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Die
vorliegende Erfindung betrifft Einrichtungen mit endothermen Materialien
und insbesondere betrifft sie die Bereitstellung von bestimmten
Säuren
und deren Salzen, bestimmten Basen und deren Salzen und bestimmten
organischen Verbindungen als endotherme Reaktanden zur Verwendung
in derartigen endothermen Materialien zur Steuerung der Temperatur
und der Wärme
in Kühlsystemen
für elektronische
Komponenten, Strukturen, Oberflächen
und dergleichen, die empfindlich auf Temperaturänderungen reagieren.
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Häufig ist
eine aktive Kühlung
von derartigen elektronischen Komponenten, insbesondere von empfindlichen
TR-Modulen, Impatt-Dioden, Datenaufzeichnungsvorrichtungen und dergleichen
nicht möglich,
und sogar wenn sie möglich
ist erfordert sie eine kontinuierliche Hochenergiekühlung, die
andere angegliederte technische Systeme, wie z. B. solche, die für Raketen-,
Luftfahrt- und verwandte Kampfsysteme typisch sind, belastet.
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Im
Allgemeinen werden in endothermen Einrichtungen Phasenübergangs-Materialzusammensetzungen
(phase change material compositions, PCM's) eingesetzt. Die konventionellen PCM-Materialien
sind überwiegend
von fester oder fluidischer Beschaffenheit und sind beispielsweise
Flüssigkeiten,
Quasi-Flüssigkeiten oder
Feststoffe, wie z. B. Wachse oder andere schmelzbare Zusammensetzungen.
Im Laufe der Zeit hat sich herausgestellt, dass konventionelle PCM's unter vielen technischen
Problemen sowie unter Problemen bei ihrer Verwendung und bei ihrem
Einsatz leiden. Diese Probleme umfassen eine relativ geringe latente
Schmelzwärme,
die Tatsache, dass es nicht möglich
ist, die Gestalt und die Form derartiger fluidischer PCM-Materialien zu steuern,
sowie die Gleichmäßigkeit
des Aufheizens und des Abkühlens.
Weitere Probleme sind die Notwendigkeit, ein Sicherheitsgehäuse bereitzustellen
und die auf das Gehäuse
aufgebrachten Spannungen, die häufig
zu einem Bruch und einem Auslaufen des PCM führen, die Gefahr für Leben
und Eigentum aufgrund des hohen Wärmegehalts und der Entzündlichkeit
der PCM's und schließlich die
ungleichmäßige Aufheiz-
oder Abkühlhysterese.
Aus diesen kritischen sowie anderen Gründen haben PCM's als thermische
Speicher- und Temperatursteuerungsmedien eine lange Geschichte des
Versagens und der Nichtverwendung in kommerziellen und militärischen
Anwendungen.
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In
einem Patent der Anmelderin, dem US-Patent Nr. 4,446,916, hat die
Anmelderin etwas offenbart, was sie als endothermes Textilverbundmaterial
(composite fabric endothermic material, CFEM) bezeichnet, wodurch
Einrichtungen bereitgestellt werden, die speziell als Wärmesenken
für Raumfahrt-
und Militäranwendungen
geeignet sind. Das patentierte CFEM stellt eine verbesserte Wärmesenke
bereit, die bei den Schmelztemperaturen einer in ein faserartiges
Netz oder eine faserartige Matrix eingebetteten Verbindung Wärme absorbiert.
Das CFEM umfasst vorzugsweise ein Phasenübergangsmaterial, das durch
Kapillarwirkung und chemische Adhäsionen an den Fasern der Matrix
gehalten wird. Infolgedessen wird ein stark vergrößerter Oberflächenbereich
für die
Wärmeübertragung
erhalten.
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Bei
den normalen PCM's
können
heiße
Fluide auf menschliche Haut auslaufen, was aufgrund der klebrigen
Kontaktbeschaffenheit vieler heißer Wachse und Phasenübergangsmaterialien
aus Kunststoff und der großen
Hitze sowie aufgrund des klebrigen Anhaftens auf der Haut zu ernsthaften
Verbrennungen dritten Grades führt.
Zerbrochene Schalen mit einem Nicht-CFEM oder einem verflüssigten
Wachs geben ihren Inhalt ab und verursachen explosionsartige Feuer,
die sich ausbreiten, wenn das PCM während des Aufheizens in Öfen ausläuft. Mit
Wachs gefüllte
Schalen sind anfällig
für Feuer,
die sich ausbreiten und aus den Öfen
ausströmen
können;
ein CFEM-Textilmaterial
absorbiert und enthält
jedoch flüssiges
PCM und macht es schwer entzündlich.
