EP3538818A1 - Temperaturabhängiger schaltmechanismus und dessen verwendung - Google Patents

Temperaturabhängiger schaltmechanismus und dessen verwendung

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EP3538818A1
EP3538818A1 EP17797335.1A EP17797335A EP3538818A1 EP 3538818 A1 EP3538818 A1 EP 3538818A1 EP 17797335 A EP17797335 A EP 17797335A EP 3538818 A1 EP3538818 A1 EP 3538818A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching
temperature
phase change
actuator
phase
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17797335.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Maurer
Tilmann E. KUHN
Thibault PFLUG
Stefan Gschwander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3538818A1 publication Critical patent/EP3538818A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/08—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates
    • F24F13/10—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates movable, e.g. dampers
    • F24F13/12—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates movable, e.g. dampers built up of sliding members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00—Ventilation
    • F24F2007/004—Natural ventilation using convection

Definitions

  • the invention relates to a temperature-dependent switching mechanism with an actuator and a transmission mechanism, wherein the transmission mechanism is set up by means of a switchable by the actuator switching force to effect a switching between two switching states.
  • the invention relates to its use in an air conditioning system.
  • Temperature dependent switching mechanisms are e.g.
  • This Used to cool a building from the outside air on a cool summer night. This can be used as a ventilation system running air, for which electrical auxiliary power for the operation of fans and their
  • openings are used in the building envelope of the building, which are also electrically or manually switched, i. opened or closed, e.g. to keep little heat in the building during summer days and to lose little heat on winter nights.
  • WO2014 / 114563 discloses a generic
  • Façade element with switchable heat transfer coefficient (U value).
  • an actuator e.g. an electrical
  • Power supply and a controller must be networked.
  • Object of the present invention is to provide a
  • the actuator of a generic switching mechanism has a container containing a phase change material (PCM).
  • PCM phase change material
  • the switching force is applied by a change in volume of the phase change material in a temperature change phase change between two phase states of the phase change material.
  • the PCM is according to the desired temperature at which the Phase change, eg from a solid to a liquid state or vice versa, should occur to select to allow switching at this temperature.
  • the PCM is stored in the container with a sufficient connection to this temperature, eg the outside temperature outside a building.
  • the transmission mechanism serves as
  • the switching mechanism e.g. an electric auxiliary power switching opening (self-switching opening) for cooling and heating a building by ambient air can be realized.
  • the switching mechanism may comprise a thermally switching PCM element, e.g. takes a different shift position in winter than in summer. Switching to cryogenic and high temperature phases, e.g. Winter-summer, can also be used for mechanisms that do not include openings, e.g. for aligning PV modules, solar sails of satellites and / or for
  • the switching mechanism according to the invention requires no auxiliary power for switching.
  • the switching takes place by recording and / or release of energy from the ambient heat and / or to the ambient heat.
  • Self-sufficiency facilitates e.g. the installation in a facade and thus a building process of a building and the use of the opening.
  • a self-switching opening according to the invention can be used, for example, in engine rooms, cars, emergency tents, military facilities, in space travel and / or in warehouses.
  • the switching mechanism according to the invention is particularly suitable for use in areas where little electrical auxiliary energy is available. For example, in a car that has been parked in the sun for several weeks, it is best to use no energy from the car battery for air conditioning to enable daily switching or ventilation of a ventilation opening.
  • a military facility may need to be self-sufficient for many months, but may not use a highly visible PV module. In space travel may not have enough energy for a daily moving awnings available.
  • the price, simplicity and robustness can be as well
  • the volume change of the phase change material has a temperature-dependent hysteresis, such that the phase change from a first to a second of the phase states at a different temperature than the phase change from the second to the first phase state.
  • the PCM can melt at 28 ° C, ie with the first hot summer days and at 3 ° C
  • the phase change material includes paraffin in some embodiments of the invention. Paraffins are available in a wide range of hysteresis at phase transitions. Furthermore, paraffins have a high heat capacity, which further supports seasonal switching of the switching mechanism.
  • the container has a storage vessel and a riser. The volume change of the PCM during the phase transition can thus be translated into a large fluid level change in the riser and thus into a large switching path.
  • a temperature-dependent switching actuator element is provided, wherein the switching force of the actuator for switching between the
  • Switching states and the actuator element are designed as a series circuit. In this way, add the switching paths of the actuator and the actuator element, making the switching mechanism for a variety of applications flexible
  • a mechanical device which has at least two different positions, i. Switching states, the position being dependent on an external temperature which varies cyclically, i. e.g. the year-round daily temperature change, taking for the
  • Position of the average over several cycles e.g. seasonal average of the temperature, and / or the extreme values of the cycles, e.g. daily highs of temperature, are crucial.
  • the actuator element can be structurally simple designed as part of the transmission mechanism.
  • the actuator element has a lever made of a bimetal.
  • the actuator element may comprise a vessel containing a further phase change material, wherein the vessel is floating on the phase change material of the
  • the additional phase change material can in particular lead to a daily switching between the switching states, if it has a smaller hysteresis than the phase change material of the actuator.
  • the PCM with low hysteresis numerous other materials with temperature-dependent volume can be used
  • the series connection of the actuator and the actuator element can be simplified in various variants, for example, a bimetal with thermal connection to an outer surface, e.g. a building under which the PCM is mounted with a float containing vessel of the PCM module, so that the vessel is moved by the bimetal due to temperature.
  • a robust and simple power transmission of the switching force can be achieved if the transmission mechanism, a rack with a gear and / or a slider
  • the switching mechanism according to the invention is suitable
  • Fluid throughflow opening wherein the fluid flow opening is arranged to be opened and / or closed when switching between the switching states (self-switching opening).
  • the fluid flow opening can be designed as a ventilation opening in the simplest case. But it can also be switched, for example, an opening for the passage of a gas or a liquid in a circuit for a convection roller.
  • the actuator element is advantageously set up for daily switching and the phase change material in such a way
  • a ventilation opening in a building envelope can thus be automatically opened and closed in such a way that heat is dissipated to the outside on a summer night, heat is conducted from outside to inside on winter day and well insulated from each other inside and outside on summer days and winter nights.
  • An air conditioning system according to the invention is particularly well suited for use in a
  • Building envelope e.g. a facade, and / or for ventilation of a solar module.
  • Many facades of buildings are designed with a rear ventilation level.
