CN102257344B - 热储存装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了改善的热能储存材料(28)、使用该改善的热能储存材料(28)的装置(80)和系统(60)，以及相关的方法。热能储存材料可以包括相变材料，该相变材料包括含金属的化合物。本发明涉及封装热能储存材料的方法，含有封装的热能储存材料的装置以及用于封装热能储存材料的封壳结构体(25)。

Description

热储存装置
优先权的要求
本申请要求下列申请的申请日的权益：美国临时专利申请61/030,755(在2008年2月22日提交)；61/061,908(在2008年6月16日提交)；61/074,799(在2008年6月23日提交)；61/074,840(在2008年6月23日提交)；61/074,869(在2008年6月23日提交)；61/074,889(在2008年6月23日提交)；以及61/090,084(在2008年8月19日提交)和在2009年2月20日提交的名称为″热能储存材料(THERMAL ENERGY STORAGEMATERIALS)″的美国专利申请12/389,416(代理律师案号(Attorney docketnumber)66955A(1062-088))，这些专利申请的内容均通过引用将其整体结合到此。 
发明领域
本发明总体上涉及可用于储存和释放热的含有热能储存材料(TESM)的热储存装置，并且特别地涉及用于这种装置的TESM包装(packaging)。 
发明背景 
热能储存材料(TESM)是已知的并且已经在储存用于随后使用的热的应用中使用。很多TESM是相变材料，这意味着它们经历相变，典型地是在固态和液态之间的相变，并且可以储存(或释放)相当大量的热，这些热被认为来自相变的潜热。人们已经将许多关注投向含有TESM的装置以及使用TESM来储存和释放热能的装置。这些装置中的一些已经被称为“热电池”。参见例如美国专利7,225,860；6,784,356；以及6,102,103，这些美国专利声称描述了热电池的一些实例。热电池已经被提出用于很多应用中。例如，美国专利6,875,407声称使用了真空绝缘的热电池来改善催化效率。例如在美国专利6,102,103中确定了其它应用(解决发动机升温、除霜或客厢加热)。 
尽管致力于开发这样的热储存装置，但是观察到它们的结构可以取决于比如下面的因素而变化：系统所接触的所需工作温度、热交换的所需速率，所使用的TESM的性质等。热储存装置变化的一个特别方面在于用来容纳TESM的结构。另一方面在于容纳TESM的各个容器与任何其它这样的容器容器相交接以提供所需热交换响应的方式。 
美国专利7,225,860声称描述了使用包封管来容纳TESM。美国专利6,102,103声称描述了用于容纳TESM的夹套。 
被称作Rubitherm GmbH的公司提供了携带在普通平面载体上的封壳阵列的实例，该实例使用了名称CSM面板(CSM Panel)。据信那些结构，虽然潜在地适合于石蜡或水合盐TESM，趋向于在较低工作温度找到应用，但可能不适合于承受更严格条件的应用。在使用时，似乎是CSM面板相对于彼此堆叠在外壳中，以限定热交换流体所通过的模块(module)。 
基于所考虑的应用，致力于实现由封装技术产生的良好结果还可能是棘手的。例如，一些TESM的腐蚀性非常大。一些TESM将仅在有限温度范围内起作用。一些封装技术对于忍受重复的热循环不够坚固。 
因此，特别是如果TESM系统在比如前面尝试的那些应用中被有效地使用，则对于忍受腐蚀，每单位容积提供大量的热储存和转移，忍受相对高的工作温度(例如，约300℃以上的工作温度)或上述各项的任意组合的坚固TESM封装系统存在需要。还重要的是，任何这样的TESM包封系统均是充分通用的，即它可以以允许良好热效率的方式结合到加热模块中。还重要的是，任何这样的TESM封装系统(以及其被结合到其中的系统)均可以忍受通过工作温度范围的相当宽的热循环。 
发明概述 
通过其各个方面，本发明通过在一个广义方面提供一种用于储存和释放热的装置来满足上述需求中的一些或全部，所述装置包括具有内部容积的外壳，其中基于所述外壳的内部容积，所述装置表现出的传递给传热流体的热的平均初始功率密度为至少约8kW/L，其中所述平均初始功率密度被限定在起初的30秒内，其中所述平均初始功率密度使用在外壳内的初始温度为约280℃的装置测量，并且所述传热流体的初始温度为约10℃。 
本发明的方面还涉及用于封装TESM的改进方法，根据该方法，至少一个第一阵列部分包括：至少两个相对的层片，所述至少两个相对的层片在它们各自面对表面的一部分上彼此接触连接，以限定第一封壳结构体，所述第一封壳结构体包括至少一个含有热能储存材料(TESM)并且具有预定容积的第一封壳结构。 
本发明的方面另外涉及一种用于制造热储存装置的方法，所述方法包括：i)将第一金属箔变形，以形成具有凹槽(trough)的第一层片；ii)用热能储存材料(TESM)至少部分填充所述凹槽；iii)加热TESM一段时间和高于TESM的液相线温度的温度，以使得TESM基本上不含水；iv)将金属箔的第二层片放置在第一层片的上面，使得第一层片的表面和第二层片的表面部分地接触；以及v)将第一层片和第二层片的相向表面的一部分进行密封，使得形成包含多个容纳有TESM的封壳的泡罩包装(blister pack)，所述封壳具有彼此传传导的关系，并且防止了在所述封壳的预期环境中工作期间TESM从所述封壳中漏出(escaping)。 
根据本文教导的子组件(sub-assembly)还包括上述至少一个第一阵列部分和至少一个第二阵列部分，所述至少一个第二阵列部分包括至少两个相对的层片，所述至少两个相对的层片在它们各自相向表面的一部分上彼此接触连接，以限定第二封壳结构体，所述第二封壳结构体包括至少一个容纳TESM并且具有预定容积的第二封壳，其中第一阵列部分和第二阵列部分处于基本上彼此相邻的关系(例如，处于堆叠的嵌套关系)，从而在它们之间限定用于传热流体或其它工作流体的流动路径。 
在本发明的一个实施方式中，所述第一阵列结构和所述第二阵列结构相互交叉，使得存在顺序穿过所述第一阵列结构的第一封壳、所述第二阵列结构的第一封壳和所述第一结构的第二封壳的至少一条线。 
在一个特别方面，预期封装TESM的上述阵列部分、上述子组件或它们两者可以在用于储存热的热储存装置中使用，所述热储存装置包括：1)在外壳内部的封壳阵列；所述封壳阵列包括a)至少一个第一阵列部分，所述第一阵列部分包括至少两个相对的层片，所述至少两个相对的层片在它们各自相向表面的一部分上彼此接触连接，以限定第一封壳结构体，所述第一封壳结构体包含多个容纳热能储存材料(TESM)并且具有预定容积的封壳；以及b)至少一个第二阵列部分，所述第二阵列部分包括至少两个相对的层片，所述 至少两个相对的层片在它们各自相向表面的一部分上彼此接触连接，以限定第二封壳结构体，所述第二封壳结构体包含多个容纳TESM并且具有预定容积的封壳；以及ii)由第一阵列部件和第二阵列部件之间的容积限定的流动路径；其中第一阵列部件和第二阵列部件由小于约20mm的间隙厚度t间隙隔开；并且所述装置包括多个流动路径，其中每一个流动路径通常是非平面的。 
预期上述结构和装置将用于很多要求热的方法的任一项方法中，所述方法包括如下步骤：a)传递来自热源的至少一部分的热源热(source heat)；b)使用该热源热加热热能储存材料；c)通过将至少一部分的热源热转换成潜热来增加热能储存材料中液相的量；d)维持热能储存材料中液相的量以储存潜热；e)将所述潜热的至少一部分转化成释放的热；以及f)将释放的热传递给被加热的物体。 
在可以应用上述方法的很多应用中，有用于运输车辆的热供应、用于建筑物的热供应、用于流体加热的热供应、用于发电的热供应、用于化学反应的热供应、用于来自工业应用的废热回收的热供应等。 
附图简述
图1A示出了变形层片的表面。 
图1B说明了一个示例性变形层片的横截面。 
图2A显示了用于封装TESM的封装技术和几何形状。 
图2B示出了在热释放过程中在TESM封壳中的温度变化的建模。 
图3A示出了在封壳组件中在流动方向上的横截面。 
图3B示出了与流动方向横切的流动路径的横截面。 
图3C示出了在具有隔体的组件的流动方向上的横截面。 
图3D说明了与流动方向横切的流动路径的横截面。 
图4说明了在对层片压花的同时形成的凸缘(bead)。 
图5A示出了两个具有容纳热能储存材料的封壳阵列(例如，泡罩包装)的层片的扩散结合组件的横截面。 
图5B示出了可以用于接合两个层片的加工设备(tooling)。 
图5C说明了在接合之后的第二层片的表面。 
图6说明了两个封壳结构体之间的界面，其产生管状流动路径。 
图7A和7B显示热储存系统的实例。 
图8A说明了集成到热交换器中并且具有热源的TESM封装结构体。 
图8B说明了封壳堆叠体的几何形状。 
图9说明了热储存装置在流动方向上的横截面。 
图10说明了包括一个电加热器的汽车部件，所述电加热器可以用于加热流体容纳部件，也可以用于加热热储存装置。 
图11说明了包括两个电加热器的汽车部件，所述电加热器可以用于加热流体容纳部件，也可以用于加热热储存装置。 
图12说明了具有热储存装置的汽车部件，所述热储存装置可以用于加热流体容纳部件，也可以用于加热空气流。 
图13说明了可以用于形成压花的层片的加工设备的实例。 
图14说明了使用被封装到泡罩包装内的TESM制造热储存装置的方法。 
发明详述 
如从本文的教导看出，本发明对热能储存材料(在本文中称作″TESM″，其还包括通常被称为“相变材料”的热能储存材料)用于热储存和释放应用的包装和容纳提供了一种独特并且料想不到的有效方法。本文中的系统表现出了非常突出的高功率密度容量并且可以用于移除热，移除速率为至少约8kW的速率/升系统。本文的教导预期TESM在较坚固结构中的包装和容纳，这将抵制由于腐蚀所带来的失败、由于来自循环热负载的热诱导应变所带来的失败，或上述两种失败，并且还将产生与由结合它们的结构和系统所占据的总体积相比较高的储存和释放容量。本文中的结构的优点之一是组件能够相对紧凑，其表现出了预想不到的大并且快速的热储存和释放容量。如所看到的，本文的教导预期在多个泡孔结构中包装个别量TESM的方式。该教导预期这些泡孔结构被组装到子组件中。该教导还预期一个或多个这样的子组件结合成模块，所述模块可以用作用于储存热和释放所储存的热的系统的部件。作为教导的一部分，还预期很多应用由于这些结构、子组件、模块和/或系统而成为可能或更有效率。 
通常，本教导预期TESM以这样的方式包装和容纳：提供具有多个容纳TESM的不连续泡孔结构的容积，所述TESM以提供TESM和通过所 述容积的任何热交换流体或其它工作流体之间的有效热交换的方式分散到整个容积内。例如，如在热储存和释放系统中所使用的，多个单独封壳可以彼此处于热传导关系，并且与所述系统的传热流体是热传导关系。 
在一个总的方面，TESM的包装和容纳是通过使用封装TESM的结构体来实现的。该结构体优选使得它们限定多个容纳TESM的封壳，并且特别是多个携带在普通载体上并且限定封壳阵列的封壳(例如，具有多个各自分离的封壳结构体的泡罩包装)。可能的是，封壳可以彼此处于热传导的关系。封壳由此可以通过热传导结构以阵列的形式携带。例如，阵列可以由热传导材料形成，所述热传导材料是可变形的，并且通常具有耐腐蚀性(例如，铝、不锈钢或一些其它合适材料的层片如箔)。如将看到的，一种优选的方法设想将TESM包封在压花的金属箔结构体中。 
