DE102010061741A1 - Suspension containing phase change material and graphite particles and container with suspension - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Suspension (1), die ein Phasenwechselmaterial (PCM) und Graphitpartikel enthält Erfindungsgemäße enthalten die Graphitpartikel expandierten Graphit und/oder Naturgraphit, wobei innerhalb des expandierten Graphits und innerhalb des Naturgraphits im Wesentlichen kein PCM vorliegt.The present invention relates to a suspension (1) which contains a phase change material (PCM) and graphite particles. According to the invention, the graphite particles contain expanded graphite and / or natural graphite, with essentially no PCM being present within the expanded graphite and within the natural graphite.
Description
Die Erfindung betrifft eine Suspension aus Phasenwechselmaterial und Graphitpartikeln und ein Behältnis enthaltend eine Suspension aus Phasenwechselmaterial und Graphitpartikeln.The invention relates to a suspension of phase change material and graphite particles and a container containing a suspension of phase change material and graphite particles.
Phasenwechselmaterialien (PCM aus dem Englischen „phase change materials”) können aufgrund ihrer Phasenumwandlung Wärmeenergie in Form von latenter Wärme speichern. Wegen ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit sind Be- und Entladung von Wärmespeichern mit PCM jedoch sehr langsam. Daher hat es sich bewährt, PCM zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit Kohlenstoff zuzugeben, insbesondere expandierten Graphit.Phase change materials (PCMs) can store heat energy in the form of latent heat due to their phase transformation. Due to their low thermal conductivity loading and unloading of heat storage tanks with PCM are very slow. Therefore, it has been proven to add PCM to increase the thermal conductivity of carbon, in particular expanded graphite.
In der
Die
Alle Materialien haben sich bei ihrem Einsatz für Wärmespeicher bewährt Nachteilig ist jedoch die schlechte Wiedergewinnbarkeit der einzelnen Komponenten der Verbundwerkstoffe, da sich Graphit und PCM schlecht voneinander trennen lassen.All materials have proven in their use for heat storage However, the disadvantage is the poor recoverability of the individual components of the composite materials, since graphite and PCM can be badly separated from each other.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die oben genannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere eine gut rezyklierbare Mischung anzugeben, die flexibel einsetzbar ist, leicht herzustellen ist und eine gute thermische Leitfähigkeit und thermische Speicherfähigkeit aufweist. The object of the present invention is to avoid the abovementioned disadvantages, in particular to provide a mixture which is readily recyclable, which can be used flexibly, is easy to produce and has good thermal conductivity and thermal storage capacity.
Die Aufgabe wird mit einer Suspension nach Anspruch 1 gelöst. Eine erfindungsgemäße Suspension enthält Phasenwechselmaterial (im Folgenden auch kurz PCM genannt) und Graphitpartikel, wobei die Graphitpartikel expandierten Graphit und/oder Naturgraphit enthalten, wobei innerhalb des expandierten Graphits im Wesentlich kein PCM vorliegt und innerhalb des Naturgraphits im Wesentlichen kein PCM vorliegt. Anders ausgedrückt können als Graphitpartikel entweder expandierter Graphit oder Naturgraphit oder eine Mischung aus beiden vorliegen. Im Rahmen der Erfindung liegt aber in beiden Arten von Graphit unabhängig von deren Anteil im Wesentlichen kein PCM vor.The object is achieved with a suspension according to
Überraschenderweise ist bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Suspension im Gegensatz zu herkömmlichen Mischungen ein problemloses Trennen der beiden Komponenten Graphitpartikel und PCM möglich. Bisher war nicht bekannt, dass ein fehlendes Eindringen von PCM in Graphit eine Trennung der Komponenten begünstigt.Surprisingly, in contrast to conventional mixtures, a problem-free separation of the two components graphite particles and PCM is possible with the present suspension according to the invention. Until now, it was not known that a lack of penetration of PCM into graphite favored a separation of the components.
Ein Trennen kann mechanisch, beispielsweise durch einfaches Abgießen oder Schotten durch ein Sieb, geschehen, wobei das PCM abfließt und den expandierten Graphit und/oder Naturgraphit höchstens mit einer gewissen Oberflächenbenetzung zurücklässt.Separation can be done mechanically, for example by simply pouring or scarfing through a sieve, whereby the PCM drains off and leaves the expanded graphite and / or natural graphite at most with a certain surface wetting.
Bei herkömmlichen Mischungen aus PCM und Graphitpartikeln bildet PCM mit Graphit hingegen einen innigen Verbund, beispielsweise einen Verbundwerkstoff, da das PCM im Inneren der Partikel vorliegt. Unter anderem wegen Kapillar- und Oberflächenkräften lässt sich dieses PCM nicht mehr oder nur unter enormem Aufwand aus dem Graphit entfernen.In conventional blends of PCM and graphite particles, on the other hand, PCM forms an intimate bond with graphite, for example a composite material, since the PCM is present inside the particles. Due in part to capillary and surface forces, this PCM can not be removed from the graphite at all or at great expense.
Unter dem Merkmal, dass innerhalb des expandierten Graphits und/oder Naturgraphits der Graphitpartikel kein PCM vorliegt, wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass das PCM höchstens in einem oberflächennahen Bereich im expandierten Graphit und/oder Naturgraphit vorliegt. Dieser oberflächennahe Bereich beträgt von der Oberfläche her höchstens ein Viertel des Durchmessers, insbesondere höchstens ein Viertel des Radius. Das im Wesentlichen fehlende Vorliegen des PCM gemäß der Erfindung kann auch dadurch definiert werden, dass PCM höchstens zu 30 Vol.-%, insbesondere höchsten zu 15 Vol.-% in der Porosität der Graphitpartikel vorliegt. Under the feature that no PCM is present within the expanded graphite and / or natural graphite of the graphite particles, it is understood in the context of the invention that the PCM is present at most in a region near the surface in expanded graphite and / or natural graphite. This surface area near the surface is at most a quarter of the diameter, in particular at most a quarter of the radius. The substantially lack of presence of the PCM according to the invention can also be defined by the fact that PCM is at most 30% by volume, in particular at most 15% by volume, in the porosity of the graphite particles.
Der Begriff der „Suspension” unterstreicht im Rahmen der Erfindung das fehlende Eindringen des PCM in das jeweilige Graphit. Bei einer Suspension liegt eine Grenze zwischen der Flüssigkeit (hier dem PCM) und den Graphitpartikeln vor.The term "suspension" underlines in the invention the lack of penetration of the PCM into the respective graphite. In the case of a suspension, there is a boundary between the liquid (here the PCM) and the graphite particles.
