CN112534201A - 温跃层控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，所述传热流体本体包括高温区域、低温区域和温跃层区域，所述高温区域包括温度高于上阈值温度的传热流体，所述低温区域包括温度低于下阈值温度的传热流体，所述温跃层区域将高温区域和低温区域分开并且包括温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体，其中在热能储存装置的储热期间，从传热流体本体的温跃层区域移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度上升至高于最高温度时，使被移出的所述传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，其中最高温度高于下阈值温度，和/或其中在热能储存装置的减热期间，从传热流体本体的温跃层区域移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度下降至低于最低温度时，使被移出的所述传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，其中最低温度低于上阈值温度。

Description

温跃层控制方法

技术领域

本发明涉及通过控制在储热(charging)和减热(discharging)期间来自和进入传热本体的上部热层、下部冷层和中部温跃层区域的传热流体的流动来操作包括传热流体本体的热储存装置的方法。

背景技术

热储存装置使得从间歇性太阳能中实现可调度的热能，然后该热能可以根据需要使用以为多个有用的过程提供动力，例如通过与发电机联接的热机提供电力或者为其他应用例如热化学烃燃料生产提供热能。因此，热储存装置有望在未来发挥重要作用。

近来，特别是单罐热储存装置，例如与传热流体组合的使用低成本填料材料的填充床的热储存装置由于其成本低于两罐系统而引起了极大关注。虽然从成本的角度来看这样的装置是有吸引力的，但其具有诸如温度劣化的数个缺点。温度劣化，也称为温跃层劣化，是指在操作期间热储存装置中温度梯度的平坦化，即由于连续的储热-减热循环而导致的。温跃层劣化具有数个负面影响。一是相对于减热期间的流入温度，储热期间的传热流体(heat transfer fluid，HTF)流出温度升高，并且相对于储热期间的流入温度，减热期间的传热流体流出温度降低。然而，期望提供恒定的流出温度以更有效地操作利用热能的设备例如热机。同样地，为了动力产生设备的有效运行，进一步期望尽可能快地建立稳态。温跃层劣化的另一个负面影响是有限的利用系数。温跃层区域的宽度越大，利用系数就越小，并且储存的特定材料成本即每利用容量的材料成本就越大。因此，温跃层劣化使热储存装置更低效而且更昂贵。

因此，需要既提高利用系数又减小热装置储存装置中的温跃层区域宽度，同时很快地提供恒定的流出温度以使利用热能的设备尽可能早地以最大效率运转。

US 8 554 377 B2公开了用于优化热储存罐内的热能储存流体中的温跃层区域的方法。该方法依赖于从罐的温跃层区域的位置处中取出传热流体，使用热交换器将热能添加到从温跃层区域取出的传热流体中，然后使传热流体返回到罐的温跃层区域上方的位置处。通过这样做，减小了温跃层区域的宽度，并且提高了利用系数。

发明内容

本发明提供了新的操作热能储存装置的方法，通过该方法可以控制温跃层区域并且可以进一步提高储存利用系数。所述方法还允许通过提供恒定地具有设定温度的流出物来提高热机的效率，所述热机将来自热能储存的热转化为机械能、电能或化学能。

本发明的一个目的是提供操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，所述传热流体本体包括高温区域、低温区域和温跃层区域，所述高温区域包括温度高于上阈值温度的传热流体，所述低温区域包括温度低于下阈值温度的传热流体，所述温跃层区域将高温区域和低温区域分开并且包括温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体，其中在热能储存装置的储热期间，从传热流体本体的温跃层区域移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度上升至高于最高温度时，使被移出的所述传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，其中最高温度高于下阈值温度，和/或其中在热能储存装置的减热期间，从传热流体本体的温跃层区域移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度下降至低于最低温度时，使被移出的所述传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，其中所述最低温度低于上阈值温度。

在一个优选实施方案中，操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，所述传热流体本体包括高温区域、低温区域和温跃层区域，所述高温区域包括温度高于上阈值温度的传热流体，所述低温区域包括温度低于下阈值温度的传热流体，所述温跃层区域将高温区域和低温区域分开并且包括温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体，

其中在热能储存装置的储热期间，从传热流体本体的温跃层区域移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度上升至高于最高温度时，通过将被移出且温度高于最高温度的传热流体与温度低于下阈值温度的传热流体合并来使被移出的所述传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，所述温度低于下阈值温度的传热流体来源于传热流体本体的低温区域，其中最高温度高于下阈值温度，和/或

其中在热能储存装置的减热期间，从传热流体本体的温跃层区域移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度下降至低于最低温度时，通过将被移出优选地温度低于最低温度的传热流体与温度高于上阈值温度的传热流体合并来使被移出的所述传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，所述温度高于上阈值温度的传热流体来源于传热流体本体的高温区域，其中所述最低温度低于上阈值温度。

发现当在热储存装置的情况下执行以上方法时，可以更精确地控制与热储存装置热相关的系统(例如热机或热化学系统)所经受的热应力，同时还减小传热流体本体中温跃层的宽度以确保热储存装置的罐的更高的利用系数。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，在热能储存装置的储热期间，通过将从传热流体本体的温跃层区域移出且温度高于最高温度的传热流体与温度低于最高温度的传热流体合并来使被移出且温度高于最高温度的传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，和/或在热能储存装置的减热期间，通过将从传热流体本体的温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体与温度高于最低温度的传热流体合并来使被移出的传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，即，通过将从传热流体本体的温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体与温度高于最低温度的传热流体合并使得具有不同温度的两传热流体混合在一起并且所得的合并传热流体处于热平衡来使被移出的传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度。将传热流体合并可以通过例如在输送各传热流体的导管之间的相交部(即，在Y形接合部)将传热流体合并来实现。在相交部产生的涡旋在大多数情况下足以使被合并的传热流体混合，但应理解，可以在相交部或相交部的下游另外提供混合手段，例如静态混合元件。

