CN1826051A - 具有气囊的动态泡沫绝缘/遮蔽系统 - Google Patents
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Abstract
一种建筑物绝缘/遮蔽系统，包括动态流体泡沫发生器(30)和多个可展开/可收回的柔性容器(20)，该容器安装在建筑物结构(10)上。每个容器(20)具有连接于动态流体泡沫发生器(30)的入口(46)和用于排出由泡沫发生器(30)引入到容器(20)中的绝缘泡沫的降解而产生的液体的出口(50)。容器(20)能在膨胀的工作位置和收缩的存储位置之间移动，其中在所述膨胀的工作位置中柔性容器(20)充满动态流体绝缘泡沫并且在收缩的存储位置中柔性容器(20)已经排空并且沿建筑物的侧边收缩。
Description
技术领域
本发明通常涉及一种周期性地绝缘和/或遮蔽建筑物结构的系统和方法，所述建筑物结构诸如温室、前庭或者具有玻璃或塑料屋顶、固定或柔性材料的壁的任何结构或其部分结构。
背景技术
具有形成在双层透光的屋顶或壁膜之间、用于接收可降解或可更换的泡沫绝缘的腔的建筑物结构是公知的。屋顶腔和壁腔能够周期性地填充可降解的泡沫以提供遮蔽或热绝缘。但是，当希望光穿过建筑物外壳以便利用太阳能时，泡沫能够容易地分解并且从腔中移出。这样建筑物的例子能够在美国专利3,672,184和4,562,674中找到。这样建筑物的一个问题是难于在不引起建筑物的屋顶有重大的改变的情况下将泡沫产生系统安装到屋顶结构中。同样它阻止通过屋顶透射光或者通风。实际上至今为止，没有系统允许仅仅向屋顶的一定部分提供泡沫，而使得其他屋顶腔保持为空。屋顶表面必须完全被泡沫覆盖，不存在允许光穿过屋顶得给定部分的可能。而且，利用现有技术的泡沫绝缘系统，不可以打开屋顶以允许自然通风。屋顶必须具有持久的性质。当不使用绝缘系统时，日光还必须穿过双层外皮薄膜以穿过建筑物的外壳。这减少穿过建筑物外壳的光强度。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种新的可更换的绝缘/遮蔽泡沫系统，其包括在不使用时能够收缩到存储位置的动态绝缘泡沫容器。
本发明的另一个目的是简化并且增加动态液体泡沫绝缘/遮蔽系统在建筑物结构中的安装灵活性。
本发明的又一个目的是减小涉及在建筑物结构中安装动态液体泡沫绝缘/遮蔽系统的成本。
因此，根据本发明，提供一种用于建筑物结构的绝缘/遮蔽系统，包括：动态的流体泡沫发生器；多个适于安装在建筑物结构上的可膨胀/可紧缩的容器，所述多个容器中的每一个都具有连接于所述动态流体泡沫发生器的、用于允许用动态流体绝缘泡沫填充柔性容器的入口和用于将来自绝缘泡沫的降解产生的液体排出的出口，所述容器能在膨胀的工作位置和收缩的存储位置之间移动，其中在所述膨胀的工作位置中容器充满所述动态流体绝缘泡沫，并且在收缩的存储位置中动态流体绝缘泡沫已经基本上从容器中排空。
根据本发明的另一个实施例，提供一种周期性的绝缘/遮蔽建筑物结构的方法，包括如下步骤：a)安装多个可膨胀/可紧缩的囊到建筑物结构上；b)产生可降解的流体绝缘泡沫；和c)将囊从收缩状态展开到膨胀状态并且用可降解的流体泡沫填充囊。
根据本发明的又一普通的特性，提供一种用于通过绝缘和遮蔽的可降解流体泡沫周期性地热屏蔽/遮蔽建筑物结构的系统，该系统包括：适于产生可降解流体泡沫的泡沫发生器；连接于泡沫发生器的出口的分配管道，用于接收泡沫；和多个连接于分配管道的喷洒器，用于在建筑物结构内部或外部上喷涂泡沫。
