述材料。

在另一宽范围独立方面，本发明提供一种相变材料(PCM)复合物，包含混入所述PCM中的导热化合物，所述导热化合物包括炭黑颗粒。在另一补充方面，所述复合物包含盐基材料和炭黑颗粒的混合物。

在另一宽范围方面，本发明提供一种可移动PCM(相变材料)模块，包括多个PCM包裹件；用于使所述多个PCM包裹件热隔离于模块周围介质的壳体；分隔所述PCM包裹件并形成一个以上流体流动通道的空间；所述壳体包括流体进口和流体出口；由此在使用时流体从所述进口到所述出口流过所述通道。

该构造是特别有利的，因为其允许针对不同的能量需求由多个模块构建系统。当在模块中不设置任何驱动或动力部件时，还可转换常规思维。由此，可允许改装现有的空气流动系统。还改善了耗能效率。

在一个补充方面，所述进口和/或所述出口包括一个或更多个流量调节阀。如果模块仅包括这些部件，则进一步减少了必需的部件数目并允许相比于每个模块包括功率部件的模块而言特别紧凑的模块。

在另一补充方面，所述PCM包裹件基本上并排设置。在该构造中，对冷却有利。

在另一补充方面，所述PCM包裹件被一个或更多个横向延伸并形成所述通道的热导体分隔。这允许PCM部分具有更大的有效体积并因此改善其效率。

其它方面改善以下一项或更多项：PCM的效率、湍流、系统相对于其效率的紧凑性、总包装重量及其制造要求。

在另一补充方面，所述热导体具有波纹板的形式。

在另一补充方面，至少一个所述PCM包裹件包括波纹壁以形成流体流动通道。

在另一补充方面，在至少一个所述通道中提供多个突起。

在另一补充方面，至少一个所述PCM包裹件包括壁，突起从所述壁上突入所述通道中。

在另一补充方面，所述或每个PCM包裹件包括第一导热板和包封主要由PCM形成的部分的第二导热板的层合体；其中PCM的所述部分包括热导体。在另一补充方面，所述热导体从一个或两个所述导热板横向延伸。

在另一补充方面，所述热导体在平面图上形成六边形。

在另一补充方面，所述层合体还包括波纹导热板。

在另一补充方面，所述层合体包括第三导热板和包封主要由PCM形成的第二部分的第四导热板；以及位于所述第二和第三导热板之间的波纹导热板。

在另一补充方面，所述层合体包括多个在所述板上的突起。

在另一补充方面，所述导热板选自铝基材料、钢基材料和塑料材料。

在另一补充方面，所述PCM选自盐、盐基水合物、盐和/或盐基水合物的混合物、和/或有机材料。

在另一补充方面，所述盐基水合物选自水合氯化钙或水合硫酸钠。

在另一补充方面，所述盐基水合物包括增稠剂，所述增稠剂选自黄原胶和/或Liponite。

在另一补充方面，所述有机材料为基于石蜡的材料。

在另一补充方面，所述热导体包括混入所述PCM中的导热化合物。在另一补充方面，所述热导体是混入所述PCM中的碳基化合物。

在另一补充方面，所述碳基化合物为炭黑。

在另一补充方面，所述热导体包括钢丝绒或化学碳纳米管。

在另一补充方面，所述模块还包括小型(pettier)冷却器。

在另一补充方面，所述模块还包括蒸发冷却器。

在又一宽范围独立方面，本发明提供一种空调装置，包括：

根据前述要求中任一项所述的一个或更多个可移动PCM模块；和

至少一个可移动控制模块，其包括具有进口和出口的壳体；以及在使用时使流体从所述进口流至所述出口的泵；

其中所述装置包括将所述可移动控制模块与所述可移动PCM模块连接的管道。

在一个补充方面，所述控制模块包括位于所述壳体的不同面上的第一和第二进口以及设置为调节所述进口之间的流入量的阀。

在另一补充方面，所述控制模块包括在所述进口和所述出口之间的内管道；所述内管道包括两个相邻的通路，一条通路包括泵，另一条通路包括止回阀。

在另一补充方面，所述装置还包括可移动备用模块，所述可移动备用模块包括热泵、换流器、Peltier冷却器或蒸发冷却器中的其一；并且还包括用于将所述备用模块与所述PCM模块连接的装置。

在又一宽范围独立方面，一种PCM(相变材料)包裹件包括第一导热板和包封主要由PCM形成的部分的第二导热板的层合体；其中PCM的所述部分包括热导体。

在一个补充方面，所述热导体从一个或两个所述导热板横向延伸。

在一个补充方面，所述热导体在平面图上形成六边形。

在另一补充方面，所述层合体还包括波纹导热板。

在另一补充方面，所述层合体包括多个在所述板上的突起。

在另一补充方面，所述盐基水合物选自水合氯化钙或水合硫酸钠。在另一补充方面，所述盐基水合物包括增稠剂，所述增稠剂选自黄原胶和/或Liponite。

在另一补充方面，所述有机材料为基于石蜡的材料。

在另一补充方面，所述热导体包括混入所述PCM中的导热化合物。

在另一补充方面，所述热导体是混入所述PCM中的碳基化合物。

在另一补充方面，所述碳基化合物为炭黑。

在另一补充方面，所述热导体包括钢丝绒或化学碳纳米管。

本发明的其它方面包括：

●利用每日24小时循环从室外夜间空气储存冷能并在日间释放该冷能的冷却装置，其包括隔热PCM、电扇和控制空气通过PCM流动的控制系统。

●可移动并且夜间移至室外以冷却PCM的装置，其具有为风扇提供电力的电池组和任选的为其充电的坞座。

●可通过安装在墙上或吊顶上而改装至建筑物中的装置或安放在地板上配有任选滚轮的装置，该装置通过管道连接至室外空气。

●控制系统，其利用计时器和任选的传感器测量室内、室外、PCM的温度或其电阻，通过阀或风扇来控制经过PCM的空气流量。

●控制系统，其在室外空气温度低于相变温度时、在预定时间时或在使用者手动将其设定为“夜间”模式时，使冷空气流过PCM以使其冻结。

●控制系统，其在“夜间”模式下，当PCM已达到所需温度或电阻已改变指示PCM完全冻结时切断空气。

●控制系统的用户界面，其可以是主单元的一部分或与主单元分离以允许使用者开启和关闭所述单元、改变模式、设定计时器或选择冷却量。-可利用无线协议、红外线或物理连接电线的用户界面，使得单个用户界面可一次控制单个或多个单元。

