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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Latentspeichermaterial nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Wärmespeicherung nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.
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Vor allem in der Gastronomie und für die Anlieferung und Warmhaltung von Speisen werden Wärmespeicher benötigt.
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Es ist schon bekannt, hierfür sensible Wärmespeicher zu verwenden, die aus Stein, Keramik, Metall oder auch einer Kombination davon bestehen. Nachteilig daran ist die relativ begrenzte Wärmespeicherkapazität, so dass eine große Menge verwendet werden muss, die mit einer großen Masse verbunden ist. Außerdem werden relativ hohe Temperaturen zum Erhitzen (Aufladen) der Wärmespeicher benötigt, die die Handhabung erschweren.
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Latentspeichermaterial ist ein sogenanntes Phasenwechselmaterial (Phase Change Materials, kurz PCM), also ein Material, das die Eigenschaft hat, bei definierten Temperaturen (Phasenwechseltemperaturen) einen Phasenwechsel von beispielsweise fest zu flüssig oder umgekehrt zu durchlaufen (auch flüssig-dampfförmig und ähnliche Systeme sind möglich, auch wenn im Folgenden nur auf den Phasenwechsel fest-flüssig eingegangen wird).
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Bei einem solchen Phasenwechsel wird sehr viel thermische Energie aufgenommen (fest -> flüssig) oder abgegeben (flüssig -> fest), wobei die Temperatur des Latentspeichermaterials bei dem Phasenwechsel konstant bleibt.
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Es gibt darauf basierend schon Latentspeicherelemente für den Gastronomiebereich, wie die sogenannte „Pizzaheatdisc“ der Firma PizzaBlitz Gastro GmbH, Noppweg 13, AT-4060 Leonding. Allerdings besteht dabei der Nachteil, dass diese Wärmespeicher in gesonderten Wärmestationen übermehrere Stunden aufgeladen werden müssen, was zusätzliche Kosten für die Bevorratung mehrerer bereits erwärmter Wärmespeicher bewirkt.
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Es ist auch schon eine Aufladung von Latentspeicherelementen mittels Mikrowellenstrahlung, beispielsweise aus der
WO 2014 064 519 A2 bekannt geworden, wobei als Mikrowellenabsorber Metalle, Halbleiter, Grafit und Kohlenstoff verwendet werden. Da damit aber einerseits mit hohen Kosten und andererseits mit starken Sicherheitsmängeln verbunden ist, da sich beim Erhitzen in der Mikrowelle so „Hot Spots“ bilden und damit eine Zerstörung des Latentspeichermaterials bzw. dessen Verkapselung bis hin zu deren Entzündung verbunden sein können, hat sich diese Lösung nicht durchgesetzt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmespeichermöglichkeit für den Gastronomiebereich anzugeben, die kostengünstig ist und die eine schnelle Verfügbarkeit ermöglicht. Dabei sollen die entsprechenden Wärmespeicher insbesondere schnell und sicher aufladbar sein, wobei keine Zusatzgeräte für die Lagerung erforderlich sein sollen. Insbesondere sollen die Wärmespeicher kostengünstig sein.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit dem erfindungsgemäßen Latentspeichermaterial nach Anspruch 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmespeicherung nach Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben.
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Erfinderseits wurde erkannt, dass diese Aufgabe in überraschender Art und Weise dadurch besonders einfach gelöst werden kann, wenn ein Latentspeichermaterial verwendet wird, dass direkt über Mikrowellenstrahlung aufgeladen werden kann, weil dann die Aufladung sehr schnell in einer in Gastronomieeinrichtungen zumeist vorhandenen Mikrowelle in sehr kurzer Zeit erfolgen kann und außerdem keine Sicherheitsmängel bestehen und die Latentspeicherelemente kostengünstig herstellbar sind. Es sind dann auch keine besonderen Zusatzgeräte für die Bevorratung von Wärmespeichern erforderlich, weil mit dem erfindungsgemäßen Latentspeichermaterial ausgerüstete Wärmespeicher in sehr kurzer Zeit aufladbar sind, wobei die Zeit geringer ist als die Fertigungszeit für die Speisen, so dass der entsprechende Wärmespeicher erst dann aufgeladen werden muss, wenn er auch benötigt wird.
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Das erfindungsgemäße Latentspeichermaterial, das zumindest eine Phasenwechseltemperatur aufweist, an der ein Phasenwechsel zwischen einer ersten Phase und einer zweiten Phase erfolgt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Latentspeichermaterial eine funktionelle Gruppe aufweist, die Mikrowellenstrahlung absorbiert, wodurch das Latentspeichermaterial über Mikrowellenstrahlung mit Energie zur Wärmeabgabe aufladbar ist.