根据本发明的又一普通方面，提供一种用于周期性地绝缘/遮蔽透明建筑物结构的系统，包括：多个喷洒器，其在适于安装到建筑物结构的薄膜上喷射液体泡沫；和泡沫返回管线，用于回收泡沫随着时间降解产生的液体。
本发明的另一个特征包括泡沫系统的容器化(containerization)，所述系统通过利用一组可膨胀/可缩回的囊能够容易地安装到建筑物结构上。囊能够填充液体泡沫或者在不用时被抽真空以紧密地打包。在动态流体泡沫绝缘系统中使用的可膨胀/可缩回的囊允许减少整个连接系统对存在的结构进行最小的改变。还可以提供对新的和存在的结构完全控制动态绝缘系统的应用。最后，它允许多用途的系统的模块化。
本发明的另一个特征涉及一种用于洗涤温室的外部的系统，包括多个沿连接于洗涤流体源的分配管线分布的喷洒器，所述喷洒器延伸到温室的外部，用于在温室的外部上喷涂洗涤流体。
根据本发明的又一个普通特征，提供一种周期性的产生隔音的方法，包括如下步骤：提供基本上由表面活性剂和水组成的泡沫溶液源；提供增压空气源；和用增压空气混合泡沫溶液以产生动态的液体泡沫。
本发明的通常的特征还在于，液体泡沫的输送系统的组合使用利用空气压力扩大柔性容器(例如可膨胀/可紧缩的囊)并且提高泡沫绝缘质量，使用真空系统压扁泡沫并且减少柔性容器到紧密的小体积，以便在系统不使用时不阻止光透射。
附图说明
因此在概括描述本发明的性质后，现在参考通过图解示出的本发明优选的实施例的附图，并且其中：
图1是根据本发明的优选实施例配备有液体泡沫填满的可展开和可收缩的囊的温室的透视图；
图2是示出向可展开和可收缩的囊供应高密度流体绝缘泡沫的泡沫发生器的温室的正视图，其中示出的囊在收缩位置；
图3是示出囊在部分地展开位置的温室的正视图；
图4是示出囊在完全展开位置的温室的正视图；
图5是示出一个囊的液体泡沫供应和返回回路的细节的温室的部分放大正视图；
图6是根据本发明第二实施例，示出在充以通过一组连接于混合室的泡沫分配管道的喷洒器喷射的液体泡沫的过程中的温室的壁腔和屋顶腔的温室的正视图，其中在所述混合室中将泡沫溶液与增压空气混合以便产生泡沫；
图7是示出填满在混合室中产生的泡沫的屋顶腔和壁腔的温室的正视图；
图8是示出温室的壁腔和屋顶腔部分地充以由泡沫分配管道的喷洒器喷射的液体泡沫的温室的透视图；以及
图9是具有伸出温室屋顶结构之外以在覆盖温室骨架的结构薄膜的外表面上喷涂一层泡沫的喷洒器的温室的正视图。
具体实施方式
如在下文中可以看到，本发明通常涉及一种柔性的或者持久绝缘泡沫容器系统，其被设计用来提供多种不同类型的太阳能结构(so1arstructure)的模块化绝缘。在图中示出的例子应用于环(hoop)型的温室。但是应该理解，本发明也能够安装在可变连接的水槽系统以及其他类型的温室或者建筑物结构，诸如住宅建筑、商业建筑或工业建筑。目的是提供一种方法和系统，用于通过部分或者完全具有容器有效地使屋顶和壁绝缘，所述容器诸如柔性囊，其是透明的或半透明的或者不透明的。这通过将动态流体绝缘泡沫带到建筑物结构的所选择的部分以便绝缘或者遮蔽这些部分来实现。