Vorteilhaft enthält der expandierte Graphit der Graphitpartikel Graphitexpandat und/oder durch Zerkleinem von verdichtetem Graphitexpandat erhaltene Pulver, Granulat bzw. Häcksel, Schnitzel, Streifen oder ähnliches. Der Begriff „expandierter Graphit” stellt somit vorteilhaft einen Oberbegriff von allen Arten von zumindest teilweise expandiertem Graphit dar, die entweder gar nicht oder auf verschiedene Weisen weiterbehandelt sein können. Deren Herstellung. und Eigenschaften sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Die Herstellung von Graphitexpandat ist beispielsweise aus der
Diese Arten von expandiertem Graphit können beispielsweise auch miteinander kombiniert sein, so dass etwa Graphitexpandat und durch Zerkleinem von verdichtetem Graphitexpandat erhaltene Häcksel nebeneinander im PCM vorliegen. For example, these types of expanded graphite may also be combined with each other such that chopped shreds obtained by crushing expanded graphite expandate, for example, are present side by side in the PCM.
Vorzugsweise ist ein fehlendes Vorliegen des PCM im expandierten Graphit dadurch bewirkt, dass das expandierte Graphit der Graphitpartikel eine mittlere Porengröße und eine Porengrößenverteilung besitzt, die derart ausgebildet sind, dass das PCM bei Normaldruck im Wesentlichen nicht in den expandierten Graphit und/oder den Naturgraphit eindringt.Preferably, a lack of PCM in the expanded graphite is caused by the expanded graphite of the graphite particles having a mean pore size and a pore size distribution formed such that the PCM does not substantially penetrate the expanded graphite and / or the natural graphite at normal pressure ,
Eine mittlere Porengröße und eine Porengrößenverteilung, die bewirken, dass keine Infiltrierbarkeit des PCM in die Graphitpartikel gegeben ist, lassen sich über den Herstellungsprozess der Graphitpartikel relativ leicht einstellen. Bekannte Parameter, wie Kalandrierparameter bei der Herstellung von Graphitfolie als einem möglichen expandierten Graphit, lassen sich herkömmlich leicht einstellen, so dass sich mittels derartiger Parameter das Eindringverhalten von PCM in den expandierten Graphit gezielt indem lässt. Dabei lassen sich mittlere Porengröße und Porengrößenverteilung so einstellen, dass in Abhängigkeit des PCM ein Eindringen in den expandierten Graphit optimiert wird. Da verschiedene Phasenwechselmaterialien sich hinsichtlich Schmelzpunkt, Viskosität, Oberflächenspannung, Benetzungsverhalten und weiteren für ein Eindringen in expandierten Graphit wesentlichen Eigenschaften unterscheiden, sind bezüglich dieser Variante der Erfindung die mittlere Porengröße und Porengrößenverteilung in Abhängigkeit des zu verwendenden PCMs gezielt einzustellen.A mean pore size and a pore size distribution, which cause no infiltration of the PCM is given in the graphite particles, can be relatively easily adjusted on the production process of the graphite particles. Known parameters, such as calendering parameters in the production of graphite foil as a possible expanded graphite, can be easily adjusted conventionally, so that by means of such parameters the penetration behavior of PCM in the expanded graphite can be targeted. In this case, average pore size and pore size distribution can be adjusted so that, depending on the PCM, penetration into the expanded graphite is optimized. Since different phase change materials differ with regard to melting point, viscosity, surface tension, wetting behavior and other properties essential for penetration into expanded graphite, the average pore size and pore size distribution are to be set specifically with respect to this variant of the invention.
Je nach Lagerstätte und gewählter Aufbereitungsstufe des zur Gewinnung von Naturgraphit abgebauten Graphiterzes lässt sich ein Naturgraphit mit gezielten Porositäten und/oder Dichten erhalten.Depending on the deposit and the selected treatment stage of the graphite ore mined for the production of natural graphite, a natural graphite with specific porosities and / or densities can be obtained.
Vorteilhaft werden die Graphitpartikel ohne Erzeugen von Druck, wie er etwa durch intensive Verwendung von Mischwerkzeugen auftritt oder durch Unterdruck, mit dem PCM vermischt. Bei Normaldruck dringt das PCM im flüssigen Zustand in den expandierten Graphit und/oder Naturgraphit erfindungsgemäß, insbesondere mit einer gezielt eingestellten Porengrößenverteilung, im Wesentlichen nicht ein.Advantageously, the graphite particles are mixed with the PCM without generating pressure, such as occurs by intensive use of mixing tools or by negative pressure. At normal pressure, the PCM in the liquid state penetrates into the expanded graphite and / or natural graphite according to the invention, in particular with a specifically set pore size distribution, essentially not.
Vorteilhaft wird die drucklose Vermischung dadurch durchgeführt, dass die Graphitpartikel als lose Schüttung in ein Behältnis gegeben werden und das Behältnis mit dem PCM aufgefüllt wird. Da dies keine besonderen technischen Vorkehrungen erfordert, lässt sich eine erfindungsgemäße Suspension leicht vor Ort, beispielsweise auf einer Baustelle, herstellen.The non-pressurized mixing is advantageously carried out by placing the graphite particles as a loose bed in a container and filling the container with the PCM. Since this requires no special technical precautions, a suspension according to the invention can be easily produced on site, for example on a construction site.
Vorzugsweise liegt die Schüttdichte des expandierten Graphits (ohne PCM) im Fall von Graphitexpandat zwischen 0,002 und 0,015 g/cm3, im Fall von Häcksel, Schnitzel, Streifen bzw. Granulat zwischen 0,01 g/cm3 und 2,0 g/cm3, im Fall von Pulver bzw. Mahlgut zwischen 0,10 g/cm3 und 1,0 g/cm3.Preferably, the bulk density of the expanded graphite (without PCM) in the case of graphite expandate is between 0.002 and 0.015 g / cm 3 , in the case of chaff, chips, granules, between 0.01 g / cm 3 and 2.0 g / cm 3 , in the case of powder or regrind between 0.10 g / cm 3 and 1.0 g / cm 3 .
Dieser Schüttdichtenbereich hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um eine erfindungsgemäße Suspension herzustellen. Expandierter Graphit in diesen Schüttdichtebereichen lässt besonders gut mit PCM vermischen, ohne dass PCM in den expandierten Graphit eindringt. This bulk density range has proved to be particularly advantageous for producing a suspension according to the invention. Expanded graphite in these bulk densities is particularly easy to mix with PCM without PCM penetrating the expanded graphite.
Vorteilhaft sind in die Suspension Finnen, d. h. zumindest eine Finne eingebracht, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit in der Ebene aufweist, insbesondere von mehr als 5 W/mK, insbesondere von mehr als 25 W/mK, ganz insbesondere von mehr als 50 W/mK, höchst insbesondere von mehr als 100 W/mK.Advantageously in the suspension fins, d. H. at least one fin introduced, which has a high thermal conductivity in the plane, in particular of more than 5 W / mK, in particular of more than 25 W / mK, more particularly of more than 50 W / mK, most particularly more than 100 W / mK.
