CN117501620A - 绿色能源储热系统 - Google Patents

Abstract

一种热能存储系统包括一个或多个密封容器，该密封容器包括含有可操作以存储热能的相变材料(PCM)床的内腔、嵌入熔融相变材料中的加热器阵列和管束。加热器电联接到电源并且可操作以将PCM加热和熔化到熔融状态。管束包括热交换器管，热交换器管嵌入熔融PCM中，并配置成通过管的管侧输送工作流体(例如，水或其他)。管可以布置在多个单独的管筒中，每个管筒可插入容器和从容器移除。在操作中，通过从熔融相变材料吸收存储的热能来加热工作流体。PCM可以在非高峰需求时段期间通过从电网提取的电力来加热。

Description

绿色能源储热系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2022年1月10日提交的美国临时专利申请第63/297,899号和2021年6月10日提交的美国临时专利申请第63/209,234号的优先权。其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及能量存储系统，并且更具体地涉及一种系统，其利用吸热相变材料(PCM)，该材料可操作地存储来自从电网或其他电源提取的电力的热能，并产生用于区域供热或其他用途的热水，或在电网负荷需求高峰期间通过朗肯循环产生蒸汽以发电。

技术背景

随着传统能源发电格局向无污染的“绿色”能源加速转型，全球数以万计的化石燃料发电厂(特别是燃煤电厂)正面临提前关停和退役。事实上，在经济脱碳这一新兴共识的支持下，旧化石工厂的退役进程已经开始，转而采用更环保、无污染的“绿色”替代发电方式。尽管在许多情况下，除了化石燃料锅炉(即蒸汽发生器)之外，图1A所示的传统蒸汽-电力朗肯发电循环的其他设备仍然完全起作用并可继续运行，所造成的资产的破坏和浪费估计仍达数万亿美元。

绿色可再生能源兴起的另一个结果是发电水平的波动(高点和低点)增加，这需要储能系统来平衡此类绿色发电系统向电网输送的电力。

发明内容

本发明提供了一种环境友好的“绿色”热能存储系统，当需要加热传热工作流体时，该系统提供其存储的热能。在一些实施例和应用中，工作流体可以是水或水混合物；然而，在其他应用中可以使用其他类型的工作流体。该系统包括一个或多个热能密封容器(containment vessels)，其包含层相变材料(PCM)床，吸收并存储来自电源的热量。PCM根据不同目的加热流经容器的工作流体。

在一些实施例中，本发明的热能存储系统可用于加热水以用于区域供热或其他用途。在其他实施例中，热能存储系统可用于产生用于发电的蒸汽。尽管对于这些应用中的任何一个，在能源价格较低时的电网非高峰负荷需求时段期间优选地从诸如电网之类的电源提取电力来加热容器中的PCM，如本文进一步描述的，但是当必要时，热能系统可以在其他时段(包括高峰负荷需求时段)从电源提取电力。因此，从电网或其他存储源提取电力以存储为热能的时间不限于任何特定时间段。

在上面的后一应用中，本发明公开的技术用“绿色锅炉”取代了朗肯发电循环的传统化石锅炉部分，该“绿色锅炉”既充当能量存储装置，又充当相应的“按需”蒸汽发生和发电器，而不消耗任何化石燃料。这样，就可以大大节省化石燃料发电站的巨额资本投资，同时人类的能源脱碳目标也将得到全面实现。

根据本发明的绿色热能存储和发电系统提供了将其电力输出与电网的波动负荷需求相匹配的手段，在本文中称为“绿色锅炉”，因为该系统可以被改造和安装在现有的化石能源发电站，并按需提供蒸汽和电力，从而消除了发电站化石燃料的使用。保留传统化石燃料发电厂的汽轮发电机和相关剩余朗肯循环设备基本设施；仅拆除和更换化石燃料锅炉及其相关子系统部件。

因此，本发明公开的绿色锅炉技术设想用“绿色锅炉系统”取代现有发电厂的化石燃料燃烧锅炉，该系统将发电厂转变为能量存储设施以及清洁发电机。在一些实施例中，绿色锅炉系统还可以是独立的能量存储单元，其从相关联的太阳能、风能或核电站接收其输入能量。

目前的“绿色锅炉”概念依赖的事实为：发电厂在一天24小时的大部分时间内输送到电网的电力超过了实际的实时消费者(即工业、商业或住宅)对电力的需求。这意味着存在一些时间窗口，存在廉价的剩余电力，但不幸地被浪费了。绿色锅炉将从电网或直接从同一地点的绿色能源工厂(例如太阳能、风能或核能)获取剩余能量，并将能量热存储在相变材料(PCM)中，诸如但不限于在一个实施方案中的熔盐床。

对于发电，PCM绿色锅炉的配置和功能是使朗肯发电循环的锅炉给水沸腾和过热，以便在电网面临电力短缺以满足当前需求时“按需”生产电力。因此，当电网面临电力短缺时，绿色锅炉可以作为调峰发电机组，进一步取代电网电力负荷波动期间使用的传统小型天然气或柴油调峰发电机组。换句话说，当电力需求超过电网中基本负载单元的可用供应时，绿色锅炉就会被激活。因此，具有化石燃料锅炉的传统的大型“基本负荷”污染化石燃料发电厂被转变为按需清洁能源发电机，以发挥调峰发电的作用。

从社会学的角度来看，重新配置的电厂将继续雇用其工人(经过一些再培训)，因此对电厂所在社区的影响很小。然而，有利地消除了碳氢化合物空气排放源。此外，对于燃煤电厂来说，锅炉燃烧煤炭产生的残留飞灰和底灰也被消除。由于一些燃煤电厂使用湿式泄水作为处理灰烬的方法，因此减小了与废水处理和清理相关的成本，废水处理和清理以去除此类废蒸汽中灰烬中的悬浮固体、“重金属”或其他成分以达到规定的排放限值。

原则上，将环境不清洁的锅炉改造为绿色锅炉技术可以毫无例外地应用于世界上任何化石燃料工厂。因此，发电经济的脱碳可以毫不拖延地、以最大的便利性进行。范围界定计算表明，就资本成本而言，绿色锅炉改造无疑是现有化石燃烧工厂脱碳最便宜的途径。运营成本同样低于任何其他能量存储和输送技术。

用“绿色锅炉”取代现有的化石燃煤、燃油或天然气锅炉是本发明公开的创新绿色能量存储和发电系统的一个非限制性方面，该“绿色锅炉”包括流体互连和加热相变材料(PCM)密封容器组件，在一个实施例中每个密封容器都将热能存储在熔盐中。

