NL1002506C2

NL1002506C2 - Warmte- of koude-element.

Info

Publication number: NL1002506C2
Application number: NL1002506A
Authority: NL
Inventors: Jan Van Turnhout
Original assignee: Jan Van Turnhout
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1997-09-03
Also published as: DE69717605D1; EP0883660A1; US6044201A; WO1997033950A1; AU2235897A; EP0883660B1

Description

Warmte- of koude-element

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de opslag en geleidelijke afgifte van warmte of koude, bestaande uit een houder met een ten minste gedeeltelijk warmte geleidende wand die een ruimte omsluit met daarin een materiaal met een hoge 5 warmtecapaciteit.

Dergelijke inrichtingen zijn bekend. Een bekend voorbeeld is een warmwater-kruik, gewoonlijk een afsluitbaar metalen of rubberen omhulsel dat wordt gevuld met heet water. Dergelijke kruiken kunnen lekken en hebben dus het gevaar van verbrandingen door het hete water. Vooral bij baby’s, zieken en ouderen vormt dit een onaan- 10 vaardbaar risico.

Men zoekt al geruime tijd naar veiliger alternatieven voor de warmwaterkruik. Zo wordt in EP-A-290240 een elektrische verwarmingsinrichting beschreven die bestaat uit een blok met mineraal poeder in een polymeermatrix met daarin een verwarmingselement en de nodige elektrische aansluitingen. Hierbij doet zich niet het gevaar van 15 lekkage voor, maar de beperkte warmtecapaciteit en het hoge gewicht zijn nadelig.

Uit GB-A-2192118 is een bedverwarmer bekend bestaande uit een buigzame houder van rubber of een elastomeer met daarin een plantaardige olie en voorzien van een elektrische verwarming. De warmtecapaciteit van deze verwarmer is lager dan die van een waterkruik en ook hier is het gevaar van lekkage aanwezig.

20 Uit US-A-3840985 is een waterbedverwarmer bekend die bestaat uit twee lagen styreen-butadieen-rubber met daartussen gemonteerde elektrische verwarmings-draden. Mede door de geringe warmtecapaciteit is een dergelijke verwarmer nauwelijks geschikt als warmte-oplaadbare inrichting.

Gevonden is nu een inrichting voor de opslag en afgifte van warmte of koude 25 volgens de aanhef, die een hoge warmtecapaciteit heeft en die niet kan lekken. De inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat het materiaal met hoge warmtecapaciteit een hydrogel is, gevormd door een hydrofiel polymeer dat 50-99,5 gew.% water - ten opzichte van het totaal aan polymeer en water - bevat of kan bevatten.

De inrichting volgens de uitvinding is niet beperkt tot toepassing als vervanger 30 voor warmwaterkruiken, maar kan ook worden gebruikt voor het warm houden of koel houden van maaltijden, dranken, en andere materialen en hulpmiddelen.

1002506 2

De houder van de inrichting kan van elk geschikt materiaal zijn. Belangrijk is alleen dat het materiaal bestand is tegen de gebruikstemperaturen. Geschikte materialen zijn polyamide (PA, nylon), polycarbonaat (PC), polyethyleentereftalaat (PET), poly-ethyleennaftaleen (PEN) en polyoxymethyleen (POM). De houder kan dan worden 5 vormgegeven door bij voorbeeld blazen, gieten of extruderen. Het materiaal kan ook een hittebestendige rubber of een metaal zijn, zoals aluminium, roestvast staal of chroom-koper. Ook kan een metaal met daarop een kunststofbekleding worden gebruikt. De vorm van de houder kan onbeperkt worden gevarieerd. Voorbeelden zijn cilinders, platte, driekante of vierkante blokken, eventueel afgerond, schijven, rollers, e.d.. De houder kan 10 ook de vorm van een kom of bak hebben zodat materialen aan meer dan een zijde met de inrichting in contact kunnen komen.

De hydrogel wordt gevormd door een hydrofiel polymeer, dat als gevolg van waterstofbrugvorming sterke water bindende eigenschappen heeft. Het hydrofiele polymeer kan ten minste zijn eigen gewicht aan water absorberen. Bij voorkeur kan het 75-15 99,5 gew.%, in het bijzonder 90-99 gew.% - ten opzichte van de som van polymeer en water - aan water bevatten. De structuur van het hydrofiele polymeer moet zodanig zijn dat de waterstofbruggen tot een temperatuur van ca. 80°C, bij voorkeur tot ten minste 90°C intact blijven.