  • a solar module installed on a ventilated building envelope e.g. a PV module and / or a solar thermal collector, it is advantageous if the rear ventilation in summer
  • temperature-dependent self-switching switching mechanism can be achieved.
  • the switching mechanism needed to do so can be achieved.
  • an additional actuator element e.g. with a bimetal, can be dispensed with, so that the
  • Self-switching opening with a temperature-dependent switching mechanism according to the invention with a, a rack having transmission mechanism, in different switching states.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a self-switching
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of one as a PCM
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of a, as a
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of an air conditioner with self-switching openings, the one
  • the openings are formed as passages in ventilation channels, as they are e.g. can be present as a fluid flow opening 3 for a convection roll in an inventively designed air conditioning.
  • the temperature-dependent switching mechanism 1 is provided with an actuator 4 and a transmission mechanism 5
  • the actuator 4 has a phase change material 6
  • the switching force is applied by a change in volume of the phase change material 6 at a temperature change phase change between two phase states of the phase change material 6.
  • the transmission mechanism 5 has one each
  • Switching states and the actuator element 9 are designed as a series circuit. That is, the switching paths of the actuator 4 and the actuator element 9 add up. In this way, an opening can be realized which can open and close depending on a varying external temperature, wherein the switching behavior depends on phases with low average external temperatures and / or high mean external temperatures. In addition to the heat from this external environment, no additional energy, such as electrical or pneumatic energy, for applying the switching force, so switching, needed.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a self-switching opening with a temperature-dependent switching mechanism 1 according to the invention with a rack 11 having a transmission mechanism 5 shown in different switching states.
  • the rack 11 engages in a gear 12, on which a made of a bimetal lever 14 is attached as an actuator element 9.
  • the lever 14 in turn acts on an angle forming slide (closure) 15, by means of which displacement the fluid flow opening 3 can be opened in a first switching state and closed in a second switching state.
  • the rack 11 is on a float 17th
  • FIG. 1 shows the switching mechanism 1 in one
  • the phase change material 6 is liquid, while it is solid in winter. When it is liquid, it has a larger volume than in the solid state.
  • the volume change is 5% to 15%. Suitable paraffins have a heat capacity in the range of 180-300 kJ / kg.
  • the float 17 on the PCM 6 therefore has a higher position than in winter. In the high position, the bimetal is turned over the rack 11 and the gear 12 so far that it holds the shutter 15 at the top and the opening is open.
  • Figure lb is a switching state during a summer day
  • the bimetal, or the lever 14 is curved due to the often high temperature on summer days, whereby the closure is closed.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a
  • Switch mechanism 1 shown wherein the transmission mechanism 5, in addition to the embodiment of Figures 1, a cable 20, by means of which the shutter 15 can be opened and closed.
  • the transmission mechanism 5 in addition to the embodiment of Figures 1, a cable 20, by means of which the shutter 15 can be opened and closed.
  • the cable 20 has a rope 21, which has a
  • Deflection 22 is guided and fixed at one end to the closure 15. On the other end, the effect
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a storage vessel 30 with riser pipe 31 containing a PCM 6
  • (Riser) trained container 7 a illustrated temperature-dependent switching mechanism according to the invention. If the horizontal cross section of the frozen PCM 6 is significantly greater than the horizontal cross section of the riser 31, in which the float 17 can move, the path change of the float 17 increases accordingly. In the figure, a container 7 with frozen PCM 6 and a corresponding deep in the riser 31 floats 17 is shown.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a self-switching opening, embodied as an air feedthrough between an interior (inside) 40 and the outside air (outside) 41, with an embodiment of an inventive device
  • Temperature-dependent switching mechanism 1 shown in Figures 1 may also allow for air exchange between inside 40 and outside 41, instead of e.g. to switch a convection roller within a partition. As a result, a greater cooling in the summer night can be achieved, but it must be a suitable handling of pollution and
  • filters and / or mufflers can be installed in the fluid flow opening.
  • FIG. 5a to 5d is a schematic sectional view of a self-switching opening with a temperature-dependent switching mechanism 1 according to the invention with a slider 50 having a transmission mechanism 5 in
  • Actuator element 9 which is connected in series with the switching force of the actuator 4 and a further phase change material 52 containing vessel 53 has.
  • the vessel 53 is
  • the shutter 15 of Fluid throughflow opening 3 is designed as a slide, wherein the closure 15 has an opening 57 which when switching between the switching states in
  • the fluid flow opening 3 is free, whereas the fluid flow opening 3 is covered in the closed case of the shutter 15 in an opening 57 not containing area.
  • phase change materials with very different melting temperatures and freezing temperatures.
  • PCMs with very small hystereses, so they the
  • FIG. 5a shows the switching state of the switching mechanism 1 at a
  • FIG. 5c shows the switching state of the switching mechanism 1 on a winter day and Figure 5d in a winter night.
  • the further PCM 52 between two floats 55 wherein one of the two floats is formed as the vessel 53 containing the further PCM 52, is selected such that it has a greater hysteresis than the PCM 6 in the container 7.
  • the other PCM 52 thus has a large volume in summer and a small volume in winter, since its phase change occurs only seasonally and not daily.
  • the lower PCM 6 has a smaller temperature dependent
  • Hysteresis in terms of its volume change, so that it goes through a phase change every day and thus can bring about a switching process daily.
  • FIG. 6a to 6d is a schematic sectional view of a self-switching opening with a temperature-dependent switching mechanism 1 according to the invention with one, a lengthened by a slider 60 rack 11th
  • the switching mechanism 1 shown here according to the switching mechanism 1 of Figures 5 has a configuration with two
  • phase change materials 6, 52 The difference from the embodiment in Figures 5 is the design of the shutter 15 to be switched of the fluid flow opening 3.
  • the shutter 15 does not need to be such as e.g. 5 linearly displaced in the figures, but can, as shown, also opened in rotation or
  • FIG. 6a shows the switching state of the switching mechanism 1 in one
  • FIG. 6c shows the
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of a
  • temperature-dependent switching mechanisms 1 can e.g. in the illustration of the air conditioner 70 as a self-closing opening at the bottom corner of the representation, which adjoins the outer region 41 may be used.
  • Ambient heat can be used for example in a building envelope so that in the open case an exchange of air between inside and outside can take place. See, for example, Figure 4.
  • the self-switching opening can also, as shown here, within a partition, such as a building envelope, between 40 and 41 outside inserted be in the open case, as shown on the right, via a convection roll to allow a high U-value and in the closed case, as shown on the left, to allow a low U-value by blocking the
  • the fluid forming the convection roll may be air, another gas or gas mixture, but also a liquid, e.g. Water and / or glycol.
