DE69730997T3

DE69730997T3 - Wärmespeicherungs- und Übertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69730997T3
Application number: DE69730997T
Authority: DE
Inventors: Claude Q.C. Calif. Hayes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 2011-07-21
Also published as: EP0969964B2; CA2302751C; DK0969964T4; WO1999011455A1; EP0969964B1; CA2302751A1; AU4250297A; EP0969964A4; EP0969964A1; AU763447B2; DE69730997D1; DE69730997T2; ES2225984T3; BR9714822A; ATE277755T1; CZ299714B6; ES2225984T5; DE69730997T9; CZ321099A3; DK0969964T3

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die deutsche Beschreibung DE-OS-22 33 107 betrifft endotherme Wirkstoffe zum Kühlen heißer Gase, die dazu verwendet werden, aufblasbare Strukturen aufzublasen. Die endothermen Wirkstoffe sind partikelförmig und in porösen Behältnissen aufgenommen, um Gase durch diese hindurchzuführen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile von PMC's zu überwinden und insbesondere nicht reversible wärmeabsorbierende Anwendungen bereitzustellen.
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.
Es ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wärmeabsorbierende Wirkstoffe bereitzustellen, die Wärme bei Temperaturen oberhalb von 150°C (300°F) absorbieren können.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, endotherme Mechanismen bereitzustellen, die die chemische Reaktion der latenten Bildungs- oder Zersetzungswärme nutzen.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definiert.
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.
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.
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 und Natrium, Magnesiumcarbonatsalze, Lithium und Silizium, Paraldehyde und Paraformaldehyde sowie Trioxane und hydrierte Salze.
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.

Beispiele

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) 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.
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.: n MgCO₃:nMg(OH)₂:nH₂O nMgCO₃:nMg(OH)₂:nH₂O zersetzt sich zu → nMgO + CO₂ und n H₂O 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).
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. 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ T ~ 270°C ΔH° ~ 1520 J/g (363 cal/g)
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 × 10⁵ J/Mol (30,450 cal/Mol)]/(84 g/Mol) = 1518 J/g (363 cal/g)
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.

Das Folgende zeigt die Reaktionen von Borsäure unter Absorption der entsprechenden latenten Reaktionswärmen:
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 × 10⁵ J (53,6 Kcal)/2 Mol H₃BO₃
ΔH = [2,24 × 10⁵ (53,600 Kcal)/2 Mol] (2(62) g/2 Mol ≥ 1808 J/g (432 cal/g)

VI. Das Folgende zeigt die endotherme Reaktion sowie die Wärmeabsorption von hydrierten Salzen, wenn sie einer Temperaturreaktion unterhalb von 1100°C ausgesetzt werden.

Die folgenden Hydratsalze sorgen für eine wirksame endotherme Kühlung von 60 bis 200°C:
ΔH_r = 1,78 ×10⁵ J/Mol (42,4 Kcal/Mol)
MW = 96,39
[1,78 × 10⁵ J/Mol (42,4 Kcal/Mol]/96,39
ΔH_r ist negativ.
MW = 246,37
[4,13 × 10⁵ J/Mol (98,6 Kcal/Mol)]/246,37 = 1675 J/g (400,2 cal/gm)
ΔH_r ist 5,22 × 10⁵ J/Mol (124,58 Kcal/Mol)
MW = 354,12
[5,22 × 10⁵ J/Mol (124,58 Kcal/Mol)]/354,12 = 1473 J/g (351,8 cal/gm)
ΔH_r = 1,08 × 10⁶ J/Mol (257,12 Kcal/Mol)
MW = 666,14
[1,08 × 10⁶ J/Mol (257,12 Kcal/Mol)]/666,14 = 1616 J/g (385,98 cal/gm)
ΔH_r = 2,71 × 10⁵ J/Mol (64,7 Kcal/Mol)
MW = 137,98
[2,71 × 10⁵ J/Mol (64,7 Kcal/Mol)]/137,98 = 1963 J/g (468,9 cal/gm)

ΔH_r = 4,33 × 10⁵ J/Mol (103,49 Kcal/Mol)
MW = 375,01
[4,33 × 10⁵ J/Mol (103,49 Kcal/Mol)]/375,01 = 1155 J/g (275,98 cal/gm)
Diese Reaktion sorgt für eine endotherme Kühlung elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die thermische Zersetzung von Lithium chloridtrihydrat unter Absorption von mehr als 1842 J/g (440 cal/gm) zwischen 90°C und 150°C.

