CN105157140A - Pcm模块/包/pcm装置 - Google Patents

Abstract

一种可移动PCM(相变材料)模块，该模块包括：若干PCM包；外壳，该外壳用于将所述若干PCM包与模块的周围介质热隔离；空间，这些空间分隔所述包并形成用于流体流动的一个或多个通道；所述外壳包括流体进口和流体出口；藉此，在使用中，流体通过所述通道从所述进口流动到所述出口。PCM(相变材料)包包括第一导热板和第二导热板的层叠，第一导热板和第二导热板封装主要由PCM形成的部分；其中，PCM的所述部分包括热导体。

Description

PCM模块/包/PCM装置

本申请为2009年2月11日作为国际专利申请PCT/GB2009/000377提交、于2010年9月27日进入中国国家阶段的中国专利申请200980112178.2的分案申请。

技术领域

本发明涉及PCM模块、PCM包以及装置。

背景技术

已确定以下现有技术文献：US2006/0185817，EP1947404，EP1455156，EP1739376，EP1455155，DE20314018以及DE20310593。

发明内容

在第一主要独立方面，本发明提供一种可移动PCM(相变材料)模块，该模块包括：若干PCM包；外壳，该外壳用于将所述若干PCM包与模块的周围介质热隔离；空间，这些空间分隔所述包并形成用于流体流动的一个或多个通道；所述外壳包括流体进口和流体出口；藉此，在使用中，流体通过所述通道从所述进口流动到所述出口。

此种构造尤其有利，这是因为其能使系统由若干模块构成用于各种能量需求。相反，通常还可设想的是，其构造成在模块中无需任何驱动或动力部件。因此，其还可改型成具有气流系统。此构造还提高能量使用效率。

在一附属方面，所述进口和/或所述出口包括一个或多个流量调节阀。如果模块仅仅由这些部件构成，则此构造还减少必需部件的数量，并且与每个模块包括动力部件的模块相比尤其紧凑。

在又一附属方面，所述PCM包基本并排设置。在此构造中，冷却是有利的。

在又一附属方面，所述PCM包由一个或多个热导体隔开，热导体横向延伸并形成所述通道。这使PCM部分能具有较大的有效容量，并因此提高其效率。

又一方面改进下文的一个或多个方面：PCM的效率、湍流、系统相对于其效率的紧凑性、整体包装重量以及制造需求。

在又一附属方面，所述热导体采用波纹板的形式。

在又一附属方面，所述PCM包中的至少一个包括波纹壁，波纹壁形成用于流体流动的通道。

在又一附属方面，若干突部设置在所述通道的至少一个通道中。

在又一附属方面，所述PCM包中的至少一个包括壁，突部从壁突入所述通道中。

在又一附属方面，PCM包或各个PCM包包括第一导热板和第二导热板的层叠，第一导热板和第二导热板封装主要由PCM形成的部分；其中，PCM的所述部分包括热导体。

在又一附属方面，所述热导体从所述导热板中的一个导热板或两个导热板沿横向方向延伸。

在又一附属方面，当在平面图中观察时，所述热导体形成六边形单元。

在又一附属方面，所述层叠还包括波纹状导热板。

在又一附属方面，所述层叠包括第三导热板和第四导热板，第三导热板和第四导热板封装主要由PCM形成的第二部分；并且层叠包括波纹状导热板，该波纹状导热板位于所述第二导热板和第三导热板之间。

在又一附属方面，所述层叠包括在所述板上的多个突部。

在又一附属方面，所述导热板选自：铝基材料、钢基材料以及塑性材料。

在又一附属方面，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。

在又一附属方面，所述盐基水合物选自：水合氯化钙或水合硫酸钠。

在又一附属方面，所述盐基水合物包括增稠剂，该增稠剂选自：黄原胶和/或合成锂皂石。

在又一附属方面，所述有机材料是石蜡基的。

在又一附属方面，所述热导体包括混合到所述PCM的导热复合物。

在又一附属方面，所述热导体包括混合到所述PCM的碳基复合物。

在又一附属方面，所述碳基复合物是碳黑。

在又一附属方面，所述热导体包括钢丝绒或化学碳纳米管。

在又一附属方面，所述模块还包括帕尔帖冷却器。

在又一附属方面，所述模块还包括蒸发冷却器。

在第二主要独立方面，本发明提供一种空气调节装置，该装置包括：

一个或多个如前述权利要求中的任何一项所述的可移动PCM模块；以及

至少一个可移动控制模块，该控制模块包括：具有进口和出口的外壳；以及泵，该泵用于在使用中使流体从所述进口流动到所述出口；

其中，所述装置包括管路，该管路用于将所述可移动控制模块联接于所述可移动PCM模块。

在一附属方面，所述控制模块包括第一进口和第二进口以及阀，第一进口和第二进口位于所述外壳的分开侧部上，阀构造成调节在所述进口之间的进气。

在又一附属方面，所述控制模块包括在所述进口和所述出口之间的内部管路；所述内部管路包括两个相邻通路，通路中的一个通路包括泵，而通路中的第二通路包括单向阀。

在又一附属方面，所述装置还包括可移动储备模块，储备模块包括热泵、逆变器、帕尔帖冷却器或蒸发冷却器中的一种；且所述装置还包括联接装置，该联接装置用于将所述储备模块联接于所述PCM模块。

在第三主要独立方面，一种PCM(相变材料)包包括第一导热板和第二导热板的层叠，第一导热板和第二导热板封装主要由PCM形成的部分；其中，PCM的所述部分包括热导体。

在一附属方面，所述热导体从所述导热板中的一个导热板或两个导热板沿横向方向延伸。

在又一附属方面，当在平面图中观察时，所述热导体形成六边形单元。

在又一附属方面，所述层叠还包括波纹状导热板。

在又一附属方面，所述层叠包括第三导热板和第四导热板，第三导热板和第四导热板封装主要由PCM形成的第二部分；并且层叠包括波纹状导热板，该波纹状导热板位于所述第二导热板和第三导热板之间。

