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DE102010003663A1 - Thermal storage composite material containing expanded graphite and PCM and process for its preparation - Google Patents

Thermal storage composite material containing expanded graphite and PCM and process for its preparation Download PDF

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DE102010003663A1
DE102010003663A1 DE201010003663 DE102010003663A DE102010003663A1 DE 102010003663 A1 DE102010003663 A1 DE 102010003663A1 DE 201010003663 DE201010003663 DE 201010003663 DE 102010003663 A DE102010003663 A DE 102010003663A DE 102010003663 A1 DE102010003663 A1 DE 102010003663A1
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DE
Germany
Prior art keywords
pcm
heat storage
composite material
graphite
shaped body
Prior art date
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Withdrawn
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DE201010003663
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German (de)
Inventor
Bastian Hudler
Werner Langer
Dr. Schmitt Rainer
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Original Assignee
SGL Carbon SE
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials mit expandiertem Graphit und Phasenwechselmaterial (PCM), dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial durch Infiltrieren eines Graphitkörpers aus zumindest teilweise komprimiertem expandiertem Graphit mit PCM im flüssigen Zustand und Zerkleinern des infiltrierten Graphitkörpers in Partikel hergestellt wird, wobei das PCM während des Zerkleinerns im festen und/oder flüssigen Zustand vorliegt.A method for producing a composite material with expanded graphite and phase change material (PCM), characterized in that the composite material is produced by infiltrating a graphite body made of at least partially compressed expanded graphite with PCM in the liquid state and comminuting the infiltrated graphite body into particles, the PCM being produced during the Comminution is in the solid and / or liquid state.

Description

Die Erfindung betrifft ein PCM-EG-Verbundmaterial, ein Verfahren zu seiner Herstellung, einen PCM-EG-Formkörper, ein Verfahren zu seiner Herstellung und eine Verwendung des PCM-EG-Formkörpers.The invention relates to a PCM-EG composite material, a process for its preparation, a PCM-EG molding, a process for its preparation and a use of the PCM-EG molding.

Phasenwechselmaterialien (kurz PCM von „phase change material”) zur Speicherung latenter Wärme sind bekannt. Wegen ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit kann zu speichernde oder abzugebende Wärme oder Kälte jedoch zu langsam von PCM aufgenommen oder abgegeben werden.Phase change materials (PCM of "phase change material") for the storage of latent heat are known. However, because of their low thermal conductivity, heat or cold to be stored or dispensed can be absorbed or released by PCM too slowly.

Hierfür ist bekannt, Graphit mit seiner hohen thermischen Leitfähigkeit zusammen mit PCM zu einem hoch effektiven Verbundmaterial zu kombinieren, das sowohl hohe Wärmespeicherkapazitäten als auch hohe Aufnahme- und Abgabegeschwindigkeiten besitzt. Unter den Begriffen Wärmespeicher und Wärmeleitung sind im Folgenden auch immer Kältespeicher und Kälteleitung etc. mit eingeschlossen.For this purpose, it is known to combine graphite with its high thermal conductivity together with PCM to form a highly effective composite material which has both high heat storage capacities and high absorption and release rates. Under the terms heat storage and heat conduction, cold storage and cooling line, etc. are always included below.

Um größere Mengen Wärme bzw. Kälte speichern zu können, werden entsprechend großvolumige Wärmespeicher benötigt. Diese werden herkömmlich durch Einmischen von Graphit in PCM hergestellt. Hierbei besteht allerdings das Problem, dass beim Aufschmelzen des PCM Graphit und PCM zur Entmischung neigen, was die Wärmespeichereigenschaften des Speichers sich verschlechtern lassen. Generell besteht das Problem, dass Graphitflocken wegen ihrer geringen Dichte auf flüssigem PCM aufschwimmen und schlecht in das PCM eingerührt werden können.In order to store large amounts of heat or cold, correspondingly large-volume heat storage are needed. These are conventionally made by blending graphite into PCM. However, there is the problem that when melted PCM graphite and PCM tend to segregate, which can deteriorate the heat storage properties of the memory. In general, there is the problem that graphite flakes float on liquid PCM due to their low density and are difficult to stir into the PCM.

Eine andere herkömmliche Methode zur Herstellung eines PCM-Graphit-Wärmespeichers besteht darin, einen porösen Graphitblock mit flüssigem PCM zu infiltrieren. Dies hat den Nachteil, dass eine Infiltrierung nur in einem oberflächennahen Bereich erfolgt und außerdem eine aufwändige Nachbearbeitung nötig ist.Another conventional method of making a PCM graphite heat store is to infiltrate a porous graphite block with liquid PCM. This has the disadvantage that an infiltration takes place only in a near-surface area and also a complex post-processing is necessary.

Bekannt ist des Weiteren, PCM beispielsweise in Kügelchen verkapselt in einer Graphitmatrix einzubringen. Die Verkapselung verhindert bei einem Aufschmelzen des PCM, dass sich PCM und Graphit entmischen. Nachteilig ist hierbei, dass die Verkapselung eine Wärmeleitung zwischen Graphit und PCM behindert.Furthermore, it is known to encapsulate PCM encapsulated in a graphite matrix, for example. The encapsulation prevents the PCM and graphite from segregating when the PCM melts. The disadvantage here is that the encapsulation obstructs heat conduction between graphite and PCM.