现在参考图1，示出具有传统骨架12的环型温室10，所述骨架包括其中多个垂直的支柱14和横向水平的支架16。每对相邻的横向支架16限定出隔间(bay)18。根据本发明，可膨胀的/可收缩的囊20可选择地在隔间18中展开。在示出的实施例中，提供两组囊20，在温室10的一边一个(见图1至4)。因此每个隔间18包含两个相对的囊20，其适于被展开以将囊的相对末端互相接触以便完全封闭隔间18。在图1中，在建筑物10的右侧上的囊20中的一些是展开的，而在左侧上的所有囊20是收缩的。囊20沿相对于温室10的横向方向，即沿平行于水平支架16的方向是可展开的。类似的囊同样能够设置在相邻各对垂直柱14之间用于沿垂直方向展开。
每个囊20通过至少一个从结构的一侧延伸到另一侧的缆绳22(图2)支撑，从而允许通过吊环24(图5)或者其他连接件使囊20沿缆绳滑动。可以经过囊20的侧面设有多于一个缆绳22。每个缆绳22可以在囊20的任一侧上、在囊20的中心以及在它的顶部和底部上具有连接件。这将依据囊20的尺寸和材料的重量。依据需要、位置、气候条件和位置的其他要求和结构类型，囊20一般是10英尺长5英尺宽，但这也可以变化到与1英尺宽一样小，依据环境条件囊在任何地方可以从4英寸深至15英寸深或者更深。
如在图2至4中最好地示出，温室10具有在骨架12上绷紧的双层覆盖薄膜26。覆盖薄膜26能够由聚乙烯板或者诸如聚碳酸酯、玻璃或其他塑料形式的其他材料制成，以形成温室10的表面。膨胀杆28设置在结构的顶部以保持在覆盖薄膜26的内层26a和外层26b之间的距离。在该申请中由于绝缘泡沫囊20的操作完全与温室10的实际屋顶系统无关，所以不必存在用于建筑物的双层表面薄膜。但是如果这样的双层覆盖薄膜已经在温室10的框架12上，那么本发明的液体泡沫绝缘系统能够容易地安装以在存在的结构设计中工作。应该注意，在一些气候区域中，囊20也能够被设置以一起组合并且形成温室10的屋顶系统，以代替覆盖薄膜26。
如在图2至4中所示，每组囊20连接于泡沫发生器30，其一般包括表面活性剂储存器32、泵34、鼓风机36和混合室38。储存器32包含基本上由表面活性剂和水组成的泡沫溶液。能够以从水解的蛋白浓缩基料中获得浓缩溶液形式提供泡沫溶液，诸如在灭火泡沫技术中使用的。泡沫溶液通过泵34经过供应管线40泵吸到混合室38中。在泡沫溶液被泵吸到混合室38时，鼓风机36运行以经过空气注入管线42向混合室38中注入增压空气。表面活性剂溶液在30psi至80psi之间的压力下注入，而空气在从约10psi至约100psi的范围的压力下注入。与其中通过在壁和屋顶腔的入口处的风扇将肥皂溶液喷射到筛网上的传统泡沫发生器不同，上述泡沫发生器提供从囊20的中央位置上游处产生具有很小气泡的高密度液体。这提供了更好的绝缘性能，并且因此允许减小接收泡沫的容器的尺寸。
在混合室38中产生的液体泡沫在空气压力下经过作为次级混合室的分配管道44供应给囊20。这就是说，当泡沫沿分配管道44移动时，起泡过程继续。分配管道44至少10英尺长并且直径是约1英寸或者更大。
如在图5中所示，每个囊20在它的顶端具有入口46，用于接收来自分配管道44的泡沫。阀48优选地设置在每个囊20的入口46上，用于允许囊20单独且独立地填充泡沫。以这种方式，相同组的囊能够展开而其他能够保持收缩，如在图1中所示。每个囊20在它的下端设置有出口50，其连接于返回管线52以允许排出由在囊20中的泡沫降解而产生的液体。阀54优选地设置在每个囊20的出口50，以允许在囊的入口和出口之间的压力差。一旦囊20已经填满，阀54保持打开以允许连续地排出来自液体泡沫的过多的流体，经过返回管线52返回到储存器中。入口阀48和出口阀54对于每个囊连接进行单独控制，以便调节材料的流入和流出。
