CN113167547A - 储热容器中的流体流动 - Google Patents

Abstract

一种用于在热力系统中进行热交换的储热容器，所述储热容器经由流过设置在所述储热容器内部的相变材料的流体来进行热交换，所述储热容器包括：一储热容器壳体；一流体入口及一流体出口；以及一个或多个膜盒，含有所述相变材料并且限定多个通道，所述多个通道配置为在所述壳体内的不同部分引导所述流体的流动；其中从所述流体入口到所述流体出口的一实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间测得的所述流体流经全部区段的一直线长度。本发明还描述相关的设备及方法。

Description

储热容器中的流体流动

相关申请

本申请主张于2019年3月27日提交的美国临时专利申请第62/824,914号、2019年3月27日提交的美国临时专利申请第62/824,575号、以及2019年3月27日提交的美国临时专利申请第62/824,541号的优先权，该等申请要求2018年9月25日提交的国际专利申请PCT/IB2018/001091的优先权，该国际专利申请要求于2018年6月14日提交的美国临时专利申请第62/685,147号(标题为可配置的热能存储阵列)以及于2017年9月25日提交的美国临时专利申请第62/562,562号(标题为可配置的热能存储阵列)的优先权。

以上全部申请案的内容通过引用的方式并入本文中，如同在本文中完全阐述。

技术领域及背景技术

在本发明的一些实施例中，本发明涉及多种热容器，特别是但不限于通过流体流过热能存储系统的储热容器中的相变材料来进行热交换的热容器

发达国家对能源消耗的许多研究都指出，能源(电力)消耗高峰每年发生的时间少于400至300小时(占时间的5％)。大量的这种能源需求高峰可能归因于结构冷却系统，例如：冷却机、空调或依靠热泵的空间加热系统。因此，提供高效、低成本的冷却系统以抵消电网的波动的需求逐渐成长。

针对这种需求的一种应对方式是发展热能存储系统，特别是储冰系统，储冰系统通过在非高峰时间运行电网耗电的冷却器或热泵来存储冷或热能量，然后在高峰或其他时间释放存储的能量。当前一些系统的缺点是与商业建筑不兼容、缺乏模块化，以及占地面积大，为了提供足够的热能存储，通常需要使用昂贵的房地资产；因此，商业部门(办公楼、购物中心、酒店、医院等)几乎完全没有这种储能方法，这是造成高峰需求现象的重要原因。

这种存储热能的传统系统中最常见的类型被称为“冰上盘管式(ice-on-coil)”存储系统。这些系统包括填充有用于存储热能的水/冰(作为相变介质(PCM))的存储槽，特别是利用液态水变成冰的相变。这些系统还包括放置在所述存储槽内部的盘管(coil)，从而与水/冰进行热交换。当对这种类型的系统进行蓄冷时，盘管周围会结冰，从而形成一个巨大的块状物。这些系统的效率损失很大，因为水的冻结经常是在盘管处或盘管上开始的，而冻结的水是相当好的热绝缘体。因此，当存储槽被盘管冷却到低于0℃以下，盘管上的一层冰的厚度增加以存储浅热能。因此，绝缘层的增加使得冻结存储槽的整个容积变得越来越困难。这就是所谓的“积冰”问题。因此，传统系统必须使用非常低的温度来冷却盘管，然而这种方式是低效的。此外，在过低的温度下工作会损害冷却器的COP(性能系数)。

此外，一种不同类型的传统热能存储系统被称为“封装冰(encapsulated ice)”存储系统，其中多个盛水的容器作为存储能量的相变材料(PCM)被放置在一个存储槽内。另一种介质，例如：水乙二醇混合物，用于与容器内的水/冰进行热交换，根据需要泵送通过所述存储槽。然而，到目前为止，这种类型的热能存储系统还缺乏效率及可靠性。

在现有系统(特别是使用水/冰的“封装冰”及“冰上盘管式”系统)的一种低效率情况是缓慢或不一致的冰核化，这导致低效的热能存储及取冷。不一致的冰核化与生成通常是由于过冷水在所需温度下没有冻结造成的。

某些现有系统的另一个限制是存储流体(水)体积与总系统体积之间的有限比率及/或存储流体(水)与传热流体(例如：乙二醇)之间的有限接触，这是由于随着取冷周期(discharge cycle)的推进，膜盒内的两种流体之间的水屏障逐渐增大，或存储流体容器的低填充系数，或存储流体容器的设计不良，使得它们没有足够大的表面积暴露于传热流体或阻挡传热流体的流动，从而大幅降低了储热的效率。某些系统的另一个限制是低效率的取冷过程，因此无法使系统中存储的所有冰融化。此外，传统系统提供不足且尤其是下降的取冷率，这不足以支持负载需求。换句话说，传统的储冰系统通常存在取冷行为/取冷曲线不稳定及恶化的问题。

使用水/冰作为能量存储介质的一些热能存储系统的另一个问题是它们在其使用寿命期间会遭受系统性能的退化，例如，由于材料疲劳(material fatigue)或系统流动特性的变化。特别是在目前的“封装式冰系统”中，冻结时水的体积反复膨胀及收缩会产生这样的问题。传统热能存储系统的另一个问题是在取冷周期的后半部，使用水作为PCM的功率下降。这种现象是由膜盒内的融化水引起的，膜盒内的融化水对热交换/热传导起着屏障作用，当冰融化时，这种屏障会不断变大。

在此通过引用的方式将上述以及本说明书中公开的参考资料以及这些参考资料中提及的所有引用文献并入本文中。

发明内容

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种用于在热力系统中进行热交换的储热容器，所述储热容器经由流过设置在所述储热容器内部的相变材料的流体来进行热交换，所述储热容器包括：一储热容器壳体；一流体入口及一流体出口；以及一个或多个膜盒，含有所述相变材料并且限定多个通道，所述多个通道配置为在所述壳体内的不同部分引导所述流体的流动。

选择性地，相对于定位在所述壳体的下游的一个或多个下游膜盒，一个或多个上游膜盒横向定位在所述壳体内。

选择性地，一纵向轴被限定通过所述储热容器，并且一个或多个膜盒具有相对于一个或多个下游膜盒的一方向，所述方向围绕所述纵向轴的角度呈至少30°。

选择性地，一个或多个膜盒是水平的，接近下游的一个或多个膜盒是垂直的。

选择性地，通过所述膜盒从所述流体入口到所述流体出口的所述实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间沿一般流动方向测得的一长度。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种经由流过储热容器的流体来进行热交换的方法，所述方法包括：

通过一流体入口，将所述流体注入所述储热容器；

在所述流体与位于所述储热容器的一区段的内部的冷冻相变材料之间进行热交换；

将所述流体的流动方向修改至少30°至所述储热容器的一纵向方向；

在所述储热容器的其他部分中重复交换并且至少修改一次以上；以及经由一流体出口，从所述储热容器中输出所述流体。

选择性地，通过所述区段从所述流体入口到所述流体出口的所述实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间测得的所述流体流经全部所述区段的一直线长度。

选择性地，与设置在所述区段的一个或多个膜盒进行交换。

选择性地，通过改变设置在所述区段的一个或多个膜盒的所述方向来进行修改。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种热能存储阵列(thermal energystorage array)，所述热能存储阵列包括多个冰砖，其中每个所述冰砖包括多个膜盒；其中所述冰砖相互连接，用于流体连通流过所述冰砖的第一流体，以及其中所述多个冰砖配置成模块化结构的排列，所述模块化结构的排列包括一个或多个：彼此堆叠在一起的冰砖；彼此的端部靠着端部的冰砖；或彼此相邻靠着的冰砖。

选择性地，所述阵列还包括围绕所述冰砖的所述模块化结构排列的外表面的绝缘板。一方面，这些绝缘板被提供用于围绕所述模块的外表面。另一方面，非外部表面应避免使用绝缘板。根据计划的模块化冰砖排列，绝缘板设计为附着在一块或多块冰砖上。这导致了同质的冰砖结构，这种冰砖结构易于安装也易于拆卸。这种配置节省了所需的全部绝缘，因为只有整个阵列的外表面需要绝缘，而不是每个砖的每个表面都需要绝缘。

选择性地，所述膜盒包括第二流体，所述第二流体包括水。选择性地，所述阵列还包括一流体分配系统。选择性地，所述第一流体具有低于所述第二流体的冰点。选择性地，所述第二流体包括冰成核剂(ice nucleation agent)。选择性地，所述冰成核剂为石英。选择性地，冰砖包括65％及85％之间的所述第二流体，所述第二流体包含在所述膜盒内。选择性地，所述阵列还包括用于冷却所述第一流体的TES冷却器。

选择性地，所述TES冷却器的冷凝部分由第三流体冷却，所述第三流体也冷却由所述阵列使用的结构中的负载。选择性地，所述阵列包括空气压缩机。选择性地，所述膜盒包括位于所述膜盒的上角落的填充喷嘴，以使能够利用所述第二流体将所述膜盒填充到最大值。选择性地，所述膜盒包括一个或多个窄侧间隔物及宽侧间隔物，其中当所述间隔物在所述冰砖内包装在一起时，在所述膜盒之间形成间隙。选择性地，所述膜盒表面包括多个凸起，多个凸起适于增加围绕所述膜盒的所述第一流体的湍流。选择性地，所述冰砖是矩形的。选择性地，所述冰砖的尺寸为50×50×400厘米。选择性地，所述冰砖的尺寸为25×25×400厘米。选择性地，所述冰砖具有750至1200升的容量。选择性地，所述冰砖的储能容量为15至23TRH。选择性地，所述膜盒包含环己烷形状。选择性地，将所述环己烷形膜盒放置在所述冰砖内以在冰砖内自由沉降。

选择性地，所述冰砖适于定位在地下。选择性地，所述冰砖是圆柱形的，并且包括一个管道，所述管道包括一个螺旋形金属加强件，所述金属加强件沿着所述冰砖的外部延伸，以便能够将所述冰砖放置在地下。选择性地，所述膜盒排列在所述冰砖内部的固定位置。选择性地，所述冰砖还包括插设在所述膜盒之间的多个间隔物，其中所述间隔物确保所述第一流体流过所述冰砖，并且当所述膜盒之间的间隙由于所述第二流体融化而增大时，所述间隔物使湍流最大化。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种排放用于冷却负载的热能存储(TES)系统的方法，所述方法包括：提供一TES系统，其中所述TES系统包括一排冰砖、一控制器，以及一流体分配系统，其中一排冰砖被所述流体分配系统分隔成多个冰砖的子集；其中所述控制器是计算装置；经由所述多个子集的第一子集的控制器激活，使得第一流体流过所述第一子集以冷却所述负载；经由所述控制器监控所述第一流体的温度；当所述第一流体的温度超过阈值时，由所述控制器激活所述多个子集的另一个子集，使得第一流体流过所述另一个子集以冷却所述负载，其中所述另一个子集是在主动取冷过程中未被激活的子集；并且重复前述两个步骤。

选择性地，除了所述第一子集之外，所述方法还激活另一个子集，以使得所述第一流体流过所有激活的子集。选择性地，所述方法还包括：由所述控制器确定所述多个子集是否全部被激活，以及当所述多个子集全部被激活时，由所述控制器终止所述取冷。选择性地，所述流体分配系统包括：至少一个泵及至少一个流量控制机构，其中激活子集包括：激活所述至少一个泵及所述至少一个流量控制机构，使得所述第一流体流过所述子集。选择性地，每一个所述冰砖包括一容器，所述容器包括多个膜盒，并包括用于实现所述阵列内所述第一流体的流体连通的入口及出口管道。选择性地，所述多个膜盒包括第二流体，所述第二流体在取冷之前的温度低于所述第一流体，以及其中当所述第一流体流过所述冰砖时，所述多个膜盒冷却所述第一流体。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种热能存储单元，所述热能存储单元包括：一管子，具有至少一个用于第一流体的入口及至少一个出口；多个膜盒中具有第二流体，其中多个膜盒设置在管子内；其中所述第一流体是用于与第二流体交换热量的传热流体；所述第二流体是相变介质；其中第一流体从入口到出口的实际流动路径的平均长度大于所述管子的长度。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种热能存储单元，所述热能存储单元包括：一管子，具有至少一个用于第一流体的入口及至少一个出口；多个板状膜盒中具有第二流体，其中多个膜盒堆叠在管子内或其中所述多个膜盒排列在所述管子内部以形成多个膜盒的堆叠；其中所述第一流体是用于与第二流体交换热的传热流体；所述第二流体是相变介质；其中在膜盒之间提供用于第一流体的多个限定的窄或浅的流动路径。

选择性地，所述热能存储单元具有多个膜盒，所述多个膜盒适于使得在所述流动路径的至少一部分中以弯曲模式提供所述流动路径。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述管道是矩形的；以及所述管子的长度与宽度的比率介于约4至50的范围内；及/或所述管子的宽度与高度的比率介于约0.5至2的范围内。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述管道的形状是矩形的，以及所述管子的长度与宽度的比率介于约12至20的范围内，选择性地为约16；及/或所述管子的宽度与高度的比率为约1。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述多个膜盒的所述第二流体的总体积为所述管道的总体积的50％到90％，选择性地为65％到85％。这已被证明是第二流体的体积与管子总体积的最佳或接近最佳的比率。一方面，第一流体必须具有足够的空间，以便能够与流体交换热量，另一方面，应该具有尽可能多的可用容量来存储热量。

选择性地，所述热能存储单元配置成提供热能存储，使得：(a)入口及出口设置在管子的同一端；以及(b)在每个膜盒上，第一流体从入口到出口的流动基本上是双向的。例如，设置在大约所述膜盒的中间的橡胶密封元件可作为用于所述管子内部的所述第一流体的分流器。因此，第一流体的两种大致双向流动可以通过具有不同温度的膜盒。因此，膜盒受到第一流体的两种不同流动的影响，并以两种不同的温度加热或冷却，从而在膜盒内部提供了温度梯度。这种温度梯度导致膜盒内部的第二流体(水)的有利循环，从而在膜盒内部提供热传导效应，并对膜盒内融化水的隔离屏障的形成产生额外作用。

选择性地，所述热能存储单元配置成使其箱形或板形膜盒的宽边为凹面(形)。这种膜盒具有多个凹壁，所述多个凹壁在中心处提供壁面的特定弹性。因此，所述膜盒的壁可以弯曲，以使得第二流体在其相变过程中的体积增加而不会受到损坏。此外，宽边的凹面形状在并排堆叠的膜盒之间提供了窄形且限定的流动路径。由于所述膜盒的壁面的宽边的凹面形状，在狭窄(或浅)的堆叠的相邻膜盒之间形成第一流体的流道(flow channel)。因此，相较于圆柱形通道，所述通道的表面积与体积比(surface-to-volume ratio)得到改善，并且第一流体接触膜盒宽侧的表面增加。因此，经由为第一流体及膜盒提供相应(窄)形状的流道(及流动路径)，改善了通过膜盒与第一流体之间的接触面进行的热交换，其中这是另一种节省空间的解决方案。换句话说，通过在膜盒与第一流体之间提供具有相应的扁平流道的扁平膜盒，可以显着提高膜盒与第一流体之间的热交换率。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述膜盒的至少一个表面包括多个凸起，多个凸起适于产生或增加第一流体通过所述管道的湍流。这可能增加所述系统的效率。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述多个膜盒中的每个膜盒具有相同的类型，或者所述多个膜盒中的每个膜盒对于所述第二流体具有相同的体积。这可能降低制造成本且易于生产具有限定流动路径的层叠的膜盒。

选择性地，所述热能存储单元还包括放置在多个膜盒之间的刚性间隔物。因此，刚性(例如：网格型)间隔物由金属或塑料制成，放置在膜盒的扁平壁之间，其中网格可以具有多种形状：矩形、菱形或方孔网格焊接或链锁型。所述间隔物的尺寸可选择为具有足够的自由空间供所述膜盒的壁膨胀，自由空间应大于膜盒体积的15％，但小于不具有间隔物的膜盒之间的假设自由流动面积的30％。金属网格可以由直径为约2.8毫米的不锈钢杆制成，所述不锈钢杆焊接成尺寸为310×140毫米的方形网格，具有8根纵向杆及6根横向杆。

