NO810192L - Varme- og kuldebevaringssammensetning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår strukturer og sammensetninger for effektiv lagring av varme eller kulde ved å regulere absorbsjon eller emisjonen av termisk energi ved hjelp av visse salthydrater ved disses smeltepunkter. Det er stor interesse for lagringssystemer for termisk energi ved faseforandring på det nuværende tidspunkt på grunn av disse materialers evne til å_lagre store mengder varme eller kulde ved hjelp av den latente smeltevarme og krystalliseringsvarme som vises under faseforandringer for disse stoffer.

Det er velkjent at den latente varmekappasitet for

et stoff under smelting er meget større enn den spesifikke varmekapasitet pr. grad på grunn av en temperatur forandring enten i det faste varmelagringsmateriale før smelting eller. den resulterende væske etter at alt materiale har smeltet. Varme utvikles når det smeltede salt avkjøles forbi smeltepunktet og varmeenergien fra krystalliseringsvarmen gjenvinnes.

Varme absorberes når krystalliserte salter oppvarmes forbi smeltepunktene og smeltevarmen absorberes.

~^.Salthy-drater_har—en.-tendens—til underkjøling, . dvs .

forblir noen ganger flytende når det smeltede salthydrat er avkjølt til under smeltetemperaturen. Mengden av varme som gjenvinnes under disse omstendigheter er lik den spesifikke varmekapasitet pr. grad/dvs. energi avgitt når temperaturen i den underkjølte væske senkes, og inkluderer ikke krystalr-1 liseringsvarmen. Kjernedannende midler som induserer krystal-liser ing er beskrevet for å unngå dette problem. Borax, ellers kjent som natriumtetraboratdekahydrat er beskrevet i US-PS

2.677.664 som et egnet kjernedannende middel for bruk med __ natriumsulfatdekahydra t.

Et annet problem med mange salthydrater, spesielt de

-som er basert på det billige Glaubers-salt (natriumsulfatdekahydrat) er at når de smelter og derved undergår faseforandring dannes det en væske/faststoffblanding som skiller seg i en hetrogen blanding. F.eks. utvikler natriumsulfatdekahydrat etter gjentatt oppvarming og avkjøling tre distinkte faser omfattende vannfri natriumsulfat i et sjikt, natriumsulfatdekahydrat i et annet sjikt og en vandig oppløsning av natriumsul-

fat i et tredje sjikt. Dette fører til ineffektivitet i varme- eller kuldelagringssystemet fordi den største varme-eller kuldelagringskapasitet oppnås fra dekahydratet som ikke helt gjendannes fra den heterogene blanding.

Foreliggende oppfinnelse angår en sammensetning omfattende egnede salthydrater for lagring av latent varme med en smeltevarme større enn 16 g kalorier pr. gram eller 67

joule pr. gram, grundig blandet med hydratisert hydraulisk sement. Eventuelt er det innarbeidet kjernedannende middel i sammensetningen under eller etter dannelsen av basissammen-setningen.

Fremgangsmåten for fremstilling av en slik sammensetning omfatter: a) Sammenblanding av vannfri hydraulisk sement, vannfri latent varmelagringsforløper og vann for å danne en suspensjon; b) å blande suspensjonen under avkjøling inntil tilstrekkelig hydratisering av sement og varmelagringsforløper er inn-trådet slik at suspenderte komponenter vil forbli suspendert når blandingen stoppes; c) overføring av suspensjonen til en fuktighetsugjennomtrengelig pakning eller lignende;

d) hermetisk lukning av pakningen.

Sammensetningen kan fremstilles i forskjellige former

slik som staver, plater eller lignende og kan også inkludere metallfibre for å øke den termiske ledningsevne i sammensetningen. Eventuelt kan også blandinger innarbeides.

Uttrykket 11 salthydrat" slik det heri benyttes er ment

å inkludere enkle salthydrater, blandede salthydrater og autektiske blandinger som alle har en høy latent smeltevarme, dvs. de med en latent smeltevarme på over 16 g kalorier pr. gram eller 67 joule pr. gram. Disse salthydrater kan benyttes for lagring av varme eller kulde avhengig av systemet der de benyttes.

Blandingen av salthydrater som er egnet for lagring

av varme eller kulde med hydraulisk sement og vann og å tillate blandingen å bli hård og derved danne en varme- eller kuldelagringssammensetning med en kongruent smeltetemperatur

er ikke tidligere beskrevet. Sammensetningen kan fremstilles ved å blande et salthydrat og/eller et foregående vannfritt salt med den nødvendige mengde vannfri hydraulisk sement sammen med den nødvendige mengde vann som er nødvendig for hydratisering av den hydrauliske sement og forløpersaltet

for å danne en suspensjon av alle bestanddelene. Suspensjonen overføres deretter til en egnet beholder som deretter forsegles hermetisk. Sammensetningen blir hård ved hydratisering av den hydrauliske sementkomponent på hvilket tidsrom salthydratene, eventuelle vannfrie salter og saltoppløsning og den hydrauliske sement hver danner en kontinuerlig fase. Under et mikroskop observeres et interforbundet nettverk av salthydrater og et interforbundet nettverk av hydratisert hydraulisk sement. Salthydratet og hydraulisk sement blandes grundig slik at salthydratkomponenten holdes i sammensetningen i det vesentlige uten reduksjon av evnen for salthydratkomponenten til å lagre varme eller kulde under gjentatt oppvarming eller avkjøling over og under smeltepunktet for salthydratet. Overføringen av varme eller varmeenergi til sammensetningen forårsakes av salthydratfasen underkastes smelting og derved lagrer varmeenergi. Overføring av varme eller varmeenergi utav sammensetningen forårsaker at salthydratfasen undergår krystallisering og derved lagrer kullet.