Het hydrofiele polymeer is in het bijzonder een polymeer of copolymeer van 20 (meth)acrylzuur of zout daarvan, alkyl- of hydroxyalkyl-(meth)acrylaat, (meth)acryl-amide, vinylpyrrolidon en/of vinylalcohol, polyethyleenglycol of een eventueel gemodificeerd polysacharide, zoals carboxymethylcellulose of carboxymethylzetmeel. Bij voorkeur bevat het hydrofiele polymeer hydroxyalkyl-(meth)acrylaat-een heden en/of (meth)acrylamide-eenheden, waarbij de (meth)acrylamide-groepen ge-N-alkyleerd of 25 ge-N-hydroxyalkyleerd kunnen zijn. Voorbeelden van monomeren waaruit het hydrofiele polymeer kan zijn opgebouwd zijn in het bijzonder hydroxyethylmethacrylaat en verder hydroxypropylmethacrylaat, dihydroxypropylmethacrylaat, hydroxyethoxyethyl-methacrylaat en verder geëthoxyleerde analoga daarvan, di(hydroxyethyl)aminoethyl-methacrylaat, methacrylamide, Ν,Ν-dimethylmethacrylamide, N-hydroxyethylmeth-30 acrylamide, N,N-bis(hydroxyethyl)methacrylamide, methacrylzuur, methylmethacrylaat en de overeenkomstige acrylaten en acrylamiden, N-vinylpyrrolidon en dergelijke. Zij kunnen zijn verknoopt met bij voorbeeld 0,1-2 gew.% ethyleendimethacrylaat, oxydi- 1002506 3 ethyleendimethacrylaat, trimethylolpropaan-trimethacrylaat, N,N-methyleenbismeth-acrylamide en dergelijke. Ook bruikbaar is een verknoopt polymeer met carbamoyl-en carboxyleenheden met de formule >C(CONH2)-C(COOH)<, die kunnen worden verkregen door behandeling van een polymeer met maleïnezuuranhydridegroepen, zoals een 5 met CqHjg-ketens verknoopt vinylmethylether-maleïnezuuranhydride-copolymeer.

De hydrogel heeft aldus steeds een semi-vaste toestand, zodat er ook bij verhoogde temperatuur geen vloeibaar water weg kan lekken. Tegelijk heeft het vrijwel dezelfde hoge warmtecapaciteit als water.

Ter verhoging van de opwarmsnelheid van de inrichting kan deze tevens een 10 elektrolyt zoals een anorganisch of organisch zout bevatten. Sommige zouten hebben echter als nadeel dat zij weliswaar de opwarmsnelheid verhogen maar de opnamecapaciteit van het hydrofiel polymeer voor water verlagen. Gevonden is dat bepaalde zouten, zoals tetra-alkylammoniumzouten en in het bijzonder lithiumzouten nauwelijks de opnamecapaciteit verminderen en tegelijkertijd de opwarmsnelheid sterk verhogen. 15 Bij voorkeur is derhalve een lithiumzout, zoals lithiumsulfaat, lithiumchloride of lithiumhydroxide, aanwezig.

De warmtecapaciteit van de inrichting kan verder worden verhoogd door de aanwezigheid van een stof met een hoge kristallisatiewarmte, zoals glauberzout (natriumsulfaat-decahydraat) of dinatriumwaterstoffosfaat-dodecahydraat, in een 20 concentratie van ongeveer 10% tot in de buurt van de verzadigingswaarde.

De inrichting volgens de uitvinding kan op verschillende manieren worden opgewarmd. De inrichting kan bij voorbeeld in een oven of andere verwarmde ruimte worden geplaatst. Eventueel kan daarbij een tijdklok worden toegepast om oververhitting te voorkomen. Bijzonder gunstig is het opwarmen met behulp van microgolven, omdat 25 daarmee, dankzij de waterdipolen, het opwarmen bijzonder snel kan gebeuren. De opwarmsnelheid met microgolven kan verder worden verhoogd door de aanwezigheid van polaire en/of geleidende stoffen, zoals roet of een in water oplosbaar, organisch geleidend polymeer. Voorbeelden van dat laatste zijn in het bijzonder polypyrrool, poly-thiofeen en polyaniline, maar ook polyfuran, polyimidazool en polyacetyleen, die zijn 30 voorzien van hydrofiele groepen zoals hydroxylalkyl-, carboxylaat- of ammonium-groepen.

Het opwarmen van de inrichting kan met voordeel ook elektrisch gebeuren, bij 1002506 4 voorkeur met een gangbaar elektrisch verwarmingselement. Een bruikbaar element is een z.g. PTC-element (PTC = positieve temperatuur-coëfficiënt). Een dergelijk element voorkomt oververhitting doordat bij hogere temperatuur de geleidbaarheid afneemt. Eventueel kan een verdere thermostaatbeveiliging in de vorm van een bimetaal worden 5 toegepast. Het vermogen van de elektrische verwarming hangt uiteraard in de eerste plaats af van de omvang en de gewenste capaciteit van de warmteinrichting. De inrichting kan inwendig van warmtespreidende structuren, zoals ster- of kruisvormige schotten of vinnen zijn voorzien, waarmee het opwarmen doelmatiger kan verlopen. De inrichting heeft hierbij verder een elektriciteitsaansluiting, bij voorbeeld in de vorm van 10 een steker, die na het opwarmen kan worden ontkoppeld.