Aufgabe der Erfindung ist, ein PCM-Graphit-Wärmespeichermaterial bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist, bei dem sich insbesondere PCM und Graphit nicht entmischen, das leicht herzustellen ist und das bezüglich der Geometrie eines Wärmespeichers, der aus einem Wärmespeichermaterial hergestellt wird, eine hohe Flexibilität aufweist. Aufgabe ist des Weiteren, einen derartigen Wärmespeicher und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.The object of the invention is to provide a PCM graphite heat storage material which does not have the above-mentioned disadvantages of the prior art, in particular PCM and graphite do not separate, which is easy to manufacture and the geometry of a heat storage, which consists of a Heat storage material is produced, has a high flexibility. Another object is to provide such a heat accumulator and a method for its production.

Gelöst wird die erste Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einem Wärmespeicherverbundmaterial gemäß Anspruch 4. Bevorzugte Ausbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.The first object is achieved with a method according to claim 1 and a heat storage composite material according to claim 4. Preferred embodiments are specified in the dependent subclaims.

Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Verbundmaterial mit expandiertem Graphit und PCM durch Infiltrieren eines Graphitkörpers aus zumindest teilweise komprimiertem expandiertem Graphit mit PCM im flüssigen Zustand und Zerkleinern des infiltrierten Graphitkörpers in Partikel hergestellt, wobei das PCM während des Zerkleinerns im festen und/oder flüssigen Zustand vorliegt.According to a method of the present invention, an expanded graphite and PCM composite material is prepared by infiltrating a graphite body of at least partially compressed expanded graphite with PCM in the liquid state and comminuting the infiltrated graphite body into particles, wherein the PCM is in the solid and / or liquid state during comminution ,

Insbesondere kann das Verbundmaterial expandierten Graphit und PCM als überwiegenden Hauptbestandteil enthalten, der in der Summe zumindest 50 Gew.-%, insbesondere zumindest 80 Gew.-%, insbesondere zumindest 90 Gew.-% ausmacht. Beispielsweise sind PCM und expandierter Graphit die beiden einzigen Bestandteile des Verbundmaterials. Es können aber auch Zusatzstoffe verwendet werden, wie Keimbildner oder Stabilisatoren.In particular, the composite material may contain expanded graphite and PCM as the predominant main constituent, which in total constitutes at least 50% by weight, in particular at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight. For example, PCM and expanded graphite are the only two constituents of the composite. However, it is also possible to use additives, such as nucleating agents or stabilizers.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den überraschenden Effekt, dass bei dem durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Verbundmaterial im Gegensatz zu herkömmlichem Verbundmaterial keine Entmischung von PCM und Graphit auftritt. Da das Verbundmaterial jedoch in Form von Partikeln vorliegt, kann es selbst durchmischt werden. Die Fixierung des PCM wird lokal in den Partikeln gewährleistet.The process according to the invention has the surprising effect that no separation of PCM and graphite occurs in the composite material obtained by the process according to the invention in contrast to conventional composite material. However, since the composite is in the form of particles, it can be mixed by itself. Fixation of PCM is provided locally in particles.

Vorteilhaft umfasst das Zerkleinern zumindest einen der Schritte Aufmahlen, Häckseln, Shreddern und Fräsen oder andere spanende Bearbeitungen, wie Reiben oder Raspeln. Mit diesen Schritten lässt sich ein mit PCM infiltrierter Formkörper besonders gut zerkleinern, so dass Partikel erhalten werden, die vorteilhaft eine besonders gleichmäßige Form aufweisen.Advantageously, the crushing comprises at least one of the steps of milling, chopping, shredding and milling or other machining operations, such as rubbing or rasping. With these steps, a molded body infiltrated with PCM can be cut particularly well, so that particles are obtained which advantageously have a particularly uniform shape.

Vorzugsweise wird das Zerkleinern mit einer Zerkleinerungsmaschine durchgeführt, die Häcksler, Shredderer, Reiben, Rapseln, Fräsen und ähnliche umfasst. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Wärmespeicherverbundmaterial nicht stark komprimiert wird, was beispielsweise durch spanende Bearbeitung möglich ist.Preferably, the crushing is carried out with a crusher comprising shredders, shredders, graters, rippers, milling and the like. In particular, it is advantageous if the heat storage composite material is not strongly compressed, which is possible for example by machining.

Vorzugsweise enthält das PCM Paraffin, Zuckeralkohol, Gashydrat, Wasser, eine wässrige Lösung eines Salzes, Salzhydrat, eine Mischung aus Salzhydraten, ein Salz, eine eutektische Mischung von Salzen, ein Alkalimetall-Hydroxid, oder Mischungen, die zumindest eines der vorgenannten PCMs enthalten. Es kann vorteilhaft sein, dass das PCM Natriumacetat-Trihydrat und/oder Calciumhydroxid-Hexahydrat enthält.Preferably, the PCM contains paraffin, sugar alcohol, gas hydrate, water, an aqueous solution of a salt, salt hydrate, a mixture of salt hydrates, a salt, a eutectic mixture salts, an alkali metal hydroxide, or mixtures containing at least one of the aforementioned PCMs. It may be advantageous for the PCM to contain sodium acetate trihydrate and / or calcium hydroxide hexahydrate.

Gelöst wird die Aufgabe des Weiteren mit einem Wärmespeicherverbundmaterial gemäß Anspruch 4. Erfindungsgemäß liegt das Wärmespeicherverbundmaterial, das expandierten Graphit und PCM enthält, in zerkleinerten Partikeln eines mit PCM infiltrierten Graphitkörpers vor. Dadurch ergeben sich die oben für das erfindungsgemäße Verfahren genannten Vorteile.The object is further achieved with a heat storage composite material according to claim 4. According to the invention, the heat storage composite material containing expanded graphite and PCM is present in comminuted particles of a graphite body infiltrated with PCM. This results in the advantages mentioned above for the method according to the invention.

