DE102015013006A1 - Thermal management system - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Thermo-Management-System, das sich die extrem hohe elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit dünner Schichten reinen Kohlenstoffs verbunden in einem hexagonalen Wabengitter zunutze macht. Die damit erzeugte Elektronenbeweglichkeit führt zu Werkstoffmodifikationen, die schnelle und effektive Erwärmung thermisch belastbarer Formkörper als Heizquelle auf vielen Gebieten in Industrie, Landwirtschaft, Agrartechnik, Wellness und der Klimatisierung von Räumen ermöglicht. Durch die Senkung des Energieverbrauchs trägt das System wesentlich zur Klimavervesserung und den aktiven Umweltschutz bei.The invention relates to a thermal management system that makes use of the extremely high electrical conductivity and thermal conductivity of thin layers of pure carbon connected in a hexagonal honeycomb grid. The electron mobility thus produced leads to material modifications which enable rapid and effective heating of thermally loadable shaped bodies as a heating source in many fields in industry, agriculture, agricultural technology, wellness and the air conditioning of rooms. By reducing energy consumption, the system contributes significantly to climate improvement and active environmental protection.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erwärmung einer Matrix (GM 20201550055279.7 v.24.7.2015) die eine molekulare Eigenfrequenz aufweist. Sie kann bei allen technischen Vorgängen, deren Prozeß mit einer Temperaturänderung verbunden ist, Anwendung finden. Dabei können die bei bekannten Vorrichtungen und Verfahren auftretenden Energieverluste und der Materialaufwand verringert werden. Die üblicherweise in vielen gewerblichen Anlagen verwendeten Quarzstrahler oder andere Hochtemperatursysteme mit hohem Energiebedarf können damit ersetzt oder ergänzt werden.The invention relates to a device and a method for heating a matrix (GM 20201550055279.7 v.24.7.2015) having a molecular intrinsic frequency. It can be used in all technical processes whose process is associated with a temperature change. In this case, the energy losses occurring in known devices and methods and the cost of materials can be reduced. The quartz heaters or other high-temperature systems with high energy requirements which are customarily used in many industrial installations can thus be replaced or supplemented.

Die Erfindung basiert auf den klassischen Gesetzen der Strahlung schwarzer Körper nach STEFAN/BOLTZMANN. Entsprechend diesem T₄ Gesetz beträgt die abgestrahlte Leistung ca 90% der zugeführten elektrischen Energie. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wandelt die zugeführte elektrische Energie in infrarote Temperaturstrahlung um. Die emittierte Strahlung entspricht in ihrer spektralen Verteilung völlig dem Wellenlängenbereich von 7ym bis 50ym je nach gewähltem ohmschen Widerstand und dem jeweiligen Einsatzzweck.The invention is based on the classical laws of radiation of black bodies according to STEFAN / BOLTZMANN. According to this T ₄ law, the radiated power is about 90% of the electrical energy supplied. The device according to the invention converts the supplied electrical energy into infrared temperature radiation. The emitted radiation corresponds in its spectral distribution entirely to the wavelength range from 7ym to 50ym, depending on the selected ohmic resistance and the respective application.

