EP1461398A1 - Einsatz von paraffinhaltigen pulvern als pcm in polymercompositen in kühlvorrichtungen - Google Patents

Einsatz von paraffinhaltigen pulvern als pcm in polymercompositen in kühlvorrichtungen

Info

Publication number
EP1461398A1
EP1461398A1 EP02795178A EP02795178A EP1461398A1 EP 1461398 A1 EP1461398 A1 EP 1461398A1 EP 02795178 A EP02795178 A EP 02795178A EP 02795178 A EP02795178 A EP 02795178A EP 1461398 A1 EP1461398 A1 EP 1461398A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
pcms
polymer
polymer composite
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02795178A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mark Neuschütz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Publication of EP1461398A1 publication Critical patent/EP1461398A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H01L23/4275—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes by melting or evaporation of solids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Polymercomposite mit Phasenwechselmaterialien und deren Einsatz in Vorrichtungen zur Kühlung insbesondere von elektrischen und elektronischen Bauteilen.

Description

Einsatz von paraffin haltigen Pulvern als PCM in Polymercompositen in Kühlvorrichtungen
Die vorliegende Erfindung betrifft Polymercomposite mit Phasenwechselmaterialien und deren Einsatz in Vorrichtungen zur Kühlung insbesondere von elektrischen und elektronischen Bauteilen.
In technischen Prozessen müssen oft Wärmespitzen oder -defizite vermieden werden, d.h. es muß thermostatisiert werden. Üblicherweise werden dazu Wärmeaustauscher verwendet. Sie können im einfachsten Fall nur aus einem Wärmeleitblech bestehen, das die Wärme abführt und an die Umgebungsluft abgibt, oder auch Wärmeübertragungsmittel enthalten, die die Wärme zunächst von einem Ort oder Medium zu einem anderen transportieren.
Stand der Technik zur Kühlung elektronischer Bauteile wie z.B. Mikroprozessoren (central processing unit = CPU) sind Kühler aus extrudiertem Aluminium, die die Wärme vom elektronischen Bauelement, welches auf einem Träger aufgebracht ist, aufnehmen und über Kühlrippen an die Umgebung abgeben. In der Regel wird die Konvektion an den Kühlrippen durch Lüfter unterstützt.
Diese Art von Kühlern muß immer für den ungünstigsten Fall hoher Außentemperaturen und Volllast des Bauelementes ausgelegt werden, um eine Überhitzung zu verhindern, die die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Bauteils verringern würde. Die maximale Arbeitstemperatur liegt bei CPUs je nach Bauart zwischen 60 und 90°C.
Im Rahmen der immer schnelleren Taktung von CPUs steigt deren Wärmeabgabe mit jeder neuen Generation sprunghaft an. Während bisher Spitzenleistungen von maximal 30 Watt abgeführt werden mussten, ist in den nächsten 8 bis 12 Monaten mit erforderlichen Kühlleistungen von bis zu 90 Watt zu rechnen. Diese Leistungen können nicht mehr mit den konventionellen Kühlsystemen abgeführt werden.
Für extreme Umgebungsbedingungen wie sie z.B. in ferngelenkten Raketenwaffen auftreten sind Kühler, welche die Abwärme von elektronischen Bauteilen in Phasenwechselmaterialien z.B. in Form von Schmelzwärme aufnehmen, beschrieben worden (US4673030A, EP116503A, US4446916A). Diese PCM- Kühler dienen dem kurzfristigen Ersatz einer Abfuhr der Energie an die Umgebung und können (und müssen) nicht mehrfach verwendet werden.
Als Speichermedien bekannt sind z.B. Wasser oder Steine/Beton um fühlbare ("sensible") Wärme zu speichern oder Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM) wie Salze, Salzhydrate oder deren Gemische oder organische Verbindungen (z.B. Paraffin) um Wärme in Form von Schmelzwärme ("latenter" Wärme) zu speichern.
Es ist bekannt, dass beim Schmelzen einer Substanz, d.h. beim Übergang von der festen in die flüssige Phase, Wärme verbraucht, d.h. aufgenommen wird, die, solange der flüssige Zustand bestehen bleibt, latent gespeichert wird, und daß diese latente Wärme beim Erstarren, d.h. beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase, wieder frei wird.