在又一附属方面，所述层叠包括在所述板上的多个突部。

在又一附属方面，所述导热板选自：铝基材料、钢基材料以及塑性材料。

在又一附属方面，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。

在又一附属方面，所述盐基水合物选自：水合氯化钙或水合硫酸钠。

在又一附属方面，所述盐基水合物包括增稠剂，该增稠剂选自：黄原胶和/或合成锂皂石。

在又一附属方面，所述有机材料是石蜡基的。

在又一附属方面，所述热导体包括混合到所述PCM的导热复合物。

在又一附属方面，所述热导体包括混合到所述PCM的碳基复合物。

在又一附属方面，所述碳基复合物是碳黑。

在又一附属方面，所述热导体包括钢丝绒或化学碳纳米管。

模块和/或装置和/或PCM包基本如上文所述和/或在所附说明书和/或附图的任何合适组合中所说明。

附图说明

图1示出具有单个上部开口的PCM模块的剖视图。

图2示出具有不同方向的两个上部开口和两个下部开口的PCM模块的剖视图。

图3示出适合于装配于假平顶的PCM模块。

图4示出适合于装配于假平顶并具有串联设置的PCM包的PCM模块的剖视图。

图5示出具有多个由波纹壁隔开的PCM包的热交换器的剖视图。

图6示出图5实施例的立体分解图。

图7示出PCM包与波纹板的组合的立体图。

图8示出可移动PCM包的立体图。

图9A和B示出包括导热波纹壁的PCM包。

图10示出PCM包与具有多个孔的波纹板的组装的立体图。

图11示出六边形阵列的组装的立体图。

图12示出PCM包与具有穿孔的六边形阵列的组装的立体图。

图13A和B示出包括波纹壁的PCM包的剖视图和立体图。

图14A和14B分别示出具有挤压形成的外壳的PCM包的剖视图和立体图。

图15示出包括若干图14所示类型的PCM包的热交换器的立体图。

图16示出包括若干图14的实施例的PCM包的热交换器的立体图。

图17示出具有侧向阀的控制单元的示意剖视图。

图18示出具有位于两个进口之间的阀的控制模块的示意剖视图。

图19示出使用单向阀的控制模块的示意剖视图。

图20示出包括风扇的控制单元。

图21示出可用于与PCM模块连接的热交换器的示意剖视图。

图22示出热交换器的又一实施例的示意剖视图。

图23示出包括帕尔帖冷却器的热交换器的剖视图。

图24示出包括PCM包的热交换器的剖视图。

图25示出包括作为帕尔帖冷却器部分的六边形管道的热交换器的剖视图。

图26示出包括若干热交换器的控制单元。

图27示出包括蒸发单元的储备模块的示意剖视图。

图28示出具有蒸发系统的储备单元的又一实施例。

图29示出储备单元的又一实施例。

图30示出本发明的又一实施例的示意剖视图。

图31示出与双方向通道层叠的PCM包的立体图。

图32示出又一蒸发系统的示意剖视图。

图33A和图33B示出板和PCM包组合的立体图和剖视图。

图34示出PCM单元的示意剖视图。

图35示出多个PCM模块。

图36示出PCM模块的又一实施例。

图37示出控制单元和PCM模块的组合的剖视图。

图38示出多个PCM模块的组合。

图39示出PCM模块的组合的又一实施例的剖视图。

图40示出PCM模块、控制单元以及再循环单元的组合的又一实施例。

图41示出具有用于驱动风扇的可充电电池的可移动单元。

图42示出适合于为图41的PCM模块充电的对接工位。

图43到52示出用于给定房间的PCM模块的布置的平面图。

具体实施方式

图1示出带有多个诸如PCM包2的PCM包的可移动PCM(相变材料)模块。PCM包固定于模块外壳3。PCM包设置成并排并彼此平行。通道5设在诸如包2和包4的两个相邻的包之间，合适的流体可通过通道5循环。虽然流体可以是气体或液体，但是在本发明的较佳实施例中，将流体选定为气体。外壳3包括形成外壳的进口/出口的颈部6。在本说明书中，由于一旦流动方向改变，则进口变成出口且反之亦然，因而，术语进口/出口应被理解成是可互换的。模块包括用于限制气体(一般是空气)通过颈部6流动的阀或闸门7。在有多个模块应用在网络中的系统中，闸门7可用于平衡流动，以应付在给定的网络构造中的压力差。在模块1的相反端，排放口8设有多个诸如叶片9的叶片，该排放口一般安装于外壳3以允许手动和/或自动调节空气离开外壳的角度。外壳3可具有相对高的隔热性能，从而有效地产生位于外壳中的PCM包和外壳的周围环境之间的隔热屏。

图2示出PCM模块的又一实施例。PCM模块10包括多个诸如PCM包11的PCM包。该模块包括带有可松开附连装置的外壳12，该外壳12用于以间隔开的构造固定PCM包，从而在相邻的包之间提供诸如通道13的通道。多个诸如回转阀14的回转阀设在PCM包的阵列的上方，以控制流动。具有第一侧向开口16和第二侧向开口17的管道部分15与外壳12构成整体。管道15定形在所述侧向开口处，以允许附连管道或本发明的任何实施例中所示类型的又一模块。在PCM的阵列下方，两个开口18和19构造成允许空气沿由箭头20和21指示的两个分开方向流动，这两个方向隔开大约90度。分隔器22设在开口18和19之间以沿所希望的方向引导流动。如同图1所示，多个排放口设在开口中。这些排放口可枢转以允许使用者控制空气的适当方向。虽然空气可沿两个方向抽吸通过模块，然而图2的实施例示出空气如箭头23所示流入开口16，通过PCM包之间形成的通道，并通过开口18和19排出。