所述封壳可以在至少二维中彼此之间处于通常有序的关系(例如，封壳的重复性图案)。例如，一种方法可以使用多个基本上相等间隔的封壳结构体。当使用多个封壳结构体时，它们可以具有彼此相同的形状或尺寸，或它可以相对于彼此不同。尽管在阵列的每一个封壳中的TESM各自可以相对于相邻的封壳是物理分离的，但这不一定是必须的。可能的是，在两个以上的封壳之间可以存在一些流体连通。因而，阵列可以包括大于约10、大于约25、大于100或甚至大于1000个泡囊。封壳结构体可以包括多个封壳，所述多个封壳以足于防止在它们预期的操作过程中TESM从封壳漏出的方式密封(例如，单个或以封壳组形式)。一种优选的结构体可以是提供较高密度的热交换表面积的结构体；以及在单个封壳破裂或在使用过程中出现其它故障的情况下使用了所述阵列的装置能够继续发挥作用的结构体。 
封壳可以包含任何体积的TESM，以在暴露于预定热条件下时足以进行成液体的相变化，之后在处于液态的同时储存热，直到经受冷却条件，所述冷却条件将引起液体固化，并且释放所储存的热。优选地，封壳包含少于约200ml(在约25℃测量)、更优选少于50ml的TESM，更优选少于约10ml，还更优选少于约4ml并且最优选少于约3ml(例如，少于约2ml)，和/或具有大于约0.1ml的体积，并且更优选大于约0.3ml的体积)。还可以使用其它体积(更大或更小)。尽管可以使用小的封壳，但是在装置中的 TESM的总体积可以是大的，条件是该装置包含很多封壳。例如，在对具有较大数量封壳的阵列(或本文所述的子组件)没有限制的情况下，携带在阵列(或子组件)中的TESM的总体积可以大于约100ml，能够大于约400ml，大于约700ml，和或大于约1,200ml。甚至可以有需要更大体积的TESM例如大于4升的TESM的应用。在系统中要求大于10、100或甚至1000升以上的TESM的应用也在本发明的教导内。本发明提供了一种独特的方法，该方法允许这样的意想不到的大体积的TESM被容纳在较小总包装容积内，并且还实现了有效率的热储存、释放和传递。 
在任意阵列中的封壳的形状可以采用各种合适形式中的任一种，所述合适形式提供了所述封壳在预定外壳容积内部的所需组装密度，同时还提供了所需的热性能。作为举例，本文中的教导考虑了通常为球形的封壳的可能使用。然而，更优选地，封壳结构体可以具有通常细长的形状，与球形封壳的组装密度相比，这种细长的形状将在热交换流体和该封壳之间产生比相同容积的球形封壳的传热速率增加的传热速率。 
由此，封壳结构体可以具有细长形状，所述细长形状通常是椭圆形、六边形或其它包括长轴(即，在所述形状的细长方向上的轴)大于短轴的形状。细长方向可以是这样的，它通常与在本教导的体系中的传热流体或其它工作流体(例如，冷却剂、废气、来自热管的对流气体等(or otherwise))的流动方向相同或平行。以此方式，可以能够降低装置的流体阻力而不牺牲热交换速率(生产率)，这部分地受到容纳有TESM(其可以是低热传导率的物质)的封壳的最小尺寸(例如，封壳的厚度)的限制。 
在沿着封壳的长轴的封壳长度可以优选为约0.5mm至约100mm(例如，约10至约50mm)，但可以使用更长或更短的封壳。封壳的厚度t封壳(即，在垂直于用于制造阵列的任何层片的平面的方向上)优选为约0.5mm至约20mm，更优选为约1mm至约15mm，并且最优选为约2mm至约10mm。封壳的宽度优选为约0.3至约70mm(例如，约2至约40mm)。优选地，长度与宽度的比率大于约1，更优选大于约3，并且最优选大于约5。 
本文中的教导还考虑了将在相邻封壳之间的每一个阵列中存在区域。该区域被预期包括一些弯曲部分(curvature)。因此，可能的是，在封壳之 间的区域通常不包含大于封壳的短轴长度约30％(并且更优选约15％)的在封壳之间的平面部分。可能的是，封壳之间的区域通常不包含大于约5mm并且更优选不包含大于2mm的在封壳之间的平面部分。 
在本文中的一个或多个阵列可以以任意合适方式使用。可能的是，一个或多个阵列在阵列部分中使用，以由多于一个的以三维构造布置的阵列部分形成具有多个封壳的子组件。例如，至少一个第一阵列部分和至少一个第二阵列部分可以是(i)整体形成为单一结构(例如，它可以是为实现想要的最终子组件而被折叠、卷绕或以其它方式构造的单一阵列)，(ii)分别形式的并且组装在一起的(例如，相对于彼此堆叠的两个分开制造的阵列)，或(iii)下列的组合：(i)和(ii))。 
一种优选的方法使用了封壳的至少两个阵列部分，所述封壳的至少两个阵列部分彼此处于相对并且通常嵌套的关系，但是它们的构造和间隔足以限定它们之间的流动通道，其中传热流体或其它工作流体可以传递通过该流动通道。如还将看到的，本文中的教导还考虑了包括子组件的模块，以及使用根据所述教导封装的TESM的方法。在一对相对嵌套阵列内部的流体路径通常将具有从每一个阵列的一端或一侧至另一端或另一侧的基本上连续的路径。该流动路径可以包括多个支路，因而流动路径(尽管可能包括线性节段)总体上通常将是非线性的。例如，流动路径可以包括多个基本上线性的节段，所述多个基本上线性的节段通过通常相对于彼此成角度(例如，通过钝角)设置的支路相互连接。 
本文中的一种方法预期了包括一对阵列部分(例如，一对泡罩包装)的子组件，所述一对阵列部分各自具有：含多个其内携带TESM的凹槽的层片(″凹槽层片″)和覆盖并且优选密封所述凹槽层片的层片(″覆盖层片″)。所述覆盖层片(cover play)相邻凹槽层片以将TESM密封在阵列内部。例如，覆盖层片通过扩散结合、通过激光焊接或通过一些其它接合技术接合至凹槽层片。任选地，所得的接合体将不含任何粘合剂。所述层片的接合可以是这样的：如果不是每一个凹槽的基本上整个周边被结合，则每一个凹槽的至少主要量被接合。所述接合可以允许在两个以上的凹槽之间(例如，多个相邻凹槽之间)有流动通道，使得TESM可以在凹槽之间流动。相对层片(例如，凹槽层片和覆盖层片)之间的结合可以是这样的：形成凸缘(例如， 基本上连续的凸缘)或其它接缝，所述凸缘或其它接缝具有穿过两个接合层片的通常平行的侧壁。在凸缘或其它接缝和每一个接合的层片之间可以形成冶金结合。 
在一种这样的优选子组件中，所述一对阵列相对于彼此堆叠以限定它们之间的流动通道。流动通道可以具有相对恒定的几何形状、尺寸或同时具有相对恒定的几何形状和尺寸。例如，一种有吸引力的方法是将相对于彼此嵌套地堆叠所述一对阵列，使得凹槽层片彼此处于直接相对关系，而覆盖层片通常彼此平行并且具有设置在它们之间的凹槽层片。在第一阵列(A1)和第二阵列(A2)方面，层片将以这样的顺序布置：覆盖层片A1-凹槽层片A1-凹槽层片A2-覆盖层片A2。在凹槽层片A1和凹槽层片A2之间，可以有周期性地布置的隔体，比如在凹槽层片中整体形成的隔体((例如，形成作为凹槽层片的多个凹槽的一部分，比如沿凹槽层片的远端壁表面形成的结点(nub))，添加到(例如，结合或粘合到)一个或两个层片上的隔体，设置在凹槽层片A1和凹槽层片A2之间的隔体(例如，线、网、凸缘等)，或它们的任意组合。 
为了进一步说明本文的教导，可以参考显示了TESM的封装的示例性方法的附图。图1A示出了压花的第一层片10，该压花的第一层片10具有凹槽12的图案11。压花的第一层片10(例如，凹槽层片)的底部表面(即，第二表面)18具有多个凹槽12(例如，在本实例中具有约30个凹槽)。凹槽12以通常交错排列的构造布置。对于所示的实施方案，它们也处于通常的多边形(例如，矩形)阵列，其中每个重复图案11具有多个(例如，2个)凹槽(例如，一个在重复图案的拐角处，而一个在重复图案的中心)。如图1A所示，凹槽可以具有细长的结构，例如，它们可以是在传热流体的流动方向上是细长的。图1A还示出了在底部表面上的具有多个结点的第一层片。在这个实施例中，在每一个凹槽的底部具有一个结点14，然而，可以形成更多或更少的结点。图1A还示出了第一层片的底部表面，该底部表面粗糙并且含有很多皱折。顶部表面(即，第一表面)16在本图示中是不可见的。看见结点14从每一个凹槽伸出。多个凹槽且可能甚至是每一个凹槽均可以被唇缘13区域所包围。 
图1B示出了具有多个凹槽12的第一层片10(例如，凹槽层片)的横截 面。如所示，可能的是，一个或多个凹槽12可以具有唇缘13，所述唇缘13包围所述凹槽并且将该凹槽与相邻凹槽隔开。尽管在图1B中的唇缘区域13看起来是平的，但是应当意识到，这个区域优选是在任一侧上具有弯曲部分的隆起(例如，如图1A所示)。还可能的是，所述结构使得隔开的凹槽之间的流体连通是可能的。第一层片具有第一表面16(例如，顶部表面)和第二表面18(例如，底部表面)。虽然在使用TESM充填一个或多个凹槽时底部表面可能通常面向向下方向，但是底部表面在制造热储存装置的方法过程中或在使用热储存装置时可以面向任何适宜的方向。还看到在凹槽区域中，第一层片10具有多个从底部表面突出的结点14。如图1B所示，这些结点可以整体形成到第一层片中。如本文中所述，结点的高度可以限定用于传热流体的流动路径。结点的高度(例如，如从结点的底部至由凹槽的底部形成的平面的距离测量的)可以大于约0.1mm，优选大于0.2mm，更优选大于约0.5mm，并且最优选大于约1.0mm。结点的高度优选小于20mm，更优选小于约10mm，还更优选小于约5.0mm并且最优选小于约2.0mm(例如，小于约1.5mm)。 
图2A示出了第一层片的凹槽12′的一个示例性几何形状(例如，可以增加热交换器的传热速率的几何形状，可以允许降低室容积的几何形状，可以允许将TESM隔开成小的体积的几何形状，可以允许在短于约60秒内将TESM从约300℃冷却至约80℃的几何形状，等)。图2B示出了从300℃冷却至60℃的TESM的1-维仿真。这样的仿真可以用于确定凹槽的高度的最佳范围，凹槽之间的距离的最佳范围，隔体或结点的高度的最佳范围，或上述各项的组合。 
垂直于第二层片截取的封壳的横截面显示封壳可以具有平坦的平面侧面和弓形侧面。弓形侧面的表面显示了封壳的2-维图案，其在这个优选的几何形状中通常是细长的六边形形状。还可以使用其它几何形状，但是优选地，横截面是空间填充的(即，可以完全填充2-维空间)的形状(或能够是两种以上形状的一组)。例如，三角形、正方形、菱形、矩形和六边形是通常的空间填充多边形(space filling polygon)。类似地，封壳的3-维形状可以优选具有空间填充(即，可以完全填充3-维空间)的形状(或能够具有两种以上的形状)。示例性的空间填充3-维形状包括立方体、块状体(block)、六角 形管和三角形管。其它合适的空间填充几何形状可以具有一个或多个弓形表面。其它优选的几何形状包括使得两个相邻泡罩包装具有相匹配表面的几何形状，因而所述两个泡罩包装在空间填充布置中可以被堆叠。 
如图3A、3B、3C和3D中所见，在本文中使用的一种可能结构将包括交叉排列的相邻凹槽(例如，细长的凹槽)的图案，这些凹槽彼此轴向堆叠，从而有效地限定凹槽的互相交叉的图案)。例如，横向相邻凹槽的纵向端将不是并列的，但是(如果连接)将形成通常的Z字形图案。 