Grundsätzlich ist für das Laden eines Wärmespeichers eine höhere Temperatur erforderlich als beim Entladen erhalten werden kann, da für den Transport bzw. Fluß von Wärme eine Temperaturdifferenz erforderlich ist. Die Qualität der Wärme ist dabei von der Temperatur, bei der sie wieder zur Verfügung steht, abhängig: Je höher die Temperatur ist, desto besser kann die Wärme abgeführt werden. Aus diesem Grund ist es erstrebenswert, daß das Temperaturniveau bei der Speicherung so wenig wie möglich absinkt.
Bei sensibler Wärmespeicherung (z.B. durch Erhitzen von Wasser) ist mit dem Eintrag von Wärme eine stetige Erhitzung des Speichermaterials verbunden (und umgekehrt beim Entladen), während latente Wärme nur bei der Phasenübergangstemperatur des PCM gespeichert und entladen wird. Latente Wärmespeicherung hat daher gegenüber sensibler Wärmespeicherung den Vorteil, daß sich der Temperaturverlust auf den Verlust beim Wärmetransport vom und zum Speicher beschränkt.
Bislang werden als Speichermedium in Latentwärmespeichern üblicherweise Substanzen eingesetzt, die im für die Anwendung wesentlichen Temperaturbereich einen fest-flüssig-Phasenübergang aufweisen, d.h. Substanzen, die bei der Anwendung schmelzen. So ist aus der Literatur die Verwendung von Paraffinen als Speichermedium in Latentwärmespeichern bekannt. In der Internationalen Patentanmeldung WO 93/15625 werden Schuhsohlen beschrieben, in denen PCM-haltige Mikrokapseln enthalten sind. In der Anmeldung WO 93/24241 sind Gewebe beschrieben, die mit einem Coating, das derartige Mikrokapseln und Bindemittel enthält, beschichtet sind. Vorzugsweise werden hier als PCM paraffinische Kohlenwasserstoffe mit 13 bis 28 Kohlenstoffatomen eingesetzt. In dem Europäischen Patent EP-B-306 202 sind Fasern mit Wärmespeichereigenschaften beschrieben, wobei das Speichermedium ein paraffinischer Kohlenwasserstoff oder ein kristalliner Kunststoff ist und das Speichermaterial in Form von Mikrokapseln in das Fasergrundmaterial integriert ist.
In der WO 96/39473 werden Baustoffe mit Wärmeenergiespeichereigenschaften beschrieben, die Paraffine in hydrophobem Silica enthalten. Die Hydrophobierung wird z.B. durch die Beschichtung des Silica mit Silanen oder Silikonen erreicht. Salyer et al. haben in zahlreichen Schutzrechten beschrieben, daß mit Paraffinen getränktes, hydrophobiertes Silica oder Kieselgur nicht oder nur wenig ausblutet, wenn das Paraffin schmilzt.
In der DE 100 27 803 wird vorgeschlagen, die Leistungsspitzen eines elektrischen oder elektronischen Bauteiles mit Hilfe von Phasenwechselmaterialien (PCM) zu puffern, wobei die Vorrichtung zum Kühlen von Wärme erzeugenden elektrischen und elektronischen Bauteilen mit ungleichmäßigem Leistungsprofil im wesentlichen aus einer Wärme leitenden Einheit und einer Wärme aufnehmenden Einheit, welche ein Phasenwechselmaterial (PCM) enthält, besteht. Hierbei werden die PCMs in den Kühler auf verschiedene Weise eingebaut. Die notwendigen baulichen Veränderungen an den Kühlern verteuern das Produkt erheblich. Zudem ist der Wärmeübergang von der Wärme abgebenden Einheit auf das PCM nicht zufriedenstellend.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wärmeübergang von einer Wärme abgebenden Einheit auf PCMs zu optimieren und ein Kühlsystem für elektronische Bauteile zur Verfügung zu stellen, das sich durch hohe Verfügbarkeit, geringen Preis, toxikologischer Unbedenklichkeit und einfache Fertigung auszeichnet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Polymercomposite umfassend Polymere und eine Silica-Matrix in welcher PCMs eingebettet sind und eine Vorrichtung zum Kühlen von Wärme erzeugenden Bauteilen mit ungleichmäßigem Leistungsprofil, bestehend im wesentlichen aus einer Wärme abführenden Einheit (1) und einer Wärme aufnehmenden Einheit (4), welche mindestens ein Polymercomposite gemäß dem Hauptanspruch enthält.
Überraschend wurde gefunden, daß ein besonders guter Wärmeübergang von der Wärme abführende Einheit (1) auf die Wärme aufnehmende Einheit (4) erfolgt, wenn die PCMs eingebettet in einer Silica-Matrix in Polymere eingearbeitet sind.
