发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种用于接收和/或释放(特别是还存储)热能的装置，包括：用于保持存储材料的容器，所述容器具有第一流体端口和第二流体端口，用于允许沿基本水平的流动方向流过所述容器的流体的流入和流出，以便对所述存储材料进行充热和/或放热；至少两个第一阀，其处于用于所述第一流体端口的不同竖直位置；至少两个第二阀，其处于用于所述第二流体端口的不同竖直位置；以及至少两个温度传感器，其布置在容器内、在不同竖直位置处(特别是在垂直于流动方向的至少一个平面内)。

该装置还可构造成用于将热能储存在可被容纳在容器内的存储材料中。当接收热能时，流体的热能的至少一部分可以被传递到存储材料并存储在存储材料中，即存储材料被充热。当热能被释放时，存储在存储材料中的热能的至少一部分可以被传递到流动的流体，从而使存储材料放热。

容器可以具有任何形状，诸如立方体形状、圆柱体形状或其他形状。容器可具有纵向轴线，该纵向轴线可与沿水平方向流动的流体的流动方向重合。流动方向特别是不同于竖直方向。存储材料可以是能够存储热能、特别是具有高热容量的任何材料。存储材料可以例如包括火山石和/或陶瓷。

根据是执行对存储材料的充热还是放热，第一流体端口可以用作入口端口或出口端口。第二流体端口可以用作出口或入口，这取决于是执行存储材料的充热还是放热。第一流体端口以及第二流体端口可以具有任何形状，诸如矩形形状、圆柱形状等。第一流体端口可以由单个开口或多个开口形成，诸如被构造为例如由若干管道端部等形成的多个单独的开口。第二流体端口可以特别地被构造成与第一流体端口类似或相同。第一和第二流体端口可以允许流体在充热和/或放热(接收和/或释放)热能期间进入或离开容器的内腔。流体可以特别地包括空气或特定气体。为了对存储材料充热(即，接收热能)，流体可以是相对热的，具有在300℃和1000℃之间的温度。当流过其中具有存储材料的容器时，流体的热能的一部分被传递到存储材料。当对存储材料放热时，流体可以是相对冷的，例如具有例如在0℃和300℃之间的温度。当冷流体流过其中具有存储材料的容器时，特别是存储材料充有热能时，存储在存储材料中的热能的一部分可以传递到流体，从而加热流体。在对存储材料进行充热和放热期间，流动方向在两种情况下可以沿水平方向，但是可以彼此相反。因此，在充热期间，热流体可以在第一流体端口进入并在第二流体端口离开，而在放热期间，冷流体可以在第二流体端口进入并在第一流体端口离开。因此，第一流体端口和第二流体端口可以用作取决于正在执行的过程的入口或出口，即，取决于是执行充热过程还是执行放热过程。

所述至少两个阀可以各自包括阀瓣或盖，所述阀瓣或盖可以移动，特别是转动或倾斜，以便允许或禁止流体的流过。阀中的每一个，即至少两个第一阀和两个第二阀中的每一个，可以被设定到限定打开程度或关闭程度的不同状态。至少两个第一阀以及至少两个第二阀处于不同的竖直位置，其中竖直位置或竖直方向垂直于水平方向。因此，两个第一阀处于不同的高度，并且第二阀也处于不同的高度。至少两个第一阀可以是彼此独立可控的。第二阀也可以彼此独立地被控制。

在对存储材料充热期间，通常存储材料的温度可以随着高度的增加而增加。为了实现更均匀的温度分布(在竖直方向上)，第一阀中的下部阀可以被控制为比两个第一阀中的上部阀打开得更多，以便实现容器的下部部分中的流体的流率比容器的上部部分中的流体的流率大致更高。因此，在不同的竖直位置具有两个独立可控的第一阀可以允许在竖直方向上实现更均匀的温度分布。由此，可以提高充热效率。

类似地，在放热期间(其中第二流体端口可以当作或用作入口)，当离开容器的流体的温度相对较热时，第二阀中的相应一个(在放热期间在入口处)可以比两个第二阀中的另一个更关闭。因此，当在不同的竖直位置处为第二流体端口提供至少两个第二阀时，也可以提高放热期间的效率。

