用于热能存储的结构化介质和方法
【技术领域】
[0001] 本公开大致涉及热能存储产品、系统以及用于制造和利用这种热能存储产品和系 统的方法。
【背景技术】
[0002] 所有类型的热能存储在能量节约中起到重要作用。对比如为太阳能或来自工业过 程的废热的热能的有效的收集、利用以及保存是能源开发和能源管理的重要方面。特别地， 热能以显热和潜热的形式的存储是重要的。
[0003] 在有效地存储和回收大量热能（即热能量）的能力方面已存在重大的利益。存在 能够恢复、存储和回收热能的热存储技术，热能包括比如为太阳热能、地热（例如火山的、 热水的等等）的天然能量和比如为工业上产生的废热的人工热能。热能存储系统可以广泛 地分为显热系统、潜热系统和结合能系统。显热系统是通过在不发生任何相变的情况下加 热通常为液体或固体的介质来存储热能的系统。潜热系统是加热经历相变（通常为熔融） 的介质的系统。结合能存储系统是通过使介质经历将热能转化成化学能的吸热-放热反应 来存储热能的系统。
[0004] 热能存储通过使供给平顺以及提高可靠性来提高能量系统的性能。尽管太阳能是 充裕、清洁以及安全的能源，但其受到年度和昼夜循环的影响；因此必然是间歇性的，而且 通常由于多变的天气条件（例如，雨、雾、尘、霾、云量）而是不可预测和模糊的。进一步地， 对能量的需要也是不稳定的；对于工业需求和消费者的需求来说随着年度和昼夜循环而变 化。
[0005] 另外，热能存储系统，特别是显热的热能存储系统，一般包括提出许多结构挑战的 巨大的热能存储区域，包括如何将这种热能存储区域快速和有效地构造为热能存储系统的 一部分。因此，继续存在对于促进热能的有效存储、回收和利用的改进的、有成本效率的产 品、工序和系统的需要。
【发明内容】
[0006] 在一个实施例中，一种热能区域，包括：第一组多个流动路径；和第二组多个流动 路径，其中，第一组多个流动路径和第二组多个流动路径穿过共用容器，其中，第一组多个 流动路径和第二组多个流动路径不相交，以及第一组多个流动路径是基本直线的，第二组 多个流动路径是弯曲的，以及其中，第一组多个流动路径构造成延伸穿过多个结构化热存 储元件，第二组多个流动路径构造成延伸穿过随机介质。
[0007] 第一组多个流动路径可以周期性地合并为单个流动路径，单个流动路径随后再分 支成多个流动路径。第一组多个流动路径可以通过连续壁与第二组多个流动路径分离。第 一组多个流动路径可以穿过布置在共用容器内的至少第一内部容器。第一组多个流动路径 可以穿过布置在共用容器内的多个内部容器。
[0008] 第一组多个流动路径和第二组多个流动路径可以共用共同入口区域和共同出口 区域。
[0009] 在另一实施例中，热能区域可以还包括热能传导流体。热能存储区域可以具有 跨过第一组多个流动路径测量的压降（PDropl)和跨过第二组多个流动路径测量的压降 (PDrop2)，使得PDropl与PDrop2的比值从1 : 0· 7至I : 1的范围内。通过第一组多个 流动路径的流体流可以是层流、湍流或其组合。通过第二组多个流动路径的流体流可以是 层流、湍流或其组合。
[0010] 在一个实施例中，一种热能存储区域，包括：外部容器；多个结构化热传导元件； 以及多个随机介质，其中，结构化热存储元件和多个随机热存储介质布置在外部容器内。
[0011] 在另一实施例中，一种热能存储区域，可以进一步包括：至少第一内部容器；其 中，至少第一内部容器布置在外部容器内，其中，多个结构化热存储元件布置在至少第一内 部容器内，以及其中，多个随机热存储介质布置在外部容器内并且布置在至少第一内部容 器的外部。
[0012] 在另一实施例中，一种热能存储区域，可以包括：布置在外部容器内的多个内部容 器，其中，多个结构化热存储元件布置在多个内部容器内，以及其中，多个随机热存储介质 布置在外部容器内并且布置在多个内部容器的外部。随机热存储介质可以布置在多个内部 容器之间。
[0013] 热能存储区域可以进一步包括布置在多个结构化热传导元件中的每一个之间的 开口空腔。
[0014] 热能存储区域可以包括具有25%或更小的百分比差别的跨过多个随机热存储介 质测量的压降（PDr 〇PMndJ和跨过多个结构化热存储元件测量的压降（PDropstraetmed)。跨 过多个随机热存储介质测量的压降（PDr 〇PMnd(J可以大于或等于跨过多个结构化热存储元 件测量的压降（PDropstraetmed)。跨过多个随机热存储介质测量的压降（PDrop randrail)和跨过 多个结构化热存储元件测量的压降（PDropstraetmed)使得rorop_ dM^ F1Drop straetmed的比值 在从大约10 : 1至大约1 : 1的范围内。
[0015] 在一个实施例中，结构化热存储元件的尺寸可以限定热能存储区域的空间。热能 存储区域可以具有等于结构化热传导元件的总高度或长度的高度或长度。热能存储区域可 以具有为外部容器的高度的至少50%的高度。
