CN110914214A - 热能储存系统的生产 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产尤其用于水泥基组合物的热能储存组分的方法，该热能储存组分包括嵌入多孔组分中的相变材料。该方法包括：浸渍步骤(10)，包括在主容器(102)内通过真空浸渍将相变材料引入至多孔组分中；注入步骤(12)，在所述相变材料的熔化温度范围内的温度和过压下进行，以迫使所述相变材料进入所述多孔组分；和局囿步骤(14)，包括降低主容器内部的温度，同时保持过压，以使所述相变材料的粘度降低。

Description

热能储存系统的生产
技术领域
本发明涉及节能建筑围护结构的领域，尤其涉及使用包含相变材料的热能存储系统的节能建筑围护结构。本发明尤其涉及用于生产热能储存多孔组分的方法。更具体地说，本发明关注于生产用于水泥基组合物的含有相变材料的多孔骨料的方法。
背景技术
如今，建筑的能源效率是区域、国家和国际各级能源政策的首要目标。热能储存(TES)系统可用于降低建筑物对化石燃料的依赖，有助于更环保地使用能源并可靠地供热。利用热量储存的主要优势在于，当供需不一致时，热量储存有助于匹配供需。
众所周知，降低建筑物供暖和制冷能源消耗的有效方法是在建筑物墙壁、窗户、天花板或地板的被动式潜热热能储存系统中并入相变材料(以下称为PCM)。这种系统因相变过程的发生无需借助机械设备的意义上来说被称为“被动式”。
PCM在有限的温度范围内提供大的热容量，并且它们可以像一个几乎等温的储热器一样工作。PCM可为有机或无机化合物，在以适合特定应用的预定熔化范围内熔化和固化。使用PCM可以在一天中的温暖时段收获潜在热能，并在温度降低到预定阈值以下时释放这种热能。这种当温度降低到预定阈值以下时释放热能的现象是由材料在固相和液相之间的相变而触发的。因此，考虑到日常温度的变化，PCM的选择主要受其相变温度的影响。
一旦选定了PCM，就需确定将其并入至被动式热能储存系统(建筑材料或建筑构件)的模式。本领域已知多种用于并入PCM的方法，其中包括：直接并入、浸渍、包封、形状稳定化。
虽然直接结合和包封，尤其是微型包封被认为是并入相变材料的主要途径，但替代性的方法是使用多孔骨料作为PCM的载体。
例如，DE 19929861 A1描述了将PCM并入至多孔骨料，如轻质骨料(LWA)。该方法涉及将多孔骨料浸泡在液态PCM中；该方法可以通过升高温度和在真空下操作来加速。然后，例如使用Teflon或天然材料，诸如水硬性粘合剂在所获得的组分的外表面上设置涂层，以防止相变材料从孔隙中泄漏。
EP 2308813 A1公开了一种在高压釜进行的真空浸渍过程，以使相变材料嵌入至多孔混凝块中直至一定深度。
近来，Marco Lamperti Tornaghi和Alessio Cavezan在他们的文章“Energy-efficient building envelopes:use of phase change materials in cement-basedcomposites”,IABSE Conference–Structural engineering:Providing solutions toglobal challenges September 23-25 2015,Geneva,Switzerland中也描述了形状稳定化的方法。E4iBuildings项目的主要内容是，将常用的PCM(来自炼油厂的石蜡)与生物基PCM进行比较，目的是使用工业级脂肪酸和甘油。使用多孔轻质骨料作为PCM载体的形状稳定化被认为是特别有意义的。实际上，作者认为，吸收能力约为70体积％的LWA可嵌入至少20体积％的PCM，这意味着在典型的轻质混凝土具有100至150kg/m3的相变材料。这为用传统微型包封嵌入在混凝土中的相变材料量的约11倍。
尽管有这些有前景的陈述，但该文章中没有记载任何制备这种热能储存骨料(TESA)的方法。仅提及两步法，其基本上是将PCM嵌入载体(LWA)，并然后使用LWA制造轻质混凝土。
发明目的