Vorzugsweise besitzt das Wärmespeicherverbundmaterial einen Anteil an PCM über 60 Gew.-%, insbesondere über 70 Gew.-%, insbesondere über 80 Gew.-%. Derart hohe PCM-Anteile sind im Gegensatz zum Stand der Technik möglich, ohne dass es zu Entmischungen von PCM und Graphit kommt.The heat storage composite material preferably has a proportion of PCM of more than 60% by weight, in particular more than 70% by weight, in particular more than 80% by weight. Such high PCM levels are possible in contrast to the prior art, without causing segregation of PCM and graphite.

Es kann vorteilhaft sein, dass die Partikel eine mittlere Korngröße d50 zwischen 5 μm und 5 mm, insbesondere zwischen 30 μm und 1,5 mm, insbesondere zwischen 200 μm und 0,5 mm besitzen.It may be advantageous for the particles to have an average particle size d50 between 5 μm and 5 mm, in particular between 30 μm and 1.5 mm, in particular between 200 μm and 0.5 mm.

Vorteilhafterweise besitzen die Partikel des Wärmespeicherverbundmaterials eine Rieselfähigkeit. Dies hat den Vorteil, dass sich das Wärmespeicherverbundmaterial in eine nahezu beliebig geformte Form schütten lässt und in einer solchen Form bereits alleine durch das Einschütten in einer hohen relativen Schüttdichte vorliegen kann.Advantageously, the particles of the heat storage composite material have a flowability. This has the advantage that the heat storage composite material can be poured into a virtually arbitrarily shaped mold and can already be present in such a form by pouring in a high relative bulk density.

Vorzugsweise besitzt das Wärmespeicherverbundmaterial eine Rieselfähigkeit, obwohl das PCM zumindest teilweise in flüssiger Form vorliegt. Vermutlich ist ein Porensystem im expandierten Graphit derart ausgebildet, dass sich das PCM von einer Oberfläche der EG-Partikel in ein Inneres des EG-Partikels zieht, so dass die Oberfläche im Wesentlichen trocken bleibt und die Rieselfähigkeit daher zumindest im Wesentlichen erhalten bleibt.Preferably, the heat storage composite has a flowability, although the PCM is at least partially in liquid form. Presumably, a pore system in the expanded graphite is designed such that the PCM moves from a surface of the EG particles into an interior of the EC particle, so that the surface remains substantially dry and therefore the flowability is at least substantially maintained.

Erfindungsgemäß kann das Wärmespeicherverbundmaterial in Form von Partikeln unmittelbar als thermischer Speicher verwendet werden. Dazu wird das partikelförmige Wärmespeicherverbundmaterial vorteilhaft in dafür vorgesehene Hohlräume, Behälter oder ähnliches gegeben, wo beispielsweise zu speichernde und/oder abzuführende Wärme oder Kälte anfällt.According to the invention, the heat storage composite material in the form of particles can be used directly as a thermal storage. For this purpose, the particulate heat storage composite material is advantageously given in designated cavities, containers or the like, where, for example, accumulates and / or dissipated heat or cold.

Gelöst wird die zweite Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 9.The second object is achieved by a method according to claim 9.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Wärmespeicherformkörper, der Graphit und ein PCM enthält, dadurch hergestellt, dass partikelförmiges Wärmespeicherverbundmaterial, das Graphit und ein PCM enthält, insbesondere erfindungsgemäßes Wärmespeicherverbundmaterial, insbesondere hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, unter Anwendung von Wärme und/oder Druck zu einem Formkörper verfestigt wird.According to the inventive method, a heat storage molded body containing graphite and a PCM is prepared by particulate heat storage composite material containing graphite and a PCM, in particular heat storage composite material according to the invention, in particular produced by a method according to the invention, using heat and / or pressure to a Solidified body.

Dies hat den Vorteil, dass ein Formkörper erhalten wird, der wie die einzelnen Partikel aus Wärmespeicherverbundmaterial, aus dem er besteht, keine Entmischung des PCM und Graphits erfährt. Dies ist insbesondere sowohl bei der Herstellung des Formkörpers als auch bei seinem Einsatz der Fall, wo das PCM ebenfalls zumindest teilweise aufschmelzen kann.This has the advantage that a shaped body is obtained which, like the individual particles of heat storage composite material of which it consists, does not undergo segregation of the PCM and graphite. This is particularly the case both in the production of the molding and in its use, where the PCM can also at least partially melt.

Es können auch andere Partikel, die PCM und Graphit enthalten, als durch Zerkleinern eines infiltrierten Graphitkörpers erhaltene Partikel für das erfindungemäße Verfahren verwendet werden. Derartige Partikel mit Graphit und PCM können beispielsweise auch niedrigere PCM-Gehalte als 60 Gew.-% aufweisen. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn PCM und Graphit nicht zum Entmischen neigen, wie es etwa bei niedrigen PCM-Gehalten der Fall ist. Dann lassen sich herkömmlich hergestellte Partikel aus PCM und Graphit einsetzen.Other particles containing PCM and graphite may also be used as the particles obtained by comminuting an infiltrated graphite body for the process of the invention. Such particles with graphite and PCM may, for example, also have lower PCM contents than 60% by weight. This can be particularly advantageous when PCM and graphite are not prone to segregation, as is the case at low PCM levels. Then conventionally produced particles of PCM and graphite can be used.