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Während das
patentierte CFEM zur Verwendung in Nahrungsmittel- und Militäranwendungen
geeignet ist, ist der Bereich seiner Eignung für andere kommerzielle und zivile
Anwendungen begrenzt und es ist insbesondere nicht für eine Hochtemperaturanwendung,
für Flugschreiber
und für
Ofensensoren geeignet.
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In
dem US-Patent Nr. 5,709,914 der Anmelderin spricht die Anmelderin
den Bedarf für
ein verbessertes CFEM zur Verwendung in vielen kommerziellen und
zivilen Anwendungen, insbesondere für Nahrungsmittel-, Haushalts-
und kommerzielle Verpackungsanwendungen an. Diese Anmeldung betrifft
verbesserte CFEM's,
die in einer Vielzahl von kommerziellen Anwendungen, wie z. B. in
der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt werden können, wo ein Bedarf für wärmehaltende
oder wärmeisolierende
Behältnisse,
Verpackungen und thermische Speichereinrichtungen entstanden ist.
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Die
endothermen Wirkstoffe, d. h. die in dem US-Patent Nr. 5,709,914
der Anmelderin vorgeschlagenen wärmeabsorbierenden
Wirkstoffe, haben durch das physikalische Phänomen der Absorption der latenten Schmelzwärme einen
gewissen Schutz vor hohen Temperaturen ermöglicht, wobei die geeignete
kristalline Substanz eine Menge der Schmelzwärme ohne einen Temperaturanstieg
ihrer Umgebung absorbiert. Das Phänomen der Absorption der latenten
Schmelzwärme
ist reversibel und stellt einen Schutz bereit, wenn die Wärmeerzeugung
in der Anwendung mehr als einmal auftritt.
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Das
US-Patent Nr. 4,585,843 offenbart ein Polymerisationsverfahren,
bei dem ein partikelförmiges Wärmesenkenmaterial
eingesetzt wird, das zur Absorption thermischer Energie einen endothermen
Phasenübergang
durchläuft.
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Die
Anmelderin hat nun jedoch herausgefunden, dass mit der Verwendung
derartiger oben beschriebener wärmeabsorbierender
Wirkstoffe viele Probleme inhärent
einhergehen. Aufgrund der Tatsache, dass die Phänomene der früheren Anmeldung
reversibel sein müssen,
so dass die Wärmeabsorption
mehr als einmal erfolgt, wirken sie in relativ niedrigen Temperaturbereichen.
Mit anderen Worten, sie können
nicht mehr als 837 J/g (200 cal/gm) absorbieren. Somit können sie
Wärme nur
für eine
kurze Zeitspanne fernhalten und nur bei Temperaturen, die 163°C (326°F) nicht überschreiten.
Infolgedessen sind sie für
Anwendungen nicht wirksam, die eine Kühlung bei sehr hohen Temperaturen
und für
lange Zeitspannen erfordern, wie es beispielsweise bei Flugzeugabstürzen, für die Elektronik
von Raketen, in Raumfahrteinrichtungen, in Energieversorgungen,
in als Flugzeugkomponenten eingesetzten Datenaufzeichnungseinrichtungen
sowie in Kampfeinrichtungen und bei kommerziellen Anwendungen als
Ofensensoren, Brandmauern und Auspuffsysteme für Automobile erforderlich wäre.
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Wirkstoffe
mit einer latenten Schmelzwärme
(PCM's) neigen dazu,
bei relativ hohen Temperaturen zu brennen und damit den Gesamtwärmegehalt
des Systems zu erhöhen.
Darüber
hinaus gewährleistet
die Reversibilität
der Phänomene
praktisch, dass diese Wirkstoffe auch Wärme auf die Umgebung übertragen,
sobald die Umgebung eine niedrigere Temperatur aufweist als die
jeweiligen Temperaturen der Wirkstoffe. Infolgedessen wirken diese
Wirkstoffe nicht nur als wärmeabsorbierende
Wirkstoffe, sondern sie können
auch als Wärmeübertragungswirkstoffe
wirken, so dass sie genau den Schaden an den elektronischen Komponenten verursachen,
den sie ursprünglich
verhindern sollten.
