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Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Wärmespeicherung mit wenigstens einer Wärmespeichersubstanz, insbesondere mit einer zumindest in einem Bereich des zulässigen Temperaturbereichs flüssigen Wärmespeichersubstanz, die in einer Trägersubstanz aufgenommen ist, wobei die Trägersubstanz einen Schaum aus einem organischen Material umfasst, nämlich einen offenzelligen Hartschaum aus Polyurethan (PUR) und/oder Polyisocyanat (PIR) oder einen extrudierten Polystyrolschaum (XPS), mit einer Dichte des Schaums von wenigstens 20 kg/cm3 und höchstens 120 kg/cm3, wobei der Schaum von wenigstens einer Wärmespeichersubstanz durchsetzt ist, die nichtmetallisch und unmagnetisch ist, weder aus einem Silikat besteht noch aus einem Harz, und unverkapselt in den Poren des Schaums eingelagert ist; sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.
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Für die Speicherung von Flüssigkeiten gibt es verschiedene Verfahren, von denen das Abfüllen in Gefäße das gebräuchlichste ist. Speichert man Flüssigkeiten in mikroskopisch kleinen „Gefäßen” oder Kapseln, so spricht man von Mikroverkapselung. Hierbei sind derartige Mikroverkapselungen bekannt, bei denen einzelne Tropfen der einzuschließenden Flüssigkeit in einer dünnen Schicht eines Polymers eingeschlossen sind. Ungünstig hierbei ist, dass nur ein relativ geringer Volumenfüllgrad des Gesamtsystems erreicht werden kann und eine technisch sehr aufwändige Füll- bzw. Kapseltechnik angewendet werden muss.
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WO 00/61360 offenbart ein Dämmmaterial aus geschäumtem Polyurethan, wobei während dessen Herstellung ein Phasenübergangsmaterial PCM (phase change material) dem noch ungeschäumten Polyurethan beigemischt wird. Das Phasenübergangsmaterial füllt also keine der erst später entstehenden Poren des Schaums an. Es gibt also nur einen vergleichsweise geringen Anteil des Phasenübergangsmaterials.
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Auch die
US 2003/0124318 A1 bezieht sich auf Dämmmaterialien, insbesondere solche, welche ein unverkapseltes Phasenübergangsmaterial enthalten. In dem dortigen Beispiel 1 wird zwar Polyurethan-Schaum als Trägermaterial verwendet; der Anteil des Phasenübergangsmaterials an dem fertigen Produkt ist jedoch äußerst gering und füllt das Porenvolumen nicht einmal zu 15% an; daher ist ein solches Material schlecht geeignet, um ein vorgegebenes Temperaturniveau über einen längeren Zeitraum zu stabilisieren.
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Der
DE 41 16 872 A1 ist ebensowenig eine Vorrichtung zur Wärmespeicherung mit wenigstens einer Wärmespeichersubstanz zu entnehmen, die in einer Trägersubstanz aufgenommen ist, wie der
US 2005/0043424 A1 .
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine Vorrichtung zur Wärmespeicherung und ein Verfahren zu deren Herstellung zu finden, mit dem die aufwändige Mikroverkapselung vermieden werden kann und gleichzeitig die verflüssigbare Wärmespeichersubstanz dauerhaft und stabil in einem preiswerten Körper eingeschlossen ist, und wobei auch gute Temperatur stabilisierende Eigenschaften erzielbar sind.
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Die Lösung dieses Problems gelingt bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch, dass die Wärmespeichersubstanz wenigstens 80 Vol.-% der offenen Poren in der Trägersubstanz anfüllt.
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Polyisocyanante sind vorzugsweise organische Verbindungen, die im Molekül zwei oder mehr Isocyanatgruppierungen (-NCO) enthalten; sie dienen meist als Ausgangsstoffe für Polyurethane.