图3示出又一PCM模块(总地标记为24)，该PCM模块具有固定于模块的上部开口26的可分管道25，上部开口是颈状的。模块24包括一系列诸如PCM包27的PCM包，这些PCM包以平行构造布置在隔热外壳28内。假平顶瓦29固定于PCM模块的底部开口30。假平顶瓦29包括侧向槽31，该侧向槽在形状上与假平顶框架构件33的舌部32相对应。设有若干开口34和35从而空气能如此循环：从管道25中通过PCM模块24、离开假平顶瓦并进入假平顶瓦下方的区域。

图4示出总地标记为36的PCM模块，该模块具有一系列诸如PCM包37、位于外壳38中的PCM包。此种外壳包括侧向开口39，该侧向开口能使空气到模块36和/或从模块36中循环。PCM包设置成在开口39和开口40之间的通路中串联。模块36抵靠于平顶瓦41，从而空气能通过假平顶瓦流动到在假平顶瓦下方的区域。可枢转和/或可调整的排放口的布置使使用者能适当地控制并影响这些排放口。平顶瓦附连于参照图3所示的假平顶支承件。与前述实施例相比，该图的构造提供在热交换器中的更长的空气流动通路。

在各个前述PCM模块中，较佳的是且尤其有利的是，不存在例如用于驱动空气流动的致动部件。接下来描述单独的模块或控制模块。

图5示出PCM模块的剖面图，该PCM模块采取具有隔热外壳43的热交换器42的形式。可将该外壳壁选定成超过8小时保持“冷气”的80到90％。它可具有大约25mm的厚度以及0.01到0.02W/MK的导热率。在外壳13的内侧中，导热金属框架44形成衬里。一系列诸如板45的波纹板与诸如PCM包层46的PCM包层交替。图6示出图5的部件的分解图。波纹板还可由若干具有与波纹板类似的形式的横向翼片或构件所替代，这会增加与流动通过PCM之间留下的通道的空气接触的表面积。由于与空气接触的表面积增加，则PCM包可以更厚，因此能获得更大的冷却。在一较佳实施例中，PCM包之间的间隙比波纹状翼片的高度略小，从而确保最佳的热接触。为支承PCM包的重量，在框架的内侧设有轨道(在图中未示出)。

图7示出具有若干诸如突部48的突部的波纹板47。或者，这些突部可以是孔或孔和突部的组合，从而通过产生湍流而避免层流以增加热传导。波纹板47可如图5所示设置成靠近密封的PCM包49。波纹板47可以较佳地由较佳地小于1mm厚度的金属板制成。为使结构强度和热传导最优，设想0.1到0.2mm的范围。设想若干已知技术以形成此种板，例如压制或折叠。除了金属板以外，还可选择导热塑性材料。

图8示出具有不渗透外层51并用于容纳PCM的PCM包50。设有可采取长形开口形状的手柄52。在PCM包的相对侧部上设有若干凹槽53和54。使用这些凹槽是为了将PCM包锁到例如设在热交换器中的可松开附连装置中。该实施例示出如何使PCM包容易移动。

图9A示出用于容纳PCM的形成有上壁55和下壁56的PCM包。壁55和56之间设有板57，当从横截面上来看时，该板的形状是一系列V形部分。图9A的部件在图9B中示作胶结或密封在一起，从而防止在使用过程中PCM的任何逸出。

PCM是有机物、盐基水合物中的一种或两种的组合。设想的是，石蜡基PCM具有较佳地在21到24摄氏度内的熔融温度。为获得最佳熔融温度，以合适的比例混合不同类型的可获得石蜡。

例如，适用的盐水合物可以是氯化钙或硫酸钠的水合式。本发明还设想使用增稠剂，用作盐水合物的添加剂以使盐保持在其水合式。合适的增稠剂可以选自黄原胶或合成锂皂石。除了波纹板57的横向导热翼片以外或代替此种横向翼片，可将导热元件悬浮在PCM的混合物中。合适的悬浮化合物可以是碳黑。

图10示出总地标记为58的PCM包的备选结构。PCM包的构造与前述的实施例不同，其中，若干孔59设在总地标记为61的波纹板的翼片60中。这些孔使熔融PCM均匀分配并挤出空气。波纹板可胶结以改进强度。

可压制波纹板且波纹板主要由例如小于1mm的非常薄的壁厚制成，以使重量最小，同时此种轮廓/脊/型式增加强度。横向翼片通过改进导热，能使PCM包的厚度增加。其能使PCM离整个包的连接件具有大约4到16mm(或10到20mm)的最佳最大距离。设想的是，使备选热导体位于PCM中，这些热导体例如钢丝绒、化学碳纳米管、悬浮碳黑，它们可随机分配于整个材料。

这些横向翼片可由较佳地在厚度上小于1mm的薄金属/塑料制成。板的形状和构造可通过压制、冲压和/或折叠工艺获得。

图11示出PCM包62的分解图，该PCM包具有一系列用于容纳PCM的紧密连续的圆柱63。圆柱管可采用六边形网格的形式。此种阵列可由单块板形成，该板被激光切割并分开以产生具有大约0.1mm壁厚的阵列。分别标记为64和65的顶板和底板固定于此阵列的顶部和底部。组装工艺可包括以下步骤：a)将六边形容器的阵列附连于顶板或底板中的其中一个板，b)用熔融态的PCM充填管，从而为其凝固之后膨胀提供足够的间隙，c)胶结以附连剩下的面板。

作为与图11的实施例的比较，示出备选PCM包66。PCM包66包括浅的带壁平台67，一系列六边形容器68位于其中。容器的阵列密封于盖69和平台67之间。诸如孔70的孔设置成通过各个六边形容器，从而能使PCM进行分配。面板69可通过超声焊接或通过胶结附连于平台67。