选择性地，所述热能存储单元还包括放置在所述多个膜盒之间的弹性间隔物，其中所述弹性间隔物包括翼片。这些弹性翼片可能提供弹性的流动控制以根据膜盒的蓄冷状态进行自主调整。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得膜盒通常为盒状或板状；以及所述间隔物的尺寸使得两个膜盒的宽边之间的自由流动面积在没有间隔物的膜盒之间的自由流动面积的15％至30％的范围内。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得至少一个膜盒包括成核剂，例如：石英。因此，膜盒的冷却温度可高于传统的储冰系统。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述膜盒包括多个传热条带，所述传热条带选择性地排列使得它们将热传递到所述膜盒的内部。一些传统的含水膜盒的一个问题是水的传热系数很低。因此，从膜盒内部到外部的热传递被靠近壁面的水/冰阻挡。使用传热条带有可能解决这个问题，因为它们也能向膜盒内部提供有效的传热。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述传热条待由铝制成。这种材料提供良好的导热系数。替代地，所述传热条带可以由其他具有良好导热系数的材料制成，例如：不锈钢。选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述传热条带由在标准条件下具有大于10W/(m*k)的导热系数k的材料制成。选择性地，在标准条件下，所述条带的所述导热系数k大于75W/(m*k)。这可能进一步改善所述膜盒内部的制冰过程。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述传热条带的厚度为0.4至4毫米、长度为35至350毫米，以及宽度为5至10毫米。这些尺寸可能在所述膜盒内部提供良好的传热速率。此外，这些条带可以容易地通过小开口而放置在膜盒内部。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述膜盒通常为盒状或板状；以及所述膜盒包括位于所述膜盒的角落处的单个注入口。这种形状具有高的表面积与体积比。这可能改善第一流体与第二流体之间的热交换率。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述膜盒通常为盒状或板状；以及所述膜盒包括多个隆起(ridges)，使得多个膜盒彼此间隔排列。所述多个隆起使得能够为所述膜盒之间的所述第一流体的限定流动路径创建自由空间。

由于所述膜盒具有平坦或不平坦的宽边，在两个堆叠的膜盒之间形成狭窄(或浅)的空间。因此，为第一流体建立改良且限定的流动路径，从而实现高的热交换率。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述管道的外形是棱柱形的，棱柱形管子的长度是其最大直径的四倍。

选择性地，所述热能存储单元配置成所述膜盒具有基座及多个凸起，所述多个凸起从所述基座凸出；所述基座通常是球形并且具有第一半径；所述多个凸起通常是半圆形并且具有第二半径；第二半径至少比第一半径小50％。这个优选实施例涉及环己烷形的膜盒，这将在下文中讨论。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述多个凸起平均地分布在所述基座的表面上。

选择性地，所述热能存储单元配置成使得所述膜盒具有12个凸起并且因此呈环己烷的形状。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种热能存储系统，所述系统包括上述的多个热能存储单元，所述系统的特征是所述热能存储单元是建筑物的结构布置的一部分；其中所述结构布置是墙面、地板或屋顶，或墙面、地板或屋顶的组合。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种热能存储系统，所述系统包括上述的多个热能存储单元，所述系统的特征是多根管子的组合长度与流动切割面积(flow-cut-area)的比率在约40至400(厘米/平方厘米)的范围内，选择性地为约60及150(厘米/平方厘米)，其中所述流动切割面积被定义为每个膜盒中的第一流体的横截面自由流动面积。

选择性地，所述热能存储系统配置成使得管子的数量为3至5，选择性地为4。

选择性地，所述热能存储系统配置成使得所述多个管子的组合长度为10至30米，选择性地为16米。这确实为系统创造了最佳或接近最佳的热交换率。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种用于如上所述的热能存储系统或热能存储单元的膜盒，其中所述膜盒含有冰成核剂，所述冰成核剂选择性地包括石英。

根据本发明的一些实施例，本发明提供一种用于如上所述的热能存储系统或热能存储单元的膜盒，其中所述膜盒含有至少一种导热元件，选择性地为金属条。

根据本发明的一些实施例的一个方面，本发明提供一种用于在热力系统中进行热交换的储热容器，所述储热容器经由流过设置在所述储热容器内部的相变材料的流体来进行热交换，所述储热容器包括：一储热容器壳体；一流体入口及一流体出口；以及一个或多个膜盒，含有所述相变材料并且限定多个通道，所述多个通道配置为在所述壳体内的不同部分引导所述流体的流动；其中从所述流体入口到所述流体出口的一实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间测得的所述流体流经全部区段的一直线长度

根据本发明的一些实施例，从所述流体入口到所述流体出口的所述实际流体流动长度是在所述流体入口与所述流体出口之间测得的所述流体流经全部区段的一直线长度的两倍以上。

根据本发明的一些实施例，所述储热容器沿着所述容器的所述流动路径的一平均流动横截面面积与所述容器中的所有所述膜盒的总热交换面积之间的一比率介于4.5×10^-5至45×10^-5之间。

根据本发明的一些实施例，所述储热容器沿着所述容器的所述流动路径的一平均流动横截面面积与所述容器中的所有所述膜盒的总热交换面积之间的一比率介于1×10^-5至100×10^-5之间。

根据本发明的一些实施例，所述储热容器的伽马比大于150厘米/平方厘米，其中所述伽马比被定义为介于所述传热流体流动路径的一线性长度与每个膜盒的一自由流动横截面积之间的一比率，其中所述线性长度以厘米为单位，所述自由流动横截面积以平方厘米为单位。

根据本发明的一些实施例，所述多个通道配置成使所述流体在所述壳体内蜿蜒流动。

根据本发明的一些实施例，相对于定位在所述壳体的下游的一个或多个下游膜盒，一个或多个上游膜盒横向定位在所述壳体内。

根据本发明的一些实施例，一纵向轴被限定通过所述储热容器，并且一个或多个膜盒具有相对于一个或多个下游膜盒的一方向，所述方向围绕所述纵向轴的角度呈至少30°。

根据本发明的一些实施例，一个或多个膜盒是水平的，一个或多个接近下游的膜盒是垂直的。

根据本发明的一些实施例，通过所述膜盒从所述流体入口到所述流体出口的所述实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间沿一般流动方向测得的一长度。

根据本发明的一些实施例，设置在所述储热容器内的所述膜盒具有凹凸轮廓的一组合，所述组合在所述膜盒的外形之间限定多个间隙。

根据本发明的一些实施例，所述膜盒含有多个金属条，以及其中所述多个金属条的一长度大于所述膜盒的一宽度。

根据本发明的一些实施例，所述储热容器包括一个或多个湍流器。

根据本发明的一些实施例的一个方面，本发明提供一种经由流过储热容器的流体来进行热交换的方法，所述方法包括：

通过一流体入口，将所述流体注入所述储热容器；在所述流体与位于所述储热容器的一区段的内部的冷冻相变材料之间进行热交换；将所述流体的流动方向修改至少30°至所述储热容器的一纵向方向；在所述储热容器的其他部分中重复交换并且至少修改一次以上；以及经由一流体出口，从所述储热容器中输出所述流体。

根据本发明的一些实施例，通过使所述储热容器内部的所述流体蜿蜒流动来进行修改。

根据本发明的一些实施例，通过所述区段从所述流体入口到所述流体出口的所述实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间测得的所述流体流经全部所述区段的一直线长度。

根据本发明的一些实施例，与设置在所述区段的一个或多个膜盒进行交换。

根据本发明的一些实施例，通过改变设置在所述区段的一个或多个膜盒的所述方向来进行修改。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括在一膜盒的一热交换表面上产生一湍流。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括在一膜盒的一热交换表面上产生一曲流。

根据本发明的一些实施例，通过在所述储热容器中的湍流及曲流之间交替流动来进行修改。

根据本发明的一些实施例，在所述储热容器中的至少35％的所述流体流动路径中，在100至300W/(m²*K)的范围内产生的流体流动是高度紊乱的。

根据本发明的一些实施例，在所述储热容器中的至少35％的所述流体流动路径中，流体流动产生高于100W/(m²*K)的热传导系数。

根据本发明的一些实施例的一个方面，本发明提供一种热能存储系统，所述热能存储系统包括：在热力系统中使用的多个储热容器，所述储热容器经由流过设置在所述储热容器内部的相变材料的传热流体来进行热交换；一传热流体入口；一管道，连接至少一些串联的所述储热容器；一流动控制机构；以及一传热流体出口；其中所述流动控制机构配置成使传热流体绕过一储热容器并且不通过所述储热容器而到达所述传热流体出口。

根据本发明的一些实施例，所述流动控制机构是一电动操作阀，所述热能存储系统还包括用于控制所述电动操作阀的一控制器。

根据本发明的一些实施例，所述控制器配置成通过一通信线路接收控制命令。

根据本发明的一些实施例，所述流动控制机构是一减压阀。

根据本发明的一些实施例的一个方面，本发明提供一种通过流经储热容器的传热流体来进行热交换的方法，所述方法包括：提供一热能存储系统，包括：在热力系统中使用的多个储热容器，所述储热容器经由流过设置在所述储热容器内部的相变材料的传热流体来进行热交换；一传热流体入口；一管道，连接至少一些串联的所述储热容器；一流动控制机构；以及一传热流体出口；其中所述流动控制机构配置成使传热流体绕过一储热容器并且不通过所述储热容器而到达所述传热流体出口；以及向所述流动控制机构提供一控制信号以打开所述传热流体的一流动路径，使得所述传热流体绕过更多下游的储热容器。

在下文中将更详细地说明上述实施例的技术效果。热能存储系统的关键性能指标之一是相对于存储容量的平均取冷率，它可以在整个取冷有效期内保持在所需的温度范围内。一个典型的持有一定容量的系统应该能够在例如4小时内尽可能多地放出其存储的容量，并保持第一液体的最终出口温度低于或等于5℃。

根据上述要求，给定膜盒的有效传热速率应尽可能高。具体而言，膜盒的传热速率由以下因素决定：

1.传热区域，包括：

i.膜盒715内的冰材料(例如：大块的冰)的有效传递区域(热传递从膜盒外壳的整个内表面区域开始，并在冰材料开始融化时减少，反之亦然)

ii.膜盒外壳的内部区域(即膜盒材料的冰/水传热区域)

iii.膜盒外壳的外部区域(即到第一流体的外部传热区域)

2.传热系数(HTC)，包括：

i.第二流体，即冰变水(融化)或水变冰(冻结)

ii.膜盒内部水的进一步影响(即从膜盒内部通过水本身的热传导)

iii.膜盒材料的第二流体(所谓的薄膜HTC；即边界效应，例如：取决于膜盒内第二流体的循环)

iv.膜盒材料本身，例如：聚合物(即膜盒材料本身的热传导)

v.膜盒材料到第一流体(即边界效应，例如：取决于在膜盒外流动的第一流体的速度及湍流)

3.温差，包括：

i.膜盒内部与第一流体之间的总温差

ii.每个阶段2i至2v的个别温差。

几个变量可以被认为是近似恒定的：1ii、1iii、2i、2ii、2iii、2iv、3i。其余变量在取冷过程中产生变化。具体内容如下：

1i：在取冷过程中，冰材料(块)的表面积显着减小。减少的速度不一定与融化冰的百分比呈线性关系。

2v：膜盒材料到第二流体120的传热系数高度取决于第二流体120的流动特性。由于冰的融化，流动路径的空间不断增大(膜盒收缩至其“充满水的尺寸”)，导致HTF速度下降，HTF表面的塑性HTC随之下降(不一定与融化冰的百分比成线性比例，取决于流动雷诺数(flow Reynolds number))

上述实施例考虑了上述项目1到3中的几个。例如，板状或盒状膜盒提供相对于其体积增大的膜盒表面积。通过使用刚性聚合物减小膜盒材料的厚度，从而改善通过膜盒外壳的HTC。在膜盒内提供金属传递条可改善冰对水的HTC及水的HTC。通过使每个膜盒暴露于第一流体在不同温度下的双向流动而引起膜盒内第二流体的内部循环，导致膜盒内第二流体体积的有利交换，由于循环促进了热的传导，因此这种有利交换改善了膜盒的内部HTC。通过在膜盒表面添加凸起为第一流体的流动路径提供湍流流动剖面(turbulent flowprofile)，从而在膜盒的外壳与第一流体之间产生更有效的传热，因为同样是通过第一流体本身的传输促进了热传导。相反的，纯层流剖面会对传热速率产生负面影响，因为第一流体在膜盒边界处的速度趋于零(这是由于边界现象)，因此在纯层流的情况下，第一流体本身的运动不会提供或仅提供很小的热传输。使用金属或其他材料作为间隔物或膜盒之间的网格可产生湍流剖面及明确的流动路径。使用可变/柔性间隔物能够保持间隔物与膜盒之间的紧密流动路径，同时也会增加传热速率。

综上所述，本发明的一些实施例及方面可能通过取冷的后半部分而稳定取冷率，并且潜在地将多个单元定位成与商业建筑物兼容，因此使水能够成为一种安全、干净、高效、经济的能源蓄能器。

除非另外定义，否则本文中使用的所有技术及/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然相似或等同于本文所述的多种方法及材料可被用于实践或测试本发明的实施例，在下文中仍描述多种示例性方法及/或材料。如有冲突，以专利说明书(包括定义)为准。此外，本文的材料、方法及示例仅是说明性的而非限制性的。

术语“冰砖”可被理解为热能存储单元，其特别适于封装传热流体(即第一流体)及包含PCM(即第二流体)的多个膜盒。

术语“管子”可被理解为具有比其直径至少大两倍(优选为6倍)的长度的细长中空体。所述管子的剖面可以是圆形、椭圆形、方形、矩形或多边形。选择性地，所述管子的剖面是矩形并且其整体长度基本上是不变的。

术语“膜盒”可被理解为永久存储PCM(例如：水或水的混合物)的封闭体积。此外，一些其他的部件或成分可以存储在这个封闭的体积内。

术语“热”是指可以存储及交换热能。

换热器的效率或有效性是换热器中实际传热速率与最大可能传热速率的比值。

横截面图显示在管子的宽度方向上的剖面。

实践本发明的方法及系统涉及以手动、自动或其组合的方式执行或完成某些选定的任务或步骤。此外，根据本发明的方法及系统的优选实施例的实际仪器及设备，可以通过硬件或通过软件在任何固件或其组合的任何操作系统上实现几个选择的步骤。例如，作为硬件，本发明的选定步骤可以实现为芯片或电路。本发明的选定步骤可以实现为由使用任何合适的操作系统的计算机执行的多个软件指令。在任何情况下，本发明的方法及系统的选定步骤可被描述为经由数据处理器来执行，例如：执行多个指令的计算平台。

尽管本发明是针对“控制器”、“计算装置”、“计算机”或“移动装置”进行描述的，但应当注意，选择性地，任何具有数据处理器及能够执行一个或多个指令的设备都可以被描述为计算机，包括但不限于：任何类型的个人计算机(PC)、PLC(可编程逻辑控制器)、服务器、分布式服务器、虚拟服务器、云计算平台、蜂窝电话、IP电话、智能手机或PDA(个人数字助理)。彼此通信的任何两个或多个这样的设备可选择地包括“网络”或“计算机网络”。

如本领域中的普通技术人员将理解的，本发明的一些实施例可实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的一些实施例可以采用完全硬件实施例的形式、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件及硬件方面的实施例的形式，这些在本文中通常被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的一些实施例可以采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品包含在一个或多个计算机可读介质中，所述计算机可读介质上包含计算机可读程序代码。本发明的一些实施例的方法及/或系统的实施可涉及以手动、自动或其组合的方式执行及/或完成选定的任务。此外，根据本发明的方法及/或系统的一些实施例的实际仪器及设备，可以通过硬件、软件、韧件及/或其中的组合来实施几个选定的任务，例如：使用操作系统。

例如，根据本发明的一些实施例，用于执行选定任务的硬件可以实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明的一些实施例的选定任务可以实现为由计算机使用任何合适的操作系统执行的多个软件指令。在本发明的一个示例性实施例中，根据本文所述的方法及/或系统的一些示例性实施例的一个或多个任务由数据处理器执行，例如：用于执行多个指令的计算平台。选择性地，所述数据处理器包括用于存储指令及/或数据的易失性存储器及/或非易失性存储器，例如：磁性硬盘及/或可移动介质，用于存储指令及/或数据。选择性地，本发明还提供网络连接。本发明还选择性地提供显示器及/或用户输入装置，例如：键盘或鼠标。

一个或多个可读介质的任何组合可用于本发明的一些实施例。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。例如，计算机可读存储介质可以是但不限于：电子、磁性、光学、电磁、红外线或半导体系统、设备或装置，或上述的任何适当组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪记忆体)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或上述任何合适的组合。在本文中，计算机可读存储介质可以是有形媒介，所述有形媒介可包含或存储用于指令执行系统、设备或装置的程序，或与指令执行系统、设备或装置结合使用的程序。