Derartige Finnen können vorteilhaft dazu beitragen, Wärme und/oder Kälte in die Suspension und aus ihr heraus zu transportieren. Die Graphitpartikel der Suspension selbst tragen bereits zu einer guten thermischen Leitung bei, jedoch ist eine Finne, die einen einstückigen Wärmeleiter darstellt, der nicht aus einer Vielzahl einzelner Graphitpartikel besteht, die über Berührungspunkte Wärme/Kälte übertragen müssen, geeignet, Wärme und/oder Kalte direkt in das Innere der Suspension zu transportieren.Such fins can advantageously contribute to transporting heat and / or cold into and out of the suspension. The graphite particles of the suspension itself already contribute to a good thermal conduction, but a fin, which is a one-piece heat conductor that does not consist of a plurality of individual graphite particles that need to transfer via contact points heat / cold, suitable, heat and / or cold to transport directly into the interior of the suspension.
Vorteilhaft umfasst die zumindest eine Finne komprimierten expandierten Graphit Derartige Finnen besitzen zum einen eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit, zum anderen ist ihre Anisotropie besonders hoch, denn beim Komprimieren von expandiertem. Graphit werden Graphitpartikel in Ebenenrichtung ausgerichtet, was die thermische Leitfähigkeit in Ebenenrichtung Stark erhöht Thermisch leitfähige Finnen mit Graphit lassen die erfindungsgemäße Suspension besonders gut wirken, denn Warme und/oder Kälte wird so besonders effektiv in die Suspension und aus ihr herausgeführt Finnen mit Graphit besitzen vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von über 25 W/mK, insbesondere von über 50 W/mK, ganz insbesondere von über 100 W/mK.Advantageously, the at least one fin comprises compressed expanded graphite Such fins have on the one hand a particularly good thermal conductivity, on the other hand, their anisotropy is particularly high, because when compressing expanded. Graphite particles are aligned in the plane direction, which greatly increases the thermal conductivity in the plane direction. Thermally conductive fins with graphite allow the suspension according to the invention to work particularly well, since warmth and / or cooling is particularly effective in the suspension and out of it. Fins with graphite preferably have a thermal conductivity of more than 25 W / mK, in particular more than 50 W / mK, in particular more than 100 W / mK.
Vorteilhaft enthält die zumindest eine Finne Graphitfolie, insbesondere ist sie aus Graphitfolie aufgebaut Graphitfolie besitzt eine besonders gute thermische Leitfähigkeit und ist darüber hinaus mechanisch recht stabil und somit gut handhabbar, und des Weiteren kommerziell verfügbar.Advantageously, the at least one fin contains graphite foil, in particular it is made of graphite foil. Graphite foil has a particularly good thermal conductivity and, moreover, is mechanically quite stable and thus easy to handle, and furthermore commercially available.
Alternativ oder in Kombination mit den genannten graphithaltigen Finnen können jedoch auch Metallfinnen eingesetzt werden. Wegen ihrer hohen Leitfähigkeit und geringen Dichte bietet sich hier vor allem Aluminium oder eine Al-Legierung als Metall an, es sind jedoch auch insbesondere bei entsprechend geringer Dicke der Finnen andere Metalle denkbar, wie etwa Kupfer oder einer Cu-Legierung, wie Messing. Kupfer kann eine Wärmeleitfähigkeit von über 250 W/mK besitzen, insbesondere über 350 W/mK. Es sind jedoch auch Metallfinnen aus Stahl mit einer Wärmeleitfähigkeit von bis zu 60 W/mK oder aus Edelstahl denkbar, die chemisch besonders resistent sind, oder aus Edelmetallen, deren Wärmeleitfähigkeit bis über 450 W/mK liegen kann, insbesondere bis zu 600 W/mK.Alternatively or in combination with the mentioned graphite-containing fins, however, metal fines can also be used. Due to their high conductivity and low density, aluminum or an Al alloy can be used as metal However, other metals are also conceivable, in particular with a correspondingly small thickness of the fins, such as copper or a Cu alloy, such as brass. Copper can have a thermal conductivity of over 250 W / mK, in particular over 350 W / mK. However, metal fins made of steel with a thermal conductivity of up to 60 W / mK or of stainless steel, which are particularly resistant chemically, or of noble metals whose thermal conductivity can be up to more than 450 W / mK, in particular up to 600 W / mK, are also conceivable ,
Vorteilhaft ist eine Mehrzahl von Finnen miteinander, insbesondere durch Ineinanderstecken, verbunden und bildet eine 2- und/oder 3-dimensionale Struktur.Advantageously, a plurality of fins is connected to each other, in particular by nesting, and forms a 2- and / or 3-dimensional structure.
Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass sich Warme und/oder Kälte großflächig in die Suspension einbringen und über die Suspension verteilen lassen. Desweiteren stabilisieren sich miteinander verbundene Finnen gegenseitig mechanisch. Da sich insbesondere Graphitfolie beispielsweise durch Zuschneiden mechanisch leicht bearbeiten lässt, ist insbesondere ein Verbinden durch Ineinanderstecken eine bevorzugte Variante. Das Ineinanderstecken wird beispielsweise mit Finnen bewerkstelligt, die entsprechend vorgesehene Ausnehmungen, wie etwa Schlitze, aufweisen, wobei die Ausnehmungen jeweils zweier Finnen ineinander gesteckt werden. Dies ermöglicht eine Fixierung zweier Finnen zueinander. Durch Wiederholung dieses Vorgangs lassen sich auch komplexere Strukturen, wie etwa gitterartige Strukturen, aus einer Mehrzahl von Finnen erzeugen.This advantageously ensures that heat and / or cold can be introduced over a large area into the suspension and distributed over the suspension. Furthermore, interconnected fins stabilize each other mechanically. Since, in particular, graphite foil can be machined easily, for example, by cutting, in particular joining by nesting is a preferred variant. The nesting is accomplished, for example, with fins having correspondingly provided recesses, such as slots, wherein the recesses of two fins are inserted into each other. This allows a fixation of two fins to each other. By repeating this process, even more complex structures, such as lattice-like structures, can be produced from a plurality of fins.
Vorteilhaft ist die zumindest eine Finne durch die Suspension in ihrer Lage fixiert.Advantageously, the at least one fin is fixed in position by the suspension.
Dies ist vorteilhaft dadurch möglich, dass die Viskosität der Suspension derart eingestellt ist, dass die Finne(n), die vorteilhaft eine geringen Dichte und großen Oberfläche besitzen, fixiert werden, ohne dass dies durch, übliche Hilfsmittel geschehen müsste. Insbesondere sind keine mechanischen Hilfsmittel, wie etwa Klemmen, Schrauben oder ähnliches nötig. Die Finnen können ohne jede Befestigung in der Suspension angeordnet werden und bleiben in einer ursprünglichen Position innerhalb der Suspension auch über mehrere Jahre. Graphitfolie ist mit einer geringen Dichte bei der entsprechenden großen Oberfläche der Finnen besonders gut durch die Suspension in ihrer Lage fixiert.This is advantageously possible because the viscosity of the suspension is set such that the fin (s), which advantageously have a low density and a large surface area, are fixed without this having to be done by conventional means. In particular, no mechanical aids such as clamps, screws or the like are necessary. The fins can be placed in the suspension without any attachment and remain in an original position within the suspension even over several years. Graphite foil is particularly well fixed by the suspension in its position with a low density at the corresponding large surface of the fins.
