CN102762948A - 热能储存 - Google Patents

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K·塞哈诺比施
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Abstract

本发明涉及用于热能储存的制品和装置，以及使用这些制品和装置储存能量的方法。所述制品包含具有一个或多个密封空间14的囊状结构10，其中所述密封空间包封有一种或多种热能储存材料26；其中所述囊状结构具有一个或多个流体通道16，所述流体通道足够大以允许传热流体流过所述一个或多个流体通道；并且当传热流体与所述囊状结构10接触时，所述热能储存材料26与所述传热流体相隔离。所述装置包括两个或更多个制品，其被排列成使得流体例如传热流体在流过所述两个制品之间的空间之前或之后，可以流过制品的流体通道16。

Description

热能储存
申请日的利益要求
本申请要求2010年1月29日提交的美国临时申请系列号61/299,565的申请日权益，所述临时申请在此以其全文引为参考。
发明领域
本发明涉及使用热能储存材料的热能储存以及允许有效热储存和有效传热两者的热能储存材料包装。
发明背景
总的来说，工业界积极寻求有效捕获和储存废热以便能够在更适宜的时刻使用它的新方法。此外，在紧凑空间中实现能量储存的需求要求开发能够在单位重量和单位体积内储存高能量含量的新材料。突破性技术的潜在应用领域包括运输、太阳能、工业制造过程以及市政和/或商业建筑物取暖。
对于运输工业来说，众所周知，内燃机的运行效率低。这种低效的来源包括通过排气、冷却、辐射热造成的热散失和来自于系统的机械损失。据估计，向内燃机供应的燃料能量的30％以上通过发动机排气散失到环境中。
众所周知，在“冷启动”期间内燃机以明显更低的效率运行，产生更多排放，或两者，这是由于燃烧在非最适温度下进行，并且内燃机需要做额外的功以对抗由冷润滑剂的高粘度造成的摩擦。对于内燃机间歇运转从而延长冷启动状态和/或在单次运行车辆的时期内导致多次出现冷启动状态的混合动力电动车来说，该问题甚至更为重要。为了帮助解决这个问题，有创造力的设备制造商正在寻找能够有效储存和释放废热的解决方案。基本的想法是在车辆正常运行期间回收并储存废热，然后在较晚时候控制该热量的释放，从而减少或最小化冷启动状态的持续时间和频率，最终提高内燃机效率、减少排放或两者。
要成为实用解决方案，热能储存系统的能量密度和热功率密度要求极高。本申请人以前已提交了1)美国专利申请号12/389,416，题为“热能储存材料”(Thermal Energe Storage Materials)，于2009年2月20日提交；2)美国专利申请号12/389,598，题为“热储存装置”(Heat Storage Devices)，于2009年2月20日提交；和3)PCT申请号PCT/US09/67823，题为“利用热能储存材料的传热系统”(Heat Transfer Systems Utilizing Thermal Energe Storage Materials)，于2009年12月14日提交。这些以前的申请在此以其全文引为参考。
现有技术中存在已知热储存装置和废热回收装置。然而，为了提供长期(例如大于约6小时)热储存能力，它们一般占据大体积，需要泵送大体积传热流体，需要相对大的泵来克服流体阻力等。因此，对于能够提供高能量密度、高功率密度、长储热时间、轻质、对传热流体流动的低流体阻力或其任何组合的没有先例的组合的热储存系统，存在着需求。
发明概述
本发明的一个方面是一种制品，其包含具有一个或多个密封空间的囊状结构，其中密封空间包封有一种或多种热能储存材料；其中囊状结构具有一个或多个流体通道，所述流体通道足够大以允许传热流体流过一个或多个流体通道；并且当传热流体与囊状结构接触时，热能储存材料与传热流体相隔离。
本发明的另一方面是一种装置，其包括容器和多个具有流体通道并含有热能储存材料的制品，例如多个本文中描述的制品，其中多个制品堆叠以使流体通道轴向排列。
与本发明的情况相关的一种方法是从热储存装置、例如本文中描述的装置移除热量的方法，其中方法包括使传热流体流过装置的步骤。优选情况下，方法包括使具有初始温度的传热流体流过装置入口；使传热流体流过轴向流动路径以便可以将传热流体分开到多个径向流动路径中；使传热流体流过径向流动路径以便它可以从热能储存材料移除热量，其中热能储存材料具有高于传热流体的初始温度的温度；使传热流体流过不同的轴向流动路径，使得多个径向流动路径可以重新合并；使具有出口温度的传热流体流过装置出口，其中传热流体的出口温度高于传热流体的初始温度。
与本发明的情况相关的另一种方法是用于制备或组装制品的方法，所述方法包括在底部片材中切出开口，对底部片材进行压印以使它具有一个或多个槽，用热能储存材料填充一个或多个槽，在覆盖片材中切出开口，以及将覆盖片材至少沿着外周和开口边缘与底部片材密封附接，以便形成具有一个或多个含有热能储存材料的密封空间的制品。
本发明的另一方面是一种系统，其包括热储存装置例如本文中描述的热储存装置，以及传热流体，其中传热流体与密封空间(例如热储存装置中制品的密封空间)中的热能储存材料处于热连通。
有利情况下，本发明的制品、装置、系统和方法能够包含高浓度热能储存材料以便可以储存大量热能(例如具有高能量密度)，能够在传热流体与含有热能储存材料的制品之间具有大表面积以便热量能够快速传递到热能储存材料中和/或从其中传递出来(例如具有高功率密度，优选高于约8kW/L)，能够具有多个具有相似或相等流体阻力的流动路径以便热量均匀地传递到不同区域和/或从不同区域传递出来；具有旋转对称以便它们可以容易地排列；具有强且耐用的结构；具有高热储存密度以便它们能够用于需要紧凑设计、轻质组件或两者的应用；对传热流体流动具有较低流体阻力(例如在约10升/min的传热流体泵送速率下低于约1.5kPa的压力降)，使得对传热流体的泵送要求降低，或者它们的组合。
附图简述
在下面的详细描述中，通过本发明实施方案的非限制性实例并参考提出的多个图对本发明进行进一步描述，在所述图中同样的参考数字在图的几种视图中表示相同部件，在所述图中：
图1A是具有一个或多个密封区室和流体通道的说明性制品的图。
图1B是具有多个各含有一个或多个密封区室的区段的说明性制品的图。所述区段被排列成使制品具有流体通道。
图2A是具有密封区室和流体通道的说明性制品的图。
图2B是具有可以在制品中使用的流体通道的说明性覆盖片材的图。
图2C是说明性制品、例如图2A中示出的制品的横截面。
图2D是可以在制品中使用的说明性压印底部片材的横截面。
图3A是可以在制品中使用的两个说明性相邻区段的侧视图。所述区段可以具有总体上匹配的边缘。
图3B是可以在制品中使用的两个说明性相邻区段的侧视图。所述区段可以具有总体上匹配的边缘。
图4是沿着其边缘匹配的相邻区段的侧视图，其中一个区段被移动以便相邻区段的底表面在不同的平行平面上。
图5A是可以在具有多个含热能储存材料的密封区室的制品中使用的，具有多个槽的说明性压印底部片材的图。
图5B是图5的压印片材的说明性的一部分的图。
图5C显示了具有相应流体通道的说明性制品组堆的图。
图6A是具有一个或多个表面的说明性制品的图，所述表面含有多个从开口向外周延伸的沟槽。
图6B是显示了第一制品的底表面与第二制品的顶表面之间的界面的图，其中两个表面各自具有多个弯曲沟槽。
图6C是说明性制品的两个区段的图。
图6D是图6C的区段组堆的侧视图。
图7是具有非圆形顶表面和/或具有非圆形开口的说明性制品的俯视图。
图8显示了在容器中包括制品组堆的说明性热储存装置的横截面。
图9是在容器中包括制品组堆的说明性热储存装置的另一个横截面。
图10是显示了热能储存系统的说明性特征的示意图。
本发明的详细描述
在下面的详细描述中，结合优选实施方案对本发明的具体实施方案进行了描述。然而，对于下面的描述特异性针对本发明技术的特定实施方案或特定应用的程度来说，它的目的仅仅是说明性的，并且只是对示例性实施方案提供简明描述。因此，本发明不限于下面所描述的具体实施方案，相反，本发明包括在随附的权利要求书的真实范围内的所有可替选方案、修改和等同物。
正如将从本文的教导中看到的，本发明提供了用于储存热能和/或将储存的热能传递给流体的独特制品、装置、系统和方法。例如，本发明的用于储存热能的制品和装置在储存热能时更有效、允许更均匀地传递热能、允许使用传热流体的较小的压力降传递热能，或其任何组合。
本发明的各个方面是基于一种制品，其包括具有一个或多个密封空间(即囊)的囊状结构以及包封在囊状结构的一个或多个密封空间中的一种或多种热能储存材料，所述包封使得热能储存材料不能流出囊状结构或通过别的方式从囊状结构中移除。囊状结构具有包括一个或多个流体通路的新的几何形状，所述流体通道大得足以使囊状结构能够允许流体(例如传热流体)流过流体通道。热能储存材料被充分包封在一个或多个密封空间中，使得当传热流体与囊状结构接触时，热能储存材料与流体相隔离。本发明的其他方面包括包含多个制品的新排列方式、包含一个或多个制品的新装置、用于制造制品的新方法以及使用一个或多个制品的新方法。通过使用新制品可以装配出装置，所述装置能够储存大量热能、能够将热能快速传递到热能储存材料中或从其中传递出来、紧凑、轻质、具有传热流体的低压力降、或其任何组合。
囊状结构
囊状结构一般在一个方向上的维度(即厚度)小于在其他方向上的维度。囊状结构优选在囊状结构的较小方向上具有一个或多个开口(即流体通道)。
开口/流体通道
囊状结构具有一个或多个流体通道。优选情况下，囊状结构具有一个流体通道。一个或多个流体通道可以允许流体例如传热流体流过制品而不接触热能储存材料。流体通道(例如流体通道的横截面积)优选大得足以使传热流体以极小的压力损失流过它。流体通道优选接近或包括囊状结构的几何中心。正如后文中所描述的，接近或包括囊的几何中心的流体通道可以允许制品使用在一般以Tichelmann系统为特征的装置中。
流体通道可以具有便于流体通过囊状结构的任何横截面形状。非限制性地，流体通道可以具有轴向方向，并且流体通道在与轴向方向成法向的平面上的横截面可以是大致圆形、大致多边形或大致椭圆形。优选情况下，流体通道具有大致圆柱形状。例如，流体通道可以具有轴向方向，并且流体通道在与轴向方向成法向的平面上的横截面可以是大致圆形。
流体通道的长度可以是允许有效传热的任何长度，并优选为囊状结构的厚度。流体通道的尺寸是流体通道直径(例如对于具有大致圆柱形状的流体通道来说)的量度，或者是从开口中心到囊状结构表面的最短距离的两倍。流体通道的尺寸优选大于约0.1mm、更优选大于约0.5mm、更优选大于约1mm、最优选大于约2mm，以便流体能够流过开口。流体通道的尺寸可以足够小，使得流体通道不占据大的空间体积(例如否则可以被热能储存材料占据的体积)。优选情况下，流体通道的尺寸小于约20mm。例如，流体通道可以具有大致圆形的横截面，其半径优选小于约10mm。
应该认识到，具有一个或多个密封空间和流体通道的囊状结构，可以如图1A中所示的制品10中所示，从例如由参考数字16所示的具有流体通道的单一部件来形成，或者通过组装和/或排列合在一起提供大致相同形状的多个区段2来形成，如图1B中所示的囊状结构10’。因此，可以通过单一区段或通过多个区段2提供包括一个或多个密封空间的囊层。有利情况下，囊状结构可以由多个区段提供，以便降低或消除结构中的应力(环向应力或其他应力)。有利情况下，囊状结构可以由多个区段提供，使得密封空间的故障(例如泄漏或刺穿)引起的热能储存材料损失减小。如果囊状结构由多个区段形成，区段的数量可以是2个或以上、3个或以上、约4个或以上或者约6个或以上。区段的数量优选为约100个或以下、更优选约30个或以下、最优选约10个或以下。应该理解，当囊状结构大时(例如在一个或多个方向上大于约500mm)或者当囊状结构中的热能储存材料需要被分隔到100个或以上密封空间中时，可以使用超过100个区段。囊状结构的区段、例如图1B中所示的囊状结构10的区段2可以具有顶表面和底表面，它们形成囊状结构的顶表面4和底表面6的一部分。囊状结构的区段、例如图1B中所示的囊状结构10的区段2可以具有边缘表面，其变成囊状结构的外部边缘表面8的一部分。囊状结构的区段、例如图1B中所示的囊状结构10的区段2可以具有边缘表面，其形成囊状结构的开口的一部分。囊状结构的区段、例如图1B中所示的囊状结构10的区段2可以具有一个或多个边缘(例如两个边缘)，其各自与相邻区段的边缘匹配。