●控制系统，其在被用户设定时、当达到预设条件时、当室内温度升高时或利用输入的组合，通过启动风扇或阀使空气从室内或室外流过PCM来提供冷却并将其释放至室内。

●控制系统，其控制室外与室内空气的比例以确保提供最少量的用于呼吸的新鲜空气，但是如果室外温度低于室内温度，则提高室外空气的比例。

●控制系统和界面，其监测电池组以向用户指示剩余电量并且在连接至电源时控制其充电。

●控制系统和界面，其向用户反馈在单元中剩余多少冷能。

●任选的坞座，单元可安装在其中以对其电池组充电并保持所述单元固定在窗台、墙壁等上。

●允许空气进出单元的通风口。

●控制空气从室内或室外流过PCM的阀。

●控制从单元流入室内或回到室外的空气流量的任选阀。

●将管道或多个单元连接在一起的连接点。

●管道或软管和配件的模块系列，单个或多个单元可与其连接并进而连接至室外以载运空气通过窗、吊顶或墙壁单元进出。

●终端单元，其中管道连接室外空气并安装至窗、吊顶或墙壁，任选具有空气过滤器和单独的阀以使过量的空气从室内回到室外。

●单元中任选的空气过滤器。

●在管道内部安装PCM。

●连接或嵌入任选的照明系统的配件。

●在另一方面，系统包括低能量冷却模块作为独立式、可移动、吊顶或墙壁安装的装置，其可改装至建筑物上。所述单元包括合适的PCM，其根据当地的气候条件为用户提供舒适的室内温度。所述单元依赖于波动的24小时温度循环。

附图说明

以下参考附图进一步说明本发明的实施方案，其中：

图1示出具有单个上开口的PCM模块的截面图。

图2示出具有不同方向的两个上开口和两个下开口的PCM模块的截面图。

图3示出适合与假吊顶配合的PCM模块。

图4示出适合与具有依次提供的PCM包裹件的假吊顶配合的PCM模块的截面图。

图5示出具有被波纹板间隔开的多个PCM包裹件的热交换器的截面图。图6示出图5的实施方案的透视放大图。

图7示出PCM包裹件与波纹板的组合的透视图。

图8示出可移动的PCM包裹件的透视图。

图9A和B示出具有导热波纹板的PCM包裹件。

图10示出PCM包裹件与具有多个孔的波纹板的组合件的透视图。

图11示出六边形阵列组合件的透视图。

图12示出PCM包裹件与具有穿孔的六边形阵列的组合件的透视图。

图13A和B示出包括波纹壁的PCM包裹件的截面图和透视图。

图14A和14B分别示出其封套可通过挤出形成的PCM包裹件的截面图和透视图。

图15示出包括多个图14所示类型的PCM包裹件的热交换器的透视图。

图16示出包括多个图14所示实施方案的PCM包裹件的热交换器的透视图。

图17示出具有横向阀的控制单元的示意性截面图。

图18示出具有位于两个进口之间的阀的控制模块的示意性截面图。图19示出使用止回阀的控制模块的示意性截面图。

图20示出包括风扇的控制单元。

图21示出可与PCM模块一起使用的热交换器的示意性截面图。

图22示出热交换器的另一实施方案的示意性截面图。

图23示出包括小型(pettier)冷却器的热交换器的截面图。

图24示出包括PCM包裹件的热交换器的截面图。

图25示出作为小型冷却器一部分的包括六边形管道的热交换器的截面图。

图26示出包括多个热交换器的控制单元。

图27示出包括蒸发单元的备用模块的示意性截面图。

图28示出具有蒸发系统的备用单元的另一实施方案。

图29示出备用单元的另一实施方案。

图30示出本发明另一实施方案的示意性截面图。

图31示出具有双向通道的PCM包裹件层合体的透视图。

图32示出另一蒸发系统的示意性截面图。图33A和图33B示出板和PCM包裹件组合的透视图和截面图。

图34示出PCM单元的示意性截面图。

图35示出多个PCM模块。

图36示出PCM模块的另一实施方案。

图37示出控制单元和PCM模块的组合的截面图。

图38示出多个PCM模块的组合。

图39示出PCM模块组合的另一实施方案的截面图。

图40示出PCM模块、控制单元和再循环单元的组合的另一实施方案。

图41示出具有可充电电池组以驱动风扇的可移动单元。

图42示出适合为图41的PCM模块充电的坞座。

图43-52示出用于给定房间的PCM模块的排列的平面图。

图53示出选定的“绒毛状”炭黑颗粒。

图54示出选定的相对“光滑的”炭黑颗粒。

图55示出根据本发明的相变材料包裹件。

发明详述

图1示出具有多个PCM包裹件例如PCM包裹件2的可移动PCM(相变材料)模块。PCM包裹件固定在模块壳体3上。PCM包裹件并排提供并且彼此平行。在两个相邻的包裹件例如包裹件2和包裹件4之间提供合适流体可通过其循环的通道5。流体可以是气体或液体，但是在本发明的优选实施方案中，流体选择为气体。壳体3包括形成壳体的进口/出口的颈部6。在本说明书中，术语“进口/出口”应理解为可互换的，因为一旦流动方向改变则进口变为出口，反之亦然。模块包括阀或气闸7，用于限制流过颈部6的气体(通常为空气)的流量。在网络中使用多个模块的系统中，气闸7可用于平衡流量以解决在给定网络构造中的压差。在模块1的另一端，通风口8设置有通常安装在壳体3上的多个叶片例如叶片9，以允许手动和/或自动调节空气离开壳体的角度。壳体3可具有相对高的隔热性，以在位于壳体内的PCM包裹件和壳体周围环境之间有效地产生热屏障。

图2示出PCM模块的另一实施方案。PCM模块10包括多个PCM包裹件例如PCM包裹件11。模块包括壳体12，所述壳体具有用于以间隔方式固定PCM包裹件以在相邻包裹件之间提供通道例如通道13的可释放连接装置。在PCM包裹件阵列上方提供多个回转阀例如回转阀14以控制流量。与壳体12整体提供具有第一侧向开口16和第二侧向开口17的管道部分15。管道15在所述侧向开口处的形状为允许连接管道或本发明任一实施方案中所示类型的其它模块。在PCM包裹件阵列的下方，设置两个开口18和19以允许空气沿如箭头20和21所示的偏离约90度的两个独立方向流动。在开口18和19之间提供分配器22以沿所需方向引导流动。如图1所示，在开口中提供多个通风口。这些通风口可以是绕枢轴旋转的，以允许用户控制空气的准确方向。虽然空气可在两个方向上引导通过模块，但是图2的实施方案示出空气如箭头23所示在开口16中流入、流过在PCM包裹件之间形成的通道并且通过开口18和19流出。