[0016] 在一个实施例中，多个结构化热存储元件中的每一个可以具有孔隙度（Vfs)，多个 随机热存储介质可以具有单位体积孔隙度（Vf；)，使得Vf；与Vf s的比值在从2 : 1至I : 1 的范围内。
[0017] 在一个实施例中，多个结构化热存储元件中的每一个可以具有38 %或更小的孔隙 度。
[0018] 多个结构化热存储元件可以构造成与外部容器、至少第一内部容器或多个内部容 器中的每一个的内部尺寸相符。多个结构化热存储元件可以垂直或水平地布置在外部容 器、至少第一内部容器或多个内部容器中的每一个内。结构化热存储元件中的每一个可以 由包括陶瓷材料的一种或更多种不同的材料组成。
[0019] 随机热存储介质可以具有在0. 2至0. 4的范围内的每单位体积孔隙度。随机热存 储介质可以布置在外部容器的内表面与结构化热传导元件之间。随机热存储介质可以布置 在外部容器的内表面与至少第一内部容器的外表面之间。
[0020] 在另一实施例中，随机热存储介质可以布置在外部容器的内表面与多个内部容器 中的每一个的外表面之间。随机热存储介质可以围绕内部容器布置。
[0021] 随机热存储介质可以由与结构化热传导元件相同或不同的构造材料组成。
[0022] 在一个实施例中，外部容器具有入口和出口。外部容器可以构造成沿着从由水平、 竖直、倾斜或其组合组成的组中选择的取向保持至少第一内部容器或多个内部容器。外部 容器可以是压力容器或安全壳，比如储罐、管道、反应器、柱管、塔等。
[0023] 在一个实施例中，至少第一内部容器或多个内部容器可以具有入口和出口。至少 第一内部容器或多个内部容器中的每一个可以具有等于布置在其中的多个结构化热存储 元件的总高度的大约50%至大约150%的高度。多个内部容器可以以图案布置在外部容器 内。多个内部容器可以具有从由圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形和其 组合组成的组中的选择的横截面形状。至少第一内部容器可以是管。
【附图说明】
[0024] 通过参照附图可以更好地理解本公开，并且本公开的许多特征和优点对于本领域 技术人员来说变得明显。
[0025] 图IA是热能存储区域的实施例的示图，示出延伸通过包括由随机热存储介质包 围的矩形结构化热存储介质的热存储介质的基座的流体流动路径。
[0026] 图IB是图IA中显示的热能存储区域的同一实施例的俯视图。
[0027] 图2A是热能存储区域的实施例的示图，示出延伸通过包括布置在内部容器内的 矩形结构化热存储介质的热存储介质的基座的流体流动路径，内部容器由随机热存储介质 包围。
[0028] 图2B是图2A中显示的热能存储区域的同一实施例的俯视图。
[0029] 图3A是热能存储区域的实施例的示图，示出延伸通过包括布置在由随机热存储 介质包围的多个内部容器内的柱形结构化热存储介质的热存储介质的基座的流体流动路 径。
[0030] 图3B是图3A中显示的热能存储区域的同一实施例的俯视图。
[0031] 图4是具有整体式凸缘的矩形结构化热存储元件（热存储块）的实施例的示图。
[0032] 图5是由矩形间隔环分离的两个矩形结构化热存储块的实施例的分解视图的示 图。
[0033] 图6是热能存储区域的实施例的示图，示出延伸通过包括布置在多个管内的柱形 结构化热存储块的热存储介质的基座的流体流动路径，多个管设置在储存罐内并且由随机 热存储介质包围。
[0034] 不同的附图中使用的相同的参考符号表不相似或相同的项目。
【具体实施方式】
[0035] 以下说明书与附图结合提供用于帮助理解本文中公开的教导。以下论述将集中在 教导的具体执行和实施例。该焦点提供用于辅助描述教导并且不应该被理解为对教导的范 围或适用性的限制。
[0036] 如本文中所使用的，术语"包括"、"包含"、"含有"、"具有"或其任何其他变型旨在 覆盖非排他的内含物。例如，包括一系列特征的处理、方法、物品或装置不一定仅限于这些 特征，而可以包括对于这种处理、方法、物品或装置未明确列出或固有的其他特征。此外，除 非明确相反地声明，否则"或"指的是包括在内的或而非排他的或。例如，通过以下任一项 满足状态A或B :A是正确的（或存在）以及B是错误的（或不存在），A是错误的（或不存 在）以及B是正确的（或存在），以及A和B都是正确的（或存在）。
[0037] "一种"或"一个"的使用用于描述本文中描述的元件和部件。这样做仅是为了方 便以及给出本发明的范围的一般含义。本说明书应当被解读为包括一个或至少一个，并且 单数也包括多个，或者反之亦然，除非清楚地表示相反的意思。
[0038] 除非不同地限定，否则本文中使用的全部技术术语和科学术语具有与本发明所属
技术领域的技术人员通常理解的相同意思。材料、方法和例子仅作为例示，而非旨在限制。
[0039] 本