囊状结构的两个或更多个区段(例如具有共同边缘的两个区段)或甚至所有区段，可以包括相同的热能储存材料，或者可以包括两种或更多种不同的热能储存材料。优选情况下，囊状结构中的区段包括具有相同热能储存材料的多个区段。更优选情况下，囊状结构中的所有区段具有相同的热能储存材料。
一对相邻区段可以具有相同形状、体积或两者，或者可以具有不同形状、体积或两者。优选情况下，囊状结构包括具有大致相同体积的相邻区段。优选情况下，囊状结构包括大致具有相同厚度的相邻区段。更优选情况下，囊状结构包括大致具有相同形状和尺寸的相邻区段。最优选情况下，囊状结构包括具有相同形状、尺寸和体积的相邻区段，基本上由它们构成，或由它们构成。
当囊状结构包括两个或更多个区段时，可能需要将区段排列成使相邻区段的边缘之间的流体流动被减少、最小化或甚至消除。应该认识到，如果相邻区段被间隙隔开，流体(例如传热流体)可以在囊状结构的开口与外部边缘之间径向流动，从而降低沿着囊状结构的顶表面和底表面的传热。在本发明的各种实施方案中，囊状结构中的相邻区段可以被造型和/或排列成具有匹配的边缘，使得传热流体在相邻区段之间的流动被减少、最小化或消除。优选情况下，相邻区段具有大致匹配的边缘。
囊状结构和/或制品的形状可以由包装空间决定，并且可以被临时造型。制品可以包括具有顶表面的覆盖片材(即覆盖片材)和大致相对的具有底表面的底部片材。覆盖片材(例如覆盖片材的顶表面)、底部片材(例如底部片材的底表面)或两者，可以有是(或可能是)大致平的部分(例如具有大致平的表面)、大致弓形的部分或其任何组合。优选情况下，底部片材和/或底部片材的底表面包括大致弓形的部分或者是大致弓形的，而制品的顶表面是大致平的(例如，覆盖片材是大致平的)。
覆盖片材和底部片材两者都包括一个或多个开口。覆盖片材和底部片材被排列成使得覆盖片材的至少一个开口与底部片材的至少一个开口重叠。由此，覆盖片材和底部片材具有一个或多个相应的开口。覆盖片材在离覆盖片材中心的最远区域中具有外周。覆盖片材在覆盖片材的接近覆盖片材的开口(优选接近中心)的区域中具有一个或多个开口边缘。底部片材在远离底部片材中心的区域中具有外周，并在接近底部片材的开口(优选接近中心)处具有开口边缘。每个覆盖片材和底部片材可以沿着片材各自的外周彼此或与一个或多个另外的任选子结构(例如外环)密封附接，用于在其之间形成一个或多个密封空间。每个覆盖片材和底部片材可以沿着片材各自的开口边缘彼此或与一个或多个另外的任选子结构(例如内环)密封附接，用于在其之间形成一个或多个密封空间。优选情况下，覆盖片材和底部片材沿着它们各自的外周、沿着至少一个它们各自相应的开口边缘或两者，彼此密封附接。最优选情况下，覆盖片材和底部片材沿着它们各自的外周并沿着至少一个它们各自相应的开口边缘，彼此密封附接。应该理解，覆盖片材和底部片材也可以沿着一个或多个其他区域(它们的边缘之外的区域)彼此或与一个或多个另外的任选子结构密封附接，以便形成多个密封空间。
囊状结构可以任选包括一个或多个子结构，其当与底部片材和覆盖片材密封附接时形成一个或多个密封空间。一个或多个子结构可用于形成一个或多个壁，其将一个或多个密封空间与传热流体隔开。例如，囊状结构可以包括外环，其提供了沿着囊状结构的一个或多个侧表面将一个或多个密封空间与传热流体隔离开的壁。作为另一个实例，囊状结构可以包括内环，其提供了沿着至少一部分通过囊状结构的流体通道将一个或多个密封空间隔离开的壁。如果使用，内环可以具有能够密封附接到底部片材的开口边缘、覆盖片材的开口边缘并且优选两者的任何几何形状。优选情况下，内环的内横截面具有与覆盖片材、底部片材或两者的开口相似的尺寸和形状。如果使用，外环可以具有能够密封附接到底部片材的外周、覆盖片材的外周并且优选两者的任何几何形状。优选情况下，环的外横截面具有与覆盖片材、底部片材或两者的外周相似的尺寸和形状。一个或多个子结构可用于形成一个或多个壁，其在两个或更多个密封空间之间进行分隔或提供流体隔离。例如，一个或多个子结构可以包括一个或多个大致径向的壁、一个或多个大致圆柱形的壁等。作为另一个实例，一个或多个子结构可以包括蜂窝状或其他开放式单元结构，例如在Bank等2009年10月8日公开的美国专利申请公开号2009-0250189的第0084段中所描述的，在此引为参考。一个或多个子结构(例如内环、外环或开放式单元结构)的壁厚度应该足够厚，以包含热能储存材料、支撑结构或两者。一个或多个子结构的壁厚度优选大于约1μm、更优选大于约10μm。一个或多个子结构(例如内环、外环或开放式单元结构)的壁厚度应该足够薄，使得制品的大部分体积和/或重量可以是热能储存材料。一个或多个子结构的壁厚度优选小于约5mm、更优选小于约1mm、最优选小于约0.2mm。
囊状结构的厚度由制品的顶表面(例如覆盖片材的顶表面)与制品的底表面(例如底部片材的底表面)之间的平均间隔来决定。制品可以具有使热量能够从流体快速提供到热能储存材料和/或从热能储存材料快速移除到流体的几何形状。例如，制品可以相对薄(例如与制品的长度或直径相比)。优选情况下，制品的厚度小于约80mm、更优选小于约20mm、更优选小于约10mm、最优选小于约5mm。制品的厚度优选大于约0.5mm、更优选大于约1mm。
制品的最长维度(例如制品的长度或直径)典型情况下远大于制品的厚度，使得制品能够同时具有大体积(例如用于包含大体积的热能储存材料)和大表面积(例如用于快速传递热能)。制品的最长维度优选大于约30、更优选大于约50mm、最优选大于约100mm。最长维度由应用决定，并可以是在特定应用中满足热储存、热传递或两者的需要的任何长度。制品的最长维度典型地小于约2m(即2,000mm)，然而也可以使用最长维度大于约2m的制品。
制品可以具有一个或多个侧表面。例如，制品可以具有一个或多个非平面的侧表面。制品可以具有大致弓形、大致非平面、大致连续或其任何组合的单一侧表面。优选情况下，一个或多个侧表面距制品的中心大致等距离，使得制品可以放置在具有大致圆柱形空腔的容器中，所述空腔的直径仅略微大于制品的平均直径。当空腔直径与制品平均直径的比率低时，大量空腔被制品占据。例如，空腔直径与制品平均直径的比率可以小于约1.8、优选小于约1.2、更优选小于约1.1、最优选小于约1.05。应该认识到，空腔直径与制品平均直径的比率典型地至少约1.0(例如至少约1.001)。
囊状结构的大部分容积是包封的容积(即一个或多个密封空间的容积)，使得制品能够包含相对大量热能储存材料。制品的一个或多个密封空间的总容积，以制品的总容积计优选为至少约50vol.％、更优选至少约80vol.％、更优选至少约85vol.％、最优选90vol.％。制品的一个或多个密封空间的总容积以制品的总容积计，典型地小于约99.9vol.％。没有被热能储存材料占据的剩余容积，可以包括囊状结构、空隙空间(例如包含一种或多种气体)、一个或多个用于提高热能储存材料与囊状结构之间的传热的结构或其任何组合，或基本上完全由它们构成。用于提高热能储存材料与囊状结构之间的传热的结构，包括由具有相对高导热性(例如相对于热能储存材料)的材料形成的，能够增加热量从热能储存材料向传热流体的流动速率的任何结构。用于提高热量流动速率的适合的结构包括风扇、丝网、进入密封空间的突出部等。
制品优选易于与其他形状相同的制品或具有大致匹配表面的其他制品堆叠。例如，两个待堆叠的制品可以具有相对的表面，它们是大致匹配的表面，使得当堆叠时两个制品嵌套在一起。应该认识到，用于堆叠制品以使它们易于嵌套在一起的一种方法，是选择具有高阶旋转对称的形状(例如弓形表面的形状、密封空间的形状或两者)。旋转对称可以围绕堆叠方向上的轴(例如通过囊状结构的流体通道的轴)。旋转对称的阶数典型地描述了两个待堆叠在一起的表面之间将使其嵌套在一起的不同旋转的数量。制品、底部片材(例如底部片材的弓形表面)或两者的旋转对称的阶数优选为至少2、更优选至少3、更优选至少5、最优选至少7。
在本发明的一个特别优选实施方案中，相邻的层(例如相邻的囊状结构)不嵌套在一起。例如，第一层(例如第一囊状结构)的顶表面可以与第二层(例如第二囊状结构)的底表面相接触。相接触的顶表面、底表面或两者可以具有一个或多个径向沟槽或径向通道(即具有径向分量(即沟槽或通道的至少一部分的取向包括在径向方向上的投影)并优选从囊状结构的中心开口向外周延伸的沟槽或通道)，其允许传热流体在两个表面之间流动。例如，第一层的覆盖片材与第二层的底部片材可以具有直的沟槽或通道，其从开口向外周以直线延伸。除了具有径向分量之外，沟槽或通道可以具有切向分量(即沟槽或通道的至少一部分的取向包括在切向方向上的投影)。例如，沟槽或通道可以具有包括径向分量和切向分量两者的螺旋形状。两个相接触的片材可以具有不同(例如具有不同方向和/或不同量值)或相同的切向分量。相邻片材的切向分量可以被安排成使在相邻片材之间流动的流体至少部分混合。有利情况下，一个片材可以具有在顺时针方向上具有切向变量的沟槽或通道，并且相邻片材可以具有在逆时针方向上具有切向变量的沟槽或通道，使得当沟槽相交时(例如当流到两个相邻囊状结构的沟槽中的两个流体流以小于其整个流动路径直接进行接触时)，在两层之间流动的流体至少部分混合。图6A是具有在结构的开口16与结构的外周19之间延伸的多个径向沟槽15的囊状结构10的示意图。参考图6A，沟槽15可以具有下列特点中的一个或其任何组合：是弯曲的、沟槽可以是弯曲的以使它们具有切向分量、沟槽可以是均匀隔开的、相邻沟槽可以具有相同长度、沟槽可以具有螺旋形状、和相邻沟槽可以提供具有相同流体阻力的流动路径。图6B是显示了第一囊状结构的底部片材30的一部分与第二囊状结构的覆盖片材28的一部分之间的接触的示意图。两个接触表面可以具有总体不同的形状或大致相同的形状，例如图6B中所示。如图6B中所示，接触表面的沟槽可以具有一个或多个交点。如图6B中所示，第一接触表面的沟槽可以具有切向部分，而第二接触表面的沟槽可以在相对于第一接触表面的相反方向上具有切向部分。如果利用沟槽或通道来提供流动路径，一个或多个表面可以具有任何数量的沟槽或通道。优选情况下，囊状结构中的沟槽或通道的数量足够高并且足够分散，使得在两层之间(例如两个表面之间)流动的传热流体可以分开到多个流动路径中，用于有效移除热量。相邻的流动路径可以相同或不同。优选情况下，两个或多个流动路径(例如所有流动路径)具有大致相同的长度、大致相同的流体阻力或两者。
囊状结构、例如图6A中所示的囊状结构，可以优选在囊状结构的几何中心处或附近具有开口16。囊状结构包括一个或多个密封空间。囊状结构可以包括单一密封空间，例如图6A中所示。囊状结构可以总体上薄，并包括顶表面18、底表面20、接近外周19的表面22和接近开口的边缘表面24。囊状结构可以在顶表面、底表面或两者上包括一个或多个部件，为流体以至少径向方向流动(例如当多个囊状结构堆叠时)提供流动路径。这样的部件优选从囊状结构的开口边缘21向囊状结构的外周19延伸。这样的部件可以提供大致弓形、大致线性的流动方向，或具有线性区域和直的区域。如图6A中所示，流动路径可以由从中心边缘向外周延伸的一个或多个通道或沟槽提供。囊状结构的顶表面或底表面中的沟槽或通道可以在表面上分布，使得每个流动路径(当多个囊状结构堆叠时)具有大致相同的流体阻力。如图6A中所示，沟槽或通道可以具有曲率，使得流动路径除了径向分量之外还具有切向分量。这样的曲率可能有利于在相同的囊状结构堆叠时防止相邻囊状结构嵌套在一起。例如，如图6A中所示，可以通过将具有大致相同形状并且都具有多个弯曲沟槽的覆盖片材和底部片材联接在一起，来制备囊状结构。当联接时，顶表面和底表面中的弯曲沟槽以相反方向(当从顶表面观察时)弯曲。如图6A中所示，覆盖片材和底部片材可以沿着开口边缘并沿着外周密封，以便形成密封空间。