如果PCM选定为盐基，则用于PCM包的材料较佳地选定为铝涂层或导热塑性材料(例如K大于5W/MK)或不锈钢，以防止腐蚀。

横向翼片的关键优点之一是，其能使PCM包比其它可能情况较厚。例如，可获得具有材料厚度为20到50mm并具有有效导热率的PCM包。

图13A和13B示出PCM包(图13A)和PCM包的堆叠(图13B)。在本实施例中，PCM包总地标记为71且形成为仅仅两块板72和73，从而能够将PCM充填到一系列诸如空腔74的空腔中。空腔在横截面上形状为V形。诸如部分75的部分将接触空气流。此外，设想的是，接触气流的外表面包括滚花和/或凸起。此种类型的浮凸可用在任何前述实施例中，从而增加气流湍流并因此增加PCM包的热传导性能。例如，通过压制或折叠形成此种波状板或波纹板73。如在包的堆叠76和77中所示，空气可沿箭头所示在设有的空腔中流动。本实施例能增加与空气接触的表面积并能减小PCM和导热材料之间的最大距离。换言之，本实施例将以下功能组合起来：PCM利用横向连接件封装在内以及波纹状热交换器与空气接触。

图14A和14B以两个视图分别示出PCM包78。PCM包78包括单个外围壁79，该外围壁具有若干诸如腹板80的向内突起腹板和诸如腹板81的向外突起腹板。在其它实施例中，仅设有向外突起腹板和/或向内突起腹板。将PCM82放置到由外围壁79所形成的外壳内以充填空间。为封闭PCM包，可设有端部零件(在图中未示出)并将端部零件固定于侧缘83和84。用于这些PCM包的材料可以是相对低渗透的塑性材料。或者，铝涂层也是较佳的。较佳的是，塑性材料的导热性可选定成具有大于1W/MK的导热系数。获得此种用于PCM包材料的塑性材料的导热性的选择是：将碳纳米管或颗粒添加到塑性材料中。设想的用于产生壁79的工艺是通过挤压形成壁。

图15示出总地标记为85的PCM包模块。模块85包括由侧壁87、88、基壁89和盖90所形成的隔热外层86。框架91设在此隔热层内并具有若干诸如台肩92的台肩，这些台肩用于以等距隔开的方式支承PCM包的堆叠。设有诸如间隙93的间隙以允许流体循环。连接件80和81在此实施例中仅仅部分朝相邻的PCM包的板延伸。

如图16所示，在组装过程中，侧部94可完全打开从而能以类似于将抽屉滑到盒内的方式插入连续包。

图17示出总地标记为95的控制模块。控制模块可使用成与若干可以是上文实施例中描述类型的PCM模块连通。控制模块95包括其自身外壳96，该外壳包含风扇97，此风扇引起如图所示由箭头所示方向的空气循环。在备选实施例中，可以沿相反方向驱动风扇。控制模块包括进口管道98，该进口管道分成第一开口99和第二开口100。第一开口和第二开口位于外壳96的不同侧。在具体构造中，可将模块放置在建筑物内，从而通过开口100从房间中抽入空气并通过开口99从室外抽入空气或从合适的源头抽入新鲜空气。阀和/或排放口和/或滑门101可设在开口100内，以调节从房间内抽出的空气份额与从室外抽出的空气或从新鲜空气源抽出的空气的份额。可供选择的是，过滤器102设在风扇的上游。

除了这些部件以外，可设置用于控制风扇操作的电路。电路可与一个或多个传感器或监测器连通，这些传感器或监测器监测二氧化碳和/或室温。可将合适的传感器设置在房间内或房间外。此外，可设置传感器或监测器以在合适时估算PCM的出口温度。在较佳的实施例中，传感器可构造成估算PCM的电阻以确定在给定PCM包中剩余的冷却量。

图18示出具有控制阀104的总地标记为103的备选模块，控制阀104位于第一开口105和第二开口106之间。较优的是，若干过滤器107和108设在开口105和106的下游。阀104下方的管道可构造成朝引向开口111的风扇110加宽。

图19示出单独的控制模块的又一实施例112。此控制模块包括用于从房间内或从房间外抽入空气的开口113。管道114分成两条通路115和116，这两条通路分别装有风扇117和单向阀118。由于单向阀能使空气绕过风扇，因而这能使用外部压缩空气系统。如果需要来自房间中的再循环的空气，则操作风扇以产生高压，从而抽吸通过空气。

图20示出又一单独的控制模块119，该控制模块具有在外壳121中的上部开口120。其较优地包括在开口120下游的空气过滤器122。侧向开口123设有排放口。风扇123周围设有诸如挡板124的挡板，这些挡板提供隔音。在本实施例中，简易排放口123可打开/关闭－这是由于比起排放口打开的情况，来自室外的空气能进一步行进。存在较小的阻力，且再循环更多的空气。由于排放口关闭产生更大的阻力，因而从室内吸取较小份额的空气。实际上，排放口可具有较大的横截面，例如，大到是包括开口120的新鲜空气管道的面积的两倍。

除了PCM模块和控制模块以外，可设有又一模块。在较佳实施例中，储备模块可设在PCM模块的上游。图21示出储备模块125，该储备模块包括具有热侧126和冷侧127的热交换器。例如，冷却液可在热侧和冷侧之间循环。外壳128包括适合于连接于又一管道或又一模块的管道129。设有开口130以使空气从室内和/或室外进入。可使用在图17到20中描述类型的控制模块，以使空气通过热交换器的冷侧127流动。出口管道131设有开口132以使空气朝向PCM模块循环。开口133能使例如是不新鲜室内空气的空气通过热交换器的热侧并朝向开口134循环。使用泵135或风扇以沿图中所示的方向抽吸通过空气。