本发明的目的是提供一种用于生产含有大量相变材料的多孔轻质骨料(通常为多孔组分)的改进方法。
发明内容
本发明提出了一种生产尤其用于水泥基组合物的热能储存组分的方法，该组分包括嵌入在多孔组分中的相变材料。该方法包括浸渍步骤，该浸渍步骤包括在主容器内通过真空浸渍将相变材料引入至多孔组分中。
根据本发明，该方法进一步包括：
注入步骤，在PCM的熔化温度范围内的温度和过压下进行，以迫使PCM进入多孔组分；和
局囿步骤，包括降低主容器内的温度，同时保持过压，以使PCM的粘度降低。
本发明提供了一种用于生产热能储存(TES)组分的改进方法。在浸渍步骤之后，进行注入步骤，然后进行局囿步骤，这些步骤被设计用于增强组分孔隙中PCM的吸收。这是通过作用于压力和温度来实现的。注入步骤期间建立的过压迫使液态PCM进入孔隙；而受控的温度则有利地获得最佳流动性。在局囿步骤中，在使操作温度降低到接近熔点的同时保持过压，以在降低PCM流动性的同时，避免固化：PCM由此被局囿在组分的孔隙中，而周围的PCM保持一定的流动性以允许其分离。
本文中术语“多孔组分”指具有适合于给定应用的稳定形状和强度并且具有使其内部体积中携带PCM的孔隙率的任何固体产品、制品或主体。该组分通常具有开放的孔隙率，例如能够吸收液体的泡沫或海绵状内部孔隙结构。当通过本发明的方法用PCM填充时，该组分形成可以并入到复合材料中的TES组分，以形成被动式TES系统。该组分通常可以由矿物材料组成，但是在某些应用中可以考虑使用金属或合成材料。
在建筑材料的情况下，为了生产水泥或混凝土复合材料，该组分可以是具有一定孔隙率且用于制备水泥或混凝土混合物的多孔建筑骨料，即粗颗粒材料。
例如，多孔组分或骨料可以具有1mm至30mm、优选5mm至25mm、更优选8mm至20mm的粒径或直径。孔隙率以体积计可以为至少40％，优选60％以上，更优选75％以上。强度根据所需的应用进行选择。对于在建筑材料的使用，多孔组分优选具有至少20MPa，更优选至少30MPa的抗压强度。
本方法尤其开发用于由诸如硅藻土、膨胀珍珠岩、膨胀粘土、膨胀飞灰和蛭石的多孔或轻质骨料来制备TES骨料。多孔或轻质骨料可具有2mm至20mm，尤其在7mm至14mm的范围内的颗粒尺寸。
具体而言，本方法使得能够制造这样的TES骨料(TESA)：该TES骨料可以以至少20vol.％的量嵌入到混凝土中，即，在其他典型配方的轻质混凝土中嵌入100kg/m3至150kg/m3的PCM。并入有该TESA的轻质混凝土的抗压强度与常规轻质混凝土相当，即抗压强度在15MPa至45MPa的范围内。
本文中术语相变材料(PCM)以其常规意义使用，通常表示在其相变阶段能够储存大量热能的“潜在的”热量储存材料。用于本方法的PCM通常可以是固-液PCM，尤其是选自石蜡、脂肪酸和多元醇。优选地，PCM选自包括十六烷、十八烷、辛酸、癸酸、月桂酸和甘油及其组合的列表。然而，可以使用任何合适的PCM以及PCM的组合。
本文使用的术语“过压”通常意味着主容器内的压力相对于主容器内的初始负载压力(即大气压)增加。过压可以相对于初始大气压来表示(则初始压力为零，例如可以用具有的刻度为“巴”的压力计读取，通常称为表压，“bar g”)或以绝对压力来表示。优选地，主容器内的过压被控制为具有至少2巴，优选至少5巴的绝对压力。过压通常通过将气体，例如空气或中性气体引入到主容器中来建立。具体而言，主容器内的过压在3巴至20巴，更优选在8巴至12巴(绝对压力)的范围内。
实际上，控制主容器中的压力以在注入步骤开始时建立过压并且保持(不间断地)该过压直至结束局囿步骤。
有利地，在局囿步骤之后，进行用于去除过量相变材料的排放步骤。该排放步骤可以以实现PCM填充的组分与过量PCM的分离的任何合适的方式来进行，其可通过从粘性PCM的床中提取组分或者通过从组分仍保留其中的容器中清除PCM来进行。该组分例如可以放置在篮中，该篮可以在打开主容器后从主容器中取出，而PCM床留在主容器的底部。