图6C是显示了形成囊状结构的一部分的两个相邻区段2的示意图。如图6C中所示，每个区段可以包括两个片材，其沿着区段的边缘密封附接。附接的位置可以在边缘表面9上。如图6C中所示，每个区段可以包括一个或多个密封空间。尽管单个区段可能不具有开口，但区段可以沿边缘排列，以便形成包括开口的囊状结构。如图6D中所示，当一个区段相对于相邻区段以厚度的分数(例如厚度的一半)平移时，相邻区段的边缘9可以匹配。
囊状结构的顶表面的形状可以是大致圆形，例如图1A和6A中所示的顶表面。用于囊状结构的顶表面的其他形状也是可能的，并甚至可能是理想的。例如，在需要安装在紧密空间中例如发动机罩下或车辆地板下的热储存装置中，可以使用囊状结构。尽管圆柱形状对于减小表面积可能是有利的，但其他更细长或四四方方的形状对于安装在可用空间中可能是有利的。根据本文的讲述应该认识到，有利情况下，囊状结构的大致圆形的表面可以用非圆形的形状代替。因此，囊状结构可以具有大致椭圆形、大致矩形、大致正方形、总体不规则形状或其任何组合的顶表面和/或底表面。例如，毛细结构的顶表面和/或底表面可以具有带有圆角的大致矩形形状。图7是显示了囊状结构表面的说明性特征的图。如图7中所示，囊状结构的顶表面和底表面的边缘的轮廓可以具有细长形状。例如顶表面和底表面的轮廓(外周的)可以具有大致矩形形状、大致正方形形状或大致椭圆形形状。应该认识到，顶表面中开口的轮廓可以是任何形状。顶表面中开口的轮廓和顶表面外周的轮廓可以具有相似的形状(但尺寸不同)，或者可以具有不同形状(例如大致圆形的开口和非圆形的外周)。如图7中所示，开口的轮廓和外周的轮廓可以具有相同形状，例如大体椭圆形形状。
制品优选具有难以弯折的囊状结构。例如，囊状结构可以不含其中覆盖片材与底部片材在遍及横截面的大部分或甚至所有长度(例如囊状结构的直径)上相接触的横截面。有各种不同方法可用于确保囊状结构难以弯折，包括选择囊的排列方式以使旋转对称的阶数不是偶数、选择囊的排列方式使得不存在旋转对称、选择包含相对彼此旋转的两个或更多个的囊环(例如同心环)的囊的排列方式使得每个径向区段包括至少一个密封空间，或其任何组合。应该认识到，可以使用其他几何形状和其他手段来制造对弯折具有抗性的囊状制品。例如，用于囊状结构的材料可以被选择成总体刚性的，结构可以包括一个或多个加固肋(例如在切向方向上)等。
制品的所有热能储存材料可以在单一密封空间中。优选情况下，制品的热能储存材料分开在多个密封空间之间，使得如果密封空间被刺穿或由于其他原因泄漏，只有一部分热能储存材料能够被去除。因此，制品中密封空间(例如含有热能储存材料的密封空间)的数量优选为至少2、更优选至少3、更优选至少约5。密封空间数量的上限取决于实际情况，对于特定应用来说由应用的需要来决定。然而，制品中密封空间的数量典型地小于1,000。但是，应该认识到，非常大的制品可以具有1,000个或以上的密封空间。出于同样原因，存在于任何单一密封区室中的热能储存材料的体积分数，以制品中热能储存材料的总体积计，优选小于约55％、更优选小于约38％、更优选小于约29％、最优选小于约21％。典型情况下，密封空间包括制品中热能储存材料的至少0.1vol.％。然而应该认识到，制品可以包括一个或多个基本上或甚至完全不含热能储存材料的密封空间。
密封空间可以任选排列成多个同心环，包括最内环(例如最接近开口边缘的环)和最外环(例如最接近外周的环)，其每个含有一个或多个密封空间。一个环中的密封空间可以具有大致重复的型式。例如，环中的每个密封空间或每组2、3、4个或更多个密封空间可以具有大致相同的形状和尺寸。每个环中的密封空间的数量可以相同或不同。优选情况下，最外环具有比最内环更多的密封空间，最外环的密封空间的平均长度小于最内环的密封空间的平均长度(其中平均长度在从开口向外周的径向方向上测量)或同时满足两者，以便减小最外环和最内环的密封空间之间的体积变差。
正如后文中所讨论的，可以将制品置于具有总体圆柱形的空腔、例如维度仅比制品的最长维度略大的空腔的容器中。例如，容器空腔的直径可以仅仅略微大于制品的囊状结构的直径。空腔的直径应该足够大，使得制品可以被插入到空腔中。当制品(或制品的组堆)被置于容器中时，可能需要流体能够在制品的外周与容器的内壁之间流动。这可以通过对容器内部与制品形状的关联性进行设计以产生并维持流体流动路径来实现。可以使用产生这样的流体流动路径的任何手段。因此，制品可以任选具有一个或多个沿着其边缘的凹口(例如，覆盖片材和底部片材可以沿着它们各自的外周具有一个或多个相应的凹口)，以便形成用于传热流体流动的空间。可选或此外，容器的空腔可以具有带有一个或多个沟槽的表面，所述沟槽用于流体在制品外周与容器表面之间流动。作为另一个实例，制品的直径相对于空腔的内部直径可以足够小，以便流体能够沿着制品的整个外周流动。例如，制品可以具有一个或多个凹口或者容器可以具有一个或多个沟槽，用于密封空间的最外环中的每个密封空间。凹口或沟槽可以具有任何形状，例如多边形、弓形、楔形等，只要它具有足够尺寸以允许传热流体流动即可。如果使用的话，凹口和/或沟槽的最小维度典型为至少约0.1mm。应该认识到，可以使用两种或更多种产生流体流动路径的手段的组合。例如，制品可以具有沿着其外周的一个或多个凹口，并且制品可以具有足够小的直径，使得当置于空腔中时流体能够沿着其整个外周流动。
底部片材可以任选具有一个或多个突出部，使得当制品与具有与底部片材大致匹配的表面的另一个制品堆叠时，两个制品仅仅部分嵌套。由此，一个或多个突出部可以起到隔离物的作用以分隔大致匹配的表面，使得流体(例如传热流体)能够在匹配的表面之间流动。制品的堆叠和其他分隔手段在后文中讨论。如果使用，突出部优选只覆盖底部片材表面积的一小部分，以便一个或多个突出部不显著干扰流体的流动。可以对突出部的高度进行选择以限定两个大致匹配的表面之间的流动路径的高度(例如平均高度)。覆盖片材优选不含这样的突出部并具有大致平的外表面，使得两个制品可以通过它们的覆盖片材排列成在其整个顶表面上总体相接触的形式。
热能储存材料
非限制性地，用于热储存装置的适合的热能储存材料包括能够表现出相对高热能密度的材料，所述热能作为显热、潜热或优选两者。热能储存材料优选情况下与热储存装置的运行温度范围相容。例如，热能储存材料在热储存装置的较低运行温度下优选为固体，并且在热储存装置的最高运行温度下至少部分为液体(例如完全为液体)，在装置的最高运行温度下不显著降解或分解，或其任何组合。热能储存材料优选在加热至装置的最高运行温度约1,000小时或以上、或甚至约10,000小时或以上时不显著降解或分解。
热能储存材料可以是具有固液相转变温度的相变材料。热能储存材料的固液相转变温度可以是液线温度、熔化温度或低共溶温度。固液相转变温度应该足够高，使得当热能储存材料至少部分或甚至基本上完全处于液态时储存足够的能量，以将一个或多个待加热物体加热至所需温度。固液相转变温度应该足够低，使得传热流体、一个或多个待加热物体或两者不被加热至它可能降解的温度。因此，固液相转变温度的所需温度可能取决于待加热的物体和传递热的方法。例如，在使用乙二醇/水传热流体将储存的热向发动机(例如内燃机)传递的应用中，最高固液相转变温度可以是传热流体降解的温度。作为另一个实例，可以使用传热流体将储存的热传递到电池组的电化学电池，其中传热流体具有高降解温度，并且最高固液相转变温度可以由电化学电池降解或在其他方面失效的温度来决定。固液相转变温度可以高于约30℃、优选高于约35℃、更优选高于约40℃、更优选高于约45℃、最优选高于约50℃。热能储存材料可以具有低于约400℃、优选低于约350℃、更优选低于约290℃、更优选低于约250℃、最优选低于约200℃的固液相转变温度。应该认识到，取决于应用，固液相转变温度可以为约30℃至约100℃、约50℃至约150℃、约100℃至约200℃、约150℃至约250℃、约175℃至约400℃、约200℃至约375℃、约225℃至约400℃或约200℃至约300℃。
对于某些应用例如运输相关应用来说，在小空间中有效储存能量的热能材料可能是理想的。因此，热能储存材料可以具有高的熔解热密度(以兆焦耳每升为单位表示)，其被定义为熔解热(以兆焦耳每千克为单位表示)与密度(在约25℃下测量，并且以千克每升为单位表示)的积。热能储存材料可以具有大于约0.1MJ/升、优选大于约0.2MJ/升、更优选大于约0.4MJ/升、最优选大于约0.6MJ/升的熔解热密度。典型情况下，热能储存材料具有小于约5MJ/升的熔解热密度。然而，也可以使用具有更高熔解热密度的热能储存材料。
对于某些应用例如运输相关应用来说，轻质的热能储存材料可能是理想的。例如，热能储存材料可以具有小于约5g/cm3、优选小于约4g/cm3、更优选小于约3.5g/cm3、最优选小于约3g/cm3的密度(在约25℃下测量)。密度的下限取决于实际情况。热能储存材料可以具有大于约0.6g/cm3、优选大于约1.2g/cm3、更优选大于约1.7g/cm3的密度(在约25℃下测量)。
密封空间可以含有本技术领域任何已知的热能储存材料。可用于热能储存材料区室中的热能储存材料的实例包括在在下述文献中描述的材料：Atul Sharma，V.V.Tyagi.C.R.Chen，D.Buddhi，“使用相变材料的热能储存和应用综述”(Review on thermal energy stroagewith phase change materials and applications)，Renewable andSustainable Energy Reviews 13(2009)318-345，以及Belen Zalba，JoseMa Mann，Luisa F.Cabeza，Harald Mehling，“具有相变的热能储存的综述：材料、传热分析和应用”(Review on thermal energy stroage withphase change：materials，heat transfer analysis and applications)，Applied Thermal Engineering 23(2003)251-283，二者在此以其全文引为参考。可以在热传递装置中使用的适合的热能储存材料的其他实例，包括在2009年2月20日提交的题为“热能储存材料”(Thermal Energe Storage Materials)的美国专利申请号12/389,416和2009年2月20日提交的题为“热储存装置”(Heat StorageDevices)的美国专利申请号12/389,598中描述的热能储存材料。
热能储存材料可以包括表现出上文中所述的固液相转变温度、熔解热密度或两者的有机材料、无机材料或有机和无机材料的混合物。可以使用的有机化合物包括链烷烃和非链烷属有机材料例如脂肪酸。可以使用的无机材料包括水合盐和金属物质。热能储存材料可以是一般在单一温度下发生固液相转变的化合物或混合物(例如低共熔混合物)。热能储存材料可以是在一定范围(例如高于约3℃或高于约5℃范围)的温度下发生固液相转变的化合物或混合物。
非限制性地，用作热能储存材料的适合的非链烷属有机材料包括酸、醇、醛、酰胺、有机盐、其混合物及其组合。例如，可以单独或作为混合物使用的非链烷属有机材料包括聚乙二醇、癸酸、反油酸、月桂酸、十五烷酸、甘油三硬脂酸酯、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、乙酰胺、延胡索酸甲酯、甲酸、辛酸、甘油、D-乳酸、棕榈酸甲酯、莰尼酮、溴代二十二烷、二庚基酮、酚、十七烷酮、1-环己基十八烷、4-十七烷酮、对苯甲胺、氨腈、二十烷酸甲酯、3-十七烷酮、2-十七烷酮、氢化肉桂酸、鲸蜡醇、萘胺、莰烯、邻硝基苯胺、9-十七烷酮、百里酚、山俞酸甲酯、二苯基胺、对二氯苯、草酸盐、连二磷酸、二氯邻二甲苯、氯乙酸、硝基萘、三肉豆蔻酸甘油酯、十七烷酸、蜂蜡、甘醇酸(glyolic acid)、乙醇酸、对溴苯酚、偶氮苯、丙烯酸、dinto toluent、苯乙酸、烯丙基硫脲、溴代樟脑、四甲苯、苯甲胺、溴代苯甲酸甲酯、α-萘酚、戊二酸、二氯对二甲苯、邻苯二酚、醌、乙酰苯胺、琥珀酸酐、苯甲酸、茋(stibene)、苯甲酰胺或其任何组合。
