DE102011053308A1 - Phase change material composition and latent heat storage element made therefrom; Method for producing a latent heat storage element and method for conditioning a medium by means of the latent heat storage element - Google Patents

Phase change material composition and latent heat storage element made therefrom; Method for producing a latent heat storage element and method for conditioning a medium by means of the latent heat storage element Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung, umfassend ein Phasenwechselmaterial und wenigstens ein Additiv mit antimikrobieller Wirkung. Aus dieser Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung kann ein Latentwärmespeicherelement hergestellt werden und die Erfindung betrifft ferner ein solches Latentwärmespeicherelement und mögliche Verfahren zu seiner Herstellung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur direkten Konditionierung eines Mediums unter Verwendung des Latentwärmespeicherelements, wobei das antimikrobielle Additiv dafür sorgt, dass sich auf der Oberfläche des Latentwärmespeicherelements kein Biofilm bildet.The invention relates to a phase change material composition comprising a phase change material and at least one additive having antimicrobial activity. From this phase change material composition, a latent heat storage element can be produced and the invention further relates to such a latent heat storage element and possible methods for its preparation. Moreover, the invention relates to a method for direct conditioning of a medium using the latent heat storage element, wherein the antimicrobial additive ensures that no biofilm forms on the surface of the latent heat storage element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung, umfassend ein Phasenwechselmaterial und wenigstens ein Additiv. Aus dieser Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung kann ein Latentwärmespeicherelement hergestellt werden. Die Erfindung betrifft ferner ein solches Latentwärmespeicherelement und mögliche Verfahren zu seiner Herstellung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur direkten Konditionierung eines Mediums unter Verwendung des Latentwärmespeicherelements.The invention relates to a phase change material composition comprising a phase change material and at least one additive. From this phase change material composition, a latent heat storage element can be produced. The invention further relates to such a latent heat storage element and possible methods for its preparation. Moreover, the invention relates to a method for direct conditioning of a medium using the latent heat storage element.

Bei der Speicherung von Wärme besteht ein Ansatz darin, geeignete Latentwärmespeicher einzusetzen, die durch Ausnutzung der Energie ΔH z.B. bei der Fest/Flüssig-Phasenumwandlung eine sehr hohe Speicherkapazität pro Volumen aufweisen. Ferner ist die Temperatur während des Phasenwechsels konstant. Die dabei typischerweise verwendeten Speichermaterialien wie Wasser, Salzhydrate oder Paraffin werden auch als PCM (Phase Change Material) bezeichnet.In the storage of heat, one approach is to use appropriate latent heat storage, which by utilizing the energy ΔH, for example. have a very high storage capacity per volume in the solid / liquid phase transformation. Furthermore, the temperature during the phase change is constant. The typically used storage materials such as water, salt hydrates or paraffin are also referred to as PCM (Phase Change Material).

Ein grundsätzliches Problem ist jedoch die unzureichende Wärmeleitfähigkeit aller eingesetzten Speichermaterialien (z.B. Wasser 0,6 W/(m K), Paraffine 0,2 W/(m K), Salzhydrate 0,5 W/m K), da die erreichbare Wärmestromdichte proportional zur Quadratwurzel der Wärmeleitfähigkeit λ Ist. Soll also ein gegebener Wärmestrom übertragen werden, sind aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Speichermaterialien sehr große Wärmeübertragungsflächen erforderlich.However, a fundamental problem is the insufficient thermal conductivity of all storage materials used (eg water 0.6 W / (m K), paraffins 0.2 W / (m K), salt hydrates 0.5 W / m K), since the achievable heat flux density proportional to the square root of the thermal conductivity λ Ist. So if a given heat flow to be transmitted, very large heat transfer surfaces are required due to the low thermal conductivity of the storage materials.

Durch jüngste Erfolge auf dem Gebiet der Materialforschung und -entwicklung konnte die Wärmeleitfähigkeit von PCMs zwar deutlich gesteigert werden, wobei beispielhaft die EP 1 598 406 A1 zu nennen ist. In der Praxis ist sie aber weiterhin begrenzt auf eine Größenordnung von ca. 3–5 W/(m K). Auf dieser Technologie basierende Wärmespeichersysteme, wie sie beispielsweise die WO 2006/034829 A1 beschreibt, sind also weiterhin auf kleine Wärmeströme begrenzt bzw. benötigen andernfalls sehr große Wärmeübertragungsflächen.Recent successes in the field of materials research and development have made it possible to significantly increase the thermal conductivity of PCMs EP 1 598 406 A1 to call. In practice, however, it is still limited to a magnitude of about 3-5 W / (m K). Heat storage systems based on this technology, such as the WO 2006/034829 A1 describes are therefore still limited to small heat flows or otherwise require very large heat transfer surfaces.