发现当在热储存装置的情况下执行以上方法时，可以更精确地控制与热储存装置热关联的系统(例如热机或热化学系统)所经受的热应力，同时还减小传热流体本体中温跃层的宽度以提供具有预定温度(即等于或低于最高温度的温度)的传热流体流，从而确保热储存装置的罐的更高的利用系数。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，在热能储存装置的储热期间，通过将从传热流体本体的温跃层区域移出且温度高于最高温度的传热流体与温度低于最高温度的传热流体合并来使被移出且温度高于最高温度的传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，所述温度低于最高温度的传热流体来源于传热流体本体的低温区域，和/或在热能储存装置的减热期间，通过将从传热流体本体的温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体与温度高于最低温度的传热流体合并来使被移出的传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，所述温度高于最低温度的传热流体来源于传热流体本体的高温区域。

发现当在热储存装置的情况下执行以上方法时，可以更精确地控制包括传热流体并使其整体循环的热储存装置所经受的热应力，同时还减小传热流体本体中温跃层的宽度以提供具有预定温度(即等于或低于最高温度的温度)的传热流体流，从而确保热储存装置的罐的更高的利用系数，因为将来自同一传热流体本体的流合并而不需要使用外部传热流体。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，在热能储存装置的储热期间，通过将从传热流体本体的温跃层区域移出且温度高于最高温度的传热流体与温度低于最高温度的传热流体合并，通过调节被合并的任一传热流体的流量来使被移出且温度高于最高温度的传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，和/或在热能储存装置的减热期间，通过将从传热流体本体的温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体与温度高于最低温度的传热流体合并，通过调节被合并的任一传热流体的流量来使被移出的传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度。

发现当在热储存装置的情况下执行以上方法时，仅通过调节各流量，可以使从温跃层移出的传热流体与从高温区域或低温区域移出的传热流体的合并流达到期望的温度。因此其允许同时减小热储存装置的循环期间的温跃层的宽度并利用从温跃层中移出的传热流体并且允许控制合并流的温度以改善热储存装置和热相关系统例如热机的整体效率。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，热能储存装置的储热，从温度低于下阈值温度的低温区域移出的传热流体的流量小于添加至温度高于上阈值温度的高温区域的传热流体的流量，和/或热能储存装置的减热，从温度高于上阈值温度的高温区域移出的传热流体的流量小于添加至温度低于下阈值温度的低温区域的传热流体的流量。

发现当在热储存装置的情况下执行以上方法时，可以进一步减小温跃层的宽度(或者可以增加温跃层的陡度)，因为温跃层的在经由其移出传热流体的开口下方的部分比在经由其移出传热流体的开口上方的部分移动得慢。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，在热能储存装置的储热期间，使从传热流体本体的温跃层区域移出且温度高于最高温度的传热流体达到等于或低于最高温度的温度并保持在所述等于或低于最高温度的温度，和/或在热能储存装置的减热期间，使从传热流体本体的温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体达到等于或高于最低温度的温度并保持在所述等于或高于最低温度的温度。

发现当在热储存装置的情况下执行以上方法时，可以在热储存装置的水平上，特别地在下游设备例如管道的水平上减小由不同材料的热膨胀引起的机械应变。此外，具有设定温度的传热流体的恒定供应提高与热储存装置热连接的系统的效率。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，在热能储存装置的储热期间，使从传热流体本体的温跃层区域移出且温度高于最高温度的传热流体达到等于或低于最高温度的第一设定点温度，然后达到等于或低于最高温度的第二设定点温度，条件是第一设定点温度和第二设定点温度不同，和/或在热能储存装置的减热期间，使从传热流体本体的温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体达到等于或高于最低温度的第一设定点温度，然后达到等于或高于最低温度的第二设定点温度，条件是第一设定点温度和第二设定点温度不同。

发现当在热储存装置的情况下执行以上方法时，因为存在这样的系统：其不依赖于恒定的温度而是依赖于特定的温度曲线，在该温度曲线中，例如，温度在两个设定点温度或者甚至在三个或更多个设定点温度之间变化，因此可以进一步提高与热储存装置热连接的系统的效率。应当理解，在一个实施方案中，两个设定点温度可以分别对应于振荡温度曲线的温度最大值和最小值。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，传热流体本体包括超临界状态或亚临界状态或者基本上由超临界状态或亚临界状态组成。亚临界传热流体的一个实例是通常用于热储存装置中的熔盐。在传热流体是诸如惰性气体、氮气或空气的气体的情况下，当与执行没有温跃层控制的方法相比时，在执行根据本发明的方法时，利用系数可以增加七倍。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，在热能储存装置的储热期间，从传热流体本体的温跃层区域移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度上升至高于最高温度时，使被移出的所述传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，其中最高温度高于下阈值温度，以及其中在储热期间所述过程随后被重复一次或更多次，优选地随后被重复一次或更多次直到温度低于下阈值温度的传热流体基本上被耗尽，和/或在热能储存装置的减热期间，从传热流体本体的温跃层区域移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度下降至低于最低温度时，使被移出的所述传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，其中最低温度低于上阈值温度，以及其中在减热期间所述过程随后被重复一次或更多次，优选地随后被重复一次或更多次直到温度高于上阈值温度的传热流体基本上被耗尽。

发现当在热储存装置的情况下执行以上方法时，可以基本上连续地控制温跃层的宽度，并因此可以甚至进一步提高利用系数。虽然也必须增加热能储存装置中所需的开口的数量，以便随后在储热和减热期间随着温跃层上下移动通过热能储存装置的罐重复温跃层宽度控制过程，但是发现当该过程进行两次、三次或四次，即随后被重复一次、两次或三次时，利用系数的提高容易地证明更多开孔的成本增加是合理的。