Vorteilhaft wird das Wärmespeicherverbundmaterial vor der Anwendung von Wärme und Druck in eine Press- bzw. Gießform gegeben wird, deren Innenform der gewünschten Außenform des Formkörpers entspricht. Dadurch wird unmittelbar ein Formkörper mit vorbestimmten Außengeometrien hergestellt.Advantageously, the heat storage composite material is given prior to the application of heat and pressure in a press or casting mold whose inner shape corresponds to the desired outer shape of the shaped body. As a result, a molded body having predetermined outer geometries is produced directly.

Dies hat auch den Vorteil, dass eine Nachbearbeitung des Formkörpers nur in geringem Maße notwendig ist oder ganz entfällt.This also has the advantage that a post-processing of the molding is only necessary to a small extent or completely eliminated.

Vorzugsweise wird der Formkörper zumindest teilweise um zumindest einen Teilkörper herum ausgebildet. Dadurch lassen sich gezielt komplizierte Geometrien des Formkörpers herstellen.Preferably, the shaped body is at least partially formed around at least one partial body. As a result, it is possible to produce specifically complicated geometries of the shaped body.

Es kann vorteilhaft sein, dass durch Umformen des Teilkörpers ein Hohlraum entsteht, der zur Aufnahme eines zu temperierenden Gegenstands geeignet ist. Dadurch können in den erhaltenen Formkörper zu temperierende Gegenstände unmittelbar in Hohlräume des Formkörpers eingebracht werden, die dann unmittelbar einer Kühlung der Erwärmung ausgesetzt werden.It may be advantageous that by forming the partial body, a cavity is created, which is suitable for receiving an object to be tempered. As a result, objects to be tempered in the resulting molded body can be introduced directly into cavities of the shaped body, which are then exposed directly to cooling of the heating.

Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der Teilkörper nach der Herstellung des Formkörpers im Formkörper belassen wird.It may also be advantageous that the part body is left in the molding after the production of the molding.

Vorzugsweise besitzt der Teilkörper einen Hohlraum, der zur Aufnahme eines zu temperierenden Gegenstands geeignet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Teilkörper nicht entfernt werden muss, damit ein Hohlraum entsteht, sondern kann der Teilkörper selbst einen zu temperierenden Gegenstand aufnehmen. Zur Aufnahme einer zu kühlenden Batterie oder eine ähnlichen zylindrischen Körpers kann etwa ein Hohlzylinder eingesetzt werden, der im Formkörper belassen wird. Der Hohlzylinder wirkt zunächst formgebend, erfüllt aber auch die Aufgabe, den zu kühlenden zylindrischen Körper aufzunehmen. Preferably, the part body has a cavity which is suitable for receiving an object to be tempered. This has the advantage that the part body does not have to be removed, so that a cavity is formed, but the part body itself can accommodate an object to be tempered. For receiving a battery to be cooled or a similar cylindrical body can be used about a hollow cylinder, which is left in the molding. The hollow cylinder acts initially shaping, but also fulfills the task of receiving the cylindrical body to be cooled.

Nach einer vorteilhaften Variante wird der Teilkörper im Formkörper belassen und stellt selbst den zu temperierenden Gegenstand dar. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur kein zusätzlicher Entformungsschritt notwendig ist, sondern der zu temperierende Körper auch nicht zusätzlich eingebracht werden muss.According to an advantageous variant of the part body is left in the molding and is itself the object to be tempered dar. This has the advantage that not only no additional Entformungsschritt is necessary, but the tempering body must not be additionally introduced.

Es kann vorteilhaft sein, dass der zu temperierende Gegenstand ein mit einer Flüssigkeit oder einem Gas durchströmbare Leitung ist. Dies kann beispielsweise ein Rohr, ein Schlauch oder ähnliches sein. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Wärmeaustauscher herstellen.It may be advantageous for the object to be tempered to be a conduit through which a liquid or a gas can flow. This can be, for example, a pipe, a hose or the like. As a result, for example, a heat exchanger can be produced.

Nach einer andern vorteilhaften Ausführungsform kann der zu temperierender Gegenstand eine Batterie sein. Unter Batterie sind im Rahmen der Erfindung alle beliebigen elektrischen Energiespeicher zu verstehen, wie etwa eine Brennstoffzelle, ein Akkumulator, ein Kondensator o. ä.According to another advantageous embodiment, the object to be tempered may be a battery. In the context of the invention, the term "battery" is understood to mean any desired electrical energy store, such as a fuel cell, an accumulator, a capacitor, or the like.

Die zweite Aufgabe wird des Weiteren mit einem Wärmespeicherformkörper nach Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben. Der erfindungsgemäße, Graphit und PCM enthaltende Wärmespeicherformkörper, der insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen partikelförmigen Wärmespeicherverbundmaterial, ist unter Anwendung von Wärme und/oder Druck zu dem Formkörper verfestigt worden.The second object is further achieved with a heat storage molding according to claim 18. Advantageous embodiments are specified in the dependent subclaims. The invented graphite and PCM heat storage molded article, which is produced in particular by a method according to the invention, in particular with a particulate heat storage composite material according to the invention, has been solidified by applying heat and / or pressure to the shaped article.

Vorteilhafterweise entmischen sich das PCM und der Graphit im Formkörper im Gebrauch nicht.Advantageously, the PCM and the graphite in the molding do not segregate during use.

Insbesondere entmischen sich selbst bei einem vollständigen Aufschmelzen des PCM das PCM und der Graphit im Formkörper vorteilhafterweise nicht.In particular, even with a complete melting of the PCM, the PCM and the graphite in the molded article advantageously do not separate out.