封壳的将要与任何热传递或其它工作流体接触的表面还可以具有改善热储存在封壳中或从封壳中移出的速率的特征(feature)。例如，封壳的一个或多个表面可以是足够粗糙的，或具有表面纹理，使得在流动路径中的热传递或其它工作流体可以表现出沿该粗糙或纹理化的表面的湍流。表面纹理可以是由压花步骤、涂布步骤、蚀刻步骤、研磨步骤等产生的。另外，封壳的表面可以包含多个突起、结点或引起流动路径分开然后再结合的其它特征。这样的特征可以帮助降低传热流体的温度的任何变化。封壳的一个或多个表面还可以具有很多折痕、皱折、褶、波纹或其它非平面表面特征，使得箔可以伸长，并且引起封壳的体积在不打开封壳的情况下增加至少约10％(例如，至少约15％，甚至至少约20％)。可能的是，外围凸缘(peripheral bead)可以通常地绕着阵列的周边而形成。例如，它可以在距离阵列的边缘约0.5至约3cm处被隔开。图4示出了在第一层片10中形成的外围凸缘47。这种凸缘可以通过将第一层片的外围区域设置在框架31和加工设备33之间，(其中框架和加工设备之一具有模板凸缘37，而另一个具有向匹配沟槽39)并且施加作用力而形成。凸缘可以具有任何横截面形貌(例如，凸缘可以具有弓形、v-形、半圆等)。 
本文中的教导还考虑了制造TESM阵列以及用于储存和释放热的装置的方法，所述方法包括如下步骤：i)将第一金属片变形(例如，压花)以形成具有多个凹槽的第一层片；ii)用TESM至少部分填充多个凹槽；iii)将第二层片的金属片设置在第一层片的上面，使得第一层片的表面和第二层片的表面部分地接触；以及iv)将第一层片和第二层片的相向表面的一部分密封(例如，接合)，以形成包括多个容纳TESM的封壳的泡罩包装，所述封壳彼此处于热传导关系，并且在封壳或阵列部分的预期环境中的操作过程 中，防止了TESM从封壳或阵列部分中逸出。 
通过对薄的材料片压花或以其它方式变形以在该材料片中限定图案，可以形成作为泡罩包装的阵列。例如，第一金属箔(例如，金属箔可以包括至少一层的黄铜、铜、铝、镍-铁合金、青铜、钛、不锈钢等)可以被压花或以其它方式变形以形成具有顶部表面和底部表面的第一层片。可以选择具有高的扩散系数的薄片材。它还可以能够使用具有良好热传导特性的聚合物片材或箔。薄片材可以在部分或全部表面上被涂布、镀敷和/或层压保护层以帮助抵抗刺破，以提高或改变传热特性或以其它方式改善材料的功能性。薄片材可以另外按需进行涂布或表面涂布以将薄层结合到薄片材上，所述薄片材与底下的基底材料在组成上或物理上不同，或在组成上和物理上不同。薄层可以具有约10-1至约102μm的数量级的厚度。例如，薄层的厚度可以为在约101μm的数量级(例如，约2至约70μm)，或在102μm的数量级(例如，约20至约700μm或约40至约300μm)。此外，使薄金属变形的任何步骤，特别是如果所述片材是金属，可以是伴随有一个或多个应力释放步骤、退火步骤或其它用于改善性质的步骤。 
薄片材可以是通常贵的金属，或它可以是包括具有氧化物层(例如，固有的氧化物层或可以在表面上形成的氧化物层)的金属的薄片材。金属箔可以另外具有基本上惰性的外表面，该外表面在操作时接触TESM。一种示例性金属箔是包括铝箔，所述铝箔包括一层铝或含铝合金(例如，含大于50重量％的铝、优选大于90重量％的铝的铝合金)。另一种示例性金属箔是不锈钢。合适的不锈钢包括奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢或马氏体不锈钢。在没有限制的情况下，不锈钢可以包括浓度大于约10重量％、优选大于约13重量％、更优选大于约15重量％并且最优选大于约17重量％的铬。不锈钢可以包括浓度小于约0.30重量％、优选小于约0.15重量％，更优选小于约0.12重量％并且最优选小于约0.10重量％的碳。例如，含19重量％铬和约0.08重量％碳的不锈钢304(SAE名称)。合适的不锈钢还包括含钼的不锈钢比如316(SAE名称)。 
当与TESM接触时，第一层片(典型地，第一层片16的第一表面)优选抵抗腐蚀或具有较低的腐蚀速率。例如，第一层片(例如，与TESM接触的第一层片的表面)的耐腐蚀性可以通过如下确定：将总表面积为约60cm2 的第一层片的样品放入坩埚中，所述坩埚由与第一层片相同的材料制造并且填充有熔融的TESM。样品的表面在整个测试过程中与TESM接触，并且坩埚在用惰性气体比如干氮气吹扫并充满的高压釜中在约300℃加热约45天。由此测试，第一层片的样品在从坩埚中取出并且移除TESM残留后表现出小于约6mg、更优选小于3mg并且最优选小于约1mg的重量变化的绝对值(例如，由于氧化导致重量增加，或由于蚀刻而导致重量降低)。重量变化可以依据被测试样品的重量增加与表面积的比率表示。例如，单位表面积的重量增加可以小于1g/m2，优选小于0.5g/m2，更优选小于0.17g/m2并且最优选小于0.1g/m2。 
用于形成覆盖层片和/或凹槽层片的箔可以具有任何合适的厚度。可以确定箔的厚度以满足泡罩包装的任何需求，比如封壳的耐久性、封壳和传热流体之间的传热速率、重量要求、成本考虑(cost considerations)以及形成箔的能力(例如，通过压花或其它变形)。金属箔的合适厚度可以大于约10μm，优选大于约20μm，并且更优选大于约50μm。金属箔可以具有小于约3mm、优选小于1mm并且更优选小于0.5mm(例如，小于约0.25mm)的厚度。变形步骤可以使用在高温或高压的变形，或使用在高温和高压的变形。变形步骤可以是连续的工艺(例如，包括至少一个辊的工艺)或非连续工艺(例如，不连续挤压(pressing)或冲压工艺)。 
变形步骤还可以给第一层片增加特征，包括给第一层片的底部表面增加表面特征。在没有限制的情况下，变形步骤可以给第一层片的底部表面增加结点、突起或其它特征，使得结点或突起起到隔体的作用，所述隔体在两个泡罩包装彼此堆叠、折叠或轧制时将它们隔开。可以形成的另外的结构包括多个波纹、折痕、皱折或褶。变形步骤还可以将表面粗糙度赋予第一层片的底部表面。作为说明，在一个实施方案中，变形层片的特征在于其具有从第一端延伸至第二端的细长凹槽。凹槽具有与片材金属的较平坦部分相邻的上部，以及从该平坦部分向外凸出的下部。隔体结点在下部中远离平坦部分的方向上凸出。下部还包括纹理或其它表面形貌，以在下部中提供增加的表面积(例如，相对于平滑表面的形貌，在每单位面积中增加比如至少约5％以上，或甚至至少约10％以上)。隔体结点可以通常沿凹槽的纵向中心线布置。它可以相对于凹槽的纵向中心线横向偏置。它可以 位于凹槽的中心。它可以远离凹槽的中心并且朝凹槽的末端布置。隔体结点离层片的平坦部分的深度比凹槽的下部离层片的平坦部分的深度大约5至约50％。例如，凹槽沿其大部分的底部可以为约10mm深，并且隔体结点将延伸约1或2mm更深。理想地，隔体结点将仅部分地沿着凹槽的长度延伸，由此赋予工作中的传热流体的横向扩散(lateral spread)。在变形步骤过程中以及作为变形步骤的一部分，可以给本文中的任何层片赋予纹理。它可以是二次操作，比如研磨操作或蚀刻操作，或研磨操作和蚀刻操作。 
通过形成，凹槽层片优选具有多个凹槽(例如，穴或凹陷)，每一个凹槽均可以容纳一定量的液体。围绕每一个凹槽的可以是唇缘(或层片的其它升高区域)，所述唇缘可以用于连接凹槽层片与覆盖层片。 
第一层片的外表面(例如，该表面是凹槽层片的可以接触传热流体的表面)的表面积，以m2/升TESM的单位计，优选为大于0.02m2/L，更优选为大于约0.1m2/L，还更优选大于约0.5m2/L，并且最优选大于约0.9m2/L(其中TESM的体积在约25℃测量)。 
一旦形成，在第一层片中的一个或多个凹槽(优选每一个凹槽)可以用TESM填充，比如在美国专利申请12/389,416文中所描述的TESM，该美国专利申请12/389,416的名称为″热能储存材料(THERMAL ENERGYSTORAGE MATERIALS)″，并且在2009年2月20日提交(代理律师案号66955A(1062-088))，该美国专利申请12/389,416通过引用结合在此。凹槽可以用固态或液态的TESM，或用固态和液体的TESM填充。凹槽可以基本上全部或仅部分被填充。用液态的TESM填充凹槽可以更完全地填充凹槽。如果凹槽用固态的TESM填充，则可以将层片加热以允许TESM至少部分熔化并且铺展在凹槽内部。一种可能的方法是填充一些，但并不是所有的凹槽，而是允许在多个凹槽之间流体连通。以这种方式，能够在操作时在凹槽之间传输TESM。还能够用TESM的成分，比如二元、三元、四元或其它多组分体系的单独组分填充一个以上的凹槽(例如，分别填充有第一金属化合物和一种以上的其它金属化合物)。之后，这些单独组分可以被加热(例如，直到至少两种金属化合物被熔融)并且混合，以形成TESM。 
在用TESM填充过程中或填充之后，具有第一表面的第二层片或覆盖 层片可以被放置在第一层片(例如，凹槽层片)的上面，以使第二层片的第一表面面向第一层片的第一表面。任选地，第一层片和第二层片通常是同延的(co-extensive)。应当理解第二层片不一定是物理分离的片材，而是可以是其内已经形成有一个或多个凹槽的相同片材的一部分。即，可以的是，可能第二层片是其中已经形成了一个或多个凹槽的片材被折叠过来以覆盖其一部分的片材的较平坦部分。还可能的是，第二层片不与第一层片共延。例如，第二层片可以是覆盖元件(例如，片材)，该覆盖元件的大小和构造适用于覆盖凹槽和其周边。以此方式，可能的是，可以使用多个覆盖元件以包含多个凹槽。还可能的是，可以将大量的TESM放置在覆盖元件或第二层片上，然后，将第一层片以覆盖方式(covering relation)放置在其上面。 
任何适用于第一金属层片的材料都可以用于第二金属层片。同样地，第一金属层片和第二金属层片可以由相同或不同的材料形成。第二金属层片可以具有适合于第一金属层片的任何厚度。第一和第二金属层片可以具有相同的厚度或不同的厚度。 
另一种可能的方法是通过如下过程形成封壳结构体：将多个层片在预选的密封或接合位置(例如，在点或节点上或沿线，或在点或节点上和沿线上，以有效地固定(tuft)层片)上接合(例如，扩散结合或焊接)，然后在所述层片之间引入流体，由此在没有接合的情况下将层片铺展开。下一个步骤可以是将层片周边密封或接合以包封TESM，并且由此防止TESM在操作时逸出。因此，TESM被允许铺展在周边的界限之内，同时接合位置保持了当相邻的封壳结构体被组装在一起(例如，在绝热容器内)时的流动路径。 
第二层片(例如，覆盖层片)可能通常是平坦的，但是还可以具有所形成的结构(例如，它可以使用与用于第一层片的方法类似的方法形成)。还可能的是，将第二层片也被压花以限定一个或多个结构(例如，凹槽)。第二层片的尺寸对于覆盖填充有TESM的凹槽可以足够大。由第一层片和第二层片的凹槽限定的封壳可以被密封，以形成单独的封壳结构体，该单独的封壳结构体任选可以是TESM在彼此之间的流动被防止的各自分离的封壳。理想地，各个封壳结构体(无论彼此流体连通与否)将是彼此处于热传导关系。理想地，多个封壳还限定了它们之间的流动路径，该流动路径 用于传热流体流动并且释放和/或移除热至TESM。 
可以使用任何合适的连接层片(其可以包含中间层)的装置。在没有限制的情况下，接合步骤可以通过扩散结合、钎焊、焊接(例如，激光焊接、热焊接或其它方式)、粘合剂结合或任何组合来完成。接合层片的一种优选方法是焊接，比如电阻焊接、激光焊接、摩擦焊接和超声波焊接。优选地，层片通过激光焊接或超声波焊接进行接合。这些焊接工艺可以特别有利于焊接由不锈钢形成的层片，所述不锈钢比如是厚度为约50至200μm(例如，约100μm)的304不锈钢。 