Die molekulare Eigenfrequenz der verwendeten Materialien bestimmt den Wirkungsgrad der Vorrichtung, der mit relativ einfachen Mitteln realisierbar ist. Dies betrifft insbesondere Prozesse, für deren Wirksamkeit hohe Temperaturen erforderlich sind und deren Energieverbrauch relativ hoch ist. Die Vorrichtung umfasst einen, beidseitig durch versilberte Kupferelektroden begrenzten, in unterschiedlichen Dimensionen und geometrischen Muster auszuführenden Flächenstrahler. Die beidseitig parallel zueinander angeordneten Elektroden befinden sich in einem Abstand zueinander der dem ganzzahligem Vielfachen der vom Strahler abgestrahlten Wellenlänge entspricht. Das führt zu einer nahezu trägheitslosen Erwärmung der leitenden Matrix, weil nur geringe Spannungsverluste beim Energietransport auftreten und die Matrix sich durchdurch die verstärkte molekulare Eigenschwingung erhitzt. Konstruktiv durch den Verwendungszweck bestimmt, kann eine mittig angeordnete dritte Elektrode auf die in zwei gleiche Teilflächen aufgeteilte Strahlerfläche aufgebracht werden um dadurch Veränderungen im ohmschen Widerstand und der Leistung zu erzielen. Träger der elektrisch leitenden Matrix aus Graphenen und anderen mineralischen Kohlenstoff Material sind temperaturfeste Mineralfaserplatten oder Glasfasergewebe wie auch andere mineralische oder keramische elektrich isolierende Trägermaterialien. Die ungewöhnliche physikalische Eigenschaft der Matrix ist eine sehr hohe Mobilität der Ladungsträger und ihre wärmeleitende Struktur. Die erreichbaren hohen Temperaturen verbessern die Qualtät der behandelten Produkte und Materialien, senken deren Kosten und sparen erheblich Energie. Mit infraroter Wärmestrahlung kann die thermische Leistungsfähigkeit ganzer Produktgruppen verbessert und kostengünstig verbessert werden.The molecular intrinsic frequency of the materials used determines the efficiency of the device, which can be realized with relatively simple means. This applies in particular to processes for which high temperatures are required and whose energy consumption is relatively high. The device comprises a surface radiator delimited on both sides by silver-plated copper electrodes and to be executed in different dimensions and geometrical patterns. The electrodes arranged on both sides parallel to one another are at a distance from each other which corresponds to the integer multiple of the wavelength radiated by the radiator. This leads to a nearly inertia-free heating of the conductive matrix, because only small voltage losses occur during the energy transport and the matrix is heated by the increased molecular self-oscillation. Constructively determined by the intended use, a centrally arranged third electrode can be applied to the radiator surface divided into two equal partial areas in order thereby to achieve changes in the ohmic resistance and the power. Carriers of the electrically conductive matrix of graphene and other mineral carbon material are temperature-resistant mineral fiber plates or glass fiber fabric as well as other mineral or ceramic electrically insulating support materials. The unusual physical property of the matrix is a very high mobility of the charge carriers and their heat-conducting structure. The achievable high temperatures improve the quality of the treated products and materials, reduce their costs and save considerable energy. With infrared heat radiation, the thermal performance of entire product groups can be improved and cost-effectively improved.

Damit gebackene oder getrocknete Lebensmittel haben einen unvergleichlich besseren Geschmack. Bei der Anwendung im Agrar- oder Vetrinärbereich kommt die gesundheitsfördernde Wirkung der Infrarotstrahlung im Besonderen zur Geltung. Die hier beschriebene Technologie basiert auf dem Einsatz von GNP-Materialien. (Graphen Nano Platelets) Dieses zweidimensionale Kohlenstoffmaterial ist Hauptbestanteil der Matrix. Dank ihrer extrem hohen elektrischen Leitfähigkeit können sich Elektronen etwa 200 Mal schneller bewegen als z. B. in Silizium. Die dadurch erreichten Temperaturen von 400–500°C auf definierten Flächen von Temperaturstrahlungsheizungen bei geringen Energieeinsatz führen in vielen Industriesparten zu einem Umdenken gegenüber herkömmlichen Heiz- und Wärmesystemen. Die EU und Korea investieren in entsprechende Forschungsprojekte jeweils 1.5 Milliarden Doller. Dies zeigt die Bedeutung und den Wert des hier beschriebenen Thermo-Management-Systems.This baked or dried food has an incomparably better taste. When applied in the agricultural or veterinary sector, the health-promoting effect of infrared radiation is especially effective. The technology described here is based on the use of GNP materials. (Graphene Nano Platelets) This two-dimensional carbon material is the main constituent of the matrix. Thanks to their extremely high electrical conductivity, electrons can move about 200 times faster than z. In silicon. The resulting temperatures of 400-500 ° C on defined surfaces of thermal radiation heaters with low energy consumption lead in many industries to a rethinking compared to conventional heating and heating systems. The EU and Korea each invest 1.5 billion dollars in research projects. This shows the importance and value of the thermal management system described here.

Claims (5)