Die Verwendung von Polymeren hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie trotz Temperaturschwankungen elastisch bleiben. Dadurch wird auf Dauer ein guter Kontakt zwischen der Wärme abgebenden und aufnehmenden Einheit hergestellt.
Vorteilhaft ist auch die gute Verarbeitbarkeit der Polymere. Im nicht ausgehärteten Zustand können die Polymere problemlos in die vorgegebene Form eingebracht werden. Ebenso erfolgt durch die Polymere eine gute Benetzung der jeweiligen Oberfläche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Vorrichtungen zur Kühlung elektrischer und elektronischer Bauteile, die ein ungleichmäßiges Leistungsprofil aufweisen, wie beispielsweise Speicherchips oder Mikroprozessoren (MPU = micro processing unit) in Desktop und Laptop Computern sowohl auf Motherboard als auch Grafikkarte, Netzteilen und anderen elektronischen Bauelementen, die während des Betriebes Wärme abgeben.
Diese Arten der Kühlung mit Hilfe von PCM zum Abfangen von Wärmespitzen sind jedoch nicht auf die Anwendung in Computern beschränkt. Die erfindungsgemäßen Systeme können Anwendung finden in allen Vorrichtungen, die Leistungsschwankungen aufweisen und in denen Wärmespitzen abgefangen werden sollen, weil aufgrund von Überhitzung mögliche Defekte auftreten können. Die Allgemeinheit nicht einschränkende Beispiele hierfür sind Leistungsschaltungen und Leistungsschaltkreise für die Mobilkommunikation, Sendeschaltungen für Mobiltelefone und feste Transmitter, Steuerschaltungen für elektromechanische Stellglieder in der Industrieelektronik und in Kraftfahrzeugen, Hochfrequenzschaltungen für die Satellitenkommunikation und Radar- Anwendungen, Einplatinrechner sowie für Stellglieder und Steuergeräte für Hausgeräte und Industrieelektronik. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Kühlvorrichtungen auch Anwendung finden z.B. in Motoren für Aufzüge, Umspannwerken oder Verbrennungsmotoren.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Kühlung sind beispielsweise Kühler. Durch den Einsatz von PCMs in der erfindungsgemäßen Weise können konventionelle Kühlvorrichtungen mit geringerer Kühlleistung verwendet werden, da die extremen Wärmespitzen nicht abgeführt werden müssen, sondern gepuffert werden.
Der Wärmestrom vom Wärme erzeugenden Bauteil zum Kühler sollte hierfür nicht unterbrochen werden, d.h. der Wärmestrom sollte zuerst durch die Wärme abführende Einheit, z.B. den Kühler, und nicht zum PCM stattfinden. Eine Unterbrechung in diesem Sinne läge dann vor, wenn die PCM aufgrund der Bauart des Kühlers zunächst die Wärme aufnehmen müssten, bevor die Wärme über die Kühlrippen abgeführt werden könnte - was zu einer Verschlechterung der Leistung des Kühlers bei gegebener Bauart führen würde.
Um zu gewährleisten, daß die PCMs nur die Leistungsspitzen aufnehmen, sind die PCMs daher bevorzugt so in oder an der Kühlvorrichtung angeordnet, daß die klassische Kühlleistung der Wärme abführenden Einheit möglichst nicht beeinträchtigt wird und daß ein signifikanter Wärmestrom zum PCM erst dann stattfindet, wenn die Wärme abführende Einheit die Phasenwechseltemperatur Tpc des jeweiligen PCM überschreitet. Vor diesem Zeitpunkt strömt nur eine so geringe Menge Wärme ins PCM, wie sie bei normaler Temperaturerhöhung der Umgebung aufgenommen wird. Wird jedoch TPC erreicht, so erfolgt weiterhin Kühlung (d.h. Abführung der Wärme) durch die Wärme abführende Einheit und zusätzlich findet ein erhöhter Wärmestrom zum PCM statt.
Ein verbesserter Wärmeübergang von der Wärme abführenden Einheit zur Wärme aufnehmenden Einheit wird durch die gute Haftung des Polymeren am Metall erreicht.