在相对层片(例如，井层片(well ply)和覆盖层片)之间所产生的焊缝可以是这样的：形成了焊珠缝(例如，基本上连续的焊珠)或其它缝，这样的缝具有通常平行的侧壁，所述平行的侧壁穿透了两个接合层片。在焊珠或其它缝和每一个接合层片之间可以形成冶金结合。这样的焊珠或冶金结合41在图5A中示出。 
接合层片的另一种方法可以包括扩散结合。扩散结合工艺可以包括加热第一层片或第二层片或加热第一层片和第二层片的步骤，以及对第一层片的一个以上的唇缘和对第二层片施加压力的步骤。扩散结合工艺可以是连续的或不连续的工艺。用于扩散结合的条件将取决于被结合的材料并且可以由实验确定。例如，扩散结合铝的工艺可以在高于约320℃的温度、优选高于约340℃的温度并且更优选在高于约350℃的温度。扩散结合所需要的压力可以取决于结合温度。例如，在更高的结合温度，在低的压力下可以获得可接受的密封，而在越低的结合温度，可能需要越高的压力。扩散结合的压力可以大于约6MPa，并且优选大于约70MPa。扩散结合压力可以小于约15,000MPa，并且优选小于约5,000MPa。扩散结合工艺可以在低于包含箔的金属(例如金属合金)的熔融温度(例如，液相线温度)的温度进行。用于第一层片或第二层片或用于第一层片和第二层片的箔还可以包括具有不同的熔融温度或液相线温度的多个层面(即，层)。例如，结合温度可以高于在被结合的表面上的层片的层面的熔融温度，并结合温度可以低于在与热源接触的表面上的层片的层面的熔融温度。同样地，所述箔可以具有一个可以在预定结合温度结合的表面以及另一个在预定结合温度不结合的表面。 
从本文中的教导将意识到，在某些方面中，对于泡罩包装的封壳可能理想的是基本上不含水。特别地，对于封壳中的TESM可能理想的是基本上不含水(即，TESM可以具有的水浓度，例如通过卡尔·费歇尔(Karl Fischer)滴定(例如，使用Sartorius WDS 400)测量的为小于约5000ppm，更优选小于约2500ppm、1000ppm、500ppm、400ppm、350ppm、250ppm、100ppm、50ppm、25ppm、10ppm，或甚至低于典型的卡尔·费歇尔滴定技术使用约1克的样品尺寸的检测极限)。同样地，形成封壳或形成泡罩包装的方法可以包括：一个或多个干燥TESM(或用于制造TESM的前体材料)的步骤，一种或多个将TESM容纳在密封(例如，气密的)容器中的步骤，一个或多个将TESM储存在基本上无水的环境中的步骤，或上述各项的任意组分。封壳可以是密封的(例如，气密的)以防止使用时水进入封壳。TESM的干燥可以包括加热TESM至干燥温度的步骤。优选地，干燥温度高于约100℃，更优选高于约150℃，还更优选高于约200℃并且最优选高于约250℃。有利地，干燥温度可以高于TESM的液相线温度，更优选高于TESM的液相线温度至少25℃，并且更优选高于TESM的液相线温度至少50℃。加热时间(即，干燥时间)可以足够长对于基本上移除全部的水足够长或直到如前面所述TESM基本上没有水。干燥步骤还可以包括将TESM暴露于低湿度(例如不含水)环境(比如真空、干燥环境、减湿环境等)的步骤，所述环境具有的水分压低于约10,000Pa，优选低于1,000Pa，更优选低于100Pa，还更优选低于约1Pa并且最优选低于约0.1Pa。例如，所述气氛可以包含低于约100ppm、10ppm或甚至1ppm的水。干燥时间(例如，TESM为液体的时间)可以长于约5分钟、10分钟、20分钟、1小时、4小时或甚至长于24小时。更短或更长的干燥时间还可以是可能的。TESM的干燥可以发生在任何时间(例如，在用TESM填充第一层片的凹槽之前、过程中或之后)。在一个实例中，TESM的干燥可以发生在用TESM填充第一层片的凹槽之后以及加热第一层片以结合至第二层片的同时。所述方法还可以包括一个或多个将所述材料储存在相对干燥环境中(例如，在含有干燥剂的容器中，在具有干燥气氛的手套箱中，在气密的容器中，在真空下等)的步骤，以使水的浓度被保持在较低的浓度(例如，使得所述材料继续基本上无水)。在一种特别有吸引力的方法中，TESM可以在用TESM填 充第一层片的凹槽的步骤过程中被干燥(例如，通过将TESM加热至高于TESM的液相线温度的填充温度，或甚至在高于TESM的液相线温度至少25℃的温度，使得水沸腾掉或蒸发掉)，和/或在密封泡罩包装的步骤的过程中被干燥(例如，通过将TESM填充的凹槽层片加热至高于水沸腾掉或蒸发掉的温度的密封温度)。上述干燥和/或储存步骤中的任一个均可以被用于金属盐，比如锂盐(例如，硝酸锂、亚硝酸锂，卤化锂，或它们的任意组分)，钠盐(例如，硝酸钠、亚硝酸钠，卤化钠或它们的任意组分)，钾盐(例如，硝酸钾、亚硝酸钾、卤化钾或它们的任意组合)，或上述各项的任意组合。对于包括一种或多种金属硝酸盐、一种或多种金属亚硝酸盐或它们任意组合的盐，一个或多个干燥步骤可以是特别有吸引力的。 
由此形成的结构体可以被描述为泡罩包装，即，具有多个可以以2-维或3-维阵列隔开的泡囊封壳结构的结构体。图5A示出了泡罩包装25的横截面的一个实例，所述泡罩包装25由第一层片10和第二层片20形成并且具有位于泡罩包装的封壳29中的TESM 28。该封壳还可以具有一个或多个结点或突起14，所述结点或突起14可以起着隔体的作用。第二层片可以具有外表面21，外表面21可以是平坦的。第一层片和第二层片可以具有焊珠或冶金结合41，所述焊珠或冶金结合41优选在第一层片10的唇缘13中。图5B示出了可以用于将泡罩包装的第一层片结合至第二层片的密封设备35。密封设备中示出了第一层片10的截面。当放置在密封设备35中时，第一层片10的唇缘13由该设备的轮缘40支撑，并且在第一层片的凹槽12悬挂到设备的腔室42内。图5C示出了泡罩包装25的第二层片20的表面。该图显示了缺口或焊珠41，所述缺口或焊珠41是指第一和第二层片已经被密封的区域。这些缺口或焊珠41具有由第一层片的凹槽的形状和图5B所示的密封设备35的轮缘40所限定的细长的六角形形状。 
现在更详细地论述子组件，所述子组件使用了根据本文教导的一种以上阵列的三维构造，图3A示出了泡罩包装的一个布置实例的横截面，该泡罩包装可以用高浓度的TESM空间填充和/或可以允许具有高浓度的TESM的结构，但是还允许与在所述结构上通过的流体具有较好的热传递。如可以看到的，相对的一对阵列可以相对于彼此嵌套组合，以使凹槽层片 彼此处于直接相对的关系，并且覆盖层片各自隔开，以在它们之间设置有凹槽层片，具有任选的用于分离凹槽层片的隔体。在这种图解中，具有第二层片20(例如，覆盖层片)的泡罩包装25与彼此处于直接相对关系(例如，经由隔体结构接触)(对于第一层片的至少一部分，甚至第一层片的基本上全部)的两个泡罩包装的第二层片(例如，凹槽层片)成对安置，以形成封壳29的层30。看出图3A中的封壳结构体形成了封壳的子组件，所述子组件可以包括各自采用离散阵列部分缔合的重复交替图案封壳C1和C2。通常，重复图案可以包含一个以上的封壳结构体。另一种结构的两个封壳可以在x-方向上设置为距离Δx，如由C1′和C2′所示。类似地，重复结构的类似的另外一对封壳在y-方向上设置为距离Δy，如由C1″和C2″所示。距离Δy由封壳层厚度t层＝t封壳和两个相邻封壳层之间的间隙t间隙之和得到。两个相邻层之间的这种空间限定了传热流体的流动路径，这可以用于给封壳提供热和/或从封壳中移除热。每一个流动路径都可以具有正切于流动方向的横截面面积(cross-sectional area)。流动路径的横截面积可以沿着流动路径保持恒定，或它可以沿着流动路径随位置而变化。在本发明的一个方面，每一个流动路径的横截面积都可以大体上相同，并且保持相对恒定。甚至流动路径的横截面的形状(即，宽度、高度、曲率等)都可以保持相对恒定。要认识到，每一个流动路径的横截面积可以有一些变化，并且在本发明的一个方面中，这些变化被最小化，例如，横截面积的标准偏差可以小于流动路径的平均横截面积的15％(或甚至小于10％)。还考虑了两个以上的封壳结构体之间的间隔将由热传导结构体所占据。 
不考虑由层片占据的空间的体积，在3-维阵列中的TESM的体积分数VTESM可以由VTESM＝t封壳/(t间隙+t封壳)或VTESM ＝t封壳/Δy获得。因此，通过使t间隙最小化，可以实现高浓度的TESM(例如，VTESM可以大于0.5，优选大于约0.7，更优选大于约0.8并且最优选大于约0.9。实践上，图3A中所示的泡罩包装的堆叠可以导致相邻层变为彼此接触以及t间隙变为0(即，传热流体的流动路径被移除)。图3B示出了封壳阵列的另一个实例，其中传热流体的流动路径24可以具有重复周期的并且通常非平面的形状。如所示，例如，它可以包括所示的通常正弦曲线形状的横截面积。图3C显示了类似于图3A的横截面，不同之处在于多个用于限定或保持相邻阵 列结构之间的间隙的隔体14。图3D是图3B所示的封壳的3-维阵列的截面的放大图。这个图中增添了通常的正弦曲线的线(sinusoidal line)24’，以更好地示出了流动路径24的横截面。 
应当理解，即使已经示出了堆叠(stacking)，本发明仍然考虑了用于限定封壳结构体的3-维阵列的很多方式中的任一种。例如，3-维阵列可以如下形成：通过在其自身上折叠封壳结构的2-维阵列，通过在其自身上轧制封壳结构的2-维阵列，通过径向取向相对于彼此的封壳结构的2-维阵列或上述各项的任意组合，或其它方式。由此阵列部分可以由多个一起使用的阵列产生(例如，一对泡罩包装可以折叠或卷绕在一起)，或由单阵列产生(例如，比如通过一次以上的弯曲或卷绕被构造成的单阵列，包括多个彼此通常不共平面的邻接层(其可以是波形或螺旋旋转的)。在一种方法中，考虑了使多个阵列的封壳结构体成为彼此互补的关系。例如，将它们对齐，使得一个部分的凹槽直接相对另一个(例如倒转的)部分的唇缘区域，并且反之亦然。 
图3A和3C示出了本发明的这个方面的若干益处。一个益处是在封壳和传热流体之间具有较高的总接触表面积的能力。在这个实例中，这种表面积是通过由泡罩包装25的所有第一层片10的总表面积得到的。通过将t封壳(即，t层)和t间隙减少到原来的相同1/k，以及将泡罩包装的数量提高到k倍，接触表面积可以增加到k倍。层厚度的选择可以取决于应用以及需要被储存或移除热的速率。图3A所示例的阵列结构的第二益处可能是提供大数量的小封壳的能力，因而允许使用这样的TESM：该TESM出于任何益处都更喜欢或需要以少量储存。 
封壳的阵列结构的益处是使用可以堆叠形成高浓度的TESM的封壳几何形状的能力。TESM的浓度可能高于可以通过用半径r的球填充容积而实现的浓度，每一个球均含有TESM。阵列结构可以允许TESM(例如，在约25℃)的浓度大于对于容纳3-维阵列结构所需要的总体积的约50％，优选大于约60％，更优选大于约70％，还更优选大于约75％，并且最优选大于约80％(例如，大于约90％)。例如，将各自的每条边为10cm的10个正方形阵列堆叠形成10cm高的结构体。容纳3-维阵列结构所需要的总体积将为约1000cm3。由此，TESM将占据至少约500cm3，更优选至少 约600cm3等。 
如所指出的，泡罩包装可以是″嵌套″的，使得两个面对的凹槽层片在它们各自表面的一部分上彼此近距离接近(例如，直接接触或隔开小于约1mm的距离)。两个面对的凹槽层片可以在它们的相向表面的总面积的至少10％、优选至少20％、更优选至少40％并且最优选至少约60％内近距离接近。在两个面向的第一层片之间的间隙可以形成管状流动路径，例如如图6中所示。 