然而，优选进行PCM的清除。具体而言，该除去优选包括通过位于主容器下部区域的排放孔来使主容器减压，以在容器所容纳的系列组分之间产生气流。压缩的气体/空气的流动将会产生冲洗效果，带走过量的PCM(留在容器中，未被吸收)。
在排放步骤中，通过重新加压以及后续的打开主容器可重复进行冲洗。具体而言，可以进行两个冲洗步骤。第一次冲洗是通过在局囿阶段结束时，即从相应的过压开始时，打开排放孔来实现。气流穿过组分床将液态PCM带出容器，并趋向于冷却在组分的外表面上的PCM。然后可以再次关闭排放孔，将压缩气体引入容器中以再次建立过压，然后再次打开排放孔以对容器进行第二次冲洗。第二次冲洗可以用较温热的压缩气体来进行，同时容器内填充有PCM的组分达到低于PCM熔点的温度。然后用较热的空气冲洗容器以使PCM的外层熔化，同时使材料内部的PCM的温度低于熔点。
在排放步骤之后，可将填充有PCM的组分安全地从主容器中移出。实际上，PCM是固化的或者具有非常低的粘度，因此仍然被局囿在多孔组分的孔隙中。因此，它们可以被称为TES组分。
对于某些应用，由此获得的TES组分可以容易地与其它原材料混合以形成复合材料。当将获得的TES组分与水泥或混凝土混合物混合时，尤其是这种情况，其中，水泥将围绕TES组分形成外部屏障，并由此在组分的表面处封盖孔隙开口。
将理解的是，对多孔组分进行清洁对于从多孔组分的外表面去除PCM是有利的。清洁可以在排放步骤期间完成。例如，在上述冲洗步骤中，气体或空气可以用作清洁剂。
可替代地，在排放步骤之后，可提供单独的清洁步骤。可使用清洁液来冲洗和清洁组分的外表面。例如，清洁液可以是水，或者组合有化学清洁剂的水。
优选地，该方法包括用于密封填充有相变材料的组分的孔隙的密封步骤。这涉及在组分的外表面上形成涂层。在实施方式中，涂层可以是不连续的，并且仅覆盖孔隙。
对于矿物组分，例如LWA，涂层可以通过将组分浸入水泥中来形成。
密封步骤的第一个作用是防止PCM从LWA内部泄漏。但是还可期望的是密封层起到底漆(primer)的作用，从而以尽可能好的方式与水泥浆结合，以保证混凝土品质。无机粘合剂可以有利地用于该目的。类似于普通水泥，碱活化的无机聚合物(也称为地质聚合物)，如微硅粉、偏高岭土等与碱性溶液(例如氢氧化钙)反应形成具有高机械性能的胶结材料。无机聚合物的使用被认为是有利的，因为它们的固化速度比Portland水泥快，它们的结构具有较少的孔隙，并且它们表现出更清洁的效果。因此，可以通过使用碱活化的无机聚合物来实现组合的清洁和密封步骤。
为了在注入步骤期间且优选在浸渍步骤期间增加流动性，将温度控制在PCM的熔化温度范围(即，PCM处于液态且低于沸点)但高于熔点以增加PCM的流动性而不改变其性质。
在局囿步骤期间，在使温度保持在熔化温度范围内的同时，将温度降低至接近PCM的熔化温度的温度，尤其在熔点以上2℃至5℃的温度。这将使在多孔组分的孔隙中PCM的粘度降低，从而有利于将其局囿在其中。
这些和其他实施方式记载于后附从属权利要求2至18中。
根据另一方面，如权利要求19所述，本发明还涉及根据本方法生产热能存储组分的设备。
附图说明
从以下参考附图对非限制性实施方式进行的详细描述中，本发明的进一步细节和优点将更加明显，其中：
图1是本方法的一个实施方式的流程图；
图2是用于实施本方法的设备的图；和
图3是说明主容器中温度和压力随时间变化的曲线图(温度在主容器的中央测量)。
具体实施方式
在涉及生产含有PCM的多孔或轻质骨料产的实施方式中，将参考图1和图2来一起描述本方法。
1.设备和材料
将理解的是，图2是用于实施本方法的设备100的实施例的原理图，但是不应该将其解释为限制性的。本领域技术人员可以适当地设计其他设备。简而言之，设备100包括主容器102，该主容器102包括用于多孔骨料的材料入口104和用于PCM的入口106。根据该实施方式，材料入口102可以被设计为容器壁上的孔，该孔可以由门密封。可替代地，如在此实例中，入口102可简单地为由容器的可移除壁部分(在此为主容器102的上端108)封闭的孔口。容器的结构是耐压的，适于在真空和大气压以上(即，过压)下操作。从容器102中移出骨料可以通过入口104或者通过由专门的孔口来完成，该专门的孔口由门来封闭并且可布置在例如主容器的底部区域(不是本实例)。附图标记110表示在引入主容器102之前用于熔化PCM的辅助容器。PCM管道112将辅助容器出口110流体连接到主容器102的PCM入口106。两个容器之间的连通可以通过控制阀116打开或关闭。