  • the partition shown has a body 75 made of an insulating material and has around this body 75 in a closed circuit around channels 71, each with a fluid layer 81,82 in front of and behind the insulating material and
  • the convection roller is prevented in the channel system through the switchable openings, i. these are closed while on a summer night the
  • the switching mechanism with a bimetal as an actuator element connected in series with the PCM relies on the function of switching that the bimetal switches daily in a small temperature range and the PCM only on a daily basis.
  • PCM can have a large hysteresis, as shown schematically in the figure. For example, it can melt at 28 ° C (melting temperature TS), ie with the first hot summer days and freeze at 3 ° C (freezing temperature TG), ie with the first cold autumn nights. to
  • the switching behavior also depends on the thermal resistance between the bimetal and the ambient temperature and the thermal resistance between the PCM and the
  • Outer surface e.g. the air conditioning, and the thermally switching materials, e.g. the PCM and the bimetal, conceivable.
  • the heat transfer can e.g. through direct
  • bimetallic actuator element and separate bimetallic strip for a circuit in the summer (summer mechanism) and in winter (winter mechanism) may be provided.
  • the bimetals of the bimetallic strip can look out for the summer and winter temperatures

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schaltmechanismus (1) mit einem Aktor und einer Transmissionsmechanik (5), wobei die Transmissionsmechanik (5) eingerichtet ist, mittels einer von dem Aktor (4) aufbringbaren Schaltkraft ein Umschalten zwischen zwei Schaltzuständen zu bewirken. Der Aktor (4) weist einen, ein Phasenwechselmaterial (6) beinhaltenden, Behälter (7) auf und die Schaltkraft wird durch eine Volumenänderung des Phasenwechselmaterials (6) bei einem temperaturänderungsbedingten Phasenwechsel zwischen zwei Phasenzuständen des Phasenwechselmaterials (6) aufgebracht. Die Volumenänderung des Phasenwechselmaterials (6) weist eine temperaturabhängige Hysterese auf, derart dass der Phasenwechsel von einem ersten in einen zweiten der Phasenzustände bei einer anderen Temperatur erfolgt als der Phasenwechsel von dem zweiten in den ersten Phasenzustand.

Description

Temperaturabhängiger Schaltmechanismus und dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft einen temperaturabhängigen Schaltmechanismus mit einem Aktor und einer Transmissionsmechanik, wobei die Transmissionsmechanik eingerichtet ist mittels einer von dem Aktor aufbringbaren Schaltkraft ein Umschalten zwischen zwei Schaltzuständen zu bewirken. Weiterhin
betrifft die Erfindung dessen Verwendung in einer Klimaanlage .
Temperaturabhängige Schaltmechanismen werden z.B.
eingesetzt, um ein Gebäude in einer kühlen Sommernacht durch die Außenluft abzukühlen. Dazu kann eine als Lüftungsanlage ausgeführte Klimaanlage verwendet werden, wofür elektrische Hilfsenergie zum Betrieb von Ventilatoren und zu deren
Einschalten benötigt wird. Weiter werden zur Gebäudeklimatisierung Öffnungen in der Gebäudehülle des Gebäudes verwendet, die ebenfalls elektrisch oder manuell geschaltet, d.h. geöffnet oder geschlossen, werden, z.B. um während Sommertagen wenig Hitze in das Gebäude zu lassen und in Winternächten wenig Wärme nach außen zu verlieren.
Die WO2014/114563 offenbart einen gattungsgemäßen
temperaturabhängigen Schaltmechanismus in einem
Fassadenelement mit schaltbarem Wärmeübergangskoeffizienten (U-Wert) . Als Aktor dient dabei z.B. ein elektrische
Hilfsenergie benötigender Elektromotor, der die Schaltkraft aufbringt, um zwischen einem hohen und niedrigen U-Wert zu schalten, was notwendigerweise über eine Transmissions- mechanik zur Kraftübertragung geschieht. Neben dem Energieverbrauch und den Kosten solcher Konzepte erschwert diese auch den Bauablauf, wenn die Fassaden mit elektrischer
Hilfsenergie und einer Steuerung vernetzt werden müssen.
Elektromotoren als Aktoren stellen keine preiswerte
Technologie dar, die dezentral autark eingesetzt werden kann, um z.B. Öffnungen so zu öffnen und zu schließen, dass in einer Sommernacht Wärme nach außen abgeführt, am Wintertag Wärme von außen nach innen geführt wird und innen und außen an Sommertagen und in Winternächten gut voneinander isoliert sind. Auch eine lokale Erzeugung und Speicherung von elektrischer Energie z.B. durch ein kleines Photo- voltaik-Modul (PV-Modul) und eine Batterie stellt hierzu keine preisgünstige Alternative dar. Zudem würde dies zu ästhetischen Beeinträchtigungen bei der Gestaltung der
Gebäudehülle führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
temperaturabhängigen Schaltmechanismus und dessen Verwendung bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik verringert, wobei ein autarker Einsatz ohne Zuführung von elektrischer Energie ermöglicht werden soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und dessen Verwendung gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schalt- mechanismus weist der Aktor eines gattungsgemäßen Schaltmechanismus einen, ein Phasenwechselmaterial (PCM) beinhaltenden Behälter auf. Dabei wird die Schaltkraft durch eine Volumenänderung des Phasenwechselmaterials bei einem temperaturänderungsbedingten Phasenwechsel zwischen zwei Phasenzuständen des Phasenwechselmaterials aufgebracht. Das PCM ist entsprechend der gewünschten Temperatur, bei der der Phasenwechsel, z.B. von einem festen in einen flüssigen Zustand oder umgekehrt, eintreten soll, auszuwählen um ein Schalten bei dieser Temperatur zu ermöglichen. Das PCM wird in dem Behälter mit einer ausreichenden Anbindung an diese Temperatur gelagert, z.B. die Außentemperatur außerhalb eines Gebäudes. Die Transmissionsmechanik dient als
Mechanismus zur Kraftübertragung beim Schalten.