图3示出一般标记为24的另一PCM模块，其具有密封至颈状的模块上开口26的可分离管道25。模块24包括平行设置在隔热壳体28内的PCM包裹件例如包裹件27的阵列。假吊顶板29密封至PCM模块的底开口30。假吊顶板29包括形状上对应于假吊顶框架构件33的舌32的横向沟槽31。提供多个开口34和35以允许空气从管道25通过PCM模块24离开吊顶板进入吊顶板下方区域而循环。

图4示出一般标记为36的PCM模块，其具有位于壳体38中的PCM包裹件例如包裹件37的阵列。壳体包括允许空气循环进和/或出模块36的侧向开口39。在开口39和开口40之间的通路上依次提供PCM包裹件。模块36贴靠吊顶板41以允许空气通过假吊顶板流至吊顶板下方区域。提供可绕枢轴旋转和/或可调节的通风口的设置以允许用户适当地对其进行控制和影响。如图3所示，吊顶板连接至假吊顶支撑物。与前述实施方案相比，该附图构造在热交换器中提供更长的空气流路。

在每个前述PCM模块中，优选并且特别有利的是没有有源部件例如来驱动空气流动。随后描述分离的模块或控制模块。

图5示出PCM模块的截面图，其为具有隔热壳体43的热交换器42形式。壳体的壁可选择为在8小时内保持80-90％的冷度(coolth)。其厚度可为约25mm，热导率为0.01-0.02W/MK。在壳体43的内部，导热金属框44形成内衬。连续的波纹板例如板45的层与PCM包裹件层例如层46交替。图6示出图5的部件的放大图。波纹板可被许多横向鳍片或连接件替代，所述鳍片或连接件以与波纹板类似的方式增加与流过PCM包裹件之间的通道的空气接触的表面积。因为与空气接触的表面积增加，所以PCM包裹件的厚度可增加，从而允许实现更大程度的冷却。在一个优选实施方案中，PCM包裹件之间的间隙略小于波纹鳍片的高度以确保最优的热接触。为了支撑PCM包裹件的重量，在框架内部提供轨道(图中未示出)。图7示出具有多个凸起例如凸起48的波纹板47。作为选择，这些凸起可以是孔或孔与凸起的组合以通过形成湍流来破坏层流从而增加传热。波纹板47可如图5所示设置为与密封的PCM包裹件49相邻。波纹板47可优选由优选厚度小于1mm的金属板材制造。为了优化结构强度和热导率，设想为0.1-0.2mm的范围。设想多种已知技术例如压制或折叠来形成该板。除了使用金属板材之外，也可以选择导热塑料材料。

图8示出PCM包裹件50，其具有用于容纳PCM的不可渗透外层51。提供可具有椭圆形开口形式的手柄52。在包裹件的相对横侧面上提供大量凹陷53和54。这些可用于锁闭所述包裹件成为提供在例如热交换器中的可释放附属件。该实施方案示出可如何使PCM包裹件成为易便携的。

图9A示出形成有用于捕获PCM的上壁55和下壁56的PCM包裹件。在壁55和56之间提供板57，其形成为在截面图上为连续V形的部分。图9A的部件在图9B中示为胶接或密封在一起以防止在使用时PCM的任何逸出。

PCM为有机物、盐基水合物或二者组合中的一种。设想熔融温度优选21-24℃的石蜡基PCM。为了获得最优的熔融温度，将不同类型的可用石蜡以合适的比例混合。

适用的盐水合物可为例如氯化钙或硫酸钠的水合物形式。本发明还设想在盐水合物之外使用增稠剂以使盐保持其水合形式。合适的增稠剂可选自包括：黄原胶或Liponite的组别。除了波纹板57的横向导热鳍片之外或替代这种横向鳍片，可在PCM混合物中悬浮导热元件。合适的悬浮化合物可以是炭黑。

图10示出一般标记为58的可供选择的PCM包裹件的结构。该PCM包裹件的结构与前述实施方案不同之处在于在一般标记为61的波纹板的鳍片60上提供有许多孔59。这种孔允许熔融的PCM均匀分配并使空气保持在外。波纹板可胶接以提高强度。

波纹板可压制并且主要制造成极薄壁厚例如小于1mm以使重量保持最小，同时该轮廓/皱摺/图案增加强度。横向鳍片允许PCM包裹件的厚度增加以改善热导率。其允许在整个包裹件中PCM与连接件之间具有最优的最大距离4-16mm(或10-20mm)。设想在PCM中设置可供选择的热导体，例如钢丝绒、化学碳纳米管、悬浮炭黑，它们可随机分布在整个材料中。

横向连接件可由薄金属/塑料制成，优选厚度小于1mm。板的形状和构型可通过压制、压印和/或折叠工艺得到。

图11示出PCM包裹件62的放大图，该包裹件具有紧密相邻的用于容纳PCM的圆柱体63的阵列。圆柱管可采取六边形网孔的形式。该阵列可由单片板材通过激光切割和拉开形成以得到壁厚约0.1mm的阵列。固定在该阵列的顶部和底部，提供分别标记为64和65的顶板和底板。组装的过程可包括以下步骤：a)将六边形容器的阵列与顶板或底板之一连接；b)用熔融相的PCM填充所述管以允许当其冻结时产生足够用于其膨胀的空隙；随后c)胶接余下的板。

与图11的实施方案相比较示出可供选择的PCM包裹件66。PCM包裹件66包括浅壁平台67，其中设置有六边形容器的阵列68。该容器阵列密封在盖69和平台67之间。提供穿过每个六边形容器的孔例如孔70以允许分布PCM。板69可通过超声焊接或通过胶接连接至平台67。

如果PCM选择为盐基的，则包裹件材料优选选择为涂覆铝或导热塑料材料(例如K大于5W/mK)或不锈钢以防腐。

横向连接件的关键优点之一是其允许PCM包裹件制造成比其它方式所可以制造的更大的厚度。例如可获得具有高效热导率的材料厚度为20-50mm的包裹件。

图13A和13B示出PCM包裹件(图13A)和PCM包裹件堆叠件(stack)(图13B)。在该实施方案中，PCM包裹件一般标记为71并且仅由2块板72和73形成，以允许在孔腔例如孔腔74的阵列中填充PCM。所述孔腔形成为截面为V形。诸如部分75的部分暴露于空气流动中。此外，设想暴露于流动中的外表面具有压纹和/或隆起。此类浮雕可用于任一前述实施方案中以增加湍流并因此增加包裹件的传热性。波形或波纹板73例如通过压制或折叠形成。如在包裹件76和77的堆叠件中所示，空气可在孔腔中流动，如箭头所示。该实施方案允许增加与空气接触的表面积并减少PCM和导热材料之间的最大距离。换言之，其结合了具有内横向连接件的PCM包裹件以及与空气接触的波纹热交换器的功能。