Ook kan elektrische verwarming rechtstreeks plaats vinden, bij voorbeeld door toepassing van een structuur met hittebestendige vezels die met een geleidend polymeer zijn bekleed en direct met aansluitelektroden worden verbonden. Het bekleden kan geschieden bij voorbeeld door middel van waterige dispersies van de hierboven be-15 schreven geleidende polymeren (polypyrrool e.d.). Voordeel hiervan is dat er vele geleidende vertakkingen door de hydrogel lopen die tot een gelijkmatige verwarming leiden. Na de toevoeging van een geleidend polymeer aan de hydrogel kan men strook-vormige of staafvormige elektroden aanbrengen, die desgewenst plaatselijk met isolatie ommanteld zijn om stroomdoorgang door de gel te begrenzen en lokale oververhitting 20 te voorkomen. Ook hierbij wordt met voordeel een thermostaatregeling ingebouwd, bij voorbeeld in de vorm van een bimetaal. Verder kan het nuttig zijn een temperatuur-indicatie aan te brengen in de vorm van een kleurindicator (tape) of een verklikker-lampje, zodat men altijd zeker is van een veilige maximumtemperatuur.

De inrichting volgens de uitvinding kan worden toegepast voor het warm 25 houden van het menselijk of dierlijk lichaam of delen daarvan, in de vorm van een kruik rol, deken of bed. Ook kan de inrichting dienen als warmtebron voor andere materialen, zoals haren (rollers), levensmiddelen, borden (catering) e.d.

De inrichting volgens de uitvinding kan niet alleen dienen als oplaadbare warmtebron, maar ook als koudebron, bij voorbeeld voor toepassing voor het koelen van 30 dranken of andere etenswaren, of voor medische toepassingen. Daarbij wordt gebruik gemaakt van de grote warmtecapaciteit van het opgenomen water en bovendien van de vriespuntswarmte tussen 0 en -10°C. Afkoeling kan bij voorbeeld geschieden in een 1002506 5 vriesvak. De inrichting kan uiteenlopende vormen hebben, zoals een cilinder, blok, plaat, e.d. en een uiteenlopende inhoud hebben.

1002506

Claims

1. Inrichting voor de opslag en geleidelijke afgifte van warmte of koude, bestaande uit een houder met een ten minste gedeeltelijk warmte geleidende wand die een ruimte omsluit met daarin een materiaal met een hoge warmtecapaciteit, met het kenmerk dat 5 het materiaal met hoge warmtecapaciteit een hydrogel omvat, gevormd door een hydrofiel polymeer dat 50-99,5 gew.% water - ten opzichte van het totaal aan polymeer en water - bevat of kan bevatten.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het hydrofiele polymeer 90-99 gew.% water bevat.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij het hydrofiele polymeer een al of niet verknoopt polymeer of copolymeer van (meth)acrylzuur of zout daarvan, alkyl- of hydroxyalkyl-(meth)acrylaat, -(meth)acrylamide, vinylpyrrolidon en/of vinylalcohol, polyethyleenglycol of een eventueel gemodificeerd polysacharide is.

4. Inrichting volgens een der conclusies 1-3, waarbij tevens een elektrolyt, in het 15 bijzonder een lithiumzout, aanwezig is.

5. Inrichting volgens een der conclusies 1-4, waarbij tevens een zout met een hoge kristallisatiewarmte zoals glauberzout aanwezig is.

6. Inrichting volgens een der conclusies 1-3, waarbij in de hydrogel een geleidend organisch polymeer of roet aanwezig is.

7. Inrichting volgens een der conclusies 1-5, waarbij de inrichting tevens middelen voor elektrische verwarming omvat.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij de middelen voor verwarming een elektrisch element en een thermostaat omvatten. 1002506 SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFIKATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE KanmerK van o· aanvrager of van de gemacnegde N.O. 39542 TM Nederlandse aanvrage nr. indisnngseabm 1002506 . 1 maart 1996 In geroepen voomngsdsarm Aanvrager (Naam) NEDERLANDSE ORGANISATIE VOOR TOEGEPAST- NATUURWETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK TNO Oaaan van net verzoek voor een onderzoek van mamasenaai type Door oe m sa nee voor Inamaeonaai Onderzoek (ISA) aan net verzoek voor een onderzoek van «amaaotaaf type aegekeno nr. SN 27263 NL L CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassng van verschillende dassitcaeoa. aMe rtaseiHraeetymboien opgeven) volgens oe mamaoonate crassificabe (IPC) Int. Cl.6: C 09 K 5/00, C 09 K 5/06 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK ----Onderzochte minimum documentatie_ Classificatiesysteem Class ificatiesymoolen Int. Cl.6 C 09 K, A 61 F Onoerzocnte andere eoeumenaoe dan oe minimum doaimeruate voor zover dergeijke doeumanan n de onderzoen» gebeden zin opgenomen III. i i GEEN ONDERZOEK MOGEUJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op MnvulKngsbiad) j IV.:_· GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsotad) i ssrm PCT.-!SA,23Ka> C£ no