Sammensetningen kan fremstilles med hell med salthyd-;.. 1: rat i helt smeltet form, halvsmeltet form eller en helt og holdent krystallinsk form. Fortrinnsvis fremstilles sammensetningen med ca. 30% krystallisert salthydrat i likevekt med smeltet form under fremstillingsprosessen.. Nærværet av krystallisert salthydrat i blandingen etter at blandingen er stoppet og under overføringsprosessen eller mens sammensetningen befinner seg i beholdere eller former, før sammensetningen blir hard, understøtter forhindring av utskilling av vannfritt salt, salthydrat eller sementpartikler. Sagt på

en annen måte kan hvis for lite salthydratkrystaller dannes i blandingen før overføring til egnede beholdere eller lignende eller etter at blandingsprosessen er stoppet, noe av vannfritt salt, salthydrat eller sementpartikler skilles ut før sammensetningen blir hård. Hvis en for stor prosentandel.

salthydratkrystaller er tilstede i blandingen før overføring til egnede beholdere eller former kan faststoffinnholdet være for høyt til å tillate lettvoverføring av sammensetningen fra blandebeholderen.

Metoder for omdanning av salthydratsmelter (varme vannfrie forløpersalter og oppløsning) til de ønskede salthydratkrystaller inkluderer avkjøling av blandebeholderen under blanding av smeiten for derved å avkjøle smeiten, noe som medfører krystallisering av salthydratet, eller ved å anbringe en varmeveksler i kontakt med smeiten under blanding for å fjerne krystalliseringsvarme fra smeiten. Disse metoder gir ikke en absolutt sikker metode for å kontrollere den nøyaktige mengde eller enhetligheten av salthydratkrystallene i likevekt med salthydratsmelten. Hvis varmevekslerhastigheten variere på grunn av en variasjon i kjølemiddelstrømmen eller kjølemiddel-temperaturen vil dannelseshastigheten for salthydratkrystaller også variere. Kontinuerlig prøving av blandingen med henblikk på prosentandelen krystallisert salthydrat må gjennomføres slik at avkjølingen av blandebeholderen eller varmeveksleren kan stoppes med en gang den ønskede prosentandel salthydratkrystaller i likevekt med salthydratsmelten er oppnådd. En annen mangel ved dannelse av salthydratkrystaller fra salthydrat smelter ved de heri beskrevne metoder slik som avkjøling av blandebeholderen under blanding av smeiten eller ved å anvende en varmeveksler i smeiten under blandingen for å fjerne krystalliseringsvarmen fra denne er at salthydratkrystallene har en tendens til å gro på og danne en skorpe over overflaten av kjøleutstyret eller blandeapparaturen, noe som således medfører en reduksjon av varmevekslingshastigheten"for varmeveksleren eller kjølebeholderen. Dette forårsaker dannelse av ikke enhet-lige krystallstørrelser og i tillegg, etter hvert som skorpen periodisk skrapes av fra kjøleoverflaten, fører til at stykker av skorpen forblir i blandingen slik at en homogenisert blanding med en fin suspensjon av salthydrat er vanskelig å oppnå. Derfor er en foretrukket utførelsesform ved fremstillingsprosessen ifølge oppfinnelsen å gjennomføre dannelsen av en kontrollert mengde av salthydratkrystaller i likevekt med sålt- hydratkrystaller i likevekt med salthydratsmelten å erstatter en del av vannet ment til å hydråtisere den vannfrie varmelag-ringsforløper med is for derved å gi en kontrollert mengde salthydratkrystaller fra saltoppløsningen og vannfritt salt uten mangelen ved de ovenfor angitte metoder for dannelse av salthydrat fra en blanding av salthydratsmelte. Etter hvert som isen smelter øker den indre energi i vannsystemet og absorberer derved en andel av krystalliseringsvarmen for salthydratet. Sagt på en annen måte tilføres smeltevarmen for isen ved krystalliseringsvarmen for salthydratet. Etter hvert som isen smelter tilfører den også den gjenværende vannfrie salt i blandingen det nødvendige krystalliseringsvann.

