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Die
Erfindung betrifft Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial
mit einem Viskositätseinsteller für das Phasenwechselmaterial.
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Latentwärmespeicher
mit einem Phasenwechselmaterial sind bekannt. Phasenwechselmaterialien
sind dazu zum Beispiel Paraffine, Salzhydrate und Fettalkohole,
die höhere Speicherkapazitäten als Feststoffe
oder Flüssigkeiten ohne Phasenwechsel beispielsweise Wasser,
Stein ermöglichen.
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Einer
einfachen Handhabung dieser Phasenwechselmaterialien steht grundsätzlich
der flüssige Zustand mit seinem Auslauf, Abdichtungs- und Volumenänderungsproblem
für entsprechende Behältnisse gegenüber.
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Dadurch
ist deren Anwendbarkeit eingeschränkt.
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Um
dieses Problem zu eliminieren, werden bekannterweise Phasenwechselmaterialien
in so genannte Trägerstrukturen, beispielsweise in Form
von Fasern, Schäumen oder Polymerstrukturen, integriert.
Diese Lösungen sind häufig nur mit erheblichem
technischen Aufwand unter Verlust großer Teile der Speicherkapazität
und der Begrenzung auf ausgewählte Geometrien realisierbar.
Hinzu kommen Kosten für die Trägermaterialien
sowie die Infiltration.
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Für
eine bessere Handhabung werden deshalb den Phasenwechselmaterialien
Verdicker zugesetzt.
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Aus
der Druckschrift
DE
34 11 357 A1 ist beispielsweise eine Kälte- und
Wärmepackung für die Physiotherapie und dgl. bekannt,
wobei eine Hülle mit einer knetbaren und nicht mehr frei
fließende Füllmasse befüllt ist. Die
Hülle ist im Wesentlichen ohne Lufteinschluss nur zu einem
Teil ihres Fassungsvermögens gefüllt. Die Füllmasse
enthält ein Verdickungsmittel insbesondere auf Basis von
Kieselsäure.
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Durch
die Druckschrift
DE
101 02 250 A1 ist ein Latentwärmespeichermaterial,
Schallabsorber und Biofilter bekannt. Verdicker sind dabei Di/Triblockcopolymere,
zum Beispiel Kraton und Septon, die für Paraffine geeignet
sind.
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Diese
Verdicker sind bezüglich Material und Verarbeitung teuer
und damit unökonomisch.
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Der
im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Latentwärmespeicher ökonomisch günstig
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen
gelöst.
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Die
Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial mit
einem Viskositätseinsteller für das Phasenwechselmaterial
zeichnen sich insbesondere durch ihre Ökonomisch günstige
Realisierung aus.
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Dazu
besteht der Viskositätseinsteller in Form eines Verdickers
aus einem Extrudat eines Naturstoffes und eines Polymers.
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Ein
Latentwärmespeicher kann thermische Energie verlustarm
und mit vielen Wiederholzyklen speichern. Dazu werden sogenannte
Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials – PCM)
genutzt. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass deren latente Schmelzwärme,
Lösungswärme oder Absorptionswärme wesentlich
größer als die Wärme ist, die sie aufgrund
ihrer normalen spezifischen Wärmekapazität (ohne
den Phasenumwandlungseffekt) speichern können.
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Latentwärmespeicher
funktionieren durch die Ausnutzung der Enthalpie reversibler thermodynamischer
Zustandsänderungen des Speichermediums in Form des Phasenwechselmaterials
mit dem Verdicker.
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Die
Verdicker zeichnen sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass diese
für Paraffine, Salzhydrate, Salze, Ester, Ether oder Fettalkohole
geeignet sind.
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Günstigerweise
sind die Verdicker universell anwendbar, einfach verwendbar und
recyclebar. Weiterhin besitzen diese niedrige Kosten.
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Durch
Einsatz des Verdickers als Viskositätseinsteller bestehend
aus einem Naturstoff sowie einem integrierten Polymeranteil als
Netzstruktur lässt sich durch Zumischen zu einem Phasenwechselmaterial
die Viskosität stufenlos einstellen. Die Netzstruktur ist
bei der Extrusion eingearbeitet. Die hohe Saugfähigkeit
des Naturstoffes kombiniert mit der mehrdimensionalen homogenen
Netzstruktur des Polymers lässt unterschiedlich viskose
Produkte mit Phasenwechselmaterial entstehen. Der Zustand kann dabei
von flüssig bis makroskopisch quasi fest eingestellt werden.
Das ist darüber hinaus auch im flüssigen Zustand
des Phasenwechselmaterial möglich.
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Das
Zusammenwirken zwischen den Kapillarkräften des Naturstoffes
mit der Binde- und Anziehungsstruktur des Polymers gewährleistet
eine zyklenstabile Funktion des Produkts ohne Auslaufen, selbst
bei Beschädigungen von geeigneten Verpackungen und Behältern.
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Abhängig
vom Naturstoff, dem Polymer und der Extrudatform lassen sich unterschiedlich
viskose Produkte mit Phasenwechselmaterialien herstellen, beispielsweise
auch Pasten mit Eigenstatik. Durch Vermahlen des Naturstoff-Polymer-Extrudats
sind unterschiedliche Körnungen und Geometrien für
unterschiedliche Anwendungen realisierbar. Weiterhin wirkt das Trägermaterial
als Kristallisationskeim für den Erstarrungsprozess des
Phasenwechselmaterials.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen
2 bis 11 angegeben.
