CN112999831B - 吸收材料用于在主动和/或被动冷却的载流系统中吸收和/或分配液体的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸收材料(1)的用途，该吸收材料包括外壳和布置在其中的超级吸收颗粒(3)，用于吸收和/或分配主动和/或被动冷却的载流系统中的液体，特别是主动和/或被动冷却的储能系统(11)中的液体。外壳(2)由至少两个平面的、彼此叠置的层构成，这些层在某些区域通过至少一个接缝相互连接(5)，使得外壳(2)的分段以彼此分隔的凹穴(4)的形式形成，并且至少一部分凹穴(4)具有超级吸收颗粒。

Description

吸收材料用于在主动和/或被动冷却的载流系统中吸收和/或分配液体的用途
技术领域
本发明涉及吸收材料在主动和/或被动冷却的载流系统(stromführendenSystem)中，特别是在主动和/或被动冷却的储能系统和载流系统本身中吸收和/或分配液体的用途。
背景技术
载流系统，特别是电池系统，变得越来越重要，因为它们对于驱动电动车和混合动力车是必需的。为了确保系统最佳运行，有必要将电池的温度保持在所需的温度范围内。主动或被动温度控制系统用于防止超过和/或未达到工作温度。特别地，事实证明，使用高热容量的液态温度控制介质是非常成功的，该液态温度控制介质具有良好的导热性，并且沿着电池单元在热交换器中被引导。
此外，所述系统通常不会与环境隔绝。这意味着它们允许与环境进行气体交换。为了防止污染物侵入，对进入的空气进行过滤。为此目的，例如使用微孔膜或无纺布。
尽管所有这些方法都允许过滤粒子，但不能过滤气体，尤其是不能过滤水蒸气。因此，水蒸气可以穿过箔片进入电子壳体。但是，由于壳体的内部已冷却，因此水会凝结在壳体的较冷部位(当超过露点时)。由于特别是导电部件被冷却，因此在最关键的地方会形成冷凝水。
此外，如果壳体本身中的温度始终处于较低水平，则难以从壳体中去除已形成的冷凝水。在这可以考虑泵、控制阀或烘烤。这些方法很复杂，可能容易出错。在许多应用(例如电池系统)中也禁止烘烤。
干燥剂是一种有效的接收水的物质，将干燥剂安装在壳体内或壳体前面，并且不可逆地结合水。但是，其中的缺点是这种试剂不仅吸收液态水，而且吸收水蒸气。如果将该物质放置在壳体中，则它们也使壳体中的气体空间除湿。结果，水蒸气被吸入壳体中，而在正常情况下，水蒸气根本不会进入壳体中。因此，这种干燥剂不仅用作湿气吸收剂(Feuchteaufnehmer)，而且用作湿气吸附剂(Feuchtesauger)。
另一个问题是，例如在以这种方式装备的车辆发生事故的情况下会泄漏，因此温度控制介质会从散热器中逸出。然后，温度控制介质可以与电池单元直接接触，并且例如由于其导电性而引起短路。
常见的干燥剂是P2O5。尽管它对水具有极强的吸收能力，但在吸水时会形成液态磷酸。这可能会导致腐蚀，并且由于其导电性而对电气应用造成风险。此外，吸水是不可逆的。其他典型的干燥剂(如CaCl2)以类似的方式反应。如果干燥剂散开，则会导致粉尘形成。它们在潮湿时还是导电的，因此可能导致短路。
吸收液体，尤其是吸水的其他已知物质例如是超级吸收剂。超级吸收剂的优点在于，一方面，它们具有很强的吸水能力，化学反应中性(也相对于有机溶剂)，并且还可以可逆地加载。
在极性液体介质中，超级吸收剂会导致强烈的溶胀并可能形成凝胶。尤其是溶胀会导致液体的输送通道被溶胀过程阻塞(所谓的凝胶阻塞效应)，随后的吸收不再可能进行。此外，从另外两个角度来看，电子设备中的溶胀是不利的或有害的：一方面，溶胀的材料可以形成机械压力，例如可以因其而分离电触点。另一方面，溶胀的材料如果与带电部件接触，则在不受控制的溶胀的情况下会引起短路。
一个困难是超级吸收剂的应用。一种可能性是使用超级吸收性纤维，例如EP2731164(A1)中所述的纤维。示出了一种电池系统，该电池系统包括电池单元，至少一个吸收元件和具有液态温度控制介质的温度控制系统，该液态温度控制介质用于冷却和/或加热电池壳体中的电池单元。用于接收液态温度控制介质的吸收元件布置在电池单元和电池外壳之间，吸收元件是毛毡，该毛毡的平均单位面积质量为250至700g/m2，并且包含至少两种不同类型的纤维，其中至少一种纤维类型是支撑纤维，而至少另一种纤维类型是吸收性纤维。