Nach einer vorteilhaften Variante ist der Formkörper mit einer Außenhülle versehen. Dadurch kann auch bei einem vollständigen Aufschmelzen des PCM kein PCM entweichen. Der Wärmespeicherformkörper ist außerdem gegenüber äußeren Einflüssen geschützt.According to an advantageous variant of the molding is provided with an outer shell. As a result, no PCM can escape even if the PCM completely melts. The heat storage molded body is also protected against external influences.

Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der zumindest eine Teilkörper Teil der Außenhülle ist. Dadurch lassen sich Teilkörper zum Umformen mit dem Formkörper verwenden, die im Formkörper belassen werden. Entweder wird eine restliche Außenhülle mit dem Teilkörper verbunden oder die Außenhülle ist bereits beim Umformen des Formkörpers um den Teilkörper mit dem Teilkörper verbunden.It may further be advantageous that the at least one part body is part of the outer shell. As a result, partial bodies can be used for shaping with the shaped body, which are left in the shaped body. Either a remaining outer shell is connected to the body part or the outer shell is already connected to the body during the forming of the molding around the body part.

Es kann außerdem vorteilhaft sein, dass eine Innenoberfläche des Hohlraums des Teilkörpers Teil einer Außenoberfläche der Außenhülle ist.It may also be advantageous that an inner surface of the cavity of the part body is part of an outer surface of the outer shell.

Gemäß der Erfindung kann es vorteilhaft sein, einen erfindungsgemäßen Wärmespeicherkörper als thermischen Speicher, als Batteriethermierkörper, zur Klimatisierung, insbesondere von Gebäuden oder Fahrzeugen”, als Heizungsspeicher insbesondere von Gebäuden oder Fahrzeugen, wie in Zentralheizungsspeichern, als Kältespeicherungselement, als Kühlungswandelement, als Heizwandelement, insbesondere von Räumen, auch Fahrzeuginnenräumen, Kühlung von elektrischen Bauteilen, wie Batterien oder als Kühlelement von Lebensmitteln zu verwenden.According to the invention, it can be advantageous to use a heat storage body according to the invention as a thermal storage, as Batteriethermierkörper, for air conditioning, especially of buildings or vehicles, as a heater storage in particular of buildings or vehicles, as in central heating storage, as a cold storage element, as a cooling wall element, as Heizwandelement, in particular of rooms, including vehicle interiors, cooling of electrical components, such as batteries or to use as a cooling element of food.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels anhand der 1 und 2a bis 2c näher erläutert.Further advantageous embodiments and developments are described below with reference to an embodiment with reference to FIG 1 and 2a to 2c explained in more detail.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmespeicherkörpers, der als Batteriethermierkörper geeignet ist, 1 a perspective view of a heat storage body according to the invention, which is suitable as Batteriethermierkörper,

2a) bis 2c) schematisch Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Wärmespeicherformkörpers aus Wärmespeicherverbundmaterial. 2a) to 2c) schematically steps of a method according to the invention for producing a heat storage molded body made of heat storage composite material.

Ein erfindungsgemäßes Wärmespeicherverbundmaterial 1, das in Form von Partikeln 2 vorliegt, wird in den folgenden Schritten dargestellt: Naturgraphit wird auf bekannte Weise expandiert und soweit komprimiert, das ein teilkomprimierter Vorformling aus expandiertem Graphit entsteht. Dieser Vorformling wird mit einem Phasenwechselmaterial (kurz PCM) infiltriert, das bei den Infiltritationsbedingungen in flüssiger Form vorliegt. Dies ist im vorliegenden Beispiel geschmolzenes Paraffin. Geeignet sind beispielsweise aber auch Zuckeralkohole, Gashydrate, Wasser, wässrige Lösungen von Salzen, Salzhydrate, Mischungen aus Salzhydraten, Salze und eutektische Mischungen von Salzen, Alkalimetall-Hydroxide, sowie Mischungen, die zumindest eines der vorgenannten PCMs enthalten. Die Infiltrierung kann durch Tauchimprägnieren, Vakuuminfiltrieren oder andere bekannte Methoden durchgeführt werden. Es wird ein PCM-Graphit-Verbundmaterial enthalten, das die äußere Form des Vorformlings besitzt, also beispielsweise als Platte einer Dicke von 1 cm vorliegt. Die Abmessungen des Vorformlings können aber beliebig variiert werden. Durch den Pressdruck beim Komprimieren des expandierten Graphits werden verschiedene Dichten eingestellt, wie beispielsweise zwischen 0,01 g/cm3 und 0,4 g/cm3. In Abhängigkeit von der Dichte ist die offene Porosität des Vorformlings entsprechend variierbar und damit der mögliche prozentuale Gehalt an PCM im infiltrierten Wärmespeicherverbundmaterial.An inventive heat storage composite material 1 in the form of particles 2 is present, is represented in the following steps: Natural graphite is expanded in a known manner and compressed so far that creates a partially compressed preform of expanded graphite. This preform is infiltrated with a phase change material (PCM for short) which is in liquid form at the infiltration conditions. This is molten paraffin in this example. Also suitable, however, are also sugar alcohols, gas hydrates, water, aqueous solutions of salts, salt hydrates, mixtures of salt hydrates, salts and eutectic mixtures of salts, alkali metal hydroxides, and mixtures which are at least contain one of the aforementioned PCMs. The infiltration can be carried out by dip impregnation, vacuum infiltration or other known methods. It will contain a PCM graphite composite material which has the outer shape of the preform, that is, for example, as a plate of a thickness of 1 cm is present. The dimensions of the preform can be varied as desired. By pressing pressure in compressing the expanded graphite, various densities are set, such as between 0.01 g / cm 3 and 0.4 g / cm 3 . Depending on the density, the open porosity of the preform is correspondingly variable and thus the possible percentage of PCM in the infiltrated heat storage composite material.

