JP2013518243A - Thermal energy storage - Google Patents

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Abstract

本発明は、熱エネルギー貯蔵のための物品および装置、ならびにこれらの物品および装置を使用してエネルギーを貯蔵するためのプロセスに向けたものである。物品は、1または複数の密閉空間14を有するカプセル構造10を備え、密閉空間が1または複数の熱エネルギー貯蔵材料26を封入し、カプセル構造が、熱伝達流体が1または複数の流体通路を通って流れるのに十分な大きさの1または複数の流体通路16を有し、熱伝達流体がカプセル構造10に接触すると、熱エネルギー貯蔵材料26が熱伝達流体から分離される。装置は、熱伝達流体等の流体が、2つの物品間の空間を通って流れる前または後に物品の流体通路16を通って流れることができるように配置された、2つ以上の物品を備える。  The present invention is directed to articles and devices for thermal energy storage, and processes for storing energy using these articles and devices. The article comprises a capsule structure 10 having one or more enclosed spaces 14, wherein the enclosed space encloses one or more thermal energy storage materials 26, wherein the capsule structure passes through one or more fluid passages. When the heat transfer fluid contacts the capsule structure 10, the thermal energy storage material 26 is separated from the heat transfer fluid. The apparatus comprises two or more articles arranged such that a fluid, such as a heat transfer fluid, can flow through the fluid passage 16 of the article before or after flowing through the space between the two articles.

Description

本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、2010年1月29日に出願した米国仮出願第61/299,565号の優先権を主張するものである。   This application claims priority from US Provisional Application No. 61 / 299,565, filed Jan. 29, 2010, which is incorporated herein by reference.

本発明は、熱エネルギー貯蔵材料を使用する熱エネルギー貯蔵体、ならびに効率的な熱貯蔵および効率的な熱伝達を可能にする熱エネルギー貯蔵材料のパッケージングに関する。   The present invention relates to thermal energy storage bodies that use thermal energy storage materials and packaging of thermal energy storage materials that enable efficient heat storage and efficient heat transfer.

一般に、産業は、より適時に使用可能な、廃熱を効率的に取り込んで貯蔵する新規な方法を積極的に探している。さらに、コンパクトな空間でエネルギー貯蔵を実現したいという希望により、単位重量および単位容積当たり高いエネルギー量を貯蔵することのできる新規な材料の開発が要求されている。画期的な技術を適用する可能性のある分野には、輸送、太陽エネルギー、工業生産プロセス、および公営ビルおよび/または商業ビルの暖房がある。   In general, the industry is actively looking for new ways to efficiently capture and store waste heat that can be used more timely. Furthermore, the desire to achieve energy storage in a compact space demands the development of new materials that can store high amounts of energy per unit weight and unit volume. Areas where breakthrough technology may be applied include transportation, solar energy, industrial production processes, and heating of public and / or commercial buildings.

輸送産業に関し、内燃機関の動作が非効率的であることがよく知られている。このような非効率の原因として、システムからの排気、冷却、放射熱、および機械損失により熱が失われることがある。内燃機関に供給された燃料エネルギーの30%超が、エンジンの排気により周囲に排出されて失われるものと推測される。   With respect to the transportation industry, it is well known that the operation of internal combustion engines is inefficient. This inefficiency can be caused by heat loss due to exhaust from the system, cooling, radiant heat, and mechanical losses. It is estimated that more than 30% of the fuel energy supplied to the internal combustion engine is discharged to the surroundings and lost by the exhaust of the engine.

「コールドスタート」時には、内燃機関がほぼ低効率で動作し、より多くの排気を発生し、またはこれらの両方が生じることがよく知られている。これは、最適でない温度で燃焼が起こり、低温の潤滑油が高粘性になることにより、内燃機関が摩擦に対して余分な作動を必要とするからである。この問題は、ハイブリッド車についてはさらに重要である。ハイブリッド車では、内燃機関が断続的に動作するためコールドスタート状態が延長され、かつ/または車両を動作させる単一期間に複数のコールドスタート状態が生じるからである。この問題の解決を助けるために、製造会社は廃熱を効率的に貯蔵し放出できる方法を探している。基本的な考えは、通常の車両動作時に廃熱を回収、貯蔵し、その後、この熱を制御して放出することにより、コールドスタート状態の期間および頻度を減らすか、または最小にして、最終的に内燃機関の効率を改善し、排気を減らすこと、またはその両方を達成することである。   It is well known that during a “cold start”, an internal combustion engine operates at near low efficiency, producing more exhaust, or both. This is because combustion occurs at sub-optimal temperatures and the low temperature lubricating oil becomes highly viscous, causing the internal combustion engine to require extra operation against friction. This problem is even more important for hybrid vehicles. This is because in a hybrid vehicle, the internal combustion engine operates intermittently, so that the cold start state is extended and / or a plurality of cold start states occur in a single period during which the vehicle is operated. To help solve this problem, manufacturers are looking for ways to efficiently store and release waste heat. The basic idea is that waste heat is recovered and stored during normal vehicle operation, and then this heat is controlled and released to reduce or minimize the duration and frequency of cold start conditions and ultimately To improve internal combustion engine efficiency, reduce emissions, or both.

実際の解決法とするためには、熱エネルギー貯蔵システムのためのエネルギー密度および熱出力密度の要件が非常に高い。出願人は、先に、1)2009年2月20日出願の米国特許出願第12/389,416号「Thermal Energy Storage Materials」、2)2009年2月20日出願の米国特許出願第12/389,598号「Heat Storage Devices」、3)2009年12月14日出願のPCT出願第PCT/US09/67823号「Heat Transfer Systems Utilizing Thermal Energy Storage Materials」を出願した。これらの先行出願は、参照により本明細書に組み込まれている。   In order to be a practical solution, the energy density and thermal power density requirements for the thermal energy storage system are very high. The applicant has previously described 1) U.S. Patent Application No. 12 / 389,416, filed February 20, 2009, "Thermal Energy Storage Materials", 2) U.S. Patent Application No. 12 / filed on Feb. 20, 2009, No. 389,598 “Heat Storage Devices”, 3) PCT Application No. PCT / US09 / 67823 filed Dec. 14, 2009, “Heat Transfer Systems Utilizing Thermal Energy Storage Materials”. These prior applications are incorporated herein by reference.

先行技術には、公知の熱貯蔵装置および排気熱回収装置がある。しかし、長期間(例えば約6時間超)の熱貯蔵能力を提供するためには、これらの装置が全体として大きな体積を占め、大量の熱伝達流体の圧送を必要とし、液圧抵抗に打ち勝つ比較的大きなポンプを必要とする。したがって、高エネルギー密度、高出力密度、長い保温時間、軽量、熱伝達流体流に対する低い液圧抵抗、またはこれらの組合せを、前例のない形で組み合わせることのできる熱貯蔵システムが必要である。   The prior art includes known heat storage devices and exhaust heat recovery devices. However, in order to provide long-term (for example, more than about 6 hours) heat storage capacity, these devices occupy a large volume as a whole, require pumping of a large amount of heat transfer fluid, and overcome the hydraulic resistance Requires a large pump. Accordingly, there is a need for a heat storage system that can combine unprecedented combinations of high energy density, high power density, long incubation time, light weight, low hydraulic resistance to heat transfer fluid flow, or combinations thereof.

本発明の一態様は、1または複数の密閉空間を有するカプセル構造を備えた物品であって、密閉空間が1または複数の熱エネルギー貯蔵材料を封入し、カプセル構造が、熱伝達流体が1または複数の流体通路を通って流れるのに十分な大きさの1または複数の流体通路を有し、熱伝達流体がカプセル構造に接触すると、熱エネルギー貯蔵材料が熱伝達流体から分離される物品である。   One embodiment of the present invention is an article including a capsule structure having one or more sealed spaces, in which the sealed space encloses one or more thermal energy storage materials, and the capsule structure includes one or more heat transfer fluids. An article having one or more fluid passages large enough to flow through the plurality of fluid passages, wherein the thermal energy storage material is separated from the heat transfer fluid when the heat transfer fluid contacts the capsule structure .

本発明の別の態様は、容器と、流体通路を有し熱エネルギー貯蔵材料を含む、本明細書に記載された複数の物品等の複数の物品とを備え、流体通路が軸方向に整合されるように複数の物品が積み重ねられる装置である。   Another aspect of the invention comprises a container and a plurality of articles, such as the plurality of articles described herein, having a fluid passage and including a thermal energy storage material, wherein the fluid passage is axially aligned. In this way, a plurality of articles are stacked.

本発明の態様に関連するプロセスは、本明細書に記載された装置等の熱貯蔵装置から熱を除去するための方法であって、熱伝達流体を装置を通して流すステップを含む。好ましくは、プロセスは、初期温度の熱伝達流体を装置の入口を通して流すステップと、熱伝達流体を軸方向流路を通して流すことにより、熱伝達流体を複数の半径方向流路に分割できるようにするステップと、熱伝達流体を半径方向流路を通して流すことにより、熱伝達流体の初期温度よりも高い温度を有する熱エネルギー貯蔵材料から熱を除去できるようにするステップと、熱伝達流体を異なる軸方向流路を通して流すことにより、複数の半径方向流路を再結合できるようにするステップと、熱伝達流体の初期温度よりも高い出口温度を有する熱伝達流体を、装置の出口を通して流すステップとを含む方法である。   A process associated with aspects of the present invention is a method for removing heat from a heat storage device, such as the devices described herein, comprising flowing a heat transfer fluid through the device. Preferably, the process allows an initial temperature heat transfer fluid to flow through the inlet of the device and allows the heat transfer fluid to be divided into a plurality of radial flow paths by flowing the heat transfer fluid through the axial flow path. Allowing the heat transfer fluid to flow through the radial flow path so that heat can be removed from the thermal energy storage material having a temperature higher than the initial temperature of the heat transfer fluid; and Allowing a plurality of radial flow paths to be recombined by flowing through the flow paths and flowing a heat transfer fluid having an outlet temperature higher than the initial temperature of the heat transfer fluid through the outlet of the device. Is the method.

本発明の態様に関連する別のプロセスは、物品を加工または組み立てるための方法であって、ベースシートに開口を切り取るステップと、1または複数のトラフを有するようにベースシートを型押しするステップと、1または複数のトラフに熱エネルギー貯蔵材料を充填するステップと、カバーシートに開口を切り取るステップと、カバーシートを少なくとも外周および開口周に沿ってベースシートに密着させて、熱エネルギー貯蔵材料を含む1または複数の密閉空間を有する物品が形成されるようにするステップとを含む方法である。   Another process related to an aspect of the present invention is a method for processing or assembling an article, the step of cutting an opening in a base sheet, and the step of embossing the base sheet to have one or more troughs. Filling the thermal energy storage material into one or more troughs, cutting an opening in the cover sheet, and contacting the cover sheet to the base sheet along at least the outer periphery and the opening periphery to include the thermal energy storage material Forming an article having one or more enclosed spaces.

本発明のさらに別の態様は、本明細書に記載された熱貯蔵装置等の熱貯蔵装置と、熱伝達流体とを備えたシステムであって、熱伝達流体が、密閉空間(例えば、熱貯蔵装置内の物品の密閉空間)内の熱エネルギー貯蔵材料と熱伝達するシステムである。   Yet another aspect of the present invention is a system comprising a heat storage device, such as the heat storage device described herein, and a heat transfer fluid, wherein the heat transfer fluid is an enclosed space (eg, heat storage). It is a system that transfers heat with the thermal energy storage material in the enclosed space of the articles in the device.

有利なことに、本発明の物品、装置、システムおよびプロセスは、大量の熱エネルギーを貯蔵できるように、高濃度の熱エネルギー貯蔵材料を含む(例えば、高エネルギー密度を有する)ことができ、熱エネルギー貯蔵材料へ、かつ/または熱エネルギー貯蔵材料から熱を急速に伝達できるように、熱伝達流体と熱エネルギー貯蔵材料を含む物品との間の表面積を大きくする(例えば、高出力密度、好ましくは約8kW/L超を有する)ことができ、異なる領域に、かつ/または異なる領域から熱が均一に伝達されるように、同様または同一の液圧抵抗を有する複数の流路を備えることができ、容易に配置可能なように回転対称であり、強固で耐久性のある構造を有し、コンパクトな設計、軽量の部品、またはこれらの両方を必要とする適用において使用可能となるように、高い熱貯蔵密度を有し、熱伝達流体のための圧送要件を減らすように、熱伝達流体流のための低い液圧抵抗(例えば、熱伝達流体の圧送速度、約10リットル/分で、約1.5kPa未満の圧力降下)を有し、またはこれらの組合せである。   Advantageously, the articles, devices, systems and processes of the present invention can include a high concentration of thermal energy storage material (eg, have a high energy density) so that large amounts of thermal energy can be stored, Increase the surface area between the heat transfer fluid and the article containing the thermal energy storage material (eg, high power density, preferably, so that heat can be transferred quickly to and / or from the energy storage material) And can have multiple flow paths with similar or identical hydraulic resistances so that heat is evenly transferred to and / or from different areas. Applications that are rotationally symmetric for easy placement, have a strong and durable structure, and require a compact design, lightweight components, or both Low hydraulic resistance for heat transfer fluid flow (eg, pumping speed of heat transfer fluid, so as to have high heat storage density and reduce pumping requirements for heat transfer fluid A pressure drop of less than about 1.5 kPa at about 10 liters / minute), or a combination thereof.

本発明の実施形態の非限定的な例による、記載された複数の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。図中、複数の図面全体を通じて、参照符号は同様の部分を示す。   The invention will now be described in more detail with reference to the drawings described, by way of non-limiting examples of embodiments of the invention. In the drawings, like reference numerals designate like parts throughout the several views.

1または複数の密閉区画および流体通路を有する例示的な物品の図である。1 is an illustration of an example article having one or more sealed compartments and fluid passages. FIG. 複数のセグメントを備えた例示的な物品の図であり、セグメントがそれぞれ1または複数の密閉区画を有し、物品が流体通路を有するようにセグメントが配置された図である。FIG. 4 is an illustration of an exemplary article with multiple segments, wherein the segments are arranged such that each segment has one or more sealed compartments and the article has a fluid passage. 密閉区画および流体通路を有する例示的な物品の図である。FIG. 3 is an illustration of an exemplary article having a sealed compartment and a fluid passage. 物品で使用可能な流体通路を有する例示的なカバーシートの図である。FIG. 3 is an illustration of an exemplary cover sheet having fluid passages that can be used with the article. 図2Aに示す物品等の例示的な物品の横断面図である。2B is a cross-sectional view of an exemplary article, such as the article shown in FIG. 2A. 物品で使用可能な、例示的な型押しベースシートの横断面図である。1 is a cross-sectional view of an exemplary embossed base sheet that can be used in an article. 物品で使用可能な、2つの例示的な隣接するセグメントの側面図であり、セグメントが全体として嵌合する縁部を有することのできる図である。FIG. 2 is a side view of two exemplary adjacent segments that can be used in an article, where the segments can have edges that fit together. 物品で使用可能な、2つの例示的な隣接するセグメントの側面図であり、セグメントが全体として嵌合する縁部を有することのできる図である。FIG. 2 is a side view of two exemplary adjacent segments that can be used in an article, where the segments can have edges that fit together. セグメントの隣接するセグメント底面が異なる平行面にあるようにセグメントの1つが移動したときに、縁部に沿って嵌合する、隣接するセグメントの側面図である。FIG. 5 is a side view of adjacent segments that fit along an edge when one of the segments moves such that adjacent segment bottoms of the segments are in different parallel planes. 熱エネルギー貯蔵材料を含む複数の密閉区画を有する物品で使用可能な複数のトラフを有する、例示的な型押しベースシートの図である。FIG. 3 is an exemplary embossed base sheet having a plurality of troughs that can be used in an article having a plurality of sealed compartments containing a thermal energy storage material. 図5の型押しシートの例示的な部分の図である。FIG. 6 is a diagram of an exemplary portion of the embossed sheet of FIG. 5. 対応する流体通路を有する物品の例示的な重なりを示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary overlap of articles having corresponding fluid passages. 開口から外周に延びる複数の溝を含む1または複数の面を有する例示的な物品の図である。1 is an illustration of an exemplary article having one or more surfaces that include a plurality of grooves extending from an opening to an outer periphery. FIG. 第1の物品の底面と第2の物品の上面とがそれぞれ複数の湾曲溝を有するときの、これらの面の間の境界面を示す図である。It is a figure which shows the interface between these surfaces when the bottom face of a 1st article | item and the upper surface of a 2nd article | item each have a some curved groove. 例示的な物品の2つのセグメントの図である。2 is a diagram of two segments of an exemplary article. FIG. 図6Cのセグメントの重なりの側面図である。FIG. 6D is a side view of the segment overlap of FIG. 6C. 非円形であり、かつ/または非円形の開口を有する上面を備えた例示的な物品の上面図である。FIG. 6 is a top view of an exemplary article with a top surface that is non-circular and / or has a non-circular opening. 容器内の物品の重なりを含む、例示的な熱貯蔵装置の横断面図である。1 is a cross-sectional view of an exemplary heat storage device including an overlap of articles in a container. 容器内の物品の重なりを含む、例示的な熱貯蔵装置の別の横断面図である。FIG. 4 is another cross-sectional view of an exemplary heat storage device including an overlap of articles in a container. 熱エネルギー貯蔵システムの例示的な特徴を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating exemplary features of a thermal energy storage system. FIG.

以下の詳細な説明で、本発明の特定の実施形態について、好ましい実施形態に関連して説明する。しかし、以下の説明は、本技術の特定の実施形態または特定の使用に特有のものである限り、例示的な実施形態の簡潔な説明を提供するものにすぎない。したがって、本発明は、以下に記載する特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての代替形態、修正、等価物を含む。   In the following detailed description, specific embodiments of the invention are described in connection with the preferred embodiments. However, the following description merely provides a brief description of exemplary embodiments, as long as they are specific to a particular embodiment or particular use of the technology. Accordingly, the invention is not limited to the specific embodiments described below, but the invention includes all alternatives, modifications, and equivalents that fall within the scope of the appended claims.

本明細書の教示からわかるように、本発明は、熱エネルギーを貯蔵し、かつ/または貯蔵した熱エネルギーを流体に伝達するための物品、装置、システム、およびプロセスを提供する。例えば、本発明の熱エネルギーを貯蔵するための物品および装置は、熱エネルギーの貯蔵時により効率的であり、熱エネルギーをより均一に伝達することができ、熱伝達流体の圧力降下をより小さくして熱エネルギーを伝達することができ、またはこれらの組合せを達成する。   As can be appreciated from the teachings herein, the present invention provides articles, devices, systems, and processes for storing thermal energy and / or transferring the stored thermal energy to a fluid. For example, the articles and apparatus for storing thermal energy of the present invention are more efficient when storing thermal energy, can more uniformly transfer thermal energy, and reduce the pressure drop of the heat transfer fluid. Heat energy can be transferred, or a combination thereof is achieved.

本発明の種々の態様は、1または複数の密閉空間(すなわちカプセル)を有するカプセル構造と、熱エネルギー貯蔵材料がカプセル構造から流出できないように、またはカプセル構造から外れることのないように、カプセル構造の1または複数の密閉空間に封入された1または複数の熱エネルギー貯蔵材料とを備えた物品を前提としている。カプセル構造が有する新規な形状は、カプセル構造が、流体(例えば、熱伝達流体)を流体通路を通して流すことができるように、十分な大きさの1または複数の流体通路を備える。熱エネルギー貯蔵材料が密閉空間の1または複数に十分に封入されて、熱伝達流体がカプセル構造に接触すると、熱エネルギー貯蔵材料が流体から分離されるようになっている。本発明の他の態様は、複数の物品を備えた新規な構成、物品の1または複数を備えた新規な装置、物品を製造するための新規なプロセス、および物品の1または複数を使用するための新規なプロセスを含む。新規な物品を使用することにより、大量の熱エネルギーを貯蔵することができ、熱エネルギーを急速に熱エネルギー貯蔵材料へ、または熱エネルギー貯蔵材料から伝達することができ、コンパクトとすることができ、軽量とすることができ、熱伝達流体の圧力降下を小さくすることができ、またはこれらの組合せを達成することのできる装置を組み立てることができる。   Various aspects of the present invention include a capsule structure having one or more enclosed spaces (i.e., capsules) and a capsule structure that prevents thermal energy storage material from flowing out of or out of the capsule structure. An article comprising one or more thermal energy storage materials enclosed in one or more enclosed spaces. The novel shape possessed by the capsule structure comprises one or more fluid passages that are sufficiently sized so that the capsule structure allows fluid (eg, heat transfer fluid) to flow through the fluid passages. When the thermal energy storage material is sufficiently enclosed in one or more of the enclosed spaces such that the heat transfer fluid contacts the capsule structure, the thermal energy storage material is separated from the fluid. Other aspects of the present invention use a novel configuration with a plurality of articles, a novel apparatus with one or more of the articles, a novel process for manufacturing the articles, and one or more of the articles. Including new processes. By using the new article, a large amount of thermal energy can be stored, the thermal energy can be transferred rapidly to or from the thermal energy storage material, can be compact, Devices can be assembled that can be lightweight, reduce the pressure drop of the heat transfer fluid, or achieve a combination of these.

(カプセル構造)
カプセル構造は、全体として一方向(すなわち、厚さ)の寸法が多方向の寸法よりも小さい。カプセル構造は、好ましくはカプセル構造のより小さい方向に、1または複数の開口(すなわち、流体通路)を有する。
(Capsule structure)
The capsule structure as a whole has a unidirectional (ie, thickness) dimension that is smaller than a multidirectional dimension. The capsule structure preferably has one or more openings (ie, fluid passages) in a smaller direction of the capsule structure.

(開口/流体通路)
カプセル構造は、1または複数の流体通路を有する。好ましくは、カプセル構造は1つの流体通路を有する。1または複数の流体通路により、熱伝達流体等の流体が、熱エネルギー貯蔵材料に接触することなく物品を通って流れることができる。流体通路(例えば、流体通路の横断面積)は、好ましくは、熱伝達流体が、最小の圧力損失で流体通路を通って流れることができるように十分に大きい。流体通路は、好ましくはカプセル構造の幾何学的中心の近くにあるか、または幾何学的中心を含む。後述するように、カプセルの幾何学的中心の近くにあるか、または幾何学的中心を含む流体通路により、一般にティッシェルマンシステムとして特徴付けられる装置において、物品を使用することができる。
(Opening / fluid passage)
The capsule structure has one or more fluid passages. Preferably, the capsule structure has one fluid passage. One or more fluid passages allow a fluid, such as a heat transfer fluid, to flow through the article without contacting the thermal energy storage material. The fluid passage (eg, the cross-sectional area of the fluid passage) is preferably large enough that heat transfer fluid can flow through the fluid passage with minimal pressure loss. The fluid passage is preferably near or includes the geometric center of the capsule structure. As described below, the article can be used in an apparatus generally characterized as a Tisshelman system by a fluid passageway that is near or includes the geometric center of the capsule.

流体通路は、カプセル構造を通る流体の通過を容易にする、いかなる横断面形状であってもよい。限定することなく、流体通路は、軸方向を有することができ、軸方向に垂直な面を有する流体通路の横断面を、全体として円形、全体として多角形、または全体として楕円形とすることができる。好ましくは、流体通路が全体として円筒形である。例えば、流体通路は、軸方向を有し、軸方向に垂直な面を有する流体通路の横断面を全体として円形とすることができる。   The fluid passage may be any cross-sectional shape that facilitates passage of fluid through the capsule structure. Without limitation, the fluid passage can have an axial direction and the cross section of the fluid passage having a plane perpendicular to the axial direction can be generally circular, generally polygonal, or generally elliptical. it can. Preferably, the fluid passage is generally cylindrical. For example, the fluid passage may have an axial direction, and the cross section of the fluid passage having a plane perpendicular to the axial direction may be generally circular.

流体通路の長さは、効率的な熱伝達を可能にするいかなる長さでもよく、好ましくは、カプセル構造の厚さである。流体通路の大きさは、流体通路(例えば、全体として円筒形の流体通路について)の直径の寸法、または開口中心からカプセル構造の面までの最短距離の2倍である。流体通路の大きさは、流体が開口を通って流れることができるように、好ましくは約0.1mm超、より好ましくは約0.5mm超、さらに好ましくは約1mm超、最も好ましくは約2mm超である。流体通路の大きさは、流体通路が大量の空間(例えば、熱エネルギー貯蔵材料で占められ得る)を占めないように、十分に小さくすることができる。好ましくは、流体通路は約20mm未満の大きさである。例えば、流体通路は、好ましくは約10mm未満の半径を有する全体として円形の横断面とすることができる。   The length of the fluid passage may be any length that allows for efficient heat transfer, and is preferably the thickness of the capsule structure. The size of the fluid passage is twice the size of the diameter of the fluid passage (eg for a generally cylindrical fluid passage) or the shortest distance from the center of the opening to the face of the capsule structure. The size of the fluid passage is preferably greater than about 0.1 mm, more preferably greater than about 0.5 mm, even more preferably greater than about 1 mm, and most preferably greater than about 2 mm so that fluid can flow through the opening. It is. The size of the fluid passage can be small enough so that the fluid passage does not occupy a large amount of space (e.g., can be occupied by thermal energy storage material). Preferably, the fluid passage is sized less than about 20 mm. For example, the fluid passage may be a generally circular cross section, preferably having a radius of less than about 10 mm.

1または複数の密閉空間および流体通路を備えたカプセル構造は、図1Aで物品10内に参照符号16により示すような流体通路を有する単一の部品から形成してもよく、または図1Bに示すようなカプセル構造10’等の全体として同一の形状を呈する複数のセグメント2を組み立て、かつ/または配置することにより形成してもよいことを理解されたい。このように、1または複数の密閉空間を含むカプセルの層を、単一のセグメントまたは複数のセグメント2により設けることができる。カプセル構造は、構造への応力(フープ応力等)を減らすかなくすように、複数のセグメントにより設けることが有利である。カプセル構造は、密閉空間の故障(例えば、漏れまたはパンク)により、熱エネルギー貯蔵材料の損失が減るように、複数のセグメントにより設けることが有利である。カプセル構造が複数のセグメントから形成される場合、セグメントの数は2以上、3以上、約4以上、または約6以上とすることができる。セグメントの数は、好ましくは約100以下、より好ましくは約30以下、最も好ましくは約10以下である。カプセル構造が大きい(例えば、1または複数の方向に約500mm超)とき、または、カプセル構造の熱エネルギー貯蔵材料を、100以上の密閉空間に区画することが望ましいときには、100を超えるセグメントを使用してもよいことを理解されたい。図1Bに示すカプセル構造10のセグメント2等のカプセル構造のセグメントは、カプセル構造の上面4および底面6の一部を形成する上面および底面を有することができる。図1Bに示すカプセル構造10のセグメント2等のカプセル構造のセグメントは、カプセル構造の外縁部面8の一部となる縁部面を有することができる。図1Bに示すカプセル構造10のセグメント2等のカプセル構造のセグメントは、カプセル構造の開口の一部を形成する縁部面を有することができる。図1Bに示すカプセル構造10のセグメント2等のカプセル構造のセグメントは、隣接するセグメントの縁部とそれぞれ嵌合する1または複数の縁部(例えば、2つの縁部)を有することができる。   The capsule structure with one or more enclosed spaces and fluid passages may be formed from a single piece having a fluid passage as indicated by reference numeral 16 in the article 10 in FIG. 1A, or as shown in FIG. 1B. It should be understood that a plurality of segments 2 having the same shape as the whole of the capsule structure 10 ′ and the like may be assembled and / or arranged. In this way, a capsule layer comprising one or more enclosed spaces can be provided by a single segment or a plurality of segments 2. The capsule structure is advantageously provided by a plurality of segments so as to reduce or eliminate stress on the structure (such as hoop stress). The capsule structure is advantageously provided by a plurality of segments so that the loss of thermal energy storage material is reduced due to failure of the enclosed space (eg leakage or puncture). When the capsule structure is formed from a plurality of segments, the number of segments can be 2 or more, 3 or more, about 4 or more, or about 6 or more. The number of segments is preferably about 100 or less, more preferably about 30 or less, and most preferably about 10 or less. When the capsule structure is large (eg, greater than about 500 mm in one or more directions), or when it is desirable to partition the thermal energy storage material of the capsule structure into 100 or more enclosed spaces, use more than 100 segments. Please understand that you may. A segment of a capsule structure, such as segment 2 of capsule structure 10 shown in FIG. 1B, can have a top surface and a bottom surface that form part of the top surface 4 and bottom surface 6 of the capsule structure. A segment of a capsule structure, such as segment 2 of capsule structure 10 shown in FIG. 1B, can have an edge surface that becomes part of the outer edge surface 8 of the capsule structure. A segment of a capsule structure, such as segment 2 of capsule structure 10 shown in FIG. 1B, can have an edge surface that forms part of the opening of the capsule structure. A segment of a capsule structure, such as segment 2 of capsule structure 10 shown in FIG. 1B, can have one or more edges (eg, two edges) that each mate with the edges of adjacent segments.

カプセル構造の2以上のセグメント(例えば、共通の縁部を共有する2つのセグメント)、またはすべてのセグメントは、同一の熱エネルギー貯蔵材料を含むことができ、または2以上の異なる熱エネルギー貯蔵材料を含むことができる。好ましくは、カプセル構造のセグメントは、同一の熱エネルギー貯蔵材料を含む複数のセグメントを備える。より好ましくは、カプセル構造のすべてのセグメントが、同一の熱エネルギー貯蔵材料を含む。   Two or more segments of the capsule structure (eg, two segments sharing a common edge), or all segments can contain the same thermal energy storage material, or two or more different thermal energy storage materials Can be included. Preferably, the segment of the capsule structure comprises a plurality of segments comprising the same thermal energy storage material. More preferably, all segments of the capsule structure contain the same thermal energy storage material.