Die zumindest eine Finne kann waagrecht, senkrecht, oder in einem beliebigen Winkel durch die Suspension in ihrer Lage fixiert sein. Auch kann eine Mehrzahl von Finnen eine sogenannte Wirrlage bilden, das heißt die Finnen können ungeordnet bzw. zufällig innerhalb der Suspension vorliegen. Dies kann zu einer über die Gesamtheit der Suspension gesehen sehr gleichmäßigen, homogenen Wärmeleitung beitragen.The at least one fin can be fixed horizontally, vertically, or at any angle by the suspension in its position. Also, a plurality of fins may form a so-called random position, that is, the fins may be randomly disposed within the suspension. This can contribute to a very uniform, homogeneous heat conduction over the entirety of the suspension.
Bevorzugt sind die Graphitpartikel in der gesamten Suspension gleichmäßig verteilt, was zu einer homogenen Wärmeleitung der Suspension führt. Die Erfindung schließt jedoch auch ein, dass der untere Bereich der Suspension gegenüber dem restlichen Bereich der Suspension etwas an Graphitpartikeln verarmt ist. Bevorzugt befindet sich in einem unteren Bereich der Suspension so viele Graphitpartikel und/oder zusätzlicher Graphit, dass die Gesamtwärmeleitfähigkeit des unteren Bereichs höchstens um 50%, insbesondere höchstens um 30% geringer ist als die Gesamtwärmeleitfähigkeit der Suspension im restlichen Bereich der Suspension, insbesondere von dieser im Wesentlichen nicht abweicht.The graphite particles are preferably distributed uniformly throughout the suspension, which leads to a homogeneous heat conduction of the suspension. However, the invention also includes that the lower portion of the suspension is somewhat depleted of graphite particles relative to the remainder of the suspension. Preferably, in a lower region of the suspension, there are so many graphite particles and / or additional graphite that the overall thermal conductivity of the lower region is at most 50%, in particular at most 30% less than the total thermal conductivity of the suspension in the remaining region of the suspension, in particular of this essentially does not differ.
Mit dem unteren Bereich ist der Bereich der Suspension gemeint, der bezogen auf ein Behältnis, in dem sich die Suspension befindet, einem Boden des Behältnisses zugewandt ist. Dabei ist der untere Bereich derjenige Bereich, der Wärme und/oder Kälte an den Boden überträgt. Ist wie im Stand der Technik der untere Bereich frei von Partikeln hoher Wärmeleitfähigkeit, wirkt der untere Bereich als ein Isolator, der den restlichen Bereich der Suspension thermisch vom Boden des Behältnisses isoliert. Durch die bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Suspension wird dieses Problem gelöst.The lower area means the area of the suspension which, with respect to a container in which the suspension is located, faces a bottom of the container. In this case, the lower region is the region which transfers heat and / or cold to the ground. If, as in the prior art, the lower region is free of particles of high thermal conductivity, the lower region acts as an insulator, which thermally isolates the remaining region of the suspension from the bottom of the container. The preferred embodiment of the suspension according to the invention solves this problem.
Die nicht oder kaum erniedrigte Wärmeleitfähigkeit des unteren Bereichs lasst sich vorteilhaft dadurch erreichen, dass im Zusammenspiel der Dichte des PCM und der Mengenanteile an Graphit und PCM der Graphit im PCM nicht aufschwimmt Herkömmlich geschieht ein solches Aufschwimmen in Suspensionen aus PCM und expandiertem Graphit, denn expandierter Graphit besitzt eine geringe Dichte. Insbesondere bei Salzhydrat als PCM besteht die Gefahr des Aufschwimmens von expandiertem Graphit. Gemäß der vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Anteil an PCM an der Suspension so gering, dass sich eine Wolke an expandiertem Graphit, die in einer größeren Menge an PCM zum Aufschwimmen neigen würde, direkt über einem Boden eines Behältnisses befindet. Herkömmlicherweise liegt ein Abstand der Wolke zu dem Boden vor, so dass sich ein Bereich an PCM bildet, der frei von Graphit ist, so dass dieser Bereich herkömmlich eine hohe thermische Isolierung darstellt.The hardly or hardly lowered thermal conductivity of the lower region can be advantageously achieved in that the interaction of the density of the PCM and the proportions of graphite and PCM, the graphite does not float in the PCM Conventionally, such a floating occurs in suspensions of PCM and expanded graphite, because expanded Graphite has a low density. Especially with salt hydrate as PCM there is a risk of floating of expanded graphite. According to the advantageous variant of the invention, the proportion of PCM in the suspension is so low that a cloud of expanded graphite, which would tend to float in a larger amount of PCM, is located directly above a bottom of a container. Conventionally, there is a distance of the cloud to the ground, forming an area of PCM free of graphite, so that this area conventionally provides high thermal insulation.
Durch die nach der Variante der Erfindung hohe Leitfähigkeit in dem unteren Bereich der Suspension wird vorteilhaft erreicht, dass die erfindungsgemäße Suspension in einem Behältnis auf zu kühlende bzw. zu wärmende Gegenstände von oben aufgebracht werden kann. Da sich im unteren Bereich der Suspension keine isolierende PCM-Schicht bildet, kann der entsprechende Gegenstand besonders gut gekühlt bzw. erwärmt werden. Beispielsweise kann das Behältnis auf ein Heizmedium führende Rohre aufgelegt werden.By virtue of the high conductivity in the lower region of the suspension according to the variant of the invention, it is advantageously achieved that the suspension according to the invention can be applied in a container to objects to be cooled or heated from above. As in the lower part of the suspension no insulating PCM layer forms, the corresponding object can be cooled or heated particularly well. For example, the container can be placed on a heating medium-carrying tubes.
Vorteilhaft kann die Suspension zusätzlich zu den. Partikeln aus expandiertem Graphit und/oder Naturgraphit einen zusätzlichen Graphit enthalten, wobei der zusätzliche Graphit synthetischen Graphit und/oder zusätzlichen Naturgraphit und/oder Ruß und/oder Kohlefasern bzw. eine Mischung mit mindestens einer dieser Komponenten enthält.Advantageously, the suspension in addition to the. Particles of expanded graphite and / or natural graphite contain an additional graphite, wherein the additional graphite synthetic graphite and / or additional natural graphite and / or carbon black and / or carbon fibers or a mixture containing at least one of these components.
Insbesondere synthetischer Graphit und zusätzlicher Naturgraphit können dazu beitragen, ein Aufschwimmen von Graphitpartikeln, die expandierten Graphit enthalten, zu verhindern. Dies lässt sich so erklären, dass die Graphitpartikel, die expandierten Graphit enthalten, von dem zusätzlichen Graphit beschwert und nach unten gedrückt werden, so dass sie in der Schwebe bleiben, statt aufzusteigen.In particular, synthetic graphite and additional natural graphite can help prevent floating of graphite particles containing expanded graphite. This can be explained by the fact that the graphite particles containing expanded graphite are weighted down by the additional graphite and pushed down so that they remain suspended instead of ascending.