非限制性地，热能储存材料可以包括一种或多种无机盐，其选自硝酸盐、亚硝酸盐、溴化物、氯化物、其他卤化物、硫酸盐、硫化物、磷酸盐、亚磷酸盐、氢氧化物、羰基化物、溴酸盐、其混合物及其组合。例如，热能储存材料可以包括K2HPO4·6H2O、FeBr3·6H2O、Mn(NO3)2·6H2O、FeBr3·6H2O、CaCl2·12H2O、LiNO3·2H2O、LiNO3·3H2O、Na2CO3·10H2O、Na2SO4·10H2O、KFe(SO3)2·12H2O、CaBr2·6H2O、LiBr2·2H2O、Zn(NO3)2·6H2O、FeCl3·6H2O、Mn(NO3)2·4H2O、Na2HPO4·12H2O、CoSO4·7H2O、KF·2H2O、MgI2·8H2O、CaI2·6H2O、K2HPO4·7H2O、Zn(NO3)2·4H2O、Mg(NO3)2·4H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Fe(NO3)2·9H2O、Na2SiO3·4H2O、K2HPO4·3H2O、Na2S2O3·5H2O、MgSO4·7H2O、Ca(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2·2H2O、FeCl3·2H2O、Ni(NO3)2·6H2O、MnCl2·4H2O、MgCl2·4H2O、CH3COONa·3H2O、Fe(NO3)2·6H2O、NaAl(SO4)2·10H2O、NaOH·H2O、Na3PO4·12H2O、LiCH3COO·2H2O、Al(NO3)2·9H2O、Ba(OH)2·8H2O、Mg(NO3)2·6H2O、KAl(SO4)2·12H2O、MgCl2·6H2O或其任何组合，或基本上由它们构成。应该认识到，可以使用具有更高或更低水浓度的无机盐。
热能储存材料可以包括至少一种第一含金属材料、更优选为至少一种第一含金属材料与至少一种第二含金属材料的组合(或甚至可以基本上由它们构成或由它们构成)。第一含金属材料、第二含金属材料或两者，可以是基本上纯的金属、合金例如包括基本上纯的金属与一种或多种其他合金成分(例如一种或多种其他金属)的合金、金属互化物、金属化合物(例如盐、氧化物或其他)或其任何组合。一种优选方法是利用一种或多种含金属材料作为金属化合物的一部分；更优选的方法是利用至少两种金属化合物的混合物。例如，适合的金属化合物可以选自氧化物、氢氧化物、包含氮和氧的化合物(例如硝酸盐、亚硝酸盐或两者)、卤化物或其任何组合。可能也可以使用三元、四元或其他多元组分材料体系。本文中的热能储存材料可以是表现出低共熔的两种或更多种材料的混合物。
制品的一个或多个密封空间的热能储存材料的体积足够高，使得制品能够储存大量热能。制品中包含的热能储存材料的体积与一个或多个密封空间的总容积的比率、热能储存材料的体积与制品总体积的比率或两者(体积在约25℃的温度或热能储存材料处于液体时的温度下测量)，优选大于约0.5、更优选大于约0.7、最优选大于约0.9。制品中包含的热能储存材料的体积与一个或多个密封空间的总容积的比率、热能储存材料的体积与制品总体积的比率或两者(体积在约25℃的温度或热能储存材料处于液体时的温度下测量)，典型地小于约1.0，更典型小于约0.995。
密封空间可以包括含有气体例如空气、N2或惰性气体例如He、Ar等的体积，使得热能储存材料在加热时可以膨胀。例如，密封空间在约25℃下可以具有不含热能储存材料的区域，使得在将热能储存材料加热至高于其液相线温度后，热能储存材料可以膨胀而不会在覆盖片材或底部片材中形成孔或者引起一个或多个片材脱层。在25℃下，不含热能储存材料的密封空间的体积(例如含有气体的密封空间的体积)以密封空间的内部总容积计，可以为至少约0.5％、优选至少约1％、最优选至少约1.5％。
图2A是说明了包含具有单一密封空间(即单一囊)的囊状结构的制品10的特征的图。囊状结构包括具有开口29的覆盖片材28和具有开口31的底部片材30。覆盖片材的开口29和底部片材的开口31彼此交叠(例如完全重叠)，因此是对应的开口。覆盖片材28和底部片材密封附接到外环32。正如所示，覆盖片材28的外周、底部片材的外周或优选两者，可以密封附接到外环32。覆盖片材具有作为制品10的外表面的顶表面18，以及总体上在制品10内部上的相反表面。底部片材具有大致为制品10的外表面的底表面20，以及总体上在制品内部的相反表面。囊状结构也可以具有内环34，其密封附接到覆盖片材28的开口边缘、底部片材30的开口边缘或优选两者。正如所示，外环32可以具有大致圆柱形的外表面和大致圆柱形的内表面，内环34可以具有大致圆柱形的外表面和大致圆柱形的内表面，覆盖片材28(例如覆盖片材的顶表面18)可以具有大致圆形的形状，底部片材30(例如底部片材的底表面)可以具有大致圆形的周缘，或其任何组合。下述开口的任何组合之一可以具有总体圆柱形的形状：制品16的流体通道、覆盖片材29的开口、以及底部片材31的开口。应该认识到，开口的横截面可以具有不同形状，例如多边形或不同的弓形(例如椭圆形)。
如图2A中所示，制品10可以具有单一侧表面22，其是大致弓形、大致非平面和大致连续的。这样的侧表面可以距制品中心大致等距离，使得制品可以被放置在具有大致圆柱形空腔、并且空腔直径仅略大于制品平均直径的容器中。
图2B中示出了在制品中使用的具有开口29的说明性覆盖片材28。应该认识到，覆盖片材中的开口可以在将覆盖片材附接(例如密封附接)到一个或多个其他片材或一个或多个另外的子结构之前、期间或之后形成。覆盖片材可以具有大致圆形的外周19、大致圆形的内部或开口边缘21，或两者。覆盖片材28可以具有大致平的底表面38和大致平的相对的顶表面18。覆盖片材28可以由一种或多种包封材料12形成。如图2B中所示，覆盖片材28的外周19可以包括覆盖片材28的底表面38上接近覆盖片材外周的区域23。参考图2A和2B，底部片材28可以沿着外周19的区域23密封附接到底表面38上。用于顶表面18的包封材料优选为在与传热流体相接触时耐腐蚀的材料。用于底表面38的包封材料优选为在与热能储存材料相接触时耐腐蚀的材料。用于顶表面18和底表面38的包封材料可以是相同材料或不同材料。顶表面18除了开口29之外，可以具有大致圆形的形状。覆盖片材28的厚度，通过覆盖片材的顶表面18与底表面38之间的距离来度量，可以是大致均匀的。覆盖片材28厚度的标准偏差以覆盖片材的平均厚度计，优选小于约15％、更优选小于约10％、最优选小于约3％。
图2C显示了垂直于覆盖片材28的顶表面18获得的图2A的制品10的横截面。如图2C中所示，制品可以具有一个或多个包含热能储存材料26的密封空间14。密封空间可以包括未填充容积27，即包含气体的容积。未填充容积27可以允许热能储存材料在被加热时膨胀，例如当热能储存材料的温度升高时、当热能储存材料经历固液相转变时或两者同时发生时。覆盖片材、底部片材、外环、内环或其任何组合优选包括当与热能储存材料(例如内表面上的)接触时耐腐蚀的一种或多种包封材料，当与传热流体(例如外表面上的)接触时耐腐蚀的一种或多种包封材料，或者两者。最优选情况下，覆盖片材、底部片材、外环、内环或其任何组合包括相同的一种或多种包封材料，或基本上由其构成。覆盖片材28和底部片材30两者沿着它们的外周19和它们的开口边缘21两者密封附接，以形成一个或多个密封空间14。
图2D显示了可用作制品的底部片材的成型片材40。成型片材可以压印或通过其他方式形成，使得它是大致弓形的和/或具有多个壁。成型片材具有能够容纳或包含液体的槽区域43。成型片材还具有开口46，以便流体能够流过成型片材。成型片材优选还具有一个或多个大致平的区域例如一个或多个唇区44，其可以附接于大致平的覆盖片材(例如图2B中所述的覆盖片材)。一个或多个唇区44优选是共平面的。成型片材40不是大致平的片材。例如，成型片材40可以具有底壁，其包括顶表面41和大致相对的底表面42。成型片材可以具有从底壁伸出的侧壁。侧壁可以包括大致弓形的侧表面49。成型片材40可以具有从底壁的内周伸出的开口壁。开口壁可以具有开口表面48，其是大致弓形的，并部分或完全限定了通过制品的流体通道。成型片材具有外周45和开口边缘47。外周45、开口边缘47或优选两者是唇区44。应该认识到，成型片材可以包括连接底壁和侧壁的过渡区域，或者底壁和侧壁可以合并成一个弓形壁。应该认识到，成型片材可以包括连接底壁和开口壁的过渡区域，或者底壁和开口壁可以合并成一个弓形壁。
正如本文中所述，囊状结构可以包括多个区段，其被排列形成具有一个或多个密封空间和一个或多个流体通道的囊状结构。图3A、3B和4是囊状结构的相邻区段的说明性侧视图。如图3A、3B和4所示，相邻区段可以具有匹配的边缘9(即大致匹配的边缘表面)。当相邻区段以共面取向排列时，区段可以匹配，例如由图3A和3B中的区段2′、2″所示，其中两个区段的表面4′和6′大致共面。当两个相邻区段移位时，相邻区段的边缘可以匹配，使得它们的顶表面和底表面4′和6′不共面。例如，一个区段可以移动区段2″′厚度的一半，如图4中所示。由此，第一区段的匹配边缘9可以与均与第一区段相邻的两个堆叠区段的部分边缘匹配。如图4中所示，一个区段组堆可以包括一个或多个(例如两个)部分区段3，例如具有其他区段2″′高度的一半的部分区段。
应该认识到，成型片材40′的一些或所有的槽可以部分或基本上完全填充有热能储存材料，并且可以将大致平的覆盖片材(如图2B中所示)置于槽上，使得覆盖片材总体上与唇区接触。在一些或甚至所有唇区中，覆盖片材可以密封附接到成型片材，用于形成含有热能储存材料的多个密封空间。如图5A和5B中所示，成型片材40′可以具有槽图案，使得第一成型片材40′的底表面41′与相同的第二成型片材40′的底表面41′的表面大致匹配。因此，使用成型片材40′制造的两个制品能够以其底表面41′彼此相对的方式堆叠，使得两个制品至少部分嵌套。
图5B是可以使用在具有多个密封空间的制品中的成型片材40′(例如底部片材)的一部分的示意图。成型片材具有接近片材中心的开口46，其可以是大致圆形的开口。图5B仅显示了成型片材的1/4，因此只显示了开口的1/4。图5B显示了成型片材40′的底表面41′。成型片材具有多个槽区43′和多个唇区44′。槽区43′可以排列成多个槽环50。正如所示，成型片材可以具有最内槽环50′和最外槽环50″。成型片材也可以在最内和最外槽环50′、50″之间具有一个或多个其他槽环50″′。如图5B中所示，环中的一些或所有的槽、或者甚至不同环中的一些或所有的槽，可以具有近似相同的形状、近似相同的体积或甚至基本上相同。应该认识到，最内槽环中槽的数量可以大于、小于或等于最外槽环中槽的数量。优选情况下，成型片材40′的最内槽环中槽的数量小于最外槽环中槽的数量，如图5B中所示。一些或优选所有槽区43′具有围绕槽区的唇区44′。因此，槽区43′可以通过唇区44′与其他槽区分隔开。成型片材40具有外周45′。如图5B中所示，成型片材在外周45′附近可以具有一个或多个凹口51。一个或多个凹口可用于流动通道或沿着外周的流动路径。优选情况下，成型片材的底表面的外周具有大致圆形的形状(除了任选的一个或多个凹口之外)。如图5B中所示，外周、内周以及优选两者，可以是唇区44′。
图5A显示了囊状结构10′(例如囊状结构的成型片材40′)与容器68之间的说明性关系。容器68可以具有内壁60、外壁62、隔热层64或其任何组合。参考图5A，容器68可以具有插入在两个壁60、62之间的隔热层64。容器的内壁60具有比成型片材的直径更大的直径，使得成型片材能够安装在容器内。片材的边缘与容器的内壁之间的流动路径可以包括成型片材40′中的一个或多个凹口51、由成型片材40′与容器的空腔的尺寸(例如直径)差异形成的间隙52、容器内壁60中的一个或多个沟槽53，或其任何组合。
制品堆叠
