[发明专利]用于热能储存的制品和装置及其方法

说明书

发明领域

本发明涉及使用热能储存材料的热能储存，并涉及所述热能储存材料的包装，以允许有效储热和有效传热两者。

申请日的权益要求

本发明要求美国临时专利申请61/373,008(2010年8月12日提交)和美国专利申请13/207,607(2011年8月11日提交)的申请日的权益，所述两个申请的内容以其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

总的来说，工业界积极寻求有效捕获和储存废热以便能够在更适宜的时刻使用它的新方法。此外，在紧凑空间中实现能量储存的需求要求开发能够在单位重量和单位体积内储存高能量含量的新材料。突破性技术的潜在应用领域包括运输、太阳能、工业制造过程以及市政和/或商业建筑物取暖。

对于运输工业来说，众所周知，内燃机的运行效率低。这种低效的来源包括通过排气、冷却、辐射热造成的热散失和来自于系统的机械损失。据估计，向内燃机供应的燃料能量的30％以上通过发动机的排气散失到环境中。

众所周知，在“冷启动”期间内燃机以明显更低的效率运行，产生更多排放，或两者，这是由于燃烧在非最适温度下进行，并且内燃机需要做额外的功以对抗由冷的润滑剂的高粘度造成的摩擦。对于内燃机间歇运转从而延长冷启动状态和/或在单次运行车辆的时期内导致多次出现冷启动状态的混合动力电动车来说，该问题甚至更为重要。为了帮助解决这个问题，有创造力的设备制造商正在寻找能够有效储存和释放废热的解决方案。基本的想法是在车辆正常运行期间回收并储存废热，然后在较晚时候控制该热量的释放，从而减少或最小化冷启动状态的持续时间和频率，最终提高内燃机效率、减少排放或两者。

要成为实际解决方案，热能储存系统的能量密度和热功率密度要求极高。本申请人以前已提交了1)Soukhojak等的美国专利申请公开号2009-0211726，题为“热能储存材料”(Thermal Energe Storage Materials)，于2009年8月27日公布；2)Bank等的美国专利公开号2009-0250189，题为“热储存装置”(Heat Storage Devices)，于2009年10月8日公布；3)PCT公开号PCT/US09/67823，题为“利用热能储存材料的传热系统”(Heat Transfer Systems Utilizing Thermal Energe Storage Materials)，于2009年12月14日提交；以及4)美国临时申请号61/299,565，题为“热能储存”(Thermal Energe Storage)，于2010年1月29日提交。这些以前的申请以其全文通过引用并入本文。

现有技术中存在已知热储存装置和废热回收装置。然而，为了提供长期(例如大于约6小时)的热储存能力，它们一般占据大体积，需要泵送大体积传热流体，需要相对大的泵来克服流体阻力等。因此，对于能够提供高能量密度、高功率密度、长储热时间、轻质、对传热流体流动的低流体阻力或其任何组合的没有先例的组合的热储存系统，存在着需求。

对于需要轻质系统、例如在运输中的应用来说，热能储存材料的包装问题要求坚固的包装物和轻质包装物两者。例如，包装物应该是耐用的，使其可以容纳高浓度热能储存材料，在宽的温度范围内容纳热能储存材料(此后它可能经历大的体积变化)，在彼此密封的多个小室或囊中容纳热能储存材料，或其任何组合。对轻质热能储存系统的需求可能需要降低包装物重量。

例如，对于包封在轻质、具有高能量密度或高功率密度且耐用的囊中(例如使囊在加热至约400℃的温度后不泄漏；使囊在约25℃的温度至约240℃的温度之间重复加热约1,000个或更多个循环后不泄漏；或两者)的热能储存材料，存在着需求。

发明概述