使用吸收性纤维的缺点是它们通常具有比可比的吸收颗粒更低的吸收能力。另外，它们在干燥以及溶胀状态下通常具有较低的热稳定性。另外，如上所述，吸收性纤维的使用可导致凝胶阻塞作用。
与DE 4134370 C1类似，建议使用固定在织物上的超级吸收颗粒。缺点是，最终制成的吸收垫制造起来比较复杂。例如，必须先将粉末状的超级吸收颗粒固定在无纺布上，然后必须为所得到的产品提供覆盖层和载体层，以防止形成粉尘。典型的生产技术问题与涂层有关，例如：
·涂层或活性成分的数量限制(粉末太多→材料太厚→太硬)
·固着问题(Haftungsprobleme)
·限制和使用各种协同溶胀成分，例如SAP+纸浆+瓜尔胶，
·制造过程中过于复杂
·高制造成本
·生产技术所需的添加剂(涂层助剂)对吸收性能的影响。
发明内容
本发明的目的是至少部分地消除上述缺点。特别是要提供一种具有良好的吸水性和保水性的材料。该材料还应该能够可逆地结合水和可能的水蒸气。此外，它应具有可控的溶胀性，并能避免阻塞作用。最后，它应该可以以少灰尘的方式被使用。
该目的通过使用吸收材料来实现，该吸收材料包括外壳(Hülle)和布置于其中的超级吸收颗粒，用于在主动和/或被动冷却的载流系统中，特别是在主动和/或被动载流系统中吸收和/或分配液体。其中，外壳由至少两个平面的、彼此叠置的层形成，这些层在某些区域中通过至少一个接缝彼此连接，从而使外壳的分段呈彼此分隔的凹穴的形式，其中凹穴的至少一部分具有超级吸收颗粒。
根据本发明，已经发现，本发明的吸收材料非常适于在主动和/或被动冷却的载流系统中吸收和分配液体，因为超级吸收颗粒布置在分段外壳中，在使用过程中防止或至少降低了凝胶阻塞作用。这可以归因于以下事实：分段的形成划分了超级吸收剂的量，这可以减小超级吸收颗粒在一个位置的最大可能积累量，从而减少在可能的凝胶阻塞的情况下出现的“小团块”。另外，在凹穴之间的至少一个接缝，等同于输送通道，使得在吸收液体的同时能够将液体进一步输送到吸收材料的内部。以这种方式，可以最佳地利用超级吸收颗粒的吸收能力，这同时也可以抵消凝胶阻塞。另外，超级吸收颗粒的分段可以降低形成粉尘的风险，因为在外壳损坏的情况下，仅释放损坏部分中包含的部分颗粒。最后，分段化使得可以使用颗粒形式的超级吸收剂。与超级吸收性纤维相比，它们具有以下优点：它们在干燥状态和溶胀状态下都具有较强的吸收能力和相当的热稳定性。
在一种优选的实施方式中，至少一个接缝构造为焊缝，尤其是热焊接和/或超声焊接的接缝、粘接的接缝和/或针刺的接缝。焊缝的优点是它可以特别快速、轻松地实现。
根据本发明，外壳的分段化通过形成由至少一个接缝彼此分隔的凹穴。通过所述至少一个接缝还可以用于连接平面的、彼此叠放的层。优选地，外壳的不具有接缝的区域不被压缩和/或至少比接缝区域压缩得少。
根据本发明，用术语“载流系统”在常规意义上指的是电流流过的系统。根据本发明，优选载流系统选自以下的载流系统：储能系统、载流能量转换器、变压器、电力电子系统、电子控制系统，特别是处理器控制的系统、充电站、逆变器、整流器、电解槽和/或前述选项的组合。
根据本发明，术语“储能系统”采用通常的意义。特别地，储能系统被理解为是指用于存储当前可用但不需要的能量以供以后使用的系统。这种存储通常伴随着能量形式的转换，例如从电能到化学能的转换。在需要的情况下，然后将能量转换回所需的电力形式。根据本发明，优选的储能系统是电池系统、电容器和/或电池。电池系统是特别优选的。
电池系统是串联或并联切换(geschaltete)的模块，其中包含串联或并联切换的二次电池或一次电池。电池是串联或并联切换的模块，其中包含串联或并联切换的二次电池。
电容器是被动式电气元件，其具有在直流电路中将电荷和与之相关的能量静态地存储在电场中的能力。