选择性可打开的囊入口46和囊出口50通过空气压力或者通过泡沫压力供给囊20的扩大，同时允许从液体泡沫中发出的液体在绝缘处理期间或者在泡沫循环结束时通过重力或者通过使用真空排出。缆绳22或囊20可以设计为一定的倾斜角度，以便保持一个向着囊出口50的不变的排水坡。
图2示出在折叠状态下的囊20。囊20收缩在建筑物的侧面上，从而允许光通过建筑物屋顶结构进入到建筑物的外壳中(buildingenvelope)。
图3示出在展开的过程中的囊20。在该阶段，囊20仅仅部分地填充液体泡沫。要被展开的囊20的入口阀打开，并且泡沫发生器30运行以经过分配管道44引导完成的泡沫产品到囊20的入口46。囊20逐渐填充泡沫，从而使得囊从它们的在图2中所示存储位置中展开。出口阀54在囊填充过程期间能够周期性地打开以允许用泡沫把空气从囊20中推出并且也允许液体从囊20中排出。
图4示出完全膨胀的囊20，在这一点它们接触来自另一侧的相应的囊20并且与之相互作用。囊20沿着横向支架16延伸，以便在隔间18中填充在铝或钢支柱上接触的囊材料的软的连接件。一旦囊的填充过程已经完成，入口阀48关闭。
囊20可以通过手、空气压力或泡沫压力滑动，并且通过机械装置、手或真空压力折叠返回到它们的存储位置(图2)。排空的操作能够例如通过使用典型的辊子设备实现，所述辊子设备能卷起材料并且同时排空它的任何内含物。
囊20可以具有另一个连接件，以用在每个囊内侧上的喷洒器(未示出)周期性地冲洗它们。同样应该注意的是，组装的囊能够固定在建筑物的屋顶部分内并且设置有多个用于通过压力允许泡沫插入的开口，多余空气的排出口和真空泵吸降解的泡沫返回到储存器的单独出口。
填充可扩展的和可折叠的囊的液体泡沫有利地是，它们形成建筑物的屋顶部分和外部侧壁。它们也可以安装在屋顶薄膜、玻璃或塑料、或壁中。而且，如上文所述，囊20在要求时是可收缩的，使得它们能完全移开至最大程度，即约98％，以使得自然光穿过外壁或者穿过打开或覆盖的屋顶。
本发明的另外一个益处在于，囊20能选择性地单独膨胀以覆盖根据意愿、定时方式或人工方式所选择要被遮蔽或绝缘的建筑物部分。囊20能够由透明材料或者对一定农作物和生长模式有益的彩色材料制成。当遮蔽、冷却或绝缘时，可应用改变液体泡沫绝缘的厚度。可选择的是，泡沫本身是彩色的。通过改变泡沫色彩密度，泡沫能够对温室中的植物有不同的影响。
本系统的另一个益处在于，通过利用动态液体泡沫，可以冷却在膨胀的囊20里面的绝缘体并且在它的下表面上建立冷凝，那么这也能够作为一种在建筑物结构中去湿的方法。热交换器(未示出)能够结合到表面活性剂储存器32，以依据是否希望冷却或加热建筑物结构的内部空间而冷却或加热表面活性剂溶液。
除了热屏蔽和遮蔽建筑物之外，动态液体泡沫还可以用作提供隔音的新方法。为了隔音的目的，根据与上文所述的与热绝缘和遮蔽应用有关的方式，泡沫能够产生并且分配到壁和屋顶腔中。
根据本发明的另一个方面，上述的泡沫发生器30结合到沿分配管线44的远端部分分布的一组喷洒器60上，以将小密度流体绝缘泡沫喷涂到在覆盖薄膜26(图6至8)的内层和外层之间限定的屋顶腔或壁腔62中，或者备选地喷涂到建筑物结构的覆盖薄膜26的外部上面(图9)。