在根据本发明的一个目的的操作热能储存装置的方法的一个实施方案中，热能储存装置与以下系统热连接，以便允许热能的交换：能够至少部分地利用储热期间的温度等于或低于最高流出温度的传热流体和/或减热期间的温度等于或高于最低流出温度的传热流体中包含的热能和/或将其转化为另外形式的能量的系统，优选地能够将热能转化为机械能或化学能，或者转化为更高热能状态或更低热能状态的系统。在一个实施方案中，热能储存可以与用于热能回收的系统例如钢厂或造纸厂中的用于热能回收的系统热连接。在钢厂中，通过储存由高炉或由炽热金属释放的热能而可以回收大量能量，从而降低能耗和成本。在一个实施方案中，热能储存装置可以与太阳能集热器或太阳能接收器热连接。在储热期间，由从传热流体本体的温跃层区域和低温区域二者移出的传热流体的合并产生的流被引导至太阳能集热器或太阳能接收器，从而被使得达到高于上阈值温度的温度并返回到热能储存装置中的传热流体本体的高温区域。

本发明的另一个目的是提供热能储存装置，其包括用于容纳传热流体本体的罐，所述传热流体本体包括：包含温度高于上阈值温度的传热流体的高温区域、包含温度低于下阈值温度的传热流体的低温区域、以及将高温区域与低温区域分开并且包含温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体的温跃层区域，罐包括至少一个上部开口，所述至少一个上部开口用于在储热期间将温度高于上阈值温度的传热流体添加到罐的对应于传热流体本体的高温区域的区域中并且用于在减热期间从罐的对应于传热流体本体的高温区域的区域中移出温度高于上阈值温度的传热流体，罐包括至少一个下部开口，所述至少一个下部开口用于在储热期间从罐的对应于传热流体本体的低温区域的区域中移出温度低于下阈值温度的传热流体并且在减热期间将温度高于下阈值温度的传热流体添加到罐的对应于传热流体本体的低温区域的区域中，罐包括至少一个中部开口，所述至少一个中部开口用于在储热或减热期间从罐的对应于传热流体本体的温跃层区域的区域中移出传热流体，所述至少一个中部开口布置在上部开口与下部开口之间，并且其中热能储存装置还包括复数个阀，所述复数个阀能够在储热和减热期间调节经过至少一个上部开口、至少一个下部开口和至少一个中部开口中的每一者的流量，并且其特征在于，至少一个下部开口和至少一个中部开口通过管道彼此流体连接以便允许在储热期间从传热流体本体的温跃层区域和低温区域二者中移出的传热流体在所述管道的相交部处合并，相交部特别地位于热交换装置的上游或者至少一个上部开口、至少一个中部开口与热交换装置之间。

本发明的另一个目的是提供热能储存装置，其包括用于容纳传热流体本体的复数n个罐，即2个或更多个罐，所述传热流体本体包括：包含温度高于上阈值温度的传热流体的高温区域、包含温度低于下阈值温度的传热流体的低温区域、以及将高温区域与低温区域分开并且包含温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体的温跃层区域，第一个罐包括至少一个上部开口，所述至少一个上部开口用于在储热期间将温度高于上阈值温度的传热流体添加到传热流体本体的高温区域中并且用于在减热期间从传热流体本体的高温区域中移出温度高于上阈值温度的传热流体，最后一个罐包括至少一个下部开口，所述至少一个下部开口用于在储热期间从传热流体本体的低温区域中移出温度低于下阈值温度的传热流体并且在减热期间将温度高于下阈值温度的传热流体添加到传热流体本体的低温区域中，其中相邻的罐通过复数n-1个管道彼此流体连接，n-1个管道中的每一者将两个相邻的罐流体连接，复数n-1个管道中的每个管道包括至少一个中部开口，所述至少一个中部开口用于在储热或减热期间从传热流体本体的温跃层区域中移出传热流体，并且其中热能储存装置还包括复数个阀，所述复数个阀能够在储热和减热期间调节经过第一个罐的至少一个上部开口、最后一个罐的至少一个下部开口和每个中部开口的流量，并且其特征在于，最后一个罐的至少一个下部开口和每个中部开口通过管道彼此流体连接以便允许在储热期间从传热流体本体的温跃层区域和低温区域二者中移出的传热流体在所述管道的相交部处合并，相交部特别地位于热交换装置的上游或者至少一个上部开口、至少一个中部开口与热交换装置之间，其特征在于，第一个罐的至少一个上部开口和每个中部开口通过管道彼此流体连接以便允许在减热期间从传热流体本体的温跃层区域和高温区域二者中移出的传热流体在所述管道的相交部处合并，相交部特别地位于热交换装置的上游或者至少一个上部开口、至少一个中部开口与热交换装置之间。

因此，根据本发明的一个目的的热能储存装置可以用于实现在储热和减热期间传热流体的流出，由于在每个开口处控制流量，因此该流出将具有恒定的温度。特别地，在热能储存装置包括复数n个罐(n为罐的数量并且包括流体连接至相邻的罐之间的管道的n-1个中间阀控制的开口)的情况下，认为可以移出传热流体而不在传热流体本体中引起大量的湍流，这是因为从管道移出传热流体产生更少的湍流，所述管道相对于罐结果在直径方面显著受限并且传热流体通过其被汇集。此外，在罐的设计方面，与罐处的中部开口相比，在管道处使用中部开口更容易实现。

在根据本发明的一个目的的热能储存装置的一个实施方案中，热能储存装置还包括控制单元，所述控制单元能够控制能够调节经过至少一个上部开口、至少一个下部开口和至少一个中部开口中的每一者的流量的复数个阀，并且被配置为控制所述阀以便执行根据上文所述的操作热能储存装置的方法中的任一者的操作热能储存装置的方法。

因此，通过使用配置为相应地控制朝向各个相交部的流量的控制单元，可以使用根据以上实施方案的热能储存装置来实施上文所述的操作热能储存装置的方法中的任一者。应理解，为了通过控制经过开口的流量来实现对离开相交部的传热流体的温度控制，通过控制单元确定并接收相交部下游或各个开口处或者两者处的温度，使得可以根据通过传感器确定的温度控制流量。

在根据本发明的一个目的的热能储存装置的一个实施方案中，热能储存装置还包括能够在储热和/或减热期间绕过热能储存装置的管道。

因此，即使在热能储存装置填充有温度高于上阈值温度的传热流体或填充有温度低于下阈值温度的传热流体之后，也可以通过绕过热能储存装置并将另外的温度高于上阈值温度的传热流体或温度低于下阈值温度的传热流体直接重新定向朝向热连接至热能储存装置的系统来使用根据以上实施方案的热能储存装置。