吸收液体应理解为是指吸收材料吸收液体。这样，可以保护载流系统不因液体受损。
液体的分布意味着吸收材料在其表面上分布液体。吸收和分布优选彼此并行地进行。
根据本发明的系统要吸收的液体优选是冷却液和/或水，因为它们通常在主动或被动冷却的载流系统中使用或出现。优选的冷却液是醇，特别是二醇和/或醇/水混合物，特别是二醇/水混合物。
在本发明的一个实施例中，根据本发明的系统要吸收的液体不是电池电解质。
所述至少一个接缝可以是连续的或不连续的。不连续的接缝由直接接缝区域(即用于连接两层的那些接缝区域)和间接接缝区域(即位于直接接缝区域之间且不属于凹穴的接缝区域)组成。在焊缝情况下，直接接缝表面是焊接区域；在针刺接缝情况下，直接接缝是纱线覆盖的区域；在粘接缝情况下，直接接缝是通过粘合剂连接的区域。不连续的接缝的优点是接缝表面的比例较小，因此具有较强的毛细作用和对待吸收液体较好的流动性。
连续接缝的优点是降低了超级吸收颗粒逸出的风险。至少一个接缝也可以设计为直线或曲线的，或它们的组合。在不连续构造的情况下，至少一个接缝可以设计成线性和/或规则布置的点和/或线的形式。如上所述，接缝中用于粘结两层的那些部分是接缝的直接接缝表面。至少一个接缝的宽度优选为0.5至15mm，更优选为0.5至10mm，特别优选为1至6mm。更优选地，接缝面积，即吸收材料的面积上的间接接缝面积和直接接缝面积之和为至少0.4至50面积百分比，更优选为2至40面积百分比，特别优选为4至35面积百分比。如果接缝面积低于0.4面积百分比，则接缝强度通常太低。如果接缝面积大于50百分比，则可溶胀的面积太小。
在一个特定的实施方式中，所述至少一个接缝被设计为优选在其中心穿孔的焊缝。在此有利的是，吸收材料可以以特别简单的方式适应于安装情况。例如，可以通过去除沿穿孔焊缝的部分区域来有针对性地形成凹槽(Aussparungen)。
焊缝的形式可以变化。在优选的实施方式中，焊缝与层的非焊接区域之间的过渡是流畅的(flieβend)。在一个优选的实施方式中，焊缝的焊接区域的厚度在至少一个与焊缝邻接的凹穴的方向上，优选在与之邻接的两个凹穴的方向上增加。相应地，焊缝的焊接区域的密度沿至少一个凹穴的方向减小，优选沿与之相邻两个的凹穴方向减小。焊缝和凹穴之间的过渡优选是连续的。密封最好的区域优选在焊缝的中间。这会导致焊缝被圆形化，尤其是呈半圆形的几何形状。其优点是焊缝的强度更高。
凹穴的几何形状可以变化。凹穴优选彼此独立地具有以下一种或多种几何形状：矩形、三角形、六边形、鳞片状、圆形、椭圆形和/或弯曲的。凹穴特别优选至少部分地呈矩形的凹穴几何形状。该几何形状是优选的，因为它在技术上特别容易形成。
在另一个优选的实施方式中，每平方米吸收材料的凹穴的数量为每平方米至少两个凹穴，例如每平方米4至400个凹穴，更优选每平方米8至300个凹穴，尤其是每平方米16到200个凹穴。
基于吸收材料的面积，超级吸收颗粒的量进一步优选为至少20g/m2，例如20至1000g/m2，优选20至800g/m2，特别优选20至600g/m2。
此外，每个凹穴中的超级吸收颗粒的量优选为每个凹穴至少0.5g，例如每个凹穴0.5g至500g，优选每个凹穴20至400g，特别是每个凹穴20至200g。
超级吸收剂的特征在于它们能很好地结合液体(即具有良好的保持力)并能吸收液体。根据本发明，超级吸收剂被理解为是指一种聚合物，其能够吸收或接收其自身重量的倍数多达500倍的液体，优选为水，其体积增加。
溶胀时，超级吸收剂会形成水凝胶。合适的超级吸收颗粒尤其具有极性的交联聚合物，特别是由它们组成。聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，支链淀粉，明胶和/或纤维素是特别优选的。非常特别优选一方面是丙烯酸(丙烯酸，H2C＝CH-COOH)和/或丙烯酸钠(丙烯酸的钠盐，H2C＝CH-COONa),另一方面是丙烯酰胺的共聚物。两种单体的比例可以变化。
