DE10200318A1 - Einsatz von paraffinhaltigen Pulvern als PCM in Polymercompositen in Kühlvorrichtungen - Google Patents

Einsatz von paraffinhaltigen Pulvern als PCM in Polymercompositen in Kühlvorrichtungen

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Polymercomposite mit Phasenwechselmaterialien und deren Einsatz in Vorrichtungen zur Kühlung insbesondere von elektrischen und elektronischen Bauteilen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Polymercomposite mit Phasenwechselmaterialien und deren Einsatz in Vorrichtungen zur Kühlung insbesondere von elektrischen und elektronischen Bauteilen.
  • In technischen Prozessen müssen oft Wärmespitzen oder -defizite vermieden werden, d. h. es muß thermostatisiert werden. Üblicherweise werden dazu Wärmeaustauscher verwendet. Sie können im einfachsten Fall nur aus einem Wärmeleitblech bestehen, das die Wärme abführt und an die Umgebungsluft abgibt, oder auch Wärmeübertragungsmittel enthalten, die die Wärme zunächst von einem Ort oder Medium zu einem anderen transportieren.
  • Stand der Technik zur Kühlung elektronischer Bauteile wie z. B. Mikroprozessoren (central processing unit = CPU) sind Kühler aus extrudiertem Aluminium, die die Wärme vom elektronischen Bauelement, welches auf einem Träger aufgebracht ist, aufnehmen und über Kühlrippen an die Umgebung abgeben. In der Regel wird die Konvektion an den Kühlrippen durch Lüfter unterstützt.
  • Diese Art von Kühlern muß immer für den ungünstigsten Fall hoher Außentemperaturen und Volllast des Bauelementes ausgelegt werden, um eine Überhitzung zu verhindern, die die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Bauteils verringern würde. Die maximale Arbeitstemperatur liegt bei CPUs je nach Bauart zwischen 60 und 90°C.
  • Im Rahmen der immer schnelleren Taktung von CPUs steigt deren Wärmeabgabe mit jeder neuen Generation sprunghaft an. Während bisher Spitzenleistungen von maximal 30 Watt abgeführt werden mussten, ist in den nächsten 8 bis 12 Monaten mit erforderlichen Kühlleistungen von bis zu 90 Watt zu rechnen. Diese Leistungen können nicht mehr mit den konventionellen Kühlsystemen abgeführt werden.
  • Für extreme Umgebungsbedingungen wie sie z. B. in ferngelenkten Raketenwaffen auftreten sind Kühler, welche die Abwärme von elektronischen Bauteilen in Phasenwechselmaterialien z. B. in Form von Schmelzwärme aufnehmen, beschrieben worden (US 4673030 A, EP 116503 A, US 4446916 A). Diese PCM- Kühler dienen dem kurzfristigen Ersatz einer Abfuhr der Energie an die Umgebung und können (und müssen) nicht mehrfach verwendet werden.
  • Als Speichermedien bekannt sind z. B. Wasser oder Steine/Beton um fühlbare ("sensible") Wärme zu speichern oder Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM) wie Salze, Salzhydrate oder deren Gemische oder organische Verbindungen (z. B. Paraffin) um Wärme in Form von Schmelzwärme ("latenter" Wärme) zu speichern.
  • Es ist bekannt, dass beim Schmelzen einer Substanz, d. h. beim Übergang von der festen in die flüssige Phase, Wärme verbraucht, d. h. aufgenommen wird, die, solange der flüssige Zustand bestehen bleibt, latent gespeichert wird, und daß diese latente Wärme beim Erstarren, d. h. beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase, wieder frei wird.
  • Grundsätzlich ist für das Laden eines Wärmespeichers eine höhere Temperatur erforderlich als beim Entladen erhalten werden kann, da für den Transport bzw. Fluß von Wärme eine Temperaturdifferenz erforderlich ist. Die Qualität der Wärme ist dabei von der Temperatur, bei der sie wieder zur Verfügung steht, abhängig: Je höher die Temperatur ist, desto besser kann die Wärme abgeführt werden. Aus diesem Grund ist es erstrebenswert, daß das Temperaturniveau bei der Speicherung so wenig wie möglich absinkt.