Mit dem erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schalt- mechanismus (PCM-Modul) kann z.B. eine ohne elektrische Hilfsenergie schaltende Öffnung (selbstschaltende Öffnung) zum Kühlen und Heizen eines Gebäudes durch Umgebungsluft verwirklicht werden. Wird ein tägliches Schalten nicht benötigt, so kann der Schaltmechanismus ein thermisch schaltendes PCM-Element aufweisen, das z.B. im Winter eine andere Schaltposition einnimmt als im Sommer. Ein Schalten nach Tieftemperatur- und Hochtemperaturphasen, z.B. Winter- Sommer, kann auch für Mechanismen verwendet werden, die keine Öffnungen beinhalten, z.B. für das Ausrichten von PV- Modulen, von Sonnensegeln von Satelliten und/oder zum
Frostschutz. Der erfindungsgemäße Schaltmechanismus benötigt keine Hilfsenergie zum Schalten. Das Schalten erfolgt durch Aufnahme und/oder Abgabe von Energie aus der Umgebungswärme und/oder an die Umgebungswärme. Dadurch ist z.B. eine erfindungsgemäß selbstschaltend ausgeführte Öffnung
ökologisch, preiswert, robust und autark. Die Autarkie erleichtert z.B. den Einbau in eine Fassade und somit einen Bauprozess eines Gebäudes und die Nutzung der Öffnung.
Eine derartige selbstschaltende Öffnung hat überall dort Vorteil, wo Heiz- oder Kühlbedarf besteht und die
Außentemperatur um die gewünschte Innentemperatur herum schwankt. Sie ist nicht auf Gebäude beschränkt. Neben der Verwendung in Gebäudehüllen kann eine erfindungsgemäße selbstschaltende Öffnung z.B. in Maschinenräumen, Autos, Notzelten, Militäranlagen, in der Raumfahrt und/oder in Lagerhallen verwendet werden. Insbesondere bei Maschinen- räumen ist der Preis, die Einfachheit und die Robustheit ein Vorteil gegenüber aktiven Schaltmechanismen, also Schaltmechanismen, die einen Elektroantrieb aufweisen. Der erfindungsgemäße Schaltmechanismus eignet sich besonders für einen Einsatz in Bereichen, wo wenig elektrische Hilfsenergie verfügbar ist. Z.B. bei einem Auto, das mehrere Wochen in der Sonne geparkt ist, sollte zur Klimatisierung möglichst keine Energie aus der Autobatterie aufgewendet werden um ein tägliches Schalten oder Ventilieren einer Lüftungsöffnung zu ermöglichen. Eine Militäranlage muss eventuell für viele Monate autark sein, aber kann dazu evtl. kein gut sichtbares PV-Modul verwenden. In der Raumfahrt steht evtl. nicht genug Energie für ein tägliches Bewegen von Sonnensegeln zur Verfügung. Bei Lagerhallen können der Preis, die Einfachheit und die Robustheit ebenso
entscheidend sein wie die möglicherweise einfache Nutzung von natürlicher Konvektion in diesen Räumen.
Bei besonders geeigneten PCMs weist die Volumenänderung des Phasenwechselmaterials eine temperaturabhängige Hysterese auf, derart dass der Phasenwechsel von einem ersten in einen zweiten der Phasenzustände bei einer anderen Temperatur erfolgt als der Phasenwechsel von dem zweiten in den ersten Phasenzustand. Mittels eines derartigen PCM kann ein
jahreszeitliches Schalten des Schaltmechanismus erreicht werden. So kann das PCM zum Beispiel bei 28°C schmelzen, also mit den ersten heißen Sommertagen und bei 3°C
gefrieren, also mit den ersten kalten Herbstnächten.
Das Phasenwechselmaterial beinhaltet in einigen Ausführungsformen der Erfindung Paraffin. Paraffine sind in einer großen Bandbreite hinsichtlich Hysterese bei Phasenübergängen verfügbar. Weiter weisen Paraffine eine große Wärmekapazität auf, was ein jahreszeitliches Schalten des Schaltmechanismus weiter unterstützt. Vorteilhaft weist der Behälter ein Vorratsgefäß und ein Steigrohr auf . Die Volumenänderung des PCM beim Phasenübergang kann so in eine große Flüssigkeitsstandsänderung im Steigrohr und damit in einen großen Schaltweg übersetzt werden .
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltmechanismus ist ein temperaturabhängig schaltendes Aktorelement vorgesehen, wobei die Schaltkraft des Aktors zum Umschalten zwischen den
Schaltzuständen und das Aktorelement als Reihenschaltung ausgeführt sind. Derart addieren sich die Schaltwege des Aktors und des Aktorelements, wodurch sich der Schaltmechanismus für verschiedenste Anwendungen flexibel
konfigurieren lässt.
Insbesondere wenn das Aktorelement bei einer Temperaturänderung langsamer oder schneller schaltet als der Phasenwechsel zwischen den Phasenzuständen des Phasenwechsel - materials eintritt, kann z.B. neben dem jahreszeitlichen Schalten zusätzlich ein tägliches Schalten erreicht werden. Es wird so eine mechanische Vorrichtung verwirklicht, die mindestens zwei verschiedene Positionen, d.h. Schaltzustände, annimmt, wobei die Position von einer äußeren Temperatur abhängt, die zyklisch variiert, d.h. z.B. der ganzjährige tägliche Temperaturwechsel, wobei für die
Position der Mittelwert über mehrere Zyklen, z.B. jahreszeitlicher Mittelwert der Temperatur, und/oder die Extremwerte der Zyklen, z.B. tägliche Höchstwerte der Temperatur, entscheidend sind.
Das Aktorelement kann konstruktiv einfach als Teil der Transmissionsmechanik ausgeführt sein.
Ein tägliches Schalten zwischen den Schaltzuständen kann einfach erreicht werden, wenn das Aktorelement einen aus einem Bimetall gefertigten Hebel aufweist. Insbesondere alternativ dazu kann das Aktorelement ein, ein weiteres Phasenwechselmaterial beinhaltendes Gefäß aufweisen, wobei das Gefäß schwimmend auf dem Phasenwechselmaterial des
Aktors angeordnet ist. Das weitere Phasenwechselmaterial kann dabei insbesondere zu einem täglichen Umschalten zwischen den Schaltzuständen führen, wenn es eine kleinere Hysterese als das Phasenwechselmaterial des Aktors aufweist. Für das PCM mit kleiner Hysterese lassen sich zahlreiche weitere Materialien mit temperaturabhängigem Volumen
verwenden, z.B. auch Gase. Die Reihenschaltung des Aktors und des Aktorelements lässt sich in diversen Varianten verwiklichen, zum Beispiel kann ein Bimetall mit thermischer Anbindung an eine Außenoberfläche z.B. eines Gebäudes, unter dem das PCM mit einem Schwimmer beinhaltenden Gefäß des PCM- Moduls montiert sein, so dass das Gefäß temperaturbedingt von dem Bimetall verschoben wird.