一対の隣接するセグメントは、同一の形状、容積、またはこれらの両方を有することができ、または異なる形状、容積、またはこれらの両方を有することができる。好ましくは、カプセル構造は、全体として同一の体積を有する隣接するセグメントを備える。好ましくは、カプセル構造は、全体として同一の厚さを有する隣接するセグメントを備える。より好ましくは、カプセル構造は、全体として同一の形状および大きさを有する隣接するセグメントを備える。最も好ましくは、カプセル構造が、同一の形状、大きさ、および体積を有する隣接するセグメントを備え、基本的にこれらにより構成され、またはこれらから構成される。   A pair of adjacent segments can have the same shape, volume, or both, or can have different shapes, volumes, or both. Preferably, the capsule structure comprises adjacent segments having the same volume as a whole. Preferably, the capsule structure comprises adjacent segments having the same thickness as a whole. More preferably, the capsule structure comprises adjacent segments having the same shape and size as a whole. Most preferably, the capsule structure comprises, consists essentially of or consists of adjacent segments having the same shape, size and volume.

カプセル構造が2以上のセグメントを備えるとき、隣接するセグメントの縁部間の流体流が減り、最小になり、またはなくなるように、セグメントを配置する必要があり得る。隣接するセグメントが間隙により分離される場合、流体(例えば、熱伝達流体)がカプセル構造の開口と外周との間で半径方向に流れて、カプセル構造の上面および底面に沿った熱伝達を減らすことができることを理解されたい。本発明の種々の実施形態では、隣接するセグメント間の熱伝達流体流が減り、最小になり、またはなくなるように、カプセル構造の隣接するセグメントを、嵌合する縁部を有して形成し、かつ/または配置することができる。好ましくは、隣接するセグメントが、全体として嵌合する縁部を有する。   When the capsule structure comprises more than one segment, it may be necessary to position the segments so that fluid flow between the edges of adjacent segments is reduced, minimized or eliminated. When adjacent segments are separated by a gap, fluid (eg, heat transfer fluid) flows radially between the capsule structure opening and outer periphery to reduce heat transfer along the top and bottom surfaces of the capsule structure. Please understand that you can. In various embodiments of the present invention, adjacent segments of the capsule structure are formed with mating edges so that heat transfer fluid flow between adjacent segments is reduced, minimized, or eliminated, And / or can be arranged. Preferably, adjacent segments have edges that fit together.

カプセル構造および/または物品の形状は、パッケージング空間により定義され、不揃いに形成することができる。物品は、上面を有するカバーシート(すなわち、カバーシート)と、底面を有する、全体として対向するベースシートとを備えることができる。カバーシート(例えば、カバーシートの上面)、ベースシート(例えば、ベースシートの底面)、またはこれらの両方が、全体として平ら(例えば、全体として平面を有する)、全体として円弧状、またはこれらの組合せである(またはあり得る)部分を有することができる。好ましくは、ベースシートおよび/またはベースシートの底面が、全体として円弧状部分を有するか、全体として円弧状であり、物品の上面が全体として平面(例えば、カバーシートが全体として平ら)である。   The capsule structure and / or shape of the article is defined by the packaging space and can be irregularly formed. The article can comprise a cover sheet having a top surface (ie, a cover sheet) and a generally opposing base sheet having a bottom surface. The cover sheet (eg, the top surface of the cover sheet), the base sheet (eg, the bottom surface of the base sheet), or both are generally flat (eg, have a flat surface as a whole), generally arcuate, or a combination thereof Can have (or can be) moieties. Preferably, the base sheet and / or the bottom surface of the base sheet has an arcuate portion as a whole or is arcuate as a whole, and the upper surface of the article is generally flat (for example, the cover sheet is generally flat).

カバーシートおよびベースシートは、いずれも1または複数の開口を備える。カバーシートおよびベースシートは、カバーシートの少なくとも1つの開口がベースシートの少なくとも1つの開口に重なるように配置される。このように、カバーシートおよびベースシートは、1または複数の対応する開口を備える。カバーシートは、カバーシートの中心から最も遠い領域に外周を有する。カバーシートは、カバーシートの開口近く(好ましくは中心近く)のカバーシートの領域に1または複数の開口周を備える。ベースシートは、ベースシートの中心から遠い領域の外周と、ベースシートの開口近く(好ましくは中心近く)の開口周とを備える。カバーシートおよびベースシートをそれぞれ互いに、または1または複数の他の任意選択のサブ構造(外側リング等)に対して、シートの各外周に沿って密着させて、これらの間に1または複数の密閉空間を形成することができる。カバーシートおよびベースシートをそれぞれ互いに、または1または複数の他の任意選択のサブ構造(内側リング等)に対して、シートの各開口周に沿って密着させて、これらの間に1または複数の密閉空間を形成することができる。好ましくは、カバーシートおよびベースシートを互いに、各外周に沿って、各対応する開口周の少なくとも1つに沿って、またはこれらの両方に沿って密着させる。最も好ましくは、カバーシートおよびベースシートを互いに、各外周と、各対応する開口周の少なくとも1つとの両方に沿って密着させる。カバーシートおよびベースシートを互いに、または1または複数の他の任意選択のサブ構造に対して、1または複数の追加領域(これらの周囲以外)に沿って密着させて、複数の密閉空間が形成されるようにすることを理解されたい。   Each of the cover sheet and the base sheet includes one or a plurality of openings. The cover sheet and the base sheet are arranged such that at least one opening of the cover sheet overlaps with at least one opening of the base sheet. Thus, the cover sheet and the base sheet are provided with one or more corresponding openings. The cover sheet has an outer periphery in a region farthest from the center of the cover sheet. The cover sheet comprises one or more perimeters of openings in the area of the cover sheet near (preferably near the center) of the cover sheet. The base sheet includes an outer periphery of a region far from the center of the base sheet and an opening periphery near the opening of the base sheet (preferably near the center). The cover sheet and the base sheet are in close contact with each other or one or more other optional substructures (such as outer rings) along each outer periphery of the sheet and one or more seals therebetween A space can be formed. The cover sheet and the base sheet are in close contact with each other or one or more other optional substructures (such as an inner ring) along each perimeter of the opening of the sheet, with one or more therebetween A sealed space can be formed. Preferably, the cover sheet and the base sheet are brought into close contact with each other along each circumference, along at least one of each corresponding opening circumference, or both. Most preferably, the cover sheet and the base sheet are brought into close contact with each other along both the outer periphery and at least one of each corresponding opening periphery. The cover sheet and the base sheet are adhered to each other or to one or more other optional substructures along one or more additional regions (other than their periphery) to form a plurality of sealed spaces. Please understand that.

カプセル構造は、任意選択として、ベースシートに密着されるときにカバーシートが1または複数の密閉空間を形成する、1または複数のサブ構造を備えることができる。1または複数のサブ構造を使用して、1または複数の密閉空間を熱伝達流体から分離する1または複数の壁を形成することができる。例えば、カプセル構造は外側リングを備えることができ、この外側リングは、1または複数の密閉空間をカプセル構造の1または複数の側面に沿って熱伝達流体から分離する壁を提供する。別の例として、カプセル構造は内側リングを備えることができ、この内側リングは、カプセル構造を通る流体通路の少なくとも一部に沿って1または複数の密閉空間を分離する壁を提供する。内側リングを使用する場合、内側リングは、ベースシートの開口周、カバーシートの開口周、および好ましくはこれらの両方に密着可能な形状を有することができる。好ましくは、内側リングの内側横断面が、カバーシート、ベースシート、またはこれらの両方の開口と同様の大きさおよび形状を有する。外側リングを使用する場合、外側リングは、ベースシートの外周、カバーシートの外周、および好ましくはこれらの両方に密着可能な形状を有することができる。好ましくは、リングの外側横断面が、カバーシート、ベースシート、またはこれらの両方の外周と同様の大きさおよび形状を有することができる。1または複数のサブ構造を使用して、2以上の密閉空間を分離する、または流体分離する1または複数の壁を形成することができる。例えば、1または複数のサブ構造は、1または複数の全体として半径方向の壁、1または複数の全体として円筒形の壁等を備えることができる。別の例として、1または複数のサブ構造は、参照により本明細書に組み込まれている、2009年10月8日に公開された、Bankらによる米国特許出願公開第2009−0250189号の段落0084に記載されたような、ハニカムその他連続気泡構造を備えることができる。1または複数のサブ構造(例えば、内側リング、外側リング、または連続気泡構造)の壁厚さは、熱エネルギー貯蔵材料を含み、構造を支持し、またはこれらの両方を行うように、十分に厚くすべきである。1または複数のサブ構造の壁厚さは、好ましくは約1μm超、より好ましくは約10μm超である。1または複数のサブ構造(例えば、内側リング、外側リング、または連続気泡構造)の壁厚さは、物品の体積および/または重量の大部分を熱エネルギー貯蔵材料とすることができるように十分に薄くすべきである。1または複数のサブ構造の壁厚さは、好ましくは約5mm未満、より好ましくは約1mm未満、最も好ましくは約0.2mm未満である。   The capsule structure can optionally comprise one or more substructures in which the cover sheet forms one or more enclosed spaces when in close contact with the base sheet. One or more substructures can be used to form one or more walls that separate one or more enclosed spaces from the heat transfer fluid. For example, the capsule structure can comprise an outer ring that provides a wall that separates one or more enclosed spaces from the heat transfer fluid along one or more sides of the capsule structure. As another example, the capsule structure can comprise an inner ring that provides a wall that separates one or more enclosed spaces along at least a portion of a fluid passage through the capsule structure. When an inner ring is used, the inner ring can have a shape that can be adhered to the opening periphery of the base sheet, the opening periphery of the cover sheet, and preferably both. Preferably, the inner cross section of the inner ring has a size and shape similar to the opening in the cover sheet, base sheet, or both. When an outer ring is used, the outer ring can have a shape that can adhere to the outer periphery of the base sheet, the outer periphery of the cover sheet, and preferably both. Preferably, the outer cross-section of the ring can have the same size and shape as the outer periphery of the cover sheet, the base sheet, or both. One or more substructures can be used to form one or more walls that separate or fluidly separate two or more enclosed spaces. For example, the one or more substructures can comprise one or more generally radial walls, one or more generally cylindrical walls, and the like. As another example, one or more substructures are described in paragraph 0084 of US Patent Application Publication No. 2009-0250189 by Bank et al., Published Oct. 8, 2009, which is incorporated herein by reference. Or other open cell structures as described in. The wall thickness of one or more substructures (eg, inner ring, outer ring, or open cell structure) is sufficiently thick to include thermal energy storage material, support the structure, or both. Should. The wall thickness of the one or more substructures is preferably greater than about 1 μm, more preferably greater than about 10 μm. The wall thickness of the one or more substructures (eg, inner ring, outer ring, or open cell structure) is sufficient to allow a majority of the volume and / or weight of the article to be a thermal energy storage material. Should be thin. The wall thickness of the one or more substructures is preferably less than about 5 mm, more preferably less than about 1 mm, and most preferably less than about 0.2 mm.

カプセル構造の厚さは、物品の上面(例えば、カバーシートの上面)と物品の底面(例えば、ベースシートの底面)との平均分離により定義される。物品は、流体から熱エネルギー貯蔵材料へ急速に熱を提供することができ、かつ/または熱エネルギー貯蔵材料から流体へ急速に熱を除去することができるような形状を有することができる。例えば、物品を比較的薄くすることができる(例えば、物品の長さまたは直径と比べて)。好ましくは、物品の厚さは約80mm未満、より好ましくは約20mm未満、さらに好ましくは約10mm未満、最も好ましくは約5mm未満である。物品の厚さは、好ましくは約0.5mm超、より好ましくは約1mm超である。   The thickness of the capsule structure is defined by the average separation between the top surface of the article (eg, the top surface of the cover sheet) and the bottom surface of the article (eg, the bottom surface of the base sheet). The article can have a shape that can provide heat rapidly from the fluid to the thermal energy storage material and / or can quickly remove heat from the thermal energy storage material to the fluid. For example, the article can be relatively thin (eg, compared to the length or diameter of the article). Preferably, the thickness of the article is less than about 80 mm, more preferably less than about 20 mm, even more preferably less than about 10 mm, and most preferably less than about 5 mm. The thickness of the article is preferably greater than about 0.5 mm, more preferably greater than about 1 mm.

物品の最長寸法(例えば、物品の長さまたは直径)は、通常、物品が大きい容積(例えば、大量の熱エネルギー貯蔵材料を含むため)、および大きい表面積(例えば、熱エネルギーを急速に伝達するため)の両方を有することができるように、物品の厚さよりもはるかに大きい。物品の最長寸法は、好ましくは約30mm超、より好ましくは約50mm超、最も好ましくは約100mm超である。最長寸法は、使用により定義され、特定の使用時における熱貯蔵、熱伝達、またはこれらの両方の必要を満たす長さとすることができる。物品の最長寸法は、通常、約2m(すなわち、2000mm)未満であるが、約2m超の最長寸法を有する物品を使用することもできる。   The longest dimension of an article (eg, the length or diameter of the article) is usually large for the article to contain a large volume (eg, contains a large amount of thermal energy storage material), and a large surface area (eg, to rapidly transfer heat energy). ) Much larger than the thickness of the article so that it can have both. The longest dimension of the article is preferably greater than about 30 mm, more preferably greater than about 50 mm, and most preferably greater than about 100 mm. The longest dimension is defined by the use and can be of a length that meets the needs of heat storage, heat transfer, or both during a particular use. The longest dimension of the article is typically less than about 2 m (ie, 2000 mm), but articles having a longest dimension greater than about 2 m can also be used.

物品は、1または複数の側面を有することができる。例えば、物品は、非平面である1または複数の側面を有することができる。物品は、全体として円弧状、全体として非平面、全体として連続状、またはこれらの組合せである単一の側面を有することができる。好ましくは、1または複数の側面は、全体として物品の中心から等距離にあり、物品の平均直径よりもわずかに大きいキャビティ直径をもつ、全体として円筒形のキャビティを有する容器内に、物品を配置することができるようになっている。物品のキャビティ直径と平均直径との比が小さいときは、大体積のキャビティが物品で占められている。例えば、物品のキャビティ直径と平均直径との比は約1.8未満、好ましくは約1.2未満、より好ましくは約1.1未満、最も好ましくは約1.05未満である。物品のキャビティ直径と平均直径との比は、通常、少なくとも約1.0(例えば、少なくとも約1.001)であることを理解されたい。   The article can have one or more sides. For example, the article can have one or more sides that are non-planar. The article can have a single side that is generally arcuate, generally non-planar, generally continuous, or a combination thereof. Preferably, the one or more sides are generally equidistant from the center of the article and the article is placed in a container having a generally cylindrical cavity having a cavity diameter slightly larger than the average diameter of the article. Can be done. When the ratio of the article cavity diameter to the average diameter is small, a large volume of the cavity is occupied by the article. For example, the ratio of the cavity diameter to the average diameter of the article is less than about 1.8, preferably less than about 1.2, more preferably less than about 1.1, and most preferably less than about 1.05. It should be understood that the ratio of the article cavity diameter to the average diameter is typically at least about 1.0 (eg, at least about 1.001).

カプセル構造の容積の大部分は、物品が比較的大量の熱エネルギー貯蔵材料を含むことができるように、封入容積(すなわち、1または複数の密閉空間の容積)になっている。物品の1または複数の密閉空間の総容積は、好ましくは、物品の総容積に基づいて、少なくとも約50容積%、より好ましくは少なくとも約80容積%、さらに好ましくは少なくとも約85容積%、最も好ましくは90容積%である。物品の1または複数の密閉空間の総容積は、通常、物品の総容積に基づいて、約99.9容積%未満である。熱エネルギー貯蔵材料に占められていない残りの容積は、カプセル構造、中空空間(例えば、1または複数の気体を含む)、熱エネルギー貯蔵材料とカプセル構造との間の熱伝達を向上させるための1または複数の構造、またはこれらの組合せを含むか、またはこれらからほぼ完全に構成され得る。熱エネルギー貯蔵材料とカプセル構造との間の熱伝達を向上させるための構造は、熱エネルギー貯蔵材料から熱伝達流体への熱流量を増加させることのできる比較的高い熱伝導率(例えば、熱エネルギー貯蔵材料に対して)を有する材料から形成された構造を含む。熱流量を増加させるための適切な構造として、フィン、ワイヤメッシュ、密閉空間へ突出する突起等がある。   Most of the volume of the capsule structure is an enclosed volume (ie, the volume of one or more enclosed spaces) so that the article can contain a relatively large amount of thermal energy storage material. The total volume of the one or more enclosed spaces of the article is preferably at least about 50 volume%, more preferably at least about 80 volume%, even more preferably at least about 85 volume%, most preferably, based on the total volume of the article. Is 90% by volume. The total volume of the enclosed space or spaces of the article is typically less than about 99.9% by volume, based on the total volume of the article. The remaining volume not occupied by the thermal energy storage material is a capsule structure, a hollow space (eg, containing one or more gases), 1 to improve heat transfer between the thermal energy storage material and the capsule structure. Or it may comprise or consist almost entirely of a plurality of structures, or combinations thereof. The structure for improving the heat transfer between the thermal energy storage material and the capsule structure can have a relatively high thermal conductivity (eg, thermal energy) that can increase the heat flow from the thermal energy storage material to the heat transfer fluid. A structure formed from a material having (with respect to the storage material). Suitable structures for increasing the heat flow include fins, wire mesh, and protrusions that project into the sealed space.

物品は、好ましくは、他の同一形状の物品、または全体として嵌合する面を有する他の物品と容易に積み重ねられる。例えば、積み重ねられる2つの物品は、全体として嵌合する面である対向面を有し、積み重ねられたときに入れ子になる。物品が容易に入れ子になるように物品を積み重ねる1つの方法は、高い位数の回転対称を有する形状(例えば、円弧面の形状、密閉空間の形状、またはこれらの両方)を選択することであることを理解されたい。回転対称は、積み重ね方向の軸(例えば、カプセル構造の流体通路を通る軸)を中心とすることができる。回転対称の位数は、通常、積み重ねられて入れ子になる2つの面の間の明確な回転数を表す。物品、ベースシート(例えば、ベースシートの円弧面)、またはこれらの両方の回転対称の位数は、好ましくは少なくとも2、より好ましくは少なくとも3、さらに好ましくは少なくとも5、最も好ましくは少なくとも7である。   The article is preferably easily stacked with other identically shaped articles or other articles having generally mating surfaces. For example, two items to be stacked have opposing surfaces that are mating surfaces as a whole and are nested when stacked. One way to stack the articles so that the articles are easily nested is to select a shape with a high degree of rotational symmetry (eg, arcuate surface shape, enclosed space shape, or both). Please understand that. The rotational symmetry can be centered on an axis in the stacking direction (eg, an axis through the fluid passage of the capsule structure). The rotationally symmetric order usually represents a well-defined number of rotations between the two faces that are stacked and nested. The rotational symmetry order of the article, the base sheet (eg, the arcuate surface of the base sheet), or both, is preferably at least 2, more preferably at least 3, more preferably at least 5, and most preferably at least 7. .

本発明の特に好ましい一実施形態では、隣接する層(例えば、隣接するカプセル構造)が入れ子になっていない。例えば、第1の層(例えば、第1のカプセル構造の)の上面は、第2の層(例えば、第2のカプセル構造の)底面に接触することができる。接触している上面、底面、またはこれらの両方は、1または複数の半径方向溝または半径方向窪み(すなわち、半径方向成分を有し(すなわち、溝または窪みの少なくとも一部の向きが、半径方向への突出部を含む)、好ましくはカプセル構造の中心開口から外周へ延びる溝または窪み)を有することができ、これらの溝または窪みにより、熱伝達流体が2つの面間を流れることができる。例えば、第1の層のカバーシートと第2の層のベースシートとが、開口から外周へ直線で延びる真っ直ぐな溝または窪みを有することができる。半径方向成分を有することに加えて、溝または窪みは、接線成分(すなわち、溝または窪みの少なくとも一部の向きが接線方向への突出部を含む)を有していてもよい。例えば、溝または窪みは、半径方向成分と接線成分の両方を含む螺旋状を有することができる。接触する2枚のシートは、異なる(例えば、異なる方向および/または異なる大きさ)または同一の接線成分を有することができる。隣接するシートの接線成分は、隣接するシート間を流れる流体が少なくとも部分的に混合するように配置され得る。有利には、1枚のシートが時計方向の接線成分をもつ溝または窪みを有することができ、隣接するシートが反時計方向の接線成分をもつ溝または窪みを有することができ、溝が交差するときに(例えば、2つの隣接するカプセル構造の溝を流れる流体の2つの流れが、全流路よりも少ない流路について直接接触するときに)、2つの層の間を流れる流体が少なくとも部分的に混合するようになっている。図6Aは、構造の開口16と構造の外周19との間に延びる複数の半径方向溝15を有するカプセル構造10の概略図である。図6Aを参照すると、溝15は、以下の特徴、すなわち、湾曲、接線成分を有するように溝を湾曲させることができる、溝を均一に離間させることができる、隣接する溝が同一の長さを有することができる、溝が螺旋状を有することができる、隣接する溝が同一の液圧抵抗を有する流路を提供することができる、のうちの1つ、またはこれらの組合せを有することができる。図6Bは、第1のカプセル構造のベースシート30の一部と、第2のカプセル構造のカバーシート28の一部との間の接触を示す概略図である。2つの接触面は、図6Bに示すような、全体として異なる形状または同一の全体形状を有することができる。図6Bに示すように、接触面の溝は、1または複数の交差点を有することができる。図6Bに示すように、第1の接触面の溝は接線部分を有することができ、第2の接触面の溝は第1の接触面に対して対向する方向の接線部分を有することができる。流路を設けるために溝または窪みを使用する場合、1または複数の面が有する溝または窪みの数はいくつでもよい。好ましくは、カプセル構造の溝または窪みの数は十分に大きく十分に分布されて、2つの層の間(例えば、2つの面の間)を流れる熱伝達流体を複数の流路に分割して、熱を効率的に除去することができる。隣接する流路は、同一であっても異なっていてもよい。好ましくは2以上の流路(例えば、すべての流路)が全体として同一の長さ、全体として同一の液圧抵抗、またはこれらの両方を有する。   In one particularly preferred embodiment of the present invention, adjacent layers (eg, adjacent capsule structures) are not nested. For example, the top surface of the first layer (eg, of the first capsule structure) can contact the bottom surface of the second layer (eg, of the second capsule structure). The contacting top surface, bottom surface, or both are one or more radial grooves or radial depressions (ie, having a radial component (ie, the orientation of at least a portion of the grooves or depressions is radial) And preferably a groove or recess extending from the central opening of the capsule structure to the outer periphery, which allows heat transfer fluid to flow between the two surfaces. For example, the cover sheet of the first layer and the base sheet of the second layer can have straight grooves or depressions extending straight from the opening to the outer periphery. In addition to having a radial component, the groove or depression may have a tangential component (ie, the orientation of at least a portion of the groove or depression includes a tangential protrusion). For example, the groove or recess can have a spiral shape that includes both a radial component and a tangential component. The two sheets in contact can have different (eg, different directions and / or different sizes) or the same tangential component. The tangential components of adjacent sheets can be arranged such that fluid flowing between adjacent sheets is at least partially mixed. Advantageously, one sheet can have grooves or depressions with a clockwise tangential component, and adjacent sheets can have grooves or depressions with a counterclockwise tangential component, and the grooves intersect. Sometimes (eg, when two flows of fluid flowing through two adjacent capsule structure grooves are in direct contact with less than all channels) the fluid flowing between the two layers is at least partially To mix. FIG. 6A is a schematic view of a capsule structure 10 having a plurality of radial grooves 15 extending between the opening 16 of the structure and the outer periphery 19 of the structure. Referring to FIG. 6A, the groove 15 can be curved so as to have the following characteristics: curve, tangential component, grooves can be evenly spaced, adjacent grooves have the same length The grooves may have a spiral shape, adjacent grooves may provide a flow path having the same hydraulic resistance, or a combination thereof it can. FIG. 6B is a schematic view showing contact between a part of the base sheet 30 having the first capsule structure and a part of the cover sheet 28 having the second capsule structure. The two contact surfaces may have different shapes as a whole or the same overall shape as shown in FIG. 6B. As shown in FIG. 6B, the groove of the contact surface can have one or more intersections. As shown in FIG. 6B, the groove of the first contact surface can have a tangential portion, and the groove of the second contact surface can have a tangential portion in a direction opposite to the first contact surface. . When grooves or depressions are used to provide a flow path, the number of grooves or depressions that one or more surfaces have may be any number. Preferably, the number of grooves or depressions in the capsule structure is sufficiently large and well distributed to divide the heat transfer fluid flowing between the two layers (e.g., between the two faces) into a plurality of channels, Heat can be removed efficiently. Adjacent channels may be the same or different. Preferably, two or more channels (eg, all channels) have the same length as a whole, the same hydraulic resistance as a whole, or both.

図6Aに示すカプセル構造等のカプセル構造は、好ましくは、カプセル構造の幾何学的中心またはその付近に開口16を有することができる。カプセル構造は、1または複数の密閉空間を備える。カプセル構造は、図6Aに示すような単一の密閉空間を備えることができる。カプセル構造は、全体として薄く、上面18、底面20、外周19近くの面22、および開口近くの縁部面24を備えることができる。カプセル構造は、(例えば、複数のカプセル構造が積み重ねられるときに)流体が少なくとも半径方向に流れるための流路を提供する1または複数の機構を、上面、底面、またはこれらの両方に備える。このような機構は、好ましくは、カプセル構造の開口周21からカプセル構造の外周19へ延びる。このような機構は、全体として円弧状、全体として直線状の流れ方向を提供し、または線状の領域および直線の領域を有することができる。図6Aに示すように、流路は、中心周囲から外周へ延びる1または複数の窪みまたは溝により設けることができる。カプセル構造の上面または底面の溝または窪みは、表面全体に分配されて、(複数のカプセル構造が積み重ねられるときに)各流路が全体として同一の液圧抵抗を有することができるようになっている。図6Aに示すように、溝または窪みは、流路が半径方向成分に加えて接線成分をもつような曲率を有することができる。このような曲率は、同一のカプセル構造が積み重ねられるときに、隣接するカプセル構造が入れ子にならないようにする点で有利となり得る。例えば、図6Aに示すように、カプセル構造は、全体として同一形状を有し、いずれも複数の湾曲溝を有するカバーシートおよびベースシートを接合することにより作成され得る。接合されると、上面および底面の湾曲溝が(上面から見て)反対方向に湾曲する。図6Aに示すように、カバーシートおよびベースシートを開口周および外周に沿って密閉させて、密閉空間を形成することができる。   A capsule structure, such as the capsule structure shown in FIG. 6A, can preferably have an opening 16 at or near the geometric center of the capsule structure. The capsule structure includes one or more sealed spaces. The capsule structure can comprise a single enclosed space as shown in FIG. 6A. The capsule structure is generally thin and may comprise a top surface 18, a bottom surface 20, a surface 22 near the outer periphery 19, and an edge surface 24 near the opening. The capsule structure comprises one or more features on the top surface, the bottom surface, or both that provide a flow path for fluid to flow at least radially (eg, when multiple capsule structures are stacked). Such a mechanism preferably extends from the opening periphery 21 of the capsule structure to the outer periphery 19 of the capsule structure. Such a mechanism can provide a generally arcuate, generally linear flow direction, or have a linear region and a linear region. As shown in FIG. 6A, the flow path can be provided by one or more depressions or grooves extending from the center periphery to the outer periphery. Grooves or depressions on the top or bottom surface of the capsule structure are distributed over the entire surface so that each flow path as a whole can have the same hydraulic resistance (when multiple capsule structures are stacked). Yes. As shown in FIG. 6A, the groove or depression can have a curvature such that the flow path has a tangential component in addition to the radial component. Such curvature may be advantageous in that adjacent capsule structures are not nested when identical capsule structures are stacked. For example, as shown in FIG. 6A, the capsule structure as a whole can be created by joining a cover sheet and a base sheet having the same shape and both having a plurality of curved grooves. When joined, the curved grooves on the top and bottom surfaces bend in opposite directions (as viewed from the top). As shown in FIG. 6A, the cover sheet and the base sheet can be sealed along the circumference of the opening and the outer periphery to form a sealed space.

図6Cは、カプセル構造の一部を形成する2つの隣接するセグメント2を示す概略図である。図6Cに示すように、各セグメントは、セグメントの周囲に沿って密着される2枚のシートを備えることができる。密着位置は、縁部面9上とすることができる。図6Cに示すように、各セグメントは1または複数の密閉空間を備えることができる。個々のセグメントには開口がなくてもよいが、セグメントを端に沿って配置して、開口を備えるカプセル構造が形成されるようにしてもよい。図6Dに示すように、1つのセグメントが、厚さの分数(例えば、厚さの半分)だけ隣接するセグメントに対して並進するときに、隣接するセグメントの縁部9が嵌合することができる。   FIG. 6C is a schematic diagram showing two adjacent segments 2 forming part of the capsule structure. As shown in FIG. 6C, each segment can comprise two sheets that are in close contact along the periphery of the segment. The contact position can be on the edge surface 9. As shown in FIG. 6C, each segment can comprise one or more enclosed spaces. Individual segments may not have openings, but the segments may be arranged along the edges to form a capsule structure with openings. As shown in FIG. 6D, when one segment translates with respect to an adjacent segment by a fraction of the thickness (eg, half the thickness), the edge 9 of the adjacent segment can be mated. .

