WO2012095182A1 - Aerosol zur übertragung thermischer energie - Google Patents

Aerosol zur übertragung thermischer energie Download PDF

Info

Publication number
WO2012095182A1
WO2012095182A1 PCT/EP2011/050465 EP2011050465W WO2012095182A1 WO 2012095182 A1 WO2012095182 A1 WO 2012095182A1 EP 2011050465 W EP2011050465 W EP 2011050465W WO 2012095182 A1 WO2012095182 A1 WO 2012095182A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aerosol
heat
gas
boron
container
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/050465
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Adem Sari
Original Assignee
DURMUS, Zeynel
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 DURMUS, Zeynel filed Critical DURMUS, Zeynel
Priority to EP11701774.9A priority Critical patent/EP2663605A1/de
Priority to PCT/EP2011/050465 priority patent/WO2012095182A1/de
Publication of WO2012095182A1 publication Critical patent/WO2012095182A1/de

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
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/30—Solar heat collectors using working fluids with means for exchanging heat between two or more working fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/30—Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F23/00—Features relating to the use of intermediate heat-exchange materials, e.g. selection of compositions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D13/00—Electric heating systems
    • F24D13/04—Electric heating systems using electric heating of heat-transfer fluid in separate units of the system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
    • F24H3/062—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators using electric energy supply; the heating medium being the resistive element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/84—Reflective elements inside solar collector casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/74—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with trough-shaped or cylindro-parabolic reflective surfaces
    • 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
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy
    • 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
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to an aerosol containing a boron mineral and a gas and the boron mineral in a particle size of less than less than 10 ⁇ , preferably 1 ⁇ , particularly preferably 100 nm is present. Furthermore, the invention relates to a method for producing the aerosol and the use of the aerosol as a transport medium for heat transport.
  • Thermally conductive systems are described in the prior art which use liquids, gases or solid substances, inter alia water, alcohol, thermal oils, as well as other known heat transfer agents, as a base material for heat transfer.
  • the base material in particular a fluid can be transported for example in a line system between different locations.
  • Heat transfer plays an important role in processes that require heat or heat removal, such as heating technology, solar technology, automotive technology or geothermal technology. In these processes, heat has to be transported quickly from one place to another without major losses. Also, the losses of heat during transport should be minimized.
  • water is used as heat storage. Although water has a high specific heat capacity, but also passes on the heat absorbed quickly, whereby the heat loss can be very high.
  • the prior art further discloses heat transfer systems using gas as the base material.
  • a substance such as water, undergoes an aggregate change of state due to the absorption of heat. Incurred steam, z.
  • Incurred steam, z As water vapor condenses preferably in a heat exchanger and passes the heat to a heat carrier on, which can then be used for other processes.
  • the gas-powered heat transfer systems are only satisfactory in their thermal conductivity and not suitable for heat transfer on longer distances. Equally unsuitable for longer distances are systems with thermal oil, as these have insufficient thermal conductivity.
  • the object of the invention is accordingly to provide a substance which has a high heat capacity as well as a high coefficient of thermal conduction and allows heat transfer, which does not have the disadvantages and deficiencies of the systems described in the prior art.
  • the aerosol comprises a boron mineral and at least one gas, the boron mineral being in the range of 1-20% by weight (by weight) and the gas, especially carbon dioxide, hydrocarbons and / or volatile halogenated hydrocarbons, and in one range of 80-99 wt .-%, wherein the boron mineral preferably has a particle size of less than 10 ⁇ , preferably 1 ⁇ , particularly preferably 100 nm. However, it may also be preferred that the boron mineral has a particle size of more than 10 ⁇ . It was surprising that the aerosol has a high thermal conductivity and heat capacity. sitting.
  • a boron mineral is in the context of the invention, in particular a boron-containing mineral.
  • An aerosol in the context of the invention refers to a colloidal system of gas with small solid particles distributed therein (so-called suspended matter).
  • Boron is a nonmetal which belongs to the third main group of the periodic table and has an atomic weight of 10.81 1.
  • Elemental boron can be obtained from its compounds as a black, glassy opaque, amorphous modification or in crystalline forms.
  • the electrical conductivity of boron is low at 20 ° C (only about 10% of that of copper), but it increases quite rapidly upon heating.
  • the specific heat of evaporation of boron is very high, and in particular 50 kJ / g, so that a large amount of heat is needed to bring about an aggregate state change.
  • Elemental boron is not toxic, but some of its compounds. Boron is found in the wild only in the form of oxygen compounds.
  • Amorphous boron is used as an additive in pyrotechnic mixtures and in solid rocket fuels, and in alloys for the production of steels of particular hardness, which are also used as neutron absorbers in nuclear reactors.
  • boron fibers have been developed to reinforce light metals and synthetic resins. Boron is also needed to make borides, which often have diamond-like hardness.
  • the combination of boron mineral with a gas is not described in the prior art. It was surprising that the thermal conductivity of the aerosol can be increased by the fact that the boron mineral is present as a nanoparticle.
  • the boron mineral is mixed with the gas as nanoparticles in a particle size of less than 10 ⁇ m (micrometers), preferably 1 ⁇ m, particularly preferably 100 nm (nanometers).
  • nanoparticles refer in particular to small solid particles which have a significant (often erratic) size dependence in at least one property, the characteristic length scales of the nanoparticles preferably being less than 100 nm. Since particles of a more or less broad particle size distribution are generated in the production of the nanoparticles, nanoparticles in the context of the invention include boron minerals having a preferred particle size of less than 100 nm. However, it may also be preferred that the boron mineral be Microparticles is present so that it has a particle size of less than 100 microns, more preferably less than 10 micrometers and most preferably less than 1 micrometer.
  • the boron mineral can be crushed by a device for crushing lumpy minerals to smaller particle sizes.
  • a micronization and fine grinding of minerals is possible.
  • WO 00/64586 describes that the micronization proceeds in such a way that the starting material is sucked into a processing space of the device.
  • the inlet is favored by the action of centrifugal forces in the space between fan blades and is accelerated due to the prevailing air currents there, so that the material collides with the already processed material.
  • the introduced source material changes the direction of movement in very short intervals; As a result, it is crushed and micronized. It is preferred that the boron mineral is micronized.
  • the micronized boron mineral can be filtered or sieved after milling to obtain a homogeneous particle size distribution.
  • particles with a desired particle size in particular of more than 10 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m, particularly preferably 100 nm, are filtered out through a filter.
  • filtering it is possible, for example, to use band filters, filter membranes, ventilation methods or classifiers with which larger and / or smaller particles are separated from those having the desired particle size.
  • the boron mineral is preferably used in a weight percent of 1-20%, wherein a weight percent according to the invention, in particular a quotient of the mass of the mineral to the mass of the aerosol and the aerosol represents the mixture of the boron mineral with the gas ,
  • Preferred boron minerals include:
  • sodium-containing boron minerals comprising NA2B407 can be used instead of calcium-containing. It has surprisingly been found that sodium-containing boron minerals can be easily and quickly comminuted and advantageously have a substantially uniform particle size of less than 10 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m, particularly preferably 100 nm. It may also be preferable to provide a mixture of the aforementioned boron minerals.
  • the preferred boron mineral in a range of 1-20% by weight is mixed with a gas, preferably carbon dioxide, hydrocarbons and / or volatile halogenated hydrocarbons in a range of 80-99% by weight.
  • a gas preferably carbon dioxide, hydrocarbons and / or volatile halogenated hydrocarbons in a range of 80-99% by weight.
  • the gas is selected from the group comprising:
  • the gas is selected from the group comprising:
  • halohydrocarbons or halogenated hydrocarbons are in particular hydrocarbons in which at least one hydrogen atom has been replaced by one of the halogens fluorine, chlorine, bromine or iodine, comprising aliphatic halogenated hydrocarbons, haloalkanes, halogenoalkenes or aromatic halogenated hydrocarbons.
  • the gas is present as a gas mixture of the aforementioned gases and is selected from the group comprising the following exemplary mixing ratios:
  • a gas refers in particular to a substance which is in the gas state, ie an aggregate state of matter in which molecules can move freely in space as a result of Brownian molecular motion, why the gas has no solid shape.
  • ammonia be combined with the boron mineral.
  • gases have a low thermal conductivity. It is only through the combination according to the invention with a boron mineral that an aerosol can be provided, which has a high thermal conductivity although it consists of poor heat conductors.
  • the aerosol can by the properties of the invention in numerous areas, such. As heating technology, automotive, solar technology, chemical industry or energy supply can be used.
  • the invention also relates to a process for producing an aerosol comprising the following steps
  • a preferred boron mineral or a mixture of preferred boron minerals which is micronized or comminuted in a process step.
  • comminution or micronization it is possible to produce a grain size of the mineral which is less than 10 ⁇ m, preferably less than 1 ⁇ m, and particularly preferably less than 100 nm.
  • the minced or micronized boron mineral optimally Heat conducts.
  • the comminuted or micronized boron mineral can be filtered in a further process step to exclude particles having a particle size of more than 10 ⁇ m, preferably more than 1 ⁇ m, and particularly preferably more than 100 nm. It has been shown that this can considerably improve the heat transportability of the aerosol.
  • a gas or gas mixture of the preferred gases is provided which is contacted with the minced or micronized boron mineral in a receptacle. It is preferred to combine 80-99% of the gas or gas mixture with 1-20% of the minced or micronized boron mineral in the receptacle.
  • the introduced ingredients are mixed together, creating an aerosol. It may be preferred that the components introduced into the receptacle are mixed therein and subsequently transferred into a container.
  • the container may be, for example, a heating system.
  • the mixing can also advantageously be carried out directly in the container.
  • the mixing can preferably take place by means of a mechanical mixer, a shaking device or another device for mixing.
  • the method can easily and quickly provide an aerosol that has a high thermal conductivity and heat storage capacity.
  • the aerosol can be produced inexpensively by the process. It is preferred that the aerosol is used as a transport medium for heat transport.
  • the heat transfer referred to in the context of the invention, in particular the transport of thermal energy, including heat and / or cold.
  • the aerosol surprisingly has a high thermal conductivity, whereby it can be used as a transport medium for heat transport.
  • thermal convection in particular natural convection, takes place within the aerosol. In this case, a flow (diffusion) of the smallest gas particles takes place, with the entrainment of heat.
  • the aerosol can generate a high pressure with little energy.
  • the aerosol is preferably connected to an external heat source, absorbs heat and transports it without significant time delay.
  • the movement of the particles, in particular of the gas particles and / or boron nanoparticles or boron microparticles takes place due to a density difference which is based on a temperature difference. Due to the high movement of the particles, a rapid heat exchange or heat transfer can take place. It was completely surprising that the heat loss via piping systems is minimal.
  • the heat capacity referred to in the context of the invention in particular the thermal see energy that can store a substance. Due to the high heat capacity, it is possible that the aerosol can absorb a large amount of thermal energy and transport it.
  • the aerosol can be filled in a preferred embodiment as a filling medium in a closed container and / or closed circuit.
  • the container has in its interior a cavity which can be filled with the aerosol.
  • the container or container is closed, wherein the filling of the aerosol takes place via a filling valve integrated in the container.
  • the valve serves as a technical component to control the inlet and / or outlet of the aerosol. If the aerosol expands, the valve can reduce the pressure in the container by removing aerosol from the container.
  • the valve can also serve to ventilate the closed container.
  • the valve can be operated electrically, pneumatically, hydraulically and / or spring and weight loaded. Through the valve, a quick and easy filling and possibly emptying of the container is possible.
  • the aerosol is filled in a closed circuit.
  • a circulation designates in particular a circulation of the aerosol.
  • the circuit may consist of tubes and / or containers that communicate with each other.
  • the circular run, in particular the tubes made of metals, semi-metals, plastics, glass or other materials.
  • Preferred variants include steel, stainless steel, cast iron, copper, brass, nickel alloys, titanium alloys, aluminum alloys, plastic, combinations of plastic and metal (composite raw r), combinations of glass and metal (enamel) or ceramic.
  • Several tubes can be non-positively and / or materially connected to each other. Frictional connections include clamping rings, molded parts, bent pipe sections, screws or rivets.
  • Bonded joints include gluing, welding or vulcanizing. Due to the good thermal conductivity copper or aluminum is advantageously used as the material for the tubes, whereby the use of stainless steel can be advantageous because it has high static and dynamic strength values and a high corrosion resistance.
  • Plastic pipes such as polyvinyl chloride, are particularly light and flexible, and can thus reduce the weight of the pipes without, however, leading to losses in the heat conduction.
  • Ceramic materials including building ceramic materials, have a high stability and long durability. Combinations of the listed materials are particularly advantageous, since thus different material properties can be combined. The preferred materials meet the high manufacturing requirements of a closed circuit, since they are stable to high temperatures or varying pressures.
  • the aerosol circulates and, in particular, absorbs heat at one or more locations and transports it to one or more other locations within the circuit. Due to the high thermal conductivity is a fast and substantially lossless heat conduction. Thus, the aerosol has a high heat storage capacity, whereby it can store a large amount of thermal energy.
  • the container is preferably made of metals, semi-metals, plastics, glass or other materials.
  • Metals designate chemical elements according to the nomenclature of the chemical periodic table of the elements (which, in contrast to the non-metals in the periodic table, are to the left of the diagonal dividing line starting with the element beryllium (2nd group) to the polonium (16th group)) and their alloys and intermetallic compounds with characteristic metallic properties.
  • Metals preferably include steel, stainless steel, aluminum, copper, zinc, lead, gold and / or silver.
