Wärmespeicher-Verbundmaterial

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmespeicher- Verbundmaterial, ein Verfahren für dessen Herstellung und eine Wärmespeicher-Vorrichtung .

Die effektive Speicherung von Wärme ist unter anderem notwendig, um den nutzbringenden Verbrauch der Wärme zeitlich von der Wärmeerzeugung abzukoppeln. Dazu ist es erforderlich, Speichermedien einzusetzen, die eine hohe Wärmekapazität bzw. Wärme- speicherkapazität aufweisen. Die bisher bekannten wärmespeichernden Vorrichtungen und Materialien besitzen häufig unzureichende Wärmespeicherkapazitäten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Wärmespeichermaterialien, Verfahren zu ihrer Herstellung und Wärmespeicher-Vorrichtungen anzubieten, die hohe Wärmekapazitäten bzw. Wärmespeicherkapazitäten aufweisen .

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 12, 20, 26 und 34.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein Wärmespeicher-Verbundmaterial bereitgestellt, umfassend: β eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln; und • ein thermisch leitfähiges Material.

Die Kohlenstoffpartikel können durch das thermisch leitfähige Material hindurch verteilt sein. Die Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln kann Räume zwischen den Partikeln begrenzen, und das thermisch leitfähige Material kann zumindest einige der Räume einnehmen, optional alle der Räume. Das Wärmespeicher- Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung kann ein thermisch leitfähiges Material mit Kohlenstoffpartikel in diesem umfassen. Die Kohlenstoffpartikel können im Wesentlichen homogen im thermisch leitfähigen Material verteilt sein.

Die folgenden Optionen stehen für diese Ausführungsform entweder einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Verfügung.

Der Kohlenstoff der Kohlenstoffpartikel kann eine Reinheit von zumindest zirka 99 Gewichtsprozent oder von zumindest zirka 99,9 Gewichtsprozent aufweisen. Er kann in der Form von Graphit vorliegen.

Der mittlere Partikeldurchmesser der Kohlenstoffpartikel kann kleiner als zirka 2 mm oder kleiner als zirka 1 mm oder kleiner als zirka 500, 200 oder 100 μm sein. Die Kohlenstoffpartikel

können eine breite Partikelgroßenverteilung haben. Die Gewichts- Durchschnittspartikelgroße der Kohlenstoffpartikel, geteilt durch ihre Anzahl-Durchschnittspartikelgroße, kann großer sein als zirka 3 oder großer als zirka 5 oder großer als zirka 10. Die Kohlenstoffpartikel können im Wesentlichen sphärisch sein.

Das Warmespeicher-Verbundmaterial kann zumindest zirka 50 Volumenprozent Kohlenstoff, oder zumindest zirka 60, 70 oder 80 Volumenprozent Kohlenstoffpartikel umfassen.

Das thermisch leitfahige Material kann eine Leitfähigkeit von zumindest zirka 3W/cm K bei 300K haben. Es kann ein Metall oder eine Metallegierung sein. Es kann zum Beispiel Kupfer, Silber oder eine Kupfer-Silberlegierung sein.

Im Wesentlichen alle der Räume können durch das thermisch leitfahige Material eingenommen werden.

Bei einer Ausfuhrungsform wird ein Warmespeicher- Verbundmaterial bereitgestellt, umfassend:

• eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln; und

• ein thermisch leitfahiges Material, wobei die Kohlenstoffpartikel durch das thermisch leitfahige Material hindurch verteilt sind.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform wird ein Warmespeicher- Verbundmaterial bereitgestellt, umfassend:

• eine Vielzahl von im Wesentlichen sphärischen Kohlenstoff- partikeln, die einen mittleren Durchmesser von weniger als zirka 2 mm aufweisen; und

• ein thermisch leitfahiges Material, wobei die Kohlenstoffpartikel durch das thermisch leitfahige Material hindurch verteilt sind.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform wird ein Warmespeicher- Verbundmaterial bereitgestellt, umfassend: β eine Vielzahl von im Wesentlichen sphärischen Kohlenstoffpartikeln, die einen mittleren Durchmesser von weniger als zirka 2 mm aufweisen; und

• ein Metall oder eine Metalllegierung mit einer thermischen Leitfähigkeit von zumindest zirka 3W/cm K bei 300K, wobei die Kohlenstoffpartikel durch das thermisch leitfahige Material hindurch verteilt sind.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform wird ein Warmespeicher- Verbundmaterial bereitgestellt, umfassend:

» eine Vielzahl von im Wesentlichen sphärischen Kohlenstoffpartikeln, die einen mittleren Durchmesser von weniger als zirka 2 mm aufweisen; und β ein Metall oder eine Metalllegierung mit einer thermischen Leitfähigkeit von zumindest zirka 3W/cm K bei 300K, wobei die Kohlenstoffpartikel durch das thermisch leitfahige Material hindurch verteilt sind und wobei das Warmespeicher- Verbundmaterial zumindest zirka 70 Volumenprozent Kohlenstoff umfasst .

Bei einer zweiten äusfuhrungsform der Erfindung wird ein War- mespeicher-Block bereitgestellt, welcher das Warmespeicher- Verbundmaterial der ersten Ausfuhrungsform umfasst.

Die folgenden Optionen stehen für diese Ausfuhrungsform entweder einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Verfugung.

Der Warmespeicher-Block kann eine äußere Schicht umfassen, die aus einer Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen besteht. Die Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen kann in hohem Maße poliert sein. Das geringe thermische Emissionsvermögen kann niedriger sein als zirka 0,05 bei der Betriebstemperatur des Blocks. Die Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen kann die gleiche sein wie das thermisch leitfahige Material.

Der Warmespeicher-Block kann die Form eines rechteckigen Pa- rallelepipeds haben, zum Beispiel eines Wurfeis.

Der Warmespexcher-Block kann eine Warmekammer für die Aufnahme einer Substanz zur Erwärmung durch den Warmespeicher-Block umfassen. Die Warmekammer kann so gestaltet sein, dass die Substanz durch den Warmeblock hindurch gehen kann und dadurch die Substanz erwärmt.

Der Warmespeicher-Block kann zusätzlich eine Heizvorπch- tungskomponente für das Erwarmen des Warmespeicher- Verbundmaterials umfassen. Die Heizvorπchtungskomponente kann ein elektrisches Element, eine Leitung für eine Warmetausch- flussigkeit oder eine andere Heizvorrichtungskomponente umfassen .

Bei einer Ausfuhrungsform wird ein Wärmespeicher-Block bereitgestellt, umfassend das Warmespeicher-Verbundmaterial der ersten Aus führungsform, wobei der Block eine äußere Schicht umfasst, die aus einer hochgradig polierten Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen besteht.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Wärmespeicher- Block bereitgestellt, umfassend das Wärmespeicher- Verbundmaterial der ersten Ausführungsform, wobei der Block eine äußere Schicht umfasst, die aus dem thermisch leitfähigen Material besteht, wobei das thermisch leitfähige Material hochgradig poliert ist und ein geringes thermisches Emissionsvermögen aufweist.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Wärmespeicher- Block in Form eines rechteckigen Parallelepipeds bereitgestellt, umfassend eine Wärmekammer, die so gestaltet ist, dass eine Substanz durch den Wärmeblock hindurch gehen kann und dadurch die Substanz erwärmt wird, wobei der Block das Wärmespeicher-Verbundmaterial der ersten Ausführungsform umfasst und eine äußere Schicht, die aus dem thermisch leitfähigen Material besteht, wobei das thermisch leitfähige Material hochgradig poliert ist und ein geringes thermisches Emissionsvermögen aufweist.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Wärmespeicher- Block bereitgestellt, umfassend das Wärmespeicher- Verbundmaterial der ersten Ausführungs form und eine Heizvor- richtungskomponente für das Erwärmen des ξpeicherungsblocks, wobei der Block eine äußere Schicht umfasst, die aus einer hochgradig polierten Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen besteht.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Wärmespeicher- Block in Form eines rechteckigen Parallelepipeds bereitgestellt, umfassend eine Wärmekammer, die so gestaltet ist, dass eine Substanz durch den Wärmeblock hindurch gehen kann und dadurch die Substanz erwärmt wird, wobei der Block im Wesentlichen aus dem Wärmespeicher-Verbundmaterial der ersten Ausfüh- rungsform besteht, und eine äußere Schicht, die aus dem thermisch leitfähigen Material besteht, wobei das thermisch leitfähige Material hochgradig poliert ist und ein geringes thermisches Emissionsvermögen aufweist.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird eine Wärmespeicher-Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:

• einen Wärmespeicher-Block nach der zweiten Ausführungsform, montiert in einem Bereich von niedrigem Druck; und β eine Heizvorrichtung für das Erwärmen des Wärmespeicher- Blocks .

Die folgenden Optionen stehen für diese Ausführungsform entweder einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Verfügung .

Der geringe Druck kann niedriger als zirka 0,01 Atmosphären sein .

Der Wärmespeicher-Block kann im Bereich des niedrigen Drucks mit Hilfe eines Wärmeisolators montiert sein. Der Wärmeisolator kann eine thermische Leitfähigkeit von weniger als zirka 0.5 W/cm K bei 373K haben. Der Wärmeisolator kann Elektrokorund oder ausgerichtetes Graphit oder beides umfassen.

Die Heizvorrichtung kann eine elektrische Heizvorrichtung umfassen, eine Heizvorrichtung auf der Grundlage einer Wärme- tauschflüssigkeit, eine Induktionsheizvorrichtung, eine Wirbel- stromheizvorrichtung oder eine andere Heizvorrichtung.

Bei einer Ausführungsform wird eine Wärmespeicher-Vorrichtung bereitgestellt, umfassend: β einen Wärmespeicher-Block gemäß der zweiten Ausführungsform, montiert in einem Bereich von weniger als zirka 0,01 Atmosphären; und

• eine Heizvorrichtung für das Erwärmen des Wärmespeicher- Blocks .

Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Wärmespeicher- Vorrichtung bereitgestellt, umfassend: β einen Wärmespeicher-Block gemäß der zweiten Ausführungsform, montiert in einem Bereich von weniger als zirka 0,01 Atmosphären mit Hilfe eines Wärmeisolators, der eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als zirka 0.5 W/cm K bei 373K aufweist; und

• eine Heizvorrichtung für das Erwärmen des Wärmespeicher- Blocks .

Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Wärmespeicher- Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:

• einen Wärmespeicher-Block gemäß der zweiten Ausführungs- form, montiert in einem Bereich von weniger als zirka 0,01 Atmosphären mit Hilfe eines Wärmeisolators, der eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als zirka 0.5 W/crn K bei 373K aufweist; und β eine Wirbelstromheizvorrichtung für das Erwärmen des Wärmespeicher-Blocks .

Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung eines Wärmespeicher-Verbundmaterials bereitgestellt, umfassend:

• Kombinieren einer Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln und eines thermisch leitfähigen Materials für die Ausbildung eines Gemisches; und

« Erwärmen des Gemisches in einem Teilvakuum auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermisch leitfähigen Materials .

Das Teilvakuum kann auf das Gemisch aufgebracht werden, ehe das thermisch leitfähige Material auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes gebracht wird. Das Gemisch kann im Wesentlichen homogen sein. Vor dem Schritt des Erwärmens kann das thermisch leitfähige Material in Partikelform vorliegen. Die Partikel des thermisch leitfähigen Materials können einen mittleren Durchmesser von weniger als zirka 20 um aufweisen. Das Wärmespeicher-Verbundmaterial kann gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung sein. Die oben für die erste Ausfüh- rungsform beschriebenen Optionen können ebenfalls, wo dies geeignet ist, auf die vierte Ausführungsform angewandt werden.

Die Erfindung stellt ebenfalls ein Wärmespeicher- Verbundmaterial bereit, das gemäß dem Verfahren der vierten Ausführungsform hergestellt worden ist.

Bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung eines Wärmespeicher-Blocks bereitgestellt, umfassend: β Herstellung eines Wärmespeicher-Verbundmaterials gemäß dem Verfahren der vierten Aus führungsform und

• Ausbilden des Wärmespeicher-Verbundmaterials zu einer gewünschten Form.

Der Wärmespeicher-Block kann gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung sein. Die oben für die zweite Ausführungsform beschriebenen Optionen können ebenfalls, wo dies geeignet ist, auf die vierte Ausführungsform Anwendung finden.

Die folgenden Optionen stehen für diese Ausführungsform entweder einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Verfügung .

Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt des Aufbringens einer Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen auf eine äußere Oberfläche der Form umfassen. Dieser Schritt kann das Aufsprühen eines Films der Substanz auf die äußere Oberfläche umfassen. Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt des Polierens der Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen auf der äußeren Oberfläche umfassen.

Die gewünschte Form kann ein rechteckiges Parallelepiped, zum Beispiel ein Würfel sein.

Die gewünschte Form kann eine Wärmekammer für die Aufnahme einer Substanz zur Erwärmung durch den Wärmespeicher-Block umfassen. Die Wärmekammer kann einen Konus oder einen Zylinder umfassen, die im Wesentlichen vertikal durch den Block hindurch gehen .

Das Verfahren kann das Einfügen einer Heizvorrichtungskompo- nente in den Wärmespeicher-Block umfassen.

Bei einer Ausführungs form wird ein Verfahren für die Herstellung eines Wärmespeicher-Blocks bereitgestellt, umfassend: β Herstellung eines Warmespeicher-Verbundmaterials gemäß dem Verfahren der vierten Aus führungsform;

» Ausbilden des Wärmespeicher-Verbundmaterials zu einer gewünschten Form; und β Aufbringen einer Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen auf eine äußere Oberfläche der Form.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren für die Herstellung eines Wärmespeicher-Blocks bereitgestellt _r umfassend:

• Herstellung eines Warmespeicher-Verbundmaterials gemäß dem Verfahren der vierten Ausführungsform;

• Ausbilden des Warmespeicher-Verbundmaterials zu einem rechteckigen Parallelepiped, das einen Konus oder einen Zylinder umfasst, die im Wesentlichen vertikal durch das rechteckige Parallelepiped hindurch gehen; und

• Aufbringen einer Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen auf eine äußere Oberfläche des rechteckigen Pa- rallelepipeds .

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren für die Herstellung eines Wärmespeicher-Blocks bereitgestellt, umfassend:

• Herstellung eines Warmespeicher-Verbundmatexials gemäß dem Verfahren der vierten äusführungsform; β Ausbilden des Warmespeicher-Verbundmaterials zu einer gewünschten Form;

• Einfügen einer Heizvorrichtungskomponente in den Warmespei- cher-Block; und β Aufbringen einer Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen auf eine äußere Oberfläche der Form.

Die Erfindung stellt ebenfalls einen Wärmespeicher-Blαck bereit, hergestellt gemäß dem Verfahren der fünften Ausführungsform.

Bei einer sechsten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung einer Wärmespeicher-Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:

• Bereitstellen eines Wärmespeicher-Blocks gemäß der Erfindung;

« Bereitstellen einer Heizvorrichtung für das Erwärmen des Wärmespeicher-Blocks ;

• Montieren des Wärmespeicher-Blocks im Inneren einer Kammer; und

• Entfernen von zumindest einem Teil des Gases im Inneren der Kammer, um einen Bereich von niedrigem Druck zu schaffen, der den Wärmespeicher-Block umgibt.

Die folgenden Optionen stehen für diese Ausführungsform entweder einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Verfügung .

Das Montieren kann die Bereitstellung von Befestigungen umfassen, die aus einem Wärmeisolator hergestellt werden.

Der Schritt der Bereitstellung des Wärmespeicher-Blocks kann die Herstellung des Wärmespeicher-Blocks unter Nutzung des Verfahrens der fünften Ausführungsform umfassen.

Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren für die Herstellung einer Wärmespeicher-Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:

• Herstellung eines Wärmespeicher-Blocks unter Nutzung des Verfahrens der fünften Ausführungsform;

• Bereitstellung einer Heizvorrichtung für das Erwärmen des Wärmespeicher-Blocks; β Montieren des Wärmespeicher-Blocks im Inneren einer Kammer; und

• Entfernen von zumindest einem Teil des Gases im Inneren der Kammer, um einen Bereich von niedrigem Druck zu schaffen, der den Wärmespeicher-Block umgibt.

Die Erfindung stellt ebenfalls eine Wärmespeicher-Vorrichtung bereit, die gemäß dem Verfahren der sechsten Ausführungsform hergestellt wurde.

Bei einer siebenten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren für das Erwärmen einer Substanz bereitgestellt, umfassend:

a) Bereitstellen einer Warmespeicher-Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei der Warmespeicher-Block der Vorrichtung eine Temperatur oberhalb der Temperatur der Substanz hat; und b) Aussetzen der Substanz dem Warmespeicher-Block, um die Substanz zu erwarmen.

Die folgenden Optionen stehen für diese Ausfuhrungsform entweder einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Verfugung.

Schritt a) kann das Erwarmen des Warmespeicher-Blocks auf die Temperatur unter Nutzung der Heizvorrichtung umfassen.

Schritt b) kann das Hindurchfuhren der Substanz durch eine Heizkammer im Block umfassen, wobei die Kammer so gestaltet ist, dass sie das Hindurchgehen der Substanz durch den Warme- block gestattet.

Bei einer Ausfuhrungsform wird ein Verfahren für das Erwarmen einer Substanz bereitgestellt, umfassend: a) Erwarmen einer Warmespeicher-Vorrichtung gemäß der Erfindung auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur der Substanz; und b) Hindurchfuhren der Substanz durch eine Heizkammer im Block, wobei die Kammer so gestaltet ist, dass sie das Hindurchgehen der Substanz durch den Warmeblock gestattet.

Die Erfindung stellt ebenfalls eine erwärmte Substanz, erwärmt nach dem Verfahren der siebenten Ausfuhrungsform, bereit. Sie sieht ebenfalls die Nutzung einer Warmespeicher-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung oder eines Warmespeicher- Blocks gemäß der vorliegenden Erfindung oder eines Warmespei- cher-Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung für die Erwärmung einer Substanz vor.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt, lediglich beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beigefugten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Herstellung eines Warmespei- cher-Verbundmaterials, eines Warmespeicher-Blocks und einer Warmespeicher-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und

Fig. 2 eine Veranschaulichung der Nutzung der Warmespeicher- Vorrichtung von Fig. 1 für das Erwarmen einer Substanz.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Warmespeicher- Verbundmateπal, das eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln und ein thermisch leitfahiges Material umfasst, das sxch von den Kohlenstoffpartikeln unterscheidet. Im Kontext dieser Beschrei-

bung kann ein Verbundmaterial als eine Struktur oder eine Einheit angesehen werden, die aus unterschiedlichen Komponenten zusammengesetzt ist. Das Verbundmaterial kann ein Gemisch sein. Es kann ein Festkörper bei Raumtemperatur sein. Es kann ein Festkörper bei seiner maximalen Betriebstemperatur sein.

Das thermisch leitfähige Material kann eine kontinuierliche Phase darstellen. Das thermisch leitfahige Material kann die Kohlenstoffpartikel verteilt m diesem, zum Beispiel eingebettet in diesem, aufweisen. Sie können darin im Wesentlichen homogen verteilt oder eingebettet sein. Das thermisch leitfahige Material kann einen kontinuierlichen Pfad für Wärmeleitung durch das Warmespeicher-Verbundmaterial hindurch ausbilden. Die Kohlenstoffpartikel können eine diskontinuierliche Phase innerhalb der kontinuierlichen Phase des thermisch leitfahigen Materials darstellen. Somit kann das Wärmespeicher-Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung das thermisch leitfahige Material mit Kohlenstoffpartikeln in diesem, optional in diesem homogen verteilt, umfassen. Beim Warmespeicher-Verbundmaterial der Erfindung können die Kohlenstoffpartikel als Warmespeicherberei- che dienen, und das thermisch leitfahige Material kann dazu dienen, Warme hin zu den Kohlenstoffpartikeln zu leiten, wenn das Warmespeicher-Verbundmaterial erwärmt wird, und Warme weg von den Kohlenstoffpartikeln hin zu einer Substanz zu leiten, die erwärmt werden soll, wenn das Warmespeicher-Verbundmaterial genutzt wird, um die Substanz zu erwarmen.