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Bei den verwendeten Polyurethanen kann es sich um lineare, verzweigte und/oder vernetzte Kettenmoleküle handeln. Vorzugsweise werden Polyurethanhartschäume durch Polyaddition aus Di- oder Tri-Isocyanten an Polyolen gebildet, insbesondere wenn blähende und schaumbildende Treibgase aus chlorhaltigen Fluorkohlenstoffen zugegen sind, und/oder Wasser und/oder Carbonsäuren, denn diese wirken mit den Isocyanaten unter Abspaltung von blähend und schaumbildend wirkendem Kohlendioxid.
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Polystyrole sind thermoplastische Polymere des Styrols mit der allg. Formel (-CH2-CH(C6H5)-)n. Polystyrol ist gegen Säuren, Laugen und Alkohole beständig, gegenüber den meisten Lösungsmitteln dagegen unbeständig. Durch Wärmeeinwirkung aufgeschäumt, erhält man einen stabilen, leichten, wärmeisolierenden, wasserbeständigen Schaumstoff mit einem Raumgewicht von ca. 15–30 kg/m3.
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Ein (Hart-) Schaum bestehend aus Zellwänden und Stegen läßt sich derart herstellen, dass 100% der Poren geöffnet sind. Die Öffnungen in diesem offenporigen Schaum sind allerdings nur Zellöffnungen im Bereich bis zu einigen hundert Nanometer. Beim Eintauchen eines solchen Schaumes in eine Flüssigkeit würde es daher sehr lange dauern, bis die Luft im Schaum verdrängt ist und zumindest teilweise durch Flüssigkeit ersetzt wird. Überraschenderweise hat der Erfinder jedoch festgestellt, dass ein derartiger, offenporiger (Hart-) Schaum, insbesondere Polyurethanhartschaum, einfach, schnell und vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllt werden kann.
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Es hat sich als günstig erwiesen, dass der Schaum Stege und Zellwände aufweist, deren Durchdringungen und/oder Poren überwiegend im Durchmesserbereich unterhalb von 10 Mikrometer liegen. Wie sich gezeigt hat, ist dieser geringe Öffnungsbereich für die Herstellung bzw. Durchtränkung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kein Hindernis mehr; er bietet jedoch andererseits den Vorteil einer besonders intensiven Kapillarwirkung, welche das einmal eingesaugte Füllmaterial auf Dauer zuverlässig zurückhält.
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Die Erfindung empfiehlt, einen Schaum zu verwenden, dessen Zellen durch ein chemisches Verfahren geöffnet sind. Im Gegensatz zu mechanischen Verfahren, die eher im makroskopischen Bereich arbeiten, gewährleisten chemische Verfahren, dass im mikroskopischen Bereich nahezu alle Zellen geöffnet werden.
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In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Schaum Zellen aufweist, die durch die Zugabe von Partikeln, vorzugsweise Nanopartikeln, geöffnet sind. Derartige Nanopartikel bewahren den Schaumkörper vor größeren Zerstörungen, so dass ein optimaler Kompromiss zwischen der Öffnung der Poren und der Erhaltung der Struktur des Schaumkörpers gefunden ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich einerseits daraus, dass der Schaum eine Dichte von wenigstens 35 kg/m3 aufweist, insbesondere von wenigstens 50 kg/m3, sowie andererseits daraus, dass der Schaum eine Dichte von höchstens 100 kg/m3 aufweist, insbesondere von höchstens 70 kg/m3. Diese geringe Dichte erlaubt es, große Mengen des Wärmespeichermaterials aufzunehmen.
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Bevorzugt weist der Schaum die Gestalt eines makroskopischen Körpers auf, insbesondere die Form eines Spats, eines Quaders und/oder einer Platte. Derartige Körper lassen sich in ihrer Geometrie nahezu beliebig formen und dadurch den unterschiedlichsten Aufgaben anpassen. Platten haben den Vorteil einer großen Oberfläche im Verhältnis zum Volumen. Daher ist der Wärmeaustausch mit der Umgebung besonders intensiv, und daher können auch lokal kaum Abweichungen von einer einmal eingestellten Temperatur auftreten.
