(57)【要約】  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。
2013518243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【０００２】
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。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
「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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】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。
【図１Ｂ】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。
【図２Ａ】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。
【図２Ｂ】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。
【図２Ｃ】図２Ａに示す物品等の例示的な物品の横断面図である。
【図２Ｄ】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。
【図３Ａ】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。
【図３Ｂ】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。
【図４】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。
【図５Ａ】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。
【図５Ｂ】図５の型押しシートの例示的な部分の図である。
【図５Ｃ】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。
【図６Ａ】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。
【図６Ｂ】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。
【図６Ｃ】例示的な物品の２つのセグメントの図である。
【図６Ｄ】図６Ｃのセグメントの重なりの側面図である。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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／ｃｍ３未満、好ましくは約４ｇ／ｃｍ３未満、より好ましくは約３．５ｇ／ｃｍ３未満、最も好ましくは約３ｇ／ｃｍ３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／ｃｍ３超、好ましくは約１．２ｇ／ｃｍ３超、より好ましくは約１．７ｇ／ｃｍ３超の密度（約２５℃で測定される）を有することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、Κ２ΗΡ４・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、ＣａＣｌ２・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ、ＫＦｅ（ＳＯ３）２・１２Ｈ２Ｏ、ＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ＬｉＢｒ２２Ｈ２Ｏ、Ζｎ（ΝＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＣＩ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・４Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＫＦ・２Ｈ２Ｏ、Ｍｇｌ２・８Ｈ２Ｏ、Ｃａｌ２・６Ｈ２Ｏ、Κ２ΗΡＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ζｎ（ΝＯ３）２・４Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）２・９Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳｉＯ３・４Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ＮＯ３）２・２Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・２Ｈ２Ｏ、Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＮａＡｌ（ＳＯ４）２・１０Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ・Ｈ２Ｏ、Ｎａ３ＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＣＨ３ＣＯＯ・２Ｈ２Ｏ、Αｌ（ΝＯ３）２・９Ｈ２Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＫＡＩ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２６Ｈ２Ｏ、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
密閉空間は、空気、Ｎ２、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
（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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
（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。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
（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。
【００９２】
（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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
（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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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）。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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）。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【符号の説明】
【０１２１】
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
【図１Ａ】
2013518243.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2013518243.tif 000005
【図２Ｂ】
2013518243.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2013518243.tif 000008
【図３Ａ】
2013518243.tif 000009
【図３Ｂ】
2013518243.tif 000010
【図４】
2013518243.tif 000011
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2013518243.tif 000013
【図５Ｃ】
2013518243.tif 000014
【図６Ａ】
2013518243.tif 000015
【図６Ｂ】
2013518243.tif 000016
【図６Ｃ】
2013518243.tif 000017
【図６Ｄ】
2013518243.tif 000018
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月28日(2012.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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２に記載の物品。
【請求項４】
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に記載の物品。
【請求項５】
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し、
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り、
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に記載の物品。
【請求項６】
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５に記載の物品。
【請求項７】
前記物品が、３以上の密閉空間を備える、請求項１に記載の物品。
【請求項８】
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、
前記物品の厚さが約１ｃｍ未満であり、前記物品が約５ｃｍ超の寸法を有し、
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に記載の物品。
【国際調査報告】
2013518243.tif 000023
2013518243.tif 000024
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