在根据本发明的一个目的的热能储存装置的一个实施方案中，罐包括至少两个或多于两个、三个或多于三个、或者四个或多于四个中部开口，所述中部开口用于在储热和/或减热期间从罐的对应于传热流体本体的温跃层区域的区域中移出传热流体，所述中部开口优选地沿储热期间的传热流体的流动方向或沿竖直方向相对于彼此均匀地间隔开。

因此，可以更有效地使用根据以上实施方案的热能储存装置，因为更多的用于从罐的对应于温跃层区域的区域中移出传热流体的中部开口意味着在储热/减热期间当传热流体移动穿过罐(所述流体然后可以与在储热期间来自罐的对应于下部区域的区域的传热流体以及与在减热期间来自罐的对应于上部区域的区域的传热流体合并)时，传热流体本体的温跃层区域可以在罐的多个高度处在宽度方面减小。

在根据本发明的一个目的的热能储存装置的一个实施方案中，罐包括固体例如砾石或无机材料球体的填充床。或者，也可以使用封装的相变材料的填充床。

本发明的另一些实施方案在从属权利要求中给出。

附图说明

在下面参照附图描述本发明的优选实施方案，所述附图是出于举例说明本发明的当前优选的实施方案的目的，而不是出于限制本发明的目的。

在附图中，

图1示出了热储存装置的操作的示意图，其中通过使用位于上部开口与下部开口之间的半高度处的一个开口单独取出温跃层来控制温跃层。黑色实线表示由通过取出温跃层进行控制而得到的温跃层，而虚线对应于由在同一瞬间没有进行控制而得到的温跃层。(a)示出了在临开启通过中部开口取出温跃层之前的热储存装置的储热，(b)示出了紧接在开启经由下部开口移出传热流体之后的热储存装置的储热。(c)示出了在临开启通过中部开口取出温跃层之前的热储存装置的减热，(d)示出了紧接在开启通过上部开口移出传热流体之后的热储存装置的减热。

图2示出了热储存装置的操作的示意图，其中通过使用位于上部开口与下部开口之间的半高度处的一个开口将来自高温区域的传热流体单独注入温跃层中来控制温跃层。黑色实线表示由通过温跃层的注入进行控制而得到的温跃层，而虚线对应于由在同一瞬间没有进行控制而得到的温跃层。(a)示出了在临开启通过中部开口注入到温跃层中之前热储存装置的储热，(b)示出了紧接在开启通过中部开口的温跃层的注入之后热储存装置的储热。(c)示出了在临开启通过中部开口注入到温跃层中之前热储存装置的减热，(d)示出了紧接在开启通过中部开口注入到温跃层中之后热储存装置的减热。

图3示出了热储存装置的操作的示意图，其中通过使用位于上部开口与下部开口之间的半高度处的一个开口从温跃层区域移出传热流体并将其与从低温区域移出的传热流体合并，通过将来自低温区域的传热流体与来自温跃层区域的传热流体混合来控制温跃层。黑色实线表示由通过混合进行控制而得到的温跃层，而虚线对应于由在同一瞬间没有进行控制而得到的温跃层。(a)示出了在临开启通过中部开口从温跃层移出传热流体之前热储存装置的储热，(b)示出了紧接在开启通过中部开口从温跃层移出传热流体并将其与从低温区域移出的传热流体在相交部处合并之后热储存装置的储热，(c)示出了在临开启通过中部开口从温跃层移出传热流体之前热储存装置的减热，(d)示出了紧接在开启通过中部开口从温跃层移出传热流体并将其与从高温区域移出的传热流体合并之后热储存装置的减热。

图4示出了热储存装置的操作的示意图，其中不控制温跃层。虚线对应于储热(a)和减热(b)期间的温跃层。

图5示出了在热储存装置的上部开口、中部开口和下部开口处的流量(虚线)和温度(黑色实线)的时间演变，其中温跃层通过如下来控制：混合传热流体，在热储存装置具有位于上部开口与下部开口之间的半高度处的一个中部开口的情况下在储热(左侧)期间操作。当下降的温跃层通过中部开口时，通过中部开口移出的传热流体的温度升高并且流量减小。同时，通过下部开口移出的传热流体的流量增加以提供具有恒定温度的合并的流出物，并且在热储存装置具有位于上部开口与下部开口之间的半高度处的一个中部开口的情况下在减热(右侧)期间操作。当上升的温跃层通过中部开口时，通过中部开口移出的传热流体的温度降低并且流量减小。同时，通过上部开口移出的传热流体的流量增加以提供具有恒定温度的合并的流出物。

图6示出了在热储存装置的上部开口、中部开口和下部开口处的流量(虚线)和温度(黑色实线)的时间演变，其中温跃层通过如下来控制：混合传热流体，在热储存装置具有位于上部开口与下部开口之间的三个中部开口的情况下在储热(左侧)和减热(右侧)期间操作。

图7示出了在连续储热和减热循环结束时温跃层的演变，其中通过使用沿竖直方向间隔开的三个中部开口取出、注入和混合传热流体来控制温跃层；以及作为比较的在其中不控制温跃层(无TCC)的连续储热和减热循环结束时温跃层的演变。可以看出，在通过混合传热流体来控制温跃层控制的情况下，不仅快速达到稳态，而且与通过取出或注入的温跃层控制中相比，温跃层保持为更陡。因此，在通过混合传热流体来控制温跃层控制的情况下，利用系数最大化。

图8示出了在热储存装置具有位于上部开口与下部开口之间的三个中部开口的情况下对于各种温跃层控制变体在准稳态下在储热期间的流出物温度的时间演变(实线)。可以看出，在通过混合传热流体来控制温跃层控制的情况下，温度变化被抑制并且可以保持设定的温度。