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Anderseits sollte ein solcher Schaum-Körper luftdicht umhüllt sein, vorzugsweise von einer lückenlos verschweißten, luftdichten Folie, insbesondere von einer Aluminiumfolie. Diese hat die Aufgabe, selbst flüchtige Wärmespeichermittel hundertprozentig zurückzuhalten, um einen dauerhaften Betrieb bspw. als Wärme- oder Kälteakku zu gewährleisten.
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Wie oben ausgeführt, kann der zugrunde liegende Hartschaum beispielsweise als Platte vorliegen; bewährt hat sich aber auch eine Struktur der Hartschaums in Form von Granulat, Stücken und/oder Pellets.
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Insbesondere wenn der mittlere Durchmesser der Granulatpartikel, Stücken oder Pellets bei maximal 15 mm liegt, vorzugsweise bei maximal 10 mm, insbesondere bei maximal 5 mm, ist ein intensiver Wärmeaustausch mit der Umgebung gewährleistet, selbst wenn die Wärmeleitfähigkeit des Trägermaterials nicht allzu hoch ist.
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Es ist darüber hinaus sogar denkbar, dass der Schaum mit zwei oder mehreren verschiedenen Substanzen getränkt ist, vorzugsweise in zwei verschiedenen Zonen des Schaumes. Beispielsweise kann ein Körper der Trägersubstanz, insbesondere eine Platte eines offenzelligen PUR-Hartschaumes, zu einem Teil mit einer ersten Flüssigkeit und zu einem anderen Teil mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllt sein.
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Die Wärmespeichersubstanz sollte einen Phasenübergang aufweisen, insbesondere vom festen zum flüssigen Zustand, bei einer Temperatur von wenigstens –80°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von wenigstens –60°C, insbesondere bei einer Temperatur von wenigstens –40°C. Ebenso vorteilhaft ist es, wenn die Wärmespeichersubstanz einen Phasenübergang aufweist, insbesondere vom festen zum flüssigen Zustand, bei einer Temperatur von höchstens 80°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von höchstens 60°C, insbesondere bei einer Temperatur von höchstens 40°C. Ganz besonders bewährt hat sich eine Anordnung, wobei die Wärmespeichersubstanz einen Phasenübergang vom festen zum flüssigen Zustand aufweist in einem Temperaturintervall von –80°C bis 80°C, vorzugsweise in einem Temperaturintervall von –60°C bis 60°C, insbesondere in einem Temperaturintervall von –40°C bis 40°C. Gleichzeitig soll jedoch in diesem Temperaturbereich das Material der Trägersubstanz weder einen Phasenübergang aufweisen noch eine sonstige chemische oder physikalische Transformation durchlaufen, sondern eine stabile Matrix bilden, in welcher die Wärmespeichersubstanz selbst in verflüssigtem Zustand infolge der Kapillarkräfte zuverlässig zurückgehalten wird. Insofern bestimmen weniger die Eigenschaften der Wärmespeichersubstanz den zulässigen Temperaturbereich, sondern zu einem gleichen oder gar größeren Maße die Eigenschaften der Trägersubstanz.
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Um eine gute Temperaturstabilisierung zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass die latente Wärme der Wärmespeichersubstanz beim Phasenübergang, insbesondere vom festen zum flüssigen Zustand, bei wenigstens 150 kJ/kg liegt, vorzugsweise bei wenigstens 160 kJ/kg, insbesondere bei wenigstens 170 kJ/kg. Je höher dieser Wert liegt, um so länger kann sich die Wärmespeichersubstanz dem Einfluß äußerer Wärmequellen oder -senken widersetzen und dabei die Temperatur in dem betreffenden Raum stabilisieren.
