CN110234922A - 用于保持流体介质温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种即使在流体介质流动中断的情况下也能保持管道中流体介质温度的方法。在第一步中，产生包括潜热储存材料(2)和基质材料(3)的储热层(1)。在第二步骤中，储热层(1)围绕管道(4)设置并随后用隔热材料(5)包裹，或者使得储热层(1)与隔热材料(5)接触，由此获得储热隔热复合材料(51)，并且随后用储热隔热复合材料(51)包裹管道(4)，以使得储热隔热复合材料(51)的储热层(1)位于管道(4)与储热隔热复合材料(51)的隔热材料(5)之间。

Description

用于保持流体介质温度的方法
本发明涉及一种即使在流体介质流动中断的情况下也能保持管道中流体介质温度的方法，通过该方法可获得的储热隔热复合材料以及通过该方法包裹的管道，用于住宅和办公楼及处理设施中的热水管保温系统和/或冷水管保冷系统，以及储热隔热复合材料和包裹管道的用途。
住宅和办公楼通常装有冷热水管。虽然冷水管中的冷水温度通常未进行调整，但是热水必须进行加热以使得即使在热水管系统中输送后一旦打开热水龙头其也被认为是热水。因为即使在多层建筑中，热水也通常在中央加热，例如在地下室中加热，并且从那里分布到整个住宅中，热水管必须良好地隔热以减少运输期间的热量损失。
在建筑中，每次取水通常需要数分钟的热水。随后，尽管隔热，热水管中的水再次冷却。因此，当打开热水龙头时，通常花费一些时间使流出的水变温热。
为了防止该现象，有时规范性地规定热水管必须保持温热，例如通过循环系统或伴热管来保持温热。
在循环系统中，通过循环泵将永久再加热的热水泵送到与热水管平行的管中——例如在双护套管或回流管中——以使得即使介质流中断一段时间，热水管的水温也保持在所需温度。
在管道伴热(pipe trace heating)中，将电阻(例如，以电缆或电加热带的形式)缠绕在管道周围或沿管道引导。通过施加电压，电缆或加热带进行电加热，并且因此管道进行电加热。在这种情况下，还可以提供用于温度控制的传感器。
循环系统、特别是具有双护套管或反流管的循环系统，以及管道电伴热称为主动保温系统。这些系统生产技术复杂并且在使用中非常耗能，并且因此即使不使用热水也成本过高。其还具有如下缺陷：可能发生布线结构损坏的故障(电缆断裂，例如，通过管线的热膨胀、电缆绝缘部老化等)以及功能沿着整个管中断。此外，存在这样的风险：在电气管道迹线加热断裂的情况下，电压可导致火灾和/或危及人们、甚至例如通过金属管线导致远程位置的损伤。这些系统——特别是电伴热——消耗大量电能，此外，该电能比热能更有价值。因此，至少出于环境保护的原因，应尽可能避免使用这些系统。
由于卫生原因，冷水管应保持低于25℃，因为升温至高于25℃导致人致病菌、特别是军团菌增加。然而，在住宅和办公建筑中，因为缺少简单合适的解决方案，冷水管现在通常不会进行冷却，并且仅依赖于通向建筑物的管道输入侧上自来水的低温。
因此，本发明的目的在于提供一种在住宅和办公建筑中用于热水管的被动式保温系统和用于冷水管的被动式保冷系统。被动式保温系统应当允许甚至在取水后数小时，热水管的水温保持温热而无需外部能量供应。被动式保冷系统还设计成即使在温暖的室外温度下以及在取水后数小时也能确保冷水的水温保持为冷的，即，不超过25℃。这是为了防止热水/冷水管中军团菌生长。此外，被动式加热/冷藏系统还应易于在施工现场切割成尺寸，并可轻松连接到现场的热水或冷水管。还应该可以容易地提供热隔离的保温系统。
令人惊讶的是，即使流体介质流动被中断，也可以通过一种用于维持管道中流体介质温度的方法解决该问题，其中，管道适用于建筑和住宅技术、建筑构造以及化学和处理设施，其特征在于，
a)在第一步中，生产包含至少一种潜热储存材料(2)和至少一种基质材料(3)的储热层(1)，其中，如果潜热储存材料(2)以微囊化形式存在于基质材料(3)中，基质材料(3)不是隔热材料(5)，并且
b)在第二步中，储热层(1)
b1)围绕管道(4)设置，然后由隔热材料(5)包裹被储热层(1)覆盖的管道(4)，由此获得包裹的管道(41)，或者
b2)使储热层(1)与隔热材料(5)接触，由此获得储热隔热复合材料(51)，并且随后用储热隔热复合材料(51)包裹管道(4)，以使得储热隔热复合材料(51)的储热层(1)位于管道(4)与储热隔热复合材料(51)的隔热材料(5)之间。
还要求保护一种储热隔热复合材料(51)，其可通过根据本发明的方法获得并且适用于建筑和住宅技术以及处理设施。
此外，还要求保护一种通过本发明方法可获得的包裹管道(41)，或由本发明的储热隔热复合材料(51)封装的管道(4)，其适用于建筑和住宅技术以及处理设施。
还要求保护住宅和办公建筑中以及化学和处理设施内用于热水管的被动保温系统和/或用于冷水管的保冷系统，其包含至少一个本发明的包裹管道(41)和/或由本发明储热隔热复合材料(51)包裹的管道(4)。
此外，要求保护本发明的储热隔热复合材料(51)和/或通过本发明方法可获得的储热隔热复合材料(51)的用途，用于即使在流体介质流被中断的情况下也能保持管道(特别是在建筑和住宅技术中，在建筑构造中，例如在住宅和办公建筑中，以及在化学和处理设施中)中流体介质的温度。
还要求保护根据本发明的储热隔热复合材料(51)包裹的管道(4)和/或本发明的包裹的管道(41)的用途，用于使流体介质保持温暖，特别是作为建筑物中的热水管，蒸汽管，用于运输化学品、沥青、硅酮、热熔粘合剂和/或食品如巧克力的管；和/或用于使流体介质保持冷却，特别是使得加压流体介质、气体和/或液体，特别是冷却液体、化学品、具有高蒸气压的溶剂和/或食品如乳制品和饮料保持冷却。
惊讶地发现，本发明的方法、本发明的储热隔热复合材料(51)、本发明的包裹管道(41)、住宅和办公建筑中以及处理设施中热水管的被动保温系统和/或用于冷水管的保冷系统(在下文中简称为用于热水管/冷水管的保温/保冷系统)、本发明的用途具有许多优势。因此，以简单的方式，耐用的被动温度保持系统可用于——与周围环境相比——升高或降低温度，即保温系统或保冷系统，其不仅可用于住宅和办公建筑中的热水管和/或冷水管，而且——取决于潜热储存材料(2)的所选相变温度——也适用于较高温度的流体介质，例如125℃，例如蒸汽管。因为不再输送流体介质，由此尽管隔热但介质温度降低，潜热储存材料(2)通过由液体向固体的相变将熔融焓输送至周围环境和位于管道中的介质。因此，在管壁的最佳热传导下，管道中介质的介质温度保持在熔融温度，并且仅在基本上所有潜热储存材料(2)冻结时，即当液体到固体的相变完成时，管道中介质的介质温度才降低。因此，即使在流体介质流动中断较长时间——例如几个小时的情况下，流体介质的温度也可被动地(即，没有额外的能量供给或去除)保持在潜热储存材料(2)的相变温度。因此，本发明的用于热水管/冷水管(特别是住宅和办公建筑以及处理设施中)的保温/保冷系统令人惊讶地可以省去能量密集型循环系统和管道伴热系统。此外，可以在任何时候以简单的方式来改装现有的热/冷水管和本发明的被动保温/保冷系统，特别是热/冷水管设置在——例如无需预设(walk-in)——管轴中。用于冷水的被动保冷系统还允许冷水管中的水顺利保冷，从能量来角度来看这通常不能实施的。由于较低的温度，冷水管中可能的病菌的增加慢得多。因此，在该管取得的水具有较低的病菌含量，这是积极的健康方面。
惊讶的是，通过适当地选择潜热储存材料(2)，可以将本发明的方法、本发明的储热隔热复合材料(51)、本发明的包裹管道(41)、用于热水管/冷水管的被动保温/保冷系统和本发明的用途用于维持例如建筑物中的蒸汽管或热水管中经加热或温热流体介质的温度，以及维持例如制冷系统中冷流体介质的温度。此外，本发明的储热隔热复合材料(51)、包裹管道(41)和用于热水管/冷水管的被动保温/保冷系统可以在工厂和现场用当地可用的工具很好地切割成一定尺寸。
因此，由于本发明，令人惊讶的是，以简单、低能量的方式，即使流体介质不再流动——或者不连续流动，管道中流体介质的温度可以在极其宽泛的可选择温度范围内基本保持在所使用的潜热储存材料(2)的相变温度下，而且保持数小时甚至数天，而无需添加或去除能量，即，被动地保持数小时甚至数天，因此也无需再循环、无需双夹套且无需电伴热或电动帕尔贴(Peltier)元件。