两个第一阀可以完全限定通过或进入第一流体端口的流体流动。第二两个阀可以完全控制进入或通过第二流体端口的流体流动。

至少两个温度传感器可以在容器内布置在垂直于流动方向的至少一个平面内，即垂直于水平方向的一个平面内。通过在容器内具有至少两个温度传感器，有利地，可以测量温度值并将其用于控制至少两个第一阀和/或至少第二阀。因此，特别地，可以检测或甚至量化竖直方向上或沿着竖直方向的不均匀的温度分布，从而允许更精确地控制两个第一阀和/或两个第二阀，以便提高放热和/或充热期间的装置的效率。两个温度传感器可以布置在垂直于流动方向的单个平面中，或者例如布置在沿着作为流动方向的水平方向间隔开的垂直于流动方向的两个平面中。

根据本发明的实施例，第一流体端口由布置在不同竖直位置处的至少两个第一流体端口构件形成，通过两个第一流体端口构件中的每一个的流体流动由两个第一阀中的一个控制，和/或其中，所述第二流体端口由布置在不同竖直位置处的至少两个第二流体端口构件形成，通过所述两个第二阀中的一个控制通过所述两个第二流体端口构件中的每一个的流体流动。

第一流体端口构件的数量可以等于第一阀的数量。第二流体端口构件的数量可以等于第二阀的数量。特别地，第一流体端口构件中的每一个可以具有相关联的第一阀，该第一阀控制流体通过或到相应的第一流体端口构件的流动。第二流体端口构件中的每一个可以具有相关联的第二阀，该第二阀可以控制流体通过或到相应的第二流体端口构件的流动。

第一流体端口构件和/或第二流体端口构件可以例如由容器壁中的管段或不同的单独开口构造或形成。当第一流体端口构件处于不同的竖直位置时，流体可以在受控构件中的不同高度处供给到容器或供给到容器中，以便例如在充热期间实现更均匀的温度分布。当第二流体端口构件布置在不同的竖直位置时，同样在放热期间，流体可以在不同的高度处供给到容器中，从而通过适当地控制所述至少两个第二阀，在放热期间也允许实现更均匀的温度分布。

根据本发明的实施例，该装置还包括至少两个另外的温度传感器，其布置在容器内、在不同竖直位置处，并且布置在垂直于流动方向的至少一个另外的平面内。

当至少两个另外的温度传感器被布置在与布置所述至少两个温度传感器的平面不同的另外的平面处时，沿着流动方向、即水平方向的温度变化也可以是可测量的，从而特别地允许测量或确定容器内的三维空间上的温度分布。因此，仍然可以改进对第一阀和/或第二阀的控制。

根据本发明的实施例，因此对于至少两个第二阀和至少两个第一阀中的每个阀，在容器内存在至少一个温度传感器，其在充热流动方向以及在放热流动方向上布置在相应的阀的下游。当在阀的下游布置有温度传感器时，流过阀的流体的温度是可测量的，从而提供有利的控制参数。例如，可能期望实现在竖直方向上的相对均匀(恒定)的温度分布，这可以通过在不同的竖直位置中(在相应的温度传感器的上游)不同地打开或关闭阀来实现。

在充热期间，至少两个第一阀可以用作入口阀，并且相关联的温度传感器可以与容器一起布置。在充热期间，两个第二阀可用作出口阀，并且相关联的温度传感器可布置在容器的外部，例如在相应的第二流体端口构件内或第二流体端口构件处。在放热期间，两个第二阀可用作入口阀，并且相应的相关联的温度传感器可布置在容器内。在放热期间，两个第一阀可以用作出口阀，并且相应的温度传感器可以布置在容器外部(例如，在第一流体端口构件内或在第一流体端口构件处)。

布置在所考虑的阀下游的至少一个温度传感器可布置成与阀基本上在相同的竖直位置或高度，以便能够检测已经流过相应阀的流体的温度。

根据本发明的实施例，对于(至少两个第二阀和至少两个第一阀中的)每个阀，所述至少两个温度传感器或布置在容器外部的至少两个外部温度传感器包括：至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器沿充热和/或放热流动方向布置在所述阀的下游，并且特别地布置成使得与流过所述阀的流体的温度相关的温度是可测量的，其中，布置在阀下游的至少一个温度传感器特别地布置成与阀基本上在相同的横向区域中。