Bei der Erfindung kann es von Vorteil sein, Kohlenstoff hoher Reinheit zu verwenden. Verunreinigungen im Kohlenstoff können die Wärmekapazität des Blocks verringern, und sie können bei hohen Temperaturen, die wahrend der Nutzung des Warmespeicher- Verbundmaterials erreicht wird, zerfallen, um die Integrität des Verbundmaterials zu beeinträchtigen und/oder um unerwünschte (zum Beispiel schädliche) Produkte zu erzeugen. Der Kohlenstoff der Kohlenstoffpartikel kann eine Reinheit von zumindest zirka 99 Gewichtsprozent, oder von zumindest zirka 99,5, 99,9, 99,95 oder 99,99% Gewichtsprozent, zum Beispiel von zirka 99, 99,1, 99,2, 99,3, 99,4, 99,5, 99,6, 99,7, 99,8, 99,9, 99,91, 99,92, 99,93, 99,94, 99,95, 99,96, 99,97, 99,98, 99,99 oder mehr als 99,99% haben. Er kann in der Form von Graphit oder einer anderen Art des Kohlenstoffs vorliegen, zum Beispiel als Anthrazit hoher Reinheit. Dies kann zum Beispiel erzielt werden durch das Verfahren von WO03/074639, dessen Inhalt hierin durch Querverweis aufgenommen wird.

Die Kohlenstoffpartikel sind vorzugsweise kleine Partikel. Je kleiner die Partikel sind, desto großer ist der Oberflachenbe-

reich von Partikeln in einem bestimmten Volumen von Wärmespeicher--Verbundmaterial, und daher desto besser die Wärmeübertragung zwischen den Kohlenstoffpartikeln und dem thermisch leitfähigen Material. Der mittlere Partikeldurchmesser (Gewichts- durchschnitt oder Anzahldurchschnitt) der Kohlenstoffpartikel kann geringer sein als zirka 2 mm, oder geringer als zirka 1 mm, oder geringer als zirka 500, 200, 100, 50, 20 oder 10 μm, oder von zirka 1 μm bis zirka 2 mm, oder von zirka 10 μm bis 2 mm, 50 μm bis 2 mm, 100 μm bis 2 mm, 500 μm bis 2 mm, 1 bis 2 mm, 10 μm bis 1 mm, 10 bis 500 μm, 10 bis 100 μm, 10 bis 50 μm, 10 μm bis 1 mm, 10 bis 500 μm, 10 bis 200 μm, 10 bis 100 μm, 100 bis 500 μm, 50 bis 50 μm oder 50 bis 200 μm, zum Beispiel zirka 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900 oder 950 μm, oder zirka 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 oder 2 mm. In diesem Kontext wird der Partikeldurchmesser eines nicht-sphärischen Partikels als mittlerer Durchmesser des Partikels betrachtet. Die Kohlenstoffpartikel können eine breite Partikelgrόßenver- teilung aufweisen. Dies kann das Packen der Partikel erleichtern, da kleinere Partikel in die Räume zwischen größeren Partikeln hinein passen können. Dies ermöglicht wiederum einen höheren Anteil von Kohlenstoffpartikeln in dem Wärmespeicher- Verbundmaterial, wodurch eine höhere Wärmekapazität des Verbundmaterials erzielt werden kann. Da Kohlenstoff weniger dicht ist (d.h. ein niedrigeres spezifisches Gewicht aufweist) als die meisten geeigneten thermisch leitfähigen Materialien (von denen viele Metalle sind) , ist dieser Vorteil besonders groß auf einer Gewichtsbasis . Somit kann die vorliegende Erfindung ein Verbundmaterial von relativ geringem Gewicht bereitstellen, während geeignete Wärmespeicher- und übertragungseigenschaften im Vergleich zu Materialien des Standes der Technik bereitgestellt werden, die in der Lage sind, diese Kombination von Eigenschaften bereitzustellen. Ein Maß der Partikelgrößenvertei- lung ist die Gewichtsdurchschnitt- Partikelgröße der Kohlen- stoffpartikel, geteilt durch ihre Anzahldurchschnitts- Partikelgröße . Dieser Wert kann, für das Verbundmateπal der vorliegenden Erfindung, größer sein als zirka 3, oder großer als zirka 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, oder er kann zirka 3 bis 20, 5 bis 20, 10 bis 20, 3 bis 10, 3 bis 5 oder 5 bis 10, zum Beispiel zirka 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 sein. Um das Packen der Kohlenstoffpartikel zu erleichtern, sollten die Partikel eine geeignete Form haben. Die Kohlenstoffpartikel können im Wesentlichen sphärisch sein, oder sie können eiförmig, vielflächig sein (mit 6, 7, 8, 9, 10,

11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr als 20 Flächen) , optional regelmäßig vielflachig. In dxesem Kontext beschreibt der Begriff im Wesentlichen sphärisch einen Gegenstand ohne scharfe Kanten und einer sphärischen Gestalt von zumindest zirka 0,96, 0,97, 0,98 oder 0,99, oder von zirka 0,95 bis 1, 0,96 bis 1, 0,97 bis 1, 0,98 bis 1, 0,99 bis 1, zum Beispiel zirka 0,95, 0,96, 0,97, 0,98, 0,99 oder 1. Alternativ können die Partikel eine sphärische Gestalt von zumindest zirka 0,95, oder zumindest zirka 0,96, 0,97, 0,98 oder 0,99, oder zirka 0,95 bis 1, 0,96 bis 1, 0,97 bis 1, 0,98 bis 1, 0,99 bis 1, zum Beispiel zirka 0,95, 0,96, 0,97, 0,98, 0,99 oder 1 haben, während sie zumindest eine scharfe Kante aufweisen.

Beim Wärmespeicher-Verbundmaterial der Erfindung sorgen die Kohlenstoffpartikel für eine hohe Wärmekapazität. Das thermisch leitfähige Material zwischen den Partikeln kann eine niedrigere Wärmekapazität haben, es sorgt jedoch für gute thermische Leitfähigkeit durch das Wärmespeicher-Verbundmaterial hindurch, und bei einigen Aus führungs formen sorgt es ebenfalls für eine Be- schichtung mit niedrigem Emissionsvermögen auf der Außenseite des Verbundmaterials. Es ist daher von Vorteil, den Anteil von Kohlenstoff im Wärraespeicher-Verbundrnaterial zu erhöhen. Das Wärmespeicher-Verbundmaterial kann zumindest zirka 50 Volumenprozent Kohlenstoff umfassen, oder zumindest zirka 60, 70, 80 oder 90 Volumenprozent Kohlenstoff, oder zirka 50 bis zirka 95%, oder zirka 50 bis 90, 50 bis 80, 50 bis 70, 70 bis 95, 80 bis 95 oder 70 bis 90%, zum Beispiel zirka 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95%. Zusätzlich ist es vorzuziehen, die Menge an Gas (zum Beispiel Luft) im Wärmespeicher- Verbundmaterial zu minimieren, da Gase für eine relativ niedrige thermische Leitfähigkeit und eine relativ geringe Wärmekapazität sorgen. Es ist daher wünschenswert, dass im Wesentlichen alle Räume durch das thermisch leitfähige Material belegt werden. Zumindest zirka 80% des Volumens der Räume können durch thermisch leitfähiges Material belegt werden, oder zumindest zirka 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99, 99,5 oder 99,9% des Volumens der Räume. Zirka 80% des Volumens der Räume können durch thermisch leitfähiges Material belegt sein oder zirka 85, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 95,5, 96, 96,5, 97, 97,5, 98, 98,5, 99, 99,1, 99,2, 99,3, 99,4, 99,5 99,6, 99,7, 99,8 oder 99,9% des Volumens der Räume. Die Kohlenstoffpartikel können homogen im gesamten thermisch leitfähigen Material verteilt sein.

Das thermisch leitfahige Material kann eine Leitfähigkeit aufweisen von zumindest zirka 3W/cm K bei 300K oder bei der Betriebstemperatur des Verbundmaterials oder von zumindest 3,5, 4

oder 4,5W/cm, oder von zirka 3 bis zirka 5, oder von zirka 3,5 bis 5, 4 bis 5, 4,5 bis 5, 3,5 bis 4,5 oder von 4 bis 4,5, zum Beispiel zirka 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9 oder 5W/cm. Es kann ein Metall oder eine Metalllegierung sein, mit einem Schmelzpunkt unterhalb desjenigen von Kohlenstoff (zum Beispiel unterhalb von zirka 3500° C) . Es kann zum Beispiel Kupfer, Silber oder eine Kupfer-Silber-Legierung sein. Das thermisch leitfähige Material kann eine Reinheit von zumindest zirka 99 Gewichtsprozent haben, oder von zumindest zirka 99,5, 99,9, 99,95 oder 99,99 Gewichtsprozent, zum Beispiel zirka 99, 99,1, 99,2, 99,3, 99,4, 99,5, 99,6, 99,7, 99,8, 99,9, 99,91, 99,92, 99,93, 99,94, 99,95, 99,96, 99,97, 99,98, 99,99 oder mehr als 99,99%. Es kann so ausreichend rein sein, dass keine flüchtigen Substanzen aus diesem frei gesetzt werden, wenn das Metall auf die Betriebstemperatur des Warmespeicher-Verbundmaterials erwärmt wird.

Das Wärmespexcher-Verbundmaterial kann eine Wärmekapazität haben, die sich mit der Temperatur erhöht. Die Wärmekapazität bei 1000° C kann zumindest zirka l,5J/g K sein, oder zumindest zirka 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 oder 2J/g K, oder sie kann im Bereich von zirka 1,5 bis zirka 4J/g K liegen, oder von 1,5 bis 3, 1,5 bis 2, 2 bis 4, 3 bis 4, 2 bis 3 oder 2 bis 2,5, zum Beispiel zirka 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9 oder 4, oder sie kann großer als 4J/g K sein. Ein Block des Wärmespeicher-Verbundmaterials von 1 metrischen Tonne (d.h. 1 Tonne) kann in der Lage sein, zumindest zirka 500 kWh Wärmeenergie zu speichern, oder zumindest zirka 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 oder 1000 kWh, oder zirka 500 bis zirka 1000 kWh oder von zirka 500 bis 900, 500 bis BOO, 500 bis 700, 600 bis 1000, 700 bis 1000, 800 bis 1000, 600 bis 900 oder 600 bis 800 kWh, zum Beispiel zirka 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 oder 1000 kWh.