因此，本发明的方法、本发明的储热隔热复合材料(51)和本发明的包裹管道(41)可以令人惊讶地以非常通用的方式使用于本发明的用途，例如，在建筑物的热水管中，以及在加热和冷却系统中。因此，还提供简单、节能的温度保护，例如在化学操作的干扰和/或泵送临界温度流体介质(temperature-critical fluid media)的情况下。此外，本发明的储热隔热复合材料(51)和包裹的管道(41)可以以简单的方式——通常在现场——切割成所需尺寸，而不会泄漏潜热储存材料(2)——而且在高于潜热储存材料(2)的熔化温度的温度下也是如此。
令人惊讶的是，不仅本发明的方法容易进行，而且令人惊讶地，本发明的储热隔热复合材料(51)也容易现场使用。因此，为了安装保温系统，不再需要像以前那样实施额外的步骤，而是可以通过储热隔热复合材料(51)替代之前那样的隔热材料来包裹管道(4)。
如果需要，储热层(1)以及储热隔热复合材料(51)也可以以简单的方式切割成一定尺寸，甚至没有潜热储存材料(2)从储热层(1)——或者单独，或者与隔热材料(5)结合并因此作为储热隔热复合材料(51)——泄漏。换言之，储热层(1)和储热隔热复合材料(51)即使切割成一定尺寸也完全不会流出或以最少量的方式流出。
令人惊讶的是，住宅和办公建筑中以及用于化学和处理设施的本发明的热水管被动保温系统和/或本发明的冷水管被动保冷系统允许在数小时或者甚至数天内保持热水温度或冷水温度而无需主动能量供给。这允许显著降低住宅和办公建筑以及化学和处理设施的能耗。此外，用于热水管/冷水管的被动保温/保冷系统的简单且免维护的运行还允许安装在迄今为止尚未安装保温/保冷系统的房屋和建筑物中。这大大减少了水的消耗。
在文献中，经常描述管道，特别是用于提取原油的深海管线，所述深海管线被相变材料包围。相变材料用于延长冷却时间，并且防止管线中流动的介质(特别是原油)凝固。
因此，US 6,000,438描述了具有被动隔热物的深海管道，其具有改进的瞬态热损失性质。该管线装有包含分散或微囊化相变材料的隔热物。因此在管道内流动中断的情况下，可以大大延长所产生或所输送的烃液体的冷却时间。包含分散或微囊化相变材料的隔热物的缺点是隔热功能下降。此外，仅在所输送烃的区域中(即，在管线管道附近)的部分相变材料用于延长冷却时间。然而，隔热物中包含的大部分相变材料低于相变材料的相变温度，因此不能延长冷却时间。另一方面，由于导热相变材料的存在导致热导率增加，因此隔热性下降(图1和图2)。
WO-A-2011/161472描述了一种用于水下管线的被动热管理系统，用于例如将原油等液体输送离开水下钻头。在该情况下，输送期间原油的温度为约50℃至90℃，而周围环境的海水温度为约0℃。然而，如果原油的温度跌至约25℃，其可能固化并且阻塞管线。因此，被动热管理系统包含具有所选熔点的相变材料，以使得当原油运输中断时，将来自相变层的热量转移到冷却的原油，由此原油更长时间地保持为液态。
WO-A-2012/175994涉及用于在水下管线中维持温度、特别是原油温度的装置和方法。在该情况下，当流体温度沿阈值方向下降时，使用在相变期间具有高潜热的材料将潜热传递到流体。材料可以被隔热带包裹。并未提及基质，包括基质材料或相变材料或隔热材料。
WO-A-02/062918描述了一种用于产生具有剪切稀化特性和低热导率的准不可压缩(quasi-incompressible)相变材料的方法。为此目的，使得由液相中所选化合物的混合物组成的相变材料与作为增稠剂(texturising agent)的大体积聚合物混合。增稠剂使相变材料具有凝胶状稠度而没有剪切应力，但在剪切应力下其会再次液化。胶化相变材料用于管的隔热，例如烃输送管线、特别是深海原油管线。并未提及用隔热材料包裹该管线，所述管线被胶化的相变材料包围。
EP-A-2 712 893描述了一种用于生产具有保温性质的管线、特别是离岸管线的方法。在该情况下，将有机多异氰酸酯与至少一种具有至少两个相对于异氰酸酯反应性的氢原子的聚合化合物、催化剂、蜡和任选的其它添加剂混合以形成反应混合物，将其施加到管道上并反应形成聚氨酯层。并未提及隔热材料，特别是包围具有经反应的反应混合物的管线的隔热材料。
WO-A-02/16733描述了一种温度控制装置，用于防止在水下油气生产过程中、特别是在海底采油树(Sub-sea Christmas Tree)中形成烷烃水合物。该装置包括壳体和设置在壳体中的相变材料。相变材料的相变温度高于形成烷烃水合物的温度。在该情况下，相变材料就这样使用，而无需嵌入或封装在基质中。此外，并未提及隔热材料。
这些用于原油管线的装置和方法、特别是用于深海原油生产的原油管线的装置和方法并不适用于住宅和办公建筑或地上管线。这是因为用于此目的的深海管线和设备必须能够承受高水压并且必须非常耐受外部机械损坏。而且，原油管线具有复杂的结构，尺寸比住宅和办公建筑的水管大得多。此外，本发明所用的隔热材料不适用于深海应用，因为其由于作用在隔热材料上的力而被破坏或至少强力压缩，这会破坏隔热性质。
方法
本发明的方法用于保持、即稳定管道中流体介质的温度，即使在流动通过管道的流体介质的流动被中断的情况下亦是如此，其中，管道适合于建筑和住宅技术、建筑结构——因此也适用于住宅和办公建筑——以及化学和处理设施，并且因此是建筑和住宅技术、建筑结构以及化学和处理设施的优选部件。因此，该方法涉及地上管线，特别是住宅和办公建筑以及化学和处理设施的地上管线。
本发明的方法，储热隔热复合材料(51)和包裹的管道(41)不适用于石油和天然气工业的设备和管线，因此不适用于原油的输送，特别是不适用于深海原油提升。
术语“流体介质”也称为流体或仅称为介质，根据本发明其包括在运输时在管道中存在的温度下可流动且因此可运输的任意介质。该流体介质的非限制性实例特别包括：气体、液体、悬浮液、浆料、分散体、乳液和/或其混合物。但是，在本发明的意义上，原油不是优选的流体介质。
在本发明方法的第一步a)中，生产储热层(1)，其中，储热层(1)包含至少一种潜热储存材料(2)和至少一种基质材料(3)，其中，如果潜热储存材料(2)是微囊化形式的，那么基质材料(3)不是隔热材料(5)。
在根据本发明发的第二步b)的优选实施方式b1)中，储热层(1)例如以带的形式围绕管道(4)设置，并且任选地进行固定。在该情况下，储热层(1)可以完全或仅部分覆盖管道(4)。储热层(1)可以围绕管道(4)螺旋固定和/或——例如以细长矩形的形式——可以围绕管道(4)完全附着(图4)。例如，可以选择矩形的宽度以使其等于管道(4)的圆周，因此，当放置在管道(4)周围时会完全包围它。也可以选择矩形的宽度小于管道圆周，使得管道的一部分并未被储热层(1)包裹，并且/或者将两个或更多个矩形储热层(1)放置在管道表面上，例如以彼此平行的方式。另外，也可以叠加具有相同或不同组成的两个或更多个储热层(1)。随后，覆盖有储热层(1)的管道(4)被隔热材料(5)包裹，特别是通过具有合适的轮廓(即凹部)的隔热材料(5)，最优选用储热层(1)包围管道(4)，由此获得包裹的管道(41)。
在根据本发明发的第二步b)的另一优选实施方式b2)中，使储热层(1)首先与隔热材料(5)接触，由此获得储热隔热复合材料(51)，并且随后用储热隔热复合材料(51)包裹管道(4)，以使得储热隔热复合材料(51)的储热层(1)位于管道(4)与储热隔热复合材料(51)的隔热材料(5)之间。储热层(1)可以围绕隔热材料(5)的全部或仅部分内层(图3)。也可以用储热层(1)仅装备多部分管壳的一部分，例如仅一半。此处，隔热材料(5)优选地设有轮廓，即凹部，其中，储热层(1)设置在该轮廓中。通常选择隔热材料(5)的轮廓以最佳方式包围管道(4)和储热层(1)。
有利地选择储热层(1)的潜热储存材料(2)，使得潜热储存材料(2)的熔点，即，固-液相变(phase-change或phase-transition)温度略微偏离位于管道中并在管道中输送的流体的温度，即，通常偏离1℃至5℃。如果介质温度——并且通常流体介质保持温暖——高于环境温度，则有利的是熔点低于所输送介质的温度。而且，如果介质温度——通常在冷却的流体介质的情况下——低于环境温度，则有利的是潜热储存材料(2)的熔点高于所输送介质的温度。