图22示出具有外壳137的又一储备模块136，该外壳137容纳热交换器的热侧和冷侧。冷侧标记为138，而热侧标记为139。两个开口140和141设在阀142的两侧上。风扇143驱动空气离开房间以散发来自热侧的热量。储备模块可包括热泵和/或逆变器和/或帕尔帖冷却器以冷却将去到PCM模块的空气，并带走废热。或者，可使用蒸发布置，在此热侧将变成蒸发冷却器并能排出湿的废气，同时“冷气”传导到进入空气。

将图21和22所描述类型的模块与上文所描述的PCM模块组合起来得到若干优点，与传统的热交换器系统相比能使储备模块保持紧凑。尤其有利的是，其允许在夜间操作，无论如何热交换器在夜间时更有效。因此，对于蒸发的、热泵和/或帕尔帖冷却系统来说尤其节能。这还能使用更便宜的夜间电能。此种模块布置能使储备单元与PCM系统和控制系统特定分离，以适合房间的局部温度和热负荷。这还使维护更容易。

可理想地控制储备系统，从而如果由控制模块估算的温度不够冷，则控制模块将启动储备系统以凝固PCM，进入夜间冷却模式。在此构造中，由于通过组合PCM模块和储备模块，在夜间循环过程中得到大部分冷却，因而实际上在白天不需要热泵。

图23以更详细的方式示出如何可形成帕尔帖储备模块。帕尔帖可位于其热侧145和其冷侧146之间。设有冷侧管道147和热侧管道148。如同前述实施例，冷侧管道可与PCM模块连通。为管道提供隔热壁。

图24示出又一PCM模块149，该模块具有外壳150和內壳151。设有诸如帕尔帖152的一个或多个帕尔帖。帕尔帖152具有热侧153，该热侧设在抽吸通过空气的管道中。在内壳151内设有导热框架154，波纹板层和PCM包层如例如图5所示在导热框架中交替。PCM模块用作热交换器的冷侧并包括PCM包。此种构造的其中一个益处是：其尤其紧凑。

在图25中示出图23的实施例的备选方案，在此示出又一帕尔帖基储备模块155。帕尔帖156包括诸如管157的六边形管的网格。各个六边形阵列形成热交换器的一侧。在本实施例中，侧部158是冷侧，而侧部159是热侧。在使用中，冷侧158可与PCM模块连通，用于在需要时储备冷气。由于壁厚，六边形构造形成相对低重量的构造。由于提供大的表面积，还能改进热传导。

图26示出又一储备模块160，该模块具有与PCM模块和/或房间连通的一侧以及第二侧162，空气抽吸通过第二侧并由风扇(未示出)强制排出。模块包括三个串联的帕尔帖。由于包括两个或更多个串联布置，因而存在优点。空气循环类似于前述实施例，在此，管道163可与PCM模块和/或房间连通。

较佳的是，对于热泵或帕尔帖储备系统使用绝热外壳以分隔热侧和冷侧。在蒸发冷却器中，两个腔室较佳地热连接以将冷气从潮湿侧传导到干燥侧。

图27示出总地标记为164的蒸发冷却器模块。模块164产生具有第一开口166的外壳165，空气抽吸通过第一开口。外壳165包括两个相邻腔室167和168。在腔室167中，热交换器将“冷气”从蒸发腔室传导到进入空气。设有第二开口169以使空气排出－这可以是冷空气，然后将冷空气通过管道送到PCM模块或房间。在腔室168中，设想网格或芯吸用于蒸发冷却器。由于风扇171的作用，空气通过开口170抽入。空气通过开口172作为湿气排出。

图28示出又一蒸发冷却器模块173，该模块具有第一开口174，空气通过第一开口抽入。风扇175和过滤器176设在开口174的下游。热交换器177和蒸发冷却器178并排设置。通过开口174抽入的空气被分流器或阀179分流，分流器或阀179控制将去到蒸发冷却器178或热交换器的空气量。在不需要蒸发冷却器的情形中，所有的空气引导到PCM单元180，PCM单元通过管道181与热交换器177连通。空气通过开口182离开PCM单元进入房间。废气通过开口183排出。

图29示出总地标记为184的又一蒸发冷却器模块，该蒸发冷却器模块具有新鲜空气进口185以及可与房间连通的第二进口186。阀可选地装配在进口185和186之间以控制空气份额。如果不使用阀，则空气仅能从室外抽入。交叉流蒸气腔室187通过开口188排出湿气。空气抽吸通过开口189，同时空气通过开口190离开模块进到又一PCM模块或房间。

在前面的图27到29中，蒸发腔室包括单独的通路，以使用蒸发湿气进行冷却并将干燥空气吸取到房间内。这防止调节空气和房间变得太潮湿。将“冷气”从潮湿腔室传导到干燥腔室的间接蒸发冷却器的又一示例，例如参照US6581402。虽然蒸发冷却器的使用广为人知，然而通过将它们与潜热储存器和PCM模块一起使用，蒸发冷却器可用在夜间，在夜间时，它们更有效且夜间空气更冷。当与自我操作的PCM模块相比，这能显著地增加PCM冷却模块的有效性和/或可靠性。两个腔室167和168热连接。

图30示出总地标记为191的又一蒸发系统。在本实施中，空气由风扇193通过开口192抽入。然和，空气流动通过蒸发腔室194。温暖干燥空气进入蒸发腔室，而湿冷空气从蒸发腔室中排出。热交换器195将“冷气”从潮湿排出空气传导到将去到房间内的干燥空气。开口196为排出空气提供出口，而开口197为干冷空气提供到房间的进口。第二风扇198通过系统从室外或单独的新鲜空气源中抽吸新鲜空气。再次是可选的阀199能调节从室外抽吸的空气与从房间中抽吸的空气之间的份额。