图9示出了在热储存装置具有位于上部开口与下部开口之间的三个中部开口的情况下对于各种温跃层控制变体在准稳态下在减热期间的流出物温度的时间演变(实线)。可以看出，在通过混合传热流体来控制温跃层的情况下，温度变化被抑制并且可以保持设定的温度。

图10示出了根据本发明的一个实施方案的在储热和减热期间的热能储存装置，所述热能储存装置包括用于容纳传热流体本体的一个罐(1)，具有用于在储热期间将传热流体添加到传热流体本体中并且用于在减热期间从传热流体本体中移出传热流体的一个上部开口(2)，具有用于在储热期间从传热流体本体的低温区域中移出传热流体并且在减热期间将传热流体添加到传热流体本体中的一个下部开口(3)，具有用于在储热或减热期间从传热流体本体中移出传热流体并且布置在上部开口(2)与下部开口(3)之间的三个中部开口(4、4’、4”)，和能够在储热和减热期间调节通过三个中部开口的流量的三个阀(5、5’、5”)，以及允许经由管道将中部开口与上部开口或下部开口选择性地流体连接或绕过罐的两个阀(6、6’)，和能够调节通过上部开口(2)和下部开口(3)的流量的两个阀(7、7’)。在储热期间，阀(7)为打开的，阀(6)为关闭的并且阀(6’)为打开的，并且当温跃层区域向下移动时单独并依次打开阀(5、5’、5”)以从温跃层区域移出传热流体并将其与经由下部开口(3)从低温区域移出的传热流体合并。通过控制经过阀(5、5’、5”和7’)的流量，可以控制由来自传热流体本体的温跃层区域和低温区域的传热流体的合并得到的相交部(8’)下游的传热流体的温度。在减热期间，阀(7’)为打开的，阀(6’)为关闭的并且阀(6)为打开的，并且当温跃层区域向上移动并经过中部开口(4、4’、4”)时单独并依次打开阀(5、5’、5”’)以从温跃层区域移出传热流体并将其与经由上部开口(2)从高温区域移出的传热流体合并。通过控制经过阀(5、5’、5”和7)的流量，可以控制由来自传热流体本体的温跃层区域和高温区域的传热流体的合并得到的相交部(8)下游的传热流体的温度。在每种情况下，箭头指示传热流体的流动方向。

图11示出了根据本发明的一个实施方案的在储热和减热期间的热能储存装置，所述热能储存装置包括用于容纳传热流体本体的三个罐(1)，具有用于在储热期间将传热流体添加到传热流体本体中并且用于在减热期间从传热流体本体中移出传热流体的一个上部开口(2)，具有用于在储热期间从传热流体本体的低温区域中移出传热流体并且在减热期间将传热流体添加到传热流体本体中的一个下部开口(3)，具有用于在储热或减热期间从传热流体本体中移出传热流体并且各自布置在相邻的罐之间的三个中部开口(4、4’、4”)，和能够在储热和减热期间调节通过三个中部开口的流量的三个阀(5、5’、5”)，以及允许经由管道将中部开口与上部开口或下部开口选择性地流体连接或绕过罐的两个阀(6、6’)，和能够调节通过上部开口(2)和下部开口(3)的流量的两个阀(7、7’)。在储热期间，阀(7)为打开的，阀(6)为关闭的并且阀(6’)为打开的，并且当温跃层区域向下移动并经过中部开口(4、4’、4”)时单独并依次打开阀(5、5’、5”)以从温跃层区域移出传热流体并将其与经由下部开口(3)从低温区域移出的传热流体合并。通过控制经过阀(5、5’、5”)和阀(7’)的流量，可以控制由来自传热流体本体的温跃层区域和低温区域的传热流体的合并得到的相交部(8’)下游的传热流体的温度。在减热期间，阀(7’)为打开的，阀(6’)为关闭的并且阀(6)为打开的，并且当温跃层区域向上移动并经过中部开口(4、4’、4”)时单独并依次打开阀(5、5’、5”’)以从温跃层区域移出传热流体并将其与经由上部开口(2)从高温区域移出的传热流体合并。通过控制经过阀(5、5’、5”)和阀(7)的流量，可以控制由来自传热流体本体的温跃层区域和高温区域的传热流体的合并得到的相交部(8)下游的传热流体的温度。在每种情况下，箭头指示传热流体的流动方向。

具体实施方式

在本发明的上下文中，术语热能储存装置的“储热”意指将温度高于上阈值温度的传热流体添加到传热流体本体中，相反，术语热能储存装置的“减热”意指将温度低于下阈值温度的传热流体添加到传热流体本体中。

本发明的一个目的是提供操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，所述传热流体本体包括：包含温度高于上阈值温度的传热流体的高温区域、包含温度低于下阈值温度的传热流体的低温区域、以及将高温区域与低温区域分开并且包含温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体的温跃层区域，其中在热能储存装置的储热期间，从传热流体本体的温跃层区域中移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体的温度升高至高于最高温度时，使所述被移出的传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，其中最高温度高于下阈值温度，和/或其中在热能储存装置的减热期间，从传热流体本体的温跃层区域中移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域中移出的传热流体的温度降至低于最低温度时，使所述被移出的传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，其中所述最低温度低于上阈值温度。在大多数情况下，包含温度高于上阈值温度的传热流体的高温区域和包含温度低于下阈值温度的传热流体的低温区域通过温跃层区域在竖直方向上分开，即高温区域位于温跃层区域上方，而低温区域位于温跃层区域下方。在热能储存装置的储热期间，通过例如将从温跃层区域中移出的传热流体引导至热交换器中，例如，即不将所述流体合并或混合到具有较低温度的流体中，使所述流体达到等于或低于所述最高温度的温度，一旦达到等于或低于所述最高温度的温度，然后使所述流体与能够将热能转换成另一种类型的能量的系统(例如热机)热接触。

应理解，通常，热能储存装置中的开口可以呈任何形式并且优选呈口的形式，并且更优选为关于流量可以被控制的口。可以通过直接为口配备阀或在口的下游放置阀来关于流量对口进行控制。