  • Bei sensibler Wärmespeicherung (z. B. durch Erhitzen von Wasser) ist mit dem Eintrag von Wärme eine stetige Erhitzung des Speichermaterials verbunden (und umgekehrt beim Entladen), während latente Wärme nur bei der Phasenübergangstemperatur des PCM gespeichert und entladen wird. Latente Wärmespeicherung hat daher gegenüber sensibler Wärmespeicherung den Vorteil, daß sich der Temperaturverlust auf den Verlust beim Wärmetransport vom und zum Speicher beschränkt.
  • Bislang werden als Speichermedium in Latentwärmespeichern üblicherweise Substanzen eingesetzt, die im für die Anwendung wesentlichen Temperaturbereich einen fest-flüssig-Phasenübergang aufweisen, d. h. Substanzen, die bei der Anwendung schmelzen.
  • So ist aus der Literatur die Verwendung von Paraffinen als Speichermedium in Latentwärmespeichern bekannt. In der Internationalen Patentanmeldung WO 93/15625 werden Schuhsohlen beschrieben, in denen PCM-haltige Mikrokapseln enthalten sind. In der Anmeldung WO 93/24241 sind Gewebe beschrieben, die mit einem Coating, das derartige Mikrokapseln und Bindemittel enthält, beschichtet sind. Vorzugsweise werden hier als PCM paraffinische Kohlenwasserstoffe mit 13 bis 28 Kohlenstoffatomen eingesetzt. In dem Europäischen Patent EP-B-306 202 sind Fasern mit Wärmespeichereigenschaften beschrieben, wobei das Speichermedium ein paraffinischer Kohlenwasserstoff oder ein kristalliner Kunststoff ist und das Speichermaterial in Form von Mikrokapseln in das Fasergrundmaterial integriert ist.
  • In der WO 96/39473 werden Baustoffe mit Wärmeenergiespeichereigenschaften beschrieben, die Paraffine in hydrophobem Silica enthalten. Die Hydrophobierung wird z. B. durch die Beschichtung des Silica mit Silanen oder Silikonen erreicht. Salyer et al. haben in zahlreichen Schutzrechten beschrieben, daß mit Paraffinen getränktes, hydrophobiertes Silica oder Kieselgur nicht oder nur wenig ausblutet, wenn das Paraffin schmilzt.
  • In der DE 100 27 803 wird vorgeschlagen, die Leistungsspitzen eines elektrischen oder elektronischen Bauteiles mit Hilfe von Phasenwechselmaterialien (PCM) zu puffern, wobei die Vorrichtung zum Kühlen von Wärme erzeugenden elektrischen und elektronischen Bauteilen mit ungleichmäßigem Leistungsprofil im wesentlichen aus einer Wärme leitenden Einheit und einer Wärme aufnehmenden Einheit, welche ein Phasenwechselmaterial (PCM) enthält, besteht. Hierbei werden die PCMs in den Kühler auf verschiedene Weise eingebaut. Die notwendigen baulichen Veränderungen an den Kühlern verteuern das Produkt erheblich. Zudem ist der Wärmeübergang von der Wärme abgebenden Einheit auf das PCM nicht zufriedenstellend.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wärmeübergang von einer Wärme abgebenden Einheit auf PCMs zu optimieren und ein Kühlsystem für elektronische Bauteile zur Verfügung zu stellen, das sich durch hohe Verfügbarkeit, geringen Preis, toxikologischer Unbedenklichkeit und einfache Fertigung auszeichnet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch Polymercomposite umfassend Polymere und eine Silica-Matrix in welcher PCMs eingebettet sind und eine Vorrichtung zum Kühlen von Wärme erzeugenden Bauteilen mit ungleichmäßigem Leistungsprofil, bestehend im wesentlichen aus einer Wärme abführenden Einheit (1) und einer Wärme aufnehmenden Einheit (4), welche mindestens ein Polymercomposite gemäß dem Hauptanspruch enthält.
  • Überraschend wurde gefunden, daß ein besonders guter Wärmeübergang von der Wärme abführende Einheit (1) auf die Wärme aufnehmende Einheit (4) erfolgt, wenn die PCMs eingebettet in einer Silica-Matrix in Polymere eingearbeitet sind.