图31示出组合的PCM和蒸发模块200。PCM和空气管道的层叠形成为在连续PCM包201的各层中，空气通道的一层沿第一方向、空气通道的一层沿第二方向203。其中一个方向用于干燥空气并由箭头204所示，而第二方向用于湿气并由箭头205所示。

图30的热交换器还可包括图31所示类型的PCM/蒸发布置。

图32示出又一PCM/蒸发布置，在此新鲜空气通过开口206流动。可选的是，设有第二开口207以使空气从房间中进入。在两个开口之间设有可选阀208。风扇209抽吸空气通过此布置。组合PCM和蒸发腔室210位于风扇下游，且空气或者通过开口211离开到室外或者通过开口212进入房间内。阀213设在两个开口211和212之间。

图33A示出具有PCM包和蒸发冷却器的热交换器的又一实施例。如图33B所示的热交换器可由多个组合热交换器和PCM包构成。设想的是，PCM包的层厚将比所示出的更大。热交换器可形成为在其表面上具有导热芯吸的波纹布置。这些可以是在铝板上的滚花。

组合PCM和蒸发模块的优点是：它们比这些模块的并排组合更紧凑。在夜间，空气取自室外，在PCM上循环。如果空气不够冷，则添加空气，从而蒸发作用提供附加冷却。当PCM包凝固时，湿气堆集在室外。在白天，通过PCM提供冷气，而同时不添加水且空气简易地取自室内。

热交换器较佳的是例如导热金属、导热塑性材料或合成材料以增加与空气接触的表面积，从而当PCM工作时增加热传导。热交换器还用作芯吸以产生水的精细层，这是由于其能破坏表面张力。为此，可设想在金属表面上设有凹槽、通道和/或滚花或者另外形式的网格、编织结构或芯吸。

控制系统包括微型控制器和传感器以测量时间和温度。较佳地测量室内温度、PCM的温度或电阻以及室外温度。

当室外空气温度下降时，或定时器指示夜晚的最冷时间时，则来自室外的冷空气吸拽到PCM上。在PCM中的温度传感器或材料电阻的测量能告知控制系统PCM是否凝固或是否已到达所希望的温度。通常，当PCM为液体时呈现低电阻，而当PCM凝固时呈现高电阻。

在白天时，当温度升高超过某一水平或当使用者需要时，系统使空气在PCM上循环以供冷。较佳的是设有定时器，能使使用者对何时致动系统进行设置。如果室外空气比室内空气冷，则从室外吸取较大份额的空气。

图34示出单元如何工作。阀214确定空气从室内215吸取还是从室外216吸取，然后，空气由风扇217吸拽到PCM并返回到房间218中。较佳的是，简易可拆卸的空气过滤器219过滤灰尘和颗粒。围绕PCM的隔热层220能使冷却能储存到需要的时候。

图35示出一个或多个单元221如何通过一系列管道222连接于室外空气。这些单元安装在房间223内，而管道通过在壁、门或窗中的洞将这些单元连接于外壁224和室外。较佳的是，当空气通过这些单元吸拽到室内且在此放置有附加空气过滤器时，在壁处的附加排放口或阀225能使过量空气从室内逸出。

前文所描述的单元能以若干方式进行安装。单元221可安装于天花板或墙壁或放在地板上并通过滚轮移动。这些单元可连接于一系列装在天花板或墙壁的管道，或者由柔性管通过窗子连接于室外。

图36示出附加于图34所示的系统的附加阀226。该阀能使空气通过第二管道或软管离开单元并待送到室外227，或进入房间228中。当使用夜间冷空气冷却PCM时，若室温变得太低，则夜间冷空气可返回室外。通过使过量空气返回室外，可调节室温而不影响PCM的冷却。

这些单元可与照明组合。可将声音/音响吸收板装配到PCM模块，以吸收来自房间的声音。较佳的是，如果需要，可设有配件以附加照明。

较佳的是，设有控制界面，该控制界面或者是该单元的一部分或者独立于该单元。控制界面可具有无线连接、红外连接或有线连接，这些连接能使其控制单个单元或多个单元。控制界面为使用者提供这样的反馈：在单元中还剩多少冷却能，并能使使用者启动或关闭单元。

在图37中示出又一系统，在此，PCM安装在连接于室外空气供给的管道内。位于一端的中央控制单元229包含阀230、风扇233且较佳地包含空气过滤器234，阀230用于控制空气是从室外231还是从室内232进入单元。连接于控制单元的模块隔热并包含PCM235。空气始终沿管道行进并从端部237排出。

为确保空气不会堵住，用于气流的横截面面积将需要随管道的整个长度变化，或者如果管道分成多个通路的话则需要随此变化。这可以通过改变管道的总直径或通过改变PCM在管道内的密度而实现。例如，如果在管道的端部处对于空气的阻力太大，则可在此放置较少的PCM。可沿管道的长度放置阀以使空气排出并平衡气流。

图38示出：PCM238沿风扇239安装在管道内。在白天，两个阀240和241分别使空气通过各个单元，使空气从房间242进入并再次返回。在夜间，这些阀能使空气沿整个长度行进，从室外224进入并从最后单元245排出。空气能进入房间或最后单元还连接于室外，而流进室内的气流仅仅由阀241所控制。

这些单元可彼此直接连接或如246所示利用附加件隔开，这些附加件可执行诸如转向的附加功能。

图39示出中央控制系统247，该中央控制系统包括风扇248和过滤器249，风扇和过滤器用于如上文所述推送或吸拽夜间空气通过整个系统(从A到H)。各个PCM250包括控制气流的两个阀251和252，从而在白天，空气通过风扇254和过滤器255单独在PCM253中循环(从E到I)。

图40示出串联的多个模块I、G、E和F。设有管道以绕过PCM包系列。风扇通过在PCM模块中的PCM包抽吸空气并朝多个房间排出。各个出口包括阀以调节气流。模块F简单的是再循环模块。