Mange varme- eller kuldelagr ingssalthyxlrater egnet for bruk ifølge oppfinnelsen er ekstremt ømfintlige overfor, under-kjøling (dvs. avkjøling til under frysepunktet uten at det inntrer krystallisering). En underkjølt tilstand kan rever-seres ved høyfrekvent vibrasjon lagt på sammensetningen i bruk, f.eks. med en mekanisk vibrator; imidlertid er dette en meget uhensiktsmessig metode. En annen løsning på underkjølin-gsproblemet er innarbeiding av et isomorft kjernedannende middel i salthydrat-sementsammensetningen før eller etter hård-gjøringen av sammensetningen. Et egnet kjernedannende middel må på pålitelig måte gi smeiten kjerner for derved å fremtvinge krystallisering av salthydratet ved eller noe under frysetem-peraturen. I tillegg må kjernedannende middel være uoppløselig., i smeiten og ha en høyere smeltetemperatur enn salthydratet.

Boraks er det foretrukne kjernedannende middel for natriumsulfatdekahydrat eller en hvilken som helst salthydrat-blanding inneholdende natriumsulfat slik som Na2S0^.NaCl.lOI^O. Imidlertid avbinder hydraulisk sement i nærvær av boraks meget langsomt og den hydratiserte sementkomponent trenger upraktisk lang tid for å dannes. Fordeling av boraks enhetlig ut gjennom systemet er derfor meget mindre praktisk ved denne metode.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen unngår

den ovenfor angitte inhibering av avbindingen av den hydrauliske sementkomponent når inhiberingen forårsakes av et avbindings-inhiberende kjernedannende middel slik som boraks ved å unngå

den jevne fordeling av nevnte kjernedannende middel i sammensetningen før den hydrauliske sementkomponent avbindes. Denne foretrukne utførelsesform har diskrete soner anordnet i sammensetningen hvori disse soner er fylt med kjernedannende middel.

Krystallisering av salthydratet i kontakt med sonene

av kjernedannende middel induserer ytterligere krystallisering av salthydratet ut gjennom salthydrat-sementsammensetningen på grunn av den kontinuerlige fase-natur av salthydratkomponenten som sikrer kontakt ut gjennom hele sammensetningen. Sonene kan dannes på mange forskjellige måter. En måte for å frembringe kjernedannende soner er å danne huller i salthydrat-sementsammensetningen etter overføring av sammensetningen til egnede beholdere, pakninger eller lignende men før hermetisk lukning av disse mens sammensetningen fremdeles er myk, eller, etter herding av sammensetningen, ved å støpe eller ved å bore hullene. Disse huller fylles deretter med et kjernedannende middel eller en blanding av kjernedannende middel og salthydrat hvoretter beholderen hermetisk lukkes. En blanding.av kjernedannende middel og salthydrat av den type som benyttes i varme-eller kuldelagringssammensetninger. induserer krystallisering av den kontinuerlige salthydratfase hurtigere eller kjernedannende middel alene på grunn av det faktum at kjernedannende middel derved er i mer intim kontakt med salthydratet. Den kjernedannende blanding kan inneholde 10-100% kjernedannende middel, fortrinnsvis 40-60%, mens resten er salthydrat av samme type som benyttes i varme- eller kuldelagringssammensetningen.

En annen måte for å oppnå en kjernedannende sone er.,

å etterlate et diskret rom på toppen av varme- eller kuldelagringssammensetningen i beholderen som inneholder sammensetningen idet dette rom deretter fylles ved det kjernedannende middel, blandingen av kjernedannende middel og salthydrat eller en herdbar sammensetning inneholdende et kjernedannende middel, hvoretter beholderen hermetisk lukkes. Det kjernedannende middel bør ikke virke inn på herdingen av en herdbar kjernedannende sammensetning. Et eksempel på en slik sammensetning er en blanding av perlit inneholdende ca. 20% natriumsilikatoppløsning.

Det kjernedannende middel blandes med denne sammensetning og det resulterende materiale presses inn i rommet som er etters-lått over den varme- eller kuldelagrende sammensetning etter

at denne er herdet tilstrekkelig. Den tilførte sammensetning herdes deretter til en struktur med kanaler som står i kom-munikasjon med hverandre og med den varme- eller kuldelagrende sammensetning.

Etter at det kjernedannende middel er innført til sammensetningen ved en av de ovenfor angitte metoder blir beholderen hermetisk lukket for å forhindre tap av vann under senere bruk. En gass- eller fuktighetsugjennomtrengelig beholder må benyttes for å forhindre tap av vann fra sammensetningen. Metallbeholdere kan benyttes og fordi sammensetningen ifølge oppfinnelsen inhiberer eller forhindrer korrosjon av stål kan stålbeholdere lett tilpasses bruk ifølge foreliggende oppfinnelse. Aluminiumfolielaminater der folien er mellom termoplastiske sjikt som benyttes for varmeforsegling og beskyttelse av folie-sjiktét som benyttes. Metallsjikt er nødvendig for å gi null vanndamptransmisjon selv om plastbeholdere med tilstrekkelig lav vanndamptransmisjon kan benyttes.

Brukbare ifølge oppfinnelsen er et hvilket som helst salthydrat eller blandinger av salthydrater med en latent smeltevarme på over 16 gram kalorier pr. gram eller 67 joule pr..gram. Nedenfor følger en ikke-utfyllende liste av eksempler.

