CN109072052A - 用于制造潜热存储器的方法和这种潜热存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过使石墨的初始材料膨胀而制造由膨胀的石墨构成的潜热存储器的方法，并且其特征在于，石墨的初始材料输入模具中，该模具至少部分相应于潜热存储器的阴模，并且随后石墨的初始材料在封闭的模具中膨胀。

Description

用于制造潜热存储器的方法和这种潜热存储器
技术领域
本发明涉及一种用于制造潜热存储器的方法，其中相变材料引入通过使石墨初始材料膨胀而制造的成形体中。本发明也涉及一种潜热存储器。
背景技术
潜热存储器利用存储介质的热力学的状态改变，其中在大多情况下固态/液态地和相反地使用相位转变。
从EP 1 837 617 B1得到潜热存储器，其具有成形体，成形体通过均衡地挤压由相变材料和膨胀石墨材料构成的混合物制成。
为了获得最佳的作用，大量由相变材料和膨胀的石墨构成的混合物是已知的，如从DE 102 50 249 A1或EP 1 416 027 B1得到的那样。
为了制造潜热存储器，根据EP 1 416 027 B1使用由相变材料和颗粒状的膨胀的石墨构成的混合物，其挤压为成形体。
根据WO 2013/153067 A1，为了制造潜热存储器使用挤压的石墨板，其利用相变材料浸渍。
膨胀的石墨通常首先挤压为成形体，以便随后利用相变材料灌注。然而也存在如下可能性：膨胀的石墨和相变材料首先混合，随后相应的混合物在压力下成形为成形体（参见例如EP 1 416 027 B1）。
通常存在制造相应的膨胀的成形体的复杂的几何形状的问题。
通过挤压膨胀的石墨材料，在膨胀的石墨材料中的孔体积和通道走向改变，从而可能出现如下缺点，在造型后，利用相变材料的灌注不在必需的或期望的范围内进行。
发明内容
本发明的任务是改进开头提到的类型的方法和潜热存储器，从而可以没有问题地提供待制造的成形体的期望的几何形状。根据另一方面，灌注应该不能够由于造型而产生负面影响。
为了解决该任务基本上提出的是，
-将石墨的初始材料引入模具中，
-封闭模具，
-通过引入热量使石墨的初始材料膨胀，其中模具在引入石墨的初始材料之前或之后加热，或者为了膨胀所需的能量直接引入石墨的初始材料中，
-在构造成形体后引入相变材料。
与之前提到的现有技术不同地，待膨胀的石墨的初始材料在已经预设了成形体的形状的模具中膨胀。因此不需要的是，在石墨的初始材料，尤其是石墨盐膨胀后执行通过压力作用实现的造型，结果是，在多孔性和/或在膨胀的材料中延伸的通道方面的改变没有进行。由此得到在制造潜热存储器时关于相变材料的灌注的优点。
优点尤其是在具有明显的横截面改变的构件中得到，这是因为与现有技术相比得到更均匀的压缩和均匀的孔结构。
为了将必需的热量引入待膨胀的石墨的初始材料中存在模具在引入石墨的初始材料之前加热的可能性。
另外的可能性设置的是，石墨的初始材料引入模具中，并且随后模具加热至为了使石墨的初始材料膨胀所需的温度。
替选地或补充地，为了石墨的初始材料的膨胀所需的能量可以直接引入石墨的初始材料中。
尤其是存在如下可能性：模具引入电气、燃气或油加热的锅炉中。加热也可以借助感应源实现。
如果为了膨胀所需的能量直接引入石墨的初始材料中，那么加热可以借助微波实现。
在本发明的改进方案中设置的是，作为模具使用多孔的模具，其尤其是由碳化硅、石墨、陶瓷、烧结金属构成或包含它们。也可以使用如下模具，其具有排气开口和/或由多孔的或穿孔的材料，例如金属，如铜构成。
因此，所有如下材料是适当的，其在石墨的初始材料应该加热至的温度方面是稳定的。最大1000ºC的温度无疑是可能的。
如果闭孔的材料用于模具，那么引入通孔，以便可以导出在膨胀时形成的气体。在此，相应的开口的横截面小于初始材料的颗粒的颗粒大小。
在构造成形体后，随后可以引入相变材料。在此优选地设置无压力的毛细灌注，其相对于从现有技术得到的真空压力方法示出如下优点：存在使相变材料无残渣地进入成形体中的可能性。与此相对，在真空压力方法中确定的是，在成形体的表面上保留有必须去除的残渣。
在无压力的灌注（毛细灌注）中使用附着力和毛细力，由此，液态的浸渍剂本身流入多孔的本体中。
例如存在如下可能性：浸渍剂以固定的形状安置到待浸渍的本体上并加热。浸渍剂融化并且流入本体中。
在突出的改进方案中设置的是，制造具有凹陷部的成形体，为了使相变材料随后渗入成形体中，相变材料引入凹陷部中。