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Die
deutsche Beschreibung DE-OS-22 33 107 betrifft endotherme Wirkstoffe
zum Kühlen
heißer
Gase, die dazu verwendet werden, aufblasbare Strukturen aufzubla sen.
Die endothermen Wirkstoffe sind partikelförmig und in porösen Behältnissen
aufgenommen, um Gase durch diese hindurchzuführen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile
von PMC's zu überwinden
und insbesondere nicht reversible wärmeabsorbierende Anwendungen
bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte
Kühlmedien
bereitzustellen, die für
eine Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. bei Flugzeugabstürzen, für die Elektronik
von Raketen, für
Raumfahrteinrichtungen, für
Energieversorgungen, für
als Flugzeugkomponenten eingesetzte Datenaufzeichnungseinrichtungen
und für
Kampfeinrichtungen sowie für
kommerzielle Anwendungen, beispielsweise als Ofensensoren und dergleichen
eingesetzt werden können.
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Es
ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wärmeabsorbierende
Wirkstoffe bereitzustellen, die Wärme bei Temperaturen oberhalb
von 150°C
(300°F)
absorbieren können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, endotherme
Mechanismen bereitzustellen, die die chemische Reaktion der latenten
Bildungs- oder Zersetzungswärme
nutzen.
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definiert.
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Die
vorliegende Erfindung setzt nicht wiederverwendbare, nicht reversible
endotherme chemische Reaktionen ein, die die latente Wärme von
Zersetzungs- und Dehydrierungsreaktionen nutzen, um neue verbesserte
und insbesondere wirksame endotherme Kühlsysteme bereitzustellen.
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Was
diese nicht umkehrbaren, nicht reversiblen endothermen chemischen
Reaktionen besonders geeignet macht, ist die Tatsache, dass sie
Reaktionstemperaturen aufweisen, die für den Temperaturbereich geeignet
sind, der beim Design von Flugschreibern, elektronischen Komponenten
und verwandten Einrichtungen verwendet wird, d. h. die Struktur
der Wärmesenke
muss dazu in der Lage sein, eine Innentemperatur zwischen 100°C und 300°C aufrechtzuerhalten,
während
sie in einem Außentemperaturbereich
von 600 bis 1100°C
betrieben wird und nur als Wärmesenke
und nicht als Wärmeerzeuger
wirken.
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Die
in der vorliegenden Erfindung entwickelten Verbindungen stellen
endotherme chemische Reaktionen bereit, die extrem stabil in verschiedenen
Umgebungen sind, eine lange Lagerfähigkeit und hohe latente Reaktionswärmen haben.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Verbindungen umfassen:
Borsäure und
einige Boratsalze, Salze der Essigsäure und der Ameisensäure, Hydroxide
von Lithium, Calcium, Aluminium und Natrium, Magnesiumcarbonatsalze,
Lithium und Silizium, Paraldehyde und Paraformaldehyde sowie Trioxane
und hydrierte Salze.
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Speziell
umfassen die interessierenden endothermen Wirkstoffe solche, die
sich thermisch wie folgt zersetzen:
- 1. Hydrierte
Salze, die sich endotherm zu Wasser und Salz zersetzen.
- 2. Paraldehyde, Trioxane und Paraformaldehyde, die sich endotherm
zu Formaldehyd zersetzen.
- 3. Säuren
mit einem geringen Molekulargewicht, die sich endotherm zu Wasser
und Oxiden zersetzen.
- 4. Carbonatsalze, die sich zu Kohlendioxid und ein Oxid zersetzen.
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Beispiele
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I.
Das Folgende veranschaulicht die endotherme Reaktion und die Wärmeabsorption
der oben erwähnten
Hydroxide, wenn sie einer Reaktionstemperatur unterhalb von 1100°C ausgesetzt
werden.
Lithiumhydroxid (LiOH):
LiOH schmilzt bei 450°C
2LiOH
zersetzt sich zu → Li2O + 2H2O bei 1000°C
unter
Absorption von 2872 J/g (686 cal/gm)
Natriumhydroxid (NaOH):
2NaOH
zersetzt sich zu → Na2O + 2H2O bei 1000°C
unter
Absorption von 1357 J/g (324 cal/gm) während der Zersetzung.