在更大型建筑的热水管中，设定的水温为例如55℃。如果热水流动停止，则热水仅在具有隔热物和没有保温系统的情况下冷却。如果现在使用熔点为50℃至54℃的潜热储存材料(2)——例如，熔点为52.9℃的二苯胺或熔点为50.6℃的具有24个碳原子的链烷烃，则存在于储热层(1)中的全部潜热储存材料(2)处于高于其熔点的温度下。因此，潜热储存材料(2)是熔融形式的，即，是聚集的液态。如果现在中断热水流动，那么热水将会稍微冷却一下。然而，一旦热水的温度进入潜热储存材料(2)的熔融温度范围内，潜热储存材料(2)的一部分会固化，由此释放熔化焓。其进而传递到周围环境和热水。这防止在潜热储存材料(2)的熔融温度区域中热水温度进一步冷却并使之稳定。该过程将会持续直至所有的潜热储存材料(2)固化。因此，热水应保持在所需温度的持续时间也可通过选择储热层(1)的层厚、储热层(1)中潜热储存材料(2)的类型和量以及隔热材料(5)的类型和厚度来确定。在下一次热水抽取期间，流动通过的温水会加热固化的潜热储存材料(2)，使其再次熔化，从而被活化用于下一个循环。
在冷却流体介质流动通过管道(4)的制冷系统中，环境温度高于流体介质的温度。如果流体介质的温度为例如-23℃，那么可以使用例如熔点为-16℃至-21℃的潜热储存材料(2)。非限制性实例是熔点为-16℃的乙二醇或熔点为-21.3℃的水性氯化钙(CaCl2)溶液。因此，在该设置中，所有潜热储存材料(2)都是固化形式的。如果现在停止制冷系统流体介质的流动，则冷却的介质升温至潜热储存材料(2)的熔融温度。如果现在热量沿着管道(4)的方向通过隔热物从外侧持续渗透，那么首先潜热储存材料(2)会熔化。在该过程期间，冷却的流体继续保持恒定冷却，直至所有的潜热储存材料(2)熔化。因此，冷却的流体介质应保持在所需温度的持续时间可通过合适选择储热层(1)的层厚、储热层(1)中潜热储存材料(2)的类型和量以及隔热材料(5)的类型和厚度来确定。如果中断得到纠正，则流动的冷流体介质使得熔融的潜热储存材料(2)冷却，使其再次固化，从而被活化用于下一次中断。
当输送沸腾状态流体和在低于环境温度的温度下时，流体输送的中断导致液体的蒸发，从而导致快速的压力增加和安全临界条件。使用本发明的方法，本发明包裹的管道(41)、本发明的储热隔热复合材料(51)、和用于热水管/冷水管的被动保温/保冷系统，可以长时间避免该影响，在此期间干扰通常可以被修复。在大多数情况下，这可以防止安全阀或破裂片的响应。这对于具有天然制冷剂(例如戊烷，丁烷，丙烷，氨和/或CO2)的现代冰箱尤其重要，因为流体在接近其沸点的温度下运转。
低温热网络也越来越多地用CO2运转，其中，使用本发明，可以在热源和散热器之间安装更有力和节能的管线隔热物。
本领域技术人员将能够基于已知的公开数据，并根据其专业知识酌情确定合适的潜热储存材料(2)、其在储热层(1)中的比例、储热层(1)的必要层厚以及最佳隔热材料(5)的类型和厚度。
储热层(1)
储热层(1)优选为平坦层的形式，通常具有均匀的层厚。在高于潜热储存材料(2)的熔点的温度下，储热层(1)通常是柔性的，因此是可弯曲的和可模塑的。
储热层(1)的层厚基本上可以任意选择并适应特定要求。但是，在许多情况下，根据DIN 862用游标卡尺(特别是根据DIN 862形式1A用游标卡尺)测量的层厚为约0.1至20cm，优选约0.15至10cm，特别是约0.2至5cm的储热层(1)就足够了。
本发明方法和本发明储热隔热复合材料(51)的储热层(1)包含至少一种潜热储存材料(2)和至少一种基质材料(3)，其中，如果潜热储存材料(2)是微囊化形式的，那么基质材料(3)不是隔热材料(5)。
潜热储存材料(2)包含在基质材料(3)中。因此，基质材料(3)允许潜热储存材料(2)保持在适当位置，因此即使在液态下也不会流走。这也防止潜热储存材料(2)作为液体到达储热层(1)的表面，即，储热层(1)的渗出(也称为出汗)显著减少或甚至得以完全避免。
在优选实施方式中，选择储热层(1)中潜热储存材料(2)的含量，以使得在10K温度范围内的储热层(1)的固/液热容(包括相变焓)为每公斤储热层(1)至少50kJ、优选至少80kJ、特别是至少120kJ，并且根据EN ISO11357-1和-4通过DSC来测量。本领域技术人员知道如何确定该含量而无需运用创造性技能。潜热储存材料(2)的含量特别依赖于储热层(1)的所需熔融温度、所选的潜热储存材料(2)和流体介质的热容量。所使用的基质材料(3)通常对储热层(1)的热容量贡献极小。
在另一个优选实施方式中，储热层基本由如下组成：30至95重量％、优选40至90重量％、特别是50至85重量％的潜热储存材料(2)，5至70重量％、优选10至60重量％、特别是15至50重量％的基质材料(3)，以及0至20重量％、优选0至15重量％、特别是0至10重量％的其它组分。
储热层的优选其它组分包括至少一种成核添加剂，基于所用潜热储存材料(2)的总含量，其优选含量为0.1至10重量％、优选0.2至6重量％、特别是0.3至5重量％。合适的成核添加剂是本领域技术人员熟知的。非限制性实例包括二氧化硅，硅土，纳米颗粒，铁、铜和/或铝的金属氧化硅颗粒，以及/或者碳纳米管。
层(11)
在优选实施方式中，储热层(1)的至少一侧——在整个表面上或仅部分表面上——被层(11)覆盖，其中，层(11)优选是纸层、塑料膜和/或塑料层叠膜、金属箔、金属-塑料层以及/或者层叠体。塑料特别是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，金属箔特别是铝箔、铜箔、锡箔、锌箔和/或钢箔。在该情况下，层(11)也可以通过纤维、特别是玻璃纤维、碳纤维和/或塑料纤维进行增强。
如果储热层(1)面对流体介质的一侧包含层(11)，优选层(11)是导热层(11)。如果储热层(1)背向流体介质的一侧包含层(11)，优选该层是非导热层(11)。导热层(11)理解为表示热导率≥10W/(m·K)的层(11)。合适的导热层(11)的优选的非限制性实例是金属箔，例如铝箔、铜箔、锡箔、锌箔和/或钢箔。合适的非导热层(11)的优选的非限制性实例是塑料膜，例如PE膜、PP膜和/或PET膜。
有利的是，层(11)根据DIN 862用游标卡尺(特别是根据DIN 862形式1A用游标卡尺)测量的层厚为0.001mm至2cm，优选0.002mm至1cm，特别是0.003mm至0.5cm。如果由于层厚不足而无法用游标卡尺测量层厚，即，如果5次测量的平均值的标准偏差大于平均值的30％，则使用超声波测厚仪来测定层厚。
复合材料(13、14、15、16)
在特别优选的实施方式中，储热层(1)基本由复合材料构成，特别是基本由复合材料(13、14、15、16)构成，即，特别是基本由基于储热层(1)至少80重量％的复合材料构成。
在优选实施方式i)中，储热层(1)基本是复合材料(13)，其中复合材料(13)通过加热、混合和冷却至少一种潜热储存材料(2)、至少一种基质材料(3)和任选地至少一种成核添加剂获得。该复合材料(13)是本领域技术人员已知的，并且见述于文献例如WO-A-2009/118344。例如，其可以通过挤出、随后适当地制粒，并进一步加工，例如，以得到平坦的储热层(1)或得到纤维。该纤维可用于例如生产非织造织物和/或织造织物，并且可以此形式用作储热层(1)中的复合材料(13)。
在优选实施方式ii)中，储热层(1)基本是复合材料(14)，其中复合材料(14)包含潜热储存材料(2)，潜热储存材料(2)吸附在基质材料(3)上，即，被吸附被/或吸收。在该情况下，基质材料(3)优选是非织造织物、织造织物和/或扁平多孔材料，其中，非织造织物和/或织造织物可以任选地包含由复合材料(13)生产的纤维。而且，非织造织物和/或织造织物可包括中空纤维，其中，设置(即，例如填充、吸附和/或吸收)有潜热储存材料(2)。合适的非织造织物、制造织物和扁平多孔材料是本领域技术人员已知的。扁平多孔材料的非限制性实例是薄的多孔金属层，例如，烧结金属。
在优选实施方式iii)中，储热层(1)基本由复合材料(15)构成，其中复合材料(15)包含粉末和/颗粒材料(151)，其与至少一种基质材料(3)连接，特别是粘合剂，并且还任选地与至少一个层(11)连接。粉末和/或颗粒材料(151)优选以微囊化潜热储存材料(2)的形式存在，并且/或者潜热储存材料(2)被吸附(即，吸附和/或吸收)在多孔粉末状和/或颗粒状载体材料上。为了本发明的目的，载体材料和胶囊材料被认为是基质材料(3).