图6示出了嵌套在一起的两个泡罩包装的界面的示意图。第一泡罩包装55的第一层片和第二泡罩包装55′的第一层片具有其中的两个相向表面接触的区域58。第一泡罩包装55的第一层片具有在其凹槽中的缺口或沟槽59，使得当两个泡罩包装嵌套在一起时形成了间隙57。每一个封壳中的缺口50均产生了用于传热流体的流动路径。图6示出了一对这样的泡罩包装：其中一个泡罩包装的每一个封壳均具有沟槽或缺口，并且相匹配的泡罩包装的每一个封壳均没有沟槽或缺口。如图6所示，泡罩包装的堆叠可以没有结点或隔体。两个泡罩包装也可以在一些或全部封壳中具有缺口，使得传热流体可以接触一些或全部的包括有缺口的封壳。优选地，流动路径接触封壳的至少30％，优选至少约50％，更优选至少约60％并且最优选至少约70％的外表面。从本文的图示看出，作为使用细长封壳结构体的交错排列图案的结果，可能的是本文中的嵌套的子组件将包括许多通常彼此处于相对关系的通常相互交错的细长封壳结构体。 
流动路径24可以具有形状或尺寸。流动路径的高度(例如，平均高度)t间隙可以优选小于约20mm，并且更优选小于5mm，其中t间隙仅被限定用于没有隔体的流动路径的区域。t间隙的变化可以优选是低的。例如，流动路径σ间隙的高度的标准偏差可以比t间隙小得多，使得σ间隙＜0.3t间隙，或更优选σ间隙＜0.1t间隙。流动路径还进一步被设计使得在第一流动路径中的流动速率v1和在第二流动路径中的流动速率v2相差不大于约33％(例如，0.67v1＜v2＜1.5v1)。优选地，v1和v2使得0.9v1＜v2＜1.11。为了改善传热速率或传热流体的流动，可以适宜的是，流动路径的高度可以从流动路径的开始变化至流动路径结束。流动路径的中心附近的流动可能是层流的，因而对流动的阻力降低，或它可以是湍流的，因而与表面附近的 流体的热传递得到改善。可能的是，流动路径可以是基本上直的。可能的是流动路径可以包括多个基本上直的节段，这些直的节段以分支构造相连。可能的是，流动路径可以包括一个或多个弓形节段。例如，可能的是，流动路径可以包括通常周期性的并且重复的正弦曲线形状。例如，阵列部分的表面可以限定具有变化高度(例如，在最低和最高高度之间重复变化)的流动路径。 
再参考图5A，至少一个阵列部分的两个相对层片(10和12)可以相对于彼此不对称(例如，层片中的一个通常是平坦的，而另一个是弓形的(例如，另一个是压花的层片))。 
封壳的3-维阵列的另一个实例可以是这样的结构体：其包括蜂窝状结构的层，这些层在有间隙的情况下层叠以允许传热流体在相邻的层之间流动。蜂窝状封壳的单层可以使用具有六角形或细长六角形图案的蜂窝形状的片材(例如，获自Hexcel的铝蜂窝状片材或由其它金属材料比如不锈钢形成的类似形状的结构)形成。可以保持液体的开孔泡孔可以通过将蜂窝状片材的表面密封或以其它方式接合到铝或其它合适材料的层片上。另一个步骤可以包括用TESM填充开孔泡孔中的一些或全部，然后提供第二层片(例如，铝的第二层片)并且用第二层片覆盖开孔泡孔。将第二层片密封或以其它方式结合到蜂窝状片材上的步骤可以被用于形成多个密封的泡孔(即，封壳)。封壳的3-维阵列可以通过将密封的填充有TESM的蜂窝状片材堆叠而形成。一个或两个层片可以具有在堆叠密封的蜂窝状片材的层时保持间隙的隔体或其它手段。 
本教导还考虑了使用TESM的热储存装置、模块和系统。在一个广义上，本文教导预期了TESM在包括如下各项的热储存装置、模块或系统中的使用：外壳(例如，绝热的容器或其它合适的外壳)；热源和/或热源热收集器，所述热源热收集器用于加热TESM，使得TESM经历固体至液体的相转变；以及将热从外壳传递的合适结构或机构，以使得所述装置、模块或系统将后者液体所产生的热提供给固体相转变。 
图7A和7B示出了一个这种系统60的示意图。系统60适合于与来自至少一个第一(primary)热源62的热(其可以是废热)的源进行热交流(例如，通过传导、对流、辐射或它们的任意组合)，使得第一热源所产生的热源热 被传递给热能储存材料28，在此，热被储存(例如，储存在一个以上的合适的容器64如绝热容器中)并且随后被再生用于加热一个以上的部件。给热能储存材料的传递可以使用一个以上的合适第一热通过装置(heatthroughput device)66，所述第一热通过装置将通过热传导、对流、辐射或它们的任何组分进行热传递。该系统任选可以使用1个以上的合适的第二热通过装置68，以将来自热能储存材料的热传递给第一热源或其部件，或传递给另外的制品或部件62′。 
图8A示出了热储存装置89，该热储存装置89包括阵列部分25，所述阵列部分25包括用于有效地限定泡罩包装的多个各自填充有TESM 28的封壳结构体。如图8A所示，热储存装置可以通过将多个阵列部分(例如，泡罩包装)以相对并且至少部分隔开的方式堆叠。例如，它们以嵌套和/或以相互交错方式堆叠。泡罩包装的堆叠体被容纳在绝热容器85中。热储存装置可以具有在容器(优选与泡罩包装具有热触点87)内部的热源81或用于将热传递给所述容器和/或从其传递出的装置(例如，一个以上的热通过装置)。例如，图8A的阵列部分25可以根据图8B所示的几何形状堆叠。 
图9示出了具有封装在泡罩包装25内的热能储存材料28的示例性热能储存装置80的横截面图。热能储存装置可以包括具有外壁81并且限定外壳83的容器。外壳可以形成具有内容积的腔室84以及外壳可以具有至少一个开口，比如进口91或出口92，或进口91和出口92这两者。例如，传热97流体可以循环通过外壳，经由进口91进入外壳并且经由出口92离开(在图9中指向出口的箭头是指出口的位置而不是指流动方向)。该装置还可以具有使外壳绝热的装置(例如，绝热层82或抽真空的腔室，其至少部分包围外壳83)。绝热体82可以起着降低热储存装置的热损耗速率的功能。外壳84的腔室可以容纳含有TESM 28的泡罩包装25。泡罩包装25可以包含第一层片10，该第一层片10被密封(例如焊接或扩散结合)至第二层片20并且在各自单独密封的封壳29中包含TESM 28。第一层片10还可以具有一个以上的凸起、结点或其它可以起着隔体14的作用的突起。图9的横截面是在包含封壳上的结点的截面上截取，其它截面(例如，如图3A所示)没有结点。应当意识到，所述结点优选是小的(例如，在垂直于横截面的方向上)，使得传热流体可以容易地绕着结点流动。 
可以包括相对堆叠的阵列部分(例如，泡罩包装层)。热储存装置可以包括至少4个，优选至少6个并且更优选至少8个阵列部分。例如，可以安置至少一对的包括第一泡罩包装和第二泡罩包装的泡罩包装，使得第一泡罩包装的第二层片20的表面与第二泡罩包装的第二层片20′的表面接触，以及使得这一对泡罩包装形成可以具有通常恒定厚度的层30。可以将各自形成层的多对泡罩包装堆叠，以使得它们在两个相邻层之间形成通常恒定的间隙距离。在所述层之间的间隙限定一个以上的(例如，多个)流动路径24。如图9所示，热储存装置可以包括至少2个、优选至少3个并且更优选至少4个流动路径。 
热传递材料97(例如，传热流体或其它工作流体)可以流过流动路径24，并且接触封壳16的表面，以将热提供给TESM 28或将热从TESM中移出。泡罩包装可以被安置使得第一流动路径24和第二流动路径24′通常具有横切于流动方向的相同横截面尺寸(例如，形状、高度、宽度、面积或曲率)，并且还可以具有平行的流动路径。外壳还可以包含一个以上的挡板96，以将传热流体的流动引导至每一个流动路径24。除了在相向的泡罩包装25之间保持预定的间隔(例如，均匀的距离)之外，隔体14还可以被用于将传热流体的流动分开和再结合，因而降低了传热流体的温度变化。传热流体97可以在所有时间均保持在外壳83中，或它可以在不被需要时从外壳中排出。在再结合的位置上，可以发生再结合的流体的混合。例如，装置结构可以是这样的：它可以有效地被限定为静态混合器，以用于混合在这些位置上的多个流体流。 
如可以图9理解的是，通过使用小的隔体14，它可以能够降低两个泡罩包装30的相邻层之间的距离，由此增加TESM 28在外壳83中的浓度(体积％)。可能有利的是增加封壳29和传热流体97之间的表面积(例如，通过提高所有泡罩包装的第一层片10的总表面积进行)，因而可以传递给TESM内或从TESM中传递出的热的速率可以增加。第一层片、第二层片或它们两者还可以在封壳的腔室内部具有一个以上的凸起(未显示)以增加TESM和层片之间的热接触，从而可以提高传热速率。进口91、出口92，和流动路径24的方位可以在任何方向上。优选地，流动路径方位使得来自进口、经过流动路径24并且从出口92出去的传热流体的流动是在正 垂直方向上的流动(即，出口在高于进口的位置上，并且流动路径介于进口和出口之间)。 
多个流动路径的尺寸和形状可以被选择以保持热交换器的流体阻力(例如，如通过传热流体的压降来测量的)是合理的。多个流动路径优选使得以约10升/分钟的总速率流动通过热储存装置的传热流体在进口和出口之间具有的压力差优选小于约3kPa，更优选小于约2.5kPa，还更优选小于约2.0kPa并且最优选小于约1.5kPa。作为举例，但不是限制的情况是，图9所示的多个(在此是第一和第二个)流动路径通常是平行的，并且各自具有大体上相同的横截面积。优选地，通过第一流动路径的流动速率和通过第一流动路径的流动速率大体上相同。例如，两个流动速率的比率可以为约2∶3至约3∶2。 
用于容纳热能储存材料的容器优选是(热)绝热的容器，因而它在一个以上的表面上是绝热的。优选地，暴露于环境或外部的一些或全部表面将具有邻接的绝热体。绝热材料可以通过降低对流热损失、降低辐射热损失、降低传传传导损失或任何组合来起作用。优选地，所述绝热可以通过使用优选具有较低热传导的绝热材料或结构体来达到。再次参考图7A和7B，所述绝热可以通过使用在容器64的相向隔开的壁72和74之间的间隙而得到，所述容器64容纳热能储存材料28。间隙可以被气态介质比如大气空间占据，或能够可以甚至是经抽真空的空间(例如，使用Dewar容器)、具有低传传导性的材料或结构体、具有低的热发射率的材料或结构体、具有低对流的材料或结构体，或其任何组合。容器可以包含陶瓷绝热体(比如石英或玻璃绝热体)、聚合物绝热体或它们的任何组合。绝热体可以是纤维形式、泡沫形式、压实层、涂层或它们的任何组合。绝热体可以是纺织材料形式、无纺材料或它们的组合。容器可以包括一个以上的金属层或表面(例如，处于片材、板、箔、镀层、丝、棒、网筛或它们任意组合的形式。任何绝热层或表面都可以包括或不包括任何孔、鳍状物或其它用于增加或降低结构体的可利用表面积的表面构造。如上述所论述的以及如图7A和7B中所示的，一种优选的(热)绝缘容器包括Dewar容器，并且更具体是包括通常相对的壁和介于相对的壁之间的壁腔室的容器，所述通常相对的壁是为限定内部储存腔室而构造的，所述壁腔室被抽真空以低于大气压。壁 可以进一步使用反射性表面涂层(例如，镜面表面)以使辐射热损失最小化。 
绝热容器可以包括一个以上的用于控制内部储存腔室的压力的阀门。阀门还可以被用于控制壁腔室内的压力。根据需要可以采用其它导管、流量调节器、泵、通风孔或其它部件来帮只控制系统内部的流动循环。 
理想地，容器能够在介于最低工作储存温度和最高工作储存温度之间的任意温度起作用。例如，在运输车辆(transportation vehicle)中，最低工作储存温度将是车辆被合理预期在使用中经历的最低周围环境条件(例如，约-40℃，或甚至能够是-60℃以下)，而最高工作储存温度是考虑热能储存材料被加热的最高温度(例如，归因于在车辆工作中所碰到的正常条件，例如，机动车辆的发动机组被预期达到约300℃数量级的温度，在本文的一个实施方案从该发动机组获得热))。 