Vorrichtung zur Erwärmung von Materialien, die eine molekulare Eigenfrequenz aufweisen gekennzeichnet durch ein Strahlungsmodul, mit dem eine elektromagnetische Strahlung in einer Frequenz abstrahlbar ist, die in der Größenordnung der molekularen Eigenfrequenz des für eine Erwärmung des in den Strahlungsbereich des Moduls einzubringenden Materials liegt, wobei das Modul flächig ausgebildet ist und von stromführenden Zuleitungen begrenzt wird, die parallel zueinander angeordnet sind und einen Abstand voneinander aufweisen, der einem ganzzahligen Vielfachen der vom Strahlungs-Modul emittierten Wellenlänge entspricht. Träger der elektrisch leitenden Matrix, bestehend aus Graphen Nano Platelets, weiteren Kohlenstoffbestandteilen, mineralischen und keramischen Partikeln sowie speziellen Tensiden sind Glasfasergewebe in differenzierten Maschengrößen, andere temperaturfeste Materialien wie Glimmer, Keramik und spezielle Silikategläser in definierter Größenordnung je nach Verendungszweck.Apparatus for heating materials having a molecular intrinsic frequency marked by a radiation module, with which an electromagnetic radiation can be emitted at a frequency which is of the order of magnitude of the intrinsic molecular frequency of the material to be introduced into the radiation region of the module, the module being flat and being delimited by current-carrying leads are arranged parallel to each other and have a distance from one another, which corresponds to an integer multiple of the wavelength emitted by the radiation module. Carriers of the electrically conductive matrix, consisting of Graphene Nano platelets, other carbon constituents, mineral and ceramic particles and special surfactants are glass fiber fabrics in differentiated mesh sizes, other temperature-resistant materials such as mica, ceramics and special silicate glasses in a defined order of magnitude depending on the intended purpose. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die leitfähige Strukturschicht aus einem oder mehreren gleichen oder unterschiedlichen Ohmschen Widerständenbesteht, die sowohl parallel, seriell oder kombiniert geschaltet werden können, unterschiedliche Leistungsparameter im Gleich- oder Wechselstrombereich aufweisen, die durch differenzierte Mischungen der Matrix mit mineralischen und/oder metallischen konduktiven Partikeln, Graphen Platelets und anderen Kohlenstoffbestandteilen hervorgerufen werden.Device according to claim 1, characterized in that the conductive structure layer consists of one or more identical or different ohmic resistors, which can be connected in parallel, series or combined, having different DC or AC power parameters, which are obtained by differentiated mixtures of the matrix with mineral ones and/ or metallic conductive particles, graphene platelets and other carbon constituents. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, das die Emissionsfläche des Strahlungsmoduls mit funktionaler Keramik oder Nanokeramik in unterschiedlicher Weise wie Handauflegeverfahren, Siebdruck, Sprühen oder Streichen beschichtet wird oder durch Verwendung bioelektrischer Matrialien wie Sandstein- oder Naturschieferpanelen ausgerüstet wird, deren Emissionsverhalten die anwendungsgemäße Strahlungstemperatur und spezifizierte molekulare infrarote Wellenlänge in vorgegebener Mikrometerskalierung auf das zu erwärmende Medium oder Räume oder andere Objekte übertragen.Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the emission surface of the radiation module is coated with functional ceramic or nanoceramics in different ways such as hand lay-up, screen printing, spraying or brushing or is equipped by using bioelectric Matrialien such as sandstone or natural slate panels whose emission behavior is the appropriate Radiation temperature and specified molecular infrared wavelength in a predetermined micrometer scale on the medium to be heated or rooms or other objects transmitted. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, das die elektrisch leitende Matrix durch Beimischung von spezifischen keramischen, chemischen, mineralischen Bestandteilen mit eigener Bioelektrik und gleichgearteten molekularen Schwingungsverhalten einen positiven Temperaturkoeffizienten erzielen, der durch die Veränderung der Positionsstruktur der positiven Partikel zueinander entsteht und damit eine Minderung der aufzuwendenden elektrischen Energie und eine selbständige Eigenregelung der Betriebstemperatur der Strahlungsquelle erzielt.Apparatus according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the electrically conductive matrix by admixing specific ceramic, chemical, mineral constituents with their own bioelectrics and similar molecular vibration behavior achieve a positive temperature coefficient, which results from the change in the positional structure of the positive particles to each other and thus achieves a reduction of the electrical energy to be expended and a self-regulation of the operating temperature of the radiation source. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, das durch den spezifischen konstruktiven Aufbau des Infrarotstrahlungsmoduls in Form von liquider, pastöser oder festen Beschaffenheit der leitenden Matrix, Strahlerelemente in unterschiedlicher geometrischer Form, flächig, zylindrisch, rund oder zweckdienlicher Beschaffenheit mit DC-Niederspannung als auch mit AC-Spannungen unterschiedlicher Voltagen betrieben werden können. Definierte Flächen als Standart wie auch Sonder-Module oder Kombination von Beiden.Apparatus according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that by the specific structural design of the infrared radiation module in the form of liquid, pasty or solid nature of the conductive matrix, radiator elements in different geometric shape, surface, cylindrical, round or expedient condition with DC low voltage and can be operated with AC voltages of different voltages. Defined surfaces as standard as well as special modules or combination of both.