使用两相流以便于热交换的压缩空气能量存储系统 |
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| 申请号 | CN201280007642.3 | 申请日 | 2012-01-19 | 公开(公告)号 | CN103370495B | 公开(公告)日 | 2016-03-02 |
| 申请人 | 光帆能源公司; | 发明人 | 卡尔·E·斯塔卡夫; 丹尼尔·A·方; 史蒂芬·E·克莱恩; 艾德文·P·小柏林; 阿米尔侯赛英·波莫萨阿比克娜; | ||||
| 摘要 | 根据本 发明 实施例 的压缩空气 能量 存储系统包括可逆机构以压缩和膨胀空气，一个或多个压缩空气存储设备，控制系统，一个或多个 热交换器 ，以及在本发明的一些实施例中，还包括 电动机 -发 电机 。可逆空气 压缩机 -膨胀器运用机械功率以压缩空气（当其作为压缩机作用时），以及将存储在压缩空气中的能量转换为机械功率（当其作为膨胀器作用时）。在一些实施例中，压缩机-膨胀器包括一个或多个阶段，各个阶段包括部分地填充有 水 或其他液体的 压 力 容器 （"压力灵敏元件"）。在一些实施例中，压力容器与一个或多个缸设备连通以与缸的腔交换气体和液体。在 电子 控制的情况下，适当的 阀 装置允许气体进入或离开压力灵敏元件和缸设备（如果有的话）。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种使用两相流以便于热交换的压缩空气能量存储方法，该方法包括： |
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| 说明书全文 | 使用两相流以便于热交换的压缩空气能量存储系统[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本专利申请是2010年1月28日提交的美国非临时专利申请No.12/695,922的部分接续案，上述申请要求2009年6月29日提交的美国临时专利申请No.61/221,487的优先权。本专利申请也是2010年3月24日提交的美国非临时专利申请No.12/730,549的部分接续案。本专利申请也要求下列临时专利申请的优先权：2010年1月12日提交的美国临时专利申请No.61/294,396；2010年2月19日提交的美国临时专利申请No.61/306,122；2010年4月1日提交的美国临时专利申请No.61/320,150；2010年5月21日提交的美国临时专利申请No.61/347,312；2010年5月21日提交的美国临时专利申请No.61/347,056； 以及2010年5月26日提交的美国临时专利申请No.61/348,661。上述每个申请都通过引述全部结合于此，用于各种用途。 技术领域背景技术[0003] 空气被压缩到300巴时所具有的能量密度可以与铅酸电池以及其他能量存储技术所提供的能量密度相比。然而，由于热损失和机械损失之故，空气的压缩和减压过程通常效率较低。将压缩空气用于能量存储应用尽管有很明显的优点，这种低效率限制了其经济可行性。 [0004] 众所周知，如果压缩过程等温（isothermally）进行（要求在压缩之前或期间冷却空气），那么压缩机就更有效率。从1930年以来，经常不时地发布一些等温气体压缩机的专利（例如，美国专利No.1,751,537和No.1,929,350）。有效地压缩空气的一个方法是，在几个级（stages）中进行压缩，每个级在汽缸装置（cylinder device）中包括往复活塞，在级之间有中间冷却装置（例如，美国专利No.5,195,874）。所述空气的冷却也可以通过将液体（诸如矿物油、制冷剂、或水）注入压缩腔或注入级间的气流中来实现（例如，美国专利No.5,076,067）。 [0005] 有几个能量存储系统的专利将压缩空气与天然气混合起来并将混合物进给到燃气轮机中，从而增加了轮机的功率输出（例如，美国专利No.5,634,340）。所述空气通过电驱动的空气压缩机进行压缩，而所述空气压缩机在电需求低的时段工作。压缩空气增强型燃气轮机在峰值需求时驱动发电机。已经建立了两个这样的系统，并且提出建其它的系统，这些系统使用地下洞穴来存储压缩空气。 [0006] 已经公布了这种能量存储方案的改进版本的一些专利，它们应用在所述燃气涡轮机上游的饱和器来加热和润湿进来的空气，从而提高系统的效率（例如，美国专利No.5,491,969）。也公布了其它一些专利，这些专利提及膨胀前利用低质量的热（诸如来自一些其它过程中的废热）来加热空气从而也提高效率的可能性（例如，美国专利No.5,537,822）。发明内容 [0007] 本发明的实施例一般地说涉及能量储存系统，具体地说，涉及利用压缩空气作为能量存储介质的能量储存系统（energy storage system），其中该能量储存系统包括空气压缩/膨胀机构、热交换器（heat exchanger）以及一个或多个空气存储罐（air storage tank）。 [0008] 根据本发明的实施例，提供一种压缩空气能量储存系统，其包括压缩和膨胀空气的可逆机构、一个或多个压缩空气存储罐、控制系统、一个或多个热交换器，以及在本发明的一些实施例中，还包括马达-发电机（motor-generator）。 [0009] 所述可逆的空气压缩机-膨胀机利用机械能来压缩空气（当其作为压缩机来工作时）并将压缩空气中所存储的能量转换为机械能（当其作为膨胀机来工作时）。所述压缩机-膨胀机包括一个或多个级，每个级都包括部分地充有水或其它液体的压力容器（即“压力室”）。在一些实施例中，所述压力容器与一个或多个汽缸装置连通以与该汽缸装置的汽缸腔交换空气和液体。在电子控制下，合适的阀门调节允许空气进入或离开所述压力室和汽缸装置（如果有的话）。 [0010] 上面所提及的汽缸装置可以以若干种方法之一来构造。在一个具体的实施例中，它可以设有与活塞杆（piston rod）相连的活塞，使得进出所述汽缸装置的机械能通过这个活塞杆来传输。在另一种配置中，所述汽缸装置可以包含液压液（hydraulic liquid），在这种情形中，该液体由膨胀空气的压力来驱动，从所述汽缸装置以这种方式传输出能量。在这种配置中，所述液压液能够与所述空气直接相互作用，或者横过所述汽缸装置口径的隔膜（diaphragm）能够将所述空气与所述液体隔开。 [0011] 在低压级（low-pressure stage）中，在膨胀或压缩冲程（stroke）期间，液体通过雾化喷嘴（puzzle）被泵入所述压力室（pressure cell）中，或者，在某些实施例中，被泵入所述汽缸装置中以便于热交换。进入所述腔中的液体的数量足以吸收（在压缩过程中）或释放（在膨胀过程中）与该压缩或膨胀过程相关的所有的热，使这些过程近等温地进行。然后，该液体在所述冲程的不作功阶段（non-power phase）返回所述压力室中，在该压力室中它能够通过常规的热交换器与外部环境换热。这就能使所述压缩和膨胀过程高效地进行。 [0012] 本发明的实施例的工作特征在于被压缩或膨胀的气体的温度变化的幅度。根据一个实施例，在压缩循环期间，所述气体的温度可以升高100或小于100摄氏度，或者温度可以升高60或小于60摄氏度。在一些实施例中，在膨胀循环中，所述气体的温度可以降低100或小于100摄氏度、15或小于15摄氏度、或11或小于11摄氏度，从初始的室温到接近水的凝固点（freezing point）。 [0013] 除了上述通过喷嘴注入液体外，在一个或多个所述汽缸装置中，空气也可以形成气泡穿过一定数量的液体，以便于进行热交换。在高压时优先使用这种方法。 [0014] 在膨胀过程中，以电子方式控制阀门时序（valve timing），使得只允许以希望的膨胀比进行膨胀所需数量的空气进入所述汽缸装置中。随着所述存储罐耗尽，这个体积就发生改变，从而必须动态地调节所述阀门时序。 [0015] 所述汽缸腔（如果存在的话）和压力室的体积从高压级到低压级增加。在本发明的其它具体实施例中，不是使用具有不同容积的汽缸腔（cylinder chamber），而是使用腔具有相同容积的多个汽缸装置，其总容积积等于所要求的较大容积。 [0016] 在压缩过程中，马达或其它的轴转矩源（source of shaft torque）驱动所述活塞，或者通过对所述汽缸装置中的空气进行压缩的泵产生液压（hydraulic pressure）。在膨胀过程中，则反过来。膨胀空气驱动所述活塞或液压液，将机械能传输出系统。使用常规的马达-发电机可以将这个机械能转换成电能或从电能转换成机械能。