DE102013006103A1

DE102013006103A1 - Vorrichtung zum Temperieren mittels Latentwärmespeicher

Info

Publication number: DE102013006103A1
Application number: DE102013006103.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Hannemann; Frank Schneider
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Technische Universitaet Chemnitz De; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers, wobei der Latentwärmespeicher in einer Basismatrix mit einem verzweigten Hohlraum angeordnet ist, so dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Latentwärmespeicher und der den Hohlraum bildenden Basismatrix möglich ist, und ein Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung zum Temperieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers und ein Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Temperieren bekannt, wobei eine Temperierung bzw. ein passives Kühlen durch Wärmeübergang, das heißt Konvektion oder Strahlung, an die Umgebung erfolgen kann. Ferner sind Temperiervorrichtungen bekannt, bei denen eine aktive Temperierung bzw. Kühlung durch entsprechende Kühl- oder Temperiermittelkreisläufe durchgeführt wird, oder die auftretenden Wärmeströme in einen Wärmespeicher aufgenommen und gespeichert werden, was unter dem Begriff sensible oder latente Speicherung thermischer Energie bekannt ist.
Ziel derartiger Temperiervorrichtungen durch passives oder aktives Kühlen ist es, das Über- oder Unterschreiten einer Grenztemperatur zu verhindern oder wenigstens derart zu verzögern, dass die zu temperierende Vorrichtung wenigsten während der vorgesehenen Betriebsdauer richtig funktioniert.
Ferner dienen derartige Temperiervorrichtungen dazu, stärkere Schwankungen im Temperaturverlauf während des Betriebes einer zu temperierenden Vorrichtung auszugleichen um bspw. die negativen Auswirkungen einer Wärmedehnung unterschiedlicher Baumaterialien zu verhindern oder wenigstens abzumindern. Hierbei können Abweichungen von der Optimaltemperatur zur Schädigungen oder zu Beeinträchtigungen der Funktionalität entsprechender Vorrichtungen, wie bspw. Messeinrichtungen, führen. Um entsprechende negative Auswirkungen einer Überschreitung, einer Unterschreitung oder einer Schwankung der Temperatur zu verhindern, werden die oben genannten aktiven und passiven Temperiermöglichkeiten genutzt.
Der Nachteil aktiver Kühlungssysteme ist, dass es beim aktiven Kühlen, bis die gewünschte Temperatur eingestellt worden ist, zu Schwankungen im Temperaturverlauf durch Regelungsverzögerungen kommen kann.
Ein anderer Nachteil aktiver Kühlsysteme ist, dass üblicherweise bei aktiven Kühlsystemen ein Kühlmittel an die zu temperierende Wärmequelle hingeführt werden muss, und hierfür entsprechende Regel-, Steuer und Pumpvorrichtungen bereitgestellt werden müssen, die das Kühlmittel zum richtigen Zeitpunkt bereitstellen und fördern können. Derartige Zusatzvorrichtungen erhöhen jedoch das Gewicht, die Kosten und die Störanfälligkeit des aktiven Kühlsystems.
Der Nachteil passiver Kühlungsvorrichtungen ist, dass wegen der Wärmekonvektion ein dauerhafter Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Wärmesenke vorhanden sein muss, um das Funktionieren der passiven Kühlvorrichtung sicherstellen zu können.
Insbesondere bei ruhenden oder stationären Vorrichtungen ist es schwierig, dauerhaft einen Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Wärmesenke aufrecht zu erhalten, da sich Übergangsbereiche mit angeglichener Temperatur bilden können, die einen effektiven Wärmeübergang behindern können. Bei relativ zum Medium bewegten Systemen besteht die Möglichkeit, die relative Strömung des Umgebungsmediums zu nutzen, um die Bildung dieser Umgebungsbereiche zu be- oder verhindern, wie dies bspw. bei Schiffen oder Fahrzeugen, die einem Fahrtwind ausgesetzt sind, möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Temperiervorrichtung bereitzustellen, mit der die oben genannten Probleme gelöst werden können und die unabhängig vom Verwendungszweck und ihrer Lage kostengünstig herzustellen ist und dennoch störungsfrei und wartungsarm funktioniert. Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Eine Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers, wobei der Latentwärmespeicher in einer Basismatrix mit einem verzweigten Hohlraum angeordnet ist, so dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Latentwärmespeicher und der den Hohlraum bildenden Basismatrix möglich ist. Die Verwendung eines Latentwärmespeichers in einer Basismatrix weist den Vorteil auf, dass ein Temperieren eines Objekts gleichmäßig stetig und sofort ohne Zeitverzögerung stattfindet. Ferner kann die im Latentwärmespeicher gespeicherte Energie mittels der Basismatrix an einen anderen Ort gebracht werden und einem anderen Objekt zur Verfügung gestellt werden. Unter einem Latentwärmespeicher ist hierbei ein Mittel zu verstehen, dass thermische Energie verlustarm, mit vielen Wiederholzyklen und über lange Zeit speichern kann, wie beispielsweise ein Phasenwechselmaterial aus Paraffin.