Typiske enkle salthydrater er:

Typiske salthydratblandinger er:

Typiske autektiske blandinger er:

CaCl2-MgCl2.12H20 Mg(N03) 2.6H20-A1'(N03)3.9H 0

Mg(N03) 2.6H20-Mg'(N03) 2.2H 0.

Den intimt blandede forbindelse mellom varmelagrings-komponentens kontinuerlige fase og den hydrauliske sements kontinuerlige fase ifølge oppfinnelsen forhindrer en hver fast saltseparering fra varme- eller kuldelagringskomponenten som ellers kunne gi et inkongruent smeltepunkt med derav resulter rende varme- eller kuldelagringskapasitet.

Evnen for sammensetningen til å lede varme inn og ut av sammensetningen reflekteres ved den termiske ledningsevne for sammensetningen med salthydratet i fast og/eller flytende tilstand. Hvis høyere termisk ledningsevne for sammensetningen ifølge oppfinnelsen er ansett nødvendig kan et egnet materiale med høy termisk ledningsevne slik som metallfibre innarbeides i sammensetningen under blandingstrinnet ved fremstillingsprosessen ifølge oppfinnelsen. Disse fibre vil ikke separeres ut slik- de ville i et helt ut flytende termisk lagringssystem.

Den pakkede varme- eller kuldelagringssammensetning

må virke som et varmevekslingslegeme såvel som et varme- eller kuldelagringslegeme. Det er derfor viktig at varme- eller kuldelagringssammensetningen opprettholder god termisk kontakt med den innvendige overflate av forpakningsmateriale fordi åpninger ved denne overflate effektivt vil virke som isolerende medium. Salthydrat-sementsammensetningen i forbindelsen har en meget viktig egenskap idet den ekspanderer lett under avbinding og den første bruk. Denne lette ekspansjon sikrer at det oppnås god termisk kontakt.

Egnet for bruk ifølge oppfinnelsen er vanligvis be-nyttede sementer med hydrauliske egenskaper, dvs. den egenskap at de avbindes ved reaksjon med vann. Ordinær Portland-sement er den hyppigst brukte variant og finner utstrakt bruk for konstruksjonsformål. Sement med høyt aluminiumoksydinnhold er også en generelt tilgjengelig hydraulisk sement egnet for bruk ifølge oppfinnelsen og kjemisk, er vesentlig forskjellig fra Portland-sement. Portland-sementer fremstilles ved å sintre fikserte andeler av kalksten eller kalk med leire i en ovn med meget høye temperaturer. Den resulterende klinke males til et fint pulver og inneholder reaktive silikater som gir sementen de hydrauliske egenskaper. Andre rå bestanddeler som kan erstatte eller brukes iforbindelse med de som allerede er nevnt inkluderer sementsten, østersskall, skiffer, ovnslag, gips, sand, sandsten og jernholdig materiale. En typisk Portland-sementanalyse er:

Mindre mengder av andre oksyder er tilstede, f.eks. jernoksyd (mindre enn 10%) uten på merkbar måte å påvirke andre egenskaper. . Minder modifikasjoner av sammensetning eller fremstilling gir Portland-sementer med spesielle.egenskaper. F.eks.: Type I er for generell bruk når de.spesifikke egenskaper som er spesifisert for andre typer ikke er nødvendig.

Type II eller sement med moderat avbindingsvarme er for bruk der eksponering til en moderat sulfatpåvirkning er forventet eller der en moderat hydratiseringsvarme er nød-vendig.

Type III eller hurtig avbindende sement er for bruk der det er nødvendig med tidlig høy styrke.

Type IV eller sement med lav avbindingsvarme er for bruk der det er nødvendig med lav hydratiseringsvarme.

Type V eller sulfatresistentsement er for bruk der det er nødvendig med høy sulfatresistens.

Alle har i prinsippet den samme formulering hvori mindre, modifikasjoner i sammensetning eller fremstilling gir de ønskede egenskaper for den spesielle type.

Andre typer Portland-sement omfatter: hvit Portland-sement fremstilt ved å begrense innholdet av jern III; olje- brønnsementer fremstilt ved å begrense trikalsiumaluminatinn-holdet til nær 0% eller ved å tilsette en forsinker, for tid--lig avbinding; luftnedrevne sementer som gir en mørtel inneholdende ca. 13% nedrevet luft.

Sementer med høyt aluminiumoksydinnhold fremstilles ved å brenne' kalksten eller kalk (kalsiumkarbonat), med bauksitt og deretter oppmale den resulterende klinker til et fint pulver. Hovedkomponenten i sement med høyt aluminiumoksydinnhold er CaO-Al203 men kan inneholde opptil 20% jernoksyd.

Mursementer omfatter vanligvis Portland-sement blandet med brent kalk eller kalksten men kan omfatte hydraulisk kalk, hydratisert kalk, ovnsslagsementer og Portland-sementer med iblanding av luftnédrevet sement eller vannavstøtende midler.