通常，将所谓的核心交联剂(Core-Cross-Linker,CXL)添加到上述单体中，其通过化学桥(交联)将在适当位置彼此连接形成的长链聚合物分子。这些桥使聚合物不溶于水。另外，可以使用所谓的表面后交联剂(Surface-Cross-Linker，SXL)。另一种化学物质被施加到颗粒的表面，其通过加热仅在核心的外层形成第二个网络。该层支撑溶胀的凝胶，以便即使在外部应力(运动，压力)下也可以将其保持在一起。
在一个优选的实施方式中，除了超级吸收颗粒之外，至少一个凹穴具有填充材料，例如吸附材料，例如纤维素纸浆、纤维、瓜尔胶、硅胶和/或泡沫。填充材料的重量比(填充材料比填充材料加超级吸收颗粒的总量)优选为至少5重量百分比，例如5至90重量百分比，更优选5至75重量百分比，尤其是的5至50重量百分比。
在另一优选的实施方式中，除了超级吸收颗粒之外，至少一个凹穴还具有阻燃物质，例如释放阻燃气体和/或稀燃气体的物质。
在另一个优选的实施方式中，根据DIN EN ISO 10534-1：2001在阻抗管测量，吸收材料中具有吸声水平α，在1000赫兹下，该吸声水平α至少为0.1，例如为0.1至1，优选为0.2至1，更优选0.3至1。
吸声水平可以通过本领域技术人员已知的各种方式来调节。可以通过至少一个附加层来实现高的吸收水平，该附加层优选布置在平面的、彼此叠放的层上。附加层优选具有熔喷无纺织物。
因此，在优选的实施方式中，根据本发明的吸收材料具有至少一个附加层，其优选是熔喷无纺织物。附加层更优选地布置在外壳的至少一个外侧上。还可以考虑的是，附加层被布置在凹穴内。在另一优选的实施方式中，至少一个凹穴具有声学活性填充材料，例如特别是纤维浆。
在另一优选的实施方式中，外壳的至少一层具有纺织片材，例如无纺织物、机织织物、针织物和/或开孔泡沫。这些材料的优点是即使在潮湿时其良好的透水性与很高的结构完整性相匹配。优选的无纺织物是纺粘无纺织物、湿法无纺织物和/或干法无纺织物。单位面积重量优选为10g/m2至500g/m2。
在另一个优选的实施方式中，根据DIN 55660-2：2011-12测量，纺织片材的表面能大于30mN/m，优选大于35mN/m，特别优选大于40mN/m。其有利地是，极性介质(例如水或水/乙二醇混合物)能分布得特别好。
在另一个优选的实施方式中，纺织片材的透气性大于10dm3/(m2s)，更优选为20至3000dm3/(m2s)，甚至更优选为30至2000dm3/(m2s)，特别是30至1000dm3/(m2s)。其中透气性根据DIN EN ISO 9237：1995在200Pa的压差下测量。透气性的测量是在纺织片材样品接触液体之前进行的，特别是在气流流过20平方厘米的样品表面，气压差为200Pa的情况下进行，纺织片材的厚度为0.05到10毫米，最好是0.1到1毫米。
在另一个优选的实施方式中，吸收材料的透气性大于10dm3/(m2s)，更优选为20至3000dm3/(m2s)，甚至更优选为30至2000dm3/(m2s)，特别是30至1000dm3/(m2s)。其中透气性根据DIN EN ISO 9237：1995在200Pa的压差下测量。透气性的测量是在纺织片材样品接触液体之前进行的，特别是在气流流过20平方厘米的样品表面，气压差为200Pa的情况下进行，纺织片材的厚度为0.1到15毫米，最好是0.25到5毫米。
在本发明的一个优选实施方式中，根据ASTM E 1294-89测量，纺织片材具有的平均孔径大于1μm，例如1μm至1000μm，特别是10至800μm。
在本发明的另一个优选实施方式中，纺织片材具有微纤维，其纤度优选小于1dtex，例如0.01至1dtex，更优选0.01至0.9dtex。此处有利的是，微纤维能够实现特别强的毛细作用，并且因此能够实现特别好的液体分配。另外，由于其纤度，微纤维允许特别小的孔尺寸，因此对于由超级吸收颗粒释放的灰尘有特别低的穿透性。
在本发明的另一个优选的实施方式中，吸收材料的液体吸收能力(去离子水)为至少2l/m2，例如2l/m2至300l/m2，甚至更优选为3l/m2至300l/m2，更优选5l/m2至300l/m2，甚至更优选10l/m2至300l/m2，尤其是20l/m2至300l/m2。