再次参考图7A和7B，本文系统优选可以包括一个以上的热通过装置66或68，以用于将热能传递给储存容器，或从储存容器中传递出，或用于这两种情况。例如，所述一个以上的结构体可以被构造成：用于将热从热源传递给热能储存材料，用于将热从热能储存材料传递给热源，用于将来自热能储存材料的热传递给需要加热的不同于热源的其它部件，或上述各项的任意组合。在一个优选实施方案中，热通过装置包括热通过机构(heat throughput mechanism)，该热通过机构选自热管(其任选可以是扁平的热管、管状热管或它们的组合)、热虹吸管、流体(例如，气体或液体)循环回路、金属触点(例如，包含具有高热导率的金属比如铜的金属触点)或它们的任意组合。应当意识到，对于优选的热管，所述机构将通过工作流体在供热结束时的气化以及工作流体在被加热结束的冷凝来工作。工作流体的传递可以通过灯芯结构或通过重力进行，所述灯芯结构对工作流通的液相施加毛细管力。这样的热管是密封的体系，其中蒸气基本上包括来自工作流体的蒸气(或基本上由来自工作流体的蒸气组成)。在管侧壁的内侧上，灯芯结构对工作流体的液相施加了毛细管力。 
作为实例，一种热通过装置可以包括制冷剂或冷却回路(例如，制冷剂或冷却剂比如乙二醇在第一热源和热能储存材料之间的循环)。还可能的是，TESM可以经由回路循环。可以使用任何已知的用于将热能传递给热能储存材料的装置。用于储存热能储存材料的绝热容器可以形成热通过机 构的一部分。例如，绝热容器可以包括用于循环流体的通道。绝热容器还可以包括用于增加热可以被传递给热能储存材料的速率的特征(比如，从容器的内部朝容器所形成的腔室突出的鳍状物)。热通过装置可以包括一个以上的用于提高热传递速率的装置，比如泵、风扇或鼓风机，或别的装置。 
用于将热传递给TESM的装置可以与用于移除来自TESM的热的装置相同或不同(例如，热储存装置可以被描述作包括双向热交换器、两室热交换器、三向热交换器或三室热交换器)。本文描述的任一种热通过装置均可以被用于将热传递给TESM或从TESM中移除热。用于加热TESM的热源还可以是在容纳TESM的绝热容器的内部。例如，电加热器可以在绝热容器的内部，并且加热TESM的手段可以是在TESM和加热器之间热连通(connectivity)。用于从TESM中移除热的手段可以例如包括直接加热需要进行加热的物体的步骤(例如，空气可以循环通过绝热容器并且被TESM加热，由此移除空气中的热或传递热给空气，然后以温热空气形式提供比如给建筑物或车辆的客厢)。 
热储存系统可以被集成到第一热源通过其中的另一个部件内。作为实例，来自运输车辆的废气可以通过催化转化器。在这样的第一热源中，催化转化器的下游可以适合于起到热储存系统的一部分的作用。例如，用于将热能传递给热能储存材料的热通过装置可以包括将催化转化器的一部分连接至绝热容器的部件。如果热储存系统与催化转化器集成在一起，则它优选位于催化转化器之后。 
在一个方面，本发明通过其在装置中提供占据该装置中的容积较小的子-系统的能力而实现了预想不到的结果，该子-系统可以被包装以安装在该装置的现有界限内，并且其对装置的总重量的增加贡献小。因此，本发明的一种优选系统实现了上述性能，同时令人惊奇地，其对于使用它的系统的总重量的贡献小于约5％、更优选小于约3％并且还更优选小于约1％。例如，可能的是，可以通过使用小于约20kg并且更优选小于约10kg的热能储存材料以在机动车辆中使用本发明的系统。 
热储存系统还可以包括：一种以上用于控制在第一热源和绝热容器之间的热传递的控制系统，用于控制在绝热容器和被加热物体之间的热传递的控制系统，或同时具有上述两种控制系统。示例性的控制系统在2008 年6月16日提交的美国专利申请61/061908、2008年6月23日提交的61/074840以及在2008年8月19日提交的61/090084中有描述，这些美国专利申请通过引用结合在此。 
热储存系统可以是模块，比如在2008年6月16日提交的美国专利申请61/061908、在2008年6月23日提交的美国专利申请61/074840中公开的模块，这些美国专利申请通过引用结合在此。例如，热储存系统可以是包括电加热器(例如，电阻加热器)的模块。 
热储存装置可以包括任何总量的TESM。作为说明，对于某些机动车辆的应用，理想地，TESM在热储存装置中(或在车辆部件的所有热储存装置中)的量(即，体积)为大于约1升，优选大于约3升，更优选大于约5升并且最优选大于约8升。TESM在热储存装置中(或在车辆部件的所有热储存装置中)的量可以为小于约25升，小于约20升，小于约17升以及小于约14升)。其它体积也是可以的。这样的一种或多种热储存装置通过将TESM从300℃冷却至约80℃是可以能够释放显著量的热。当TESM从约300℃冷却至约80℃时，热储存装置可以释放大于约1MJ、优选大于约2MJ、更优选大于约4MJ并且最优选大于约6MJ(或甚至大于约10MJ)的热。 
加热系统(例如，热储存系统)、加热模块、加热部件和可以使用本文中描述的热储存装置或泡罩包装的热储存方法及加热方法在2008年2月22日提交的美国专利申请61/030,755、2008年6月16日提交的美国专利申请61/061,908、2008年6月23日提交的美国专利申请61/074,799、2008年6月23日提交的美国专利申请61/074,840、2008年6月23日提交的美国专利申请61/074,869、2008年6月23日提交的美国专利申请61/074,889以及2008年8月19日提交的美国专利申请61/090084中有进一步的描述，所有这些美国专利申请均通过引用将其全部内容结合在此。 
在热储存装置中(例如，封装在封壳结构体中)的TESM材料可以任何合适的TESM。TESM材料的实例描述于美国专利申请2008年2月22日提交的美国专利申请61/030,755、2008年6月16日提交的美国专利申请61/061,908、2008年6月23日提交的美国专利申请61/074,869和2009年2月20日提交的名称为″热能储存材料(THERMAL ENERGY ATORAGE MATERIALS)″美国专利申请12/389,416(代理律师案号66955A(1062-088))中。例如，热能储存材料可以包括至少一种第一含金属材料，具有约85℃至约350℃的液相线温度，经历了至少一种相比，表现出i)或ii)中的任一项，或表现出i)和ii)两项：i)熔化热密度为至少约1MJ/l；ii)300℃至80℃的热储存密度为至少约1MJ/l。TESM的特征可以在于300℃至80℃的热储存密度(由使用对热容进行了校准的仪器的示差扫描量热仪进行测量，冷却速率为10℃/min，并且被限定为热流动速率在300℃至80℃的温度范围内的积分)大于约1MJ/升，优选大于约1.2MJ/升，更优选大于约1.4MJ/升。合适的TESM可以具有大于约20℃、优选大于约85℃、更优选大于约85℃，还更优选大于约95℃并且最优选大于约100℃(例如，大于约125℃)的液相线温度。TESM可以具有小于约700℃、优选小于约300℃、更优选小于约280℃、还更优选小于约250℃并且最优选小于约200℃的液相线温度。TESM可以具有大于约0.5MJ/升、优选大于约0.7MJ/升、更优选大于约1.0MJ/升、最优选大于1.2MJ/升的熔化热密度。TESM的氢浓度基于TESM中原子的总摩尔计小于约5摩尔％，TESM具有的水的浓度基于TESM的总重量计小于约5重量％，或同时满足这两项。TESM可以包括盐，所述盐包括硝酸盐、亚硝酸盐或其任意组合。TESM可以包括锂阳离子、钾阳离子、钠阳离子或它们的任意组合。基于TESM中阳离子的总摩尔计，TESM可以包括浓度为约20％至约80摩尔％、优选约30％至约70％的锂阳离子。TESM可以包括硝酸铝，基于TESM中的总摩尔计，硝酸铝的浓度为约20摩尔％至约80摩尔％。TESM可以包括约30摩尔％至约70摩尔％的硝酸锂和约30摩尔％至约70摩尔％的硝酸钠。TESM可以包括硝酸锂和硝酸钠，并且基于TESM的总重量，硝酸锂和硝酸钠的总浓度大于90重量％(例如，大于约95重量％)。TESM可以包括：至少一种第一金属化合物，该第一金属化合物包括硝酸根离子或亚硝酸根离子，或包括硝酸根离子和亚硝酸根离子；至少一种第二含金属材料，所述第二含金属材料包括至少一种第二金属化合物；以及任选包括水，其中如果存在水，则水的浓度为小于约10重量％。TESM可以是共晶组合物，所述共晶组合物包含硝酸锂、硝酸钠、亚硝酸锂、亚硝酸钠，或它们的任意组合。 
本文描述的TESM、含有它们的封壳结构体、子-组件和模块可以单独使用或多个一起使用，以在任意许多应用中储存和释放热。在一种一般意义上，它们可以在再生热的方法中使用，所述方法包括如下步骤：a)传递来自热源的热源热的至少一部分；b)使用热源热加热热能储存材料；c)通过将热源热的至少一部分转化成潜热以增加在热能储存材料中的液相的量；d)保持热能储存材料中热相的量以储存潜热；e)将潜热的至少一部分转化成释放的热；以及f)将释放的热传递给待加热的制品上。 
用于再生热的这种方法的步骤可以在多次循环(例如，大于100次，更优选大于1000次或甚至5000次)中可靠并且有效率地重复。应当意识到，所述步骤没有必要在每次循环中以上述所列的精确顺序执行。例如，在降低液相的浓度的步骤之前，可以将提高液相浓度的步骤和保持液相浓度的步骤重复很多次。 
本发明的教导在需要严格性能需求的应用中找到特别有吸引力的应用。在可以使用上述方法的很多应用中，有用于运输车辆、用于建筑物、用于流体加热、用于发电、用于化学反应、用于从工业应用中再生废热等的加热应用。 
例如，本发明可以有利地用于包括如下步骤的加热应用：以高的初始速率(即，高的初始功率)将热从TESM释放到传热流体。基于每单位容积的热储存装置外壳计的热储存装置的初始功率(即，热储存装置的功率密度)可以大于约8kW/L，优选大于约10kW/L，更优选大于约14kW/L并且最优选大于约1kW/L(例如，大于约20kW/L)，并且使用具有280℃的初始温度的TESM的热储存装置进行测量，并且传热流体具有约10℃的初始温度(并且优选地，传热流体具有按每升外壳计的约5升/min的流动速率)。 
本发明可以有利地用于包括如下步骤的加热应用：将热储存长时期(例如，长于4小时，更优选长于12小时，还更优选长于1天，还更优选长于2天，并且对于某些加热储存系统甚至长于约30天)，而没有显著量的热损失至环境中，因而当储存的热需要被使用时，它可获得用于这样的用途。在本发明的一个实施方案中，热能储存材料在热储存系统的量(例如，大于约0.5kg)被考虑充分地进行，因而它可以被加热至约300℃的温度，然后在没有将另外的热传递给热能储存材料的情况下，在容器的外部周围 的环境大气被降低至约-60℃达约6小时的时期，更优选达约12小时，还更优选达约24小时，甚至更优选达约48小时，并且还更优选达约72小时(或甚至能够达96小时以上)。在这样的条件下，容器的绝热体和结构是足以在整个环境暴露时期内，保持热能储存材料的温度为至少约80℃，优选至少约100℃。 
本发明可以有利地用于包括如下步骤的加热应用：当热能储存材料被冷却(例如，从300℃冷却至80℃)时，释放大于约2000kJ，更优选大于约3000kJ并且最优选大于约4000kJ(例如，大于约6,000kJ)的热量的步骤。作为实例，一种这样的应用可以使用小于约6升，更优选小于约3升、还更优选小于约2.5升并且最优选小于约2升的体积的TESM。 
