DE102005011255A1

DE102005011255A1 - Phasenwechselmaterial

Info

Publication number: DE102005011255A1
Application number: DE200510011255
Authority: DE
Inventors: Götz LINDENBERG
Original assignee: RUBITHERM GmbH
Current assignee: RUBITHERM GmbH
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21
Also published as: WO2006094953A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Phasenwechselmaterial, bestehend aus einem Gemisch aus Calciumchlorid-6-Hydrat, Calciumchlorid-4-Hydrat, Harnstoff und Wasser, wobei die Anteile so gewählt sind, dass eine Schmelz-/Verfestigungstemperatur im Bereich von 18 DEG C bis 24 DEG C eingestellt ist. Insbesondere weist das Gemisch ein molares Mischungsverhältnis von Calciumchlorid zu Harnstoff zu Wasser von 3 : 2 : 14 auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Phasenwechselmaterial, wie es für Latentwärmespeicher-Anwendungen eingesetzt wird.

Latentwärmespeichermaterialien auf Basis eines Salzes, insbesondere eines Salzhydrates, sind bereits seit langem bekannt. Bei salzbasierten Latentwärmespeichermaterialien stellt sich allerdings das Problem des Temperaturverzuges beim Verfestigen. Man spricht hier von Unterkühlung. Beim Verfestigen wird bei Latentwärmespeicher-Anwendungen bekanntlich eine hohe Wärmemenge bei – ideal – praktisch konstanter Temperatur abgegeben. Es sind nun bei salzbasierten Latentwärmespeichermaterialien Temperaturunterschiede von 5–10 und manchmal mehr Grad im Vergleich zu der Auslegetemperatur bzw. vorhergesagten Temperatur, bei welcher die Verfestigung eigentlich eintreten sollte, beobachtet worden. Insbesondere für eine Verwendung in der Gebäude- bzw. Raumklimatisierung bedeutet dies angesichts der damit verbundenen Unterschiede in den tatsächlichen Temperaturniveaus beim Ausspeichern von Wärme, dass solche Latentwärmespeichermaterialien nicht anwendbar sind.

Es kommt hinzu, dass paraffinbasierte Latentwärmespeichermaterialien, die in gleicher Weise seit langem bekannt sind, nicht immer den gegebenen Vorschriften, insbesondere gebäudetechnischen Vorschriften (Brandgefahr) genügen können.

Aus der WO 2004/061044 ist es bekannt, bei einem auf einem salzbasierenden Latentwärmespeichermaterial einen Anteil von Paraffin vorzusehen, der das Problem der genannten Temperaturunterschiede dadurch wesentlich reduzierte, dass aufgrund einer Keimbildung eine sehr gleichmäßige Kristallisation erreicht wird und die genannten "Unterkühlungseffekte" so in großem Maße unterdrückt werden.

Andererseits besteht aber weiterhin auch ein Bedürfnis an einem Latentwärmespeichermaterial als solchem, insbesondere einem salzbasierten Latentwärmespeichermaterial, das praktisch ohne den genannten Temperaturverzug verfestigt und vorteilhafterweise auch wieder verflüssigt. Insbesondere soll ein Latentwärmespeichermaterial angegeben werden, das für eine Klimatisierungsanwendung bei 22°C gekühlt werden kann (Wärmeausspeicherung) und bei 23°C aufgewärmt werden kann.

Diese Aufgabe ist zunächst und im Wesentlichen beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass das Phasenwechselmaterial aus einem Gemisch aus Calciumchlorid-6-Hydrat, Calciumchlorid-4-Hydrat, Harnstoff und Wasser besteht, wobei die Anteile so gewählt sind, dass eine Schmelz-/bzw. Verfestigungstemperatur im Bereich von 18 bis 24°C eingestellt ist. Überraschend wurde gefunden, dass eine Mischung aus den genannten Bestandteilen zu einem Phasenwechselmaterial führt, das bei einer vorhersagbaren Temperatur verflüssigt bzw. wieder verfestigt. Hierbei lässt sich durch einfache Einstellung der Mischung auch eine unterschiedliche Verflüssigungs- bzw. Verfestigungstemperatur, nämlich in dem genannten Bereich von 18 bis 24°C einstellen. Dies ist aber genau derjenige Temperaturbereich, der für eine Klimatisierungs-Anwendung wesentlich ist.