Einen anderen Ansatz offenbart die WO 01/38453 A1 , bei der das Latentwärmespeichermaterial direkt vom Wärmetransportmedium umströmt wird. Hierfür eignen sich grundsätzlich alle Formen von mikro- oder makroverkapseltem PCMs. Derartige PCMs werden beispielsweise in der DE 10 2008 004 485 A1 , WO 2006/077056 A1 und DE 10 2009 032 918 A1 beschrieben. Aufgrund der Kosten einer zusätzlichen Verkapselung werden jedoch bevorzugt gebundene PCMs eingesetzt, wie sie in der DE 103 06 939 A1 oder WO 2009/118344 A1 beschrieben werden.Another approach reveals the WO 01/38453 A1 , in which the latent heat storage material is flowed around directly by the heat transfer medium. In principle, all forms of micro- or macro-encapsulated PCMs are suitable for this purpose. Such PCMs are used for example in the DE 10 2008 004 485 A1 . WO 2006/077056 A1 and DE 10 2009 032 918 A1 described. However, due to the cost of additional encapsulation, preferably bound PCMs are used, as described in U.S. Pat DE 103 06 939 A1 or WO 2009/118344 A1 to be discribed.

Der Vorteil dieser mikro- oder makroverkapseltem PCMs ist die systembedingte große Wärmeübertragerfläche (= spezifische Oberfläche), wodurch sich große Wärmemengen kostengünstig übertragen lassen. In der großen spezifischen Oberfläche liegt jedoch auch der entscheidende Nachteil, der einer Umsetzung in die Praxis in hygienisch anspruchsvollen Anwendungen bislang entgegenstand. The advantage of these micro- or macro-encapsulated PCMs is the system-related large heat exchanger surface (= specific surface area), which allows large amounts of heat to be transferred inexpensively. In the large specific surface, however, there is also the decisive disadvantage that hitherto opposed implementation in practice in hygienically demanding applications.

Beispielsweise offenbart die DE 197 56 006 A1 zwar, dass Latentwärmespeicher direkt in den Durchflussspeicher eines zu temperierenden Mediums eingebracht werden können und dort durch Rückhaltevorrichtungen in dem dafür vorgesehenen Bereich fixiert werden. Bei den Latentwärmespeichern handelt es sich um kunststoffumhüllte Paraffinpellets und bei dem zu temperierenden Medium um Brauch- bzw. Trinkwasser. For example, the DE 197 56 006 A1 Although, that latent heat storage can be introduced directly into the flow memory of a medium to be tempered and fixed there by retaining devices in the designated area. The latent heat accumulators are plastic-coated paraffin pellets and the medium to be tempered by service or drinking water.

Abhängig von den jeweiligen Randbedingungen bildet sich jedoch über kurz oder lang bei Vorhandensein von Wasser und/oder Luftfeuchtigkeit ein Biofilm auf der Oberfläche der PCMs, der nur in den seltensten Fällen wieder vollständig entfernt werden kann. Dies bedeutet jedoch, dass eine der wesentlichen Forderungen der Lebensmittelindustrie, nämlich die CIP-Fähigkeit (cleaning-in-place), nicht gegeben ist.Depending on the particular boundary conditions, sooner or later, in the presence of water and / or humidity, a biofilm forms on the surface of the PCMs, which can only be completely removed again in the rarest of cases. However, this means that one of the essential requirements of the food industry, namely the CIP (cleaning-in-place) capability, is not given.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung bereitzustellen, welche bei Einsatz als Latentwärmespeicher die Bildung eines Biofilms auf der Oberfläche der Latentwärmespeicher verhindert. Die Bildung eines Biofilms soll somit insbesondere bei direktem Kontakt zwischen dem Latentwärmespeicher und dem zu konditionierenden Medium verhindert werden.The object of the invention is therefore to provide a phase change material composition which prevents the formation of a biofilm on the surface of the latent heat storage when used as latent heat storage. The formation of a biofilm should thus be prevented in particular in direct contact between the latent heat storage and the medium to be conditioned.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–4. Ferner wird die Aufgabe durch Verfahren zur Herstellung eines Latentwärmespeicherelements gemäß den Ansprüchen 5–8 gelöst. Von der Erfindung umfasst sind ferner ein Latentwärmespeicherelement gemäß dem Anspruch 9 und ein Verfahren zur Konditionierung eines Mediums mit einem solchen Latentwärmespeicherelement gemäß dem Anspruch 10.According to the invention, this object is achieved by a phase change material composition according to independent claim 1. Advantageous developments of the phase change material composition emerge from the subclaims 2-4. Furthermore, the object is achieved by methods for producing a latent heat storage element according to claims 5-8. The invention further includes a latent heat storage element according to claim 9 and a method for conditioning a medium with such a latent heat storage element according to claim 10.

