CN117693661A - 具有相变材料的加热和/或冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于至少一种热控制流体(A)的加热和/或冷却装置(1)，所述装置(1)包括至少一个回路(3)，其中传热流体(F)在回路(3)中流动，所述回路(3)包括：一个相变材料(5)，配置为储存能量；至少一个热交换器(7)，配置为，在一方面，使所述传热流体(F)通过其流动，并且在另一方面，冷却或加热所述储存材料(5)，其特征在于，所述热交换器(7)包括第一结构，其中设置有用于传热流体(F)的管道，并且第一结构周围有第二结构，所述第一结构和所述第二结构之间的空间定义了容纳所述相变材料(5)的容器，该装置(1)配置成通过所述交换器的第二结构来冷却或加热所述热控制流体(A)。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括相变材料的加热和/或冷却装置，特别用于能量储存。
例如，本发明是一种补充装置，旨在与现有的加热和/或冷却设备，如可逆热泵等，进行集成。
背景技术
事实上，加热和/或冷却设备是极其耗能且对环境不友好的装置，也是城镇能源需求的主要来源。本发明提供了一种优化能源消耗、更好地保护环境的解决方案，同时允许在廉价或生态的情况下储存热量或冷量(因此储存热或冷)，并在需要时使用它们，特别是在需求高峰和/或短缺期间(热浪或寒流等)。
发明内容
根据本发明，一个加热和/或冷却装置被设计用于储存热量或冷量，并提供流体(如空气)，在期望的温度来调节房间的温度，特别是住宅、办公室、储藏室、会议室、冷藏室等。
因此，本发明涉及一种用于至少一个热调节流体的加热和/或冷却装置，所述装置包括至少一个回路，其中回路中循环着一个传热流体，所述回路包括：
-一个相变材料，其配置为储存能量(特别是以物理化学形式的热能)；
-至少一个热交换器，配置为，在一方面，使所述传热流体通过其流动，并且在另一方面，冷却或加热所述储存材料；
其特征在于，所述热交换器包括第一结构，其中设置有用于传热流体的管道，并且在第一结构周围设置有第二结构，其中所述第一和第二结构被配置为使得在所述第一结构和所述第二结构之间存在间隙，从而定义了所述相变材料的容器，其中该装置被配置为通过所述热交换器的第二结构(以及通过相变材料，特别是通过所述材料的提取或热传递)来冷却或加热所述热调节流体。
热调节流体可以是空气，例如，通过加热或冷却空气可以实现对某些特定场所的热调节。
值得注意的是，相变材料(PCM)是指任何能够在一限定温度范围内改变物理状态，特别是在液态和固态之间，进行相变的材料。
根据一种可能的特征，所述回路包括一个关闭阀，所述阀配置为停止热交换器流体通过所述装置的回路进行循环。这个关闭阀在装置关闭时和/或当达到最大能量储存时(这意味着当相变材料无法再储存能量，并且其温度在该材料的潜伏时间之外有正向或负向的变化)特别有用。
根据另一种可能的特征，所述装置包括至少一种所述热调节流体的循环设备，其中所述循环设备被配置为沿着所述热交换器(可以在所述交换器的中心和/或边缘)循环(优选地直接循环)所述流体。该热交换器的几何形状可以通过，例如挤压，特别是通过所述热交换器的中心部分的挤压，来制造。
根据另一种可能的特征，所述装置包括至少一台泵，以通过所述回路循环传热流体。
根据另一种可能的特征，所述热交换器的第一结构和/或第二结构包括翅片。
值得注意的是，相变材料通常具有较低的热传导系数，翅片可以改善相变材料与热交换器的其他部分以及传热流体和/或热调节流体(如空气流)之间的热传导。
根据另一种可能的特征，第一结构的翅片向所述热交换器的第二结构延伸。
换句话说，第一结构的翅片从第一结构延伸至所述热交换器的第二结构。
根据另一种可能的特征，第二结构的翅片从第二结构延伸出去，和/或朝向第一结构延伸。
根据另一种可能的特征，热交换器包括两个铝挤压型材，它们相对于彼此同心地设置。第一挤压型材，即第一结构，在其中心包括传热流体的管道，而第二挤压型材，即第二结构，在其外表面包括翅片，以用于向热调节流体(如通风空气)传递或释放热量，而两个型材之间的相变材料，例如，保持在所述材料的熔化潜热温度(例如在22至24℃之间的熔化潜热温度)。