In Abhängigkeit von der durch das Wärme erzeugende Bauteil bestimmten kritischen Maximaltemperatur sind alle bekannten PCMs geeignet. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung stehen verschiedene PCMs zur Verfügung. Grundsätzlich können PCMs verwendet werden, deren Phasenwechseltemperatur zwischen -100°C und 150°C liegen. Für die Anwendung in elektrischen und elektronischen Bauteilen sind PCMs im Bereich von Umgebungstemperatur bis 95°C bevorzugt. Dabei können die Materialien ausgewählt sein aus der Gruppe der Paraffine (C20-C45), anorganischen Salze, Salzhydrate und deren Gemische, Carbonsäuren oder Zuckeralkohole. Eine nicht einschränkende Auswahl ist in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1
Besonders geeignet sind Paraffine. Wenn es sich um fest/flüssig PCMs handelt, ist es erforderlich, das Austreten dieser Materialien zu verhindern. Als Matrix für die PCMs sind dabei insbesondere Polymere, Graphit, z.B. expandierter Graphit, oder poröse anorganische Stoffe wie z.B. Silica, geeignet. Vorzugsweise wird ein hydrophobiertes Silica verwendet. Für die Versuche wurde ein hydrophobiertes Silica vom Typ „XI 50" der Firma Rubitherm verwendet, das Paraffine enthält, die bei 50-55°C schmelzen. Die Partikel dieses Materials haben einen Durchmesser von ca. 100 μm und sind fast sphärisch. Diese Form ist für die Einarbeitung in eine Polymermatrix besonders günstig, da das Verhältnis Volumen/Oberfläche groß und die zur Benetzung erforderliche Polymermenge klein ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Polymercomposite neben dem eigentlichen Wärmespeicherungsmaterial gegebenenfalls ein Hilfsmittel. Das Wärmespeicherungsmaterial und das Hilfsmittel liegen in Mischung, vorzugsweise in inniger Mischung, vor.
Bei dem Hilfsmittel handelt es sich vorzugsweise um eine Substanz oder Zubereitung mit guter thermischer Leitfähigkeit, insbesondere um ein Metallpulver oder -granulat (z.B. Aluminium, Kupfer) oder Graphit. Diese Hilfsmittel gewährleisten eine gute Wärmeübertragung.
Die Phasenwechselmaterialien in der Silica-Matrix werden erfindungsgemäß in Polymere eingebracht. Die Polymere stellen bei der Anwendung einen innigen Kontakt, d.h. eine gute Benetzung, zwischen dem Mittel zur Speicherung von Wärme und der Oberfläche der Wärme abführenden Einheit her. Beispielsweise kann so der passgenaue Einbau von Latentwärmespeichern zur Kühlung elektronischer Bauteile erfolgen. Das Polymere verdrängt Luft an den Kontaktflächen und sorgt so für einen engen Kontakt zwischen
Wärmespeichermaterial und dem Wärme abführenden Einheit. Vorzugsweise finden derartige Mittel daher Verwendung in Vorrichtungen zur Kühlung von Elektronikbauteilen.
Erfindungsgemäße Polymercomposite können jegliches Polymere enthalten, die eine gute Benetzung der jeweiligen Oberflächen ermöglichen. Vorzugsweise sind die Polymere dabei härtbare Polymere oder eine Polymervorstufe, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, die aus Polyurethanen, Polyester, Nitrilkautschuk, Chloropren, Polyvinylchlorid, Silikonen, Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren und Polyacrylaten besteht. Besonders bevorzugt wird Silikon als Polymeres verwendet. Wie die geeignete Einarbeitung der Wärmespeicherungsmaterialen in diese Polymere erfolgt, ist dem Fachmann auf diesem Gebiet wohl bekannt. Es bereitet ihm keine Schwierigkeiten gegebenenfalls die nötigen Zusatzstoffe, wie beispielsweise Additive zu finden, die eine solche Mischung stabilisieren.
Die erfindungsgemäßen Polymercomposite enthalten mindestens ein Polymeres, PCMs in einer Silica-Matrix und gegebenenfalls Hilfsmittel und/oder Additive. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, welche im wesentlichen aus einer Wärme abführenden Einheit (1) und einer Wärme aufnehmenden Einheit (4) besteht. Dabei sind Wärme abführende (1) und Wärme aufnehmende Einheit (4) sowie die Wärme erzeugende Einheit (2) derart zueinander angeordnet, daß der Wärmefluß zwischen dem Wärme erzeugenden Einheit (2) und der Wärme abführenden Einheit (1) im direkten Kontakt erfolgt.