Die erfindungsgemäße Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung umfasst ein Phasenwechselmaterial und wenigstens ein Additiv, wobei das Additiv eine antimikrobielle Wirkung hat. Dabei muss das als Additiv verwendete antimikrobielle Mittel jedoch nicht direkt mit dem Phasenwechselmaterial (PCM) vermischt sein, sondern von der Erfindung umfasst sind auch Ausführungsformen, bei denen das PCM verkapselt ist und das antimikrobielle Mittel als Beschichtung auf der Verkapselung angebracht ist und/oder das antimikrobielle Mittel in das Material der Ummantelung für die Verkapselung eingebracht ist. Auch ein derartiger Aufbau ist als Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung im Sinne der Erfindung anzusehen.The phase change material composition according to the invention comprises a phase change material and at least one additive, wherein the additive has an antimicrobial effect. However, the antimicrobial agent used as an additive does not need to be mixed directly with the phase change material (PCM) but is included in the invention are also embodiments in which the PCM is encapsulated and the antimicrobial agent is applied as a coating on the encapsulation and / or the antimicrobial agent is incorporated in the material of the encapsulation sheath. Such a structure is to be regarded as a phase change material composition within the meaning of the invention.

Von der Erfindung umfasst ist auch ein Latentwärmespeicherelement, das direkt oder indirekt aus einer solchen Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung hergestellt wurde.Also included in the invention is a latent heat storage element made directly or indirectly from such a phase change material composition.

Das antimikrobielle Mittel kann beispielsweise ein Metall sein, wobei sich Silber aufgrund seiner antimikrobiellen Wirkung als vorteilhaft erwiesen hat, da es dazu geeignet ist, kontinuierlich Silberionen freizusetzen. Durch die Silberionen können Bakterien zerstört werden, wobei die Silberionen Enzyme blockieren, die für den bakteriellen Stoffwechsel erforderlich sind. Dabei hat sich die antibakterielle Wirkung von Silber bereits bei Werkstoffen und Beschichtungen aus anderen Anwendungsgebieten wie der Medizin und Textilindustrie als geeignet erwiesen. Doch auch andere Metalle wie Kupfer können als antimikrobielles Additiv eingesetzt werden.The antimicrobial agent may, for example, be a metal, silver having proved to be advantageous because of its antimicrobial effect, since it is suitable for continuously releasing silver ions. The silver ions can destroy bacteria, and the silver ions block enzymes necessary for bacterial metabolism. The antibacterial effect of silver has already proven to be suitable for materials and coatings from other fields of application such as medicine and the textile industry. But other metals such as copper can be used as an antimicrobial additive.

Als Phasenwechselmaterial wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung Paraffin eingesetzt. Es können jedoch auch Phasenwechselmaterialien auf der Basis von Wasser und/oder Salzhydraten eingesetzt werden.Paraffin is used as phase change material in a preferred embodiment of the invention. However, it is also possible to use phase change materials based on water and / or salt hydrates.