在下面作为示例描述的实施方式中，该方法的所有步骤由操作者手动启动。技术人员将理解的是，使用合适的控制处理器系统可以自动启动相同的步骤。
为了制备TES混凝土，多孔骨料优选为膨胀粘土、硅藻土、膨胀珍珠岩或蛭石。
对于用于建筑应用的PCM的选择，有机化合物由于即使在多次热循环后仍具有化学稳定性、无腐蚀行为以及可再现的熔化和结晶行为而优选作为低温PCM。此外，PCM材料的混合物可用于获得所需的相变温度。这里特别令人关注的是石蜡、脂肪酸和多元醇。
石蜡：商业石蜡是一种廉价的原料，具有120kJ/kg至240kJ/kg的合理的TES密度。可获得的石蜡可具有在约20℃至约70℃宽范围的熔化温度。在此范围内，石蜡在熔融态下是无毒的、化学惰性的，且具有低蒸气压，并且不会发生离析(segregation)，在多次热循环后仍能保持其性能。
脂肪酸：脂肪酸是生物基PCM，可提取自动物脂肪，诸如牛油和猪油或者提取自植物油，诸如棕榈、椰子和大豆的植物。它们是石蜡类PCM的可再生的绿色替代品。因为它们是具有饱和电子结构的氢化烃类，所以它们在化学上是稳定的并且可以持续数十年。此外，脂肪酸提供与石蜡类似或更高的性能，例如更好的耐火性和更低的碳影响。与石蜡一样，其熔化温度可以通过选择合适的共晶二元混合物的组合来调节。
多元醇/甘油：在本文中，多元醇和甘油尤其被认为是可能的PCM，这是因为其热性能，尤其是由于其近年来的性价比使这类物质成为在建筑中作为TES的极佳待选物。实际上，生物柴油生产约10wt％的甘油作为主要副产品。
下面表1概括了上述三类的一些优选PCM，这些PCM在应用于从LWA生产TESA时，在本方法的背景下特别令人感兴趣。
Figure BDA0002363096290000081
表1
2.本方法实施方式的描述
2.1.方法概述
在本实施方式中，该方法可以由以下步骤顺序(以此顺序)进行概述，如图1所示：
·真空浸渍10：在真空下将骨料浸泡在液态PCM中；
·在过压下，使液态PCM等温注入(方框12)到骨料中；
·PCM的等压局囿(方框14)：降低温度以降低流动性，同时保持过压；
·排放(方框16)：除去过量的PCM；
·清洁(方框18)填充有PCM的骨料；和
·密封(方框20)骨料的孔隙。
应当理解，注入和局囿步骤的结合是显著的，因为它们允许将大量的PCM并入到骨料中。下面将更详细地阐述上述步骤。
2.2.真空浸渍
在开始生产之前，将待处理的骨料装入至主容器102，并且将所选的PCM材料装入至辅助容器110。
浸渍步骤10开始于准备用于混合的轻质骨料和相变材料的两个预备步骤：用于去除轻质骨料中的水分的干燥步骤10.1，以及使相变材料达到所需粘度的液态的熔化步骤10.2。
熔化步骤：熔化步骤10.2在辅助容器110中进行，该辅助容器110包括热交换器(或散热器或其它合适的加热构件—未示出)、混合系统118和用于测量内部温度的温度计120。在熔化步骤10.2开始时，控制阀116处于关闭状态。通常，PCM在被引入辅助容器110时处于固态；但是它也可以是液体，这取决于PCM的类型。
在熔化步骤10.2期间，通过热交换器使辅助容器110内的温度升高。启动混合系统118以轻缓地搅拌PCM并且使PCM体积内的温度分布均匀。辅助容器110内的压力通常约为环境压力。
熔化阶段10.2的首要目的是使PCM达到其熔化温度，该熔化温度取决于PCM的类型。优选地，将温度进一步升高至所需的过热温度(被称为最佳过热水平)。该最佳过热水平在熔化范围(即高于熔点但低于沸点)内，并且被认为在该最佳过热水平下，PCM达到最大流动性时且不会不可逆地改变PCM的性质。最佳过热温度是预先确定的，并且取决于所用材料的类型。当PCM内部温度均匀地达到最佳过热温度时，认为完成了熔化步骤10.2。