本发明可以有利地用于包括如下步骤的加热应用：以约12升/秒的速率将输入空气从约0℃加热至约30℃达至少约30分钟、更优选至少60分钟，还更优选至少120分钟并且最优选至少约240分钟的时间，而没有同时对任何TESM、子组件或模块施加任何外部热供给(例如，没有向电加热器供应电流来加热TESM)。 
本发明可以有利地用于加热包括如下步骤的加热应用：将系统的TESM从约300℃冷却至约80℃，因而系统释放了足够量的热，以使得：a)在环境温度低于约-10℃时，保持了流体容纳部件(fluid containing part)在大于约20℃(优选大于约30℃，更优选大于约50℃并且最优选大于约65℃)达至少约2小时(优选至少约4小时，更优选至少约6小时并且最优选至少约8小时)的时间；b)在环境温度低于约-10℃时，保持了流体容纳部件在大于约10℃(优选大于约15℃，更优选大于约17℃)达至少2小时(优选至少4小时，更优选至少6小时)的时间；或c)同时(a)和(b)。 
本发明可以有利地用于包括如下步骤的加热应用：将介于约10℃和约300℃之间的温度的封装TESM在至少4年(并且优选至少6年)的持续时间内重复地热循环，并且所述系统将抵抗在约300℃的来自TESM的腐蚀袭击，抵抗来自约10℃和约300℃之间的热循环的疲劳破坏，或同时抵抗上述两种情况，以使得小于10％的TESM由于循环而从泡罩包装中丢失。在这点上，本发明可以有利地用于包括如下步骤的加热应用：抵抗环境损害(例如，盐喷雾)、热循环和冲击(例如，石屑)，因而它可以在需要至 少4年并且更优选至少6年的可用工作寿命的应用中使用。 
例如，本发明的各个方面可以用于比如汽车应用的加热应用中，所述汽车应用比如i)发动机、乘客车厢、窗或它们的任何组合的冷启动加热(例如，在启动之前的不到10分钟，在启动过程中，或在启动后不到5分钟)(例如，使用传热流体)，ii)使用来自电网的电，对插入式电动车辆、插入式混合电动车辆(即，PHEV)或混合动力车辆(HEV)上的客厢，窗，或客厢和窗进行加热；iii)提供多个加热位置以更有效率地和有目标地加热(局部或随体(satellite)加热)；iv)在车辆处于发动机关闭模式的同时，加热发动机组、发动机油、客厢或它们的任意组合；v)加热电动车辆、PHEV或HEV中的电池；vi)加热变速器或变速器油；vii)加热刮水器流体或一些其它工作流体；viii)加热催化剂，或它们的任意组合。本发明可以用于加热部件比如内燃机、变速器、催化转化器、座舱(例如，用于加热座舱的空气流)、乘客座位、窗或挡风玻璃，或用于为上述部件中的任何一种提供热的循环流体(例如，液体或气体)。本发明可以用于加热这些汽车部件中的一种、两种、三种、四种或任意组合。本发明可以用于储存由汽车部件产生的热，比如来自如下部件的热：发电机组、流体循环系统、中间冷却器、辐射器(例如，空气或液体)、涡轮增压器(turbocharger)、用于空气调节装置的压缩机、发动机润滑油、变速器、变速器流体、排气歧管、排气管、催化转化器、排气尖嘴、隔热罩、安装用五金件、消声器、制动部件、减振器或电阻加热器。在一个优选方面，本文的系统可以在包括如下步骤的运输车辆应用中使用：i)在少于60秒的时间内，将内燃机或用于加热内燃机的循环流体从低于5℃的温度加热至至少60℃的温度；ii)在少于60秒的时间内，将用于加热座舱的空气流从低于5℃的温度加热至至少40℃的温度；或同时(i)和(ii)。 
为了帮助进一步说明本文教导在运输车辆中的使用，可以参考图10-12中示出的系统。图10示出了根据本文的发明教导的一种车辆部件111，其可以被用于加热车辆101上的容纳流体部件103和热储存装置104。该热可以由加热器(例如，电加热器)102产生。车辆部件111还可以包括用于将热107从加热器102传递给流体容纳部件103的装置，以及用于将热107′从加热器102传递给热储存装置104的装置。车辆部件还可以包括流 体流(例如，将空气吹入座舱中或吹到窗户上的空气流)105以及用于将热107″从热储存装置传递给空气流的装置。车辆部件还可以包括控制器(例如，温度控制)106以控制到加热器的电流(以及任选地以控制从加热器至热储存装置和流体容纳部件的热流)。车辆部件还可以包括插头110或其它用于将加热器连接至在车辆的外部100的电源109的装置。当被连接时，在加热器102和电源109之间可以存在电路108。 
图11示出了根据本文的发明教导的另一种车辆部件115，其可以用于加热布置在车辆101内的流体容纳部件103和热储存装置104这两者。该热可以由第一加热器(例如，电加热器)102产生，所述第一加热器(例如，电加热器)102可以位于流体容纳部件的内部(或与流体容纳部件热接触，或具有将热传递给流体容纳部件的装置)。车辆部件115还可以包括用于将热107′从第二加热器(例如，第二电加热器)102′传递给热储存装置104的装置。车辆部件还可以包括空气流(例如，将空气吹入座舱中或吹到窗户上的空气流)105以及用于将热107″从热储存装置传递给空气流的装置。车辆部件还可以包括控制器(例如，温度控制)106以控制到一个或两个加热器的电流(以及任选地以控制从第二加热器至热储存装置的热流。车辆部件还可以包括插头110或其它用于将加热器连接至在车辆的外部100的电源109的装置。当被连接时，在加热器102和电源109之间可以存在电路108。 
图12示出了根据本文发明教导的另一种车辆部件120，该车辆部件120可以被用于使用储存在热储存装置122中(或能够来自多个热储存装置)的热加热流体容纳部件123和空气流124这两者。车辆部件可以包括排气系统121，该排气系统121可以提供用于加热热储存装置的热。车辆部件还可以包括：用于将来自排气系统的热传递至热储存装置125的装置；用于将来自热储存装置的热传递给空气流125″的装置；以及，用于将来自热储存装置的热传递给流体容纳部件125′的装置。车辆部件还可以包括控制器(例如，温度控制)126以控制不同的热流动(例如，以确保热储存装置、流体容纳部件和空气流不发生过热)。温度控制器可以具有一个以上的用于调节传递给热储存装置的热或将热从热储存装置传递出的热的装置127，127′，127″。 
可以使用本文公开的热储存装置的另外应用包括：加热在建筑物中的 空气或加热水(例如，在冬天使用夏天所收集的太阳能进行加热)；使用效率被改善的炉子加热建筑物；加热非车用蓄电池组电池；加热电化学电池组；以及使用太阳能循环加热(hydronic)系统或电力系统或使用太阳能循环加热系统和电力系统加热地板。可以被加热的物体的另外实例包括流体容器(例如，在热水槽中的水)、用于加热建筑物的循环流体(例如，空气流或液体)，烹饪装置、涡轮、电热板，洗衣干燥器(即，转筒式干燥器)、产生电源或给空气调节装置的压缩机提供动力的热力发动机(例如，兰金(Rankine)或布雷敦(Brayton)循环)、以及吸收或吸收循环空气调节系统的工作流体。因此，另外的热源可以包括由以下各项中的一项或多项所产生的热：太阳、割草机马达、除雪装置用的马达、运送装置(例如，自动扶梯、电梯或传输皮带)、烘箱、家用器具、铺路设备、船只马达、太阳能热量收集器、排气烟囱、非车用制动系统、电阻加热器、化学反应器、空气调节系统的冷凝器单元和地热循环流体。 
更大规模的结构也能够使用本文教导，并且可以使用与本文教导相比成比例的更大的结构尺寸和体积的TESM。 
下面的论述作为整体应用于所述教导。除非另外说明之外，所有的范围均包括两个端点并且所有介于端点之间的数值。与范围相关的“约”或“接近于”的使用被应用于所述范围的两端。因此，“约20至30”意在覆盖“约20至约30”，包括至少所指出的端点。 
出于所有的目的，包括专利申请和公布在内的所有文章和参考文献的公开内容都通过引用结合。用于描述组合的术语“基本上由……组成”的提及应当包括确定的要素、成分、部件或步骤，以及本质上不影响组合的基本和新特性的这样的其它要素、成分、部件或步骤。用于描述本文的要素、成分、部件或步骤的组合的术语″包括″或″包含″的使用还考虑了基本上由所述要素、成分、部件或步骤构成的实施方案。 
多个要素、成分、部件或步骤可以由单一集成的要素、成分、部件或步骤而提供。备选地，单一集成的要素、成分、部件或步骤可以被分成单独的多个要素、成分、部件或步骤。用于描述要素、成分、部件或步骤的″一个″或″一种″的公开并不意在排除另外的要素、成分、部件或步骤的意思。同样地，任何对于″第一″或″第二″项的提及并不意在排出另外的项目 (例如，第三、第四以上项目)的意思；除非另外有说明之外，这样的另外项目也是被考虑的。本文中所有对于处于某一族的元素或金属的提及均参考1989年由CRC出版公司所公布和版权所有的元素周期表。任何对一个或多个族的提及应当是反映在使用为族编号的IUPAC系统的这种元素周期表中的一个或多个族。 
应当理解，上述的描述意在说明性而不是限制性的。通过阅读上述说明书，除所提供的实例之外的很多实施方案以及很多应用对于本领域技术人员将是明显的。另外的意图是可以将本发明的不同方面或实施方案的特征进行任意组合。因此，本发明的范围应当不是参考上述说明书确定，而是应当参考后附权利要求书以及等价于被授权的这些权利要求的范围的完整范围来确定。出于所有的目的，包括专利申请和公布在内的所有文章和参考文献的公开内容都通过引用结合。本文所公开的主题的任何方面的下列权利要求中的省略不是这样的主题的放弃，也不应当认为是本发明人没有考虑将这样的主题作为所公开发明主题的一部分。 
实施例1 
实施例1：形成泡罩包装 
将厚度为约0.07mm的铝合金(1100)的第一箔压花形成第一层片。如图13所示的，压花工艺可以使用具有阳模部分130和阴模部分132的压花设备进行，其中所述箔10被放置在这两个部分之间。然后，施加作用力以将两个模具部分压制在一起。设备的阳模部分由刚性且硬质材料(例如，硬化的环氧化物)制造，因而获得了经受得住成形工艺的耐久设备。所述设备的阴模部分由弹性材料(例如泡沫，比如以商品名EthafoamTM售卖的50mm厚的闭孔泡沫)制造。当压机闭合并且所述箔由泡沫推挤并形成设备的阳模设备部分。通过在加工设备的边缘附近设置块体(block)可以控制起皱现象。使用约66,000N的作用力来形成包含约30个凹槽(例如，囊袋)的第一层片，其中每一个凹槽都具有约1ml的容积。每一个凹槽都被隔开凹槽的唇缘区域所包围。在压花处理过程中，在凹槽的底部上还形成突起。这些突起从第一层片的底部表面突出，其比第一层片的残留底部表面低。 
将凹槽用具有约85℃至约350℃的液相线温度的TESM填充。TESM在填充凹槽之前被熔化。如果TESM以固体状态提供并且之后加热以变为可在凹槽内部流动，则预期类似的结果。 
然后，在第一层片的上面放置铝合金(1100)的第二层片。第二层片通常是平面的，并且具有足以完全覆盖经压花的第一层片的TESM填充凹槽的大表面积。 
将第一和第二层片的相向表面扩散结合，以形成的泡罩包装，所述泡罩包装具有单独分开(即，密封的)封壳，在这种情况下为30个封壳。这两个预先布置的层片被放置在具有与第一层片类似尺寸和形状的支架上，使得第一层片被支撑在低于唇缘的第一层片的底部表面上，所述唇缘包围第一层片的凹槽。支架被用于确保仅在第一层片的唇缘区域施加压力，而不对凹槽内的TESM施加压力。支架可以是必需的，因为仅需要在填充的封壳之间的区域中压制。在加热的压机中进行扩散结合。扩散结合在约350℃的温度和约22,000N的作用力下对所述层片进行，从而形成每一个均具有约1ml体积的30个封壳。扩散结合进行约5分钟以确保每一个封壳完全被密封，但是可以使用更短的时间或甚至连续的工艺。 