还理解，通常，热能储存装置可以配备有一个或更多个温度传感器，所述一个或更多个温度传感器被单独地放置在热能储存的罐的竖直方向上或者集成到热能储存装置的开口中。

还理解，通常，关于流量可以被控制的开口和温度传感器被连接并且可以通过热能储存装置的控制单元来控制，所述控制单元能够执行根据本发明的方法。

此外，应理解，通常，在储热和/或减热期间从传热流体本体的温跃层区域移出的传热流体可以或可以不返回至传热流体本体，并且可以直接地或间接地返回。在一些实施方案中，在储热期间从温跃层区域移出的传热流体可以返回至传热流体本体的高温区域，而在减热期间从温跃层区域中移出的传热流体可以返回至传热流体本体的低温区域。通常，在储热的情况下，在从温跃层区域中移出的传热流体返回至传热流体本体之前，可以将传热流体引导至能够使用或提高从温跃层区域中移出的传热流体中包含的热能的装置，例如太阳能集热器或太阳能接收器。

在一个优选的实施方案中，适合用于操作热能储存装置的方法中的热储存装置包括用于容纳传热流体本体的罐，所述罐配备有至少一个上部开口，所述至少一个上部开口用于允许例如在热储存装置的储热期间将温度高于上阈值温度的传热流体添加到包含温度高于上阈值温度的传热流体的传热流体本体的高温区域中。因此，在热储存装置的减热期间，使用至少一个上部开口来允许从包含温度高于上阈值温度的传热流体的传热流体本体的高温区域中移出温度高于上阈值温度的传热流体。罐还可以包括复数个上部开口，所述上部开口可以优选地在竖直方向上或在被添加或移出的传热流体的流动方向上以相同的高度布置。

在一个优选的实施方案中，适合用于操作热能储存装置的方法中的热储存装置包括用于容纳传热流体本体的罐，所述罐配备有至少一个下部开口，所述至少一个下部开口用于允许例如在热储存装置的储热期间从包含温度低于下阈值温度的传热流体的传热流体本体的低温区域中移出温度低于下阈值温度的传热流体。因此，在热储存装置的减热期间，使用至少一个下部开口来允许将温度低于下阈值温度的传热流体添加到包含温度低于下阈值温度的传热流体的传热流体本体的低温区域中。罐还可以包括复数个下部开口，所述下部开口可以优选地在竖直方向上或在被添加或移出的传热流体的流动方向上以相同的高度布置。

在一个优选的实施方案中，适合用于操作热能储存装置的方法中的热储存装置包括用于容纳传热流体本体的罐，所述罐配备有至少一个中部开口，所述至少一个中部开口用于允许从传热流体本体的温跃层区域中移出温度低于上阈值温度且高于下阈值的传热流体。罐还可以包括在上部开口与下部开口之间的复数个中部开口，优选地包括一个、两个、三个或四个中部开口，所述复数个中部开口优选地在竖直方向上或在被添加或移出的传热流体的流动方向上布置，并且更优选地均匀地间隔开。当罐包括复数个中部开口时，在储热和减热期间当温跃层从罐的一侧行进到另一侧时，在竖直方向上以不同的水平移出传热流体变为可能，从而提高了可以控制温跃层宽度的效率。

本发明不限于操作包括包含传热流体本体的单个罐的热能储存装置的方法。在包括复数个罐的热能储存装置中，各个罐经由管道彼此流体连接，并且中部开口优选地位于流体连接相邻的罐的管道处。在热能储存装置的一个实施方案中，流体连接相邻的罐的管道中的中部开口为T形接头和/或为相交部。

本发明不限于操作特定种类的热能储存装置的方法。例如，罐和传热流体二者可以根据与热能储存装置热关联的系统的特定需求而变化。示例性的传热流体可以为水、水溶液、熔融盐和气体例如氮气、二氧化碳或空气。传热流体可以处于任何状态，只要其可以流动，即传热流体可以为液体、气体、或甚至处于超临界状态的流体例如超临界二氧化碳。示例性的罐可以由金属、陶瓷或石头形成，或者可以为岩层中的空腔。罐可以或可以不配备有外部绝缘层。上阈值温度和下阈值温度没有特别限制，并且可以在热储存装置和传热流体的热限制内根据热连接至热储存装置的特定系统的需要自由地选择。

例如，在系统为能够将热能转换为化学能的系统(例如基于氧化还原体系，并且优选地基于诸如铈(IV)氧化物-铈(III)氧化物循环或铁氧化物循环或锌-氧化锌循环的金属氧化物的氧化还原体系的热化学燃料合成系统)的情况下，传热流体优选为气体例如惰性气体、二氧化碳、蒸汽、氮气或空气或者超临界流体。在热化学燃料合成系统中使用可以容易地流动而没有显著的背压的气体或超临界流体允许实现更高的燃料产率，因为金属氧化物经常呈多孔结构形式，例如高表面填充床或固体泡沫或金属氧化物被封装在例如管中。典型的还原温度为1100℃至1500℃，典型的氧化温度为800℃至1100℃。