干燥步骤：干燥步骤10.1在主容器102中进行，该主容器102包括被配置用于使主容器102达到预定的干燥温度的加热构件(未示出)，例如热交换器(或加热器等)。主容器102还包括内部温度计122以测量容器102内部，即容器中央的温度。附图标记124表示与主容器102的下部部分的排放孔126连接的排放管。排放管126可以由一对排放阀128和128’来关闭或打开。排放孔126和排放管124提供了允许流体流出主容器102的路径。
在干燥步骤10.1期间，除了打开排放阀128和128’之外，主容器102是关闭的。因此，主容器内的压力基本上等于环境压力。使用热交换器，使主容器102内的温度逐渐升高到所需的干燥温度，例如大约105℃。由于加热的缘故，可能包含在骨料孔隙中的水蒸发并通过排放管124离开主容器102。干燥步骤10.1可以温度上升的方式实施，在这种情况下，当容器102内的温度达到105℃的期望温度时，认为完成了干燥步骤。本领域技术人员可以视情况使用其他干燥方案。
实际上，干燥步骤10.1和熔化步骤10.2可以在相应的容器102、110中并行(同时)进行。
在干燥步骤10.1结束时，关闭排放阀128、128’，以便将主容器102与排放管断开。有利地，将主容器102内的温度设置(通常降低—取决于PCM)为PCM的最佳过热温度(即，近似于辅助容器110中的熔化温度)。
抽真空：在干燥步骤10.1结束时，关闭排放管124，且因此主容器102以气密方式关闭。然后进行抽真空步骤10.3，以便从骨料中排出空气。
为此目的，抽真空单元130与主容器102连接并且包括真空泵132，该真空泵132经由真空管道与排放管124连接，其中该真空管道包括串联的阀136、集尘器138和疏水器140。集尘器138和疏水器140保护真空泵132免受蒸汽和灰尘的影响，并改进真空泵132的功能性和耐用性。
设置真空计142用于测量主容器102内的压力。
在抽真空步骤10.3期间，打开排放阀128和控制阀136，从而使真空泵132和主容器102之间连通。使真空泵132通电并抽吸主容器102的空气，由此减少主容器内的压力。将真空度设置为去除骨料的孔隙中的水和空气。优选地，将真空度设置为低于100毫巴的绝对压力，例如在约10毫巴。可以适当地调整抽真空步骤10.3的持续时间。通常，当达到所需的真空度时，可以停止抽真空步骤。
在抽真空期间，将主容器102内的温度优选保持在PCM的最佳过热温度，为随后的浸泡步骤做准备。
浸泡步骤：浸泡步骤10.4的目的是使PCM吸收到骨料颗粒中。事实上，在已经从骨料的孔隙中去除空气和水的情况下，液态PCM可以更容易进入孔隙。
浸泡步骤10.4优选在完成抽真空步骤10.3之后(即，当达到目标真空度时)直接开始。
在开始浸泡步骤10.4时，打开PCM管道112中的控制阀116。由于主容器中的低压，辅助容器110中所容纳的PCM通过管112被吸入主容器102中。辅助容器110中的PCM的量优选足以充满主容器102。一旦将PCM引入主容器102中，并将该主容器完全充满，去除任何气泡，便关闭控制阀116。PCM的引入使主容器102内的压力略微增加，但是它仍然处于低压，基本上低于1巴(大气压)。此时，被液态PCM浸没的骨料可因此吸收PCM。使主容器102内的温度保持在PCM的最佳过热温度。在浸泡步骤10.4结束时，关闭阀128。
在浸泡步骤10.4期间，多孔LWA吸收处于最佳粘度状态(最佳流动性)的PCM。浸渍步骤10以浸泡步骤10.4结束。然后，该方法继续进行注入步骤12，随后进行局囿步骤14。
2.3.注入步骤
在注入步骤12中，在主容器102中建立过压，以迫使液态PCM进入骨料的孔隙中。该步骤优选在最佳过热温度下进行。实际上，在注入步骤开始时，主容器102已经处于最佳过热温度。
在其他实施方式中，温度可以低于最佳过热温度，但是足够高以使PCM保持充分的流体液态。
过压可以方便地通过压缩机144，即空气压缩机来建立，其中该压缩机144经由带有压缩机阀148和减压阀150的管道146与主容器102连接。减压阀150使得能够对主容器105内进行精细的压力调节。提供压力计152来测量主容器102内的压力。
