[发明专利]低空隙率的储热物品及方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月29日提交的美国临时申请No.61/665,957的权益。

背景技术

技术领域

本公开主要涉及低空隙率(void fraction)的热能存储物品、系统及用于制造和利用这种热能存储物品和系统的方法。

对于相关技术的说明

所有类型的能量存储在能源节约方面均起到了重要的作用。对于诸如太阳能或来自工业过程的废热之类的热能的有效收集、利用和保存是能源开发和能源管理的重要方面。特别地，呈显热和潜热的形式的热能的存储是重要的。

对于有效地存储和回收大量热能(即，热力能)的能力已经存在浓厚的兴趣。存在可回收、存储和取出包括诸如太阳热能、地热(例如，火山地热、热水地热等)之类的天然能源和诸如工业产生的废热之类的人工产生的热能在内的热存储技术。热能存储系统可被广泛地分类成显热系统、潜热系统和结合能系统。显热系统是通过在不改变相的情况下对通常为液体或固体的介质进行加热来存储热能的系统。潜热系统是对经历相变(通常为熔化)的介质进行加热的系统。结合能存储系统是通过使介质经历将热能转换成化学能的吸热-放热反应来存储热能的系统。

热能存储通过平滑供给以及提高可靠性来改善能源系统的性能。尽管太阳能是充裕的、清洁的、且是安全的能量源，但它经历每年且每日的循环；由此必然是断续的，并且通常由于变化的天气状况(例如，雨、雾、尘埃、霾、云翳)而是不可预期的且被漫射掉。此外，伴随着工业和消费需求的每年且每日的循环，对于能源的需求同样是不稳定的。因此，持续需要促进热能的有效存储、回收和利用的改良的、节约成本的物品、过程和系统。

发明内容

本发明的热能存储单元主要包括热能存储本体，该热能存储本体具有顶面、底面、和多个穿孔，这多个穿孔形成从该顶面穿过该热能存储本体延伸至该底面的通道。该热能存储单元的热能存储本体可还包括附连的混合腔室形成元件。作为选择，当在热能存储系统中使用时，该混合腔室形成元件可以是与该热能存储本体结合使用的单独的单元。

该热能存储本体包括处于顶面和底面中的穿孔或开口。穿孔限定平均水力直径D_H平均，其中，穿孔的具体实施例包括1-2个穿孔/英寸²(1-2个穿孔/6.452cm²)，任何具体的穿孔均具有上限值D_H平均＝1英寸(6.452cm)。穿孔还将平均壁厚Thk_平均限定为处于相邻穿孔之间的最窄内部壁厚，其中，具体实施例包括D_H平均/Thk_平均＝0.5-3.0。

该热能存储本体穿孔还限定通道，这些通道随着它们延伸穿过该热能存储本体可具有均匀的、不规则的、或其任一组合的形状。

该热能存储本体穿孔还将空隙的开孔率(open face void)限定为穿孔的直径占总表面积的百分比。该热能存储本体穿孔还将空隙容积(void volume)限定为通道的空隙占该热能存储本体的总面积的百分比，其中，具体实施例包括处于约10％至约35％的空隙容积范围。

两个或多个本体和居间腔室的结构限定了一种模块，其中，本体相邻设置在一起，且腔室设置在这些本体中间，其中，本体设置成使得通道将流体流引导穿过本体和居间腔室。该模块包括总空隙容积，其中，各个本体与腔室的空隙容积的总和处于约10％至约40％之间的范围中。

该腔室由腔室形成元件形成，该腔室形成元件可以是与热能存储本体的一个或多个表面成一整体、与本体分离开或位于本体的外部、或从本体设置在其中的密闭壳延伸的突起或构件。

该热能存储单元和模块起作用以控制该密闭壳内的流体流。在这种情况下，来自流体的热量可在一个操作中被传递至一个或多个热能存储本体，并且所存储的来自热能存储本体的热量可在另一操作中被传递至流体。

附图说明

对于本领域技术人员而言，通过参照附图可更好地明白本发明及其多个特征和优点。

图1是包括热能存储本体的热能存储单元的实施例的插图，该热能存储本体具有一体的腔室形成元件(即，一体的唇缘)。

图2是包括两个热能存储本体和一个外部腔室形成元件(间隔环)的热存储模块的插图。

图3A-3F是具有不同形状的通道(例如，圆形、十字形、直线形切口、弧形、S形切口、及方形)的热能存储本体的替代实施例的截面图。