  • Die Verwendung von Polymeren hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie trotz Temperaturschwankungen elastisch bleiben. Dadurch wird auf Dauer ein guter Kontakt zwischen der Wärme abgebenden und aufnehmenden Einheit hergestellt.
  • Vorteilhaft ist auch die gute Verarbeitbarkeit der Polymere. Im nicht ausgehärteten Zustand können die Polymere problemlos in die vorgegebene Form eingebracht werden. Ebenso erfolgt durch die Polymere eine gute Benetzung der jeweiligen Oberfläche.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Vorrichtungen zur Kühlung elektrischer und elektronischer Bauteile, die ein ungleichmäßiges Leistungsprofil aufweisen, wie beispielsweise Speicherchips oder Mikroprozessoren (MPU = micro processing unit) in Desktop und Laptop Computern sowohl auf Motherboard als auch Grafikkarte, Netzteilen und anderen elektronischen Bauelementen, die während des Betriebes Wärme abgeben.
  • Diese Arten der Kühlung mit Hilfe von PCM zum Abfangen von Wärmespitzen sind jedoch nicht auf die Anwendung in Computern beschränkt. Die erfindungsgemäßen Systeme können Anwendung finden in allen Vorrichtungen, die Leistungsschwankungen aufweisen und in denen Wärmespitzen abgefangen werden sollen, weil aufgrund von Überhitzung mögliche Defekte auftreten können. Die Allgemeinheit nicht einschränkende Beispiele hierfür sind Leistungsschaltungen und Leistungsschaltkreise für die Mobilkommunikation, Sendeschaltungen für Mobiltelefone und feste Transmitter, Steuerschaltungen für elektromechanische Stellglieder in der Industrieelektronik und in Kraftfahrzeugen, Hochfrequenzschaltungen für die Satellitenkommunikation und Radar- Anwendungen, Einplatinrechner sowie für Stellglieder und Steuergeräte für Hausgeräte und Industrieelektronik. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Kühlvorrichtungen auch Anwendung finden z. B. in Motoren für Aufzüge, Umspannwerken oder Verbrennungsmotoren.
  • Erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Kühlung sind beispielsweise Kühler. Durch den Einsatz von PCMs in der erfindungsgemäßen Weise können konventionelle Kühlvorrichtungen mit geringerer Kühlleistung verwendet werden, da die extremen Wärmespitzen nicht abgeführt werden müssen, sondern gepuffert werden.
  • Der Wärmestrom vom Wärme erzeugenden Bauteil zum Kühler sollte hierfür nicht unterbrochen werden, d. h. der Wärmestrom sollte zuerst durch die Wärme abführende Einheit, z. B. den Kühler, und nicht zum PCM stattfinden. Eine Unterbrechung in diesem Sinne läge dann vor, wenn die PCM aufgrund der Bauart des Kühlers zunächst die Wärme aufnehmen müssten, bevor die Wärme über die Kühlrippen abgeführt werden könnte - was zu einer Verschlechterung der Leistung des Kühlers bei gegebener Bauart führen würde.
  • Um zu gewährleisten, daß die PCMs nur die Leistungsspitzen aufnehmen, sind die PCMs daher bevorzugt so in oder an der Kühlvorrichtung angeordnet, daß die klassische Kühlleistung der Wärme abführenden Einheit möglichst nicht beeinträchtigt wird und daß ein signifikanter Wärmestrom zum PCM erst dann stattfindet, wenn die Wärme abführende Einheit die Phasenwechseltemperatur TPC des jeweiligen PCM überschreitet. Vor diesem Zeitpunkt strömt nur eine so geringe Menge Wärme ins PCM, wie sie bei normaler Temperaturerhöhung der Umgebung aufgenommen wird. Wird jedoch TPC erreicht, so erfolgt weiterhin Kühlung (d. h. Abführung der Wärme) durch die Wärme abführende Einheit und zusätzlich findet ein erhöhter Wärmestrom zum PCM statt.
  • Ein verbesserter Wärmeübergang von der Wärme abführenden Einheit zur Wärme aufnehmenden Einheit wird durch die gute Haftung des Polymeren am Metall erreicht.