图14A和14B示出PCM包裹件78的两个单独的视图。PCM包裹件78包括具有多个向内突起的网例如网80和向外突起的网例如网81的单个周壁79。在另一实施方案中，可仅提供向外突起的网和/或仅提供向内突起的网。在由周壁79形成的封套中，设置有PCM 82以填充空间。为了封闭PCM包裹件，可提供端片(图中未示出)并将其固定在横向边缘83和84上。用于这些PCM包裹件的材料可以是渗透性相对低的塑料材料。作为选择，涂覆铝也是有利的。优选地，塑料材料的热导率选择为热导率大于1W/mK。得到此类热导率的用于PCM包裹件材料的塑料材料的选择是在塑料材料中添加碳纳米管或颗粒。设想用于制造壁79的工艺可通过挤出形成壁。

图15示出一般标记为85的PCM包裹件模块。模块85包括由侧壁87、88形成的隔热外层86、基底壁89和盖90。在隔热层中，提供具有多个壁架例如壁架92的框架91用于以间隔开的方式支撑PCM包裹件堆叠件。提供间隙例如间隙93以允许流体循环。在该实施方案中连接件80和81仅部分朝向相邻的PCM包裹件板延伸。

如图16所示，在组装过程中，可以完全打开侧面94以允许连续的包裹件以类似于抽屉滑入其盒盖内的方式插入。

图17示出一般标记为95的控制模块。控制模块可与多个PCM模块连通使用，所述PCM模块可以是前述实施方案中所述的类型。控制模块95包括其自身壳体96，所述壳体包括使得空气如附图中箭头所示那样循环的风扇97。在作为选择的实施方案中，风扇可在相反方向上驱动。控制模块包括在第一开口99和第二开口100之间分开的进入管道98。第一和第二开口位于壳体96的不同侧面上。在一个具体构造中，模块可置于建筑物内以从室内通过开口100引入空气并且通过开口99从室外或从合适新鲜空气源引入空气。在开口100内，可提供阀和/或通风口和/或滑门101以调节从室内引入的空气比例和从室外或从新鲜空气源引入的空气比例。任选地，在风扇上游提供过滤器102。

除了这些部件外，还可以提供控制风扇运行的电路。电路可以与一个或更多个传感器或检测二氧化碳和/或室温的监测器连通。合适的传感器可设置在室内或室外。此外，合适的话，可以提供传感器或监测器来评估PCM离开温度。在一个优选实施方案中，传感器可设置为评估PCM的电阻以确定在给定包裹件中剩余的冷量。

图18示出一般标记为103的作为选择的模块，其具有位于第一开口105和第二开口106之间的控制阀104。最理想的是，在开口105和106的下游提供多个过滤器107和108。阀104下方的管道可设置为朝导向开口111的风扇110变宽。

图19示出可分离控制模块112的另一实施方案。该控制模块包括从室内或从室外引入空气的开口113。管道114分成分别配备风扇117和止回阀118的两个通路115和116。这允许使用外力驱动的空气系统，因为止回阀允许空气绕过风扇。如果需要来自室内的再循环空气，则运行风扇产生高压以驱使空气通过。

图20示出在壳体121中具有上开口120的另一分离的控制模块119。其最优地在开口120的下游包括空气过滤器122。侧向开口123具有通风口。在风扇123周围提供用于隔音的挡板例如挡板124。在该实施方案中，简单的通风口123可打开/关闭-这是因为当通风口打开时来自室外的空气必须进一步行进。此时阻力较小并且更多空气再循环。当通风口关闭时产生较大的阻力，所以从室内引入的空气比例较小。实际上，通风口可具有较大的截面积，例如高达包括开口120的新鲜空气管道面积的两倍。

除了PCM模块和控制模块之外，还可以提供其它模块。在一个优选的实施方案中，在PCM模块的上游提供备用模块。图21示出备用模块125，其包括具有热侧126和冷侧127的热交换器。冷却液可例如在热侧和冷侧之间循环。壳体128包括适用于连接其它管道或其它模块的管道129。提供开口130以允许空气从室内和/或室外进入。图17-20所示类型的控制模块可用于使空气流过热交换器的冷侧127。提供具有开口132的出口管道131以允许空气向PCM模块循环。开口133允许空气(可以是例如不新鲜的室内空气)循环通过热交换器的热侧并向开口134循环。使用泵135或风扇引导空气沿附图所示方向通过。

图22示出另一备用模块136，其具有容纳热交换器的热侧和冷侧的壳体137。冷侧标记为138，热侧标记为139。在阀142的两侧提供两个开口140和141。风扇143驱使空气离开室内以从热侧带走热量。备用模块可包括热泵和/或换流器和/或小型冷却器以冷却进入PCM模块的空气，同时带走废热。作为选择，可使用蒸发装置，其中热侧成为蒸发冷却器并且使得湿的废空气能够被移除同时将“冷量”传递至输入空气。

将图21和22所示类型的模块与前述的PCM模块相结合具有多个优点，与常规只有热交换器的系统相比，其允许备用模块保持紧凑。因为允许在夜间运行，因此其还特别有利之处在于热交换器肯定效率更高。因此，对于蒸发、热泵和/或小型冷却器系统而言特别节能。其还允许使用更廉价的夜间电力。该模块配置允许备用单元与PCM和控制系统专门分离以适合当地气候和房间的热负荷。其还允许更容易地维护。

可理想地控制备用系统使其进入夜间冻结模式，如果控制模块估计的温度不够冷，则开启备用系统以冻结PCM。在该构造中，在日间基本不需要热泵，这是因为通过PCM模块和备用模块在夜间循环的结合实现了大部分的冷却。

图23进一步详细示出可如何形成Peltier备用模块。Peltier可设置在其热侧145和其冷侧146之间。提供冷侧管道147和热侧管道148。如在前述实施方案中那样，冷侧管道可与PCM模块连通。管道壁提供隔热。

图24示出另一PCM模块149，其具有外壳体150和内壳体151。提供一个或更多个Peltier例如Peltier 152。Peltier 152具有提供在引导空气通过的管道中的热侧153。在壳体151内，提供导热框架154，其中如在例如图5中那样，波纹板和PCM包裹件的层交替。PCM模块用作热交换器的冷侧以及包括PCM包裹件。该构造的一个益处在于其特别紧凑。