  • the container or the circuit can also be made of non-metallic materials.
  • non-metallic materials polymers may be used in a preferred embodiment.
  • Polymers according to a definition of IUPAC ("The International Union of Pure and Applied Chemistry"), are a substance which consists of a collective of chemically uniformly structured, but generally differing in terms of degree of polymerization, molecular weight and chain length macromolecules (polymer molecules).
  • polymers can be inorganic polymers, fully or partly aromatic polymers, homopolymers, copolymers
  • preferred polymers are polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyamide, polyester, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene glycol, dendrimer or silica one.
  • the container or the cycle of carbon in particular carbon or graphite fibers.
  • the preferred container or cycle of carbon is high strength to high temperatures and about four times lighter than steel, corrosion resistant and tensile.
  • the carbon layers can be easily processed and are inexpensive to produce.
  • the container and the circuit have heat-conducting attachments.
  • Annexes in the sense of the invention in particular designate surface-increasing attachments or structures, in particular plates, nets, ribs, bulges, 2- or 3-dimensional lattice structures and / or lamellae.
  • the surface enlarging attachments or structures cause, in particular, a surface enlargement of the tubes and / or the container and thus an enlargement of the heat exchange surface.
  • the appendages or structures are preferably applied at regular or irregular intervals on the tubes or container.
  • the attachments or structures are preferably made of metal, for example stainless steel, steel, copper or aluminum, since these have a high coefficient of thermal conductivity and guarantee optimal heat exchange or heat conduction.
  • the aerosol comprises a boron mineral in the range of 1-20 wt.% Of 50% CA2B601 1 .5H20 and 50% NA2B407 and a gas in the range of 80-99 wt.% Selected from the group comprising : -C02,
  • Example 1 Use of the aerosol in a radiator.
  • the aerosol can be advantageously introduced into a radiator for the transmission of thermal energy.
  • the radiator may consist of at least two chambers, wherein at least one chamber is filled with aerosol and the heat transfer takes place vertically and / or horizontally.
  • at least one chamber has at least one opening.
  • the radiator can be made of various materials such as cast iron, steel, copper, aluminum or special plastics (see above).
  • the radiator is made with two separate chambers for different filling media, each with two openings.
  • a chamber, preferably the outer chamber, can be connected via connections to an existing heating system.
  • the connections of the other chamber, which serve to fill the aerosol can be closed flameproof with a blind plug and a filling valve.
  • the radiator can be connected to a heating medium.
  • the heat is transferred to the aerosol and this transfers the thermal energy from the heating medium quickly and efficiently due to its high thermal conductivity.
  • the heat is distributed homogeneously over the entire heating surface.
  • the heating element can be used with all existing or new heating systems.
  • the dimension can be designed arbitrarily. Due to the advantageous thermodynamic properties of the aerosol, the energy requirement and the dimensioning of the radiator can be reduced.
  • the advantages of the radiator filled with the heat-conducting aerosol compared to the radiator Oberflosse- NEN in the prior art radiators are NEN, a much higher surface temperature at the same flow temperature and thus a higher heat output, a lower circulating water and thus a quick reaction time of the heating system, smaller Pumps and lower energy consumption and production costs.
  • Other benefits include: The volume flow of the heating medium can preferably be reduced by up to 80% with the same heating power.
  • the temperature spread is larger.
  • Flow temperature can preferably be lowered to 50-60%.
  • the losses in the heat generation are due to the temperature reduction lower.
  • Example 2 Use of the aerosol as a cooling system for motor vehicles.
  • the aerosol can be used as a motor vehicle cooling system in which no water or water-based fluids are used as the coolant, but the aerosol.
  • a closed container consisting of metal or plastic is provided with heat-conducting fins and a pressure-resistant filling valve.
  • the aerosol can be filled in via the valve.
  • a thermostat is installed to control a fan.
  • At the other end of the container are each an inlet and outlet valve.
  • the fan whose diameter is dimensioned so that it is in an outer casing with protective grille fits is connected to the thermostat.
  • the complete system is now inserted in the outer housing.
  • the system can be made with double-walled heat-conducting fins, which can also be filled with the aerosol.
  • the shape of the system is variable, so that alternatively several fans can be operated.
  • the aerosol is preferably filled into a double-walled inner housing of the cooling system. It is preferably mounted in the engine compartment so that the side to which the thermostat is mounted points in the direction of travel. The cables of the thermostat and the fan are connected to the battery of the vehicle.
  • the aerosol transfers thermal energy from a heat source, such as the engine, particularly efficiently from one location to another without additional power. It has a very high thermal conductivity, whereby the thermal energy is transferred quickly and efficiently and homogeneously distributed.
  • a significant advantage of the preferred cooling system, which includes the Aersol is that no circulation pump is needed to circulate the aerosol. The Aersosol quickly disperses in the system and efficiently transports energy.
  • the aerosol is introduced into a cooling system of a vehicle, wherein the cooling system encloses at least one electric motor with a double-walled inner housing made of metal or plastic.
  • the double-walled inner housing must be dimensioned by the diameter and cross-section so that it can enclose an electric motor.
  • heat conducting ribs are attached to the outer surfaces.
  • an electrically operated fan is installed. The whole system is enclosed by an outer housing with protective grid. Due to the design, passive cooling can be achieved by not using the fan.
  • Example 3 Use of the Aerosol as Geothermal Heat Transfer System.
  • the aerosol can also be used in geothermal plants for the transport of geothermal energy.
  • geothermal heat source can be determined by geophysical work and well wells drilled to reach the heat source. According to the required amount of heat, the number, the depth and the Diameter of the holes are set according to the purpose, so that a sufficient amount of heat is tapped.
  • a special pipe system is advantageously used, which leads from the earth's surface to the geothermal heat source in the ground.
  • the concept of the pipe system is a double-walled thermal pipe system made of metal or other materials, which is resistant to heat and corrosion.
  • the thermal tube segments receive connecting grooves and fastening clips at their ends. In addition, they are lined with insulation material to minimize heat loss.
  • the inner tube of the double-walled thermal tube contains a guide for the heat transfer tube.
  • a heat transfer tube is introduced, which consists of a heat, pressure and corrosion resistant metal.
  • the tube elements of the heat transfer tube are gradually introduced and connected together.
  • a closing valve is attached.
  • a heat container with filling valve is mounted at the end of the pipe elements and pressure-tight, and provided for connection to a heat exchanger of any geothermal system.
  • the aerosol can be quickly and easily introduced into the tubes. It transports the heat from the geothermal source to the earth's surface. It has been shown that the heat conduction is fast and almost lossless.
  • Example 4 Use of the aerosol in a Sollarkollektor.
  • the aerosol can be advantageously introduced into a solar collector.
  • a housing made of metal or plastic with radiolucent Glass at least one double-walled collector pipe is installed.
  • An inner tube is duchflossen by the water to be heated.
  • the interior of the outer tube is provided with a pressure-resistant filling valve, through which the aerosol can be filled.
  • the inner and outer tubes are made of metal, plastic or glass.
  • the aerosol to be heated is supplied to the collector tubes with a distributor.
  • the heated aerosol is collected in a collector and conveyed to a consumer.
  • Distributor and collector are located in the collector housing.
  • the double-walled collector pipes are mounted between the manifold and the collector.
  • a paraboloidal reflector can be attached behind the double-walled collector tube to increase the power output in order to concentrate the sun's rays. This gives you the opportunity to generate steam.
  • Example 5 Use of the Aerosol in an Electrically Operated Fan Heater.
  • the aerosol can be used in a fan heater as a means of transport of heat. It is provided a metal and / or plastic existing closed container with heat conducting ribs with a filling valve. About this filling valve, the aerosol is filled. To heat the container with the heat-conducting aerosol, an electrical heating element is introduced into the container. For the heat transfer to the ambient air, an electrically operated fan is mounted with a motor. The whole system is enclosed with an outer casing. On the housing, a thermostat is attached, which is connected to the electric heater and the fan. In addition, an electronic controller is mounted to control time and temperature.
  • Example 6 Use of the Aerosol as Cooling and Heating System.
  • the Aersosol can also be used as a general cooling and / or heating system.
  • the system preferably consists of two units: a unit which is installed in the room to be cooled or heated and an external unit which dissipates heat at a high temperature level.
  • the inner unit represents the evaporator, on the outer sides of which heat conducting ribs are attached. In this case, an additional electric heating rod and an electric fan are used.
  • At least one thermostat is mounted on the housing of the inner unit, which is fitted with the electric heating element and the electric fan. is bound.
  • an electronic controller is mounted to control the time and temperature.
  • the external unit is the capacitor, on the outside of which heat-conducting fins and a fan are mounted.
  • the system For boosting the pressure, the system includes a compressor which, due to the favorable thermodynamic properties of the aerosol, has a lower energy requirement, smaller dimensions and lower noise level of the compressor.
  • the aerosol transfers thermal energy from a heat source more efficiently from one location to another. It has a very high thermal conductivity, whereby the thermal energy is transferred quickly and efficiently, and distributed homogeneously. Due to the low energy requirement, solar cells can also be integrated into the system to operate the system.
  • the system can also be operated autonomously. If there is insufficient sunlight, the necessary energy is provided by batteries.
  • the two units are connected to each other via pipes. If the system is to be used for heating purposes, the outlet valve of the inner unit is closed and the circulation of the aerosol with the external unit is interrupted.
  • the electric heating element heats the aerosol of the inner unit.
  • the thermal energy is transferred to the heat conduction ribs quickly and efficiently. Due to the air flow of the fan, the air is distributed through the heat-conducting fins into the room. Part of the required electricity can still be supplied by the solar cells.
  • the exhaust valve of the inner unit is opened, thereby establishing a connection to the external unit.
  • Embodiment 1 Micronization of a boron mineral
  • the mineral CA 2 B 6 On .5H 2 O (Colemanite) has proved advantageous on account of its properties.
  • the mineral can be micronized, with the nanoparticles or microparticles produced essentially having a homogeneous particle size distribution of less than 100 nm. It may also be preferred to mix boron minerals and to comminute, in particular micronise, a mixture of boron minerals.
  • the boron mineral (the starting material) is fed through the center of the rotors into the processing space of the device. sucked in.
  • the entry is favored by the action of centrifugal forces in the space between the fan blades and is accelerated due to the prevailing air currents there; so that the material collides with the already processed material.
  • the source material changes direction of movement in very short intervals; As a result, it is crushed and micronized.
  • the device may consist of a hinged housing with a material feed shaft, in which there are two rotor discs, which are placed against each other and operated in opposite directions by means of corresponding motors via belts, so that they rotate at the same angular velocity.
  • the housing and the motors can for example be mounted on a foundation and form an independent unit.
  • the housing may preferably be constructed of two parts: a housing side for the material import and a further housing side with insertion shaft.
  • both sides can be bolted together.
  • both sides of the housing carriers can be installed, in which the bearings and stretch rods are integrated.
  • On the material import side there may be a pipe for the controlled importation of the material; on the lower side may be arranged an opening for the discharge of the finished material.
  • the starting granules can be introduced through the central part of the engine system by suction, accelerated by the air streams and controlled so that the granules collide with each other due to repeated movement direction and rub against each other in very short time intervals.
  • the working tools and other parts of the device preferably do not touch or only slightly.
  • the relative movement of a grain over the surface of another grain causes damage and deformation of the grain surface, as well as the material layers, which are located immediately below the grain surface. As a result, the structure of the crystal lattice on the surface is destroyed or damaged, so that partly the crystal form can be converted into an amorphous phase.
  • the preferred fine milling and micronization of the boron mineral can provide nanoparticles (or grains) with a grain size of less than 100 nm.
  • the boron mineral or mixture of boron minerals is filtered after micronization to, in particular, filter out particles larger than 10 micrometers in size, preferably greater than 1 micrometer and most preferably greater than 100 nm.
  • the micronized and filtered boron mineral is introduced into a container in a wt .-% range of 1-20 wt .-% and brought into contact with a gas, in particular carbon dioxide, hydrocarbons and / or volatile halogenated hydrocarbons.
  • the gas in a wt .-% range of 80-99 wt .-% can be introduced via a feed line in the container.
  • the gas and the boron mineral may preferably be mixed at room temperature with a device such as a mixer or by means of a shaker. The mixing time depends in particular on the amount to be mixed and can be determined by empirical methods.
  • Fig. 1 Preferred use of the aerosol in a vehicle refrigeration system.
  • Fig. 2 Preferred use of the aerosol in a geothermal plant
  • Fig. 3 Preferred use of the aerosol in a solar collector
  • Fig. 4 Preferred use of the aerosol in a fan heater
  • Fig. 5 Preferred use of the aerosol in a refrigeration system
  • Fig. 6 Preferred use of the aerosol in an air conditioner
  • Fig. 1 shows a preferred use of the aerosol in a vehicle refrigeration system.
  • the cooling system can be put into operation.
  • the container 1 is preferably enclosed by an outer housing 5.
  • An inlet valve 6 and outlet valve 7 allow for circulation of the aerosol. It can be mounted in the engine compartment so that the side to which the thermostat 3 is fixed points in the direction of travel.
  • the cables of the thermostat 3 and the fan 4 are preferably connected to the battery of the vehicle.
  • a protective grid 8 is preferably attached.
  • the aerosol transmits the thermal energy from a heat source particularly efficiently, from one location to another without additional auxiliary energy, thus ensuring cooling of the engine. It has a very high thermal conductivity, whereby the thermal energy is transferred quickly and efficiently and homogeneously distributed.
