用于空调系统的相变材料部件和包括其的空调系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于空调系统的相变材料（PCM)部件，并且涉及包括堆叠的这样部件 的空调系统。
【背景技术】
[0002] 公布的专利申请WO2009/101398、W0 2010/092391 和W02010/092393 描述了相变 材料部件和使用该部件的空调装置。相变材料利用材料的潜热特性来储存热能以使得相变 材料可以使用凉爽的夜间空气凝固并且然后用于冷却白天空气，以用于例如在住宅和商业 建筑中空调的目的。
[0003] 将相变材料部件与空气流动之间的热传递最大化是期望的。本发明至少在优选的 实施方案中，设法解决该期望。
【发明内容】
[0004] 根据本发明，提供了一种用于空调系统（或通风系统）的相变材料（PCM)部件。该 部件包括密封在形成PCM部件第一外表面的第一热传导层和形成PCM部件第二外表面的第 二热传导层之间的相变材料。PCM部件的至少第一外表面或第二外表面具有基本平坦表面 的形式，在该基本平坦表面中限定有沿垂直于平坦表面的方向从平坦表面偏离朝向PCM部 件内部的多个凹陷。
[0005] 因此，根据本发明，PCM部件外表面中的凹陷增强了经过外表面的气流与PCM之间 的热传递。已经发现在凹陷内生成增强热流动的漩涡。
[0006] 通常，PCM部件的第一外表面和第二外表面均具有基本平坦表面的形式，在该基本 平坦表面中限定有沿垂直于平坦表面的方向从平坦表面偏离朝向PCM部件内部的多个凹 陷。然而，凹陷可以设置在部件的仅一个外表面上。因此，部件的另一外表面可以基本平坦 或可以在其上设置有可以采取任意其他合适形式的凸起或凹陷。
[0007] -般而言，PCM部件是长度和宽度比其深度大许多倍的基本立方形。以这种方式， PCM部件形成薄板。
[0008] 在本发明的实施方案中，在外表面上以规则阵列布置有多个凹陷。这不是必要的 并且凹陷可以基本上无序地布置。然而，由于美学、PCM部件表面面积的有效利用和气流的 原因，目前规则阵列是优选的。
[0009] 凹陷的阵列可以包括正交于流体流过PCM部件的方向布置的平行列的凹陷，流体 流过PCM部件的方向通常会沿部件的纵向（长度）的方向。因此，凹陷的列可以沿部件的 宽度方向延伸。列内凹陷的间隔可以选择成使热传递最大化。相邻列之间的间隔可以选择 成使热传递最大化。为了最大程度利用PCM部件的表面面积，凹陷的相邻列可以例如以凹 陷间隔的一半交错。
[0010] 该（或各个）外表面通常设置有大量凹陷。因此，部件的设置有所述凹陷的每个 外表面均包括至少十个凹陷，优选地至少50个凹陷，更加优选地至少100个凹陷，更加优选 地1000个凹陷或更多。
[0011] 为了使热传递最大化，凹陷可以占据PCM部件外表面相当大的比例。因此，凹陷可 以占据该（或各个）外表面平坦表面面积的大于15 %，可以大于25 %，优选地大于50 %，更 加优选地大于75%。
[0012] 在本发明的实施方案中，PCM部件的外表面设置有大量的相对小的凹陷。因此，外 表面被每一凹陷占据的平坦表面面积可以小于外表面的总平坦表面面积的5 %，可以小于 1%，或小于0. 5%或甚至小于0. 1%。外表面被每一凹陷占据的平坦表面面积可以视为凹 陷的占用空间。
[0013] 为了产生期望的漩祸，凹陷目前优选与其占用空间相比相对浅。因此，每一凹陷沿 垂直于PCM部件的平坦表面的方向（深度方向）的最大深度可以小于外表面被凹陷占据的 平坦表面面积平方根的75%，可以小于50%或者甚至小于25%。
[0014] 然而，为了有效地产生漩涡，凹陷不应该太浅。因此，每一凹陷沿垂直于PCM部件 的平坦表面方向的最大深度可以大于外表面被凹陷占据的平坦表面面积平方根的10%，可 以大于20%或者甚至大于30%。