含有热能储存材料的制品优选能够与其他相同的制品或与具有大致匹配的表面(例如大致匹配的底部片材)的第二制品堆叠。制品堆叠在轴向的层中，在相邻轴向层之间具有间隔以使传热流体能够在轴向层之间流动。轴向层一般含有一个、两个或更多个制品。轴向层(例如每个轴向层)优选含有一个或两个制品。例如，轴向层可以具有在表面例如底面或覆盖面上相接触的两个制品，使得流体一般不能在两个制品之间流动。因此，一些制品(例如除了组堆末端处的制品之外的每个制品)可以具有一般与第一相邻制品的表面完全接触的第一表面(例如底面)，使得流体不能沿着第一表面流动，以及与第二相邻制品(例如具有相对的表面，其是与第二表面大致匹配的表面)隔开的第二表面，使得流体能够沿着一些、大多数或甚至所有的第二表面流动。两个相邻轴向层之间的隔离可以由本技术领域已知的任何隔离手段造成。例如，适合的隔离手段包括至少一个制品表面上的一个或多个突出部、两层之间的隔离材料、两层之间的毛细结构，或其任何组合。优选情况下，制品的第二表面具有大致弓形的形状，并且制品与第二相邻制品部分嵌套。两个部分嵌套的制品之间的间隔优选大致恒定(除了突出部或引起相邻制品隔开的其他隔离物之外)。应该认识到，制品的堆叠可以包括旋转轴向层(例如旋转制品)或以其他方式对其进行排列，以使轴向层与相邻轴向层至少部分嵌套的步骤。流体在两个相邻轴向层的两个相对表面之间的流动一般采取径向方向，并可以被描述为大致径向流动。被隔开的每对轴向层都将具有径向流动路径。制品组堆典型地具有多个径向流动路径(例如2个、3个或更多个)。两个或更多个(例如每个)径向流动路径可以具有相同的流动长度、相同的厚度、相同的横截面形状或其任何组合。例如，两个或更多个(例如所有)径向流动路径可以相同。应该认识到，如果开口(即流体通道)位于制品中心，径向流动路径可以是大致对称的，不论流动方向如何。
当堆叠时(例如在含有3个、4个或更多个制品的组堆中)，制品优选各自具有至少一个开口，其对应于来自每个其他制品(可能除了在组堆末端的制品之外)的开口，使得一部分流体可以通过插入在第一个制品与最后一个制品之间的制品的相应开口流动而不在相邻制品之间流动(即没有总体径向的流动)，从组堆中的第一个制品流到组堆中的最后一个制品。通过开口的流动一般采取轴向方向，并且可以被描述为总体轴向的流动。
如上所述，制品组堆可以定义中央轴向流动路径(例如通过由制品的开口形成的中轴)和大致与中央轴向流动路径垂直的一个或多个径向流动路径。
制品组堆总体上紧密堆积(例如除了径向流动路径之外)，使得制品组堆紧凑并含有大量热能储存材料。因此，径向流动路径一般具有小的高度(在相邻制品之间的方向上)，例如平均高度。径向流动路径的高度优选小于约15mm、更优选小于约5mm、更优选小于约2mm、更优选小于约1mm、最优选小于约0.5mm。径向流动路径的高度典型情况下足够大，以使流体能够流过路径。典型情况下，径向流动路径高度(例如平均高度)大于约0.001mm(例如大于约0.01mm)。
图5C显示了本发明的一种情况，其包括多个制品10′，每个制品具有一个或多个用于包含热能储存材料的密封空间14。制品10′可以包括具有大致弓形的表面41″的成型片材40″。一个制品的表面41″可以与第二制品的表面大致匹配。制品可以被安排成使相邻制品部分嵌套在一起。图5C中所示的制品具有8阶旋转对称，因此可以旋转到8个不同位置中以便将它们部分嵌套。应该认识到，也可以使用具有更高或更低对称阶数的制品。如图5C中所示，制品可以具有大致圆形的横截面。每个制品的外周可以具有多个凹口51，其大得足以允许流体流动。制品10′可以具有密封空间14，其排列在密封空间的一个或多个同心环中。每个制品10′可以具有总体接近制品中心的流体通道46′，使得当制品堆叠(例如以轴向方向堆叠)时形成轴向流动路径84′。轴向流动路径84′优选包括每个制品10′的流体通道46′。
热储存装置
本文中描述的制品(例如制品组堆)可以使用在热储存装置中。热储存装置可以包括容器或其他外壳，其具有一个或多个用于使传热流体进入容器的孔和一个或多个用于使传热流体离开容器的孔。热储存装置具有一个或多个传热流体区室。优选情况下，热储存装置包括单一传热流体区室。传热流体区室可以在入口和出口之间的容器中包括传热流体可以在其中流动的相连空间，或基本上由其构成。容器优选至少部分隔热，以便可以降低或最小化从容器到环境的热损失。
热储存装置可以被设计成使其含有高浓度热能储存材料，以便它能够在传热流体与热能储存材料之间快速和/或均匀地传递热能，以便它总体上紧凑，以便它能够长时间储热，或其任何组合。
热储存装置的容器内部可以具有能够容纳制品组堆的任何形状。优选情况下，容器的内部形状使得制品组堆占据容器的大部分内部容积。容器中制品的密封空间中包含的热能储存材料的总体积(例如在约25℃下测量的)与容器的总内部容积(例如在约25℃的温度下)的比率，可以大于约0.3、优选大于约0.5、更优选大于约0.6、更优选大于约0.7、最优选大于约0.8。容器中热能储存材料的体积的上限，是与制品相接触用于传递热能的传热流体的空间要求。容器中制品的密封空间中包含的热能储存材料的总体积(例如在约25℃下测量的)与容器的总内部容积(例如在约25℃的温度下)的比率，可以小于约0.99、优选小于约0.95。
传热流体区室/流动路径
热储存装置具有用于流动的传热流体区室，其在传热流体通过装置流通时能够包含传热流体。传热流体区室优选与用于将热传递流动到传热流体区室中的一个或多个孔(例如一个或多个入口)相连。传热流体区室优选与用于将热传递流动出传热流体区室的一个或多个孔(例如一个或多个出口)相连。传热流体区室可以是至少部分由一个或多个传热流体区室的壁限定的空间、至少部分由一个或多个制品限定的空间、至少部分由热储存装置的外壳或容器限定的空间，或其任何组合。
传热流体区室限定了传热流体通过热储存装置的流动路径。传热流体区室包括通过制品组堆的开口的大致轴向的流动路径。传热流体区室包括两个相邻制品之间的大致径向的流动路径。应该认识到，径向流动可以是从制品的外周向开口的向内流动，或者是从制品的开口向外周的向外流动。传热流体区室包括在制品外周与容器壁之间具有总体上轴向分量(和任选切向分量)的流动路径。优选情况下，合并的径向流动路径具有相对高的流体阻力。例如，合并的径向流动路径所具有的流体阻力大于(更优选大至少2倍)中央轴向流动路径、外部轴向流动路径或两者的流体阻力。
传热流体区室优选与含有热能储存材料的密封空间具有足够的热连通，使得它能够移除热量或向热能储存材料提供热量。传热流体区室优选与一个或多个(或更优选所有的)密封空间直接热连通。直接热连通可以是密封空间与传热流体区室不含低导热率材料的部分之间的任何最短距离的路径。低导热率材料包括导热率小于约100W/(m·K)、优选小于约10W/(m·K)、更优选小于约3W/(m·K)的材料。例如，传热流体或传热流体区室可以与一个或多个(或优选所有的)密封空间的壁相接触，或与密封空间基本上或完全被具有高导热率(例如大于约5W/(m·K)、大于约12W/(m·K)或大于约110W/(m·K))的材料隔开。
传热流体区室优选与热储存装置中的一个或多个(或更优选所有的)密封空间直接热连通。直接热连通可以是热能储存区室与传热流体区室不含低导热率材料的部分之间的任何最短距离的路径。例如，传热流体或传热流体区室可以与一个或多个(或优选所有的)密封空间的壁(例如底部片材或覆盖片材)相接触，或与密封空间基本上或完全被具有高导热率(例如大于约5W/(m·K)、大于约12W/(m·K)或大于约110W/(m·K))的材料隔开。应该认识到，低导热率材料的非常薄的层(例如小于约0.1mm，优选小于约0.01mm，更优选小于约0.001mm)可以位于传热流体区室与热能储存材料区室之间，而不显著影响传热。
可以对密封空间和/或制品的尺寸和形状进行选择，以最大化热量向包含于囊中的相变材料传递和从相变材料传出。制品的平均厚度可以相对短，使得热量可以从密封空间的中心快速散逸。制品、密封空间或两者的平均厚度可以小于约100mm、优选小于约30mm、更优选小于约10mm、更优选小于约5mm、最优选小于约3mm。制品、密封空间或两者的平均厚度可以大于约0.1mm、优选大于约0.5mm、更优选大于约0.8mm、最优选大于1.0mm。
制品优选具有相对高的表面积体积比，使得与传热流体的接触面积相对高。例如，制品可以具有最大化与传热流体区室的接触的表面，制品可以具有最大化囊与传热流体区室之间的热传递的几何形状，或同时具有两者。热储存装置中传热流体区室与制品之间的界面的总表面积与热储存装置中热能储存材料的总体积的比率，可以大于约0.02mm-1、优选大于约0.05mm-1、更优选大于约0.1mm-1、更优选大于约0.2mm-1、最优选大于约0.3mm-1。
容器/外壳
热储存装置具有用于包含制品组堆的容器。制品组堆可以包含在容器的一个或多个空腔中。适合的容器具有用于使传热流体进入容器空腔中的一个或多个孔口(例如，一个或多个入口)以及用于使传热流体离开容器空腔的一个或多个孔口(例如，一个或多个出口)。入口和出口可以在热储存装置的相同侧或不同侧(例如相对侧)上。除了孔口之外，容器优选被密封或构造成使流过容器的流体不泄漏出容器，使流过容器的流体可以具有高于环境压力的压力，或两者。
容器可以具有任何形状。优选情况下，容器具有可以在其中(例如在制品组堆的密封空间中)填充有大量热能储存材料的形状，使得热储存装置能够储存大量热量。非限制性地，容器和/或容器的空腔可以具有大致圆形、大致椭圆形、大致矩形、大致正方形或具有不同的大致多边形的横截面(例如，与堆叠方向垂直的)。在特别优选实施方案中，容器具有大致圆柱形形状，容器的空腔具有大致圆柱形形状，或两者。例如，热储存装置的容器可以具有大致圆柱形的内表面、大致圆柱形的外表面或两者。圆柱形空腔可以允许具有大致圆形横截面的制品有效堆积在空腔中。例如，大致圆柱形的制品具有大致圆形的横截面。圆柱形制品、圆柱形空腔或两者，可以允许热储存装置的有效隔绝。典型情况下，容器可以用制品堆叠方向(即轴向方向)上的高度和与堆叠方向垂直的方向上的平均长度(例如直径)来表征。例如，圆柱形容器可以用高度和直径来表征。容器的高度与长度(例如直径)的比率可以小于约20、优选小于约5、更优选小于约3、最优选小于约2。容器的高度长度比(例如高度直径比)可以大于约0.05、优选大于约0.2、更优选大于约0.33、更优选大于约0.5、最优选大于约0.6。容器的空腔可以用制品堆叠方向上的高度和与堆叠方向垂直的方向上的平均长度(例如直径)来表征。最优选情况下，容器的内部具有大致圆柱形的空腔，其由空腔直径、空腔高度和轴向中心来表征。容器的内部可以具有与空腔的轴向平行的大致弓形的壁(具有弓形表面)。正如前面讨论的，弓形表面优选具有大致圆形的横截面。容器可用于容纳制品组堆。制品组堆优选被排列成使得在容器空腔的轴向中心处或附近存在中央轴向流动路径(例如通过多个空腔的流体通道)。制品的外周可以包括一个或多个凹口，容器的内壁可以具有一个或多个沟槽(优选在轴向方向或具有轴向分量的方向上)，制品可以具有小于空腔的长度或直径的长度或直径，或其任何组合，使得传热流体能够在制品外周与容器的内部轴向表面之间以轴向方向流动。这样的流动可以被描述为外部轴向流动。制品组堆优选被排列在容器中，使得制品外周与容器的弓形内表面之间的距离，对于制品的不同区域和不同制品来说大致均匀(除了制品中的任何凹口或容器壁中的沟槽之外)。
热储存装置可用于要求长时间储存热量、在总体寒冷的环境(例如温度低于约0℃或甚至低于约-30℃的环境)中储存热量或两者的应用中。优选情况下，储存在热储存装置中的热量缓慢散失到环境。因此在本发明中优选使用一些隔热形式。系统的隔热越好，储存时间越长。