附图说明 [0017] 图1是本发明所述的压缩空气能量存储系统的第一实施例的示意表示，即利用液雾实现热交换的单级、单作用能量存储系统； [0018] 图2是本发明所述的压缩空气能量存储系统的第二实施例的方框图，示出了多级如何结合成完整的系统； [0019] 图3是压缩空气能量存储系统的第三实施例的示意表示，即，既使用液雾又使用穿过液体的空气气泡来实现热交换的单级、单作用能量存储系统； [0020] 图4是本发明所述的多级压缩空气能量存储系统中使用液雾实现热交换的一个单作用级的示意表示； [0021] 图5是本发明所述的多级压缩空气能量存储系统中的一个双作用级的示意表示； [0022] 图6是本发明所述的多级压缩空气能量存储系统中的一个使用穿过液体的空气气泡来实现热交换的单作用级的示意表示； [0023] 图7是本发明所述的多级压缩空气能量存储系统中的一个使用多个汽缸装置的单作用级的示意表示； [0024] 图8是用来将能量送入或送出系统的四种方法的示意表示； [0025] 图9是使用液压马达作为传送和接收机械能的机构的多级压缩空气能量系统的方框图； [0026] 图10示出了本发明所述的设备的另一个实施例； [0027] 图11A-11F示出了控制各个阀门的时序的控制器的操作； [0028] 图12A-C示出了本发明的一个实施例所述的压缩循环的步骤期间的设备配置； [0029] 图13A-C示出了本发明的一个实施例所述的膨胀循环的步骤期间的设备配置； [0030] 图14A-C示出了本发明的一个实施例所述的压缩循环的步骤期间的设备配置； [0031] 图15A-C示出了本发明的一个实施例所述的膨胀循环的步骤期间的设备配置； [0032] 图16A-D示出了本发明的一个实施例所述的压缩循环的步骤期间的设备配置； [0033] 图17A-D示出了本发明的一个实施例所述的膨胀循环的步骤期间的设备配置； [0034] 图18A-D示出了本发明的一个实施例所述的压缩循环的步骤期间的设备配置； [0035] 图19A-D示出了本发明的一个实施例所述的膨胀循环的步骤期间的设备配置； [0036] 图20示出了适合于结合本发明的实施例所述的方法和系统使用的计算机系统的简化图； [0037] 图20A是图20所示的计算机系统中的基本子系统的说明； [0038] 图21是用于控制本发明所述的设备的各个部件的操作的控制器的输入和输出的方框图的一个实施例； [0039] 图22是简化图，示出了本发明所述的设备的一个实施例；图22A-B示出了以不同模式工作的图22所示的设备； [0040] 图23是简化图，示出了压缩机-膨胀机的一个实施例中的空气流； [0041] 图24A是简化图，示出了本发明所述的设备的另一个实施例； [0042] 图24B是简化图，示出了本发明所述的设备的另一个实施例； [0043] 图24C是简化图，示出了本发明所述的设备的另一个实施例； [0044] 图24D是简化图，示出了本发明所述的设备的又一个实施例； [0045] 图25是简化示意图，示出了压缩机-膨胀机的一个实施例； [0046] 图26示出了多级设备的一个实施例的简化图； [0047] 图26A示出了多级设备的另一个实施例的简化图； [0048] 图26B示出了多级设备的另一个实施例的简化图； [0049] 图27示出了压缩机机构的一个实施例的简化示意图； [0050] 图28-28A是气雾制冷循环的实施例的简化示意图； [0051] 图29示出了中空锥形喷嘴设计的速度场； [0052] 图30示出了扇形喷嘴的仿真； [0053] 图31示出了气雾制冷循环的一个实施例的系统图； [0054] 图32画出了气雾制冷循环的实施例的温度-熵关系； [0055] 图32A是功率流图，示出了流过气雾制冷循环的一个实施例的功和热量； [0056] 图33是本发明所述的系统的一个实施例的简化示意表示； [0058] 图34是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示； [0059] 图35是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示； [0060] 图35A是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示； [0061] 图36是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示； [0062] 图37是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示； [0063] 图38是本发明的一个实施例所述的使用混合腔的空气存储和复原系统的示意图； [0064] 图39是本发明的一个实施例所述的包括混合腔和压缩腔的单级设备的示意图； [0065] 图39A-39B是图39中的实施例在工作中的简化示意表示； [0066] 图39CA-39CB是注入液体的可能轨迹的简化示意表示； [0067] 图40是本发明的一个实施例所述的包括混合腔和膨胀腔的单级设备的示意图； [0068] 图40A-40B是图40中的实施例在工作中的简化示意表示； [0069] 图41是本发明的一个实施例所述的用于进行压缩和膨胀的设备的实施例的示意图； [0070] 图41A-D是图41中的实施例在工作中的简化示意表示； [0071] 图41EA-EE是简化示意表示，示出了一个阀门和汽缸配置的工作； [0072] 图41FA-FC是简化示意表示，示出了一个实施例的工作； [0073] 图41G是阀门结构的一个实施例的简化示意图； [0074] 图41H是可以根据本发明的实施例使用的凸轮基阀门设计的简化示意图； [0075] 图42A是本发明所述的用于气体压缩的多级设备的一个实施例的简化图； [0076] 图42B是本发明所述的多级专用压缩机的一个实施例的简化方框图； [0077] 图42BA-42BC示出了图42B中的系统的各个标准部件（modular elements）的实施例的简化图； [0078] 图42C是简化图，示出了本发明所述的多级专用压缩机的另一个实施例； [0079] 图43是本发明所述的多级专用膨胀机的一个实施例的简化方框图； [0080] 图43A示出了图43中的系统的一个标准部件的一个实施例的简化图； [0081] 图43B是简化图，示出了本发明所述的多级专用膨胀机的另一个实施例； [0082] 图44是简化图，示出了本发明所述的多级压缩机/膨胀机设备的一个实施例； [0083] 图45是简化图，示出了本发明所述的多级压缩机/膨胀机的另一个实施例； [0084] 图46A是本发明的一个实施例的简化图，其中，混合腔的输出有选择地输出到三个压缩/膨胀汽缸中； [0085] 图46B是本发明的一个实施例的简化图，其中，混合腔的输出可以弃掉； [0086] 图47是方框图，示出了用于控制本发明的实施例所述的设备的各个部件的操作的控制器的输入和输出； [0087] 图48A-C示出了用于控制所述系统中的各个阀门的时序的控制器的操作； [0088] 图49A-C画出了经历压缩和膨胀模式的腔中的压强-体积关系； [0089] 图50A是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量存储系统的简化示意图； [0090] 图50B是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量复原系统的简化示意图； [0091] 图51是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量存储和复原系统的简化示意图； [0092] 图52是方框图，示出了用于控制本发明的实施例所述的设备的各个部件的操作的控制器的输入和输出； [0093] 图53A是本发明所述的用于气体压缩的多级设备的一个实施例的简化图； [0094] 图53B是本发明所述的多级专用压缩机的一个实施例的简化方框图； [0095] 图53BA-53BC示出了图53中的系统的各个标准部件的实施例的简化图； [0096] 图53C是简化图，示出了本发明所述的多级专用压缩机的另一个实施例； [0097] 图54是本发明所述的多级专用膨胀机的一个实施例的简化方框图； [0098] 图54A示出了图54中的系统的一个标准部件的实施例的简化图； [0099] 图55是简化图，示出了本发明所述的多级专用膨胀机的另一个实施例； [0100] 图56是简化图，示出了本发明所述的可配置为进行压缩和膨胀的多级设备的一个实施例； [0101] 图57是简化图，示出了本发明所述的可配置为进行压缩和膨胀的多级设备的另一个实施例； [0102] 图58是单级压缩空气存储和复原系统的一个实施例的简化示意表示； [0103] 图58A-C是本发明所述的多级压缩空气存储系统的实施例的简化示意表示； [0104] 图59-59B示出了包含在内部设置有可移动活塞的汽缸的级的一个实施例； [0105] 图60是一个表格，列出了本发明的一个实施例所述的能量存储系统的加热和冷却功能； [0106] 图61A-C示出了作为膨胀机工作的级； [0107] 图62是一个表格，列出了被结合在电源网络中的本发明所述的能量存储系统的可能功能； [0108] 图63A-C示出了作为压缩机工作的级； [0109] 图64A示出了多级系统，其中每个级预期呈现不同的温度变化；图64B示出了多级系统，其中每个级预期呈现基本上相等的温度变化； [0110] 图65一般性地画出了压缩气体系统和外部部件之间的相互作用； [0111] 图66是配置为向终端用户提供电能的网络的简化示意图； [0112] 图67示出了可以由本发明的一个实施例所述的压缩气体能量存储和复原系统执行的平坦化功能（levelizing function）的简化图； [0113] 图68示出了与发电资产（power generation asset）同在一起的本发明所述的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图； [0114] 图68A示出了使用复合马达/发电机和复合压缩机/膨胀机的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图； [0115] 