微囊化潜热储存材料(2)的生产是已知的并且市售可购得。
用于制备复合材料(15)的粉末和/或颗粒材料(151)的合适多孔粉末状和/或颗粒状载体材料是本领域技术人员已知的。而且，潜热储存材料(2)在粉末和/或颗粒材料(151)上的吸附和吸收是已知的。这优选在高于相关潜热储存材料(2)熔点的温度下进行。粉末和/或颗粒材料(151)与包含在其中的潜热储存材料(2)还可以用聚合物膜涂覆，例如，为了另外放置潜热储存材料(2)在液态下被解吸。
用于将复合材料(15)的粉末和/或颗粒材料(151)连接在一起的合适且特别优选的基质材料(3)是粘合剂，粉末和/或颗粒材料(151)保持与粘合剂在一起，即，固定。例如，粉末和/或颗粒材料(151)可以施加到层(11)上，然后粘结至粘合剂。任选地，可以在具有粘合剂的顶部施加其它层。粘合剂可以是单组分、双组份或多组分粘合剂，并且因此任选地是反应性粘合剂。合适的粘合剂是本领域技术人员熟知的。
在优选实施方式iv)中，储热层(1)基本表示复合材料(16)，其中复合材料(16)包含潜热储存材料(2)和增稠剂，其中，复合材料(16)通常是高粘液体、凝胶、粉末、颗粒材料、薄片和/或糊料形式的。复合材料(16)的特别合适的潜热储存材料(2)包含水和水性混合物和/或水性溶液。
一些增稠剂可另外用作潜热储存材料(2)的成核剂。其一个实例是SiO2。
合适的增稠剂是适合于所讨论的潜热储存材料(2)的增稠剂，并且包括有机和无机增稠剂。本领域技术人员知道合适的增稠剂，并且还能够进行合适的选择，以最佳方式适应所讨论的潜热储存材料(2)。
在另一个特别优选的实施方式v)中，储热层(1)基本上包括、特别是以基于储热器层(1)至少80wt％的程度包括：由基质材料(3)形成的多个(即2个或更多个)腔室，其中，腔室包含潜热储存材料(2)，即，腔室优选地填充有潜热储存材料(2)。潜热储存材料(2)优选以纯的形式、粉末和/或颗粒材料(151)、复合材料(13、14、15、16)和/或两种或更多种复合材料(13、14、15、16)的混合物。例如，腔室在一侧可以是敞开的，使得其可以容易地进行填充，其中，腔室可以被随后附着的层(11)覆盖。
潜热储存材料(2)
储热层(1)的潜热储存材料(2)存储相变焓或将其释放到流体介质中。因此，潜热储存材料(2)利用从固态到液态的相变来吸收热量或利用从液态到固态的相变来释放热量。术语“相变焓”是指固/液或液/固相转变的熔化焓或凝固焓。
根据本发明，“相变”是指物质从固态变为液态，即熔化，或从液态变为固态，即凝固或冻结。根据本发明，熔化、凝固和冻结用作同义词。所有相变通常具有相同的焓，其中，绝对值(即焓值的量)是重要的。这些也用作同义词。
相变温度理解为从固态到液态的相变的熔点和从液态到固态的相变的凝固或冻结温度。这些温度通常具有相同的值并用作同义词。如果潜热储存材料(2)具有相变温度范围，则相变温度理解为温度范围的算术平均温度。如果不能清楚地确定，则相变温度理解为在DSC测量的焓摄取达到其最大值时的温度。因此，在本发明的上下文中，熔融温度范围理解为熔融温度，并且凝固温度范围理解为凝固温度。
根据本发明，在5K的相变温度范围内固-液相变焓为至少120kJ/kg的潜热储存材料(2)的材料被称为潜热储存材料(2)，也称为相变材料，缩写为PCM。合适物质的相变焓为本领域技术人员熟知的。在没有相应焓值的情况下，相变焓可以根据EN ISO 11357-1和-4通过DSC测量。
在优选实施方式中，潜热储存材料(2)的熔点为-182℃至+175℃，优选-80℃至+150℃，特别是-25℃至+125℃。因此，例如，熔点为-182℃的甲烷可以用作潜热储存材料(2)以冷却在正常压力下沸点为-182℃的氧，并且在冷却系统发生故障的情况下防止蒸发。这是因为如果氧气具有略高的压力，则沸点也相应地增加，例如，升至-180℃。如果甲烷用作潜热储存材料(2)，则有利的是甲烷在室温下被吸附在例如载体材料上，并且任选地被封装以防止甲烷蒸发。而且，管道(4)可包括蒸汽管道，其中蒸汽以例如125℃的温度输送。为此，有利地使用潜热储存器材料(2)，其相变温度为-120℃至123℃。合适的潜热储存材料(2)的非限制性实例是苯甲酸，其熔点为121.7℃。
在另一个优选的实施方式中，潜热储存材料(2)包含至少一种有机化合物，特别是烃、链烷烃、醇、二醇、多元醇、糖、酮、酯、醚、羧酸、脂肪酸、酰胺、硫、磷和/或氮化合物；以及/或者无机化合物，特别是无机盐、盐的水合物、水和/或水性混合物。本领域技术人员知道合适的潜热储存材料(2)，这些材料在文献中多次描述，例如见述于VDI 第10版，普林格公司(Springer Verlag)。
优选的非限制性实例包括熔点为5.5℃至75.9℃并且熔化焓为约200至269kJ/kg的C14至C34链烷烃，例如，熔点为18.3℃并且熔化焓为210kJ/kg的十六烷，熔点为-12.9℃并且熔化焓为160kJ/kg的乙二醇，熔点为0℃且熔化焓为160kJ/kg的水，水性混合物，例如，以最佳混合比率(即，约70重量％的二醇和30重量％的水)可获得冰点为-56℃且熔化焓为212kJ/kg的二醇-水混合物，或水-盐的混合物，其中，所述盐可以是氯化钠，氯化钙和/或氯化钾，金属盐例如熔点为72.2℃且熔化焓为267kJ/kg的硅酸钠五水合物(Na2SiO35H2O)，熔点为54℃且熔化焓为199kJ/kg的肉豆蔻酸。
基质材料(3)
储热层(1)的基质材料(3)形成基质，即，防止潜热储存材料(2)以液体形式(即，熔融形式)和任选地以粉末和/或颗粒形式流走的结构。因此，通常有利的是在室温下并且通常在加入的潜热储存材料(2)的相变温度之上最高达10℃、优选至最高达25℃、特别是最高达50℃下基本是固体形式的基质材料(3)。
在一个优选的实施方式中，基质材料(3)是合成和/或天然聚合物，特别是基于烯烃单体的聚合物，所述烯烃单体为例如，丙烯酸酯，苯乙烯，和/或烯烃，例如聚丙烯酸甲酯，苯乙烯(共)聚合物，聚乙烯和/或聚丙烯，嵌段共聚物，例如包含苯乙烯和/或乙烯的嵌段共聚物，缩聚物，特别是聚酯，聚酰胺和/或聚对苯二甲酸乙二酯，生物聚合物，特别是蛋白质，多糖，和/或天然纤维，载体材料，增稠剂和/或粘合剂。因此，基质材料(3)——在与潜热储存材料(2)混合时——是完全反应的聚合物，因此通常对暴露的环境是化学惰性的。
根据特别优选的实施方式i)、ii)、iii)、iv)和v)以及复合材料(13、14、15、16)，可以使用基质材料(3)或多种不同的基质材料(3)。
实施方式i)和ii)的优选的合适基质材料(3)包括聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯，如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，聚乙烯(LDPE，HDPE)，聚丙烯，聚对苯二甲酸乙二酯，聚苯乙烯，嵌段聚合物，如苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物，苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物，苯乙烯-聚异戊二烯嵌段共聚物，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，苯乙烯-[乙烯-(乙烯-丙烯)]-苯乙烯嵌段共聚物(SEEPS)，聚酰胺，聚酯，纤维素，硅酸盐，玻璃纤维，织造织物如玻璃织造织物和/或非织造物。
实施方式iii)的优选的合适基质材料(3)包括载体材料和粘合剂。合适的载体材料的非限制性实例包括膨胀粘土，膨胀玻璃，二氧化硅气凝胶，二氧化硅，膨胀蛭石，无定形二氧化硅，浮石，膨胀页岩，珍珠岩，飞灰，和/或有机粉末和/或颗粒材料，例如多孔多糖，如淀粉醚和/或纤维素纤维。合适的粘合剂的非限制性实例包括有机粘合剂，例如水基粘合剂，例如，基于乙酸乙烯酯或乙烯-乙酸乙烯酯的分散粘合剂，聚丙烯酸酯粘合剂，聚氨酯粘合剂，环氧树脂硬化粘合剂(epoxy hardener adhesive)，热熔粘合剂，特别是反应性热熔粘合剂；和/或无机粘合剂，例如水玻璃，石膏和/或水泥。
应注意，多孔材料可用作隔热材料(5)以及例如用于制备实施方式iii)的复合材料(15)的载体材料、或用作制备实施方式iv)的复合材料(15)的增稠剂。这些材料如膨胀粘土、二氧化硅气凝胶和/或无定形硅二氧化物适合用作隔热材料(5)，只要其孔充满气体，特别是空气即可。但是，如果液体或固体填充这些孔，这些孔会失去隔热性质。然而，所述液体或固体随后发挥其作为载体材料或增稠剂的作用。