カプセル構造の上面は、図1Aおよび6Aに示す上面等の、全体として円形形状とすることができる。カプセル構造の上面の他の形状も可能であり、望ましくもあり得る。例えば、車両のフード下または床下等の狭い空間に取り付ける必要のある熱貯蔵装置で、カプセル構造を使用することができる。表面積を減らすには円筒形が有利であるが、使用可能な空間に取り付けるには、他のより細長または箱形の形状が有利となり得る。本明細書の教示により、カプセル構造の全体として円形の面の代わりに、円形でない形状を使用することが有利となり得ることを理解されたい。このように、カプセル構造は、全体として楕円形、全体として矩形、全体として正方形、全体として異形、またはこれらの組合せを有する上面および/または底面を備えることができる。例えば、毛管構造の上面および/または底面は、全体として角丸の矩形を有することができる。図7は、カプセル構造の面の例示的な特徴を示す図である。図7に示すように、カプセル構造の上面および底面の周囲の外形は、細長形状とすることができる。例えば、上面および底面の(外周の)外形は、全体として矩形、全体として正方形、または全体として楕円形)を有することができる。上面の開口の外形はいかなる形状でもよいことを理解されたい。上面の開口の外形および上面の外周の外形は、同様の(しかし大きさは異なる)形状とすることができ、(全体として円形開口および非円形外周等の)異なる形状とすることができる。図7に示すように、開口の外形および外周の外形は、全体として楕円形等の同一の形状を有することができる。   The top surface of the capsule structure can be generally circular in shape, such as the top surface shown in FIGS. 1A and 6A. Other shapes of the top surface of the capsule structure are possible and may be desirable. For example, the capsule structure can be used in a heat storage device that needs to be installed in a narrow space such as under a vehicle hood or under the floor. Cylindrical shapes are advantageous for reducing surface area, but other more elongated or box-shaped shapes may be advantageous for mounting in usable spaces. It should be understood that in accordance with the teachings herein, it may be advantageous to use a non-circular shape instead of a circular surface for the entire capsule structure. Thus, the capsule structure can comprise a top surface and / or a bottom surface having a generally oval shape, a generally rectangular shape, a generally square shape, a generally deformed shape, or a combination thereof. For example, the top and / or bottom of the capillary structure can have a rounded rectangle as a whole. FIG. 7 is a diagram illustrating exemplary features of a capsule structure surface. As shown in FIG. 7, the outer shape around the top and bottom surfaces of the capsule structure can be an elongated shape. For example, the top and bottom (peripheral) outlines can have a generally rectangular shape, a generally square shape, or a generally oval shape. It should be understood that the outer shape of the top opening may be any shape. The outer shape of the top opening and the outer shape of the outer periphery of the upper surface can be similar (but different in size), and can be different shapes (such as a circular opening and a non-circular outer periphery as a whole). As shown in FIG. 7, the outer shape of the opening and the outer shape of the outer periphery can have the same shape such as an ellipse as a whole.

物品は、好ましくは、曲がりにくいカプセル構造を有する。例えば、カプセル構造には、カバーシートおよびベースシートが横断面の長さ(カプセル構造の直径等)の大部分または全部に接触する横断面がなくてもよい。カプセル構造が確実に曲がりにくくするために使用可能な種々の方法があり、回転対称の位数が偶数にならないようにカプセルの配置を選択する方法、回転対称にならないようにカプセルの配置を選択する方法、すべての半径方向部分が少なくとも1つの密閉空間を備えるよう互いに対して回転する、カプセルの2つ以上のリング(同心リング等)を備えたカプセルの配置を選択する方法、またはこれらの組合せが含まれる。他の形状および他の手段を使用して、曲がりにくいカプセル物品を作成してもよいことを理解されたい。例えば、カプセル構造のための材料を全体として硬いものとなるように選択することができ、構造が(例えば、接線方向の)1または複数のリブ等を備えることができる。   The article preferably has a capsule structure that is difficult to bend. For example, the capsule structure may not have a cross section where the cover sheet and the base sheet contact most or all of the length of the cross section (such as the diameter of the capsule structure). There are various methods that can be used to ensure that the capsule structure is less likely to bend, such as selecting the capsule placement so that the rotational symmetry order is not even, and choosing the capsule placement so that it is not rotationally symmetric. A method of selecting an arrangement of capsules with two or more rings of capsules (such as concentric rings), or a combination thereof, wherein all radial portions rotate relative to each other to provide at least one enclosed space, or included. It should be understood that other shapes and other means may be used to make a capsule article that is difficult to bend. For example, the material for the capsule structure can be selected to be rigid as a whole, and the structure can comprise one or more ribs (eg, tangential).

物品のすべての熱エネルギー貯蔵材料が、単一の密閉空間にあってもよい。好ましくは、物品の熱エネルギー貯蔵材料を複数の密閉空間に分割して、密閉空間のパンクや漏れが生じた場合に、熱エネルギー貯蔵材料の一部のみを除去できるようにする。このように、物品内の密閉空間(例えば、熱エネルギー貯蔵材料を含む密閉空間)の数は、好ましくは少なくとも2、より好ましくは少なくとも3、さらに好ましくは少なくとも約5である。密閉空間の数の上限は実際的なものであり、特定の適用については、適用の必要により定義される。それにもかかわらず、物品内の密閉空間の数は、通常、1000未満である。しかし、非常に大きな物品は、1000以上の密閉空間を有することができることを理解されたい。同一の理由で、単一の密閉区画で見られる熱エネルギー貯蔵材料の体積分率は、物品内の熱エネルギー貯蔵材料の総体積に基づき、好ましくは約55%未満、より好ましくは約38%未満、さらに好ましくは約29%未満、最も好ましくは約21%未満である。通常、密閉空間は、物品内の熱エネルギー貯蔵材料の少なくとも0.1容積%を含む。しかし、物品が、熱エネルギー貯蔵材料がほぼ、または完全にない1または複数の密閉空間を備えてもよいことを理解されたい。   All thermal energy storage materials of the article may be in a single enclosed space. Preferably, the thermal energy storage material of the article is divided into a plurality of sealed spaces so that only a part of the thermal energy storage material can be removed when a puncture or leakage of the sealed space occurs. Thus, the number of enclosed spaces (eg, enclosed spaces containing thermal energy storage material) within the article is preferably at least 2, more preferably at least 3, and even more preferably at least about 5. The upper limit on the number of enclosed spaces is practical, and for specific applications, it is defined by the need for the application. Nevertheless, the number of enclosed spaces in the article is typically less than 1000. However, it should be understood that very large articles can have 1000 or more enclosed spaces. For the same reason, the volume fraction of thermal energy storage material found in a single enclosed compartment is preferably less than about 55%, more preferably less than about 38%, based on the total volume of thermal energy storage material in the article. More preferably less than about 29%, most preferably less than about 21%. Typically, the enclosed space contains at least 0.1% by volume of the thermal energy storage material in the article. However, it should be understood that the article may comprise one or more enclosed spaces with little or no thermal energy storage material.

密閉空間は、任意選択として、最も内側のリング(例えば、開口周に最も近いリング)および最も外側のリング(例えば、外周に最も近いリング)を含む複数の同心リングに配置され、それぞれのリングが1または複数の密閉空間を備えることができる。1つのリング内の密閉空間は、全体として繰り返しのパターンを有することができる。例えば、リング内の各密閉空間または2、3、4以上の密閉空間の各群は、全体として同一の形状および大きさを有することができる。各リング内の密閉空間の数は、同一でも異なっていてもよい。好ましくは、最も外側のリングが最も内側のリングよりも密閉された空間を有し、最も外側のリングの密閉空間の平均長さが、最も内側のリングの密閉空間の平均長さよりも短く(ここで、平均長さは、開口から外周までの半径方向で測定される)、またはこれらの両方であり、最も外側のリングの密閉空間と最も内側のリングの密閉空間との間の容積変化が減少するようになっている。   The enclosed space is optionally arranged in a plurality of concentric rings including an innermost ring (eg, the ring closest to the opening circumference) and an outermost ring (eg, the ring closest to the outer circumference), each ring being One or more enclosed spaces can be provided. The sealed space within one ring can have a repeating pattern as a whole. For example, each sealed space in the ring or each group of 2, 3, 4 or more sealed spaces may have the same shape and size as a whole. The number of sealed spaces in each ring may be the same or different. Preferably, the outermost ring has a sealed space than the innermost ring, and the average length of the outermost ring sealed space is shorter than the average length of the innermost ring sealed space (here The average length is measured in the radial direction from the opening to the perimeter), or both, and the volume change between the enclosed space of the outermost ring and the enclosed space of the innermost ring is reduced It is supposed to be.

後述するように、物品の最長寸法よりもわずかに大きい寸法のキャビティ等の、全体として円筒形のキャビティを有する容器内に、物品を配置することができる。例えば、容器のキャビティの直径は、物品のカプセル構造の直径よりもわずかに大きくすることができる。キャビティの直径は、物品をキャビティに挿入できるように十分に大きくすべきである。物品(または物品の重なり)が容器内に配置されるときに、流体が、物品の外周と容器の内壁との間を流れることができることが望ましくあり得る。これは、流体流路を形成して維持するように、容器の内部と物品の形状の関係を設計することにより達成可能である。流体流路等を形成するどのような手段を使用してもよい。このように、物品は、任意選択として、その周囲に沿って1または複数の凹みを有して(例えば、カバーシートおよびベースシートは、各外周に沿った1または複数の対応する凹みを有することができる)、空間が熱伝達流体を流すために形成されるようにすることができる。あるいは、またはさらに、容器のキャビティは、物品の外周と容器の表面との間に流体を流すための1または複数の溝をもつ面を有することができる。別の例として、物品の直径を、キャビティ内部の直径に対して十分に小さくして、流体が物品の外周全体に沿って流れることができるようにする。例えば、密閉空間の最も外側のリング内の各密閉空間について、物品は1または複数の凹みを有することができ、または、容器は1または複数の溝を有することができる。凹みまたは溝は、熱伝達流体を流すのに十分な大きさを有していれば、多角形、円弧形、楔形等のいかなる形状を有していてもよい。凹みおよび/または溝の最小寸法を使用する場合、この寸法は、通常、少なくとも約0.1mmである。流体流路を形成する2以上の手段を組み合わせて使用してもよいことを理解されたい。例えば、物品は、1または複数の凹みをその外周に沿って有することができ、物品は、キャビティ内に配置されたときに流体が外周全体に沿って流れることができるように十分に小さい直径を有することができる。   As will be described later, the article can be placed in a container having a generally cylindrical cavity, such as a cavity slightly larger than the longest dimension of the article. For example, the diameter of the cavity of the container can be slightly larger than the diameter of the capsule structure of the article. The diameter of the cavity should be large enough to allow the article to be inserted into the cavity. It may be desirable for fluid to be able to flow between the outer periphery of the article and the inner wall of the container when the article (or an overlap of the articles) is placed in the container. This can be achieved by designing the relationship between the interior of the container and the shape of the article so as to form and maintain a fluid flow path. Any means for forming a fluid flow path or the like may be used. Thus, the article optionally has one or more indentations along its periphery (eg, the cover sheet and the base sheet have one or more corresponding indentations along each circumference). A space can be formed to flow the heat transfer fluid. Alternatively or additionally, the container cavity may have a surface with one or more grooves for flowing fluid between the outer periphery of the article and the surface of the container. As another example, the diameter of the article is sufficiently small relative to the diameter inside the cavity to allow fluid to flow along the entire circumference of the article. For example, for each enclosed space in the outermost ring of the enclosed space, the article can have one or more recesses, or the container can have one or more grooves. The recess or groove may have any shape such as a polygonal shape, an arc shape, or a wedge shape as long as it has a size sufficient for flowing the heat transfer fluid. When using the smallest dimension of the recess and / or groove, this dimension is typically at least about 0.1 mm. It should be understood that two or more means for forming the fluid flow path may be used in combination. For example, the article can have one or more indentations along its circumference, and the article has a sufficiently small diameter so that fluid can flow along the entire circumference when placed in the cavity. Can have.

ベースシートは、任意選択として、1または複数の突出部を有し、物品が全体としてベースシートに嵌合する面を有する別の物品と重ね合わせられるときに、2つの物品が部分的にのみ入れ子になるようになっている。このように、1または複数の突出部は、全体として嵌合する面を分離するスペーサとして機能して、流体(例えば、熱伝達流体)が嵌合面の間を流れることができるようにする。物品と他の離間手段とを積み重ねることについては後述する。突出部を使用する場合、突出部は、好ましくは、ベースシートの面の小部分のみを覆い、1または複数の突出部が流体流を実質的に妨げないようにする。2つの全体として嵌合する面の間の流路の高さ(例えば、平均高さ)を定義するように、突出部の高さを選択することができる。カバーシートは、好ましくは、このような突出部がなく、全体として平らな外面を有して、カバーシートが全体として上面全体に接触した状態で2つの物品を配置できるようになっている。   The base sheet optionally has one or more protrusions, and the two articles are only partially nested when the article is overlaid with another article having a surface that generally fits into the base sheet. It is supposed to become. Thus, the one or more protrusions function as a spacer that separates the mating surfaces as a whole, allowing fluid (eg, heat transfer fluid) to flow between the mating surfaces. The stacking of the article and other separating means will be described later. When using protrusions, the protrusions preferably cover only a small portion of the surface of the base sheet so that the one or more protrusions do not substantially impede fluid flow. The height of the protrusion can be selected to define the height of the channel between the two mating faces as a whole (eg, the average height). The cover sheet is preferably free of such protrusions and has a generally flat outer surface so that the two articles can be placed with the cover sheet generally contacting the entire upper surface.

(熱エネルギー貯蔵材料)
限定されることなく、熱貯蔵装置のための適切な熱エネルギー貯蔵材料は、熱エネルギーの比較的高い密度を顕熱、潜熱、または好ましくはこれらの両方として呈することのできる材料を含む。熱エネルギー貯蔵材料は、好ましくは、熱貯蔵装置の動作温度範囲に適合する。例えば、熱エネルギー貯蔵材料は、好ましくは、熱貯蔵装置の低動作温度では固体であり、熱貯蔵装置の最高動作温度では少なくとも部分的に液体(例えば、完全に液体)であり、装置の最高動作温度では著しく劣化したり分解したりすることはなく、またはこれらの組合せである。熱エネルギー貯蔵材料は、好ましくは、約1,000時間以上、さらに約10,000時間以上、装置の最高動作温度まで加熱されても、著しく劣化したり分解したりすることはない。
(Thermal energy storage material)
Without limitation, suitable thermal energy storage materials for heat storage devices include materials that can exhibit a relatively high density of thermal energy as sensible heat, latent heat, or preferably both. The thermal energy storage material is preferably compatible with the operating temperature range of the thermal storage device. For example, the thermal energy storage material is preferably solid at the low operating temperature of the heat storage device and is at least partially liquid (eg, completely liquid) at the maximum operating temperature of the heat storage device, and the maximum operation of the device. There is no significant degradation or decomposition at temperature, or a combination thereof. The thermal energy storage material preferably does not degrade or degrade significantly when heated to the maximum operating temperature of the device for about 1,000 hours or more, even about 10,000 hours or more.

熱エネルギー貯蔵材料は、固液転移温度を有する位相変化材料とすることができる。熱エネルギー貯蔵材料の固液遷移温度は、液相線温度、溶融温度、または共融温度とすることができる。固液転移温度は、熱エネルギー貯蔵材料が少なくとも部分的に、またはほぼ完全に液体状態であるときに、加熱すべき1または複数の物体を所望の温度まで加熱するのに十分なエネルギーが貯蔵されるように、十分に高くすべきである。固液転移温度は、熱伝達流体、加熱すべき1または複数の物体、またはこれらの両方が、劣化し得る温度まで加熱されないように、十分に低くすべきである。このように、固液転移温度の所望の温度は、加熱すべき物体と、熱を伝達する方法に応じて決めることができる。例えば、グリコール/水熱伝達流体を使用して、貯蔵された熱をエンジン(例えば、内燃機関)に伝達する適用では、最高固液転移温度を、熱伝達流体が劣化する温度とすることができる。別の例として、高い劣化温度を有する熱伝達流体を使用して、貯蔵された熱をバッテリの電気化学セルに伝達し、最高固液温度を、電気化学セルが劣化または故障する温度により決定することができる。固液転移温度は約30℃よりも高く、好ましくは約35℃よりも高く、より好ましくは約40℃よりも高く、さらに好ましくは約45℃よりも高く、最も好ましくは約50℃よりも高い。熱エネルギー貯蔵材料は、約400℃未満、好ましくは約350℃未満、より好ましくは約290℃未満、さらに好ましくは約250℃未満、最も好ましくは約200°未満の固液転移温度を有することができる。適用に応じて、固液転移温度を約30℃〜約100℃、約50℃〜約150℃、約100℃〜約200℃、約150℃〜約250℃、約175℃〜約400℃、約200℃〜約375℃、約225℃〜約400℃、または約200℃〜約300℃としてもよいことを理解されたい。   The thermal energy storage material can be a phase change material having a solid-liquid transition temperature. The solid-liquid transition temperature of the thermal energy storage material can be a liquidus temperature, a melting temperature, or a eutectic temperature. The solid-liquid transition temperature is such that when the thermal energy storage material is at least partially or almost completely in a liquid state, sufficient energy is stored to heat the object or objects to be heated to the desired temperature. Should be high enough. The solid-liquid transition temperature should be sufficiently low so that the heat transfer fluid, the object or objects to be heated, or both, are not heated to a temperature that can degrade. Thus, the desired temperature of the solid-liquid transition temperature can be determined according to the object to be heated and the method of transferring heat. For example, in applications where glycol / water heat transfer fluid is used to transfer stored heat to an engine (eg, an internal combustion engine), the maximum solid-liquid transition temperature can be the temperature at which the heat transfer fluid degrades. . As another example, a heat transfer fluid with a high degradation temperature is used to transfer stored heat to the battery's electrochemical cell, and the maximum solid-liquid temperature is determined by the temperature at which the electrochemical cell degrades or fails. be able to. The solid-liquid transition temperature is higher than about 30 ° C, preferably higher than about 35 ° C, more preferably higher than about 40 ° C, even more preferably higher than about 45 ° C, and most preferably higher than about 50 ° C. . The thermal energy storage material may have a solid-liquid transition temperature of less than about 400 ° C, preferably less than about 350 ° C, more preferably less than about 290 ° C, even more preferably less than about 250 ° C, and most preferably less than about 200 ° C. it can. Depending on the application, the solid-liquid transition temperature is about 30 ° C to about 100 ° C, about 50 ° C to about 150 ° C, about 100 ° C to about 200 ° C, about 150 ° C to about 250 ° C, about 175 ° C to about 400 ° C, It should be understood that it may be about 200 ° C. to about 375 ° C., about 225 ° C. to about 400 ° C., or about 200 ° C. to about 300 ° C.

輸送に関連する適用等の一部の適用について、熱エネルギー材料が、エネルギーを小さな空間に効率的に貯蔵することが望ましいとされ得る。このように、熱エネルギー貯蔵材料は、溶融熱(1キログラム当たりメガジュールで表される)と密度(約25℃で測定され、1リットル当たりキログラム単位で表される)との積により定義される高い溶融熱密度(1リットル当たりメガジュール単位で表される)を有することができる。熱エネルギー貯蔵材料は、約0.1MJ/リットル超、好ましくは約0.2MJ/リットル超、より好ましくは約0.4MJ/リットル超、最も好ましくは約0.6MJ/リットル超の溶融熱密度を有することができる。通常、熱エネルギー貯蔵材料は、約5MJ/リットル未満の溶融熱密度を有する。しかし、より高い溶融熱密度を有する熱エネルギー貯蔵材料を使用してもよい。   For some applications, such as those related to transportation, it may be desirable for a thermal energy material to efficiently store energy in a small space. Thus, a thermal energy storage material is defined by the product of heat of fusion (expressed in megajoules per kilogram) and density (measured at about 25 ° C. and expressed in kilograms per liter). It can have a high melt heat density (expressed in megajoules per liter). The thermal energy storage material has a melt heat density of greater than about 0.1 MJ / liter, preferably greater than about 0.2 MJ / liter, more preferably greater than about 0.4 MJ / liter, and most preferably greater than about 0.6 MJ / liter. Can have. Typically, the thermal energy storage material has a melt heat density of less than about 5 MJ / liter. However, a thermal energy storage material having a higher melt heat density may be used.

輸送に関連する適用等の一部の適用について、熱エネルギー貯蔵材料が軽量であることが望ましいとされ得る。例えば、熱エネルギー貯蔵材料は、約5g/cm未満、好ましくは約4g/cm未満、より好ましくは約3.5g/cm未満、最も好ましくは約3g/cm未満の密度(約25℃で測定される)を有することができる。密度の下限は、実用上のものである。熱エネルギー貯蔵材料は、約0.6g/cm超、好ましくは約1.2g/cm超、より好ましくは約1.7g/cm超の密度(約25℃で測定される)を有することができる。 For some applications, such as transportation related applications, it may be desirable for the thermal energy storage material to be lightweight. For example, the thermal energy storage material has a density (less than about 25 g / cm 3 , preferably less than about 4 g / cm 3 , more preferably less than about 3.5 g / cm 3 , and most preferably less than about 3 g / cm 3. Measured in degrees Celsius). The lower limit of density is practical. The thermal energy storage material has a density (measured at about 25 ° C.) greater than about 0.6 g / cm 3 , preferably greater than about 1.2 g / cm 3 , more preferably greater than about 1.7 g / cm 3. be able to.

密閉空間は、公知の熱エネルギー貯蔵材料を含むことができる。熱エネルギー貯蔵材料区画で使用可能な熱エネルギー貯蔵材料の例として、Atul Sharma, V.V.Tyagi, C.R.Chen, D.Buddhi, 「Review one energy storage with phase change materials and applications」, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13(2009)318-345に記載された材料、およびBelen Zalba, Jose MaMann, Luisa F.Cabeza, Harald Mehling, 「Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications」, Applied Thermal Engineering 23(2003)251-283に記載された材料があり、いずれも参照により本明細書に組み込まれている。熱伝達装置で使用可能な適切な熱エネルギー貯蔵材料の他の例として、2009年2月20日出願の米国特許出願第12/389,416号「Thermal Energy Storage Materials」および2009年2月20日出願の米国特許出願第12/389,598号「Heat Storage Devices」に記載された熱エネルギー貯蔵材料がある。   The sealed space can include a known thermal energy storage material. Examples of thermal energy storage materials that can be used in the thermal energy storage material compartment include Atul Sharma, VVTyagi, CRChen, D. Buddhi, “Review one energy storage with phase change materials and applications”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 ( 2009) 318-345, and Belen Zalba, Jose MaMann, Luisa F. Cabeza, Harald Mehling, `` Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications '', Applied Thermal Engineering 23 ( 2003) 251-283, all of which are incorporated herein by reference. Other examples of suitable thermal energy storage materials that can be used in heat transfer devices include US patent application Ser. No. 12 / 389,416 “Thermal Energy Storage Materials” filed Feb. 20, 2009 and Feb. 20, 2009. There are thermal energy storage materials described in the filed US patent application Ser. No. 12 / 389,598 “Heat Storage Devices”.

熱エネルギー貯蔵材料は、前述した固液転移温度、溶融熱密度、またはこれらの両方を呈する有機材料、無機材料、または有機材料と無機材料との混合物を含むことができる。使用可能な有機化合物は、脂肪酸等のパラフィン系および非パラフィン系有機材料を含む。使用可能な無機材料は、含水塩および金属を含む。熱エネルギー貯蔵材料は、全体として単一の温度の固液転移を有する化合物または混合物(例えば、共融混合物)とすることができる。熱エネルギー貯蔵材料は、温度範囲(例えば、約3℃超または約5℃超の範囲)にわたる固液転移を有する化合物または混合物とすることができる。   The thermal energy storage material can include an organic material, an inorganic material, or a mixture of an organic material and an inorganic material exhibiting the above-described solid-liquid transition temperature, melt heat density, or both. Organic compounds that can be used include paraffinic and non-paraffinic organic materials such as fatty acids. Inorganic materials that can be used include hydrated salts and metals. The thermal energy storage material can be a compound or mixture (eg, a eutectic mixture) having a single temperature solid-liquid transition as a whole. The thermal energy storage material can be a compound or mixture having a solid-liquid transition over a temperature range (eg, greater than about 3 ° C. or greater than about 5 ° C.).

限定されることなく、熱エネルギー貯蔵材料として使用されるのに適した非パラフィン系有機材料は、酸、アルコール、アルデヒド、アミド、有機塩、これらの混合物およびこれらの組合せを含む。例として、単独で、または混合物として使用可能な非パラフィン系有機材料は、ポリエチレングリコール、カプリン酸、エライジン酸、ラウリン酸、ペンタデカン酸、トリステアリン、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アセトアミド、フマル酸メチル、蟻酸、カプリル酸、グリセリン、D−乳酸、パルミチン酸メチル、カンフェニロン、臭化ドカシル、カプリロン、フェノール、ヘプタデカノン、1−シクロヘキシルオクタデカン、4−ヘプタデカノン、p−トルイジン、シアナミド、エイコサン酸メチル、3−ヘプタデカノン、2−ヘプタデカノン、ヒドロ桂皮酸、セチルアルコール、ナフチルアミン、カンフェン、o−ニトロアニリン、9−ヘプタデカノン、チモール、メチルベヘネート、ジフェニルアミン、p−ジクロロベンゼン、シュウ酸塩、次リン酸、二塩化o−キシレン、クロロ酢酸、ニトロ化ナフタレン、トリミリスチン、ヘプタデカン酸、蜜蝋、グリオール酸、グリコール酸、p−ブロモフェノール、アゾベンゼン、アクリル酸、ディントトルエン、フェニル酢酸、チオシナミン、ブロムカンフル、ジュレン、ベンジルアミン、メチルブロモ安息香酸、アルファナフトール、グルタル酸、二塩化p−キシレン、カテコール、キノン、アセトアニリド、無水コハク酸、安息香酸、スチルベン、ベンズアミド、またはこれらの組合せを含む。   Without limitation, non-paraffinic organic materials suitable for use as thermal energy storage materials include acids, alcohols, aldehydes, amides, organic salts, mixtures thereof and combinations thereof. By way of example, nonparaffinic organic materials that can be used alone or as a mixture are polyethylene glycol, capric acid, elaidic acid, lauric acid, pentadecanoic acid, tristearin, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, acetamide, fumaric acid Methyl, formic acid, caprylic acid, glycerin, D-lactic acid, methyl palmitate, camphenylone, docasyl bromide, caprylon, phenol, heptadecanone, 1-cyclohexyloctadecane, 4-heptadecanone, p-toluidine, cyanamide, methyl eicosanoate, 3- Heptadecanone, 2-heptadecanone, hydrocinnamic acid, cetyl alcohol, naphthylamine, camphene, o-nitroaniline, 9-heptadecanone, thymol, methyl behenate, diphenylamine, p-dichloro Oxalate, oxalate, hypophosphoric acid, o-xylene dichloride, chloroacetic acid, nitrated naphthalene, trimyristin, heptadecanoic acid, beeswax, glycolic acid, glycolic acid, p-bromophenol, azobenzene, acrylic acid, dinttoluene , Phenylacetic acid, thiocinamine, bromcamphor, durene, benzylamine, methyl bromobenzoic acid, alpha naphthol, glutaric acid, p-xylene dichloride, catechol, quinone, acetanilide, succinic anhydride, benzoic acid, stilbene, benzamide, or these Includes combinations.

限定されることなく、熱エネルギー貯蔵材料は、硝酸塩、亜硝酸塩、臭化物、塩化物、他のハロゲン化物、硫酸塩、硫化物、リン酸塩、亜リン酸塩、水酸化物、カルボキサイド、ブロム酸塩、これらの混合物、およびこれらの組合せからなる群から選択された1または複数の無機塩を含むことができる。例として、熱エネルギー貯蔵材料は、ΚΗΡ・6HO、FeBr・6HO、Μn(ΝO・6HO、FeBr・6HO、CaCl・12HO、LiNO・2HO、LiNO・3HO、NaCO・10HO、NaSO・10HO、KFe(SO・12HO、CaBr・6HO、LiBr2HO、Ζn(ΝO・6HO、FeCI・6HO、Μn(ΝO・4HO、NaHPO・12HO、CoSO・7HO、KF・2HO、Mgl・8HO、Cal・6HO、ΚΗΡO・7HO、Ζn(ΝO・4HO、Mg(NO)・4HO、Ca(NO)・4HO、Fe(NO・9HO、NaSiO・4HO、KHPO・3HO、Na・5HO、MgSO・7HO、Ca(NO・3HO、Zn(NO・2HO、FeCl・2HO、Ni(NO・6HO、MnCl・4HO、MgCl・4HO、CHCOONa・3HO、Fe(NO・6HO、NaAl(SO・10HO、NaOH・HO、NaPO・12HO、LiCHCOO・2HO、Αl(ΝO・9HO、Ba(OH)・8HO、Mg(NO・6HO、KAI(SO・12HO、MgCl6HO、またはこれらの組合せを含むか、またはほぼこれらから構成される。水濃度がより高いまたは低い無機塩を使用してもよいことを理解されたい。 Without limitation, thermal energy storage materials include nitrates, nitrites, bromides, chlorides, other halides, sulfates, sulfides, phosphates, phosphites, hydroxides, carboxides, bromides. One or more inorganic salts selected from the group consisting of acid salts, mixtures thereof, and combinations thereof may be included. By way of example, the thermal energy storage materials are: Κ 2 ΗΡ 4 · 6H 2 O, FeBr 3 · 6H 2 O, Μn (ΝO 3 ) 2 · 6H 2 O, FeBr 3 · 6H 2 O, CaCl 2 · 12H 2 O, LiNO 3 · 2H 2 O, LiNO 3 · 3H 2 O, Na 2 CO 3 · 10H 2 O, Na 2 SO 4 · 10H 2 O, KFe (SO 3 ) 2 · 12H 2 O, CaBr 2 · 6H 2 O, LiBr 2 2H 2 O, Ζn (ΝO 3 ) 2 · 6H 2 O, FeCI 3 · 6H 2 O, Μn (ΝO 3 ) 2 · 4H 2 O, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, CoSO 4 · 7H 2 O , KF · 2H 2 O, Mgl 2 · 8H 2 O, Cal 2 · 6H 2 O, Κ 2 ΗΡO 4 · 7H 2 O, Ζn (ΝO 3 ) 2 · 4H 2 O, Mg (NO 3 ) · 4H 2 O , Ca (NO 3) · 4H 2 O, F (NO 3) 2 · 9H 2 O, Na 2 SiO 3 · 4H 2 O, K 2 HPO 4 · 3H 2 O, Na 2 S 2 O 3 · 5H 2 O, MgSO 4 · 7H 2 O, Ca (NO 3 2 ) 3H 2 O, Zn (NO 3 ) 2 · 2H 2 O, FeCl 3 · 2H 2 O, Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, MnCl 2 · 4H 2 O, MgCl 2 · 4H 2 O, CH 3 COONa · 3H 2 O, Fe (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, NaAl (SO 4 ) 2 · 10H 2 O, NaOH · H 2 O, Na 3 PO 4 · 12H 2 O, LiCH 3 COO · 2H 2 O, Αl (ΝO 3 ) 2 · 9H 2 O, Ba (OH) 2 · 8H 2 O, Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, KAI (SO 4 ) 2 · 12H 2 O, MgCl 2 6H 2 O, or combinations thereof, or Almost composed of these. It should be understood that inorganic salts with higher or lower water concentrations may be used.