Vorzugsweise ist das Phasenwechselmaterial der erfindungsgemäßen Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung polymergebunden, so dass das PCM in eine Polymermatrix eingebracht wird. Dabei wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Latentwärmespeicherelementen aus einer solchen polymergebundenen Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung beispielsweise ein Polymer zuerst mit dem Phasenwechselmaterial als Additiv versehen. Die daraus gebildeten Latentwärmespeicherelemente können dann mit dem antimikrobiellen Mittel beschichtet werden. Beispielsweise können so pellet- oder plattenförmige Phasenwechselelemente hergestellt werden, die als Latentwärmespeicher in direkten Kontakt mit hygienisch sensiblen Medien gebracht werden können. Durch die Beschichtung der polymergebundenen PCMs mit dem antimikrobiellen Mittel wird die Bildung eines Biofilms auf den Latentwärmespeichern verhindert.Preferably, the phase change material of the phase change material composition according to the invention is polymer bound, so that the PCM is introduced into a polymer matrix. In this case, in a method for producing latent heat storage elements from such a polymer-bound phase change material composition, for example, a polymer is first provided with the phase change material as an additive. The latent heat storage elements formed therefrom can then be coated with the antimicrobial agent. For example, it is thus possible to produce pellet-shaped or plate-shaped phase change elements which, as latent heat accumulators, can be brought into direct contact with hygienically sensitive media. The coating of the polymer-bound PCMs with the antimicrobial agent prevents the formation of a biofilm on the latent heat accumulators.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist keine Beschichtung mit einem antimikrobiellen Mittel vorgesehen, sondern das Additiv wird direkt in die Zusammensetzung eingebracht. Dabei wird beispielsweise bei einem Verfahren zur Herstellung von Latentwärmespeicherelementen aus einer polymergebundenen Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung ein Polymer mit dem Phasenwechselmaterial und dem antimikrobiellen Mittel als Additive vermischt wird. Aus dieser Zusammensetzung können dann Latentwärmespeicherelemente gebildet werden, wobei es sich ebenfalls um Pellets, aber auch um Platten oder anderweitig geformte Bauelemente handeln kann. Das antimikrobielle Mittel wird somit bereits in die Phasenwechselmaterial-Polymer-Zusammensetzung eingebracht, bevor daraus ein Latentwärmespeicherelement gebildet wird. Das eingebrachte Silber kann dann kontinuierlich Silberionen an die Oberfläche des Latentwärmespeicherelements freisetzen und so die Bildung eines Biofilms auf der Oberfläche verhindern. In a further embodiment of the invention, no coating with an antimicrobial agent is provided, but the additive is incorporated directly into the composition. In this case, for example, in a method for producing latent heat storage elements from a polymer-bound phase change material composition, a polymer is mixed with the phase change material and the antimicrobial agent as additives. From this composition, then latent heat storage elements can be formed, which may also be pellets, but also to plates or otherwise shaped components. The antimicrobial agent is thus already introduced into the phase change material polymer composition before it is formed from a latent heat storage element. The incorporated silver can then continuously release silver ions to the surface of the latent heat storage element, thus preventing the formation of a biofilm on the surface.

Diese Ausführungsform kann gegenüber der Beschichtung von Latentwärmespeicherelementen mit einem antimikrobiellen Mittel von Vorteil sein, wenn sich eine Beschichtung in der jeweiligen Anwendung ansonsten von der Oberfläche des Latentwärmespeicherelements ablösen könnte. Die Einbringung des antimikrobiellen Mittels als Additiv in die polymergebundene Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung hat dagegen den Vorteil, dass das antimikrobielle Mittel beim Herstellungsprozess zusammen mit anderen Additiven in dem Polymer gebunden werden kann und die resultierende Zusammensetzung als Basismaterial für die Herstellung beliebig geformter Latentwärmespeicher dienen kann.This embodiment may be advantageous over the coating of latent heat storage elements with an antimicrobial agent, if a coating in the respective application could otherwise detach from the surface of the latent heat storage element. The incorporation of the antimicrobial agent as an additive into the polymer-bound phase change material composition, on the other hand, has the advantage that the antimicrobial agent can be bound in the polymer along with other additives in the manufacturing process and the resulting composition can serve as a base material for the production of arbitrarily shaped latent heat storage.

Um das antimikrobielle Mittel in das polymergebundene PCM einzubringen, kann das Phasenwechselmaterial beispielsweise zusammen mit einem Polymer und dem antimikrobiellen Mittel in einen Extruder eingebracht werden. Der Extruder formt aus der Mischung einen Strang, welcher anschließend granuliert werden kann. Das entstehende Granulat dient dann als Basismaterial, aus dem Latentwärmespeicherelemente geformt werden.For example, to incorporate the antimicrobial agent into the polymer bound PCM, the phase change material may be introduced into an extruder along with a polymer and the antimicrobial agent. The extruder forms a strand from the mixture, which can then be granulated. The resulting granulate then serves as a base material from which latent heat storage elements are formed.