根据另一种可能的特征，所述热交换器位于一个护套内，护套的内表面与所述热交换器的第二结构之间的间隙定义了用于热调节流体的管道。
根据另一种可能的特征，所述装置包括至少一种以下类型的传感器：用于流入和/或流出所述热交换器的传热流体的温度传感器，用于相变材料的温度传感器，用于流入和/或流出所述热交换器(或装置)的空气的温度传感器，用于被所述装置进行热调节的房间的温度传感器，相对湿度传感器，二氧化碳传感器。
应该注意到，相对湿度传感器和/或二氧化碳传感器是偶发的，并且尤其用于优化在热带国家中该设备的功能，并最小化对外部空气的使用。二氧化碳传感器也具有一个安全功能，可以防止由所述装置调节的房间中的二氧化碳浓度达到可能对人体健康有害或危害的值。
根据另一种可能的特征，所述装置被配置为与空调和/或供暖设备，特别是与利用传热流体和/或热制冷剂工作或制冷的系统，进行接口或集成。
根据另一种可能的特征，所述装置包括一个管理电子实体，其配置为尤其监测传热流体通过所述回路的循环和/或热调节流体的循环。特别地，该实体允许在非高峰时段将能量储存于相变材料中，并在能源更昂贵时限制其消耗。
根据另一种可能的特征，所述装置包括一个人机界面。本发明还涉及一种包括上述所定义的加热和/或空调装置的加热和/或空调设备。
附图说明
为了更好地理解本发明，以及其他目标、细节、特点和优势，下面将对本发明的具体实施例进行描述，其仅供参考，不具有限制性，并参考附图，其中：
图1，标注为[图1]，是本发明的加热和/或空调装置的非常概要的视图；
图2，标注为[图2]，是图1中装置的一部分的放大透视图；
图3，标注为[图3]，是图1和图2中装置的控制箱的放大透视图；
图4，标注为[图4]，是图1中装置的热交换器的横截面图；
图5，标注为[图5]，是图1中的装置的热交换器的透视图；
图6，标注为[图6]，是本发明实施例的变体中装置的一部分的示意图。
具体实施方式
图1是本发明的加热和/或空调装置1的非常概要的视图，而图2是图1中装置1的一部分的放大透视图。
加热和/或冷却装置1被配置为加热和/或冷却至少一种热调节流体A，例如空气，用于调节房间(住宅、办公室等)的温度。
因此，所述装置1包括至少一个回路3，通过该回路3循环传递传热流体F。所述回路3包括：
-一个相变材料5，即能够在一限定温度范围内改变物理状态并以此方式储存和释放热量的材料；
-至少一个热交换器7，配置为，在一方面，使所述传热流体F通过其流动，并且在另一方面，冷却或加热所述相变材料。
所述相变材料5的熔化温度在-10℃至25℃之间(用于能量储存)，优选地在-5℃至20℃之间，甚至更优选地在22℃至24℃之间，特别是如果所述流体用于与人类舒适标准相符的房间的热调节时。
因此，所述回路3包括：
-至少一台泵9，用于通过所述回路3循环传热流体F。
-关闭阀11，所述阀门11被配置为停止传热流体F在所述装置1的回路3中的循环。关闭传热流体F的循环限制或停止了传热流体F与相变材料5之间的热量储存或释放。
-至少一种上述热调节流体A的循环设备13，其中所述循环设备13被配置为沿着所述热交换器7循环所述流体A。
值得注意的是，传热流体F优选为水、水乙二醇(即水和乙二醇的混合物)、乙二醇等。
循环设备13是，例如风扇-电机组件或风扇(即离心风扇)，它能够通过装置1吸入(或“推动”)空气A，并沿着热交换器7循环空气，使其通过热交换器冷却或加热(以及扩展到空气流入的房间)。根据未显示的实施例，热交换器可以具有不同的几何形状和/或包含各种元件，以便空气可以在所述热交换器的中心和/或边缘流动。
优选地，所述循环设备13的速度可以进行监控，例如以在夜间减少通风噪音和/或调节热调节流体的温度(通过监控流体从房间流出的流量来进行热调节)。