  • Fig. 2 shows a preferred use of the aerosol in a geothermal plant.
  • the heat source can be hot water or hot rock. If there are no liquids in the geothermal heat source, water is introduced into the cavity of the double-walled container 1, which allows the heat transfer from the environment to the heat transfer tube 10. As a result, it is also possible to ensure the production of energy from warm rock with the aid of the preferred aerosol.
  • the thermally conductive preferred aerosol can be filled in the heat transfer tube 10 via a filling valve 2 and the system can be put into operation.
  • the preferred aerosol transfers the thermal energy from a heat source particularly efficiently from one location to another without additional auxiliary energy.
  • the effectiveness of the geothermal plant is characterized by the high area-dependent power density, which is due to the homogeneous high temperature at the heat transfer tube 10.
  • the geothermal Heat conduction system does not require circulating pumps to transfer the geothermal energy to the utility stations through the use of the preferred aerosol in the heat transfer tube 10 and without major heat losses, resulting in a significant improvement in the economics of geothermal plants "Can be used everywhere for hot and heating water treatment as well as for hot water and steam generation in already existing or newly constructed systems. With the generated steam, for example, environmentally friendly electrical energy can be generated in downstream turbines.
  • the geothermal system may further include a closing valve 13.
  • the attachment of the container 1 and / or the tube 12 can be ensured by means of connecting grooves / mounting clamps 14.
  • the inlet of z. B. water can be done by means of a control flap 15 and a movement arm 16.
  • Fig. 3 shows a preferred use of the aerosol in a solar collector.
  • the solar collector has a metal or plastic existing housing 5 with radiation-transparent glass 22, in which at least one double-walled heat transfer tube 10 is installed.
  • the heat transfer tube 10 consists of an inner tube 17, which is duchflossen from the water to be heated and an outer tube 18 which is provided with a pressure-resistant filling valve 2 and closed, through which the aerosol can be filled.
  • the inner and outer tubes 17, 18 may preferably be made of metal, plastic or glass.
  • manifold 20 and header 21 are installed in housing 5, with the double-walled heat transfer tubes 10 mounted between manifold 20 and header 21.
  • a paraboloidal reflector 19 may be mounted to focus sun rays and thus to generate steam.
  • Fig. 4 shows a preferred use of the aerosol in a fan heater.
  • a fan heater filled with a preferred aerosol may be provided. This can improve the heat transfer and the energy consumption and the Sizing be reduced.
  • the aerosol is introduced via a filling valve 2 into a container 1.
  • the container 1 may for example consist of metal or plastic and have heat-conducting ribs.
  • the heat-conducting ribs of the preferably closed container 1 can be made of a double-walled material and are preferably likewise filled with the heat-conducting aerosol.
  • a thermostat 3 and / or a regulator, for example, to regulate the temperature be appropriate.
  • an electric heating element 23 can be introduced into the container 1.
  • the container 1 advantageously has a receptacle for a heating element 24.
  • a heating element 24 By the action of the thermal energy of the heating element 23, the heat is distributed homogeneously through the aerosol to the entire container 1.
  • an electrically operated fan 4 can be used.
  • a protective grid 8 In front of the fan 4, a protective grid 8 may be attached.
  • the fan 4 can be driven by a motor 25.
  • Fig. 5 shows a preferred use of the aerosol in a refrigeration system. It is a cooling system filled with a thermally conductive aerosol, which is used to transfer the thermal energy in the operation of the electric motors in, for example Kraftfahrahrezugen.
  • the aerosol improves heat dissipation, reduces energy consumption and dimensioning, and extends the life of the engine.
  • the aerosol is preferably filled via a filling valve 2 in a container 1, which may consist of a double-walled housing made of metal or plastic.
  • the container 1 preferably has heat-conducting lamellae 1 1.
  • a motor 25 (for example an electric motor) is inserted into the container 1, the container 1 being enclosed by the motor 25 by an outer housing 5.
  • an electrically operated fan 4 may be attached to the container 1 or the motor 25 to improve heat dissipation.
  • a protective grid 8 may preferably be attached.
  • the heat-conducting lamellae of the preferably closed container 1 can be made of a double-walled material and are preferably likewise filled with the heat-conducting aerosol.
  • Fig. 6 shows a preferred use of the aerosol in an air conditioner.
  • the air conditioning system preferably consists of two units. The first unit will be in one to be cooled or heated room and the second unit installed externally.
  • the inner unit is an evaporator 26 in which a container 1 with heat-conducting ribs 9 are present.
  • an inner tube 17 is preferably arranged.
  • an electric heater 23 and an electric fan 4 are additionally used.
  • the container 1 or the fan 4 may be covered with a protective grid 8.
  • a thermostat 3 On the container 1 or an outer casing of which a thermostat 3 can be attached, which is connected to the electric heating element 23 and the fan 4.
  • a particular electronic controller 31 may be mounted, which preferably controls the time and temperature.
  • the external unit is the capacitor 27, on the outer sides of which heat-conducting ribs 9 and a fan 4 are mounted.
  • a protective grid 8 is connected to the capacitor 27.
  • the preferred air conditioning system includes a compressor 30 which, due to the favorable thermodynamic properties of the heat-conducting aerosol, has lower energy requirements, smaller dimensions and lower noise levels.
  • Evaporator 26 and condenser 27 are connected via a pipe system 32 (dashed line).
  • the outlet valve 7 of the evaporator 26 is closed and the circulation of the thermally conductive aerosol with the condenser 27 is interrupted.
  • the heating rod 23 heats the heat-conducting aerosol of the evaporator 26.
  • the thermal energy is transferred quickly and efficiently to the heat-conducting ribs 9.
  • the heat-conducting ribs 9 can be made of a double-walled material and preferably also be filled with the heat-conducting aerosol.
  • Part of the required electricity can, for example, be supplied by solar cells, since the cooling and heating system has a low energy requirement and can therefore also be operated autonomously. If there is insufficient sunlight, the necessary energy can be provided by batteries.
  • the outlet valve 7 of the evaporator is opened and thus the connection to the condenser 27 is established. The aerosol absorbs heat in the evaporator and releases it again in the condenser.
  • Fig. 7 and Fig. 8 show a horizontal and vertical embodiment of a preferred embodiment of the invention as a radiator.
  • the preferred heater 35 has a first chamber 33 and a second chamber 34, wherein a chamber, preferably the second chamber 34 has a filling valve 2 for filling a thermally conductive aerosol.
  • a blind plug 36 and / or an electric heater 23 can be introduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Aerosol, welches ein Bor-Mineral und ein Gas umfasst, wobei 1-20 % des Bor-Minerals mit 80-99 % des Gases gemischt sind und das Bor-Mineral in einer Korngröße von weniger 10 μm, bevorzugt 1 μm, besonders bevorzugt weniger als 100 nm vorliegt. Das Aerosol kann als Transportmedium zum Transport thermischer Energie verwendet werden.

Description

Aerosol zur Übertragung thermischer Energie
Die Erfindung betrifft ein Aerosol, welches ein Bor-Mineral und ein Gas enthält und das Bor-Mineral in einer Korngröße von weniger als weniger als 10 μηι, bevorzugt 1 μηι, besonders bevorzugt 100 nm vorliegt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Aerosols und die Verwendung des Aerosol als Transportmedium zum Wärmetransport.
Im Stand der Technik sind wärmeleitende Systeme beschrieben, die als Basisstoff zur Wärmeübertragung Flüssigkeiten, Gase oder feste Stoffe, unter anderem Wasser, Alkohol, Thermoöle, sowie weitere bekannte Wärmeübertragungsmittel verwenden.
Der Basisstoff, insbesondere ein Fluid kann beispielsweise in einem Leitungssystem zwischen unterschiedlichen Orten transportiert werden. Der Wärmetransport spielt bei Prozessen eine große Rolle, denen Wärme zugeführt oder von denen Wärme abgeführt werden muss, wie in der Heiztechnologie, Solartechnologie, Automobiltechnologie oder Geothermie-Technologie. Wärme muss bei diesen Prozessen schnell und ohne große Verluste von einem Ort zu einem anderen Ort transportiert werden. Auch sollten die Verluste der Wärme beim Transport minimiert werden. Bei den meisten Wärmetauschprozessen wird Wasser als Wärmespeicher eingesetzt. Wasser besitzt zwar eine hohe spezifische Wärmekapazität, leitet aber auch die aufgenommene Wärme schnell weiter, wodurch der Wärmeverlust sehr hoch sein kann.
Beim Wärmetransport innerhalb eines Leitungssystems, bei dem die den Wärme- Speicher bildende Flüssigkeit von einem Ort A zu einem Ort B transportiert wird, sollte möglichst kein Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der die Leitung umschließenden Umgebung stattfinden. Das Leitungssystem muss daher in der Regel kostenaufwendig isoliert werden, um einen Verlust oder Eintrag von Energie in Form von Wärme zu verhindern. Auf der anderen Seite muss in dem Prozessbe- reich, in dem ein Austausch der Wärme erwünscht ist, eine möglichst große Austauschfläche zur Verfügung gestellt werden, um den Wärmeaustausch effizient und schnell zu gestalten. Nachteilig bei Wärmeübertragungssystemen, die Wasser als Basisstoff verwenden, ist, dass sie von einer weiteren Energiequelle, wie zum Beispiel Umwälzpumpen abhängig sind. Dadurch sind sie unwirtschaftlich und wartungsintensiv. Auch andere Wärmeübertragungssysteme, die Alkohol als Wärmeübertragungsmittel nutzen, sind durch ihre hohe Explosionsgefahr bei bestimmten Temperaturen nur bedingt einsetzbar. Zudem weisen diese Wärmeübertragungsmittel niedrige Wärmeleitkoeffizienten auf, was sich nachteilig auf die Wärmeleitung auswirkt.
Im Stand der Technik sind weiterhin Wärmeübertragungssysteme offenbart, die Gas als Basisstoff benutzen. Ein Stoff wie beispielsweise Wasser erfährt durch die Auf- nähme von Wärme eine Aggregatzustandsänderung. Entstandener Dampf, z. B. Wasserdampf kondensiert bevorzugt in einem Wärmetauscher und leitet die Wärme an einen Wärmeträger weiter, die dann für weitere Prozesse genutzt werden kann. Die mit Gas betriebenen Wärmeübertragungssysteme sind in ihrer Wärmeleitfähigkeit nur befriedigend und nicht für eine Wärmeübertragung auf längeren Strecken geeignet. Gleichermaßen ungeeignet für längere Strecken sind Systeme mit Ther- moöl, da diese eine unzureichende Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen Stoff bereitzustellen, welcher eine hohe Wärmekapazität als auch einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist und einen Wärmetransport ermöglich, der nicht die Nachteile und Mängel der im Stand der Technik beschriebenen Systeme besitzt.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Mithin wird ein Aerosol bereitgestellt, das nicht die Nachteile oder Mängel des Stands der Technik aufweist. Das Aerosol umfasst ein Bor-Mineral und mindestens ein Gas, wobei das Bor-Mineral im Bereich von 1 -20 Gew.-% (Gewichtsprozent) und das Gas, insbesondere Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und/oder flüchtige Halogen-Kohlenwasserstoffe ist und in einem Bereich von 80-99 Gew.-% vorliegt, wobei das Bor-Mineral bevorzugt eine Korngröße von weniger als 10 μηη, bevorzugt 1 μηη, besonders bevorzugt 100 nm aufweist. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass das Bor-Mineral eine Korngröße von mehr als 10 μηη aufweist. Es war überraschend, dass das Aerosol eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität be- sitzt. Ein Bor-Mineral ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein borhaltiges Mineral. Ein Aerosol bezeichnet im Sinne der Erfindung ein kolloides System aus Gas mit darin verteilten kleinen festen Teilchen (sogenannten Schwebstoffen).
Bor ist ein Nichtmetall, welches der dritten Hauptgruppe des Periodensystems an- gehört und ein Atomgewicht von 10,81 1 hat. Elementares Bor kann aus seinen Verbindungen als schwarze, glasig-undurchsichtige, amorphe Modifikation oder in kristallinen Formen erhalten werden. Die elektrische Leitfähigkeit von Bor ist bei 20°C gering (beträgt nur ca. 10 % derjenigen von Kupfer), steigt jedoch beim Erwärmen ziemlich rasch an. Die spezifische Verdampfungswärme von Bor ist sehr hoch und beträgt insbesondere 50 kJ/g, so dass eine hohe Wärmemenge benötigt wird, um eine Aggregatzustandsänderung herbeizuführen. Elementares Bor ist nicht toxisch, wohl aber einige seiner Verbindungen. Bor ist in der freien Natur nur in Form von Sauerstoff-Verbindungen anzutreffen. Amorphes Bor wird als Additiv in pyrotechnischen Mischungen und in festen Raketentreibstoffen verwendet sowie in Legierun- gen zur Erzeugung von Stählen besonderer Härte, die auch als Neutronenabsorber in Kernreaktoren zum Einsatz kommen. Für Raumfahrtzwecke wurden Borfasern zur Verstärkung von Leichtmetallen und Kunstharzen entwickelt. Bor wird ferner zur Herstellung von Boriden benötigt, die oft diamantähnliche Härte aufweisen. Die Kombination von Bor-Mineral mit einem Gas ist derart nicht im Stand der Technik beschrieben. Es war überraschend, dass die Wärmeleitfähigkeit des Aerosols dadurch erhöht werden kann, dass das Bor-Mineral als Nanopartikel vorliegt.