实施方式iii)的优选的合适基质材料(3)包括有机和无机增稠剂。合适的增稠剂——特别是用于水和含水体系——的非限制性实例是丙烯酸酯增稠剂，交联聚丙烯酸，缔合型增稠剂，多糖增稠剂，例如淀粉醚，纤维素醚，瓜尔胶醚，角叉菜胶，刺槐豆胶，果胶，黄原胶，聚乙烯醇，聚乙酸乙烯酯，硅酸盐，二氧化硅(SiO2)，气凝胶，硅胶，二氧化硅气凝胶，膨润土，锂蒙脱石和/或碳纳米管。对于有机潜热储存材料(2)，还可以使用疏水改性的增稠剂，例如疏水有机聚合物和/或疏水SiO2。
实施方式v)的优选的合适基质材料(3)包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，聚乙烯(LDPE，HDPE)，聚丙烯，聚对苯二甲酸乙二酯，聚苯乙烯，嵌段聚合物，如苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物，苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物，苯乙烯-聚异戊二烯嵌段共聚物，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)和/或苯乙烯-[乙烯-(乙烯-丙烯)〕-苯乙烯嵌段共聚物(SEEPS)。
管道(4)
本发明方法的管道(4)通常是也可以在常规方法中使用的市售可购得的管道。本发明的术语“管道(4)”还包括管子，即，柔性和可弯曲的管道，例如塑料管子。管道(4)可具有光滑或波状或其它轮廓化表面。因此，包括由塑料和/或金属制成的波纹管子。
管道(4)的直径取决于使用领域和所输送流体介质的量。对于较小的冰箱，它可以是直径为例如1cm或更小的细管。术语“管道(4)”还可以理解为是指管线或管，只要其适合输送本发明意义上的流体介质即可。
管道(4)优选是由基本上一种类型材料制成的管道，并且因此通常是单层管道。因此，管道(4)优选地不是由多个不同材料的不同层组成，例如WO-A-2011/161472或WO-A-2012/175994中所公开的。
在本发明的意义上，管道(4)不包括用于石油或天然气工业的管线或管道。
在一个优选实施方式中，管道(4)为玻璃管道；金属管道，特别是铜管道、钢管道、不锈钢管道、铝管道和/或铜管道；和/或塑料管道，特别是由PVC、PET、丙烯酸玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丁二烯、聚丙烯、聚乙烯和/或复合材料制成的管道。
用于建筑技术、例如用于多层多户住宅中的合适热水管道(4)的内径通常为约0.5cm至约50cm，特别是约1cm至约35cm。内径优选用游标卡尺根据DIN862进行测量，特别是根据DIN862形式1A用游标卡尺进行测量。
管道(4)可以具有任意横截面。在许多情况下，优选的横截面是圆形横截面。然而，其也可以是卵形，椭圆形，角形，例如四边形，和/或正方形。例如，如果管道以螺旋方式设置，整个螺旋也可以被包裹，如同螺旋的总直径是管道(4)的直径。如果也可能——并且通常优选——管道(4)中所流动的流体介质处于压力下，即，具有大于1巴压力，例如在水管如热水管的水，在冷却单元中的气体，或在蒸汽管道中的蒸气。
如果方法步骤b1)的管道(4)首先被储热层(1)包裹，随后被隔热材料(5)包裹，或者根据方法步骤b2)的管道(4)之间被储热隔热复合材料(51)包裹，来生产根据本发明方法可获得的包裹管道(41)。
隔热材料(5)
所述隔热材料(5)用于两个储热器层(1)和管道(4)和在其中的流体介质的隔热。因此，温度补偿随环境温度显著减慢。然而，由于隔热材料(5)的热容量通常太低，因此隔热不适合用于蓄热的目的。
优选的隔热材料(5)的热导率≤0.1W/(m·K)，优选≤0.07W/(m·K)，特别是≤0.04W/(m·K)。
所述隔热材料(5)的最优层厚取决于具体应用和个性化需求，并且本领域技术人员可容易地作出适当选择。
通常有益的是隔热材料(5)完全包围管道(4)和储热层(1)。此外，有利的是，选择尽可能用户友好的实施方式，例如，以储热隔热复合材料(51)的形式和/或以被称为储热壳体的形式，其可以在工厂制造，并且可以很容易在现场围绕管道(4)设置，如图3所示。
合适的隔热材料(5)是本领域技术人员熟知的。优选的非限制性隔热材料(5)包括：膨胀型聚苯乙烯(EPS)，挤出型聚苯乙烯(XPS)，聚氨酯(PUR)，聚异氰脲酸酯(PIR)，酚醛树脂(PF)，柔性弹性体泡沫(FEF)，聚乙烯泡沫(PEF)，脲甲醛树脂泡沫(UF)，硬质PVC泡沫，聚氨酯喷涂隔热物，橡胶，如天然橡胶或合成橡胶如苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)或乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)，矿物纤维，矿物泡沫，矿棉(MW)，岩棉，玻璃棉，泡沫玻璃(CG)，膨胀粘土，珍珠岩和膨胀珍珠岩(EPB)，蛭石和膨胀蛭石，充气混凝土，木纤维保温板(WF)，木丝保温板(WW)，纤维素隔热物(CI)，软木，栓皮粉(ground cork)，软木板和软木保温板(ICB)，微孔隔热材料，气凝胶，真空隔热板(VIP)，真空隔热材料和/或动物和/或植物来源的隔热材料，如羊毛隔热板，芦苇板，椰子纤维垫和/或扁平纤维板，其中特别是EPS、PU、PIR、弹性体、橡胶、丁苯橡胶(SBR)、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)、FEF、石材、玻璃棉、玻璃泡沫和/或矿物泡沫是优选的。
在一个实施方式中，特别优选发泡隔热材料(5)，极为优选膨胀型或挤出型有机聚合物。
隔热材料(5)和储热隔热复合材料(51)还可以在罩管即外层中具有蒸气屏障。
隔热材料(5)的层厚基本上可以任意选择并适应特定要求。在许多情况下，根据DIN 862用游标卡尺测量的层厚为约0.2至40cm，优选约0.5至20cm，特别是约0.5至10cm的隔热材料(5)是合适的。
储热隔热复合材料(51)
获得本发明的储热隔热复合材料(51)通过使得储热层(1)与隔热材料(5)接触(即，连接)来获得。其特别适用于建筑和住宅技术。然而，由于包裹管道(4)的允许直径尺度，储热隔热复合材料(51)也可在化学和处理设施中使用、特别是在特种化学品领域中使用。
在优选实施方式中，由于隔热材料(5)可以以简单的方式围绕管道(4)设置，隔热材料(5)具有轮廓，即，凹部。如果这个凹部略增大，即，显著增加了储热器层(1)的层厚，可以将储热层(1)插入该凹部中并且有利地进行固定，即夹紧、拧紧、钉紧，固定和/或胶合，由此获得本发明的储热隔热复合材料(51)。因此，储热隔热复合材料(51)以可封闭管壳的形式存在，其可以任选地由膜、特别是纤维增强保护膜围绕。
有利的是在工厂生产储热隔热复合材料(51)、特别是管壳形式的储热隔热复合材料(51)。因此，例如在施工现场，管道(4)在现场进行涂覆，使得储热隔热复合材料(51)的储热层(1)位于管道(4)和储热隔热复合材料(51)的隔热材料(5)之间。因此，本发明的储热隔热复合材料(51)也非常适用于改造现有的、永久安装的管道(4)和管。
用于热水管/冷水管的被动保温/保冷系统
本发明的用于热水管的被动保温系统和/或本发明的用于冷水管的保冷系统，即，用于热水管/冷水管的保温/保冷系统，其包含根据本发明方法包裹的至少一根管道(41)和/或用本发明的储热/隔离复合材料(51)包裹的管道(4)。其特别适用于建筑和住宅技术、建筑结构以及化学和处理设施的管道。
在优选实施方式中，被动保温系统没有具有循环泵的循环系统，并且因此也没有返流管线。
在另一优选实施方式中，在被动保温/保冷系统中，不需要引入和/或去除外部能量以实现该功能。换言之：包含在热水中的能量足以为潜热储存材料(2)提供所需的熔化焓，以加热并使其熔化，因此使得其“活化”。在热水流动中断的情况下，储存在潜热储存材料(2)中的能量在较长时间内释放到水中，由此，管中的水保持在限定的极限之上数小时，例如超过7小时或更长时间。当流动中断时，不需要添加额外的能量。此外，不需要循环系统来使热水保持足够温暖。冷水还可以快速且容易地使存储在潜热储存材料(2)的能量(即，熔化焓)消散，从而使其“活化”。在冷水流动中断的情况下，熔化焓必须首先通过来自外部的热输入重新引入，由此潜热储存材料(2)开始熔化。如果尺寸合适，该过程需要数小时，在此期间水保持冷却。同样，当流动中断时，不需要添加额外的能量以使水冷却。