Hier handelt es sich um einen überraschenden Effekt, der nicht zu erwarten war. Herkömmlicherweise rutschen Partikel höherer Dichte gegenüber Partikeln geringerer Dichte nach unten. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung schein ein Effekt vorzuliegen, der eine derartige Entmischung verhindert Vermutlich bilden Partikel aus expandiertem Graphit und/oder Naturgraphit eine Struktur, die mechanisch so stabil ist, dass Partikel höherer Dichte diese nicht durchdringen können. Aufgrund von Vergleichversuchen mit anderen Materialien, mit denen dieser Effekt des Aufbaus einer „selbstblockierenden” Struktur nicht eintritt, wird vermutet, dass sich hauptsächlich aufgrund der molekularen Struktur von Graphit die Partikel gegenseitig blockieren und/oder verhaken. Vorteilhaft flächig oder nadelig ausgebildete Partikel bilden eine kartenhausartige Struktur auf, die eine hohe mechanische Stabilität besitzt. Partikel aus expandiertem Graphit mit einer hohen Flächigkeit sind daher besonders geeignet. Ebenso ist eine nadelige Struktur bei Naturgraphit vorteilhaft Vorteilhaft sind Partikel aus expandiertem Graphit und/oder Naturgraphit nicht so weit mechanisch bearbeitet, z. B. durch Mahlen, dass sie eine eher kugelförmige Gestalt besitzen. In einem solchen Fall wäre eine Ausbildung einer kartenhausartigen Struktur nicht möglich.This is a surprising effect that was unexpected. Conventionally, particles of higher density slip down to lower density particles. In the present embodiment of the invention, there appears to be an effect which prevents such segregation. It is believed that particles of expanded graphite and / or natural graphite form a structure that is so mechanically stable that higher density particles can not penetrate them. Due to comparison experiments with other materials, which do not have this effect of building up a "self-blocking" structure, it is believed that the particles block and / or get stuck together mainly because of the molecular structure of graphite. Advantageously flat or needle-shaped particles form a kartenhausartige structure, which has a high mechanical stability. Particles of expanded graphite with a high surface area are therefore particularly suitable. Likewise, a needle-like structure is advantageous in natural graphite Advantageously, particles of expanded graphite and / or natural graphite are not so far mechanically processed, z. B. by grinding, that they have a more spherical shape. In such a case, training a card house-like structure would not be possible.
Der Aufbau einer selbstblockierenden Struktur ist auch mit Graphitpartikeln, wie sie oben beschrieben sind, möglich, ohne dass ein fehlendes Eindringen von PCM vorliegt. Daher soll hier auch eine Suspension als beschrieben gelten, die alle Merkmale der Beschreibung, der Ansprüche und der Figuren besitzt, bei der jedoch ein Eindringen von PCM in die Graphitpartikel vorliegt.The construction of a self-blocking structure is also possible with graphite particles, as described above, without a lack of penetration of PCM. Therefore, here also a suspension is considered to be described, which has all the features of the description, the claims and the figures, but in which there is a penetration of PCM in the graphite particles.
Insbesondere waagrecht in der Suspension vorliegende Finnen können den beschriebenen Effekt noch verstärken, dass zusätzlicher Graphit nicht durch Graphitpartikel mit expandiertem Graphit und/oder Naturgraphit hindurch sinkt. Die Finnen behindern zusätzlich zu dem Effekt des Selbstblockierens ein Absinken von Partikeln, vermutlich insbesondere indem vertikale Strömungen unterbunden werden.In particular, horizontally present in the suspension fins can reinforce the effect described that additional graphite does not sink through graphite particles with expanded graphite and / or natural graphite. The fins, in addition to the self-blocking effect, inhibit particles from sinking, presumably in particular by preventing vertical flows.
Je nach Dichte des verwendeten PCMs und Dichte des verwendeten expandierten Graphits bzw. nach Aufbereitung und Dichte des verwendeten Naturgraphits kann eine entsprechende Menge an synthetischem und/oder zusätzlichem Naturgraphit vorteilhaft eingesetzt werden. Entsprechendes gilt für die Korngröße. Beispielsweise kann ein Anteil von über 90 Gew.-% der Graphitkörner unter 0,4 mm liegen. Es kann aber auch ein Anteil von 65 Gew.-% zwischen 0,8 und 1,25 mm liegen. Die Menge und die Korngrößenverteilung kann der Fachmann in Abhängigkeit der PCM-Dichte, der Dichte des expandierten Graphits und der Korngröße des expandierten Graphits selbst optimieren ohne erfinderisch tätig werden zu müssen. Insbesondere bei Salzhydrat als PCM mit einer Dichte im Bereich von 1,05 bis 2,0 g/cm3 und darüber besitzt expandierter Graphit einen starken Auftrieb, der ein Aufschwimmen der Graphitpartikel zur Folge hätte. Es sei an dieser Stelle noch einmal betont, dass die Suspension Naturgraphit sowohl als Graphitpartikel besitzen kann, also auch als zusätzlichen Graphit Soll Naturgraphit die Aufgabe erfüllen, durch Beschweren ein Aufschwimmen der Graphitpartikel zu behindern, wird er ausschließlich „zusätzlicher Graphit” genannt. Der zusätzliche Graphit muss für diese Aufgabe andere Eigenschaften hinsichtlich Korngröße und eventuell auch Partikelform und Dichte erfüllen. Sowohl der Naturgraphit der Graphitpartikel der Suspension als auch der zusätzliche Naturgraphit lässt sich wie weiter oben erläutert von verschiedenen Lagerstätten gewinnen, unterschiedlich aufbereiten und somit entsprechende Korngrößen, Restverunreinigungen, Dichten und Porositäten erhalten. Auch lassen sich verschiedene Partikelformen, wie Nadeln oder flächige Partikel, gezielt zur Erzielung der beschriebenen Effekte einsetzen.Depending on the density of the PCM used and the density of the expanded graphite used or after preparation and density of the natural graphite used, a corresponding amount of synthetic and / or additional natural graphite can advantageously be used. The same applies to the grain size. For example, a proportion of more than 90% by weight of the graphite grains may be less than 0.4 mm. But it can also be a proportion of 65 wt .-% between 0.8 and 1.25 mm. The quantity and the particle size distribution can be optimized by the person skilled in the art depending on the PCM density, the density of the expanded graphite and the grain size of the expanded graphite without having to be inventive. In particular, with salt hydrate as PCM having a density in the range of 1.05 to 2.0 g / cm 3 and above, expanded graphite has a strong buoyancy, which would result in floating of the graphite particles. It should be emphasized again at this point that the suspension can have natural graphite both as graphite particles, so also fulfill as additional graphite natural graphite the task of obstructing by floating a floating of the graphite particles, it is called exclusively "additional graphite". The additional graphite must fulfill other properties for this task in terms of grain size and possibly also particle shape and density. Both the natural graphite of the graphite particles of the suspension and the additional natural graphite can, as explained above, be obtained from various deposits, processed differently and thus obtain corresponding grain sizes, residual impurities, densities and porosities. It is also possible to use different particle shapes, such as needles or flat particles, specifically for achieving the described effects.