[0015] 为了使凹陷产生有效的漩涡，每一凹陷在垂直于部件的平坦表面的平面中的横截 面形成平滑曲线是期望的。该曲线可以是圆形、椭圆、双曲线或者任意其他合适形状。
[0016] 凹陷的占用空间可以是任意合适的形状，例如椭圆或多边形。在本发明的实施方 案中，凹陷在平坦外表面的平面中具有基本为圆形的形状。这提供了一种容易制造的构造。
[0017] 因此，在目前优选的实施方案中，凹陷通过基本为球形的表面限定。例如，凹陷可 以基本为半球形或者可以设置成小于半个球体。
[0018] 相变材料可以包括水合盐，尿素或石蜡中至少之一。可以使用其他相变材料，包括 混合物。具体地，可以使用由植物制品制得的有机相变材料，例如美国明尼苏达州普利茅斯 的EntropySolutions有限公司以PureTemp商标市售的材料。具体的相变材料是石赌和 水合盐的混合物，例如由德国柏林的RubithermGmbh制造的SP共混物。
[0019] 水合盐可以包含水合硫酸钠和/或水合氯化钙。例如，水合盐可以是十水合硫酸 钠，六水合氯化钙，四水合氯化钙，二水合氯化钙或其两种或更多种的混合物。其它合适的 水合盐为水合硫代硫酸钠，醋酸钠，磷酸氢二钠或碳酸钠，或这些和其他水合盐的合适混合 物。
[0020] 相变材料可以包含水合硫酸钠和按重量计在0%和15%之间的氯化钠。氯化钠可 以用于将水合硫酸钠的熔点降低至所需水平。类似地，相变材料可以包含水合氯化钙和按 重量计在0%和15%之间的氯化钾、氯化钠和/或氯化铵。
[0021] 通常，相变材料的熔点在-15摄氏度和100摄氏度之间，优选地在15摄氏度和40 摄氏度之间，更优选地在20摄氏度和30摄氏度之间。相变材料可以用在熔点在-5摄氏度 和15摄氏度之间的用于制冷的部件中或者熔点超过40摄氏度的用于加热系统的部件中。 前述范围中的最小温度和最大温度可以可互换地使用以限定相变材料的熔点范围。
[0022] 热传导材料可以为可以设置有防腐蚀涂层的金属，例如铝或不锈钢。或者，热传 导材料可以包括金属_塑料复合材料，例如镀铝塑料或具有用于增加热传导的添加剂的 HDPE(高密度聚乙烯）。可以通过模制、压制、机械加工或任何其他合适工艺在热传导材料 中形成凹陷。
[0023] 本发明延及一种空调系统，该空调系统包括以堆叠方式布置的多个PCM部件，其 中在两个相邻的部件之间具有间隔以使得空气能够在每个部件的外表面上流动。部件的间 隔选择成使经过堆叠体的压降最小化，同时使热传递最大化。
[0024] 为了产生通过堆叠体的期望气流，每一凹陷沿垂直于每一PCM部件的平坦表面的 方向的最大深度可以小于相邻部件之间间隔的90 %，可行地小于75 %，可以小于50 %，可 以小于40%，或者甚至小于25%。一般而言，每一凹陷沿垂直于每一PCM部件的平坦表面 的方向的最大深度大于相邻部件之间间隔的25%。
[0025] 在PCM部件中的凹陷的优点在于周期性地减少部件的厚度以提高传导并且有益 于熔化和凝固过程。
【附图说明】
[0026] 在下文中参照附图进一步描述本发明的实施方案，其中：
[0027] 图1示出根据本发明的一个实施方案的PCM部件；
[0028] 图2示意性示出根据本发明的一个实施方案的空调系统；
[0029] 图3以剖面图方式示出根据本发明的一个实施方案的PCM部件的细节；
[0030] 图4示出图3的PCM部件表面上的气流；
[0031] 图5示意性示出图3的PCM部件的构造；
[0032] 图6示出带凹坑板的四个示例性布置；
[0033] 图7示出在一定范围流量内图6的板的热传递系数；
[0034] 图8示出在一定范围压降内图6的板的热传递系数；以及
[0035] 图9为在一定范围压降内选自图6板的板的热传递系数比较