根据本发明的实施例，至少两个第一阀包括分布在基本上垂直于流动方向的第一平面内并且在两个不同的横向方向上间隔开的至少四个第一阀，和/或其中至少两个第二阀包括分布在基本上垂直于流动方向的第二平面内并且在两个不同的横向方向上间隔开的至少四个第二阀。

当设置四个第一阀时，这四个第一阀不仅具有不同的竖直位置，而且例如还具有不同的水平位置(特别是在垂直于流动方向的水平方向上的不同位置)，而且通过适当地控制相应的阀，还可以减小在垂直于流动方向的水平方向上的不均匀的温度分布。这可以仅在充热期间或仅在放热期间应用，或者这可以应用于放热和充热过程两者。

根据本发明的实施例，第一流体端口在充热期间用作流体入口并且在放热期间用作流体出口，其中第二流体端口在充热期间用作流体出口并且在放热期间用作流体入口，其中至少两个第一阀在充热期间用作入口阀并且在放热期间用作出口阀，其中至少两个第二阀在充热期间用作出口阀并且在放热期间用作入口阀。

虽然表述“第一流体端口、第二流体端口、第一阀、第二阀”是指该装置的结构特征，但是表述“流体入口、流体出口、出口阀、入口阀”是指不同阀的端部端口可能具有的不同功能。由此，支持该装置的放热和充热。

根据本发明的实施例，该装置还包括阀控制器(例如，对于具有阀控制器部分的每个阀)，该阀控制器适于基于由布置在至少一个入口阀下游的温度传感器中的至少一者测量的至少一个温度值来控制用作入口阀的两个第一阀和/或两个第二阀中的至少一者。例如，两个阀控制器部分可以控制两个阀。

例如，在充热期间，阀控制器可以排他地控制第一阀，而在放热期间，阀控制器可以排他地控制第二阀，而不控制其余的阀。控制相应入口阀可比控制相应出口阀更重要。然而，根据本发明的其他实施例，相应的出口阀也可以由阀控制器控制。

当仅控制相应的入口阀或出口阀时，可以简化控制方法，并且特别地，还可以需要更少的温度值。特别地，可以仅考虑安装在相应的入口阀下游的温度传感器的温度值。

根据本发明的实施例，阀控制器适于基于由布置在至少一个出口阀下游的温度传感器中的至少一者测量的至少一个温度值来控制两个第一阀和/或两个第二阀中的用作出口阀的至少一者。

根据本发明的实施例，阀控制器被实现为集中式控制器或分散式控制器，其对于每个阀具有控制器部分。特别地，所有的入口阀都由阀控制器控制。在下文中，阀控制器部分可以统称为阀控制器。

特别地，阀控制器可被构造为在不控制相应的入口阀的情况下，排他地控制相应的出口阀。然而，根据本发明的特定实施例，控制器被构造成在放热和/或充热期间控制相应的入口阀和出口阀两者。为了控制出口阀，可以利用由布置在容器外部的温度传感器测量的温度值。

根据本发明的实施例，阀控制器适于在充热过程期间控制入口阀和/或出口阀，以便动态地：与下游温度较高和/或流过阀的流体的温度较高的入口阀相比，更多地打开下游温度较低和/或流过阀的流体的温度较低的入口阀，和/或与上游温度较高和/或流过阀的流体的温度较高的出口阀相比，更多地打开上游温度较低和/或流过阀的流体的温度较低的出口阀。由此，可以实现跨竖直方向的更一致或均匀或恒定的温度分布。

根据本发明的实施例，阀控制器被构造为在充热期间和/或在放热期间控制入口阀中的至少一个，包括：确定与入口阀相关联的实际温度值(也称为“过程值”)；以及基于和入口阀相关联的实际温度值与温度的入口目标值之间的偏差来确定入口阀设置信号(对于入口阀中的每一个)，特别是使用PI或PID控制器。

与入口阀相关联的实际温度值可以是与考虑的入口阀(或考虑的入口流体端口构件)相关联的温度值。与入口阀相关联的实际温度值可以确定为相应入口阀下游的温度，该入口阀基本上与所考虑的入口阀处于相同的竖直位置或竖直高度区域或相同高度区域，并且特别地也处于相同或类似的横向区域中。温度的目标值可以是预定值，该预定值可以特别地应用于所有存在的入口阀，并且该入口阀可以例如布置在基本上单个平面内，或者可以沿着流动方向基本上布置在相同的水平位置。

