EP3430103A1 - Verfahren zur herstellung eines latentwärmespeichers sowie ein solcher - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines latentwärmespeichers sowie ein solcher

Info

Publication number
EP3430103A1
EP3430103A1 EP17709427.3A EP17709427A EP3430103A1 EP 3430103 A1 EP3430103 A1 EP 3430103A1 EP 17709427 A EP17709427 A EP 17709427A EP 3430103 A1 EP3430103 A1 EP 3430103A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phase change
mold
change material
starting material
shaped body
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Withdrawn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
EP17709427.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Rinn
Klaus Reiser
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.)
Schunk Carbon Technology GmbH
Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Original Assignee
Schunk Carbon Technology GmbH
Schunk Kohlenstofftechnik 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 Schunk Carbon Technology GmbH, Schunk Kohlenstofftechnik GmbH filed Critical Schunk Carbon Technology GmbH
Publication of EP3430103A1 publication Critical patent/EP3430103A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F28D20/023—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a latent heat storage device, wherein a phase change material is introduced into a molded body produced by expansion of a graphitic starting material. Also, the invention relates to a latent heat storage.
  • Latent heat storage use thermodynamic changes in state of a storage medium, wherein predominantly the phase transition is used solid / liquid and vice versa.
  • EP 1 837 617 B1 discloses a latent heat accumulator which has a shaped body which is produced by isostatic pressing of a mixture of a phase change material and an expandable graphite material.
  • a pressed graphite plate is used to produce a latent heat storage, which is impregnated with a phase change material.
  • Expanded graphite is usually first pressed into a shaped body to be then infiltrated with the phase change material. However, it is also possible to first mix expanded graphite and phase change material and then to form the corresponding mixture under pressure into a shaped article (see for example EP 1 416 027 B1).
  • the present invention has the object, a method of the type mentioned and a latent heat storage so educate that easily desired geometries of the molded body to be produced can be provided.
  • the infiltration should not be adversely affected by the shaping.
  • the graphitic starting material to be expanded is expanded in a mold that already dictates the shape of the molding.
  • a pressure achieved shaping is carried out with the result that changes in the porosity and / or extending in the expanded material channels do not occur. This results in advantages in terms of the infiltration of the phase change material in the production of a latent heat storage.
  • Another possibility is that the graphitic starting material is introduced into the mold and then the mold is heated to a temperature required for expanding the graphitic starting material.
  • the energy required for its expansion can be introduced directly into the graphitic starting material.
  • a porous form in particular consisting of or containing silicon carbide, graphite, ceramic, sintered metal is used as the mold.
  • a mold having vents and / or of a porous or perforated material such as metal such. B. copper, can be used.
  • passage openings are introduced in order to be able to discharge the gas produced during expansion.
  • the cross-section of corresponding openings is smaller than the particle size of the particles of the starting material.
  • the phase change material can then be introduced.
  • a pressureless Kapillarinfiltration is preferably provided, which has the advantage over the prior art to be taken vacuum-pressure method that there is the possibility of a residue-free retraction of the phase change material in the molding.
  • residues remain on the surface of a molded article which must be removed.
  • non-pressure infiltration capillary filtration
  • adhesion and capillary forces are utilized whereby the liquid saturant flows by itself into the porous body.
  • impregnating agent in solid form on the body to be impregnated and to heat.
  • the impregnating agent melts and runs into the body.
  • the shaped body is embedded in liquid phase change material and / or is contacted in a floating manner with the phase change material.
  • phase change material such as wax
  • a precise metering can take place.
  • graphitic starting material in the form of graphite salt one having a bulk density of between 0.1 g / ml to 0.9 g / ml, in particular 0.3 g / ml to 0.8 g / ml, wherein a bulk density in the range of 0.7 g / ml is preferable.