Es ist bevorzugt, dass das Bor-Mineral als Nanopartikel in einer Korngröße von weniger als 10 μηη (Mikrometer), bevorzugt 1 μηη, besonders bevorzugt 100 nm (Na- nometer) mit dem Gas vermischt wird. Nanopartikel bezeichnen im Sinne der Erfin- dung insbesondere kleine Feststoffteilchen, die in mindestens einer Eigenschaft eine deutliche (oft sprunghafte) Größenabhängigkeit aufweisen, wobei die charakteristischen Längenskalen der Nanopartikel bevorzugt unter 100 nm liegen. Da bei der Herstellung der Nanopartikel, Partikel mit einer mehr oder weniger breiten Partikelgrößenverteilung generiert werden, umfassen Nanopartikel im Sinne der Erfindung Bor-Minerale mit einer bevorzugten Korngröße von weniger als 100 nm. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass das Bor-Mineral als Mikropartikel vorliegt, so dass es eine Korngröße von weniger als 100 Mikrometer, besonders bevorzugt weniger als 10 Mikrometer und ganz besonders bevorzugt von weniger als 1 Mikrometer aufweist.
Das Bor-Mineral kann mittels einer Vorrichtung zur Zerkleinerung von stückigen Mineralen zu kleineren Korngrößen zerkleinert werden. Im Stand der Technik sind Vorrichtungen beschrieben, mit denen eine Mikronisierung und Feinmahlung von Mineralien möglich ist. So beschreibt beispielsweise die WO 00/64586, dass die Mikronisierung derart abläuft, dass das Ausgangsmaterial in einen Verarbeitungsraum der Vorrichtung eingesaugt wird. Der Eintritt wird durch die Einwirkung von zentrifugalen Kräften in den Raum zwischen Ventilatorschaufeln begünstigt und wird aufgrund der dort herrschenden Luftströme beschleunigt, so dass das Material mit dem bereits verarbeiteten Material kollidiert. Das eingebrachte Ausgangsmaterial wechselt die Bewegungsrichtung in sehr kurzen Intervallen; infolgedessen wird es zerkleinert und mikronisiert. Es ist bevorzugt, dass das Bor-Mineral mikronisiert wird. Das mikronisierte Bor-Mineral kann nach dem Zermahlen gefiltert oder gesiebt werden, um eine homogene Korngrößenverteilung zu erhalten. Vorteilhafterweise werden durch einen Filter Partikel mit einer gewünschten Korngröße, insbesondere von mehr als 10 μηη, bevorzugt 1 μηη, besonders bevorzugt 100 nm ausgefiltert. Für die Filterung können beispielsweise Bandfilter, Filtermembranen, lufttechnische Verfahren oder Sichter verwendet werden, mit denen größere und/oder kleinere Partikel von denen mit der gewünschten Korngröße abgetrennt werden.
Das Bor-Mineral wird bevorzugt in einem Gewichtsprozent von 1-20 % verwendet, wobei ein Gewichtsprozent im Sinne der Erfindung insbesondere einen Quotienten aus der Masse des Minerals zu der Masse des Aerosols bezeichnet und das Aerosol die Mischung des Bor-Minerals mit dem Gas darstellt. Bevorzugte Bor-Minerale umfassen:
- CA2B601 1 · 5H20,
- Na2B4O7-10H2O,
- Na2B407-5H20,
- Na2B407,
- CaBSi04(OH) oder Ca2B601 1 -13H20,
- Ca4B10O19-7H2O, - NaCaB509-5H20 oder NaCaB509-8H20,
- Mg3B7013CI,
- CaMgB608(OH)6-3H20 oder MgB03(OH),
- Mx/n[(AI02)x(SI02)y]zH20,
- MgB02(OH),
- SrB609(OH)2-3H20,
- Sr4B22037■ 7 H20 oder Ca4MgAs2B12028■ 20H20,
- Na6MgB24O40-22H2O,
- NaB506(OH)4-3H20,
- Na4B10O17-7H2O,
- CaB609(OH)2-3H20,
- CaB6O10-5H2O,
- CaB2 (OH)8 ,
- Ca2B6O6(OH)10-2H2O,
- Ca4B10O19-20H2O,
- Ca2B14023-8H20,
- MgB204-3H20,
- KHMg2B12O16(OH)10-4H2O,
- Mg[B303(OH)5]-5H20,
- Mg[B303(OH)5]-5H20,
- CaMg[B303(OH)5]2-6H20,
- (NH4)B506(OH)4,
- (NH4)2B10O16-5H2O,
- Sr2B11016(OH)5-H20,
- Sr2[B508(OH)]2B(OH)3-H20,
- Na2B(OH)4CI,
- CuB(OH)4CI, Ca2B509CI-H20,
Mg3(B03)(F,OH)3,
Be2B03(OH),
MnB03H,
Ca2Mn22+B407(OH)6,
Mn3(P04)B(OH)6,
Mn4B205(OH,CI)4,
Mg3B2(P04)2(OH)6-5H20,
Ca2B(As04)(OH)4,
Mg3B2(S04)(OH)8(OH,F)2,
H3B03,
AI6B5015(F,OH)3,
Mg3B206,
CaSnB206,
(K,Cs)AI4Be4(B,Be)12028, (Mg,Fe)3TiB208,
Mg2Fe3+B05,
Mg2Fe3+B05,
(Mg,Mn2+)2(Mn3+,Sb3+)B05,
Fe2+,Mg)2(Fe3+,Sn)B05,
(K,Cs)BF4,
NaBF4,
Ca4B4(B04)(Si04)3(OH)3-H20,
Ba(Y,Ce)6Si3B6024F2,
CaB2Si208,
AI6.5-7(B03)(Si04)3(0,OH)3, (Mg,Fe2+)AI3(B04)(Si04)0, - Ca2(Fe2+,Mg)B2Si2O10,
- Ca2B5Si09(OH)5,
- (Ba,Pb,Ca,K)6(B,Si,AI)2(Si,Be)10O28(F,CI),
- (Fe!Mg)(Mg!AI,Fe)5AI4Si2(Si!AI)2(B!Si!AI)(0!OH!F)22! - Li2AI4[(Si2AIB)O10](OH)8,
- (Ca,Na)7(Ce,Y,Zr)3[(F,OH)4|B03|(Si04)4],
- NaBSi205(OH)2,
- Ca2(Mg,AI)6(Si,AI,B)6O20,
- (Ce,La,Y,Th)5(Si,B)3(0,OH,F)13,
- (NH4)2B10O16-4H2O,
- CaB202(OH)4,
- NaB506 (OH)4-3H20 ,
- CaB2 O (OH)6 -2H20,
- HB02,
- KHMg2B12016 (OH) 10 -4H20,
- K6AI4 Si6BO20 (OH)4CI,
- Mg3(B03)(OH)3,
- Ca2B404(OH) 7CI-7H20,
- CaMgB608 (OH)6 -3H20,
- Ca[B(OH)4]2-2H20,
- Ca2Mg(C03)2B2 (OH)8-4H20,
- CaB204,
- AI4.5SiB0.5O9.5,
- Li1 -1 ,5 AI4-3!5[(OH!F)8|(B,AI)Si3O10]!
- Ca4 MgB406 (OH)6 (C03)2,
- AI16[05|(B04)6|(Si04)2],
- Mg3B7013CI oder - Be2(B03)(OH,F)-H2
- oder deren Gemische.
Vorteilhafterweise können anstatt von calciumhaltigen, natriumhaltige Bor-Minerale, umfassend NA2B407 verwendet werden. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass natriumhaltige Bor-Minerale leicht und schnell zerkleinert werden können und vorteilhafterweise eine im Wesentlichen einheitliche Korngröße von weniger als 10 μηη, bevorzugt 1 μηη, besonders bevorzugt 100 nm aufweisen. Es kann auch bevorzugt sein, ein Gemisch aus den zuvor genannten Bor-Mineralen bereitzustellen.
Das bevorzugte Bor-Mineral in einem Bereich von 1 -20 Gew.-% wird mit einem Gas, bevorzugt Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffen und/oder flüchtigen Halogen- Kohlenwasserstoffen in einem Bereich von 80-99 Gew.-% vermischt. Vorteilhafterweise ist das Gas ausgewählt aus der Gruppe umfassend:
- CHCIF2,
- CHF3,
- CH2F2,
- C2F6,
- C2H2F4,
- C2H3F2CI,
- C2H3F3,
- C5H12,
- C2H4,
- C3H6,
- C2H6 ,
- C3F8,
- C3HF7,
- C3H2F6,
- C3H3F5,
- C4H10, - C2HF5,
-CF4,
- C3H8 und
- C2H4F2.
Es kann aber auch bevorzugt sein, dass das Gas ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend:
-SF6,
- C4F8,
- C2H4F, -Ne,
- C2H60,
- C3HF4CL3,
- C2F4, -Ar, -H20,
- NH3,
- He, -C5H12, -CH4, - CH3F,
- CCL4,
- C2CL6 und
- C2H60. Als Halogenkohlenwasserstoffe oder halogenierte Kohlenwasserstoffe werden im Sinne der Erfindung insbesondere Kohlenwasserstoffe bezeichnet, bei denen mindestens ein Wasserstoffatom durch eines der Halogene Fluor, Chlor, Brom oder lod ersetzt wurde, umfassend aliphatische Halogenkohlenwasserstoffe, Halogenalkane, Halogenalkene oder aromatische Halogenkohlenwasserstoffe.
Es kann auch bevorzugt sein, dass das Gas als ein Gasgemisch der vorgenannten Gase vorliegt und ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend folgende beispielhaften Mischverhältnisse:
- 44% C2HF5 und 4% C2H2F4 und 52% C2H3F3,
- 23% CH2F2 und 25% C2HF5 und 52% C2H2F4,
- 15% CH2F2 und 15% C2HF5 und 70% C2H2F4,
- 7% C2HF5 und 46% C2H3F3 und 47% CHF2CI,
- 60% CHF2CI und 25% C2HF4CI und15% C2H3F2CI,
- 50% CH2F2 und 50% C2HF5,
- 50% C2HF5 und 50% C2H3F3,
- 46% CHF3 und 54% C2F6,
- 65,1 % C2HF5 und 35,1 % C2H2F4 und 3,4% C4H10,
- 88% C2H2F4 und 9% C3F8 und 3% C4H10,
- 78,5% C2H2F4 und 19,5% C2HF5 und 1 ,4% C4H10 und 0,6% C5H12,
- 46,6% C2HF5 und 50% C2H2F4 und 3,4% C4H10,
- 85,1 % C2HF5 und 1 1 ,5% C2H2F4 und 3,4% C4H10 und/oder
- 86% C2HF5 und 9% C3F8 und 5% C3H8.
Vorteilhafterweise können auch andere Gase, die dem selben Zweck dienen, verwendet werden. Ein Gas bezeichnet im Sinne der Erfindung insbesondere ein Stoff, der sich im Gaszustand befindet, d. h. einen Aggregatzustand der Materie, in dem sich Moleküle infolge Brownscher Molekularbewegung frei im Raum bewegen können, weshalb das Gas keine feste Gestalt besitzt. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass Ammoniak mit dem Bor-Mineral kombiniert wird.
Dem Fachmann ist bekannt, dass Gase eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Erst durch die erfindungsgemäße Kombination mit einem Bor-Mineral kann ein Ae- rosol bereitgestellt werden, was eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, obwohl es aus schlechten Wärmeleitern besteht. Das Aerosol kann durch die erfindungsgemäßen Eigenschaften in zahlreichen Bereichen, wie z. B. Heiztechnik, Automobilbereich, Solartechnologie, chemische Industrie oder Energieversorgung eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Aerosols, umfassend folgende Schritte
a. Bereitstellung eines Bor-Minerals oder eines Gemisches der genannten Mineralien,
b. Bereitstellung eines Gases oder eines Gasgemisches,
c. Mikronisierung oder Zerkleinerung des Bor-Minerals mittels einer Zerkleinerungsvorrichtung, wobei das zerkleinerte Bor-Mineral eine Korngröße von weniger als 10 μηη, bevorzugt weniger als 1 μηη und besonders bevorzugt von weniger als 100 nm aufweist, d. Filterung des zerkleinerten Bor-Minerals zum Ausschluss von Partikeln mit einer Korngröße von mehr als 10 μηη, bevorzugt mehr als 1 μηη und besonders bevorzugt mehr als 100 nm,
e. Einbringung von 1-20 % des zerkleinerten Bor-Minerals nach d. in ein Aufnahmebehältnis,
f. Einbringung von 80-99 % des Gases nach b. in das Aufnahmebehältnis und
g. Vermischung der eingebrachten Minerale nach e. und des eingebrachten Gases nach f.