因此，在一个优选的操作包含传热流体本体的热能储存装置的方法中，所述传热流体本体包括：包含温度高于上阈值温度的传热流体的高温区域、包含温度低于下阈值温度的传热流体的低温区域、以及将高温区域与低温区域分开并且包含温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体的温跃层区域，传热流体为气体例如处于亚临界状态、临界状态或超临界状态的惰性气体或空气，其中在热能储存装置的储热期间，从传热流体本体的温跃层区域中移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域中移出的传热流体的温度升高至高于最高温度时，使所述被移出的传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，其中最高温度高于下阈值温度，并且其中等于或低于所述最高温度的温度对应于实现参与热化学循环的金属氧化物的氧化(例如以分解水或二氧化碳)时的温度，和/或其中在热能储存装置的减热期间，从传热流体本体的温跃层区域中移出传热流体，并且当从传热流体本体的温跃层区域中移出的传热流体的温度降至低于最低温度时，使所述被移出的传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，其中所述最低温度低于上阈值温度，并且其中等于或高于所述最低温度的温度对应于实现参与热化学循环的金属氧化物的还原(例如以释放氧并将金属氧化物还原为非化学计量状态)时的温度。作为一个示例性实施方案，在热化学循环基于铈(IV)氧化物-铈(III)氧化物循环的情况下，典型的还原温度为1100℃至1500℃，典型的氧化温度为800℃至1100℃。特别地，在利用诸如金属氧化物的泡沫的多孔结构作为基底的热化学循环的情况下，所述多孔结构与填充床基底相反是整体的，有利于减小温度波动以便减小由热膨胀引起的机械应变。当使用本发明的方法时，由于可以控制被移出的传热流体的温度同时增加热能储存装置的利用系数，因此可以将机械应变减小至最小。应注意的是，可以使具有可以实现金属氧化物的氧化和/或金属氧化物的还原的温度的传热流体与包含能够进行热化学燃料合成的金属氧化物的多孔结构直接接触，只要其包含水或二氧化碳或二者，所述水或二氧化碳或二者然后使用包含能够进行热化学燃料合成的金属氧化物的多孔结构分解。或者，热能可以穿过金属外壳，例如包围多孔金属氧化物结构的单个整体并且阻止多孔金属氧化物结构的单个整体与传热流体直接接触的管传递。为了进行热化学燃料合成，当温度对应于用于分解水或二氧化碳的金属氧化物的氧化温度时，将包含水或二氧化碳或二者的流体流引导穿过管腔。

附图标记列表

1 罐 5 阀

2 上部开口 6 阀

3 下部开口 7 阀

4 中部开口 8 相交部

Claims (12)

1.一种操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，所述传热流体本体包括高温区域、低温区域和温跃层区域，所述高温区域包括温度高于上阈值温度的传热流体，所述低温区域包括温度低于下阈值温度的传热流体，所述温跃层区域将所述高温区域和所述低温区域分开并且包括温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体，

其中在所述热能储存装置的储热期间，从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出传热流体，并且当从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出的传热流体的温度上升至高于最高温度时，通过将被移出且温度高于最高温度的传热流体与温度低于所述下阈值温度的传热流体合并来使被移出的所述传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，其中所述温度低于所述下阈值温度的传热流体来源于所述传热流体本体的所述低温区域，其中所述最高温度高于所述下阈值温度，和/或

其中在所述热能储存装置的减热期间，从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出传热流体，并且当从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出的传热流体的温度下降至低于最低温度时，通过将被移出的优选地温度低于最低温度的传热流体与温度高于所述上阈值温度的传热流体合并来使被移出的所述传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，其中所述传热流体来源于所述传热流体本体的所述高温区域，其中所述最低温度低于所述上阈值温度。

2.根据权利要求13所述的操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，

其中在所述热能储存装置的储热期间，通过将从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出且温度高于最高温度的传热流体与温度低于所述下阈值温度的传热流体合并，通过调节被合并的任一传热流体的流量来使被移出且温度高于最高温度的传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，和/或

其中在所述热能储存装置的减热期间，通过将从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体与温度高于所述上阈值温度的传热流体合并，通过调节被合并的任一传热流体的流量来使被移出的传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度。

3.根据权利要求1或2所述的操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，

其中在所述热能储存装置的储热期间，从温度低于所述下阈值温度的所述低温区域移出的传热流体的流量小于添加至温度高于上阈值温度的所述高温区域的传热流体的流量，和/或

其中在所述热能储存装置的减热期间，从温度高于所述上阈值温度的所述高温区域移出的传热流体的流量小于添加至温度低于下阈值温度的所述低温区域的传热流体的流量。

4.根据任一前述权利要求所述的操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，

其中在所述热能储存装置的储热期间，使从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出且温度高于最高温度的传热流体达到等于或低于所述最高温度的第一设定点温度，然后达到等于或低于所述最高温度的第二设定点温度，条件是所述第一设定点温度和所述第二设定点温度不同，和/或

其中在所述热能储存装置的减热期间，使从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体达到等于或高于所述最低温度的第一设定点温度，然后达到等于或高于所述最低温度的第二设定点温度，条件是所述第一设定点温度和所述第二设定点温度不同。

5.根据任一前述权利要求所述的操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，

其中在所述热能储存装置的储热期间，使从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出且温度高于最高温度的传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度并保持在等于或低于所述最高温度的所述温度，和/或

其中在所述热能储存装置的减热期间，使从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出且温度低于最低温度的传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度并保持在等于或高于所述最低温度的所述温度。

6.根据任一前述权利要求所述的操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，

其中在所述热能储存装置的储热期间，从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出传热流体，当从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出的传热流体的温度上升至高于最高温度时，使被移出的所述传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，其中所述最高温度高于所述下阈值温度，以及其中在储热期间所述过程随后被重复一次或更多次，优选地随后被重复一次或更多次直到温度低于所述下阈值温度的传热流体基本上被耗尽，和/或

其中在所述热能储存装置的减热期间，从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出传热流体，并且当从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出的传热流体的温度下降至低于最低温度时，使被移出的所述传热流体达到等于或高于所述最低温度的温度，其中所述最低温度低于所述上阈值温度，以及其中在减热期间所述过程随后被重复一次或更多次，优选地随后被重复一次或更多次直到温度高于所述上阈值温度的传热流体基本上被耗尽。

7.根据任一前述权利要求所述的操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，其中所述传热流体为呈气态、液态或超临界状态的流体。

8.根据任一前述权利要求所述的操作热能储存装置的方法，其中所述热能储存与以下系统热连接，以允许热能的交换：

所述系统能够至少部分地将储热期间的温度等于或低于最高流出温度的传热流体和/或减热期间的温度等于或高于最低流出温度的传热流体中包含的热能转化为另外形式的能量，优选地所述系统能够将所述热能转化为机械能或化学能，和/或