Das thermisch leitfähige Material sollte einen Schmelzpunkt haben, der unterhalb desjenigen der Kohlenstoffpartikel liegt. Kohlenstoff hat einen Schmelzpunkt von zirka 3 500 ^α C. Das thermisch leitfähige Material kann ebenfalls einen Schmelzpunkt oberhalb der Einsatztemperatur des thermisch leitfähigen Materials haben. üblicherweise wird die Einsatztemperatur zumindest zirka 500 ⁰ C betragen, und sie kann größer sein als zirka 600, 700, 800, 900 oder 1000° C, oder von zirka 500 bis zirka 1000° C oder von zirka 500 bis 900, 500 bis 800, 500 bis 700, 500 bis

600, 700 bis 1000 oder 600 bis 900° C, zum Beispiel zirka 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 oder 1000 ⁰ C. Die verfügbaren Einsatztemperaturen hängen vom Schmelzpunkt des thermisch leitfähigen Materials ab.

Das Warmespeicher-Verbundmaterial kann eine Dichte haben im Bereich von zirka 2 bis zirka 10g/cm ³ , oder von zxrka 2 bis 8, 2 bis 6, 2 bis 4, 2 bis 3, 2 bis 2,5, 2,5 bis 3, 2,5 bis 3,5, 4 bis 10, 6 bis 10, 4 bis 8 oder 4 bis 6 g/cm ³ , zum Beispiel zirka 2, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, 8, 8,5, 9, 9,5 oder 10 g/cm ³ , abhängig von der Art und dem Anteil des thermisch leitfähigen Materials im Wärmespeicher-Verbundmaterial . Diese Dichte kann bei jeder geeigneten Temperatur gemessen werden, zum Beispiel bei Raumtemperatur oder bei der Betriebstemperatur des Warmespeicher-Verbundmateπals {die, wie an anderer Stelle beschrieben, zirka 1000 ⁰ C oder eine andere geeignete Betriebstemperatur sein kann) .

Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls einen Wärmespeicher-Block bereit, welcher das Wärmespeicher-Verbundmaterial der Erfindung umfasst. Bei einigen Ausführungs formen besteht der Block im Wesentlichen aus dem Wärmespeicher- Verbundmaterial, d.h. es liegen keine anderen mit Absicht hinzugefügten Materialien vor. Der Wärmespeicher-Block kann eine äußere Schicht umfassen, die aus einer Substanz mit geringem thermischen Emissionsvermögen besteht. Bei einigen Ausfuhrungs- formen besteht die gesamte äußere Schicht aus einer Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen. Die äußere Oberfläche des Blocks kann hochgradig poliert sein, um ihr Emissionsvermögen zu reduzieren. Wenn die gesamte äußere Schicht aus einer Substanz mit geringem thermischen

Emissionsvermögen besteht, kann diese Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen hochgradig poliert sein. Das geringe thermische Emissionsvermögen kann geringer sein als zirka 0,05 bei der Betriebstemperatur des Blocks oder geringer als zirka 0,045, 0,04, 0,035, 0,03, 0,025 oder 0,02, oder zirka 0,02 bis 0,05, 0,03 bis 0,05, 0,04 bis 0,05, 0,02 bis 0,04, 0,02 bis 0,03 oder 0,03 bis 0,04, zum Beispiel zirka 0,02, 0,025, 0,03, 0,035, 0,04, 0,045 oder 0,05. Die Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen kann die gleiche sein wie das thermisch leitfähige Material, oder sie kann sich von dieser unterscheiden. Bei einigen Ausführuπgsfarmen ist die Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen optimiert hinsichtlich von geringem Emissionsvermögen, und das thermisch

leitfähige Material ist hinsichtlich von hoher Leitfähigkeit optimiert. Die Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen kann eine Schicht auf der Außenseite des Wärmespeicher- Blocks bilden. Die Schicht kann eine Dicke von zirka 0,1 bis zirka 10 mm haben, oder von zirka 0,1 bos 5, von 0,1 bis 2, von 0,1 bis 1, von 0,1 bis 0,5, von 0,5 bis 10, von 1 bis 10, von 2 bis 10, von 5 bis 10, von 0,5 bis 5, von 0,5 bis 2 oder von 1 bis 5 mm, zum Beispiel zirka 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 mm. Die Schicht kann eine variable Dicke aufweisen, oder sie kann von konstanter Dicke sein.

Im Kontext der vorliegenden Beschreibung verweist der Begriff "Block" auf einen festen Abschnitt des Verbundmaterials. Der Block kann flache Seiten haben, oder er kann gekrümmte Seiten haben, oder er kann einige flache und einige gekrümmte Seiten haben. Der Wärmespeicher-Block kann jede geeignete Form haben. Er kann die Form eines rechteckigen Parallelepipeds haben, einer Kugel, er kann eiförmig sein, ein Drehkörper sein, ein Konus, ein Polyeder sein {mit 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15,

16, 17, 18, 19, 20 oder mehr als 20 Flächen), optional ein regelmäßiges Polyeder, ein Zylinder (entweder mit flachen oder mit gekrümmten Enden) , ein Kegelstumpf, oder er kann eine andere geeignete Form aufweisen. Er kann länglich sein mit einem polygonalen Querschnitt, wobei das Polygon (optional ein regelmäßiges Polygon) 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,

17, 18, 19, 20 oder mehr als 20 Flächen hat. Die Abmaße des Blocks hängen von der Art seiner Verwendung ab. Die größten, die mittleren und die kleinsten Durchmesser des Blocks können, jeweils, im Bereich von zirka 10 cm bis zirka 2 m oder mehr als 2 m liegen oder im Bereich von zirka 10 cm bis 1 m, von 10 bis 50 cm, von 10 bis 20 cm, von 20 cm bis 2 m, von 50 cm bis 2 m, von 1 bis 2 m, von 20 cm bis 1 m, von 50 cm bis 1 m oder von 20 bis 50 cm, zum Beispiel zirka 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 cm, oder zirka 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 oder 2 m, natürlich vorausgesetzt, dass der größte Durchmesser größer als der kleinste Durchmesser oder diesem gleich ist, und dass der mittlere Durchmesser nicht größer als der größte Durchmesser und nicht kleiner als der kleinste Durchmesser ist. Wenn der Block getrennte Seiten hat, kann der Durchmesser jeder Seite, wie oben beschrieben, sein, oder er kann unter bestimmten Umständen kleiner sein, zum Beispiel zirka 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8 oder 9 cm.

Der Block kann eine grosse Anzahl von Kohlenstoffpartikeln umfassen. Gewöhnlich wird er zumindest zirka 10 ⁵ Kohlenstoffpar-

tikel haben, er kann jedoch bis zu zirka 10 ¹⁶ Kohlenstoffparti- kel oder mehr als 10 ¹⁶ haben, abhängig von der Größe der Partikel, ihrer Größenverteilung, von der Größe und der Form, des Blocks und der Packdichte der Partikel. Es kann zirka 10 ⁵ bis 10 ¹⁵ _r 10 ^s bis 10 ¹² , 10 ⁵ bis 10 ¹⁰ , 10 ⁵ bis 10% 10 ⁶ bis 10 ¹⁶ , 10 ^e bis 10 ¹⁶ _r 10 ¹⁰ bis 10 ^IS , 10 ¹² bis 10 ¹⁶ , 10 ⁷ bis 10 ¹² , 10 ¹⁰ bis 10 ¹⁴ , 10 ^B bis IQ ¹² oder 10 ⁸ bis 10 ^1D , zum Beispiel zirka 10 ⁵ , 10 ⁶ , ID ⁷ , 10 ^s , 10 ⁹ , 10 ¹⁰ , 10 ¹¹ , 10 ¹² , 10 ¹³ , 10", 1O ^1S oder lθ ^ie Kohlenstoffpartikel im Block geben.

Der Wärmespeicher-Block kann eine Wärmekammer für die Aufnahme einer Substanz umfassen, die vom Wärmespeicher-Block erwärmt werden soll. Die Wärmekammer kann die Form einer Vertiefung im Block haben, optional im oberen Teil des Blocks, oder die Form einer Auskehlung im Block (zum Beispiel eine V-förmige oder halbkreisförmige Auskehlung) . Sie kann durch den Block hindurch verlaufen. Sie kann horizontal hindurchgehen. Sie kann in einem Winkel zwischen der Horizontale und der Vertikale hindurch gehen (zum Beispiel 10, 20, 30, 45, 50, 60, 70 oder 80 Grad zur Horizontale) . Sie kann die Form eines Kanals durch den Block hindurch haben. Der Kanal kann gerade sein. Er kann gekrümmt sein. Er kann die Form eines spulenförmigen oder spiralförmigen Kanals durch den Block hindurch haben. Er kann einen kreisförmigen Querschnitt haben, einen polygonalen Querschnitt, einen sternförmigen Querschnitt, einen elliptischen Querschnitt, einen rechteckigen Querschnitt oder eine andere Art von Querschnitt. Der Kanal kann die Form eines Zylinders, eines Schlitzes oder eine andere Form haben. Der mittlere Durchmesser der Kammer hängt ab von der erforderlichen Durchflussgeschwindigkeit einer zu erwärmenden Substanz durch die Kammer hindurch, und von der Art (Zustand der Materie, Viskosität) der Substanz. Der mittlere Durchmesser kann im Bereich von zirka 1 bis zirka 50 mm liegen, oder von zirka 1 bis 20, 1 bis 10, 1 bis 5, 5 bis 50, 10 bis 50, 20 bis 50, 5 bis 20 oder 10 bis 20 mm, zum Beispiel zirka 1, 2, 3, 4, 5, 6, I ₁ 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 mm, obwohl er bei bestimmten Aus führungs formen größer als 50 mm oder kleiner als 1 mm sein kann. Die Oberflächen der Wärmekammer können eine Schicht der Substanz von geringem Emissionsvermögen aufweisen, oder sie können keine solche Schicht aufweisen. Sie können eine Schicht eines Materials von. hoher thermischer Leitfähigkeit haben (zum Beispiel höher als zirka 100W/m K, oder höher als zirka 110 oder 120W/m K, oder von zirka 100 bis zirka 150W/m K, oder von zirka 100 bis 130, 120 bis 150, 110 bis 130 oder 115 bis 115W/m K, zum Beispiel zirka 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145

oder 150W/m K bei 300K) . Sie können zum Beispiel eine Schicht aus Siliziumkarbid haben. Die Schicht kann so sein, wie sie zuvor für die Schicht auf der Außenflache des Blocks beschrieben wurde. Sie kann die Abmaße haben, wie sie für die Schicht auf der Außenseite des Blocks beschrieben wurden. Die Schicht sollte aus einer Substanz bestehen, die widerstandsfähig (d.h. nicht abgebaut wird, geschmolzen wird, verdampft oder anderweitig beeinträchtigt wird) gegenüber der Substanz ist, die im Warmespeicher-Block bei der Betriebstemperatur desselben erwärmt werden soll.