Aluminiumhydroxid
(Al(OH)3):
2Al(OH)3 zersetzt
sich zu → Al2O3 + 3H2O
bei 1000°C
unter
Absorption von 1432 J/g (342 cal/gm)
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Aus
dem Obenstehenden wird ersichtlich, dass sich die beschriebenen
Hydroxide bei ihren beschriebenen Reaktionstemperaturen unter Bildung
von Metalloxiden zersetzen, während
sie große
Mengen der latenten Reaktionswärme
absorbieren. Bei einigen Reaktionen wird durch das Schmelzen der
Ausgangshydroxide und das Schmelzen der erzeugten Oxide eine größere Menge
an latenter Wärme
absorbiert.
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II.
Das Folgende veranschaulicht die endotherme Reaktion und die Wärmeabsorption
der oben genannten Salze, wenn sie einer Temperaturreaktion unterhalb
von 1100°C
ausgesetzt werden.
Calciumcarbonat (CaCO3):
CaCO3 zersetzt sich zu → CaO + CO2 bei
840°C
unter
Absorption von 1782 J/g (425,6 cal/gm)
Siliciumcarbonat (SiCO3):
SiCO3 zersetzt
sich zu → SiO
+ CO3 bei 1100°C
unter Absorption von
1590 J/g (380 cal/gm)
Magnesiumcarbonat (MgCO3):
Anmerkung:
Das endotherme Ausgangsmaterial besteht aus Magnesiumcarbonat (MgCO3), Mg(OH)2 und H2O, d. h.: nMgCO3 :
nMg(OH)2 : nH2O
nMgCO3 : nMg(OH)2 : nH2O zersetzt sich zu →
nMgO + CO2 und
nH2O bei 300°C unter Absorption von 1193
J/g (285 cal/gm).
Lithiumcarbonat (Li2CO3)
Li2CO3 zersetzt sich zu → Li2O
+ CO2 bei 1310°C unter Absorption von 1675
J/g (400 cal/gm).
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III.
Diese Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Natriumbicarbonat unter Absorption von
mehr als 1465 J/g (350 cal/gm) zwischen 120°C und 310°C.
ΔH° ~ 1520 J/g (363 cal/g)
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IV.
Diese Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Natriumcarbonat unter Absorption von mehr
als 1340 J/g (320 cal/gm).
MW = 84,0
ΔH° = [1,27 × 10
5 J/Mol (30,450 cal/Mol)]/(84 g/Mol)
=
1518 J/g (363 cal/g)
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V.
Insbesondere wurde herausgefunden, dass Borsäure bei der Zersetzung große Mengen
von Wärme
absorbiert, da sich Borsäure
in Stufen über
einen Temperaturbereich unter Bildung von Boroxid und Wasser zersetzt,
während
es nahezu 1674 J/g (400 cal/gm) absorbiert. Borsalze wirken ähnlich für wirksame
Wärmeabsorptionsergebnisse.
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Das
Folgende zeigt die Reaktionen von Borsäure unter Absorption der entsprechenden
latenten Reaktionswärmen:
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Borsäure
unter Absorption von mehr als 1674 J/g (400 cal/gm) zwischen 120°C und 350°C.
MW
= 62
ΔH° = 2,24 × 10
5 J (53,6 Kcal)/2 Mol H
3BO
3 ΔH
= [2,24 × 10
5 (53,600 Kcal)/2 Mol] (2(62) g/2 Mol ≥ 1808 J/g
(432 cal/g)
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VI.
Das Folgende zeigt die endotherme Reaktion sowie die Wärmeabsorption
von hydrierten Salzen, wenn sie einer Temperaturreaktion unterhalb
von 1100°C
ausgesetzt werden.
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Die
folgenden Hydratsalze sorgen für
eine wirksame endotherme Kühlung
von 60 bis 200°C:
ΔH
r =
1,78 × 10
5 J/Mol (42,4 Kcal/Mol)
MW = 96,39
[1,78 × 10
5 J/Mol (42,4 Kcal/Mol]/96,39
ΔH
r ist
negativ.