  • In Abhängigkeit von der durch das Wärme erzeugende Bauteil bestimmten kritischen Maximaltemperatur sind alle bekannten PCMs geeignet. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung stehen verschiedene PCMs zur Verfügung. Grundsätzlich können PCMs verwendet werden, deren Phasenwechseltemperatur zwischen -100°C und 150°C liegen. Für die Anwendung in elektrischen und elektronischen Bauteilen sind PCMs im Bereich von Umgebungstemperatur bis 95°C bevorzugt. Dabei können die Materialien ausgewählt sein aus der Gruppe der Paraffine (C20-C45), anorganischen Salze, Salzhydrate und deren Gemische, Carbonsäuren oder Zuckeralkohole. Eine nicht einschränkende Auswahl ist in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1

  • Besonders geeignet sind Paraffine. Wenn es sich um fest/flüssig PCMs handelt, ist es erforderlich, das Austreten dieser Materialien zu verhindern. Als Matrix für die PCMs sind dabei insbesondere Polymere, Graphit, z. B. expandierter Graphit, oder poröse anorganische Stoffe wie z. B. Silica, geeignet. Vorzugsweise wird ein hydrophobiertes Silica verwendet. Für die Versuche wurde ein hydrophobiertes Silica vom Typ "XI 50" der Firma Rubitherm verwendet, das Paraffine enthält, die bei 50-55°C schmelzen. Die Partikel dieses Materials haben einen Durchmesser von ca. 100 µm und sind fast sphärisch. Diese Form ist für die Einarbeitung in eine Polymermatrix besonders günstig, da das Verhältnis Volumen/Oberfläche groß und die zur Benetzung erforderliche Polymermenge klein ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Polymercomposite neben dem eigentlichen Wärmespeicherungsmaterial gegebenenfalls ein Hilfsmittel. Das Wärmespeicherungsmaterial und das Hilfsmittel liegen in Mischung, vorzugsweise in inniger Mischung, vor.
  • Bei dem Hilfsmittel handelt es sich vorzugsweise um eine Substanz oder Zubereitung mit guter thermischer Leitfähigkeit, insbesondere um ein Metallpulver oder -granulat (z. B. Aluminium, Kupfer) oder Graphit. Diese Hilfsmittel gewährleisten eine gute Wärmeübertragung.
  • Die Phasenwechselmaterialien in der Silica-Matrix werden erfindungsgemäß in Polymere eingebracht. Die Polymere stellen bei der Anwendung einen innigen Kontakt, d. h. eine gute Benetzung, zwischen dem Mittel zur Speicherung von Wärme und der Oberfläche der Wärme abführenden Einheit her. Beispielsweise kann so der passgenaue Einbau von Latentwärmespeichern zur Kühlung elektronischer Bauteile erfolgen. Das Polymere verdrängt Luft an den Kontaktflächen und sorgt so für einen engen Kontakt zwischen Wärmespeichermaterial und dem Wärme abführenden Einheit. Vorzugsweise finden derartige Mittel daher Verwendung in Vorrichtungen zur Kühlung von Elektronikbauteilen.
  • Erfindungsgemäße Polymercomposite können jegliches Polymere enthalten, die eine gute Benetzung der jeweiligen Oberflächen ermöglichen. Vorzugsweise sind die Polymere dabei härtbare Polymere oder eine Polymervorstufe, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, die aus Polyurethanen, Polyester, Nitrilkautschuk, Chloropren, Polyvinylchlorid, Silikonen, Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren und Polyacrylaten besteht. Besonders bevorzugt wird Silikon als Polymeres verwendet. Wie die geeignete Einarbeitung der Wärmespeicherungsmaterialen in diese Polymere erfolgt, ist dem Fachmann auf diesem Gebiet wohl bekannt. Es bereitet ihm keine Schwierigkeiten gegebenenfalls die nötigen Zusatzstoffe, wie beispielsweise Additive zu finden, die eine solche Mischung stabilisieren.
  • Die erfindungsgemäßen Polymercomposite enthalten mindestens ein Polymeres, PCMs in einer Silica-Matrix und gegebenenfalls Hilfsmittel und/oder Additive.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, welche im wesentlichen aus einer Wärme abführenden Einheit (1) und einer Wärme aufnehmenden Einheit (4) besteht. Dabei sind Wärme abführende (1) und Wärme aufnehmende Einheit (4) sowie die Wärme erzeugende Einheit (2) derart zueinander angeordnet, daß der Wärmefluß zwischen dem Wärme erzeugenden Einheit (2) und der Wärme abführenden Einheit (1) im direkten Kontakt erfolgt.
