DE10007848A1 - Latentwärmespeicher mit einer offenporigen Metallschaum-Matrix - Google Patents

Latentwärmespeicher mit einer offenporigen Metallschaum-Matrix

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DE10007848A1
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Thomas Freitag
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
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Abstract

Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Einbettung eines Latentspeichermaterials in einer Matrix aus Metallschaum. Durch diese Anordnung wird das bei den meisten Latentwärmespeichermaterialien bestehende Problem der schlechten Wärmeleitfähigkeit gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft ein System aus einem Latentspeichermaterial (fest-flüssig Phasenwechsel­ material) und einer Matrix aus offenporigem Metallschaum.
Insbesondere bei der Nutzung alternativer Energien ist das Problem der Wärmespeicherung sehr häufig. Durch die oft anzutreffende zeitliche Diskrepanz zwischen Bereitstellung und Nutzung der Energie kommt der Wunsch nach effektiven Speichertechnologien auf. Eine Möglichkeit der Speicherung thermischer Energie mit relativ hoher Energiedichte besteht durch den Einsatz von Latentspeichern. Dabei wild die Schmelz- bzw. Erstarrungsenthalpie von Materialien genutzt, deren Schmelz-/Erstarrungstemperatur im Bereich der Anwendungs-/Umwandlungstemperatur der eingesetzten Prozesse liegt. Derartige Materialien bezeichnet man als Latentspeichermaterialien (engl.: phase change material - PCM).
Den meisten Latentspeichermaterialien ist zu eigen, dass sie eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit (< 0.5 W/m.K) aufweisen. Um dieses Problem zu beheben, wurde bei bisherigen Lösungen das PCM entweder in kleine Volumina aufgeteilt, die einzeln oder in einer Schüttung von einem Wärmetransportmedium (meist Wasser) umspült wurden. Oder es wurde versucht, die Wärmeaustauschfläche mit Hilfe von Einbauten, wie Wärmeleitblechen oder Rohrschlangen, zu vergrößern. Trotzdem führten diese Bemühungen nicht immer zum gewünschten Erfolg.
Ein weiteres Problem ist, dass es bei Latentspeichern unter bestimmten Umständen zur Entmischung kommt, in deren Folge die Speicherkapazität erheblich abnimmt.
Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Probleme durch das Einbetten des PCM in eine Matrix aus offenporigem Metallschaum gelöst. Offenporiger Metallschaum weist eine ähnliche Struktur wie Kunststoffschaum (z. B. Polyuhrethanschaum) auf. Die Wahl des Metalls richtet sich nach verschiedenen Kriterien. Es sollte eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen und chemisch beständig gegen das eingesetzte PCM sein. Gleichzeitig muss es so stabil sein, dass Volumenänderungen des PCM kompensiert oder ohne Zerstörung ertragen werden können. Durch die geringe Porengroße des Metallschaumes (300 µm-5 mm) entsteht ein, makroskopisch betrachtet, homogenes Material, mit einer, im Vergleich zum reinen PCM, sehr hohen Wärmeleitfähigkeit, üblich sind Werte von 8-15 W/m.K. Das nun vorliegende Latentspeichermaterial kann in verschiedene Konstruktionen von Wärmespeichern eingebaut werden.
Um die Entmischung zu verhindern, die bei verschiedenen PCM auftritt, sind für solche PCM möglichst kleinporige Metallschäume erforderlich. Dadurch wird verhindert, dass sich, insbesondere bei inkongruent schmelzenden Materialen, ein fester Anteil am Boden absetzen kann.

Claims (6)

1. System zur Speicherung von Wärme oder Kälte mit dem Phasenwechsel eines Stoffes, welches in eine Matrix aus offenporigem Metallschaum eingebettet ist.
2. System nach Anspruch 1, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Hohlraumvolumen des unbeladenen Metallschaumes 70-99% betragt.
3. System nach Anspruch 1, wobei der offenporige Metallschaum eine Porengroße von 50 µm bis 20 mm aufweist.
4. System nach Anspruch 1, bei dem ein Phasenwechselmaterial eingesetzt wird, dessen Schmelz- /Erstarrungstemperatur zwischen -30 und 250°C liegt.
5. System nach Anspruch 1-4, bei dem ein Material eingesetzt wird, welches, anstelle eines Phasenwechsels, eine chemische Reaktion vollzieht.
6. System nach Anspruch 1-4, bei dem ein adsorbierendes Material zur Speicherung eingesetzt wird.
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