Bei einigen Ausfuhrungsformen kann der Warmespeicher-Block mehr als eine (zum Beispiel 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100) Warrnekammern haben. Diese können jeweils selbständige Kammern sein, wie zuvor beschrieben. Wenn mehr als eine Kammer vorhanden ist, können sie selbständig sein (d.h. nicht miteinander in Verbindung stehen) , oder sie können sich kreuzen (d.h. können miteinander in Verbindung stehen) , oder einige können sich kreuzen und einige können selbständig sein. Bei einigen Ausfuhrungsformen nehmen die Kammern die Form eines untereinander verbundenen Netzwerkes von Poren an. Der mittlere Durchmesser der Poren kann so sein, wie oben für den Durchmesser der Kammern beschrieben. Die Bereitstellung von vielfachen Warmekammern (besonders in der Form von Kanälen durch den Warmespeicher-Block hindurch) kann zu einem höheren kombinierten Oberflachenbereich der Warmekammern fuhren, im Vergleich zu einem Warmeύbertra- gungsblock mit nur einer einzigen Warmekammer. Dies fuhrt zu einer effizienteren Wärmeübertragung zu einer Substanz, die durch den Block erwärmt werden soll. Vielfache Warmekammern können jedoch jeweils einen kleineren Durchmesser haben als eine einzelne Warmekammer mit einem größeren Durchmesser. Dies kann zu einer Impedanz des Flusses der zu erwärmenden Substanz durch die Warmekammer hindurch fuhren und kann in einigen Fallen Blockierungen verursachen. Die Gestaltung und die Anzahl der Wärmekammer (n) kann durch die Art der durch den Block zu erwärmenden Substanz abhangen. Somit kann es, wenn ein Gas erwärmt werden soll, von Vorzug sein, eine grosse Anzahl von schmalen Kanälen durch den Block hindurch zu haben, die als Warmekammern funktionieren, wobei, wenn ein Pulver oder eine zähflüssige Flüssigkeit erwärmt werden soll, ein einziger Kanal (oder eine kleine Anzahl von Kanälen) mit größerem Durchmesser, die als Warmekammer funktionieren, von Vorzug sein können.

Die Warmekammer kann so gestaltet sein, dass sie es einer Substanz ermöglicht, durch den Warmeblock hindurch zu gehen,

wodurch die Substanz erwärmt wird. Die Substanz kann ein Feststoff sein. Sie kann ein Pulver sein. Sie kann eine Flüssigkeit sein. Sie kann ein Gas sein. Sie kann eine Kombination von jeweils zwei oder mehr der Obigen sein. Somit kann sie ein Spray sein, ein Aerosol, eine gasförmige Suspension, eine Emulsion, ein Schaum, etc. Sie kann eine Flüssigkeit bei der Betriebstemperatur des Blocks und ein Feststoff bei Raumtemperatur sein.

Der Wärrnespeicher-Block kann zusätzlich eine Heizvorrich- tungskomponente für das Erwärmen des Speicherungselements umfassen. Die Heizvorrichtungskomponente kann ein elektrisches Element, eine Leitung für eine Wärmetauschflüssigkeit oder eine andere Heizvorrichtungskomponente umfassen. Die Heizvorrichtungskomponente kann an eine Energiequelle angeschlossen werden. Somit kann das elektrische Element zum Beispiel an eine Quelle elektrischer Energie angeschlossen werden, so dass der Wärmespeicher-Block beim Einsatz erwärmt werden kann, indem ein elektrischer Strom durch das elektrische Element hindurch geführt wird, um zu bewirken, dass das Element den Heizvorrich- tungsblock erwärmt. Alternativ kann die Leitung an eine Quelle von heißer Wärmetauschflüssigkeit angeschlossen werden (zum Beispiel heißes Gas oder heiße Flüssigkeit) , so dass das Hindurchführen einer heißen Wärmetauschflüssigkeit von der Quelle und durch die Leitung hindurch das Erwärmen des Warmespeicher- Block bewirkt. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung (die später in dieser Beschreibung erörtert werden) hat der Wärmespeicher-Block keine Heizvorrichtungskomponente. Der Wärmeblock kann mit Vorrichtungen erwärmt werden, die keine Heizvorrichtungskomponente im und/oder auf dem Block umfassen. Er kann durch Induktion erwärmt werden.

Die Erfindung stellt ebenfalls eine Wärmespeicher-Vorrichtung bereit, die einen Wärmespeicher-Block gemäß der Erfindung um- fasst, wobei der Block in einem Bereich von niedrigem Druck montiert ist, und eine Heizvorrichtung für das Erwärmen des Wärmespeicher-Blocks .

Die Wärmespeicher-Vorrichtung kann genutzt werden für das Erwärmen einer Substanz durch das übertragen von Wärmeenergie vom Wärmespeicher-Block der Vorrichtung auf die Substanz. Es ist wünschenswert, dass Energieverluste aus dem Wärmespeicher- Block, mit Ausnahme derjenigen, die mit dem Erwärmen der Substanz verbunden sind, so niedrig wie möglich sind. Im Allgemeinen kann Wärmeverlust eintreten, entweder durch Strahlungsver- lust, Konvektionsverlust oder Leitungsverlust . üblicherweise hat der Heizvorrichtungsblock der vorliegenden Erfindung eine Außenfläche mit niedrigem Emissionsvermögen. Dies dient dazu,

ξtrahlungsverluste niedrig zu halten. Es ist vorzuziehen, dass das Montieren des Heizvorrichtungsblocks so gestaltet wird, dass die Befestigungen hochgradig isolierend sind und einen kleinstmoglichen Kontaktbereich mit dem Heizvorrichtungsblock haben, um Leitungsverluste niedrig zu halten. Bei der Wärmespeicher-Vorrichtung befindet sich der Block in einem Bereich von niedrigem Druck, wodurch Konvektionsverluste reduziert werden. Je geringer der Druck in dem Bereich ist, desto geringer ist der Konvektionsverlust . Der niedrige Druck kann geringer sein als zirka 0.01 Atmosphären, oder geringer als zirka 0,005, 0,001, 0,0005 oder 0,0001 Atmosphären, oder zirka 0,01 bis 0,0001 Atmosphären, oder zirka 0,01 bis 0,001, 0,01 bis 0,005, 0,001 bis 0,0001 oder 0,01 bis 0,0005 Atmosphären, zum Beispiel zirka 0,01, 0,005, 0,001, 0,0005 oder 0,0001 Atmosphären.

Wie oben erwähnt, kann der Wärmespeicher-Block mit Hilfe eines thermischen Isolators eingebaut werden. Der thermische Isolator kann eine thermische Leitfähigkeit von weniger als zirka 0,5 W/cm K bei 373K haben, oder weniger als zirka 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,5 oder 0,01 W/cm K, oder zirka 0,5 bis zirka 0,01, 0,2 bis 0,01, 0,1 bis 0,01, 0,05 bis 0,01, 0,5 bis 0,1, 0,5 bis 0,2, 0,2 bis 0,05 oder 0,1 bis 0,05, zum Beispiel zirka 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35, 0,4, 0,45 oder 0.5W/cm K. Der thermische Isolator kann Elektrokorund oder ausgerichtetes Graphit oder beides umfassen oder einen anderen Isolator oder eine Mischung von Isolatoren. Wie oben angemerkt, sollte der Kontaktbereich des thermischen Isolators mit dem Wärmespeicher-Block minimiert werden .

Der Wärmespeicher-Block und der Bereich des Niedrigdrucks können innerhalb einer Kammer untergebracht sein. Die Kammer kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, das fest genug ist, dem niedrigen Druck zu widerstehen. Das geeignete Material sollte nicht-porös sein, damit es ein Vakuum (oder ein Teilvakuum) halten kann. Die Kammer kann aus einem keramischen Material oder aus Stahl oder aus einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Der Mindestabstand vom Wärmespeicher- Block zu einer Innenwand der Kammer sollte ausreichend groß sein, um annehmbar niedrige Strahlungswärmeverluste beim Betrieb zu erzielen. Der Abstand kann in einem Bereich von zirka 1 bis zirka 50 cm liegen oder von zirka 2 bis 5, 5 bis 50, 10 bis 50, 20 bis 50, 1 bis 20, 1 bis 10, 1 bis 5, 5 bis 10, 5 bis 30, 10 bis 30 oder 10 bis 20 cm, zum Beispiel zirka 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 cm, oder er kann größer als 50 cm sein.

Der Abstand kann von der Große des Blocks abhangen. Die Kammer kann angeschlossen werden oder ist anschließbar an eine Vakuumquelle, zum Beispiel eine Vakuumpumpe. Die Vakuumpumpe kann eine elektrische Pumpe umfassen, eine Diffusionspumpe, eine Kolbenpumpe oder eine andere Form der Vakuumpumpe, und sie kann mehr als eine derselben umfassen.

Die Kammer kann einen thermischen Isolator umfassen, um War- meverluste aus dieser zu reduzieren. Der thermische Isolator kann sich auf der Außenseite der Kammer befinden. Er kann einer der bekannten thermischen Isolatoren sein, vorausgesetzt dass er stabil ist und nicht bis zur Einsatztemperatur der Temperaturen schmilzt, die beim Einsatz angetroffen werden. Der Isolator kann stabil sein und nicht bis zum Schmelzpunkt der thermisch leitfähigen Materials des Wärmespeicher-Verbundmateπals schmelzen .