  • Bevorzugt sind weiterhin erfindungsgemäße Kühlvorrichtungen, deren Wärme abführende Einheit (1) Oberflächen vergrößernde Strukturen aufweist. Besonders bevorzugt weist die Wärme abführende Einheit (1) Kühlrippen auf. Derartige Strukturen wirken sich positiv auf die konventionelle Kühlleistung aus, so daß die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt effektiver ist. Vorzugsweise hat die Wärme abführende Einheit (1) ferner zur Unterstützung der Kühlleistung ein Gebläse auf der der Wärme erzeugenden Einheit (2) entgegengesetzten Seite.
  • Bevorzugt ist die Wärme erzeugende Einheit (2) ein elektrisches oder elektronisches Bauteil, besonders bevorzugt eine MPU (micro processing unit), insbesondere eine CPU (central processing unit), oder ein Speicherchip eines Computers.
  • Nachfolgend wird ein allgemeines Beispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Das erfindungsgemäße Polymercomposite umfaßt geeignete Polymere als Matrix, in die PCMs in einer Silica-Matrix eingebettet sind. Es kommt eine Vielzahl von Polymeren in Betracht. Geeignet sind Polymere, die elastisch sind und eine gute Benetzung der Oberflächen, zumeist Metalle wie Aluminium oder Kupfer, ermöglichen. Besonders geeignet sind Materialien, die vor Ort aushärtbar sind. Es wurden Silikone, Polyurethane und Polyester als besonders geeignet gefunden.
  • Als PCMs werden bevorzugt Paraffine verwendet, die in einer Silica-Matrix, vorzugsweise in einer hydrophobierten Silica-Matrix, eingebettet sind. Den Polymercompositen werden geeignete Hilfsmittel zugesetzt. Vorzugsweise werden Substanzen mit guter thermischer Leitfähigkeit zugegeben. Besonders geeignet sind Metallpulver, -granulate oder Graphit.
  • Der Anteil der PCMs in den Polymercompositen kann zwischen 5 und 95 Gew.-% liegen. Wird ein Hilfsmittel zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit zugegeben, können beliebige Mischungsverhältnisse eingestellt werden. Geeignet sind Zusammensetzungen mit 5 bis 95 Gew.-% Polymeren, 5 bis 95 Gew.-% PCMs und 5 bis 95 Gew.-% Hilfsstoffe, wobei die Summe immer 100% ergibt. Besonders geeignet sind Zusammensetzungen mit 20-40 Gew.-% Polymeren, 40-60 Gew.-% PCM (in Silica-Matrix) und 10-30 Gew.-% Hilfsmittel zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit.
  • Die so zusammengesetzten Polymercomposite werden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Abb. 1) eingesetzt. Das Material wird so auf der Vorrichtung angebracht, daß ein guter Kontakt zwischen den Polymercompositen (Wärme aufnehmende Einheit) und dem Kühler (Wärme abführenden Einheit) hergestellt wird. Es werden die Polymercomposite (4) so am Kühler (1) angeordnet, daß der Wärmestrom zuerst durch den Kühler und anschließend durch die Polymercomposite bzw. PCMs fließt, d. h. ein signifikanter Wärmestrom von der CPU (2) auf dem Träger (3) zu den PCMs in den Polymercompositen (4) findet erst dann statt, wenn die entsprechenden Kühlerbereiche die Phasenwechseltemperatur TPC des PCM überschreiten. Damit wird gewährleistet, dass die PCMs in den Polymercompositen nur die Leistungsspitzen aufnehmen. Unter Umständen wird das Polymere vor Ort durch die Zugabe von Startern ausgehärtet. Tabelle 2 Erklärung der Bezeichnungen in der Abbildung

  • Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch zu beschränken.
