[发明专利]具有相变组合物的热传递系统

说明书

公开一种热传递系统，其包括热交换器，所述热交换器包括入口、出口和穿过所述热交换器的位于所述入口与所述出口之间的流动路径。所述系统还包括位于所述热交换器外部的连接所述出口与所述入口的流体循环回路。相变组合物设置在所述系统中，流动通过所述流体循环回路和穿过所述热交换器的所述流动路径。所述相变组合物包含第一PCM和第二PCM，所述第一PCM为具有第一熔点的植物油或动物油或者石蜡基油，所述第二PCM为具有低于所述第一熔点的第二熔点的植物油或动物油或者石蜡基油。

技术领域

本文公开的主题总体上涉及热传递系统及其操作，并且更具体地涉及利用相变材料的热传递系统。

背景技术

相变材料(PCM)已经被公开用于各种应用，诸如用于电子部件的HVAC&R (加热、通风、空气调节和制冷)和热量管理。相变材料由于它们与非相变热材料相比的高比热值而在热管理领域提供益处。相变材料的许多应用利用了向和从相变材料的被动热传递，在被动热传递中相变材料充当一种热缓冲剂，其中它根据PCM和周围环境的相应温度吸收热量或者将热量释放到周围环境。此类系统可能是有效的，但因为有效表面面积和热传输限制而在传热速率的效率方面受到限制。

还已经提出主动热传递系统，其中热传递流体被泵送或者以其他方式致使其流动通过或经过静态PCM。尽管此类系统与静态系统相比可提供传热速率改进，但它们常常需要额外的复杂度来配置PCM，以便在与热传递流体交接时使PCM的较大表面面积维持在其相变状态下。例如，当与热传递流体交接时液态PCM转变成固态PCM时，固态PCM (其具有比液态下低的导热性)充当流动的热传递流体与液态下的剩余PCM之间的热障。另外，此类系统还受到用来将热量传递到或远离相变材料的热传递流体回路所固有的效率限制。PCM浆料已经被提议作为用来克服这些限制中的部分限制的方式，这是通过以下手段实现的：允许相变材料作为流体流动从而使得能够将PCM递送到希望热量被递送或吸收的位置，而不是通过使用热传递流体在这种位置与静态PCM之间传递热量。然而，由于诸多问题，PCM浆料尚未实现广泛的商业成功。通常，PCM浆料包含非PCM液体作为载体，而将可在液态与固态之间转变的PCM材料分散在其中。PCM浆料中的PCM材料通常包含在微胶囊中或者被乳化为液体载体中的微滴/微粒。包含PCM的微胶囊的制造增加了材料的复杂性和费用，并且微胶囊壁还充当降低流体与PCM材料之间的导热性的绝缘体。另外，相变过程中经历任何显著体积变化的材料在重复的相变周期之后可能损害微胶囊的结构。PCM乳液浆料可能难以在重复的相变周期内保持为稳定乳液，并且对于在所希望的温度下提供有效相变性能并且还形成稳定乳液的材料的选择受到限制。对乳化剂的需求也会不利地影响系统的成本和性能。可有效地分散在液体载体中的胶囊化或乳化PCM的量的限度也会限制PCM浆料的有效性。另外，许多类型的PCM材料所共有的问题在于PCM材料常常具有发生相变的有限温度范围，从而限制了它们针对在宽温度范围内操作的热传递系统的有效性。

发明内容

根据本发明的一个方面，热传递系统包括热交换器，所述热交换器包括入口、出口和穿过热交换器的位于入口与出口之间的流动路径。所述系统还包括位于热交换器外部的连接出口与入口的流体循环回路。相变组合物设置在系统中，流动通过流体循环回路和穿过热交换器的流动路径。相变组合物包含第一PCM和第二PCM，所述第一PCM为具有第一熔点或凝固温度的植物油或动物油或者石蜡基油，所述第二PCM为具有低于第一熔点或凝固温度的第二熔点或凝固温度的植物油或动物油或者石蜡基油。如果穿过热交换器的流动路径处于热吸收模式并且第二PCM处于固态，那么当穿过热交换器的流动路径的与相变组合物相接触的表面具有处于或高于第二熔点的温度时，系统提供相变性能(即，通过第二PCM的熔化潜热传递来自相变组合物的热量)。如果穿过热交换器的流动路径处于排热模式并且第一PCM处于液态，那么当穿过热交换器的流动路径的与相变组合物相接触的表面具有处于或低于第一凝固温度的温度时，系统提供相变性能(即，通过第一PCM的熔化潜热将热量传递到相变组合物)。