Eine robuste und einfache Kraftübertragung der Schaltkraft kann erreicht werden, wenn die Transmissionsmechanik eine Zahnstange mit einem Zahnrad und/oder einen Schieber
aufweist, wobei die Zahnstange und/oder der Schieber über einen auf dem Phasenwechselmaterial schwimmenden Schwimmer betätigt werden.
Der erfindungsgemäße Schaltmechanismus eignet sich
insbesondere zum Einsatz in einer Klimaanlage. Eine
derartige Klimaanlage mit einem erfindungsgemäßen
temperaturabhängigen Schaltmechanismus weist eine
Fluiddurchströmungsöffnung auf, wobei die Fluiddurch- strömungsöffnung eingerichtet ist, beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen geöffnet und/oder geschlossen zu werden ( selbstschaltende Öffnung) . Die Fluiddurchströmungsöffnung kann im einfachsten Fall als Lüftungsöffnung ausgeführt sein. Es kann aber auch z.B. eine Öffnung zum Durchströmen eines Gases oder einer Flüssigkeit in einem Kreislauf für eine Konvektionswalze geschaltet werden. In einer derartigen Klimaanlage mit einem ein PCM aufweisenden Aktor und einem zusätzlichen Aktorelement ist vorteilhaft das Aktorelement zu einem täglichen Schalten eingerichtet und das Phasenwechselmaterial derart
eingerichtet, dass der Phasenwechsel zwischen den
Phasenzuständen in einem jahreszeitlichen Wechsel eintritt. Eine Lüftungsöffnung in einer Gebäudehülle kann dadurch selbsttätig derart geöffnet und geschlossen werden, dass in einer Sommernacht Wärme nach außen abgeführt, am Wintertag Wärme von außen nach innen geführt wird und innen und außen an Sommertagen und in Winternächten gut voneinander isoliert sind .
Eine erfindungsgemäß ausgestattete Klimaanlage eignet sich insbesondere gut zur Verwendung zum Einbau in eine
Gebäudehülle, z.B. einer Fassade, und/oder zur Hinterlüftung eines Solarmoduls. Viele Fassaden von Gebäuden werden mit einer Hinterlüftungsebene ausgeführt . Bei einem auf einer Gebäudehülle mit Hinterlüftung installierten Solarmodul, z.B. einem PV-Modul und/oder einem Solarthermiekollektor, ist es vorteilhaft, wenn die Hinterlüftung im Sommer
geöffnet ist, um eine Überhitzung des Gebäudes zu vermeiden, und im Winter geschlossen ist, so dass dann das Gebäude weniger beheizt werden muss. Dies kann mit einer
Hinterlüftungsöffnung mit einem erfindungsgemäßen
temperaturabhängigen selbstschaltenden Schaltmechanismus erreicht werden. Der Schaltmechanismus benötigt dazu
lediglich einen Aktor mit einem ein PCM enthaltenden
Behälter. Auf ein zusätzliches Aktorelement, z.B. mit einem Bimetall, kann dazu verzichtet werden, so dass der
Schaltmechanismus nur zu einem saisonalen Schalten, ohne ein tägliches Schalten, eingerichtet ist.
Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. la bis ld ein schematisches Schnittbild einer
selbstschaltenden Öffnung mit einem erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schaltmechanismus mit einer, eine Zahnstange aufweisenden Transmissionsmechanik, in verschiedenen Schaltzuständen.
Fig. 2 ein schematisches Schnittbild einer selbstschaltenden
Öffnung mit einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen temperaturabhängigen
Schaltmechanismus .
Fig. 3 ein schematisches Schnittbild eines als ein PCM
enthaltendes Vorratsgefäß mit Steigrohr ausgebildeten Behälters eines erfindungsgemäßen
temperaturabhängigen Schaltmechanismus .
Fig. 4 ein schematisches Schnittbild einer, als eine
Luftdurchführung zwischen einem Innenraum und der Außenluft ausgeführten, selbstschaltenden Öffnung mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen temparaturabhängigen Schaltmechanismus gemäß den Figuren 1.
Fig. 5a bis 5d ein schematisches Schnittbild einer
selbstschaltenden Öffnung mit einem erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schaltmechanismus mit einer, einen Schieber aufweisenden Transmissionsmechanik, in verschiedenen Schaltzuständen.
Fig. 6a bis 6d ein schematisches Schnittbild einer
selbstschaltenden Öffnung mit einem erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schaltmechanismus mit einer einen Schieber und eine Zahnstange aufweisenden Transmissionsmechanik, in verschiedenen
Schaltzuständen . Fig. 7 ein schematisches Schnittbild einer Klimaanlage mit selbstschaltenden Öffnungen, die eine
Konvektionswalze innerhalb eines geschlossenen Kanalsystems schalten.
In den Figuren 1 bis 2 sowie 4 bis 6 sind schematische
Schnittbilder von selbstschaltenden Öffnungen mit
verschiedenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schaltmechanismus 1 in verschiedenen Schaltzuständen dargestellt. Die Öffnungen sind dabei als Durchgänge in Lüftungskanälen ausgebildet, wie sie z.B. als Fluiddurchströmungsöffnung 3 für eine Konvektionswalze in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Klimaanlage vorhanden sein können. Der temperaturabhängige Schaltmechanismus 1 ist mit einem Aktor 4 und einer Transmissionsmechanik 5
ausgestattet, wobei die Transmissionsmechanik 5 eingerichtet ist, mittels einer von dem Aktor 4 aufbringbaren Schaltkraft ein Umschalten zwischen zwei Schaltzuständen zu bewirken. Der Aktor 4 weist einen ein Phasenwechselmaterial 6
beinhaltenden Behälter 7 auf. Die Schaltkraft wird durch eine Volumenänderung des Phasenwechselmaterials 6 bei einem temperaturänderungsbedingten Phasenwechsel zwischen zwei Phasenzuständen des Phasenwechselmaterials 6 aufgebracht.