    • Beispiel Beispiel 1
  • Für einen Prozessor, dessen Maximalleitung 90 W beträgt, wird ein Kühler gemäß Abb. 1 konzipiert. Es wird ein Paraffin in einer Silica-Matrix ("XI 50" der Fa. Rubitherm) verwendet, welches ein Paraffin enthält, das bei 50-55°C schmilzt. Es wird ein Polymercomposite aus 70 Gew.-% XI 50 und 30 Gew.-% Silikon hergestellt. Dieses Polymercomposite wird auf den Kühler aufgebracht. Die Kühlleistung des so präparierten Kühlers ist zufriedenstellend.
    • Beispiel 2
  • Für einen Prozessor, dessen Maximalleitung 90W beträgt, wird ein Kühler gemäß Abb. 1 konzipiert. Es wird ein Paraffin in einer Silica-Matrix ("XI 50" der Fa. Rubitherm) verwendet, welches ein Paraffin enthält, das bei 50-55°C schmilzt. Zur Verbesserung der Dynamik des Kühlers werden Wärme leitende Zuschlagstoffe zugegeben.
  • Es wird ein Polymercomposite aus 50 Gew.-% XI 50, 30 Gew.-% Silikon und 20 Gew.-% Aluminium Pulver hergestellt. Dieses Polymercomposite wird auf den Kühler aufgebracht.
  • Es wird eine verbesserte Wärmeaufnahme und -abgabe beobachtet, die sich besonders bei der Regenerierung des PCM bemerkbar macht.
  • In beiden Versuchen werden keine negativen Wechselwirkungen zwischen dem PCM und der Silikon-Matrix festgestellt. Außerdem wurde eine gute Benetzung der Kühleroberflächen beobachtet.

Claims (12)

1. Polymercomposite, geeignet als Matrix für Phasenwechselmaterialien (PCMs) zur Speicherung von Wärme, umfassend Polymere, eine Silica- Matrix in welcher die PCMs eingebettet sind und gegebenenfalls Additive und/oder Hilfsstoffe.
2. Polymercomposite gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als PCMs Paraffine in eine Silica-Matrix eingebettet werden.
3. Polymercomposite nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die PCMs in hydrophobiertem Silica eingebettet sind.
4. Polymercomposite nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die PCMs in einer Silica-Matrix in Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe der Silikone, Polyurethane und Polyester, eingearbeitet werden.
5. Polymercomposite nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Polymeren Hilfsmittel zugegeben werden.
6. Polymer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmittel eine Substanz mit guter thermischer Leitfähigkeit, insbesondere ein Metallpulver, ein Metallgranulat oder Graphit ist.
7. Vorrichtung zum Kühlen von Wärme erzeugenden Bauteilen, bestehend im wesentlichen aus einer Wärme abführenden Einheit und einer Wärme aufnehmenden Einheit, welche mindestens ein Polymercomposite gemäß einem der Ansprüche 1-6 enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme abführende Einheit Oberflächen vergrößernde Strukturen, insbesondere Kühlrippen, aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme abführende Einheit zur zusätzlichen Kühlung ein Gebläse aufweist.
10. Computer, enthaltend Polymercomposite gemäß Anspruch 1-6.
11. Verwendung von Polymercompositen gemäß Anspruch 1-6 in Computern und elektronischen Datenverarbeitungssystemen.
12. Verwendung von Polymercompositen gemäß Anspruch 1-6 in Leistungsschaltungen und Leistungsschaltkreisen für die Mobilkommunikation, Sendeschaltungen für Handys und feste Transmitter, Steuerschaltungen für elektromechanische Stellglieder in der Industrieelektronik und in Kraftfahrzeugen, Hochfrequenzschaltungen für die Satellitenkommunikation und Radar-Anwendungen, Einplatinrechner sowie für Stellglieder und Steuergeräte für Hausgeräte und Industieelektronik.