Das erhaltene Wärmespeicherverbundmaterial wird nach dem Aushärten bzw. Verfestigen des PCM durch Abkühlen mit einer Rapsel in Partikel aufgemahlen, die eine Korngröße d50 zwischen 30 μm und 1,5 mm besitzen. In Abhängigkeit der verwendeten Maschinen, die zum Zerkleinern des Wärmespeicherverbundmaterials eingesetzt werden, lassen sich gezielt kleinere oder größere Korngrößen erzielen. Auch muss das PCM nicht notwendigerweise abgekühlt sein, bevor das Wärmespeicherverbundmaterial zu Partikeln zerkleinert wird.The resulting heat storage composite material is ground after hardening or solidifying the PCM by cooling with a Rapsel in particles having a particle size d50 between 30 microns and 1.5 mm. Depending on the machines used, which are used for crushing the heat storage composite material, targeted smaller or larger grain sizes can be achieved. Also, the PCM does not necessarily have to be cooled before the heat storage composite material is comminuted into particles.

Die erhaltenen Partikel haben die Eigenschaft, dass sie selbst ein stabiles Graphitnetzwerk des ehemaligen Vorformlings besitzen und daher das PCM stabilisiert vorliegt. Wegen der kleinen Porengröße im Graphit bleibt das PCM nach einem Aufschmelzen vermutlich durch Kapillarkräfte und Oberflächenkräfte in dem jeweiligen Partikel erhalten ohne auszufließen.The particles obtained have the property that they themselves have a stable graphite network of the former preform and therefore the PCM is stabilized. Because of the small pore size in the graphite, PCM, after reflow, is believed to be retained by capillary forces and surface forces in the particular particle without flowing out.

Dadurch sind die Partikel 2 rieselfähig und können in eine Press- bzw. Gießform 3 geschüttet werden, wie in den 2a) bis 2c) dargestellt. Danach liegen sie wegen der sehr guten Rieselfähigkeit bereits mit einer hohen Schüttdichte vor (2b). Durch Anwenden von Druck und Temperatur verbacken die einzelnen Partikel, versintern oder schmelzen auf, wodurch sie zu einem einzigen Gesamtkörper 4 verfestigt und verdichtet werden, der als Wärmespeicherformkörper 4 bezeichnet wird. Druck und Temperatur lassen sich in Abhängigkeit vom verwendeten PCM gezielt einstellen.This causes the particles 2 pourable and can in a press or casting mold 3 be poured, as in the 2a) to 2c) shown. After that, they already have a high bulk density due to their very good flowability ( 2 B ). By applying pressure and temperature, the individual particles cake, sinter, or melt, resulting in a single overall body 4 solidified and compacted, as a heat storage molded body 4 referred to as. Pressure and temperature can be adjusted depending on the PCM used.

Durch Anlegen eines Unterdrucks während des Verdichtens wird eine Porosität im erhaltenen Wärmespeicherformkörper minimiert.By applying a negative pressure during the compression, a porosity in the resulting heat storage molded body is minimized.

Dieses Verfahren ist geeignet, auch kompliziert geformte Wärmespeicherformkörper 4 herzustellen. Beispielsweise lässt sich ein Wärmespeicherformkörper 4 wie in 1 gezeigt herstellen, ohne dass mechanische Nachbearbeitungen nötig wären. Der Wärmespeicherformkörper 4 nach 1 ist ein Batterietemperierkörper, in dessen Ausnehmungen 5 Batterien (nicht dargestellt) eingebracht werden können. Von den Batterien erzeugte Wärme wird als latente Wärme vom PCM gespeichert, wobei der Graphit des Wärmespeicherformkörpers 4 den Transport der Wärme von einer Oberfläche der Batterie zum PCM beschleunigt.This method is suitable, even complicated shaped heat storage moldings 4 manufacture. For example, a heat storage molded body can be 4 as in 1 shown without mechanical reworking would be necessary. The heat storage molded body 4 to 1 is a battery tempering, in the recesses 5 Batteries (not shown) can be introduced. Heat generated by the batteries is stored as latent heat from the PCM, with the graphite of the heat storage molded body 4 accelerates the transport of heat from one surface of the battery to the PCM.

In vorliegendem Ausführungsbeispiel besitzt der Wärmespeicherformkörper 4 eine Außenhülle 6 aus Metallblech, das das Wärmespeicherverbundmaterial 1 vor äußeren Einflüssen, wie mechanischen Beschädigungen oder chemischen Einflüssen, wie von auslaufenden Batterien schützt. In den 2a) bis 2c) wird die Außenhülle 6 bereits als Press- bzw. Gießform 3 genutzt, so dass ein Entformen und Vorsehen einer zusätzlichen Außenhülle 6 entfallen. Stattdessen kann aber auch eine Form 3 genutzt werden, aus der ein erhaltener Wärmespeicherformkörper 4 entformt wird und um den anschließend eine Außenhülle 6 vorgesehen wird (nicht dargestellt).In the present embodiment, the heat storage molding has 4 an outer shell 6 made of sheet metal, which is the heat storage composite material 1 from external influences, such as mechanical damage or chemical influences, such as from leaking batteries. In the 2a) to 2c) becomes the outer shell 6 already as a press or casting mold 3 used, allowing a demolding and providing an additional outer shell 6 omitted. Instead, a form can also be used 3 be used, from the obtained heat storage moldings 4 is removed from the mold and then an outer shell 6 is provided (not shown).