图68B示出了使用专用的马达、发电机、压缩机以及膨胀机部件的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图； [0116] 图68C示出了使用多节点齿轮系统的本发明所述的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图； [0117] 图69示出了本发明所述的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图，该系统与计量计（meter）后的终端用户同在一起； [0119] 图70示出了本发明所述的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图，该系统与计量计（meter）后的终端用户和本地能量源同在一起； [0120] 图71是一个表格，总结了在计量计后与终端用户同在一起的压缩气体能量存储和复原系统的各个工作模式； [0121] 图72是一个表格，总结了在计量计后与终端用户以及与本地能量源同在一起的压缩气体能量存储和复原系统的各个工作模式； [0122] 图73表示某些实施例的简化图； [0123] 图74是在压缩比为32的两个压缩循环上的质量加权平均温度图； [0124] 图74A是从高压缩比的气体压缩的CFD仿真得到的在上止点的绝对温度的假彩色表示； [0125] 图75示出了热力学循环； [0126] 图76A画出了效率-水体积份数的关系； [0127] 图76B示出了随着水体积份数的增加，所排空气的温度变化； [0128] 图77示出了在靠近汽缸头的位置处的上止点的温度； [0129] 图78示出了在喷水和不喷水的情况下的温度变化； [0130] 图79示出了二维射流断裂（jet breakup）的多相流仿真； [0131] 图80是从金字塔形喷嘴的一个实施例喷射出来的水雾的CFD仿真； [0132] 图81a示出了利用粒子图像测速（Particle Image Velocimetry，PIV）系统拍摄的液滴的实验图像； [0133] 图81b画出了测量的液滴尺寸分布； [0134] 图82是利用制冷剂相变的本发明的一个实施例所述的冷却系统的简化图； [0136] 图84示出了使用活塞作为气流阀的设备的一个实施例的简化剖视图； [0137] 图85示出了使用进入腔中的液流的设备的一个实施例； [0138] 图86A-C示出了本发明的一个实施例所述的压缩设备； [0139] 图87示出了包括液流阀网络的本发明所述的设备的一个实施例的简化图； [0140] 图88示出了本发明所述的设备的一个实施例的简化图； [0141] 图89示出了本发明的一个实施例所述的界定液体注入喷雾器的空间的简化剖视图； [0142] 图90A-90C示出了由单片制造的喷嘴的一个实施例的简化图； [0143] 图91A-91D示出了由单片制造的喷嘴的另一个实施例的简化图； [0144] 图92A-92D示出了由单片制造的喷嘴的另一个实施例的简化图； [0145] 图93是多片喷嘴设计的一个板的透视图，示出了相对表面中的一个表面，该表面形成了所述喷雾器的一半结构； [0146] 图93A示出了图93中的板的顶视图； [0147] 图93B示出了图93中的板的侧视图； [0148] 图94是第二板的透视图，示出了形成所述喷雾器另一半结构的有壁凹的表面； [0149] 图95示出了从配置为从所述喷雾器接收液体的腔的角度看的组装了的喷雾器结构的一个实施例； [0150] 图96示出了从到所述喷雾器的液体源的角度看的图95所示的组装了的喷雾器结构的一个实施例； [0151] 图97示出了图89中的喷嘴设计的不同部分的相对距离； [0152] 图98示出了从图89中的喷嘴设计所预期的扇形喷流； [0153] 图99A-D示出了多片喷嘴结构的另一个实施例； [0154] 图100A-J示出了多片喷嘴结构的另一个实施例的各种视图； [0155] 图101A-C示出了用于评估喷嘴性能的实验装置； [0156] 图102示出了从两个瞬时投影图像获得的在100PSIG水压下的整体流结构； [0157] 图103示出了从第1轮（run1）和第4轮（run4）获得的平均速度矢量； [0158] 图104示出了从第1轮和第4轮获得的RMS速度矢量； [0159] 图105示出了第1轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像； [0160] 图106示出了第1轮的液滴尺寸的直方图； [0161] 图107示出了第4轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像； [0162] 图108示出了液滴尺寸的相应的直方图； [0163] 图109A示出了第12轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像；图109B示出了第14轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像； [0164] 图110A示出了第12轮的液滴尺寸的直方图；图110B示出了第14轮的直方图； [0165] 图111A示出了第5轮到第15轮以及第25轮到第27轮的沿着z轴的液滴尺寸分布；图111B示出了以液膜角度（sheet angle）为坐标的同样的数据； [0166] 图112A示出了第5轮到第15轮以及第25轮到第27轮的每个z位置处辨认出的液滴的数目；图112B示出了以液膜角度为坐标的同样的数据； [0167] 图113示出了从两个瞬时投影图像获得的在50PSIG水压下的整体流结构； [0168] 图114示出了从第2轮和第3轮获得的平均速度矢量场； [0169] 图115示出了从第2轮和第3轮获得的RMS速度矢量场； [0170] 图116示出了第2轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像； [0171] 图117示出了液滴尺寸的相应的直方图； [0172] 图118示出了第3轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像； [0173] 图119示出了第3轮的液滴尺寸的相应的直方图； [0174] 图120示出了第20轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像； [0175] 图121示出了第20轮的液滴尺寸的相应的直方图； [0176] 图122A示出了第16-21轮以及第22-24轮的沿着z轴（单位mm）的液滴尺寸分布；图122B示出了以液膜角度为坐标的这些数据； [0177] 图123A示出了第16-24轮每个z位置处辨认出的液滴的数目；图123B示出了以液膜角度为坐标的同样的数据； [0178] 图124是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量存储和复原系统的简化示意图； [0179] 图124A示出了本发明的一个实施例所述的具有阀门和喷雾器的腔壁的视图； [0180] 图125是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量存储和复原系统的简化示意图； [0181] 图126是本发明的一个实施例所述的具有用于直接注入液体的喷雾器的压缩和膨胀腔的简化放大图； [0182] 图127是本发明的一个实施例所述的具有用于直接注入液体的喷雾器的压缩和膨胀腔的简化放大图； [0183] 图128是本发明的一个实施例所述的具有用于直接注入液体的喷雾器的压缩和膨胀腔的简化放大图； [0184] 图129是本发明的一个实施例所述的具有用于直接注入液体的喷雾器的压缩和膨胀腔的简化放大图； [0185] 图130A示出了本发明所述的被置于汽缸头的喷嘴的一个实施例； [0186] 图130B示出了本发明所述的被置于汽缸头的喷嘴的另一个实施例； [0187] 图131示出了使用液体注入具有复杂的腔断面的设备的一个实施例； [0188] 图132示出了使用液体注入具有复杂的腔断面的设备的另一个实施例； [0189] 图133A-G示出了喷嘴设计的另一个实施例的视图； [0190] 图134A-C示出了喷嘴设计的各种实施例的视图； [0191] 图135A-E示出了具有调制共振特性的压缩或膨胀设备的设计； [0192] 图136示出了用于抽取能量的主调控器（active regulator）设备的一个实施例； [0193] 图137示出了具有内部喷雾发生机构的设备的一个实施例； [0194] 图138示出了使用内高压通过喷嘴抽取液体的设备的一个实施例； [0195] 图139示出了使用具有活塞致动器的无源阀门的设备的一个实施例； [0197] 图141示出了使用膨胀产生的能量来保持罐中气体压力接近恒定的设备的一个实施例； [0198] 图142是网供电络的实施例的简化示意图； [0199] 图143是简化图，示出了根据本发明的压缩空气存储系统的一个实施例； [0200] 图144A-B示出了根据本发明的多输入多输出系统的实施例； [0201] 图145A是简化图，示出了根据本发明的设备的一个实施例； [0202] 