Es wird ein bevorzugtes Bor-Mineral oder ein Gemisch von bevorzugten Bor- Mineralen bereitgestellt, das in einem Verfahrensschritt mikronisiert oder zerkleinert wird. Durch die Zerkleinerung oder Mikronisierung kann eine Korngröße des Mine- rals erzeugt werden, die weniger als 10 μηη, bevorzugt weniger als 1 μηη und besonders bevorzugt von weniger als 100 nm beträgt. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass das zerkleinerte oder mikronisierte Bor-Mineral optimal Wärme leitet. Das zerkleinerte oder mikronisierte Bor-Mineral kann in einem weiteren Verfahrensschritt gefiltert werden, um Partikel mit einer Korngröße von mehr als 10 μηη, bevorzugt mehr als 1 μηη und besonders bevorzugt mehr als 100 nm auszuschließen. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch die Wärmetransportfähigkeit des Ae- rosols erheblich verbessert werden kann. Des Weiteren wird ein Gas oder ein Gasgemisch der bevorzugten Gase bereitgestellt, das mit dem zerkleinerten oder mikronisierten Bor-Mineral in ein Aufnahmebehältnis zusammengebracht wird. Es ist bevorzugt, 80-99 % des Gases oder Gasgemisches mit 1-20 % des zerkleinerten oder mikronisierten Bor-Minerals in dem Aufnahmebehältnis zu kombinieren. Die eingebrachten Bestandteile werden miteinander vermischt, wodurch ein Aerosol entsteht. Es kann bevorzugt sein, dass die in das Aufnahmebehältnis eingebrachten Bestandteile in diesem vermischt werden und anschließend in einen Behälter überführt werden. Der Behälter kann beispielsweise ein Heizungssystem sein. Die Vermischung kann aber auch vorteilhafterweise direkt in dem Behälter erfolgen. Die Vermischung kann bevorzugt mittels einem mechanischen Mischer, einer Schüttelvorrichtung oder einer sonstigen Vorrichtung zum Mischen erfolgen. Durch das Verfahren kann einfach und schnell ein Aerosol bereitgestellt werden, dass eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeicherkapazität aufweist. Das Aerosol kann durch das Verfahren kostengünstig hergestellt werden. Es ist bevorzugt, dass das Aerosol als Transportmedium zum Wärmetransport verwendet wird. Der Wärmetransport bezeichnet im Sinne der Erfindung insbesondere den Transport von thermischer Energie, umfassend Wärme und/oder Kälte. Das Aerosol weist überraschenderweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch es als Transportmedium zum Wärmetransport verwendet werden kann. Außerdem hat sich herausgestellt, dass eine Wärmekonvektion, insbesondere natürliche Konvekti- on innerhalb des Aerosols erfolgt. Hierbei findet eine Strömung (Diffusion) kleinster Gasteilchen, unter Mitführung von Wärme statt. Es werden für die Wärmeleitung keine mechanischen Vorrichtungen zur Umwälzung, wie beispielsweise Pumpen, benötigt. Hierdurch können Reparatur- und Wartungsarbeiten an Anlagen, in denen das Aerosol verwendet wird, auf ein Minimum reduziert werden, wodurch wiederum Zeit und Energie eingespart und finanzieller und materieller Aufwand verringert werden kann. Außerdem kann durch das Aerosol ein hoher Druck mit wenig Energie erzeugt werden. Das Aerosol wird bevorzugt mit einer externen Wärmequelle verbunden, nimmt Wärme auf und transportiert diese ohne wesentliche zeitliche Verzögerung. Die Bewegung der Teilchen, insbesondere der Gasteilchen und/oder Bor-Nanopartikel oder Bor-Mikropartikel erfolgt aufgrund eines Dichteunterschieds, der auf einer Temperaturdifferenz beruht. Durch die hohe Bewegung der Teilchen kann ein schneller Wärmeaustausch, beziehungsweise Wärmetransport erfolgen. Es war völlig überraschend, dass der Wärmeverlust über Leitungssysteme minimal ist. Außerdem hat sich gezeigt, dass eine im Wesentlichen homogene Wärmeverteilung innerhalb des Aerosols stattfindet und die Wärme über einen langen Zeitraum von dem Aerosol gespeichert wird. Das Aerosol besitzt mithin eine hohe Wärmekapazität. Es hat sich herausgestellt, dass die Bor-Nanopartikel und die Bor-Mikropartikel effizient Wärme transportieren, wobei die Wärmeleitung oder der Wärmetransport der Bor-Nanopartikel effizienter ist.
Die Wärmekapazität bezeichnet im Sinne der Erfindung insbesondere die thermi- sehe Energie, die ein Stoff speichern kann. Durch die hohe Wärmekapazität ist es möglich, dass das Aerosol eine große Menge an thermischer Energie aufnehmen und diese transportieren kann.
Das Aerosol kann in einer bevorzugten Ausführungsform als Füllmedium in ein geschlossenes Behältnis und/oder geschlossenen Kreislauf eingefüllt sein. Das Be- hältnis weist in seinem Inneren einen Hohlraum auf, der mit dem Aerosol befüllbar ist. Das Behältnis oder der Behälter ist geschlossen, wobei das Einfüllen des Aerosols über ein in den Behälter integriertes Einfüllventil erfolgt. Es kann bevorzugt sein, dass das Ventil als technisches Bauteil dazu dient, den Ein- und/oder Auslass des Aerosols zu kontrollieren. Falls sich das Aerosol ausdehnt, kann mittels des Ventils der Druck in dem Behälter reduziert werden, indem Aerosol aus dem Behälter entfernt wird. Das Ventil kann ebenfalls der Belüftung des geschlossenen Behälters dienen. Das Ventil kann elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder feder- und gewichtsbelasted betätigt werden. Durch das Ventil ist eine schnelle und einfache Befüllung und ggf. Entleerung des Behälters möglich. Es kann auch bevorzugt sein, dass das Aerosol in einem geschlossenen Kreislauf eingefüllt ist. Ein Kreislauf bezeichnet im Sinne der Erfindung insbesondere eine Zirkulation des Aerosols. Der Kreislauf kann aus Rohren und/oder Behältnissen bestehen, die miteinander in Verbindung stehen. Es ist bevorzugt, dass der Kreis- lauf, insbesondere die Rohre, aus Metallen, Halbmetallen, Kunststoffen, Glas oder anderen Materialien gefertigt ist. Vorzugsvarianten umfassen Stahl, rostfreier Stahl, Gusseisen, Kupfer, Messing, Nickel-Legierungen, Titan-Legierungen, Aluminium- Legierungen, Kunststoff, Kombinationen aus Kunststoff und Metall (Verbund roh r), Kombinationen aus Glas und Metall (Email) oder Keramik. Mehrere Rohre können kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Kraftschlüssige Verbindungen umfassen Spannringe, Formteile, verbogene Rohrstücke, Schrauben oder Nieten. Stoffschlüssige Verbindungen umfassen Kleben, Schweißen oder Vulkanisieren. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit wird vorteilhafterweise Kupfer oder Aluminium als Material für die Rohre eingesetzt, wobei auch die Verwendung von Edelstahl vorteilhaft sein kann, da dieser hohe statische und dynamische Festigkeitswerte und eine hohe Korrsosionsbeständigkeit aufweist. Rohre aus Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, sind besonders leicht und flexibel und können somit das Gewicht der Rohre reduzieren, ohne jedoch zu Verlusten bei der Wärmeleitung zu führen. Keramische Werkstoffe, umfassend baukeramische Werkstoffe, weisen eine hohe Stabilität und lange Haltbarkeit auf. Besonders vorteilhaft sind Kombinationen der aufgeführten Materialien, da somit unterschiedliche Stoffeigenschaften kombiniert werden können. Die bevorzugten Materialien genügen den hohen fertigungstechnischen Ansprüchen eines geschlossenen Kreislaufes, da sie stabil gegenüber hohen Temperaturen oder variierenden Drücken sind. Das Aerosol strömt im Kreislauf und nimmt insbesondere an einem oder mehreren Orten Wärme auf und transportiert diese zu einem oder mehreren weiteren Orten innerhalb des Kreislaufs. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit erfolgt eine schnelle und im Wesentlichen verlustfreie Wärmeleitung. Mithin weist das Aersosol eine hohe Wärmespeicherkapazität auf, wodurch es eine hohe Menge an thermischer Energie speichern kann.
Das Behältnis ist bevorzugt aus Metallen, Halbmetallen, Kunststoffen, Glas oder anderen Materialien gefertigt. Metalle bezeichnen chemische Elemente entsprechend der Nomenklatur des chemischen Periodensystems der Elemente (die sich im Gegensatz zu den Nichtmetallen im Periodensystem links der diagonalen Trennungslinie beginnend mit dem Element Beryllium (2. Gruppe) bis hin zum Polonium (16. Gruppe) befinden) sowie deren Legierungen und intermetallische Verbindungen mit charakteristischen metallischen Eigenschaften. Metalle umfassen bevorzugt Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Zink, Blei, Gold und/oder Silber. Alternativ kann das Behältnis oder der Kreislauf aber auch aus nichtmetallischen Materialien gefertigt sein. Für nicht-metallische Materialien können in einer bevorzugten Ausführungsform Polymere verwendet werden. Polymere bezeichnen, nach einer Definition der IUPAC („The International Union of Pure and Applied Che- mistry") eine Substanz, die sich aus einem Kollektiv chemisch einheitlich aufgebauter, sich in der Regel aber hinsichtlich Polymerisationsgrad, Molmasse und Kettenlänge unterscheidender Makromoleküle (Polymermoleküle) zusammensetzt. Bei solchen sogenannten polymereinheitlichen Stoffen sind also alle Makromoleküle gleich aufgebaut und unterscheiden sich lediglich durch ihre Kettenlänge (Polymeri- sationsgrad). Man kann derartige Polymere als Polymerhomologe bezeichnen. Polymere können anorganische Polymere, voll- oder teilaromatischen Polymeren, Ho- mopolymere, Copolymere, Biopolymere, chemisch modifizierte Polymere und/oder synthetische Polymere umfassen. Bevorzugte Polymere sind beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polya- mid, Polyester, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyethylenglykol, Dendrime- re oder Silikone.
Es kann auch bevorzugt sein, den Behälter oder den Kreislauf aus Kohlenstoff insbesondere Karbon- oder Graphitfasern zu fertigen. Der bevorzugte Behälter oder Kreislauf aus Kohlenstoff ist bis zu hohen Temperaturen hochfest und circa viermal leichter als Stahl, korrosionsbeständig und zugfest. Die Kohlenstoffschichten können leicht bearbeitet werden und sind günstig herstellbar.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Behältnis und der Kreislauf wärmeleitende Anhänge aufweisen. Anhänge bezeichnen im Sinne der Erfindung insbesondere flächenvergrößernde Anhänge oder Strukturen, insbesondere Platten, Netze, Rippen, Ausbuchtungen, 2- oder 3-dimensionale Gitterstrukturen und/oder Lamellen. Die flächenvergrößernden Anhänge oder Strukturen bewirken insbesondere eine Oberflächenvergrößerung der Rohre und/oder des Behälters und so eine Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche. Die Anhänge oder Strukturen sind bevorzugt in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Abstand auf den Rohren oder dem Behältnis aufgebracht. Bevorzugt sind die Anhänge oder Strukturen aus Metall, beispielsweise Edelstahl, Stahl, Kupfer oder Aluminium gefertigt, da diese einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen und einen optimalen Wärmeaustausch, beziehungsweise Wärmeleitung garantieren. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Aerosol ein Bor- Mineral im Bereich von 1-20 Gew.-% aus 50 % CA2B601 1 · 5H20 und 50 % NA2B407 und einem Gas im Bereich von 80-99 Gew. % ausgewählt aus der Gruppe umfassend: -C02,
- CHCIF2,
- CHF3,
- CH2F2,
- C2F6,
- C2H2F4,
- C2H3F2CI,
- C2H3F3,
- C5H12,
- C2H4,
- C3H6,
- C2H6 ,
- C3F8,
- C3HF7,
- C3H2F6,
- C3H3F5,
- C4H10,
- C2HF5,
- C3H8.
Es ist weiterhin bevorzugt, ein Gemisch aus Bor-Mineralen bereitzustellen oder nat- riumhaltiges Bor-Mineral mit calciumhaltigen Bor-Mineral zu kombinieren. Es kann auch bevorzugt sein, dass die Gase untereinander in gleicher Weise kombiniert werden. Es kann weiterhin bevorzugt sein, 1-67 % des Bor-Minerals mit 33-99 % des Gases zu kombinieren. Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Verwendungsbeispielen erläutert werden, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
Beispiel 1 : Verwendung des Aerosols in einem Heizkörper. Das Aerosol kann vorteilhafterweise in einen Heizkörper zur Übertragung von thermischer Energie eingeführt werden. Der Heizkörper kann aus mindestens zwei Kammern bestehen, wobei mindestens eine Kammer mit Aerosol gefüllt ist und die Wärmeübertragung vertikal und/oder horizontal erfolgt. Vorteilhafterweise weist mindestens eine Kammer mindestens eine Öffnung auf. Der Heizkörper kann aus verschiedenen Werkstoffen wie Gusseisen, Stahl, Kupfer, Aluminium oder Spezial- kunststoffen (s. o.) gefertigt sein. Der Heizkörper wird mit zwei getrennten Kammern für verschiedene Füllmedien mit jeweils zwei Öffnungen hergestellt. Eine Kammer, bevorzugt die äußere Kammer, kann über Anschlüsse an ein bestehendes Heizungssystem angeschlossen werden. Die Anschlüsse der anderen Kammer, die der Einfüllung des Aerosols dienen, können mit einem Blindstopfen und einem Füllventil druckfest verschlossen werden. Es ist bevorzugt, dass alternativ zur Warmwasserbeheizung an Stelle eines Blindstopfens auch ein Heizstab zur elektrischen Beheizung eingesetzt werden kann. Der Vorteil dabei ist, dass die gesamte Heizfläche in sehr kurzer Zeit homogen erwärmt wird. Nachdem das Aerosol eingefüllt wurde, kann der Heizkörper mit einem Heizmedium verbunden werden. Die Wärme wird auf das Aerosol übertragen und dieses überträgt die thermische Energie vom Heizmedium durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit schnell und effizient. Die Wärme wird homogen auf die gesamte Heizfläche verteilt. Der Heizköper kann bei allen bestehenden oder neu zu errichtenden Heizanlagen eingesetzt werden. Die Dimension ist beliebig gestaltbar. Durch die vorteilhaften thermodynamischen Eigenschaften des Aersosols kann der Energiebedarf und die Dimensionierung des Heizkörpers reduziert werden. Die Vorteile der mit dem wärmeleitenden Aerosol gefüllten Heizkörper gegenüber den im Stand der Technik offenbarten komplett mit Wasser durchflosse- nen Heizkörper sind, eine wesentlich höhere Oberflächentemperatur bei gleicher Vorlauftemperatur und dadurch eine höhere Heizleistung, eine geringere Umlaufwassermenge und dadurch eine schnelle Reaktionszeit der Heizanlage, kleinere Pumpen sowie geringerer Energieverbrauch und Herstellungkosten. Weitere Vorteile umfassen: Der Volumenstrom des Heizmedium kann bevorzugt bis zu 80 % bei gleichbleibender Heizleistung reduziert werden.