如图1和图2所示，该装置1包括一个箱体32，箱体内放置，例如热交换器7、循环设备13、一部分回路3、关闭阀11等。所述箱体32还包括一个空气进口32a和一个空气出口32b，以便通过循环设备13允许空气循环。此外，值得注意的是，空气进口32a可以配置为从外部吸入空气(通常是干燥的)和/或吸入由该装置已近进行热调节的空气(也称为再循环空气)。
优选地，未位于箱体32内的回路3的一部分，例如通过热隔离材料46，与外部进行热隔离。这种热隔离材料可以在传热流体到达相变材料之前限制热损失(尤其是当回路在箱体外部较大时，这一点尤为重要)。
值得注意的是，该装置1被配置为与加热和/或空调设备、热泵等或任何其他产生冷或热的设备(通常是按照热力学循环工作的装置)相连接。
在图1的实施例中，装置1的回路3包括一个额外的热交换器23，配置为与热源和/或冷源建立这样的连接，从而便于将装置1与现有的加热和/或空调设备相连接。
所述装置1还包括以下部分：
-至少一个传感器(在图3中更明确可见)，包括以下类型：用于流入和/或流出所述热交换器C1和/或C2中的传热流体的温度传感器，用于相变材料C3的温度传感器，用于流入和/或流出所述热交换器C4中的空气的温度传感器，用于由所述装置进行热调节的房间C5的温度传感器，相对湿度传感器C6，二氧化碳传感器C7。
-管理电子实体15，配置为尤其监测传热流体F通过所述回路3的循环和/或热调节流体A通过该装置1的循环(流量、速度等)。
-人机界面17，所述人机界面(或用户界面)是允许用户与该装置进行交互，特别是监测该装置和/或与其交换信息的所有项目。人机界面包括，例如以下一项或多项：一个或多个按钮、键盘、屏幕、触摸屏、一个或多个旋钮、多个指示灯等。
此外，管理电子实体15和人机界面17优越地位于控制箱34中。箱体34和各种传感器C1到C7在图3中更具体地说明。
此外，实体15有利地包括：
-一种互联网连接设备，特别是用于获取与天气预报相关的数据，从而能够预测温度变化，并因此能够储存或释放相变材料的热量；
-根据本发明的一个或多个其他装置的连接设备，特别是通过允许其中一个监测所有其他装置，使它们(装置)能够协同工作。
如图2所示，所述热交换器7优选地位于一个护套21中。所述护套21优选地由一种热隔离材料制成。
如图4和图5所示，分别为热交换器7的横截面视图和透视图，该热交换器7包括：
-第一结构110，其中设计了一个用于传热流体F的管道110a，例如位于中心位置；
-第二结构120，位于第一结构110周围(因此位于管道110a周围)，例如相对于第一结构110同心地设置。
所述第一结构110和第二结构120被配置成使得在所述第一结构110和第二结构120之间形成一个间隙，该间隙定义了相变材料5的定位(或存储)的容器。
此外，值得注意的是，热交换器7及其第一和第二结构110和120有利地由金属导热材料，例如铝，制成。
热交换器7有利地采用挤压制造。热交换器7优选地具有细长的形状，以便使传热流体的管道尽可能长，由此从相变材料释放或回收热量。
因此，根据一种可能的实施方式，热交换器7包括两个铝挤压型材110和120，它们彼此相对同心地设置。例如，每个型材具有圆形、正方形、矩形等截面。第一挤压型材，即第一结构110，在其中心包括传热流体的管道110a。
因此，通过所述热交换器7的第二结构120，特别是通过其外表面，使热调节流体A得以冷却和/或加热。
此外，结构110和120优选地包括翅片111、121和122，所述翅片增加了接触表面，从而最大化了热交换。
特别地，第一结构110的翅片111向所述热交换器7的第二结构120延伸，因此翅片111延伸到相变材料5存储的体积或空间中，这增加了所述材料5与第一结构110之间的接触表面，并促进了通过管道110a的传热流体F与所述材料5之间的热交换。
另一方面，第二结构120的翅片121和122可以从第二结构120(从其外表面)延伸出来-它们称为外部翅片121-和/或向第一结构110延伸(从结构120的内表面)-它们称为内部翅片122。外部翅片121增加了热调节流体A与第二结构120之间的接触表面，这促进了热交换，而内部翅片122增加了相变材料5之间的接触表面，这促进了材料5与热调节流体A之间的热传递。