如在图6至8中所示，喷洒器60能够有利地定位在屋顶腔62中，以在层26a和26b之间喷射一均匀的泡沫层。喷洒器60的使用有利于泡沫密度更均匀地分配到腔62中，并且它允许改变正在涂敷的泡沫层的密度或厚度。图6和8示出在填充动态绝缘泡沫的过程中的腔62。在图7中，填充操作已经完成。由在腔62中的泡沫降解产生的液体通过重力被引导到排水管64中，所述排水管沿建筑物的侧边安装在壁腔62的底部。应该理解，排水管64也能够安装在建筑物结构的顶部。设置返回管道66用于允许被收集在排水管64中的液体改变方向返回到表面活性剂储存器32中。喷洒器也能够延伸到支架结构的下面，用于喷涂泡沫层到安装在支架16上的可收缩的覆盖层或薄膜上。支架16在太阳能结构的内部上面具有喷洒器，该喷洒器喷射到除了向内部的一端的缓斜坡外在支架16之间水平延伸的平的覆盖层上。
根据图9中示出的实施例，喷洒器60在温室10的屋顶结构上方向外延伸，用于喷涂绝缘泡沫层到覆盖薄膜26的外表面上。能够设置旁路，用于选择性地连接分配管线44到洗涤液储存器65(图7)，以便经过喷洒器60喷射洗涤液到覆盖薄膜26上或者喷射在覆盖薄膜的层26a和26b之间。
具有1％至5％的表面活性剂浓度的表面活性剂溶液的这样喷洒器系统的使用能够有利地用作在给定太阳能结构中的遮蔽系统。使用这种液体泡沫、以不同程度的产生泡沫的益处在于，它能够使得操作者遮蔽阳光并且在太阳能结构中更好地分散太阳光线。
能够通过以下两种方法的操作产生液体泡沫：一种利用泡沫发生器，其产生通常的液体泡沫，或者利用具有表面活性剂溶液的喷洒器系统，其在希望的表面上喷射疏松的泡沫。这种组合将导致比标准液体泡沫更低水平的遮蔽。用这些不同密度和泡沫布置方法来使用液体泡沫的结果能够使用户改变泡沫的质量和分配的遮蔽强度。这样做时，在不同气候和不同阳光条件下的操作者能够减少光合成有效辐射(PAR)并且太阳光直接照射对内部空间的影响。这将具有下列结果：
在需要时，高峰时间的直接太阳能能够从1,000W/m2减少到800W/m2或更小。液体泡沫的涂层吸收并且反射部分的红外线，因此减少进入所述结构的太阳辐射。
在需要时，PAR能够从1000nm减少到600nm或更小。液体泡沫的涂层过滤了部分可见光，仅仅允许希望量的光进入。
上面的说明仅仅是为了示例，并且本领域的一般技术人员应该明白，在不脱离所公开的发明的范围的情况下可以对所述的实施例进行修改。
Claims (25)
1.一种用于建筑物结构的绝缘/遮蔽系统，包括：动态的流体泡沫发生器；多个适于安装在建筑物结构上的可膨胀/可紧缩的容器，所述多个可膨胀/可紧缩的容器中的每个容器具有连接于所述动态流体泡沫发生器的、用于允许用动态流体绝缘泡沫填充容器的入口和用于将由绝缘泡沫降解而产生的液体排出的出口，所述可膨胀/可紧缩的容器能在膨胀的工作位置和收缩的存储位置之间移动，其中在所述膨胀的工作位置中容器充满所述动态流体绝缘泡沫，并且在收缩的存储位置中动态流体绝缘泡沫已经基本上从容器中排空。
2.如权利要求1所述的绝缘/遮蔽系统，其中至少一些所述容器能够单独地展开。
3.如权利要求1所述的绝缘/遮蔽系统，其中第一阀和第二阀分别设置在至少一些所述容器的所述入口和所述出口处。
4.如权利要求1所述的绝缘/遮蔽系统，其中所述多个容器中的每个容器都限定出排水坡，以引导由绝缘泡沫降解而产生的液体到容器的出口。
5.如权利要求1所述的绝缘/遮蔽系统，其中真空源连接于容器的出口，用来压扁容器并且排空容器的内容物。
6.如权利要求1所述的绝缘/遮蔽系统，其中所述容器能沿建筑物结构的至少一侧收缩。
7.如权利要求1所述的绝缘/遮蔽系统，其中所述容器能够沿跨越建筑物结构的导向系统滑动。