Schnelles Aufheizverhalten und große Gleichmäßigkeit der Oberflächentemperaturen der Heizkörper. Eine homogene Wärmeverteilung kann zu erheb- liehen Energie- und Kosteneinsparungen von Materialkosten führen.
Die Temperatur-Spreizung ist größer.
Vorlauftemperatur kann bevorzugt bis auf 50-60% abgesenkt werden.
Es wird eine geringere Vorlauftemperatur benötigt, die wiederum zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmeerzeugers und Energieein- sparung führt. Einrohrsystem sind möglich, wodurch ebenfalls Material- und
Installationskosten eingespart werden können.
Die Verluste bei der Wärmeerzeugung werden aufgrund der Temperatur- Absenkung geringer.
Erhöhung des Strahlungsanteils aufgrund der höheren Oberflächentempera- tur. Strahlungswärme schafft ein behaglicheres Raumklima.
Keine weiteren Kosten für den Transport der Wärmeträger (eine Verringerung des Pumpenergiebedarf)
Durch das Einrohrsystem ohne Vor- und Rücklauf können bevorzugt bis zu 50 % bei Strängen und Isolierungen eingespart werden. Beispiel 2: Verwendung des Aerosols als Kühlsystem für Kraftfahrzeuge.
Das Aerosol kann als ein Kühlsystem für Kraftfahreuge verwendet werden, in dem als Kühlmittel kein Wasser oder keine auf Wasser basierenden Fluide benutzt werden, sondern das Aerosol. Es wird ein aus Metall oder Kunststoff bestehender geschlossener Behälter mit Wärmeleitrippen und einem druckfesten Füllventil verse- hen. Über das Ventil kann das Aerosol eingefüllt werden. Neben dem Füllventil wird ein Thermostat zur Regelung eines Ventilators angebracht. Am anderen Ende des Behälters befinden sich jeweils ein Ein- und Auslaßventil. Der Ventilator, dessen Durchmesser so dimensioniert ist, dass er in ein Außengehäuse mit Schutzgitter passt, wird mit dem Thermostat verbunden. Das komplette System wird nun in das Außengehäuse eingefügt. Alternativ kann zur weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr das System mit doppelwandigen Wärmeleitlamellen hergestellt werden, die ebenfalls mit dem Aerosol gefüllt werden können. Die Form des Systems ist varia- bei, so dass alternativ auch mehrere Ventilatoren betrieben werden können. Das Aersosol wird bevorzugt in ein doppelwandiges Innengehäuse des Kühlsystems eingefüllt. Es wird bevorzugt im Motorbereich so angebracht, dass die Seite, an der der Thermostat befestigt ist, in Fahrtrichtung zeigt. Die Kabel des Thermostats und des Ventilators werden an der Batterie des Fahrzeuges angeschlossen. Das Aero- sol überträgt die thermische Energie aus einer Wärmequelle, wie beispielsweise dem Motor besonders effizient von einer Stelle zu einer anderen Stelle ohne zusätzliche Hilfsenergie. Es besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch die thermische Energie schnell und effizient übertragen sowie homogen verteilt wird. Ein wesentlicher Vorteil des bevorzugten Kühlsystems, welches das Aersol umfasst ist, dass keine Umwälzpumpe benötigt werden, die das Aerosol umpumpen. Das Aersosol verteilt sich schnell in dem System und tranportiert effizient Energie. Es kann weiterhin bevorzugt sein, wenn das Aerosol in ein Kühlsystem eines Fahrzeuges eingeführt wird, wobei das Kühlsystem mindestens einen Elektromotor mit einem doppelwandigen Innengehäuse aus Metall oder Kunststoff umschließt. Das doppel- wandige Innengehäuse muss vom Durchmesser und Querschnitt derart dimensioniert sein, dass es einen Elektromotor umschließen kann. An diesem doppelwandigen Innengehäuse, das druckfest verschlossen ist, und ein Füllventil zur Befüllung mit dem Aerosol aufweist, sind an den Außenflächen Wärmeleitrippen angebracht. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr wird ein elektrisch betriebener Ventilator mon- tiert. Das ganze System wird von einem Außengehäuse mit Schutzgitter umschlossen. Bauartbedingt kann eine passive Kühlung durch Verzicht auf den Ventilator erreicht werden.
Beispiel 3: Verwendung des Aerosols als geothermisches Wärmeleitsystem.
Das Aerosol kann weiterhin in geothermischen Anlagen zum Transport von Erd- wärme verwendet werden. Um ein geothermisches Wärmeleitsystem bereitzustellen, kann anhand von geophysischen Arbeiten die geothermale Wärmequelle festgestellt und Bohrungsschächte gebohrt werden, um die Wärmequelle zu erreichen. Entsprechend der benötigten Wärmemenge kann die Anzahl, die Tiefe und der Durchmesser der Bohrlöcher gemäß dem Zweck festgelegt werden, so dass eine ausreichende Wärmemenge erschlossen wird. Um die geothermische Tiefenwärme an die Erdoberfläche zu übertragen, wird vorteilhafterweise ein spezielles Rohrsystem verwendet, das von der Erdoberfläche bis zur geothermalen Wärmequelle im Erdreich führt. Das Konzept des Rohrsystems ist ein doppelwandiges Thermorohr- system aus Metall oder anderen Materialien, das gegen Hitze und Korrosion widerstandsfähig ist. Zwischen dem Innendurchmesser des äußeren Thermorohres und dem Außendurchmesser des inneren Thermorohres werden Wärmeleitlamellen eingesetzt, die die beiden Rohre miteinander verbinden. In diesen Zwischenraum wird ein Rohrsystem zur Befüllung und Entleerung von Wasser eingefügt. An der Unterseite des ersten doppelwandigen Thermorohres wird eine gegen Undichtigkeit beständige Regelklappe montiert. Die Regelklappe wird über einen Bewegungsarm ausgeführt. Dieser Bewegungsarm wird durch den Hohlraum des äußeren Thermorohres bis zur Erdoberfläche geführt, um bei Bedarf den Wärmeeintritt in das Sys- tem aus der Geothermalquelle zu begrenzen oder komplett abzustellen. Die Ther- morohrsegmente erhalten an ihren Enden Verbindungsnuten und Befestigungsschellen. Außerdem werden sie mit Isolierungsmaterial umkleidet, um Wärmeverluste zu minimieren. Das innere Rohr des doppelwandigen Thermorohres enthält eine Führung für das Wärmetransferrohr. Nach dem ersten Thermorohrsegment mit der Regelklappe, werden die anderen Segmente nacheinander bis zur gewünschten Tiefe in das Bohrloch eingeführt und miteinander verbunden. Anschließend wird ein Wärmetransferrohr eingeführt, welches aus einem gegen Hitze, Druck und Korrosion widerstandsfähigen Metall besteht. Die Rohrelemente des Wärmetransferrohres werden nach und nach eingeführt und miteinander verbunden. Am Ende der Rohre wird ein Schließventil angebracht. An der Erdoberfläche wird am Ende der Rohrelemente ein Wärmebehälter mit Füllventil montiert und druckfest verschlossen, und zur Anbindung an einem Wärmetauscher einer beliebigen geothermischen Anlage bereitgestellt. Das Aerosol kann schnell und einfach in die Rohre eingebracht werden. Es transportiert die Wärme von der geothermalen Quelle zur Erdoberfläche. Es hat sich gezeigt, dass die Wärmeleitung schnell und nahezu verlustfrei verläuft.
Beispiel 4: Verwendung des Aerosols in einem Sollarkollektor.
Das Aerosol kann vorteilhafterweise in einen Sonnenkollektor eingeführt werden. In ein aus Metall oder Kunsstoff bestehenden Gehäuse mit strahlungsdurchlässigem Glas, wird mindestens ein dopplewandiges Kollektorrohr eingebaut. Ein innenliegendes Rohr wird vom zu erwärmendem Wasser duchflossen. Der Innenraum des äußeren Rohres wird mit einem druckfesten Füllventil versehen, durch das das Aerosol eingefüllt werden kann. Das Innen- und Außenrohr besteht aus Metall, Kunst- stoff oder Glas. Bei Systemen mit mehreren Kollektorrohren wird das zu erwärmende Aerosol mit einem Verteiler den Kollektorrohren zugeführt. Das erwärmte Aerosol wird in einem Sammler gesammelt und zu einem Verbraucher gefördert. Verteiler und Sammler befinden sich im Kollektorgehäuse. Die doppelwandigen Kollektorrohre sind zwischen dem Verteiler und dem Sammler montiert. Alternativ kann zur Leis- tungserhöhung hinter dem dopplewandigen Kollektorrohr ein parabolförmiger Reflektor angebracht werden, um die Sonnenstrahlen zu bündeln. Damit besteht die Möglichkeit, Dampf zu erzeugen.
Beispiel 5: Verwendung des Aerosols in einem elektrisch betriebenen Heizlüfter.
Das Aerosol kann in einem Heizlüfter als Transportmittel der Wärme verwendet werden. Es wird ein aus Metall und/oder Kunststoff bestehender geschlossener Behälter mit Wärmeleitrippen mit einem Füllventil versehen. Über dieses Füllventil wird das Aerosol eingefüllt. Zur Erwärmung des Behälters mit dem wärmeleitenden Aerosol wird ein elektrischer Heizstab in den Behälter eingeführt. Für die Wärmeübertragung an die Umgebungsluft wird ein elektrisch betriebener Ventilator mit einem Motor montiert. Das ganze System wird mit einem Außengehäuse umschlossen. Auf dem Gehäuse wird ein Thermostat angebracht, der mit dem elektrischen Heizstab und dem Ventilator verbunden ist. Zusätzlich wird ein elektronischer Regler montiert, um Zeit und Temperatur zu regeln.