  • a molded body of desired geometry can be produced without difficulty, without fundamentally requiring machining after expansion, since the mold itself predetermines the desired geometry of the molded article.
  • geometrically complex moldings can be made, a possibility that does not offer the prior art.
  • Self-inventing is also - and thus independent of the production of the molded article - the pressureless infiltration (Kapillarinfiltration) of the molding, in particular the metered introduction into a recess of the molding or the floating contact with the phase change material are emphasized.
  • Kapillarinfiltration pressureless infiltration
  • the invention further relates to a latent heat storage consisting of a molded body which is infiltrated with phase change material, and in particular has been prepared by method steps, which have been previously explained.
  • a latent heat storage consisting of a molded body which is infiltrated with phase change material, and in particular has been prepared by method steps, which have been previously explained.
  • the shaping by the form in which the graphitic starting material is expanded, and the pressureless Kapillarinfiltrieren are emphasized.
  • the shaped body without phase change material has a porosity between 64% and 99.4%.
  • the molded article should have a bulk density between 0.014 g / cm 3 and 0.79 g / cm 3.
  • the volume fraction of the expanded graphitic starting material to the volume fraction of the phase change material in the molding should be between 1: 2 and 1:10.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a mold for producing a
  • Fig. 2 is a schematic representation of another form for producing a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a mold 10 by means of which a shaped body of expanded graphite salt is to be produced for a latent heat store, the interior 12 of the mold 10 specifying the outer geometry of the shaped body.
  • the mold 12 is in the embodiment of a bottom part 14, a cover part 16 and between them extending peripheral wall 18, in which it is z. B. may be a hollow cylinder section. Regardless thereof, bottom part 14, cover part 16 and peripheral wall 18 may have desired inner geometries, which are designed for the shape of the molded part to be produced.
  • a graphite salt of defined amount is introduced in the interior 12 .
  • a well-ordered, highly crystalline, flaky natural graphite is used for the production of graphite salt. This is converted with a storage medium into a graphite salt. This is expanded or blown by a thermal shock treatment. The storage medium escapes. The graphite flakes increase their volume up to a factor of 400.
  • the treatment is carried out with acids, so that acid residues such as sulphates or nitrates are interposed between the graphite layers.
  • the mold 10 z. B. positioned in a furnace to introduce the required heat in the graphite salt so that it can expand, wherein the expanded graphite salt fills the entire interior space 12 of the mold 10.
  • FIG. 2 shows a further basic illustration of a mold 100, which consists of a cup-shaped bottom part 102 and a top part 104.
  • the bottom part 102 and the upper part 104 define a sectionally U-shaped interior 112, which predetermines the shape of the produced expanded graphite.
  • the molded part in the upper edge region compared to the bottom portion has a significant reduction in cross-section, a uniform compression and homogeneous pore structure of the expanded molded body is achieved due to the teaching of the invention, according to the shaping takes place during the expansion of the graphite salt to be entered into the mold 100 and not - as in the prior art - after expanding by pressure the shape is achieved.
  • the expanded molded body remains dimensionally stable, since the expanded particles adhere to one another by adhesion forces and mechanical anchoring (clawing). If, according to the prior art, a mold is to be produced which corresponds to FIG. 2, disadvantages would arise in the upper region due to the reduction in cross section compared to the bottom region and the resulting different pressure effects with regard to the pore structure and channel cross sections Infiltrate the molding with a phase change material adversely affect.
  • an electrically, gas or oil-fired oven can be used.
  • An induction furnace is also suitable.
  • Another possibility is that the graphite salt is heated by means of microwaves.
  • the amount of graphite salt to be introduced into the interior 12, 112 depends, on the one hand, on the desired porosity to be achieved and, on the other, on the temperature at which foaming, also called puffing, takes place.