图25示出图23的实施方案的一个替代方案，其中示出另一Peltier基备用模块155。Peltier156包括六边形管例如管157的网。六边形阵列各自形成热交换器的一个侧面。在该实施方案中，侧面158是冷侧，侧面159是热侧。在使用时，如果必要，冷侧158可与用于备用冷却的PCM模块连通。六边形构造由于壁厚的关系形成相对轻质的结构。由于其提供的高表面积使得还实现了改善的热导率。

图26示出另一备用模块160，其具有与PCM模块和/或房间连通的一个侧面以及通过其引入空气并经风扇(未示出)强制排出空气的第二侧面162。所述模块包括依次设置的三个Peltier。优点在于包括两个以上的依次装置。空气循环类似于前述实施方案，其中管道163可与PCM模块和/或房间连通。

优选使用用于热泵或Peltier备用系统的隔热壳体来分隔热侧和冷侧。在蒸发冷却器中，这两个腔室优选热连接以从湿侧向干侧传冷。

图27示出一般标记为164的蒸发冷却器模块。该模块164形成具有空气可通过其引入的第一开口166的壳体165。壳体165包括两个相邻的腔室167和168。在腔室167中，热交换器阵列将“冷量”从蒸发室传递至输入空气。提供第二开口169以允许空气离开-其可以是冷空气，随后通过管道输送至PCM模块或室内。在腔室168中，设想将孔网或芯吸材料用于蒸发冷却器。空气由于风扇171的作用而通过开口170被引入。空气作为湿空气通过开口172离开。

图28示出另一蒸发冷却器模块173，其具有空气通过其引入的第一开口174。在开口174的下游提供风扇175和过滤器176。热交换器177和蒸发冷却器178并排设置。通过开口174引入的空气被控制进入蒸发冷却器178或热交换器的空气量的分流器或阀179分开。在不需要蒸发冷却器的情况下，所有空气被引向与热交换器177通过管道181连通的PCM单元180。空气经由开口182离开PCM单元进入室内。排出的空气通过开口183离开。

图29示出一般标记为184的另一蒸发冷却器模块，其具有新鲜空气进口185和可与室内连通的次级进口186。可任选地在进口185和186之间装配阀以控制空气的比例。如果不使用阀，则空气可仅从室外引入。交叉流动蒸发室187通过开口188排出湿空气。通过开口189引入空气，同时进入另一PCM模块或房间的空气通过开口190离开模块。

在前述附图27-29中，蒸发室包括用于产生冷却的蒸发湿空气和进入室内的干空气的不同路径。这防止经调节温湿度的空气和房间变得过于潮湿。从湿室向干室传递“冷量”的间接蒸发冷却器的其它实例是熟知的，例如参见US6581402。虽然蒸发冷却器的使用是熟知的，但是通过将其与潜热储备和PCM模块一起使用，蒸发冷却器可在夜间当潜热储备和PCM模块更有效率和夜间空气更冷时使用。与独立运行的PCM模块相比，这显著提高了PCM冷却模块的效率和/或可靠性。两个腔室167和168是热连接的。图30示出一般标记为191的另一蒸发系统。在该实施方案中，空气通过开口192被风扇193引入。随后流过蒸发室194。热干空气进入蒸发室，冷湿空气离开。热交换器195从湿排出空气向进入室内的干空气传递“冷量”。开口196提供排出空气的出口，而开口197提供用于冷干空气进入室内。第二风扇198驱使室外新鲜空气或单独来源的新鲜空气通过系统。同样任选的阀199允许调节来自室外和来自室内的空气比例。

图31示出组合的PCM和蒸发模块200。PCM和空气通道的层合体形成为在连续的PCM包裹件201中的层、在第一方向上的空气通道层和在第二方向上的空气通道层203。一个方向是干空气的方向以箭头204表示，而第二方向是湿空气的方向以箭头205表示。

图30的热交换器也可包括图31所示类型的PCM/蒸发装置。

图32示出另一PCM/蒸发装置，其中新鲜空气通过开口206流动。任选地，提供第二开口207以允许空气从室内进入。在两个开口之间提供任选的阀208。风扇209驱使空气通过装置。组合的PCM和蒸发室210设置在风扇下游并且使空气通过开口211排出室外或通过开口212进入室内。在两个开口211和212之间提供阀213。

图33A示出具有PCM包裹件和蒸发冷却器的热交换器的另一实施方案。可由组合的热交换器和PCM包裹件的堆叠件建立图33B所示的热交换器。设想PCM包裹件的层厚大于所示出的。热交换器可形成为其表面上具有导热芯吸材料的波纹装置。这些可以是在铝板上的压纹。组合的PCM和蒸发模块的优点在于其比这种模块的并排组合更加紧凑。在夜间，空气取自室外，使其循环通过PCM。如果空气不够冷，则加水使其蒸发以提供额外的冷却。当PCM包裹件被冻结时，将湿空气排出室外。在日间，通过PCM提供冷却，同时不添加水并且空气简单地取自室内。

热交换器优选为导热的，例如金属、导热塑料材料或复合材料，以增加与空气接触的表面积，从而在PCM工作时增加传热。其还起芯吸作用以在其破坏表面张力时在其上产生薄水层。为了实现此，可设想在金属表面上的沟槽、通道和/或压纹或者其它的孔网、织物或芯吸材料的形式。

控制系统由微控制器和用于测量时间和温度的传感器构成。优选测量室内温度、PCM的温度或电阻以及室外温度。

当室外空气温度下降时或计时器指示夜间最冷时间时，从室外引入冷空气通过PCM。PCM中的温度传感器或对材料电阻的测量告知控制系统是否冻结或已经达到所需温度。PCM通常在为液体时表现出低电阻，而在冻结时表现出高电阻。

在日间，当温度升高超过一定水平或当用户需要时，系统使空气循环通过PCM以提供冷却。优选提供计时器以允许用户设定启动系统的时间。如果室外空气比室内空气冷，则从室外引取更大比例的空气。

图34示出单元是如何工作的。阀214决定是否从室内215或室外216引取空气，随后通过风扇217驱动空气通过PCM并回到室内218。优选地，简单的可移动空气过滤器219除去灰尘和颗粒。PCM 220周围的隔热层允许储存冷能直至需要为止。图35示出一个或更多个单元221可如何通过一系列管道222连接至室外空气。所述单元安装在室内223并且管道将所述单元连接至外壁224并通过壁上、门上或窗上的孔连接至室外。优选地，当空气被驱入室内通过单元并在此安装附加的空气过滤器时，在壁上的附加通风口或阀225允许来自室内的过量空气逸出。