Beispiel 6: Verwendung des Aerosols als Kühl- und Heizsystem. Das Aersosol kann weiterhin als generelles Kühl- und/oder Heizsystem verwendet werden. Das System besteht bevorzugt aus zwei Einheiten: Eine Einheit, die in dem zu kühlenden bzw. beheizenden Raum installiert wird und eine externe Einheit, die Wärme auf hohem Temperaturniveau abführt. Die innere Einheit stellt den Verdampfer dar, an dessen Außenseiten Wärmeleitrippen angebracht sind. In diesem Gehäuse werden zusätzlich ein elektrischer Heizstab und ein elektrischer Ventilator eingesetzt. Auf dem Gehäuse der inneren Einheit wird wenigstens ein Thermostat angebracht, das mit dem elektrischen Heizstab und dem elektrischen Ventilator ver- bunden ist. Zusätzlich wird ein elektronischer Regler montiert, um die Zeit und Temperatur zu regeln. Die externe Einheit stellt den Kondensator dar, an dessen Außenseiten Wärmeleitrippen und ein Ventilator angebracht sind. Für die Druckerhöhung enthält das System einen Verdichter, der durch die günstigen thermodynami- sehen Eigenschaften des Aerosols einen geringeren Energiebedarf, kleinere Dimensionierung und niedrigeren Lärmpegel des Verdichters aufweist. Das Aerosol überträgt die thermische Energie aus einer Wärmequelle effizienter von einer Stelle zu einer anderen. Es besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch die thermische Energie schnell und effizient übertragen, sowie homogen verteilt wird. Auf- grund des geringen Energiebedarfs können auch Solarzellen für den Betrieb der Anlage in das System integriert werden. Das System kann auch autark betrieben werden. Bei nicht ausreichendem Sonnenlicht wird die notwendige Energie durch Batterien zur Verfügung gestellt. Die beiden Einheiten werden über Rohrleitungen miteinander verbunden. Wenn das System zu Heizzwecken verwendet werden soll, wird das Auslassventil der inneren Einheit verschlossen und die Zirkulation des Aerosols mit der externen Einheit unterbrochen. Der elektrische Heizstab erwärmt das Aerosol der inneren Einheit. Die thermische Energie wird an die Wärmeleitrippen schnell und effizient übertragen. Durch den Luftstrom des Ventilators wird die Luft durch die Wärmeleitrippen in den Raum verteilt. Ein Teil des benötigten Stroms kann weiterhin von den Solarzellen geliefert werden. Zur Kühlzwecken wird das Auslassventil der inneren Einheit geöffnet, wodurch eine Verbindung zur externen Einheit hergestellt wird.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein. Ausführungsbeispiel 1 : Mikronisierung eines Bor-Minerals
Aus der Gruppe der Bor-Minerale hat sich das Mineral CA2B60n · 5H20 (Colemani- te) aufgrund seiner Eigenschaften als vorteilhaft herausgestellt. Das Mineral kann mikronisiert werden, wobei die hergestellten Nanopartikel oder Mikropartikel im Wesentlichen eine homogene Korngrößenverteilung von weniger als 100 nm aufwei- sen. Es kann auch bevorzugt sein, Bor-Minerale zu mischen und ein Gemisch von Bor-Mineralen zu zerkleinern, insbesondere zu mikronisieren. Bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Mikronisierung und Feinmahlung wird das Bor-Mineral (das Ausgangsmaterial) durch die Mitte der Rotoren in den Verarbeitungsraum der Vorrich- tung eingesaugt. Der Eintritt wird durch die Einwirkung von zentrifugalen Kräften in den Raum zwischen den Ventilatorschaufeln begünstigt und wird aufgrund der dort herrschenden Luftströme beschleunigt; so dass das Material mit dem bereits verarbeiteten Material kollidiert. Das Ausgangsmaterial wechselt die Bewegungsrichtung in sehr kurzen Intervallen; infolgedessen wird es zerkleinert und mikronisiert. Die Vorrichtung kann aus einem aufklappbaren Gehäuse mit einem Materialeinfuhrschacht bestehen, in welchem sich zwei Rotorenscheiben befinden, die gegeneinander gestellt sind und mittels entsprechender Motoren über Riemen gegenläufig betrieben werden, so dass sie sich mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen. Das Gehäuse und die Motoren können beispielsweise auf einem Fundament befestigt werden und bilden eine unabhängige Einheit. Das Gehäuse kann vorzugsweise aus zwei Teilen aufgebaut sein: eine Gehäuseseite für die Materialeinfuhr und eine weitere Gehäuseseite mit Einfuhrschacht. Diese zwei Seiten können miteinander verschraubt sein. Auf beiden Seiten des Gehäuses können Träger eingebaut sein, in welche die Lager und Reckstangen integriert sind. Auf der Seite für die Materialeinfuhr kann sich ein Rohr für die geregelte Einfuhr des Materials befinden; auf der unteren Seite kann eine Öffnung für den Ausstoß des fertigen Materials angeordnet sein. Das Ausgangsgranulat kann durch den Zentralteil des Motorensystems durch Einsaugung eingebracht werden, durch die Luftströme beschleunigt und so gesteu- ert werden, dass die Körnchen infolge mehrmaliger Bewegungsrichtung untereinander kollidieren und sich in sehr kurzen Zeitintervallen aneinander reiben. Dabei berühren sich die Arbeitswerkzeuge und andere Teile der Vorrichtung bevorzugt nicht oder nur geringfügig. Die Effekte, die Folge der Zusammenstöße der Körnchen sowie Folge der relativen Bewegung der Oberfläche eines Körnchen über der Oberflä- che von einem anderen Körnchen (mechanische Reibung) sind, werden vorteilhafterweise durch diejenigen Effekte verstärkt, die infolge plötzlicher Richtungswechsel der Körnchenbewegung entstehen können, so dass die Energie der Beschleunigung und relativer Bewegung der Körnchen in Energie der Deformierung, sowie in die Energie der molekularen Bewegung umgewandelt werden kann. Während der Zu- sammenstöße und der Reibung der Körnchen, welche dem Verkleinerungsprozess in sehr kurzen Zeitintervallen (10"5 bis 10"6 s) unterzogen sind, kann eine bedeutende Veränderung ihrer Geometrie bzw. Form und Größe erfolgen. Durch die relative Bewegung eines Körnchens über der Oberfläche eines anderen Körnchens, entstehen Schäden und Deformierungen der Körnchenoberfläche, sowie der Material- schichten, welche sich unmittelbar unter der Kornoberfläche befinden. Dadurch wird die Struktur des Kristallgitters auf der Oberfläche zerstört oder geschädigt, so dass teilweise die Kristallform in eine amorphe Phase umgewandelt werden kann. Durch die bevorzugte Feinmahlung und Mikronisierung des Bor-Minerals können Nanopar- tikel (oder Körnchen) mit einer Korngröße von weniger als 100 nm bereitgestellt werden.
Ausführungsbeispiel 2: Herstellung eines bevorzugten Aerosols
Um ein bevorzugtes Aerosol herzustellen, wird das Bor-Mineral oder das Gemisch von Bor-Mineralen nach der Mikronisierung gefiltert, um insbesondere Partikel mit einer Größe von mehr als 10 Mikrometern, bevorzugt mehr als 1 Mikrometer und besonders bevorzugt mehr als 100 nm herauszufiltern. Das mikronisierte und gefilterte Bor-Mineral wird in einem Gew.-% Bereich von 1 -20 Gew.-% in ein Behältnis eingefüllt und mit einem Gas, insbesondere Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und/oder flüchtige Halogen-Kohlenwasserstoffe in Kontakt gebracht. Das Gas in einem Gew.-% Bereich von 80-99 Gew.-% kann über eine Zuleitung in das Behältnis eingebracht werden. Das Gas und das Bor-Mineral können vorzugsweise bei Raumtemperatur mit einer Vorrichtung, wie beispielsweise einem Mischer oder mit- hilfe einer Schüttelvorrichtung vermischt werden. Die Mischzeit ist insbesondere von der zu vermischenden Menge abhängig und kann durch empirische Verfahren er- mittelt werden.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 Bevorzugte Verwendung des Aerosols in einem Fahrzeugkühlsystem Fig. 2 Bevorzugte Verwendung des Aerosols in einer Geothermieanlage
Fig. 3 Bevorzugte Verwendung des Aerosols in einem Solarkollektor
Fig. 4 Bevorzugte Verwendung des Aerosol in einem Heizlüfter
Fig. 5 Bevorzugte Verwendung des Aerosol in einem Kühlsystem Fig. 6 Bevorzugte Verwendung des Aerosols in einer Klimaanlage
Fig. 7, 8 Bevorzugte Verwendung des Aerosols in einem Heizkörper
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Verwendung des Aerosols in einem Fahrzeugkühlsystem. Nachdem das Aerosol über das Füllventil 2 in den Behälter 1 , bevorzugt in das doppelwandige Innengehäuse mit Wärmeleitrippen 9 eingefüllt wurden, kann das Kühlsystem in Betrieb genommen werden. Der Behälter 1 wird vorzugsweise von einem Außengehäuse 5 umschlossen. Ein Einlassventil 6 und Auslassventil 7 ermöglichen eine Zirkulation des Aerosols. Es kann im Motorbereich so angebracht werden, dass die Seite, an der der Thermostat 3 befestigt ist, in Fahrtrichtung zeigt. Die Kabel des Thermostats 3 und des Ventilators 4 werden vorzugsweise an der Batterie des Fahrzeuges angeschlossen. Vor dem Ventilator 4 ist vorzugsweise ein Schutzgitter 8 angebracht. Das Aerosol überträgt die thermische Energie aus einer Wärmequelle besonders effizient, von einer Stelle zu einer anderen Stelle ohne zusätzliche Hilfsenergie und sorgt so für eine Kühlung des Motors. Es besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch die thermische Energie schnell und effizient übertragen sowie homogen verteilt wird.
Fig. 2 zeigt eine Bevorzugte Verwendung des Aerosols in einer Geothermieanlage. Durch Öffnen einer Regelklappe 15 werden Hohlräume des doppelwandigen Behälters 1 geflutet und die Wärmeleitlamellen 1 1 sowie das in der Mitte befindliche Wärmetransferrohr 10 erwärmt. Die Wärmequelle kann aus heißem Wasser oder heißem Gestein bestehen. Wenn sich in der geothermischen Wärmequelle keine Flüssigkeiten befinden, wird in den Hohlraum des doppelwandigen Behälters 1 Wasser eingefüllt, das die Wärmeübertragung aus der Umgebung an das Wärmetransferrohr 10 ermöglicht. Dadurch kann auch aus warmem Gestein, die Energie- erzeugung mit Hilfe des bevorzugten Aerosols gewährleistet werden. Nachdem die Rohrsysteme 12 und das Wäemetranferrohr 10 an eine geothermische Anlage angebunden sind, kann das wärmeleitende bevorzugte Aerosol in das Wärmetransferrohr 10 über ein Füllventil 2 gefüllt und das System in Betrieb genommen werden. Das bevorzugte Aerosol überträgt die thermische Energie aus einer Wärmequelle besonders effizient von einer Stelle zu einer anderen Stelle, ohne zusätzliche Hilfsenergie. Die Effektivität der Geothermieanlage zeichnet sich durch die hohe flächenabhängige Leistungsdichte aus, die auf die homogene hohe Temperatur am Wärmetransferrohr 10 zurückzuführen ist. Das "geothermische Wärmeleitsystem" benötigt keine Umwälzpumpen, um die geothermale Energie durch den Einsatz des bevorzugten Aerosols im Wärmetransferrohr 10 und ohne größere Wärmeverluste bis zu den Verbrauchsstationen zu übertragen. Dieser Effekt führt zur einer erheblichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Geother- mie- Anlagen. Das„geothermische Wärmeleitsystem" kann überall zur Warm- und Heizwasseraufbereitung sowie zur Heißwasser- und Dampferzeugung in bereits bestehenden oder neu zu errichtenden Systemen eingesetzt werden. Mit dem erzeugten Dampf kann in nachgeschalteten Turbinen beispielsweise umweltfreundlich elektrische Energie erzeugt werden. Die Geothermieanlage kann weiterhin ein Schließventil 13 aufweisen. Die Befestigung des Behälters 1 und/oder der Rohe 12 kann mittels Verbindungsnuten / Befestigungsschellen 14 sichergestellt werden. Der Einlass von z. B. Wasser kann mittels einer Regelklappe 15 und einem Bewegungsarm 16 erfolgen.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Verwendung des Aerosols in einem Solarkollektor. Durch die Verwendung des Aerosols in einem Solarkollektor konnte die Wärmeübertragung an das zu erwärmende Wasser verbessert, die Leistungsdichte erhöht und der Flächenbedarf reduziert werden. Der Solarkollektor weist ein aus Metall oder Kunsstoff bestehendes Gehäuse 5 mit strahlungsdurchlässigem Glas 22 auf, in welches mindestens ein dopplewandiges Wärmetransferrohr 10 eingebaut ist. Das Wärmetransferrohr 10 besteht aus einem innenliegenden Rohr 17, das vom zu erwärmenden Wasser duchflossen wird und einem äußeren Rohr 18, das mit einem drucktesten Füllventil 2 versehen und verschlossen ist, durch das das Aerosol eingefüllt werden kann. Das Innen- und Außenrohr 17, 18 kann vorzugsweise aus Metall, Kunststoff oder Glas bestehen. Bei Systemen mit mehreren Wärmetranferrohren 10, die auch als Kollektorrohre bezeichnet werden können, werden Verteiler 20 und Sammler 21 im Gehäuse 5 eingebaut, wobei die doppelwandigen Wärmetransferrohre 10 zwischen dem Verteiler 20 und Sammler 21 montiert sind. Hinter dem dopplewandigem Wärmetransferrohre 10 kann ein parabolförmiger Reflektor 19 angebracht sein, um Sonnenstrahlen zu bündeln und damit Dampf zu erzeugen.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Verwendung des Aerosol in einem Heizlüfter. Es kann ein Heizlüfter bereitgestellt werden, der mit einem bevorzugten Aerosol gefüllt ist. Hierdurch kann die Wärmeübertragung verbessert und der Energiebedarf und die Dimensionierung reduziert werden. Das Aerosol wird über ein Füllventil 2 in einen Behälter 1 eingefüllt. Der Behälter 1 kann beispielsweise aus Metall oder Kunststoff bestehen und Wärmeleitrippen aufweisen. Die Wärmeleitrippen des bevorzugt geschlossenen Behälters 1 können aus einem doppelwandigen Material gefertigt sein und werden vorzugsweise ebenfalls mit dem wärmeleitenden Aerosol gefüllt. An dem Behälter 1 kann z. B. Ein Thermostat 3 und/oder ein Regler beispielsweise zur Regulierung der Temperatur angebracht sein. Zur Erwärmung des Behälters 1 mit dem wärmeleitenden Aerosol kann ein elektrischer Heizstab 23 in den Behälter 1 eingeführt werden. Hierfür weist der Behälter 1 vorteilhafterweise eine Aufnahme für einen Heizstab 24 auf. Durch die Einwirkung der thermischen Energie des Heizstabs 23 wird die Wärme durch das Aerosol auf den gesamten Behälter 1 homogen verteilt. Zur Unterstützung der Wärmeübertragung an die Umgebungsluft kann ein elektrisch betriebener Ventilator 4 verwendet werden. Vor dem Ventilator 4 kann ein Schutzgitter 8 angebracht sein. Der Ventilator 4 kann durch einen Motor 25 ange- trieben werden.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Verwendung des Aerosol in einem Kühlsystem. Es wird ein Kühlsystem mit einem wärmeleitenden Aerosol befüllt, das zur Übertragung der thermischen Energie beim Betrieb der Elektromotoren in beispielsweise Kraftfahrezugen verwendet wird. Durch das Aerosol wird die Wärmeabfuhr verbes- sert, der Energiebedarf und die Dimensionierung reduziert und die Lebensdauer des Motors erhöht. Das Aerosol wird vorzugsweise über ein Füllventil 2 in einen Behälter 1 eingefüllt, der aus einem doppelwandigen Gehäuse aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. Vorzugsweise weist der Behälter 1 Wärmeleitlamellen 1 1 auf. In den Behälter 1 wird ein Motor 25 (z. B. ein Elektromotor) eingefügt, wobei der Be- hälter 1 mit dem Motor 25 von einem Außengehäuse 5 umschlossen werden. Für eine aktive Kühlung kann ein elektrisch betriebener Ventilator 4 zur Verbesserung der Wärmeabfuhr an dem Behälter 1 oder dem Motor 25 angebracht sein. An dem Ventilator 4 kann vorzugsweise ein Schutzgitter 8 befestigt sein. Die Wärmeleitlamellen des bevorzugt geschlossenen Behälters 1 können aus einem doppelwandi- gen Material gefertigt sein und werden vorzugsweise ebenfalls mit dem wärmeleitenden Aerosol gefüllt.
Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Verwendung des Aerosols in einer Klimaanlage. Die Klimaanlage besteht bevorzugt aus zwei Einheiten. Die erste Einheit wird in einem zu kühlenden bzw. zu beheizenden Raum und die zweite Einheit extern installiert. Die innere Einheit stellt einen Verdampfer 26 dar, in dem ein Behälter 1 mit Wärmeleitrippen 9 vorliegen. In dem Behälter 1 ist vorzugsweise ein inneres Rohr 17 angeordnet. In dem Behälter 1 werden zusätzlich ein elektrischer Heizstab 23 und ein elektrischer Ventilator 4 eingesetzt. Der Behälter 1 oder der Ventilator 4 können mit einem Schutzgitter 8 bedeckt sein. An dem Behälter 1 oder einem Außengehäuse dessen kann ein Thermostat 3 angebracht werden , das mit dem elektrischen Heizstab 23 und dem Ventilator 4 verbunden ist. Zusätzlich kann ein insbesondere elektronischer Regler 31 montiert sein, der vorzugsweise die Zeit und Temperatur regelt. Die externe Einheit stellt den Kondensator 27 dar, an dessen Außenseiten Wärmeleitrippen 9 und ein Ventilator 4 angebracht sind. Vorzugsweise ist ein Schutzgitter 8 mit dem Kondensator 27 verbunden. Für eine Druckerhöhung enthält die bevorzugte Klimaanlage einen Verdichter 30, der durch die günstigen thermodynamischen Eigenschaften des wärmeleitenden Aerosols einen geringeren Energiebedarf, klei- nere Dimensionierung und niedrigeren Lärmpegel aufweist. Verdampfer 26 und Kondensator 27 sind über ein Rohrsystem 32 verbunden (gestrichelte Linie). Wenn die Klimaanlage zu Heizzwecken verwendet werden soll, wird das Auslassventil 7 des Verdampfers 26 verschlossen und die Zirkulation des wärmeleitenden Aerosols mit dem Kondensator 27 unterbrochen. Der Heizstab 23 erwärmt das wärmeleiten- de Aerosol des Verdampfers 26. Die thermische Energie wird schnell und effizient an die Wärmeleitrippen 9 übertragen. Durch den Luftstrom des Ventilators 4 wird die Luft durch die Wärmeleitrippen 9 in einem zu beheizenden Raum verteilt. Die Wärmeleitrippen 9 können aus einem doppelwandigen Material gefertigt sein und vorzugsweise ebenfalls mit dem wärmeleitenden Aerosol gefüllt sein. Ein Teil des be- nötigten Stroms kann beispielsweise von Solarzellen geliefert werden, da das Kühl- und Heizsystem einen niedrigen Energiebedarf hat und somit auch autark betrieben werden kann. Bei nicht ausreichendem Sonnenlicht kann die notwendige Energie durch Batterien zur Verfügung gestellt werden. Zur Kühlzwecken wird das Auslassventil 7 des Verdampfers geöffnet und somit wird die Verbindung zum Kondensator 27 hergestellt. Das Aerosol nimmt im Verdampfer Wärme auf und gibt sie im Kondensator wieder ab. Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo Wärme oder/und Kälte benötigt wird. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn anstatt einer externen und einer internen Einheit, das Kühl- und Heizsystem mehrere externe und interne Einheiten aufweist. Fig. 7 und Fig. 8 zeigen ein horizontales und vertikales Ausführungsbeispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Heizkörper. Der bevorzugte Heizkörper 35 weist eine erste Kammer 33 und eine zweite Kammer 34 auf, wobei eine Kammer, bevorzugt die zweite Kammer 34 ein Füllventil 2 zur Befüllung eines wär- meleitendes Aerosols aufweist. In den Heizkörper 35 kann ein Blindstopfen 36 und/oder ein elektrischer Heizstab 23 eingeführt werden.
Bezugszeichenliste
1 Behälter
2 Füllventil
3 Thermostat
4 Ventilator
5 Außengehäuse
6 Einlaßventil
7 Auslaßventil
8 Schutzgitter
9 Doppelwandige Wärmeleitrippen
10 Wärmetransferrohr
1 1 Wärmeleitlamellen
12 Rohrsystem zur Befüllung und Entleerung
13 Schließventil
14 Verbindungsnuten / Befestigungsschellen
15 Regelklappe
16 Bewegungsarm
17 Inneres Rohr
18 Äußeres Rohr
19 Parabolförmiger Reflektor
20 Verteiler 21 Sammler
22 Glasplatte
23 Heizstab
24 Aufnahme für Heizstab 25 Motor
26 Verdampfer
27 Kondensator
28 Anzeige
29 Auslässe
30 Verdichter
31 Regler
32 Rohrsystem
33 Erste Kammer
34 Zweite Kammer 35 Heizkörper
36 Blindstopfen

Claims

1. Aerosol, umfassend ein Bor-Mineral und ein Gas, wobei das Bor-Mineral im Bereich von 1-20 Gew.-% und das Gas Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und/oder flüchtige Halogen-Kohlenwasserstoffe ist und in einem Bereich von 80-99 Gew.-% vorliegt.
2. Aerosol, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bor-Mineral eine Korngröße von weniger als 10 μηη, bevorzugt 1 μηη, besonders bevorzugt 100 nm aufweist.
3. Aerosol, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bor-Mineral ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend:
- CA2B601 1 · 5H20,
- Na2B4O7-10H2O,
- Na2B407-5H20,
- CaBSi04(OH) oder Ca2B601 1 -13H20,
- Ca4B10O19-7H2O,
- NaCaB509-5H20 oder NaCaB509-8H20,
- Mg3B7013CI,
- CaMgB608(OH)6-3H20 oder MgB03(OH),
- Mx/n[(AI02)x(SI02)y]zH20 oder
- Na2B407,
oder deren Gemische.
4. Aerosol nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Gas Kohlendioxid oder ein Gas ist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kohlenwasserstoffe oder Halogen-Kohlenwasserstoffe.
5. Aerosol nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Gas als ein Gasgemisch der Gase gemäß des Anspruchs 4 vorliegt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Aerosols gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, umfassend folgende Schritte:
a. Bereitstellung eines Bor-Minerals nach dem Anspruch 3 oder eines
Gemisches der genannten Mineralien,
b. Bereitstellung eines Gases oder eines Gasgemisches nach Anspruch 4 oder 5,
c. Mikronisierung des Bor-Minerals mittels einer Zerkleinerungsvorrichtung, wobei das zerkleinerte Bor-Mineral eine Korngröße von weniger als 10 μηη, bevorzugt weniger als 1 μηη und besonders bevorzugt von weniger als 100 nm aufweist,
d. Filterung des zerkleinerten Bor-Minerals zum Ausschluss von Partikeln mit einer Korngröße von mehr als 10 μηη, bevorzugt mehr als 1 μηη und besonders bevorzugt mehr als 100 nm,
e. Einbringung von 1-20 % des Bor-Minerals nach d. in ein Aufnahmebehältnis und
f. Einbringung von 80-99 % des Gases nach b. in das Aufnahmebehältnis und g. Vermischung der eingebrachten Minerale nach e. und des eingebrachten Gases nach f.
7. Verwendung des Aerosols nach den Ansprüchen 1 bis 5 als Transportmedium zum Wärmetransport.
8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol als
Füllmedium in einen geschlossenen Behältnis und/oder geschlossenen Kreislauf eingefüllt ist.
9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis und der Kreislauf aus Metallen, Halbmetallen, Kunststoffen, Glas oder anderen Materialien gefertigt ist.
10. Verwendung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Behältnis und der Kreislauf wärmeleitende Anhänge aufweisen.
PCT/EP2011/050465 2011-01-14 2011-01-14 Aerosol zur übertragung thermischer energie WO2012095182A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11701774.9A EP2663605A1 (de) 2011-01-14 2011-01-14 Aerosol zur übertragung thermischer energie
PCT/EP2011/050465 WO2012095182A1 (de) 2011-01-14 2011-01-14 Aerosol zur übertragung thermischer energie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2011/050465 WO2012095182A1 (de) 2011-01-14 2011-01-14 Aerosol zur übertragung thermischer energie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012095182A1 true WO2012095182A1 (de) 2012-07-19

Family

ID=44625064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/050465 WO2012095182A1 (de) 2011-01-14 2011-01-14 Aerosol zur übertragung thermischer energie

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2663605A1 (de)
WO (1) WO2012095182A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4027007A (en) * 1970-12-09 1977-05-31 Colgate-Palmolive Company Antiperspirants formulated with borax
JPH08218061A (ja) * 1995-02-15 1996-08-27 Suzuki Shiyoukan:Kk エアゾール
WO2000064586A1 (de) 1999-04-26 2000-11-02 Tihomir Lelas Vorrichtung zum mikronisieren von materialien
US20050242323A1 (en) * 2003-11-13 2005-11-03 Leck Thomas J Compositions and methods for reducing fire hazard of flammable refrigerants
WO2011006495A2 (de) * 2009-07-15 2011-01-20 Borontec Ag Wärmeleitendes fluid

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4027007A (en) * 1970-12-09 1977-05-31 Colgate-Palmolive Company Antiperspirants formulated with borax
JPH08218061A (ja) * 1995-02-15 1996-08-27 Suzuki Shiyoukan:Kk エアゾール
WO2000064586A1 (de) 1999-04-26 2000-11-02 Tihomir Lelas Vorrichtung zum mikronisieren von materialien
US20050242323A1 (en) * 2003-11-13 2005-11-03 Leck Thomas J Compositions and methods for reducing fire hazard of flammable refrigerants
WO2011006495A2 (de) * 2009-07-15 2011-01-20 Borontec Ag Wärmeleitendes fluid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Borate Insecticide Products Catalog", 31 October 2002 (2002-10-31), XP002660917, Retrieved from the Internet <URL:http://web.archive.org/web/20021031205709/http://www.pestproducts.com/borate.htm> [retrieved on 20111009] *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2663605A1 (de) 2013-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shoeibi et al. A comprehensive review of nano-enhanced phase change materials on solar energy applications
DE112014002874T5 (de) Fahrzeugwärmemanagementsystem
WO2011006488A2 (de) Solarkollektor
DE102019123716A1 (de) Wärmeverwaltungssystem für ein Fahrzeug
DE102010033956B4 (de) Druckgasspeichervorrichtung mit mindestens einem Druckgastank und mit einer Wärmeaufnahme- und/oder Wärmeübertragungsvorrichtung, insbesondere mit einem Wärmetauscher
DE202006009538U1 (de) Wärmepumpenanordnung
EP2253027A2 (de) Thermischer transmitter zur energetischen nutzung von wärmestrahlungen und konvektion
WO2012095182A1 (de) Aerosol zur übertragung thermischer energie
DE102012105119A1 (de) Thermoelektrischer Generator eines Fahrzeugs
EP3460351B1 (de) Mobiles luftklimagerät mit latentwärmespeicher
DE102006022426A1 (de) Luftbetriebener Solarkollektor mit transparenter Wärmedämmung, integriertem Heißluftmotor und Wärmepumpe
DE102012015171B3 (de) Mit Windenergie betriebene hocheffiziente Anlage zum Abführen von Abwärme
DE102015110994B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Temperieren eines Mediums
DE102008035089A1 (de) Kältemittel-Kreislaufeinrichtung für Fahrzeuge und Sammleranordnungsaufbau in Fahrzeugen
WO1996001362A1 (de) Niedertemperatur-wärmekraftmaschine, niedertemperaturmotor ntm bzw. tieftemperaturmotor
EP2637883A2 (de) Abgas angetriebene adsorptionskältemaschine
DE102010008408B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Rückkühlkreislaufes mit einem Hybridkühler für eine Anlage mit einer diskontinuierlichen Wärmeabgabe und Vorrichtung hierfür
DE3015061A1 (de) Sonnenkollektor mit ueberhitzungsschutz
EP3485214A1 (de) Vorrichtung und system zum speichern von energie
DE3325535A1 (de) Waermetauscher-vorrichtung fuer heizung und klimatisierung von raeumen
DE102009033975A1 (de) Heizlüfter
Viswanathan et al. Enhancement of quick charging and discharging of tes system by PCM mixed with Al2O3 nano particles for EV
DE3236319A1 (de) Energiespeicher zur speicherung von latenter waerme in chemisch reagierenden speichermedien oder speichermedien mit phasenwechsel
WO2015150010A1 (de) Wärmespeicheranordnung und verfahren zum betrieb einer solchen
DE3837167A1 (de) Bau-waerme-kuehl-system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11701774

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011701774

Country of ref document: EP