In einem alternativen Verfahren zur Herstellung von Latentwärmespeicherelementen mittels der erfindungsgemäßen Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung wird das Phasenwechselmaterial mit dem antimikrobiellen Additiv versehen, und beide Komponenten werden durch eine Ummantelung verkapselt. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, das antimikrobielle Additiv in das Material einer Ummantelung einzubringen, mit der das Phasenwechselmaterial anschließend verkapselt wird. In beiden Fällen können aus dem so verkapselten Phasenwechselmaterial mit dem Additiv anschließend entsprechend ausgeformte Latentwärmespeicherelemente gebildet werden. In an alternative method for producing latent heat storage elements by means of the phase change material composition according to the invention, the phase change material is provided with the antimicrobial additive, and both components are encapsulated by a jacket. Alternatively or additionally, it is also possible to introduce the antimicrobial additive into the material of a casing, with which the phase change material is subsequently encapsulated. In both cases, appropriately shaped latent heat storage elements can then be formed from the so encapsulated phase change material with the additive.

Ein so hergestelltes Latentwärmespeicherelement kann erfindungsgemäß in hygienisch sensiblen Bereichen zur Konditionierung eines Mediums wie z.B. Trinkwasser oder Kühlluft eingesetzt werden, wobei das zu konditionierende Medium in direkten Kontakt zu dem Latentwärmespeicherelement gebracht wird. Beispielsweise wird wenigstens ein Latentwärmespeicherelement von dem Medium umströmt. Durch das antimikrobielle Mittel wird die Bildung eines Biofilms auf der Oberfläche des wenigstens einen Latentwärmespeicherelements verhindert, so dass das zu konditionierende Medium nicht durch Keime, Pilze, Bakterien, etc. kontaminiert wird. Es ist somit auch bei der Reinigung z.B. einer Kühlanlage keine Entfernung eines Biofilms von einem oder mehreren Latentwärmespeicherelementen erforderlich, die gegebenenfalls schwer bzw. nur durch eine Zerlegung der Anlage zu erreichen wären. Hierdurch ist eine ausreichende Reinigung vor Ort möglich, was die zugehörige Anlage CIP-fähig macht.A latent heat storage element produced in this way can be used according to the invention in hygienically sensitive areas for conditioning a medium such as, for example, drinking water or cooling air be, wherein the medium to be conditioned is brought into direct contact with the latent heat storage element. For example, at least one latent heat storage element flows around the medium. By the antimicrobial agent, the formation of a biofilm on the surface of the at least one latent heat storage element is prevented, so that the medium to be conditioned is not contaminated by germs, fungi, bacteria, etc. Thus, even when cleaning a cooling system, for example, it is not necessary to remove a biofilm from one or more latent heat storage elements, which would possibly be difficult to achieve or only by dismantling the installation. This allows sufficient on-site cleaning, which makes the associated system CIP-capable.

Die Erfindung nutzt somit die Vorteile von Phasenwechselmaterialien und insbesondere von polymergebundenen Phasenwechselmaterialien bei der Wärmespeicherung und macht diese für den Einsatz in hygienisch sensiblen Bereichen anwendbar. Aber auch in hygienisch weniger anspruchsvollen Bereichen kann die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden, da sich durch Biofouling in einem Medium Verklumpungen bilden können, die eine Kanalbildung bewirken. Dadurch werden Latentwärmespeicher gegebenenfalls nicht gleichmäßig um- bzw. durchströmt, was die Wärmeübertragung negativ beeinflusst. The invention thus exploits the advantages of phase change materials and in particular polymer-bound phase change materials in heat storage and makes them applicable for use in hygienically sensitive areas. But even in hygienically less demanding areas, the invention can be used advantageously, as can form clumps by biofouling in a medium that cause channeling. As a result, latent heat storage may not flow or flow through evenly, which adversely affects the heat transfer.

Bei der Anwendung der Erfindung kommen somit grundsätzlich alle Prozesse in Frage, bei denen insbesondere eine hohe Temperaturstabilität von Bedeutung ist bzw. große Wärmemengen ein- und/oder ausgespeichert werden sollen. Insbesondere eine schnelle Ein- und/oder Ausspeicherung von Wärme ist hierbei möglich. Besonders interessant ist dies auch für Prozesse, bei denen darüber hinaus die Phasengrenzfläche auch für die Stoffübertragung von Bedeutung ist, wie es beispielsweise beim Mischen, Trennen, Homogenisieren und Be-/Entgasen der Fall ist.In the application of the invention thus basically all processes in question, in which in particular a high temperature stability is of importance or large amounts of heat and / or to be stored out. In particular, a quick injection and / or withdrawal of heat is possible here. This is also of particular interest for processes in which, moreover, the phase interface is also of importance for mass transfer, as is the case for example with mixing, separating, homogenizing and degassing.