前述单元可采取多种方式进行安装。单元221可以是吊顶或墙壁安装的或放置在地板上并通过滚轮移动。所述单元可连接至一系列的吊顶或墙壁安装的管道或通过软管经窗口连接至室外。

图36示出图34所示系统的附加阀226。这允许离开单元的空气通过第二管道或软管输送至室外227或室内228。当使用夜间冷空气冷却PCM时，如果室温过低，则使其回到室外。通过将过量空气返回室外，可以调节室温而不影响冷却PCM。

所述单元可与照明装置结合。它们可以具有装配至PCM模块的吸音板以吸收声音防止进入房间。优选根据需要提供配件以连接照明灯。

优选提供作为单元一部分或与单元分离的控制界面。所述控制界面可具有无线、红外或有线连接以允许其控制单个或多个单元。所述控制界面为用户提供在单元中剩余多少冷能的反馈以及允许其启动或停用所述单元。

在图37中示出另一系统，其中PCM安装在连接至室外空气供应的管道内部。在一端的中央控制单元229包括阀230以控制空气是否从室外231或室内232、风扇233和优选空气过滤器234进入单元。连接至控制单元的模块是隔热的并且包括PCM 235。空气沿管道一直行进并在末端237流出。为了确保空气不受阻，空气流的截面积不需要随管道的总长度或管道分成多个路径的情况而变化。这可以通过改变管道的总直径或通过改变管道内的PCM密度来实现。例如，如果空气的阻力在管道末端过大，则可在此处放置较少的PCM。可沿管道的长度设置阀以允许空气流出和平衡空气流量。

图38示出沿风扇239安装在管道内的PCM238。在日间，两个阀240和241允许空气单独穿过每个单元，允许空气来自室内242并再次回到室外。在夜间，这些阀允许空气沿整个长度行进，从室外224到流出最后的单元245。允许空气进入室内或者最后的单元也与室外连接，并且进入室内的流量仅受阀241的控制。

单元可彼此直接连接或利用246所示的附加件间隔开，这可以执行附加功能例如拐弯。

图39示出中央控制系统247，其包括风扇248和过滤器249，用于将夜间空气推进或拉出所述的整个系统(从A到H)。每个PCM250包括控制空气流量的两个阀251和252，使得在日间，空气经风扇254和过滤器255单独循环通过PCM 253(从E到I)。

图40示出依次设置的多个模块I、C、E和F。提供通道以绕过PCM包裹件系列。风扇驱使空气通过PCM模块中的PCM包裹件并朝向多个房间流出。每个出口包括调节流量的阀。模块F是简单的再循环模块。

图41示出可移动系统，其以类似于图34所示系统的方式工作，但是提供局部冷却而不是整个房间的冷却。空气在风扇259的驱动下，进入256通过一些通风口257并经过PCM 258，然后朝向用户260流出。提供界面和控制系统261以允许用户启动单元。为用户提供反馈以显示剩余冷能的量。当风扇没有与电源连接时，可充电电池组为风扇供电。传感器监测进入单元的空气温度以及PCM的温度或状态以控制“夜间”循环期间的空气流量。

优选如图42所示的坞座系统262容纳一个或更多个单元263，同时通过直接电接触或通过感应充电来为电池组充电。坞座可具有窗、窗台或墙壁安装以在室外牢固支撑单元，同时对电池组充电并且使PCM冷却过夜。作为选择，坞座可在桌上等方式室内使用。

在夜间，可将单元手动放置在室外，所以无需管道将单元连接到室外空气源。在日间，无论何时需要，单元均可放置于室内。在可移动单元中的PCM包裹件也可与控制单元或风扇单元分开。这意味着可以使用不同的PCM电池组，当一个电池组耗尽时可以取用另一个。这些包裹件可在冰箱或冷冻库(如果使用水的话)中储存/冻结。当夜间冷却不足时，进行附加冷却。

图43示出模块的设置。在该实施方案中，设置单个控制模块264从室外引入新鲜空气。新鲜空气循环通过具有多个横向延伸通道例如通道266的管道265，所述通道终止于PCM模块。管道265优选是隔热的。不新鲜空气可通过控制模块264引出室外。

图44示出从室外引入空气的管道267。所述管道包括两个横向延伸通道268和269。控制单元连接至各个横向延伸通道。控制模块270和271将室内的不新鲜空气和新鲜空气引导通过两个相邻的PCM模块272和273。提供附加的通风口作为模块274用于将不新鲜空气从室内引出。

图45的构造类似于图43的构造，但是具有六个分别导向其各自的PCM模块的横向延伸通道。各个模块可单独连接至由多个支撑构件例如支撑构件275形成的假吊顶框架上。图46示出图44所示类型的实施方案，但是被包括进假吊顶中。此外，两个横向延伸通道276和277形成“V”形，同时每个控制单元与四个相邻的PCM模块连通。

前述附图43-46的一些优点在于所述设置容易放大，这是因为其允许简单地添加更多的PCM模块以满足特定的室内空调需求。因为在优选实施方案中的PCM模块没有电力驱动部件，因此这些可容易地改装至现有电力驱动单元上。这些可使用现有的通风装置、管道和动力通风系统。例如，如图46所示，单个控制系统可驱动多个单元。单个控制系统也可用于驱动多个房间内的多个单元。

效率比常规热泵好10倍左右。更具体地，热能与电能之比好10倍(COP评级)。对于热泵而言，该比例为约3，而本文所提供的设置为约30。

图47示出包括室内备用系统的设置。备用单元278将新鲜空气引入室内，同时通过单独的管道排放空气。提供管道以将空气经管道引入各个控制单元279和280。每个控制单元连接至两个单独的PCM模块例如模块281和282。备用单元可以是前述实施方案中所述的类型。

图48示出另一包括备用单元的设置，所述备用单元为小型冷却器(pettier)或热泵的形式。在该构造中，控制单元设置在管道283上，而不是与PCM模块284和285相邻。在该构造中，备用系统可具有附加的阀以允许其在备用模式中发挥作用或简单作用为在冷却阶段将空气直接泵送至PCM模块。

在图49中提供另一备用设置。在该构造中，进入控制单元286的空气决定室内/室外空气的量。备用单元287从室内引入不新鲜空气。

作为另一备用系统，其可被包括在PCM模块中。该设置的另一改进方案为在PCM单元之后或在其内具有备用系统，以在日间为进入室内的空气提供辅助。

在图47-49的设置中，PCM在一年的大部分时间里提供“免费”冷却，而如果夜间温度不够冷，则有备用系统可利用。

作为选择，这些设置可允许系统具有更大功效，但耗能减少例如20-40％。耗能减少通常为60-80％。

图50-52示出图43所示类型的设置与以下系统联用：动力空气系统288(如图50所示)、与提供冷却辅助的备用系统290的动力空气系统289(图51)和控制单元291位于室外的构造(图52)。该控制单元可具有使用/再循环内部空气的能力。