在热水管的被动保温系统的优选实施方式中，使用相变温度优选为约40℃至70℃、特别是约50℃至60℃的潜热储存材料(2)。合适的非限制性潜热储存材料(2)包括熔点为54℃且熔化焓为199kJ/kg的肉豆蔻酸。
在冷水管的被动保冷系统的优选实施方式中，使用相变温度优选为约-10℃至20℃、特别是约-2℃至18℃的潜热储存材料(2)。合适的非限制性潜热储存材料(2)包括熔点为18℃且熔化焓为210kJ/kg十六烷和熔点为6℃且熔化焓为225kJ/kg的十四烷。
任意提及的基质材料(3)都适用于生产储热层(1)的基质材料(3)。
上述隔热材料(5)适用于用作隔热材料5——用于生产合适的储热隔热复合材料和/或用于包裹被储热层(1)覆盖的管道(4)——其中，特别优选发泡隔热材料(5)，极为优选膨胀型或挤出性有机聚合物。
在用于热水管/冷水管的被动保温/保冷系统的优选实施方式中，在根据本发明包裹管道(41)和/或根据本发明的储热隔热复合材料(51)的情况下，隔热材料(5)的层厚与储热层(1)的层厚比率优选为约40:1至约50:1，优选约20:1至约1:1，特别是约10:1至约2:1。因此，管道(41)或复合材料(51)——例如，包含潜热储存材料(2)的储热层(1)——的合适实施方式，的层后为10mm，并且隔热材料的层厚为30mm。在另一示例性实施方式中，储热层(1)的层厚为5mm，并且隔热材料(5)的层厚为50mm。
实施例1：制备储热层(1)
所使用的基质材料(3)由100g粒状聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和150g粒状苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS，制造商科腾聚合物有限公司(Kraton PolymersInc.))混合在一起并在250℃下在市售双螺杆挤出机的第一区域(即，进料区域)预混合2分钟来形成。
使将740g用作潜热储存材料(2)且熔点为31℃的链烷烃(来自Rubitherm的RT31)与作为成核剂和增稠剂的1g疏水性热解二氧化硅SiO2(二氧化硅，赢创(Evonik))混合，并且在具有市售分散装置(来自IKA的转子-定子-棒均化器)的2.5L容器中在50℃下以20,000s-1剪切速率分散5分钟。然后将其加入挤出机的第二区域中，并在250℃PCM下与基质材料(3)的聚合物混合3分钟。然后挤出物在水浴中冷却，并造粒化至3mm的平均粒度，所述平均粒度通过筛子测量。
将较大量的颗粒状材料引入购自科倍隆公司(Coperion)的ZSK-MC-18挤出机中，T＝250℃，停留时间为2分钟，并拉伸形成层厚为5mm、宽度为0.5m的平坦储热层(1)。为了更好地进行处理，随后将两侧与铝箔层压，并将储热层(1)切割成一定尺寸。
由此获得的储热层(1)是相对缺乏弹性的，例如在20℃的温度下，也就是说在远低于所使用的链烷烃熔点的温度下，即，在很小的压力下，其可以很容易的塑性变形。但是，如果将储热层(1)——并因此所有链烷烃，即，潜热储存材料(2)的总量——加热至例如40℃，即，远高于所用链烷烃熔点，颗粒材料以及由其制成的热存储层(1)是可弹性变形的。在切割边缘，可以感觉到链烷烃，但是没有链烷烃渗透到外侧，而且，在40℃下对含有熔融链烷烃的颗粒材料或储热层(1)施加压力的情况下也是如此。因此，即使在熔化的链烷烃和压力应用的情况下，颗粒材料和储热层(1)也都未渗出。所获得的包含74重量％潜热储存材料(2)的储热层(1)根据EN ISO 11357通过DSC测量的热容量为140kJ/kg储热层(1)。
实施例2：生产包裹的管道(41)
将实施例1中所生产的层厚为5mm、宽度为0.5mm并且在两侧上具有铝层叠体的平坦储热层(1)切割成宽度2cm的条带。外直径为5.4cm的不锈钢管道由储热层条带以约45°的角度进行包裹。在条带的末端，用另一条带继续包裹。在该情况下，将条带末端之一胶粘到管道和/或用粘合剂带缠绕以将储热层条带固定在管道上。
在后续步骤中，用隔热材料(5)以管壳形式包裹由储热层(1)覆盖的管道(4)，该管壳是聚异氰脲酸酯泡沫(PIR泡沫)形式的。管壳的内径为6.4cm，层厚为5cm，热导率为0.027W/(m·K)。在沿垂直方向设置的管壳开口处，管壳宜有可将其封闭的自粘层。该包裹的管道(41)的结构以示例性方式显示在图7中，所述管道(41)用由隔热材料(5)制成的管壳封闭。
实施例3：生产包裹的管道(41)
重复实施例2，使用外径5cm的市售橡胶管道作为管道(4)。此外，使用层厚5cm、柔性PU泡沫管壳作为隔热材料(5)。
与没有储热层(1)相比，如此获得的包裹管道(41)，即以该方式涂覆的橡胶管道，即使在远低于储热层(1)中潜热储存材料(2)的熔融温度的温度下也具有相对高的柔性。
实施例4：生产储热隔热复合材料(51)和包裹管道(4)
重复实施例2，将相同量的熔点为约53℃且熔化焓为199kJ/kg的肉豆蔻酸用作潜热储存材料(2)，替代链烷烃。将由此生产的层厚为10mm、宽度为0.5mm并且在两侧上具有铝层叠体的平坦储热层(1)切割成条带，宽度选择为使得内衬隔热材料(5)可以内衬在其整个表面的内侧上。两片层厚为5cm且外径为14.2cm的铰接式PIR泡沫管壳用作外径为2.2厘米的管道周围的隔热材料(5)(参见图3左半部分)。用所得到的储热隔热复合材料(51)覆盖壁厚为1.2mm、外径为2.2cm的不锈钢管。
实施例5：确定在流动中断的情况下具有热水管/冷水管的被动保温/保冷系统的温度表现
在具有恒定室温的气候室中，设定测试设置，以确定在流动中断的情况下具有热水管/冷水管的被动保温/保冷系统的温度表现。对于水温为60℃的测试，设定室内气候为21℃(冬季加热的房间)，对于水温为12℃的实验，设定室内气候为26℃(夏季温度)。
测试装置包括两端连接到恒温器的3米长水平设置的不锈钢直管测试和测量部分。使用饮用水作为流体，通过恒温器精确调节和维持流体温度。使得从恒温器到管道来回所需的连接线最小化，并使用隔热材料进行最佳隔热。
对于使用热水进行的测试，即，水温为60℃的热水，使用外径为22mm、壁厚为1.2mm的管道，以及外径为54mm、壁厚为1.5mm的管道。对于使用冷水进行的测试，即，水温为12℃至13℃的冷水，使用外径为22mm、壁厚为1.2mm的管道。根据实施例4，不锈钢管道由不同的储热隔热复合材料(51)包裹。储热隔热复合材料(51)的隔热材料(5)是瑞士的KISODUR PIR外壳，它的热导率为0.027W/(m·K)，比热容为1.4kJ/(kg.K)，堆积密度为32kg/m3。具体的组成可以在表1的脚注中找到。此外，对比测试采用标准隔热物以及完全没有隔热物进行。
沿着测试轨道在不锈钢管道内以规则间隔安装四个温度传感器，以测定管道中的水温，其中，随后仅显示两个中间温度传感器的平均温度。
在每次测试之前使测试装置循环足够的时间以确保整个潜热储存材料(2)处于液态(用于热水)或固态(用于冷水)。
表1：确定在流动中断的情况下本发明的具有热水管或冷水管的被动保温或保冷系统的温度表现
1)环境温度21℃；水温恒温器60℃
2)环境温度26℃；水温恒温器12℃
3)管道的壁厚＝1.2mm。
4)管道的壁厚＝1.5mm。
5)与实施例1类似，储热层(1)由75重量％用作潜热储存材料(2)且所测量熔点为约53℃的肉豆蔻酸以及25重量％作为载体材料的PMMA/SEBS聚合物掺混物构成。
6)与实施例1类似，储热层(1)由75重量％用作潜热储存材料(2)且所测量熔点为17℃的十六烷以及25重量％作为载体材料的PMMA/SEBS聚合物掺混物构成。
7)热导率为W/(m·K)的市售两件式IR泡沫管壳用作隔热物。
8)在测试系列A和B中，设定极限为48℃，在实验C中，极限为20℃。
测试系列A和B显示了在直径为22mm(测试系列A)或54mm(测试系列B)的不锈钢管道中水流动中断的情况下，温度为60℃的热水的冷却。在没有隔热物的情况下，水在短时间内冷却。较粗管道(1小时)中的热水由于质量大于较细的管道(20分钟)中，其冷却略慢。现在，如果管道覆盖有层厚50mm的市售PIR泡沫，直至达到48℃极限的时间得以延长，例如延长4倍。如果现在在管道和隔热物之间设置储热层(1)薄层，直到到达极限48℃的时间再次显著增加，所述储热层(1)包含75％的熔点为53℃的合适潜热储存材料(2)。因此，对于较细的管道(测试系列A)，10mm的储热层(1)的层厚度足以使时间跨度从1.5小时增加到7小时。对于较粗的管道，仅5mm厚的储热层(1)使时间从3.7小时延长至63/4小时。更厚25％的储热层(1)使直至直到48℃的时间另外增加2小时(具有略低的隔热物厚度)。