MW = 246,37
[4,13 × 10
5 J/Mol (98,6 Kcal/Mol)]/246,37 = 1675 J/g
(400,2 cal/gm)
ΔH
r ist
5,22 × 10
5 J/Mol (124,58 Kcal/Mol)
MW = 354,12
[5,22 × 10
5 J/Mol (124,58 Kcal/Mol)]/354,12 = 1473
J/g (351,8 cal/gm)
ΔH
r =
2·32 × 10
5 J/mole (55,46 Kcal/mole)
MW = 155,96
[2,32 × 10
5 J/Mol (55,46 Kcal/Mol)]/155,96 = 1490 J/g
(355,6 cal/gm)
ΔH
r =
1,08 × 10
6 J/Mol (257,12 Kcal/Mol)
MW = 666,14
[1,08 × 10
6 J/Mol (257,12 Kcal/Mol)]/666,14 = 1616
J/g (385,98 cal/gm)
ΔH
r =
2,71 × 10
5 J/Mol (64,7 Kcal/Mol)
MW = 137,98
[2,71 × 10
5 J/Mol (64,7 Kcal/Mol)]/137,98 = 1963 J/g
(468,9 cal/gm)
ΔH
r =
4,33 × 10
5 J/Mol (103,49 Kcal/Mol)
MW = 375,01
[4,33 × 10
5 J/Mol (103,49 Kcal/Mol)]/375,01 = 1155
J/g (275,98 cal/gm)
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Lithiumchloridtrihydrat unter Absorption
von mehr als 1842 J/g (440 cal/gm) zwischen 90°C und 150°C.
MW = 96,4
ΔHf°: –313,5
ΔH° = 1,78 × 10
5 J/Mol (42,4 Kcal/Mol)
ΔH° = 1842 J/g
(440 cal/g)
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Lithiumnitrattrihydrat unter Absorption
von mehr als 1340 J/g (320 cal/gm) zwischen 50°C und 120°C.
MW = 123
ΔH° = 1,67 × 10
5 J/Mol
(39,9 Kcal/Mol)
ΔH° = 1357 J/g
(324 cal/g)
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Natrium carbonatdecahydrat unter Absorption
von mehr als 1340 J/g (320 cal/gm) zwischen 20°C und 80°C.
MW = 266
ΔH° = 5,34 × 10
5 J/Mol (127,6 Kcal/Mol)
ΔH° = 2010 J/g
(480 cal/g)
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Natriumboratdecahydrat, was zu mehr als
1465 J/g (350 cal/gm) zwischen 200°C und 375°C führt.
MW = 382
ΔH° = 5,92 × 10
5 J/Mol
(141,3 Kcal/Mol)
ΔH° = 1550 J/g
(370 cal/g)
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Epsomsalzhydraten unter Absorption von
mehr als 1465 J/g (350 cal/gm) zwischen 120°C und 250°C.
MW = 246,5
ΔH° = 3,86 × 10
5 J/g
(92,3 Kcal/Mol)
ΔH° = 1566 J/g
(374 cal/g)
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Die
folgenden Reaktionen sorgen für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Berylliumsulfathydrat unter Absorption von
mehr als 1256 J/g (300 cal/gm) zwischen 90°C und 450°C.
MW = 177,1
ΔH° = 1400 J/g
(334 cal/g) (gesamt)
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von hydriertem Natriumphosphat unter Absorption
von mehr als 1256 J/g (300 cal/gm) zwischen 80°C und 150°C.
MW = 377
ΔH° = [6,5 × 10
5J/Mol
(156,4 Kcal/Mol)]/(377 g/Mol) = 1725 J/g (412 cal/g)
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Calciumchloridhexahydrat unter Absorption
von mehr als 1256 J/g (300 cal/gm) zwischen 220°C und 350°C.
MW = 219
ΔH° = 3,6 × 10
5 J/Mol
(86,4 Kcal/Mol)
ΔH° = 1654 J/g
(395 cal/g)
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Diese
Reaktion sorgt für
eine endotherme Kühlung
elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die
thermische Zersetzung von Zinksulfatheptahydrat unter Absorption
von mehr als 1256 J/g (300 cal/gm) zwischen 220°C und 350°C.
MW = 288
ΔH° = 4,05 × 10
5 J/Mol
(96,7 Kcal/Mol)
ΔH° = 1406 J/g
(336 cal/g)
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Andere
Reaktionen umfassen die Zersetzung von Paraldehyd und Paraformaldehyd,
was in ähnlicher Weise
zu relativ großen
Endothermien führt.
Einige der Reaktionsprodukte der Kombination des oben genannten
Materials, wie zum Beispiel das Lithiumacetat und Formiate können ebenfalls
verwendet werden.
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Es
wurde darüber
hinaus herausgefunden, dass die Salze der Essigsäure und der Ameisensäure zu stark
endothermen Reaktionen und der Absorption von großen Wärmemengen
führen.