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Im
Viskositätseinsteller beträgt nach der Weiterbildung
des Schutzanspruchs 2 günstigerweise der Anteil des Naturstoffes
größer/gleich 70% und der Anteil des Polyamids
gleich/kleiner 30%.
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Der
Naturstoff ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 3 ein
Getreidemahlgut.
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Das
Polymer ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 4 ein Polyamid.
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Das
Naturstoff-Polymer-Extrudat ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs
5 ein Granulat und/oder ein Pulver.
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Das
Phasenwechselmaterial ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs
6 ein Paraffin, ein Salzhydrat, ein Ester oder ein Fettalkohol.
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Das
Phasenwechselmaterial mit dem Viskositätseinsteller ist
nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 7 ein Pressling oder
eine Paste.
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Günstigerweise
ist im viskosen Phasenwechselmaterial mit dem Viskositätseinsteller
nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 8 der Masseteil des Verdickers
größer/gleich 5% bis gleich/kleiner 20%.
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Vorteilhafterweise
ist im festen Phasenwechselmaterial auf Paraffinbasis mit dem Viskositätseinsteller
nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 9 der Masseteil des Viskositätseinstellers
größer/gleich 5% bis gleich/kleiner 15%. Diese
lassen sich im Temperaturbereich von –4°C bis
180°C zu einer sehr formstabilen Masse formen. Der dadurch realisierte
Latentwärmespeicher ist zyklenstabil und weist eine geringe
Ausdehnung auf. Dazu notwendige Ausdehnungsräume sind leicht
vorzusehen und damit integrierbar. Bevorzugtes Polymer ist dazu
Polyamid.
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Nach
der Weiterbildung des Schutzanspruchs 10 enthält der Pressling
oder die Paste weiterhin Graphit.
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Im
Pressling mit dem wärmeleitenden und strukturstabilisierenden
Graphit ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 11 ein elektrisches
Heizelement angeordnet, wobei sich dessen Kontakte oder Anschlüsse
am oder außerhalb des Presslings befinden. Damit ist das
Heizelement mit einem elektrischen Netz verbindbar. Mittels des
elektrischen Heizelements wird der Pressling selbst erhitzt.
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Das
Phasenwechselmaterial mit dem Viskositätseinsteller befindet
sich nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 12 in einem Behältnis.
Letzteres kann aus einem flexiblen oder einem festen Material bestehen.
Das sind zum Beispiel Kunststoffe für eine Beutelform oder
Metalle für einen Korpus.
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Das
Behältnis mit dem Phasenwechselmaterial mit dem Viskositätseinsteller
ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 13 ein Wärme-
oder ein Kühlelement.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher
beschrieben.
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Ein
Latentwärmespeicher besteht im Wesentlichen aus einem Phasenwechselmaterial
mit einem Viskositätseinsteller.
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Der
Viskositätseinsteller in Form eines Verdickers besteht
dabei aus einem Extrudat eines Naturstoffes und eines Polymers.
Das Phasenwechselmaterial ist ein Paraffin, ein Salzhydrat, ein
Salz, ein Ester, ein Ether oder ein Fettalkohol. Salzhydrate sind beispielsweise
Natriumsulfate oder Natriumacetate.
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Im
Viskositätseinsteller ist der Anteil des Naturstoffes größer/gleich
70% und der Anteil des Polyamids gleich/kleiner 30%.
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Der
Naturstoff ist dazu ein Getreidemahlgut und das Polymer ein Polyamid,
die zusammen günstigerweise als ein Granulat und/oder Pulver
vorliegen.
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Das
Phasenwechselmaterial mit dem Viskositätseinsteller als
Verdicker sind als Pressling oder als Paste realisierbar.
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Im
viskosen Phasenwechselmaterial mit dem Viskositätseinsteller
ist der Masseteil des Viskositätseinstellers größer/gleich
5% bis gleich/kleiner 20%.
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Im
festen Phasenwechselmaterial auf Paraffinbasis mit dem Viskositätseinsteller
ist der Masseteil des Viskositätseinstellers größer/gleich
5% bis gleich/kleiner 15%. Bevorzugtes Polymer ist hier Polyamid.
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Vorteilhafterweise
befindet sich das Phasenwechselmaterial mit dem Viskositätseinsteller
in einem Behältnis, so dass ein Wärme- oder ein
Kühlelement als Latentwärmespeicher realisiert
ist.
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In
einer Ausführungsform enthält der Pressling oder
die Paste weiterhin wärmeleitendes und strukturstabilisierendes
Graphit.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist im Pressling mit dem
wärmeleitenden und strukturstabilisierenden Graphit ein
elektrisches Heizelement angeordnet, wobei sich dessen Kontakte
oder Anschlüsse am oder außerhalb des Presslings
befinden.
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Damit
ist das elektrische Heizelement mit einem elektrischen Netz verbindbar.
Als Heizelement wird dazu ein bekanntes PTC-Element (PTC – Positive
Temperature Coeffizient) eingesetzt. Das ist ein Kaltleiter in Form
eines Halbleiterwiderstandes mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
des Widerstandswertes.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3411357
A1 [0007]
- - DE 10102250 A1 [0008]