计算机可读信号介质可包括传播数据信号，其中包括例如在基带中或作为载波的一部分的计算机可读程序代码。这种传播信号具有多种形式，包括但不限于：电磁、光学或其中的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何非计算机可读存储介质的计算机可读介质，并且所述计算机可读介质可以通信、传播或传输程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与指令执行系统、设备或装置相关。

在计算机可读介质上体现的程序代码及/或由此使用的数据可以使用任何适当的介质(包括但不限于：无线、有线、光纤电缆、射频等)或上述任何适当组合来传输。

本发明的一些实施例的执行操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括面向对象编程语言，例如：java、SimalTalk、C++等，以及常规的程序编程语言，例如：“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以完全在用户计算机上执行，部分在用户计算机上作为独立软件包执行，部分在用户计算机上执行，部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后者的情况下，远端计算机可以经由任何类型的网络而连接到用户的计算机，包括：局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如：使用网络服务提供商的网络)。

下文可以参考根据本发明实施例的方法、设备(系统)及计算机程序产品的流程图及/或方框图来描述本发明的一些实施例。应当理解，流程图及/或方框图的每个方框以及流程图及/或方框图的方框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图及/或方框图中指定的功能/动作的方法。

这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质可以指示计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置以特定的方式运作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图及/或方框图中指定的功能/动作的指令的制品。

计算机程序指令还可以加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以使得在计算机、其他可编程设备或其他设备上执行一系列操作步骤，从而产生计算机实现的过程，使得在计算机上执行的指令或其它可编程设备提供用于实现流程图及/或方框图中指定的功能/动作的过程。

本文所述的一些方法通常仅被设计为供计算机使用，由人类专家以纯手动的方式来执行可能是不可行的或不实际的。想要以手动方式执行类似任务(例如：控制热能存储)的人类专家可能会使用完全不同的方法，例如，利用专家知识及/或人脑的模式识别能力，这将比手动执行本文所描述的方法的步骤更有效。

术语“冷吨(TR)”，也称为冷冻吨(RT)，是一些国家(特别是北美洲)用来描述制冷及空调设备吸热能力的一种功率单位。TR是指在0℃下24小时内导致1短吨、2000磅或907千克的纯冰冻结或融化的传热速率。

冷吨大约相当于12000BTU/h或3.5kW。

附图说明

本文参考附图，仅以示例的方式描述本发明的一些实施例。现在，在详细参考附图的情况下，强调所示的细节是以示例的方式示出并且其目的是以说明性的方式讨论本发明的实施例。在这方面，附图说明使本领域技术人员清楚地知道如何实施本发明的实施例。

在附图中：

图1A至图1E是根据本发明的至少一些实施例的热能存储系统的示意图；

图2A至图2Y是根据本发明的至少一些实施例的冰砖、冰膜盒及储热阵列的图示；

图3示出根据本发明的至少一些实施例的冰膜盒；

图4示出根据本发明的至少一些实施例的圆柱形冰砖；

图5A示出能够通过控制器激活冰砖的独立子集的TES系统；

图5B示出TES系统的操作的流程图；

图5C示出根据本发明的至少一些实施例的TES系统运行的实验数据；

图6A至图6G是根据本发明的至少一些实施例的用于冰砖的多个间隔物；

图7A至图7D示出热能存储单元以及包括管子及膜盒的热能存储单元的横截面图；

图8A及图8B示出含有金属条的膜盒；

图9A及图9B示出膜盒之间的间隔物；

图10A至图10B是根据本发明的一些实施例的在储热容器内部的换热流体流动的简化示意图；

图11是根据本发明的一些实施例的一种在储热容器内部使换热流体流动的方法的简化流程图；

图12A至图12E是根据本发明的一些实施例的储热容器的侧视及横截面的简化示意图；

图12F是根据本发明的一些实施例的用于储热容器中的膜盒的立体图的简化示意图；

图13是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图；

图14是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图；

图15A及图15B是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图；

图16是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图；

图17是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图；

图18A及图18B是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图；

图19是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图；

图20是根据本发明的一些实施例的储热容器的立体图的简化示意图；

图21是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图；

图22是根据本发明的一些实施例的储热容器的数据表的示例；

图23A是根据本发明的一个实施例的冰砖及旁路机构的简化示意图；

图23B是根据本发明的一个实施例的冰砖及两个阀的简化示意图；

图23C是根据本发明的一个实施例的三个冰砖及一个阀的构造的简化示意图；

图24是根据本发明的一个实施例的一种经由流过储热容器的流体来进行热交换的方法的简化流程图；以及

图25是示出使用本发明的一个示例性实施例所执行的实验结果的图的集合。

具体实施方式

在本发明的一些实施例中，本发明涉及多种热容器，更具体但不限于：在热能存储系统的储热容器中，经由与相邻相变材料的流体流动来交换热量。

概述：

根据本发明的一些实施例的一个方面，本发明涉及热力系统的储热容器，通过换热流体进行热交换，所述换热流体具有与储热容器内的热交换表面相邻的长流动路径。

根据一些实施例，长路径被定义为流动长度，其中相较于流体以已知速度流经容器长度所需的时间(如果流体直接从流体入口流向流体出口)，流体以已知速度接近热交换表面的时间较长。

根据一些实施例，在沿着热交换表面限定的通道中，换热流体以一条或多条路径从入口流到出口。在一些实施例中，流动路径的长度被定义为80％流体在其中流动的平均长度，忽略半径小于1厘米的湍流。

根据一些实施例，通过在流体的入口及出口之间沿着流动路径具有曲流来延长储热容器内的流动长度。

根据一些实施例，通过数值模拟来提取容器内的流动长度。

根据一些实施例，流动的形状是宽且浅的。在一些实施例中，容器内狭窄通道内的流动被限制为较浅的，且这些通道处的流动切割面积较小。在一些实施例中，流动路径限定一个或多个转弯处，并且流动围绕其窄边而转弯。根据一些实施例，容器在流体流动路径的长度与流动切割面积之间定义高比率。在一些实施例中，容器具有小的流动切割面积，沿其长度方向的横截面积小，且横截面积与长度之间的比率也是小的。在一些实施例中，流动长度与流动切割面积之间的比率应在10至800厘米/平方厘米的范围内。在一些实施例中，流动长度与流动切割面积之间的比率应在20至600厘米/平方厘米的范围内。在一些实施例中，流动长度与切割面积之间的比率应在40至400厘米/平方厘米的范围内。

根据一些实施例，储热容器中的长流动路径通过具有两个或多个流体连接腔室来定义，每个腔室供以不同总流动方向的流体流动。

本发明的一些实施例的一个方面涉及储热容器，所述储热容器具有用于容纳相变材料的膜盒，并且通过换热流体来进行热交换，其中所述换热流体具有邻近换热表面的流动路径，所述换热表面为膜盒的侧面。

根据一些实施例，大部分的换热流体邻近相变材料。在一些实施例中，换热流体的至少60％的体积在距离相变材料的5毫米内。在一些实施例中，换热流体的至少75％的体积在距离相变材料的5毫米内。在一些实施例中，换热流体的至少90％的体积在距离相变材料的5毫米内。

根据一些实施例，当膜盒中的相变材料包括冰时，靠近膜盒的大部分换热流体都是相邻的冰。在一些实施例中，流动路径的设计使得冰大部分靠近冷却剂。在一些实施例中，膜盒中至少70％的冰在距离换热流体的5毫米内。在一些实施例中，膜盒中至少80％的冰在距离换热流体的5毫米内。在一些实施例中，膜盒中至少90％的冰在距离换热流体的5毫米内。在一些实施例中，大部分的冰在距离热交换表面的5毫米内。在一些实施例中，大部分的冰在距离热交换表面的3毫米内。在一些实施例中，大部分的冰在距离热交换表面的2毫米内。

根据一些实施例，大部分的相变材料邻近换热流体。在一些实施例中，相变材料的至少30％的体积在距离换热流体的5毫米内。在一些实施例中，相变材料的至少70％的体积在距离换热流体的5毫米内。在一些实施例中，相变材料的至少80％的体积在距离换热流体的5毫米内。在一些实施例中，相变材料的至少40％的体积在距离换热流体的5毫米内。

根据一些实施例，膜盒是扁平的，以及沿着通道的流动是湍流的，并且使得较宽的流道能够作为较窄的流道，以避免由于流体混合而产生的边界效应(boundary effects)。

根据一些实施例，膜盒配置成在较长的路径中蜿蜒流动，以增加流体与热交换表面接触的总时间。

本发明的一些实施例的一个方面涉及热力系统中的储热容器，经由流体流过设置在流体入口与流体出口之间的储热容器来进行热交换，以及流体在热交换表面上所花费的时间至少为流体入口与流体出口之间流动时间的90％。

本发明的一些实施例的一个方面涉及热力系统中的储热容器，经由流体流过储热容器来进行热交换，所述储热容器将流动分成多个子流动，并且混合多个子流动以降低子流动中的温度分层(temperature stratification)

本发明的一些实施例的一个方面涉及热力系统中的储热容器，所述储热容器包括多个膜盒，每个膜盒具有两个或多个热交换表面，所述热交换表面与流过储热容器的流体以及两个或以上的表面进行热交换。

本发明的一些实施例的一个方面涉及热力系统中的储热容器，经由在热交换表面上流动的湍流来进行热交换，其中所述热交换表面与储热容器内的相变材料接触。

根据一些实施例，储热容器包括一个或多个部分，所述部分设置成在至少所述部分内设置所需的流体流动剖面(fluid flow profile)。在一些实施例中，设置流体流动剖面会影响下游部分的流动剖面。

根据一些实施例，设置剖面包括产生湍流流动剖面。在一些实施例中，所需的流体流动剖面包括湍流强度。在一些实施例中，设置流体流动剖面包括增加湍流强度。

根据一些实施例，储热容器具有多个膜盒，并且设置流动参数是通过调整膜盒的方向来控制流动路径或大小。在一些实施例中，通过沿着容器的长度以不同方向定位膜盒来修改流动参数。

根据一些实施例，在上游部分的膜盒的方向与下游部分的膜盒不同。在一些实施例中，通过使膜盒横向定向于其它膜盒来改变膜盒的方向。

根据一些实施例，所述储热容器沿着纵轴而纵向延伸。在一些实施例中，膜盒的方向根据纵轴而确定。在一些实施例中，膜盒的方向被定义成围绕纵轴旋转的角度。在一些实施例中，容器某些部分中的膜盒的方向垂直于其他部分的膜盒的方向。在一些实施例中，在一个部分中的膜盒的方向垂直于下游或上游部分的膜盒的方向。

根据一些实施例，至少一些膜盒被定向成垂直的，使得它们的热交换表面处于垂直位置。在一些实施例中，垂直位置被定义成以垂直位置定向且平行于储热容器的纵轴的热交换表面。在一些实施例中，容器的某些部分的膜盒的方向是水平的，使得它们的热交换表面是水平的，在一些实施例中，相邻的部分具有交替的膜盒方向，一些部分在垂直方向上，一些部分在水平方向上。

本发明的一些实施例的一个方面涉及热力系统中的储热容器，经由流过储热容器内的迷宫(labyrinth)、相邻的相变材料的流体来进行热交换。

根据一些实施例，迷宫是由包含相变材料的膜盒定义的，因此它不会与冷却剂混合。在一些实施例中，当膜盒由于相变材料的冻结而膨胀时，迷宫被配置成保持流体通道。在一些实施例中，迷宫具有防止流体路径阻塞的多个间隔物。

本发明的一些实施例的一个方面涉及串联连接的储热容器或冰砖，以及配置传热流体，以便在需要时选择性地绕过冰砖。

为了增加给定结构膜盒(形状及材料)的存储容量的取冷百分比，可能的配置是串联连接冰砖。

串联连接的某些浅在优点包括：

下游膜盒，可能仍然蓄冷或只有取冷一小部分的容量，可能继续将传热流体冷却至所需温度(例如：低于5℃)，并且冰砖的串联布置可能继续从位于上游的高度取冷膜盒中提取冷却能力；

与主集管(main headers)具有较少的连接。

一个潜在的缺点可能是相较于以非串联的方式连接冰砖或以较短的串联连接冰砖时，可能会产生更高的压降。

在一些实施例中，流动控制机构配置成作为可选的旁路装置，所述旁路装置可选择性地安装，例如：连接到排出集管(discharge header)的开关阀或卸压阀。在这种情况下，为了减少压降，可以选择绕过更多的下游冷冻冰砖。

在一些实施例中，将冰砖串联起来，同时在接到命令后启用旁路的组合，有可能使取冷率达到要求，同时使压降低于要求的极限。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明的应用不一定限于以下描述及/或附图及/或示例中所示的组件及/或方法的构造及布置的细节。本发明能够以各种方式实施或以其它实施例的方式实践。

本文描述热能存储系统的热容器以及在热能存储系统的储热容器中通过流体流过相邻的相变材料来交换热量。此外，补充的描述可以在国际专利申请PCT/IB2018/001091中找到。

流体流动的范例：

参考图10A至图10B，图10A及图10B是根据本发明的一些实施例中，在储热容器内部的换热流体流动的简化示意图。

根据一些实施例，储热容器配置成接收换热流体、将储热容器内的流体输送到热交换表面上，并且输出流体。根据一些实施例，热交换是用于降低储热容器的入口及出口之间的流体的温度。在一些实施例中，热交换表面是被相变材料冷却的冷表面。

如图10A及图10B所示，换热流体1004在储热容器1002内具有以下流动站。

入口1010：在一些实施例中，流体经由流体入口进入储热容器1002。

出口1012：在一些实施例中，流体经由流体出口离开储热容器1002。

例如，在一些实施例中，如图10A所示，入口1010及出口1012位于储热容器1002的同一侧。在一些实施例中，例如，如图10B所示，入口1010及出口1012位于储热容器1002’的相对侧。在一些实施例中，入口1010及出口1012位于储热容器1002’的不同侧，它们彼此不相对，例如：彼此垂直。

根据一些实施例，在入口1010及出口1012之间，流体流经具有所需的流体流动剖面的多个站1014。

根据一些实施例，一个或多个站1014使流体路径设置成弯曲的。曲流的一个浅在优点是在热交换表面上的容器1002内增加流动长度，并且根据储热容器的长度延长热对流。

根据一些实施例，一个或多个站1014使流体流动设置成湍流的。在一些实施例中，弯曲流动会增加湍流强度。

湍流的一个浅在优点是混合流体并且防止形成流体层。流体的混合可能增加每一长度的储热容器与热交换表面的流体交换热量。在一些实施例中，增加湍流使得流体的温度降得更快。根据一些实施例，容器1002/2’内的流体流动的雷诺数由流动站1014定义的流动模式控制。在一些实施例中，在一个或多个站1014中，雷诺数增加，可能造成更高的传热系数。增加雷诺数可能使流体的温度更一致。

在一些实施例中，在储热容器1002的至少35％的流体流动路径中，流体流动1004是高度湍流的(例如：在100至300W/(m²*K)的范围内)。在一些实施例中，在储热容器1002的至少50％的流体流动路径(入口1010与出口1012之间)中，流体流动1004是高度湍流的。在一些实施例中，在储热容器1002的至少70％的流体流动路径(入口1010与出口1012之间)中，流体流动1004是高度湍流的。在一些实施例中，在流动路径其余部分的流动是低度湍流的。在一些实施例中，在流动路径其余部分的流动是层流的。

根据一些实施例，当将流动转换成高度湍流，流体的压降的增加低于15％。

根据一些实施例，流体流动被分成多个子流，子流的蜿蜒流动混合了子流。分成多个子流的一个浅在优点是增加流动与热交换表面接触。混合子流的一个浅在优点是降低沿着流动路径的流动内的温度梯度。

如图10A所示，在一些实施例中，一个或多个流动站是在流动1004方向上的转弯1016，例如：朝向流体出口的U形转弯。在一些实施例中，在入口1010与出口1012之间，流动1004具有多个转弯1016。在一些实施例中，转弯的范围为5至90°。在一些实施例中，转弯的范围为15至75°。在一些实施例中，转弯的范围为30至60°。在一些实施例中，转弯是相对于水平平面。在一些实施例中，转弯是相对于垂直平面。

换热液体流动的示例性方法：

参考图11，图11是根据本发明的一些实施例的一种在储热容器内部使换热流体流动的方法的简化流程图。

图11适用于使换热流体流动的一个实施例的一个示例，所述换热流体具有如图10A至图10B所描述的一个或多个流动模式。使流体流动可具有以下步骤。产生流动模式。

经由流体入口，将换热流体注入1102储热容器。

根据一些实施例，流体以每冷冻吨(RT)0.2至1.5m³/Hr的流速泵入储热容器(其中RT为以冷冻吨为单位测得的冷却速率)。在一些实施例中，泵送流体的速率为0.3至1.0m³/Hr。在一些实施例中，泵送流体的速率为0.5至0.7m₃/Hr。