Europeiske land gir forskjellige variasjoner av hydrauliske sementer som minner om Portland-sement men som omfatter ytterligere bestanddeler for å redusere omkostninger og/eller for å anvende avfallsprodukter. F.eks. fremstilles "silikat"-sement i Sverige ved å male Portland-klinker med en silisiumholdig blanding; "Ersatz"-sement fremstilles ved å male Portland-klinker med slagg eller kalksten; "Trass'1- eller pozzolo-na-sement fremstilles ved å blande Portland-klinker med et pozzolonisk materiale; "Gaize"-sement fremstilles i Frankrike ved å blande Portland-klinker med et brent eller ikke-brent pulverformig silisiumholdig stenmateriale kjent som gaize. Jernmalm eller ertssement fremstilles i Tyskland ved å benytte jernmalm i stedet for den leire eller skifferandel som vant ligvis benyttes for fremstilling av Portland-sement; "Ferrari"-sement fremstilles i Italia eller Frankrike og tilsvarer den tyske "Ersatz"-sement. Forskjellige slaggsementer fremstilles ved å blande slagg med Portland-klinker. Slagg med et høyt glassinnhold er et hydraulisk bindemiddel og gir hydrauliske karakteristika til slaggsementer. Kalk-slaggsement fremstilles i forskjellige europeiske land ved å blande lesket kalk med finoppdelte ovnsslagg. "Sur sulfat"-sement fremstilles i små mengder i noen få europeiske sementanlegg ved å sammale om-trent 80% spesielt utvalgt granulert ovnsslagg, 15% gips og 5% Portland-klinke. En sement med høyt aluminiumoksydinnhold kjent som "Kuhl" eller "Bauxitland"-sement fremstillés i Europa ved å erstatte en leire eller skiffer som benyttes

ved fremstilling av Portland-klinker med bauksit (hydratisert aluminiumoksyd).

Alle hydrauliske sementer er egnet for bruk ifølge oppfinnelsen inkludert sementer med høyt aluminiumoksydinnhold, selv om overlegne resultater er oppnådd ved bruk av Portland-sement og beslektede varianter. Dette kan henføres til den unike mikrostruktur og stabilitet for hydratisert Portland-sement.

Når vann blandes med et vannfritt Portland-sementpul-ver dannes sementpartiklene et første amorft gelatinøst belegg av hydratisert materiale. Dette gelatinøse belegg gir en første avsetning eller koagulering ved å danne et nettverk av svake bindinger på kontaktpunktene mellom sementkornene. Under fremstillingsprosessen ifølge foreliggende oppfinnelse etter at blandingen er avbrutt men før sammensetningen blir fåst hjelper det første gelatinøse belegg over sementpartiklene samt koaguleringen å forhindre utskilling av suspendert varme-eller kuldelagringssalthydrater, salter samt sementpartikler samtidig som det tillates tilstrekkelig modilitet for sammensetningen for lett overføring til egnede beholdere. Dette er et meget viktig trinn i fremstillingsprosessen ifølge oppfinnelsen fordi ikke-hydratisert salt må holdes i enhetlig og støkiometrisk kontaktmed oppløsning og salthydrat etter hvert som ikke-hydratisert materiale blir hydratisert. Med fortsatt kontakt mellom vann og sementpartikler fortsettes dannelsen av amorft gelatinøst hydratiseringsprodukt eller "sementlim" og etter tre til fire timer utvikles det mange slangeformede fremspring. Etterhvert som disse slangeformede fremspring av "sementlim" utvikles til en kontinuerlig fase blir de intimt blandet og sammensmeltet med salthydratene og konsollideres eventuelt til en fast men noe fleksibel matriks som binder de gjenværende ikke-omsatte sementpartikler, biprodukter og salthydrater til en sammenblandet og sammensmeltet polyfasemas-se som effektivt holder på plass og holder i suspensjon salthydratet og permanent forhindrer at ikke-hyrdratiserte salter skilles ut under varme- eller kuldesykler for sammensetningen under bruk, mens de samtidig tillater tilstrekkelig mobilitet slik at den ikke kontinuerlige kjernedannende komponent fremdeles har den ønskede virkning med henblikk på kjernedanning av latente varmelagringssalthydrater ut gjennom sammensetningen.

Hovedbestanddelen i sement med høyt aluminiuminnhold

er CaO.Al203 og under normale betingelser gir hydratisering av dette materiale CaO.Al^^..10H2O og i en mindre grad okta-hydratet. Disse hydratiseringsprodukter er faseterte krystal-linske aluminater med heksagonal eller akrikulær struktur. Når sementer med høyt aluminiuminnhold benyttes i fremstillingsprosessen ifølge oppfinnelsen danner disse hydratiseringsprodukter av sement en sammenlåst kontinuerlig fase med bestandde-len for lagring av latent varme som en sammentvinnet kontinuerlig fase på samme måte som Portland-sementsammensetningen.

Et potensielt problem med sementer med høyt aluminiumoksydinnhold er de metastabile karakteristika for hovedhydratiserings-produktene. Disse deka- og oktahydrater har over et visst tidsrom.en tendens til å omdannes til mere stabilt heksahydrat 3CaO. Al^ O^.6H20 denne prosess forandrer formen og densiteten for krystallene som er tilstede i en hydratisert sement med høyt aluminiumoksydinnhold.