可以利用降低热储存装置的散热速率的任何已知的隔热形式。例如，可以使用在美国专利号6,889,751中公开的任何隔热形式，所述专利在此以其全文引为参考。热储存装置优选为(热)隔绝容器，以使它在一个或多个表面上隔绝。优选情况下，暴露于环境或外部的一些或所有表面将具有邻接的隔热体。隔热材料可以通过减少对流散热、减少辐射散热、减少传导散热或任何组合来发挥作用。优选情况下，隔热可以通过使用优选具有相对低热传导的隔热体材料或结构来获得。隔热可以通过使用相对的隔开的壁之间的间隙来获得。间隙可以被气态介质例如空气空间占据，或者可能甚至可以是抽空的空间(例如通过使用杜瓦容器)、具有低导热性的材料或结构、具有低散热性的材料或结构、具有低对流的材料或结构，或其任何组合。非限制性地，隔热可以包含陶瓷隔热(例如石英或玻璃隔热)、聚合物隔热或其任何组合。隔热可以采取纤维形式、泡沫形式、增密层、涂层或其任何组合。隔热可以采取编制材料、针织材料、非编织材料或其组合的形式。传热装置可以使用杜瓦容器来隔热，更具体为包括被构造以限定内部储存空腔的大致相对的壁以及相对的壁之间的壁空腔的容器，其中壁空腔被抽气至低于大气压。壁可以进一步利用反射性表面涂层(例如镜面)以最小化辐射散热。
优选情况下，在热储存装置和/或热储存系统周围提供真空隔热。更优选情况下，提供在此以其全文引为参考的美国专利号6,889,751中所公开的真空隔热。
压实工具
热储存装置可以任选包括用于制品组堆的一种或多种压实工具，以便总体上维持层之间的间隔。压实工具可以是能够向制品组堆施加压力的任何工具。压力应该足够高，使得两个制品不相对于彼此转动、不相对于彼此轴向移动，或两者。压力可以足够低，使得制品不永久变形、开裂或同时发生两者。优选的压实工具将允许制品的厚度随着热能储存材料温度的变化、热能储存材料在固相和液相之间的变化或两者而变。例如，一个或多个压实工具可以包括制品组堆上的一个或多个弹簧、制品组堆下的一个或多个弹簧或两者。非限制性地，可以利用压实工具例如弹簧来降低或最小化热能储存材料被加热、经历相变(例如固液相转变)或两者时，两个相邻制品之间的径向流动路径厚度的变化。
热储存装置可以具有多个流动路径，用于传热流体通过装置的流动。每个流动路径优选包括两个相邻制品之间的至少一个径向流动。优选情况下，通过热储存装置的两个或更多个(例如每个)流动路径具有相似的总长度、相似的总流体阻力或两者。例如，两个或更多个(例如每个)流动路径一般可以被表征为Tichelmann系统。热储存装置的孔口可以通过管或其他工具与制品组堆的开口相连，使得传热流体必须通过由制品组堆的开口形成的轴向路径流动。典型情况下，将孔口与制品开口所形成的轴向流动路径相连的管将延伸到制品组堆中的一个第一(例如第一)制品或制品组堆中的一个最后(例如最后)制品。装置可以包括一个或多个密封件或板(例如在制品组堆顶部和/或底部)，使得从入口流向出口的传热流体必须流过径向流动路径。密封件可以包括开口，以允许管将孔口与制品组堆的开口相连。密封件可用于在沿着制品组堆开口的轴向流动路径的末端处阻断流体流动，在沿着制品组堆周边的轴向流动路径的末端处阻断流体流动，或两者。
制造囊状结构的方法
含有热能储存材料的囊状结构和制品可以使用为热能储存材料提供包封的任何方法来形成。非限制性的，方法可以利用下述之一或任何组合：切出或冲出通过覆盖片材的开口(例如孔)，切出或冲出通过底部片材(例如薄片材例如箔片)的开口(例如孔)，对底部片材成型(例如热成型、冲压、压印或其他变形方式)以在片材中定义包括至少一个凹陷或槽区域的图案，对底部片材成型以在片材中定义包括一个或多个唇区和一个或多个槽区的图案，在底部片材上切出或冲出外周(例如大致圆形的外周)，在覆盖片材上切出或冲出外周(例如大致圆形的外周)，用热能储存材料填充槽(例如从底部片材形成的槽)，用覆盖片材覆盖槽(例如填充的槽)，将覆盖片材密封附接(例如到底部片材)以便形成含有热能储存材料的一个或多个密封空间，将底部片材沿着外周密封附接，将底部片材沿着开口边缘密封附接，将覆盖片材沿着开口边缘密封附接(例如到底部片材)，或将覆盖片材沿着外周密封附接(例如到底部片材)。形成制品的方法优选包括将底部片材冲压、压印或热成型的步骤。形成制品的方法可以利用2009年2月20日提交的题为“热储存装置”(Heat Storage Devices)的美国专利申请号12/389,598中所描述的产生囊的一个或多个方法步骤。用于形成制品的方法任选包括下列方法之一或任何组合：将底部片材密封附接到一个或多个子结构例如内环、外环或两者；将覆盖片材密封附接到一个或多个子结构例如内环、外环或两者；或沿着底部片材和/或覆盖片材的外周切出、冲压或冲出一个或多个凹口。
根据本文中的教导，囊状结构(或囊状结构的区段)可以通过包括将两个片材在其边缘周围密封附接的方法来形成。优选情况下，至少一个片材被压印、冲压或通过其他方式成型，以便它能够承装液体。更优选情况下，两个片材都被压印、冲压或通过其他方式成型。例如，囊状结构或其区段可以通过包括下列一个或多个步骤的方法来形成：仅仅将第一片材的一部分外周与第二片材联结，以便可以用热能储存材料填充两个片材之间的空间；用热能储存材料填充两个片材之间的至少一部分空间；以及将片材的剩余部分联结，以便形成包括热能储存材料的密封空间。可以重复一个或多个这些步骤，以提供包括多个密封空间的结构。
适用于包封热能储存材料的片材包括耐用、耐腐蚀或两者的薄金属片材(例如金属箔)，使得片材能够包含热能储存材料并且优选不泄漏。金属片材可能能够在具有超过1年、优选超过5年的重复热循环的车辆环境中发挥作用。此外，金属片材可以具有基本上惰性的外表面，其在运行中与热能储存材料接触。与热能储存材料相接触的金属片材的外表面应该包括在与热能储存材料相接触时不显著与其反应、腐蚀或两者的一种或多种材料，或基本上由所述材料构成。非限制性地，可以使用的示例性金属片材包括具有至少一层黄铜、铜、铝、镍-铁合金、青铜、钛、不锈钢等的金属片材。片材可以总体是贵金属，或者它可以是包括具有氧化物层(例如原始氧化物层或可以在表面上形成的氧化物层)的金属的片材。一种示例性金属片材是包含铝或含铝合金(例如含有大于50wt.％的铝、优选大于90wt.％的铝的铝合金)层的铝箔。另一种示例性金属片材是不锈钢。适合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。非限制性地，不锈钢可以包含浓度大于约10wt.％、优选大于约13wt.％、更优选大于约15wt.％、最优选大于约17wt.％的铬。不锈钢可以包含浓度小于约0.30wt.％、优选小于约0.15wt.％、更优选小于约0.12wt.％、最优选小于约0.10wt.％的碳。例如含有19wt.％铬和约0.08wt.％碳的不锈钢304(SAE名称)。适合的不锈钢还包括含钼不锈钢例如316(SAE名称)。金属片材可以具有可能降低或消除金属片材的腐蚀的任何本技术领域已知的涂层。
金属片材具有足够高的厚度，以便在片材造型时、当用热能储存材料填充囊时、在囊的使用期间或其任何组合时不形成孔或裂缝。对于应用例如运输来说，金属片材优选相对薄，使得热储存装置的重量不被金属片材极大地增加。金属片材的适合厚度可以大于约10μm、优选大于约20μm、更优选大于约50μm。金属箔可以具有小于约3mm、优选小于1mm、更优选小于0.5mm(例如小于约0.25mm)的厚度。
图8显示了具有多个制品10″和10″′的示例性热储存装置80的横截面，每个所述制品具有包封在多个密封空间14中的热能储存材料26。将制品排列在隔热容器82中，其可以具有大致圆柱形状。装置包括具有第一相邻制品10″′(a)和第二相邻制品10″′(b)的制品10″。制品10″及其第一相邻制品10″′(a)可以排列成使它们相应的平覆盖片材的顶表面(即外表面)大致相接触。制品10″和第二相邻制品10″′(b)可以具有大致匹配的表面(例如它们各自的底部片材的外表面可以是大致匹配的表面)，并可以被排列成使它们部分嵌套在一起。间隔物(未显示)可用于维持制品10″与其第二相邻制品10″′(b)之间的距离，使得传热流体能够通过两个制品10″和10″′(b)之间的径向流动路径83以大致径向方向流动。制品10″与第二相邻制品10″′(b)之间的空间是传热流体区室的一部分。如图8中所示，各个制品可以具有与传热流体区室相接触的表面(例如底部片材的表面)，使得传热流体可以与每个制品以及优选每个密封空间直接接触。如图8中所示，每个径向流动路径83可以具有相同长度、相同横截面或甚至可以相同。每个制品在其中心附近具有开口。开口也是传热流体区室的一部分。制品10″和10″′被排列成使其开口形成中央轴向流动路径84。制品10″和10″′的外周与容器85的内表面之间的空间也是传热流体区室的一部分，并形成外部轴向流动路径86。热储存装置具有第一孔口87，其与中央轴向流动路径84流体连通。热储存装置可以具有第一密封件或板88，其将第一孔口87与外部轴向流动路径86隔开。容器82具有第二孔口89，其可以位于容器的与第一孔口87相同的一侧上，或容器的不同侧上，如图8中所示。热储存装置可以具有第二密封件90，其将第二孔口89与中央轴向流动路径隔开。第一密封件、第二密封件或两者可以防止流体在两个轴向流动路径84和86之间流动，而不流过径向流动路径83。参考图8，在第一孔口87与第二孔口89之间流动的流体必须流过一部分中央轴向流动路径84，并流过一部分外部轴向流动路径86。传热流体也必须流过两个轴向流动路径84、86之间的径向流动路径83之一。两个轴向流动路径的尺寸优选被选择成使得流体的流体动力学阻力大致恒定，不论一部分流体采用哪条径向流动路径。因此，传热流体通过热储存装置的流动优选为Tichelmann系统。容器82优选是隔热的。例如，容器可以具有内壁91和外壁92，并且两个壁93之间的空间可以被抽空。装置也可以具有一个或多个弹簧例如一个或多个压缩弹簧94，其对制品组堆施加压力。
图9显示了在容器的一侧上具有两个孔口87′和89′的热储存装置80′。这样的装置可以利用与第一孔口87′相连的管95，用于将流体在第一孔口与距第一孔口最远的中央轴向流动路径84′的区域96之间流动。参考图9，第一密封件88′和第二密封件90′可用于防止流体从第一孔口87′流向第二孔口89′而不首先流过径向流动路径83。同样地，通过选择两个轴向流动路径86和84′的尺寸，图9的热储存装置80′可以以Tichelmann系统为特征。
热储存系统
热储存装置可以使用在热储存系统中，所述系统利用一个或多个传热流体将热传递到热储存装置中，将热传递出热储存装置，或两者。
传热流体/工作流体
用于将热传递到和/或传递出热能储存材料的传热流体可以是任何液体或气体，以使流体流过(例如不固结)热储存装置或当其变冷时流通经过的其他部件(例如提供热的部件、一个或多个连接管或线、热移除部件或其任何组合)。传热流体可以是能够在热储存装置所使用的温度下传热的本技术领域已知的任何传热流体或冷却剂。传热流体可以是液体或气体。优选情况下，传热流体能够在它在使用期间可能暴露的最低运行温度(例如最低预期环境温度)下流动。例如，传热流体在约1个大气压和约25℃、优选约0℃、更优选-20℃、最优选约-40℃下可以是液体或气体。非限制性地，用于加热和/或冷却一个或多个电化学电池的优选传热流体在约40℃下是液体。
传热流体应该能够运输大量热能，典型为显热。适合的传热流体可以具有至少约1J/g.K、优选至少约2J/g·K、更优选至少约2.5J/g·K、最优选至少约3J/g·K的比热(在例如约25℃下测量)。优选情况下，传热流体是液体。例如，本技术领域已知的任何发动机冷却剂可用作传热流体。系统优选利用单一传热流体将热量传递到热储存装置中的热能储存材料中并将热量从热储存装置中的热能储存材料移除。可选地，系统可以利用第一传热流体将热量传递到热能储存材料，并利用第二传热流体从热能储存材料移除热量。在包括第一传热流体和第二传热流体的系统中，第一传热流体流过第一传热流体区室，第二传热流体流过第二传热流体区室，其中传热流体区室一般被相对低导热率的材料例如热能储存材料隔开。例如，第一传热流体区室的表面积的至少20％、至少50％或至少约80％可以与含有热能储存材料的制品接触或作为其表面。这与两种传热流体处于相对好的热连通中的热交换器相反。