纺织片材优选包含热塑性聚合物，特别是熔点低于270℃。特别优选的聚合物是聚酯，共聚酯，聚酰胺，共聚酰胺，聚烯烃和/或其混合物。此处有利的是它们可以用于热焊接。但是，也可以考虑使用非热塑性聚合物。如果需要，可以将这种纺织片材彼此粘合。
在另一个优选的实施方式中，吸收材料是可压缩的。结果，它可以很好地固定在主动和/或被动冷却的载流系统中，特别是在主动和/或被动冷却的储能系统中。另外，以这种方式可以确保与相邻部件良好接触。根据DIN EN ISO 3386-1:2015-10测量，吸收材料的压缩强度在40％压缩下优选至少0.05kPa，例如0.05-50kPa，优选0.05-25kPa，特别优选0.1至10kPa。
在另一优选的实施方式中，外壳具有至少两个不同的平面的、彼此叠置的纺织片材。其中，纺织片材优选在构成它们的聚合物材料方面不同。替代地或附加地，纺织片材在其生产方式、厚度、最大拉伸力、最大拉伸伸长率、模量、重量、透气性和/或孔隙率方面可以不同。因此，可以考虑，外壳具有两种或更多种不同的纺织片材，纺织片材例如在一种或多种前述特性方面不同。如上所述，各种纺织片材可以以各种方式彼此连接以形成凹穴，例如彼此热焊接和/或彼此胶合和/或彼此缝合。
在另一个优选的实施方式中，吸收材料在外壳的至少一侧上具有自粘层。其中，自粘应理解为是指自粘层使得吸收材料能够固定在各种固体表面上。自粘层可以覆盖整个表面或仅部分覆盖。自粘层可以例如是双面胶带。
使用超级吸收颗粒的优点是它们通常燃烧不良，从而增加了吸收材料的阻燃性。如果期望进一步提高阻燃性，则吸收材料可以配备有阻燃添加剂和/或不易燃纤维，例如玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。这使得吸收材料能够达到符合UL 94HB的阻燃性。
在另一个实施例中，吸收材料呈吸收垫的形式。吸收垫被理解为已被切割成一定尺寸并在边缘处焊接的吸收材料。本发明的另一客体包括吸收垫，其包含根据一个或多个所述实施例的吸收材料。吸收垫可具有最多种多样的对称的和/或非对称的几何形状。
吸收垫通常具有两种不同类型的接缝，即周围的接缝和内部的接缝。内部接缝被理解为在每一侧上界定至少一个凹穴的接缝。优选地，至少两个，更优选地至少80％的内接缝交叉。
在另一个优选实施例中，外接缝是连续的，而内接缝是不连续的。这允许两种接缝类型的有利特性彼此结合。
本发明的另一个客体是一种主动和/或被动冷却的载流系统，特别是一种储能系统，其包括吸收材料，该吸收材料包括外壳和布置在其中的用于吸收和分配载流系统内的液体的超级吸收颗粒，其中所述外壳由至少两个平面的、彼此叠置的层形成，所述层在某些区域中彼此连接，使得所述外壳的分段构造为通过接缝彼此分隔的凹穴形式，其中至少一部分凹穴具有超级吸收颗粒。
优选的载流系统是以下载流系统，其选自储能系统、载流能量转换器、变压器、电力电子系统、电子控制系统，特别是处理器控制的系统、充电站、逆变器、整流器、电解槽和/或它们的组合。
在一个优选的实施方式中，载流系统是包括电池壳体的电池系统。电池壳体优选包含电池单元。电池单元优选以导热方式连接至冷却系统。在电池壳体的壁中，优选地设置压力补偿元件，用于在电池壳体的内部空间和外部区域之间进行压力补偿。吸收垫优选布置在冷却系统下方。这样，可以特别有效地接收排出的冷却液或出现的冷凝液。因此，吸收垫优选布置在载流系统的底部区域中，也就是说在冷却系统与电池壳体的底部之间。附加地或替代地，吸收垫可以布置在载流系统的侧部区域中，也就是说，布置在冷却系统与电池壳体的侧壁之间。
附图说明
图1：根据本发明的吸收材料1的横截面示意图；
图2：根据本发明的吸收材料的平面示意图；
图3：根据本发明的储能系统11的示意图；
图4：非根据本发明的储能系统11的示意图；
图5：根据本发明的储能系统11的示意图；
图6：用于确定吸收动力学的测量装置15的示意图；