根据一些实施例，储热容器被定义为压力容器。在一些实施例中，流体被泵入容器，所述容器被定义为压力容器，其压力为1至4巴(g)。在一些实施例中，流体被泵入容器，所述容器被定义为压力容器，其压力为1.5至3.5巴(g)。在一些实施例中，流体被泵入容器，所述容器被定义为压力容器，其压力为2至3巴(g)。在一些实施例中，所述容器未被定义为压力容器。在一些实施例中，流体被泵入容器，所述容器未被定义为压力容器，其压力为0.1至2巴(g)。在一些实施例中，流体被泵入容器，所述容器未被定义为压力容器，其压力为0.3至1.5巴(g)。在一些实施例中，流体被泵入容器，所述容器未被定义为压力容器，其压力为0.7至1巴(g)。

在储热容器区段中引导1104换热流体。

根据一些实施例，引导1104是用于与区段内的相变材料进行热交换。在一些实施例中，引导1104包括改变朝向区段内的一个或多个流动路径的流动方向。

根据一些实施例，容器具有一致的膜盒，所述膜盒安装在连续的方向上，并且在它们之间具有连续的均匀横截面，因此在容器内不具有多个区段。

在区段内部的热交换表面上产生1106湍流。

根据一些实施例，产生1106包括增加湍流的强度。

在热交换表面上蜿蜒1108流动。

重复一个或多个引导1104、产生1106，以及蜿蜒1108的步骤。根据一些实施例，储热容器包括多个区段，对于储热容器的其它部分，重复1110一次或多次。在一些实施例中，区段(n)的数量介于3至30之间。在一些实施例中，区段的数量在5至20之间。在一些实施例中，区段的数量在6至10之间。在一些实施例中，当流动位于具有流体出口的区段时，终止重复1110。

经由流体出口将流体从储热容器中输出1112。

根据一些实施例，步骤1104至1110的顺序与图11所示的顺序不同。例如：蜿蜒1108可以在产生1106之前，蜿蜒1108可以与产生1106同时进行或与产生1106部分地重叠。

根据一些实施例，热力系统包括多个流体连接的储热容器，以及针对储热容器，重复步骤1102至1112。

储热容器的结构：

参考图12A至图12E，图12A至图12E是根据本发明的一些实施例中，储热容器的侧视及剖面的简化示意图。

根据一些实施例，例如，如图12A至图12E所示，储热容器1200包括壳体1202、流体入口1204以及流体出口1206。在一些实施例中，储热容器1200具有多个流体入口1204。在一些实施例中，储热容器1200具有多个流体出口1206，例如：将容器1200流体连接至多个下游容器。

如图12D至图12E所示的储热容器1200包括多个区段1210(例如：区段1210-1至1210-4)。每个区段1210容纳一个或多个膜盒，所述膜盒含有相变材料并且具有多个热交换表面。在一些实施例中，储热容器1200中的区段的数量大于20。在一些实施例中，储热容器1200中的区段的数量在3至30之间。在一些实施例中，储热容器1200中的区段的数量在5至20之间。在一些实施例中，储热容器1200中的区段的数量在6至10之间。在一些实施例中，区段中的膜盒数量大于3。在一些实施例中，区段中的膜盒数量大于5。在一些实施例中，区段中的膜盒数量大于10。

如图12A至图12C所示，容器1200是纵向的，并且具有总纵轴X。如图12A至图12C所示，沿纵轴X撷取的壳体1202的横截面选择性地是一致的。在一些实施例中，垂直于纵轴X的方向撷取的壳体1200的横截面沿储热容器1200的长度具有不同尺寸的均匀形状。根据一些实施例，垂直于纵轴X的方向撷取的壳体1200的横截面是多边形的。在一些实施例中，横截面包括一个或多个弯曲边缘。在一些实施例中，横截面具有两个或多个直线边缘。如图12C所示，储热容器1200的横截面是矩形的。在一些实施例中，储热容器1200的高度比宽度短，使得储热容器1200具有较低的轮廓。在一些实施例中，储热容器1200的宽度比高度短，使得储热容器1200具有较窄的轮廓。在一些实施例中，储热容器1200的横截面是正方形的。

参考图12D及图12E，图12D及图12E是根据本发明的一些实施例中，在截面X1-X1及X2-X2处，储热容器1200的横截面图的简化示意图。

根据一些实施例，例如，如图12D至图12F所示，每个区段1210容纳一个或多个膜盒1212，所述膜盒含有相变材料并且具有多个热交换表面(例如：膜盒1212-1的1214-1/2，以及膜盒1212-2的1214-3/4)。

根据一些实施例，膜盒1212被定位成在多个热交换表面之间具有多个流体流动通道1216。在一些实施例中，流体流动通道1214被限定在相邻的热交换表面1214之间。在一些实施例中，如本文其他地方所述，至少一些膜盒设置在相连的一对膜盒处，每个膜盒具有面向其他膜盒的热交换表面的热交换表面，其中多个热交换表面之间具有间隔，所述间隔是流体通道。在一些实施例中，如本文其他地方所述，多个间隔物防止通道的阻塞，例如：当膜盒由于相变材料的冻结而膨胀时。

根据一些实施例，通道1216限定了一个流动迷宫(flow labyrinth)，在其中流动被引导到多个变化的方向。在一些实施例中，流动迷宫邻近热交换表面。在一些实施例中，当流体入口及流体出口位于储热容器的相对侧时，迷宫的长度比储热容器的长度长。在一些实施例中，当流体入口及流体出口位于储热容器的同一侧时，迷宫的长度比储热容器的长度长两倍。

参考图13及图14，图13及图14是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图。

储热容器1300及1400与储热容器1200相似，不同之处在于流体入口1304/1404以及流体出口1306/1406位于壳体1302/1402的同一侧。如图13及图14所示，容器1300/1400内部的流体在沿着纵轴X的两个方向上流动。根据入口1304/1404定义第一方向，根据出口1306/1406定义第二方向。

根据一些实施例，容器1300/1400具有隔离壁1308/1408，所述隔离壁1308/1408使流体分成两个方向流动。在一些实施例中，隔离壁1308/1408增加容器1300/1400的结构的强度。根据一些实施例，在具有不同主流动方向的区段之间的分隔是通过邻接位于具有不同流动方向的区段(例如：区段1410-4及1410-5)处的相邻膜盒的壁而实现的，使相邻膜盒之间没有确定的流动路径。在一些实施例中，邻接是通过耦合位于膜盒的窄面处的相邻膜盒而实现的。在一些实施例中，邻接是通过将相邻膜盒的窄面相互挤压，同时将它们的相对面挤压到容器的壳体上。

根据一些实施例，例如，如图13的放大视图A所示，隔离壁1308具有至少一个开口1310。在一些实施例中，开口1310流畅地连接在多个区段之间。在一些实施例中，开口1310使流体流动能够改变方向，例如：从入口1304限定的内部方向改变成由出口1306限定的外部方向。

根据一些实施例，例如，如图14所示，隔离壁1308具有一个或多个管道1410，所述管道1410流畅地连接多个区段。在一些实施例中，管道1410使流体流动能够改变方向，例如：从入口1404限定的内部方向改变成由出口1406限定的外部方向。在一些实施例中，管道1410设置在与入口1410相对的壳体1402的侧面。

在一些实施例中，在入口转折点及/或出口旁边有一个或多个间隔物，所述间隔物被配置成在膜盒与容器壁之间保持空间，所述空间使得流体能够在入口与第一个未加工膜盒之间、在最后一个未加工膜盒与出口之间扩散。

储热容器内部的膜盒的示例性配置：

根据一些实施例，储热容器的内部配置被限定为控制储热容器内部的流体流动路径。在一些实施例中，内部配置改变流动方向，从而导致沿储热容器长度弯曲的流动模式。

如图7A至图7D以及图12D至图14所示，膜盒填充储热容器并且耦合储热容器的壳体的壁面。膜盒的这种内部配置能够引导流体在膜盒的热交换表面上流动，其中多个间隙被限定。在一些实施例中，当没有面向壁的热交换表面时，膜盒与容器壁之间存在齐平接触。

将流动引导到热交换表面的一个潜在优点是膜盒中存储的热容量的热排放效率更高。另一个潜在优点是蓄冷速度更快，特别是当容器部分蓄冷时。

如图12D至图12E所示，根据一些实施例，膜盒1212被分组以将一个或多个区段1210装配在壳体1202内。在一些实施例中，一组膜盒1212填充区段的大部分内部体积，仅在膜盒的热交换表面之间留下间隙以限定流动路径/迷宫。

根据一些实施例，当膜盒具有冷冻的相变材料时，膜盒的热交换表面之间的间隙在0.5厘米及10厘米之间。在一些实施例中，当膜盒具有冷冻的相变材料时，膜盒的热交换表面之间的间隙在2厘米至7厘米之间。在一些实施例中，当膜盒具有冷冻的相变材料时，膜盒的热交换表面之间的间隙在4厘米至5厘米之间。

如图2H、图7A及图14所示，一个或多个区段1410包括多个膜盒114、715、1412，所述多个膜盒114、715、1412在其窄面处(非热交换表面)彼此相邻。

如图12D至图12E所示，在多个区段1210之间的冰膜盒1212的方向是不同的。在一些实施例中，一个区段1210中的膜盒1212的方向与下游或上游区段的膜盒1212的方向不同。在一些实施例中，通过使一些区段1210中的膜盒1212横向于其他区段1212中的膜盒1212来修改膜盒1212的方向。

在一些实施例中，区段1212被限定为储热容器1200的一部分，所述储热容器1200具有一套/组具有一致方向的膜盒1212。在一些实施例中，区段1212被限定为储热容器1200的一部分，所述储热容器1200具有一套/组具有一致类型的膜盒1212。在一些实施例中，通过膜盒的形状来限定膜盒的类型。在一些实施例中，通过膜盒内的相变材料来限定膜盒的类型。

根据一些实施例，膜盒1212的方向是相对于储热容器1200的纵轴X来限定的。在一些实施例中，膜盒1212的方向包括围绕纵轴X的旋转角度。如图12A至图14所示，在一些实施例中，在某些区段1210中的膜盒1212的方向垂直于其他区段1210中的膜盒1212的方向。在一些实施例中，在一个区段1210(例如：1210-2)中的膜盒1212的方向垂直于下游或上游区段1210(1210-3)中的膜盒1212的方向。

如图12A至图14及图2H、7A中的例子所示，根据一些实施例，某些区段1210中的膜盒1212的方向是垂直的。在一些实施例中，垂直方向被限定为在垂直位置定向并且平行于储热容器的纵轴X的膜盒1212(例如：114/715/1212-1)。如图12A至图14所示，在一些实施例中，某些区段1210中的膜盒1212的方向是水平的。

在一些实施例中，相邻区段(例如：1210-1及1210-2)具有膜盒1212的改变方向，某些区段1210具有垂直的膜盒1212，某些区段1210具有水平的膜盒1212。

以交替方向(例如：水平/垂直)放置膜盒的一个潜在优点是将容器内的流体流动从水平方向交替为垂直方向(反之亦然)。在通过膜盒的热交换表面的间隙时，交替流体流动可能改变流体的速度、湍流、长度及方向，这些改变可能在下游区段中的热交换表面上产生高度湍流(例如：涡流式)。

根据一些实施例，区段内的膜盒的方向是不一致的。在一些实施例中，在单个区段内，膜盒定向成横向于其他膜盒。在一些实施例中，在单个区段内，某些膜盒是垂直的，某些膜盒是水平的。

参考图15A及图15B，图15A及图15B是根据本发明的一些实施例中，储热容器的横截面图的简化示意图。

如图15A及图15B所示，储热容器1500/1500’选择性地包括多个膜盒1502，所述膜盒1502具有多个热交换表面1506并且设置在壳体1510内以使热交换表面1506横向定向总流动方向(在纵轴X上)。壳体1510内部的膜盒1502的内部配置限定沿着纵轴X的蜿蜒流动路径1504。膜盒1502经膜盒1502与壳体1510之间限定的间隙1508定向以引导热交换表面1506之间的流动1504。在一些实施例中，例如，如图15A中所示，热交换表面1506与总流动方向之间的角度小于90°。图15B示出了在热交换表面1506与总流动方向之间具有90°角的膜盒的示例。

根据一些实施例，图15A及图15B的横截面图是储热容器1500/1500’的俯视图，因此，流动1504至少部分地在水平方向上转弯。在一些实施例中，图15A及图15B的横截面图是储热容器1500/1500’的侧视图，使得流动1504至少部分地在垂直方向上转弯。

图15A示出由单个膜盒1502限定的蜿蜒流动路径。在一些实施例中，例如，如图15B的例子所示，蜿蜒流动路径1504被一组膜盒1512限定。在一些实施例中，当被一组1512的膜盒1502中的一个膜盒堵塞时，路径1504被引导改变方向，其中所述膜盒1502与壳体1510的壁接合。在一些实施例中，一组1510中的一个或多个膜盒不接合壳体1510的壁，从而使得平行流体流过多个膜盒的热交换表面。

参考图16，图16是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图。

如图16的例子所示，储热容器1600包括设置在壳体1610内的多个膜盒1602以及多个阻流件1604，所述阻流件1604设置在多个膜盒1602之间。在操作过程中，当沿着轴线X的总流动方向流动的流动1606撞击阻流件1604时，流动1606剖面改变。在一些实施例中，当撞击阻流件1604时，流动1606的方向将发生改变。在一些实施例中，撞击阻流件1604增强了流动1606的湍流。

根据一些实施例，储热容器1600的横截面图是俯视图，因此膜盒是垂直的。在一些实施例中，储热容器的横截面图是侧视图，因此膜盒是水平的。

参考图17，图17是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图。

如图17的例子所示，储热容器1700可包括设置在壳体1710内的多个膜盒1704及1706，其中多个膜盒绕着纵轴X而相对彼此而垂直定向。

根据一些实施例，通过在膜盒1706的热交换表面之间耦合一个或多个导流器1708来改变流动1712的方向。在一些实施例中，一个或多个导流器1708耦合到膜盒1706。在一些实施例中，导流器1708是限定在膜盒1706的热交换表面上的肋状物。在一些实施例中，导流器1708将从上游膜盒1704接收的流动1712引导到位于储热容器下游的多个导流器1708之间。在一些实施例中，导流器1708将从上游膜盒1704接收的流动1712导向下游膜盒1714。

根据一些实施例，上游1704与下游1714之间的引导流1712混合成流动1712。

图17中的横截面图可呈现储热容器1700的俯视图，其中膜盒1704是垂直的。图17中的横截面图可呈现储热容器1700的俯视图，其中膜盒1704是水平的。

膜盒上的双向流动：

根据一些实施例，通过引导所述流动来延长储热容器内换热表面上的流动长度，从而形成设置在储热容器内的一个或多个膜盒上的双向流动。

参考图18A及图18B，图18A及图18B是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图。

如图18A及图18B中的例子所示，储热容器1800具有设置在壳体1810内的多个膜盒1802。膜盒1802呈盒状并且具有两个面，两个面具有比其他面大的面积。两个较大的面充当热交换表面1812，并在垂直于流动1808的方向上延伸。热交换表面1812中的一个或多个被膜盒分隔件1804分割成第一部分1806-1及第二部分1806-2。根据一些实施例，分隔件1804是耦合到膜盒1802的一个或多个侧面的橡胶密封环。在一些实施例中，分隔件1804是热交换表面1812的凸出部。在一些实施例中，分隔件1804是形成在热交换表面1812处的肋状物。在一些实施例中，全部的膜盒1802包括分隔件1804。在一些实施例中，多个膜盒1802的一部分具有分隔件1804，一些膜盒1802则部具有分隔件1804。在一些实施例中，一些不具有分隔件的膜盒会使流动混合。

如图18A所示，在储热容器1800中的流体流动是在热交换表面1812上的双向流动，在表面1812的一部分上以第一方向流动以及在表面1812的另一部分上以第二方向流动。流动1808从入口处沿一个方向1808-1开始，越过膜盒1802的第一部分1806-1，在壳体1810的端壁处转弯，并通过流过膜盒1802的第二部分1806-2而在方向1808-2上朝着出口重新运行。