在浸渍步骤10结束时，压力较低(亚大气压)。使压缩机144通电，并且打开阀148，以便在主容器102内建立所需的过压水平，即高于环境/大气压力的压力。优选地，过压可以为至少4巴，更优选为至少6巴。实际上，压力可以在8巴至12巴的范围内，例如大约10巴(绝对压力)。将要理解的是，过压将使得PCM能够尤其是通过克服表面张力进一步注入至骨料中。
所需的注入压力可以通过校准来预先确定。便利地，可将压力保持在可能会不可逆地损坏骨料的压力之下。
注入步骤也可以称为等温注入，因为该步骤通常在基本恒定的温度(优选过热温度)下完成。
在注入步骤12期间，主容器内的液态PCM的液位降低。当主容器102内的PCM的液位已经稳定时，可以认为完成了注入步骤12。在注入步骤12结束时，保持压缩机阀148的打开，并且有利地使压力和温度保持在注入步骤12期间建立的水平。
2.4.局囿步骤
局囿步骤14从上述条件开始：主容器102内的温度是PCM的最佳过热温度，并且该过压处于所需水平。局囿步骤14在过压下进行，并因此被称为“等压的”。
在局囿步骤14期间，使温度从最佳过热温度降低到大约PCM的熔化温度，实际上降低到稍微高于熔化温度的温度，例如高于熔化温度2至5℃的温度。这样做时，PCM的粘度随着温度朝着熔化温度的下降而降低。因此，包含在骨料中的PCM的流动性显著降低，导致PCM局囿在骨料的孔隙内。
该步骤的一个显著方面在于，它有利地在恒定的过压下进行，避免了PCM从骨料中流出。
通常，通过减少由加热构件提供的热量来达得实现温度的下降。由于主容器102是关闭的，因此冷却可能相对较长(与其他步骤的时长相比)。在实施方式中，主容器内的温度下降可以通过使用合适的冷却装置来加快。
一旦温度均匀地达到PCM所需的较低温度(刚好高于熔点)，便可以认为完成了局囿步骤14。因此，在局囿步骤14结束时，与注入步骤12相比，PCM的流动性显著降低，但PCM仍然不是固态的。
2.5.排放步骤
排放步骤16的目的是去除过量的PCM并使骨料中的PCM固化。该步骤通常通过例如打开阀128和128’来使主容器102与大气连接来完成。由于压缩空气的流出，空气流产生冲洗效果而夹带/去除存在于骨料外的PCM。
优选地，在局囿步骤结束时，通过打开主容器以使得主容器内的过压达到大气压来至少进行第一次冲洗。对于某些运行条件，第一次冲洗可能就足够了。除了夹带过量的PCM之外，冲洗还会迅速降低其表面温度：PCM迅速固化，暂时地密封孔隙。
如果需要的话，这种冲洗可以视情况来重复一次或多次。
具体而言，第一次冲洗之后，可进行第二次冲洗。为此，在第一次冲洗之后，关闭容器，并经由管道146引入压缩空气以再次建立过压，随后使容器与大气连通(通过排放孔126)，以产生第二次冲洗效果。
根据运行条件，这对于LWA和PCM的某些组合可以是可取的。当温度稍微高于熔点时，第一次冲洗通常用稍“冷”的压缩空气进行，并且从LWA颗粒去除过量的PCM，同时产生固态PCM的外层。有时，通过PCM储存在颗粒中的热量与LWA的相对绝热的组合，会在不久后(由于热惯性)释放，导致固体层熔化。为了解决这种情况，在第一次空气冲洗之后，优选在第一次冲洗之后相当短的时间内，即少于3分钟内进行第二次冲洗。由此。关闭容器，并且将压力增加至等压局囿水平[例如10巴]，同时使容器中容纳的所有材料的温度降低到熔点以下2/5℃的稳定温度。
然后有利地使用较温热的空气重复第二次空气冲洗，并利用上述相同的效果：空气使外层熔化，除去过量的PCM，并且内部较低的温度使PCM固化，从而密封孔隙。
对于该第二次冲洗，优选在稍高于熔化温度(高于几度)的温度下引入压缩空气。为此，设备100可以在压缩空气管道146上包括能够控制(加热或冷却)压缩气体温度的装置，例如涡流管等。
在该方法的这一阶段，装载有PCM的LWA已经为热能储存骨料(也称为TESA)的形式。
2.6.表面清洁
优选地，在附加的密封步骤之前，对TESA进行清洁。清洁步骤18是TESA的表面清洁步骤。清除了颗粒中在骨料外固化的残留的痕量PCM。