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„Funktionelle Gruppe“ ist in diesem Zusammenhang eine Atomgruppe, die die Stoffeigenschaften und das Reaktionsverhalten des sie tragenden Latentspeichermaterials maßgeblich dahingehend bestimmt, dass Mikrowellenenergie absorbiert werden kann. Vorzugsweise handelt es sich um eine dielektrisch funktionelle Gruppe, da eine solche funktionelle Gruppe besonders gut Mikrowellenstrahlung absorbieren kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die funktionelle Gruppe eine funktionelle Ester-Gruppe ist. Solche Erster-Gruppen lassen sich durch Veresterung sehr leicht und kostengünstig herstellen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Latentspeichermaterial ein rieselfähiges Material ist. Dadurch kann das Latentspeichermaterial sehr einfach in entsprechenden Verkapselungen zur Erzeugung von Wärmespeichern in Form von Latentspeicherelementen verwendet werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Latentspeichermaterial einen Binder aufweist. Dann können entsprechende Latentspeicherelemente sehr einfach in Mikrowellen aufgeladen werden, ohne dass besondere Sicherheitsvorkehrungen gegen ein Auslaufen bei einer Beschädigung des Latentspeicherelements getroffen werden müssen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Binder zumindest ein Material aus der Gruppe Mineralstoff, wie beispielsweise Kiesel- oder Diatomeenerde, und Polymer, wie beispielsweise LDPE (Low Density Polyethylene), HDPE (High Density Polyethylene), PMMA (Polymethylmethacrylat), Polycarbonat, Styrol-Blockcopolymere und Mischungen davon, aufweist. Solche Binder stehen sehr kostengünstig zur Verfügung und damit lassen sich leicht rieselfähige Materialien herstellen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Binder eine offene, bevorzugt kapillare Porenstruktur aufweist. Dadurch nimmt der Binder das eigentliche PCM sehr einfach auf und kann zugleich durch ein Restluftvolumen die temperaturabhängige Volumenänderung des Latentwärmespeichermaterials auffangen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Latentspeichermaterial in einer Verkapselung zur Ausbildung eines Latentspeicherelements angeordnet ist, wobei das Latentspeicherelement bevorzugt keine Metalle und kein Graphit enthält. Dann lässt sich das Latentspeicherelement ohne Gefahr in Mikrowellen aufladen, weil keine Gefahr einer Ausbildung von „Hot Spots“ beim Erhitzen in der Mikrowelle besteht, die von der Zerstörung des PCM bzw. der Verkapselung bis zur Selbstentzündung führen können. Außerdem sind die Latentspeichermaterialien dadurch kostengünstiger, weil beigemischte Metalle und Graphite höhere Kosten verursachen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Latentwärmespeichermaterial in mikroverkapselter Form vorliegt. Dabei bestehen somit zahlreiche Latentwärmespeichermaterial-Kapseln, die von einander durch die Mikroverkapselungen getrennt vorlegen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Latentspeichermaterial zumindest einen monobasischen Ester, wie beispielsweise Laurate, Myristate, Palmitate, Stearate oder Oleate, aufweist. Das PCM wird dabei bevorzugt so ausgewählt, dass die Phasenwechseltemperatur der Temperatur entspricht, bei der die gewünschten Speisen am besten warm bzw. heiß gehalten werden, ohne dass es zu einem unerwünschten Nachkochen kommt. Durch Mischung verschiedener PCM kann dabei eine gewünschte Temperatur gezielt eingestellt werden, also beispielsweise zwischen 50 und 100°C, vorzugsweise 60 bis 80°C.
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Unabhängiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmespeicherung in einem Latentspeichermaterial, das zumindest eine Phasenwechseltemperatur aufweist, an der ein Phasenwechsel zwischen einer ersten Phase und einer zweiten Phase erfolgt, wobei das Latentspeichermaterial durch Mikrowellenstrahlung mit Energie zur Wärmeabgabe aufgeladen wird, wobei sich das Verfah-re dadurch auszeichnet, dass ein Latentspeichermaterial verwendet wird, das eine funktionelle Gruppe aufweist, die Mikrowellenstrahlung absorbiert.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Latentspeichermaterial verwendet wird.
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Die Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der einzigen Figuren deutlich werden. Dabei zeigt rein schematisch:
- 1 das erfindungsgemäße Latentspeicherelement in einer Schnittansicht.
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Es ist zu erkennen, dass das erfindungsgemäße Latentspeicherelement 10 eine äußere Verkapslung 12 aufweist, die als Scheibe mit einem versiegelbaren Hohlraum 14 ausgebildet ist. Die äußere Verkapselung 12 ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material, wie Polyethylen gebildet. Der Scheibendurchmesser ist beispielsweise an den Durchmesser üblicher Pizzen von ca. 30 cm auf.