每个熔盐相变材料密封容器均被配置并可操作以当提供给电网的可用发电量超过需求时，通过嵌入盐库存或床中的加热元件阵列从电网(或位于同一地点的清洁能源工厂)提取的电力来加热和熔化其中所含的固体盐颗粒。每个PCM密封容器包括管束，该管束包括与熔盐床流体隔离的多个热交换器管，以将朗肯循环的锅炉给水输送并流过位于管的内部管侧上的容器。容器的壳侧(每个容器内的管的外部)包含与管的外部紧密且直接接触的熔盐。在与绿色锅炉朗肯循环的发电机电连接的电网运行期间，绿色锅炉利用熔盐中存储的热能在一连串盐床中在连续高于熔点下将包含在热交换器容器中的锅炉给水加热，以产生蒸汽。蒸汽流至蒸汽涡轮并驱动蒸汽涡轮，蒸汽涡轮又使以已知方式机械联接到其的发电机旋转，以在电网的高峰负荷需求期间“按需”发电。

在一个实施例中，绿色锅炉系统的熔盐PCM密封容器是伸长的，并且可以包括在水侧流体连通的可选预热器、锅炉和过热器，预热器预热锅炉给水(仍处于液相)，锅炉加热和将水转化为湿(即饱和)蒸汽，以及过热器将蒸汽干燥(即去除水分)至过热状态然后供应给蒸汽涡轮机。如果进入的锅炉给水足够热，则可以省略预热器。在一些实施例中，蒸汽收集容器可包括在蒸汽涡轮机上游，其直接接收并收集来自过热器容器的过热蒸汽。所有前述容器优选地被严格隔热以保持热量并且可以被收集并容纳在共同的封闭结构或壳内。在一个实施例中，容器可以垂直定向并是伸长的，并且安装在地面或高架上的钢筋混凝土支撑垫上。

在改造和更换化石燃料锅炉计划中，值得注意的是绿色锅炉系统的规模经过调整，使得过热蒸汽的焓是其所取代的化石燃料锅炉的设计基准蒸汽。因此，由于设备的热负荷没有变化，因此可以在不进行改造的情况下使用剩余发电厂设备。

对于区域供热应用，一个或多个与上述结构类似的加热PCM密封容器使用存储在熔盐床中的热能来加热并产生热水，这些热水可以泵送并分配到当地城镇或城市用于为建筑物供暖。水被加热至约200F(华氏度)并保持饱和但未沸腾的状态以用于加热目的。多个加热熔盐密封容器可以以并流布置方式布置并流体地联接在一起，以供应区域供热所需的热水总量。有利地，这提供了一种模块化系统，其中随着区域供热的需求随着人口和基础设施的增长而增加，随着时间的推移，可以添加额外的PCM密封容器。

在一个方面，热能密封容器包括：伸长主体，其限定内腔，所述内腔包含可操作以存储热能的相变材料床；嵌入相变材料中的加热器阵列，所述加热器配置为电联接至电源并且可操作以将相变材料加热并熔化至熔融状态；管束，包括嵌入熔融相变材料中的多个热交换器管，所述热交换器管配置为通过热交换器管输送工作流体以从熔融相变材料吸收热能。相变材料可以是盐并且工作流体可以包括单独的水或水混合物(例如，水和乙二醇)。

在另一个方面，热能存储和发电系统包括：闭合流动环路，其包括流体连通的蒸汽涡轮机、蒸汽冷凝器、锅炉组件和可操作以使锅炉给水循环通过闭合流动环路的泵；可操作地联接到蒸汽涡轮机和电网的发电机；锅炉组件，包括热能锅炉容器和流体地联接到锅炉容器的热能过热器容器。每个容器包括：伸长管状主体，其限定包含可操作以存储热能的熔融相变材料床的内腔；嵌入熔融相变材料中的加热器阵列，所述加热器电联接至电网并被通电以加热熔融相变材料；管束，包括嵌入熔融相变材料中的多个热交换器管，所述热交换器管配置为通过所述热交换器管的管侧输送锅炉给水。其中，热能锅炉容器配置为接收液态给水，该给水被热能锅炉容器中的熔融相变材料加热以产生饱和蒸汽，并且热能过热器容器配置为接收饱和蒸汽，该饱和蒸汽被热能锅炉容器中的熔融相变材料加热至过热状态；其中，过热蒸汽流经蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机使发电机旋转并产生电。在一些实施例中，该系统还包括流体地联接至锅炉容器上游的闭合流动环路的热能预热器容器。预热器容器可以与锅炉和过热器容器类似地构造并且具有与锅炉和过热器容器相同的特征。相变材料可以是盐，并且在每个容器中可以使用不同类型的盐。

在另一方面，一种用于加热工作流体的方法包括：提供热能密封容器，该热能密封容器包括内腔和管束，所述内腔含有固态相变材料床，所述管束包括嵌入所述相变材料床中的多个管；对嵌入相变材料床中的多个加热元件通电，其加热相变材料并将其从固态变为熔融态；使处于第一温度的工作流体流过熔融相变材料，熔融相变材料将工作流体加热到更高的第二温度。相变材料可以是盐并且工作流体可以包括单独的水或水混合物(例如，水和乙二醇)。在一些实施例中，水呈液态进入容器并被相变材料从第一温度加热到液态的更高的第二温度。在其他实施例中，水呈液态进入容器并被相变材料加热以将水转化为蒸汽。在又一些实施例中，水呈饱和蒸汽进入容器并被相变材料加热成过热蒸汽。

