Verbesserung der nutzbaren Wärmeleitung in Latentspeichern durch offenporige Metallschäume (Deutsch)

Im Rahmen eines kooperativen Forschungsprojekts zwischen Webasto, Stockdorf, (DE), m.pore, Dresden, (DE), und dem ILK, Dresden, (DE), wird das Potenzial für den Einsatz offenporiger Metallschäume in Latentspeichern ermittelt. Für die Messung der nutzbaren Wärmeleitung, die maßgebend von der speziell umzusetzenden Konstruktion abhängig ist, ist im Labor des ILK ein Versuchsaufbau in Anlehnung der Norm DIN EN 12667 gebaut worden. Für den Einsatz offenporiger Metallschäume in Latentspeichern sind die Porendichte, die Form der Stege (Kreuzform oder Zylinderform), die Anbindungsart an die Wärmeübertragerfläche (ohne feste Anbindung, Klebeanbindung und Lötanbindung), das Medium in den Poren des Metallschaums (Luft, Wasser und Paraffin) relevant. Die Proben mit den integrierten flüssigen Medien müssen ummantelt sein. Dieser Mantel besteht aus einem Kunststoff mit schlechten Wärmeleiteigenschaften. Zusätzlich wird der Mantel mit Armaflex während der Messungen isoliert. Die Ergebnisse der Messungen zeigen folgende wesentliche Sachverhalte. 1. Eine Temperaturabhängigkeit der gemessenen Wärmeleitung ist zwischen -10 Grad C und 20 Grad C im Rahmen der Messgenauigkeit nicht gegeben. Die eigentlichen Messwerte fallen mit zunehmender Temperatur nur geringfügig. 2. Es ist keine Richtungsabhängigkeit für die nutzbare Wärmeleitung bei offenporigen Metallschäumen messbar. Der Metallschaum ist hinsichtlich der Wärmeleitung isotrop. 3. Die nutzbare Wärmeleitung steigt mit der relativen Dichte leicht an. Die Porendichte hat keinen wesentlichen Einfluss. Der Vorteil einer Verbesserung der Wärmeleitung verliert sich praktisch im Nachteil der Volumenabnahme für das potenzielle PCM (Phase Change Materials) um ca. 4 %. Für den praktischen Einsatz ist ein Metallschaum mit einer Porendichte von 10 ppi (pores per inch) und einer relativen Dichte von 6 % zu empfehlen. 4. Mit einer geklebten Verbindung zwischen Metallschaum und Wärmeübertragerfläche kann die nutzbare Wärmeleitung um fast 50 % verbessert werden. Berücksichtigt man den Mehraufwand in der Herstellung, führt das nicht zwangsläufig dazu, eine Klebeanbindung zu empfehlen. Auch eine Pressverbindung zwischen Metallschaum und Wärmekontaktfläche sollte in den meisten Anwendungen ausreichend sein. 5. Die Zylinderform der Metallschaumstege ist für die nutzbare Wärmeleitung die günstigere Konstruktion. 6. Es sind Wärmeleitwerte von 3 W/(m K) bis 8 W/(m K) technisch nutzbar. Damit verbessert die Metallschaumstruktur die Wärmeleitfähigkeit von Medien mit diesbezüglich schlechten Eigenschaften signifikant.