非限制性地，可以单独或作为混合物使用的传热流体包括本技术领域的专业人员已知的传热流体，并优选包括含有水、一种或多种亚烷基二醇、一种或多种聚亚烷基二醇、一种或多种油类、一种或多种制冷剂、一种或多种醇类、一种或多种甜菜碱类或其任何组合的流体。传热流体可以包括(例如除了上面提到的流体之外或代替上面提到的流体)工作流体、例如后文中所描述的工作流体，或基本上由其构成。可以使用的适合的油类包括天然油类、合成油类或其组合。例如，传热流体可以含有矿物油、蓖麻油、硅油、氟代烃油或其任何组合，或基本上由其构成(例如，至少80wt.％、至少90wt.％或至少95wt.％)。
特别优选的传热流体包括一种或多种亚烷基二醇或基本上由其构成。非限制性地，优选的亚烷基二醇包括约1至约8个亚烷基氧基团。例如，亚烷基二醇可以包括含有约1至约6个碳原子的亚烷基氧基团。亚烷基二醇分子中的亚烷基氧基团可以相同，或者可以不同。任选地，亚烷基二醇可以包括各自含有不同亚烷基氧基团或不同比率的亚烷基氧基团的不同亚烷基二醇的混合物。优选的亚烷基氧基团包括亚乙基氧、亚丙基氧和亚丁基氧。任选地，亚烷基二醇可以被取代。例如，亚烷基二醇可以被一个或两个烷基、例如一个或两个含有约1至约6个碳原子的烷基取代。因此，亚烷基二醇可以包括一种或多种亚烷基二醇单烷基醚、一种或多种亚烷基二醇二烷基醚或其组合，或基本上由它们构成。亚烷基二醇还可以包括聚亚烷基二醇。特别优选的亚烷基二醇包括乙二醇、二乙二醇、丙二醇和丁二醇。任何上述二醇可以单独或作为混合物使用。例如，二醇可以作为与水的混合物使用。特别优选的传热流体包括基本上(例如以传热流体的总重量计至少80wt.％、至少90wt.％或至少96wt.％)或完全由二醇与水的混合物构成的混合物。混合物中水的浓度以传热流体的总重量计优选大于约5wt.％、更优选大于约10wt.％、更优选大于约15wt.％、最优选大于约20wt.％。混合物中水的浓度优选小于约95wt.％、更优选小于约90wt.％、更优选小于约85wt.％、最优选小于约80wt.％。混合物中二醇的浓度以传热流体的总重量计优选大于约5wt.％、更优选大于约10wt.％、更优选大于约15wt.％、最优选大于约20wt.％。混合物中二醇的浓度优选小于约95wt.％、更优选小于约90wt.％、更优选小于约85wt.％、最优选小于约80wt.％。
任选地，传热流体可以包括工作流体或基本上完全由其构成。例如，系统可以包括通过热储存装置流动的工作流体，在所述热储存装置中工作流体被加热并蒸发，然后流向一个或多个部件(例如待加热的部件)，工作流体在那里冷凝。因此，热储存装置可以起到工作流体的蒸发器的作用，待加热部件可以起到工作流体的冷凝器的作用。如果使用工作流体，提供给冷凝器的热量优选包括工作流体的汽化热。系统可以包括用于将工作流体返回到热储存装置的冷管线和用于从热储存装置移出工作流体的热管线。冷管线和热管线优选能够在工作流体流过回路时容纳工作流体而不泄漏。当热储存装置(例如热储存装置中的热能储存材料)处于足以使工作流体所有组分的合并蒸气压超过约1大气压的温度下，并且阀门打开以允许工作流体流动时，工作流体可以a)通过毛细结构泵送；b)至少部分汽化；c)至少部分运输到冷凝器；和d)在冷凝器中至少部分冷凝；以便从热储存装置移除热量。因此，系统可以任选包括毛细泵回路。
工作流体
工作流体可以是当热能储存材料处于或高于其液线温度时能够在热储存装置中部分或完全蒸发(从液态向气态转变)的任何流体。适合的工作流体(例如用于毛细泵回路)包括具有下述特征之一或其任何组合的纯物质和混合物：在热能储存系统最高温度下良好的化学稳定性，低粘度(例如小于约100mPa.s)，毛细结构的良好润湿性(例如良好的灯芯润湿)，与毛细泵回路的材料(例如容器材料、用于包封热能储存材料的材料、蒸气和液体管线的材料等)具有化学相容性(例如工作流体引起材料的低腐蚀)，适用于蒸发器和冷凝器二者的温度的温度依赖性蒸气压，高的体积汽化潜热(例如，单位为兆焦耳每升的熔解潜热与工作流体在约25℃的密度之积可以大于约4MJ/升)，凝固点低于或等于冷凝器传热流体的凝固点(例如凝固点低于或等于防冻剂的凝固点)，或凝固点低于或等于约-40℃。例如，在-40℃温度和1大气压压力下，工作流体的平衡状态可以是至少90％的液态。
非限制性地，示例性工作流体可以包括一种或多种醇类、一种或多种酮类、一种或多种烃类、碳氟化合物、氢氟烃(例如本技术领域已知的氢氟烃制冷剂，例如本技术领域已知的氢氟烃汽车用制冷剂)、水、氨或其任何组合，或基本上由其构成。
工作流体在蒸发器中的蒸气压应该足够高，以便产生足以泵送工作流体的蒸气流。优选情况下，工作流体在蒸发器中的蒸气压应该足够高，以便产生的蒸气流足以将以瓦特度量的所需热功率从蒸发器携带至冷凝器。工作流体在蒸发器中的蒸气压优选足够低，以便毛细泵回路不泄漏并且不破裂。
工作流体对毛细结构的润湿，可以用工作流体在毛细结构材料上的接触角来表征。优选情况下，接触角小于约80°、更优选小于约70°、更优选小于约60°、最优选小于约55°。
工作流体优选在中压下在低于约90℃的温度下冷凝。例如，工作流体可以在低于约2MPa、优选低于约0.8MPa、更优选低于约0.3MPa、更优选低于约0.2MPa、最优选低于约0.1MPa的压力下，在约90℃冷凝。
工作流体优选可以在非常低的温度下流动。例如，工作流体可能暴露于非常低的环境温度，并优选能够在约0℃、优选约-10℃、更优选约-25℃、更优选约-40℃、最优选约-60℃的温度下从冷凝器流向热储存装置。工作流体当处于完全充满的热储存装置的温度下时优选处于气态。例如，工作流体在1大气压下的沸点可以低于热储存装置中热能储存材料的相变温度，优选比热能储存材料的相变温度低至少20℃，更优选比热能储存材料的相变温度低至少40℃。在本发明的各种情况下，可能希望工作流体在1大气压下的沸点(或者工作流体所有组分的合并蒸气压等于1大气压时的温度可以)高于约30℃、优选高于约35℃、更优选高于约50℃、更优选高于约60℃、最优选高于约70℃(例如，使得工作流体在环境温度下为液体)。在本发明的各种情况下，工作流体在1大气压下的沸点可以(或者工作流体所有组分的合并蒸气压等于1大气压时的温度可以)低于约180℃、优选低于约150℃、更优选低于约120℃、最优选低于约95℃。
特别优选的工作流体包括水和氨，或基本上由其构成。例如，工作流体中水和氨的合并浓度以工作流体的总重量计，可以为至少约80wt.％、更优选至少约90wt.％、最优选至少约95wt.％的水和氨。氨的浓度可能足以将工作流体的沸点保持在低于水的沸点(例如比水的沸点低至少10℃)。氨的浓度以工作流体的总重量计可以大于约2wt.％、优选大于约10wt.％、更优选大于约15wt.％、最优选大于约18wt.％。氨的浓度以工作流体的总重量计可以小于约80wt.％、优选小于约60wt.％、更优选小于约40wt.％、最优选小于约30wt.％。工作流体中水的浓度以工作流体的总重量计可以大于约20wt.％、优选大于约40wt.％、更优选大于约60wt.％、最优选大于约70wt.％。工作流体中水的浓度以工作流体的总重量计可以小于约98wt.％、优选小于约95wt.％、更优选小于约90wt.％、更优选小于约85wt.％、最优选小于约82wt.％。例如，约21wt.％氨和约79wt.％水的溶液的液相点约为-40℃，在1大气压下沸程的上限低于约100℃。该溶液可以在室温下储存(例如作为液体)在未加压容器中。
优选情况下，工作流体在约0℃至约250℃的一个温度下，其所有组分的合并蒸气压等于1大气压。
工作流体能够有效地从热储存装置传递热能，使得从热储存装置移除一定量热量所需的工作流体量相对小(例如与使用不是工作流体的传热流体来移除热量的装置相比)。优选情况下，由工作流体传递的大部分热量以汽化热的形式传递。在热能储存系统中，与利用不是工作流体的传热流体并具有相同初始功率的系统相比，工作流体的体积、工作流体的流速或两者可能相对低。每升热储存装置容器的工作流体(即流入热储存装置的液态工作流体)流速可以小于约5升/min、优选小于约2升/min、更优选小于约1升/min、更优选小于约0.5升/min、最优选小于约0.1升/min。系统中工作流体的体积与热储存装置容器中的总容积或热储存装置中热能储存材料的体积的比率应该足够低，以便系统的总重量不受工作流体重量的过度影响。系统中(例如毛细泵回路中)工作流体的体积与热储存装置的容器的总容积(即容器内部的容积)的比率(或者甚至系统中工作流体的体积与热储存装置中热能储存材料的体积的比率)，可以小于约20、优选小于约10、更优选小于约4、更优选小于约2、最优选小于约1。
如上所述，工作流体可以以汽化热的热量形式传递一些热能。工作流体优选具有高汽化热，使得能够传递的热量高。适用于热储存装置的工作流体可以具有大于约200kJ/mole、优选大于约500kJ/mole、更优选大于约750kJ/mole、更优选大于约1000kJ/mole、最优选大于约1200kJ/mole的汽化热。
在工作流体的温度可能低于0℃的应用中，工作流体优选不是水(例如以便工作流体不冷冻、引起破裂或两者)。
应该认识到，与工作流体相接触的材料可以抵抗来自于工作流体的腐蚀。例如，热储存装置或热储存系统可能与工作流体相接触的任一或所有表面(例如，工作流体蒸气管线的内部、工作流体液体管线的内部、热储存装置的传热流体区室的表面、一个或多个阀门的内表面、冷凝器中工作流体区室的表面、工作流体储液器的内表面等)可以由不锈钢制成。
应该认识到，在本文中描述的热能储存系统中使用的任何工作流体或传热流体可以包括添加剂包。这样的添加剂包对于本技术领域的专业人员来说是公知的，并被改造以安装在可以利用本发明的装置的系统中。例如，添加剂包可以包括稳定剂、缓蚀剂、润滑剂、极端压力添加剂或其任何组合。
任选的加热器
热储存系统可以任选包括一个或多个加热器。加热器可以是能够将热储存装置中热能储存材料的温度增加至超过其转变温度的温度的任何加热器。加热器可以是将能量(例如电能、机械能、化学能或其任何组合)转变成热(即热能)的任何加热器。一个或多个加热器可以是一个或多个电加热器。一个或多个加热器可以被用于加热热储存装置中的一些或所有热能储存材料。优选情况下，系统包括与热储存装置热连通的一个或多个加热器。例如，系统可以包括热储存装置隔热层中的一个或多个加热器。电加热器可以利用来自于一个或多个电化学电池、来自外部源或两者的电力。例如，当介质被接通到与固定目标相连的出口中时，可以使用来自于外部源的电力将热储存装置维持在高于热储存装置中热能储存材料的液线温度的温度。当介质没有接通到与固定目标相连的出口中时，可以使用从电化学电池产生的电力将热储存装置维持在高于热储存装置中热能储存材料的液线温度的温度。
热储存装置可被用于加热一个或多个部件的方法中。方法可以包括使传热流体流过热传递装置。使传热流体流过热储存装置的步骤可以包括使具有初始温度的传热流体流过装置的入口；使热传递流体流过轴向流动路径以便可以将传热流体分开到多个径向流动路径中；使传热流体流过径向流动路径以便它能够从热能储存材料移除热量，其中热能储存材料具有高于传热流体的初始温度的温度；使传热流体流过不同轴向流动路径以便可以将多个径向流动路径重新合并；使具有出口温度的传热流体流过装置的出口；或其任何组合。优选情况下，传热流体的出口温度高于传热流体的初始温度。用于加热一个或多个部件的方法可以利用通过热储存装置的流动路径、包括一个所选的径向流动路径和两个轴向流动路径，所述流动路径具有一定总流动长度，其中总流动长度对于不同径向流动路径来说是大致恒定的。
热储存装置和/或热储存系统的特征可以是具有相对高功率(例如在初始的30或60秒加热期间测量的)，以便它能够快速加热组件，例如内燃机。热储存装置和/或热储存系统的特征可以是平均功率大于约5瓦、优选大于约10瓦、更优选大于约15瓦、最优选大于约20瓦。
热储存装置和/或热储存系统的特征可以是具有相对高功率密度，以便它能够在相对小区室中容纳大量热能。例如，热储存装置和/或热储存系统的特征可以是具有大于约4kW/L、优选大于约8kW/L、更优选大于约10kW/L、最优选大于约12kW/L的功率密度。
热储存装置和/或热储存系统的特征可以是具有相对低的传热流体压力降(在约10L/min的传热流体流速下测量)。例如，热储存装置和/或热储存系统的特征可以是具有小于约2.0kPa、优选小于约1.5kPa、更优选小于约1.2kPa、最优选小于约1.0kPa的传热流体压力降。