附图说明

将参照以下附图描述本发明的示例性实施例的特征，其中相同的元件被类似地标记，并且其中：

图1A是使用污染性化石燃料锅炉产生蒸汽的传统朗肯发电循环系统的示意图；

图1B是根据本发明的朗肯发电循环系统的示意图，该系统包括根据本发明的无污染热能存储绿色锅炉以产生用于循环的蒸汽；

图2是根据本发明的包括一组热能存储容器的绿色锅炉的立体图；

图3是图2的热能存储容器之一的上部部分之一的局部立体图；

图4是其下部的局部立体图；

图5是类似于图3的局部立体图，但具有容器的顶部封闭盖的横截面；

图6是容器的管束的上部的顶部立体图；

图7是管束的下部的顶部立体图；

图8是管束的上部的仰视立体图；

图9是管束的下部的底部立体图；

图10是热能存储容器的侧视图；

图11是其俯视图；

图12是其仰视图；

图13是取自图10的其垂直/纵向截面图；

图14是取自图13的其放大视图；

图15是取自图14的横截面图；

图16是管束的热交换器管筒的第一实施例的顶部立体图，该管束被配置用于工作流体通过容器的六通管侧流动；

图17是其底部立体图；

图18是其第一侧视图；

图19是其第二侧视图；

图20是取自图18的其垂直/纵向截面图；

图21是其俯视图；

图22是其仰视图；

图23是配置用于工作流体通过容器的三通管侧流动的管束的热交换器管筒的第二实施例的顶部立体图；

图24是其底部立体图；

图25是其第一侧视图；

图26是其第二侧视图；

图27是示出通过管筒的管侧工作流体流动路径的其立体图；

图28是其垂直/纵向截面图；

图29是其俯视图；

图30是其仰视图；

图31是配置用于工作流体通过容器的单通管侧流动的管束的热交换器管筒的第三实施例的顶部立体图；

图32是其底部立体图；

图33是其第一侧视图；

图34是其第二侧视图；

图35是其垂直/纵向截面图；

图36是其俯视图；以及

图37是其仰视图；

所有附图均为示意性的，不一定按比例绘制。除非特别地用不同的部件编号标记并且在本文中进行了描述，否则在一个图中给出参考数字标记的零件可被视为与在其他图中出现的零件(为了简洁而没有数字标记)相同。除非另有说明，否则本文中对整数图号(可包括具有相同整数但不同字母后缀的多个图)的引用应被解释为对共享相同整数的所有那些图的通用引用。

具体实施方式

本发明的特征和优点在本文中通过参考示例性(“示例”)实施例进行图示和描述。示例性实施例的该描述旨在结合附图来阅读，附图被认为是整个书面描述的一部分。因此，本发明明确地不应限于示出可以单独存在或以其他特征组合存在的特征的一些可能的非限制性组合的示例性实施例。

在本文公开的实施例的描述中，对方向或方位的任何引用仅旨在方便描述并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。相对术语，例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应当被解释为指的是当时所描述的或所讨论的附图中所示的方向。这些相对术语仅是为了描述方便，并不要求装置以特定方向构造或操作。诸如“附接”、“固定”、“连接”、“联接”、“互连”的术语是指其中结构通过中间结构直接或间接固定或附接至彼此的一种关系，以及可移动或刚性附接或关系，除非另有明确说明。

如全文所使用的，本文公开的任何范围用作描述该范围内的每个值的简写。可以选择范围内的任何值作为范围的终点。此外，本文中引用的对现有专利或专利申请的所有参考文献通过引用的方式全部并入本文。如果本发明中的定义与引用的参考文献的定义相冲突，则以本发明为准。

图1A示出了传统的发电蒸汽-电朗肯发电循环，其具有大型化石燃料锅炉来产生发电所需的蒸汽。基础循环设备(不包括辅助系统)包括化石燃料锅炉(例如煤、石油或天然气)、汽轮发电机组、将汽轮机排出的蒸汽凝结成液态的蒸汽冷凝器，以及从冷凝器获取水的锅炉给水泵使锅炉给水(热交换工作流体)循环通过由管道形成的闭合流动环路，如图所示，管道将组件流体地联接在一起。发电机机械联接到蒸汽涡轮机并电联接到电网(由所示的电力线输电塔表示)。锅炉产生的蒸汽通过多排涡轮叶片使涡轮轴旋转，涡轮轴又使定子(磁体)内的发电机转子旋转以通过已知的方式将机械能转换成电能。朗肯循环发电机系统及其用于产生电力的操作对于本领域技术人员来说是众所周知的，无需进一步详细说明。

将液态锅炉给水转化为蒸汽的朗肯系统中的化石燃料锅炉(蒸汽发生器)传统上用于基本电力负荷运行，以满足电网的基本负荷需求，因为此类锅炉及相关辅助设备不能快速启动用于按需发电。事实上，化石燃料基本负载工厂的整个启动过程需要许多小时才能使所有设备达到全压力和全温度运行条件以达到满负载。

图1B示出了包括蒸汽发生器的清洁能源“绿色”朗肯发电循环系统，该蒸汽发生器包括根据本发明的无污染“绿色锅炉”技术。绿色锅炉用热能密封容器取代了图1A的化石燃料蒸汽锅炉，热能密封容器配置为用作相变材料(PCM)和热交换器的密封容器，如本文进一步描述。在一个实施例中，PCM是熔盐。

本发明的热能存储和发电系统100可以被配置并用作“调峰”发电系统，以在峰值负荷需求时段期间产生电力并向电网供电。相反，在“非高峰”负荷需求时段期间当电网中存在过剩能量时从电网提取的电能被用于给绿色锅炉的熔盐床“充电”，如本文先前所描述的。

图1B所示的绿色热能存储及发电系统100可以包括但不限于蒸汽涡轮102、发电机103、蒸汽冷凝器105、锅炉给水泵106和装载熔盐的热能存储锅炉120，发电机103机械地联接到电网104并且可操作地连接到电网104。给水泵使锅炉给水循环通过闭流回路110，闭流回路110由管道形成，管道将朗肯循环的水承载部件流体地联接在一起，如图所示。除了本发明的绿色锅炉部件之外，清洁能源朗肯循环的其余部件以与传统朗肯循环相同的前述且已知的方式操作以产生电力。

对于前述朗肯循环中使用的按需发电应用，热能存储锅炉120可以是包括多个流体地联接且互连的热能密封容器121的组件。这些容器可按工作流体流动的顺序包括可选的热能预热器容器121A、热能锅炉容器121B和热能过热器容器121C。如图所示，容器采用管道串联流动布置(参见定向工作流体流动箭头)。所示实施例中的工作流体包括水，其可以是图1B的朗肯循环中的锅炉给水。在一些实施例中，如果来自冷凝器的进入给水足够热，则可以省略预热器容器。如果使用的话，预热器容器接收处于第一温度的“冷”液态的给水，并且将给水加热到仍处于液态的更高的第二温度。加热的给水流至锅炉容器，在此处被进一步加热并从液态转变为饱和蒸汽，饱和蒸汽流至过热器容器。过热器容器将饱和蒸汽加热至过热状态。过热蒸汽在闭合流动环路110中流动至并驱动蒸汽涡轮102(图1B)，蒸汽涡轮102使发电机轴或转子旋转以产生电力，该电力被反馈到电力网中。

由于预热器121A、锅炉121B和过热器容器121C接收不同温度的工作流体(例如，液态水或蒸汽)并且必须将流体加热到不同的温度和状态，因此每个容器中使用的PCM(相变材料)可以在至少一个特性上不同，包括例如但不限于熔化温度和/或PCM的类型。PCM可以是具有适合所需热负荷的特性的盐。