Nach einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers ist der Hohlraum von einem offenen und/oder geschlossenem Kanal- und/oder Porensystem ausgebildet. Das Poren-Kanalsystem bietet den Vorteil, dass zur Wärmeübertragung des Latentwärmespeichers eine größere Oberfläche bereitgestellt werden kann und damit eine bessere und schnellere Temperierung eines mit der Vorrichtung zum Temperieren wärmegekoppelten Objektes erfolgt. Ferner wird durch das Poren-Kanalsystem das Einbringen oder Abführen von Wärme in den und aus dem Latentwärmespeicher verbessert, da eine größere Kontaktfläche durch das Poren-Kanalsystem an dem Latentwärmespeicher bereitgestellt werden kann.
Selbst wenn das Poren-Kanalsystem nicht vollständig mit dem Latentwärmespeicher gefüllt ist, wird die Wärme über die Stege der Basismatrix bzw. des das Poren-Kanalsystem definierende Material der Basismatrix an den Latentspeicher weitergeleitet. D. h. die Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers funktioniert auch dann, wenn Teile des Latentspeichers, beispielsweise durch einen Unfall aus der Basismatrix ausgetreten sind.
Nach einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zum Temperieren weist die den Hohlraum bzw. das Kanal-/Porensystem bildende Basismatrix ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit auf, wobei die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von ungefähr 10 bis 200 W/mK liegt. Es werden hierbei bevorzugt Materialien verwendet, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wie Metalle. Hierbei sind auch Verbundmaterialien aus guten Wärmeleitern und stabilisierenden Materialien verwendbar.
Nach einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zum Temperieren ist die Basismatrix mit dem Hohlraum zur Aufnahme des Latentwärmespeichers von einem Metallschaum gebildet, der das Kanal- und/oder Porensystem definiert, in dem der Latentwärmespeicher gebunden ist. Ein Vorteil hierbei ist, dass ein Metallschaum ein besonders gutes Energieabsorptionsvermögen aufweist und Zwangsspannungen gut kompensieren kann, die bei der Erwärmung oder Abkühlung des Latentwärmespeichers auftreten können. Ferner kann der Porenraum des Metallschaums den Latentwärmespeicher durch Adhäsion bzw. die Kapillarwirkung des Porenraums gut binden, wodurch ein Ausfließen des Latentwärmespeichers verhindert werden kann.
Nach einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zum Temperieren weist der Latentwärmespeicher ein Phasenwechselmaterial auf, das beispielsweise Wasser, Paraffin und/oder Natriumacetat-Trihydrat aufweist.
Die Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens mit einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kernidee der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Temperieren mittels Latentwärmespeicher bereitzustellen, die bevorzugt eine Matrix mit einem geschlossenen Kanal oder Porensystem aufweist, in dem ein Phasenwechselmaterial, wie Paraffin eingebracht ist. Die Matrix wird hierbei vorteilhafterweise von einem Metallschaum gebildet, der mit dem Phasenwechselmaterial befüllt ist.
Ferner kann die Vorrichtung zum Temperieren mit einem zu temperierenden Objekt direkt oder indirekt thermisch gekoppelt werden. Unter einer direkten thermischen Kopplung ist hierbei zu verstehen, dass der thermische Speicher, hier die Basismatrix, bzw. der in der Basismatrix gelagerte Latentwärmespeicher, in einem direkten Kontakt mit der zu temperierenden Vorrichtung steht, während bei einer indirekten thermischen Kopplung eine zusätzliche Wärmeübertragungs-Vorrichtung vorgesehen ist, über die das zu temperierende Objekt und die Vorrichtung zum Temperieren thermisch verbunden werden, so dass durch Konduktion und/oder Konvektion eine Wärmeaustausch zwischen Latentwärmespeicher und dem zu temperierenden Objekt stattfinden kann. Bei der Wärmeübertragungs-Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Kühlkreislauf oder Wärmerohre (Heatpipes) handeln.