在一些实施例中，双向流动导致膜盒1802内的相变流体的内部循环。在一些实施例中，在第一部分1806-1处的热交换表面的部分的温度与第二部分1806-2处的热交换表面不同。根据一些实施例，第一部分1806-1及第二部分1806-2的温度受到流体流动的影响，并且在膜盒1802内建立温度梯度。在一些实施例中，由于与较热的流体进行热交换，第一部分1806-1将比第二部分1806-2融化得更快(上游流体比下游经冷却的流体更热)。在一些实施例中，入口及出口的位置影响融化的速率。温度梯度的一个浅在优点是在膜盒1802内部产生相变材料的循环，相变材料的循环在膜盒1802中提供混合效果。这种混合可以打破1802膜盒内融化的相变材料的隔离屏障(isolative barriers)的潜在堆积。

根据一些实施例，当第一部分1806-1是膜盒1802的上部分时，上部分中的相变材料的融化速度比下部分快。如图18B所示，膜盒1802内的内部循环使冰冻材料向上漂浮，同时通过流体流动的取冷周期首先融化膜盒1802的上部1806-1。以此方式，液体/冰的混合及取冷率可能比不混合相变材料时高，因为冰与膜盒壁之间的熔融液态水屏障减少。

分开膜盒的另一个潜在优点是膜盒的蓄冷速度更快。当在蓄冷周期期间冷流体流动期间混合相变材料时，冷冻膜盒更快，在蓄冷周期中冷流体通过膜盒的较低部分注入储热容器中。

膜盒的几何形状：

如本文其他地方所讨论且在图2R、7A及12A至图14所示的内容，根据一些实施例的膜盒是盒形或板形膜盒，具有两个表面，其表面积大于其他表面。根据一些实施例，两个较大的表面充当热交换表面。

更大面积的热交换表面可能使得更大体积的流体在一个通道中流动及交换热量。在一些实施例中，较大表面的宽度及高度在20到60厘米的范围内。在一些实施例中，较大表面的宽度及高度在25到50厘米的范围内。在一些实施例中，较大表面的宽度及高度在30到45厘米的范围内。

一个狭窄的膜盒有可能减少热障，所述热障由融化的相变材料围绕膜盒及热交换表面内部的非融化材料而形成。在一些实施例中，未冻结状态下的膜盒的最小宽度在1到10厘米的范围内。在一些实施例中，未冻结状态下的膜盒的宽度在2到8厘米的范围内。在一些实施例中，未冻结状态下的膜盒的宽度在2.5到5厘米的范围内。

根据一些实施例，当准备储热容器1200以便安装时，包括将膜盒组1212放置在壳体1202内的步骤。在一些实施例中，通过在壳体1202内以滑动的方式来放置膜盒组1212。在一些实施例中，在制造储热容器1200期间，将膜盒组1212放置在壳体1202内。

根据一些实施例，膜盒组具有矩形横截面。在一些实施例中，横截面与壳体1202的横截面相互配合。在一些实施例中，横截面为正方形。膜盒组及壳体的方形横截面的潜在优点是膜盒组可以以垂直或水平方向安装在储热容器的区段内，而无需根据放置方向定义不同的膜盒组。

根据一些实施例，盒形膜盒的4个表面中的具有比热交换表面更小的面积的一个或多个表面是侧表面，其配置成当被设置在储热容器内时支撑膜盒。在一些实施例中，一个或多个侧面被成形为用以与容器的壁接合。在一些实施例中，将侧表面与容器壁接合是为了消除膜盒的外表面与储热容器壁之间的间隙。在一些实施例中，膜盒被成形为经由膜盒之间的间隙引导储热容器内的流体流动。在一些实施例中，膜盒位于容器中，容器的侧面与壁面之间具有间隙，以引导流体流过间隙。

参考图19，图19是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图。

根据一些实施例，储热容器的一个或多个壁是弯曲的。如图19所示，储热容器1900的横截面具有两个曲壁1910-1/1910-2。储热容器1900填充有多个膜盒1904，所述膜盒1904成形为为放置在储热容器1900内，与弯曲壁1902及相邻膜盒相邻。多个膜盒1904之间的间隙1906限定了多个膜盒1904的热交换表面上的流体路径。

根据一些实施例，膜盒是圆柱形的。在一些实施例中，当储热容器不具有弯曲壁时，膜盒是圆柱形的。

根据一些实施例，设置在储热容器内的膜盒具有凹面及凸面轮廓的组合，从而限定膜盒轮廓之间的间隙。

根据一些实施例，膜盒是长的且沿着其长度扭转。在一些实施例中，膜盒是长的及圆柱形的。在一些实施例中，膜盒是长的并且具有一个或多个长的平面。在一些实施例中，膜盒是长的并且具有形状为十字的横截面。

根据一些实施例，例如如图12F所示，膜盒1210包括一个或多个凸出表面1216，其被配置为以曲流模式引导流体流动。

膜盒可以与弯曲或其他形状的容器配合。膜盒可以是定制的。膜盒可以具有弯曲的形状。

系统中的储热容器：

根据一些实施例，热力系统包括如上所定义的多个储热容器。在一些实施例中，热力系统包括具有相同内部定向及结构的多个储热容器。在一些实施例中，热力系统中的储热容器具有一致的外部尺寸。在一些实施例中，热力系统中的储热容器具有一致的蓄冷特性(例如：蓄冷速度、蓄冷容量)。在一些实施例中，热力系统中的储热容器具有一致的取冷特性(例如：取冷速率、取冷温度)。

在一些实施例中，热力系统包括具有不同内部配置的多个储热容器。在一些实施例中，差异在于膜盒的定向。在一些实施例中，连接在热力系统中的储热容器具有不同的外部尺寸。在一些实施例中，热力系统中的储热容器具有不同的蓄冷特性(例如：蓄冷速度、蓄冷容量)。在一些实施例中，热力系统中的储热容器具有不同的取冷特性(例如：取冷速率、取冷温度)。

根据一些实施例，热力系统包括不同技术类型的储热容器。在一些实施例中，热力系统包括一个或多个冰盘管式容器以及一个或多个储热容器，如本文别处所公开的内容。

根据一些实施例，不同技术类型的容器被串联连接。根据一些实施例，不同技术类型的容器被并联连接。在一些实施例中，一个或多个控制器用于协调容器的操作。

图20是根据本发明的一些实施例的储热容器配置的立体图的简化示意图；以及

图21是根据本发明的一些实施例的储热容器的横截面图的简化示意图。

系统的示例性参数：

在本发明的一些实施例中，例如，容器中流动路径的长度(例如：80％的流动的中间路径长度)在1到100米之间，例如：在1到20米之间、20到50米之间、50到100米之间及/或中间或更长的路径，例如：在100到200米或更长的长度之间。在本发明的一些实施例中，长度在15到20米之间，例如：大约16米。

在本发明的一些实施例中，容器中的热交换表面的表面积在1到200平方米之间，例如：在1到30平方米之间、30到80平方米之间、80到200平方米之间及/或中间或更大的面积。在本发明的一些实施例中，面积在30到45平方米之间，例如：大约37平方米。

根据一些实施例，膜盒填充有在高达-8.0℃到-2.0℃的温度下冻结的相变材料。

因为超(深冻结)冷却要求，相变材料在较低的温度下冻结。这可以通过添加成核剂来实现，并且选择性地不通过搅拌方式(例如：振动、超声波等)来实现。在一些实施例中，相变材料在-7℃到-2.5℃的温度下冻结。在一些实施例中，相变材料在-5℃到-4℃的温度下冻结。

根据一些实施例，在操作过程中，与热交换表面接触的容器内流动的流体体积至少为注入容器中的流体的70％。在一些实施例中，在与热交换表面接触的容器内流动的流体体积至少为注入容器中的流体的90％。

根据一些实施例，流动切割面积与热交换表面的面积之间的比率在0.008到0.05的范围内。在一些实施例中，每个冰砖的流动切割面积与热交换表面面积之间的比率为约1:35600＝0.000029平方厘米/平方厘米，及/或每个膜盒的比率为约0.00056平方厘米/平方厘米。

描述储热容器中的流动的附加参数是流动横截面积与储热容器中所有膜盒的总热交换面积之间的比率。注意，在本文描述的一些实施例中，流动横截面积沿着流动路径而改变。在这种情况下，所述比率可选地计算为沿着容器中的流动路径的平均流动横截面积与容器中所有膜盒的总热交换面积之间的比率。应当注意，这个比率是面积之间的，因此是一个无因次数。

在一些实施例中，储热容器中所有膜盒的流动横截面积与总热交换面积之间的比率在4.5×10^-5至45×10^-5之间，并且典型的比率可以是14×10^-5。在一些实施例中，范围可以在1×10^-5至100x10^-5之间。在一些实施例中，范围可在0.5×10^-5至200×10^-5之间。

在一些实施例中，流体总长度为16米的容器中的流动切割面积在5到20(平方厘米)之间。在一些实施例中，流动切割面积在10到15(平方厘米)之间。根据一些实施例，在至少35％的流动长度中的流动是湍流。

如本文其他地方所公开的内容，具有储热容器的热力系统的潜在优点是在取冷周期期间的高热取冷率(thermal discharge rate)。在一些实施例中，取冷率为4小时内存储能量的至少70％。在一些实施例中，取冷率为4小时内存储能量的至少85％。在一些实施例中，取冷率为4小时内存储能量的至少90％。在一些实施例中，取冷率为4小时内存储能量的至少85％。在一些实施例中，取冷率为4小时内存储能量的至少85％。在一些实施例中，取冷率为2小时内存储能量的至少85％。在一些实施例中，取冷率为1小时内存储能量的至少75％。

在一些实施例中，保持高取冷率直到使用存储在储热容器中的热容量的70％。在一些实施例中，保持高取冷率直到使用存储在储热容器中的热容量的80％。在一些实施例中，保持高取冷率直到使用存储在储热容器中的热容量的90％。

图22是根据本发明的一些实施例的储热容器的数据表的示例。

根据一些实施例，一个容器的长度为4米，在两个内部通道中引导流动(使得流动的总长度为8米)，流动在容器内花费80(秒)。在本示例中，当流体在热交换表面上的膜盒之间的空间中流动时，其速度为约0.1至0.09(米/秒)。

现在参考图1A至图1E，图1A至图1E是根据本发明的至少一些实施例的热能存储系统的示意图。如图所示，热能存储(TES)系统100在设施中使用空调(HVAC)系统的HVAC冷却器102。设施的非限制性示例包括：办公楼、住宅楼、购物中心、机场航站楼、工厂、服务器机房或类似设施。当在没有本发明的系统100的情况下操作时，HVAC冷却器102冷却第三流体124，所述第三流体随后在整个设施中循环以供冷却负载机130使用。第三流体124选择性地是水。

如上所述，本发明的目的是使用TES 100来进行“存储冷却”。替代地，可以使用相同的系统100来存储热量。TES 100包括流体分配系统104，所述流体分配系统104包括将第一流体120、第二流体122及第三流体124分配到整个系统100所需的那些组件。因此，分配系统104包括一个或多个泵106、管道108、流量控制机构107(例如：阀)以及用于监控系统100内的温度及流速的监控组件109。监控组件109可选地将数据馈送到控制器105，从而通过控制冷却器102及150、HE 170、负载机130、阵列110及流体分配系统104的组件来控制冷冻及/或冷却过程，如下文进一步描述的内容。在正常的使用过程中，HVAC冷却器102冷却第三流体124，所述第三流体124由流体分配系统104引导，从HVAC冷却器102经由管道108C到管道108L，以便流过负载机130。

TES 100还包括热存储阵列110。阵列110包括多个冰砖112。每个冰砖112包括被第一流体120包围的多个冰膜盒114。下文参考图2A至图2U及图3的内容将进一步描述冰砖112及冰膜盒114的实施例。冰膜盒114是包含第二流体122的封闭或密封膜盒。第二流体122选择性地是水，使得膜盒114暴露于围绕膜盒114的低温第一流体120，进而导致膜盒114冷却，并且第二流体122转而冷却并且相变成冰。

第一流体120选择性地具有比第二流体122更低的冰点。第一流体120的非限制性示例包括：乙二醇、与水、盐水或类似流体混合的乙二醇。TES 100还包括TES冷却器150，所述TES冷却器150用于将第一流体120冷却到低于第二流体122的冰点的温度。TES冷却机150是风冷式或水冷式。

第二流体122选择性地是与冰核剂混合的水。冰核剂选择性地为石英。使用的石英类型可以是但不限于：赫基蒙钻石(Herkimer)、无色水晶、紫水晶、紫黄水晶、玫瑰石英、玉髓、隐晶质石英、玛瑙、玉髓、砂金石、玛瑙石、缟玛瑙、碧玉、乳白色石英、烟熏石英、虎眼石、黄水晶、绿水晶、发晶或蓝线石石英中的任何一种。石英价格便宜，容易获得，并且能够抵抗第二流体的重复冷冻循环。此外，石英还将结冰所需的起始温度提高了几度。因此，成核剂提高了热能存储系统100的效率及响应性。

选择性地，第二流体122包括漂浮在膜盒114内的第二流体122中的金属条，并且使得膜盒114内的冰形成均匀分布。选择性地，金属是铝。选择性地，金属条的厚度不超过0.5毫米。选择性地，金属条的长度最长为30厘米，金属条的宽度最宽为1厘米。参考图8将更详细地解释了这个可选的方面。

每个冰砖112选择性地具有如图2E至图2H所示的狭长形状因子，以实现膜盒114与第一流体120之间的有效热传递。具有狭长形状因子的冰砖112选择性地具有至少比其最大宽度W及/或高度H大三倍或四倍的长度L。冰砖112可选择性地以端对端的方式连接，从而形成包括多个冰砖112的长线性模块。使用的模块化结构及冰砖112的数量能够控制能量的取冷速率，以满足每个设施的确切热能存储需求，并且还提供了灵活的安装选项，例如：阵列110可以根据需要成形。参考图8A及8B将更详细地解释这个可选的方面。

膜盒114选择性地在冰砖112内稍微间隔开以增加待冷冻的第二流体122的表面积与体积之间的总比率。选择性地，冰砖112包含65％到85％的第二流体122。选择性地，冰砖112包含75％的第二流体122。膜盒114选择性地包含聚合物，例如：聚氯乙烯或其他合适的耐用且低成本的材料。膜盒114选择性地包括其外表面上的凸起或隆起状物，以在膜盒114之间提供间隔以用于第一流体120的流动及用于增加第一流体120的湍流。

在使用图1A所示的系统100时，TES冷却器150选择性地将第一流体120冷却到低于第二流体122的冰点的温度。第一流体120经由管道108G从TES冷却器150泵送，并由流体分配系统104经由管道108T通过阵列110引导以冻结第二流体122(在此也称为“蓄冷过程(charging process)”)。温度升高的第一流体120随后经由管道108T离开阵列110，并由流体分配系统104引导回到管道108G以再次冷却冷却器150。在蓄冷过程中，第一流体120的提供可以是连续的或非连续的。当在一个或多个冰砖112内达到第一流体120的期望温度时，或者当经过预定时间段时，或者当在阵列110中存储预定量的能量时，选择性地停止蓄冷过程。(完全)蓄冷的阵列110通常包括多个膜盒114，所述多个膜盒114具有处于冷冻状态的第二流体122。

一旦阵列110已被蓄冷，冷却过程(在此也称为取冷过程)被用于使用阵列110冷却负载机130。阵列110内的第一流体120经由管道108T被引导到分配系统104，并且经由管道108S进入热交换器170，其中第一流体120冷却第三流体124。分配系统104接着引导冷却的第三流体124通过管道108H进入管道108C，以流过HVAC冷却器102，然后到负载机130(经由管道108L)。

替代地，第三流体124通过管道108H与HVAC冷却器102平行，并且直接经由流体分配系统104输送至管道108L至负载机130。由于第三流体124已被HE 170中的第一流体120冷却，因此HVAC冷却器102无需激活，从而节省能源。当第一流体120在HE 170与阵列110之间循环时，含有冷冻的第二流体122的膜盒114冷却第一流体120，然后第一流体120直接或间接冷却第三流体124及负载机130。选择性地，进入热交换器170的第一流体120的温度在入口处为5℃与在出口为10℃之间。当膜盒114冷却第一流体120时，冻结的第二流体122逐渐经历相变并融化，直到阵列110不再充分冷却第一流体120并且阵列110被认为已经取冷为止。(完全)取冷的阵列110通常包括具有液态的第二流体122的膜盒114。