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Wenn die spezifische Wärmekapazität der Wärmespeichersubstanz im festen Zustand bei wenigstens 1,2 kJ/(kg·K) liegt, vorzugsweise bei wenigstens 1,4 kJ/(kg·K), insbesondere bei wenigstens 1,6 kJ/(kg·K), und/oder wenn die spezifische Wärmekapazität der Wärmespeichersubstanz im flüssigen Zustand bei wenigstens 1,8 kJ/(kg*K) liegt, vorzugsweise bei wenigstens 2,0 kJ(kg·K), insbesondere bei wenigstens 2,2 kJ/(kg·K), so ist darüber hinaus gewährleistet, dass selbst nach vollständiger Ausschöpfung des latenten Wärmespeichervermögens der folgende Temperaturanstieg oder -abfall zeitlich gestreckt wird, so dass immer noch eine gewisse zeitliche Reserve verbleibt, um bspw. den Verbrauch von Kühlakkus zu erkennen und dieselben rechtzeitig ersetzen zu können.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Wärmespeichersubstanz bei 20°C eine Dichte von wenigstens 0,6 g/ml aufweist, vorzugsweise von wenigstens 0,65 g/ml, insbesondere von wenigstens 0,7 g/ml. Im fertigen Produkt sollte die Masse der Wärmespeichersubstanz diejenige der Trägersubstanz übersteigen und damit die Eigenschaften, insbesondere die thermischen Eigenschaften, bestimmen.
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Wenn die Wärmespeichersubstanz bei 20°C eine Oberflächenspannung von wenigstens 20 mN/m aufweist, vorzugsweise von wenigstens 25 mN/m, insbesondere von wenigstens 30 mN/m, so ist eine gute Benetzung im Bereich der Poren gewährleistet, und eine hohe Kapillarkraft hält die Wärmespeichersubstanz innerhalb des Schaums zuverlässig fest, selbst wenn die Wärmespeichersubstanz sich verflüssigt hat.
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Die Wärmespeichersubstanz sollte eine reaktionsträge Substanz sein, insbesondere gegenüber dem Material der Trägersubstanz. Hierdurch ergibt sich eine weitere Relation zwischen Wärmespeichersubstanz und Trägersubstanz. Gerade PUR- und/oder PIR-Schäume zeichnen sich durch eine hohe mechanische Robustheit und chemische Inertheit gegenüber vielen Materialien aus Polystyrol ist jedoch empfindlich gegenüber einer Vielzahl von Lösungsmitteln. Die verschiedenen Arten von Schäumen eröffnen daher einen weiten Einsatzbereich für viele Füllmaterialien; dennoch sollten die verwendbaren Wärmespeichermedien keine chemisch aggressiven Eigenschaften aufweisen, insbesondere gegenüber dem verwendeten Schaum-Material. Gerade saure und sauer reagierende Substanzen sind weniger geeignet; der pH-Wert der Wärmespeichersubstanz sollte sich deshalb zumindest in der Nähe des neutralen Bereichs bewegen: Bspw. etwa bei einem pH-Wert von wenigstens 3 oder drüber, vorzugsweise einem pH-Wert von wenigstens 4, insbesondere einem pH-Wert von wenigstens 5. Andererseits etwa bei einem pH-Wert von höchstens 11, vorzugsweise von höchstens 10, insbesondere von höchstens 9.
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Die Wärmespeichersubstanz sollte ein Nichtmetall sein. Aus dem Bereich der Metalle wäre vor allem Quecksilber interessant, welches bei Zimmertemperatur flüssig ist; da dieses einzige, in Frage kommende Material andererseits jedoch hochgiftig ist, scheiden im Grunde genommen sämtliche Metalle als Wärmespeichersubstanz aus.
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Andererseits kann die Wärmespeichersubstanz wenigstens eine zur Einstellung des Schmelzpunktes beigemischte Substanz aufweisen, bspw. ein Salz. Gerade bei Wasser hat die Beimengung von Salz, insbesondere Natriumchlorid, einen erheblichen Einfluß auf den Schmelzpunkt, der sich dadurch in weiten Grenzen verändern läßt. Eine andere Substanz zur Veränderung des Schmelzpunktes ist bspw. Glycerin.