图7：接缝5的各种实施例的示意图；
图8：两个凹穴4之间的接缝5的横截面示意图；
图9：各种凹穴几何形状的示意图；
图10：根据本发明的各种吸收垫的吸收动力学的测量结果。
具体实施方式
图1以横截面示出了根据本发明的吸收材料1，其包括外壳2和布置在其中的超级吸收颗粒3。外壳2包括纺织片材形式的两个平面的、彼此叠置的层，其中各层彼此连接，从而在某些区域内彼此接合，从而外壳的分段以通过焊缝5彼此分隔的凹穴4形式实现。至少一部分凹穴具有超级吸收颗粒3。
图2以平面图示出了根据本发明的吸收材料1，其被分为十二个凹穴4和焊缝5。
图3以电池的形式示出了根据本发明的储能系统11，其包括电池壳体6。电池壳体6包含电池单元7。电池单元7以导热的方式连接至冷却系统8。在壳体的壁中，设置有压力补偿元件9，用于在电池壳体6的内部空间和外部区域之间进行压力补偿。吸收材料1被布置在冷却系统8的下方，因为这允许排出的冷却液10或出现的冷凝物10被吸收。吸收材料1布置在储能系统11的底部区域12中，也就是说在冷却系统8和电池壳体6的底部之间。吸收材料1包括外壳2和布置在其中的超级吸收颗粒3。外壳2还具有纺织片材并且被划分为凹穴4。此处示出的吸收材料1处于未溶胀状态。
图4示出了非根据本发明的储能系统11，其包括电池壳体6。电池壳体6包含电池单元7。电池单元7以导热的方式连接至冷却系统8。在壳体的壁中设置有压力补偿元件9，用于在电池壳体6的内部空间和外部区域之间进行压力补偿。吸收材料1布置在冷却系统8的下方，因为这允许排出的冷却液10或出现的冷凝液10被吸收。吸收材料1布置在储能系统11的底部区域12中，也就是说在冷却系统8和电池壳体6的底部之间。吸收材料1包括外壳2和布置在其中的超级吸收颗粒3，外壳2还包括纺织片材但没有划分成凹穴。还示出了排出的冷却液10或出现的冷凝物10如何侧向渗透到吸收材料中，并通过吸收材料的溶胀防止进一步渗透。
图5示出了根据本发明的包括电池壳体6的储能系统11。电池壳体6包含电池单元7。电池单元7以导热的方式连接至冷却系统8。在壳体的壁中设有压力补偿元件9，用于电池壳体6的内部空间和外部区域之间的压力补偿。吸收材料1被布置在冷却系统8的下方，因为这允许排出的冷却液10或出现的冷凝物10被吸收。吸收材料1布置在储能系统11的底部区域12中，也就是说在冷却系统8和电池壳体6的底部之间。吸收材料1包括外壳2和布置在其中的超级吸收颗粒3，外壳2还具有纺织片材并且被划分为凹穴4。还示出了排出的冷却液10或分离的冷凝水10如何从侧面和从前部经由凹穴4之间的接缝5渗透到吸收材料中。此处显示的吸收材料已溶胀了。
图6示出了用于确定吸收动力学的测量设备15。在玻璃瓶16中装入冷却液17，并设有气密性的橡胶软管18(10×2mm，50cm长)。橡胶软管18可以通过夹子关闭。玻璃瓶16上下颠倒地固定在台架19上，台架19立于秤20上，以便记录动力学测量期间的重量损失。橡胶软管18的开口在仪器托盘21(MF树脂)边缘的底板上，其内表面为315x 210x 50mm(L x W xH)，使得软管开口与底板平行。软管通过软管夹22固定在仪器外壳21的边缘而不会变形。到托盘底的距离可以改变。
接缝5的各种实施方式在图7中示出。其中黑色区域表示直接接缝区域。接缝a表示连续接缝，其完全由直接接缝区域组成。在各种实施方式中，接缝b至g是不连续的。在接缝b中，黑色矩形示意性地表示直接接缝区域，黑色矩形之间的区域表示间接接缝区域。在接缝c和d中，矩形的边界示意性地表示直接接缝区域，而矩形之间和内部的区域则表示间接接缝区域。在接缝e，f，g和h中，黑色区域示意性地表示直接接缝区域，其间的区域表示间接接缝区域。接缝h被设计为中心穿孔的焊缝。
在图8中，示出了两个凹穴4之间的接缝5的横截面。接缝5为焊缝形式。凹穴4在焊缝的左侧和右侧。焊缝的厚度沿朝凹穴的方向相应增大。焊缝的密度在朝凹穴的方向相应减小。这种过渡是连续的。最高压缩区域在焊缝中心5。
在图9中示出了不同的凹穴几何形状(矩形，三角形，六边形，鳞片状，弯曲的)。