Die Heizvorrichtung kann eine elektrische Heizvorrichtung umfassen, eine Heizvorrichtung auf der Grundlage einer Wärmetauschflüssigkeit, eine Induktions-Heizvorrichtung, eine Wirbelstrom-Heizvorrichtung oder eine andere Heizvorrichtung. Die Heizvorrichtung kann ein Heizvorrichtungselement umfassen, das sich innerhalb des Wärmespeicher-Block befindet, oder außerhalb desselben, jedoch im Kontakt mit dem Wärmespeicher-Block, oder sie kann nicht im Kontakt mit dem Wärmespeicher-Block stehen. Somit benötigt die Heizvorrichtung bei einigen Ausführungsfor- men keine Heizvorπchtungskomponente im Inneren des Wärmespei- cher-Blocks oder im Kontakt mit diesem. Zum Beispiel kann die Induktion eines Stroms im Inneren des Wärmespeicher-Blocks mit Hilfe einer Heizvorrichtung,- die sich in der Kammer oder auf der Wand der Kammer befindet, in welcher der Block untergebracht ist, die Erwärmung durch den Block bewirken.

Das Wärmespeicher-Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln und ein thermisch leitfähiges Material kombiniert werden und das sich ergebende Gemisch in einem Teilvakuum auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermisch leitfähigen Materials erwärmt wird. Dabei ist es vorzuziehen, dass das Gemisch aus thermisch leitfähigem Material und Kohlenstoffpartikeln relativ homogen vor dem Erwärmen ist. Das kann erreicht werden durch das Schuttein oder Rühren oder ein anderweitiges Rütteln des Gemisches. Alternativ oder zusätzlich kann das sich ergebende geschmolzene Gemisch, sobald das thermisch leitfahige Material geschmolzen ist, geschüttelt werden, um. seine Homogenität zu erhohen.

Vor der Ausbildung des Gemisches kann das thermisch leitfähige Material in Partikelform vorliegen. Die Partikel des thermisch leitfähigen Materials können sphärisch oder im Wesentlichen sphärisch sein oder eine andere Form haben. Sie können eine regelmäßige Form haben, oder sie können eine unregelmäßige Form haben. Die Partikel können eine schmale Form aufweisen. Die Gewichtsdurchschnitts-Partikelgröße der Kohlenstoffpartikel, geteilt durch ihre Anzahldurchschnitt-Partikelgröße kann kleiner sein als zirka 2, oder kleiner als zirka 1,8, 1,6, 1,4, 1,2 oder 1,1, zum Beispiel zirka 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 oder 2, obwohl sie in einigen Fällen größer sein kann als 2 (zum Beispiel 2 bis 3) . Der mittlere Partikeldurchmesser (Anzahldurchschnitt oder Gewichtsdurchschnitt) der Partikel des thermisch leitfähigen Materials kann kleiner sein als zirka 20 μm, oder kleiner als zirka 10, 5 oder 2 μm, oder er kann im Bereich von zirka 0,5 bis zirka 20 μm liegen, oder von zirka 0,5 bis 10, 0,5 bis 5, 0,5 bis 2, 0,5 bis 1, 1 bis 20, 5 bis 20, 10 bis 20, 1 bis 10, 5 bis 10 oder 1 bis 5 μm, zum Beispiel zirka 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, B, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 μm. Die Partikel des thermisch leitfähigen Materials können im Bereich von zirka 1 bis zirka 20 μm liegen, oder von zirka 1 bis 10, 1 bis 5, 2 bis 20, 5 bis 20, 10 bis 20, 2 bis 10, 2 bis 5 oder 5 bis 10 μm, zum Beispiel zirka 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 μm. Die Partikel aus thermisch leitfähigem Material können kleiner sein als die durchschnittliche Partikelgröße der Kohlenstoffpartikel. Wenn das thermisch leitfähige Material eine Legierung aus zwei oder mehr Metallen ist, können diese Metalle als einzelne Materialien oder als eine Legierung gemischt werden. Wenn die Metalle einzeln gemischt werden, kann jedes der Metalle so sein, wie oben beschrieben. Beim Erwärmen des Gemischs aus Metallen und Kohlenstoffpartikeln schmelzen die Metalle und verbinden sich, um die Legierung derselben zwischen den Kohlenstoffpartikeln auszubilden. Somit kann zum Beispiel, wenn das thermisch leitfähige Material des Wärmespei- cher-Verbundmaterials eine Kupfer-Silber-Legierung ist, das Wärmespeicher-Verbundmaterial hergestellt werden, indem KohlenstoffPartikel, Kupferpartikel und Silberpartikel kombiniert werden und das sich ergebende Gemisch unter einem Teilvakuum auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur erwärmt wird, die erforderlich ist, um eine geschmolzene Legierung aus Kupfer und Silber auszubilden. Alternativ kann es hergestellt werden, indem. Kohlenstoffpartikel mit Partikeln einer Kupfer-Silber- Legierung kombiniert werden und das sich ergebende Gemisch un-

ter einem Teilvakuum auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Legierung erwärmt wxrd. In diesem Kontext sollte beachtet werden, dass, wenn eine Legierung verwendet wird, das Verhältnis von Metallen in der Legierung jedes beliebige Verhältnis dergestalt sein kann, dass sich eine Legierung ausbilden kann. Diese Verhältnisse sind Metallurgen bekannt. Es sollte beachtet werden, dass für das Beispiel von Kupfer-Silber- Legierungen (oder Gemischen) eine praktische Betriebstemperatur nicht hoher als 780 ⁰ C ist, da oberhalb dieser Temperatur zumindest ein Teil dieser Legierungen flussig ist. Bei der Herstellung des Verbundmaterials ist es jedoch vorzuziehen, das Gemisch aus Kohlenstoffpartikeln und Legierung (oder separate Metallpartikel) auf eine Temperatur der oder oberhalb der Li- quidus-Temperatur der Legierung zu erwarmen, das heißt jene Temperatur, bei der die Legierung vollständig geschmolzen ist. Die Liquidus-Temperatur variiert mit dem Verhältnis von Kupfer und Silber in der Legierung, und sie betragt mindestens 780 ⁰ C für zirka 72% Silber und zirka 28% Kupfer. ähnliche Erwägungen können auf andere Legierungen zutreffen, die als thermisch leitfahige Materialien bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können.

Das Teilvakuum kann auf das Gemisch aufgebracht werden, ehe das thermisch leitfahige Material auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes gebracht wird. Es versteht sich, dass ein Teilvakuum einen sehr niedrigen absoluten Druck aufweisen kann, jedoch ist ein vollständiges Vakuum (d.h. das Fehlen jedes gasformigen Materials) in der Praxis nicht erzielbar. Der absolute Druck des Teilvakuurns kann niedriger sein als 0,01 Atmosphären oder niedriger als zirka 0,005, 0,001, 0,0005 oder 0,0001 Atmosphären, oder von zirka 0,01 bis 0,0001 Atmosphären, oder von zirka 0,01 bis 0,001, von 0,01 bis 0,005, 0,001 bis 0,0001 oder 0,01 bis 0,0005 Atmosphären, zum Beispiel zirka 0,01, 0,005, 0,001, 0,0005 oder 0,0001 Atmosphären. Die Bereitstellung eines niedrigen Drucks gewährleistet, dass das geschmolzene thermisch leitfahige Material in der Lage ist, die Räume zwischen den Kohlenstoffpartikeln im Wesentlichen auszufüllen. Der niedrige Druck sollte auf das Gemisch aufgebracht werden, ehe das thermisch leitfahige Material schmilzt, jedoch kann es in bestimmten Fallen ausreichend sein, dies zu tun, nachdem das thermisch leitfahige Material geschmolzen ist. Es ist jedoch erforderlich, dass bei einer bestimmten Phase im Verfahren das geschmolzene thermisch leitfahige Material mit den Kohlenstoff- partikeln unter dem oben beschriebenen niedrigen Druck koexistiert. Dieser Zustand sollte über eine ausreichende Zeit

hinweg aufrecht erhalten werden, damit das geschmolzene Material in die Räume zwischen den Kohlenstoffpartikeln eindringen und diese im Wesentlichen ausfüllen kann. Diese Zeit kann von der Viskosität des geschmolzenen Materials abhängen, die wiederum von der Temperatur abhängen kann. Wie angemerkt, sollte die Temperatur ausreichend sein, um das thermisch leitfahige Material zu schmelzen. Schmelzpunkte geeigneter thermisch leitfähiger Materialien sind zum Beispiel 1084° C (Kupfer) und 962° C (Silber) . Somit kann das Erwarmen zum Beispiel erfolgen auf eine Temperatur im Bereich von zirka 1000 bis zirka 1500° C, oder von zirka 1000 bis 1400, von 1000 bis 1300, 1000 bis 1200, 1100 bis 1500, 1200 bis 1500, 1300 bis 1500, 1200 bis 1400 oder 1200 bis 1300° C, zum Beispiel zirka 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 1450 oder 1500° C.

Das Verfahren kann ebenfalls das Abkühlen des Wärmespeicher- Verbundmaterials umfassen, damit es erstarren kann. Das Kühlen kann auf eine niedrige Temperatur erfolgen, die ausreicht, damit das Verbundmaterial erstarrt. Diese Temperatur kann der Schmelzpunkt oder die ξolidus-Temperatur des thermisch leitfähigen Materials sein.

Der Warmespeicher-Block der Erfindung kann hergestellt werden, indem ein Wärmespeicher-Verbundmaterial, wie oben beschrieben, hergestellt wird, und das Wärmespeicher- Verbundmaterial zu einer gewünschten Form ausgebildet wird. Das Ausbilden wird vorzugsweise vorgenommen, ehe man das thermisch leitfähige Material erstarren lässt. Somit involviert das Verfahren das Kombinieren einer Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln und eines thermisch leitfahigen Materials, das Erwärmen des sich ergebenden Gemisches in einem Teilvakuum auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermisch leitfähigen Materials und das Ausbilden des sich ergebenden Wärmespeicher- Verbundmaterials zu der gewünschten Form, vorzugsweise ehe man das thermisch leitfähige Material erstarren lässt. Das Ausbilden kann die Vornahme des Verfahrens in einer Form, welche die gewünschte Form hat, umfassen, so dass das Wärmespeicher- Verbundmaterial, wenn es abkühlt, die Form der Form annimmt. Die Form kann daher von einer geeigneten Form sein, um einen Block der gewünschten Form auszubilden, wie zuvor beschrieben.

Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt des Aufbringens einer Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen auf eine äußere Oberflache der Form umfassen. Dieser Schritt kann das Aufsprühen einer Schicht der Substanz auf die äußere Oberfläche umfassen. Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt des Polierens der Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen

auf der äußeren Oberfläche umfassen. Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt des Aufbringens der Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen auf eine Oberfläche der Wärmekammer umfassen. Dieser Schritt kann das Aufsprühen einer Schicht der Substanz auf die Oberfläche umfassen. Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt des Polierens der Substanz von geringem thermischen Emissionsvermögen auf der Oberfläche umfassen.