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Als Wärmespeichersubstanz kommen anorganische Substanzen in Frage, bspw. Wasser und/oder wenigstens eine Salzlösung und/oder wenigstens ein Hydrat, insbesondere ein Salzhydrat, und/oder wenigstens eine eutektische Lösung, oder ein Gemisch derartiger Substanzen.
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Das bekannteste Wärmespeichermaterial ist Wasser, das bei einer Temperatur von 0°C einen Phasenübergang von fest nach flüssig aufweist. Gerade Wasser ist jedoch ein besonders problematisches Füllmaterial, weil es eine Anomalie in der Dichte aufweist: Viele Schäume werden beim Einfrieren aufgesprengt und dadurch zumindest partiell zerstört.
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Anderseits ist es auch möglich, dass die Wärmespeichersubstanz wenigstens eine organische Substanz umfaßt, vorzugsweise ohne eine funktionelle Gruppe, oder ein Gemisch derartiger Substanzen. Eine Vielzahl organischer Substanzen hat derart niedrige Schmelzpunkte, wie sie von der Erfindung gefordert werden.
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Besonders eignet sich als Wärmespeichersubstanz wenigstens ein vorzugsweise gesättigter Kohlenwasserstoff, vorzugsweise wenigstens ein Paraffin und/oder ein höheres n- und/oder Iso-Alkan, insbesondere eine Substanz der Summenformel CnH2n+2, wobei n ≥ 9, vorzugsweise n ≥ 10, insbesondere n ≥ 11, und/oder wobei n ≤ 36, vorzugsweise n ≤ 34, insbesondere n ≤ 32. Neben solchen Füllmaterialien sind jedoch alle anderen, als latente Wärmespeicher verwendbaren Flüssigkeiten denkbar, sofern sie in chemischer Hinsicht mit dem verwendeten Trägermaterial kompatibel sind, d. h., weder miteinander reagieren noch sich zersetzen od. dgl.
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Die Erfindung erlaubt es, dass die Wärmespeichersubstanz wenigstens 85 Vol.-% der offenen Poren in der Trägersubstanz anfüllt, insbesondere wenigstens 90 Vol.-% der offenen Poren in der Trägersubstanz. Die verbleibenden Hohlräume in der Trägersubstanz können evtl. mit einer Atmosphäre gefüllt sein, die mit der Wärmespeichersubstanz gesättigt ist.
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Jedoch kann es durchaus sinnvoll sein, wenn die Wärmespeichersubstanz die Poren des Schaumkörpers zu weniger als 90 Vol.% anfüllt, aber wenigstens zu 80% anfüllt. Dadurch verbleibt innerhalb des Körpers ein nicht getränktes Volumen, das entweder luftleer bleibt, sofern eine betreffende Pore von der Atmosphäre vollständig getrennt ist, oder das sich durch Druckausgleich gegenüber der Atmosphäre allmählich mit Luft füllt. Dieses Volumen kann später bei Veränderung der Temperatur als „inneres” Ausdehnungsvolumen dienen, so dass der Schaumkörper seine makrsokopischen Abmessungen auch bei erheblichen Temperaturveränderungen nicht ändert; dies ist insbesondere wichtig, damit eine ggf. vorhandene Umhüllungsfolie nicht reißt.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein als Trägersubstanz verwendeter Schaumkörper zunächst evakuiert wird und anschließend mit der flüssigen Wärmespeichersubstanz durchtränkt wird.