图145BA是一个表格，显示了图145A的设备的不同的结构； [0203] 图145BB-BG高度简化地描述了气体通过图145A中的不同的结构流动； [0204] 图145C-EB是表格，显示了不同能量转换的过程和轨迹的实施例； [0205] 图146是流程图，显示了分配输入输出实施例； [0207] 图147A显示了系统14700的实施例的简图； [0208] 图148AA-D描绘了示意性地显示在小液滴构造下的这样的结构的效应的多个视图； [0209] 图149A-DB显示了同属的旋涡喷嘴的多个视图； [0210] 图150A-B显示了创建评价喷嘴性能的实验设置，图150C显示坐标系和视域的简图； [0211] 图151显示了在高压下的实施例1的喷雾的结构； [0212] 图152A显示了实施例1的试验的平均速度矢量，图152B显示了这些试验的均方根速度矢量； [0213] 图153显示在试验3中沿着x=-3.1mm线的速度幅度的分布； [0214] 图154A显示从试验3的识别的液滴一个瞬时图像，图154B显示了液滴尺寸的直方图； [0215] 图155A显示从试验6识别的液滴的一个瞬时图像，图155B显示液滴尺寸的直方图； [0216] 图156A显示试验7的识别的液滴的一个瞬时图像，图156B显示试验7的液滴尺寸的直方图； [0217] 图157显示试验7到10的沿着Z轴（根据膜片角度）的液滴尺寸分布状态； [0218] 图158从两个不在同一时间的拍摄的瞬时阴影图像显示了流动结构； [0219] 图159A显示了从试验4-5的平均和均方根速度场，图159B显示从试验45的均方根速度矢量； [0220] 图160绘制了在试验4沿着x=-3.1mm的速度分布； [0221] 图161A显示从试验4的识别的液滴的一个瞬时图像，图161B显示了液滴尺寸的直方图； [0222] 图162A显示从试验5识别的液滴的一个瞬时图像，图162B显示了液滴尺寸的直方图； [0223] 图163A显示试验11（z=4mm,膜片角度=16.2度）识别的液滴的一个瞬时图像，图163B显示试验15的液滴尺寸的直方图； [0224] 图164显示试验11到19的沿着Z轴（根据膜片角度）的液滴尺寸分布状态； [0225] 图165显示了对于实施例1喷嘴的出口速度对比水压力绘制； [0226] 如图166A-B显示了创建评价喷嘴性能的实验设置，图166C显示坐标系和视域的简图； [0227] 图167显示在200PSIG的压力下的实施例2的喷雾的结构； [0228] 图168A显示了从试验2和3的平均速度矢量，图168B显示从试验2和3的均方根速度矢量； [0229] 图169显示在试验2中沿着x=-3.1mm线的速度幅度的分布； [0230] 图170A显示试验8（z=3mm,膜片角度=18.3度）的识别的液滴的一个瞬时图像，图170B显示试验8的液滴尺寸的直方图； [0231] 图171A显示试验11（z=6mm,膜片角度=20.5度）的识别的液滴的一个瞬时图像，图171B显示试验11的液滴尺寸的直方图； [0232] 图172显示试验5到15的沿着Z轴（根据膜片角度）的液滴尺寸分布状态； [0233] 图173从两个不在同一时间的拍摄的瞬时阴影图像显示了流动结构； [0234] 图174A显示了从试验1和4的100PSIG的平均速度矢量，图174B显示从试验1和4的100PSIG的均方根速度矢量； [0235] 图175显示在试验1中沿着x=-3.1mm线的速度幅度的分布； [0236] 图176A显示试验20（z=6.5mm，膜片角度=20.9度）的识别的液滴的一个瞬时图像，图176B显示试验20的液滴尺寸的直方图； [0237] 图177A显示试验22（z=9.5mm，膜片角度=23.1度）的识别的液滴的一个瞬时图像，图177B显示试验22的液滴尺寸的直方图； [0238] 图178显示试验16到26的沿着Z轴（根据膜片角度）的液滴尺寸分布状态； [0239] 图179A-179C显示测试实施例3喷嘴设计的试验设置； [0240] 图179D-E绘制了图179A-C的实施例3喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态； [0241] 图179F显示了建模结果； [0242] 图180A-180C显示测试实施例4喷嘴设计的试验设置； [0243] 图180D-E绘制了图180A-C的实施例4喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态； [0244] 图181是一个表格，显示了根据本发明的设备的实施例； [0245] 图181A是一个表格，描述了多种可行的操作模式； [0246] 图182A-182C显示测试实施例5旋涡喷嘴设计的试验设置； [0247] 图183A-B绘制了图182A-C的喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态； [0248] 图184A-184C显示测试实施例6旋涡喷嘴设计的试验设置； [0249] 图185A-B绘制了图184A-C的喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态； [0250] 图186A-186C显示测试实施例7旋涡喷嘴设计的试验设置； [0251] 图187绘制了图186A-C的喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态； [0252] 图188A-188C显示测试实施例8旋涡喷嘴设计的试验设置； [0253] 图189A-B绘制了图188A-C的喷嘴设计的高压试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态； [0254] 图190A-C描述了对于实施例7和8喷嘴设计的液滴特性（D32，数量和Q）对比膜片角度的三种测量方式； [0255] 图191A-191C显示了在200psig下用于试验实施例8旋涡喷嘴设计的实验设置的一种液体； [0256] 图192A-C绘制了各种不同的聚丙二醇液体的液滴尺寸分布状态的三种测量值； [0257] 图193A-C绘制了水在不同的压力下的试验的沿着z轴（根据膜片角度的）液滴尺寸分布状态； [0258] 图194A-C绘制了不同的液体在不同的压力下的试验的沿着z轴（根据膜片角度的）液滴尺寸分布状态； [0259] 图195A-B绘制了包括表面活性剂（TRITONX100）的液体的液滴尺寸； [0260] 图196显示了根据本发明的缸19600的实施例，缸处于进气阶段； [0261] 图197显示了本发明的系统19700的一个实施例； [0262] 图198显示了另外一种使用本发明的实施例的方法； [0263] 图199是简化示意图，显示了一个实施例； [0264] 图200绘制了对于不同的液体的喷嘴流速对比压力； [0265] 图201A-KB显示了测试喷嘴的试验装置的简化视图。 [0266] 尽管这里描绘的某些图和系统可以使用标准符号来配置，但附图是以更一般的方式来绘制的，以反映可以由不同的实施例实现的各种设备。 具体实施方式[0267] 尽管将参考几个具体实施例来描述本发明，但该描述是说明本发明的，不能被解释为限制本发明。在不偏离本发明的真实精神和范围的情况下，本领域中的技术人员可以对优选实施例做出本发明的各种修正。这里应该注意，为了更好地理解起见，在各个图中，相同的部件用相同的附图标记来表示。 [0268] 单级系统 [0269] 图1描绘了本发明所述的压缩空气能量存储系统20的最简单的实施例，并揭示了许多重要原理。简短地说，对目前的压缩空气能量存储系统设计加以改进的这些原理中的一些原理包括，将液体与空气混合以便于压缩和膨胀期间的热交换，从而提高所述过程的效率，以及使用同一机构进行空气的压缩和膨胀。最后，通过用电子方式控制阀门时序，可以从给定体积的压缩空气获得最大可能的功输出。 [0270] 如图1以最佳方式所示出的，能量存储系统20包括汽缸装置21，汽缸装置21界定了腔22，腔22用来在其中往复接收活塞装置23或类似物。压缩空气能量存储系统20也包括压力室25，当压力室25与汽缸装置21合起来成为一个单元时，构成了单级可逆压缩/膨胀机构（即，单级24）。空气过滤器26、气液分离器（air-liquid separator）27和包含液体49d的液罐（liquid tank）28分别通过管道30和31与压缩/膨胀机构24在低压端互通流体（fluidly connected）。在高压端，空气存储罐即罐32通过输入管道33和输出管道34与压力室25连接。提供多个二位二通阀（2-way2-position valve）35-43，连同两个输出喷嘴11和44。这个具体的实施例也包括液泵46和47。然而，应当意识到，如果液罐28的高度高于汽缸装置21的高度，那么水就会在重力作用下流入所述汽缸装置，这就不需要泵46了。 [0271] 简短地说，大气中的空气通过管道10进入所述系统，经过过滤器26并通过管道30进入汽缸装置21的汽缸腔22中，在汽缸腔22中所述空气通过液压或其它机械方法作用下的活塞23的运动而被压缩（参见图8）。在压缩开始之前，从压力室25通过管道48利用雾化喷嘴44向汽缸装置21的腔22中引入液雾。这里的液体可以是来自所述压力室的具有足够高热容特性的水、油或其它合适的液体49f。