首先参考图2-15，每个容器可具有类似的构造，通常包括垂直取向且伸长的主体123，主体123限定穿过容器的几何中心的垂直中心线轴线CA。每个容器主体均包括垂直内腔122，该垂直内腔基本上延伸容器的整个高度(不包括容器的顶部和底部封闭结构的厚度)。每个腔均包含熔盐床B，该熔盐床B以受限制状态包含在容器内，使得熔盐在锅炉操作期间不会流入或流出密封容器121。只有诸如锅炉给水FW的工作流体以级联串联方式流过容器，如本文进一步描述的。

在一个实施例中，热能密封容器主体123可以是圆柱形的，如由限定容器的内腔122的圆柱形垂直侧壁124限定。每个容器包括顶部封闭盖125和底部封闭板126，顶部封闭盖125联接至侧壁124的顶端并限定容器的顶部，以及底部封闭板126联接至侧壁的底端并限定容器的底部。盖125和底部封闭板126密封到侧壁的端部并以流体密封的方式封闭腔122，以用作熔盐床的容器而不会泄漏。在一个实施例中，盖125和底部封闭板126可以密封焊接至圆柱形容器侧壁124的每个端。在另一个实施例中，盖125可以通过多个螺纹紧固件(诸如螺栓)可拆卸地联接到容器主体123(例如，侧壁124)的顶端。可以使用其他可拆卸的紧固方法。

热能密封容器121可由钢筋混凝土垫135以如图所示的垂直方向支撑并安装在钢筋混凝土垫135上。在一个实施例中，每个容器可包括多个结构腿部129，其将容器的底部升高到混凝土垫层上方。腿部可被焊接至下部容器主体123，并通过多个锚定螺栓(未示出)或任何其他合适的方法固定至混凝土垫，以确保稳定性，特别是在地震事件期间。

容器主体123的圆柱形侧壁124可具有复合结构，其包括最内壳130、最外壳131和中间壳132,中间壳132布置成邻近最外壳但与最外壳径向间隔开(参见例如图13-15)。因此，中间壳132比最内壳更靠近最外壳。每个壳体130-132具有中空的管状圆柱体形状。

包括壳体130-132、顶部封闭盖125和底部封闭板126的热能密封容器121的主体123可以由合适的金属形成(例如钢)，在一个实施例中优选地包括不锈钢。容器主体的这些部分可以被焊接在一起以形成焊接组件，可能除了顶部封闭盖125之外，在一些实施例中顶部封闭盖125可以可拆卸地联接到侧壁124。

在一个实施例中，可在最外壳131与中间壳132之间提供并形成真空环128。真空环被抽空并密封至低于大气压(即负)压力或真空V，其用于在侧壁结构内部对热能密封容器121进行热绝缘。在一个实施例中，真空环可被抽空至约0.5托(Torr)。多个垂直间隔开的环形壳体支撑肋134可安装在最外壳131和中间壳132之间，以防止真空环128在暴露于内部真空时塌陷。肋134由金属材料(例如钢或优选不锈钢)形成并焊接至壳131和132。在一些实施例中，肋134可以是隔热的，以减少从容器腔122到最外壳131的传导热传递。

在一个实施例中，可以由不锈钢形成的最外壳131和中间壳132的向内朝向真空环128的相对表面被高度抛光以形成反射表面用于将热量向内反射回并增加真空环的隔热值。

为了进一步对热能密封容器121进行热绝缘，如图所示，可以在最内壳130和中间壳132之间形成绝缘环127。绝缘环127可以具有比真空环128更大的径向宽度，并且包含合适的隔热材料133。值得注意的是，绝缘环127和真空环128中的每个至少延伸包含熔盐床B的容器腔122的整个高度，并且在一些实施例中延伸侧壁124的整个高度(参见例如，图13和14)。

每个热能密封容器121还包括管束140，管束140包括嵌入熔盐床B中但与熔盐床B流体隔离的多个热交换器管141。工作流体诸如水(包括图IB中的朗肯循环中的锅炉给水)或另一类型工作流体流经每个容器的管的内部(内部管侧)。容器的壳侧(管外部)包含熔盐，熔盐与管的外部紧密且直接共形接触以进行传热。热交换器管可延伸超过容器的腔122的整个高度的90％，以最大化管束的传热表面积。

在一个实施例中，管束140的热交换器管141可被隔离、布置和聚集在多个单独的管筒142中，每个管筒142可以通过形成于顶部封闭盖125的相应互补构造的筒开口146可移除地插入到容器121中。优选地，筒142是可更换的，而无需移除顶部封闭盖125以进入容器121的内腔，这使得管更换更加方便并且降低了更换成本。每个筒中的管可被布置和构造成用于工作流体单次或多次垂直地通过容器腔122中的熔盐床B以从其吸收热量以加热工作流体。

图16-22示出了用于讨论的包括6通管筒142A的管筒142的第一实施例，在图3-15中以安装状态不同地示出在热能存储容器121中。作为一些附加的实施例，图23-30示出了3通管筒142B。图31-37示出了单通管筒142C。可以使用适合于预期应用的任何数量的管通道，以将工作流体(诸如水或用承载PCM的热能密封容器121加热的其他工作流体)充分加热到期望的温度。无论几通的数量如何，每个管筒142都具有相似的特征，现在将关于6通管筒142A更详细地描述这些特征。

总体参考图3-22，在一个实施例中，每个管筒142(例如，142A、142B、142C)包括实心结构的金属圆柱形头部147，其包括上表面147a和相对的底表面147b。头部147的厚度基本上与容器顶部封闭盖125的厚度等同(参见例如图5和14)。头部147可插入到顶部封闭盖125的相应圆形筒开口146内，并且以固定且流体密封的方式(例如通过密封焊接)联接至盖125，使得PCM在熔化或是相关蒸汽时不能通过管筒到盖的界面逃逸到环境大气中。每个管筒142可以如图所示以悬挂和垂直悬臂的方式由容器盖125完全支撑，使得管筒142或其热交换器管141的任何部分均不被容器盖下方的任何部分支撑。如图所示，管筒142是垂直定向的并且在结构上是伸长的。

热交换器管141彼此平行地从管筒头部147垂直延伸至金属下管支撑板145。板145可以具有任何合适的形状，例如如图所示的环形平环。管的顶端刚性地安装并联接到管筒头部147并且完全延伸穿过其中，如图2中最佳地示出。管141的底端完全延伸穿过下管支撑板145并刚性地联接至下管支撑板145。管可以密封焊接至筒头部147和下管支撑板145。值得注意的是，下管支撑板145没有固定地附接至容器121的主体，以便可与管筒142一起从容器腔122可滑动地移除。