例如，热能储存系统可以在运输车辆(例如汽车)中用于储存来自于发动机废气的能量。当发动机产生废气时，旁路阀可以引导气体流通过热储存装置以便热储存装置被充能，或通过旁路管线以防止热储存装置过度加热。当发动机关闭时，例如在车辆停泊期间，热储存装置中储存的大部分热量可以保留长时间(例如由于热储存装置周围的真空隔热层)。优选情况下，在将车辆在约-40℃的环境温度下停泊16小时后，热储存装置中至少50％的热能储存材料保持在液体状态。如果车辆被停泊足以使发动机显著冷却(例如使得发动机与环境之间的温度差低于约20℃)的长时间(例如，至少2或3小时)，可以通过使传热流体(例如发动机冷却剂)流过包括用于工作流体的冷凝器的热交换器，将储存在热储存装置中的热量间接排放到冷发动机或其他热量受体中。使用热储存装置内部的毛细结构，使工作流体在毛细泵回路中流通，工作流体在其中被气化。来自于工作流体的热被传递到热交换器中的发动机冷却剂。通过使用热储存装置，否则将在前一次旅行期间被浪费的热量可以被捕获，以减轻冷启动和/或提供驾驶舱即时加热。
用于储存热量、例如来自车辆废气的热量的热能储存系统，可以包括图10中所示的一些或所有特征。热能储存系统100包括热储存装置101。热能储存系统可以包括热交换器或冷凝器102，其具有用于第一传热流体107的第一入口117和用于第一传热流体的第一出口117。热能储存系统100可以具有管(例如管线)113，其将热交换器102的第一传热流体入口111与热储存装置101的第一传热流体出口相连。热能储存系统100可以具有管109，其将热交换器102的第一传热流体出口117与热储存装置101的第一传热流体入口相连。第一传热流体107流过热储存装置101的第一传热流体区室。第一传热流体可以流过热交换器102的第一传热流体区室。第一传热流体可以是工作流体，从热储存装置101到热交换器102的管线可以是蒸气管线，热交换器102可以是用于工作流体的冷凝器，第一传热流体区室可以是工作流体区室。因此，热能储存系统100可以包含毛细泵回路，其包括热储存装置中的工作流体区室、冷凝器中的工作流体区室、工作流体蒸气管109和工作流体液体管113。热能储存系统还包括一个或多个传热流体或工作流体储存器110。当在毛细泵回路中使用时，储存器110优选具有高度上比热储存装置101的工作流体入口更高，并且在高度上比冷凝器的工作流体出口117、冷凝器的工作流体入口111或两者更低的填充液位。热能储存系统100可以包括阀118，以调节第一传热流体在连接热储存装置101与热交换器102的管113中的流动。例如，当热储存装置充能时和当热储存装置正储存热量时，阀118可用于防止传热流体流通。当需要从热储存装置排出热量时，可以将阀门118打开。再次参考图10，热能储存系统可以包括传热流体入口管线108和传热流体出口管线106，用于使第二传热流体进入和离开热储存装置101。热能储存系统也可以具有传热流体旁路管线105和分流阀(例如旁路阀)104，以将一些或所有第二传热流体导向旁路管线105(例如，当热储存装置完全充满时，或当第二传热流体的温度低于热储存装置101中的热能储存材料的温度时)。热能储存系统也可以包括用于将另一种传热流体提供到热交换器中的冷管线116，和用于从热交换器102移除加热的传热流体的热管线115。冷管线116和热管线115是传热流体回路114的一部分。传热流体回路114可以包含发动机冷却剂。传热流体回路114可以与内燃机103相连。因此，热能储存系统100可以用储存在热储存装置101中的能量加热内燃机103。
使用工作流体传递热量可以通过打开工作流体阀(即排放阀)来开始。通过另外的液体管线与回路相连的密封的工作流体储存器，用于调节回路内部工作流体液体体积的变化而不引起显著的压力变化。在足够或所有可用的热量从热储存装置传递出来后，可以关闭排放阀。热储存装置中剩余的工作流体可以蒸发(例如从热储存装置中剩余的热量或当热储存装置开始充能时)，然后在冷凝器中冷凝。当热储存装置被排空工作流体时，工作流体液位的液体水平可能改变(例如升高)。
热储存装置任选可以是错流式热交换器(即具有工作流体的流动方向与用于废气流动的垂直流动方向)。例如，在运行期间，热储存装置可以包括三个仓室，其被1)废气、2)停滞的相变材料(例如在囊、例如泡罩包装内部)和3)工作流体占据。所有三个仓室由适合材料、优选为不锈钢制成的薄壁保持隔开。废气可以在泡罩内部的相变材料囊的表面(例如弯曲表面)之间流动，工作流体可以在泡罩内部的相变材料囊的不同表面(例如平面表面)之间，以与废气流动方向大致垂直的方向流动。进入其仓室的液态工作流体优选润湿毛细结构(例如金属芯)，并由作用于毛细管内部形成的工作流体弯液面上的毛细力对抗重力和蒸气压的组合力向上运输。这种流动由使用从泡罩内的相变材料抽出的热量连续蒸发液体来维持。工作流体的蒸气离开毛细结构，并通过蒸气通道散逸到装置顶部，所述通道可以在泡罩内的相变材料囊的表面(例如平面表面)之间挤压的毛细结构的柱之间相互交叉。工作流体的蒸气流入冷凝器，在那里它将其汽化热和显热传递到冷的冷却剂，变成液体再次返回热储存装置并继续其在回路中的流通，其只由部分浸渍有液态工作流体的毛细结构(例如金属芯)内部存在的毛细力泵送。毛细结构的所有柱可以与共同的多孔基质相连。这样的多孔基质可用于将从装置底部进入的液态工作流体分散到不同柱中。
此外，本发明可以与其他元件/部件/步骤组合使用。例如，用于空调的吸收式或吸附式循环制冷系统，可以被用作代替或除冷的冷却剂之外的热受体(例如，冷凝器也可用作在空调的流体回路内流通的制冷剂的蒸发器)。在另一个应用中，可以构建使用热发动机的稳态废热回收系统例如兰金循环，以便它使用相同或不同的毛细泵回路工作流体，并向热储存装置与冷凝器之间的蒸气管线添加机械发电涡轮机(例如以克服涡轮机上游的高蒸气压)，和/或向冷凝器与热储存装置之间的液体管线添加液体泵。上述涡轮机可以将从废气废热捕获的一部分热量转变成有用的机械或电力功，从而提高车辆的总体燃料效率。
尽管可能容易对本发明进行各种不同的修改和可选形式，但作为实例显示了上面所讨论的示例性实施方案。然而还应该理解，本发明不打算受限于本文中公开的具体实施方案。事实上，本发明的技术打算覆盖在由后面随附的权利要求书所定义的本发明的精神和范围之内的所有修改、等同方案和可选方案。

Claims (26)

1.制品，其包含：
具有一个或多个密封空间的囊状结构，其中所述密封空间包封有一种或多种热能储存材料；
其中所述囊状结构具有一个或多个流体通道，所述流体通道足够大以允许传热流体流过所述一个或多个流体通道；并且
当传热流体与所述囊状结构接触时，所述热能储存材料与所述传热流体相隔离。
2.权利要求1的制品，其中所述囊状结构包括能够包封所述热能储存材料的两个片材，所述片材具有外周，并且每个片材至少沿着所述外周彼此和/或与一个或多个另外的子结构密封附接，并在其间形成含有所述热能储存材料的一个或多个密封空间。
3.权利要求2的制品，其中所述片材具有相应的开口，并且每个片材在其开口的边缘周围彼此和/或与一个或多个另外的子结构密封附接。
4.权利要求3的制品，其中所述片材沿着所述外周并沿着其开口的边缘彼此密封附接。
5.权利要求1至4任一项的制品，其中所述囊状结构具有顶表面和外周；
其中所述顶表面包括两个或更多个沟槽，其各自从所述流体通道向所述外周延伸，并各自提供所述通道与所述外周之间的流体连通。
6.权利要求1至5任一项的制品，其中所述囊状结构具有第一外表面和第二外表面，所述囊状结构具有由所述第一外表面与所述第二外表面之间的平均间隔所限定的厚度，其中所述囊状结构足够薄以使热量能够快速转移出所述一个或多个密封空间；并且所述一个或多个密封空间具有总的包封的容积，其大部分装填有所述热能储存材料，使得所述制品能够储存大量热能。
7.权利要求6的制品，其中所述流体通道接近所述第一外表面的几何中心。
8.权利要求1至7任一项的制品，其中所述制品包括3个或更多个密封空间。
9.权利要求1至8任一项的制品，其中所述一个或多个密封空间在约25℃温度下具有一定的总内部容积，并且所述密封空间在约25℃温度下包含一定的热能储存材料总体积，其中所述热能储存材料的总体积与所述总内部容积的比率为至少约0.50。
10.权利要求1至9任一项的制品，其中所述制品的外周包括一个或多个凹口，使得当制品组堆被置于空心圆柱中时，传热流体能够流过由凹口形成的空间。
11.权利要求1至10任一项的制品，其中所述制品的厚度小于约1cm，并且所述制品具有大于约5cm的维度。
12.权利要求1至11任一项的制品，其中所述制品的表面包括一个或多个突出部，使得当多个制品堆叠时，在所述制品之间将存在允许传热流体流动的空间。
13.权利要求1至12任一项的制品，其中所述制品包括第二表面，其中所述第二表面是大致弓形的。
14.权利要求13的制品，其中所述制品是具有一定形状的第一制品，并且其中第二制品具有与所述第一制品相同的形状并置于使所述第一制品的弓形表面朝向所述第二制品的弓形表面的位置，所述第一和第二制品能够至少部分地嵌套在一起。
15.权利要求1至14任一项的制品，其中所述热能储存材料是具有高于约30℃并低于约350℃的固液相转变温度的相变材料。
16.一种装置，其包括容器和多个权利要求1至15任一项所述的制品，其中所述多个制品被堆叠，使得所述制品的流体通道轴向排列。
17.权利要求16的装置，其中：
i)将两个制品排列成使所述两个制品大致平的表面相邻接，使得所述两个制品形成轴向的密封空间层；或者
ii)单个制品形成轴向的密封囊层；并且其中所述装置包括传热流体流动路径，其包括通过所述制品组堆的流体通道的轴向流动路径、包括相邻的轴向密封空间层之间的空间的径向流动路径、以及包括所述容器内所述制品外周之外的空间的不同的轴向流动路径。
18.权利要求17的装置，其中通过所述制品的所述流体通道的所述轴向流动路径与包括所述制品外周之外的空间的所述轴向流动路径，由所述径向流动路径隔开。
19.权利要求15至18任一项的装置，其中所述容器包括多个孔口，其中所述多个孔口包括一个或多个使流体能够进入所述容器的入口，以及一个或多个使流体能够离开所述容器的出口。
20.权利要求15至19任一项的装置，其中相邻层之间的平均距离小于约5mm。
21.权利要求15至20任一项的装置，其中所述容器具有大致圆柱形的形状，其包括一定的半径和高度，其中所述半径与所述高度的比例为约1∶3至约10∶1。
22.权利要求15至21任一项的装置，其中所述容器中热能储存材料的浓度以所述容器的总内部容积计，大于约60vol.％。
23.一种方法，其用于从权利要求16至22任一项的热储存装置移除热量，所述方法包括使传热流体流过所述装置的步骤。
24.权利要求23的方法，其中所述使传热流体流过所述装置的步骤包括：
a.使具有初始温度的传热流体流过所述装置的入口；
b.使所述传热流体流过轴向流动路径，使得所述传热流体可以分到多个径向流动路径中；
c.使所述传热流体流过径向流动路径，以便它能够从所述热能储存材料移除热量，其中所述热能储存材料具有高于所述传热流体的初始温度的温度；
d.使所述传热流体流过不同的轴向流动路径，以使多个径向流动路径能够重新合并；
e.使具有出口温度的所述传热流体流过所述装置的出口；
其中所述传热流体的出口温度高于所述传热流体的初始温度。
25.一种方法，其用于形成权利要求1至15任一项的制品，其中所述方法包括在底部片材中切出开口；对底部片材进行压印以使它具有一个或多个槽；用热能储存材料填充一个或多个槽；在覆盖片材中切出开口；以及将所述覆盖片材至少沿着外周和开口边缘与所述底部片材密封附接，以便形成具有开口并包含一个或多个含有所述热能储存材料的密封空间的制品。
26.一种系统，其包括权利要求16至22任一项的热储存装置和传热流体，其中所述传热流体与所述一个或多个密封空间中的所述热能储存材料处于热连通。
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