Nach einer Variante der Erfindung kann die Suspension zusätzlich zu den Graphitpartikeln Metallpartikel enthalten, wie etwa Aluminiumpartikel, aber auch Kupfer-, Messing- und/oder Stahlpartikel. Je nach dem korrosiven Verhalten des verwendeten PCMs wird die Art der Metallpartikel entsprechend gewählt werden. Beispielsweise bietet es sich an, bei stark korrosivem PCM Stahlpartikel anstelle von Aluminiumpartikeln einzusetzen.According to a variant of the invention, the suspension may contain, in addition to the graphite particles, metal particles, such as aluminum particles, but also copper, brass and / or steel particles. Depending on the corrosive behavior of the PCM used, the type of metal particles will be selected accordingly. For example, it is advisable to use steel particles instead of aluminum particles in the case of highly corrosive PCM.
Somit lassen sich zum einen vorteilhaft Metallabfälle einer Wiederverwendung zuführen, zum anderen können sie auch ein Aufschwimmen von Graphitpartikeln verhindern, wie oben bereits für zusätzlichen Graphit beschrieben. Aufgrund der höheren Dichte von Metallpartikeln als von Graphitpartikeln wird die Korngröße der Metallpartikel gezielt so klein eingestellt, dass die selbstblockierende Struktur deren Gewicht noch dahingehend erträgt, dass die Graphitpartikel nach unten gedruckt werden, ohne dass die Metallpartikel an den Graphitpartikeln vorbei nach unten sinken. Sollten die Metallpartikel beispielsweise wegen einer gezielt eingestellten größeren Korngröße doch nach unten sinken und im unteren Bereich zu liegen kommen, kann dies jedoch auch vorteilhaft sein, denn eine eventuell vorliegende geringere thermische Leitfähigkeit der Suspension in diesem Bereich aufgrund eines Aufschwimmens des expandierten Graphits im PCM wird durch die Metallpartikel ausgeglichen.Thus, on the one hand metal waste can advantageously be recycled, on the other hand it can also prevent the floating of graphite particles, as already mentioned above additional graphite described. Due to the higher density of metal particles than of graphite particles, the particle size of the metal particles is deliberately set so small that the self-blocking structure still bears its weight in that the graphite particles are printed downwards without the metal particles sinking past the graphite particles. However, if the metal particles sink downwards and come to rest in the lower region, for example due to a specifically set larger particle size, this can also be advantageous, because a possibly present lower thermal conductivity of the suspension in this region is due to floating of the expanded graphite in the PCM balanced by the metal particles.
Ein Aufschwimmen kann auch vorteilhaft dadurch verhindert werden, dass neben oder statt metallischen Partikeln nichtmetallische Partikel eingesetzt werden. Dies können vorteilhaft mineralische Partikel, wie etwa Calciumcarbonat, Kaolin oder Kreide, Glaspulver, Kunststoffpulver und ähnliche Partikel sein. Dabei ist das Verhältnis der Dichte der Partikel zur Dichte des PCM und der Graphitpartikel zu beachten, damit das Aufschwimmen verhindert werden kann.Floating can also advantageously be prevented by using non-metallic particles in addition to or instead of metallic particles. These may advantageously be mineral particles, such as calcium carbonate, kaolin or chalk, glass powder, plastic powder and similar particles. In this case, the ratio of the density of the particles to the density of the PCM and the graphite particles must be taken into account so that the floating can be prevented.
Ein vorteilhaftes PCM kann zumindest ein PCM aus der Gruppe umfassend Paraffine, Zuckeralkohole, Gashydrate, Wasser, wässrige Salzlösungen, Salz-Wasser-Eutektika, Salzhydrate, Mischungen aus Salzhydraten, Salze und eutektische Mischungen von Salzen, Alkalimetall-Hydroxide sowie Mischungen aus Salzen und Alkalimetall-Hydroxiden oder eine Mischung aus zumindest einem PCM aus dieser Gruppe, enthalten.An advantageous PCM can be at least one PCM from the group comprising paraffins, sugar alcohols, gas hydrates, water, aqueous salt solutions, salt water eutectics, salt hydrates, mixtures of salt hydrates, salts and eutectic mixtures of salts, alkali metal hydroxides and mixtures of salts and alkali metal Hydroxides or a mixture of at least one PCM from this group.
Vorzugsweise kann das Mengenverhältnis aus zusätzlichem Graphit und expandiertem Graphit bzw. Naturgraphit so eingestellt sein, dass der expandierte Graphit und/oder Naturgraphit von dem zusätzlichen Graphit an einem Aufschwimmen im PCM gehindert ist, so dass die Gesamtwärmeleitfähigkeit des unteren Bereichs höchstens um 50%, insbesondere höchstens um 30% geringer ist als die Gesamt wärmeleitfähigkeit der Suspension im restlichen Bereich der Suspension, insbesondere von dieser im Wesentlichen nicht abweicht.Preferably, the ratio of additional graphite and expanded graphite or natural graphite may be set such that the expanded graphite and / or natural graphite is prevented from floating up the PCM by the additional graphite such that the total thermal conductivity of the lower region is at most 50%, in particular at most 30% less than the total thermal conductivity of the suspension in the remaining area of the suspension, in particular of this substantially does not deviate.
Eine derartige Suspension ist im Übrigen auch dann von der vorliegenden Erfindung umfasst, wenn PCM zu einem Großteil in den expandierten Graphit eingedrungen ist Dabei sollen alle in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen, den Ansprüchen und den Figuren genannten optionalen Merkmale für eine Suspension nach Anspruch 1 auch zusammen mit einer derartigen Suspension mit eingedrungenem PCM als offenbart gelten.Incidentally, such a suspension is also encompassed by the present invention when PCM has penetrated to a large extent into the expanded graphite. In this case, all optional features for a suspension according to
Auch können vorteilhaft eingesetzte Metallpartikel in den unteren Bereich des PCMs absinken, so dass eine eventuell vorliegende geringere thermische Leitfähigkeit der Suspension in diesem Bereich aufgrund eines Aufschwimmens des expandierten Graphits im PCM durch die Metallpartikel ausgeglichen wird.Advantageously used metal particles can also sink into the lower region of the PCM so that a possibly present lower thermal conductivity of the suspension in this region is compensated by the floating up of the expanded graphite in the PCM by the metal particles.