所述系统优选基本上在大气温度下工作，从而不需要使用能够经得住高温的液体。所述液雾（liquid mist）的主要功能是，在所述汽缸腔中吸收空气压缩期间所产生的热。因此，在每个压缩冲程期间注入所述腔中的预定量的雾就是吸收该冲程期间所产生的所有热所需要的雾。当所述雾凝结时，就在汽缸腔22中汇集成液体49e。 [0272] 然后，所述压缩空气/液体混合物通过管道51经出口喷嘴11传送到压力室25中。在压力室25中，传送来的混合物将所获得的压缩所产生的热传给压力室中所包含的液体 49f中。空气形成气泡向上穿过液体并到达压力室的顶部，然后经管道33进入空气储存罐 32中。 [0273] 膨胀循环基本上是压缩循环的逆过程。空气通过管道34离开空气储存罐32，形成气泡向上穿过压力室25中的液体49f，通过管道55进入汽缸装置21的腔22中，在腔22中，该空气驱动活塞23或其它机械联动装置（mechanical linkage）。在膨胀期间，再一次通过出口喷嘴44和管道48向汽缸腔22中引入液雾，以便在该膨胀过程中在汽缸腔中保持基本恒定的温度。当空气膨胀完成时，所用过的空气和雾经过气液分离器27，从而可以再利用所述分离出的液体。最后，空气通过管道10排到大气中。 [0274] 压力室25中所包含的液体49f通过热交换器52不停地循环以排除压缩期间所产生的热或向所述腔增添热以供膨胀期间被吸收。该循环液体反过来通过常规的空冷或水冷热交换器（在本图中未示出，但在图3中示为12）与系统外部的热库（heat reservoir）（例如，大气、池塘等）进行热交换。该循环液体通过与内部热交换器连通的管道53和54流向所述外部热交换器或从所述外部热交换器流回。 [0275] 图1中的设备还包括与计算机可读存储装置1002进行电子通信的控制器/处理器1004，计算机可读存储装置1002可以采用任何设计，包括但不限于基于半导体原理或磁存储原理或光存储原理的设计。控制器1004被示为与系统中全部有源元件（active element）进行电子通信，这些有源元件包括但不限于阀门、泵、腔、喷嘴和传感器。系统所使用的传感器的具体例子包括但不限于压力传感器（P）1008、1014和1024、温度传感器（T） 1010、1018、1016和1026、湿度传感器（H）1006、体积传感器（V）1012和1022以及流速传感器1020。 [0276] 如下面所详细描述的，基于从一个或多个系统元件所接收到的输入，并且也可能基于从这些输入所计算出的值，控制器/处理器1004可以动态地控制系统的操作以实现一个或多个目标，包括但不限于存储能量转化为有用功的最大化效率或受控的效率；最大化、最小化或受控的功率输出；期望（expected）的功率输出；与活塞有联系的转动杆的期望的输出速度；与活塞有联系的转动杆的期望的输出转矩；与活塞有联系的转动杆的期望的输入速度；与活塞有联系的转动杆的期望的输入转矩；与活塞有联系的转动杆的最大输出速度； [0277] 与活塞有联系的转动杆的最大输出转矩；与活塞有联系的转动杆的最小输出[0278] 速度；与活塞有联系的转动杆的最小输出转矩；与活塞有联系的转动杆的最大输入速度；与活塞有联系的转动杆的最大输入转矩；与活塞有联系的转动杆的最小输入速度；与活塞有联系的转动杆的最小输入转矩；或每级的空气的最大期望温度差。 [0280] [0281] [0282] 在压缩循环的步骤1期间，从液罐28向汽缸装置21的腔22加入液体49d（汇集为液体49e），使得当活塞23到达上止点（top dead center，TDC）时，汽缸装置中的死体积为零。这一步只需偶尔为之，从而这一步在绝大多数循环中被省略。 [0283] 在压缩循环的步骤2期间，来自压力室25的液雾通过泵47经管道48和喷嘴44被泵入汽缸腔22中。选定量的液雾足以吸收所述压缩步骤（步骤3）期间所产生的热。液体的体积比例必须足够小，使得小液滴基本上不会融合起来以减小用于热交换的有效表面面积（即，空气和液体之间的界面）。典型地，压力室25和汽缸装置21的腔22之间的压力差足够大，从而不需要泵47进行工作。 [0284] 在压缩循环的步骤3期间，在液压或其它机械结构的作用下，与活塞杆19连结的曲柄轴（crankshaft）（未示出）向上驱动活塞23（如图8所示），从而压缩汽缸腔中所包含的空气和雾。 [0285] 当汽缸腔22中的空气压强基本上等于压力室25中的压强时（此时出口阀门38打开），压缩循环的步骤4就开始进行，使压缩空气从汽缸腔流向压力室。由于在所述压缩循环的步骤1中加入到汽缸装置内的液体之故，在本步骤期间，汽缸腔中几乎所有的空气都被挤出去。压缩空气连同任何残留液雾通过进给喷嘴（inlet puzzle）11被引入压力室25中，产生小气泡，从而压缩期间所产生的热就很快地与压力室中的液体49f进行交换。 [0286] 在压缩循环的步骤5期间，活塞23被向下拉，使低压空气通过阀门36和导管30重新填满汽缸腔。上述表格表明，在本步骤期间阀门39是关闭的，以及在步骤5期间泵47是断开的。然而，这不是必需的。在其它实施例中，在步骤5期间，阀门39可以打开，泵47可以接通，使得汽缸腔在重新充满空气时被引入液雾。 [0287] 本单级系统的膨胀循环的进程如下： [0288] [0289] 在膨胀循环的步骤1期间，从液罐28向汽缸腔加入液体以消除系统中的死体积。如上所述，只在很少的时候需要这样做。与所述压缩循环类似，如果液罐28所处的高度比汽缸装置21的腔的高度高，那么可以取消泵46。 [0290] 在膨胀循环的步骤2期间，通过在正确的时间间隔打开进给阀（inlet valve）37向汽缸装置的腔中加入预定量的空气V0，V0依赖于压力室中空气的压强和所希望的膨胀比。所需要的V0为汽缸装置的总容积除以希望的膨胀比。对于单级系统，该比率小于或等于空气储存罐中的空气的以大气压为单位的压强值。同时，将空气引入汽缸腔22，通过进给喷嘴44将来自压力室的液雾泵入（通过泵47）汽缸腔中。如果在压力室25和汽缸装置21之间存在足够大的压强差，则不需要泵47。一旦汽缸腔中的压强足够大，阀门37就关闭。随着本步骤的进行，活塞23朝着BDC的方向被推动，通过曲柄轴、液压或其它机械装置将功率传送到系统外。 [0291] 在膨胀循环的步骤3期间，在步骤2中引入的空气在腔22中膨胀。液雾也通过喷嘴44不停地被泵入腔22中。所引入的液雾的预定总量为向系统加入足够的热以便在空气膨胀期间保持温度基本不变所需要的量。在本步骤期间，活塞23被推动到汽缸装置的底部。 [0292] 应该意识到，这个两步膨胀过程（在第一步中引入一定量的空气V0-步骤2-然后在第二步中使之膨胀-步骤3）基本上能使系统抽取压缩空气中的所有能量。 [0293] 在膨胀循环的步骤4中，曲柄轴或其它机械联动装置将活塞19移回上止点（TDC），从汽缸装置排出用过的空气和液雾。驱动活塞所需要的功率来自系统的动量和/或来自其它异相（out of phase）活塞的运动。被排出的空气通过气液分离器，而被分离出的液体则返回液罐28。 [0294] 多级系统（multistage） [0295] 当压缩/膨胀比要求比向系统传送或从系统传送出机械功率所依赖的机械或液压方法所能提供的压缩/膨胀比更大时，就应该使用多级。图2中以示意的形式示出了一个具有三级（即，第一级24a、第二级24b和第三级24c）的多级压缩空气能量存储系统20。可以类似地构造具有更多级或更少级的系统。注意，在下面的所有附图中，当字母a、b和c与数字名称一起使用时（例如，25a），它们是指多级能量存储系统20的某个级中的元件。 [0296] 根据本发明，每个级典型地可以具有基本上相同的膨胀比。一个级的膨胀比r是总膨胀比的N次方根。即， [0297] [0298] 其中，R为总的膨胀比，而N为级的数目。然而应该意识到，不同的级可以具有不同的膨胀比，只要所有级的膨胀比之积为R即可。就是说，例如，在三级系统中， [0299] r1×r2×r3=R [0300] 为了使每个级的质量流率（mass flow rate）基本上相同，低压级的汽缸腔需要具有较大的排量。在多级系统中，各汽缸腔的相对排量由下面的公式决定： [0301] [0302] 其中，Vi是第i个汽缸装置的容积，而Vf是系统的总排量（即，所有汽缸装置的排量之和）。 [0303] 举例来说，假设一个三级系统的总排量为1升。如果每个活塞的冲程长度基本上相同并且基本上等于最后一级汽缸腔的口径（直径），那么，三个汽缸腔的容积就约为19cm3、127cm3和854cm3。口径约为1.54cm、3.96cm和10.3cm，而冲程长度对于这三个级来说均为10.3cm。压强最低的汽缸装置是最大的，而压强最高的汽缸装置是最小的。 [0304] 图9是三个级24a、24b和24c如何耦合（couple）到液压系统（例如，液压马达57和六个液压缸61a1-61c2）以产生连续近均匀功率输出的示意表示。每个压缩空气驱动的汽缸装置21a1-21c2的相应的每个压缩空气驱动的活塞23a1-23c2通过各自的活塞杆19a1-19c2耦合到各个液压缸装置61a1-61c2的相应的活塞60a1-60c2上。 [0305] 如上所述，空气驱动的汽缸装置21a1-21c2的腔的排量是不同的。然而，液压缸装置61a1-61c2的腔的排量却基本上相同。因为每个空气驱动的活塞所产生的力在所述三个级上基本上是相同的，每个液压缸装置向液压马达57提供基本上相同的压强。注意，在这个配置中，构成某一给定级（例如，第一级24a）的两个空气驱动活塞21a1、21a2彼此之间180°反相工作。 [0306] 多级系统中使用液雾实现热交换的级 [0307] 如果某个级是单作用的（single-acting）并且使用液雾来实现热交换，那么，它根据上述标题为单级系统的小节中所描述的方案来工作。图4中示意地示出了多级系统20的每个单作用级（例如，图2中的第二级24b）。在这个配置中，空气通过管道92a/90b在压缩过程中从下一个压强较低的级（例如，第一级24a）的压力室25a传送到所示的第二级24b的汽缸腔22b，而在膨胀过程中传送到所述下一个压强较低的级（next lower pressure stage）的压力室。液体通过管道93a/91b传到或来自下一个压强较低的级的压力室25a。 [0308] 相反，空气通过管道92b/90c在压缩过程中从所示级（例如，第二级24b）的压力室25b传送到下一个压强较高的级（例如，第三级24c）的汽缸装置的腔中，而在膨胀过程中则来自所述下一个压强较高的级（next higher pressure stage）的汽缸装置的腔。应该意识到，除了在图4中有一条管道93b将液体从一个级的压力室传送到下一个压强较高的级的汽缸装置的腔中之外，所示的空气压缩/膨胀机构（即，第二级24b）与图1中所示的中央元件（第一级24的汽缸装置21和压力室25）是完全相同的。压强最高的级不需要管道93b； 因此，管道93b在单级配置的图（图1和图3）中不出现。 [0309] 如果所示级是压强最低的级（例如，图2的实施例中的第一级24a），那么，管线90a在膨胀循环期间将空气传送到气液分离器（例如，图1中的分离器27），而在压缩循环期间从空气过滤器（例如，图1中的过滤器26）传送空气。类似地，如果所示级为压强最低的级，那么，管线91a使液体流向所述液罐或从所述液罐流出。如果所示级为压强最高的级（例如，第三级24c），那么，空气通过管道92c传送到气罐（例如，图1中的气罐32）或从气罐传送出来。 [0310] 利用气泡实现热交换的单作用级 [0311] 本发明的一个具体实施例不是利用喷到汽缸装置或压力室中的液雾以便在空气压缩时冷却空气或在空气膨胀时加热空气，而是利用逆过程。如图6最佳地示出的，即，空气形成气泡向上穿过汽缸装置21c的腔22c中的液体49c1。当实现必须的热交换所需要的液雾的体积比例大到在压缩循环期间引起高百分比的小液滴发生融合时，与上述喷雾方法相比，应该优先使用本过程。典型地，这发生在较高的压强下。此后，图6中标志符c的使用（例如，25c）表示第三级即高压级。 [0312] 如上面结合图1所述，图6中的设备还包括与计算机可读存储装置6004进行电子通信的控制器/处理器6002，计算机可读存储装置6004可以采用任何设计，包括但不限于基于半导体原理或磁存储原理或光存储原理的设计。控制器6002被示为与系统中全部有源元件进行电子通信，这些有源元件包括但不限于阀门、泵、腔、喷嘴和传感器。系统所使用的传感器的具体例子包括但不限于压力传感器（P）6008和6014、温度传感器（T）6010、6016和6018以及体积传感器（V）6012。 [0313] 图6示出了使用气泡以利于热交换的级。该单作用级系统的压缩循环的进程如下： [0314] [0315] [0316] 相反，该单作用级系统的膨胀循环使用下面的进程： [0317] [0318] 在膨胀循环期间，来自本级（例如第三级24c）中的汽缸装置21c的腔22c的气液混合物通过阀门108c和管道91c/95b被传送到下一个压强较低的级（例如第二级24b）的压力室25b。在压缩过程中，空气例如通过管道92b/90c从下一个压强较低的级24b被传送到这一第三级24c中的汽缸装置21c的腔22c中。 [0319] 相反，来自这一第二级24c的压力室25c的空气，例如，通过管道92c/90d随着管道阀门（in-line valve）41c的操作被传送到下一个压强较高的级的汽缸腔22d或从下一个压强较高的级的汽缸腔22d被传送出来。来自这个级的压力室25c的液体49c例如通过管道93c/94d被传送到下一个压强较高的级24d的汽缸腔22d中。来自所述下一个压强较高的级的汽缸腔22d的气液混合物（在其膨胀循环期间）通过管道91d/95c被传送到这个级的压力室25c中。 [0320] 应该意识到，在一些多级系统中，一些（压强较低的）级可以运用喷雾技术，而其它（压强较高的）级则可以运用气泡技术来存储或从中排除能量。 [0321] 多相（multiple phases） [0322] 到此所描述的系统代表了单相实施例。就是说，所有活塞在一个循环的过程中一起工作。例如，在膨胀期间，这就在所述循环的一半中产生数量变化的机械功输出，而在所述循环的另一半中需要一些功输入。利用飞轮（未示出）可以便于进行所述功的输入。 [0323] 为了使一个循环过程中的功输出平滑以及减少对飞轮的需求，在一个实施例中，可以运用多系统相。因此，N组活塞可以相隔360/N度来工作。例如，四整组活塞可以相差90°相位来工作，从而使输出功率平滑并实现自起动和优先工作方向。注意，将汽缸装置与压力室连接起来的阀门只在比一个循环的一半还少的过程中打开，因此在相差180°的两个相之间可以共用一个压力室。 [0324] 如果使用N个相，并且N为偶数，那么，多个成对的相均相差180°，并且可以使用双作用活塞来实现。图5示出了使用液雾来实现热交换的双作用级。每半个活塞的按照“单级系统”小节中所描述的方案来工作，但相差180°。 [0325] 如上面结合图1所描述的，图5中的设备还包括与计算机可读存储装置5004进行电子通信的控制器/处理器5002，计算机可读存储装置5004可以采用任何设计，包括但不限于基于半导体原理或磁存储原理或光存储原理的设计。控制器5002被示为与系统中全部有源元件进行电子通信，这些有源元件包括但不限于阀门、泵、腔、喷嘴和传感器。系统所使用的传感器的具体例子包括但不限于压力传感器（P）、温度传感器（T）、湿度传感器（H）以及体积传感器（V）。 [0326] 图5所示的双作用级的压缩循环的进程如下： [0327] [0328] [0329] 注意，在一些具体的实施例中，步骤5不是必要的，并且可以在绝大多数循环中可以省略，因为活塞中的液体水平在很长时间的操作中基本上保持不变。 [0330] 相反，图5所示的双作用级的膨胀循环的进程如下： [0331] [0332] 注意，和压缩过程一样，步骤5很少需要，并且在绝大多数循环中可以省略。 [0333] 具有多汽缸装置的级 [0334] 如果希望多级系统20中的所有汽缸装置基本上都具有相同的尺寸，那么，较大的（压力较低的）汽缸装置可以分成两个或多个并列并相通的较小汽缸装置。图7示出了这种级的一个例子，该例子是图4的实施例中所述的级的实施例的另一种实施例。在本配置中，四个基本上相同的汽缸装置21b1-21b4共用一个包含液体49b的压力室25b。然而，如果希望这些汽缸装置彼此异相地工作从而整个系统可以更均匀地传输功率，那么，每个汽缸装置将需要单独的压力室。如上所述，相差为180°的汽缸装置是例外，这种汽缸装置可以共用同一压力室。 [0335] 再参看图7中的实施例，每个汽缸装置21b1-21b4按照上面的“单级系统”小节中所描述的喷雾型系统所使用的方案来工作。 [0336] 多汽缸装置级既可以是单作用的，也可以是双作用的（double-acting），并且既可以使用液雾也可以使用气泡来实现热交换。多级系统中，可以是一些级具有单汽缸装置而其它级具有多汽缸装置。 [0337] 用于向系统输入和从系统输出机械功率的选项 [0338] 根据本发明，至少可以采用四种方法向某个级输入或从某个级输出功率。这些方法叙述如下，并示于图8中。 [0339] W．直接作用液压汽缸装置21w示于图中并如下所述进行工作。 [0340] 在膨胀循环期间，通过阀门121w和管道122w进入汽缸装置21w的腔22w中的空气将液压液（hydraulic liquid）49w通过阀门123w排出。然后，其通过管道124w流动。由空气这样作用在所述液体上的力可以用来使液压装置（例如，如图9所示的液压马达57、液压汽缸装置或水轮机）工作以产生机械功率。在压缩循环期间，逆过程发生。外部的机械功率源使液压泵或汽缸装置工作，该外部的机械功率源通过阀门123w将液压液49w推入汽缸腔22w中，压缩该腔中的空气。当该空气达到期望的压强时，阀门121w被打开，使该压缩空气从汽缸腔22w流到下一个压强较高的级或流到气罐中。 [0341] X．单作用活塞23x（也示于图4中）可以通过活塞杆19x与常规的曲柄轴相连。其工作原理在上面题目为“单级系统”的小节中被详细地描述。 [0342] Y．双作用活塞（也示于图5中）可以类似地通过活塞杆19y与曲柄轴相连。其工作原理在上面题目为“多相”的小节中被详细地描述。 [0343] Z．具有隔膜125的液压汽缸装置示于图中，在膨胀循环期间，当空气通过阀门121z进入汽缸装置22z时，向下推动隔膜125。于是，就推动或驱动液压液49w穿过阀门 123z以及通过管道124z。类似地，在压缩过程期间，通过阀门123z驱动液压液49z，使其进入汽缸腔22z中，从而向上弯曲隔膜125，压缩腔22z的上部中的空气，于是该空气通过阀门 121z排出。 [0344] 注意，使用这四种选项时，既可以采用喷雾技术也可以采用气泡技术来实现热交换。图8中未示出提供液雾或气泡的必要的阀门和喷嘴。 [0345] 尽管上面的例子描述了活塞的使用，但可以使用其它类型的可移动部件，这些可移动部件也在本发明的范围之内。