Som angitt ovenfor omfatter fremgangsmåten for fremstilling av sammensetningen ifølge oppfinnelsen følgende trinn: a). å blande sammen vannfri hydraulisk sement, vannfri latent varmelagringsforløper og vann for å danne en suspensjon; b) å blande suspensjonen under avkjøling inntil tilstrekkelig hydratisering av sement og latent varmelagringsforløp er inntrådt slik at de suspenderte komponenter vil forbli suspenrr dert når blandingen stoppes; c) overføring av suspensjonen til en fuktighetsugjennomtrengelig beholder;

d) hermetisk å lukke beholderen.

I enkelte tilfeller, (f.eks. for å redusere sammensetningens omkostninger, for å understøtte dannelse av en suspensjon av bestanddelene i sammensetningen eller for å forbedre styrken av sammensetningen) blir forskjellige tilslag innarbeides i sammensetningen under fremstillingen for enten å supplere virkningen av denne hydrauliske sementkomponent i sammensetningen eller for å erstatte en andel av den hydrauliske sementkomponent.

En tilsetning slik dette uttrykket her brukes er ment å inkludere definisjonen av uttrykket slik dette vanligvis brukes i sement og betongindustrien. Blandinger er ingredien-ser som tilsettes til en betongblanding forskjellig fra Portland-sement, sement med høyt aluminiuminnhold, aggregat eller vann. Slike tilsetninger faller vanligvis innenfor en av de følgende klasser: A) Luftmedrivende blandinger for å forbedre bearbeid-barheten slik som salter av trietanolamin og "Vinsol"-harpiks. B) Akseleratorer for å fremme avbinding og styrke slik som kalsiumklorid, alkalisiliskater, alkalikarbonater, fluor-silikater og trietanolamin. C) Forsinkere og vannreduksjonsmidler slik som ligno-sulfonsyre eller hydroksylerte karboksylsyrer og salter av disse syrer. D) Fint oppdelte silisiumoksyd- og silikatmineraltil-setninger slik som relativ kjemisk inerte stoffer inkludert malt kvarts, malt bentonitt, malt kalksten, malt hydratisert kalk og malt talkum; sementlignende materialer slik som naturlige sementer, hydrauliske kalktyper, slaggsementer og granulerte ovnsslagg; pozzolaner slik som flyveaske, malt vulkanske glass,.malt diatomerjord, malt skiffer, malt leire, malt ovnsslagg, malt teglstein, malt opaler og sterkt opalisk . sten, malt vulkantuff og malt pumisitt.

De sementlignede tilsetninger er hydrauliske binde-midler og gir hydrauliske egenskaper til sammensetningen. Pozzolaner slik som flyveaske reagerer med biproduktet kal-siumhydroksyd fra hydratisert hydraulisk Portland-sement og bidrar til sammensetningens fysikalske styrke og reduserer omkostningene for sammensetningen.

Disse tilsetninger innarbeides i sammensetningen ifølge oppfinnelsen under det første fremstillingstrinn,

dvs. blandingen av råbestanddeler i sammensetningen før den overføres til egnede, beholdere.

Nedenfor følger eksempler for fremstilling av sammensetninger ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1.

Sylindre av plast- og aluminiumfolielaminat.

30,8 deler natriumsulfat ble blandet med 39,2 deler vann under avkjøling, noe som ga 70 deler natriumsulfatdeka-hydratkrystaller. 23,4 deler type II Portland-sement og 6,6 deler vann ble tilsatt til krystallene under fortsatt blanding for å oppnå en kornet tiksotrop masse. Denne ble deretter overført til sylindre konstruert av et laminat av polypropylen, . aluminiumfolie og polyesterfilra. Etter 8 timer var blandingen blitt tilstrekkelig fast til at et hull kunne bores i blandingen som deretter ble fylt med en blanding av 50% boraks og

50% natriumsulfatdekahydrat hvoretter sylindrene hermetisk ble lukket. Etter en ukes avbindingstid ble disse sylindre kjørt gjennom 1000 oppvarming-avkjølingssykler forbi smeltepunktet for natriumsulfatdekahydrat hvoretter en kalorimetrisk bestemmelse av innholdet av latent varme ga et resultat på 175,8

joul pr. gram.

Eksempel 2.

Rektangulære blokker.

49,2 deler vann ble blandet med 35,2 deler natriumsulfat og 15,6 deler type II Portland-sement. Blandingen ble avkjølt under kontinuerlig blanding inntil tilstrekkelig hydratisering av både natriumsulfat og sement var inntrådt for å øke viskositeten i blandingen til det punkt der alle bestanddelene i blandingen forble i suspensjon selv etter at blandingen opphørte. Sammensetningen ble deretter overført til åpne galvaniserte stålbokser og tillat å avbinde i 8 timer hvoretter det ble laget tre jevnt fordelte borehull med en diameter på ca. 6

mm og en dybde på ca. 10 cm. Etter 24 timer ble en boraks-natriumsulfatdekahydratblanding fylt i borehullene. Deretter ble boksene hermetisk forseglet ved å lodde på lokk av galvani-sert stål.