Bevorzugt wird zur Aufnahme des Latentwärmespeichers eine Basismatrix aus einem geschlossenporigen Metallschaum bereitgestellt, dessen Porenraum mit einem Phasenwechselmaterial gefüllt ist. Der Metallschaum kann als reine Schaumstruktur oder als Sandwichstruktur ausgebildet sein. Solche Sandwichstrukturen bestehen vorzugsweise aus einer Lage von Metallschaum an dem an den Oberflächenseiten spezielle Decklagen angebracht sind. Diese Decklagen können nachträglich mit dem Schaumkern verbunden oder während des Herstellungsprozesses des Metallschaums an den entsprechenden Seiten angebracht werden, wobei die Decklagen den Porenraum abschließen, so dass das eingebrachte Phasenwechselmaterial in dem Porenraum gehalten wird.
Typisch für ein Phasenwechselmaterial ist, dass dessen latente Schmelzwärme und Lösungswärme wesentlich größer ist als die Wärme, die es aufgrund seiner normalen spezifischen Wärmekapazität speichern kann. Die Phasenwechselmaterialien eines Latentwärmespeichers funktionieren durch die Ausnutzung der thermodynamischen Zustandsänderungen eines Speichermediums. Das dabei am häufigsten genutzte Prinzip ist die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig und umgekehrt. Beim Aufladen des Latentwärmespeichers werden die den Latentwärmespeicher bildenden Salze oder Paraffine, die dabei sehr viel Wärmeenergie aufnehmen, wie bspw. Dikaliumhydrogenphosphat-Hexahydrat, geschmolzen.
Das Entladen findet als Erstarren statt, wobei das Speichermedium die zuvor aufgenommene große Wärmemenge als Erstarrungswärme wieder an die Umgebung abgibt. Der Vorteil derartiger Latentwärmespeicher beruht darin, dass viel Wärmeenergie in relativ wenig Masse gespeichert werden kann.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 Grafen mit dem Temperaturverlauf über die Zeit der Wärmeübertragung ohne Phasenwechselmaterial (PCM) und mit Phasenwechselmaterial (PCM),
2 eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers,
3 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers,
4 eine schematische Ansicht eines zu temperierenden Objektes mit der Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers, und
5 eine schematische Ansicht eines zu temperierenden Objektes mit der Vorrichtung zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers mit einer anderen Ausführung der Wärmekopplung zwischen Objekt und Vorrichtung.
In 1 sind zwei Temperaturverläufe über die Zeit dargestellt, wobei die Y-Achse die Temperatur T und die X-Achse die Zeit t angibt. Die Temperaturverläufe zeigen, wie sich die Temperatur an einem Objekt ändern kann, wobei in einem Fall die Temperierung bzw. Kühlung eines Objekts mit einer Temperiervorrichtung 1 mit einem Phasenwechselmaterial (PCM) und in anderen Fall mit einer Temperiervorrichtung ohne Phasenwechselmaterial (PCM) durchgeführt worden ist.
Die Temperiervorrichtung ohne Phasenwechselmaterial (PCM) weist eine aktive Temperatur-Regelungsvorrichtung auf. Durch die geregelte Einstellung des Temperaturverlaufs kann es durch Verzögerungen im Regelkreislauf zu Schwankungen im Temperaturverlauf kommen, wie mit dem Temperaturverlauf angezeigt, der mit „ohne PMC” gekennzeichnet ist.
Bei der Temperiervorrichtung 1, die Phasenwechselmaterialien verwendet, ist eine Temperierung bzw. Abgabe oder Aufnahme der Temperatur über die Zeit gleichmäßiger und stetiger und weniger abrupt als bei einer Temperiervorrichtung ohne Phasenwechselmaterialien PCM, wie aus dem zweiten Temperaturgradientenverlauf der 1 ersichtlich ist, gekennzeichnet mit „mit PCM”.
2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers 7, der ein Phasenwechselmaterial aufweist.