在日间，将足够的新鲜空气送过系统用于呼吸。

在夜间，驱使空气从室外通过系统以冻结PCM。

在图51的实施方案中，可以使用现有的通风系统和与之匹配的任意前述实施方案中的构造。

外部动力空气系统的一个优点在于单个更强的具有风扇的控制单元安装在室外，使得噪声不成为问题。该系统的另一优点在于当这些已经与动力空气系统组合安装时，其利用现有通风系统，而不是将其重做成具有模块化单元。这允许只为通风系统添加PCM模块。

可在室内使用任选的内部控制单元以单独控制室温并允许室内空气再循环。

在冬季模式中，在白天结束前使闷热的空气流过PCM以使其熔融。随后在壳体隔热的PCM中储存热量用于次日。当系统在日间提供新鲜空气时，使其在进入室内时流过PCM以使其升温。

PCM材料自身具有约0.5-1W/mK的热导率。将热导体添加至材料或设置为与材料相邻，该热导体具有比PCM材料自身更高的导热性。热导体的特别有利的热导率为至少5W/mK的热导率。设想塑料材料热导体的范围为5-20，而设想金属热导体具有100-250的更大范围。

在本发明的实施方案中，建议PCM包裹件，其包括封闭主要由PCM形成的部分的相对高热导率材料的封套。PCM选择为水合硫酸钠盐。所述水合硫酸钠盐的熔融/冻结温度在第一实施方案中为21℃，或在第二实施方案中为24℃。在第一和第二实施方案的每一个中，炭黑可以从CabotCorp(美国)获得。对于本发明的第一实施方案，所选择的炭黑是所谓的“Black Pearl L”，对于第二实施方案，炭黑样品是所谓的“Mogul L”。第一实施方案的炭黑具有相对光滑的外表面。颗粒呈丸粒形式。对于第二实施方案，炭黑颗粒一般称为“绒毛状的”。绒毛状外表面的实例示于图53中，而第一实施方案的丸粒的相对光滑外表面示于图54中。这两个实施方案中任一个的PCM部分包括水合硫酸钠与炭黑颗粒的组合。硫酸钠可以是“10水合硫酸钠”(得自Fisher Scientific，英国)。

第一和第二实施方案的炭黑的尺寸分布可具有约4μm的D₅₀。已经发现炭黑的质量百分比为1-45％时具有有利的效果。当炭黑的百分比增加时，PCM的稠度也改变。在高百分比时，混合物在加热后变得粘滞。炭黑比例为3重量％时特别有利。其看起来是颗粒体系。炭黑还形成圆形晶体。

当引入矿物例如蒙脱土或高岭土时获得优点，所述矿物可用作粘度改性剂。第一和第二实施方案还设想引入诸如黄原胶的粘度改性剂以防止沉降。

高岭土可得自Imeris Minerals，其具有88％的高岭土含量。可通过加热PCM，然后将高岭土混入再使其冷却来完成高岭土的添加。优选的高岭土为具有约1μm直径的极细颗粒的片状矿物。高岭土与硫酸钠的质量比例可为5/40。

在另一实施方案中，PCM混合物可优选80％_w/w硫酸钠、10％_w/w高岭土和10％_w/w绒毛状炭黑。

在另一实施方案中，PCM由以下组分构成：

●水合盐基PCM，例如十水合硫酸钠、五水合硫代硫酸钠或六水合氯化钙；

●1-10％添加的粘土基增稠剂，例如高岭土或膨润土；

●1-10％添加的导热添加剂，例如在优选实施方案中的炭黑；

●1-3％添加的防过冷剂，例如氟化锂；

可实现以下益处：

●改善导热性，因此加速出现熔融和凝固，增加封装材料(或材料层)的厚度，进一步降低成本或使能量传递最大化，并因此使得包括潜热储备的热交换器的冷却和加热功率最大化；

●提高盐基PCM的稳定性和寿命，防止分离和水分逸失；

●减少过冷；

●降低相变温度，通常降低3-5℃，减少用于降低相变温度的其它盐的用量；

●相比于可供选择的方法，提高储能密度；

●由于混合物增加粘度，因而减少泄漏的可能性。

在一种优选的制造模式中，将高岭土和炭黑在干状态下混合在一起。然后，在升高的温度例如40℃下加热硫酸钠以生成无水悬浮物。接着，将炭黑和高岭土的混合粉末加入所述混合物中并搅拌。随后，将所得混合物插入烘箱中例如在40℃下热处理30分钟，随后进一步搅动或搅拌。

在一种优选的制备模式中，将复合物在高于相变温度但低于水蒸发温度的温度(＜100℃)下进行混合。

广义上PCM可以是有机物、低共熔物或盐水合物。有机PCM当前不是优选的。有机PCM通常是脂肪酸或石蜡基蜡。它们稳定，具有高潜热性并且可得到宽范围的可用相变温度，但是往往存在易燃、低热导率、高成本、可维护性以及由于其有机特性可吸引寄生虫的问题。实例包括：C16-C18石蜡(在20-22℃相变)和C13-C24石蜡(在22-24℃相变)，它们具有约150-200KJ/Kg的熔融潜热，但是具有相对低的0.2W/mK的热导率；脂肪酸例如Mistiric-癸酸(34％-66％，在约24℃相变)或癸酸-月桂酸(45％-55％，在约21℃相变)，它们具有约150KJ/Kg的熔融潜热以及约0.1-0.2W/mK的低热导率。

在这些混合物中可添加炭黑，理想的是约5-15％以提高热导率，同时使储能最大化。在约12％时，在材料中形成导热路径。

盐水合物基PCM是有机物的较为廉价、不可燃、可维护的替代。盐水合物基PCM可表现出分离、寿命受限以及过冷(在低于熔点的温度冻结)的问题。根据本发明，添加炭黑提高热导率，同时起成核剂(减少过冷效应)和增稠剂(限制分离，同时延长寿命)的作用。

在一般意义上，根据本发明的实施方案的组合物包含(以重量计)：

●盐水合物基PCM，50-99％

●炭黑，0-45％(优选5-15％，约12％对于热导率最优，因为炭黑在材料中形成连续连接通路)