蓄冷过程选择性地在非高峰时段(电网负荷较低的时段)进行，而取冷过程可选择地根据负载机130的要求进行，即使在高峰时段也是如此。当达到第一流体120的停机温度时，或者当经过预定时间段时，或者当从阵列110输出预定量的能量时，或者在负载机130的控制下，或者当负载机130处的冷却需求降低到期望水平时，选择性地停止取冷过程。在蓄冷过程中，阵列110内的第一流体120的流动方向可以相同，也可以不同于在取冷过程中的第一流体120的流动方向。

或者，系统100用于加热。对于加热而言，TES冷却器150选择性地作为热泵操作。TES冷却器150选择性地在非高峰时间加热第一流体120。第一流体120经由管道108G从TES冷却器150泵出，并经由管道108T及通过阵列110由流体分配系统104引导以加热第二流体122(在此也称为蓄冷过程)。温度降低的第一流体120随后离开阵列110，并由流体分配系统104引导通过管道108T及管道108G到TES冷却器150以再次加热。在加热过程中，第一流体120的提供可以是连续的或非连续的。当第一流体120在一个或多个冰砖112中达到期望温度时，或者当预定义的时间段已经过去时，或者当预定义的能量存储在阵列110中时，以及在类似的情况下，选择性地停止加热过程。阵列中没有发生相变。

一旦阵列110已被蓄冷，则使用加热过程(在此也称为取冷过程)，加热过程通过阵列110来加热负载机130。阵列110内的第一流体120经由分配系统104通过管道108T及108S导入热交换器170，其中第一流体120加热第三流体124。然后，分配系统104引导加热的第三流体124从管道108H流经管道108C，流到HVAC冷却器102，然后(经由管道108L)流到负载机130。或者，第三流体124通过管道108H与HVAC冷却器102平行，并且直接通过流体分配系统104到管道108L而输送至负载机130。由于第三流体124已被HE 170中的第一流体120加热，当第三流体124已经被加热从而产生节能时，HVAC冷却器102(作为热泵起作用)选择性地不需要被激活。当第一流体120在热交换器170与阵列110之间循环时，包含加热的第二流体122的膜盒114加热第一流体120，然后第一流体120直接或间接加热第三流体124及负载机130。

蓄冷过程可选择在非高峰时段(电网负荷较低的时段)进行，而取冷过程可选择根据负载机130的要求来进行，即使在高峰时段也是如此。

流体分配系统104的监控组件109选择性地包括一个或多个温度监控器，用于监控以下至少一个：第一流体120在进入阵列110之前的温度；第一流体120在阵列110内任何位置的温度；第一流体120在离开阵列110之后的温度；一个或多个膜盒114内的第二流体122的温度；一个或多个冰砖112的温度；进入HE 170前地第一流体120的温度；以及离开HE 170时第一流体120的温度。附加或替代地，监控组件109包括一个或多个流量监控器(未示出)，用于监控阵列110以下至少一个：第一流体120在阵列110之前、内部及之后的流动；以及第一流体120在HE 170之前、内部及之后的流动。

虽然图1A至图1E示出了冷却器102及150、HE 170、负载机130、阵列110及流体分配系统104的组件的单个实例，但是应当理解，TES 100可包括这些组件的任何适当数量。

图1B的系统100以与图1A相同的方式工作，但是所示的实施例包括空气压缩机140。压缩机140从每个冰砖112的顶部吸入空气126。这种空气126选择性地被压缩到10到20巴之间，导致空气126由于压缩而被加热。然后，压缩空气126通过空气到空气热交换器142及/或膨胀阀(未显示)而被泵入每个冰砖112的底部，温度降至-20到-30℃之间。空气126通过每个冰砖112而起泡以进一步冷却内容物，然后在-5到+5℃之间通过冰砖112的顶部排出。然后，这种冷空气126再次被送入压缩机140中，形成冷却闭合回路108P。为了简单起见，冷却闭合回路108P被显示为直接连接到热存储阵列110，但是冷却闭合回路108P选择性地是流体分配系统104的一部分，并且如本文所描述的其他管道系统一样被控制。在这个实施例中，第二流体122选择性地与盐或其它合适的材料组合以降低第二流体122的冰点。

图1C的系统以与图1A相同的方式运作，但是如果TES冷却器150的冷凝循环是水冷的，则包括从第三流体124供给的热交换器152。在这个实施例中，负载机管道108K适于连接到TES冷却器150中的HE 152。负载机管道108K输送第三流体124，第三流体已被HVAC冷却器102冷却，通常第三流体的温度介于但不限于在7至12℃之间。

然后，TES冷却器150经由HE 154将第一流体120冷却到低于第二流体122的冰点的温度，使得第一流体120可以通过阵列110被泵送以冻结膜盒114内的第二流体122。对于其它实施例而言，取冷过程随后在HE 170中发生。这种设置提高了TES冷却器150的能量效率，所述冷却器150可以利用当负载机130部分或全部不被使用时利用冷却的第三流体124来充足供应，例如但不限于办公大楼中的夜间使用。选择性地，当外部温度较低并且电力成本较低时，HVAC冷却器102在夜间冷却第三流体124以获得更有效且更便宜的能源使用。由于水冷式TES冷却器150更有效，因此它也可以比使用风冷式冷却器的其他实施例中的更小。

图1D的系统结合了图1B及图1C的功能，以提供通过HE 152连接到第三流体的TES冷却器150，并且由来自空气压缩机140的压缩进行冷却补充。

图1E的系统以与图1A相同的方式工作，但是在所示的实施例中，部分或全部冰砖112不包括膜盒114。在图1E的实施例中，TES 100用于在冰砖112中存储第一流体120。因此，第一流体120由冷却器150冷却，并且冷却的第一流体120随后被泵入冰砖112中以供存储并在其它时间用于冷却第三流体(经由HE 170)。如上所述，第一流体120的非限制性实例包括：乙二醇、与水混合的乙二醇、与水混合的盐或这些或其他流体的其他组合以形成“浆状物(slushes)”或类似流体。

现在参考图2A至图2U，图2A至图2U是根据本发明的至少一些实施例的冰砖、冰膜盒及热存储阵列的图式。图2A至图2D示出膜盒114的优选实施例。膜盒114包括放置在膜盒114上角的填充喷嘴202，以使膜盒114能够用第二流体122填充到最大值，同时仍然能够有效地包装膜盒114。膜盒114选择性地包括窄侧间隔物204及宽侧间隔物206。当被提供时，当膜盒114被包装在冰砖112内时，间隔物204及206在膜盒114之间形成间隙。间隙使得第一流体120在膜盒114之间流动，从而冻结膜盒114内的第二流体122。膜盒114包括深度D及长度L及高度H的高比率，以在较薄的冰块周围形成更大的表面积，使得第二流体(122)能够更有效进行热传递。

图2E至图2H显示了包含膜盒114的冰砖112的优选实施例。冰砖112包括用于封闭多个膜盒114的矩形外壳220。膜盒114被包装在一起以使包含在冰砖112内的第二流体122的量最大化。冰砖的每一端配备有对齐或支撑板227，用于对齐膜盒114及密封砖端板226，以便使得冰砖112在被密封时防水。冰砖112通过入口/出口管224连接到阵列110。安装支架222用于将冰砖112安装在阵列110中的固定位置，如下所述。除了用于连接冰砖的入口/出口管224及互连管道228之外，冰砖112完全密封以完全容纳流经冰砖112的第一流体120。

选择性地，冰砖112的尺寸为50×50×400厘米。选择性地，冰砖112的体积为1000公升，包含75％(750公升)的第二流体122。选择性地，冰砖112具有19.8trh|69kWh的能量存储容量。或者，冰砖112的尺寸为25×25×400厘米。选择冰砖112的尺寸以在足够的能量存储及阵列的构造模块性之间提供平衡。

图2I至图2N示出了在热存储阵列110的弹性配置中的冰砖112的优选实施例。冰砖112用作构造块，用于配置具有任何期望布局及容量的阵列110。如图2I及图2J所示，冰砖112堆叠在一起，端对端铺设，并且也相邻铺设。然后使用入口/出口管224及互连管道228为第一流体120在阵列中的冰砖112之间提供流体连接。冰砖112以平行或交替地串联或交替地将平行及串联结合起来的方式进行流体连接。

如图2K至图2N所示，一旦阵列110以所需的容量(冰砖112的数量)及形状(冰砖112的排列)被构建，绝缘板230被附接到阵列110的外表面以完全绝缘阵列并保持冰砖112内的热存储。这种配置节省了所需的总绝缘，因为只有整个阵列110的外表面需要绝缘，而不是每个冰砖112的每个表面都需要绝缘。阵列110选择性地组装在基架232的顶部，基架232选择性地在其底面上绝缘。

一旦阵列110已被布置成所需的形式(例如：图2M的矩形盒或图2N的平坦平台或这些形式的任何组合)以创建特定安装所需的任何结构配置，这种形式可被集成到热存储系统100所应用的结构中。作为一个非限制性示例，图2N中的平台可以用作地板，或者可以垂直竖立以用作墙壁，或者可以用作地板及墙壁，或者可以用作TES系统100所应用的建筑物/结构的内部、旁边或上面的凸起平台。

图2O至图2R示出了包含膜盒114的冰砖112的附加优选实施例，其中膜盒114在中间部分是较窄的，从而在膜盒114之间形成间隙以供第一流体120流动。

图2S至图2U显示了膜盒114的其他优选实施例，其中膜盒114包括具有支撑隆起250的加宽中部，使得当膜盒114内形成冰时上部256及下部254不会塌陷。当膜盒114被包装在冰砖112内时，隆起250及隆起252在膜盒114之间形成间隙。需要这种间隙以使得第一流体120在膜盒114之间流动，从而冻结膜盒114内的第二流体122。膜盒114还包括多个凸起物260。多个凸起物260增加了膜盒114外部的第一流体120的雷诺数，从而导致第一流体120的湍流更大，进而使膜盒114内部的冰形成分布更好。

图2V示出了具有多个凸起物260、隆起252及填充喷嘴202的膜盒114的侧视图。填充喷嘴的放置使得其不会增加到超过矩形膜盒114的一般外部形状。图2W在另一个侧视图中显示了图2V的膜盒，垂直于图2V的视图。图2X在前视图中示出图2V及图2W中的膜盒，其中示出膜盒114的宽侧及第一流体120的一般流动方向290。膜盒114具有多个凸起物260，多个凸起物260的配置使得通过膜盒114的第一流体260的流动路径以弯曲模式291(或蛇形模式)提供。本发明意义上的弯曲模式291的特征在于流动方向被反复改变。选择性地，弯曲模式291的特征在于流动方向规律地改变。更优选地，至少在弯曲模式的一部分中，弯曲模式围绕中心线近似对称。附图标记292是指多个凸起物260之间的膜盒114的平坦区域。图2Y显示了膜盒114的立体图，膜盒114如图2v、2W及2X所示。

现在参考图3，图3示出了根据本发明的至少一些实施例的冰膜盒。如图3所示，膜盒114Cy选择性地以环己烷形状提供。在使用过程中，将多个环己烷形膜盒114Cy放置在冰砖112内以在冰砖112内自由沉降。因此，膜盒114Cy不固定在冰砖112内。环己烷形膜盒114Cy的不规则形状使得冰砖112内的填充系数高，同时形成间隙使得第一流体120在膜盒114Cy周围流动以冻结其中的第二流体122。此外，多个环己烷形膜盒114C也在冰砖112C内提供限定的流动路径，因为当将多个环己烷形膜盒114C放置在封闭体积内时，这种限定的环己烷形膜盒114C将创建这些膜盒114C的限定几何模式。

现在参考图4，图4示出了根据本发明的至少一些实施例的圆柱形冰砖。在如图4所示的可选的实施例中，冰砖112C是圆柱形的，并且包括设置在一个或多个阵列中的膜盒114C。选择性地，在冰砖112C内以不同高度放置多个阵列。选择性地，圆柱形冰砖112C适于放置在地下。冰砖112C由一根管道制成，所述管道包括一个螺旋形金属加强件(未示出)，所述加强件沿着冰砖112C的外侧延伸，以便将冰砖112C放置在地下。选择性地，冰砖112C的体积在100至10000立方米之间。

现在参考图5A，图5A示出能够通过控制器激活独立冰砖子集的TES系统、图5B示出TES系统操作的流程图、图5C示出根据本发明至少一些实施例的TES系统操作的实验数据。如图5A所示，TES系统100按照图1A的TES系统100建构及运行。选择性地，图1A至图1E的任何实施例可以如参考图5B所述的方式使用。在图5A的实施例中，系统100包括N个冰砖112，其中N是大于2的整数。应当理解，如上所述，阵列110选择性地包括提供足够的热能存储所需的尽可能多的冰砖112。冰砖112使用入口/出口管224与互连管道228互连，并且进一步使用流体分配系统104的组件来进行互连。流体分配系统104的流量控制器107使得能够将阵列110分割成冰砖112的子集520，其可以以如下所述的方式而单独激活。

如上所述，第一流体120流过冰砖112以进行蓄冷及取冷。在图5B的取冷过程500中，在步骤501中，取冷过程被激活。过程500的步骤选择性地由控制器105控制，如上所述，控制器105控制系统100的组件。取冷过程的激活可涉及多个步骤，例如但不限于：激活泵106、打开或关闭流量控制器107中的阀以及使用监控组件109监控流体120、122及124的温度及流速。

在步骤502中，作为激活过程的一部分，控制器105激活冰砖112的第一子集520A，并且第一流体120仅通过这个第一子集520A而不是通过任何其他冰砖112而被泵送。如图5A所示，第一子集520A包括冰砖112A及112B，然而，任何数量的冰砖112，甚至单个冰砖112可被包括在子集中，并且子集520中的两个冰砖112的示例不应被视为限制。选择性地，在步骤502中激活多个子集520。当第一流体120通过第一子集520A时，第一流体120被冷却，而第二流体122被加热。在步骤503中，例如通过在第一流体120离开阵列110时，通过监控组件109来监测第一流体120的温度。选择性地，在步骤503中还测量系统100中其它流体的温度。

在判定步骤504中，监控组件109指示所监视的温度是否已经升高到定义的阈值以上。如果所监视的温度不超过阈值，则控制器105不采取任何动作，并且继续监控的步骤503。当监控组件109指示温度已经上升到定义的阈值(在控制器105中被选择性地定义)以上时，则意味着通过子集520A的第二流体122不再被子集520A充分冷却，因为子集520A的第二流体122的温度已经上升。在非限制性的示例中，当第一流体120的温度在阵列110的出口处升高5℃以上时，子集520A不再充分冷却第一流体120。

在判定步骤505中，控制器105检查冰砖112的所有子集是否已被激活。当确定没有激活所有冰砖112的子集时，在步骤506中，控制器105激活冰砖112的下一子集520B。如上所述，虽然图5A示出的子集520B仅包括冰砖112C及112D，但这不应被视为限制，并且子集520B可包括任何数量的冰砖112。除了子集520之外，子集520B选择性地被激活。或者，当子集520B被激活时，子集520被停用。选择性地，在步骤506中激活多个子集。子集520B的激活导致步骤503中由监控组件109监控的温度降低。

重复步骤503、504及505，如图5B所示，直到在步骤505中确定使用了冰砖112的所有可用的子集(至多为子集520N)，并且在步骤507中停止取冷过程500。

图5C显示TES系统运行的实验数据。如图5C的图表所示，在阵列110的出口处监控第一流体120的温度，并绘制为线532，线532作为自取冷过程激活以来经过的时间的函数。在实验系统中，三块冰砖112在时间为0时被激活，如图所示，温度从-5℃上升到5℃左右(在时间点530所示的时间)。在时间点530，除了最初的三块冰砖外，另一块冰砖被激活，这立即将图表532所示的出口温度降低到0℃左右。随着第四块冰砖也被取冷，气温又一次逐渐上升到5℃左右。从实验图532可以看出，冰砖112或冰砖520的子集的逐渐激活导致TES系统100的更平衡的取冷，更长的取冷时间导致负载机130的TES冷却时间更长，以及能够更好地利用已完全取冷的每个冰砖112。

现在参考图6A至图6G，图6A至图6G示出了根据本发明的至少一些实施例的用于冰砖中的间隔物。间隔物600及620插入冰砖112内的膜盒114之间。冰砖112选择性地包括多个间隔物600或间隔物620。