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Überraschend wurde festgestellt, dass in einem erfindungsgemäß verwendeten Schaum mit Hilfe einer Evakuierungstechnik die Poren praktisch zu 100% mit dem Wärmespeichermedium gefüllt werden können. Erfindungsgemäß erfolgt die Beladung durch Anlegen eines Vakuums an das gesamte Schaumvolumen. Zu diesem Zweck wird der Schaum in eine Vakuumkammer gelegt und die Luft herausgepumpt. Der Prozess findet bei Temperaturen oberhalb des Schmelz-/Erstarrungspunktes der Flüssigkeit statt. Anschließend wird der evakuierte Schaum in die Flüssigkeit getaucht. Dadurch wird die Flüssigkeit praktisch vollständig in den Schaum eingesogen. Dies führt insgesamt zu einer Beladung von bis zu 97% des Volumens, was außergewöhnlich hoch ist. Nach dem Belüften der Vakuumkammer und nach Ablauf einer gewissen Wartezeit von beispielweise 5 Minuten für das Vollsaugen des Schaumes wird der mit Flüssigkeit befüllte Hartschaum entnommen. Der Schaum zeigt ein unerwartet hohes Rückhaltevermögen der eingesogenen Flüssigkeit. Dies ist auf die relativ kleinen Zellöffnungen zurückzuführen, die jedoch trotzdem eine ausreichende Offenporigkeit gewährleisten.
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Nach der geeigneten Befüllung mit dem hier beschriebenen Verfahren bleibt die Oberfläche des Schaumes trocken, was ein erheblicher Vorteil für die weitere Handhabung des Schaumes ist.
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Wird der Schaum nach dem erfindungsgemäßen Verfahren z. B. mit Paraffinen gefüllt, erhält man ein leicht handzuhabendes Speichermaterial für Wärme, das die Temperatur der Umgebung längere Zeit auf dem Niveau der Schmelztemperatur des eingesogenen Materials hält.
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Zur Beschleunigung des Einsaugens der flüssigen Wärmespeichersubstanz kann dieselbe und/oder wenigstens ein Schaumkörper während des Durchtränkens einem Überdruck ausgesetzt werden. Dabei ist es wünschenswert, einen Unterdruck, insbesondere Vakuum, im Bereich des Schaums möglichst zeitnah oder sogar gleichzeitig mit einem Überdruck im Bereich der Flüssigkeit einwirken zu lassen, so dass die evakuierten Poren des Schaums keine Gelegenheit erhalten, sich vor dem Ansaugen der Flüssigkeit mit einem anderen Medium zu füllen. Bspw. könnte eine zunächst evakuierte Kammer samt darin aufgenommenem Schaum ohne zwischenzeitlichen Ausgleich des Unterdrucks mit der einzusaugenden Flüssigkeit geflutet werden, und anschließend könnte eben ein Überdruck angelegt werden, bspw. durch weiteres Pumpen der Flüssigkeit, um diese regelrecht in die Hohlräume des evakuierten Schaums hineinzupressen.
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Unter Umständen – bspw. bei Verwendung von Wasser als Wärmespeichersubstanz, welches einen vergleichsweise großen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist – kann es vorteilhaft sein, die Poren in dem Schaumkörper zu weniger als 90 Vol.-% mit der Wärmespeichersubstanz anzufüllen, aber wenigstens zu 80% anzufüllen. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass der Schaumkörper vor dem Tränken nicht vollständig evakuiert wird, sondern bspw. nur auf 10% des atmosphärischen Drucks, so dass etwa 10% der Luft darin verbleibt und den Tränkungsvorgang entsprechend begrenzt; oder durch Zuführung eines begrenzten Volumens der flüssigen Wärmspeichersubstanz, bei dessen vollständigem Einsaugen die Hohlräume innerhalb des Schaumkörpers nicht vollständig gefüllt werden, oder indem die Durchtränkungszeit genau eingestellt und der Tränkungsvorgang vorzeitig abgebrochen wird.
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Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass wenigstens ein Schaumkörper nach dem Durchtränken von einer Umhüllung luftdicht umschlossen wird, vorzugsweise einer Kunststoffschicht und/oder einer Glas- oder Metallschicht, insbesondere von einer luftdichten Umhüllungsfolie. Diese Umhüllungsfolie soll als luft- und/oder gasundurchlässige Barriere verhindern, das sich ein bspw. flüchtiges Wärmespeichermedium im flüssigen Zustand durch Verdampfen allmählich verflüchtigen kann; die Umhüllungsfolie hält diese Dampf- bzw. Gasanteile innerhalb des Schaumkörpers fest, bis sie bei einer folgenden Abkühlung sich wieder verflüssigen und schließlich sogar wieder erstarren. Daher lassen sich solchermaßen aufgebaute Wärme- oder Kühlakkus nahezu beliebig lange wiederverwenden.