Bevorzugt sind weiterhin erfindungsgemäße Kühlvorrichtungen, deren Wärme abführende Einheit (1) Oberflächen vergrößernde Strukturen aufweist. Besonders bevorzugt weist die Wärme abführende Einheit (1 ) Kühlrippen auf. Derartige Strukturen wirken sich positiv auf die konventionelle Kühlleistung aus, so daß die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt effektiver ist. Vorzugsweise hat die Wärme abführende Einheit (1) ferner zur Unterstützung der Kühlleistung ein Gebläse auf der der Wärme erzeugenden Einheit (2) entgegengesetzten Seite.
Bevorzugt ist die Wärme erzeugende Einheit (2) ein elektrisches oder elektronisches Bauteil, besonders bevorzugt eine MPU (micro processing unit), insbesondere eine CPU (central processing unit), oder ein Speicherchip eines Computers.
Nachfolgend wird ein allgemeines Beispiel der Erfindung näher erläutert.
Das erfindungsgemäße Polymercomposite umfaßt geeignete Polymere als Matrix, in die PCMs in einer Silica-Matrix eingebettet sind. Es kommt eine Vielzahl von Polymeren in Betracht. Geeignet sind Polymere, die elastisch sind und eine gute Benetzung der Oberflächen, zumeist Metalle wie Aluminium oder Kupfer, ermöglichen. Besonders geeignet sind Materialien, die vor Ort aushärtbar sind. Es wurden Silikone, Polyurethane und Polyester als besonders geeignet gefunden.
Als PCMs werden bevorzugt Paraffine verwendet, die in einer Silica-Matrix, vorzugsweise in einer hydrophobierten Silica-Matrix, eingebettet sind. Den Polymercompositen werden geeignete Hilfsmittel zugesetzt. Vorzugsweise werden Substanzen mit guter thermischer Leitfähigkeit zugegeben. Besonders geeignet sind Metallpulver, -granulate oder Graphit. Der Anteil der PCMs in den Polymercompositen kann zwischen 5 und 95 Gew.% liegen. Wird ein Hilfsmittel zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit zugegeben, können beliebige Mischungsverhältnisse eingestellt werden. Geeignet sind Zusammensetzungen mit 5 bis 95 Gew.% Polymeren, 5 bis 95 Gew.% PCMs und 5 bis 95 Gew.% Hilfsstoffe, wobei die Summe immer 100 % ergibt. Besonders geeignet sind Zusammensetzungen mit 20-40 Gew.% Polymeren, 40-60 Gew.% PCM (in Silica-Matrix) und 10-30 Gew.% Hilfsmittel zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit.
Die so zusammengesetzten Polymercomposite werden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Abbildung 1 ) eingesetzt. Das Material wird so auf der Vorrichtung angebracht, daß ein guter Kontakt zwischen den Polymercompositen (Wärme aufnehmende Einheit) und dem Kühler (Wärme abführenden Einheit) hergestellt wird. Es werden die Polymercomposite (4) so am Kühler (1) angeordnet, daß der Wärmestrom zuerst durch den Kühler und anschließend durch die
Polymercomposite bzw. PCMs fließt, d.h. ein signifikanter Wärmestrom von der CPU (2) auf dem Träger (3) zu den PCMs in den Polymercompositen (4) findet erst dann statt, wenn die entsprechenden Kühlerbereiche die Phasenwechseltemperatur T C des PCM überschreiten. Damit wird gewährleistet, dass die PCMs in den Polymercompositen nur die Leistungsspitzen aufnehmen. Unter Umständen wird das Polymere vor Ort durch die Zugabe von Startern ausgehärtet.
Tabelle 2: Erklärung der Bezeichnungen in der Abbildung Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch zu beschränken.
Beispiel
Beispiel 1
Für einen Prozessor, dessen Maximalleitung 90W beträgt, wird ein Kühler gemäß Abbildung 1 konzipiert. Es wird ein Paraffin in einer Silica-Matrix („XI 50" der Fa. Rubitherm) verwendet, welches ein Paraffin enthält, das bei 50-55°C schmilzt. Es wird ein Polymercomposite aus 70 Gew.% XI 50 und 30 Gew.% Silikon hergestellt. Dieses Polymercomposite wird auf den Kühler aufgebracht. Die Kühlleistung des so präparierten Kühlers ist zufriedenstellend.
Beispiel 2
Für einen Prozessor, dessen Maximalleitung 90W beträgt, wird ein Kühler gemäß
Abbildung 1 konzipiert. Es wird ein Paraffin in einer Silica-Matrix („XI 50" der Fa.