可以使用的其它类型的设备的例子包括但不限于螺杆压缩机（screw compressors）、多叶片鼓风机（multi-lobe blowers）、叶片式压缩机（vane compressors）、摆线泵（gerotors）以及奎西发动机（quasi-turbines）。 [0346] 单级单作用能量储存系统 [0347] 下面参考图3中的实施例来描述使用两个压力室25d和25e并将其配置为直接作用液压汽缸装置（上面的选项A）的单级单作用能量储存系统20。所述两个压力室以彼此基本上180°相差工作。在压缩循环期间使用液雾来实现热交换，而在膨胀循环期间使用气泡和液雾来实现热交换。 [0348] 如上面结合图1所描述的，图3中的设备还包括与计算机可读存储装置3008进行电子通信的控制器/处理器3006，计算机可读存储装置3008可以采用任何设计，包括但不限于基于半导体原理或磁存储原理或光存储原理的设计。控制器3006被示为与系统中全部有源元件进行电子通信，这些有源元件包括但不限于阀门、泵、腔、喷嘴和传感器。系统所使用的传感器的具体例子包括但不限于压力传感器（P）3016、3022和3038、温度传感器（T）3018、3024和3040、湿度传感器（H）3010以及体积传感器（V）3036、3014和3020。 [0349] 单级单作用能量储存系统20的压缩循环的进程如下： [0350] [0351] [0352] 在步骤1期间，利用液压泵马达57将流体从压力室25e泵入压力室25d中，由此压缩压力室25d中的空气。通过喷嘴141喷射液雾，液雾吸收压缩产生的热。当压力室25d中的压强达到气罐32中的压强时，阀门132被打开，以便使压缩空气传送到所述气罐。在这些步骤进行的过程中，大气压下的空气通过管道10和空气过滤器26d进入了系统，然后进入压力室25e以替代被泵出压力室25e的流体。 [0353] 当所有的空气都被排出压力室25d时，所述过程反过来进行，从而步骤3开始，四通阀138改变状态以使液体被泵出压力室25d并被泵入压力室25e，使压力室25e中的空气被压缩。因此，在连续的循环中，液体在压力室25d和25e之间被泵来泵去。 [0354] 单级单作用能量储存系统20的膨胀循环的进程如下： [0355] 在步骤1中，压缩空气通过喷嘴11d形成气泡进入压力室25d中。当这些气泡上升时，它们与流体49d进行热交换。空气被排出压力室25d，通过管道139d，然后驱动液压泵57，从而传输机械功率。 [0356] 在步骤2中，允许压缩空气进入压力室25d的阀门133被关闭，允许压力室25d中的空气膨胀，使马达57连续地工作。在步骤3中，一旦步骤1中允许进入的空气上升到压力室25d的顶部而不能再与流体49d进行热交换，那么通过喷嘴141向所述压力室中喷入液雾以进一步加热膨胀的空气。 [0357] 当流体在步骤1、2和3中通过液压马达57时，它继续通过管道139e并进入压力室25e，推动该压力室中的空气通过管道140并进入集液箱13d中，然后再通过空气过滤器26d以及最后通过管道10进入大气中。 [0358] 步骤4、5和6是步骤1、2和3的对称步骤。就是说，使压缩空气形成气泡进入压力室25e，推动流体通过液压马达57，然后进入压力室25d中。 [0359] 如果集液箱13e在工作过程中被耗尽，那么就利用一个与管道140相连的泵（所述图中未示出）将额外的液体从集液箱13d的底部泵入压力室25d和25e中。 [0360] 随着时间的进行，集液箱13d和13e都将因进行热交换的空气和残留液滴而改变温度，压力室25d和25e中由螺旋管52d和52e所示的并且与常规的与环境进行热交换的外部热交换器12相连的热交换器将温度调节到接近大气温度。 [0361] 在步骤1和3期间被形成气泡而进入压力室的压缩空气的体积依赖于所希望的功率输出。如果所述空气在不移除所述压力室中的所有液体的情况下能够完全膨胀到一个大气压，那么，在这个冲程中将做最大量的功。如果在所述冲程中所述空气没有完全膨胀，那么，在其它相同的情况下，以降低效率为代价功率输出会更大。 [0362] 注意，所述压力室的高度要足够高，使得气泡在所述冲程过程期间到达液体的表面，因为与所述液体进行的几乎所有的热交换发生在这些气泡向上穿过该液体时。然而，所述压力室必须足够高，以便使气泡列在排气冲程完成的时候与所述液体完全分离。如果系统必须慢速运行，那么一些气泡在膨胀过程完成前就会到达顶部。在这种情况中，膨胀循环中通过喷嘴141（在步骤3中）或喷嘴142（在步骤6中）喷射液雾。 [0363] 图3用来说明基本原理。在希望有大的膨胀比的系统中，需要使用多个级24。 [0364] 系统配置 [0365] 应该明白，可以根据本发明设计多个能量储存系统实施例。这些能量储存系统20可以是单级的也可以是多级的。这些级可以是单汽缸装置也可以是多汽缸装置。热交换可以通过液雾实现也可以通过气泡实现。功率可以通过前面小节中所描述的至少四种方法中的任何方法传输到系统中或从系统传输出来。每种可能的配置对于具体应用或一组设计优先事项来说都有优点。在这里描述这些配置中的每一个配置是不实际的，但希望所给出的信息对于本领域中的人员来说足以根据要求配置出这些可能的能量储存系统中的任何能量储存系统。 [0366] 一些配置可以有下述共同元素： [0368] 2．既能压缩空气也能膨胀空气的可逆机构。 [0369] 3．对阀门时序进行电子控制以便从给定体积的压缩空气获得最大可能功输出。 [0370] 4．如果所述能量储存系统使用液压马达或水轮机，那么该设备的机杆直接或通过变速箱与马达-发电机相连。如果所述能量储存系统使用往复活塞，那么，使用能够将往复运动转化为机杆转矩的曲柄杆或其它机械联动装置。 [0371] 膨胀过程中废热的利用 [0372] 为了在等温下工作，空气在膨胀同时做功（即，通过推动活塞或移动换液压液）时的冷却趋势必须通过与周围空气或水体（例如，溪流或湖泊）的热交换来抵消。然而，如果一些其它的热源是可用的，例如，来自蒸汽冷凝器的热水，那么在膨胀循环中就可以有利地加以利用。在图1中，如在上面的“单级系统”小节中所描述的，管道53和54连接到外部热交换器。如果那些管道连接到热源而不是外部热交换器，那么，可以大大地提高所述膨胀过程的效率。 [0373] 由于系统基本上在大气温度或在大气温度附近工作，因此，热源为了在这点上有用只需要比大气高几度的温度即可。然而，所述热源必须有足够的热质量以便在所述循环中提供使膨胀过程处于大气温度或大气温度之上所需要的全部热量。 [0374] 如上面所详细描述的，本发明所述的存储和复原能量的系统和方法的实施例特别适合于结合包含处理器和计算机可读存储介质的主机来实现。这样的处理器和计算机可读存储介质可以内嵌在所述设备内，和/或可以通过外部输入/输出装置进行控制和监视。图20是本发明的一个实施例所述的用于处理信息的计算装置的简化图。这个图只是一个例子，这里，它不应该限制本发明的范围。本领域中的普通技术人员会认识到许多其它的变型、修改和替换。本发明所述的实施例可以在单个应用程序（诸如浏览器）中实现，也可以在分布式计算环境（诸如客户服务器模式中的工作站、个人电脑或远程终端）作为多个程序来实现。 [0375] 图20示出了包含显示装置2020、显示屏2030、机箱2040、键盘2050和鼠标2070的计算机系统2010。鼠标2070和键盘2050是代表性的“用户输入装置”。鼠标2070包括在图形用户界面装置上选择按钮的按钮2080。用户输入装置的其它例子为触摸屏、光笔、轨迹球、数据手套、麦克风等。图20仅表示用于实现本发明的一种系统。对于本领域中的普通技术人员来说，很清楚，很多系统类型和配置适合于与本发明一起使用。在一个优选实TM TM TM施例中，计算机系统2110包括基于奔腾 系列的计算机，运行微软公司的Windows XP 或TM Windows7 操作系统。然而，在不偏离本发明的范围的情况下，本领域中的普通技术人员可以容易使这些设备适应其它的操作系统或体系。 [0376] 如上所述，鼠标2170可以具有一个或多个按钮，如按钮2180。机箱2140容纳熟知的计算机部件，诸如硬盘驱动器、处理器、存储装置等。存储装置包括但不限于硬盘驱动器、磁带、固态存储器、磁泡存储器等。机箱2140可以包括其它的硬件，诸如用于将计算机系统2110连接到外部装置、外部存储器、其它计算机或其它外围设备的输入/输出（I/O）接口卡，下面将进一步描述。 [0377] 图20A是图20中的计算机系统2010中的基本子系统的图示。这个图只是一个图示，在这里不应该限制本发明的范围。本领域中的普通技术人员会意识到其它的变型、修改和替换。在某些实施例中，所述子系统通过系统总线2075互联。示出了其它的子系统，诸如打印机2074、键盘2078、固定盘2079、与显示适配器2082相连的显示器2076以及其它部件。与I/O控制器2071相连的外围及输入/输出（I/O）设备可以通过诸如串行口2077等本领域公知的任何数目的方法与所述计算机系统相连。例如，串行口2077可以用来将所述计算机系统连接到调制解调器2081，调制解调器2081再连接到广域网（诸如互联网）、鼠标输入设备或扫描仪。通过系统总线的互联能使中央处理器2073与每个子系统通信，以及控制来自系统存储器2072或固定盘2079的指令的执行和在各子系统之间交换信息。本领域中的普通技术人员很容易实现子系统和互联的其它设置。