Nach einer Variante der Erfindung ist ein Behältnis mit einer erfindungsgemäßen Suspension gefüllt. Ein derartiges Behältnis lässt sich gut handhaben und beispielsweise zur Klimatisierung, wie etwa von Gebäuden, einsetzen. Vorzugsweise besitzt das Behältnis eine thermisch gut leitfähige Außenwandung, beispielsweise eine Metallfolie, die mit einer Kunststofffolie mechanisch verstärkt sein kann. Vorteilhaft weist das Behältnis eine flexible, anpassungsfähige Außenhülle auf. Ein solches Behältnis lasst sich besonders gut zum Auflegen auf unregelmäßig geformte, zu kühlende Gegenstände, wie etwa ein Heiz- oder Kühlrohr einer Klimadecke auflegen. Die Anwendung von PCM-gefüllten Behältnissen mit einer flexiblen, anpassungsfähigen Außenhülle ist ausführlich in der
Bei derartigen Behältnissen mit einer flexiblen Außenhülle kommt ein weiterer Vorteil von Finnen, die komprimierten expandierten Graphit enthalten, zur Geltung. Im Gegensatz zu Metallfinnen besteht bei Graphitfinnen nicht die Gefahr, dass diese durch scharfe Kanten die Außenhülle beschädigen. Vorteilhaft können sich die Finnen sogar teilweise im mechanischen Kontakt mit der Außenhülle an diese anschmiegen, so dass eine besonders gute Wärmeeinkopplung von Finnen in die Außenhülle und somit auch in einen zu temperierenden Gegenstand möglich ist.In such containers with a flexible outer shell comes another advantage of fins containing compressed expanded graphite, to advantage. In contrast to metal fins, there is no risk of graphite fines damaging the outer shell due to sharp edges. Advantageously, the fins may even partially cling to them in mechanical contact with the outer shell, so that a particularly good heat coupling of fins in the outer shell and thus in an object to be tempered is possible.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, dass die Außenhülle steif ausgebildet ist. Insbesondere zum Auflegen auf gerade Flächen oder für selbsttragende Module ist ein steifes Behältnis von Vorteil. Es kann beispielsweise als flacher Behälter ausgebildet sein.But it may also be advantageous that the outer shell is rigid. In particular for placing on straight surfaces or for self-supporting modules a rigid container is advantageous. It may be formed, for example, as a flat container.
Bevorzugt sind die Graphitpartikel in der gesamten Suspension gleichmäßig verteilt, was zu einer homogenen Wärmeleitung der Suspension und somit auch zu einer guten Übertragung der Wärme und/oder Kälte zum Boden des Behältnisses führt. Die Erfindung schließt jedoch auch ein, dass der untere Bereich der Suspension gegenüber dem restlichen Bereich der Suspension etwas an Graphitpartikeln verarmt ist. Bevorzugt befinden sich in einem unteren Bereich der Suspension so viele Graphitpartikel und/oder zusätzlicher Graphit und/oder Metallpartikel, dass die Gesamt wärmeleitfähigkeit des der Unterseite des Behältnisses zugewandten Bereichs um höchstens 50% geringer ist als die Gesamtwärmeleitfähigkeit der Suspension im restlichen Bereich der Suspension, insbesondere um höchstens 30% geringer, insbesondere weist sie im Wesentlichen nicht von der Gesamtwärmeleitfähigkeit im restlichen Bereich ab.Preferably, the graphite particles are uniformly distributed throughout the suspension, resulting in a homogeneous heat conduction of the suspension and thus also to a good transfer of heat and / or cold to the bottom of the container. However, the invention also includes that the lower portion of the suspension is somewhat depleted of graphite particles relative to the remainder of the suspension. Preferably located in one lower area of the suspension so many graphite particles and / or additional graphite and / or metal particles that the total thermal conductivity of the underside of the container area is at most 50% lower than the total thermal conductivity of the suspension in the remaining area of the suspension, in particular by at most 30% in particular, it does not substantially deviate from the total thermal conductivity in the remaining area.
Bevorzugt kann eine Klimavorrichtung eine erfindungsgemäße Suspension insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Behältnis enthalten. Eine derartige Klimavorrichtung kann als Element eines Klimageräts eingesetzt werden, das Wärme und/oder Kälte speichert und wieder abgibt.A climate device may preferably contain a suspension according to the invention, in particular with a container according to the invention. Such an air conditioning device can be used as an element of an air conditioner that stores and releases heat and / or cold.
Vorzugsweise kann der Behälter mit zumindest einem wärmeleitenden Blech in Kontakt sein. Der Begriff Blech wird hier für jedes flächige wärmeleitende Element verwendet, kann also auch aus Graphit bestehen oder dieses enthalten.Preferably, the container may be in contact with at least one thermally conductive sheet. The term sheet metal is used here for each sheet-like heat-conducting element, that is, it can also consist of or contain graphite.
Das zumindest eine Blech kann aus einem geschlossenflächigen Blech, einem Lochblech, einem Gitter, einem Netz oder aus Fixierstäben gebildet sein.The at least one metal sheet can be formed from a closed-surface metal sheet, a perforated metal sheet, a grid, a net or from fixing rods.
Vorteilhaft wird der Behälter zwischen zwei Blechen gehalten, wobei diese beispielsweise parallel zueinander oder v-förmig zueinander angeordnet sind. Insbesondere ein Behältnis mit flexibler Außenhülle ist in diesem Fall von Vorteil, denn ein solches beutelartiges Behältnis schmiegt sich sehr gut an die Bleche an, so dass eine Wärmeübertragung von der Suspension ohne störende Luftpolster direkt auf das Blech erfolgen kann.Advantageously, the container is held between two sheets, which are arranged, for example, parallel to each other or v-shaped to each other. In particular, a container with a flexible outer shell is advantageous in this case, because such a bag-like container nestles very well on the sheets, so that a heat transfer from the suspension can be done directly on the sheet without disturbing air cushion.
Gelöst wird die Aufgabe des Weiteren mit einem Verfahren nach Anspruch 25. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine Suspension aus PCM und Graphitpartikeln dadurch herzustellen, dass die Graphitpartikel, die expandierten Graphit und/oder Naturgraphit enthalten, mit dem PCM in flüssiger Form vermischt werden, ohne dass PCM in den expandierten Graphit und in den Naturgraphit eindringt.The object is further achieved by a method according to
Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die Graphitpartikel als lose Schüttung in ein Behältnis gegeben werden und das Behältnis mit dem PCM aufgefüllt wird. Dadurch wird erreicht, dass ohne ein Erzeugen von Druck, mechanischen, Spannungen oder starken Strömungen ein Vermischen stattfindet, wobei ein Eindringen von PCM in den expandierten Graphit und Naturgraphit vermieden wird.This can advantageously be achieved by placing the graphite particles in a container as a loose filling and filling the container with the PCM. It is thereby achieved that without generating pressure, mechanical, tensions or strong flows, mixing takes place avoiding the penetration of PCM into the expanded graphite and natural graphite.