  • the material of the mold 10, 100 is to be chosen such that a permeability is ensured for the leaking when blowing propellant gas. Suitable materials are for. As per se porous materials such as silicon carbide, graphite, ceramic or sintered metal. But also a perforated metal comes into question. It is essential that the passage openings are smaller than the graphite salt grain size.
  • graphite salt can be used such that z. B. has a bulk density in the range between 0.1 g / ml and 0.9 g / ml.
  • the shaped body is removed, which, as mentioned, has a defined geometry, which is predetermined by the internal geometry of the interior 12, 112.
  • the shaped body is preferably impregnated or infiltrated by pressureless capillary filtration with a phase change material (PCM). It can either be applied to the molding solid phase change material, which is then melted, z. In the temperature range up to 150 ° C to allow infiltration.
  • PCM phase change material
  • Suitable phase change materials are, in particular, those which enable a phase change in the temperature range between 60 ° C. and 300 ° C., in particular in the range between 80 ° C. and 150 ° C.
  • Preferred materials are waxes such as paraffin, sugar, alcohol, inorganic salt or salt hydrate.
  • the ratio of phase change material to expanded graphite should be in the ratio 10: 1 to 2: 1.
  • the bulk density of the expanded graphite should be between 0.014 g / cm 3 and 0.79 g / cm 3.
  • the density is temperature-dependent. So z. B. at a temperature of 600 ° C, the grains or flakes of graphite salt increase their volume by a factor of up to 100 and at a temperature of 1,000 ° C by a factor of up to 400.
  • the final porosity of the shaped body depends on the amount of graphite salt.
  • 5 g of graphite salt are filled. This is kept at a temperature of 600 ° C for 15 min and then removed from the mold after cooling. Measurements have shown that the body has a density of 0.08 g / cm J and a porosity of 96.5%.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Latentwärmespeichers aus expandiertem Graphit durch Expandieren eines graphitischen Ausgangsmaterials und zeichnet sich dadurch aus, dass das graphitische Ausgangsmaterial in eine Form eingegeben wird, die zumindest abschnittsweise der Negativform des Latentwärmespeichers entspricht, und sodann das graphitische Ausgangsmaterial in der geschlossenen Form expandiert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Latentwärmespeichers sowie ein solcher
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Latentwärmespeichers, wobei in einen durch Expansion eines graphitischen Ausgangsmaterials hergestellten Formkörper ein Phasenwechselmaterial eingebracht wird. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf einen Latentwärmespeicher.
Latentwärmespeicher nutzen thermodynamische Zustandsänderungen eines Speichermediums, wobei vorwiegend der Phasenübergang fest/flüssig und umgekehrt benutzt wird.
Der EP 1 837 617 Bl ist ein Latentwärmespeicher zu entnehmen, der einen Formkörper aufweist, der durch isostatisches Pressen eines Gemisches aus einem Phasenwechselmaterial und einem Blähgraphitmaterial hergestellt wird.
Um eine optimale Wirkung zu erzielen, sind eine Vielzahl von Mischungen von Phasen Wechselmaterialien und expandiertem Graphit bekannt, wie sich aus der DE 102 50 249 AI oder der EP 1 416 027 Bl ergibt. Zur Herstellung eines Latentwärmespeichers wird nach der EP 1 416 027 Bl eine Mischung aus Phasenwechselmaterial und partikelförmigem expandierten Graphit verwendet, die zu einem Formkörper verpresst wird.
Nach der WO 2013/153067 AI wird zur Herstellung eines Latentwärmespeichers eine gepresste Graphitplatte benutzt, die mit einem Phasenwechselmaterial imprägniert wird.
Expandierter Graphit wird üblicherweise zunächst zu einem Formkörper gepresst, um sodann mit dem Phasenwechselmaterial infiltriert zu werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, expandierten Graphit und Phasenwechselmaterial zunächst zu mischen und sodann die entsprechende Mischung unter Druck zu einem Formkörper zu formen (siehe z.B. EP 1 416 027 Bl).
Häufig bereitet es Probleme, komplexe Geometrien entsprechender expandierter Formkörper herzustellen.
Durch das Pressen des expandierten Graphitmaterials ändern sich Porenvolumina und Kanal Verläufe in dem expandierten Graphitmaterial, so dass der Nachteil auftreten kann, dass nach der Formgebung die Infiltration mit dem Phasenwechselmaterial nicht im erforderlichen oder gewünschten Umfang erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie einen Latentwärmespeicher so weiterzubilden, dass problemlos gewünschte Geometrien des herzustellenden Formkörpers zur Verfügung gestellt werden können. Nach einem weiteren Aspekt soll die Infiltration durch die Formgebung nicht negativ beeinflusst werden können.