Die Vorrichtung 1 weist eine Basismatrix 2 auf, die aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist und einen verzweigten Hohlraum 3 aus einer Mehrzahl von Poren oder Kanälen definiert. Die Basismatrix 2 bildet ein Gehäuse zum Speichern und Lagern des Latentwärmespeichers 7. Der Hohlraum 3 kann auch eine offene oder geschlossene Kanalstruktur aufweisen, wobei die einzelnen Hohlräume miteinander kommunizierend verbunden sind. Die Poren oder Kanäle 3 können aber auch einzelne verzweigte Hohlkanäle bilden, die nicht miteinander verbunden sind und jeweils einzeln verschlossen sind, so dass wenn der eine Kanal undicht wird, immer noch ausreichende Mengen an Latentwärmespeicher 7 zum Temperieren eines Objektes 5 bereitgestellt werden können. Wesentlich ist hierbei, dass der Latentwärmespeicher derart von der Basismatrix 2 bereitgestellt wird, dass Wärme über die Basismatrix 2 hin zu dem Latentwärmespeicher 7 abgeführt oder zugeführt werden kann.
In 2 sind zur besseren Unterscheidung nicht alle Poren-Hohlräume 3 mit einem Latentwärmespeicher 7 gefüllt dargestellt. Vorzugsweise sind jedoch alle Hohlräume 3 mit dem Latentwärmespeicher 7 befüllt.
Die Basismatrix 2 ist aus einem besonders guten Wärmeleiter ausgebildet, bevorzugt einem Metall und insbesondere einem Metallschaum, der besonders geeignete verzweigte Hohlräume und Porensysteme 3 zum Aufnehmen, Speichern und Bereitstellen des Latentwärmespeichers 7 aufweist. Die Basismatrix 2 wird bevorzugt von einem geschlossenporigen Metallschaum ausgebildet. Hierbei wird zuerst der die Basismatrix 2 bildende Metallschaum hergestellt und im festen Zustand der von dem Metallschaum definierte Porenraum 3 mit dem Latentwärmespeicher 7 befüllt. Nach dem Befüllen des Porenraums 3 wird die Basismatrix 3 versiegelt, beispielsweise mittels Lagen 4, die für den Latentwärmespeicher undurchlässig sind. Die jeweilige Lage 4 kann aus Metall, Kunststoff, Glas und/oder Keramik ausgebildet sein.
Die Größe der von dem Porenraum 3 gebildeten Poren oder Hohlräume ist kleiner als die maximale Wandstärke der Basismatrix 2. Die Porengröße ist bevorzugt deutlich kleiner als die Bauteildicke, so dass eine Pore nicht die komplette Wandstärke durchdringt.
Bei einem Metallschaum mit einer Schaumlagendichte von 0,5–0,7 g/cm³ d. h. einem Porenvolumen von ca. 80% werden Porendurchmesser von 5–8 mm bevorzugt, so dass eine breitflächige und schnelle Wärmeeinleitung hinzu oder weg von dem Latentwärmespeicher 7 möglicht ist.
Eine Lage 4, die Metall, Keramik oder Glas aufweist, wird bevorzugt an Seiteflächen der Basismatrix 3 mittels Kleben angebracht.
Die Lage kann aber auch von Lacken, Spachtelmasse oder Klebstoff ausgebildet werden, die in einem formbaren Zustand zum Versiegeln der an den Seiteflächen der Basismatrix 3 gelegenen offenen Poren 3 aufgetragen und in einen festen Zustand ausgehärtet werden.
Bei dem Latentwärmespeicher handelt es sich um ein Phasenwechselmaterial 7, wie Salze oder Paraffine, die Wärmeenergie aufnehmen können, wie bspw. Dikaliumhydrogenphosphat-Hexahydrat.
Der von der Basismatrix 2 definierte Porenraum 3 wird mit dem Latentwärmespeichers bzw. Phasenwechselmaterial 7 infiltriert, so dass der Porenraum 3 mit dem Phasenwechselmaterial 7 bevorzugt vollständig gefüllt ist. Der Porenraum 3 kann jedoch je nach Anwendung auch nur teilbefüllt werden. Eine Teilbefüllung des Porenraums 3 mit dem Phasenwechselmaterial 7 ist insbesondere vorteilhaft, um eine Wärmeausdehnung des Phasenwechselmaterials 7 kompensieren zu können. Durch die Teilbefüllung des Porenraums 3 verbleibt ein mit komprimierbarer Umgebungsluft befüllter Expansionsraum, in den das Phasenwechselmaterial expandieren kann, ohne dass ein Stofftransport stattfindet oder Druck in dem Porenraum 3 aufgebaut wird.