每个管筒142还包括筒流体入口150和筒流体出口151，筒流体入口150用于引入工作流体诸如水(例如锅炉给水或其他)或在一些用途中的蒸汽，筒流体出口151用于在水或蒸汽被加热后将其排出。入口和出口可以由任何合适构造的管段形成，其可以具有比热交换器管141的直径更大的直径。入口和出口刚性地安装并联接至管筒头部147以用于支撑。入口150流体地联接至降液管(downcomer)152，降液管152完全垂直地延伸穿过头部147并且联接至下管支撑板145(参见例如图20)。在一些实施例中，降液管可以联接至并密封焊接至下管支撑板的顶表面。管支撑板145中的流孔(不可见，位于降液管152正下方且位于降液管152内)允许入口水流穿过并位于板下方，以重定向至另一热交换器上流管141。

继续总体参考6通管筒142A，其在图3-15中总体示出为处于适用的安装状态下，并且具体地在图16-22中是独立的。6通管筒142A包括热交换器管141，热交换器管141配置为使得当水(或在一些情况下为蒸汽)通过从PCM床吸收热被连续地加热到越来越高的温度时，水多次通过(例如，六次)熔融PCMPCM(相变材料)床。因此，用于任何多通管筒的每个管筒的热交换器管141中的一些可以是上流管并且一些可以是下流管。每个管筒的上流管可以通过错流导管(cross-over conduit)153流体地联接到对应的下流管构件，反之亦然，以形成多通管流布置。多个错流导管153可密封地附接(例如，焊接)至管筒头部147的顶表面以及错流导管153密封地附接到下管支撑板145。错流导管使水/蒸汽在管筒142中向上或向下反向流动180度。

值得注意的是，错流导管153可构造成流体地联接到单个热交换器管141或多个管，这取决于管筒142中的流体设计路径。因此，错流导管可将来自热交换器管141或流体入口150的流动流分开并分配至多个管(参见例如图24或图30中的T形入口错流导管153a)，或者将来自多个热交换器管的流组合成单个流(参见例如图23、图27或图29中的T形出口错流导管153a)。

可以使用任何合适构造的错流导管153，只要在上流管和下流管之间形成防漏流体地联接即可，包括例如但不限于箱形导管(153b)、圆形管段导管(153a)或其他。值得注意的是，错流导管153还可用于将流体入口150和出口151流体地联接至对应的上流管的上流。

图23-30示出了3通管筒142B，其在构造上类似于上述6通管筒142A。类似的部件被类似地标记并且已经在上面进行了描述。配置/构造上的一些差异在于下管支撑板145具有实心圆形形状并且降液管152位于中心，这与6通管筒142A中的径向偏移相反(例如参见图16)。

示出了3通管筒142B的图27包括管侧流体流动箭头，其示出了诸如水(处于液体或蒸汽状态)的工作流体在垂直地穿过热能密封容器121内的PCM床B时行进通过管筒142B的路径。用作上流管或下流管的热交换器管141是显而易见的。相同的方法适用于6通管筒142A或具有通过PCM的其他次数的任何多通管筒。

图31-37示出了单通管筒142C，其在构造上又大体类似于上述的3通和6通管筒142A。类似的部件被类似地标记并且已经在上面进行了描述。一个区别在于，多通管筒的下管支撑板被由圆形管段形成的下环形集管(header)148替换。位于中心的降液管152流体地联接至环形集管。热交换器管141的底端又直接流体地联接到环形集管148，如图所示。在操作中，工作流体(例如水或其他流体)垂直向下流过降液管152并进入环形集管148，流从环形集管148被均匀地分配到热交换器管。然后该流向上行进通过管，在管内单次通过PCM床B以从其吸收热量。在一个实施例中，单通管筒可包括由圆形管段形成的上环形集管149，其接收来自管的顶端流体地联接到的管的向上流动的工作流体。如图所示，环形集管149安装至管筒的上头部147的顶表面。

无论通(passes)的数量多少，管筒142都具有全金属结构，包括头部147和下管支撑板145。单通管筒142C的流体入口150、流体出口151、错流导管153和下环形集管148优选地由合适的金属材料形成(诸如钢或不锈钢)。由于不锈钢的耐腐蚀性，通常优选不锈钢并在可能的情况下使用不锈钢。热交换器管141可以由任何合适的材料制成，如果可能的话包括不锈钢。可以选择管材料的类型以与所使用的特定类型的PCM材料相兼容并使用，以便不受PCM材料的化学性质的腐蚀影响。其他金属材料可用于任何前述部件。

为了将流入的冷工作流体(例如，在一个实施例中为水或蒸汽)分配到管筒142，或者收集从管筒流出的加热的工作流体，每个热能密封容器121包括多个入口集管和出口集管。在一个实施例中，可以提供金属环形或圆环集管，包括入口环集管160和出口环集管161，如图3、5、6、8和11中最佳示出的。所示实施例包括一对入口环集管160和一对出口环集管161。入口环集管和出口环集管同心布置并相对于彼此对齐。因此，环形集管可以具有不同的直径以形成所示的嵌套布置。此外，入口环集管和出口环集管可以交替，使得入口环集管和出口环集管彼此不相邻，而是散置的。一个入口环集管160包括接收分配的冷工作流体的集管入口管162，并且一个出口环集管161包括排出从管筒142收集的加热的工作流体的集管出口管163。跨接管164可用于将两个入口环集管160流体地联接在一起，使得进入的工作流体从一个环集管传输到另一个环集管。如图所示，相同的布置和跨接管164可用于将两个出口环集管161流体地联接在一起。入口环集管和出口环集管的数量取决于提供的管筒142的数量及其布置。来自每个管筒142的流体入口150流体地联接至入口环集管160的一个。每个管筒的流体出口流体地联接至出口环集管161的一个。

在一个实施例中，容器入口环集管160和出口环集管161可定位在热能密封容器121的顶部封闭盖125上方并由其支撑。在一个实施例中，结构支座构件165可用于将每个环集管提升到盖的顶表面上方并从盖的顶表面支撑它们(图3中示意性地示出)。可以使用任何类型的结构构件(杆、角材等)。环形集管160、161由合适的金属形成，例如钢或优选地不锈钢。

在操作中，进入的冷工作流体流例如水(液体或蒸汽形式)从集管入口管162进入第一入口环集管160。液流的一部分经由一个或多个跨接管164转移至第二入口环集管160。在其他实施例中，进入的工作流体可以被分叉并且同时均匀地分流到两个入口环集管，以代替串联流。这同样适用于相反的流出的流和出口环集管161的布置和流动方案。