Zur Lösung der Aufgabe wird im Wesentlichen vorgeschlagen,
- Einbringen des graphitischen Ausgangsmaterials in eine Form,
- Schließen der Form,
- Expandieren des graphitischen Ausgangsmaterials durch
Einbringen von Wärme, wobei die Form vor oder nach Einbringen des graphitischen Ausgangsmaterials beheizt wird
oder in das graphitische Ausgangsmaterial unmittelbar die zum Expandieren erforderliche Energie eingebracht wird,
- Nach Ausbilden des Formkörpers Einbringen des
Phasen wechselmaterials .
Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik wird das zu expandierende graphitische Ausgangsmaterial in einer Form expandiert, die bereits die Form des Formkörpers vorgibt. Somit ist es nicht erforderlich, dass nach dem Expandieren des graphitischen Ausgangsmaterials, insbesondere Graphitsalz, eine durch Druckeinwirkung erzielte Formgebung durchgeführt wird mit der Folge, dass Veränderungen bezüglich der Porosität und/oder der in dem expandierten Material verlaufenden Kanäle nicht erfolgen. Hierdurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Infiltration des Phasenwechselmaterials bei der Herstellung eines Latentwärmespeichers .
Vorteile ergeben sich insbesondere bei Bauteilen mit deutlichen Querschnittsänderungen, da sich im Vergleich zum Stand der Technik eine gleichmäßigere Verdichtung und homogene Porenstruktur ergibt.
Um in das zu expandierende graphitische Ausgangsmaterial die erforderliche Wärme einzubringen, besteht die Möglichkeit, dass die Form vor Einbringen des graphitischen Ausgangsmaterials beheizt wird.
Eine weitere Möglichkeit sieht vor, dass das graphitische Ausgangsmaterial in die Form eingebracht und sodann die Form auf eine zum Expandieren des graphitischen Ausgangsmaterials erforderliche Temperatur erwärmt wird.
Alternativ oder ergänzend kann in das graphitische Ausgangsmaterial die zu dessen Expandieren erforderliche Energie unmittelbar eingebracht werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Form in einen elektrisch-, gas- oder ölbeheizten Ofen einzubringen. Auch ein Erwärmen mittels einer Induktionsquelle ist möglich.
Soll die zum Expandieren erforderliche Energie unmittelbar in das graphitische Ausgangsmaterial eingebracht werden, so kann ein Erhitzen mittels Mikrowellen erfolgen.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Form eine poröse Form, insbesondere bestehend aus oder enthaltend Siliziumkarbid, Graphit, Keramik, Sintermetall verwendet wird. Auch eine Form, die Entlüftungsöffnungen aufweist und/oder aus einem porösen bzw. perforierten Material wie Metall wie z. B. Kupfer besteht, kann eingesetzt werden.
Es sind somit alle Materialien geeignet, die beständig bezüglich der Temperaturen sind, auf die das graphitische Ausgangsmaterial aufgeheizt werden soll. Temperaturen bis 1.000 °C sind ohne Weiteres möglich.
Werden geschlossenporige Materialien für die Form verwendet, so werden Durchgangsöffnungen eingebracht, um das beim Expandieren entstehende Gas ableiten zu können. Dabei ist der Querschnitt entsprechender Öffnungen kleiner als die Korngröße der Partikel des Ausgangsmaterials.
Nach Ausbilden des Formkörpers kann sodann das Phasenwechselmaterial eingebracht werden. Dabei ist bevorzugterweise eine drucklose Kapillarinfiltration vorgesehen, die gegenüber dem dem Stand der Technik zu entnehmenden Vakuum-Druck- Verfahren den Vorteil zeigt, dass die Möglichkeit eines rückstandsfreien Einziehens des Phasenwechselmaterials in den Formkörper besteht. Demgegenüber ist beim Vakuum- Druck- Verfahren festzustellen, dass auf der Oberfläche eines Formkörpers Rückstände verbleiben, der entfernt werden müssen. Bei der drucklosen Infiltration (Kapillarinfiltration) nutzt man Adhäsions- und Kapillarkräfte, wodurch das flüssige Imprägniermittel von selbst in den porösen Körper läuft.
Es besteht z.B. die Möglichkeit, Imprägniermittel in fester Form auf den zu imprägnierenden Köper zu legen und zu erwärmen. Das Imprägniermittel schmilzt und läuft in den Körper.
In hervorzuhebender Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Formkörper mit einer Vertiefung hergestellt wird, in die Phasenwechselmaterial eingebracht wird, damit dieses sodann in die Formkörper eindringt.
Auch besteht die Möglichkeit, dass zum Einbringen des Phasenwechselmaterials der Formkörper in flüssigem Phasenwechselmaterial eingelagert und/oder schwimmend mit dem Phasenwechselmaterial kontaktiert wird.
Insbesondere dann, wenn das Phasenwechselmaterial, wie Wachs, in eine Vertiefung des Formkörpers gefüllt wird, kann eine genaue Dosierung erfolgen.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, das Infiltrieren bzw. Imprägnieren des Formkörpers in einem Durchlaufofen durchzuführen, so dass ein hoher Durchsatz erzielbar ist.