熱エネルギー貯蔵材料は、少なくとも1つの第1の金属含有材料、および、より好ましくは、少なくとも1つの第1の金属含有材料と少なくとも1つの第2の金属含有材料との組合せを含むことができる(または、基本的にこれらから構成され、またはこれらから構成され得る)。第1の金属含有材料、第2の金属含有材料、またはこれらの両方は、ほぼ純金属、ほぼ純金属と1または複数のさらなる合金成分(例えば、1または複数の他の金属)とを含むもの等の合金、金属間化合物、金属化合物(例えば、塩、酸化物、その他)、またはこれらの組合せとすることができる。1つの好ましい方法は、金属化合物の一部として1または複数の金属含有材料を使用することである。より好ましい方法は、少なくとも2つの金属化合物の混合物を使用することである。例として、適切な金属化合物は、酸化物、水酸化物、窒素および酸素を含む化合物(例えば、硝酸塩、亜硝酸塩、またはこれらの両方)、ハロゲン化物、またはこれらの組合せから選択することができる。3基、4基その他の多数の成分の材料システムを使用することも可能である。本明細書では、熱エネルギー貯蔵材料は、共融を呈する2以上の材料の混合物とすることができる。   The thermal energy storage material may comprise at least one first metal-containing material, and more preferably a combination of at least one first metal-containing material and at least one second metal-containing material ( Or, it basically consists of these, or can consist of these). The first metal-containing material, the second metal-containing material, or both include a substantially pure metal, a substantially pure metal and one or more additional alloy components (eg, one or more other metals). Such as alloys, intermetallic compounds, metal compounds (eg, salts, oxides, etc.), or combinations thereof. One preferred method is to use one or more metal-containing materials as part of the metal compound. A more preferred method is to use a mixture of at least two metal compounds. By way of example, suitable metal compounds can be selected from oxides, hydroxides, compounds containing nitrogen and oxygen (eg, nitrates, nitrites, or both), halides, or combinations thereof. It is also possible to use three, four or other multi-component material systems. As used herein, the thermal energy storage material can be a mixture of two or more materials that exhibit eutectic properties.

物品の1または複数の密閉空間内の熱エネルギー貯蔵材料の体積は、物品が大量の熱エネルギーを貯蔵できるように十分に大きい。物品に含まれる熱エネルギー貯蔵材料の体積と1または複数の密閉空間の総容積との比、熱エネルギー貯蔵材料の体積と物品の総容積との比、またはこれらの両方(約25℃の温度で、または熱エネルギー貯蔵材料が液体である温度で測定された体積および容積)は、好ましくは約0.5超、より好ましくは約0.7超、最も好ましくは約0.9超である。物品に含まれる熱エネルギー貯蔵材料の体積と1または複数の密閉空間の総容積との比、熱エネルギー貯蔵材料の体積と物品の総容積との比、またはこれらの両方(約25℃の温度で、または熱エネルギー貯蔵材料が液体である温度で測定された体積および容積)は、通常約1.0未満、より通常には約0.995未満である。   The volume of thermal energy storage material within the enclosed space or spaces of the article is sufficiently large so that the article can store a large amount of thermal energy. The ratio of the volume of thermal energy storage material contained in the article to the total volume of one or more enclosed spaces, the ratio of the volume of thermal energy storage material to the total volume of the article, or both (at a temperature of about 25 ° C. Or the volume and volume measured at the temperature at which the thermal energy storage material is liquid) is preferably greater than about 0.5, more preferably greater than about 0.7, and most preferably greater than about 0.9. The ratio of the volume of thermal energy storage material contained in the article to the total volume of one or more enclosed spaces, the ratio of the volume of thermal energy storage material to the total volume of the article, or both (at a temperature of about 25 ° C. Or the volume and volume measured at the temperature at which the thermal energy storage material is a liquid) is usually less than about 1.0, more usually less than about 0.995.

密閉空間は、空気、N、またはHe、Ar等の不活性ガスを含む容積を有し、熱エネルギー貯蔵材料は加熱されると膨張し得るようになっている。例えば、密閉空間は、約25℃の温度で熱エネルギー貯蔵材料のない領域を有することができ、液相線温度よりも高い温度で熱エネルギー貯蔵材料を加熱すると、カバーシートやベースシートに穴を形成することなく、または1または複数のシートが剥離することなく、熱エネルギー貯蔵材料が膨張し得るようになっている。25℃で熱エネルギー貯蔵材料のない密閉空間の容積(例えば、ガスを含む密閉空間の容積)は、密閉空間の内部の総容積に基づき、少なくとも約0.5%、好ましくは少なくとも約1%、最も好ましくは少なくとも約1.5%とすることができる。 The sealed space has a volume containing an inert gas such as air, N 2 , or He, Ar, and the thermal energy storage material can expand when heated. For example, the enclosed space may have a region without thermal energy storage material at a temperature of about 25 ° C., and heating the thermal energy storage material at a temperature higher than the liquidus temperature will cause holes in the cover sheet and base sheet. The thermal energy storage material can be expanded without forming or without peeling of one or more sheets. The volume of the enclosed space without thermal energy storage material at 25 ° C. (eg, the volume of the enclosed space containing gas) is at least about 0.5%, preferably at least about 1%, based on the total volume inside the enclosed space, Most preferably it can be at least about 1.5%.

図2Aは、単一の密閉空間(すなわち、単一のカプセル)を有するカプセル構造を備えた物品10の特徴を示す図である。カプセル構造は、開口29を有するカバーシート28と、開口31を有するベースシート30とを備える。カバーシート29の開口とベースシート31の開口とは互いに重なり合う(例えば、完全に重なり合う)ため、対応する開口となる。カバーシート28およびベースシートは、外側リング32に密着される。図示したように、カバーシート28の外周、ベースシートの外周、または好ましくは両方を、外側リング32に密着させることができる。カバーシートは、物品1の外面である上面18と、全体として物品10の内側にある対向する面とを有する。ベースシートは、全体として物品10の外面である底面20と、全体として物品の内側にある対向する面とを有する。カプセル構造は、カバーシート28の開口周に密着された内側リング34、ベースシート30の開口周、または好ましくは両方を有することもできる。図示したように、外側リング32は、全体として円筒形の外面および全体として円筒形の内面を有することができ、内側リング34は、全体として円筒形の外面および全体として円筒形の内面とを有することができ、カバーシート28(例えば、カバーシートの上面18)は全体として円形とすることができ、ベースシート30(例えば、ベースシートの底面)は全体として円形の外周を有することができ、またはこれらの組合せとすることができる。以下の開口の組合せの1つは、全体として円筒形であり、物品の流体通路16、カバーシートの開口29、およびベースシートの開口31を有することができる。開口の横断面は、多角形等の異なる形状または異なる円弧形状(例えば、楕円形)を有することができることを理解されたい。   FIG. 2A is a diagram illustrating features of article 10 with a capsule structure having a single enclosed space (ie, a single capsule). The capsule structure includes a cover sheet 28 having an opening 29 and a base sheet 30 having an opening 31. Since the opening of the cover sheet 29 and the opening of the base sheet 31 overlap with each other (for example, completely overlap), the opening is a corresponding opening. The cover sheet 28 and the base sheet are in close contact with the outer ring 32. As shown, the outer periphery of the cover sheet 28, the outer periphery of the base sheet, or preferably both, can be in close contact with the outer ring 32. The cover sheet has an upper surface 18 that is the outer surface of the article 1 and an opposing surface that is generally inside the article 10. The base sheet has a bottom surface 20 that is the outer surface of the article 10 as a whole and an opposing surface that is generally inside the article. The capsule structure can also have an inner ring 34 that is in close contact with the opening circumference of the cover sheet 28, the opening circumference of the base sheet 30, or preferably both. As shown, the outer ring 32 can have a generally cylindrical outer surface and a generally cylindrical inner surface, and the inner ring 34 can have a generally cylindrical outer surface and a generally cylindrical inner surface. The cover sheet 28 (eg, the top surface 18 of the cover sheet) can be generally circular and the base sheet 30 (eg, the bottom surface of the base sheet) can have a generally circular perimeter, or A combination of these can be used. One of the following aperture combinations is generally cylindrical and may have an article fluid passage 16, a cover sheet opening 29, and a base sheet opening 31. It should be understood that the cross-section of the opening can have a different shape, such as a polygon, or a different arc shape (eg, oval).

図2Aに示すように、物品10は、全体として円弧状、全体として非平面、および全体として連続した単一の側面22を有することができる。このような側面を、全体として物品の中心から等距離として、物品の平均直径よりもわずかに大きいキャビティ直径をもつ、全体として円筒形のキャビティを有する容器内に物品を配置できるようにする。   As shown in FIG. 2A, the article 10 can have a single side 22 that is generally arcuate, generally non-planar, and generally continuous. Such a side allows the article to be placed in a container having a generally cylindrical cavity with a cavity diameter slightly larger than the average diameter of the article, equidistant from the center of the article as a whole.

物品で使用される開口29を有する例示的なカバーシート28が図2Bに示される。カバーシートを1または複数の他のシートあるいは1または複数の他のサブ構造に取り付ける(例えば、密着させる)前、間、または後に、カバーシートの開口を形成することができることを理解されたい。カバーシートは、全体として円形の外周19、全体として円形の内周または開口周21、またはこれらの両方を有することができる。カバーシート28は、全体として平らな底面38と、全体として平らな対向する上面18とを有することができる。カバーシート28を、1または複数の封入材料12から形成することができる。図2Bに示すように、カバーシート28の外周19は、カバーシート28の底面38上の、カバーシートの外周近くの領域23を含むことができる。図2Aおよび2Bを参照すると、ベースシート28を、底面38上の外周19の領域23に沿って密着させることができる。上面18用の封入材料は、好ましくは、熱伝達流体に接触したときに腐食耐性のある材料とする。底面38用の封入材料は、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料に接触したときに腐食耐性のある材料とする。上面18および底面38用の封入材料は、同一の材料であっても異なる材料であってもよい。上面18は、開口29を除いて、全体として円形とすることができる。カバーシートの上面18と底面38との間の距離により測定される、カバーシート28の厚さは、全体として均一とすることができる。カバーシート28の厚さの標準偏差は、好ましくは、カバーシートの平均厚さの約15%未満、より好ましくは約10%未満、最も好ましくは約3%未満である。   An exemplary cover sheet 28 having openings 29 for use with the article is shown in FIG. 2B. It should be understood that the opening in the cover sheet can be formed before, during, or after the cover sheet is attached (eg, intimately attached) to one or more other sheets or one or more other substructures. The cover sheet can have a generally circular outer periphery 19, a generally circular inner periphery or open periphery 21, or both. The cover sheet 28 can have a generally flat bottom surface 38 and a generally flat opposing top surface 18. Cover sheet 28 may be formed from one or more encapsulating materials 12. As shown in FIG. 2B, the outer periphery 19 of the cover sheet 28 can include a region 23 on the bottom surface 38 of the cover sheet 28 near the outer periphery of the cover sheet. With reference to FIGS. 2A and 2B, the base sheet 28 can be brought into close contact along the region 23 of the outer periphery 19 on the bottom surface 38. The encapsulant material for the top surface 18 is preferably a material that is resistant to corrosion when in contact with the heat transfer fluid. The encapsulating material for the bottom surface 38 is preferably a material that is resistant to corrosion when in contact with the thermal energy storage material. The encapsulating material for the top surface 18 and the bottom surface 38 may be the same material or different materials. The top surface 18 may be generally circular except for the opening 29. The thickness of the cover sheet 28 as measured by the distance between the top surface 18 and the bottom surface 38 of the cover sheet can be uniform throughout. The standard deviation of the thickness of the cover sheet 28 is preferably less than about 15%, more preferably less than about 10%, and most preferably less than about 3% of the average thickness of the cover sheet.

図2Cは、カバーシート28の上面18に対して垂直に取った、図2Aの物品10の横断面を示す。図2Cに示すように、物品は、熱エネルギー貯蔵材料26を含む1または複数の密閉空間14を有することができる。密閉空間は、無充填容積27、すなわち、ガスを含む容積を有することができる。無充填容積27により、熱エネルギー貯蔵材料は、熱エネルギー貯蔵材料の温度が上昇するとき、熱エネルギー貯蔵材料が固液相転移を受けるとき、またはこれらの両方等の加熱時に、膨張することができる。カバーシート、ベースシート、外側リング、内側リング、またはこれらの組合せは、好ましくは、(例えば、内側面にある)熱エネルギー貯蔵材料に接触したときに腐食耐性のある1または複数の封入材料、(例えば、外面にある)熱伝達流体に接触したときに腐食耐性のある1または複数の封入材料、またはこれらの両方を含む。カバーシート、ベースシート、外側リング、内側リング、またはこれらの組合せは、最も好ましくは、同一の1または複数の封入材料を含むか、またはこれらからほぼ完全に構成される。カバーシート28およびベースシート30は、いずれも1または複数の密閉空間14を形成するための外周19および開口周21に沿って密着される。   FIG. 2C shows a cross section of the article 10 of FIG. 2A taken perpendicular to the top surface 18 of the cover sheet 28. As shown in FIG. 2C, the article can have one or more enclosed spaces 14 that include a thermal energy storage material 26. The enclosed space can have an unfilled volume 27, ie a volume containing gas. The unfilled volume 27 allows the thermal energy storage material to expand when heated, such as when the temperature of the thermal energy storage material increases, when the thermal energy storage material undergoes a solid-liquid phase transition, or both. . The cover sheet, base sheet, outer ring, inner ring, or a combination thereof is preferably one or more encapsulating materials that are corrosion resistant when contacted with a thermal energy storage material (eg, on the inner surface), It includes one or more encapsulating materials that are corrosion resistant when contacted with a heat transfer fluid (eg, on the outer surface), or both. The cover sheet, the base sheet, the outer ring, the inner ring, or combinations thereof, most preferably comprise or consist essentially of the same one or more encapsulating materials. The cover sheet 28 and the base sheet 30 are in close contact with each other along the outer periphery 19 and the opening periphery 21 for forming one or more sealed spaces 14.

図2Dは、物品用のベースシートとして使用可能な形成シート40を示す。形成シートは、全体として円弧状および/または複数の壁を有するように、型押しされ、または他の方法で形成され得る。形成シートは、液体を保持し、または含むことのできるトラフ領域43を有する。また、形成シートは、流体が形成シートを通って流れることができるように、開口を有する。形成シートは、好ましくは、全体として平らなカバーシート(図2Bに示すカバーシート等)に取付け可能な1または複数のリップ領域44等の、1または複数の全体として平らな領域を有する。1または複数のリップ領域44は、好ましくは同一平面上にある。形成シート40は、全体として平らなシートではない。例えば、形成シート40は、上面41および全体として対向する底面42を含む底壁を有することができる。形成シートは、底壁から延びる側壁を有することができる。側壁は、全体として円弧状の側面49を有することができる。形成シート40は、底壁の内周から延びる開口壁を有することができる。開口壁は、全体として円弧状で、物品を通る流体通路を部分的にまたは全体的に画定する開口面48を有することができる。形成シートは、外周45および開口周47を有する。外周45、開口周47、または好ましくは両方がリップ領域44である。形成シートは底壁および側壁を接続する遷移領域を含むことができ、または底壁および側壁を組み合わせて1つの円弧状壁にすることができることを理解されたい。形成シートは、底壁と開口壁とを接続する遷移領域を含むことができ、または底壁および開口壁を組み合わせて1つの円弧状壁にすることができることを理解されたい。   FIG. 2D shows a forming sheet 40 that can be used as a base sheet for an article. The forming sheet may be embossed or otherwise formed to have an arcuate shape and / or multiple walls as a whole. The forming sheet has a trough region 43 that can hold or contain liquid. The forming sheet also has an opening so that fluid can flow through the forming sheet. The forming sheet preferably has one or more generally flat areas, such as one or more lip areas 44 that can be attached to a generally flat cover sheet (such as the cover sheet shown in FIG. 2B). One or more lip regions 44 are preferably coplanar. The forming sheet 40 is not a flat sheet as a whole. For example, the forming sheet 40 can have a bottom wall that includes a top surface 41 and a generally opposed bottom surface 42. The forming sheet can have side walls extending from the bottom wall. The side wall may have an arcuate side 49 as a whole. The forming sheet 40 can have an opening wall extending from the inner periphery of the bottom wall. The open wall may be generally arcuate and have an open face 48 that partially or fully defines a fluid passage through the article. The forming sheet has an outer periphery 45 and an opening periphery 47. The outer periphery 45, the opening periphery 47, or preferably both are lip regions 44. It should be understood that the forming sheet can include a transition region connecting the bottom wall and the side wall, or the bottom wall and side wall can be combined into a single arcuate wall. It should be understood that the forming sheet can include a transition region connecting the bottom wall and the opening wall, or the bottom wall and the opening wall can be combined into a single arcuate wall.

前述したように、カプセル構造は、1または複数の密閉空間および1または複数の流体通路を有するカプセル構造を形成するように配置された複数のセグメントを備えることができる。図3A、3B、および4は、カプセル構造の隣接するセグメントの例示的な側面図である。図3A、3Bおよび4に示すように、隣接するセグメントは、嵌合縁部9(すなわち、全体として嵌合する縁部面)を有することができる。図3Aおよび3Bのセグメント2’、2”により示すように、隣接するセグメントが同一平面の向きに配置されると、セグメントは嵌合することができ、2つのセグメントの面4’および6’は全体として同一平面上にある。隣接するセグメントの縁部は、2つの隣接するセグメントが移動するときに嵌合して、上面4’および底面6’が同一平面上にないようにすることができる。例えば、図4に示すように、1つのセグメントをセグメント2’”の厚さの半分だけ移動させることができる。このように、第1のセグメントの嵌合縁部9は、第1のセグメントにいずれも隣接する2つの積み重なったセグメントの縁部の一部と嵌合することができる。図4に示すように、セグメントの1つの重なりは、他のセグメント2’”の高さの半分の部分セグメント等の、1または複数の(例えば、2つの)部分セグメント3を含むことができる。   As described above, the capsule structure can comprise a plurality of segments arranged to form a capsule structure having one or more enclosed spaces and one or more fluid passages. 3A, 3B, and 4 are exemplary side views of adjacent segments of the capsule structure. As shown in FIGS. 3A, 3B, and 4, adjacent segments can have a mating edge 9 (ie, an edge surface that fits as a whole). When adjacent segments are placed in the same plane orientation, as shown by segments 2 ′, 2 ″ in FIGS. 3A and 3B, the segments can mate and the two segment faces 4 ′ and 6 ′ The edges of adjacent segments can mate when two adjacent segments move so that the top surface 4 'and the bottom surface 6' are not coplanar. For example, as shown in Fig. 4, one segment can be moved by half the thickness of segment 2 '". Thus, the mating edge 9 of the first segment can be mated with a portion of the edge of the two stacked segments, both adjacent to the first segment. As shown in FIG. 4, one overlap of segments can include one or more (eg, two) partial segments 3, such as partial segments half the height of the other segment 2 '".

形成シート40’のトラフの一部または全部に、部分的にまたはほぼ完全に熱エネルギー貯蔵材料を充填することができ、全体として平らなカバーシート(図2Bに示すもの等)を、カバーシートが全体としてリップ領域に接触するように、トラフを覆って配置され得ることを理解されたい。カバーシートは、リップ領域の一部または全部において形成シートに密着され、熱エネルギー貯蔵材料を含む複数の密閉空間を形成することができる。図5Aおよび5Bに示すように、形成シート40’は、第1の形成シート40’の底面41’が、全体として、同一の第2の形成シート40’の底面41’の嵌合面となるように、トラフのパターンを有することができる。このように、形成シート40’を使用して作成された2つの物品を、少なくとも部分的に入れ子になるように、互いに対向する底面41’に積み重ねることができる。   Part or all of the trough of the forming sheet 40 'can be partially or nearly completely filled with thermal energy storage material, and the cover sheet is generally flat (such as that shown in FIG. 2B). It should be understood that the trough can be positioned so as to contact the lip region as a whole. The cover sheet is in close contact with the forming sheet in part or all of the lip region, and can form a plurality of sealed spaces containing the thermal energy storage material. As shown in FIGS. 5A and 5B, in the forming sheet 40 ′, the bottom surface 41 ′ of the first forming sheet 40 ′ becomes the fitting surface of the bottom surface 41 ′ of the same second forming sheet 40 ′ as a whole. As such, it can have a trough pattern. In this way, two articles made using the forming sheet 40 'can be stacked on the opposite bottom surfaces 41' so as to be at least partially nested.

図5Bは、複数の密閉空間を有する物品で使用可能な形成シート40’(例えば、ベースシート)の一部の概略図である。形成シートは、シートの中心近くに開口を有し、この開口は全体として円形開口とすることができる。図5Bは、形成シートの4分の1のみ、したがって、開口の4分の1のみを示す。図5Bは、形成シート40”の底面41’を示す。形成シートは、複数のトラフ領域43’と複数のリップ領域44’とを有する。トラフ領域43’は、トラフ50の複数のリングに配置され得る。図示したように、形成シートは、トラフ50’の最も内側のリングと、トラフ50”の最も外側のリングとを有することができる。形成シートは、トラフ50’、50”の最も内側のリングと最も外側のリングとの間に、トラフ50’”の1または複数の追加のリングを有することができる。図5Bに示すように、リング内のトラフの一部または全部、または異なるリング内のトラフの一部または全部が、ほぼ同一の形状、ほぼ同一の体積を有することができ、またはほぼ一致することができる。トラフの最も内側のリング内のトラフ数は、トラフの最も外側のリング内のトラフ数よりも多いか、少ないか、または同一としてもよいことを理解されたい。好ましくは、図5Bに示すように、形成シート40’の最も内側のリング内のトラフ数は、最も外側のリングのトラフ数よりも少ない。トラフ領域43’の一部、または好ましくは全部が、トラフ領域の周りにリップ領域44’を有する。このように、トラフ領域43’を、リップ領域44’により他のトラフ領域によって分離することができる。形成シート40は、外周45’を有する。図5Bに示すように、形成シートは、外周45’近くに1または複数の凹み51を有することができる。1または複数の凹みを、外周に沿った流路として使用することができる。好ましくは、形成シートの底面の外周が、全体として円形を有する(任意選択の1または複数の凹みを除く)。図5Bに示すように、外周、内周、好ましくは両方をリップ領域44’とすることができる。   FIG. 5B is a schematic view of a portion of a formed sheet 40 '(eg, a base sheet) that can be used with an article having a plurality of enclosed spaces. The forming sheet has an opening near the center of the sheet, which can be a circular opening as a whole. FIG. 5B shows only a quarter of the forming sheet, and thus only a quarter of the opening. FIG. 5B shows the bottom surface 41 ′ of the forming sheet 40 ″. The forming sheet has a plurality of trough regions 43 ′ and a plurality of lip regions 44 ′. The trough regions 43 ′ are arranged in a plurality of rings of the trough 50. As shown, the forming sheet can have an innermost ring of trough 50 'and an outermost ring of trough 50 ". The forming sheet can have one or more additional rings of troughs 50 '"between the innermost and outermost rings of troughs 50', 50". As shown in FIG. 5B, some or all of the troughs in the ring, or some or all of the troughs in different rings can have approximately the same shape, approximately the same volume, or approximately coincide. Can do. It should be understood that the number of troughs in the innermost ring of the trough may be greater than, less than, or the same as the number of troughs in the outermost ring of troughs. Preferably, as shown in FIG. 5B, the number of troughs in the innermost ring of the forming sheet 40 'is less than the number of troughs in the outermost ring. A part or preferably all of the trough area 43 'has a lip area 44' around the trough area. In this way, the trough region 43 'can be separated by other trough regions by the lip region 44'. The forming sheet 40 has an outer periphery 45 '. As shown in FIG. 5B, the forming sheet can have one or more indentations 51 near the outer periphery 45 '. One or more indentations can be used as a flow path along the outer periphery. Preferably, the outer periphery of the bottom surface of the forming sheet has a circular shape as a whole (excluding one or more optional dents). As shown in FIG. 5B, the outer periphery, the inner periphery, and preferably both can be a lip region 44 '.

図5Aは、カプセル構造10’(例えば、カプセル構造の形成シート40’)と容器68との例示的な関係を示す。容器68は、内壁60、外壁62、絶縁層64、またはこれらの組合せを有することができる。図5Aを参照すると、容器68は、2つの壁60、62の間に位置する絶縁層64を有することができる。容器の内壁60は、形成シートの直径よりも大きな直径を有し、形成シートが容器内に収まるようになっている。シートの周囲と容器の内側壁との間の流路は、形成シート40”の1または複数の凹み51、形成シート40’と容器のキャビティとの大きさ(例えば直径)の差により形成される間隙52、容器の内側壁60の1または複数の溝53、またはこれらの組合せを含むことができる。   FIG. 5A shows an exemplary relationship between a capsule structure 10 ′ (eg, a capsule structure forming sheet 40 ′) and a container 68. The container 68 can have an inner wall 60, an outer wall 62, an insulating layer 64, or a combination thereof. Referring to FIG. 5A, the container 68 can have an insulating layer 64 located between the two walls 60, 62. The inner wall 60 of the container has a diameter that is larger than the diameter of the forming sheet so that the forming sheet fits within the container. The flow path between the periphery of the sheet and the inner wall of the container is formed by the difference in size (eg, diameter) between one or more indentations 51 of the forming sheet 40 ″, the forming sheet 40 ′ and the cavity of the container. It may include a gap 52, one or more grooves 53 in the inner wall 60 of the container, or a combination thereof.

(物品の重なり)
熱エネルギー貯蔵材料を含む物品は、好ましくは、他の同一の物品または全体として嵌合する面(全体として嵌合するベースシート)を有する第2の物品と積み重ねることができる。物品は、隣接する軸方向層間に空間を有して軸方向層に積み重ねられて、熱伝達流体が軸方向層間を流れることができるようになっている。軸方向層は、全体として1つまたは2つ以上の物品を含む。軸方向層(例えば、各軸方向層)は、好ましくは1つまたは2つの物品を含む。例えば、軸方向層は、流体が全体として2つの物品の間を流れることができないように、ベース面またはカバー面等の面に接触する2つの物品を有することができる。このように、物品の一部(例えば、重なりの端部の物品を除く各物品)は、第1の面(例えば、ベース面)と第2の面とを有することができ、第1の面は、第1の隣接する物品の面に全体として完全に接触して、流体が第1の面に沿って流れることができないようにし、第2の面は、第2の隣接する物品(例えば、全体として第2の面と嵌合する面である、対向する面を有する)から分離されて、流体が第2の面の一部、大部分、または全部に沿って流れることができるようにする。2つの隣接する軸方向層間の分離は、公知の離間手段により行うことができる。例として、適切な離間手段は、物品の少なくとも1つの面の1または複数の突出部、2つの層の間のスペーサ材料、2つの層の間の毛管構造、またはこれらの組合せを含む。好ましくは、物品の第2の面は、全体として円弧状であり、物品は、第2の隣接する物品と部分的に入れ子になる。部分的に入れ子になる2つの物品間の離間は、好ましくは、全体として一定である(隣接する物品を分離させる突出部または他のスペーサを除く)ことを理解されたい。物品の積み重ねは、軸方向層を回転させる(例えば、物品を回転させる)か、または軸方向層が隣接する軸方向層と少なくとも部分的に入れ子になるように軸方向層を配置するステップを含むことができる。2つの隣接する軸方向層の2つの対向する面の間の流体の流れは、全体として半径方向であり、全体として半径方向流として説明することができる。離間した各対の軸方向層は、半径方向流路を有する。物品の重なりは、通常、複数の半径方向流路(例えば、2、3以上)を有する。2以上の(例えば、各半径方向流路は、同一の流動長、同一の厚さ、同一の横断面形状、またはこれらの組合せを有することができる。例えば、2以上の(例えば、すべての)半径方向流路を一致させてもよい。開口(すなわち、流体通路)が物品の中心にある場合、流れ方向に関係なく、半径方向流路が全体として対称となることを理解されたい。
(Overlap of goods)
The article comprising the thermal energy storage material can preferably be stacked with another identical article or a second article having a generally mating surface (a generally mating base sheet). The articles are stacked in an axial layer with a space between adjacent axial layers so that heat transfer fluid can flow between the axial layers. The axial layer generally includes one or more articles. The axial layer (eg, each axial layer) preferably includes one or two articles. For example, the axial layer can have two articles that contact a surface, such as a base surface or a cover surface, so that fluid cannot flow between the two articles as a whole. Thus, a portion of the article (eg, each article excluding the overlapping end article) can have a first surface (eg, a base surface) and a second surface, and the first surface. Fully contacts the surface of the first adjacent article to prevent fluid from flowing along the first surface, the second surface being a second adjacent article (e.g., So that fluid can flow along part, most or all of the second surface. . Separation between two adjacent axial layers can be performed by known separation means. By way of example, suitable spacing means include one or more protrusions on at least one side of the article, a spacer material between the two layers, a capillary structure between the two layers, or a combination thereof. Preferably, the second surface of the article is generally arcuate and the article is partially nested with the second adjacent article. It should be understood that the spacing between two partially nested articles is preferably generally constant (except for protrusions or other spacers that separate adjacent articles). Stacking the article includes rotating the axial layer (eg, rotating the article) or positioning the axial layer such that the axial layer is at least partially nested with an adjacent axial layer. be able to. The fluid flow between two opposing faces of two adjacent axial layers is generally radial and can be described as a generally radial flow. Each spaced pair of axial layers has a radial flow path. The overlap of articles typically has a plurality of radial channels (eg, 2, 3 or more). Two or more (eg, each radial flow path can have the same flow length, the same thickness, the same cross-sectional shape, or a combination thereof. For example, two or more (eg, all) The radial flow paths may be matched, and it should be understood that if the opening (ie, fluid passage) is in the center of the article, the radial flow path is generally symmetric regardless of the flow direction.