Rubitherm) verwendet, welches ein Paraffin enthält, das bei 50-55°C schmilzt.
Zur Verbesserung der Dynamik des Kühlers werden Wärme leitende Zuschlagstoffe zugegeben.
Es wird ein Polymercomposite aus 50 Gew.% XI 50, 30 Gew.% Silikon und 20
Gew.% Aluminium Pulver hergestellt. Dieses Polymercomposite wird auf den
Kühler aufgebracht.
Es wird eine verbesserte Wärmeaufnahme und -abgäbe beobachtet, die sich besonders bei der Regenerierung des PCM bemerkbar macht.
In beiden Versuchen werden keine negativen Wechselwirkungen zwischen dem PCM und der Silikon-Matrix festgestellt. Außerdem wurde eine gute Benetzung der Kühleroberflächen beobachtet.

Claims

Patentansprüche
1. Polymercomposite, geeignet als Matrix für Phasenwechselmaterialien (PCMs) zur Speicherung von Wärme, umfassend Polymere, eine Silica- Matrix in welcher die PCMs eingebettet sind und gegebenenfalls Additive und/oder Hilfsstoffe.
2. Polymercomposite gemäß Anspruch 1 , d a d u r c h gekennzeichnet, daß als PCMs Paraffine in eine Silica-Matrix eingebettet werden.
3. Polymercomposite nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die PCMs in hydrophobiertem
Silica eingebettet sind.
4. Polymercomposite nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die PCMs in einer Silica-Matrix in Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe der Silikone, Polyurethane und Polyester, eingearbeitet werden.
5. Polymercomposite nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Polymeren Hilfsmittel zugegeben werden.
6. Polymer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmittel eine Substanz mit guter thermischer Leitfähigkeit, insbesondere ein Metallpulver, ein Metallgranulat oder Graphit ist.
7. Vorrichtung zum Kühlen von Wärme erzeugenden Bauteilen, bestehend im wesentlichen aus einer Wärme abführenden Einheit und einer Wärme aufnehmenden Einheit, welche mindestens ein Polymercomposite gemäß einem der Ansprüche 1-6 enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Wärme abführende Einheit Oberflächen vergrößernde Strukturen, insbesondere Kühlrippen, aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme abführende Einheit zur zusätzlichen Kühlung ein Gebläse aufweist.
10. Computer, enthaltend Polymercomposite gemäß Anspruch 1 -6.
11. Verwendung von Polymercompositen gemäß Anspruch 1-6 in Computern und elektronischen Daten Verarbeitungssystemen
12. Verwendung von Polymercompositen gemäß Anspruch 1-6 in Leistungsschaltungen und Leistungsschaltkreisen für die Mobilkommunikation, Sendeschaltungen für Handys und feste Transmitter, Steuerschaltungen für elektromechanische Stellglieder in der Industrieelektronik und in Kraftfahrzeugen, Hochfrequenzschaltungen für die Satellitenkommunikation und Radar-Anwendungen, Einplatinrechner sowie für Stellglieder und Steuergeräte für Hausgeräte und Industieelektronik.
EP02795178A 2002-01-07 2002-12-13 Einsatz von paraffinhaltigen pulvern als pcm in polymercompositen in kühlvorrichtungen Withdrawn EP1461398A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10200318A DE10200318A1 (de) 2002-01-07 2002-01-07 Einsatz von paraffinhaltigen Pulvern als PCM in Polymercompositen in Kühlvorrichtungen
DE10200318 2002-01-07
PCT/EP2002/014180 WO2003057795A1 (de) 2002-01-07 2002-12-13 Einsatz von paraffinhaltigen pulvern als pcm in polymercompositen in kühlvorrichtungen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1461398A1 true EP1461398A1 (de) 2004-09-29

Family

ID=7711603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02795178A Withdrawn EP1461398A1 (de) 2002-01-07 2002-12-13 Einsatz von paraffinhaltigen pulvern als pcm in polymercompositen in kühlvorrichtungen

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20050104029A1 (de)
EP (1) EP1461398A1 (de)
JP (1) JP2005514491A (de)
KR (1) KR20040081115A (de)
AU (1) AU2002360968A1 (de)
CA (1) CA2472278A1 (de)