Die Transmissionsmechanik 5 weist jeweils ein
temperaturabhängig schaltendes Aktorelement 9 auf, wobei die Schaltkraft des Aktors 4 zum Umschalten zwischen den
Schaltzuständen und das Aktorelement 9 als Reihenschaltung ausgeführt sind. D.h. die Schaltwege des Aktors 4 und des Aktorelementes 9 addieren sich. Derart kann eine Öffnung realisiert sein, die sich in Abhängigkeit einer variierenden äußeren Temperatur öffnen und schließen kann, wobei das Schaltverhalten von Phasen mit niedrigen mittleren äußeren Temperaturen und/oder hohen mittleren äußeren Temperaturen abhängt. Außer der Wärme aus dieser äußeren Umgebung wird dazu keine weitere Energie, wie z.B. elektrische oder pneumatische Energie, für das Aufbringen der Schaltkraft, also das Schalten, benötigt.
In den Figuren la bis ld ist ein schematisches Schnittbild einer selbstschaltenden Öffnung mit einem erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schaltmechanismus 1 mit einer eine Zahnstange 11 aufweisenden Transmissionsmechanik 5 in verschiedenen Schaltzuständen dargestellt. Die Zahnstange 11 greift in ein Zahnrad 12, ein an dem ein aus einem Bimetall gefertigter Hebel 14 als Aktorelement 9 befestigt ist. Der Hebel 14 greift wiederum an einem einen Winkel ausbildenden Schieber (Verschluss) 15 an, mittels dessen Verschiebung die Fluiddurchströmungsöffnung 3 in einem ersten Schaltzustand geöffnet und in einem zweiten Schaltzustand geschlossen sein kann. Die Zahnstange 11 ist auf einem Schwimmer 17
befestigt, der auf dem Phasenwechselmaterial 6 schwimmt.
Figur la zeigt den Schaltmechanismus 1 in einem
Schaltzustand während einer Sommernacht. Im Sommer ist das Phasenwechselmaterial 6 flüssig, während es im Winter fest ist. Wenn es flüssig ist, hat es ein größeres Volumen als im festen Zustand. Bei Paraffinen beträgt die Volumenänderung 5% bis 15%. Geeignete Paraffine haben eine Wärmekapazität im Bereich von 180-300 kJ/kg. Im Sommer hat der Schwimmer 17 auf dem PCM 6 daher eine höhere Position als im Winter. In der hohen Position ist das Bimetall über die Zahnstange 11 und das Zahnrad 12 soweit nach oben gedreht, dass es den Verschluss 15 oben hält und die Öffnung offen ist. In Figur lb ist ein Schaltzustand während eines Sommertages
dargestellt. Das Bimetall, bzw. der Hebel 14, ist aufgrund der an Sommertagen häufig hohen Temperatur verkrümmt, wodurch der Verschluss geschlossen ist.
In Figur lc ist der Schaltzustand während einer Winternacht dargestellt. Im Winter ist das PCM 6 fest, hat deshalb ein kleineres Volumen. Daher befindet sich der Schwimmer 17 weiter unten. Über die Zahnstange 11 und das Zahnrad 12 ist daher auch das Bimetall des Hebels 14 weiter nach unten gedreht. In der Kälte der Nacht ist das Bimetall gerade, aber es öffnet den Verschluss 15 nicht, da es vom Zahnrad 12 weiter nach unten gedreht wurde. In Figur ld ist der
Schaltzustand während eines warmen Wintertages dargestellt. Aufgrund der Temperatur krümmt sich das Bimetall, was aber keine Auswirkungen auf den Schaltzustand hat. Bei einer Verwendung der selbstschaltenden Öffnung in einer
Klimaanlage einer Gebäudehülle (Gebäudeanwendungsfall) ist das irrelevant, da man im europäischen Klima nur relativ wenig Heizbedarf durch einen geöffneten Verschluss an warmen Tagen einsparen kann.
In Figur 2 ist ein schematisches Schnittbild einer
selbstschaltenden Öffnung mit einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen temperaturabhängigen
Schaltmechanismus 1 gezeigt, wobei die Transmissionsmechanik 5, zusätzlich zu der Ausführungsform aus den Figuren 1, einen Seilzug 20 aufweist, mittels dessen der Verschluss 15 geöffnet und geschlossen werden kann. Dabei ist die gleiche Situation eines warmen Wintertages wie in Figur ld
dargestellt, wobei der Schaltmechanismus 1 durch den Seilzug 20 erweitert wurde. Nun kann tagsüber Wärme nach innen gelangen, da der Verschluss 15 an warmen Wintertagen
geöffnet ist, und dort, z.B. in der Bausubstanz, gespeichert werden, um den Heizbedarf in der Nacht zu reduzieren. Der Seilzug 20 weist ein Seil 21 auf, welches über eine
Umlenkung 22 geführt ist und an einem Ende an dem Verschluss 15 befestigt ist. Auf das andere Ende wirkt die
Betätigungskraft des Hebels 14. Mit mehreren Zahnrädern und/oder einem Hebel kann man die Wegänderung des Schwimmers 17 auch in eine große Wegänderung des Verschlusses 15 übersetzen .
In Figur 3 ist ein schematisches Schnittbild eines als ein PCM 6 enthaltendes Vorratsgefäß 30 mit Steigrohr 31
(Steigleitung) ausgebildeten Behälters 7 eines erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schaltmechanismus dargestellt. Wenn der horizontale Querschnitt des gefrorenen PCMs 6 deutlich größer ist als der horizontale Querschnitt der Steigleitung 31, in der sich der Schwimmer 17 bewegen kann, so vergrößert sich die Wegänderung des Schwimmers 17 entsprechend. In der Figur ist ein Behälter 7 mit gefrorenem PCM 6 und einem entsprechend tief in der Steigleitung 31 liegenden Schwimmer 17 gezeigt.
In Figur 4 ist ein schematisches Schnittbild einer, als eine Luftdurchführung zwischen einem Innenraum (innen) 40 und der Außenluft (außen) 41 ausgeführten, selbstschaltenden Öffnung mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
temperaturabhängigen Schaltmechanismus 1 gemäß den Figuren 1 dargestellt. Wie durch die Außenöffnung 42 dargestellt, kann die schaltbare Öffnung auch Luftaustausch zwischen innen 40 und außen ermöglichen 41, anstatt z.B. eine Konvektionswalze innerhalb einer Trennwand zu schalten. Dadurch lässt sich eine größere Auskühlung in der Sommernacht erreichen, aber es muss ein geeigneter Umgang mit Verschmutzungs- und
Lärmrisiken gefunden werden. Dazu können Filter und/oder Schalldämpfer in der Fluiddurchströmungsöffnung eingebaut sein .