图10示出了具有不同数量的腔室的不同吸收垫的吸收动力学。事实证明，具有四个或八个腔室的根据本发明的吸收垫比仅具有一个腔室的系统具有更高的吸收速度。这是有利的，因为出现的冷却液可以被更快地吸收。
下面通过几个例子更详细地解释本发明：
示例1：各种吸收材料的制备
在连续的制造过程中，两种外壳材料通过超声波焊接工艺彼此连接，超声波在纵向和横向上都有。超声波发生器的工作频率为30KHz，外壳材料的焊接速度为10m/min。焊缝的几何形状是连续的并且对应于图7中的结构a，宽度是3mm。在最终闭合之前，以这种方式创建的凹穴会填充有相应量的超级吸收颗粒(请参见表)。填充通过集成在连续生产设备中的自动加料装置进行。直接通过制造过程中使用的焊接工具来形成接缝的形状和尺寸，以优化待吸收液体的分布。吸收垫的最终尺寸是通过直接在设备中切割或紧随其后作为链接的工艺步骤来实现。
制备以下吸收垫：
表1
Figure BDA0002943622790000121
事实证明，对于相同量的超级吸收剂，根据本发明的具有四个或八个凹穴的吸收垫比具有一个凹穴的系统具有更高的吸收速度。另外，发现根据本发明的吸收垫对冷却液显示出良好的保持性并且以受控的方式溶胀。
吸收动力学的测量：
根据图6构建测量设备并且将200g的冷却液17放置在仪器托盘中。软管末端与仪器托盘底部之间的距离调整为3mm，以便在液位下降时，冷却液继续从瓶中流出。如果系统处于平衡状态，即没有其他冷却液从瓶子中流出，则将制造的吸收垫放置在仪器托盘中，使得超级吸收颗粒位于垫的拐角区域。停止时间，并使用重量秤记录重量减轻。动力学数值示于表1和图10。

Claims (31)

1.一种吸收材料（1）的用途，该吸收材料包括外壳和布置在其中的超级吸收颗粒（3），用于吸收和/或分配主动和/或被动冷却的载流系统中的液体，所述外壳（2）由至少两个平面的、彼此叠置的层形成，所述层在某些区域中通过至少一个接缝（5）相互连接，使得所述外壳（2）以彼此分隔的凹穴（4）的形式形成，其中至少一部分所述凹穴（4）具有超级吸收颗粒，其中在所述凹穴(4)之间的至少一个接缝(5)使得在吸收液体的同时能够将液体进一步输送到所述吸收材料(1)的内部，其中所述至少一个接缝(5)是不连续的。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述吸收材料（1）用于吸收和/或分配在主动和/或被动冷却的储能系统（11）中的液体。
3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述接缝（5）被设计为焊缝，粘合接缝和/或针刺接缝。
4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，所述接缝（5）被设计为热焊接和/或超声焊接的接缝。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，所述载流系统选自储能系统（11）、载流能量转换器、变压器、电力电子系统、电子控制系统、充电站、逆变器、整流器、电解槽中的一项和/或其组合。
6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，所述储能系统（11）是电池系统。
7.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，所述电子控制系统是处理器控制的系统。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，要从系统吸收的液体是冷却液和/或水。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述要从系统吸收的液体是醇和/或醇/水混合物。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述醇是乙二醇。