或者，冰砖112包括间隔物600及620的组合。

图6D及图6E示出了两个膜盒114，其中没有处于取冷(图6D)及蓄冷(图6E)状态的任何间隔物600或620。图6F及图6G显示了两个膜盒114，其中间隔物620处于取冷(图6F)及蓄冷(图6G)状态。为了简单起见，示出了两个膜盒114，并且清楚的是可以根据需要在冰砖112内提供任意数量的膜盒及间隔物。间隔物600及620的目的是保持膜盒114周围的最小流动区域630。流动区域630是必需的，因为当膜盒114完全蓄冷时(第二流体122(例如：水)已经变成冰)，膜盒114是膨胀的(图6E)。膜盒114的这种膨胀可以通过收缩流动区域630(图6E)来阻止第一流体120的流动，从而防止第一流体120通过冰砖及112，并且防止第一流体120的有效冷却。此外，当第二流体122(例如：水)处于取冷状态(图6D)时，膜盒114收缩并且膜盒114之间的流动区域630增大，从而导致第一流体流速显着降低，其影响用于取冷及蓄冷的热传递。

在图6A的实施例中，通过在膜盒114之间装配间隔物600以确保足够的流动区域630，使得膜盒114不能膨胀以填充流动区域。间隔物600中的孔604供第一流体120流动。当膜盒114取冷时，柔性翼片602从间隔物600打开以占据流动区域630，从而增加第一流体流速。

在图6B、6C、6F及6G的实施例中，通过在膜盒114之间装配间隔物620以确保足够的流动区域630，使得膜盒114在冻结以填充流动区域630时不能膨胀。图6C示出了间隔物620的横截面A`-A`。间隔物620中垂直杆621与水平杆622之间的间隙624供第一流体120流动。如图6F所示，间隔物620安装在膜盒114与垂直杆621之间，水平杆622增加第一流体通过流动区域630的流速。如图6G所示，当膜盒114被蓄冷且膨胀时，间隔物620防止膜盒114阻塞流动区域630，从而确保第一流体120在膜盒114周围持续流动。

现在参考图7A至图7D，图7A至图7D示出了冰砖112，即热能存储单元711。

图7A的热能存储单元711包括管子712，其具有细长中空体的形状。管子712选择性地由金属制成，例如：碳钢或不锈钢。前端元件713A及后端元件713B被设置用以封闭管子的两端，从而提供矩形的外壳。元件713A及713B也选择性地由金属制成，例如：不锈钢或碳钢，并提供将热能存储单元711安装到例如支撑装置(未示出)的装置。前端元件713A及后端元件713B分别具有入口714A及出口714B。入口714A及出口714B可连接至其它热能存储单元112、管道10及/或流体分配系统104。在管子712内，设置多个膜盒715。膜盒715具有板或砖的形状。此外，膜盒715具有其主表面(即其宽侧)的凹形或凹陷形状。膜盒715在管子内的配置选择性地由膜盒715的多个水平设置的堆叠717配置而成(即，堆叠在管子712的宽度方向上)。例如，16个或8个膜盒715可以形成膜盒715的一个堆叠717。多个堆叠717沿管子712的长度依序排列。膜盒包含作为第二流体122(例如：水)的相变材料及优选的成核剂(例如：石英)。在膜盒715之间以及膜盒与管子712之间提供空间716，其中第一流体120(例如：水/乙二醇混合物)可在管子712内从入口714A流向出口714B。

这种配置能够在第一流体120与第二流体122之间经由膜盒715的壁进行有效的热交换。膜盒715与第一流体120之间的实际热交换率取决于几个因素，包括：流速、第一流体120与膜盒715之间的接触面的有效面积以及流动的类型(例如：湍流或层流)。图7A的实施例改进了所有这些因素。在下文中将对此进行更详细的解释。

结合膜盒715的堆叠配置的管子的细长形状限定了空间716内的剩余自由空间，其导致第一流体的多个预定流动路径718靠近膜盒。在入口714A处的第一流体120的总流动被划分为多个预定的流动路径718，其中每个流动路径718沿着管子712的长度经过多个膜盒。此外，膜盒715被配置成使得在膜盒715的冻结(膨胀)状态以及膜盒715的非冻结(非膨胀)状态中限定流动路径718。换句话说，在膜盒715之间提供用于第一流体120的多个预定义或固定的流道，同时考虑由于第二流体的体积变化而引起的膜盒的体积变化，特别是在改变相位时。因此，相较于传统的罐式热能存储单元，提供了用于交换热量的第一流体120的多个流动路径718的预定义系统。传统的罐式热能存储单元中的传热流体的流动具有高度的随机性，其中例如：第一流体很难到达罐的边缘。

此外，膜盒715的板形状在几何上增加膜盒715的表面(即其表面与体积比)，其中膜盒715的最大表面(即宽侧)有利地限定其用于交换热的主要表面。

相应地，图7A的每个流动路径718具有与膜盒715的所述主表面平行排列的窄形状。限定流动路径718的狭窄形状利用膜盒715的主表面，使得热传递速率增加。换句话说，上述热能存储单元711的配置显着地增加了用于交换热量的接触表面的有效面积，同时将压降保持在可接受的水平(例如：低于1巴)。

管子712的细长形状提供了第一流体120的限定流动路径，其明显长于传统的系统。因此，第一流体120与多个堆叠717的热交换被优化，因为在对膜盒715进行结霜或除霜时，堆叠717被逐渐激活。

另外，流动路径的平均长度增加到比管子712的长度L长。这进一步增加了热传递速率。

图7B显示了空管子712的横截面。图7C示出了管子712的横截面，包括膜盒715的堆叠717与液态(非冷冻)水。因此，图7C的热能存储单元711被完全取冷。图7D示出了管子712的横截面，包括膜盒715的堆叠717及冷冻/固态水。因此，图7D的热能存储单元711被完全蓄冷。理想情况下，如果认为没有任何膜盒715，图7B的管子712具有用于第一流体120的管子712A的总横截面(即横截面积)。如果膜盒715的堆叠717放置在管子712内，则在膜盒715之间提供窄形流动路径；在图7C中，这些窄流动路径718中的一个由多个圆圈指示，这些圆圈指示第一流体120的流动方向。对于第一流体120，流动路径718设置在两个膜盒120中的每一个膜盒120之间的横截面区域内(流动路径的这些自由流动横截面区域中的一个在图7C中用附图标记718A表示)，并且在图7C的左侧及右侧，分别在管子120的壁与最外面的左侧及右侧的膜盒715之间。在图7C中，定义流动路径718的这些横截面区域中的一个用附图标记718A表示。图7D示出与图7C几乎相同的配置，关键区别在于膜盒715之间的第一流体120的流动的剩余横截面区域较小，因为膜盒715内部的冻结的第二流体122而造成膜盒715膨胀。图7D中用标号718B表示这些自由流动横截面区域中的一个区域，这些自由流动横截面区域定义了第一流体120的流动路径718。多个堆叠717的设置使得通常沿着管子的长度从管子的前端到后端提供连续的流动路径718。这些流动路径718的平均长度比管子712本身的长度长。选择性地，膜盒715的堆叠717具有相同数量的膜盒715。选择性地，堆叠717彼此相邻地连续设置，使得流动路径718由多个堆叠717本身提供。

由于水在蓄冷/冷冻时体积膨胀，图7C中的膜盒715比图7B中的膜盒需要更多的空间。这种效应也被称为膜盒715的“呼吸效应(breathing-effect)”。由于这种呼吸效应，第一流体120的剩余空间根据膜盒715内第二流体122的状态而改变。在定义流动路径718时，必须考虑膜盒715的呼吸效应。首先，必须调整堆叠717，使得流动路径718在蓄冷及取冷状态下不被阻塞。第二，堆叠717必须进行调整，使得流动路径718在冷冻膜盒715以及非冷冻膜盒715的情况下提供可接受的压降。第三，必须优化热能存储单元711的整体热力学配置。这尤其包括流动路径718中第一流体120的流体动力学，其应被配置成使得膜盒715与第一流体120之间可以发生有效的热传递。

上面提到的第一项是为了确保可以随时提供第一流体120的流动。

下文更详细地解释上述第二项。流动路径越长，流动路径的截面积越小，压降增加越大。压降增加的缺点是泵送功率消耗更高(即系统损耗更高，系统总效率更低)，以及对整个系统的机械要求增加。因此，从储热装置的入口714A到出口714B的压降必须低于1巴(大气压)。选择性地，热能存储单元被配置成使得在其完全蓄冷以及完全取冷状态下的压降小于0.5巴。

关于上述第三项，多根管子(或一根很长的管子)的组合长度与流动切割面积的比率在约40到200(厘米/平方厘米)的范围内，选择性地在约60到150(厘米/平方厘米)的范围内。流动切割面积与多个管子的组合长度(即串联在一起的多个管子712的总长度)的这些比率提供具有可接受压降的有效传热率。

一方面，这使得放置在最靠近入口的膜盒具有更多时间(由于膜盒内的冰融化而导致传热率降低)，从而以较低的传热率及较低的交换温度继续传热到第一流体120中，而位于第一流体120的流动更下游的膜盒715以更高的传热率继续其传热。

术语“流动切割面积(flow-cut-area)”是一个数字，其计算如下：

AFFCAp＝(TCSA－(CCSA-LS+CCSA-FS)/2×CPS)/CPS

其中上述变量定义如下：

AFFCAp：每个膜盒的平均自由流动切割面积

TCSA：管子的总可用横截面面积712A(参见图7B)；

CCSA-LS：液态的第二流体的(即取冷状态，见图7C)的膜盒横截面面积715；

CCSA-FS：冻结状态的第二流体(即蓄冷状态，参见图7D)的膜盒横截面面积715；

CPS：并联安装的膜盒715的数量。

根据上述公式，每个膜盒715的平均自由流动横截面面积(即AFFCAp)被用于计算管子的横截面中的可用总流动面积。然后，使用该结果计算每个膜盒的平均横截面流动面积，即流动切割面积。

计算的流动切割面积可被用于计算伽马比，伽马比是膜盒与第一流体之间传热效率的良好指标，如下所示：

伽马比：多根管子的组合长度/流动切割面积，例如，使用厘米作为长度单位，平方厘米作为面积单位，[厘米/平方厘米]。

伽马比取决于几个因素，其中一些因素包括膜盒特性及流动路径特性。

伽马比[GR]，(如上文所述，传热流体的流动路径的线性长度(单位：厘米)与每个膜盒的自由流动横截面面积(平方厘米)之间的比率)取决于安装在冰砖内的膜盒的热性能及其他附加参数。

高伽马比可能使膜盒与传热流体之间具有足够的热交换相互作用，以理想的速率融化冰中大部分存储的能量。另一方面，高伽马比通常意味着较长的行程及狭窄的通道，这可能会产生高压降，高压降可能导致较高的泵送损失及/或冰砖外壳上的较高的机械负荷。

一般来说，GR对膜盒性能[CP]及传热流体的传热系数[HTC]的相关性为：

GR＝K*(1/CP*HTC)

其中K是一个经验系素。

改善(增加)CP的典型因素：

膜盒面积与膜盒体积之比(cm²/cm³)；

膜盒的厚度的倒数(1/cm)；

膜盒壁的材料(导热系数)(W/(m*K))。通过一些非限制性示例：HDPE的导热系数为约0.5(W/(m*K))，铝的导热系数为约200(m/(m*K))；以及

使用内部传热条带

改善(增加)HTC的典型因素：

配置为具有弯曲配置的流动路径的长度；

流动的平均雷诺数较高，这通常取决于流体速度及“流动切割区域”的水力直径；

局部雷诺数，通过一些非限制性示例，局部雷诺数取决于膜盒沿流动路径方向的变化、膜盒壁上的凸出物以及流动路径中的湍流器。湍流器是将层流边界层变为湍流边界层的装置。涡轮可能包括挡板、角形金属条、螺旋叶片或盘绕的金属条，这些金属条插入流动路径中。

多根管子的组合长度与所述流动切割面积的伽马比为约150厘米/平方厘米是具有应用价值的示例。根据上述要求配置的系统证明屈服值(在4小时的取冷率期间融化的第二流体的百分比)高于80％，第一流体的可接受出口温度低于5℃，可接受压降(大约0.5巴)。将比率增加到200厘米/平方厘米(具有根据以上解释的实施例的膜盒形状)将增加超过期望极限的压降。将比率降低到40厘米/平方厘米以下将使取冷时的屈服值比例降低到50％。在60到90厘米/平方厘米的范围内的比率也将导致单元711的合理效率。此外，相较于传统的“封装冰”系统，所述实施例提供平坦且稳定的取冷曲线(行为)。

在一些实施例中，例如，如下文标题为“串联及/或并联连接的冰砖”的部分中所述，第一冰砖可能实现200至500(厘米/平方厘米)的更高“伽马比”，但仍然避免压降的问题。

应当注意，上述伽马比的范围及数值是利用上述实施例的理论及实际实验的结果。

图8A示出带有具有预定义直径的填充喷嘴202的膜盒114。提供扁平的金属条801，使得它们设置在膜盒114内。金属条的宽度与填充喷嘴202的直径相适应，使得金属条可以插入膜盒114中。应当注意，图8A中放置在填充喷嘴202中的金属条801仅以演示目的而示出。最终用于储热单元的膜盒114仅配备有完全位于膜盒114内部的金属条801。金属条801的长度优选地被尺寸化，使得它们很好地与膜盒114的长度配合。以此方式，金属条801将保持在膜盒114内部的适当位置，并且将影响膜盒114的大部分内部体积。选择性地，使用多个金属条以提高膜盒114的整体传热效率。这些金属条801用作传热元件，其改善膜盒114内部的热传递并提高单个膜盒的总传热效率。

图8B示出带有具有预定义直径的填充喷嘴202的膜盒114。提供螺旋形扁平金属条802，使得它们设置在膜盒114内。金属条的宽度与填充喷嘴202的直径相适应，使得金属条可以插入膜盒114中。应当注意，图8A中放置在填充喷嘴202中的金属条802仅用于演示目的。螺旋形扁平金属条802在膜盒114的内部提供更好的热分布。

图9A示出了具有垂直杆621、水平杆622及杆之间的间隙624的刚性间隔物620。刚性间隔物600设置在两个相邻的膜盒114之间。参考图6B及图6C以及相应的说明。例如，所述刚性间隔物可以与图7上下文中描述的实施例结合使用。

当膜盒壁在蓄冷(即，当第二流体122冻结时)朝向相邻膜盒壁偏转时，水平杆622在其附近保持自由流动路径，这将允许第一流体120的平行流动650，平行流动650将导致冰在整个膜盒宽度上融化。垂直竖立杆将产生湍流，所述湍流将改善膜盒壁与第一流体120的流动之间的传热系数，如弯曲箭头640所示。

图9B示出具有翼片602的柔性间隔物600。柔性间隔物600设置在两个相邻的膜盒114之间。参考图6A及相应的说明。此外，提供多个凸起物603以产生更多的湍流。例如，所述柔性间隔物600可以与图7上下文中描述的实施例结合使用。

放置配备有翼片602的柔性间隔物600，翼片602被预加载以压在相邻膜盒的114平坦壁面上，这将迫使第一流体流过膜盒的114平坦壁面之间的狭窄间隙。这增加了第一流体120与膜盒114的热传递率。另外，流动的湍流增加。这由图9B中的线900表示。蓄冷阶段的最小间隙(即间隙的最小尺寸)应为每侧约1毫米。

此外，柔性间隔物600可以被配置成使得间隙在每侧上(由于冰融化)增长到大约3到5毫米。这将有利地导致第一流体120的流体流动速度降低到其在管子中最大速度的四分之一(1/4)。

所述翼片(翼)被预先设置为远离竖直板而膨胀并朝向所述膜盒壁移动并且保持膜盒114附近的第一流体120的窄流动间隙，并且将防止如上所述的性能退化。

串联及/或并联连接的冰砖：

为了提高给定的膜盒结构(形状及材料)的存储容量的取冷百分比，可能的结构是串联的冰砖。

下游膜盒，可能仍然完全蓄冷或只有取冷一小部分的容量，可能继续将传热流体冷却至所需温度(例如：低于5℃)，并且冰砖的串联设置可能继续从位于上游的高取冷膜盒中提取冷却能力。

冰砖串联的另一个潜在优势是与主集管的连接较少。

这种设置可能具有比非串联或较短串联的连接冰砖产生更高压降的缺点，特别是在取冷的第一阶段，可能的原因为：

所需流动由所需取冷率及温差(热交换器的入口与出口之间)决定；

取冷率可能受冰砖组的存储冷却能力及目标周期的影响，因此，如果大量的冰砖串联，则可能需要更高的取冷率，以维持所需的取冷周期；以及

压降增加与冰砖数增加的三(3)次方成正比，因为压降与行程长度乘以流速的二次方成正比。

作为非限制性示例：

串联配置中的两(2)个冰砖增加到串联配置中的三(3)个冰砖：

(A)两块冰砖的示例性参考值：

容量：2×10＝20RTH

预期的取冷时间为4小时

计算的取冷率为5RT

计算的排放流量(基于5℃的温差)为5×0.6＝3平方米/小时

排放第一阶段的压降为0.3巴(典型试验结果)