MW = 96,4
ΔH_f°: –313,5
ΔH° = 1,78 × 10⁵ J/Mol (42,4 Kcal/Mol)
ΔH° = 1842 J/g (440 cal/g)
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 × 10⁵ J/Mol (39,9 Kcal/Mol)
ΔH° = 1357 J/g (324 cal/g)
Diese Reaktion sorgt für eine endotherme Kühlung elektronischer Einrichtungen und anderer Oberflächen und Strukturen durch die thermische Zersetzung von Natriumcarbonatdecahydrat unter Absorption von mehr als 1340 J/g (320 cal/gm) zwischen 20°C und 80°C.

MW = 266
verliert H₂O bei 34°C
NA₂CO₃ stabil
ΔH° = 5,34 × 10⁵ J/Mol (127,6 Kcal/Mol)
ΔH° = 2010 J/g (480 cal/g)
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 × 10⁵ J/Mol (141,3 Kcal/Mol)
ΔH° = 1550 J/g (370 cal/g)
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
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)
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 × 10⁵)/Mol (156,4 Kcal/Mol)]/(377 g/Mol) = 1725 J/g (412 cal/g)
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 × 10⁵ J/Mol (86,4 Kcal/Mol)
ΔH° = 1654 J/g (395 cal/g)
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 × 10⁵ J/Mol (96,7 Kcal/Mol)
ΔH° = 1406 J/g (336 cal/g)
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.
Es wurde darüber hinaus herausgefunden, dass die Salze der Essigsäure und der Ameisensäure zu stark endothermen Reaktionen und der Absorption von großen Wärmemengen führen.
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.
Der Einsatz eines hydrierten Salzes (MgSO₄·7H₂O) führte bei der Anwendung in dem Flugschreiber zu einer starken Kühlwirkung.
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.
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.
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.
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.
Vor allem erzeugen alle diese Verbindungen bei der Zersetzung und sogar bei erhöhten Temperaturen für die Umwelt harmlose Dampfprodukte.
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.