11.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述醇/水混合物醇是乙二醇/水混合物。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，基于吸收材料的总面积，接缝面积为至少0.4至50面积百分比。
13.根据权利要求12所述的用途，其特征在于，基于吸收材料的总面积，所述接缝面积为2至40面积百分比。
14.根据权利要求12所述的用途，其特征在于，基于吸收材料的总面积，所述接缝面积为4至35面积百分比。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，所述接缝（5）被设计为在其中心穿孔的焊缝。
16.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，所述接缝（5）被设计为焊缝，并且所述焊缝的厚度在至少一个朝与所述焊缝相邻的凹穴的方向上增大。
17.根据权利要求16所述的用途，其特征在于，所述焊缝的厚度在至少一个与所述焊缝相邻的凹穴的方向上连续地增大。
18.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，每平方米吸收材料（1）的凹穴（4）的数量在每平方米4至400个凹穴（4）的范围内。
19.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，基于吸收材料的面积，超级吸收剂颗粒的量为20至1000g/m2。
20.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，每个凹穴中的超级吸收颗粒的量为0.5g至500g。
21.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，除了超级吸收颗粒之外，至少一个凹穴还具有填充材料。
22.根据权利要求21所述的用途，其特征在于，所述填充材料的数量是5至90重量百分比。
23.根据权利要求21所述的用途，其特征在于，所述填充材料是吸附材料。
24.根据权利要求23所述的用途，其特征在于，所述吸附材料是纤维素浆、纤维、瓜尔胶、硅胶和/或泡沫。
25.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，所述外壳（2）的至少一层具有纺织片材和/或开孔泡沫。
26.根据权利要求25所述的用途，其特征在于，所述纺织片材是无纺布、机织物、针织物。
27.根据权利要求25所述的用途，其特征在于，根据ASTM E 1294-89测量，所述纺织片材的平均孔径为1至1000μm。
28.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，所述吸收材料（1）具有2 l/m2至300 l/m2的吸收去离子水的能力。
29.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，所述吸收材料（1）以吸收垫形式存在。
30.主动和/或被动冷却的载流系统，所述载流系统包括吸收材料（1），所述吸收材料包括外壳（2）和超级吸收颗粒（3），所述超级吸收颗粒（3）布置在所述外壳中并用于接收和分配所述载流系统内的液体，其中所述外壳（2）由至少两层平面的、彼此叠置的层形成，其中所述层在某些区域相互连接，使得所述外壳（2）的分段以通过接缝彼此分隔的凹穴（4）的形式形成，并且至少一部分所述凹穴（4）具有超级吸收颗粒，其中在所述凹穴(4)之间的至少一个接缝(5)使得在吸收液体的同时能够将液体进一步输送到所述吸收材料(1)的内部，其中所述至少一个接缝(5)是不连续的。
31.根据权利要求30所述的载流系统，其特征在于，所述载流系统是储能系统（11）。
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