入口阀设置信号可以限定相应阀的打开程度或关闭程度。入口阀设置信号可以被供应到相应的入口阀，从而引起相应地调节入口阀。PI控制器可以是比例积分控制器，其具有用于比例项和积分项的控制器参数的参数。由此，可以利用常规可用的控制器。

根据本发明的实施例，控制入口阀中的至少一个，包括：确定沿流动方向的平面和/或位置，在所述平面和/或位置处，温度(例如，平面上的最高温度)达到与充热相关的温度或与放热相关的温度的预定分数；基于由布置在与入口阀相同/重叠的横向区域中的确定的平面/位置中的至少一个温度传感器测量的至少一个温度(例如，至少一个温度的平均值)，确定与入口阀相关联的实际温度值(“过程值”)；将所有入口阀的入口目标温度值(“目标值”)确定为与入口阀相关联的实际温度值的针对充热的最大值和针对放热的最小值的预定分数。

沿流动方向的所确定的平面和/或位置也可被称为温度前沿平面，在该平面和/或位置处，温度达到与充热相关的温度或与放热相关的温度的预定分数。平面和/或位置可以在执行放热或充热过程期间改变，并且可以由控制器或控制方法更新。沿流动方向的所确定的平面和/或位置可以在入口阀的下游，针对该入口阀确定实际温度值。

在充热期间，与入口值相关联的实际温度值的最大值的预定分数被用作所有入口阀的温度的入口目标值。在放热期间，与入口阀相关联的实际温度值的最小值的预定分数被用作温度的入口目标值。根据其他实施例，对于不同的入口阀，可以限定不同的入口目标值。与入口阀相关联的实际温度值例如可以确定为由温度传感器测量的温度值的平均值，特别是加权平均值，所述温度传感器布置在与所考虑的入口阀相同或重叠的横向区域中的确定平面/位置(特别是前温度平面)中。

根据本发明的实施例，阀控制器被构造为在充热期间和/或在放热期间控制出口阀中的至少一者，包括：确定与出口阀相关联的实际温度值(也称为“过程值”)；特别是使用PI或PID控制器，基于与出口阀相关联的实际温度值和温度的出口目标值之间的偏差，确定出口阀设置信号(对于每个出口阀)。

因此，出口阀也可以被单独地或附加地控制，即在充热期间和/或在放热期间。

根据本发明的实施例，控制出口阀中的至少一者，包括：基于由至少一个温度传感器测量的至少一个温度(例如，其平均值)确定与出口阀相关联的实际温度值（“过程值”），所述至少一个温度传感器布置在所述出口阀的下游，与所述出口阀处于相同/重叠的横向区域中；将所有出口阀的温度的出口目标值(“目标值”)确定为与出口阀的相关联的实际温度值的针对充热的最小值和针对放热的最大值的预定分数。

与出口阀相关联的实际温度值例如可以确定为由布置在出口阀下游的温度传感器测量的多个温度值的平均值，特别是加权平均值，所述温度传感器例如可以布置在与出口阀的横向区域重叠或对应的横向区域中。根据本发明的不同实施例，出口目标值可以具体地针对每个出口阀确定，具体地，针对不同的出口阀而不同。

根据本发明的实施例，阀控制器适于进一步基于存储材料的物理和/或化学性质来确定出口阀设置信号和/或入口阀设置信号。例如，阀控制器可以考虑存储材料的热容量、存储材料的密度等。

应当理解的是，根据本发明的实施例，单独地或以任何组合公开、描述、解释或提供的用于接收和/或释放热能的装置的特征也可以单独地或以任何组合应用于接收和/或释放热能的方法，并且反之亦然。

根据本发明的实施例，提供了一种接收和/或释放热能的方法，包括：经由第一流体端口和第二流体端口允许沿基本上水平的流动方向流过容纳存储材料的容器的流体的流入和流出，以便对存储材料进行充热和/或放热，对于所述第一流体端口，至少两个第一阀布置在不同的竖直位置，对于所述第二流体端口，至少两个第二阀布置在不同的竖直位置；在不同的竖直位置和在垂直于流动方向的至少一个平面内测量容器内的至少两个温度值。

本发明的上述方面和其他方面从下文要描述的实施例的示例中是显而易见的，并且参考实施例的示例进行解释。下面将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。