Im Durchlaufverfahren, also bei Verwendung eines Durchlaufofens, können auch Formkörper hergestellt werden.
Das Filtrieren erfolgt nach Herausnahme des Formkörpers aus der Form.
Bevorzugterweise wird als graphitisches Ausgangsmaterial in Form von Graphitsalz ein solches verwendet, das eine Schüttdichte zwischen 0,1 g/ml bis 0,9 g/ml, insbesondere 0,3 g/ml bis 0,8 g/ml aufweist, wobei eine Schüttdichte im Bereich von 0,7 g/ml zu bevorzugen ist. Die Korngröße des Ausgangsmaterials kann z. B. folgende Verteilung aufweisen: D10 = 130 μπι, D50 = 240 μπι, D90 = 360 μπι.
Gute Ergebnisse lassen sich auch erzielen, wenn 80% der Körner Abmessungen kleiner als 150 μιη aufweisen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Korngröße des Graphitsalzes beträgt D50 = 50 μιη bis 400 μιη.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ist problemlos ein Formkörper gewünschter Geometrie herstellbar, ohne dass grundsätzlich eine Bearbeitung nach dem Expandieren erforderlich ist, da die Form selbst die gewünschte Geometrie des Formkörpers vorgibt. Somit können geometrisch komplexe Formkörper hergestellt werden, eine Möglichkeit, die der Stand der Technik nicht bietet.
Eigenerfinderisch ist auch - und somit unabhängig von der Herstellung des Formkörpers - das drucklose Infiltrieren (Kapillarinfiltration) des Formkörpers, wobei insbesondere das dosierte Einbringen in eine Vertiefung des Formkörpers bzw. das schwimmende Kontaktieren mit dem Phasenwechselmaterial hervorzuheben sind.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen Latentwärmespeicher bestehend aus einem Formkörper, der mit Phasenwechselmaterial infiltriert ist, und insbesondere nach Verfahrens schritten hergestellt worden ist, die zuvor erläutert worden sind. Dabei sind insbesondere die Formgebung durch die Form, in der das graphitische Ausgangsmaterial expandiert wird, sowie das drucklose Kapillarinfiltrieren hervorzuheben.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Formkörper ohne Phasenwechselmaterial eine Porosität zwischen 64 % und 99,4 % aufweist. Ferner sollte der Formkörper eine Rohdichte zwischen 0,014 g/cm 3 und 0,79 g/cm 3 aufweisen.
Der Volumenanteil des expandierten graphitischen Ausgangsmaterials zum Volumenanteil des Phasenwechselmaterials in dem Formkörper sollte zwischen 1 : 2 und 1: 10 liegen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Form zur Herstellung eines
Formteils und
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Form zur Herstellung eines
Formteils.
Der Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung einer Form 10 zu entnehmen, mittels der ein Formkörper aus expandiertem Graphitsalz für einen Latentwärmespeicher hergestellt werden soll, wobei der Innenraum 12 der Form 10 die Außengeometrie des Formkörpers vorgibt.
Die Form 12 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Bodenteil 14, einem Deckelteil 16 und zwischen diesen verlaufender Umfangswandung 18, bei der es sich z. B. um einen Hohlzylinderabschnitt handeln kann. Unabhängig hiervon können Bodenteil 14, Deckelteil 16 und Umfangswandung 18 gewünschte Innen geometrien aufweisen, die auf die Form des herzustellenden Formteils ausgelegt sind.
In den Innenraum 12 wird ein Graphitsalz definierter Menge eingebracht. Für die Herstellung von Graphitsalz wird üblicherweise ein gutgeordneter, hochkristalliner, schuppenförmiger Naturgraphit benutzt. Dieser wird mit einem Einlagerungsmittel in ein Graphitsalz überführt. Dieses wird durch eine Thermoschockbehandlung expandiert bzw. gebläht. Dabei entweicht das Einlagerungsmittel. Die Graphitflocken vergrößern ihr Volumen dabei bis zu einem Faktor 400.
Die Behandlung erfolgt mit Säuren, so dass sich Säurereste wie Sulphate oder Nitrate zwischen den Graphitschichten einlagern.
Nach Verschließen des Innenraums 12 wird die Form 10 z. B. in einem Ofen positioniert, um die erforderliche Wärme in das Graphitsalz einzubringen, damit dieses expandieren kann, wobei das expandierte Graphitsalz den gesamten Innenraum 12 der Form 10 ausfüllt.
Der Fig. 2 ist eine weitere Prinzipdarstellung einer Form 100 zu entnehmen, die aus einem topfförmigen Bodenteil 102 und einem Oberteil 104 besteht. Wie die Schnittdarstellung verdeutlicht, begrenzen das Bodenteil 102 und das Oberteil 104 einen im Schnitt U-förmigen Innenraum 112, der die Form des hergestellten expandierten Graphits vorgibt. Ungeachtet der Tatsache, dass das Formteil im oberen Randbereich im Vergleich zum Bodenbereich eine erhebliche Querschnittsreduzierung aufweist, wird eine gleichmäßige Verdichtung und homogene Porenstruktur des expandierten Formkörper aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre erreicht, nach der während des Expandierens des in die Form 100 einzugebenden Graphitsalzes die Formgebung erfolgt und nicht - wie beim Stand der Technik - nach dem Expandieren durch Druckeinwirkung die Form erzielt wird.