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Der Hohlraum 14 ist mit einem Latentspeichermaterial 16 vollständig befüllt (in 1 nur teilweise dargestellt), wobei das Latentspeichermaterial 16 einen Binder aufweist, der eine offene kapillare Porenstruktur besitzt, in der ein PCM als das eigentliche Latentspeichermaterial aufgenommen ist.
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Der Binder ist ein Mineralstoff, beispielsweise in Form von Kiesel- oder Diatomeenerde, dessen äußere Form am ehesten der von Katzenstreu vergleichbar ist, wodurch es rieselfähig ist und leicht in den Hohlraum 14 eingefüllt werden kann. Das Latentspeichermaterial 16 liegt somit in der Verkapselung 12 als Schüttung 18 vor. Dabei kann das Latentspeichermaterial 16 selbst noch einmal in Mikroverkapselungen (nicht gezeigt) angeordnet sein.
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Durch die offene kapillare Porenstruktur kann sehr einfach ein Gasaustausch mit dem Hohlraum 14 stattfinden, so dass sich möglicherweise ausbildender Dampf beim Aufladen des PCM, der nicht von dem Binder aufgenommen werden kann, in den Hohlraum 14 austreten kann. Die Dampfmenge bleibt dabei aber durch den Binder so gering, dass die Verkapselung nicht aufgebläht wird oder gar platzt. Außerdem verhindert dieser Binder ein Auslaufen des Latentspeichermaterials bei einer Beschädigung der äußeren Verkapselung 12. Schließlich besteht in dem Binder ein Restluftvolumen, so dass temperaturbedingte Volumenänderungen des Latentspeichermaterials abgepuffert werden können.
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Diese Latentspeicherelemente 10 können sehr einfach gelagert werden. Sie sind in üblichen Mikrowellen (nicht gezeigt) bei 2000 W innerhalb von 2 min aufladbar und geben ihre Wärme bei einer konstanten Temperatur entsprechend ihrer Phasenwechseltemperatur über bis zu 180 min ab.
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Damit kann das Latentspeicherelement 10 noch während der Zubereitungszeit von z.B. Pizza aufgeladen werden und steht somit sofort bereit ohne dass eine spezielle Lagerhaltung aufgeladener Latentspeicherelemente 10 erforderlich ist.
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Das Latentspeicherelement 10 kann sofort nach dem Aufladen zusammen mit den heiß zu haltenden Speisen in einer Liefertasche oder dgl. verstaut werden, so dass die Speisen zum Verbraucher heiß geliefert werden können. Durch die PCM-typische Wärmeabgabe bei konstanter Temperatur ist weder ein Abkühlen noch ein Überhitzen der Speisen zu befürchten. Diese konstante Temperatur kann je nach Anforderungsprofil der Speisen vorab durch Verwendung bestimmter PCM bzw. Mischungen davon gezielt eingestellt werden.
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Dadurch, dass die Mikrowellenabsorbtionsfähigkeit des PCM nicht durch Metalle, Graphit oder andere externe Mikrowellenabsorber bereitgestellt wird, sondern durch funktionelle Gruppen des PCM selbst, besteht keine Gefahr, dass sich in der Mikrowelle Hot Spots ausbilden. Dadurch kann es nicht zur Beschädigung bzw. Selbstentzündung von Verkapselung 12 oder Latentspeichermaterial 16 kommen, weshalb die Latentspeicherelemente 10 problemlos in Mikrowellen aufgeladen werden können.
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Aus der vorstehenden Darstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung eine Wärmespeicherung für den Gastronomiebereich bereitgestellt wird, die eine sehr einfache und kostengünstige Aufladung in üblichen Mikrowellen erlaubt. Dabei sind keine gesonderten Zusatzgeräte für die Bevorratung aufgeladener Wärmespeicher 10 erforderlich, weil die aufgeladenen Wärmespeicher 10 instantan zur Anwendung aufgeladen werden können.
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Soweit nichts anderes angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Dabei können gegenständliche Merkmale des Wärmespeichers auch im Rahmen des Verfahrens umformuliert zu Verfahrensmerkmalen Verwendung finden und Verfahrensmerkmale im Rahmen des Wärmespeichers umformuliert zu Merkmalen des Wärmespeichers.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erfindungsgemäßes Latentspeicherelement, Wärmespeicher
- 12
- äußere Verkapslung
- 14
- Hohlraum
- 16
- Latentspeichermaterial
- 18
- Schüttung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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