Etter en ukes herding ga en kalorimetrisk bestemmelse av det latente varmeinnhold et resultat på 201 joul pr. gram selv etter 600 melt-fryssykler.

Eksempel 3 .

Stålsylindre.

Flere stålrør med en diameter på ca. 10 cm og en lengde på ca. 40 cm og flere stålrør med en diameter på ca. 10 cm og en lengde på ca. 120 cm ble forseglet i en ende ved pålodding av et lokk. 54,3 deler vann ble blandet med 41,8 deler natrium-sulf at og 3,9 deler type II Portland-sement. Blandingen ble avkjølt under kontinuerlig blanding inntil det var inntrådt tilstrekkelig hydratisering av natriumsulfat og sement til å øke viskositeten i blandingen til det punkt der alle bestanddelene i blandingen forble i suspensjon etter at blandigen opphørte. Sammensetningen ble deretter overført til stålrørene og tillat å avbinde i 8 timer hvoretter det pr. sylinder ble laget et borehull med en diameter på 12,7 mm og en dybde på ca. 15 cm. Etter 24 timer ble en 50-50 boraks-natriumsulfatdeka-hydratblanding pakket i hvert borehull. Deretter ble sylindrene hermetisk lukket ved å lodde på et stållokk.

Etter herding i 1 like ga en kalorimetrisk bestemmelse av latent varmeinnhold et resultat på 238,5 joul pr. gram selv etter 50 oppvarmihgs-avkjølingssykler forbi, natriumsulfatdeka-hydratets smeltepunkt.

Eksempel 4.

Lav-temperaturprøver.

Varmelagringsenheter brukbare ved anvendelser, .der varme må overføres ved en lavere temperatur (f.eks. drivhus, kald-lagring osv.) krever en komponent for lagring av latent varme med et smeltepunkt innen området 7,2 til 21,1°C. For dette formål blandes 30,45 deler vann med 35/2 deler natriumsulfat, 14,5 deler natriumklorid og 15,6 deler type II Portland-sement. Etter noen minutter tilsettes 18,7 5 deler is under kontinuerlig omrøring i et tidsrom på en halv time. Deretter ble sammensetningen overført til polyetylenflasker og tillatt avbinding i 24 timer hvoretter 1,5 deler boraks ble pakket over overflaten av sammensetningen for helt å fylle flaskene. Disse ble deretter hermetisk lukket og sammensetningen ble tillatt å avbinde i 1 uke. Latent varmekapasitet for prøven ble målt ved å av-kjøle prøvene i et kjøleskap til en på forhånd bestemt tempera tur og deretter å anbringe prøvene i en termos med en spesifikk mengde varmt vann. Ved å registrere temperaturforandringen i vannet bestemte man varmekapasiteten for prøvene til 138 joul pr. gram. Driftstemperaturen for disse flasker var 19°C.

I flera av de ovenfor angitte eksempler ble den benyt-tede kjernedannende komponent ersattét med en blanding av perlitt inneholdende en natriumsilikatoppløsning og boraks. Ytelsen for disse prøver var den samme for de prøver hvori boraks eller en blanding av boraks og natriumsulfatdekahydrat ble benyttet.

I en anvendelse for sammensetningene for lagring av latent varme ifølge oppfinnelsen er i vegglagringssystemer

som beskrevet i "Solar EnergyThermal Processes", side 322,

av John A. Duffie og William A. Beckman, utgitt av John Wiley and Sons i 1974. Ved denne anvendelse blir en vegg av et hus, sydvendt og bestående av glass, et innvendig rom, deretter en innvendig vegg av svertet varmelagringskonstruksjon (i dette tilfelle f.eks. stabler av svertede beholdere inneholdende den varmelagrende sammensetning). Under eksponering til solen vil varmelagringsveggen fylles med varme og i løpet av natten vil luft som sirkulerer over konstruksjonen benyttes for å oppvarme huset.

En annen anvendelse for varmelagringssammensetningene ifølge oppfinnelsen er for å lagre "kulde" for sommeravkjølings-formålet. Det kan være fordelaktig å benytte en varmelagringssammensetning hvori varmelagringskomponenten har et.smeltepunkt mellom 7,2 og 21,1°C, f.eks. den natriumsulfat-natriumklorid-dekahydratsammensetning som smelter ved 17,8°C eller det natrium-sulf at-kaliumkloriddekahydrat som smelter ved 7,2°C. I løpet av dagen føres varmluft fra oppholdsrom (en temperatur høyere enn smeltepunktet for varmelagringskomponenten) over beholdere av frosset latent varmelagringssammensetning som er stablet i et isolert rom og utslippene avkjølt luft tilbakeføres til oppholdsrom. Om natten føres luft fra oppholdsrom gjennom et kollektorsystem som stråler varme til natthimmelen. Avkjølt luft føres gjennom varmelagringsrommet for å fryse ned varmelagringskomponenten.