Weiter bevorzugt sind die Anteile des Gemisches so gewählt, dass die Aufschmelzung bzw. Verfestigung im Bereich eines Eutektikums erfolgt. Das bevorzugt angestrebte Temperaturinterval bezüglich Aus- und Einspeichern von Wärme, 22 und 23°C, lässt sich praktisch nur durch das angegebene Eutektikum erreichen. Dieser aus der Legierungslehre bekannte Begriff besagt, dass bei Gemischen mit unterschiedlichen Bestandteilen sich einheitlich (kleine) Kristalle bilden, wenn ein ganz bestimmtes Mischungsverhältnis eingestellt ist. Diese sind klein gegenüber den Kristallen der jeweils reinen Bestandteile, wenn diese jeweils alleine das (Phasenwechsel-) Material bilden würden. Zwar sind die Kristalle in der Regel auch bei einer grundsätzlich vorliegenden Mischung verschiedener Bestandteile nur aus einer der Komponenten aufgebaut. Dadurch, dass sie im Bereich des Eutektikums aber praktisch gleichzeitig – beim Verfestigen – zu wachsen beginnen, haben sie alle etwa eine gleiche Größe.

In weiterer Einzelheit ist auch bevorzugt, dass das Gemisch ein molares Mischungsverhältnis von Calciumchlorid zu Harnstoff und zu Wasser aufweist wie 3:2:14.

Auf 100 Masseteile Calciumchlorid können 73,4 bis 78 Masseteile Wasser und 34,9 bis 37,1 Masseteile Harnstoff entfallen.

Hierbei können allerdings die Mischungen einer Toleranz hinsichtlich der einzelnen Bestandteile, jeweils bezogen auf die Gesamtmischung, von +/– 5%, bevorzugt von +/– 3% aufweisen. Andererseits ist die Grenze dieser Mischungstoleranz in der Regel dadurch gegeben, dass das Eutektikum, das angestrebt ist, deutlich verlassen ist, sich also nicht mehr die gewünschte enge Toleranz zwischen Ein- und Ausspeicherungstemperatur ergibt.

Nachstehend sind einige Mischungsbeispiele angegeben:

1. Bei einem Gemisch mit 100 Masseteilen wasserfreies Calciumchlorid, 75,7 Masseteilen Wasser und 36 Masseteilen Harnstoff wurde ein Schmelzpunkt von 22,5°C erhalten.
2. Bei einem Gemisch mit den vorstehend angegebenen Anteilen an Calciumchlorid, Wasser und Harnstoff und einem zusätzlichen Zusatz von Paraffin mit Emulgator, in einem Anteil von 13,5 Masseteilen, wurde gleichfalls ein Schmelzpunkt von 22,5°C erreicht.
3. Bei einem Gemisch mit einer Zusammensetzung von 100 Masseteilen wasserfreies Calciumchlorid, 75,7 Masseteilen Wasser und 36 Masseteilen Harnstoff sowie 2,2 Masseteilen Propandiol und 13,5 Masseteilen Paraffin-Emulgator-Zusatz, wurde ein Schmelzpunkt von 21,5°C erreicht.
4. Bei einer Mischung von 100 Teilen massefreiem Calciumchlorid, 75,7 Masseteilen Wasser und 36 Masseteilen Harnstoff sowie 4,4 Masseteilen Propandiol und 13,5 Masseteilen Paraffin-Emulgator-Zusatz, wurde ein Schmelzpunkt von 20,5°C erreicht.

Der genannte Paraffin-Emulgator-Zusatz, ist eine solche Mischung wie sie hinsichtlich Paraffin und Emulgator in der WO 2004/061044 beschrieben ist.
Eine zeichnerische Darstellung eines solchen eutektischen Gemisches mit der spezifischen Enthalpie aufgetragen über die Schmelztemperatur ist als Anlage beigefügt. Es ist zu erkennen, dass die Speicherung der Wärme (Enthalpie) auf einen eng begrenzten Temperaturbereich, nämlich bei dem dargestellten Beispielzwischen ca. 22,5 und 24,5°C begrenzt ist.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

Phasenwechselmaterial bestehend aus einem Gemisch aus Calciumchlorid-6-Hydrat, Calciumchlorid-4-Hydrat, Harnstoff und Wasser, wobei die Anteile so gewählt sind, dass eine Schmelz-/Verfestigungstemperatur im Bereich von 18°C bis 24°C eingestellt ist.
Phasenwechselmaterial nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile des Gemisches so gewählt sind, dass die Aufschmelzung/Verfestigung im Bereich eines Eutektikums erfolgt.
Phasenwechselmaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch ein molares Mischungsverhältnis von Calciumchlorid zu Harnstoff zu Wasser von 3:2:14 aufweist.
Phasenwechselmaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass auf 100 Masseteile Calciumchlorid 73,4 bis 78 Masseteile Wasser und 34,9 bis 37,1 Masseteile Harnstoff entfällt.
Phasenwechselmaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich der genannten Bestandteile eine Mischungstoleranz, jeweils bezogen auf die Gesamtmischung, von +/– 5%, bevorzugt von +/– 3% eingehalten ist.