DE (1) DE10200318A1 (de)
WO (1) WO2003057795A1 (de)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10329583A1 (de) * 2003-06-30 2005-02-03 Behr Gmbh & Co. Kg Werkstoff für Formteile
SG145539A1 (en) * 2004-03-09 2008-09-29 Micron Technology Inc Integrated circuit (ic) test assembly including phase change material for stabilizing temperature during stress testing of integrated circuits and method thereof
EP1598406B1 (de) 2004-05-18 2013-08-07 SGL Carbon SE Latentwärmespeichermaterial
DE102004055475B3 (de) * 2004-11-17 2006-07-20 Schott Ag Kochfeld
US7923112B2 (en) 2005-05-12 2011-04-12 Sgl Carbon Se Latent heat storage material and process for manufacture of the latent heat storage material
DE202008000949U1 (de) * 2008-01-22 2009-03-12 Steca Elektronik Gmbh Aus einer elektronischen Schaltung und einer Kühleinheit bestehende Vorrichtung
US8631855B2 (en) * 2008-08-15 2014-01-21 Lighting Science Group Corporation System for dissipating heat energy
KR20120025503A (ko) * 2009-05-14 2012-03-15 마디코, 인크. 광전지 모듈용 열방산 보호 시트 및 인캡슐런트
US9016374B2 (en) 2009-06-12 2015-04-28 Baker Hughes Incorporated Heat removal in drilling and production operations
TW201128787A (en) * 2010-02-12 2011-08-16 A2Peak Power Co Ltd Solar module and manufacture method thereof
JP2013010915A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Masaru Hiyamizu 熱吸収材とその製品
EP3766944A1 (de) * 2012-01-03 2021-01-20 Phase Change Energy Solutions, Inc. Verfahren zur herstellung eines schaumes
CN103374333B (zh) * 2012-04-13 2016-04-27 南京德朔实业有限公司 一种复合相变材料
FR2993894B1 (fr) * 2012-07-25 2014-08-01 Hutchinson Composition de caoutchouc a base d'un elastomere silicone et d'un mcp, son procede de preparation, element souple et systeme de controle/regulation thermique l'incorporant.
US9556373B2 (en) 2012-09-25 2017-01-31 Cold Chain Technologies, Inc. Gel comprising a phase-change material, method of preparing the gel, and thermal exchange implement comprising the gel
US9598622B2 (en) 2012-09-25 2017-03-21 Cold Chain Technologies, Inc. Gel comprising a phase-change material, method of preparing the gel, thermal exchange implement comprising the gel, and method of preparing the thermal exchange implement
KR20160046759A (ko) * 2013-03-15 2016-04-29 핀식스 코포레이션 전력 변환 시스템들에서 열을 제어하기 위한 방법 및 장치
DE102013215255A1 (de) * 2013-08-02 2015-02-05 Siemens Aktiengesellschaft Elektronisches oder elektrisches Bauteil mit PCM-haltiger Kühlung
EP2881690B1 (de) * 2013-12-09 2016-08-17 TuTech Innovation GmbH Kühlvorrichtung zur Abfuhr eines Wärmestromes
EP3122335B1 (de) 2014-03-26 2022-02-16 Cold Chain Technologies, LLC Verfahren zur herstellung eines gels mit einem phasenwechselmaterial
TW201623566A (zh) * 2014-11-03 2016-07-01 漢高智慧財產控股公司 具有基質及分散於其中之酸與週期表第ｉ族或第ｉｉ族元素之水合鹽的組成物及以其組裝之電子裝置
KR200486295Y1 (ko) * 2016-04-05 2018-04-27 엘에스산전 주식회사 전원 장치 방진 구조
DE102016209098A1 (de) 2016-05-25 2017-11-30 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Kautschuk- oder elastomerzusammensetzungen und verfahren zu deren herstellung
FR3058262A1 (fr) * 2016-10-31 2018-05-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif electronique protege
KR20200044814A (ko) * 2017-09-01 2020-04-29 로저스코포레이션 열 관리를 위한 용융성 상변화 분말, 이를 제조하는 방법, 및 상기 분말을 포함하는 물품
KR102274205B1 (ko) * 2019-08-01 2021-07-08 한국과학기술연구원 흡습성 고분자를 이용한 방열 구조 및 이를 포함하는 열전 모듈
CA3097436A1 (en) 2019-11-29 2021-05-29 Eavor Technologies Inc Drilling fluid composition and method for cooling in high temperature formations
US20230110020A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Simmonds Precision Products, Inc. Heatsinks
WO2024049205A1 (ko) * 2022-08-30 2024-03-07 주식회사 엘지화학 조성물
CN117042420B (zh) * 2023-10-09 2023-12-22 北京航空航天大学 一种带有糖醇类pcm储能单元的电子设备散热系统及方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5477917A (en) * 1990-01-09 1995-12-26 The University Of Dayton Dry powder mixes comprising phase change materials