Insbesondere kann die erfindungsgemäße Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung zur Herstellung von Latentwärmespeicherelementen in Pelletform verwendet werden. Ein Bett bzw. eine Schüttung aus derartigen Pellets kann dann von einem zu konditionierenden Medium wie Trinkwasser oder einem Getränk direkt durchflossen werden, um es beispielsweise für den Verzehr zu kühlen. In particular, the phase change material composition according to the invention can be used for the production of latent heat storage elements in pellet form. A bed or a bed of such pellets can then be directly drained by a medium to be conditioned, such as drinking water or a drink, for example, to cool it for consumption.

Auch als Innenwandung von Haushaltskühlgeräten könnte ein aus der erfindungsgemäßen Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung hergestellter Latentwärmespeicher eingesetzt werden, wobei beispielsweise (Umluft-)Kältespeicher in Kühlgeräten/-vitrinen in Frage kommen. Dabei könnte ein Latentwärmespeicher insbesondere bei der Kühlung und Karbonisierung von Trinkwasser in einem Haushaltskühlgerät eingesetzt werden.Also as the inner wall of household refrigerators, a produced from the phase change material composition according to the invention latent heat storage could be used, for example, (circulating) cold storage in refrigerators / vitrines in question. In this case, a latent heat storage could be used in particular in the cooling and carbonization of drinking water in a household refrigerator.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further advantages, features and expedient developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments.

Erfindungsgemäß wird ein verkapseltes oder gebundenes PCMs vorgeschlagen, das mit einem antimikrobiellen Additiv versehen ist. Dieses antimikrobielle Mittel kann entweder als Schicht auf einem verkapselten PCM aufgebracht werden oder zusammen mit dem PCM in einer Zusammensetzung gebunden werden. Als entsprechendes Additiv kann beispielsweise das Mittel Agion® zum Einsatz kommen, das Silber als antimikrobielles Metall einsetzt und sich in der Praxis bereits als antimikrobielles Mittel beispielsweise für Textilien, medizinische Geräte, Haushaltsoberflächen, etc. bewährt hat.According to the invention, an encapsulated or bound PCM is proposed which is provided with an antimicrobial additive. This antimicrobial agent can either be applied as a layer on an encapsulated PCM or bound together with the PCM in a composition. As an appropriate additive, for example, the agent Agion® can be used, which uses silver as an antimicrobial metal and has already proven itself in practice as an antimicrobial agent, for example for textiles, medical devices, household surfaces, etc.

Vorzugsweise ist das Phasenwechselmaterial polymergebunden, wobei die Zusammensetzung ausschwitzarm oder sogar ausschwitzfrei ist, um ein „Ausschwitzen“ des Phasenwechselmaterials aus der Polymermatrix zu verhindern. Zur Einbringung eines Phasenwechselmaterials wie Paraffin in das Polymer wird vorzugsweise ein Extruderverfahren eingesetzt, wie es beispielsweise in der DE 10 2008 015 782 A1 beschrieben ist. Das verwendete Polymer wird dabei in einen Schneckenextruder eingeführt und das Phasenwechselmaterial in verflüssigter Form ebenfalls in den Extruder eingebracht, wobei die Einbringung des Phasenwechselmaterials in Extrusionsrichtung nach dem Polymer erfolgt. So hat bereits eine erste Knetwirkung auf das Polymer stattgefunden, bevor das flüssige Phasenwechselmaterial hinzugemischt wird.Preferably, the phase change material is polymer bound, wherein the composition is low-sweat or even sweat-free, to prevent "bleeding" of the phase change material from the polymer matrix. For introducing a phase change material such as paraffin in the polymer, an extruder method is preferably used, as for example in the DE 10 2008 015 782 A1 is described. The polymer used is introduced into a screw extruder and the phase change material in liquefied form is also introduced into the extruder, wherein the introduction of the phase change material takes place in the extrusion direction after the polymer. Thus, a first kneading action on the polymer has already taken place before the liquid phase change material is added.

Ferner wird das Phasenwechselmaterial bei relativ hoher Temperatur in den Extruder eingebracht, wobei die Temperatur des Phasenwechselmaterials 20° bis 70°oberhalb der Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials liegt. Aufgrund der hohen Temperatur des Phasenwechselmaterials sind gute fluidische Eigenschaften des Phasenwechselmaterials gegeben, was eine gute Vermischung der beiden Komponenten ermöglicht. Auch die Temperatur des Extruders wird vorzugsweise so eingestellt, dass sie oberhalb der Einspeisungstemperatur des Phasenwechselmaterials liegt.Further, the phase change material is introduced into the extruder at a relatively high temperature, wherein the temperature of the phase change material is 20 ° to 70 ° above the melting temperature of the phase change material. Due to the high temperature of the phase change material good fluid properties of the phase change material are given, which allows a good mixing of the two components. Also, the temperature of the extruder is preferably set to be above the feed temperature of the phase change material.

