DE202015002088U1 - Wärmespeicher mit verkapseltem Phasenwechselmaterial und Verwendung dazu - Google Patents

Abstract

Wärmespeicher, eine Ummantelung und/oder Verkapselung aus einem Kunststoff oder einem Laminat umfassend, wobei die Ummantelung/Verkapselung einen flüssigkeits-dichten Hohlraum bildet, der mit PCM gefüllt ist und stoffschlüssig an die Geometrie eines Gerätes und/oder eines Bauteils anpassbar oder als Packung in unterschiedlichen Größen realisierbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit verkapseltem Phasenwechselmaterial sowie eine Verwendung des Wärmespeichers.
• Nach dem Stand der Technik werden Phasenwechselmaterialien als thermische Energiespeicher eingesetzt. Hierbei bieten Phasenwechselmaterialien bzw. Phasenwechselspeicher den Vorteil, dass sie thermische Energie verborgen und verlustarm mit vielen Wiederholzyklen und über einen längeren Zeitraum speichern.
• Herstellungsverfahren für Phasenwechselspeicher verwenden typischerweise Ummantelungen, die das Phasenwechselmaterial des Phasenwechselspeichers aufnehmen. Insbesondere im flüssigen Aggregatzustand des Phasenwechselmaterials ist eine solche Ummantelung vorteilhaft. Typischerweise werden zur Ummantelung Beschichtungen und/oder Polymere eingesetzt. Nach dem Stand der Technik bekannte Ummantelungen mit PE-Folien oder Aluminiumfolien und Aluminiumplatten begrenzen einerseits die Einsatzmöglichkeiten wegen der elektrischen Leitfähigkeit oder sind aufgrund von Korrosionserscheinungen nicht anwendbar. Andererseits gibt es Mikro-Verkapselungen für PCMs, die aber einen hohen Wärmewiderstand haben. Sie verringern folglich den Nutzwert der im Phasenwechselspeicher gespeicherten thermischen Energie, insbesondere bei dynamischen Prozessen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Wärmespeichers mit verkapseltem Phasenwechselmaterial zu verbessern.
• Die Aufgabe wird durch einen Wärmespeicher mit einem verkapselten PCM mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
• Dementsprechend ist Gegenstand der Erfindung ein Wärmespeicher, eine Ummantelung und/oder Verkapselung aus einem Kunststoff oder einem Laminat umfassend, wobei die Ummantelung/Verkapselung einen flüssigkeits-dichten Hohlraum bildet, der mit PCM gefüllt ist und stoffschlüssig an die Geometrie eines Gerätes und/oder eines Bauteils anpassbar oder als Packung in unterschiedlichen Größen realisierbar ist.
• Als PCM können verschiedene Materialien eingesetzt werden, beispielsweise Weichparaffin, Hartparaffin und/oder Mikrowachse. Beispielsweise können auch PCM verwendet werden, die Salze umfassen.
• Bei der stoffschlüssigen Ummantelung aus Kunststofffolie wird beispielsweise ein Gerät ganz oder teilweise mit einem Harz, wie einem Epoxidharz oder einem anderen Kunstharz ummantelt, also beispielsweise umgossen, dann wird das Phasenwechselmaterial aufgebracht und dieser Verbund mit einer weiteren Lage oder Schicht aus dem gleichen oder einem anderen Material zur Ummantelung verkapselt.
• Das Material zur Ummantelung wird auf das Gerät oder Bauteil, beispielsweise durch Bestreichen der Oberfläche, Umgießen, Umspritzen und/oder über Vakuum-Infusion aufgebracht.
• Bei der Herstellung einer Packung wird eine ausreichende Menge an Phasenwechselmaterial in eine Packung eingebracht, so dass der Wärmewiderstand überschaubar bleibt. Dabei können verschiedene Dicken und Größen realisiert werden. Zur Herstellung der Packung wird dann die Ummantelung, die das PCM enthält, verschweißt oder auf eine adäquate Form flüssigkeitsdicht verschlossen. Nach Einbringen des PCMs in die Packung kann dort auch vor dem Verschließen Unterdruck erzeugt werden, damit das Volumen und der Wärmewiderstand der Packung optimiert werden.
• Das Ummantelungsmaterial für die Packung kann eine beliebige Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyethylenterephtalat (PET), Polyethylen (PE) oder Polyethylennaphthalat (PEN) oder ein Laminat verschiedener Lagen sein. Dabei ist erstens die Dichtheit des Ummantelungsmaterials, dessen Verarbeitbarkeit zur Bildung der Packung und schließlich die Wärmeleitfähigkeit der Ummantelung für den Wert der Packung, neben dem PCM, ausschlaggebend.
• Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Ummantelung beschichtet ist, beispielsweise innen und/oder außen.
• Nach einer vorteilhaften Ausführungsform liegt das PCM in der Packung oder in der stoffschlüssigen Ummantelung und/oder Verkapselung verdichtet vor.
• Vorteilhafterweise wird durch eine Verdichtung des Phasenwechselmaterials die Wärmekapazität des Wärmespeichers, der durch die Verkapselung des Phasenwechselmaterials ausgebildet wird, verbessert.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann nach erfolgtem Herstellen eines Unterdrucks im Wärmespeicher die Packung und/oder der stoffschlüssig verkapselte PCM-umfassende Wärmespeicher mit einem Gas, das eine gegenüber Luft erhöhte Wärmeleitfähigkeit hat, gefüllt werden. Beispielsweise kann der Wärmespeicher mit Helium gefüllt werden.
• Helium weist im Vergleich zu Luft eine wesentlich vergrößerte Wärmeleitfähigkeit auf. Unter SATP-Bedingungen (eng. Standard Ambient Temperature and Pressure), das heißt bei 25°C und 101,3 kPa beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Luft 26,06 mW/(m·K). Helium weist im Gegensatz zu Luft eine deutlich vergrößerte Wärmeleitfähigkeit von 150 mW/(m·K) auf, so dass die Wärmeleitfähigkeit von Helium annähernd das Sechsfache der Wärmeleitfähigkeit von Luft beträgt. Durch die vergrößerte Wärmeleitfähigkeit des in den Innenraum eingeleiteten Heliums wird die Wärmeübertragung von der Ummantelung auf das im Innenraum angeordnete Phasenwechselmaterial verbessert. Hierdurch wird die Aufnahme und Abgabe von Wärme des Phasenwechselspeichers erleichtert.
• Soll der Wärmeübergang verringert werden, so kann das Einleiten bzw. Einbringen eines thermischen Isoliergases vorgesehen sein. Durch das Einbringen eines Gases in den Innenraum der Ummantelung und/oder der Packung kann folglich die Wärmeleitfähigkeit des Wärmespeichers gezielt verändert und dem Zwecke angepasst werden.
• Durch die hier vorliegende Erfindung wird erstmals ein Wärmespeicher auf PCM-Basis vorgestellt, der stoffschlüssig oder nicht-stoffschlüssig anpassbar konzipiert ist, weil er eine Kunststoff-Verkapselung aufweist, die entweder zur Bildung einer Packung mit PCM oder zur Ausbildung eines stoffschlüssigen Wärmespeichers mit PCM geeignet ist. Ein derartiger Wärmespeicher ist auch in hoch-dynamischen Prozessen einsetzbar.
• Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (9)