US5499460A (en) * 1992-02-18 1996-03-19 Bryant; Yvonne G. Moldable foam insole with reversible enhanced thermal storage properties
DK0630195T3 (da) * 1992-02-18 2000-03-27 Delta Thermal Systems Inc Formbart skum med reversible forøgede varmelagringsegenskaber
US5366801A (en) * 1992-05-29 1994-11-22 Triangle Research And Development Corporation Fabric with reversible enhanced thermal properties
US5601744A (en) * 1995-01-11 1997-02-11 Vesture Corp. Double-walled microwave cup with microwave receptive material
US5755216A (en) * 1995-06-06 1998-05-26 The University Of Dayton Building products incorporating phase change materials and method of making same
US5565132A (en) * 1995-06-06 1996-10-15 The University Of Dayton Thermoplastic, moldable, non-exuding phase change materials
US6848500B1 (en) * 1999-03-11 2005-02-01 Skyworks Solutions, Inc. Cooling system for pulsed power electronics
US6261871B1 (en) * 1999-03-11 2001-07-17 Conexant Systems, Inc. Method and structure for temperature stabilization in flip chip technology
CA2369146A1 (en) * 1999-04-14 2000-10-19 Phil Sheridan Thermal managing foam insulation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03057795A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040081115A (ko) 2004-09-20
JP2005514491A (ja) 2005-05-19
US20050104029A1 (en) 2005-05-19
WO2003057795A1 (de) 2003-07-17
CA2472278A1 (en) 2003-07-17
AU2002360968A1 (en) 2003-07-24
DE10200318A1 (de) 2003-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1461398A1 (de) Einsatz von paraffinhaltigen pulvern als pcm in polymercompositen in kühlvorrichtungen
EP1446833A1 (de) Optimierter einsatz von pcm in kühlvorrichtungen
EP1162659A2 (de) Einsatz von PCM in Kühlern für elektronische Bauteile
DE10114998A1 (de) Einsatz von PCM in Kühlern für elektronische Batterie
DE102009058842B4 (de) Fahrzeug mit Temperierungsvorrichtung, Batterie mit Latentwärmespeicher und Verfahren zum Temperieren von Fahrzeugen
Peng et al. Polymeric phase change composites for thermal energy storage
DE102007062143B3 (de) Verfahren und System zur Nutzung der Abwärme eines Computersystems
TWI602910B (zh) 用以冷卻電子元件之系統、結構及材料
DE102012211140A1 (de) Flüssiges Kühlmittel mit mikroverkapselten Phasenänderungsmaterialien für Kraftfahrzeugbatterien
DE102013215255A1 (de) Elektronisches oder elektrisches Bauteil mit PCM-haltiger Kühlung
US20120018666A1 (en) Method and system for alignment of graphite nanofibers for enhanced thermal interface material performance
DE102012211466A1 (de) Thermoelektrischer Generator für ein Fahrzeug und Wärmespeichervorrichtung für einen thermoelektrischen Generator eines Fahrzeugs
US20200212522A1 (en) Heat dissipating element
DE102010040829B4 (de) Vorrichtung zur indirekten Ladeluftkühlung sowie Verfahren zur indirekten Ladeluftkühlung
US20210024801A1 (en) Phase Change Materials Composite Formulations
KR20040039379A (ko) 열전도성 조성물
US9096784B2 (en) Method and system for allignment of graphite nanofibers for enhanced thermal interface material performance
JP2010132841A (ja) 熱輸送流体、熱輸送装置および熱輸送方法
EP3450227B1 (de) Temperaturregulationssystem
US20230416544A1 (en) Polymer/phase change material composite ink for three-dimensional printing by direct ink writing
WO2004109798A1 (de) Verfahren und anordnung zum thermischen schutz elektronischer einheiten in einem elektronischen gerät
DE102013208029A1 (de) Motorkühlung mit Phasen-Wechsel-Speicher
CN109862752B (zh) 冷却系统
Patel et al. An Overview on the Prominence of Phase Change Material Based Battery Cooling and Role of Novel Composite Phase Change Material in Future Battery Thermal Management System

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20040506

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: NEUSCHUETZ, MARK

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20060328