In den Figuren 5a bis 5d ist ein schematisches Schnittbild einer selbstschaltenden Öffnung mit einem erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schaltmechanismus 1 mit einer einen Schieber 50 aufweisenden Transmissionsmechanik 5 in
verschiedenen Schaltzuständen dargestellt. In dieser
Ausführungsform weist die Transmissionsmechanik 5 ein
Aktorelement 9 auf, das mit der Schaltkraft des Aktors 4 in Reihe geschaltet ist und ein weiteres Phasenwechselmaterial 52 beinhaltendes Gefäß 53 aufweist. Das Gefäß 53 ist
schwimmend auf dem Phasenwechselmaterial 6 des Aktors 4 angeordnet. Der Schieber 50 ist wiederum auf einem, auf dem weiteren Phasenwechselmaterial 52 schwimmenden Schwimmer 55 befestigt. Auch der Verschluss 15 der Fluiddurchströmungsöffnung 3 ist als ein Schieber ausgeführt, wobei der Verschluss 15 eine Öffnung 57 aufweist die beim Umschalten zwischen den Schaltzuständen im
geöffneten Fall die Fluiddurchströmungsöffnung 3 frei gibt, wogegen die Fluiddurchströmungsöffnung 3 im geschlossenen Fall von dem Verschluss 15 in einem die Öffnung 57 nicht enthaltenden Bereich überdeckt ist.
Es gibt Phasenwechselmaterialien mit sehr unterschiedlichen Schmelztemperaturen und Gefriertemperaturen. Darunter sind auch PCMs mit sehr kleinen Hysteresen, so dass sie die
Funktion eines Bimetalls, wie z.B. in den Figuren 1
dargestellt, ersetzen können. Um diese Funktion zu ersetzen, ist eine gute thermische Anbindung des weiteren PCM an die Außentemperatur notwendig und es sollte eine eher geringe Menge dieses weiteren PCMs verwendet werden. Figur 5a zeigt den Schaltzustand des Schaltmechanismus 1 an einem
Sommertag, Figur 5b in einer Sommernacht. Figur 5c zeigt den Schaltzustand des Schaltmechanismus 1 an einem Wintertag und Figur 5d in einer Winternacht. In diesen Figuren ist das weitere PCM 52 zwischen zwei Schwimmern 55, wobei einer der beiden Schwimmer als das das weitere PCM 52 enthaltende Gefäß 53 ausgebildet ist, derart gewählt, dass es eine größere Hysterese als das PCM 6 in dem Behälter 7 aufweist. Das weitere PCM 52 hat also im Sommer ein großes Volumen und im Winter ein kleines Volumen, da dessen Phasenwechsel lediglich jahreszeitlich und nicht täglich eintritt. Das untere PCM 6 weist eine kleinere temperaturabhängige
Hysterese hinsichtlich dessen Volumenänderung auf, so dass es jeden Tag einen Phasenwechsel durchläuft und damit einen Schaltvorgang täglich herbeiführen kann.
In den Figuren 6a bis 6d ist ein schematisches Schnittbild einer selbstschaltenden Öffnung mit einem erfindungsgemäßen temperaturabhängigen Schaltmechanismus 1 mit einer, eine durch einen Schieber 60 verlängerte Zahnstange 11
aufweisenden Transmissionsmechanik 5 in verschiedenen Schaltzuständen dargestellt. Auch der hier dargestellte Schaltmechanismus 1 weist entsprechend dem Schaltmechanismus 1 aus den Figuren 5 eine Konfiguration mit zwei
unterschiedlichen Phasenwechselmaterialien 6, 52 auf. Der Unterschied zu der Ausführungsform in den Figuren 5 besteht in der Ausführung des zu schaltenden Verschlusses 15 der Fluiddurchströmungsöffnung 3. Der Verschluss 15 muss nicht wie z.B. in den Figuren 5 linear verschoben werden, sondern kann, wie dargestellt, auch rotierend geöffnet bzw.
geschlossen werden. Dazu ist der Verschluss 15 an einem Zahnrad 62 befestigt, welches in die Zahnstange 11 eingreift und mit Bewegung der Zahnstange 11 rotiert. Figur 6a zeigt den Schaltzustand des Schaltmechanismus 1 in einer
Winternacht (Verschluss 15 geschlossen) , Figur 6b an einem Wintertag (Verschluss 15 geöffnet) . Figur 6c zeigt den
Schaltzustand des Schaltmechanismus 1 in einer Sommernacht (Verschluss 15 geöffnet) und Figur 6d an einem Sommertag (Verschluss 15 geschlossen) .
In Figur 7 ist ein schematisches Schnittbild einer
erfindungsgemäßen Klimaanlage 70 mit selbstschaltenden
Öffnungen, die eine Konvektionswalze innerhalb eines
geschlossenen Kanalsystems 71 schalten, dargestellt. Die Konvektionswalze ist durch die Pfeile innerhalb des
Kanalsystems 71 symbolisch dargestellt. Die in den
vorangehenden Figuren dargestellten Konfigurationen von temperaturabhängigen Schaltmechanismen 1 können z.B. in der Darstellung der Klimaanlage 70 als selbstschaltende Öffnung an der unteren Ecke der Darstellung, die an den Außenbereich 41 angrenzt, eingesetzt sein. Die ohne Hilfsenergie
selbstschaltende Öffnung zum Kühlen und Heizen durch
Umgebungswärme kann zum Beispiel in eine Gebäudehülle so eingesetzt werden, dass im geöffneten Fall ein Luftaustausch zwischen innen und außen stattfinden kann. Siehe dazu z.B. Figur 4. Die selbstschaltende Öffnung kann aber auch, wie hier dargestellt, innerhalb einer Trennwand, z.B. einer Gebäudehülle, zwischen innen 40 und außen 41 eingesetzt werden, um im geöffneten Fall, wie rechts dargestellt, über eine Konvektionswalze einen hohen U-Wert zu ermöglichen und im geschlossen Fall, wie links dargestellt, einen niedrigen U-Wert zu ermöglichen durch Unterbinden der
Konvektionswalze. Dies ist in Figur 7 illustriert. Das Fluid, das die Konvektionswalze ausbildet, kann Luft, ein anderes Gas oder Gasgemisch, aber auch eine Flüssigkeit, z.B. Wasser und/oder Glykol sein. Die dargestellte Trennwand weist einen Körper 75 aus einem isolierenden Material auf und verfügt über um diesen Körper 75 in einem geschlossenen Kreislauf herumführende Kanäle 71 mit je einer Fluidschicht 81,82 vor und hinter dem isolierenden Material und
fluidführenden Teilkanälen 83,84 über und unter dem
isolierenden Material sowie zwei erfindungsgemäß schaltbare Öffnungen 87. Z.B. während eines Sommertages (links
dargestellt) wird die Konvektionswalze in dem Kanalsystem durch die schaltbaren Öffnungen verhindert, d.h. diese sind geschlossen, während in einer Sommernacht die
Konvektionswalze durch geöffnete schaltbare Öffnungen ermöglicht wird (rechts Dargestellt) , um Wärme nach außen abzugeben .