Das Füllen des Porenraums 3 mit dem Phasenwechselmaterial 7 kann durch Eintauchen der Basismatrix 2 in ein Bad aus flüssigem Phasenwechselmaterial 7 durchgeführt werden. Falls erforderlich, wird die Basismatrix 2 in dem Bad gewendet und/oder geschwenkt, bis der Porenraum 3 ausreichend mit Phasenwechselmaterial 7 verfüllt ist.
Nach dem Befüllen der Basismatrix 2 mit dem Phasenwechselmaterial 7 werden offene Poren an der Außenumfangsfläche der Basismatrix 2 durch Anbringen von Lagen 4 geschlossen oder durch Anschmelzen des Materials der Basismatrix 2 versiegelt. Die Lagen 4 sind aus einem für das Phasenwechselmaterial 7 dichten Material und weisen isolierende oder wärmeleitende Eigenschaften auf. Bevorzugt bestehen die Lagen 4 aus einem wenigstens für das Phasenwechselmaterial 7 undurchlässigem Material, das gleichzeitig gasdurchlässig ist. Die Lagen 4 können auch aus einem fluid-dichten Material ausgebildet sein, um einen Gasaustausch mit der Umgebungsluft zu vermeiden. Bei der Verwendung von fluid-dichten Lagen 4 wird der Porenraum 3 vorzugsweise nur teilbefüllt.
Eine andere Möglichkeit, die Metallschaum-Basismatrix 2 mit dem flüssigen Phasenmaterial zu befüllen, ist das Aufbringen eines Überdrucks, mittels dessen Hilfe das Phasenwechselmaterial 7 im fließfähigen Zustand in den Porenraum 3 eingepresst wird. Ferner besteht die Möglichkeit, dass auf einer Saugseite der Metallschaum-Basismatrix 2 ein Unterdruck erzeugt wird, so dass das in dem Porenraum erzeugte Vakuum das fließfähige Phasenwechselmaterial 7 einsaugt und somit der Porenraum 3 mit dem Phasenwechselmaterial aufgefüllt wird. Zum Besseren Einbringen des Phasenwechselmaterials 7 kann die Basismatrix 2 einerseits mit Überdruck und andererseits mit Unterdruck beaufschlagt werden.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Speichern von Wärme mittels eines Latentwärmespeichers 7. Die Seiten der Wärmespeichervorrichtung 1, die der Umgebung angrenzen, sind zu besseren Wärmespeicherung mit einer Decklage 4 versehen. Je nach Form der Temperier-Vorrichtung 1, beispielsweise einer würfelförmigen Temperier-Vorrichtung 1, können bis zu sechs Decklagen 4 vorgesehen werden, so dass eine vollständige Wärmeisolierung mit daran befindlichen Latentwärmespeichermaterial 7 möglich ist. Die in 3 gezeigte Temperier-Vorrichtung 1 zeigt einen Verbund aus zwei Decklagen 4 und einem zwischen den Decklagen 4 angeordnete Basismatrix 2. Der Verbund wird bevorzugt in Plattenbauweise als Halbzeug zur weiteren Verarbeitung hergestellt.
4 und 5 zeigen spezielle Anwendungen der Temperiervorrichtung 1.
In 4 ist die Temperiervorrichtung 1 an das zu wärmende, kühlende bzw. das zu temperierenden Objekt 5 an der Basismatrix 2 direkt wärmegekoppelt. Zusammen bilden die Temperiervorrichtung 1 und das zu temperierende Objekt 5 eine Objekttemperiervorrichtung 10 aus.
Die direkte Wärmekopplung kann beispielsweise durch Kleben oder direktes Aufbringen durch Schraubverbindung des zu temperierenden Objekts 5 an der mit Phasenwechselmaterial 7 gefüllten Basismatrix 2 erfolgen. Vorteilhafterweise ist hierbei der wärmeübertragende Flächenabschnitt oder Bereich zwischen der Basismatrix 2 und des zu temperierenden Objektes 5 mit wärmeleitenden Lagen oder Schichten ergänzt, die eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
In 4 ist eine andere Ausführungsform der Anbindung der Temperiervorrichtung 1 an ein zu wärmendes oder zu kühlendes, d. h. zu temperierendes Objekt 5 gezeigt. Hierbei soll der direkte Kontakt zwischen Latentwärmespeicher 1 und dem zu temperierenden Objekt 5 vermieden werden, wobei zwischen dem zu kühlenden Objekt 5 und der Metallschaum-Basismatrix 2 ein wärmeleitendes Element oder wärmeleitende Struktur 6 zur Wärmekopplung der Temperiervorrichtung 1 an dem zu temperierenden Objekt 5 vorgesehen ist. Als Wärmekopplung kann beispielsweise eine Wärmeleitung 6 zwischen der Temperiervorrichtung 1 und dem zu temperierenden Objekt 5 angeordnet sein. Bei der wärmeleitenden Zwischenstruktur 6 kann es sich beispielsweise um einen Kühlmittelkreislauf oder ein Wärmerohr oder eine Mehrzahl von Wärmerohren handeln.