物品が積み重ねられると(例えば、3、4以上の物品を含む重なりに)、各物品は、好ましくは、他の物品(重なりの一端の物品をできる限り除く)のそれぞれの開口に一致する少なくとも1つの開口を有し、流体の一部が、隣接する物品間を流れることなく(すなわち、全体として半径方向の流れなしで)、第1の物品と最後の物品との間に配置された物品の対応する開口のそれぞれを通って流れることにより、重なりの第1の物品から重なりの最後の物品へ流れることができる。開口を通る流れは、全体として軸方向であり、全体として軸方向の流れとして説明することができる。   When the articles are stacked (eg, in an overlap comprising three, four or more articles), each article is preferably at least one corresponding to a respective opening in the other article (except as much as possible at one end of the overlap). Of an article disposed between the first article and the last article with two openings, and a portion of the fluid does not flow between adjacent articles (ie, without overall radial flow) By flowing through each of the corresponding openings, it is possible to flow from the first overlapping article to the last overlapping article. The flow through the opening is generally axial and can be described as a generally axial flow.

前述したように、物品の重なりにより、中心軸方向流路(例えば、物品の開口により形成された中心軸を通る)と、中心軸方向流路に全体として垂直な1または複数の半径方向流路とが画定される。   As described above, due to the overlap of the articles, a central axial flow path (for example, passing through the central axis formed by the opening of the article) and one or more radial flow paths that are generally perpendicular to the central axial flow path Are defined.

物品の重なりがコンパクトで大量の熱エネルギー貯蔵材料を含むように、物品の重なりは全体として密集している(例えば、半径方向流路を除く)。このように、半径方向流路は、全体として小さい高さ(隣接する物品間の方向)、例えば平均高さを有する。半径方向流路の高さは、好ましくは、約15mm未満、より好ましくは約5mm未満、さらに好ましくは約2mm未満、さらに好ましくは約1mm未満、最も好ましくは約0.5mm未満である。半径方向流路の高さは、通常、流体が流路を通って流れることができるように十分に大きい。通常、半径方向流路の高さ(例えば、平均高さ)は約0.001mm超(例えば、約0.01mm超)である。   The overlap of the articles is generally dense (excluding the radial flow path) so that the overlap of the articles is compact and contains a large amount of thermal energy storage material. Thus, the radial flow path as a whole has a small height (direction between adjacent articles), for example an average height. The height of the radial flow path is preferably less than about 15 mm, more preferably less than about 5 mm, even more preferably less than about 2 mm, even more preferably less than about 1 mm, and most preferably less than about 0.5 mm. The height of the radial flow path is usually large enough so that fluid can flow through the flow path. Typically, the radial channel height (eg, average height) is greater than about 0.001 mm (eg, greater than about 0.01 mm).

図5Cは、熱エネルギー貯蔵材料を含む1または複数の密閉空間14をそれぞれ有する複数の物品10’を備える本発明の態様を示す。物品10’は、全体として円弧状の面41”を有する形成シート40”を備えることができる。1つの物品の面41”は、全体として第2の物品の面に嵌合する。隣接する物品が部分的に入れ子になるように、物品を配置することができる。図5Cに示す物品は、位数8の回転対称を有するため、部分的に入れ子になるように、8の異なる位置に回転することができる。対称の位数がより大きいまたは小さい物品を使用してもよいことを理解されたい。図5Cに示すように、物品は、全体として円形の横断面を有することができる。各物品の外周は、流体流を可能にするのに十分な大きさの複数の凹み51を有することができる。物品10’は、密閉空間の1または複数の同心リングに配置された密閉空間4を有することができる。各物品10’は、全体として物品の中心近くの流体通路’を有し、物品が積み重ねられる(例えば、軸方向に積み重ねられる)ときに、軸方向流路84’が形成されるようになっている。軸方向流路84’は、好ましくは、各物品10’の流体通路’を備えることができる。   FIG. 5C illustrates an embodiment of the invention comprising a plurality of articles 10 ′ each having one or more enclosed spaces 14 containing thermal energy storage materials. Article 10 'may comprise a forming sheet 40 "having an arcuate surface 41" as a whole. The surface 41 "of one article generally fits the surface of the second article. The articles can be arranged so that adjacent articles are partially nested. The article shown in FIG. Since it has rotational symmetry of order 8, it can be rotated to different positions so that it is partially nested, it being understood that articles with higher or lower symmetry order may be used. 5C, the articles can have a generally circular cross-section, and the outer periphery of each article has a plurality of indentations 51 that are large enough to allow fluid flow. Articles 10 ′ may have a sealed space 4 disposed in one or more concentric rings of the sealed space, each article 10 ′ having a fluid passageway ′ near the center of the article as a whole, Items are stacked (eg, axial When stacking is), the 'so that the is formed. Axial channels 84' axial channels 84 may preferably comprise a 'fluid passage' each article 10.

(熱貯蔵装置)
本明細書で説明した物品(例えば、物品の重なり)を、熱貯蔵装置で使用することができる。熱貯蔵装置は、熱伝達流体を容器に流入させるための1または複数のオリフィスと、熱伝達流体を容器から流出させるための1または複数のオリフィスとを有する容器または他のハウジングを備えることができる。熱貯蔵装置は、1または複数の熱伝達流体区画を備える。好ましくは、熱貯蔵装置は、単一の熱伝達流体区画を備える。熱伝達流体区画は、熱伝達流体が流れることのできる入口と出口との間の容器内の連続した空間を含み、またはこの空間からほぼ構成され得る。容器は、好ましくは、少なくとも部分的に絶縁されて、容器から周囲への熱損失を低減または最小にする。
(Heat storage device)
The articles described herein (eg, overlapping articles) can be used in a heat storage device. The heat storage device may comprise a container or other housing having one or more orifices for flowing heat transfer fluid into the container and one or more orifices for flowing heat transfer fluid out of the container. . The heat storage device comprises one or more heat transfer fluid compartments. Preferably, the heat storage device comprises a single heat transfer fluid compartment. The heat transfer fluid compartment may comprise or consist essentially of a continuous space in the container between the inlet and outlet through which the heat transfer fluid can flow. The container is preferably at least partially insulated to reduce or minimize heat loss from the container to the surroundings.

熱貯蔵装置を、高濃度の熱エネルギー貯蔵材料を含むように設計して、熱伝達流体と熱エネルギー貯蔵材料との間で熱エネルギーを急速にかつ/または均一に伝達することができるようにし、全体としてコンパクトにし、長時間熱を貯蔵できるようにし、またはこれらの組合せを行うようにすることができる。   The thermal storage device is designed to contain a high concentration of thermal energy storage material so that thermal energy can be transferred rapidly and / or uniformly between the heat transfer fluid and the thermal energy storage material; It can be compact as a whole, can store heat for a long time, or a combination thereof.

熱貯蔵装置の容器内側は、物品の重なりを保持可能な形状を有することができる。好ましくは、容器内側の形状は、物品の重なりが容器の内部体積の大部分を占めるようになっている。容器内の物品の密閉空間に含まれる熱エネルギー貯蔵材料の総体積(例えば、約25℃で測定される)と容器の総内部容積(例えば、約25℃の温度で)との比は、約0.3超、好ましくは約0.5超、より好ましくは約0.6超、さらに好ましくは約0.7超、最も好ましくは約0.8超とすることができる。容器内の熱エネルギー貯蔵材料の体積の上限は、物品に接触して熱エネルギーを伝達する熱伝達流体のための空間の必要性である。容器内の物品の密閉空間に含まれる熱エネルギー貯蔵材料の総体積(例えば、約25℃で測定される)と容器の総内部容積(例えば、約25℃の温度で)との比は、約0.99未満、好ましくは約0.95未満とすることができる。   The inside of the container of the heat storage device may have a shape that can hold the overlap of the articles. Preferably, the inner shape of the container is such that the overlap of the articles occupies most of the inner volume of the container. The ratio of the total volume of thermal energy storage material contained in the enclosed space of the articles in the container (eg, measured at about 25 ° C.) to the total internal volume of the container (eg, at a temperature of about 25 ° C.) is about It can be greater than 0.3, preferably greater than about 0.5, more preferably greater than about 0.6, even more preferably greater than about 0.7, and most preferably greater than about 0.8. The upper limit of the volume of thermal energy storage material in the container is the need for space for a heat transfer fluid that contacts the article and transfers thermal energy. The ratio of the total volume of thermal energy storage material contained in the enclosed space of the articles in the container (eg, measured at about 25 ° C.) to the total internal volume of the container (eg, at a temperature of about 25 ° C.) is about It can be less than 0.99, preferably less than about 0.95.

(熱伝達流体区画/流路)
熱貯蔵装置は、熱伝達流体が装置を通って循環するときに、熱伝達流体を流すことのできる熱伝達流体区画を備える。熱伝達流体区画は、好ましくは、熱伝達を熱伝達流体区画に流入させるための1または複数のオリフィス(例えば、1または複数の入口)に接続される。熱伝達流体区画は、好ましくは、熱伝達を熱伝達流体区画から流出させるための1または複数のオリフィス(例えば、1または複数の出口)に接続される。熱伝達流体区画は、1または複数の熱伝達流体区画壁より少なくとも部分的に画定された空間、1または複数の物品により少なくとも部分的に画定された空間、熱貯蔵装置のハウジングまたは容器により少なくとも部分的に画定された空間、またはこれらの組合せとすることができる。
(Heat transfer fluid compartment / flow path)
The heat storage device comprises a heat transfer fluid compartment through which the heat transfer fluid can flow as the heat transfer fluid circulates through the device. The heat transfer fluid compartment is preferably connected to one or more orifices (eg, one or more inlets) for flowing heat transfer into the heat transfer fluid compartment. The heat transfer fluid compartment is preferably connected to one or more orifices (eg, one or more outlets) for letting heat transfer out of the heat transfer fluid compartment. The heat transfer fluid compartment is at least partially defined by a space at least partially defined by one or more heat transfer fluid compartment walls, a space defined at least partially by one or more articles, a housing or container of a heat storage device. Can be a spatially defined space, or a combination thereof.

熱伝達流体区画は、熱貯蔵装置を通る熱伝達流体の流路を画定する。熱伝達流体区画は、物品の重なりの開口を通る全体として軸方向の流路を備える。熱伝達流体区画は、2つの隣接する物品間に、全体として半径方向の流路を備える。半径方向流は、物品の外周から開口へ内向きに流れ、または物品の開口から外周へ外向きに流れることを理解されたい。熱伝達流体区画は、物品の外周と容器の壁との間に、全体として軸方向の成分(および任意選択として接線成分)を有する流路を備える。好ましくは、組み合わせた半径方向流路が比較的高い液圧抵抗を有する。例えば、組み合わせた半径方向流路は、中心軸方向流路の液圧抵抗、外側軸方向流路の液圧抵抗、またはこれらの両方よりも大きい(より好ましくは少なくとも2倍以上)の液圧抵抗を有する。   The heat transfer fluid compartment defines a flow path for heat transfer fluid through the heat storage device. The heat transfer fluid compartment comprises a generally axial flow path through the overlapping opening of the article. The heat transfer fluid compartment comprises a generally radial flow path between two adjacent articles. It should be understood that the radial flow flows inwardly from the outer periphery of the article to the opening or outwardly from the opening of the article to the outer periphery. The heat transfer fluid compartment comprises a flow path having a generally axial component (and optionally a tangential component) between the outer periphery of the article and the wall of the container. Preferably, the combined radial flow path has a relatively high hydraulic resistance. For example, the combined radial flow path has a hydraulic resistance greater than (more preferably at least twice) or more than the hydraulic resistance of the central axial flow path, the hydraulic resistance of the outer axial flow path, or both. Have

熱伝達流体区画は、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料を含む密閉空間と十分に熱伝達して、熱を除去するか、または熱エネルギー貯蔵材料に熱を供給できるようにする。熱伝達流体区画は、好ましくは、密閉空間の1または複数の(あるいはより好ましくはすべて)と直接、熱伝達する。直接の熱伝達は、密閉空間と、低熱伝導率材料のない熱伝達流体区画の一部との間の最短距離の流路とすることができる。低熱伝導率材料は、約100W/(m・K)未満、好ましくは約10W/(m・K)、より好ましくは約3W/(m・K)未満の熱伝導率を有する材料を含むことができる。例えば、熱伝達流体または熱伝達流体区画は、密閉空間の1または複数の(あるいは好ましくはすべての)壁に接触するか、高熱伝導率(例えば、約5W/(m・K)超、約12W/(m・K)超、または約110W/(m・K)超)を有する材料により、ほぼまたは完全に密閉空間から分離され得る。   The heat transfer fluid compartment is preferably in sufficient heat transfer with the enclosed space containing the thermal energy storage material so that heat can be removed or supplied to the thermal energy storage material. The heat transfer fluid compartment is preferably in direct heat transfer with one or more (or more preferably all) of the enclosed space. Direct heat transfer can be the shortest distance flow path between the enclosed space and a portion of the heat transfer fluid compartment without the low thermal conductivity material. The low thermal conductivity material includes a material having a thermal conductivity of less than about 100 W / (m · K), preferably less than about 10 W / (m · K), more preferably less than about 3 W / (m · K). it can. For example, the heat transfer fluid or heat transfer fluid compartment contacts one or more (or preferably all) walls of the enclosed space or has a high thermal conductivity (eg, greater than about 5 W / (m · K), about 12 W / (M · K), or about 110 W / (m · K))) can be substantially or completely separated from the enclosed space.

熱伝達流体区画は、好ましくは、熱貯蔵装置の密閉空間の1または複数(あるいはより好ましくはすべて)と直接、熱伝達する。直接の熱伝達は、熱エネルギー貯蔵区画と、低熱伝導率材料のない熱伝達流体区画の一部との間の最短距離の流路とすることができる。例えば、熱伝達流体または熱伝達流体区画は、密閉空間(ベースシートまたはカバーシート等)の1または複数の(あるいは好ましくはすべての)壁に接触するか、高熱伝導率(例えば、約5W/(m・K)超、約12W/(m・K)超、または約110W/(m・K)超)を有する材料により、ほぼまたは完全に密閉空間から分離され得る。低熱伝導率材料の非常に薄い層(例えば、約0.1mm未満、好ましくは約0.01mm未満、より好ましくは約0.001mm未満)は、熱伝達にはっきりとした影響を与えることなく、熱伝達流体区画と熱エネルギー貯蔵材料区画との間に配置できることを理解されたい。   The heat transfer fluid compartment is preferably in direct heat transfer with one or more (or more preferably all) of the enclosed spaces of the heat storage device. Direct heat transfer may be the shortest distance flow path between the thermal energy storage compartment and a portion of the heat transfer fluid compartment without the low thermal conductivity material. For example, the heat transfer fluid or heat transfer fluid compartment may contact one or more (or preferably all) walls of an enclosed space (such as a base sheet or cover sheet) or have a high thermal conductivity (eg, about 5 W / ( m · K), more than about 12 W / (m · K), or more than about 110 W / (m · K)), which can be substantially or completely separated from the enclosed space. A very thin layer of low thermal conductivity material (e.g., less than about 0.1 mm, preferably less than about 0.01 mm, more preferably less than about 0.001 mm) allows the heat to be transferred without noticeably affecting heat transfer. It should be understood that a transfer fluid compartment and a thermal energy storage material compartment can be disposed.

密閉空間および/または物品の大きさおよび形状を、カプセルに含まれる相変化材料への熱伝達、および相変化材料からの熱伝達を最大にするように選択することができる。物品の平均厚さは、熱が密閉空間の中心から急速に逃げることができるように、比較的小さくすることができる。物品、密閉空間、またはこれらの両方の平均厚さは、約100mm未満、好ましくは約30mm未満、より好ましくは約10mm未満、さらに好ましくは約5mm未満、最も好ましくは約3mm未満とすることができる。物品、密閉空間、またはこれらの両方の平均厚さは、約0.1mm超、好ましくは約0.5mm超、より好ましくは約0.8mm超、最も好ましくは1.0mm超とすることができる。   The size and shape of the enclosed space and / or article can be selected to maximize heat transfer to and from the phase change material contained in the capsule. The average thickness of the articles can be relatively small so that heat can escape rapidly from the center of the enclosed space. The average thickness of the article, enclosed space, or both can be less than about 100 mm, preferably less than about 30 mm, more preferably less than about 10 mm, even more preferably less than about 5 mm, and most preferably less than about 3 mm. . The average thickness of the article, enclosed space, or both can be greater than about 0.1 mm, preferably greater than about 0.5 mm, more preferably greater than about 0.8 mm, and most preferably greater than 1.0 mm. .

物品は、好ましくは、熱伝達流体との接触面積が比較的大きくなるように、体積比に対して比較的大きい表面積を有する。例えば、物品は、熱伝達流体区画との接触を最大にする面を有することができ、物品は、カプセルと熱伝達流体区画との熱伝達を最大にする形状を有することができ、またはこれらの両方を有することができる。熱貯蔵装置の熱伝達流体区画と物品との境界面の総表面積と、熱貯蔵装置の熱エネルギー貯蔵材料の総体積との比は、約0.02mm−1超、好ましくは約0.05mm−1超、より好ましくは約0.1mm−1超、さらに好ましくは約0.2mm−1超、最も好ましくは約0.3mm−1超とすることができる。 The article preferably has a relatively large surface area relative to the volume ratio so that the contact area with the heat transfer fluid is relatively large. For example, the article can have a surface that maximizes contact with the heat transfer fluid compartment, the article can have a shape that maximizes heat transfer between the capsule and the heat transfer fluid compartment, or these You can have both. The ratio of the total surface area of the interface between the heat transfer fluid compartment of the heat storage device and the article to the total volume of the thermal energy storage material of the heat storage device is greater than about 0.02 mm −1 , preferably about 0.05 mm More than 1 , more preferably more than about 0.1 mm −1 , even more preferably more than about 0.2 mm −1 , most preferably more than about 0.3 mm −1 .

(容器/ハウジング)
熱貯蔵装置は、物品の重なりを含む容器を備える。物品の重なりは、容器の1または複数のキャビティに含まれていてもよい。適切な容器は、熱伝達流体を容器のキャビティに流入させるための1または複数のオリフィス(例えば、1または複数の入口)、および熱伝達流体を容器のキャビティから流出させるための1または複数のオリフィス(例えば、1または複数の出口)を有する。入口および出口は、熱貯蔵装置の同一の側にあっても異なる側(例えば、対向する側)にあってもよい。オリフィス以外に、容器は、好ましくは、容器を通って流れる流体が容器から漏れないように、容器を通って流れる流体が周囲圧力よりも大きな圧力を有することができるように、またはこれらの両方が得られるように、密閉または構成される。
(Container / housing)
The heat storage device comprises a container containing an overlap of articles. The overlap of articles may be contained in one or more cavities of the container. Suitable containers include one or more orifices (eg, one or more inlets) for flowing heat transfer fluid into the container cavity and one or more orifices for flowing heat transfer fluid out of the container cavity. (E.g., one or more outlets). The inlet and outlet may be on the same side of the heat storage device or on different sides (eg, opposite sides). In addition to the orifice, the container preferably preferably allows the fluid flowing through the container to have a pressure greater than ambient pressure, or both so that the fluid flowing through the container does not leak from the container. Sealed or configured as obtained.

容器は、どのような形状であってもよい。好ましくは、容器は、大量の熱エネルギー貯蔵材料を(例えば、物品の重なりの密閉空間に)充填可能な形状を有し、熱貯蔵装置が大量の熱を貯蔵できるようになっている。限定されることなく、容器および/または容器のキャビティは、全体として円形、全体として楕円形、全体として矩形、全体として正方形の横断面(例えば、積み重ね方向に垂直)を有し、または別の全体として多角形を有することができる。特に好ましい実施形態では、容器が全体として円筒形であり、容器のキャビティが全体として円筒形であり、またはこれらの両方である。例えば、熱貯蔵装置の容器は、全体として円筒形の内面、全体として円筒形の外面、またはこれらの両方を有することができる。円筒形のキャビティにより、全体として円形の横断面を有する物品をキャビティに効率的に詰めることができる。例として、全体として円筒形の物品は、全体として円形の横断面を有する。円筒形の物品、円筒形のキャビティ、またはこれらの両方により、熱貯蔵装置を効率的に絶縁することができる。通常、容器は、物品の積み重ね方向(すなわち、軸方向)の高さおよび積み重ね方向に垂直な方向の平均長さ(例えば、直径)により特徴付けられる。例えば、円筒形容器は、高さおよび直径により特徴付けられ得る。容器の高さと長さ(例えば、直径)との比は、約20未満、好ましくは、約5未満、より好ましくは約3未満、最も好ましくは約2未満である。容器の高さと長さとの比(例えば、高さと直径との比)は、約0.05超、好ましくは約0.2超、より好ましくは約0.33超、さらに好ましくは約0.5超、最も好ましくは約0.6超である。容器のキャビティは、物品の積み重ね方向の高さおよび積み重ね方向に垂直な方向の平均長さ(例えば、直径)により特徴付けられ得る。最も好ましくは、容器内部が全体として円筒形のキャビティを有し、このキャビティは、キャビティ直径、キャビティ高さ、および軸方向中心により特徴付けられる。容器内部は、キャビティの軸方向に平行な、全体として円弧状の壁を有する(円弧面を有する)ことができる。前述したように、円弧面は、好ましくは、全体として円形の横断面を有する。物品の重なりを収納するために容器を使用することができる。物品の重なりは、好ましくは、容器のキャビティの軸方向中心または中心近くに、中心軸方向流路(例えば、複数のキャビティの流体通路を通る)があるように配置される。物品の外周は、1または複数の凹みを有することができ、容器の内壁は、1または複数の溝(好ましくは、軸方向、または軸方向成分を有する方向)を有することができ、物品は、キャビティ長さまたは直径よりも短い長さまたは直径を有することができ、またはこれらの組合せとして、熱伝達流体が、物品の外周および容器の内部軸方向面との間で軸方向に流れることができるようにする。このような流れは、外側軸方向流として説明することができる。物品の重なりは、好ましくは、物品の外周と容器の円弧状内面との距離が、物品の異なる領域および異なる物品(物品の凹みまたは容器の壁の溝を除く)について全体として均一となるように、容器内に配置される。   The container may have any shape. Preferably, the container has a shape that can be filled with a large amount of thermal energy storage material (e.g., in a closed space of overlapping articles) so that the heat storage device can store a large amount of heat. Without limitation, the container and / or container cavity may have a generally circular, generally elliptical, generally rectangular, generally square cross-section (eg, perpendicular to the stacking direction), or another whole Can have a polygon. In particularly preferred embodiments, the container is generally cylindrical and the cavity of the container is generally cylindrical, or both. For example, the container of the heat storage device can have a generally cylindrical inner surface, a generally cylindrical outer surface, or both. Cylindrical cavities allow efficient packing of articles having a generally circular cross section into the cavities. By way of example, a generally cylindrical article has a generally circular cross section. Cylindrical articles, cylindrical cavities, or both can effectively insulate the heat storage device. Typically, a container is characterized by a height in the stacking direction (ie, axial direction) of articles and an average length (eg, diameter) in a direction perpendicular to the stacking direction. For example, a cylindrical container can be characterized by height and diameter. The ratio of container height to length (eg, diameter) is less than about 20, preferably less than about 5, more preferably less than about 3, and most preferably less than about 2. The ratio of height to length of the container (eg, the ratio of height to diameter) is greater than about 0.05, preferably greater than about 0.2, more preferably greater than about 0.33, and even more preferably about 0.5. Greater than, most preferably greater than about 0.6. A container cavity may be characterized by a height in the stacking direction of articles and an average length (eg, diameter) in a direction perpendicular to the stacking direction. Most preferably, the interior of the container has a generally cylindrical cavity, which is characterized by a cavity diameter, a cavity height, and an axial center. The interior of the container can have a generally arcuate wall (having an arcuate surface) parallel to the axial direction of the cavity. As described above, the arcuate surface preferably has a generally circular cross section. A container can be used to store the overlap of articles. The overlap of the articles is preferably arranged such that there is a central axial flow path (eg, through a plurality of cavity fluid passages) at or near the axial center of the container cavity. The outer periphery of the article can have one or more indentations, the inner wall of the container can have one or more grooves (preferably in the axial direction, or the direction with the axial component), The length or diameter may be shorter than the cavity length or diameter, or as a combination thereof, the heat transfer fluid may flow axially between the outer periphery of the article and the inner axial surface of the container. Like that. Such a flow can be described as an outer axial flow. The overlap of the articles is preferably such that the distance between the outer circumference of the article and the arcuate inner surface of the container is generally uniform for different regions of the article and different articles (excluding article dents or grooves in the container wall). , Placed in a container.

長期間熱を貯蔵する必要があり、全体として低温環境(例えば、温度約0℃未満、または約−30℃未満の温度を有する環境)で熱を貯蔵する必要があり、またはこれらの両方である適用において、熱貯蔵装置を使用することができる。好ましくは、熱貯蔵装置で貯蔵された熱は、ゆっくりと周囲に失われていく。したがって、一部の形態の絶縁を、好ましくは本発明で使用する。システムの絶縁が優れているほど、貯蔵時間が長くなる。   There is a need to store heat for an extended period of time, and it is necessary to store heat in a low temperature environment (eg, an environment having a temperature of less than about 0 ° C. or less than about −30 ° C.), or both. In the application, a heat storage device can be used. Preferably, the heat stored in the heat storage device is slowly lost to the surroundings. Thus, some form of insulation is preferably used in the present invention. The better the insulation of the system, the longer the storage time.

熱貯蔵装置による熱損失の割合を低減させる、いかなる公知の絶縁形態を使用してもよい。例えば、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第6,889,751に開示されたいかなる絶縁を使用してもよい。熱貯蔵装置は、好ましくは、1または複数の面が絶縁されるように(熱的に)絶縁された容器である。好ましくは、周囲または外部に露出する一部または全部の面が、隣接する絶縁体を有する。絶縁材料は、対流熱損失を低減させること、放射熱損失を低減させること、伝導熱損失を低減させること、またはこれらの組合せにより機能することができる。好ましくは比較的熱伝導の低い絶縁体材料または構造を使用して、絶縁を行うことができることが好ましい。絶縁は、対向する離間した壁の間の間隙を使用して行うことができる。間隙は、空気空間等のガス媒体により占められ、または(例えば、デュワー瓶を使用して)真空空間とすることもでき、低熱伝導率を有する材料または構造、低熱放射率を有する材料または構造、低対流を有する材料または構造、またはこれらの組合せがある。限定されることなく、絶縁体は、セラミック絶縁(石英またはガラス絶縁)、ポリマー絶縁、またはこれらの組合せを含むことができる。絶縁体は、繊維状、泡状、圧縮層、被覆、またはこれらの組合せとすることができる。絶縁は、織布材料、編み地材料、不織布材料、またはこれらの組合せの形状とすることができる。熱伝達装置は、デュワー瓶を使用して、より詳細には、内部貯蔵キャビティを画定するように構成された全体として対向する壁と、大気圧下で真空状態になる、対向する壁の間の壁キャビティとを備える瓶を使用して絶縁することができる。壁は、さらに、反射面被覆(例えば、鏡面)を使用して放射熱損失を最小にすることができる。   Any known form of insulation that reduces the rate of heat loss due to the heat storage device may be used. For example, any insulation disclosed in US Pat. No. 6,889,751, which is incorporated herein by reference, may be used. The heat storage device is preferably a (thermally) insulated container so that one or more surfaces are insulated. Preferably, a part or all of the surface exposed to the periphery or outside has an adjacent insulator. The insulating material can function by reducing convective heat loss, reducing radiant heat loss, reducing conduction heat loss, or a combination thereof. Preferably, the insulation can be performed using an insulator material or structure with relatively low thermal conductivity. Insulation can be performed using a gap between opposing spaced walls. The gap is occupied by a gas medium, such as an air space, or can be a vacuum space (eg, using a Dewar bottle), a material or structure having a low thermal conductivity, a material or structure having a low thermal emissivity, There are materials or structures with low convection, or combinations thereof. Without limitation, the insulator can include ceramic insulation (quartz or glass insulation), polymer insulation, or a combination thereof. The insulator can be fibrous, foamy, compressed layer, coated, or a combination thereof. The insulation can be in the form of a woven material, a knitted material, a non-woven material, or a combination thereof. The heat transfer device uses a Dewar bottle, and more particularly between a generally opposing wall configured to define an internal storage cavity and an opposing wall that is evacuated at atmospheric pressure. A bottle with a wall cavity can be used to insulate. The wall can further use a reflective surface coating (eg, a mirror surface) to minimize radiant heat loss.

好ましくは、熱貯蔵装置および/または熱貯蔵システム周囲の真空絶縁が提供される。より好ましくは、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第6,889,751に開示された真空絶縁が提供される。   Preferably, vacuum insulation around the heat storage device and / or the heat storage system is provided. More preferably, vacuum insulation is provided as disclosed in US Pat. No. 6,889,751, which is incorporated herein by reference.