然后，重复所述工艺以形成另外的泡罩包装。泡罩包装与它们的互相面对并取向的第二层片成对地安置，以使得一个泡罩包装的凹槽的中心在第二泡罩包装的唇缘上方。每一对的泡罩包装均形成具有相当均匀厚度的层。然后，将所述层堆叠以使得第一层的顶部表面被布置成与第二层的底部表面紧密配合。在这样布置的情况下，在每一对的层之间形成用于传热流体的流动路径。形成了五层的结构，其中每一层都容纳有一对的泡罩包装。代表性的布置如图3A所示，其使用了具有一个弓形表面和一个平坦表面的泡罩包装25。两个相邻泡罩包装的弓形表面限定了传热流体的流动路径24。在这个示例性实例中，弓形表面可以通常是平行隔开的壁，在这个实例中它限定了通常是正弦曲线的流动路径。流动路径可以具有任何可能的任意形状和曲率。流动路径可以是平坦的或线性的，它还可以具有一个以上的线性部分和一个以上的弓形(例如，正弦曲线)部分的组合。热能储存材料在由五层限定的结构中的浓度为大于约80体积％。 
这个工艺的步骤进一步示出在图14中。可以为泡罩包装中使用的第一 层片提供所需图案的加工134。该工艺可以具有对箔压花134以形成第一层片(例如，在第一层片中形成凹槽)的步骤。该工艺还可以具有用TESM(例如，相变材料)填充136第一层片(例如，填充在第一层片中所形成的凹槽)以制造封壳的步骤。该工艺可以包括将第一层片接合137或以其它方式密封到第二层片的步骤。这个步骤137可以导致泡罩包装的形成。该工艺可以包括堆叠138泡罩包装(或能够将一个以上的泡罩包装折叠或缠绕)的步骤。该工艺还可以包括组装热储存装置的步骤，该步骤包括将泡罩包装的堆叠体插入139到容器的腔室中(或泡罩包装可以堆叠在腔室中，或容器可以绕着泡罩包装的堆叠体形成)。 
实施例2 
泡罩包装通过将约2g的TESM放入到第一层片的30个凹槽的每一个中而制造，该TESM包含等摩尔浓度的硝酸锂和亚硝酸钠。第一层片被放置在被加热至约350℃温度(例如，TESM的液相线温度之方大于约100℃的温度)的压机(press)中的固定装置内。固定装置在第一层片的唇缘区域内接触和支撑第一层片，并且凹槽区域在固定装置的腔室中，并且通常不接触该固定装置。TESM在约5分钟内熔化，并且填充所述凹槽(例如，至少约95％被填充)。容纳TESM的第一层片被加热至少约15分钟。在这些条件下，移除TESM中的任何水，使得TESM基本上不含水。然后，将平坦的覆盖层片(即，第二层片)放置在第一层片上。施加低于约3,000磅的相对低的作用力以移除唇缘区域中的任何熔融的TESM。然后，将该作用力缓慢增加至约64,000磅。将第一和第二层片结合以形成30个各自分开的气密性封壳，每一个封壳均含有约2g的TESM。 
使用具有8个如此形成的泡罩包装的堆叠体制造热储存装置，每一个泡罩包装均含有30个各自分开的封壳(即，总共240个封壳)并且成对堆叠，从而提供4个流动路径，每一个流动路径的厚度均为约2mm。TESM的总重量为约0.485kg(即，每一个封壳包含约2g的TESM。将泡罩包装放置在具有进口和出口的绝热容器的外壳内部。热储存装置的外壳的总容积为约0.73升，其用泡罩包装和用于传热流体的流动路径填充。使用强制热空气，将泡罩包装加热至约280℃。然后，将初始温度为约4.4℃的水以 约7.8升/分钟的流动速率供给通过热储存装置的间隙达约30秒的时间。收集排放出的水，并且该排放出的水的平均温度为约32.8℃。从热储存装置中移出的热由此被计算出为约0.444MJ。基于绝热容器的外壳的内部容积计，包括TESM在内的热储存装置的平均初始功率密度(在初始30秒内平均)为约21kW/L。 
实施例3 
热储存装置通过如下步骤制造：首先将TESM样品封装在两个薄、扁平平行金属箔之间以形成含有夹在所述箔之间的TESM的三层片材，所述TESM样品包含50摩尔％硝酸钠和50摩尔％硝酸锂。TESM填充两个金属箔之间的整个空间。该片材被放置在绝热容器的外壳中，并且被加热至约280℃(高于TESM的液相线温度)。在280℃，在片材中的TESM的厚度为约4mm，并且用于流动冷却剂的两个通道(在片材的两个扁平表面中的每一个上)各种具有约0.65mm的恒定厚度。所述外壳仅包括两个通道和所述片材，并且具有预定的容积。TESM占据外壳容积的约75％。初始温度为约50℃的冷却剂以恒定流动速率流过该容器达30秒。基于外壳的内部容积，热储存装置在30秒内的平均初始功率密度被预期为约30kW/升。为了比较目的，尝试用石蜡(具有约65℃的熔融温度)代替TESM来制造再现该装置。该装置不能被精确地复制出。需要改变工作条件来防止蜡的降解。结果，基于外壳的内部容积，容纳蜡的热储存装置(实施例4)在30秒内的平均初始功率密度被预期仅为约5.8kW/升。 
实施例5-7 
将厚度为约20至100μm并且总表面积为约60cm2的金属箔的样品称重，然后放置在坩埚中。坩埚用包含50摩尔％硝酸钠和50摩尔％硝酸锂的热储存材料填充，使得TESM接触金属箔的整个表面。将坩埚密封，并且在约300℃的高压釜中放置45天。在45天之后，将坩埚冷却至室温并且确定金属箔的重量变化。使用每一种金属的两个样品重复测试。实施例5是初始厚度为约75μm厚的铝箔(Al 1100)。在高压釜中45天之后，铝的平均重量增加为约8.7mg。实施例6是初始厚度为约125μm的不锈钢(304 型)。在高压釜中45天之后，304不锈钢具有约0.55mg的平均重量增加。实施例7是初始厚度为约125μm的不锈钢(316型)。在高压釜中45天之后，316不锈钢具有约0.45mg的平均重量增加。 
Figure BPA00001194319100391

Claims (29)

1.一种用于储存和释放热的装置，所述装置包括具有内部容积的外壳，其中基于所述外壳的内部容积，所述装置表现出的传递给传热流体的热的平均初始功率密度为至少8kW/L，其中所述平均初始功率密度被限定在最初的30秒内，其中所述平均初始功率密度是在所述外壳中的初始温度为280℃的所述装置测量的，并且所述传热流体的初始温度为约10℃；其中所述装置包括：
i)在所述外壳内的封壳阵列；所述封壳阵列包括
a)至少一个第一阵列部分，所述第一阵列部分包括至少2个相对的层片，第一层片和第二层片，所述第一层片具有凹槽，所述2个相对的层片在它们各自相向表面的一部分上以彼此接触的方式接合，以限定包括多个封壳的第一封壳结构体，所述封壳容纳有热能储存材料(TESM)并且具有预定容积；以及b)至少一个第二阵列部分，所述第二阵列部分包括至少2个相对的层片，第一层片和第二层片，所述第一层片具有凹槽，所述2个相对的层片在它们各自相向表面的一部分上以彼此接触的方式接合，以限定包括多个封壳的第二封壳结构，所述封壳容纳有TESM并且具有预定容积；以及
所述封壳阵列包括至少一对相互堆叠的阵列部分，该对相互堆叠的阵列部分包括一个所述第一阵列部分和一个所述第二阵列部分，安置该对相互堆叠的阵列部分使得第一阵列部分的第二层片的表面与第二阵列部分的第二层片的表面接触；以及
ii)流动路径，所述流动路径由介于第一阵列部件和第二阵列部件之间的容积限定；
其中所述第一阵列部件和所述第二阵列部件由小于约20mm的间隙厚度t间隙隔开，并且
所述装置包括多个流动路径，其中每一个流动路径通常是非平面的。
2.权利要求1所述的装置，其中所述第二层片是平坦的。
3.权利要求1所述的装置，其中第一层片具有弓形表面。
4.权利要求1所述的装置，其中所述TESM填充所述外壳的内部容积的70％以上。
5.权利要求1所述的装置，其中所述第一阵列部件和所述第二阵列部件由小于约5mm的间隙厚度t间隙隔开。
6.权利要求1所述的装置，其中所述用于储存和释放热的装置包括至少30个各自孤立的密封封壳。
7.权利要求1所述的装置，其中所述第一阵列部分是通过使用选自熔融结合、激光焊接、摩擦焊接或它们的任意组合中的方法接合所述第一层片和所述第二层片而形成的。
8.权利要求1所述的装置，其中所述第一阵列部分包括多个用于隔开所述第一阵列部分和所述第二阵列部分的结点。
9.权利要求1所述的装置，其中所述第二阵列部分嵌套进入所述第一阵列部分内，使得所述第一和第二阵列部分在它们相向表面的至少25％的区域上接触。
10.权利要求1所述的装置，其中所述第一阵列结构和所述第二阵列结构相互交叉，使得存在顺序穿过所述第一阵列结构的第一封壳、所述第二阵列结构的第一封壳和所述第一结构的第二封壳的至少一条线。
11.权利要求1所述的装置，其中所述第一层片包括选自铝、不锈钢或铝和不锈钢的金属。
12.权利要求1所述的装置，其中所述TESM具有大于1MJ/1的从300℃至80℃的热储存密度。
13.权利要求1所述的装置，其中所述外壳至少部分被绝热容器覆盖。
14.权利要求13所述的装置，其中所述绝热容器是真空绝热的。
15.权利要求1所述的装置，其中所述TESM包括金属亚硝酸盐、金属硝酸盐或它们的组合。
16.权利要求1所述的装置，其中所述TESM包括锂盐、钠盐、钾盐或它们的任意组合。
17.权利要求1至16中任一项所述的用于储存和释放热的装置用于冷启动发动机的用途。
18.权利要求1至16中任一项所述的用于储存和释放热的装置用于加热车辆的座舱的用途。
19.权利要求1至16中任一项所述的用于储存和释放热的装置用于储存太阳能热量的用途。
20.权利要求1至16中任一项所述的用于储存和释放热的装置用于加热建筑物的用途。
21.权利要求1至16中任一项所述的用于储存和释放热的装置用于在发动机没有运转时加热车辆的座舱的用途。
22.一种用于制造如权利要求1所述的用于储存和释放热的装置的方法，所述方法包括：
i)使第一金属箔变形，以使得形成具有凹槽的第一层片；
ii)用热能储存材料(TESM)至少部分地填充所述凹槽；
iii)加热TESM一定时间并且高于TESM的液相线温度的温度，使得TESM基本上不含水；
iv)将所述金属箔的第二层片放置在所述第一层片的上面，使得所述第一层片的表面和所述第二层片的表面部分地接触；以及
v)将所述第一层片和所述第二层片的相向表面的一部分进行密封，使得形成包括多个容纳有TESM的封壳的泡罩包装，所述封壳彼此处于热传导关系，并且防止了TESM在所述封壳的预期环境中工作期间从所述封壳逸出。
23.权利要求22所述的用于制造用于储存和释放热的装置的方法，其中所述将第一层片的表面和第二层片的表面进行密封的步骤包括选自由扩散结合、钎焊、热焊接、粘合剂结合、激光焊接、超声波焊接或它们的任意组合组成的组中的步骤。
24.权利要求22所述的方法，其中当在步骤(iv)中进行密封时，所述TESM是液体。
25.权利要求22所述的方法，其中所述加热时间使得TESM作为液体存在至少5分钟。
26.权利要求22所述的方法，其中所述加热的温度为高于TESM的液相线温度至少25℃。
27.权利要求22所述的方法，其中所述TESM包括金属亚硝酸盐、金属硝酸盐或它们的组合。
28.权利要求22所述的方法，其中所述TESM包括锂盐、钠盐、钾盐或它们的任意组合。
29.权利要求22所述的方法，其中所述加热在水的分压为至多1Pa的气体环境下进行。
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