在任一情况下，进入的流从每个入口环集管160分配到管筒142，在管筒142中流体单次或多次通过容器121的PCM床并被加热。加热的工作流体(液体或蒸汽形式)通过一对出口环集管161从管筒收集并经由容器121的流体出口181排出。在一个实施例中，容器流体出口181可以流体地联接并连接至出口环集管161的一个。集管入口管162类似地可流体地联接并连接至入口环集管160的一个。入口管162和出口管163可以由具有合适构造的合适金属管道形成。

当每次PCM存储的热(热能)被传递到流过热交换器管141内的PCM床B的水并被流过热交换器管141内的PCM床B的水吸收时，颗粒状PCM会经历液态/熔融态到至少部分固态之间的循环相变，因此随着时间的推移，热交换器管141可能会出现裂纹和泄漏。一些PCM材料(例如某些熔盐)的腐蚀性也会对管材产生腐蚀作用，随着时间的推移可能会导致裂纹和泄漏。这些情况中的任一种都需要更换管子并且使受影响的热能密封容器121停机。

有利地，本发明公开的管筒142允许单独的筒及其相关联的管(其中一些可能泄漏)被快速换出并用相同的新的完全预组装的管筒替换，而不需要移除热能存储容器121的封闭盖125。这样就无需逐个更换或堵塞单个泄漏的热交换器管，这是一个耗时的过程。旧管筒的损坏和泄漏的管可以在热能密封容器121恢复使用后被更换/修理。这极大地简化了容器的维护和修理并减少了停机时间，从而使容器能够更快地恢复现役，从而最大限度地减少收入损失。

所提供的每个热能密封容器121包括嵌入熔融相变材料(PCM)中并且可操作以加热PCM的加热器阵列。加热器被配置用于诸如经由预期应用所需的任何合适的市售电触点或连接器电联接至可用电源。电源可以是公共事业控制的商业区域电网，或者本地电源诸如在某些情况下是工业工厂的发电。加热器将从电源接收的电力转换成用于加热PCM的热能。

图3-14多方面地示出了PCM加热器。在一个实施例中，加热器170包括多个垂直伸长的卡口式(bayonet)加热元件170，其包括内部陶瓷芯172和外部金属护套171，外部金属护套171与热能密封容器121的内腔122内的PCM直接接触。加热元件垂直伸长/取向并且可以具有圆柱形构造。如图所示，加热元件170以径向阵列散置在垂直管筒142和它们相关联的热交换器管141之间。可以提供任何合适数量的加热元件以根据需要充分加热和熔化PCM。

加热元件170的上端部分174各自设置在热能密封容器121的顶部封闭盖125中的互补构造的开口175中并穿过该开口175(参见例如图5和14)。上端部分174限定径向突出的环形安装凸缘176，该安装凸缘176位于在容器的顶部封闭盖125的暴露的顶表面上。每个元件170的顶部圆柱形电联接凸台173从盖向上突出并且包含用于与容器121的电力源或电源进行电连接的电触点/端子。

类似于本文之前描述的各个热交换器管筒142，加热元件170以悬挂且垂直悬臂的方式可拆卸地安装到热能密封容器121的顶部封闭盖125。因此，除了顶盖之外，在容器的内腔122内没有对加热元件的支撑。优选地，加热元件170是可更换的，而无需移除顶部封闭盖125以进入容器121的内腔，这使得加热元件的更换更加方便并且降低了更换成本。

在一些实施例中，加热元件170具有延伸包含PCM的容器121的内腔122的大部分且基本上整个高度的垂直长度或高度(参见例如图13)。在一些实施例中，加热元件170具有比热交换器管筒142更长的垂直高度或长度。这确保当加热元件通电时容器腔122中的颗粒状PCM(当处于固态/形式时)的整个限制床(captive bed)暴露于来自加热元件的热并且熔化。

当管筒142和加热元件170安装在热能密封容器121中时，在元件通电之前颗粒状PCM填充管141、降液管152和加热元件之间的间隙。当加热元件通电时，颗粒状PCM颗粒转变成液体或熔融状态，占据容器的腔122内的相同内部空间，并与部件直接共形接触，以最大程度地向管内的工作流体传热。

为了首先用PCM填充热能密封容器121，提供组合填充和泄压装置166，其配置为穿透容器的顶部封闭盖125(参见例如图5)。装置166经由合适构造的PCM传输管道167流体地联接至内部容器腔122。该装置可打开以填充PCM，并可在PCM填充完成后关闭。在热能密封容器121内的压力超过装置的预选最大设定点压力的情况下，装置将打开以将多余的压力释放至大气。可以使用任何合适的市售设备或定制设备来提供所需的功能。

根据本发明的另一方面，热能存储系统有利地本质上是模块化的。换句话说，可以提供多个热能密封容器121用于任何给定的安装以满足设施的设计和操作要求，利用这些设施通过存储在每个容器内的PCM(相变材料)床中的热能来加热工作流体。该系统的潜在应用包括生产用于区域供暖、工业过程或其他加热液体用途的热水(或水混合物，例如乙二醇和水)，以及生产蒸汽用于蒸汽加热、工业过程、发电、或其他用途。选择所部署的热能密封容器121的数量以产生足够体积/量和温度的液体或气体(例如，蒸汽)状态的工作流体，以满足预期的应用需要。另外，随着需求的增长，诸如但不限于区域供热或其他应用中的人口和基础设施(例如，住房等)的增加，本模块化系统随着时间的推移可以增加额外的工作流体加热能力。

为了满足加热的工作流体的容量和温度要求，单独的热能密封容器121可以以串联流动布置(参见例如图2)或以并联流动布置的方式流体地联接。因此，可以使用任何合适的流程图。根据需要选择热能密封容器121的数量、热服务任务和流体布置完全在本领域技术人员的范围内。

可以使用任何合适的PCM(相变材料)，其针对所需的热负荷和操作参数进行定制和选择(即，将可以是水/水混合物的工作流体从进入热能存储容器121的入口温度加热到期望的出口温度)。在优选但非限制性实施例中，PCM是盐，当由加热元件170(通过从可用电源(诸如电网或其他电源)提取的电力通电)加热时，该盐可以从颗粒状固态转化为熔融态。可以使用针对所需热负荷而选择的任何合适的盐。