(圧縮手段)
熱貯蔵装置は、任意選択として、層の間の離間を全体として維持するように、物品の重なりに対する1または複数の圧縮手段を備えることができる。圧縮手段は、物品の重なりに圧縮力を加えることのできるいかなる手段でもよい。圧縮力は、2つの物品が互いに対して回転しないように、互いに対して軸方向に移動しないように、またはこれらの両方が生じないように十分に高くすべきである。圧縮力は、物品が永久的に変形しないように、亀裂が入らないように、またはこれらの両方が生じないように十分に低くすることができる。好ましい圧縮手段により、熱エネルギー貯蔵材料の温度が変化するとき、熱エネルギー貯蔵材料が固相と液相との間で変化するとき、またはこれらの両方のときに、物品の厚さをいくらか変化させることができる。例として、1または複数の圧縮手段は、物品の重なりより上にある1または複数のばね、物品の重なりより下にある1または複数のばね、またはこれらの両方を含むことができる。限定されることなく、熱エネルギー貯蔵材料が加熱されるとき、相転移(固液転移等)を受けるとき、またはこれらの両方のときに、ばね等の圧縮手段を使用して、2つの隣接する物品間の半径方向流路の厚さの変化を低減させ、または最小にすることができる。
(Compression means)
The heat storage device can optionally comprise one or more compression means against the overlap of the articles so as to maintain the spacing between the layers as a whole. The compression means may be any means that can apply a compression force to the overlap of the articles. The compression force should be high enough so that the two articles do not rotate relative to each other, do not move axially relative to each other, or both. The compressive force can be sufficiently low so that the article does not permanently deform, cracks do not occur, or both do not occur. The preferred compression means causes some change in the thickness of the article when the temperature of the thermal energy storage material changes, when the thermal energy storage material changes between the solid phase and the liquid phase, or both. be able to. By way of example, the one or more compression means may include one or more springs above the article overlap, one or more springs below the article overlap, or both. Without limitation, when the thermal energy storage material is heated, undergoes a phase transition (such as a solid-liquid transition), or both, using two compression means such as a spring Changes in radial channel thickness between articles can be reduced or minimized.

熱貯蔵装置は、熱伝達流体が装置を通って流れるための複数の流路を有することができる。各流路は、好ましくは、2つの隣接する物品間の少なくとも1つの半径方向流を含む。好ましくは、熱貯蔵装置を通る2以上の(例えば、各)流路は、同様の全長、同様の総液圧抵抗、またはこれらの両方を有する。例えば、2以上の(例えば、各)流路を、全体としてティッシェルマンシステムとして特徴付けることができる。熱貯蔵装置のオリフィスを、チューブまたは他の手段により物品の重なりの開口に接続して、熱伝達流体が、物品の重なりの開口により形成された軸方向路を通って流れなければならないようにする。通常、オリフィスを物品の開口により形成された軸方向流路に接続するチューブは、物品の重なりのうち第1の(例えば、第1の)物品の1つ、または物品の重なりのうち最後の(例えば、最後の)物品の1つまで延びる。装置は、1または複数のシールまたは板(例えば、物品の重なりの上部および/または底部)を備えて、入口から出口へ流れる熱伝達流体が、半径方向流路を通って流れなければならないようになっている。シールは、チューブがオリフィスを物品の重なりの開口に接続できるようにする開口を有することができる。シールを使用して、物品の重なりの開口に沿った軸方向流路の端部で流体流を阻止し、物品の重なりの周囲に沿った軸方向流路の端部で流体流を阻止し、またはこれらの両方を行うことができる。   The heat storage device can have a plurality of flow paths for heat transfer fluid to flow through the device. Each flow path preferably includes at least one radial flow between two adjacent articles. Preferably, two or more (eg, each) flow paths through the heat storage device have a similar overall length, a similar total hydraulic resistance, or both. For example, two or more (eg, each) channels can be characterized as a Tisshelman system as a whole. The orifice of the heat storage device is connected by tubing or other means to the overlapping opening of the article so that the heat transfer fluid must flow through the axial path formed by the overlapping opening of the article. . Typically, the tube connecting the orifice to the axial flow path formed by the article opening is one of the first (e.g., first) article of the article overlap, or the last ( For example, it extends to one of the last articles. The apparatus comprises one or more seals or plates (eg, top and / or bottom of the article overlap) so that heat transfer fluid flowing from the inlet to the outlet must flow through the radial flow path. It has become. The seal can have an opening that allows the tube to connect the orifice to the overlapping opening of the article. A seal is used to block fluid flow at the end of the axial flow path along the opening of the article overlap, and block fluid flow at the end of the axial flow path around the periphery of the article overlap; Or you can do both of these.

(カプセル構造を製造する方法)
カプセル構造および熱エネルギー貯蔵材料を含む物品を、熱エネルギー貯蔵材料の封入を行う方法により形成することができる。限定されることなく、プロセスは、以下の1つまたは組合せを使用することができる。すなわち、カバーシートを通る開口(例えば、孔)の切取りまたは打抜き、ベースシート(例えば、箔等の薄いシート)を通る開口(例えば、孔)の切取りまたは打抜き、少なくとも1つの凹みまたはトラフ領域を含むシートのパターンを画定するための、ベースシートの形成(例えば、熱成形、型打ち、型押しまたは変形)、1または複数のリップ領域および1または複数のトラフ領域を含むシートのパターンを画定するためのベースシートの形成、ベースシート外周(例えば、全体として円形の外周)の切取りまたは打抜き、カバーシート外周(例えば、全体として円形の外周)の切取りまたは打抜き、トラフ(例えば、ベースシートから形成されたトラフ)への熱エネルギー貯蔵材料の充填、カバーシートによるトラフ(例えば、充填済みトラフ)の被覆、熱エネルギー貯蔵材料を含む1または複数の密閉空間が形成されるようにする、カバーシートの(例えば、ベースシートへの)密着、外周に沿ったベースシートの密着、開口周に沿ったベースシートの密着、開口周に沿ったカバーシートの(例えば、ベースシートへの)密着、または外周に沿ったカバーシート(例えば、ベースシートへの)の密着がある。物品を形成するプロセスは、好ましくは、ベースシートを型打ち、型押し、または熱成形するステップを含む。物品を形成するプロセスは、2009年2月20日出願の米国特許出願第12/389,598「Heat Storage Devices」に記載のカプセルを製造する1または複数のプロセスステップを使用することができる。物品を形成するための方法は、任意選択として、以下の1つまたは組合せを含むことができる。すなわち、内側リング、外側リング、またはこれらの両方等の1または複数のサブ構造への、ベースシートの密着、内側リング、外側リング、またはこれらの両方等の1または複数のサブ構造への、カバーシートの密着、ベースシートおよび/またはカバーシートの外周に沿った1または複数の凹みの切取り、打抜き、型打ちを含む。
(Method for producing capsule structure)
An article comprising a capsule structure and a thermal energy storage material can be formed by a method of encapsulating the thermal energy storage material. Without limitation, the process can use one or a combination of the following: That is, including cutting or punching an opening (eg, a hole) through the cover sheet, cutting or punching an opening (eg, a hole) through a base sheet (eg, a thin sheet such as foil), including at least one indentation or trough region Forming a base sheet (eg, thermoforming, stamping, embossing or deformation) to define the pattern of the sheet, to define a pattern of the sheet that includes one or more lip regions and one or more trough regions Base sheet formation, base sheet perimeter (eg, generally circular perimeter) cut or punched, cover sheet perimeter (eg, generally circular perimeter) cut or punched, trough (eg, formed from base sheet) Filling trough with thermal energy storage material, trough (eg filling) with cover sheet Cover), close contact of the cover sheet (for example, to the base sheet), close contact of the base sheet along the outer periphery, opening periphery, so as to form one or more enclosed spaces containing thermal energy storage material There is close contact of the base sheet along the periphery, close contact of the cover sheet along the periphery of the opening (for example, to the base sheet), or close contact of the cover sheet along the outer periphery (for example, to the base sheet). The process of forming the article preferably includes stamping, embossing, or thermoforming the base sheet. The process of forming the article can use one or more process steps to produce capsules as described in US patent application Ser. No. 12 / 389,598 “Heat Storage Devices” filed Feb. 20, 2009. The method for forming the article can optionally include one or a combination of the following: That is, covering the base sheet to one or more substructures such as the inner ring, outer ring, or both, and covering one or more substructures such as the inner ring, outer ring, or both Includes sheet adhesion, cutting or punching of one or more dents along the perimeter of the base sheet and / or cover sheet, punching, stamping.

本明細書の教示によれば、カプセル構造(またはカプセル構造のセグメント)を、2枚のシートをその周囲に密着させるステップを含むプロセスにより形成することができる。好ましくは、シートの少なくとも1枚を型押し、型打ち、または他の方法で形成して、液体を保持できるようにする。より好ましくは、両方のシートを型押し、型打ち、または他の方法で形成する。例えば、カプセル構造、またはそのセグメントを、以下のステップ、すなわち、第1のシートの外周の一部のみを第2のシートに部分的に接合して、2枚のシート間の空間に熱エネルギー貯蔵材料を充填できるようにするステップと、2枚のシート間の空間の少なくとも一部に熱エネルギー貯蔵材料を充填するステップと、熱エネルギー貯蔵材料を含む密閉空間が形成されるように、シートの残りの部分を接合するステップとの1または複数を含むプロセスにより形成することができる。これらのステップの1または複数を繰り返して、複数の密閉空間を備える構造を、繰り返し提供することができる。   In accordance with the teachings herein, the capsule structure (or segment of the capsule structure) can be formed by a process that includes the steps of bringing two sheets into close contact with each other. Preferably, at least one of the sheets is stamped, stamped or otherwise formed so that the liquid can be retained. More preferably, both sheets are stamped, stamped or otherwise formed. For example, the capsule structure, or a segment thereof, may be stored in the space between the two sheets in the following steps: only a part of the outer periphery of the first sheet is partially joined to the second sheet. Allowing the material to be filled, filling at least a portion of the space between the two sheets with the thermal energy storage material, and the rest of the sheets so that an enclosed space containing the thermal energy storage material is formed. Can be formed by a process that includes one or more of the following steps. One or more of these steps can be repeated to repeatedly provide a structure with a plurality of enclosed spaces.

熱エネルギー貯蔵材料を封入するための適切なシートは、好ましくは漏れを生じることなく、シートが熱エネルギー貯蔵材料を含むことができるように、耐久性があり、腐食耐性があり、またはこれらの両方である、薄い金属シート(例えば、金属箔)を含む。金属シートは、1年超および好ましくは5年超の間、熱サイクルを繰り返す車両環境で機能することができる。金属シートは、動作時に熱エネルギー貯蔵材料に接触するほぼ不活性の外面を有することもできる。熱エネルギー貯蔵材料に接触する金属シートの外面は、熱エネルギー貯蔵材料に接触したときに、著しく反応せず、腐食せず、またはこれらの両方を生じることのない1または複数の材料を含み、またはこれらの材料から基本的に構成されるべきである。限定されることなく、使用可能な例示的な金属シートは、黄銅、銅、アルミニウム、ニッケル−鉄合金、青銅、チタン、ステンレス鋼等の少なくとも1つの層を有する金属シートを含む。シートは全体として貴金属とするか、酸化物層(例えば、自然酸化物層または面に形成可能な酸化物層)を有する金属を含むものとすることができる。1つの例示的な金属シートは、アルミニウム層またはアルミニウムを含む合金(例えば、50重量%超のアルミニウム、好ましくは90重量%超のアルミニウムを含むアルミニウム合金)からなるアルミニウム箔である。別の例示的な金属シートは、ステンレス鋼である。適切なステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライトステンレス鋼、またはマルテンサイト系ステンレス鋼を含む。限定されることなく、ステンレス鋼は、約10重量%超、好ましくは約13重量%超、より好ましくは約15重量%超、最も好ましくは約17重量%超の濃度のクロムを含むことができる。ステンレス鋼は、約0.30重量%未満、好ましくは約0.15重量%未満、より好ましくは約0.12重量%未満、最も好ましくは約0.10重量%未満の濃度の炭素を含むことができる。例えば、19重量%のクロムと約0.08重量%の炭素とを含むステンレス鋼304(SAE指定)である。また、適切なステンレス鋼は、316(SAE指定)等のステンレス鋼を含むモリブデンを含む。金属シートは、金属シートの腐食を減らすかなくすことのできる公知の被覆を有することができる。   A suitable sheet for encapsulating the thermal energy storage material is durable, corrosion resistant, or both, so that the sheet can include the thermal energy storage material, preferably without leaks A thin metal sheet (eg, metal foil). The metal sheet can function in a vehicle environment that repeats the thermal cycle for more than one year and preferably more than five years. The metal sheet can also have a substantially inert outer surface that contacts the thermal energy storage material during operation. The outer surface of the metal sheet in contact with the thermal energy storage material comprises one or more materials that do not react significantly, do not corrode, or both when contacted with the thermal energy storage material, or It should basically consist of these materials. Without limitation, exemplary metal sheets that can be used include metal sheets having at least one layer of brass, copper, aluminum, nickel-iron alloy, bronze, titanium, stainless steel, and the like. The sheet may be precious metal as a whole or include a metal having an oxide layer (eg, a natural oxide layer or an oxide layer that can be formed on a surface). One exemplary metal sheet is an aluminum foil consisting of an aluminum layer or an alloy containing aluminum (eg, an aluminum alloy containing more than 50 wt% aluminum, preferably more than 90 wt% aluminum). Another exemplary metal sheet is stainless steel. Suitable stainless steels include austenitic stainless steel, ferritic stainless steel, or martensitic stainless steel. Without limitation, the stainless steel can include chromium at a concentration of greater than about 10 wt%, preferably greater than about 13 wt%, more preferably greater than about 15 wt%, and most preferably greater than about 17 wt%. . The stainless steel contains carbon at a concentration of less than about 0.30 wt%, preferably less than about 0.15 wt%, more preferably less than about 0.12 wt%, and most preferably less than about 0.10 wt%. Can do. For example, stainless steel 304 (SAE designation) containing 19 wt% chromium and about 0.08 wt% carbon. Suitable stainless steel also includes molybdenum including stainless steel such as 316 (SAE designation). The metal sheet can have a known coating that can reduce or eliminate the corrosion of the metal sheet.

金属シートは、シートを形成するとき、カプセルに熱エネルギー貯蔵材料を充填するとき、カプセルの使用時、またはこれらの組合せのときに孔または亀裂が形成されないように、十分な厚さを有する。輸送等の適用の場合には、金属シートは、好ましくは、熱貯蔵装置の重量が金属シートによって著しく大きくならないように、比較的薄くなっている。金属シートの適切な厚さは、約10μm超、好ましくは約20μm超、より好ましくは約50μm超とすることができる。金属箔は、約3mm未満、好ましくは1mm未満、より好ましくは0.5mm未満(例えば、約0.25mm未満)の厚さを有することができる。   The metal sheet has a sufficient thickness such that no pores or cracks are formed when forming the sheet, when the capsule is filled with a thermal energy storage material, when the capsule is used, or a combination thereof. For applications such as transportation, the metal sheet is preferably relatively thin so that the weight of the heat storage device is not significantly increased by the metal sheet. A suitable thickness of the metal sheet can be greater than about 10 μm, preferably greater than about 20 μm, more preferably greater than about 50 μm. The metal foil can have a thickness of less than about 3 mm, preferably less than 1 mm, more preferably less than 0.5 mm (eg, less than about 0.25 mm).

図8は、複数の物品10”および10”を有する例示的な熱貯蔵装置80の横断面を示し、複数の物品10”および10”は、それぞれ複数の密閉空間14に封入された熱エネルギー貯蔵材料26を有する。物品は、全体として円筒形であり得る絶縁容器82に配置される。装置は、第1の隣接する物品10’”(a)および第2の隣接する物品10’”(b)を有する物品10”を含む。物品10”およびその第1の隣接する物品10”(a)を、それぞれの平らなカバーシートの上面(すなわち、外面)が全体として接触した状態で配置することができる。物品10”および第2の隣接する物品10’”(b)は、全体として嵌合する面を有することができ(例えば、各ベースシートの外面を全体として嵌合する面とすることができ)、これらの物品が部分的に入れ子になるように配置することができる。スペーサ(図示せず)を使用して、物品10”とその第2の隣接する物品10’”(b)との間の距離を維持し、熱伝達流体が2つの物品10”および10”(b)間で全体として半径方向に半径方向流路83を通って流れることができるようにする。物品10”と第2の隣接する物品10’”(b)との間の空間は、熱伝達流体区画の一部である。図8に示すように、各物品は、熱伝達流体区画に接触する面(例えば、ベースシートの面)を有することができ、熱伝達流体が各物品および好ましくは各密閉空間に直接接触することができるようになっている。図8に示すように、各半径方向流路83は、同一の長さ、同一の横断面を有することができ、または一致していてもよい。各物品は、その中心近くに開口を有する。開口は、熱伝達流体区画の一部でもある。物品10”および10’”は、開口が中心軸方向流路84を形成するように配置される。物品10”および10’”の外周と容器85の内面との間の空間は、熱伝達流体区画の一部でもあり、外側軸方向流路86を形成する。熱貯蔵装置は、中心軸方向流路84と流体接続する第1のオリフィス87を有する。熱貯蔵装置は、第1のオリフィス87を外側軸方向流路86から分離する第1のシールまたは板88を有することができる。図8に示すように、容器82は第2のオリフィス89を有し、この第2のオリフィス89は、第1のオリフィス87と容器の同一の側にあっても、容器の異なる側にあってもよい。熱貯蔵装置は、第2のオリフィス89を中心軸方向流路から分離する第2のシール90を有することができる。第1のシール、第2のシール、またはこれらの両方により、流体が半径方向流路83を通って流れることなく、2つの軸方向流路84および86の間を流れるのを防ぐ。図8を参照すると、第1のオリフィス87と第2のオリフィス89との間を流れる流体は、中心軸方向流路84の一部を通って、かつ外側軸方向流路86の一部を通って流れなければならない。また、熱伝達流体は、2つの軸方向流路84、86の間で半径方向流路83の1つを通って流れなければならない。2つの軸方向流路の大きさは、好ましくは、どの半径方向流路を流体の一部が流れるかにかかわらず、流体の流体力学抵抗が全体として一定となるように選択される。このように、熱貯蔵装置を通る熱伝達流体流は、好ましくは、ティッシェルマンシステムである。容器82は、好ましくは絶縁される。例えば、容器は、内壁91および外壁92を有することができ、2つの壁93の間の空間を真空にすることができる。また、装置は、物品の重なりに圧縮力を加える、1または複数の圧縮ばね94等の1または複数のばねを有することができる。   FIG. 8 shows a cross-section of an exemplary heat storage device 80 having a plurality of articles 10 ″ and 10 ″, where the plurality of articles 10 ″ and 10 ″ are each encapsulated in a plurality of enclosed spaces 14. Material 26 is included. The article is placed in an insulating container 82 that may be generally cylindrical. The apparatus includes an article 10 ″ having a first adjacent article 10 ′ ″ (a) and a second adjacent article 10 ′ ″ (b). The article 10 ″ and its first adjacent article 10 ″ ( a) can be placed with the upper surface (ie, the outer surface) of each flat cover sheet as a whole in contact. Article 10 "and the second adjacent article 10 '" (b) as a whole They can have mating surfaces (eg, the outer surface of each base sheet can be the entire mating surface) and can be positioned so that these articles are partially nested. (Not shown) is used to maintain the distance between the article 10 "and its second adjacent article 10 '" (b), so that the heat transfer fluid is transferred to the two articles 10 "and 10" (b ) Radial flow path as a whole between The space between the article 10 "and the second adjacent article 10 '" (b) is part of the heat transfer fluid compartment. As shown in FIG. In addition, each article can have a surface that contacts the heat transfer fluid compartment (eg, the surface of the base sheet) so that the heat transfer fluid can directly contact each article and preferably each enclosed space. As shown in Figure 8, each radial channel 83 may have the same length, the same cross section, or may coincide, each article being open near its center. The openings are also part of the heat transfer fluid compartment. Articles 10 "and 10 '" are positioned such that the openings form a central axial flow path 84. Of articles 10 "and 10'" The space between the outer periphery and the inner surface of the container 85 is one of the heat transfer fluid compartments. And forms an outer axial flow path 86. The heat storage device has a first orifice 87 in fluid connection with the central axial flow channel 84. The heat storage device connects the first orifice 87 to the outer axial direction. There may be a first seal or plate 88 that separates from the flow path 86. As shown in Figure 8, the container 82 has a second orifice 89, which is the first orifice. The heat storage device may have a second seal 90 that separates the second orifice 89 from the central axial flow path. The first seal, the second seal, or both prevent fluid from flowing between the two axial channels 84 and 86 without flowing through the radial channel 83. Referring to 8, the first Fluid flowing between the orifice 87 and the second orifice 89 must flow through a portion of the central axial flow path 84 and through a portion of the outer axial flow path 86. Also, the heat transfer fluid must flow through one of the radial channels 83 between the two axial channels 84, 86. The sizes of the two axial flow paths are preferably selected such that the overall hydrodynamic resistance of the fluid is constant regardless of which radial flow path the portion of the fluid flows through. Thus, the heat transfer fluid flow through the heat storage device is preferably a Tisshelman system. The container 82 is preferably insulated. For example, the container can have an inner wall 91 and an outer wall 92 and the space between the two walls 93 can be evacuated. The device can also have one or more springs, such as one or more compression springs 94, that apply a compressive force to the overlap of the articles.

図9は、容器の一側に2つのオリフィス87’および89’を有する熱貯蔵装置80’を示す。このような装置は、第1のオリフィス87’に接続されて、第1のオリフィスと、第1のオリフィスから最も遠い中心軸方向流路84’の領域96との間に流体を流すためのチューブ95を使用することができる。図9を参照すると、第1のシール88’および第2のシール90’を使用して、流体が半径方向流路83を最初に通って流れることなく、第1のオリフィス87’から第2のオリフィス89’へ流れるのを防ぐことができる。再び、2つの軸方向流路86および84’の大きさを選択することにより。図9の熱貯蔵装置80’は、ティッシェルマンシステムとして特徴付けられる。   FIG. 9 shows a heat storage device 80 'having two orifices 87' and 89 'on one side of the container. Such a device is connected to a first orifice 87 'and is a tube for flowing fluid between the first orifice and a region 96 of the central axial flow path 84' furthest from the first orifice. 95 can be used. Referring to FIG. 9, the first seal 88 ′ and the second seal 90 ′ are used to move the second orifice 87 ′ from the first orifice 87 ′ without first flowing through the radial flow path 83. The flow to the orifice 89 'can be prevented. Again, by selecting the size of the two axial channels 86 and 84 '. The heat storage device 80 'of FIG. 9 is characterized as a Tisshelman system.

(熱貯蔵システム)
熱貯蔵装置に熱を伝達するために、熱貯蔵装置から熱を伝達するために、またはこれらの両方のために、熱貯蔵装置を、1または複数の熱伝達流体を使用する熱貯蔵システムで使用することができる。
(Heat storage system)
Use heat storage devices in heat storage systems that use one or more heat transfer fluids to transfer heat to the heat storage device, to transfer heat from the heat storage device, or both can do.

(熱伝達流体/作動流体)
熱エネルギー貯蔵材料に熱を伝達しかつ/または熱エネルギー貯蔵材料から熱を伝達するのに使用される熱伝達流体は、流体が熱貯蔵装置およびその他の部品(例えば、熱供給部品、1または複数の接続チューブまたはライン、熱除去部品、またはこれらの組合せ)を通って(例えば、凝固することなく)流れ、これを通って冷却時に循環するように、いかなる液体または気体としてもよい。熱伝達流体は、熱貯蔵装置で使用される温度で熱を伝達することのできる公知の熱伝達流体または冷却液とすることができる。熱伝達流体は、液体または気体とすることができる。好ましくは、熱伝達流体は、使用中に晒すことのできる最低動作温度で流れ得る(例えば、最低予想周囲温度)。例えば、熱伝達流体は、約1の周囲圧力と約25℃、好ましくは約0℃、より好ましくは−20℃、最も好ましくは約−40℃の温度の液体または気体とすることができる。限定されることなく、1または複数の電気化学セルを加熱かつ/または冷却する好ましい熱伝達流体は、約40℃の液体である。
(Heat transfer fluid / Working fluid)
A heat transfer fluid used to transfer heat to and / or transfer heat from a thermal energy storage material is a fluid storage device and other components (eg, heat supply components, one or more). Any liquid or gas that flows (eg, without solidification) through and circulates upon cooling through a connecting tube or line, heat removal component, or combination thereof. The heat transfer fluid can be a known heat transfer fluid or coolant capable of transferring heat at the temperature used in the heat storage device. The heat transfer fluid can be a liquid or a gas. Preferably, the heat transfer fluid can flow at the lowest operating temperature that can be exposed during use (eg, the lowest expected ambient temperature). For example, the heat transfer fluid may be a liquid or gas at an ambient pressure of about 1 and a temperature of about 25 ° C, preferably about 0 ° C, more preferably -20 ° C, and most preferably about -40 ° C. Without limitation, a preferred heat transfer fluid for heating and / or cooling one or more electrochemical cells is a liquid at about 40 ° C.

熱伝達流体は、大量の熱エネルギーを、通常、顕熱として伝達可能であるべきである。適切な熱伝達流体は、少なくとも約1J/g・K、好ましくは少なくとも約2J/g・K、さらに好ましくは少なくとも約2.5J/g・K、最も好ましくは、少なくとも約3J/g・Kの比熱(例えば約25℃で測定される)を有することができる。好ましくは、熱伝達流体は液体である。例えば、公知のいかなるエンジン冷却液を熱伝達流体として使用してもよい。システムは、好ましくは、熱貯蔵装置の熱エネルギー貯蔵材料に熱を伝達するため、かつ熱貯蔵装置の熱エネルギー貯蔵材料から熱を除去するための単一の熱伝達流体を使用する。あるいは、システムは、熱エネルギー貯蔵材料に熱を伝達するための第1の熱伝達流体と、熱エネルギー貯蔵材料から熱を除去するための第2の熱伝達流体とを使用することができる。第1の熱伝達流体および第2の熱伝達流体を含むシステムでは、第1の熱伝達流体は、第1の熱伝達流体区画を通って流れ、第2の熱伝達流体は、第2の熱伝達流体区画を通って流れ、熱伝達流体区画は、全体として、熱エネルギー貯蔵材料等の比較的低い熱伝導率の材料により分離される。例えば、第1の熱伝達流体区画の表面積の少なくとも20%、少なくとも50%、または少なくとも約80%は、熱エネルギー貯蔵材料を含む物品に接触するか、その物品の面となることができる。これは、2つの熱伝達流体が比較的良好に熱伝達する熱交換器と対照をなす。   The heat transfer fluid should be able to transfer large amounts of heat energy, usually as sensible heat. Suitable heat transfer fluids are at least about 1 J / g · K, preferably at least about 2 J / g · K, more preferably at least about 2.5 J / g · K, and most preferably at least about 3 J / g · K. It can have a specific heat (eg, measured at about 25 ° C.). Preferably, the heat transfer fluid is a liquid. For example, any known engine coolant may be used as the heat transfer fluid. The system preferably uses a single heat transfer fluid for transferring heat to the heat energy storage material of the heat storage device and for removing heat from the heat energy storage material of the heat storage device. Alternatively, the system can use a first heat transfer fluid for transferring heat to the thermal energy storage material and a second heat transfer fluid for removing heat from the thermal energy storage material. In a system that includes a first heat transfer fluid and a second heat transfer fluid, the first heat transfer fluid flows through the first heat transfer fluid compartment and the second heat transfer fluid is the second heat transfer fluid. Flowing through the transfer fluid compartment, the heat transfer fluid compartment as a whole is separated by a relatively low thermal conductivity material, such as a thermal energy storage material. For example, at least 20%, at least 50%, or at least about 80% of the surface area of the first heat transfer fluid compartment can contact or become a surface of the article that includes the thermal energy storage material. This is in contrast to a heat exchanger where the two heat transfer fluids transfer heat relatively well.

限定されることなく、単独で、または混合物として使用可能な熱伝達流体は、当業者に公知の熱伝達流体を含むことができ、好ましくは、水、1または複数のアルキレングリコール、1または複数のポリアルキレングリコール、1または複数の油、1または複数の冷媒、1または複数のアルコール、1または複数のベタイン、またはこれらの組合せを含む流体を含むことができる。熱伝達流体は、(例えば、前述した流体に加えて、または前述した流体の代わりに)後述するような作動流体を含むか、または作動流体から基本的に構成され得る。使用可能な適切な油は、天然油、合成油、またはこれらの組合せを含むことができる。例えば、熱伝達流体は、ほぼ(例えば、少なくとも80重量%、少なくとも90重量%、または少なくとも95重量%)の鉱油、ひまし油、シリコーン油、フルオロカーボン油、またはこれらの組合せを含むか、またはほぼこれらから構成され得る。   Without limitation, heat transfer fluids that can be used alone or as a mixture can include heat transfer fluids known to those skilled in the art, preferably water, one or more alkylene glycols, one or more A fluid comprising polyalkylene glycol, one or more oils, one or more refrigerants, one or more alcohols, one or more betaines, or combinations thereof can be included. The heat transfer fluid may include or consist essentially of a working fluid as described below (eg, in addition to or instead of the fluid described above). Suitable oils that can be used can include natural oils, synthetic oils, or combinations thereof. For example, the heat transfer fluid comprises or approximately comprises (eg, at least 80%, at least 90%, or at least 95%) mineral oil, castor oil, silicone oil, fluorocarbon oil, or a combination thereof. Can be configured.