测试系列C显示了在直径为22cm的不锈钢管道中水流动中断的情况下，温度为12℃至13℃的冷水加热。在没有隔热物的情况下，在仅55分钟内达到20℃的极限。如果管道覆盖有由市售可得的PIR泡沫制成的30mm厚的隔热物，则直至管道中水温达到极限20℃的时间增加至3.2小时。如果现在在管道和隔热物之间设置仅5mm的储热层(1)薄层，直到到达极限20℃的时间再次增加至10.5小时，所述储热层(1)包含75％的熔点为17℃的合适潜热储存材料(2)。
测试清楚表明，甚至在管道(4)和隔热物(5)之间使用具有合适潜热储存材料(2)的储热层(1)薄层，也可以实现显著提高热水管/冷水管中热水冷却或冷水加热。本发明的包裹的管道(41)是否通过首先用储热层(1)覆盖管道(4)并随后用隔热物(5)获得，或者管道(4)是否由本发明的储热复合材料(51)包裹并不重要。由此产生的具有热水管/冷水管的被动保温/保冷系统在没有能量输入的情况下工作，并且允许无数次的升温/冷却循环而没有磨损。而且生产既简单又便宜，且免维护。
在下文中，将参考所显示的附图、本发明方法的非限制性优选实施方式、根据本发明获得的包裹的管道(41)和储热隔热复合材料更详细地解释本发明。这些不应以限制性方式解释，并应理解为说明书的一部分：：
图1作为示例显示了沿着具有隔热材料(5)的管道(4)半径的温暖流体介质从管道(4)内至管壁(标记为d1)并且进一步穿过隔热材料(5)至外侧的对数降低温度曲线。虚线(......)示意性地显示隔热材料(5)内的温度过程，其中，在管道(4)和隔热材料(5)之间不存在潜热储存材料(2)。而且，隔热材料(5)本身不包含潜热储存材料(2)。因此，虚线表示现有技术的常规实施方式。虚线(---)示意性显示隔热物内的温度曲线，其中，常规的微囊化潜热储存材料(2)包含在隔热物中。所示的是潜热储存材料尚未完全凝固时的温度曲线，也就是说，在关闭通过管道的流动之后不久相当于流体介质保温开始之后不久。这种隔热材料是文献中已知的。即使微囊化潜热储存材料(2)分布在整个隔热物内，也仅液体形式的部分潜热储存材料(2)可以用作储热层，即，在该隔热区域内的温度必须至少等于熔融温度。然而，具有如此高温度的隔热区域通常非常少的(标记为d2)，特别是因为选择潜热储存材料(2)使其熔点仅略低于所输送流体介质的温度。因此，可用作储热层的隔热物比例非常低。另一方面，具有微囊化潜热储存材料(2)的隔热物的热导率增加，这限制了隔热的效果。结果，两种效果(即，维持温度的和降低隔热)可能由于热导率增加而相互抵消。点划线(-·-)示意性显示了根据本发明的温度曲线。管道(4)内至管壁(标记为d1)的温度也对应于储热层(1)内的温度(标记为d1至d3)。只有此时，隔热材料(5)(从d3)内至外侧的温度才能降低。
图2类似于图1，显示了在管道(4)内的流动中断的情况下，以指数方式降低的温度曲线TR。虚线(……)显示了根据现有技术的仅具有隔热材料(5)的温度曲线。虚线(---)显示包含现有微囊化潜热储存材料(2)的隔热物的温度曲线，并且点划线(-·-)显示根据本发明包裹的管道(4)的温度曲线(4)。
管道(4)内直到时间t1的温度对应于流动期间流体介质的温度，即，温度等于所需温度。如果现在在时间t1停止输送流体介质，并且仅通过隔热材料(5)保护管道(4)免于冷却，则管道(4)内的流体介质的温度相对快速地下降(虚线......)。
如果隔热物包含现有微囊化潜热储存材料(2)(虚线---)，则温度最初仅略微降低，但并不能保持。但是，一旦一部分微囊化潜热储存材料(2)紧邻管道(4)并因此处于熔融状态，即，在时间t2释放其相变焓，则温度降低并且流体介质冷却下来。
用本发明储热层(1)包裹的管道(41)中的温度——特别是隔热材料(5)和储热隔热复合材料(51)包裹的管道(41)中的温度——即使在流体介质流动中断的情况下(时间t1)，也能保持较长时间(点划线-·-)，直到所有潜热储存材料(2)的相变焓通过隔热材料(5)释放到周围环境。只有此时，即，在时间t3，流体介质才冷却下来。但是，在实践中，通过优化层厚，这仅在非典型的长时间中断的情况下，例如在较长维护工作期间才会发生。
图3类似于图2，显示了在外径为22毫米、壁厚为1.2毫米的不锈钢管中，在流动中断后，流动温度为60℃的水的测量温度曲线。虚线(……)显示了不具有隔热材料(5)和不具有现有储热层的管道中的温度曲线。虚线(---)显示了具有由层厚为50mm的市售PIR泡沫制成的现有隔热物(5)的温度曲线。点划线(-·-)显示了被储热复合材料(51)包裹的管道(4)的温度分布，该储热复合材料(51)由层厚为50mm的市售PIR泡沫和层厚10mm的储热层(1)制成，其中，在潜热储存材料(2)的熔融温度范围内，管道温度的时间极限是清楚可见的；更多详细信息，参见实施例5和表1。
通过使用具有仅10mm厚的本发明储热层(1)的储热复合材料(51)，从60℃至48℃的设定极限(细的水平虚线)的冷却时间可以从1.5小时增加到7小时。
图4类似于图3，显示了在外径为54毫米、壁厚为1.2毫米的不锈钢管中，在流动中断后，流动温度为60℃的水的测量温度曲线。虚线(……)显示了不具有隔热材料(5)和不具有现有储热层的管道中的温度曲线。虚线(---)显示了具有由层厚为50mm的市售PIR泡沫制成的现有隔热物(5)的温度曲线。点划线(-·-)显示了由储热复合材料(51)包裹的管道(4)的温度曲线，该储热复合材料(51)由层厚为50mm的市售PIR泡沫以及5mm厚的储热层(1)制成。双点虚线(-··-)显示了由储热复合材料(51)包裹的管道(4)的温度曲线，该储热复合材料(51)由层厚为48.75mm的市售PIR泡沫以及6.25mm的储热层(1)制成；更多详细信息，参见实施例5和表1。如果管道(4)被储热复合材料(51)包围，则在潜热储存材料(2)的熔融温度区域内，管道温度的时间极限是清楚可见的。
通过使用具有仅5mm厚的本发明储热层(1)的储热复合材料(51)，从60℃至48℃的冷却时间可以从3.7小时增加到6.75小时。如果使用6.25mm厚的储热层(1)，从60℃至48℃的设定极限(细的水平虚线)的冷却时间甚至可以增加到8.75小时。
图5类似于图3，显示了在外径为22毫米、壁厚为1.2毫米的不锈钢管中，在流动中断后，流动温度为12℃值13℃的水的测量温度曲线。
虚线(……)显示了不具有隔热材料(5)和不具有现有储热层的管道中的温度曲线。虚线(---)显示了具有由层厚为30mm的市售PIR泡沫制成的现有隔热物(5)的温度曲线。点划线(-·-)显示了由储热复合材料(51)包裹的管道(4)的温度曲线，该储热复合材料(51)由层厚为50mm的市售PIR泡沫以及5mm厚的储热层(1)制成；更多详细信息，参见实施例5和表1。
通过使用具有仅5mm厚的储热层(1)的储热复合材料(51)，从12℃-13℃至20℃的设定极限(细的水平虚线)的升温时间可以从55分钟增加到10.5小时。
图6显示管壳形式的储热隔热复合材料(51)的实例。例如，两个半部在外侧被纤维增强保护膜包围，这由左侧和右侧上的突出的标签表示。它们因此保持在一起并且可以方便地放置在管道(4)周围，管道(4)的外径理想地齐平配合管壳的内径。管壳的左侧实施方式具有连续的储热层(1)，其由连续的隔热材料(5)在外部包围，而右侧的实施方式——作为示例性实施方式——具有三个储热层(1)的条带，其容纳在隔热材料(5)的凹部中。可以将储热层(1)固定至隔热材料(5)上，例如通过胶合，这是左储热器隔离复合材料(51)的优选实施方式，即，管壳半部。或者，隔热层(1)也可以压入例如隔热材料(5)的凹部中，并因此可以机械固定。
图7以示例的方式显示了管道(4)，其由细长的矩形储热层(1)螺旋包围。其一起形成本发明的包裹管道(41)。将隔热材料(5)设置在其上方并且围绕包裹的管道(41)放置，例如，以由隔热材料(5)制成的管壳形式，或者作为储热隔热复合材料(51)。或者，还可以将包裹的管道(4)推入由隔热材料(5)或储热隔热复合材料(51)制成的管子中。
图8显示根据实施方式i)的复合材料(13)形式的储热层(1)的实例。在储热层(1)的下侧附着有层(11)。因此，例如，可以将由基质材料(3)和潜热储存材料(2)形成并通过挤出生产的复合材料(13)施加到层(11)上并成形，以形成储热层(1)。潜热储存材料(2)以精细分布域的形式设置在基质材料(3)内，该基质材料(3)通常在复合材料(13)中形成连续相。