Als Polymermaterial können beispielsweise LDPE (Low Density Polyethylen), HDPE (High Density Polyethylen), LLDPE (Linear Low-Density Polyethylen), Polymethyl-Methacrylat oder andere Polymere verwendet werden, die sich für ein Extruderverfahren, wie es beispielhaft in der DE 10 2008 015 782 A1 beschrieben wird, bereits als geeignet erwiesen haben. Weiterhin ist es bereits bekannt, Additive wie Carbon-Nanotubes ebenfalls in den Extruder und damit in die Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung einzubringen. Erfindungsgemäß wird nun als Additiv ein antimikrobielles Mittel in den Extruder eingebracht, wobei die Einbringung gleichzeitig mit dem Phasenwechselmaterial oder danach erfolgen kann.As the polymer material, for example, LDPE (Low Density Polyethylene), HDPE (High Density Polyethylene), LLDPE (Linear Low-Density Polyethylene), polymethyl methacrylate, or other polymers suitable for an extruder process as exemplified in U.S. Pat DE 10 2008 015 782 A1 has already been found suitable. It's still there It is also known to introduce additives such as carbon nanotubes into the extruder and thus into the phase change material composition. According to the invention, an antimicrobial agent is now introduced as an additive into the extruder, wherein the introduction can take place simultaneously with the phase change material or afterwards.

Das antimikrobielle Mittel ist für die Einbringung in die Zusammensetzung vorzugsweise mikro- oder nanoverkapselt. Dabei werden kleine Portionen des Mittels mit einer polymeren und/oder anorganischen Schale umhüllt. Die Kapseln sind sphärisch ausgeformt und ihre Größe kann für Mikrokapseln in der Größenordnung von 1–5000 m oder für Nanokapseln darunter liegen. Dabei ist die Schale an das gewählte antimikrobielle Mittel und das verwendete Polymer angepasst.The antimicrobial agent is preferably microencapsulated or nanoencapsulated for incorporation into the composition. In this case, small portions of the agent are coated with a polymeric and / or inorganic shell. The capsules are spherically shaped and their size can be for microcapsules of the order of 1-5000 m or less for nanocapsules. The shell is adapted to the selected antimicrobial agent and the polymer used.

Die Zusammensetzung wird in dem Extruder vermischt, der daraus einen Strang formt. Dieser Strang kann granuliert werden, um aus dem Granulat als Basisstoff Latentwärmespeicherelemente beliebiger Form herzustellen. Beispielsweise kann das Granulat in Kunststoffspritzverfahren verwendet werden. Bei den Polymer-gebundenen PCMs kommt vorzugsweise eine kugelähnliche Form der Latentwärmespeicherelemente in Betracht, wie sie durch Pellets gegeben ist.The composition is mixed in the extruder which forms a strand therefrom. This strand can be granulated to produce from the granules as a base material latent heat storage elements of any shape. For example, the granules can be used in plastic injection molding. In the polymer-bound PCMs is preferably a spherical shape of the latent heat storage elements into consideration, as given by pellets.

Bevorzugt wird ein hoher Massenanteil an PCM in der Zusammensetzung, der etwa 60–90% beträgt. Für Anwendungen, bei denen andere Produkteigenschaften wie beispielsweise die Formstabilität im Vordergrund stehen, ist es jedoch auch möglich, dass das PCM einen deutlich geringeren Prozentsatz ausmacht und lediglich als Additiv vorhanden ist. Auch der Massenanteil des antimikrobiellen Mittels kann an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Auf jeden Fall muss die antimikrobielle Wirkung des Mittels in der Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung erhalten bleiben und die Dosierung wird so gewählt, dass die Oberfläche des daraus hergestellten Latentwärmespeichers über lange Zeit antimikrobiell wirksam ist.Preferred is a high mass fraction of PCM in the composition, which is about 60-90%. However, for applications that focus on other product properties such as dimensional stability, it is also possible that the PCM represents a significantly lower percentage and is present only as an additive. Also, the mass fraction of the antimicrobial agent can be adapted to the particular application. In any event, the antimicrobial effect of the agent in the phase change material composition must be maintained and the dosage chosen so that the surface of the latent heat storage material produced therefrom is antimicrobial effective for a long time.