也存在如下可能性：为了引入相变材料，成形体存储在液态的相变材料中，和/或浮动地与相变材料接触。
尤其是当相变材料，如蜡填充到成形体的凹陷部中时，可以实现精确的计量。
此外存在如下可能性：成形体的灌注或浸渍在运行锅炉中执行，从而可以获得高的生产率。
在运行方法中，即在使用运行锅炉中也可以制造成形体。
过滤在成形体从模具取出之后进行。
优选地，作为形式为石墨盐的石墨的初始材料使用如下材料，其具有在0.1g/ml至0.9g/ml之间的，尤其是在0.3g/ml至0.8g/ml之间的堆积密度，其中在0.7g/ml的区域中的堆积密度是优选的。
初始材料的颗粒大小例如可以具有如下分布：D10=130μm，D50=240μm，D90=360μm。
当80%的颗粒具有小于150μm的尺寸时，也可以获得很好的结果。
尤其是设置的是，石墨盐的颗粒大小是D50=50μm至400μm。
基于根据本发明的教导可以没有问题地制造期望的几何形状的成形体，而原则上不需要膨胀之后的处理，这是因为模具本身预设了成形体的期望的几何形状。因此得到现有技术不提供的如下可能性：可以制造几何形状复杂的成形体。
因此不依赖于成形体的制造地，成形体的无压力的灌注（毛细灌注）也是有创造性的，其中尤其地，计量地引入成形体的凹陷部中或与相变材料的浮动的接触是突出的。
本发明此外涉及一种由成形体构成的潜热存储器，成形体利用相变材料灌注，并且尤其是根据之前阐述的方法步骤来制造。在此尤其地，造型由于模具和无压力的毛细灌注而突出，石墨的初始材料在模具中膨胀。
尤其设置的是，没有相变材料的成形体具有在64%至99.4%之间的多孔性。
此外，成形体应该具有在0.014g/cm3至0.79g/cm3之间的总密度。
膨胀的石墨的初始材料的体积份额相对于成形体中的相变材料的体积份额应该在1:2至1:10之间。
附图说明
本发明的另外的细节、优点和特征不仅由权利要求、从权利要求书得到的特征（单独和/或组合地）而且也由随后对从附图得到的优选的实施例的描述得到。其中：
图1示出用于制造成形件的模具的原理图，
图2示出用于制造成形件的另外的模具的原理图。
具体实施方式
从图1得到模具10的原理图，借助模具成形体应该由膨胀的石墨盐针对潜热存储器制成，其中模具10的内部空间12预设成形体的外部几何形状。
模具12在实施例中由底部部分14、盖部分16和在它们之间延伸的周边器壁18构成，其例如可以是空心柱形区段。与之无关地，底部部分14、盖部分16和周边器壁18具有期望的内部几何形状，其设计用于待制造的成形件的形状。
限定的量的石墨盐引入内部空间12中。
为了制造石墨盐通常使用易处理的、高度结晶的、薄片状的天然石墨。其利用存储媒介转化为石墨盐。石墨盐通过热冲击处理膨胀或鼓起。在此，存储媒介消失。片状石墨在此将其体积增大至因子400。
处理利用酸实现，从而酸基，如硫酸盐或硝酸盐存储在石墨层之间。
在封闭内部空间12后，模具10例如定位在锅炉中，以便将必需的热量引入石墨盐中，因此其可以膨胀，其中膨胀的石墨盐填充模具10的整个内部空间12。
从图2得到模具100的另外的原理图，模具由锅形的底部部分102和上部分104构成。如截面图说明的那样，底部部分102和上部分104限界出在截面图中U形的内部空间112，其预设被制造的膨胀的石墨的形状。不管成形件在上方的边缘区域中与底部区域相比具有明显的横截面减小的事实，基于根据本发明的教导实现膨胀的成形体的均匀的压缩和均匀的孔结构，根据教导在有待放入模具100中的石墨盐的膨胀期间进行和不进行造型，如在现有技术中那样，在膨胀后通过压力作用获得模具。
膨胀的成形体保持形状稳定，这是因为鼓起的颗粒通过附着力和机械锚固（抓握）相互粘附。
如果根据现有技术制造相应于图2的模具，那么在上方的区域中基于与底部区域相比的横截面减小和由此导致的不同的在孔结构和通道横截面方面的压力作用产生缺点，其又在成形体利用相变材料灌注时产生不利的影响。
为了将热量引入模具10或100可以使用电气、燃气或油加热的锅炉。也考虑到感应锅炉。另外的可能性是：石墨盐借助微波加热。
引入内部空间12、112中的石墨盐的量一方面依赖于期望的获得的多孔性和另一方面依赖于下述温度，在所述温度中应该实现肿胀，也被称为鼓起。
模具10、100的材料在此以如下方式选择：确保针对在鼓起时逸出的燃气的穿透性。适当的材料例如是自身多孔的材料，如碳化硅、石墨、陶瓷或烧结金属。但也考虑到穿孔的金属。重要的是，通孔小于石墨盐颗粒大小。