Wie zuvor angemerkt, kann der Wärmespeicher-Block eine Wärmekammer für die Aufnahme einer Substanz umfassen, die vom Wärmespeicher-Block erwärmt werden soll. Diese kann im Wärmespeicher-Block ausgebildet werden, wenn der Block ausgebildet wird, durch die Verwendung einer Form, welche die geeignete Form aufweist. Alternativ kann die Wärmekamraer nach der Ausbildung des Blocks ausgebildet werden. Dies kann erreicht werden, indem eine Wärmekammer der gewünschten Form und Größe im Wärmeblock durch Bohren oder Schneiden oder anderweitig ausgebildet wird. Somit kann zum Beispiel eine zylindrische Wärmekammer durch das Zentrum des Blocks hindurch ausgebildet werden, indem ein zylindrischer Hohlraum durch den Block hindurch gebohrt wird.

Das Verfahren kann das Einfügen einer Heizvorrichtungskompo- nente in den Wärmespeicher-Block umfassen. In diesem Fall kann die Heizvorrichtungskomponente in das Gemisch aus Kohlenstoffpartikeln und thermisch leitfähigem Material eingebracht werden, entweder ehe das thermisch leitfähige Material geschmolzen ist oder nachdem das thermisch leitfähige Material geschmolzen ist. Es sollte in dieses eingeführt werden, ehe das thermisch leitfähige Material abkühlen konnte, um das Wärmespeicher- Verbundmaterial auszubilden.

Die Wärmespeicher-Vorrichtung kann hergestellt werden, indem ein Wärmespeicher-Block (wie oben beschrieben) im Inneren einer Kammer montiert wird, eine Heizvorrichtung für das Erwärmen des Wärmespeicher-Blocks bereitgestellt wird, und zumindest ein Teil des Gases im Inneren der Kammer entfernt wird, um einen Bereich von niedrigem Druck zu schaffen, welcher den Wärmespeicher-Block umgibt. Die Heizvorrichtung kann so angeordnet werden, dass sie in der Lage ist, den Wärmespeicher-Block zu erwärmen. Somit sollte die Heizvorrichtung, wenn der Warmespei- cher-Block ein Heizvorrichtungselement umfasst, ein Anschlussteil für den Anschluss an das Heizvorrichtungselement umfassen. Die Heizvorrichtung selbst kann dann in der Kammer, auf der Kammer oder außerhalb der Kammer befindlich sein. Die Art des Anschlussteils und der Heizvorrichtung werden von der Art des Heizvorrichtungselements abhängen. Wenn das Heizvorrichtungselement zum Beispiel ein elektrisches Element ist, kann das An-

schlussteil ein elektrisches Kabel umfassen, und die Heizvorrichtung kann eine Elektrizitätsquelle umfassen, zum Beispiel einen Transformator, einen Generator usw. Wenn das Heizvorrich- tungselement eine Leitung für die Aufnahme eines erwärmten Fluids ist, kann das Anschlussteil einen Schlauch oder eine Leitung umfassen, die mit dem Heizvorrichtungselement gekoppelt werden kann, um eine durchgängige Heizvorrichtungsleitung auszubilden, und die Heizvorrichtung kann eine Fluid- Heizvorrichtung für das Erwärmen des Fluids umfassen, um den Wärmeblock zu erwärmen .

Das Befestigen kann die Bereitstellung von Befestigungsvor- richtungen umfassen, die aus einem thermischen Isolator hergestellt werden. Diese Befestigungen sind bereits zuvor beschrieben worden. Das Verfahren kann das Platzieren des Wärmespei- cher-Blocks auf den Befestigungsvorrichtungen umfassen. Die Befestigung kann dergestalt sein, dass der Kontaktbereich zwischen den Befestigungsvorrichtungen und dem Wärmespeicher-Block minimiert wird, um Wärmeverluste durch die Befestigungsvorrichtungen hindurch zu minimieren.

Das Verfahren der Herstellung der Wärmespeicher-Vorrichtung kann das Aufbringen eines Vakuums oder eines Teilvakuums auf den Raum im Inneren der Kammer zwischen den Innenwänden der Kammer und dem Wärmespeicher-Block umfassen. Das gewünschte Vakuum ist zuvor beschrieben worden, genau so wie geeignete Pumpen für das Aufbringen des Vakuums .

Die Wärmespeicher-Vorrichtung kann verwendet werden, um eine Substanz zu erwärmen. Um dies zu erreichen, sollte die Temperatur des Wärmespeicher-Blocks der Vorrichtung bei einer Temperatur oberhalb der Temperatur der Substanz vor dem Erwärmen sein. Die Substanz wird dann dem Wärmespeicher-Block ausgesetzt (zum Beispiel in Kontakt mit dem Wärmespeicher-Block gebracht oder dicht an diesem vorbei geführt) , wodurch Wärmeenergie vom Block zur Substanz übertragen wird. Die Substanz kann entlang einer Auskehlung oder einer Leitung oder einer Vertiefung im Wärmespeicher-Block geführt werden. Sie kann durch eine Wärmekämmer im Wärmespeicher-Block hindurch geführt werden.

Der Unterschied in der Temperatur zwischen dem Wärmespeicher- Block und der Substanz vor dem Erwärmen kann im Bereich von zirka 10 bis zirka 1000K oder mehr liegen, oder von zirka 10 bis 500, 10 bis 200, 10 bis 100, 10 bis 50, 10 bis 20, 20 bis 10O0, 50 bis 1000, 100 bis 1000, 200 bis 1000, 500 bis 1000, 50 bis 500, 50 bis 200, 50 bis 100, 100 bis 500 oder 100 bis 300K, zum Beispiel zirka 10, 20, 30, 40, 05, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700,

750, 800, 850, 900, 950 oder 1000K. Die Substanz kann auf eine Temperatur im Bereich von zirka 100 bis zirka 1000° C, oder von zirka 100 bis 500, 100 bis 200, 200 bis 1000, 500 bis 1000, 200 bis 500 oder 300 bis 700° C, zum Beispiel zirka 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 oder 1000° C erwärmt werden. Die Geschwindigkeit des Durchgangs der Substanz am Wärmespeicher-Block vorbei oder durch diesen hindurch, und der Temperaturunterschied zwischen dem Wärmespeicher-Block und der Substanz vor dem Erwärmen kann ausreichen, um die Substanz auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen, wie oben beschrieben.

Das Verfahren für das Erwärmen der Substanz kann das Erwärmen des Wärmespeicher-Blocks auf eine geeignete Betriebstemperatur umfassen, indem die Heizvorrichtung genutzt wird, ehe die Substanz dem Wärmespeicher-Block ausgesetzt wird. Für das Erwärmen können die Heizvorrichtung und/oder das Heizelement verwendet werden. Der Wärmespeicher-Block kann auf eine geeignete Temperatur erwärmt werden, die oberhalb der Temperatur der Substanz vor dem Erwärmen liegt. Er kann auf eine Temperatur oberhalb der gewünschten Temperatur der Substanz nach dem Erwärmen erwärmt werden. Dies kann zum Beispiel auf eine Temperatur im Bereich von zirka 100 bis zirka 1000° C sein, oder von zirka 100 bis 500, 100 bis 200, 200 bis 1000, 500 bis 1000, 200 bis 500 oder 300 bis 700° C, zum Beispiel zirka 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 oder 1000° C. Es kann auf eine Temperatur von mehr als 1000 ⁰ C sein, abhängig von der Schmelztemperatur des thermisch leitfähigen Materials.

Die Erhöhung der Temperatur der Substanz kann von einer Vielfalt von Faktoren abhängen:

1) Oberflächenbereich der Wärmekammer - ein größerer Oberflächenbereich kann für eine größere Temperaturerhöhung sorgen;

2) Länge der Wärmekammer - eine längere Wärmekammer kann für eine größere Temperaturerhöhung sorgen;

3) Geschwindigkeit des Durchgangs der Substanz durch die Wärmekammer hindurch - ein langsamerer Durchgang kann für eine größere Temperaturerhöhung sorgen;

4) Wärmekapazität der Substanz - bei einer Substanz mit einer größeren Wärmekapazität kann eine geringere Temperaturerhöhung erfolgen;

5) Temperatur des Wärmespeicher-Blocks - ein wärmerer Wärme- speicher-Block kann für eine größere Temperaturerhöhung sorgen;

6) Anfangstemperatur der Substanz - bei einer wärmeren Substanz kann eine geringere Temperaturerhöhung erfolgen.

Es wird erkannt werden, dass die Faktoren 2 und 3 zusammenwirken, um die Verweilzeit der Substanz in der Wärmekammer zu bestimmen. Eine längere Verweilzeit wird im Allgemeinen für eine größere Temperaturerhöhung sorgen. Auch die Faktoren 5 und 6 wirken zusammen, um das Temperaturdifferential zwischen der Substanz vor dem Erwärmen und dem Wärmespeicher-Block zu bestimmen. Ein größeres Temperaturdifferential wird im Allgemeinen für eine größere Temperaturerhöhung sorgen, obwohl, wenn dieses Temperaturdifferential erzielt wird, indem die Ausgangs- temperatur der Substanz gesenkt wird, anstatt die Temperatur des Wärraespeicher-Blocks zu erhöhen, die Endtemperatur der Substanz, wenn sie die Vorrichtung verlässt, niedriger sein kann, selbst wenn die Temperaturerhöhung größer ist.

Bei einem alternativen Modus der Verwendung der Wärmespeicher-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der Wärmespeicher-Block erwärmt werden, indem eine erwärmte Wärmesubstanz (üblicherweise ein erwärmtes Gas oder eine erwärmte Flüssigkeit, obwohl ein erwärmtes Pulver, ein erwärmter Schaum, eine erwärmte Emulsion, ein erwärmtes Aerosol etc. zum Einsatz kommen können) durch die Wärmekammer des Wärmespeicher-Blocks hindurch geführt wird, um die Temperatur des Blocks auf eine gewünschte Temperatur zu erhöhen. Sobald die gewünschte Temperatur erreicht worden ist, kann die Wärmeenergie des Blocks einer zu erwärmenden Substanz vermittelt werden (wie zuvor beschrieben) , indem die Substanz an der Wärmekammer vorbei geführt wird oder in diese hinein geführt wird oder optional durch diese hindurch geführt wird, wie zuvor beschrieben.