Anwendungsmöglichkeiten der Objekttemperiervorrichtung 10 bzw. der Temperiervorrichtung 1 liegen beispielsweise in der Medizintechnik, bei der Kühlung von Organen oder Medikamenten, in der Automobiltechnik, bei der Temperaturstabilisierung des Fahrgastraumes, in der Elektronik, bei der Temperierung elektronischer Bauteile, in der Raumfahrt, bei der Temperaturstabilisierung bei wechselnden thermischen Lasten, im Maschinenbau, bei der Temperaturstabilisierung von Werkzeugmaschinen zur Verbesserung der Fertigungsgenauigkeit, im Gebäudebau und im Bauwesen, bei der Temperaturstabilisierung von Innenräumen, oder in der Lebensmittelindustrie beim Transport oder Lagern von Lebensmitteln, um eine vorbestimmte gewünschten Temperatur aufrechtzuerhalten.

Claims

Vorrichtung (1) zum Temperieren mittels eines Latentwärmespeichers (7), wobei der Latentwärmespeicher (7) in einer Basismatrix (2) mit einem verzweigten Hohlraum (3) angeordnet ist, so dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Latentwärmespeicher (7) und der den Hohlraum (3) bildenden Basismatrix (2) möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (3) von einem offenen und/oder geschlossenem Kanal- und/oder Porensystem (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei die den Hohlraum bzw. das Kanal-/Porensystem (3) bildende Basismatrix (2) ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von ungefähr 10 bis 200 W/mK liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Basismatrix (2) mit dem Hohlraum (3) zur Aufnahme des Latentwärmespeichers (7) von einem Metallschaum ausgebildet ist, der den Kanal- und/oder Porensystem (3) definiert, in dem der Latentwärmespeicher (2) gebunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Latentwärmespeicher (2) von einem Phasenwechselmaterial (PCM) gebildet ist, das beispielsweise Wasser, Paraffin und/oder Natriumacetat-Trihydrat aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Basismatrix (2) mit dem Hohlraum (3) zur Aufnahme des Latentwärmespeichers (7) an einer Umfangsseite einen Flächenabschnitt aufweist, mit dem die Basismatrix und/oder der Hohlraum in wärmeleitenden Kontakt mit einer zu temperierenden Vorrichtung (5) und/oder einem zu temperierenden Objekt (5) steht oder zwischen dem Flächenabschnitt der Basismatrix (2) und der zu temperierenden Vorrichtung eine wärmeleitende Struktur (6) zwischengeschaltet ist, wie ein Kühlmittelkreislauf oder ein Wärmerohr.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Basismatrix (2) wenigstens abschnittsweise mit einer Decklage (4) versehen ist.
Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, aufweisend die Schritte: – Ausbilden einer Basismatrix (2) mit einem Hohlraum (3) zur Aufnahme eines Latentwärmespeichers (7), – Infiltrieren des Hohlraums (3) mit einem Phasenwechselmaterial (7) zur Temperierung, – gegebenenfalls Abdichten vorbestimmter Abschnitte, der mit Phasenwechselmaterial (7) befüllten Basismatrix (2).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Phasenwechselmaterial (7) durch Eintauchen der Basismatrix (2) in ein Bad mit Phasenwechselmaterial (7) in einem fließfähigen Zustand eingebracht wird, so dass das Phasenwechselmaterial (7) in den von der Basismatrix (2) definierten Poren-Hohlraum (3) eindringt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Phasenwechselmaterial (7) durch Erzeugen eines Überdrucks an der Basismatrix in dem Hohlraum (3) der Basismatrix (2) eingepresst und/oder durch Erzeugen eines Unterdrucks an der Basismatrix (2) in den Hohlraum (3) der Basismatrix (1) eingesaugt wird.