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Hochleistungsdichte Phasenwechsel-Komposit-Materialien für das thermische Management elektrotechnischer Systeme
Tobias Kötter
2017
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Untersucht wird die grundsätzliche Eignung von Phasenwechselmaterialien (PCM) in zyklischen Anwendungen. Dabei stellen die Enthalpie und die Wärmeleitfähigkeit die wichtigsten Materialparameter für ein effektives System dar. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit dient der Nutzung großer Volumina an PCM, die Enthalpie ist die Energieaufnahmefähigkeit der Materialien. An diversen Materialkombinationen wird das Schmelz- und Erstarrungsverhalten in DSC-Messungen untersucht. Die Wärmeleitfähigkeit der Materialien wird durch Füllstoffe und durch Infiltration poröser Matrices variiert. Durch die Infiltration poröser Strukturen können hochwärmeleitfähige Komposite erzeugt werden. Einflüsse auf das dynamische Verhalten der Materialien werden mit geänderter Wärmeleitfähigkeit sichtbar. Die Variation von Wärmeleitfähigkeit und Enthalpie ist durch die verwendeten Materialien in großen Bereichen möglich. Die hergestellten PCM-Komposite werden in anwendungsnahen Versuchsaufbauten zyklisch-thermischen Belastungen unterworfen. Ein Vergleich der Kühlleistung mit Referenzmaterialien zeigt die Leistungsfähigkeit der Materialien. Durch simulative Beschreibung der Problemstellung kann eine Variation unterschiedlicher Parameter vorgenommen werden und deren Einfluss verglichen werden. Die grundlegende Beschreibung der Herstellung, sowie die Untersuchung von Einsatzszenarien und die Variation von Materialeigenschaften stellen erste Ansätze für die Anwendung der Materialien dar. Die Herstellungsmethode in Kombination mit simulativer Beschreibung ermöglicht dabei ein maßschneidern von Materialien für unterschiedliche Systeme.
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Keywords
- infiltration
- Phase-Change-Technologie
- simulation
- Thermische Belastung
- Verkapselung
- Wärmeleitfähigkeit
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