图9显示根据实施方式ii)的复合材料(14)形式的储热层(1)的实例。在储热层(1)的下侧也附着有层(11)。在所示复合材料(14)中，潜热储存材料(2)被非织造物吸收。
图10显示了复合材料(15)形式的两个储热层(1)实施方案的实例，其中两者都设置在层(11)上。在基质材料(3)的连续相中，分布有粉末和/或颗粒材料(151)，例如以微囊化潜热储存材料(2)的形式，如图7a所示，或以其上吸收了潜热储存材料(2)的粉末或颗粒载体材料(151)的形式，，如图7b所示。
图11显示了腔室形式的基质材料(3)的实例。为了更容易地填充腔室，可以是先打开这些腔室，例如先在一侧上打开。在填充之后，然后可以用层(11)覆盖腔室并因此密封。
例如，腔室可以填充有纯潜热储存材料(2)以及复合材料(13)、复合材料(14)、复合材料(15)和/或复合材料(16)，其包括潜热储存材料(2)和增稠剂，例如以高粘液体、凝胶、粉末、颗粒材料、薄片和/或糊料的形式存在。在图11中，最后一个腔室填充有复合材料(16)。

Claims (16)

1.一种即使流体介质流动被中断仍能维持管道中流体介质温度的方法，其中，所述管道适用于建筑和住宅技术、建筑构造以及化学和处理设施，其特征在于，
a)在第一步中，生产包含至少一种潜热储存材料(2)和至少一种基质材料(3)的储热层(1)，其中，如果潜热储存材料(2)以微囊化形式存在于基质材料(3)中，所述基质材料(3)不是隔热材料(5)，并且
b)在第二步中，将储热层(1)满足以下b1)或b2)：
b1)所述储热层(1)围绕管道(4)设置，然后用隔热材料(5)包裹被储热层(1)覆盖的管道(4)，由此获得包裹的管道(41)，
b2)使储热层(1)与隔热材料(5)接触，由此获得储热隔热复合材料(51)，并且随后用储热隔热复合材料(51)包裹管道(4)，以使得储热隔热复合材料(51)的储热层(1)位于管道(4)与储热隔热复合材料(51)的隔热材料(5)之间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，储热层(1)的至少一侧被层(11)覆盖，其中，层(11)优选包括纸层、塑料膜、和/或塑料层叠膜、金属箔、金属-塑料层以及/或者层叠体，所述的塑料膜具体是聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，所述的金属箔具体是铝箔、铜箔、锡箔、锌箔和/或钢箔，其中，层(11)还能通过纤维、特别是玻璃纤维、碳纤维和/或塑料纤维进行增强。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，储热层(1)基本是：
i.复合材料(13)，其中，该复合材料(13)通过加热、混合和冷却至少一种潜热储存材料(2)、至少一种基质材料(3)和任选的至少一种成核添加剂获得，其中，复合材料(13)适当进行进一步加工以获得纤维；
ii.复合材料(14)，其中，该复合材料(14)包含吸附在基质材料(3)上的潜热储存材料(2)，其中，基质材料(3)优选是非织造织物、织造织物和/或扁平多孔材料，其中，非织造织物和/或织造织物可以任选地包含由复合材料(13)生产的纤维；
iii.复合材料(15)，该复合材料(15)包含粉末和/颗粒材料(151)，其与至少一种基质材料(3)连接，特别是与粘合剂连接，其中，粉末和/或颗粒材料(151)优选以微囊化潜热储存材料(2)的形式存在，并且/或者潜热储存材料(2)被吸附在多孔粉末和/或颗粒载体材料上；
iv.复合材料(16)，该复合材料(16)包含潜热储存材料(2)和增稠剂，其中，复合材料(16)以高粘液体、凝胶、粉末、颗粒材料、薄片和/或糊料形式存在；并且/或者
v.包含由基质材料(3)形成的多个腔室，其中，腔室包含潜热储存材料(2)，潜热储存材料(2)优选以纯的形式，粉末和/或颗粒材料(151)、复合材料(13、14、15、16)和/或它们的混合物存在。
4.如权利要求1至3中至少一项所述的方法，其特征在于，选择储热层(1)中潜热储存材料(2)的含量，以使得在10K温度范围内的储热层(1)的固/液热容为每公斤储热层(1)至少50kJ、优选至少80kJ、特别是至少120kJ，并且所述的固/液热容根据EN ISO 11357-1和-4通过DSC来测量。
5.如权利要求1至4中至少一项所述的方法，其特征在于，储热层(1)基本由如下组成：
-30重量％至95重量％的潜热储存材料(2)，
-5重量％至70重量％的基质材料(3)，以及
-0重量％至20重量％的其它组分。
6.如权利要求1至5中至少一项所述的方法，其特征在于，潜热储存材料(2)的熔点为-182℃至+175℃，优选-80℃至+150℃，特别是-25℃至+125℃。
7.如权利要求1至6中至少一项所述的方法，其特征在于，潜热储存材料(2)包含至少一种有机化合物以及/或者无机化合物，有机化合物特别是烃、链烷烃、醇、二醇、多元醇、糖、酮、酯、醚、羧酸、脂肪酸、酰胺、硫、磷和/或氮化合物；无机化合物特别是无机盐、盐的水合物、水和/或水性混合物。
8.如权利要求1至7中至少一项所述的方法，其特征在于，所述基质材料(3)是合成和/或天然聚合物，特别是基于烯烃单体的聚合物，所述烯烃单体包括例如，丙烯酸酯，苯乙烯，和/或烯烃，嵌段共聚物，缩聚物，生物聚合物，特别是蛋白质，多糖，和/或天然纤维，载体材料，增稠剂和/或粘合剂。
9.如权利要求1至8中至少一项所述的方法，其特征在于，管道(4)为玻璃管道、金属管道和/或塑料管道，金属管道特别是黄铜管道、钢管道、不锈钢管道、铝管道和/或铜管道；塑料管道特别是由PVC、丙烯酸玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丁二烯和/或复合材料制成的管道。
10.如权利要求1至9中至少一项所述的方法，其特征在于，隔热材料(5)基于如下物质：膨胀型聚苯乙烯(EPS)，挤出型聚苯乙烯(XPS)，聚氨酯(PUR)，聚异氰脲酸酯(PIR)，酚醛树脂(PF)，柔性弹性体泡沫(FEF)，聚乙烯泡沫(PEF)，脲甲醛树脂泡沫(UF)，硬质PVC泡沫，聚氨酯喷涂隔热物，橡胶，苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)，乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)，矿物纤维，矿物泡沫，矿棉(MW)，岩棉，玻璃棉，泡沫玻璃(CG)，膨胀粘土，珍珠岩和膨胀珍珠岩(EPB)，蛭石和膨胀蛭石，充气混凝土，木纤维保温板(WF)，木丝保温板(WW)，纤维素隔热物(CI)，软木，栓皮粉，软木板和软木保温板(ICB)，微孔隔热材料，气凝胶，真空隔热板(VIP)，真空隔热材料和/或动物和/或植物来源的隔热材料，如羊毛隔热板，芦苇板，椰子纤维垫和/或扁平纤维板。
11.如权利要求1至10中至少一项所述的方法，其特征在于，储热隔热复合材料(51)以可封闭的管壳的形式存在，其可以任选地由膜、特别是纤维增强保护膜围绕。
12.一种储热隔热复合材料(51)，其可通过权利要求1至11中至少一项获得并且适用于建筑和住宅技术以及处理设施。
13.一种可通过权利要求1至11中至少一项获得的包裹管道(41)，或者由如权利要求12所述的储热隔热复合材料(51)包裹并且适用于建筑和住宅技术以及处理设施的管道(4)。
14.一种住宅和办公建筑中以及化学和处理设施内用于热水管的被动保温系统和/或用于冷水管的保冷系统，其包含如权利要求13所述的至少一个包裹管道(41)和/或由储热隔热复合材料(51)包裹的管道(4)。
15.如权利要求12所述的和/或如权利要求1至11中至少一项可获得的储热隔热复合材料(51)的用途，用于即使在流体介质流被中断的情况下也能保持管道中流体介质的温度，特别是在建筑和住宅技术中，在建筑构造中，例如在住宅和办公建筑中，以及在化学和处理设施中保持管道中流体介质的温度。
16.被如权利要求12所述的储热隔热复合材料(51)包裹的管道(4)和/或如权利要求13所述的包裹管道(41)的用途，用于使流体介质保持温暖，特别是作为建筑物中的热水管，蒸汽管，用于运输化学品、沥青、硅酮、热熔粘合剂和/或食品如巧克力的管；和/或用于使流体介质保持冷却，特别是使得加压流体介质、气体和/或液体，特别是冷却液体、化学品、具有高蒸气压的溶剂和/或食品如乳制品和饮料保持冷却。
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