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KR10-2004-7010607A KR20040081115A (ko) 2002-01-07 2002-12-13 냉각 장치에서의 고분자 복합재 내 상변화 재료(ｐｃｍ)로서 파라핀-함유 분말의 용도
AU2002360968A AU2002360968A1 (en) 2002-01-07 2002-12-13 Use of paraffin-containing powders as phase-change materials (pcm) in polymer composites in cooling devices
CA002472278A CA2472278A1 (en) 2002-01-07 2002-12-13 Use of paraffin-containing powders as phase-change materials (pcm) in polymer composites in cooling devices
PCT/EP2002/014180 WO2003057795A1 (de) 2002-01-07 2002-12-13 Einsatz von paraffinhaltigen pulvern als pcm in polymercompositen in kühlvorrichtungen
JP2003558098A JP2005514491A (ja) 2002-01-07 2002-12-13 冷却デバイス内のポリマー複合材料における相変化物質（ｐｃｍ）としてのパラフィン含有粉末の使用
US10/500,818 US20050104029A1 (en) 2002-01-07 2002-12-13 Use of paraffin-containing powders as phase-change materials (pcm) in polymer composites in cooling devices

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AU (1) AU2002360968A1 (de)
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DE (1) DE10200318A1 (de)
WO (1) WO2003057795A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10329583A1 (de) * 2003-06-30 2005-02-03 Behr Gmbh & Co. Kg Werkstoff für Formteile
EP1598406A1 (de) * 2004-05-18 2005-11-23 Sgl Carbon Ag Latentwärmespeichermaterial
DE102004055475B3 (de) * 2004-11-17 2006-07-20 Schott Ag Kochfeld
DE202008000949U1 (de) * 2008-01-22 2009-03-12 Steca Elektronik Gmbh Aus einer elektronischen Schaltung und einer Kühleinheit bestehende Vorrichtung
US7923112B2 (en) 2005-05-12 2011-04-12 Sgl Carbon Se Latent heat storage material and process for manufacture of the latent heat storage material
EP2154938A3 (de) * 2008-08-15 2011-12-14 Lighting Science Group Corporation Nachhaltiges endothermisches Wärmeablösungsverfahren und Vorrichtung
DE102013215255A1 (de) * 2013-08-02 2015-02-05 Siemens Aktiengesellschaft Elektronisches oder elektrisches Bauteil mit PCM-haltiger Kühlung

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG145539A1 (en) * 2004-03-09 2008-09-29 Micron Technology Inc Integrated circuit (ic) test assembly including phase change material for stabilizing temperature during stress testing of integrated circuits and method thereof
CN102422432A (zh) * 2009-05-14 2012-04-18 马迪可公司 用于光伏组件的散热保护片和密封材料
US9016374B2 (en) 2009-06-12 2015-04-28 Baker Hughes Incorporated Heat removal in drilling and production operations
TW201128787A (en) * 2010-02-12 2011-08-16 A2Peak Power Co Ltd Solar module and manufacture method thereof
JP2013010915A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Masaru Hiyamizu 熱吸収材とその製品
WO2013103596A1 (en) * 2012-01-03 2013-07-11 Phase Change Energy Solutions, Inc. Compositions comprising phase change materials and methods of making the same
CN103374333B (zh) * 2012-04-13 2016-04-27 南京德朔实业有限公司 一种复合相变材料
FR2993894B1 (fr) * 2012-07-25 2014-08-01 Hutchinson Composition de caoutchouc a base d'un elastomere silicone et d'un mcp, son procede de preparation, element souple et systeme de controle/regulation thermique l'incorporant.