作为石墨盐可以使用如下材料，其例如具有在0.1g/ml至0.9g/ml之间的范围内的堆积密度。石墨盐的颗粒大小分布例如可以是：D10=130μm，D50=240μm和D90=360μm。这些值然而不可理解为对保护范围进行限制。
当80%的颗粒具有小于150μm的尺寸时，也可以获得很好的结果。
尤其是在工业制造时，应该在运行过程中制造成形体。为此，相应的模具可以引导通过运行锅炉。
在石墨盐的膨胀和模具10、100的冷却后得到成形体，其如提到的那样具有限定的几何形状，该几何形状通过内部空间12、112的内部几何形状预设。随后，成形体优选通过利用相变材料（PCM）的无压力的毛细灌注来浸渍或灌注。在此，固定的相变材料可以要么施加到成形件上，相变材料随后例如在最大150ºC的温度范围内融化，以便能够实现灌注。然而也存在如下可能性：为了能够实现无压力的毛细灌注，成形体沉入液态的相变材料浴中或者浮动地存储在其中。
作为相变材料尤其是考虑如下材料，其在60ºC至300ºC之间的温度范围内，尤其是在80ºC至150ºC之间的范围内能够实现相变。优选的材料是蜡，例如石蜡、糖、酒精、无机盐或水合盐。
相变材料与膨胀的石墨的比应该在10:1至2:1的比例内。
膨胀的石墨的总密度应该在0.014g/cm3至0.79g/cm3之间。总密度是与温度有关的。因此，例如在600ºC的温度中，石墨盐的颗粒或薄片可以使其体积增大最大100的因子，并且在1000ºC的温度中增大最大400的因子。
通过逸出的气体，石墨材料的质量损失可以是在20%至22%之间，同时也考虑到更小的值，例如10%。
随后，应该借助示例阐述石墨盐的量如何与成形体的最终多孔性相关。
5g石墨盐填充到具有50ml的内部体积的模具中。石墨盐在600ºC的温度中保持15min，并且随后在冷却后出模。测量得到的是，本体具有0.08g/cm3的密度和96.5%的多孔性。
在第二次实验中，12g石墨盐填充到具有50ml的内部体积的相同的模具中。这同样在600ºC中加热15min。在冷却和出模后，本体得到0.19 g/cm3的密度和91.5%的多孔性。在相应的成形体上检验抗压强度。得到0.97N/mm2的值。

Claims (9)

1.一种用于制造潜热存储器的方法，其中相变材料引入通过使石墨的初始材料膨胀而制造的成形体中，其特征在于如下方法步骤：
-将石墨的初始材料引入模具中，
-封闭模具，
-通过引入热量使石墨的初始材料膨胀，其中模具在引入石墨的初始材料之前或之后加热，或者为了膨胀所需的能量直接引入石墨的初始材料中，
-在构造成形体后引入相变材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为模具使用多孔的模具，其尤其是由碳化硅、石墨、陶瓷、烧结金属构成或包含它们。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为模具使用如下模具，其具有排气开口和/或由多孔的或穿孔的材料，例如穿孔的金属，如铜构成。
4.根据前述权利要求中至少任一项所述的方法，其特征在于，使用如下模具，其容纳石墨的初始材料的封闭的内部空间相应于待制造的成形体的阴模。
5.根据前述权利要求中至少任一项所述的方法，其特征在于，相变材料通过无压力的灌注，尤其是毛细灌注引入成形体中。
6.根据前述权利要求中至少任一项所述的方法，其特征在于，制造具有凹陷部的成形体，相变材料引入凹陷部中。
7.根据前述权利要求中至少任一项所述的方法，其特征在于，为了引入相变材料，成形体存储在液态的相变材料中，和/或浮动地与相变材料接触。
8.根据前述权利要求中至少任一项所述的方法，其特征在于，作为石墨的初始粉末，具有在0.1g/ml至0.9g/ml之间的，尤其是在0.3g/ml至0.8g/ml之间的堆积密度的石墨盐引入模具中。
9.一种由成形体构成的潜热存储器，成形体利用相变材料灌注，尤其是根据前述权利要求中至少任一项来制造，其中没有相变材料的成形体具有在64%至99.4%之间的多孔性，并且膨胀的石墨的初始材料的体积份额相对于成形体中的相变材料的体积份额在1:2至1:10之间。
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