Der expandierte Formkörper bleibt formstabil, da die geblähten Partikel durch Adhäsionskräfte und mechanisches Verankern (Verkrallen) aneinander haften. Soll nach dem Stand der Technik eine Form hergestellt werden, die der Fig. 2 entspricht, so würden sich im oberen Bereich aufgrund der Querschnittsverringerung im Vergleich zum Bodenbereich und der hierdurch bedingten unterschiedlichen Druckeinwirkungen in Bezug auf Porenstruktur und Kanalquerschnitte Nachteile ergeben, die sich wiederum beim Infiltrieren des Formkörpers mit einem Phasenwechselmaterial nachteilig auswirken.
Um die Wärme in die Form 10 bzw. 100 einzubringen, kann ein elektrisch-, gas- oder ölbeheizter Ofen benutzt werden. Auch ein Induktionsofen kommt in Frage. Eine andere Möglichkeit ist, dass das Graphitsalz mittels Mikrowellen erhitzt wird.
Die Menge des in den Innenraum 12, 112 einzubringenden Graphitsalzes hängt einerseits von der gewünschten zu erzielenden Porosität und andererseits von der Temperatur ab, bei der das Aufschäumen - auch Aufblähen genannt - erfolgen soll.
Das Material der Form 10, 100 ist dabei derart zu wählen, dass eine Durchlässigkeit für das beim Aufblähen austretende Treibgas gewährleistet ist. Geeignete Materialien sind z. B. an sich poröse Materialien wie Siliziumkarbid, Graphit, Keramik oder Sintermetall. Aber auch ein perforiertes Metall kommt in Frage. Wesentlich ist, dass die Durchgangsöffnungen kleiner als die Graphitsalzkorngröße sind.
Als Graphitsalz kann ein solches verwendet werden, dass z. B. eine Schüttdichte im Bereich zwischen 0,1 g/ml und 0,9 g/ml aufweist. Die Korngrößenverteilung des Graphitsalzes kann z. B. sein: D10 = 130 μιη, D50 = 240 μιη und D90 =360 μιη. Diese Werte sind jedoch nicht schutzeinschränkend zu verstehen.
Gute Ergebnisse lassen sich auch erzielen, wenn 80% der Körner Abmessungen kleiner als 150 μιη aufweisen.
Insbesondere bei der industriellen Fertigung sollten in einem Durchlaufprozess Formkörper hergestellt werden. Hierzu können entsprechende Formen durch einen Durchlaufofen geführt werden. Nach dem Expandieren des Graphitsalzes und Abkühlen der Form 10, 100 wird der Formkörper entnommen, der erwähntermaßen eine definierte Geometrie aufweist, die durch die Innengeometrie des Innenraums 12, 112 vorgegeben ist. Anschließend wird der Formkörper bevorzugterweise durch drucklose Kapillarinfiltration mit einem Phasenwechselmaterial (PCM) imprägniert bzw. infiltriert. Dabei kann entweder auf das Formteil festes Phasenwechselmaterial aufgebracht werden, das sodann geschmolzen wird, z. B. im Temperaturbereich bis zu 150 °C, um die Infiltration zu ermöglichen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Formkörper in ein flüssiges Phasenwechselmaterialbad einzutauchen oder schwimmend in einem solchen auszulagern, damit die drucklose Kapillarinfiltration ermöglicht wird.
Als Phasenwechselmaterialien kommen insbesondere solche in Frage, die im Temperaturbereich zwischen 60 °C und 300 °C, insbesondere im Bereich zwischen 80 °C und 150 °C, einen Phasenwechsel ermöglichen. Bevorzugte Materialien sind Wachse wie Paraffin, Zucker, Alkohol, anorganisches Salz oder Salzhydrat.
Das Verhältnis von Phasenwechselmaterial zu expandiertem Graphit sollte im Verhältnis 10 : 1 bis 2 : 1 liegen.
Die Rohdichte des expandierten Graphits sollte zwischen 0,014g/cm 3 und 0,79 g/cm 3 liegen. Die Rohdichte ist temperaturabhängig. So können z. B. bei einer Temperatur von 600 °C die Körner bzw. Flocken des Graphitsalzes ihr Volumen um einen Faktor bis zu 100 und bei einer Temperatur von 1.000 °C um einen Faktor bis zu 400 vergrößern.
Durch die austretenden Gase kann ein Massenverlust des Graphitmaterials zwischen 20 % und 22 % auftreten, gleichwenn auch geringere Werte wie z. B. 10% in Frage kommen.
Nachstehend soll anhand von Beispielen erläutert werden, wie von der Menge des Graphitsalzes die Endporosität des Formkörpers abhängig ist. In eine Form mit einem Innenvolumen von 50 ml werden 5 g Graphitsalz gefüllt. Dieses wird bei einer Temperatur von 600 °C 15 min gehalten und sodann nach dem Abkühlen entformt. Messungen haben ergeben, dass der Körper eine Dichte von 0,08 g/cmJ und eine Porosität von 96,5 % aufweist.
In einem zweiten Versuch werden in eine gleiche Form mit einem Innenvolumen von 50 ml 12 g Graphitsalz eingefüllt. Dies wird gleichfalls über 15 min bei 600 °C erhitzt. Nach dem Abkühlen und Entformen ergibt sich ein Körper einer Dichte von 0,19 g/cm und einer Porosität von 91,5 %. An einem entsprechenden Formkörper wurde die Druckfestigkeit geprüft. Es ergibt sich ein Wert von 0,97 N/mm .