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Anwendungsgebiete für einen getränkten Schaum nach dem hier beschriebenen Verfahren sind alle Anwendungen für Wärme- und Kältespeicher. Selbst bei Verletzungen der Hülle tritt keine Flüssigkeit aus dem Kern aus.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
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1 einen Querschnitt durch einer Zelle des Schaumkörpers der Trägersubstanz;
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2 die Schaumzelle aus 1 in befülltem Zustand; sowie
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3 eine Vorrichtung zur Befüllung des Schaumkörpers aus 1 in einer schematischen Ansicht.
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Die Schaumzelle 1 aus 1 besteht aus Stegen 2 und Zellwänden 3 mit Löchern 4 in der Zellwand 3 mit einem Durchmesser deutlich kleiner als der Zelldurchmesser.
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2 zeigt dieselbe Schaumzelle 1 in mit einer als Wärmespeichermedium diendenden Flüssigkeit 5 – bspw. Wasser oder ein Paraffin bzw. höheres Alkan – gefülltem Zustand. Durch die kleinen Poren 4 und die damit verbundenen Kapillarkräfte kann die eingeschlossene, als Wärmespeichermedium diendende Flüssigkeit 5 nicht mehr ausfließen, so dass dieses Wärmespeichermedium unbedenklich und beliebig oft den Aggregatszustand von fest nach flüssig und umgekehrt wechseln kann.
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Die Schaumzelle 1 ist Bestandteil eines blockförmigen Schaumkörpers 8, der In 3 dargestellt ist. Um diesen von dem unbefüllten Zustand gemäß 1 in den befüllten Zustand gemäß 2 zu überführen, wird er in ein hermetisch geschlossenes Gefäß 6 eingebracht. Dieses wird daraufhin durch einen Absaugstutzen 7 evakuiert. Schließlich wird das Gefäß 6 mit der als Wärmespeichermedium dienenden Flüssigkeit 5 überflutet bzw. gefüllt, ohne zuvor einen Druckausgleich herbeizuführen bzw. das Vakuum abzubauen. Schließlich kann die als Wärmespeichermedium dienende Flüssigkeit 5 sogar unter Druck gesetzt werden, bspw. mittels einer starken Pumpe. Dadurch saugt sich der blockförmige Schaumkörper 8 mit der als Wärmespeichermedium dienenden Flüssigkeit 5 voll. Ist dies geschehen, kann der befüllte Schaumkörper 8 aus dem Gefäß 6 entnommen und in eine Aluminiumfolie luft- und gas- bzw. dampfdicht eingeschweißt werden, damit das verflüssigte Wärmespeichermedium sich nicht verflüchtigen kann.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Füllungsgrade von mehr als 90 Vol.-% der offenen Poren erzielen, vorzugsweise 95 Vol.-% oder mehr, insbesondere etwa 97 Vol.-%. Dabei bildet die als Wärmespeichermedium dienende Flüssigkeit 5 mit der Trägersubstanz des aus (Hart-) Schaum bestehenden Körpers 8 eine direkte Grenzfläche aus. Dank der hohen Oberflächenspannung der Flüssigkeit 5 werden dabei mehr als 50% der inneren (Poren-) Oberfläche des als Trägersubstanz dienenden Schaumkörpers 8 benetzt, vorzugsweise mehr als 60%, insbesondere mehr als 70%. Dies hat den Vorteil eines innigen, die Wärme gut leitenden Kontaktes, so dass die von dem Wärmespeichermedium 5 der Trägersubstanz 8 mitgeteilte, konstant gehaltene Temperatur sich in nahezu unveränderter Form auf die Umgebung des bspw. als Kühl- oder Wärmeakku verwendeten Schaumkörpers 8 überträgt.