清洁可以例如使用纸巾来完成。这可以由操作员手动进行。然而，TESA的清洁可以通过任何合适的方式完成，并且可以是自动化的。
可替代地，可以使用液体清洁试剂，例如任选混合有清洁剂的水。
2.7.孔隙密封
该过程以孔隙密封方式20结束，该孔隙密封方式20被设计成当温度升高到熔点以上时避免PCM从孔隙中泄漏。可以使用允许对TESA外表面上的孔隙进行密封的任何合适的过程。
密封孔隙的一种方法是在TESA颗粒的外表面上形成涂层或包膜。例如，可将填充有PCM的骨料浸入到水泥基材料的浆液或灌浆中。氢氧化钙的反应将在TESA表面形成外层，适于传输和储存。
可替代地，可凭借无机聚合物来进行孔隙密封。类似于普通水泥，碱活化的无机聚合物(也称为地质聚合物)，如微硅粉、偏高岭等与碱性溶液(例如氢氧化钙)反应形成具有高机械性能的胶结材料。无机聚合物的使用被认为是有利的，因为它们的固化速度比Portland水泥快，它们的结构具有较少的孔隙，并且它们表现出更清洁的效果。因此，可以通过使用碱活化的无机聚合物来实现组合的清洁和密封步骤。
在此可以注意到，图3的示例性图示能够看到一旦在注入步骤期间建立过的超压便被保持直到局囿步骤结束。还可以看到对应于第一次冲洗和第二次冲洗的两次减压。在主容器的中央、组分/LWA床的炉膛处测量的温度，并且认为该温度反映了PCM的温度。
顺便指出，在图3所示的示例中，在干燥温度上升的结束(达到105℃)和开始抽真空之间存在一个等待时段。这是因为实验设置，该过程需要相对长的时间来加热辅助容器110中的PCM。该等待时段可以更短，或者甚至不存在，即，抽真空可在干燥阶段结束后立即开始。
3.实施例
3.1实施例1.由膨胀粘土制备TESA。
在下文中，描述了由膨胀粘土作为多孔轻质骨料开始，通过本发明的方法生产TESA的示例。该方法在参照图2描述的实验室级的设备中进行。
对市售膨胀粘土(产品名称“LECA”，来自意大利米兰的Laterlite)进行筛分来保留8mm至10mm的部分。将195.7g的经筛分的骨料装入主容器。
骨料具有约为85％的孔隙率，以及约为1MPa至3MPa的抗压强度。
所选的PCM是月桂酸(十二烷酸，来自Sigma-Aldrich的产品W261408)。将PCM装入辅助容器中。
下表2概括了上述每个步骤的操作温度和压力，以及这些步骤的持续时间。
Figure BDA0002363096290000151
表2
在该过程结束时，骨料的总重量增加至414.0g。因此，在785cm3的骨料(即TESA)中引入218.3g的PCM，相当于混凝土中具有278kg/m3的PCM。
3.2.实施例2.制备LWA混凝土
使用实施例1中获得的TESA颗粒来制造LWA混凝土。表3概括了混凝土混合物的成分。
成分 量[kg/m<sup>3</sup>]
水泥 146.34
水 117.12
引气剂(AEA) 2.34
聚丙烯纤维 3.08
TESA：轻质骨料(LWA)[376kg]和月桂酸(PCM)[278kg] 654
表3
使由实施例1获得的TESA来得到的硬化LWA混凝土样品经受压缩试验。测得的强度与标准LWA混凝土(即未填充PCM)的相同样品相当。因此，LWA混凝土的机械强度不会因向LWA添加PCM而改变。

Claims (19)

1.一种生产尤其用于水泥基组合物的热能储存组分的方法，所述热能储存组分包括嵌入在多孔组分中的相变材料，所述方法包括：
浸渍步骤(10)，包括在主容器(102)内通过真空浸渍将相变材料引入至多孔组分中；
其特征在于，
在所述相变材料的熔化温度范围内的温度以及过压下，进行注入步骤(12)，以迫使所述相变材料进入所述多孔组分；和
局囿步骤(14)，包括降低所述主容器内的温度，同时保持过压，以使所述相变材料的粘度降低。
2.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述浸渍步骤(10)包括：
优选在对进行干燥之后，对容纳有组分的主容器进行抽真空(10.3)；
在真空下，将液态相变材料引入所述主容器；