特に好ましい熱伝達流体は、1または複数のアルキレングリコールを含むか、または基本的にこれらから構成される。限定されることなく、好ましくは、アルキレングリコールは、約1〜約8のアルキレンオキシ基を含む。例えば、アルキレングリコールは、約1〜約6の炭素原子を含むアルキレンオキシ基を含むことができる。アルキレングリコール分子中のアルキレンオキシ基は、同一でも異なっていてもよい。任意選択として、アルキレングリコールは、異なるアルキレンオキシ基または異なる比率のアルキレンオキシ基をそれぞれ含む異なるアルキレングリコールの混合物を含むことができる。好ましいアルキレンオキシ基は、エチレン酸化物、プロピレン酸化物、およびブチレン酸化物を含む。任意選択として、アルキレングリコールを他のもので代用してもよい。例えば、アルキレングリコールを、約1〜約6の炭素原子を含む1つまたは2つのアルキル基等の、1つまたは2つのアルキル基で代用してもよい。このように、アルキレングリコールは、1または複数のアルキレングリコールモノアルキルエーテル、1または複数のアルキレングリコールジアルキルエーテル、またはこれらの組合せを含むか、または基本的にこれらから構成され得る。アルキレングリコールは、ポリアルキレングリコールを含むこともできる。特に好ましいアルキレングリコールは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、およびブチレングリコールを含む。前記グリコールのいずれかを単独または混合物として使用することができる。例えば、グリコールを、水との混合物として使用することができる。特に好ましい熱伝達流体は、グリコールと水との混合物からほぼ(例えば、熱伝達流体の総重量に基づき少なくとも80重量%、少なくとも90重量%、または少なくとも96重量%)あるいは完全に構成される混合物を含む。混合物中の水の濃度は、熱伝達流体の総重量に基づき、好ましくは約5重量%超、より好ましくは約10重量%超、さらに好ましくは約15重量%超、最も好ましくは約20%超である。混合物中の水の濃度は、好ましくは約95重量%未満、より好ましくは約90重量%未満、さらに好ましくは約85重量%未満、最も好ましくは約80重量%未満である。混合物中のグリコールの濃度は、熱伝達流体の総重量に基づき、好ましくは約5重量%超、より好ましくは約10重量%超、さらに好ましくは約15重量%超、最も好ましくは約20%超である。混合物中のグリコールの濃度は、好ましくは約95重量%未満、より好ましくは約90重量%未満、さらに好ましくは約85重量%未満、最も好ましくは約80重量%未満である。   Particularly preferred heat transfer fluids comprise or consist essentially of one or more alkylene glycols. Preferably, without limitation, the alkylene glycol contains about 1 to about 8 alkyleneoxy groups. For example, the alkylene glycol can include an alkyleneoxy group containing from about 1 to about 6 carbon atoms. The alkyleneoxy groups in the alkylene glycol molecule may be the same or different. Optionally, the alkylene glycol can comprise a mixture of different alkylene glycols each containing different alkyleneoxy groups or different proportions of alkyleneoxy groups. Preferred alkyleneoxy groups include ethylene oxide, propylene oxide, and butylene oxide. Optionally, other alkylene glycols may be substituted. For example, the alkylene glycol may be substituted with one or two alkyl groups, such as one or two alkyl groups containing from about 1 to about 6 carbon atoms. Thus, the alkylene glycol can comprise or consist essentially of one or more alkylene glycol monoalkyl ethers, one or more alkylene glycol dialkyl ethers, or combinations thereof. The alkylene glycol can also include a polyalkylene glycol. Particularly preferred alkylene glycols include ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, and butylene glycol. Any of the glycols can be used alone or as a mixture. For example, glycol can be used as a mixture with water. Particularly preferred heat transfer fluids are mixtures of glycols and water that are substantially (eg, at least 80 wt%, at least 90 wt%, or at least 96 wt% based on the total weight of the heat transfer fluid) or fully composed. Including. The concentration of water in the mixture is preferably greater than about 5%, more preferably greater than about 10%, even more preferably greater than about 15%, and most preferably greater than about 20%, based on the total weight of the heat transfer fluid. It is. The concentration of water in the mixture is preferably less than about 95 wt%, more preferably less than about 90 wt%, even more preferably less than about 85 wt%, and most preferably less than about 80 wt%. The concentration of glycol in the mixture is preferably greater than about 5%, more preferably greater than about 10%, even more preferably greater than about 15%, and most preferably greater than about 20%, based on the total weight of the heat transfer fluid. It is. The concentration of glycol in the mixture is preferably less than about 95 wt%, more preferably less than about 90 wt%, even more preferably less than about 85 wt%, and most preferably less than about 80 wt%.

任意選択として、熱伝達流体は、作動流体を含むか、または作動流体からほぼ完全に構成され得る。例えば、システムが含むことのできる作動流体は、熱貯蔵装置を通って流れて加熱され蒸発し、その後、1または複数の部品(加熱すべき部品等)まで流れて凝縮する。このように、熱貯蔵装置は、作動流体の蒸発器として機能することができ、加熱すべき部品は、作動流体の凝縮器として機能することができる。作動流体を使用する場合、凝縮器に供給される熱は、好ましくは、作動流体の蒸発熱を含む。システムは、作動流体を熱貯蔵装置に戻すための冷却ラインと、作動流体を熱貯蔵装置から除去するための加熱ラインとを含むことができる。冷却ラインと加熱ラインとは、好ましくは、作動流体を含むことができ、作動流体がループを通って流れるときに漏れがない。熱貯蔵装置(例えば、熱貯蔵装置の熱エネルギー貯蔵材料)が、作動流体のすべての部品の総蒸気圧が約1気圧を超えるのに十分な温度であって、弁を開けて作動流体を流すときに、熱が熱貯蔵装置から除去されるように、作動流体をa)毛管構造により圧送する、b)少なくとも部分的に蒸発させる、c)少なくとも部分的に凝縮器に移送する、かつd)少なくとも部分的に凝縮器で凝縮させることができる。このように、システムは、任意選択として、毛管圧送ループを含むことができる。   Optionally, the heat transfer fluid can include or be substantially entirely comprised of the working fluid. For example, the working fluid that the system can include flows through the heat storage device and is heated and evaporated, and then flows to one or more components (such as the component to be heated) and condenses. Thus, the heat storage device can function as a working fluid evaporator, and the component to be heated can function as a working fluid condenser. When using a working fluid, the heat supplied to the condenser preferably includes the heat of evaporation of the working fluid. The system can include a cooling line for returning the working fluid to the heat storage device and a heating line for removing the working fluid from the heat storage device. The cooling line and the heating line can preferably contain working fluid and there is no leakage when the working fluid flows through the loop. The heat storage device (eg, the thermal energy storage material of the heat storage device) is at a temperature sufficient for the total vapor pressure of all components of the working fluid to exceed about 1 atmosphere, and the valve is opened to flow the working fluid Sometimes the working fluid is a) pumped through the capillary structure, b) at least partially evaporated, c) at least partially transferred to the condenser, and d) so that heat is removed from the heat storage device. It can be at least partially condensed in a condenser. Thus, the system can optionally include a capillary pumping loop.

(作動流体)
作動流体は、熱エネルギー貯蔵材料が液相線温度またはそれ以上であるときに、熱貯蔵装置内で部分的にまたは完全に蒸発(液体状態から気体状態への転移)可能ないかなる流体であってもよい。適切な作動流体(例えば、毛管圧送ループ用)は、純物質および混合物を含み、混合物は、以下の特徴の1つまたはいずれかの組合せを有する。すなわち、最高熱エネルギー貯蔵システム温度での良好な化学安定性、低粘度(例えば、約100mPa・s未満)、毛管構造の良好な湿潤(例えば、良好な芯湿潤)、毛管圧送ループの材料(容器材料、熱エネルギー貯蔵材料を封入するために使用される材料、蒸気ラインおよび液体ラインの材料等)との化学的適合性(例えば、作動流体によりこれらの材料の腐食が減る)、蒸発器温度および凝縮器温度をもたらす温度依存蒸気圧、蒸発の高体積潜熱(例えば、1リットル当たりメガジュール単位で表される、溶融の潜熱と約25℃での作動流体の濃度との積を、約4MJ/リットル超とすることができる)、凝縮器の熱伝達流体の凝固点以下の凝固点(例えば、不凍液の凝固点以下の凝固点)、または約−40℃以下の凝固点である。例えば、作動流体の平衡状態は、−40℃の温度および1気圧の圧力で、少なくとも90%の液体とすることができる。
(Working fluid)
The working fluid is any fluid that can be partially or completely evaporated (transition from liquid state to gas state) in the heat storage device when the thermal energy storage material is at the liquidus temperature or above. Also good. Suitable working fluids (eg, for capillary pumping loops) include pure substances and mixtures, which mixtures have one or any combination of the following characteristics: Good chemical stability at the highest thermal energy storage system temperature, low viscosity (eg less than about 100 mPa · s), good wetting of the capillary structure (eg good core wetting), capillary pumping loop material (container Chemical compatibility with materials, materials used to encapsulate thermal energy storage materials, vapor line and liquid line materials, etc. (eg, the working fluid reduces corrosion of these materials), evaporator temperature and The temperature-dependent vapor pressure that results in the condenser temperature, the high volume latent heat of evaporation (eg, the product of the latent heat of fusion, expressed in megajoules per liter, and the concentration of the working fluid at about 25 ° C. is about 4 MJ / The freezing point below the freezing point of the heat transfer fluid of the condenser (eg, the freezing point below the freezing point of the antifreeze liquid), or the freezing point below about −40 ° C. For example, the working fluid equilibrium may be at least 90% liquid at a temperature of −40 ° C. and a pressure of 1 atmosphere.

限定されることなく、例示的な作動流体は、1または複数のアルコール、1または複数のケトン、1または複数の炭化水素、フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン(例えば、公知のハイドロフルオロ自動車用冷媒等の公知のハイドロフルオロカーボン冷媒)、水、アンモニア、またはこれらの組合せを含むか、または基本的にこれらから構成される。   Without limitation, exemplary working fluids include one or more alcohols, one or more ketones, one or more hydrocarbons, fluorocarbons, hydrofluorocarbons (eg, known hydrofluoric automotive refrigerants, etc.) Hydrofluorocarbon refrigerant), water, ammonia, or combinations thereof, or consist essentially of these.

作動流体の蒸気圧は、作動流体を圧送するのに十分な蒸気流を生成するように、蒸発器内で十分に高くすべきである。好ましくは、作動流体の蒸気圧は、ワットで測定された所望の熱出力を蒸発器から凝縮器へ伝えるのに十分な蒸気流を生成するように、蒸発器内で十分に高くすべきである。蒸発器内の作動流体の蒸気圧は、好ましくは、毛管圧送ループが漏れることなく破裂することのないように十分に低くする。   The vapor pressure of the working fluid should be high enough in the evaporator to produce a vapor stream sufficient to pump the working fluid. Preferably, the vapor pressure of the working fluid should be high enough in the evaporator to produce a vapor flow sufficient to transfer the desired heat output measured in watts from the evaporator to the condenser. . The vapor pressure of the working fluid in the evaporator is preferably low enough so that the capillary pumping loop does not leak and rupture.

毛管構造を作動流体で湿らせることは、毛管構造の材料に対する作動流体の接触角により特徴付けることができる。好ましくは、接触角は約80°未満、より好ましくは約70°未満、さらに好ましくは約60°未満、最も好ましくは約55°未満である。   Wetting the capillary structure with the working fluid can be characterized by the contact angle of the working fluid with the material of the capillary structure. Preferably, the contact angle is less than about 80 °, more preferably less than about 70 °, even more preferably less than about 60 °, and most preferably less than about 55 °.

作動流体は、好ましくは、適度な圧力と約90℃より低い温度で凝縮する。例えば、作動流体は、約90℃で約2MPa未満、好ましくは約0.8MPa未満、より好ましくは約0.3MPa未満、さらに好ましくは約0.2MPa未満、最も好ましくは約0.1MPa未満の圧力で凝縮し得る。   The working fluid preferably condenses at moderate pressures and temperatures below about 90 ° C. For example, the working fluid has a pressure at about 90 ° C. of less than about 2 MPa, preferably less than about 0.8 MPa, more preferably less than about 0.3 MPa, even more preferably less than about 0.2 MPa, and most preferably less than about 0.1 MPa. Can condense.

作動流体は、好ましくは、非常に低温で流れることができる。例えば、作動流体は、非常に低い周囲温度に晒されることができ、好ましくは、凝縮器から熱貯蔵装置へ約0℃、好ましくは約−10℃、より好ましくは約−25℃、さらに好ましくは約−40℃、最も好ましくは約−60℃の温度で流れることができる。作動流体は、好ましくは、完全に充電された熱貯蔵装置の温度のときに気体状態である。例えば、作動流体は、熱貯蔵装置の熱エネルギー貯蔵材料の相転移温度よりも低い1気圧での沸点を有することができ、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料の相転移温度よりも低い少なくとも20℃、より好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料の相転移温度よりも低い少なくとも40℃を有することができる。本発明の種々の態様では、作動流体が、1気圧での沸点(または作動流体のすべての成分の総蒸気圧が1気圧に等しい温度)を有することが望ましく、この温度は約30℃超、好ましくは約35℃超、より好ましくは約50℃超、さらに好ましくは約60℃超、最も好ましくは約70℃超(例えば、作動流体が周囲条件で液体であるように)である。本発明の種々の態様では、作動流体の1気圧での沸点が(または作動流体のすべての成分の総蒸気圧が1気圧に等しい温度が)約180℃未満、好ましくは約150℃未満、より好ましくは約120℃未満、最も好ましくは約95℃未満である。   The working fluid can preferably flow at a very low temperature. For example, the working fluid can be exposed to very low ambient temperatures, preferably about 0 ° C., preferably about −10 ° C., more preferably about −25 ° C., more preferably from the condenser to the heat storage device. It can flow at a temperature of about -40 ° C, most preferably about -60 ° C. The working fluid is preferably in the gaseous state at the temperature of the fully charged heat storage device. For example, the working fluid can have a boiling point at 1 atmosphere lower than the phase transition temperature of the thermal energy storage material of the thermal storage device, preferably at least 20 ° C. lower than the phase transition temperature of the thermal energy storage material, More preferably, it may have at least 40 ° C. lower than the phase transition temperature of the thermal energy storage material. In various aspects of the invention, it is desirable for the working fluid to have a boiling point at 1 atmosphere (or a temperature at which the total vapor pressure of all components of the working fluid is equal to 1 atmosphere), which is greater than about 30 ° C., Preferably above about 35 ° C, more preferably above about 50 ° C, even more preferably above about 60 ° C, and most preferably above about 70 ° C (eg, so that the working fluid is a liquid at ambient conditions). In various aspects of the invention, the boiling point of the working fluid at 1 atmosphere (or the temperature at which the total vapor pressure of all components of the working fluid is equal to 1 atmosphere) is less than about 180 ° C., preferably less than about 150 ° C., more Preferably less than about 120 ° C, most preferably less than about 95 ° C.

特に好ましい作動流体は、水およびアンモニアを含むか、またはこれらからほぼ構成される。例えば、作動流体中の水およびアンモニアの総濃度は、作動流体の総重量に基づき、少なくとも約80重量%、より好ましくは少なくとも約90重量%、最も好ましくは少なくとも約95重量%)水およびアンモニアである。アンモニア濃度は、作動流体の沸点を水の沸点(例えば、水の沸点よりも少なくとも約10℃低く)維持するのに十分であり得る。アンモニアの濃度は、作動流体の総重量に基づき、約2重量%超、好ましくは約10重量%超、より好ましくは約15重量%超、最も好ましくは約18重量%超とすることができる。アンモニア濃度は、約80重量%未満、好ましくは約60重量%未満、より好ましくは約40重量%未満、最も好ましくは約30重量%未満とすることができる。作動流体中の水の濃度は、作動流体の総重量に基づき、約20重量%超、好ましくは約40重量%超、より好ましくは約60重量%超、最も好ましくは約70重量%超とすることができる。作動流体中の水の濃度は、作動流体の総重量に基づき、約98重量%未満、好ましくは約95重量%未満、より好ましくは約90重量%未満、さらに好ましくは約85重量%未満、最も好ましくは約82重量%未満とすることができる。例えば、約21重量%のアンモニアと約79重量%の水との溶液は、約−40℃の液相線点と1気圧で約100℃未満の沸点範囲の上限とを有する。この溶液は、室温で非加圧容器内に貯蔵する(例えば、液体として)ことができる。   Particularly preferred working fluids contain or consist essentially of water and ammonia. For example, the total concentration of water and ammonia in the working fluid is at least about 80 wt%, more preferably at least about 90 wt%, most preferably at least about 95 wt%) based on the total weight of the working fluid) is there. The ammonia concentration can be sufficient to maintain the boiling point of the working fluid at the boiling point of water (eg, at least about 10 ° C. below the boiling point of water). The concentration of ammonia can be greater than about 2 wt%, preferably greater than about 10 wt%, more preferably greater than about 15 wt%, and most preferably greater than about 18 wt%, based on the total weight of the working fluid. The ammonia concentration can be less than about 80 wt%, preferably less than about 60 wt%, more preferably less than about 40 wt%, and most preferably less than about 30 wt%. The concentration of water in the working fluid is greater than about 20 wt%, preferably greater than about 40 wt%, more preferably greater than about 60 wt%, and most preferably greater than about 70 wt%, based on the total weight of the working fluid. be able to. The concentration of water in the working fluid is less than about 98 wt%, preferably less than about 95 wt%, more preferably less than about 90 wt%, even more preferably less than about 85 wt%, based on the total weight of the working fluid, Preferably it can be less than about 82% by weight. For example, a solution of about 21 wt% ammonia and about 79 wt% water has a liquidus point of about −40 ° C. and an upper boiling point range of less than about 100 ° C. at 1 atmosphere. This solution can be stored (eg, as a liquid) in an unpressurized container at room temperature.

好ましくは、作動流体は、約0℃〜約250℃の1つの温度で1気圧に等しいすべての成分の総蒸気圧を有する。   Preferably, the working fluid has a total vapor pressure of all components equal to 1 atmosphere at one temperature from about 0 ° C to about 250 ° C.

作動流体は、熱貯蔵装置から熱エネルギーを効率的に伝達させて、熱貯蔵装置からある量の熱を除去するのに必要な作動流体の量を比較的少なくすることができる(例えば、熱を除去するために作動流体ではない熱伝達流体を使用する装置と比べて)。好ましくは、作動流体により伝達される熱の大部分が、蒸発熱の形で伝達される。作動流体の体積、作動流体の流量、またはこれらの両方を、作動流体ではない熱伝達流体を使用し、同一の初期出力を有するシステムと比べて、熱エネルギー貯蔵において比較的少なくすることができる。作動流体(すなわち、熱貯蔵装置へ流入する液体状態の作動流体)の熱貯蔵装置の容器1リットル当たりの流量は、約5リットル/分未満、好ましくは約2リットル/分未満、より好ましくは約1リットル/分未満、さらに好ましくは約0.5リットル/分未満、最も好ましくは約0.1リットル/分未満とすることができる。システム内の作動流体の体積と、熱貯蔵装置の容器の総容積、または熱貯蔵装置内の熱エネルギー貯蔵材料の体積との比は、作動流体の重量により過度に影響を受けることがないように、十分に低くすべきである。システム内(例えば、毛管圧送ループ内)の作動流体の体積と、熱貯蔵装置の容器(すなわち、容器内の体積)の総容積との比(またはシステム内の作動流体の体積と、熱貯蔵装置内の熱エネルギー貯蔵材料の体積との比)は、約20未満、好ましくは約10未満、より好ましくは約4未満、さらに好ましくは約2未満、最も好ましくは約1未満とすることができる。   The working fluid can efficiently transfer heat energy from the heat storage device to reduce the amount of working fluid required to remove a certain amount of heat from the heat storage device (e.g., heat transfer). Compared to devices that use a heat transfer fluid that is not a working fluid to remove). Preferably, most of the heat transferred by the working fluid is transferred in the form of evaporation heat. The volume of working fluid, the flow rate of working fluid, or both can be relatively low in thermal energy storage compared to systems using heat transfer fluids that are not working fluids and having the same initial output. The flow rate of working fluid (ie, liquid working fluid flowing into the heat storage device) per liter of container of the heat storage device is less than about 5 liters / minute, preferably less than about 2 liters / minute, more preferably about It can be less than 1 liter / minute, more preferably less than about 0.5 liter / minute, and most preferably less than about 0.1 liter / minute. The ratio of the volume of working fluid in the system to the total volume of the heat storage vessel or the volume of thermal energy storage material in the heat storage device should not be unduly affected by the weight of the working fluid Should be low enough. The ratio of the volume of working fluid in the system (eg, in the capillary pumping loop) to the total volume of the container (ie, volume in the container) of the heat storage device (or the volume of working fluid in the system and the heat storage device The ratio to the volume of the thermal energy storage material within) can be less than about 20, preferably less than about 10, more preferably less than about 4, even more preferably less than about 2, and most preferably less than about 1.

前述したように、作動流体は、蒸発熱の形の熱エネルギーの一部を伝達することができる。作動流体は、好ましくは、伝達できる熱の量が多くなるように、高い蒸発熱を有する。熱貯蔵装置のための適切な作動流体は、約200kJ/モル超、好ましくは約500kJ/モル超、より好ましくは約750kJ/モル超、さらに好ましくは約1000kJ/モル超、最も好ましくは約1200kJ/モル超の蒸発熱を有することができる。   As described above, the working fluid can transfer a portion of the thermal energy in the form of heat of evaporation. The working fluid preferably has a high heat of vaporization so that more heat can be transferred. Suitable working fluids for heat storage devices are greater than about 200 kJ / mol, preferably greater than about 500 kJ / mol, more preferably greater than about 750 kJ / mol, more preferably greater than about 1000 kJ / mol, and most preferably about 1200 kJ / mol. It can have a heat of vaporization greater than a mole.

作動流体の温度が0℃未満となり得る適用では、作動流体が、好ましくは水ではない(例えば、作動流体が凍結せず、破裂を生じず、またはこれらの両方となるようにする)。   For applications where the temperature of the working fluid can be less than 0 ° C., the working fluid is preferably not water (eg, so that the working fluid does not freeze, rupture, or both).

作動流体に接触する材料は、作動流体による腐食に耐性があり得ることを理解されたい。例えば、作動流体に接触し得る熱貯蔵装置または熱貯蔵システムの面のいずれか1つまたはすべて(例えば、作動流体蒸気ラインの内側、作動流体液体ラインの内側、熱貯蔵装置の熱伝達流体区画の面、1または複数の弁の内面、凝縮器の作動流体区画の面、作動流体リザーバの内面等)を、ステンレス鋼から形成することができる。   It should be understood that the material in contact with the working fluid can be resistant to corrosion by the working fluid. For example, any one or all of the surfaces of the heat storage device or heat storage system that can contact the working fluid (e.g., inside the working fluid vapor line, inside the working fluid liquid line, in the heat transfer fluid compartment of the heat storage device Surfaces, one or more valve inner surfaces, condenser working fluid compartment surfaces, working fluid reservoir inner surfaces, etc.) can be formed from stainless steel.

本明細書に記載された熱エネルギー貯蔵システムで使用される作動流体または熱伝達流体は、添加剤パッケージを含んでもよいことを理解されたい。このような添加剤パッケージは、当業者に公知であり、本発明の装置を使用可能なシステムに装着するように構成される。例えば、添加剤パッケージは、安定剤、腐食阻害剤、潤滑油、極圧添加剤、またはこれらの組合せを含むことができる。
任意選択のヒータ
It should be understood that the working fluid or heat transfer fluid used in the thermal energy storage system described herein may include an additive package. Such additive packages are known to those skilled in the art and are configured to be mounted on a system where the apparatus of the present invention can be used. For example, the additive package can include stabilizers, corrosion inhibitors, lubricants, extreme pressure additives, or combinations thereof.
Optional heater

熱貯蔵システムは、任意選択として、1または複数のヒータを含む。ヒータは、熱貯蔵装置内の熱エネルギー貯蔵材料の温度を、転移温度よりも高い温度まで上昇させることのできる、いかなるヒータであってもよい。ヒータは、エネルギー(例えば、電気エネルギー、機械エネルギー、化学エネルギー、またはこれらの組合せ)を熱(すなわち、熱エネルギー)に変換することのできるいかなるヒータであってもよい。1または複数のヒータは、1または複数の電気ヒータとすることができる。1または複数のヒータを使用して、熱貯蔵装置の熱エネルギー貯蔵量の一部または全部を加熱することができる。好ましくは、システムが、熱貯蔵装置と熱伝達する1または複数のヒータを備える。例えば、システムは、熱貯蔵装置の絶縁体内に1または複数のヒータを含むことができる。電気ヒータは、1または複数の電気化学セル、外部電源、またはこれらの両方からの電気を使用することができる。例えば、車両が、固定物に接続されたコンセントに差し込まれるときは、外部電源からの電気を使用して、熱貯蔵装置を、熱貯蔵装置内の熱エネルギー貯蔵材料の液相線温度よりも高い温度で維持することができる。車両が、固定物に接続されたコンセントに差し込まれないときは、電気化学セルから発生する電気を使用して、熱貯蔵装置を、熱貯蔵装置内の熱エネルギー貯蔵材料の液相線温度よりも高い温度で維持することができる。   The heat storage system optionally includes one or more heaters. The heater can be any heater that can raise the temperature of the thermal energy storage material in the heat storage device to a temperature above the transition temperature. The heater may be any heater that can convert energy (eg, electrical energy, mechanical energy, chemical energy, or combinations thereof) into heat (ie, thermal energy). The one or more heaters can be one or more electric heaters. One or more heaters can be used to heat some or all of the thermal energy storage of the heat storage device. Preferably, the system comprises one or more heaters in heat transfer with the heat storage device. For example, the system can include one or more heaters in the insulation of the heat storage device. Electric heaters can use electricity from one or more electrochemical cells, an external power source, or both. For example, when a vehicle is plugged into an outlet connected to a fixed object, electricity from an external power source is used to make the heat storage device higher than the liquidus temperature of the thermal energy storage material in the heat storage device Can be maintained at temperature. When the vehicle is not plugged into an outlet connected to a stationary object, the electricity generated from the electrochemical cell is used to place the heat storage device above the liquidus temperature of the thermal energy storage material in the heat storage device. Can be maintained at high temperatures.

熱貯蔵装置を、1または複数の部品を加熱するためのプロセスで使用することができる。プロセスは、熱伝達流体を熱伝達装置を通して流すステップを含む。熱伝達流体を熱伝達装置を通して流すステップは、初期温度の熱伝達流体を装置の入口を通して流すステップと、熱伝達流体を軸方向流路を通して流すことにより、熱伝達流体を複数の半径方向流路に分割できるようにするステップと、熱伝達流体を半径方向流路を通して流すことにより、熱伝達流体の初期温度よりも高い温度を有する熱エネルギー貯蔵材料から熱を除去できるようにするステップと、熱伝達流体を異なる軸方向流路を通して流すことにより、複数の半径方向流路を再結合できるようにするステップと、出口温度を有する熱伝達流体を、装置の出口を通して流すステップとを含む方法である。好ましくは、熱伝達流体の出口温度が、熱伝達流体の初期温度よりも高い。1または複数の部品を加熱するためのプロセスは、半径方向流路および2つの軸方向流路の選択肢の1つを含む熱貯蔵装置を通る流路を使用することができ、この流路は、異なる半径方向流路について全体として一定の総流動長を有する。   A heat storage device can be used in a process for heating one or more parts. The process includes flowing a heat transfer fluid through the heat transfer device. The steps of flowing the heat transfer fluid through the heat transfer device include flowing an initial temperature heat transfer fluid through the inlet of the device and flowing the heat transfer fluid through the axial flow channel, thereby causing the heat transfer fluid to flow through a plurality of radial flow channels. Allowing heat to be removed from the thermal energy storage material having a temperature higher than the initial temperature of the heat transfer fluid by flowing the heat transfer fluid through the radial flow path; A method comprising allowing a plurality of radial flow paths to be recombined by flowing a transfer fluid through different axial flow paths and flowing a heat transfer fluid having an outlet temperature through the outlet of the device. . Preferably, the outlet temperature of the heat transfer fluid is higher than the initial temperature of the heat transfer fluid. A process for heating one or more components may use a flow path through a heat storage device that includes one of a radial flow path and one of two axial flow path options, Overall, it has a constant total flow length for different radial channels.

熱貯蔵装置および/または熱貯蔵システムは、比較的高い出力(例えば、初期の30秒または60秒の加熱時に測定された)を有するものとして特徴付けられ、内燃機関等の部品を急速に加熱できるようになっている。熱貯蔵装置および/または熱貯蔵システムは、約5ワット超、好ましくは約10ワット超、より好ましくは約15ワット超、および最も好ましくは約20ワット超の平均出力により特徴付けられ得る。   A heat storage device and / or heat storage system is characterized as having a relatively high output (eg, measured during initial 30 or 60 second heating) and can rapidly heat components such as internal combustion engines It is like that. The heat storage device and / or heat storage system may be characterized by an average power of greater than about 5 watts, preferably greater than about 10 watts, more preferably greater than about 15 watts, and most preferably greater than about 20 watts.

熱貯蔵装置および/または熱貯蔵システムは、比較的小さい区画に大量の熱エネルギーを保持することができるように、比較的高い出力密度を有するものとして特徴付けられ得る。例えば、熱貯蔵装置および/または熱貯蔵システムは、約4kW/L超、好ましくは約8kW/L超、より好ましくは約10kW/L超、および最も好ましくは約12kW/L超の出力密度を有するものとして特徴付けられ得る。   A heat storage device and / or heat storage system can be characterized as having a relatively high power density so that a large amount of thermal energy can be held in a relatively small compartment. For example, the heat storage device and / or heat storage system has a power density greater than about 4 kW / L, preferably greater than about 8 kW / L, more preferably greater than about 10 kW / L, and most preferably greater than about 12 kW / L. Can be characterized as

熱貯蔵装置および/または熱貯蔵システムは、熱伝達流体の比較的低い圧力降下(約10L/分の熱伝達流体流量で測定された)を有するものとして特徴付けられ得る。例えば、熱貯蔵装置および/または熱貯蔵システムは、約2.0kPa未満、好ましくは約1.5kPa未満、より好ましくは約1.2kPa未満、および最も好ましくは約1.0kPa未満の熱伝達流体圧力降下を有するものとして特徴付けられ得る。   The heat storage device and / or heat storage system may be characterized as having a relatively low pressure drop of the heat transfer fluid (measured at a heat transfer fluid flow rate of about 10 L / min). For example, the heat storage device and / or heat storage system may have a heat transfer fluid pressure of less than about 2.0 kPa, preferably less than about 1.5 kPa, more preferably less than about 1.2 kPa, and most preferably less than about 1.0 kPa. Can be characterized as having a descent.