图41示出可移动系统，该系统以与图34所示系统类似的方法工作，但提供局部冷却而非对于整个房间的冷却。空气通过一些排放口257进入并在PCM258上通过，由风扇259吸拽并朝使用者260排出。设有界面及控制系统261以使使用者能启动单元。为使用者提供反馈以显示剩下的冷却能的量。当风扇未连接于电源时，可充电电池为风扇供电。在‘夜间’循环时，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气流。

较佳的是，如图42所示的对接系统保持一个或多个单元263，与此同时电池通过直接电接触或感应带电进行充电。对接系统可具有窗、窗台或壁安装件以将单元固定地保持在外，同时在整晚，不仅对电池进行充电而且冷却PCM。或者，对接系统可在室内用在桌上之类。

在晚上，可人为将此单元放置在外，从而无需管道将单元连接于室外空气供给。在白天，当需要的时候可将单元放置在内。在可移动单元中的PCM包还可分地形成控制单元或风扇单元。这意味着可使用不同的PCM电池，当一个电池耗尽时可换用另一电池。这些包可储存/凝固在冰箱中或如果使用水的话，可储存/凝固在凝固装置中。当夜间冷却不足时，用于附加冷却。

图43示出模块布置。在本实施例中，单个控制模块264从室外抽吸新鲜空气。新鲜空气通过管道265循环，该管道设有若干诸如通道266的侧向延伸通道，这些侧向延伸通道终止于PCM模块。管道265较佳的是隔热的。不新鲜的空气可通过控制模块264从房间抽出。

图44示出从室外抽吸空气的管道267。该管道包括两个侧向延伸通道268和269。控制单元附连于对应的侧向延伸通道。控制模块270和271从房间抽吸不新鲜空气并通过相邻的PCM模块272和273抽吸新鲜空气。设有用于将不新鲜空气从房间抽出的附加排放口作为模块274。

图45的构造类似于图43的构造，除了具有六个侧向延伸通道以外，各个侧向延伸通道引向它们的对应PCM模块。各种模块可分别附连于假平顶框架，该框架由若干诸如支承件275的支承件所形成。

图46示出图44所示类型的实施例，但该实施例包含在假平顶中。此外，两个侧向延伸通道276和277形成为“V”形，同时各个控制单元与四个相邻PCM模块连通。

前述的图43到46的其中一些优点是：此种布置容易升级，这是因为它们能简易附加更多PCM模块以满足特定的室内空气调节的需要。由于在较佳实施例中，PCM模块不具有带电形式，因而它们可容易改型成现有的带电单元。可使用现有的通风、管道以及强制通风系统。例如，如图46所示，单个控制系统可驱动多个单元。还可使用单个控制系统以驱动在多个房间中的多个单元。

效率是比普通热泵大10倍的量级。更具体地说，热能与电能的比值(能效比)比普通热泵大10倍。对于热泵来说比值大约是3，而对于在此呈现的布置来说大约是30。

图47示出在室内包括储备系统的布置。储备单元278将新鲜空气抽到房间中，同时通过分开的管道排出空气。设有管道以将空气管送到对应的控制单元279和280。各个控制单元附连于诸如模块281和282的两个可分PCM模块。储备单元可以是前文所述实施例的一种。

图48示出又一布置，该布置包括以帕尔帖或热泵形式的储备单元。在此构造中，控制单元位于管道283上，而非靠近PCM模块284和285。在此构造中，储备系统可具有附加阀，以在冷却阶段使该储备系统能或者以储备模式作用或者具有将空气直接泵送到PCM模块的简易功能。

在图49中示出又一储备布置。在此构造中，进入控制单元286的空气确定室内空气/室外空气的量。储备单元287从房间中抽入不新鲜空气。

作为又一储备系统，其可包括于PCM模块中。

此布置的又一变型是：使储备系统在PCM单元之后或在PCM单元中，从而在白天为将去到房间中的空气提供助推力。

在图47到49的布置中，虽然在一年的大部分时间PCM提供“自主”冷却，然而如果夜间温度不够冷的话可采用储备系统。

或者，这些布置能使系统更有效并能减小例如20到40％的能耗。通常，在能耗上的减小是60-80％。

图50到52示出图43所示类型的布置，该布置关联有：压缩空气系统288(图50所示)，与提供冷却助推力的储备系统290连接的压缩空气系统289(图51)以及控制单元位于室外的构造(图52)。此控制单元可具有使用/再循环内部空气的能力。

在白天，通过系统送入用于呼吸的足够新鲜空气。

在夜间，迫使空气从室外通过系统以凝固PCM。

在图51的实施例中，可使用现有的通风系统以及将任何前述实施例装配到该通风系统上的构造。

外部压缩空气系统的其中一个优点是：将具有风扇的单个更强力控制单元安装在噪音不成问题的室外。此系统的又一优点是：其利用现有的通风系统与已安装的压缩空气系统组合，而非利用模块单元对此系统进行复制。其能将PCM模块附加到通风系统并且不附加其它。

在室内可使用可选的内部控制单元以单独控制室温并能使室内空气再循环。

在冬季模式中，在白天结束时，温暖闷热空气通到PCM上使PCM熔化。然后，热量储存在隔热封装的PCM中，用于接下来的日子。当在白天系统提供新鲜空气时，新鲜空气通到PCM上，从而当新鲜空气进入房间时，PCM使空气变暖。