使所述相变材料浸泡(10.4)在所述组分中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述主容器内的所述过压为至少2巴，优选为至少5巴；具体地，所述主容器内的所述过压为3巴至20巴，更优选为8巴至12巴。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述局囿步骤(14)在所述注入步骤(12)之后；并且在这两个步骤之间的过渡期间保持所述过压。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述局囿步骤(14)之后，进行用于去除过量相变材料的排放步骤(16)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述排放步骤包括通过位于所述主容器(102)下部区域的排放孔(126)使所述主容器减压，以产生穿过所述组分的气态冲洗效果，并且优选地使温度降低到所述PCM的熔化温度以下。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法包括一个或多个加压/减压循环以提供额外的冲洗效果。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括清洁步骤(18)，在该清洁步骤中，清洁填充有相变材料的组分的外表面。
9.根据权利要求10所述的方法，其中，所述清洁步骤包括使填充有相变材料的组分经历清洁流体的流动，尤其是水的流动或混合有化学清洁剂的水的流动。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：优选在清洁之后，进行密封步骤(20)，用于密封填充有相变材料的组分的孔隙。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述密封步骤包括将所述组合物混合至水泥浆中的步骤。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述密封步骤包括将所述组分与无机聚合物混合，尤其与碱活化的无机聚合物混合。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述注入步骤和优选所述浸渍步骤在高于所述PCM的熔点但低于PCM的沸点的温度下进行，以增加所述液态PCM的流动性。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述局囿步骤(14)期间，将所述温度降低至接近所述PCM的熔化温度的温度，尤其降低至高于所述熔点2℃至5℃的温度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述相变材料选自石蜡、脂肪酸和多元醇。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述相变材料选自包括十六烷、十八烷、辛酸、癸酸、月桂酸和甘油的列表。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔组分是建筑骨料，尤其是多孔或轻质骨料。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述骨料选自包括硅藻土、膨胀珍珠岩、膨胀粘土和蛭石的列表。
19.用于通过前述权利要求中任一项的方法来生产热能存储组分的设备，所述设备包括：
用于接收多孔组分和液态相变材料的主容器(102)，所述主容器在其下部具有排放孔(126)；
辅助容器(110)，所述辅助容器用于加热相变材料，并通过管道(112)与所述主容器连接；
与所述主容器连接的真空单元(130)；
过压构件，包括与所述主容器连接的压缩机(144)，以便在所述主容器中建立过压。
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