可用于形成每个热能存储容器121中的PCM床B的盐的一些实施例如下表所示：

盐的熔化温度和潜热性质是指导选择盐类型的性质和因素以用于工作流体所需热负荷和温度升高。值得注意的是，图1B所示的绿色热能存储和发电系统100应用中的绿色锅炉120的每个热能存储容器121中所使用的盐的类型因此可以是定制的且不同。(即预热器、锅炉和过热器)可以定制且不同。无论应用包括简单地加热水用于区域供暖或其他应用，对于本领域技术人员来说显而易见的是，热能存储容器121的热负荷和性能是高度可定制的以满足热能系统所需的温度增加目标。

尽管本文所公开的热能密封容器121描述为不限于通过热能吸收PCM床加热水(例如，锅炉给水，水混合物诸如水和乙二醇，或普通水)以用于各种目的和应用，但本发明不限于此。因此，热能密封容器121可用于加热可流过容器的热交换器管的任何和其他类型的流体。因此，绿色热能存储系统100的可列举的应用是可能的并且在本发明的范围内。

虽然前面的描述和附图表示本发明的示例性实施例，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的等同物的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种添加、修改和替换。具体地，本领域技术人员将清楚，在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，可以以其他形式、结构、布置、比例、尺寸并利用其他元件、材料和部件来实施本发明。另外，可以在本发明的范围内对本文描述的方法/过程进行多种变化。本领域技术人员还应当理解，这些实施例可以在结构、布置、比例、尺寸、材料和部件等的许多修改的情况下使用，用于本发明的实践，其特别适合于特定的环境和操作，而不偏离本发明描述的原则。因此，当前公开的实施例在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。所附权利要求应当被广义地解释为包括本发明的其他变型和实施例，其可以由本领域技术人员做出而不背离等同物的范围。

Claims (54)

1.一种热能密封容器，包括：

伸长的主体，其限定内腔，所述内腔包含可操作以存储热能的相变材料床；

多个加热器，其嵌入所述相变材料中，所述加热器配置为电联接至电源并且可操作以将所述相变材料加热并熔化至熔融状态；

管束，包括嵌入熔融的所述相变材料中的多个热交换器管，所述热交换器管配置为通过所述热交换器管输送工作流体以从熔融的所述相变材料吸收热能。

2.根据权利要求1所述的容器，其中，所述工作流体包括水。

3.根据权利要求2所述的容器，其中，所述容器配置为将进入所述容器的水从液态转化为离开所述容器的蒸汽。

4.根据权利要求2所述的容器，其中，所述容器配置为接收处于第一温度的液态水并排出处于高于所述第一温度的第二温度的液态水。

5.根据权利要求2所述的容器，其中，所述容器配置为接收处于第一蒸汽温度的饱和蒸汽并排出处于高于所述第一蒸汽温度的第二温度的过热状态的蒸汽。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的容器，其中，所述容器的主体为垂直伸长的圆柱形，所述热交换器管为垂直伸长的且彼此平行，使得所述水垂直流过所述热交换器管内的熔融相变材料床。

7.根据权利要求6所述的容器，其中，所述加热器包括多个垂直伸长的卡口式加热元件，所述卡口式加热元件包括内部陶瓷芯和与所述熔融相变材料直接接触的外部金属护套，所述加热元件散置在所述热交换器管之间。

8.根据权利要求7所述的容器，其中，所述加热元件以垂直悬臂方式由所述容器的顶部封闭盖支撑。

9.根据权利要求8所述的容器，其中，所述管束的所述热交换器管布置在多个单独的管筒中，每个管筒通过所述顶部封闭盖中的相应开口可拆卸地插入到所述容器中。

10.根据权利要求9所述的容器，其中，所述管筒各自包括联接至所述容器的顶部封闭盖的上头部，每个筒中的所述热交换器管的顶端延伸穿过所述头部并联接至所述头部。

11.根据权利要求10所述的容器，其中，所述管筒以垂直悬臂方式由所述顶部封闭盖支撑。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的容器，其中，每个管筒的所述热交换器管配置为使得所述水多次通过所述熔融相变材料床，使得所述工作流体在每次通过时连续地被加热到越来越高的温度。

13.根据权利要求12所述的容器，其中，每个管筒的所述热交换器管中的一些是上流管，以及所述热交换器管中的一些是下流管。

14.根据权利要求13所述的容器，其中，每个管筒的所述上流管中的一些通过附接至所述上管支撑板的错流导管流体地联接至对应的下流管构件。

15.根据权利要求14所述的容器，其中，所述管筒还包括联接到所述热交换器管的底端的下管支撑板，并且所述下管支撑板不固定地附接至所述容器的所述主体以便与所述管筒一起可滑动地从所述腔中移除。

16.根据权利要求15所述的容器，其中，每个管筒的所述上流管构件通过附接至所述下管支撑板的错流导管流体地联接至相应的下流管构件。

17.根据权利要求15或16所述的容器，其中，每个管筒包括用于将所述工作流体引入到所述管筒的管中的流体入口和用于将所述工作流体从所述管筒排出的流体出口。

18.根据权利要求8-17中任一项所述的容器，其中，每个管筒包括降液管，所述降液管的直径大于所述管筒中的每个所述热交换器管的直径。

19.根据权利要求18所述的容器，其中，所述降液管垂直取向并且流体地联接到至少一个热交换器管的底端。

20.根据权利要求19所述的容器，其中，所述降液管在顶部处由所述管筒的上头部支撑，在底部处由下管支撑板支撑。

21.根据权利要求18所述的容器，其中，所述降液管的底端由下环形集管支撑并流体地联接到所述下环形集管，并且所述降液管的顶端由上环形集管支撑并流体地联接到所述上环形集管，所述上环形集管安装到所述管筒的所述上头部，所述热交换器管流体地联接到所述下环形集管和所述上环形集管。

22.根据权利要求18-21中任一项所述的容器，其中，所述降液管的顶端流体地联接至配置为将水引入到所述管筒中的入口管，并且其中每个筒的所述热交换器管流体地联接至配置为从所述管筒排出水的出口管。

23.根据权利要求22所述的容器，其中，所述容器还包括设置在所述容器的上头部上的多个流环集管，每个流环集管直接或间接地流体地联接到每个管筒的所述入口管和所述出口管中的一个。

24.根据权利要求23所述的容器，其中，所述流环集管中的一些是入口流环集管，并且所述流环集管的一些是出口流环集管，所述入口流环集管将水输送到所述管筒中的所述热交换器管，所述出口流环集管从所述管筒中的所述热交换器管收集水。

25.根据权利要求24所述的容器，其中，所述流环集管相对于彼此同心地布置。

26.根据权利要求25所述的容器，其中，所述入口流环集管与所述出口流环集管流体地隔离。

27.根据权利要求26所述的容器，其中，所述入口流环集管包括通过错流导管流体地联接在一起的至少两个集管，并且所述出口流环集管包括通过错流导管流体地联接在一起的至少多个集管。