(3)使用上述三个冰砖的示例值：

容量：3×10＝30RTH

预期的取冷时间为4小时

计算的取冷率为7.5RT

计算的排放流量(基于5℃温差)为7.5×0.6＝4.5平方米/小时

排放第一阶段的压降为0.3×1.53＝0.3×3.375＝1.0125巴

应当注意，三块冰砖的压降似乎高于一个典型的期望限值。

在一些实施例中，在取冷周期的初始阶段，通过非限制性示例，离开第二块冰砖并进入第三块冰砖的传热流体的温度非常接近0℃。结果，用于在中间热交换器中传热的可用温差高于5℃，并且可以高达7至8℃，因此可以降低流速以将入口压力保持在所需限制下。

在一些实施例中，选择性地安装旁路装置，例如连接到排放集合管的开/关阀或减压阀(参见下面图23A至23C及图24的描述)，可以选择性地绕过最后的冷冻砖以进一步降低压降。

在一些实施例中，如本文所述的上述现象及储热容器的组合可能实现所需的取冷率，同时将压降保持在所需限值以下。

在一些实施例中，旁路配置选择性地应用于任何数量的串联冰砖，在3到5个串联冰砖之间的范围内，或者甚至在2到10个串联冰砖之间的范围内。

现在参考图23A，图23A是根据本发明的一个示例性实施例的冰砖及旁路机构的简化图示。

图23A显示了一个最小配置：两个串联的冰砖2304、2316及一个阀2310。

在一些实施例中，阀2312可以是减压阀。

在一些实施例中，阀2312可以是由控制器2312(选择性地是电气控制器)控制的阀，选择性地是由控制软件控制的阀，也可以是由控制计算机通过网络控制的阀。

流入的流体2302流经第一冰砖2304，并继续流经与第一冰砖2304串联的第二冰砖2316，并流出图23A所示配置的2318。

在一些实施例中，阀2312使得传热流体能够绕过第二冰砖2316而流出图23A所示配置的2314。应当注意，当阀2312使热传递能够流过阀2312时，大部分或全部传热流体通常将流过阀2312，因为这种流体路径提供的阻力小于流过第二冰砖2316的阻力。

现在参考图23B，图23B是根据本发明的一个示例性实施例的冰砖及两个阀的简化图示。

图23B显示了更复杂的配置：两块冰砖2324、2338串联，以及两个阀2330、2331。

在一些实施例中，第一阀2331可以是由控制器2333(选择性地是电气控制器)控制的阀，也可以是由控制软件控制的阀，或者是由控制计算机通过网络控制的阀。选择性地控制第一阀2331以打开或关闭。

在一些实施例中，第二阀2330可以是泄压阀，因为关闭第一阀2331可能产生针对传热液体流动的背压。

在一些实施例中，第二阀2330可以是由控制器2332控制的阀，选择性地，当第一阀2331被关闭时，第二阀2330被打开。

流入的流体2322通过第一冰砖2324，并继续流过第一阀2331及与第一冰砖2324串联的第二冰砖2336，然后流出2339如图23B所示的配置。当第一阀2331关闭，第二阀2330打开时，传热流体绕过第二冰砖2338，然后流出2334如图23B所示的配置。

上面的图23A及图23B显示了使传热流体绕过冰砖的两种可能配置。可以选择性地将上述配置之一放置在任何上游冰砖与下游冰砖之间。

对于三块冰砖的配置，下文描述另一个旁路配置。本领域技术人员可以基于本文提供的描述将附加配置组合在一起。

现在参考图23C，图23C是根据本发明的示例性实施例的三块冰砖及一个阀的简化图示。

图23C显示了三个冰砖2342、2344、2354串联连接的配置，以及一个阀2348。

在一些实施例中，阀2348可以是减压阀。

在一些实施例中，阀2348是由控制器2350(选择性地是电气控制器)控制的阀，选择性地是由控制软件控制的阀，或由控制计算机通过网络控制的阀。阀2350选择性地被控制用以打开或关闭。

流入的传热流体2322通过第一冰砖2324，流入2343与第一冰砖2342串联的第二冰砖2344，继续流入2345与第二冰砖2344串联的第三冰砖2354，并流出2356图23C所示的配置。

当阀2348打开时，传热流体绕过第三冰砖2354，流出2351图23C所示的配置。

现在参考图24，图24是根据本发明的一个示例性实施例的通过流过储热容器的传热流体进行热交换的方法的简化流程图。

图24的方法包括：

提供热能存储系统(2402)，包括储热容器；传热流体输入；连接至少一些串联的储热容器的管道；流量控制机构；以及传热流体输出；以及

向流量控制机构提供控制信号，以打开传热流体的流动路径以绕过更下游的储热容器2404。

热能存储系统的流量控制：

当储热容器冻结其容量的很大一部分时，流出的传热流体(HTF)的温度可能比要求的温度低。从热能存储系统转移的能量取决于HTF离开系统的流速及HTF的温度。

在一些实施例中，当从具有串联连接的多个容器的系统中出来的HTF的温度比所需的温度低时，可选择性地绕过串联中的一个或多个容器，从而提供接近所需温度的HTF。

在一些实施例中，当从系统出来的HTF的温度低于所需温度时，使用以下一种或多种方法来降低从系统出来的HTF的流速：

使用流量控制阀来降低流量；以及

使用变频驱动器(VFD)来提供变速泵的操作。

例如，当流出的HTF的温度为2℃而不是5℃时，流量可以减少5/8(＝0.6)的比率。

降低流速可能具有降低系统中压降的有利效果，其比率可能为5²/8²(＝0.4)。

现在参考图25，图25是示出使用本发明的一个示例性实施例执行的实验的结果的图表的集合。

在图25的第一行显示：

第一图形2501显示实验时的相对湿度；

第二图形2502显示实验时的温度；

第三图形2503显示实验时的全球太阳辐射；

第四图形2504显示实验期间输送的总能量，为18.189TRH(吨制冷剂小时)；

第五图形2505显示相当于输送的总能量的冰量，为687.56公斤；以及

第六图形2506显示能量的当量，表示为55041.29千卡。

图25的最下面一行显示了第七图形2510，第七图形2510显示实验期间的一些参数。

第七图形2509显示时间的X轴(从19:00到22:30之后)，温度的左Y轴(摄氏度)以及温度的右Y轴(摄氏度)，左Y轴与第七图形中的一些线相关。

第七图形2509显示：

第一条线2510显示以吨制冷剂为单位的功率。取冷周期结束时功率比为3.554；

第二条线2511显示基于右Y轴的流量。在取冷周期结束时，流量值为2.967立方米/小时；

第三条线2512显示冷水流出的温度。当取冷周期结束时，冷水流出的温度为5.229℃；

第四条线2513显示进入系统的相对较热的水的温度。当取冷周期结束时，进入系统的相对较热的水的温度值为8.852℃；以及

第五条线2514显示实验地点的环境温度。取冷周期结束时的环境温度值为28℃。

预计在本申请成熟的专利有效期内，将开发许多相关的储热容器，并且术语储热容器的范围旨在预先包括所有此类新技术。

如本文所用，术语“约”是指-60％及+200％。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“蕴含”、“具有”及其变化形式意指“包括但不限于”。

术语“由…组成”是指“包括并限于”。

术语“基本上由…组成”是指组合物、方法或结构可包括附加成分、步骤及/或部分，但仅当附加成分、步骤及/或部分不会实质性地改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本及新颖特征时。

如本文所用，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”及“所述”包括复数引用。

在本申请中，本发明的各种实施例可以以范围格式呈现。应当理解，范围格式的描述仅仅是为了方便及简洁，并且不应被解释为对本发明范围的不灵活限制。因此，应当认为范围的描述已经具体地公开了所有可能的子范围以及所述范围内的各个数值。例如，诸如从1到6的范围的描述应被认为具有具体公开的子范围，例如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等，以及所述范围内的单个数字，例如：1、2、3、4、5及6。这适用于任何范围的宽度。

每当在此指示数字范围时，意味着包括所指示范围内的任何引用数字(分数或整数)。短语“在第一指示数字与第二指示数字之间的范围”以及“从第一指示数字到第二指示数字之间的范围”在本文中可交换地使用，并且意指包括第一及第二指示数字以及它们之间的所有分数及整数。

应当理解，为清楚起见，在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反地，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或在任何适当的子组合中提供，或在本发明的任何其他描述的实施例中适当地提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不应被视为这些实施例的基本特征，除非没有这些元素实施例是无法运作的。

尽管已经结合本发明的具体实施例来描述本发明，但是对于本领域技术人员来说，许多替代方案、修改及变化将是显而易见的。因此，本发明旨在包括落入所附权利要求书的精神及广泛范围内的所有此类替代、修改及变型。

本说明书中提及的所有出版物、专利及专利申请通过引用的方式全部并入本说明书中，其程度与每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用的方式明确地且单独地指示并入本说明书中的程度相同。此外，本申请中引用或标识的任何引用不应被解释为承认该引用可作为本发明的现有技术。在使用章节标题的情况下，不应将章节标题解释为必然的限制。

此外，通过引用的方式将本申请的任何优先权文件全部并入本文中。

附图标号参考表

储能(TES)系统 100

冷却器 102/150

流体分配系统 104

控制器 105

泵 106

流量控制机构 107

管道 108至108T

监控组件 109

阵列 110

冰砖 112、112B、112C、112D

冰膜盒 114，114C，114Cy

第一流体 120

第二流体 122

第三流体 124

空气 126

冷却负载机 130

空气压缩机 140

热交换器(HE) 142、152、170

填充喷嘴 202

窄侧间隔物 204

宽侧间隔物 206

矩形外壳 220

安装支架 222

入口/出口管 224

端板 226

支撑面板 227

互连管道 228

基架 232

隆起 250、252

下部 254

上部 256

凸起物 260

一般流动方向 290

弯曲模式 291

取冷过程 500

子集 520、520A、520B

间隔物 600、620

翼片 602

凸起物 603

垂直杆 621

水平杆 622

间隙 624

流动区域 630

弯曲箭头 640

流动 650

管子 712

管子的总横截面 712A

前端元件 713A

后端元件 713B

入口 714A

出口 714B

膜盒 715

空间 716

堆叠的膜盒 717

流动路径 718

第二流体的液态自由流动横截面积 718A

第二流体在冻结状态下的自由流动横截面积 718B

Claims (28)

1.一种用于在热力系统中进行热交换的储热容器，其特征在于：所述储热容器经由流过设置在所述储热容器内部的相变材料的流体来进行热交换，所述储热容器包括：

一储热容器壳体；

一流体入口及一流体出口；以及

一个或多个膜盒，含有所述相变材料并且限定多个通道，所述多个通道配置为在所述壳体内的不同部分引导所述流体的流动；

其中从所述流体入口到所述流体出口的一实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间测得的所述流体流经全部区段的一直接长度。

2.如权利要求1所述的储热容器，其特征在于：从所述流体入口到所述流体出口的所述实际流体流动长度是在所述流体入口与所述流体出口之间测得的所述流体流经全部区段的一直接长度的两倍以上。

3.如权利要求1至2任一项所述的储热容器，其特征在于：所述储热容器沿着所述容器的所述流动路径的一平均流动横截面面积与所述容器中的所有所述膜盒的总热交换面积之间的一比率介于4.5×10^-5至45×10^-5之间。

4.如权利要求1至2任一项所述的储热容器，其特征在于：所述储热容器沿着所述容器的所述流动路径的一平均流动横截面面积与所述容器中的所有所述膜盒的总热交换面积之间的一比率介于1×10^-5至100×10^-5之间。

5.如权利要求1至4任一项所述的储热容器，其特征在于：所述储热容器的一伽马比大于150厘米/平方厘米，其中所述伽马比被定义为介于所述传热流体流动路径的一线性长度与每个膜盒的一自由流动横截面积之间的一比率，其中所述线性长度以厘米为单位，所述自由流动横截面积以平方厘米为单位。

6.如权利要求1至5任一项所述的储热容器，其特征在于：所述多个通道配置成使所述流体在所述壳体内蜿蜒流动。

7.如权利要求1至6任一项所述的储热容器，其特征在于：相对于定位在所述壳体的下游的一个或多个下游膜盒，一个或多个上游膜盒横向定位在所述壳体内。

8.如权利要求1至7任一项所述的储热容器，其特征在于：一纵向轴被限定通过所述储热容器，并且一个或多个膜盒具有相对于一个或多个下游膜盒的一方向，所述方向围绕所述纵向轴的角度呈至少30°。

9.如权利要求1至8任一项所述的储热容器，其特征在于：一个或多个膜盒是水平的，一个或多个接近下游的膜盒是垂直的。

10.如权利要求1至9任一项所述的储热容器，其特征在于：通过所述膜盒从所述流体入口到所述流体出口的所述实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间沿一般流动方向测得的一长度。

11.如权利要求1至10任一项所述的储热容器，其特征在于：设置在所述储热容器内的所述膜盒具有凹凸轮廓的一组合，所述组合在所述膜盒的外形之间限定多个间隙。

12.如权利要求1至11任一项所述的储热容器，其特征在于：所述膜盒含有多个金属条，以及其中所述多个金属条的一长度大于所述膜盒的一宽度。

13.如权利要求1至11任一项所述的储热容器，其特征在于：所述储热容器包括一个或多个湍流器。

14.一种经由流过储热容器的流体来进行热交换的方法，其特征在于：所述方法包括：

通过一流体入口，将所述流体注入所述储热容器；

在所述流体与位于所述储热容器的一区段的内部的冷冻相变材料之间进行热交换；

将所述流体的流动方向修改至少30°至所述储热容器的一纵向方向；

在所述储热容器的其他部分中重复交换并且至少修改一次以上；以及

经由一流体出口，从所述储热容器中输出所述流体。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：通过使所述储热容器内部的所述流体蜿蜒流动来进行修改。

16.如权利要求14至15任一项所述的方法，其特征在于：通过所述区段从所述流体入口到所述流体出口的所述实际流体流动长度大于在所述流体入口与所述流体出口之间测得的所述流体流经全部所述区段的一直线长度。

17.如权利要求14至16任一项所述的方法，其特征在于：与设置在所述区段的一个或多个膜盒进行交换。

18.如权利要求14至17任一项所述的方法，其特征在于：通过改变设置在所述区段的一个或多个膜盒的所述方向来进行修改。

19.如权利要求14至18任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在一膜盒的一热交换表面上产生一湍流。

20.如权利要求14至19任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在一膜盒的一热交换表面上产生一曲流。

21.如权利要求14至20任一项所述的方法，其特征在于：通过在所述储热容器中的湍流及曲流之间的交替流动来进行修改。

22.如权利要求14至21任一项所述的方法，其特征在于：在所述储热容器中的至少35％的所述流体流动路径中，流体流动是高度紊乱的。

23.如权利要求14至22任一项所述的方法，其特征在于：在所述储热容器中的至少35％的所述流体流动路径中，流体流动产生高于100W/(m²*K)的一热传导系数。

24.一种热能存储系统，其特征在于：所述热能存储系统包括：

在热力系统中使用的多个储热容器，所述储热容器经由流过设置在所述储热容器内部的相变材料的传热流体来进行热交换；

一传热流体入口；

一管道，连接至少一些串联的所述储热容器；

一流动控制机构；以及

一传热流体出口；

其中所述流动控制机构配置成使传热流体绕过一储热容器并且不通过所述储热容器而到达所述传热流体出口。

25.如权利要求24所述的热能存储系统，其特征在于：所述流动控制机构是一电动操作阀，所述热能存储系统还包括用于控制所述电动操作阀的一控制器。

26.如权利要求25所述的热能存储系统，其特征在于：所述控制器配置成通过一通信线路接收控制命令。

27.如权利要求24所述的热能存储系统，其特征在于：所述流动控制机构是一减压阀。

28.一种通过流经储热容器的传热流体来进行热交换的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供：

一热能存储系统，包括：

在热力系统中使用的多个储热容器，所述储热容器经由流过设置在所述储热容器内部的相变材料的传热流体来进行热交换；

一传热流体入口；

一管道，连接至少一些串联的所述储热容器；

一流动控制机构；以及

一传热流体出口；

其中所述流动控制机构配置成使传热流体绕过一储热容器并且不通过所述储热容器而到达所述传热流体出口；以及

向所述流动控制机构提供一控制信号以打开所述传热流体的一流动路径，使得所述传热流体绕过更多下游的储热容器。

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