Claims

Ansprüche Verfahren zur Herstellung eines Latentwärmespeichers sowie ein solcher
1. Verfahren zur Herstellung eines Latentwärmespeichers, wobei in einen durch Expansion eines graphitischen Ausgangsmaterials hergestellten Formkörper ein Phasenwechselmaterial eingebracht wird,
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte,
- Einbringen des graphitischen Ausgangsmaterials in eine Form,
- Schließen der Form,
- Expandieren des graphitischen Ausgangsmaterials durch
Einbringen von Wärme, wobei die Form vor oder nach Einbringen des graphitischen Ausgangsmaterials beheizt wird oder in das graphitische Ausgangsmaterial unmittelbar die zum Expandieren erforderliche Energie eingebracht wird,
- Nach Ausbilden des Formkörpers Einbringen des
Phasen wechselmaterials .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Form eine poröse Form, insbesondere bestehend aus oder enthaltend Siliziumkarbid, Graphit, Keramik, Sintermetall, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Form eine solche verwendet wird, die Entlüftungsöffnungen aufweist und/oder aus einem porösen oder perforierten Material wie perforiertes Metall wie Kupfer besteht.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Form verwendet wird, dessen das graphitische Ausgangsmaterial aufnehmender geschlossene Innenraum der Negativform des herzustellenden Formkörpers entspricht.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Phasenwechselmaterial durch drucklose Infiltration, insbesondere Kapillarinfiltration, in den Formkörper eingebracht wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Formkörper mit einer Vertiefung hergestellt wird, in die Phasenwechselmaterial eingebracht wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Einbringen des Phasenwechselmaterials der Formkörper in flüssigem Phasenwechselmaterial eingelagert wird und/oder schwimmend mit dem Phasenwechselmaterial kontaktiert wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass als das graphitische Ausgangspulver Graphitsalz mit einer Schüttdichte zwischen 0,1 g/ml und 0,9 g/ml, insbesondere zwischen 0,3 g/ml und 0,8 g/ml, in die Form eingebracht wird.
9. Latentwärmespeicher bestehend aus einem Formkörper, der mit Phasenwechselmaterial infiltriert ist, insbesondere hergestellt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper ohne Phasenwechselmaterial eine Porosität zwischen 64 % und 99,4 % aufweist, und der Volumenanteil des expandierten graphitischen Ausgangsmaterials zum Volumenanteil des Phasenwechselmaterials in dem Formkörper beträgt wie 1 : 2 bis 1 : 10.
EP17709427.3A 2016-03-14 2017-03-07 Verfahren zur herstellung eines latentwärmespeichers sowie ein solcher Withdrawn EP3430103A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016104661.2A DE102016104661B4 (de) 2016-03-14 2016-03-14 Verfahren zur Herstellung eines Latentwärmespeichers
PCT/EP2017/055314 WO2017157723A1 (de) 2016-03-14 2017-03-07 Verfahren zur herstellung eines latentwärmespeichers sowie ein solcher

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3430103A1 true EP3430103A1 (de) 2019-01-23

Family

ID=58261667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17709427.3A Withdrawn EP3430103A1 (de) 2016-03-14 2017-03-07 Verfahren zur herstellung eines latentwärmespeichers sowie ein solcher

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10781350B2 (de)
EP (1) EP3430103A1 (de)
JP (1) JP2019508662A (de)
KR (1) KR20180129820A (de)
CN (1) CN109072052B (de)
DE (1) DE102016104661B4 (de)
WO (1) WO2017157723A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016213727A1 (de) 2016-07-26 2018-02-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeugkraftstoffpumpenabdeckung, Kraftfahrzeugkraftstoffpumpe mit einer solchen Abdeckung und Verfahren zur Herstellung der Abdeckung
CN110285609A (zh) * 2019-06-11 2019-09-27 合肥美的电冰箱有限公司 排气蒸发管组件及其制作方法以及接水盘和制冷设备
DE102020115999A1 (de) * 2020-06-17 2021-12-23 Schunk Carbon Technology Gmbh Verbundwerkstoff und Verfahren zur Herstellung