例として、熱エネルギー貯蔵システムを、運搬用車両(例えば、自動車)で使用して、エンジンの排気ガスからエネルギーを貯蔵することができる。エンジンが排気ガスを生成すると、バイパス弁により、熱貯蔵装置が充電されるように熱貯蔵装置を通してガス流を方向付けするか、熱貯蔵装置の過熱を防ぐようにバイパスラインを通してガス流を方向付けすることができる。例えば車両の駐車時にエンジンが停止すると、熱貯蔵装置に貯蔵された熱のかなりの部分を長時間保持することができる(例えば、熱貯蔵装置を囲む真空絶縁体による)。好ましくは、約−40℃の周囲温度で16時間駐車した後、熱貯蔵装置の熱エネルギー貯蔵材料の少なくとも50%が、液体状態のまま残る。エンジンがほぼ冷却するのに(例えば、エンジンと周囲との温度差が約20℃未満になるように)十分な長時間、車両を駐車すると(例えば、少なくとも2〜3時間)、作動流体用の凝縮器を備える熱交換器を通して熱伝達流体(エンジン冷却液等)を流すことにより、熱貯蔵装置に貯蔵された熱を、コールドエンジンその他の熱容器に、間接的に排出することができる。作動流体が蒸発する熱貯蔵装置内の毛管構造を使用して、作動流体を毛管圧送ループに循環させる。作動流体からの熱が、熱交換器内のエンジン冷却液に伝達される。熱貯蔵装置を使用することにより、無駄になっていたはずの熱を先行トリップ中に取り込んで、コールドスタートを緩和し、かつ/または即時のコックピット加熱を提供する。   As an example, a thermal energy storage system can be used in a transport vehicle (eg, an automobile) to store energy from engine exhaust. When the engine produces exhaust gas, a bypass valve directs the gas flow through the heat storage device so that the heat storage device is charged or directs the gas flow through the bypass line to prevent overheating of the heat storage device. can do. For example, if the engine is stopped when the vehicle is parked, a significant portion of the heat stored in the heat storage device can be retained for a long time (eg, by a vacuum insulator surrounding the heat storage device). Preferably, after parking for 16 hours at an ambient temperature of about −40 ° C., at least 50% of the thermal energy storage material of the thermal storage device remains in a liquid state. When the vehicle is parked for a long enough time (eg, at least 2-3 hours) that the engine is substantially cooled (eg, the temperature difference between the engine and the environment is less than about 20 ° C.), By flowing a heat transfer fluid (engine coolant or the like) through a heat exchanger equipped with a condenser, the heat stored in the heat storage device can be indirectly discharged to a cold engine or other heat vessel. A capillary structure in the heat storage device where the working fluid evaporates is used to circulate the working fluid through the capillary pumping loop. Heat from the working fluid is transferred to the engine coolant in the heat exchanger. By using a heat storage device, heat that would have been wasted is captured during a prior trip to alleviate cold start and / or provide immediate cockpit heating.

車両の排気からの熱等の熱を貯蔵するための熱エネルギー貯蔵システムは、図10に示す特徴の一部または全部を含むことができる。熱エネルギー貯蔵システム100は、熱貯蔵装置101を含む。熱エネルギー貯蔵システムは、第1の熱伝達流体107のための第1の入口117と第1の熱伝達流体のための第1の出口117とを有する熱交換器または凝縮器102を備えることができる。熱エネルギー貯蔵システム100は、熱交換器102の第1の熱伝達流体入口111を熱貯蔵装置101の第1の熱伝達流体出口に接続するチューブ(例えば、ライン)113を有することができる。熱エネルギー貯蔵システム100は、熱交換器102の第1の熱伝達流体出口117を熱貯蔵装置101の第1の熱伝達流体入口に接続するチューブ109を有することができる。第1の熱伝達流体107は、熱貯蔵装置101の第1の熱伝達流体区画を通って流れる。第1の熱伝達流体は、熱交換器102の第1の熱伝達流体区画を通って流れることができる。第1の熱伝達流体は、作動流体とすることができ、熱貯蔵装置101から熱交換器102へのラインは蒸気ラインとすることができ、熱交換器102は作動流体用の凝縮器とすることができ、第1の熱伝達流体区画は作動流体区画とすることができる。このように、熱エネルギー貯蔵システム100は、熱貯蔵装置の作動流体区画と、凝縮器の作動流体区画と、作動流体蒸気チューブ109と、作動流体液体チューブ113とを備える毛管圧送ループを含むことができる。また、熱エネルギー貯蔵システムは、1または複数の熱伝達流体または作動流体リザーバ110を含むことができる。リザーバ110は、毛管圧送ループでの使用時に、好ましくは、熱貯蔵装置110の作動流体入口の高さよりも高く、凝縮器の作動流体出口117、凝縮器の作動流体入口111、またはこれらの両方の高さよりも低い充填レベルを有する。熱エネルギー貯蔵システム100は、熱貯蔵装置101と熱交換器102とを接続するチューブ113内の第1の熱伝達流体流を調節する弁118を備えることができる。例えば、弁118を使用して、熱貯蔵装置を充電しているときや熱貯蔵装置が熱を貯蔵しているときに、熱伝達流体が循環するのを防ぐ。熱貯蔵装置から熱を排出することが望ましいときには、弁118を開くことができる。再び図10を参照すると、熱エネルギー貯蔵システムは、第2の熱伝達流体を熱貯蔵装置101に流入させ熱貯蔵装置101から流出させるための、熱伝達流体入口ライン108および熱伝達流体出口ライン106を備えることができる。熱エネルギー貯蔵システムは、熱伝達流体バイパスライン105と、第2の熱伝達流体の一部または全部をバイパスライン105に分流する(例えば、熱貯蔵装置が完全に充電されたとき、または第2の熱伝達流体の温度が熱貯蔵装置101の熱エネルギー貯蔵材料の温度よりも低いとき)ダイバータ弁(例えば、バイパス弁)104とを有することができる。また、熱エネルギー貯蔵システムは、別の熱伝達流体を熱交換器に供給するための低温ライン116と、加熱された熱伝達流体を熱交換器102から除去するための高温ライン115とを備えることができる。低温ライン116および高温ライン115は、熱伝達流体ループ114の一部である。熱伝達流体ループ114は、エンジン冷却液を含むことができる。熱伝達流体ループ114を内燃機関103に接続することができる。このように、熱エネルギー貯蔵システム100は、熱貯蔵装置101に貯蔵されたエネルギーにより内燃機関103を加熱することができる。   A thermal energy storage system for storing heat, such as heat from vehicle exhaust, may include some or all of the features shown in FIG. The thermal energy storage system 100 includes a heat storage device 101. The thermal energy storage system may comprise a heat exchanger or condenser 102 having a first inlet 117 for the first heat transfer fluid 107 and a first outlet 117 for the first heat transfer fluid. it can. The thermal energy storage system 100 can include a tube (eg, line) 113 that connects the first heat transfer fluid inlet 111 of the heat exchanger 102 to the first heat transfer fluid outlet of the heat storage device 101. The thermal energy storage system 100 can include a tube 109 that connects the first heat transfer fluid outlet 117 of the heat exchanger 102 to the first heat transfer fluid inlet of the heat storage device 101. The first heat transfer fluid 107 flows through the first heat transfer fluid compartment of the heat storage device 101. The first heat transfer fluid can flow through the first heat transfer fluid compartment of the heat exchanger 102. The first heat transfer fluid can be a working fluid, the line from the heat storage device 101 to the heat exchanger 102 can be a steam line, and the heat exchanger 102 can be a condenser for the working fluid. And the first heat transfer fluid compartment may be a working fluid compartment. Thus, the thermal energy storage system 100 includes a capillary pumping loop comprising a working fluid compartment of a heat storage device, a working fluid compartment of a condenser, a working fluid vapor tube 109 and a working fluid liquid tube 113. it can. The thermal energy storage system can also include one or more heat transfer fluid or working fluid reservoirs 110. The reservoir 110, when used in a capillary pumping loop, is preferably higher than the working fluid inlet height of the heat storage device 110 and the condenser working fluid outlet 117, the condenser working fluid inlet 111, or both. Has a filling level lower than the height. The thermal energy storage system 100 can include a valve 118 that regulates a first heat transfer fluid flow in a tube 113 that connects the heat storage device 101 and the heat exchanger 102. For example, the valve 118 is used to prevent the heat transfer fluid from circulating when charging the heat storage device or when the heat storage device is storing heat. When it is desirable to exhaust heat from the heat storage device, the valve 118 can be opened. Referring again to FIG. 10, the thermal energy storage system includes a heat transfer fluid inlet line 108 and a heat transfer fluid outlet line 106 for flowing a second heat transfer fluid into and out of the heat storage device 101. Can be provided. The thermal energy storage system diverts the heat transfer fluid bypass line 105 and some or all of the second heat transfer fluid to the bypass line 105 (eg, when the heat storage device is fully charged, or the second And a diverter valve (eg, a bypass valve) 104 when the temperature of the heat transfer fluid is lower than the temperature of the thermal energy storage material of the heat storage device 101. The thermal energy storage system also includes a low temperature line 116 for supplying another heat transfer fluid to the heat exchanger and a high temperature line 115 for removing the heated heat transfer fluid from the heat exchanger 102. Can do. The cold line 116 and hot line 115 are part of the heat transfer fluid loop 114. The heat transfer fluid loop 114 may contain engine coolant. A heat transfer fluid loop 114 can be connected to the internal combustion engine 103. As described above, the thermal energy storage system 100 can heat the internal combustion engine 103 by the energy stored in the heat storage device 101.

作動流体を使用する熱伝達は、作動流体弁(すなわち、排出弁)を開くことにより開始することができる。追加の液体ラインを介してループに接続された、密閉された作動流体リザーバは、実質的な圧力変化なしに、ループ内の作動流体の液体体積の変化に対応するように機能する。有用な熱が十分にまたはすべて熱貯蔵装置から伝達されると、排出弁は閉じることができる。熱貯蔵装置内の残りの作動流体は、蒸発することができ(例えば、熱貯蔵装置に残る熱により、または熱貯蔵装置が充電を開始するときに)、その後、凝縮器で凝縮される。熱貯蔵装置から作動流体が排出され、作動流体レベルの液体レベルが変化し得る(例えば、上昇する)。   Heat transfer using the working fluid can be initiated by opening the working fluid valve (ie, the exhaust valve). A sealed working fluid reservoir connected to the loop via an additional liquid line functions to accommodate changes in the liquid volume of the working fluid in the loop without substantial pressure changes. When sufficient or all useful heat is transferred from the heat storage device, the exhaust valve can be closed. The remaining working fluid in the heat storage device can be evaporated (eg, by heat remaining in the heat storage device or when the heat storage device begins to charge) and then condensed in the condenser. The working fluid is drained from the heat storage device and the liquid level of the working fluid level can change (eg, rise).

熱貯蔵装置は、任意選択として、クロスフロー熱交換器(すなわち、作動流体に対する流れ方向と、排気ガスの流れに対する垂直な流れ方向とを有する)とすることができる。例えば、動作時に、熱貯蔵装置は、1)排気ガス、2)停滞相変化材料(例えば、ブリスターパック等の内側カプセル)、および3)作動流体により満たされた3つのチャンバを備えることができる。3つのチャンバはすべて、適切な材料、好ましくはステンレス鋼から形成された薄い壁により分離されている。排気ガスが、ブリスタ内の相変化材料のカプセルの面(例えば、湾曲面)間を流れることができ、作動流体が、排気ガス流れ方向に全体として垂直な方向に、ブリスタ内の相変化材料のカプセルの異なる面(例えば、平らな面)間を流れることができる。チャンバに流入する液体作動流体は、好ましくは、毛管構造(例えば、金属芯)を濡らし、毛管内に形成された作動流体の液体メニスカスに応じて作用する毛管力により、重力と蒸気圧の力との組合せに対抗して運ばれる。この流れは、ブリスタ内の相変化材料から引き出された熱を使用する、連続した液体の蒸発により維持される。作動流体の蒸気は毛管構造を残し、蒸気流路を介して装置の上部から排出される。蒸気流路は、ブリスタ内の相変化材料のカプセルの面(例えば、平らな面)間で押しつぶされる毛管構造のカラム間で、互いに嵌合し得る。作動流体の蒸気は凝縮器に流入し、ここで蒸発熱および顕熱を低温冷却液に伝達して再び液体になり、熱貯蔵装置に戻ってループでの循環を続け、液体作動流体により部分的に含浸される毛管構造(例えば、金属芯)の内側に存在する毛管力によってのみ圧送される。毛管構造のすべてのカラムを、共通の多孔ベースに接続することができる。このような多孔ベースを使用して、装置の底から異なるカラムに流入する液体作動流体を分配することができる。   The heat storage device may optionally be a cross-flow heat exchanger (ie having a flow direction for the working fluid and a vertical flow direction for the exhaust gas flow). For example, in operation, a heat storage device can comprise three chambers filled with 1) exhaust gas, 2) stagnant phase change material (eg, an inner capsule such as a blister pack), and 3) a working fluid. All three chambers are separated by a thin wall formed from a suitable material, preferably stainless steel. Exhaust gas can flow between the faces (eg, curved surfaces) of the phase change material capsule in the blister and the working fluid is in a direction generally perpendicular to the exhaust gas flow direction of the phase change material in the blister. It can flow between different surfaces (eg, flat surfaces) of the capsule. The liquid working fluid entering the chamber preferably wets the capillary structure (e.g., metal core) and acts as a force of gravity and vapor pressure due to capillary forces acting in response to the liquid meniscus of the working fluid formed in the capillary. Carried against the combination. This flow is maintained by continuous liquid evaporation using heat drawn from the phase change material in the blister. The working fluid vapor leaves the capillary structure and is discharged from the top of the device via the vapor flow path. Vapor channels may mate with each other between columns of capillary structure that are crushed between the faces (eg, flat faces) of the phase change material capsule in the blister. The working fluid vapors flow into the condenser, where the heat of evaporation and sensible heat are transferred to the cryogenic cooling fluid to become liquid again, return to the heat storage device, continue to circulate in the loop, and are partially circulated by the liquid working fluid It is pumped only by the capillary force present inside the capillary structure (eg, metal core) impregnated in All columns of the capillary structure can be connected to a common porous base. Such a porous base can be used to distribute liquid working fluid flowing into different columns from the bottom of the apparatus.

さらに、本発明をさらなる要素/部品/ステップと組み合わせて使用してもよい。例えば、空気調和用の吸収または吸着サイクル冷却システムを、冷却液の代わりに、または冷却液に加えて熱容器として(例えば、凝縮器は空気調和器の流体ループ内を循環する冷媒用の蒸発器としても機能し得る)使用することができる。別の適用では、熱機関、例えばランキンサイクルを使用する定常状態廃熱回収システムは、同一のまたは異なる毛管圧送ループ作動流体を使用して、熱貯蔵装置と凝縮器との間の蒸気ラインに機械出力発生タービンを加えるように(例えば、タービン上流の高い蒸気圧を克服するために)、かつ/または凝縮器と熱貯蔵装置との間で液体ポンプを液体ラインに加えるように構成することができる。前記タービンは、排気ガスの廃熱から取り込んだ熱の一部を、有用な機械的または電気的作用に変換することにより、車両の全体の燃料効率を改善する。   Furthermore, the present invention may be used in combination with further elements / parts / steps. For example, an absorption or adsorption cycle cooling system for air conditioning can be used as a thermal vessel in place of or in addition to the cooling liquid (eg, a condenser is a refrigerant evaporator that circulates in the fluid loop of the air conditioner). Can also be used). In another application, a steady state waste heat recovery system using a heat engine, such as a Rankine cycle, uses the same or different capillary pumping loop working fluid to machine the steam line between the heat storage device and the condenser. Can be configured to add a power generating turbine (eg, to overcome high vapor pressure upstream of the turbine) and / or to add a liquid pump to the liquid line between the condenser and the heat storage device . The turbine improves the overall fuel efficiency of the vehicle by converting some of the heat taken from the waste heat of the exhaust gas into useful mechanical or electrical action.

本発明は、種々の修正および代替形態が可能であるが、前述した例示的実施形態は、例として示したものである。しかし、本発明は、本明細書に開示された特定の実施形態に限定されるものではないことを再び理解すべきである。実際は、本発明の技術は、以下の特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲に含まれるすべての修正、等価物、および代替物を包含するものである。   While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, the foregoing exemplary embodiments have been presented by way of example. However, it should be understood again that the present invention is not limited to the specific embodiments disclosed herein. Indeed, the technology of the invention encompasses all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the following claims.

2 セグメント
4 上面
6 底面
8 外縁部面
9 縁部
10 カプセル構造
12 封入材料
14 密閉空間
16 流体通路
18 上面
19 外周
20 底面
21 開口周
22 側面
23 領域
26 熱エネルギー貯蔵材料
27 無充填容積
28 カバーシート
29 開口
30 ベースシート
31 ベースシート
32 外側リング
34 内側リング
38 底面
40 形成シート
41 上面
42 底面
43 トラフ領域
44 リップ領域
45 外周
46 開口
47 開口周
48 開口面
49 側面
50 トラフ
51 凹み
53 溝
60 内壁
62 外壁
64 絶縁層
68 容器
84’ 軸方向流路
100 熱エネルギー貯蔵システム
101 熱貯蔵装置
107 第1の熱伝達流体
117 第1の入口/第1の出口
102 熱交換器
103 内燃機関
104 ダイバータ弁
105 バイパスライン
106 熱伝達流体出口ライン
108 熱伝達流体入口ライン
109 チューブ
113 チューブ
114 熱伝達流体ループ
115 高温ライン
116 低温ライン
118 弁
2 segment 4 upper surface 6 bottom surface 8 outer edge surface 9 edge portion 10 capsule structure 12 encapsulating material 14 sealed space 16 fluid passage 18 upper surface 19 outer periphery 20 bottom surface 21 opening periphery 22 side surface 23 region 26 thermal energy storage material 27 unfilled volume 28 cover sheet 29 opening 30 base sheet 31 base sheet 32 outer ring 34 inner ring 38 bottom surface 40 forming sheet 41 top surface 42 bottom surface 43 trough region 44 lip region 45 outer periphery 46 opening 47 opening periphery 48 opening surface 49 side surface 50 trough 51 dent 53 groove 60 inner wall 62 Outer wall 64 Insulating layer 68 Container 84 'Axial flow path 100 Thermal energy storage system 101 Heat storage device 107 First heat transfer fluid 117 First inlet / first outlet 102 Heat exchanger 103 Internal combustion engine 104 Diverter valve 105 Viper Sline 106 Heat transfer fluid outlet line 108 Heat transfer fluid inlet line 109 Tube 113 Tube 114 Heat transfer fluid loop 115 High temperature line 116 Low temperature line 118 Valve

Claims (26)

1または複数の密閉空間を有するカプセル構造を備えた物品であって、
前記密閉空間が1または複数の熱エネルギー貯蔵材料を封入し、
前記カプセル構造が、熱伝達流体が1または複数の流体通路を通って流れるのに十分な大きさの1または複数の流体通路を有し、
熱伝達流体が前記カプセル構造に接触すると、前記熱エネルギー貯蔵材料が前記熱伝達流体から分離される、物品。
An article comprising a capsule structure having one or more enclosed spaces,
The enclosed space encloses one or more thermal energy storage materials;
The capsule structure has one or more fluid passages large enough for heat transfer fluid to flow through the one or more fluid passages;
An article wherein the thermal energy storage material is separated from the heat transfer fluid when a heat transfer fluid contacts the capsule structure.
前記カプセル構造が、熱エネルギー貯蔵材料を封入可能な2枚のシートを備え、前記シートが外周を有し、各シートが少なくとも外周に沿って互いに、かつ/または1または複数の追加のサブ構造に対して密着され、前記熱エネルギー貯蔵材料を含む前記1または複数の密閉空間を、前記サブ構造の間に形成する、請求項1に記載の物品。   The capsule structure comprises two sheets capable of encapsulating a thermal energy storage material, the sheet having an outer periphery, each sheet at least along the outer periphery and / or one or more additional substructures The article of claim 1, wherein the one or more enclosed spaces that are in close contact with and contain the thermal energy storage material are formed between the substructures. 前記シートが対応する開口を有し、各シートがその開口の周囲で互いに、かつ/または1または複数の追加のサブ構造に対して密着される、請求項2に記載の物品。   The article of claim 2, wherein the sheets have corresponding openings, each sheet being in close contact with each other and / or one or more additional substructures around the openings. 前記シートが前記外周に沿って、かつその開口の周囲に沿って互いに密着される、請求項3に記載の物品。   The article of claim 3, wherein the sheets are in close contact with each other along the outer periphery and along the periphery of the opening. 前記カプセル構造が上面と外周とを有し、
前記上面が2つ以上の溝を備え、各溝が前記流体通路から前記外周へ延び、前記通路と前記外周との間を流体接続する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の物品。
The capsule structure has an upper surface and an outer periphery;
The article according to any one of claims 1 to 4, wherein the upper surface includes two or more grooves, each groove extending from the fluid passage to the outer periphery, and fluidly connecting between the passage and the outer periphery. .
前記カプセル構造が第1の外面および第2の外面を有し、前記カプセル構造が、前記第1の外面と前記第2の外面との平均分離により定義された厚さを有し、前記カプセル構造が、前記1または複数の密閉空間から熱を急速に伝達できるように十分に薄く、前記1または複数の密閉空間が、前記物品が大量の熱エネルギーを貯蔵できるように、大部分に熱エネルギー貯蔵材料が充填された総封入容積を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の物品。   The capsule structure has a first outer surface and a second outer surface, the capsule structure has a thickness defined by an average separation of the first outer surface and the second outer surface, and the capsule structure Is sufficiently thin so that heat can be transferred rapidly from the one or more enclosed spaces, and the one or more enclosed spaces are largely thermal energy storage such that the article can store a large amount of thermal energy. 6. Article according to any one of the preceding claims, having a total enclosed volume filled with material. 前記流体通路が、前記第1の外面の幾何学的中心近くにある、請求項6に記載の物品。   The article of claim 6, wherein the fluid passage is near a geometric center of the first outer surface. 前記物品が、3以上の密閉空間を備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の物品。   The article according to any one of claims 1 to 7, wherein the article comprises three or more sealed spaces. 前記1または複数の密閉空間が、約25℃の温度で総内部容積を有し、前記密閉空間が、約25℃の温度で熱エネルギー貯蔵材料の総体積を含み、前記熱エネルギー貯蔵材料の前記総体積と前記総内部容積との比が少なくとも約0.50である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の物品。   The one or more enclosed spaces have a total internal volume at a temperature of about 25 degrees Celsius, and the enclosed space includes a total volume of thermal energy storage material at a temperature of about 25 degrees Celsius; The article of any one of the preceding claims, wherein the ratio of total volume to the total internal volume is at least about 0.50. 前記物品の外周が1または複数の凹みを備え、前記物品の重なりが中空シリンダ内に配置されると、熱伝達流体が前記凹みにより形成された空間を通って流れることができる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の物品。   The outer periphery of the article comprises one or more recesses, and heat transfer fluid can flow through the space formed by the recesses when the article overlap is disposed in a hollow cylinder. The article according to any one of 9. 前記物品の厚さが約1cm未満であり、前記物品が約5cm超の寸法を有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の物品。   11. The article according to any one of claims 1 to 10, wherein the thickness of the article is less than about 1 cm and the article has a dimension greater than about 5 cm. 前記物品の面が1または複数の突出部を備え、複数の前記物品が積み重ねられると、前記物品の間に、熱伝達流体が流れるための空間が生じる、請求項1〜11のいずれか一項に記載の物品。   The surface of the article includes one or more protrusions, and when the plurality of articles are stacked, a space for the heat transfer fluid to flow is created between the articles. Articles described in 1. 前記物品が、全体として円弧状の第2の面を備える、請求項1〜12のいずれか一項に記載の物品。   The article according to any one of claims 1 to 12, wherein the article comprises an arcuate second surface as a whole. 前記物品が、ある形状を有する第1の物品であり、第2の物品が、前記第1の物品と同一の形状を有し、第1の物品の円弧面を前記第2の物品の円弧面に対向させて配置され、前記第1および第2の物品が、少なくとも部分的に入れ子になることができる、請求項13に記載の物品。   The article is a first article having a certain shape, the second article has the same shape as the first article, and the arc surface of the first article is the arc surface of the second article. 14. The article of claim 13, wherein the article is disposed opposite to and wherein the first and second articles can be at least partially nested. 前記熱エネルギー貯蔵材料が、約30℃超かつ約350℃未満の固液転移温度を有する相変化材料である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の物品。   15. The article of any one of claims 1-14, wherein the thermal energy storage material is a phase change material having a solid-liquid transition temperature greater than about 30 ° C and less than about 350 ° C. 容器と請求項1〜15のいずれか一項に記載の複数の物品とを備え、前記複数の物品が積み重ねられて、前記物品の流体通路が軸方向に整合される、装置。   16. An apparatus comprising a container and a plurality of articles according to any one of claims 1 to 15, wherein the plurality of articles are stacked so that fluid passages in the articles are axially aligned. i)2つの物品を、前記2つの物品の全体として平らな面を隣接させて整合させ、前記2つの物品が密閉空間の軸方向層を形成するようにし、または、
ii)単一の物品が、密閉されたカプセルの軸方向層を形成し、
前記装置が、前記物品の重なりの前記流体通路を通る軸方向流路と、密閉空間の隣接する軸方向層間の空間を有する半径方向流路と、前記物品の外周を越えた前記容器の内側に空間を有する異なる軸方向流路とを有する熱伝達流体流路を備えた、請求項16に記載の装置。
i) aligning the two articles with the generally flat surface of the two articles adjacent to each other, such that the two articles form an axial layer of enclosed space, or
ii) a single article forms an axial layer of a sealed capsule;
The apparatus includes an axial flow path through the fluid passages of the article overlap, a radial flow path having a space between adjacent axial layers of a sealed space, and inside the container beyond the outer periphery of the article. The apparatus of claim 16, comprising a heat transfer fluid flow path having different axial flow paths with spaces.
前記物品の前記流体通路を通る前記軸方向流路と、前記物品の外周を越えた空間を有する前記軸方向流路とが、前記半径方向流路により分離される、請求項17に記載の装置。   The apparatus of claim 17, wherein the axial flow path through the fluid passage of the article and the axial flow path having a space beyond the outer periphery of the article are separated by the radial flow path. . 前記容器が複数のオリフィスを備え、前記複数のオリフィスが、流体が前記容器に流入できるように1または複数の入口を有し、流体が前記容器から流出できるように1または複数の出口を有する、請求項15〜18のいずれか一項に記載の装置。   The container comprises a plurality of orifices, the plurality of orifices having one or more inlets to allow fluid to flow into the container and one or more outlets to allow fluid to flow out of the container; The device according to any one of claims 15 to 18. 隣接する層の間の平均距離が約5mm未満である、請求項15〜19のいずれか一項に記載の装置。   20. The device according to any one of claims 15-19, wherein the average distance between adjacent layers is less than about 5 mm. 前記容器が、半径と高さとを有する全体として円筒形であり、前記半径と前記高さとの比が約1:3〜約10:1である、請求項15〜20のいずれか一項に記載の装置。   21. The container of any one of claims 15-20, wherein the container is generally cylindrical with a radius and a height, and the ratio of the radius to the height is from about 1: 3 to about 10: 1. Equipment. 前記容器内の熱エネルギー貯蔵材料の濃度が、前記容器の総内部容積に基づき、約60容積%超である、請求項15〜21のいずれか一項に記載の装置。   The apparatus of any one of claims 15 to 21, wherein the concentration of the thermal energy storage material in the container is greater than about 60% by volume, based on the total internal volume of the container. 熱伝達流体を前記装置を通して流すステップを含む、請求項16〜22のいずれか一項に記載の熱貯蔵装置から熱を除去するためのプロセス。   23. A process for removing heat from a heat storage device according to any one of claims 16 to 22 comprising flowing a heat transfer fluid through the device. 前記熱伝達流体を前記装置を通して流すステップが、
a.初期温度の熱伝達流体を装置の入口を通して流すステップと、
b.前記熱伝達流体を軸方向流路を通して流すことにより、前記熱伝達流体を複数の半径方向流路に分割できるようにするステップと、
c.前記熱伝達流体を半径方向流路を通して流すことにより、前記熱伝達流体の前記初期温度よりも高い温度を有する熱エネルギー貯蔵材料から熱を除去できるようにするステップと、
d.前記熱伝達流体を異なる軸方向流路を通して流すことにより、複数の半径方向流路を再結合できるようにするステップと、
e.出口温度を有する前記熱伝達流体を、前記装置の出口を通して流すステップとを含み、
前記熱伝達流体の出口温度が、前記熱伝達流体の前記初期温度よりも高い、請求項23に記載のプロセス。
Flowing the heat transfer fluid through the device;
a. Flowing an initial temperature heat transfer fluid through the inlet of the device;
b. Allowing the heat transfer fluid to be divided into a plurality of radial flow paths by flowing the heat transfer fluid through an axial flow path;
c. Allowing heat to be removed from a thermal energy storage material having a temperature higher than the initial temperature of the heat transfer fluid by flowing the heat transfer fluid through a radial flow path;
d. Allowing a plurality of radial flow paths to be recombined by flowing the heat transfer fluid through different axial flow paths;
e. Flowing the heat transfer fluid having an outlet temperature through the outlet of the device;
24. The process of claim 23, wherein an outlet temperature of the heat transfer fluid is higher than the initial temperature of the heat transfer fluid.
ベースシートに開口を切り取るステップと、1または複数のトラフを有するようにベースシートを型押しするステップと、1または複数のトラフに熱エネルギー貯蔵材料を充填するステップと、カバーシートに開口を切り取るステップと、カバーシートを少なくとも外周および開口周に沿って前記ベースシートに密着させて、開口を有し熱エネルギー貯蔵材料を含む1または複数の密閉空間を有する物品が形成されるようにするステップとを含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の物品を形成するためのプロセス。   Cutting an opening in the base sheet, embossing the base sheet to have one or more troughs, filling one or more troughs with a thermal energy storage material, and cutting an opening in the cover sheet And adhering the cover sheet to the base sheet along at least the outer periphery and the opening periphery to form an article having an opening and one or more sealed spaces containing a thermal energy storage material. A process for forming an article according to any one of claims 1-15. 請求項16〜22のいずれか一項に記載の熱貯蔵装置と、熱伝達流体とを備えるシステムであって、前記熱伝達流体が、1または複数の密閉空間内の熱エネルギー貯蔵材料と熱伝達する、システム。   23. A system comprising the heat storage device according to any one of claims 16 to 22 and a heat transfer fluid, wherein the heat transfer fluid and heat energy storage material and heat transfer in one or more enclosed spaces. System.
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