1. Wärmespeicher, eine Ummantelung und/oder Verkapselung aus einem Kunststoff oder einem Laminat umfassend, wobei die Ummantelung/Verkapselung einen flüssigkeits-dichten Hohlraum bildet, der mit PCM gefüllt ist und stoffschlüssig an die Geometrie eines Gerätes und/oder eines Bauteils anpassbar oder als Packung in unterschiedlichen Größen realisierbar ist.
2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, wobei die Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe folgender Kunststoffe: Harz wie beispielsweise Epoxidharz, Polyethylen, Polyethylenterephtalat (PET), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN) oder ein beliebiges Gemisch und/oder Blend aus diesen Polymeren.
3. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das PCM ausgewählt ist aus der Gruppe folgender Verbindungen: Weichparaffin, Hartparaffin und/oder Mikrowachse, sowie beliebige Salze daraus.
4. Wärmespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im PCM noch weitere Verbindungen, beispielsweise Salze, enthalten sind.
5. Wärmespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das PCM im Wärmespeicher verdichtet vorliegt.
6. Wärmespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im PCM-gefüllten Hohlraum ein Unterdruck herrscht.
7. Wärmespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das PCM in einer Atmosphäre vorliegt, in der Helium vorliegt.
8. Wärmespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ummantelung und/oder die Verkapselung beschichtet vorliegen.
9. Wärmespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ummantelung und/oder die Verkapselung als Laminat vorliegen.