Claims

Fabrikationsartikel zur Steuerung der Temperatur einer Oberfläche einer Wärme erzeugenden Einrichtung oder einer Oberfläche eines der Wärme von einer Wärmeerzeugungseinrichtung ausgesetzten Gegenstands, wenn er auf diese Oberfläche aufgebracht ist, der eine Wärmesenke mit einer Temperatursteuerungsoberfläche und einen endothermen Wirkstoff umfasst, der dazu konfiguriert ist, thermische Energie durch die Temperatursteuerungsoberfläche mittels einer latente Wärme einer Zersetzung oder Dehydrierung verwertenden endothermen chemischen Reaktion zu absorbieren, wobei der endotherme Wirkstoff aus der Gruppe von Hydroxiden bestehend aus Kalziumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Lithiumhydroxid sowie einer Mischung davon ausgewählt ist.
Fabrikationsartikel zur Steuerung der Temperatur einer Oberfläche einer Wärme erzeugenden Einrichtung oder einer Oberfläche eines der Wärme von einer Wärmeerzeugungseinrichtung ausgesetzten Gegenstands, wenn er auf diese Oberfläche aufgebracht ist, der eine Wärmesenke mit einer Temperatursteuerungsoberfläche und einen endothermen Wirkstoff umfasst, der dazu konfiguriert ist, thermische Energie durch die Temperatursteuerungsoberfläche mittels einer latente Wärme einer Zersetzung oder Dehydrierung verwertenden endothermen chemischen Reaktion zu absorbieren, wobei der endotherme Wirkstoff eine Säure niedrigen Molekulargewichts umfasst, die endotherm in Wasser und Oxide zerfällt.
Fabrikationsartikel nach Anspruch 2, bei dem die Säure niedrigen Molekulargewichts Borsäure ist.
Fabrikationsartikel zur Steuerung der Temperatur einer Oberfläche einer Wärme erzeugenden Einrichtung oder einer Oberfläche eines der Wärme von einer Wärmeerzeugungseinrichtung ausgesetzten Gegenstands, wenn er auf diese Oberfläche aufgebracht ist, der eine Wärmesenke mit einer Temperatursteuerungsoberfläche und einen endothermen Wirkstoff umfasst, der dazu konfiguriert ist, thermische Energie durch die Temperatursteuerungsoberfläche mittels einer latente Wärme einer Zersetzung oder Dehydrierung verwertenden endothermen chemischen Reaktion zu absorbieren, wobei der endotherme Wirkstoff aus der Gruppe von organischen Verbindungen bestehend aus Paraldehyd, Paraformaldehyd und Trioxan sowie einer Mischung davon ausgewählt ist.
Fabrikationsartikel zur Steuerung der Temperatur einer Oberfläche einer Wärme erzeugenden Einrichtung oder einer Oberfläche eines der Wärme von einer Wärmeerzeugungseinrichtung ausgesetzten Gegenstands, wenn er auf diese Oberfläche aufgebracht ist, der eine Wärmesenke mit einer Temperatursteuerungsoberfläche und einen endothermen Wirkstoff umfasst, der dazu konfiguriert ist, thermische Energie durch die Temperatursteuerungsoberfläche mittels einer latente Wärme einer Zersetzung oder Dehydrierung verwertenden endothermen chemischen Reaktion zu absorbieren, wobei der endotherme Wirkstoff aus der Gruppe von Salzen bestehend aus Lithiumformiat, Lithiumacetat, Lithiumcarbonat, Kalziumcarbonat, Siliziumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Natriumbicarbonat, Salzen der Essigsäure, Salzen der Ameisensäure, Salzen der Borsäure sowie Mischungen davon ausgewählt ist.
Fabrikationsartikel zur Steuerung der Temperatur einer Oberfläche einer Wärme erzeugenden Einrichtung oder einer Oberfläche eines der Wärme von einer Wärmeerzeugungseinrichtung ausgesetzten Gegenstands, wenn er auf diese Oberfläche aufgebracht ist, der eine Wärmesenke mit einer Temperatursteuerungsoberfläche und einen endothermen Wirkstoff umfasst, der dazu konfiguriert ist, thermische Energie durch die Temperatursteuerungsoberfläche mittels einer latente Wärme einer Zersetzung oder Dehydrierung verwertenden endothermen chemischen Reaktion zu absorbieren, wobei der endotherme Wirkstoff aus der Gruppe von Hydratsalzen bestehend aus Lithiumchloridtrihydrat, Lithiumnitrattrihydrat, Natriumcarbonatdecahydrat, Natriumboratdecahydrat, Magnesiumnitrathexahydrat, Berylliumsulfattetrahydrat, Natriumphosphatdodecahydrat, Kalziumchloridhexahydrat und Zinksulfatheptahydrat, Magnesiumchloridhexahydrat, Natriumsulfatdecahydrat, Aluminiumsulfatdecaoctahydrat, Aluminiumfluoridtrihydrat, Aluminiumnitratnonahydrat und Mischungen davon ausgewählt ist.
Fabrikationsartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Wärmesenke eine Halte-Matrix, eine Verpackung, eine Umhüllung oder eine Struktur zur Bildung der Temperatursteuerungsoberfläche umfasst.
Verfahren zur Steuerung der Temperatur einer Oberfläche einer Wärme erzeugenden Einrichtung oder einer Oberfläche eines Gegenstands, wenn er der Wärme von einer Wärmeerzeugungseinrichtung ausgesetzt ist, umfassend: Positionieren eines Fabrikationsartikels nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit der Temperatursteuerungsoberfläche seiner Wärmesenke in thermischem Kontakt mit der Oberfläche der Wärme erzeugenden Einrichtung oder der Oberfläche des Gegenstands; und Absorbieren von thermischer Energie in der Wärmesenke durch die Temperatursteuerungsoberfläche mittels endothermer Zersetzung oder Dehydrierung des endothermen Wirkstoffs.