进一步描述方面

·冷却装置，该冷却装置每天24小时循环使用以从室外的夜间空气中储存冷却能并在白天时释放，并包括隔热PCM、电风扇以及用于控制空气流动通过PCM的控制系统。

·可移动装置，该装置可移动并在夜间移动到室外以使PCM冷却，并且具有电池包和可选对接工位，电池包用于为风扇提供电能，对接工位用于承载该装置。

·改装装置，该改装装置通过安装到墙壁或天花板来改装到建筑物，或者选用滚轮抵靠在地板上，并通过管道连接于室外空气。

·控制系统，该控制系统利用阀或风扇控制空气在PCM上的流动，并通过使用定时器和可选的传感器测量室温、室外温度、PCM的温度或PCM的电阻。

·控制系统，当在预置时刻室外空气温度低于相变温度时、或者当使用者人为将控制系统设置到‘夜间’模式时，该控制系统将冷空气吸拽到PCM上以凝固PCM。

·控制系统，在‘夜间’模式时，当PCM到达所希望的温度时或电阻已改变为指示PCM完全凝固时，该控制系统切断空气。

·控制系统的用户界面，该用户界面可以是主单元的一部分或独立于主单元，以使使用者能打开单元和关闭单元、改变模式、设置定时器或选择冷却量。

·用户界面，该用户界面可使用无线协议、红外连接或实体的有线连接，从而单一用户界面可一次控制单个单元或多个单元。

·控制系统，当使用者进行设置时、当由于室温升高或输入的组合而到达预置结点时，该控制系统通过致动风扇或阀以从室内或室外在PCM上吸拽空气并将其释放到房间中而提供冷却。

·控制系统，该控制系统控制室内空气与室外空气的比值以确保用于呼吸的最小新鲜空气量，而如果室外温度比室内温度低，则增加室外空气的份额。

·控制系统和界面，该控制系统和界面监测电池，从而为使用者指示剩余的电量，并且当电池连接于电源时控制电池充电。

·控制系统和界面，该控制系统和界面为使用者提供反馈：在单元中剩余多少冷却能。

·可选的对接工位，这些单元可安装在该可选的对接工位中以承载它们的电池，且对接工位使这些单元在窗台、墙壁或其它地方上保持固定。

·排放口，这些排放口使空气能进入单元和从单元排出。

·阀，该阀用于控制室内空气或室外空气在PCM上的流动。

·可选的阀，该阀用于控制空气从单元进入房间或返回到室外的流动。

·附连位置，该附连位置用于将管道或多个单元连接到一起。

·模块化系列的管道或柔性管和装配件，单个或多个单元可连接于这些管道或柔性管和装配件，并还能连接于室外以通过窗、天花板或墙壁单元携带空气进入或出去。

·端部单元，管道在该端部单元处连接于室外空气并安装于窗、天花板或墙壁，利用可选的空气过滤器和单独的阀以使过量空气从房间返回到室外。

·可选的空气过滤器，该可选的空气过滤器设在单元中。

·将PCM安装到管道内侧。

·将可选的照明系统附连于或嵌入装配件。

·又一方面，该系统包括低能耗冷却模块，该冷却模块作为独立式、可移动、天花板或墙壁安装装置可改装于建筑物。此单元包括合适的PCM，该PCM将根据当地气候状况为使用者提供舒适的室温。此单元依赖于波动的24小时温度循环。

PCM材料本身具有0.5到1W/MK量级的热传导性能。将热导体附加于材料或者热导体位于材料附近，该热导体具有比PCM材料本身更大的导热性能。若热导体具有至少5W/MK的导热率，则热传导率将处于尤其有利的水平。对于塑性导热材料设想5到20的范围，而对于金属设想比方说100到250的更大范围。

Claims (14)

1.一种模块化空气调节系统，包括：

多个可移动冷却模块，各个冷却模块包括多个在隔热外壳中的相变材料包，所述隔热外壳具有在所述相变材料包之间的空间，所述空间形成通道，所述通道用于使空气从所述外壳的空气进口流动到所述外壳的空气出口；以及

单独的可移动控制模块，所述控制模块具有外壳以及泵，所述外壳具有空气进口和至少一个空气出口，所述泵用于在使用中使空气从所述空气进口流动到所述空气出口；

其中，在使用中，所述控制模块的所述空气出口连接于所述冷却模块中的各个冷却模块的所述空气进口，从而通过所述控制模块的所述泵使空气从所述冷却模块的所述空气进口流动到所述冷却模块的所述空气出口。

2.如权利要求1所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述模块化空气调节系统还包括可移动储备模块，所述储备模块包括热泵、逆变器、帕尔帖冷却器或蒸发冷却器中的一种；且所述模块空气调节系统还包括联接装置，所述联接装置用于将所述储备模块联接于所述冷却模块。

3.如权利要求1所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述相变材料选自：盐、盐基水合物、盐和/或盐基水合物的混合物、和/或有机材料。

4.如权利要求3所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述盐基水合物选自：水合氯化钙或水合硫酸钠。

5.如权利要求3所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述有机材料是石蜡基的。

6.如权利要求1所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述相变材料包或各个相变材料包包括第一导热板和第二导热板的层叠，所述第一导热板和第二导热板封装主要由相变材料形成的部分；其中，相变材料的所述部分包括热导体。

7.如权利要求6所述的模块化空气调节系统，其特征在于，当在平面图中观察时，所述热导体形成六边形单元。

8.如权利要求6所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述层叠包括第三导热板和第四导热板，所述第三导热板和第四导热板封装主要由相变材料形成的第二部分；并且所述层叠包括波纹状导热板，所述波纹状导热板位于所述第二导热板和第三导热板之间。

9.如权利要求6所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述导热板选自：铝基材料、钢基材料以及塑性材料。

10.如权利要求6所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述热导体包括混合到所述相变材料的导热复合物。

11.如权利要求10所述的模块化空气调节系统，其特征在于，所述导热复合物是碳黑。

12.一种冷却模块，所述冷却模块适合于用在如权利要求1所述的系统中。

13.一种控制模块，所述控制模块适合于用在如权利要求1所述的系统中。

14.一种储备模块，所述储备模块适合于用在如权利要求2所述的系统中。