Es kann vorteilhaft sein, zunächst die Anteile an expandiertem Graphit und Naturgraphit zu vermischen, insbesondere trocken, und anschließend wie eben beschrieben zu verfahren. Bei Vorliegen von zusätzlichem Graphit kann es vorteilhaft sein, die Anteile an expandiertem Graphit und/oder Naturgraphit mit dem zusätzlichen Graphit zu vermischen und anschließend das Mischen mit dem PCM durchzuführen.It may be advantageous first to mix the proportions of expanded graphite and natural graphite, in particular dry, and then to proceed as described above. In the presence of additional graphite, it may be advantageous to mix the proportions of expanded graphite and / or natural graphite with the additional graphite and then perform mixing with the PCM.
Es kann auch vorteilhaft sein, zunächst expandierten Graphit und/oder Naturgraphit mit PCM zu mischen und anschließend den zusätzlichen Graphit zuzugeben. Da der zusätzliche Graphit zum Beschweren der möglicherweise aufschwimmenden Graphitpartikel dient, kann es vorteilhaft sein, dass der zusätzliche Graphit möglichst weit oben zu liegen kommt. Selbst wenn der zusätzliche Graphit wegen größerer Dichte und/oder größerer Partikelgröße durch den expandierten Graphit und/oder Naturgraphit hindurch nach unten rutschen sollte, wird durch die „Startposition” des zusätzlichen Graphits oberhalb des expandierten Graphits und/oder Naturgraphits erreicht, dass ein Aufschwimmen der Graphitpartikel behindert wird.It may also be advantageous to first mix expanded graphite and / or natural graphite with PCM and then add the additional graphite. Since the additional graphite is used to weight the possibly floating graphite particles, it may be advantageous for the additional graphite to be as high as possible. Even if the additional graphite should slide down through the expanded graphite and / or natural graphite due to greater density and / or larger particle size, the "starting position" of the additional graphite above the expanded graphite and / or natural graphite achieves that the Graphite particles is obstructed.
Die erfindungsgemäße Suspension lässt sich durch Absenken der Temperatur unter den Schmelzpunkt des PCM verfestigen. In diesem Zustand kann sie zerkleinert werden und die entstandenen Körner transportiert und zu dem jeweiligen Verwendungszweck beispielsweise in einen Behälter geschüttet werden.The suspension of the invention can be solidified by lowering the temperature below the melting point of the PCM. In this state, it can be crushed and transported the resulting grains and poured for the particular purpose, for example, in a container.
Im Folgenden wird die Erfindung zur Erläuterung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels und anhand einiger Figuren detaillierter beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist nicht beschränkend zu sehen.In the following, the invention will be described in more detail for explanation with reference to a concrete embodiment and with reference to some figures. This embodiment is not restrictive.
Im einzelnen zeigenShow in detail
Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden 477 g Graphitpulver (Spezifikation: Korngrößenverteilung d0: 1000–1400 μm, Schüttgewicht nach
Wird der Beutel
Der Beutel
Zu einer ersten Messung des Temperierverhaltens wird der mit der erfindungsgemäßen Suspension
Messkurve A in
Messkurve D zeigt den Verlauf der Temperatur an den Messfühlern
Die
Nach der Messung wurde der Beutel
Aufgrund des fehlenden Vorliegen von PCM in den Graphitpartikeln wurden nahezu die gleichen Ausgangsgewichtsmengen an PCM und Graphitpartikeln erhalten, wie ursprünglich zur Herstellung der Suspension
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wurden in die Suspension wie in
Der Beutel
Bei Einsatz des Beutels
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird anstelle von Paraffin Salzhydrat als PCM verwendet, wobei der Hauptbestandteil des Salzhydrats Calciumchloridhexahydrat ist.In another embodiment, salt hydrate is used as the PCM instead of paraffin, with the major component of the salt hydrate being calcium chloride hexahydrate.
Da in dem Salzhydrat (Spezifikation: Wärmekapazität 134 kJ/kg, Dichte fest 1,6 kg/l, Dichte flüssig 1,5 kg/l, Wärmeleitfähigkeit fest 1,2 W/mK, Wärmeleitfähigkeit flüssig 0,6 W/mK) mit einer hohen Dichte von in diesem Fall 1,6 g/cm3 Graphitpartikel stark zum Aufschwimmen neigen, werden die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten gemahlenen Graphitfolien mit Partikelgrößen von d: 1000–1400 μm (Schüttgewicht nach
Mit dieser Suspension
Dadurch, dass der synthetische Graphit den expandierten Graphit in der Suspension
Die erfindungsgemäße Suspension
Vorzugsweise kann die Suspension für Verlorene-Wachskern-Verfahren im Formenbau eingesetzt werden. Dabei lässt sich das Wachs mit den Graphitpartikeln schneller schmelzen und in die Form gießen. Nach dem Formen und Aushärten des Bauteils um den Wachskern herum lässt sich der Kern schneller aus dem Bauteil ausschmelzen.Preferably, the suspension can be used for lost-wax core processes in mold making. The wax can be melted faster with the graphite particles and poured into the mold. After forming and curing the component around the wax core, the core can be melted out of the component more quickly.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Suspension, insbesondere in einem erfindungsgemäßen Beutel mit flexibler Außenhülle, im medizinischen Bereich, wie etwa als Kühlbeutel zur Behandlung von Wunden oder zum Kühlen von Transplantaten, anwendbar.Advantageously, the suspension according to the invention, in particular in a bag according to the invention with a flexible outer shell, in the medical field, such as a cooling bag for the treatment of wounds or for cooling of grafts applicable.
Eine weitere bevorzugte Verwendung einer erfindungsgemäßen Suspension liegt in der Fahrzeugklimatisierung, insbesondere der Klimatisierung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen, der Kühlung von elektrochemischen Speichersystemen, wie stationären Batterien und Batterien, etwa in Elektrofahrzeugen. Nicht nur im Normalbetrieb wird die Suspension vorteilhaft eingesetzt, sondern auch im Schadensfall einer Batterie (z. B. bei Beschädigung durch Eindringen von Metallteilen oder Verformen durch Unfall). Dann kann die erfindungsgemäße Suspension die freiwerdende thermische Energie aufnehmen und eine Kettenreaktion der Batterie verhindern oder diese zumindest abbremsen.Another preferred use of a suspension according to the invention is in the vehicle air conditioning, in particular the air conditioning electrically powered vehicles, the cooling of electrochemical storage systems, such as stationary batteries and batteries, such as in electric vehicles. Not only in normal operation, the suspension is used advantageously, but also in case of damage of a battery (eg in case of damage due to penetration of metal parts or deformation by accident). Then the suspension according to the invention can absorb the released thermal energy and prevent a chain reaction of the battery or at least slow it down.
Die erfindungsgemäße Suspension kann darüber hinaus beispielsweise als Wärmespeicher zur Motorvorheizung in der Fahrzeugtechnik eingesetzt werden, um den Schadstoffausstoß beim Kaltstart zu verringern.In addition, the suspension according to the invention can be used, for example, as a heat accumulator for engine preheating in vehicle technology in order to reduce pollutant emissions during a cold start.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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