Insbesondere verbleiben hohle Teilkörper 7 mit einer Ausnehmung 5, die zur Aufnahme eines zu temperierenden Körpers, wie einer Batterie, ausgebildet sind, im Formkörper 4. Im vorliegenden Beispiel sind die Teilkörper 7 Teile der Press- bzw. Gießform 3. Alternativ ließe sich eine restliche Außenhülle 6, die die Teilkörper 7 nicht integral enthält dann anschließend um den Formkörper 4 anordnen.In particular, hollow partial bodies remain 7 with a recess 5 , which are designed to receive a body to be tempered, such as a battery, in the molded body 4 , In the present example, the part bodies 7 Parts of the press or casting mold 3 , Alternatively, one could leave a remaining outer shell 6 which are the part bodies 7 not integral then contains then around the molding 4 Arrange.

In einer Variante des Ausführungsbeispiels (nicht dargestellt) werden Rohre eines Wärmetauschers mit Hilfe von erfindungsgemäßen Partikeln wie oben für die Teilkörper beschrieben umhüllt. Die Rohre verbleiben in dem nach Anwendung von Druck und/oder Temperatur erhaltenen Wärmespeicherformkörper. Der erhaltene Wärmespeicherformkörper 4 würde anstelle der in 1 gezeigten Ausnehmungen durchgehende Rundlöcher aufweisen.In a variant of the exemplary embodiment (not shown), tubes of a heat exchanger are enveloped with the aid of particles according to the invention as described above for the partial bodies. The tubes remain in the obtained after application of pressure and / or temperature heat storage moldings. The resulting heat storage shaped body 4 would instead of in 1 have shown recesses continuous round holes.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei sehr komplizierten Außenkonturen des herzustellenden Wärmespeicherformkörpers 4 angewandt werden, d. h. es kann bei komplex geformten Press-/Gießformen 3 angewandt werden.The inventive method can also be used for very complicated outer contours of the heat storage molding to be produced 4 can be applied, ie it can in complex shaped press / casting molds 3 be applied.

Prinzipiell lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren überall anwenden, wo Wärme und/oder Kälte abgeführt und/oder gespeichert werden soll. Da das erfindungsgemäße Wärmespeicherverbundmaterial 1 große Mengen an PCM enthalten kann, können besonders hohe Wärme- und Kältemengen gespeichert werden.In principle, the method according to the invention can be used everywhere where heat and / or cold should be dissipated and / or stored. As the heat storage composite material according to the invention 1 can contain large amounts of PCM, particularly high amounts of heat and cold can be stored.

Ein Ausbilden eines Wärmespeicherformkörpers 4 lässt sich generell mit allen Partikeln 2 aus einem PCM-Graphit-Verbund 1 herstellen. Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Partikel 2 beschränkt. Insbesondere lassen sich alle Merkmale, die aus den Ansprüchen, den Figuren und der Beschreibung beschrieben sind, beliebig kombinieren, solange sie technisch sinnvoll sind und der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgaben, die sich die Erfindung gestellt hat, dienen.Forming a heat storage molded body 4 is generally compatible with all particles 2 from a PCM graphite composite 1 produce. This method according to the invention is not based on the use of the particles according to the invention 2 limited. In particular, all the features described in the claims, the figures and the description can be combined as desired, as long as they are technically meaningful and serve the solution according to the invention of the objects which the invention has set itself.

Claims (24)

Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials mit expandiertem Graphit und Phasenwechselmaterial (PCM), dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial durch Infiltrieren eines Graphitkörpers aus zumindest teilweise komprimiertem expandiertem Graphit mit PCM im flüssigen Zustand und Zerkleinern des infiltrierten Graphitkörpers in Partikel hergestellt wird, wobei das PCM während des Zerkleinerns im festen und/oder flüssigen Zustand vorliegt.A method of making an expanded graphite and phase change material (PCM) composite, characterized in that the composite material is made by infiltrating a graphite body of at least partially compressed expanded graphite with PCM in the liquid state and crushing the infiltrated graphite body into particles, the PCM being formed during the Crushing in the solid and / or liquid state is present. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerkleinern zumindest einen der Schritte Aufmahlen, Häckseln, Shreddern, spanende Bearbeitung, wie Fräsen, Reiben oder Raspeln, umfasst.A method according to claim 1, characterized in that the crushing comprises at least one of the steps of milling, shredding, shredding, machining, such as milling, rubbing or rasping. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das PCM Paraffin, Zuckeralkohol, Gashydrat, Wasser, eine wässrige Lösung eines Salzes, Salzhydrat, eine Mischung aus Salzhydraten, ein Salz, eine eutektische Mischung von Salzen, ein Alkalimetall-Hydroxid oder Mischungen mit zumindest einem dieser PCMs enthält.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the PCM is paraffin, sugar alcohol, gas hydrate, water, an aqueous solution of a salt, salt hydrate, a mixture of salt hydrates, a salt, a eutectic mixture of salts, an alkali metal hydroxide or mixtures with contains at least one of these PCMs. Wärmespeicherverbundmaterial enthaltend expandierten Graphit und PCM, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherverbundmaterial in zerkleinerten Partikeln eines mit PCM infiltrierten Graphitkörpers vorliegt, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3.Heat storage composite material containing expanded graphite and PCM, characterized in that the heat storage composite material is present in comminuted particles of a PCM infiltrated graphite body, in particular produced by a method according to one or more of claims 1 to 3. Wärmespeicherverbundmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an PCM über 60%, insbesondere über 70%, insbesondere über 80% liegt.Heat storage composite material according to claim 4, characterized in that the proportion of PCM is more than 60%, in particular more than 70%, in particular more than 80%. Wärmespeicherverbundmaterial nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine mittlere Korngröße d50 zwischen 5 μm und 5 mm, insbesondere zwischen 30 μm und 1,5 mm, insbesondere zwischen 200 μm und 0,5 mm besitzen.Heat storage composite material according to claim 4 or 5, characterized in that the particles have a mean particle size d50 between 5 microns and 5 mm, in particular between 30 microns and 1.5 mm, in particular between 200 microns and 0.5 mm. Wärmespeicherverbundmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherverbundmaterial bei Vorliegen des PCM in fester und/oder flüssiger Form rieselfähig vorliegt.Heat storage composite material according to one or more of claims 4 to 6, characterized in that the heat storage composite material in the presence of the PCM in solid and / or liquid form is free-flowing. Verwendung des Wärmespeicherverbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7 als thermischer Speicher.Use of the heat storage composite material according to one or more of claims 4 to 7 as a thermal storage. Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeicherformkörpers, der Graphit und ein PCM enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein partikelförmiges Wärmespeicherverbundmaterial, das Graphit und ein PCM enthält, insbesondere gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, unter Anwendung von Wärme und/oder Druck zu einem Formkörper verfestigt wird.A process for the production of a heat storage shaped body containing graphite and a PCM, characterized in that a particulate heat storage composite material containing graphite and a PCM, in particular according to one or more of claims 4 to 8, in particular produced by a method according to one or more of the claims 1 to 3, is solidified using heat and / or pressure to form a shaped body. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherverbundmaterial vor der Anwendung von Wärme und Druck in eine Press- oder Gießform gegeben wird, deren Innenform der gewünschten Außenform des Formkörpers entspricht.A method according to claim 9, characterized in that the heat storage composite material is placed before the application of heat and pressure in a mold or molding whose inner shape corresponds to the desired outer shape of the shaped body. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper zumindest teilweise um zumindest einen Teilkörper herum ausgebildet wird.A method according to claim 9 or 10, characterized in that the shaped body is at least partially formed around at least one partial body. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch Umformen des Teilkörpers ein Hohlraum entsteht, der zur Aufnahme eines zu temperierenden Gegenstands geeignet ist.A method according to claim 11, characterized in that by forming the partial body, a cavity is formed, which is suitable for receiving an object to be tempered. Verfahren nach einem Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkörper nach der Herstellung des Formkörpers im Formkörper belassen wird.Method according to claim 11 and / or 12, characterized in that the partial body is left in the molded body after the production of the shaped body. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkörper einen Hohlraum besitzt, der zur Aufnahme eines zu temperierenden Gegenstands geeignet ist.Method according to one or more of claims 11 to 13, characterized in that the part body has a cavity which is suitable for receiving an object to be tempered. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkörper im Formkörper belassen wird und selbst den zu temperierenden Gegenstand darstellt.Method according to one or more of claims 11 to 14, characterized in that the part body is left in the molding and even represents the object to be tempered. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zu temperierende Gegenstand eine mit einer Flüssigkeit oder einem Gas durchströmbare Leitung ist.Method according to one or more of claims 11 to 15, characterized in that the object to be tempered is a line through which a liquid or a gas can flow. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zu temperierende Gegenstand eine Batterie ist.Method according to one or more of claims 11 to 16, characterized in that the object to be tempered is a battery. Wärmespeicherformkörper, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 17 hergestellt, der Graphit und ein PCM enthält, dadurch gekennzeichnet, dass partikelförmiges Wärmespeicherverbundmaterial, insbesondere gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, insbesondere hergestellt gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3), die Graphit und ein PCM enthalten, unter Anwendung von Wärme und/oder Druck zu dem Formkörper verfestigt worden ist.Heat storage molded article, in particular produced by a process according to one or more of claims 9 to 17, containing graphite and a PCM, characterized in that the particulate heat storage composite material, in particular according to one or more of claims 4 to 8, in particular produced according to one or more of claims 1 to 3), which contain graphite and a PCM, has been solidified by applying heat and / or pressure to the shaped body. Formkörper nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich das PCM und der Graphit im Formkörper im Gebrauch nicht entmischen.Shaped body according to claim 18, characterized in that the PCM and the graphite in the molding do not segregate during use. Formkörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich das PCM und der Graphit im Formkörper bei einem vollständigen Aufschmelzen des PCM nicht entmischen.Shaped body according to claim 19, characterized in that the PCM and the graphite in the molding do not segregate in a complete melting of the PCM. Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper mit einer Außenhülle versehen ist.Shaped body according to one or more of claims 18 to 20, characterized in that the shaped body is provided with an outer shell. Formkörper nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkörper Teil der Außenhülle ist.Shaped body according to claim 21, characterized in that the part body is part of the outer shell. Formkörper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenoberfläche des Hohlraums des Teilkörpers Teil einer Außenoberfläche der Außenhülle ist.Shaped body according to claim 22, characterized in that an inner surface of the cavity of the partial body is part of an outer surface of the outer shell. Verwendung eines Formkörpers gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 23, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 17, als thermischer Speicher, Batteriethermierkörper, zur Klimatisierung, insbesondere von Gebäuden oder Fahrzeugen, als Heizungsspeicher insbesondere in Gebäuden oder Fahrzeugen oder zur Kühlung von elektrischen Bauteilen oder von Lebensmitteln.Use of a shaped article according to one or more of claims 18 to 23, in particular produced by a method according to one or more of claims 9 to 17, as a thermal store, Batteriethermierkörper, for air conditioning, especially of buildings or vehicles, as a heater storage, especially in buildings or vehicles or for cooling electrical components or food.
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