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Die
erfindungsgemäßen Verbindungen
können
in Textilverbundträgern
oder Matrizen von dem in der oben erwähnten Anmeldung der Anmelderin
oder in dem vorher erwähnten
Patent diskutierten Typ eingesetzt werden. Beim Testen dieser Verbindungen
wurden Flugschreiber in einem Gehäuse bereitgestellt, das eine Wärmesenkenanordnung
bildete. Waferartige Platten aus Borsäure wurden in Metallgehäusen angeordnet, die
in die Wärmesenkenanordnung
eingebaut waren. Die Formgebung der Borsäurewafer erfolgte durch Pressen
zu rechteckigen Wafern und Platten, die sauber in die Metallgehäuse der
Wärmesenkenanordnung
passten. Die Wärmesenkenanordnung
wurde dann mit der Leiterplatte eines Speichersteuersystems verbunden. Auf
diese Art und Weise kann der natürliche
Temperaturanstieg eines konventionellen (Stand der Technik) militärischen
Wärmesenkenflugschreibers
mit der thermischen Leistungsfähigkeit
des gleichen Flugschreibers mit einer gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellten endothermen Borsäurewärmesenke
verglichen werden.
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Der
Einsatz eines hydrierten Salzes (MgSO4·7H2O) führte
bei der Anwendung in dem Flugschreiber zu einer starken Kühlwirkung.
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Aluminiumhydroxid-(Al(OH)3)-Einrichtungen funktionierten am besten
als endotherme Temperatursteuerungswirkstoffe bei hohen Temperaturen.
Wenn sich Al(OH)3 zersetzt, bleibt eine
starke thermische Isolierschicht aus Al2O3 zurück,
die den Temperaturanstieg durch das Zersetzungsprodukt auf die Wärmesenkeneinrichtung
weiter abschwächt.
Weitere Anwendungen der vorliegenden Erfindung, die lediglich beispielhaft und
nicht beschränkend
dargestellt werden, umfassen: Temperatursteuerungsbeschichtungen,
Umwicklungen und Auskleidungen sowie thermische Schutzeinrichtungen
für metallische
Anordnungen und Anordnungen aus Kunststoff; Kühlung für elektronische Komponenten,
Ofensensoren, Raketenaußenschichten,
Auspuffrohre, thermische Schutzeinrichtung in Rennwagen, Brandmauern
sowie verwandte Ausrüstung.
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Anders
als die oben diskutierten Salzhydrate können Hydroxide oder Carbonate
nahezu unbeschränkt gelagert
werden, vorausgesetzt sie werden nicht Temperaturen ausgesetzt,
die bei oder über
der Reaktionstemperatur liegen. Wenn sie einem verringertem Druck
und einer gewissen Wärme
ausgesetzt werden, neigen Hydrate dazu H2O
zu verlieren, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass sie als
Kühlmittel
in einigen Luftfahrtanwendungen umfassend wirksam sind, solange
sie nicht in geeigneter Weise hermetisch abgedichtet werden, wobei
das Ablassen von Wasserdampf bei der Reaktionstemperatur möglich sein
muss.
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Die
Verbindungen sind kommerziell erhältlich und kostengünstig. Sie
können
einfach in CFEMs, metallische Geflechtmatrizen, Silizium- oder Kohlenstofffasern
eingebaut oder integriert damit ausgeformt werden oder mit porösen Siliziumoxid-
oder porösen
Kohlenstoffkörpern
mikroverkapselt oder makroverkapselt werden. Die Wirkstoffe können in
Form von Gehäusen,
Splittern oder Platten ausgebildet sein, die in geformte Körper integriert
werden können
und können
somit in der gewünschten
Form und Größe ausgebildet
werden. In einigen Anwendungen können
die Wirkstoffe als Gele und Pasten ausgebildet sein.
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Die
speziellen Verbindungen der vorliegenden Erfindung weisen unvorhergesehene
bedeutende Vorteile dahingehend auf, dass große Wärmemengen in einer unidirektionalen
Reaktion rasch absorbiert werden, und dass dies nach der Absorption
nicht reversibel ist, so dass sie nicht als Wärmeerzeuger wirken können. Somit
ist der Schutz für
empfindliche Einrichtungen absolut.
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Vor
allem erzeugen alle diese Verbindungen bei der Zersetzung und sogar
bei erhöhten
Temperaturen für
die Umwelt harmlose Dampfprodukte.
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Verschiedene
Ausführungsformen
wurden hier offenbart und andere, die im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen,
sind für
den Fachmann ersichtlich. Daher versteht es sich, dass die vorliegende
Offenbarung lediglich Darstellungszwecken dient und die vorliegende
Erfindung nicht beschränkt.