US9598622B2 (en) 2012-09-25 2017-03-21 Cold Chain Technologies, Inc. Gel comprising a phase-change material, method of preparing the gel, thermal exchange implement comprising the gel, and method of preparing the thermal exchange implement
WO2014052409A2 (en) 2012-09-25 2014-04-03 Cold Chain Technologies, Inc. Gel comprising a phase-change material, method of preparing the gel, and thermal exchange implement comprising the gel
WO2014144065A2 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Finsix Corporation Method and apparatus for controlling heat in power conversion systems
EP2881690B1 (de) * 2013-12-09 2016-08-17 TuTech Innovation GmbH Kühlvorrichtung zur Abfuhr eines Wärmestromes
SG11201607806VA (en) 2014-03-26 2016-10-28 Cold Chain Technologies Inc Gel comprising a phase-change material, method of preparing the gel, thermal exchange implement comprising the gel
TW201623566A (zh) * 2014-11-03 2016-07-01 漢高智慧財產控股公司 具有基質及分散於其中之酸與週期表第ｉ族或第ｉｉ族元素之水合鹽的組成物及以其組裝之電子裝置
KR200486295Y1 (ko) * 2016-04-05 2018-04-27 엘에스산전 주식회사 전원 장치 방진 구조
DE102016209098A1 (de) 2016-05-25 2017-11-30 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Kautschuk- oder elastomerzusammensetzungen und verfahren zu deren herstellung
FR3058262A1 (fr) * 2016-10-31 2018-05-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif electronique protege
WO2019046154A1 (en) * 2017-09-01 2019-03-07 Rogers Corporation PHASE CHANGE FUSE POWDERS FOR THERMAL MANAGEMENT, METHODS OF MAKING SAME, AND ARTICLES CONTAINING POWDERS
KR102274205B1 (ko) * 2019-08-01 2021-07-08 한국과학기술연구원 흡습성 고분자를 이용한 방열 구조 및 이를 포함하는 열전 모듈
CA3097436A1 (en) 2019-11-29 2021-05-29 Eavor Technologies Inc Drilling fluid composition and method for cooling in high temperature formations
US20230110020A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Simmonds Precision Products, Inc. Heatsinks
WO2024049205A1 (ko) * 2022-08-30 2024-03-07 주식회사 엘지화학 조성물
CN117042420B (zh) * 2023-10-09 2023-12-22 北京航空航天大学 一种带有糖醇类pcm储能单元的电子设备散热系统及方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5477917A (en) * 1990-01-09 1995-12-26 The University Of Dayton Dry powder mixes comprising phase change materials
EP0630195B1 (de) * 1992-02-18 1999-09-01 Delta Thermal Systems, Inc. Formbarer schaumstoff mit reversiblen warmespeicherungseigenschaften
US5499460A (en) * 1992-02-18 1996-03-19 Bryant; Yvonne G. Moldable foam insole with reversible enhanced thermal storage properties
US5366801A (en) * 1992-05-29 1994-11-22 Triangle Research And Development Corporation Fabric with reversible enhanced thermal properties
US5601744A (en) * 1995-01-11 1997-02-11 Vesture Corp. Double-walled microwave cup with microwave receptive material
US5565132A (en) * 1995-06-06 1996-10-15 The University Of Dayton Thermoplastic, moldable, non-exuding phase change materials
US5755216A (en) * 1995-06-06 1998-05-26 The University Of Dayton Building products incorporating phase change materials and method of making same
US6261871B1 (en) * 1999-03-11 2001-07-17 Conexant Systems, Inc. Method and structure for temperature stabilization in flip chip technology
US6848500B1 (en) * 1999-03-11 2005-02-01 Skyworks Solutions, Inc. Cooling system for pulsed power electronics
WO2000061360A1 (en) * 1999-04-14 2000-10-19 Lendell Manufacturing Inc. Thermal managing foam insulation

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10329583A1 (de) * 2003-06-30 2005-02-03 Behr Gmbh & Co. Kg Werkstoff für Formteile
EP1598406A1 (de) * 2004-05-18 2005-11-23 Sgl Carbon Ag Latentwärmespeichermaterial
US7235301B2 (en) 2004-05-18 2007-06-26 Sgl Carbon Ag Latent heat storage material, latent heat storage unit containing the material, processes for producing the material and the unit and processes for using the material
CN1699497B (zh) * 2004-05-18 2010-07-21 Sgl碳股份公司 潜热储存材料
DE102004055475B3 (de) * 2004-11-17 2006-07-20 Schott Ag Kochfeld
US7923112B2 (en) 2005-05-12 2011-04-12 Sgl Carbon Se Latent heat storage material and process for manufacture of the latent heat storage material
DE202008000949U1 (de) * 2008-01-22 2009-03-12 Steca Elektronik Gmbh Aus einer elektronischen Schaltung und einer Kühleinheit bestehende Vorrichtung
EP2154938A3 (de) * 2008-08-15 2011-12-14 Lighting Science Group Corporation Nachhaltiges endothermisches Wärmeablösungsverfahren und Vorrichtung
US8631855B2 (en) 2008-08-15 2014-01-21 Lighting Science Group Corporation System for dissipating heat energy
DE102013215255A1 (de) * 2013-08-02 2015-02-05 Siemens Aktiengesellschaft Elektronisches oder elektrisches Bauteil mit PCM-haltiger Kühlung

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Publication number Publication date
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