Neben gebundenen PCM können auch verkapselte PCM eingesetzt werden, bei denen das Phasenwechselmaterial von einer Hülle im Mikro- oder Nanobereich ummantelt ist. Hierbei kann das antimikrobielle Mittel zusammen mit dem Phasenwechselmaterial umhüllt werden. Es ist jedoch auch möglich, das antimikrobielle Mittel in das Material der Umhüllung einzubringen, wodurch es näher an der Oberfläche des verkapselten PCM angeordnet ist. Auch bei verkapselten PCM ist die Art und Dosierung des antimikrobiellen Mittels an die Umhüllung anzupassen, um eine dauerhafte antimikrobielle Wirkung der Oberfläche eines so gebildeten Latentwärmespeichers zu gewährleisten. In addition to bonded PCM, encapsulated PCMs can also be used in which the phase change material is encased in a shell in the micro or nano range. In this case, the antimicrobial agent can be enveloped together with the phase change material. However, it is also possible to incorporate the antimicrobial agent into the material of the sheath, thereby placing it closer to the surface of the encapsulated PCM. Even with encapsulated PCM, the nature and dosage of the antimicrobial agent must be adapted to the coating in order to ensure a lasting antimicrobial effect of the surface of a latent heat accumulator thus formed.

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Claims (10)

Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung, umfassend ein Phasenwechselmaterial und wenigstens ein Additiv, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv eine antimikrobielle Wirkung hat. A phase change material composition comprising a phase change material and at least one additive, characterized in that the additive has an antimicrobial effect. Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv mit antimikrobieller Wirkung Silber umfasst.Phase change material composition according to claim 1, characterized in that the antimicrobial additive comprises silver. Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial Paraffin ist.Phase change material composition according to one of claims 1 and 2, characterized in that the phase change material is paraffin. Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial polymergebunden ist.Phase change material composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that the phase change material is polymer bound. Verfahren zur Herstellung von Latentwärmespeicherelementen mittels einer Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polymer mit dem Phasenwechselmaterial und dem antimikrobiellen Mittel als Additive vermischt wird und daraus Latentwärmespeicherelemente gebildet werden.A method for producing latent heat storage elements by means of a phase change material composition according to claim 4, characterized in that a polymer is mixed with the phase change material and the antimicrobial agent as additives and from latent heat storage elements are formed. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial zusammen mit einem Polymer und dem antimikrobiellen Mittel als Additive in einen Extruder eingebracht wird, der einen Strang formt, welcher granuliert wird, und das entstehende Granulat das Basismaterial ist, aus dem die Latentwärmespeicherelemente hergestellt werden.A method according to claim 5, characterized in that the phase change material is introduced together with a polymer and the antimicrobial agent as additives in an extruder, which forms a strand, which is granulated, and the resulting granulate is the base material from which the latent heat storage elements are produced , Verfahren zur Herstellung von Latentwärmespeicherelementen mittels einer Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial mit dem antimikrobiellen Additiv versehen wird, beide Komponenten durch eine Ummantelung verkapselt werden und aus dem verkapselten Phasenwechselmaterial Latentwärmespeicherelemente gebildet werden.A process for producing latent heat storage elements by means of a phase change material composition according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the phase change material is provided with the antimicrobial additive, both components are encapsulated by a jacket and are formed from the encapsulated phase change material latent heat storage elements. Verfahren zur Herstellung von Latentwärmespeicherelementen mittels einer Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das antimikrobielle Additiv in das Material einer Ummantelung eingebracht wird, mit der das Phasenwechselmaterial verkapselt wird, und aus dem verkapselten Phasenwechselmaterial Latentwärmespeicherelemente gebildet werden.A process for the production of latent heat storage elements by means of a phase change material composition according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the antimicrobial additive is introduced into the material of a sheath with which the phase change material is encapsulated, and from the encapsulated phase change material latent heat storage elements are formed. Latentwärmespeicherelement, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt wurde.Latent heat storage element, characterized in that it was prepared from a phase change material composition according to one of claims 1 to 4. Verfahren zur Konditionierung eines Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium in direkten Kontakt mit wenigstens einem Latentwärmespeicherelement nach Anspruch 9 gebracht wird.A method of conditioning a medium, characterized in that the medium is brought into direct contact with at least one latent heat storage element according to claim 9.
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