In Fig. 1 ist ein AblaufSchema dargestellt, welches die Herstellung einer Wärmespeicher-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Somit werden Kohlenstoffpartikel 10 und Kupferpartikel 20 kombiniert, um das Gemisch 30 auszubilden. Das Gemisch kann gerüttelt werden, um eine geeignete Verteilung von Partikeln zu erreichen. üblicherweise sind Kohlen- stoffpartikel 10 sphärische Graphitpartikel mit einem Partikel- durchraesser von zirka 100 bis 500 μm, und sie haben eine breite Partikelgrößenverteilung. Dies ermöglicht es kleineren Partikeln, in die Räume zwischen größeren Partikeln hinein zu pas ^¬ sen. Kupferpartikel 20 sind üblicherweise kleiner, zum Beispiel zirka 1 bis 5 μm, was es ihnen ermöglicht, in die Räume zwischen Kohlenstoffpartikeln 10 hinein zu passen. Das Gemisch 30 wird dann auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer (1084 ⁰ C) erwärmt, zum Beispiel auf zirka 1200 ⁰ C unter

einem Vakuum von zirka 0,01 Atmosphären in einer Form (nicht in Fig. 1 gezeigt) . Die Kupferpartikel 20 schmelzen dann und füllen die Räume zwischen Kohlenstoffpartikeln 10 aus. In diesem Stadium kann das Gemisch gerüttelt werden, zum Beispiel gerührt werden, um Homogeneität zu erhöhen oder aufrecht zu erhalten. Bevor man das Kupfer im Gemisch erstarren lässt, kann es wünschenswert sein, den Druck auf einen Druck nahe dem atmosphärischen Druck zu erhöhen, um Leerräume im Gemisch zu verringern oder zu minimieren. Beim Abkühlen wird ein fester Block 40 aus Wärmespeicher-Verbundmaterial ausgebildet. Er kann dann aus der Form entnommen werden. Eine dünne Schicht 50 aus Kupfer wird dann auf der äußeren Oberfläche des Blocks ausgebildet, indem der Block mit geschmolzenem Kupfer eingesprüht wird, so dass der Block 40 das Wärmespeicher-Verbundmaterial 60 (das ein Konglomerat aus Kohlenstoffpartikeln 10 mit Kupfer in den Räumen zwischen diesen umfasst) mit der Kupferschicht 50 umfasst. Nachdem die Schicht 50 abgekühlt und erstarrt ist, wird sie dann poliert, um eine Schicht mit geringem Emissionsvermögen auf der Oberfläche des Blocks 40 auszubilden. Eine Wärmekammer 70 wird dann im Block 40 ausgebildet. Dies kann erreicht werden, indem die Kammer 70 in Form eines konischen Hohlraums durch den Block 40 hindurch gebohrt wird. In diesem Stadium umfasst der Block 40 dann den Block 40, der die Schicht 50 als seine äußere Oberflache aufweist und die konische Wärmekammer 70, die vertikal durch diesen hindurch geht. Die Kammer 70 weist den Kammereinlass 80 an ihrem oberen Ende und den Kamme- rauslass 90 an ihrem unteren Ende auf.

Der Warmeblock 40 kann dann in die Wärmespeicher-Vorrichtung 100 inkorporiert werden. Somit kann der Warmespeicher-Block 40 im Inneren der Kammer 110 so montiert werden, dass der Kammereinlass 80 sich oben am Block 40 befindet und der Kammerauslass 90 sich unten am Block 40 befindet. Der Block 40 wird dann auf Montageblöcken 120 montiert, die aus einem Isolator, wie zum Beispiel Elektrokorund, hergestellt sind. üblicherweise wird es 3 Montageblöcke 120 geben, um den Kontaktbereich zwischen dem Block 40 und den Montageblόcken 120 zu minimieren. Der Abstand zwischen Block 40 und Kammer 110 liegt vorzugsweise im Bereich von zirka 5 bis 10 cm, und somit werden die Montageblöcke 120 üblicherweise zirka 5 bis 10 cm hoch sein. Somit begrenzen der Block 40 und die Kammer 110 den Raum 125 zwischen ihnen. Die Montagekammer 110 umfasst üblicherweise die Isolierung 130 rund um die Außenseite, um Wärmeverlust aus der Vorrichtung 100 weiter zu minimieren. Die Einlassleitung 140 ist mit dem Kammereinlass 80 verbunden, um eine zu erwärmende Substanz in die

Wärmekammer 70 hinein zu lassen, und die Auslassleitung 150 ist mit dem Kammerauslass 90 verbunden, damit die erwärmte Substanz die Vorrichtung 100 verlassen kann. Vorzugsweise sind die Einlassleitung 140 und die Auslassleitung 150 aus Materialien hergestellt, die eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweisen, um Wärmeverluste aus der Vorrichtung 100 zu verringern, da beide Leitungen in die Kammer 110 hinein führen. Die Kammer 110 weist ebenfalls einen Vakuumanschluss 160 auf, damit der Raum 125 zwischen dem Block 40 und der Kammer 110 zumindest zum Teil evakuiert werden kann. Der Vakuumanschluss 160 kann ebenfalls das Ventil 165 umfassen, welches, wenn es offen ist, es möglich macht, den Raum 125 zu evakuieren und das, wenn es geschlossen ist, es möglich macht, den Raum 125 zu verschließen, wodurch ein Vakuum im Raum 125 aufrechterhalten wird. Es ist eindeutig wünschenswert, dass die Verbindungen zwischen dem Kammereinlass 80 und der Einlassleitung 140 und zwischen dem Kammerauslass 90 und der Auslassleitung 150 so gasdicht wie möglich sind, damit ein Vakuum im Raum 125 aufrechterhalten werden kann. Auf ähnliche Weise sollten die Durchführungen in der Kammer 110, durch welche die Leitungen 140 und 150 hindurch gehen, ebenfalls so gasdicht wie möglich sein. Die Kammer 110 weist ebenfalls die Wirbelstrom-Heizvorrichtung 170 auf. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, befindet sich die Heizvorrichtung 170 nur auf einer Seite der Kammer 110, jedoch kann es separate Heizvorrichtungen 170 auf jeder Seite der Kammer 110 geben, oder eine einzelne Heizvorrichtung 170 kann sich vollständig rund um die Kammer 110 befinden. Die Wirbelstrom-Heizvorrichtung 170 ist in der Lage, Wirbelströme im Inneren des Blocks 40 herbeizuführen, um den Wärmespeicher-Block 40 auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen. Wie zuvor angemerkt, können alternative Heizverfahren zum Einsatz kommen. Ein Heizvorrichtungselement kann zum Beispiel in Block 40 angeordnet sein und mit einer elektrischen Stromquelle in der Kammer 110 oder außerhalb derselben verbunden sein, oder eine Heizvorrichtungs-Fluidleitung kann im Block 40 eingebettet sein und mit einer Quelle erwärmten Fluids in der Kammer 110 oder außerhalb derselben verbunden sein. Der Block 40 kann ebenfalls mit einem Temperatursensor 180 ausgestattet sein (entweder in diesem eingebettet, wie gezeigt wird, oder auf der Oberfläche desselben) , um die Temperatur des Blocks 40 zu bestimmen. Ein geeigneter Temperatursensor kann zum Beispiel ein Thermoelement sein.

Fig. 2 veranschaulicht die Verwendung der Wärmespeicher- Vorrichtung 100 von Fig. 1. Somit wird beim Einsatz der Vorrichtung 100 ein Vakuum auf den Vakuumanschluss 160 aufge-

bracht, wobei das Ventil 165 offen ist, zum Beispiel mit Hilfe einer geeigneten Vakuumpumpe, bis der Druck im Raum 125 unterhalb von zirka 0,01 Atmosphären liegt. Dieser kann zum Beispiel mit Hilfe eines Drucksensors (nicht gezeigt) gemessen werden, der sich im Raum 125 befindet. Das Vakuum kann weiterhin auf den Raum 125 während des gesamten Betriebs der Vorrichtung 100 aufgebracht werden, oder das Ventil 165 kann geschlossen werden, um das Vakuum im Raum 125 aufrechtzuerhalten. Ein elektrischer Strom wird dann durch die Wirbelstrom-Heizvorrichtung 170 hindurch gefuhrt, um einen elektrischen Strom im Inneren des Blocks 40 zu induzieren und dadurch zu bewirken, dass sich die Temperatur des Blocks 40 erhöht. Das Thermoelement 180 wird verwendet, um die Temperatur des Blocks 40 zu überwachen, und das Erwärmen wird fortgesetzt, bis die Temperatur des Blocks 40 eine gewünschte Temperatur erreicht (die unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer liegen sollte), zum Beispiel 950 ⁰ C. Die durch das System 100 zu erwärmende Substanz wird in die Wärme- kammer 70 mit Hilfe der Einlassleitung 140 eingebracht, die durch den oberen Pfeil von Fig. 2 gezeigt wird. Wenn die Substanz durch die Kammer 70 hindurch geht, wird Wärme von den Wänden der Kammer auf die Substanz durch Leitung übertragen, wenn die Substanz in Kontakt mit den Wänden kommt, und möglicherweise ebenfalls durch Konvektion durch ein Fluid (Gas oder Flüssigkeit) in der Kammer. In einigen Fällen kann die Substanz das Fluid (entweder Gas oder Flüssigkeit) sein oder dieses umfassen. Nachdem die Substanz durch die Kammer 70 hindurch gegangen ist, verlasst sie die Vorrichtung 100 über die Auslass- leitung 150, wie durch den unteren Pfeil in Fig. 2 gezeigt wird. Wenn Wärmeenergie auf die Substanz übertragen wird, kann die Temperatur des Blocks 40 fallen. Dies kann durch das Thermoelement 180 festgestellt werden, welches dann ein Signal zur Heizvorrichtung 170 übermittelt, den Block zu erwärmen, bis die gewünschte Temperatur des Blocks wieder hergestellt ist. Somit kann das System 100 eine Rückkopplungsschleife oder einen Thermostat aufweisen, um den Block 40 auf der gewünschten Betriebstemperatur oder innerhalb eines gewünschten Bereiches von Betriebstemperaturen zu halten.