所述系统能够增加储热期间的温度等于或低于最高流出温度的传热流体中包含的热能和/或减少减热期间的温度等于或高于最低流出温度的传热流体中包含的热能。

9.根据任一前述权利要求所述的操作包括传热流体本体的热能储存装置的方法，

其中在所述热能储存装置的储热期间，在与能够至少部分地转化温度等于或低于所述最高温度的传热流体中包含的热能或者增加热能的系统热接触之前，使从所述传热流体本体移出的温度高于所述最高温度的传热流体达到等于或低于所述最高温度的温度，和/或

其中在所述热能储存装置的减热期间，在与能够至少部分地转化温度等于或高于所述最低温度的传热流体中包含的热能或者减少热能的系统热接触之前，使从所述传热流体本体移出的温度低于所述最低温度的传热流体达到等于或高于所述最低的温度。

10.一种热能储存装置，包括：

用于容纳传热流体本体的罐，所述传热流体本体包括高温区域、低温区域和温跃层区域，所述高温区域包括温度高于上阈值温度的传热流体，所述低温区域包括温度低于下阈值温度的传热流体，所述温跃层区域将所述高温区域和所述低温区域分开并且包括温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体，

所述罐包括至少一个上部开口，所述至少一个上部开口用于在储热期间向所述罐的对应于所述传热流体本体的所述高温区域的区域添加温度高于上阈值温度的传热流体以及用于在减热期间从所述罐的对应于所述传热流体本体的所述高温区域的区域移出温度高于上阈值温度的传热流体，

所述罐包括至少一个下部开口，所述至少一个下部开口用于在储热期间从所述罐的对应于所述传热流体本体的所述低温区域的区域移出温度低于下阈值温度的传热流体以及用于在减热期间向所述罐的对应于所述传热流体本体的所述低温区域的区域添加温度高于下阈值温度的传热流体，

所述罐包括至少一个中部开口，所述至少一个中部开口用于在储热或减热期间从所述罐的对应于所述传热流体本体的所述温跃层区域的区域移出传热流体，所述至少一个中部开口被布置在所述上部开口与所述下部开口之间，以及

其中所述热能储存装置还包括复数个阀，所述复数个阀能够在储热和减热期间调节经过所述至少一个上部开口、所述至少一个下开口和所述至少一个中部开口中的每一者的流量，以及

特征在于，所述至少一个下部开口和所述至少一个中部开口通过管道彼此流体连接，以允许在储热期间从所述传热流体本体的所述温跃层区域和所述低温区域二者中移出的传热流体在所述管道的相交部合并，所述相交部被定位在特别是热交换装置的上游或者在所述至少一个下部开口、所述至少一个中部开口与热交换装置之间，

特征在于，所述至少一个上部开口和所述至少一个中部开口通过管道彼此流体连接，以允许在减热期间从所述传热流体本体的所述温跃层区域和所述高温区域二者中移出的传热流体在所述管道的相交部合并，所述相交部被定位在特别是热交换装置的上游或者在所述至少一个上部开口、所述至少一个中部开口与热交换装置之间，其中所述热能储存装置还包括控制单元，所述控制单元能够控制所述复数个阀并且被配置成控制所述复数个阀以执行根据权利要求1至9中任一项所述的操作热能储存装置的方法。

11.一种热能储存装置，包括：

用于容纳传热流体本体的复数n个罐，所述传热流体本体包括高温区域、低温区域和温跃层区域，所述高温区域包括温度高于上阈值温度的传热流体，所述低温区域包括温度低于下阈值温度的传热流体，所述温跃层区域将所述高温区域和所述低温区域分开并且包括温度高于下阈值温度且低于上阈值温度的传热流体，

第一个罐，包括至少一个上部开口，所述至少一个上部开口用于在储热期间向所述传热流体本体的所述高温区域添加温度高于上阈值温度的传热流体以及用于在减热期间从所述传热流体本体的所述高温区域移出温度高于上阈值温度的传热流体，

最后一个罐，包括至少一个下部开口，所述至少一个下部开口用于在储热期间从所述传热流体本体的所述低温区域移出温度低于下阈值温度的传热流体以及用于在减热期间向所述传热流体本体的所述低温区域添加温度低于下阈值温度的传热流体，

其中相邻的罐通过复数n-1个管道彼此流体连接，所述n-1个管道中的每一者将两个相邻的罐流体连接，

所述复数n-1个管道中的每个管道包括至少一个中部开口，所述至少一个中部开口用于在储热或减热期间从所述传热流体本体的所述温跃层区域中移出传热流体，以及

其中所述热能储存装置还包括复数个阀，所述复数个阀能够在储热和减热期间调节经过所述第一个罐的所述至少一个上部开口、所述最后一个罐的所述至少一个下部开口和每个所述中部开口的流量，以及

特征在于，所述最后一个罐的所述至少一个下部开口和每个所述中部开口通过管道彼此流体连接，以允许在储热期间从所述传热流体本体的所述温跃层区域和所述低温区域二者中移出的传热流体在所述管道的相交部合并，所述相交部被定位在特别是热交换装置的上游或者所述至少一个下部开口、所述至少一个中部开口和热交换装置之间，

特征在于，所述第一个罐的所述至少一个上部开口和每个所述中部开口通过管道彼此流体连接，以允许在减热期间从所述传热流体本体的所述温跃层区域和所述高温区域二者中移出的传热流体在所述管道的相交部合并，所述相交部被定位在特别是热交换装置的上游或者所述至少一个上部开口、所述至少一个中部开口和热交换装置之间，其中所述热能储存装置还包括控制单元，所述控制单元能够控制所述复数个阀并且被配置成控制所述复数个阀以执行根据权利要求1至9中任一项所述的操作热能储存装置的方法。

12.根据权利要求10或11中任一项所述的热能储存装置，其中所述热能储存装置还包括，

能够在储热和/或减热期间绕过所述罐或所述复数n个罐的管道，和/或所述罐包括至少两个或多于两个、三个或多于三个、或者四个或多于四个的中部开口，以用于在储热和/或减热期间从所述传热流体本体的所述温跃层区域移出传热流体，所述中部开口是流体连接的，优选地沿传热流体在储热期间的流动方向或沿竖直方向相对于彼此均匀地间隔开。

Images