8.如权利要求1所述的绝缘/遮蔽系统，其中所述容器经过滑板安装到跨建筑物结构延伸的缆绳。
9.如权利要求1所述的绝缘/遮蔽系统，其中所述流体泡沫发生器包括：包含泡沫溶液的储存器；用于泵吸泡沫溶液到混合室中的泵，在该混合室中泡沫溶液与增压空气混合；和次级混合室，在泡沫被引导到容器之前沿着次级混合室继续起泡过程。
10.如权利要求9所述的绝缘/遮蔽系统，其中设置鼓风机，以在泡沫溶液被注入到混合室时排放增压空气到混合室中。
11.一种用于周期性地绝缘/遮蔽建筑物结构的方法，包括以下步骤：a)安装多个可膨胀/可紧缩的囊到建筑物结构上；b)产生可降解的流体泡沫；和c)将囊从收缩状态展开到膨胀状态并且用可降解的流体泡沫填充囊。
12.如权利要求11所述的方法，其中步骤b)包括通过注入增压空气到包含起泡剂和水的流体中建立高密度液体泡沫的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中通过分开注入增压空气和表面活性剂到混合室中获得高密度的液体泡沫。
14.如权利要求11所述的方法，包括利用空气压力运送高密度泡沫从混合室经过管道网络到囊中的步骤。
15.如权利要求11所述的方法，其中每个囊具有选择性可关闭的入口，并且其中步骤c)包括下面步骤：选择建筑物要被绝缘的部分，并且打开位于该部分的囊的入口。
16.一种用于使用用于绝缘和遮蔽的可降解流体泡沫周期性地热屏蔽/遮蔽建筑物结构的系统，该系统包括：适于产生可降解流体泡沫的泡沫发生器；连接于泡沫发生器的出口的分配管道，用于接收泡沫；和多个连接于分配管道的喷洒器，用于在建筑物结构内部或外部上喷涂泡沫。
17.如权利要求16所述的系统，其中泡沫发生器包括：包含表面活化剂的储存器；用于将表面活化剂溶液从储存器泵吸到混合室中的泵；和鼓风机，用于在表面活化剂溶液被泵吸到混合室时注入增压空气到所述的混合室中以便产生可降解的流体泡沫。
18.如权利要求16所述的系统，还包括设置在建筑物结构上的泡沫容器，用于接收来自喷洒器的泡沫。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述泡沫容器设置成安装在建筑物结构上的第一和第二结构薄膜之间限定出的壁腔或屋顶腔的形式。
20.如权利要求16所述的系统，其中所述喷洒器延伸到所述建筑物结构的外面，用来在建筑物结构的外部上喷涂一层泡沫。
21.一种用于周期性地绝缘/遮蔽透明建筑物结构的系统，包括：多个喷洒器，其在适于安装到建筑物结构的薄膜上喷射液体泡沫；和泡沫返回管线，用于回收泡沫随着时间降解产生的液体。
22.如权利要求21所述的系统，其中喷洒器沿着连接到液体泡沫源的分配管线安装。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述液体泡沫源包括混合室，其中增压空气和表面活性剂溶液被分别地注入到该混合室中。
24.一种用于洗涤温室的外部的系统，包括多个沿连接于洗涤流体源的分配管线分布的喷洒器，所述喷洒器延伸到温室的外部，用于在温室的外部上喷涂洗涤流体。
25.一种产生隔音的方法，包括如下步骤：提供基本上由表面活性剂和水组成的泡沫溶液源；提供增压空气源；和用增压空气混合泡沫溶液以产生动态的液体泡沫。
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