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01264967A (ja) 1988-04-15 1989-10-23 Mitsui Mining Co Ltd 黒鉛成形体の製造方法
DE4016710A1 (de) 1990-05-24 1991-11-28 Bayer Ag Verfahren zur herstellung von formteilen
US5425901A (en) 1990-07-21 1995-06-20 Bayer Aktiengesellschaft Fireproofing gels, processes for their preparation and their use, in particular for fireproof glazing
DE4130335A1 (de) * 1991-09-12 1993-03-18 Bayer Ag Blaehgraphit enthaltende formkoerper, deren herstellung und verwendung
US5382387A (en) 1991-07-15 1995-01-17 Bayer Aktiengesellschaft Mouldings containing expandable graphite, their production and their use
DE10023572A1 (de) 2000-05-15 2001-11-22 Merck Patent Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Speicherverbundes zur Speicherung von Wärme und Kälte
DE10250249A1 (de) 2002-10-28 2004-05-13 Sgl Carbon Ag Mischungen für Wärmespeicher
JP2007160066A (ja) 2005-11-18 2007-06-28 Nidec Sankyo Corp アクセサリ、アクセサリ製造用焼結部品、およびアクセサリの製造方法
US20070224425A1 (en) 2006-03-24 2007-09-27 Christ Martin U Process for manufacture of a latent heat storage body
US8580171B2 (en) 2006-03-24 2013-11-12 Sgl Carbon Ag Process for manufacture of a latent heat storage device
US20120240919A1 (en) * 2007-06-22 2012-09-27 Sgl Carbon Se Latent heat storage material with phase change material impregnated in a graphite matrix, and production method
DE102010003663A1 (de) * 2010-04-06 2011-10-06 Sgl Carbon Se Wärmespeicherverbundmaterial enthaltend expandierten Graphit und PCM und Verfahren zu dessen Herstellung
JP5838104B2 (ja) 2012-02-21 2015-12-24 花王株式会社 液体含浸固形物の製造方法
US20130264023A1 (en) 2012-04-09 2013-10-10 Sgl Carbon Se Latent heat storage device with phase change material and graphite matrix

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180129820A (ko) 2018-12-05
US20190071594A1 (en) 2019-03-07
CN109072052B (zh) 2021-02-19
JP2019508662A (ja) 2019-03-28
WO2017157723A1 (de) 2017-09-21
DE102016104661A1 (de) 2017-09-14
DE102016104661B4 (de) 2024-02-08
CN109072052A (zh) 2018-12-21
US10781350B2 (en) 2020-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19621638C2 (de) Offenzellige Schaumkeramik mit hoher Festigkeit und Verfahren zu deren Herstellung
AT406027B (de) Verfahren zur herstellung von formteilen aus metallschaum
DE1758845C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Prazisions gießformen fur reaktionsfähige Metalle
DE60038362T2 (de) Verstärkte keramische Feingiessformen und Herstellungsverfahren
EP1604756B1 (de) Verfahren zur Herstellung metallischer Gitterstrukturen
DE1205363B (de) Verfahren zum Herstellen poroeser Werkstuecke aus Metallfasern
EP3430103A1 (de) Verfahren zur herstellung eines latentwärmespeichers sowie ein solcher
WO2018134202A1 (de) Verfahren zur herstellung von hartmetallkörpern mittels 3d-druck
DE2715563C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Teilen aus partikelförmigem Material
EP0316978B1 (de) Heteroporöses Formwerkzeug zur Herstellung von Gussformen aus Formsand und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018217129A1 (de) Gesintertes Metallteil und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0159963B1 (de) Filter aus Keramik mit offenzelliger Schaumstruktur
DE1296386B (de) Verfahren zur Herstellung eines Filterkoerpers
DE2242907C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Katalysatorträgern bzw. Katalysatoren mit offener Porosität
DE19918908A1 (de) Kern für in Gußtechnik hergestellte Bauteile und Herstellverfahren dazu
DE10324828A1 (de) Keramische und/oder pulvermetallurgische Formkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10355298B4 (de) Vorprodukt für und Verfahren zur Herstellung von Grünkörpern für gesinterte Leichtbauteile
DE19929761A1 (de) Kern für in Gußtechnik hergestellte Bauteile und Herstellverfahren dazu
DE4022949C1 (de)
EP1886748A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Sinterprodukten, Sinterprodukte sowie Verwendungen dieser Sinterprodukte
AT405915B (de) Verfahren zum herstellen von metall-matrix-verbundwerkstoffen und vorformhalter für dessen durchführung
DE19847049A1 (de) Keramische Hochtemperaturfilter mittels Vibrationsverdichtung
DE102013111516A1 (de) Formstoff und Verfahren zur Herstellung zellularer Körper
EP4194168A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung keramischer faserkomposite mit variabler geometrie
DE3925844C2 (de) Verfahren zur Herstellung von porösen, durchströmbaren, mehrschichtigen Formkörpern und Formmatrize

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20180912

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200131

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

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

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20201005

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: 20201001