●任选0-10％增稠剂/胶凝剂

●任选0-10％成核剂

用于建筑物的空间加热和冷却的两种优选的盐基PCM使用硫酸钠和氯化钙。热导率也低，根据所用添加剂通常为0.5-1W/m.K。

十水合硫酸钠(Na₂SO₄·10H₂O，也称为芒硝)具有32.4℃的相变温度和241KJ/Kg的潜热。在混合物中添加氯化钠以降低相变温度，例如9％氯化钠和91％十水合硫酸钠得到约25℃的相变温度。因此，盐水合物基PCM可包含：

●十水合硫酸钠，85％-100％

●氯化钠，0-15％

六水合氯化钙(CaCl₂·6H₂O)具有约29℃的相变温度和约190KJ/Kg的潜热。可添加氯化钾、氯化钠和/或氯化铵以降低相变温度。例如，48％CaCl₂+4.3％NaCl+0.4％KCl+47.3％H₂O得到26-27℃的相变温度和约180-190KJ/Kg的潜热。因此，盐水合物基PCM可包含：

●六水合氯化钙，85-100％

●氯化钾和/或氯化铵，0-15％

亚硝酸钾或硝酸钾也已经用于使相变温度降低至23℃以下。

四水合氯化钙(CaCl₂·4H₂O)和二水合氯化钙(CaCl₂·2H₂O)分别具有43.3℃和130℃的相变温度。

以上两种盐(硫酸钠和氯化钙)可组合到同一PCM混合物中以得到所需的温度和储能。

其它可能的盐水合物包括五水合硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃·5H₂O)、三水合乙酸钠(CH₃COONa·3H₂O)、十二水合磷酸氢二钠(Na₂HPO₄·12H₂O)和碳酸钠(Na₂CO₃·10H₂O)。

增稠剂具有广泛的可能性，其可选自以下组别之一：

●粘土基-膨润土、kaoynite、高岭土、蒙脱土、硅镁土或钠基膨润土以产生凝胶；

●Laponite-商品名，用于增稠涂料；

●二氧化硅、硅胶和相关衍生物；

●天然胶/植物胶和凝胶，例如黄原胶；

●纤维素基胶和凝胶，例如羧甲基纤维素；

●聚乙二醇；

●卡波姆；或

●水不溶性水凝胶。

石蜡也已经用作增稠剂，其优点在于改善稳定性和过冷效应二者。

十水合四硼酸钠(硼砂)、硅酸盐、碳酸钙、冰晶石、十水合硼酸钠和氟化锂已成功地用作成核剂以防止PCM中过冷。但是，根据所用的PCM存在许多其它的替代物。对于氯化钙水合物而言，成核剂可包括氢氧化钙和钡与锶的碳酸盐、氯化物和氟化物，它们可为水合物形式。

示例性组合物示于下表。

通常，成核剂/增稠剂以较低浓度例如1-5％存在。

图55示出根据本发明的一个实施方案的相变材料包裹件300。该包裹件由两个压制板301制成，所述两个压制板在它们的边缘处和在包裹件表面中间的两个位置302处相连接以增加强度。包裹件表面纹理化以在经过其的流体(空气)中引起湍流。

导热PCM材料允许更厚的PCM包裹件，减少制造成本。当前的PCM包裹件/板为10-15mm厚。当使用盐基水合物时，包裹件材料必须是不腐蚀的、不渗透的和稳固的。优选地，根据厚度，材料应该是导热的。

优选使用金属来形成板301，因为金属是不可渗透的和高度导热的。具有最佳的防腐蚀性的金属是铝和不锈钢。根据盐，可能需要其它涂层以降低腐蚀效应。合适的技术是阳极化、E镀或电镀、硅烷涂层、PTFE。根据制造方法，存在许多允许在制造过程中自然形成保护层的工艺。铝合金5052和5251具有良好的成型性和极好的防腐蚀性，降低对于涂层水平的要求。

许多塑料具有差的渗透性，并且它们的机械性质由于盐水合物弱化塑料的作用而随时间劣化，这意味着塑料通常需要更高的壁厚，即1-5mm，而非金属的0-1mm。HDPE是最好的支架塑料之一。用来使塑料更加导热的添加剂/方法也对塑料的渗透性具有正面效果。

可以使用复合材料。如在食品工业中所常用的，其可由多种不同材料的膜(例如由于渗透性原因的铝箔、由于腐蚀原因的塑料)构成。

典型的制造方法是使用超级成型/液压成型或压印包裹件的两个侧面，随后环氧树脂胶接或焊接边缘合拢。优选留出可密封开口用以填充/再填充包裹件。

在本说明书的说明和权利要求中，表述“包括”和“包含”及其变体的含义是指“包括但不限于”，并非旨在(不)排除其它部分、添加物、部件、整体或步骤。在本说明书的说明和权利要求中，不限定数量的表述包括多个，除非文中另有要求。具体而言，当使用不定冠词时，说明书应理解为包括复数和单数，除非文中另有要求。

与本发明的特定方面、实施方案或实施例相关描述的特征、整体或特性应理解为可应用于本文所述的任何其它方面、实施方案或实施例，除非它们之间不相容。说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或所公开的任何方法或过程的所有步骤可以任何组合方式进行组合，除了至少一部分这种特征和/或步骤相互排斥的组合之外。本发明不限于任何前述实施方案的细节。本发明延伸至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新的实施方案或任何新的组合或者所公开的方法或过程的任何新的实施方案或任何新的组合。

Claims

1.一种相变材料组合物，包含：50-90wt％的盐水合物和0-45wt％的炭黑。

2.如权利要求1所述的组合物，其中所述盐水合物包括硫酸钠的水合物或氯化钙的水合物。

3.如权利要求2所述的组合物，其中所述盐水合物为十水合硫酸钠。

4.如权利要求2所述的组合物，其中所述盐水合物为六水合氯化钙、四水合氯化钙或二水合氯化钙。

5.如权利要求1所述的组合物，其中所述盐水合物包括硫代硫酸钠、乙酸钠、磷酸氢二钠或碳酸钠的水合物。

6.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述盐水合物包括至少两种盐水合物的混合物。

7.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其包含硫酸钠的水合物和0-15wt％的氯化钠。

8.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其包含氯化钙的水合物和0-15wt％的氯化钾、氯化钠和/或氯化铵。

9.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其包含0-15wt％的炭黑。

10.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其包含0-10％的增稠剂。

11.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其包含0-10％的成核剂。

12.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其具有-15～100℃的熔点。

13.如权利要求12所述的组合物，其具有15～40℃的熔点。

14.如权利要求13所述的组合物，其具有20～30℃的熔点。

15.一种相变材料包裹件，其包含在具有相对高热导率的材料的封套内的如前述权利要求中任一项所述的组合物。

16.一种使用如权利要求1-15中任一项所述的组合物的气候控制系统。