28.根据权利要求1所述的容器，其中，所述容器的管状主体包括垂直伸长的侧壁和真空环，所述侧壁包括最内壳和最外壳，所述真空环形成在所述最内壳和所述最外壳之间，所述真空环被抽空至低于大气压。

29.根据权利要求28所述的容器，还包括形成在所述最内壳和所述最外壳之间的绝缘环，所述绝缘环包含构造成将热量保留在所述容器的腔内的隔热体。

30.根据权利要求29所述的容器，其中，所述真空环形成在所述最外壳和位于所述最外壳附近的中间壳之间，并且所述绝缘环形成在所述中间壳和所述最内壳之间。

31.根据权利要求30所述的容器，其中，所述最内壳、所述最外壳和所述中间壳由不锈钢形成。

32.根据权利要求31所述的容器，其中，所述最外壳和所述中间壳的向内朝向所述真空环的相对表面被抛光以形成用于反射热量的反射表面。

33.根据权利要求1所述的容器，其中，所述熔融相变材料可操作以在被从所述加热器发射的热能加热时从颗粒状固态变为液态。

34.根据权利要求1-33中任一项所述的容器，其中，所述熔融相变材料是盐。

35.一种热能存储和发电系统，包括：

闭合流动环路，包括流体连通的蒸汽涡轮机、蒸汽冷凝器、锅炉组件和泵，该泵可操作以使锅炉给水循环通过所述闭合流动环路；

发电机，其可操作地联接到所述蒸汽涡轮机和电网；

所述锅炉组件，包括热能锅炉容器和热能过热器容器，该热能过热器容器流体地联接到所述锅炉容器，每个容器包括：

伸长的管状主体，其限定包含可操作以存储热能的熔融相变材料床的内腔；

嵌入所述熔融相变材料中的加热器阵列，所述加热器电联接至所述电网并被通电以加热所述熔融相变材料；

管束，包括嵌入所述熔融相变材料中的多个热交换器管，所述热交换器管配置为通过所述热交换器管输送所述锅炉给水；

其中，所述热能锅炉容器配置为接收液态给水，所述液态给水被所述热能锅炉容器中的所述熔融相变材料加热以产生饱和蒸汽，并且所述热能过热器容器配置为接收所述饱和蒸汽，所述饱和蒸汽被所述热能锅炉容器中的所述熔融相变材料加热至过热状态；以及

其中，所述过热蒸汽流过所述蒸汽涡轮机，所述蒸汽涡轮机使所述发电机旋转并产生电。

36.根据权利要求35所述的系统，还包括热能预热器容器，所述热能预热器容器流体地联接到所述锅炉容器上游的所述闭合流动环路，所述热能预热器容器包括：

伸长的管状主体，其限定包含可操作以存储热能的熔融相变材料床的内腔；

嵌入所述熔融相变材料中的加热器阵列，所述加热器电联接至电网并可操作以加热所述熔融相变材料；

管束，包括嵌入所述熔融相变材料中的多个热交换器管，所述热交换器管配置为通过所述热交换器管的管侧输送所述锅炉给水；

其中，所述热能预热器容器可操作以接收来自所述闭合流动环路的处于第一温度的液态给水，并将所述给水加热至液态的更高的第二温度；以及

其中，所述热能锅炉容器通过所述闭合流动环路接收处于第二温度的液态给水。

37.根据权利要求35或36所述的系统，其中，所述加热器在所述电网的非高峰负荷需求时段期间通过从所述电网提取的电力来通电。

38.根据权利要求37所述的系统，其中，所述发电机在所述电网的高峰负荷需求时段期间向所述电网供电。

39.根据权利要求35或36所述的系统，其中，所述热能锅炉容器中的相变材料与所述热能过热器容器中的相变材料至少有一个特性不同。

40.根据权利要求39所述的系统，其中，所述特性是熔化温度。

41.根据权利要求39所述的系统，其中所述特性是相变材料的类型。

42.根据权利要求35至41中任一项所述的系统，其中，所述相变材料是盐。

43.根据权利要求35所述的系统，其中，每个容器的所述管状主体是圆柱形的并且包括垂直伸长的侧壁、真空环和绝缘环，所述侧壁包括最内壳和最外壳，所述真空环形成在所述最内壳和所述最外壳之间且所述真空环被抽空至低于大气压，以及所述绝缘环形成在所述最内壳和所述最外壳之间且所述绝缘环包含构造成将热量保留在所述容器的腔内的隔热材料。

44.根据权利要求43所述的系统，其中，还包括设置在所述最外壳附近的中间壳，并且所述真空环形成在所述最内壳与所述最外壳之间。

45.一种用于加热工作流体的方法，包括：

提供热能密封容器，所述热能密封容器包括内腔和管束，所述内腔含有固态相变材料床，所述管束包括嵌入在所述相变材料中的多个管；

对嵌入所述相变材料床中的多个加热元件通电，所述多个加热元件加热所述相变材料并将所述相变材料从固态变为熔融态；

使处于第一温度的所述工作流体流过熔融相变材料，所述熔融相变材料将所述工作流体加热到更高的第二温度。

46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述工作流体包括水。

47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述相变材料是盐。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，所述水呈液态进入所述容器并被所述相变材料从第一温度加热到液态的更高的第二温度。

49.根据权利要求47所述的方法，其中，所述水呈液态进入所述容器并被所述相变材料加热以将所述水转化为蒸汽。

50.根据权利要求47所述的方法，其中，所述水呈饱和蒸汽进入所述容器并被所述相变材料加热成过热蒸汽。

51.根据权利要求45所述的方法，其中，所述加热元件电连接至电网，并且其中通电步骤包括所述加热元件在所述电网的非高峰负荷需求时段期间从所述电网提取电力。

52.根据权利要求50所述的方法，其中，所述加热元件电连接至电网，并且其中通电步骤包括所述加热元件在所述电网的非高峰负荷需求时段期间从所述电网提取电力。

53.根据权利要求52所述的方法，还包括使所述过热蒸汽流至发电的蒸汽轮发电机组，并在高峰负荷需求时段期间将所产生的电力供应给所述电网。

54.根据权利要求45所述的方法，其中，所述容器是圆柱形的并且包括垂直伸长的侧壁、真空环和绝缘环，所述侧壁包括最内壳和最外壳，所述真空环形成在所述最内壳和所述最外壳之间且所述真空环被抽空至低于大气压，所述绝缘环形成在所述最内壳和所述最外壳之间且所述绝缘环包含构造成将热量保留在所述容器的腔内的隔热材料。