值得注意的是，第一结构110的一些翅片111和内部翅片122被配置为彼此配合，以确保所述结构110和120之间的恒定间隙和整体的良好机械阻力。
还应该注意，护套21特别地围绕着所述至少一个热交换器7，以便在护套21的内表面和所述热交换器7的第二结构120之间形成一个间隙，通过这种方式创建的间隙定义了热调节流体A的管道，并使得能够引导流体A并最大化流体A与热交换器7之间的热交换。
有利地，由外部翅片121定义的外周具有几何形状，例如正方形或矩形形状，这使得护套21更容易地制造，以放置到热交换器7上。
根据图6所示的实施例，装置1包括多个串联和/或并联安装的热交换器7，其中每个热交换器7可以包含具有不同熔化潜热温度的相变材料5。特别是，这种配置在外部温度条件和根据本发明的装置要求热调节流体的温度方面提供了更大的灵活性。
本发明还涉及一种包括上述所定义的加热和/或空调装置的加热和/或空调设备。
Claims (10)
1.一种用于至少一种热调节流体(A)的加热和/或冷却装置(1)，所述装置(1)包括至少一个回路(3)，其中传热流体(F)在回路(3)中循环，所述回路(3)包括：
-一个相变材料(5)，其配置为储存能量；
-至少一个热交换器(7)，配置为，在一方面，使所述传热流体(F)通过其流动，并且在另一方面，冷却或加热所述储存材料(5)；
其特征在于，所述热交换器(7)包括第一结构(110)，其中设置有用于传热流体(F)的管道(110a)，并且第一结构(110)周围有第二结构(120)，其中所述第一结构(110)和第二结构(120)被配置为使得在所述第一结构和所述第二结构之间存在间隙，从而定义了所述相变材料(5)的容器，其中所述装置(1)被配置为通过所述热交换器的第二结构(120)冷却或加热所述热调节流体(A)。
2.根据之前的权利要求所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)还包括至少一种所述热调节流体(A)的循环设备(13)，其中所述循环设备(13)被配置为沿着所述热交换器(7)循环所述流体。
3.根据之前的任一条权利要求所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括至少一台泵，以通过所述回路(3)循环传热流体(F)。
4.根据之前的任一条权利要求所述的装置(1)，其特征在于，第一结构(110)和/或第二结构(120)包括翅片(111、121、122)。
5.根据之前的任一条权利要求所述的装置(1)，其特征在于，第一结构(110)的翅片(111)向所述热交换器(7)的第二结构(120)延伸，和/或第二结构(120)的翅片(121、122)从第二结构(120)延伸出去，和/或朝向第一结构(110)延伸。
6.根据之前的任一条权利要求所述的装置(1)，其特征在于，所述热交换器(7)位于一个护套(21)内，其中护套(21)的内表面与所述热交换器(7)的第二结构(120)之间的间隙定义了用于热调节流体(A)的管道(110a)。
7.根据之前的任一条权利要求所述的装置(1)，其特征在于，装置(1)包括至少一种以下类型的传感器：用于传热流体(C1、C2)的温度传感器，用于相变材料(C3)的温度传感器，用于流入和/或流出所述热交换器(7)的空气的温度传感器(C4)，用于被所述装置(1)进行热调节的房间的温度传感器(C5)，相对湿度传感器(C6)，二氧化碳传感器(C7)。
8.根据之前的任一条权利要求所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)配置为与空调和/或加热设备进行接口或集成。
9.根据之前的任一条权利要求所述的装置(1)，其特征在于，装置(1)包括一个管理电子实体(15)，其配置为尤其监测，传热流体(F)通过所述回路(3)的循环和/或热调节流体(A)的循环。
10.一种包括根据之前的任一条权利要求所述的加热和/或空调装置(1)的加热和/或空调设备。
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