En annen viktig anvendelse av disse sammensetninger med lavt smeltepunkt slik som det som nettopp er beskrevet er egnet for dagavkjøling og nattoppvarming av drivhus. I løpet av dagen om vinteren kan temperaturen i et drivhus stige dras-, tisk på grunn av innkommende solarstråling. Vanligvis vil drivhuset ventileres hvorved man ville tillate verdifull varme å slippe unna. Ved å sirkulere drivhusluft over beholdere som inneholder varmelagringssammensetning ifølge oppfinnelsen, lagret i et rom, holdes temperaturen i drivhuset på et aksep-tabelt nivå. Under perioder med liten eller ingen solarstråling holdes luftsirkuleringen gjennom rommet varmt ved hjelp av latent varme fra varmelagringssammensetningen etterhvert som varmelagringskomponenten fryser.

Ytterligere en meget viktig anvendelse av varraelagrings-sammensetningene ifølge oppfinnelsen er i forbindelse med varmepumper . Varmepumper er meget viktige innretninger for oppvarming av boværet idet, gitt en temperatur vesentlig høyere enn den utvendige frysetemperatur, varmepumpen vil ha en ytelses-koeffisient så høy som 3. Det vil si at tre ganger så mye energi i form av varme avgis til boværet som den elektriske energi som benyttes for å drive varmepumpen. Varmen trekkes ut fra varmepumpekilden (vanligvis utvendig luft) for avlevering til boværet. Ytelseskoeffisienten synker imidlertid til 1 når utvendig temperatur synker til frysepunktet. Varmen som lagres i varmelagringsenheten er brukbar som en varmekilde for varmepumpen, spesielt i et hus konstruert for passiv oppvarming. Hvis således husluft, oppvarmet av solarstråling, slik som i drivhuset, sirkuleres overVarmelagringsbeholderne kan tempera-'turen i luften gjevnes ut. Om natten blir omgivelsesluft ført inn i varmelagringsenheten der det varmes opp og deretter benyttes som varmekilde for varmepumpen.

Oppfinnelsen er ikke ment å være begrenset av de ut-førelsesformer som er beskrevet ovenfor da disse kun er illu-strerende og ikke begrensende.

Claims (12)

1. Polyfaselagringsenhet for latent varme, brukbar for lagring av varme eller kulde, karakterisert ved at den omfatter en lagringskomponent for latent varme med en smeltevarme over 16 gram kalorier pr. gram eller 67 joul pr. gram, idet lagringskomponenten for den latente varme intimt er blandet med en hydratisert hydraulisk sementkomponent.

2. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at den hydrauliske sementkomponent er en hydratisert Portland-sement.

3. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at den hydratiserte hydrauliske sementkomponent er en hydratisert sement med høyt innhold av aluminiumoksyd.

4. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at et kjernedannende middel er innarbeidet i sammensetningen i en diskontinuerlig fase.

5. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved . at et termisk ledende materiale med en termisk ledningsevne større enn ledningsevnen for sammensetningen er spredd ut gjennom sammensetningen.

6. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at sammensetningen er omhyllet i et fuktighetsimpermea-belt materiale.

7. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at sammensetningen inneholder en tilsetning.

8. Fremgangsmåte for fremstilling av en polyfaselagrings-sammensetning for latent varme, karakterisert ved at den omfatter a) å blande en vannfri hydraulisk sement, vann, et salthydrat og/eller en vannfri forløper derav, eventuelt en tilsetning og eventuelt et kjernedannende middel til en suspensjon; b) å blande suspensjonen under avkjøling inntil det er inntrådt tilstrekkelig hydratisering av den hydrauliske sement og varmelagringsforløpere til at de suspenderte komponenter forblir suspendert etter at blanding opphører; c) overføring av suspensjonen til en åpen fuktighetsugjen nomtrengelig beholder; og d) hermetisk å lukke den dampugjennomtrengelige beholder.

9. Fremgangsmåte for fremstilling av en polyfasesammensetning for lagring av latent varme, karakterisert ved at den omfatter: a) sammenblanding av vannfri hydraulisk sement og vandig latent varmelagringsforløper, eventuelt en tilsetning og eventuelt et kjernedannende middel sammen med den mengde vann som er nødvendig for hydratisering av den vannfrie hydrauliske sement og vandige latente varmelagringsforløper for å danne en suspensjon; b) blanding av suspensjonen under avkjøling inntil tilstrekkelig hydratisering av den hydrauliske sement og latent varmelagringsforlø per er inntrådt slik at de suspenderte komponenter vil forbli suspendert når blandingen opphører; c) overføring av suspensjonen til en åpen fuktighetsugjennomtrengelig beholder; og d) hermetisk lukking av beholderen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 og 9, karakterisert ved at erir.andel av vannet erstattes av is for derved å gi en kontrollert mengde salthydratkrystaller i blandingen.

11. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at varmelagringssammensetningen inneholder et kjernedannende middel.

12. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at den har diskrete soner som inneholder et kjernedannende middel.