Im Falle der Verwendung eines erfindungsgemäßen
Schaltmechanismus mit einem Bimetall als zu dem PCM in Reihe geschalteten Aktorelement beruht die Funktion des Schaltens darauf, dass das Bimetall in einem kleinen Temperaturbereich täglich schaltet und das PCM nur jahreszeitlich. Zum einen kann PCM eine große Hysterese haben, wie sie in der Figur schematisch dargestellt ist. So kann es zum Beispiel bei 28°C schmelzen (Schmelztemperatur TS) , also mit den ersten heißen Sommertagen und bei 3°C gefrieren (Gefriertemperatur TG), also mit den ersten kalten Herbstnächten. Zur
Verdeutlichung des Schaltverhaltens des PCM ist in der Figur ein Diagramm eingezeichnet, welches das Volumen V des PCM über der Außentemperatur aufgetragen zeigt . Es gibt eine Hysterese, d.h. gefrorenes PCM schmilzt erst bei einer höheren Temperatur als die Temperatur, bei der flüssiges PCM gefriert. Zum anderen hat PCM eine große thermische
Kapazität. Deshalb schmilzt und gefriert es nicht jeden Tag, sondern benötigt zum Phasenwechsel mehrere Tage. Drittens hängt das Schaltverhalten auch vom thermischen Widerstand zwischen dem Bimetall und der Umgebungstemperatur und dem thermischen Widerstand zwischen dem PCM und der
Umgebungstemperatur ab. Beim Bimetall sollte der thermische Widerstand gering sein, damit es mit geringer Verzögerung schaltet. Beim PCM sollte ein höherer thermischer Widerstand zur Umgebungstemperatur konstruktiv erreicht sein. Dazu sind verschiedene Wärmeübertragungsmechanismen zwischen der
Außenoberfläche, z.B. der Klimaanlage, und den thermisch schaltenden Materialien, also z.B. dem PCM und dem Bimetall, denkbar. Die Wärmeübertragung kann z.B. durch direkten
Kontakt, gut leitende Gitter im PCM, isolierendes Material, bewegliche Metallteile und/oder bewegliche Metallkabel erreicht sein. Bei einem Bimetall aufweisenden Aktorelement können auch getrennte Bimetallstreifen für eine Schaltung im Sommer (Sommermechanismus) und im Winter (Wintermechanismus) vorgesehen sein. Die Bimetalle der Bimetallstreifen können dabei auf die Sommer- und die Wintertemperaturen hin
optimiert sein.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Ausführungsformen definieren, so dient diese
Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims

Ansprüche
1. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) mit einem
Aktor und einer Transmissionsmechanik (5) , wobei die Transmissionsmechanik (5) eingerichtet ist, mittels einer von dem Aktor (4) aufbringbaren Schaltkraft ein
Umschalten zwischen zwei Schaltzuständen zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktor (4) einen, ein Phasenwechselmaterial (6) beinhaltenden Behälter (7) aufweist und die Schaltkraft durch eine Volumenänderung des Phasenwechselmaterials (6) bei einem temperaturänderungsbedingten Phasenwechsel zwischen zwei Phasenzuständen des Phasenwechselmaterials (6) aufgebracht wird und die Volumenänderung des
Phasenwechselmaterials (6) eine temperaturabhängige
Hysterese aufweist, derart dass der Phasenwechsel von einem ersten in einen zweiten der Phasenzustände bei einer anderen Temperatur erfolgt als der Phasenwechsel von dem zweiten in den ersten Phasenzustand.
2. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (6) Paraffin beinhaltet.
3. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Behälter (7) ein Vorratsgefäß (30) und ein Steigrohr (31) aufweist .
4. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein temperaturabhängig schaltendes Aktorelement (9)
vorgesehen ist, wobei die Schaltkraft des Aktors (4) zum Umschalten zwischen den Schaltzuständen und das
Aktorelement (9) als Reihenschaltung ausgeführt sind.
5. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (9) bei einer Temperaturänderung schneller oder langsamer
schaltet als der Phasenwechsel zwischen den
Phasenzuständen des Phasenwechselmaterials (6) des Aktors (4) eintritt.
6. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (9) als Teil der Transmissionsmechanik (5) ausgeführt ist.
7. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Aktorelement (9) zumindest einen aus einem Bimetall gefertigten Hebel (14) aufweist.
8. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Aktorelement (9) ein, ein weiteres Phasenwechselmaterial
(52) beinhaltendes Gefäß (53) aufweist, wobei das Gefäß
(53) schwimmend auf dem Phasenwechselmaterial (6) des Aktors (4) angeordnet ist.
9. Temperaturabhängiger Schaltmechanismus (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Transmissionsmechanik (5) eine Zahnstange (11) mit einem Zahnrad (12) und/oder einen Schieber (50) aufweist, wobei die Zahnstange (11) und/oder der Schieber (50) über einen auf dem Phasenwechselmaterial (6) schwimmenden Schwimmer (17) betätigt werden.
10. Klimaanlage (70) mit einem temperaturabhängigen Schaltmechanismus (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluiddurchströmungsöffnung (3) vorgesehen ist, wobei die Fluiddurchströmungsöffnung (3) eingerichtet ist beim Umschalten zwischen den
Schaltzuständen geöffnet und/oder geschlossen zu werden.
11. Klimaanlage (70) nach Anspruch 10 mit einem
temperaturabhängigen Schaltmechanismus (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (9) zu einem täglichen Schalten eingerichtet ist und dass das Phasenwechselmaterial (6) des Aktors (4) derart eingerichtet ist, dass der Phasenwechsel zwischen den Phasenzuständen in einem jahreszeitlichen Wechsel eintritt .
Verwendung einer Klimaanlage (70) nach einem der
Ansprüche 10 oder 11, zum Einbau in eine Gebäudehülle und/oder zur Hinterlüftung eines Solarmoduls.
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