系统存储器以及所述固定盘是用于存储计算机程序的具体介质的例子，其它类型的具体介质包括软盘、可移动硬盘、光学存储介质（诸如CD-ROM和条形码）以及半导体存储器（诸如闪存、只读存储器（ROM）以及电池支撑的存储器）。 [0378] 图21是示意图，示出了处理器/控制器、接收到的各种输入、执行的功能、以及处理器/控制器所产生的输出之间的关系。如所示出的，处理器可以基于一个或多个输入控制所述设备的各个工作特性。 [0379] 可以控制的这种工作参数的一个例子是在膨胀循环期间允许空气进入汽缸的入口的打开和关闭的时序。图11A-11C是图1中的单级系统的汽缸22经历前述膨胀循环的简化放大图。 [0380] 具体说，在膨胀循环的步骤2期间，通过将阀门37打开一段受控的时间从压力室向腔中加入预定量的空气V0。计算空气的这个量V0，使得当活塞到达膨胀冲程的末尾时，在所述腔内获得希望的压强。 [0381] 在某些情形中，这个希望的压强应该近似等于下一个压强较低的级的压强，如果所述级是压强最低的级或是唯一的级，则近似等于大气压强。因此，在所述膨胀冲程的末尾，初始空气量V0中的能量已经被完全消耗了，并且在将该膨胀空气被传送到下一个压强较低的级的过程中，很少浪费或不浪费能量。 [0382] 为了实现这个目标，阀门37只打开这样长的时间以使希望的量的空气（V0）进入所述腔中，之后在步骤3-4中（图11B-C），阀门37保持关闭。在某些实施例中，所述腔中的希望的压强可以与下一个压强较低的级的压强相差1psi以内、5psi以内、10psi以内或20psi以内。 [0383] 在其它实施例中，所述控制器/处理器可以控制阀门37，使其允许比V0大的初始空气量进入。当例如希望从给定的膨胀循环中以降低能量复原的效率为代价获得更大功率时，可以给出这样的指令。 [0384] 在压缩过程期间，也可以仔细地控制阀门的打开和关闭的时序。例如，如图11D-11E所示，在与加入液雾和压缩相对应的所述表中的步骤2和3中，在汽缸装置和压力室之间的阀门38保持关闭，并在所述汽缸内建立起压强。 [0385] 在常规的压缩机设备中，累积的压缩空气通过止回阀（check valve）被封闭在所述容器中，该阀门设计为在阈值压强下机械地打开。这种利用压缩空气的能量激活止回阀的方法减损了从用于做有用功的空气复原能量的效率。 [0386] 与此相比，如图11F所示的，本发明的实施例可以利用控制器/处理器在希望的条件下（例如，当汽缸内建立起来的压强超过压力室中的压强一定的数量时）精确地打开阀门38。在这种方式中，汽缸内的压缩空气的能量不会被阀门打开过程消耗，从而能量复原的效率就提高了。可以用来进行控制以允许压缩空气流出汽缸的阀门类型的实施例包括但不限于先导阀（pilot valves）、凸轮控制提升阀（cam-operated poppet valves）、旋转阀（rotary valves）、液压激活阀（hydraulically actuated valves）以及电子激活阀（electronically actuated valves）。 [0387] 尽管所述单级设备的阀门37和38的工作时序可以如上述那样进行控制，但应该意识到，也可以对其它实施例中的阀门进行类似的控制。这种阀门的例子包括但不限于图3中的阀门130、132、133、134、136和137，图4中的阀门37b和38b，图5中的阀门37b1、38b1、37b2和38b2，图6中的阀门106c和114c以及图7所示的阀门37b1-37b4和38b1-38b4。 [0388] 可以由处理器进行控制的系统参数的另一个例子是引入腔中的液体的量。基于诸如压强、湿度、计算的效率等值中的一个或多个值，可以对压缩或膨胀过程中引入腔中的液体的量进行仔细的控制以维持工作效率。例如，当在膨胀循环中引入腔中空气量大于V0时，需要引入额外的液体以便将该膨胀空气的温度维持在希望的温度范围内。 [0389] 本发明不限于上述那些具体的实施例。其它的方法和设备也可以落在本发明的范围内。例如，在每个循环中都不需要向汽缸装置加入液体的步骤。此外，可以在引入空气的同时向腔中加入液体。 [0390] 因此，下面的表格描述了结合图12A-12C所示的利用液雾实现热交换的单级系统的压缩循环的一个实施例中的步骤，在图12A-12C中示出了与图1类似的元素。 [0391] [0392] [0393] 结合图13A-13C，在下面的表中示出了相应的膨胀循环，其中液体与空气同时引入： [0394] [0395] 此外，如果使用气泡来实现热交换，在每个循环中都不需要补充液体的步骤。结合图14A-14C，下面的表格描述了利用气泡实现热交换的单级系统的压缩循环的一个实施例中的步骤，在图14A-14C中涉及了与图6中的元件相似的元件。 [0396] [0397] 结合图15A-15C，在下面的表中示出了这个系统的相应的膨胀循环： [0398]步骤 1 2 3 描述 向汽缸装置加入压缩 膨胀 排出用过的空气 [0399]空气 阀门108c 关闭 关闭 打开 阀门109c 关闭 关闭 关闭 阀门114c 打开 关闭 关闭 阀门41c 关闭 关闭 关闭 阀门40c 打开 打开 打开 阀门106c 关闭 关闭 关闭 阀门110c 关闭 关闭 关闭 阀门111c 关闭 关闭 关闭 泵105c 断 断 断 泵113c 断 断 断 活塞23c 在液体的顶部 在液体的顶部附近 开始时在TDC [0400] 在图16A-16D和下面的表中示出的是多相级的压缩循环的一个实施例的步骤，涉及图5中的元件： [0401] [0402] 在图17A-17D和下面的表中示出了双作用级的相应的膨胀循环： [0403] [0404] [0405] 在下面的表格中描述了图18A-18D所示的单级单作用能量储存系统的压缩循环，其中，在空气进入汽缸时喷入液雾，其中具有图3所示的类似元件： [0406] [0407] 如图19A-19D所示，所示单级单作用能量储存系统的相应的膨胀循环的进程如下： [0408] [0409] [0410] 上述具体实施例的变型是可能的。例如，在一些实施例中，多个活塞可以与共同的腔相连。在其它实施例中，多级设备可以不包括单独的压力室。 [0411] 例如，在图10的实施例中，多个级通过热交换器直接连接起来，而不是如图4中的实施例那样通过压力室连接。在两级系统中，各循环的相对相位必须仔细地进行控制，使得当级1在进行排气步骤时，级2在进行吸气步骤（在压缩过程中）。当级2在进行排气步骤时，级1在进行吸气步骤（在膨胀过程中）。 [0412] 对时序进行控制，从而热交换器10024每端的压强在阀门37和10058打开时基本上是相同的。通过打开阀门10036以及接通泵10032由汽缸22中的额外的水提供用于喷嘴44的液体。类似地，通过打开阀门10038以及接通泵10034由汽缸10046中的额外的水提供用于喷嘴10064的液体。如前面所描述的，工作期间这种精确的时序可以由与所述多个系统元件进行通信的控制器/处理器的工作来实现。 [0413] 本发明不限于上面具体描述的实施例。例如，尽管在上面的描述中用水作为注入空气中形成液雾的液体，但其它液体也可以使用并落入本发明的范围内。可以使用的液体的例子包括聚丙二醇（polypropylene glycol）、聚乙二醇（polyethylene glycol）和酒精。 [0415] 1．一种储存能量的方法，该方法包括： [0416] 将第一温度下的第一定量的空气引入第一腔中； [0417] 在压缩循环中，通过与所述第一腔耦合的第一活塞对所述第一定量的空气进行压缩； [0418] 注入第一确定量的流体到所述第一定量的空气中以吸收所述压缩循环所产生的热能，从而在所述压缩过程期间将所述第一定量的空气维持在第一温度范围内；以及[0419] 将至少一部分所述第一定量的空气传送到第一压力室中。 [0420] 2．根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一确定数量的流体基于一个或多个控制参数。 [0421] 3．根据权利要求2所述的方法，其中，对所述压缩循环，所述控制参数根据测量到的物理特性来计算。 [0422] 4．根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制参数包括压缩过程中所述第一定量的空气的温度的最大升高。 [0423] 5．根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制参数包括所述腔内以液体形式存在的流体的量。 [0424] 6．根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制参数包括效率。 [0425] 7．根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制参数包括输入到所述活塞的功率。 [0426] 8．根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制参数包括所述活塞的速度。 [0427] 9．根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制参数包括作用在所述活塞上的力。 [0428] 10．根据权利要求1所述的方法，其中，所述活塞为固体、液体或固体和液体的组合。 [0429] 11．根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一温度范围由所述第一定量的空气在所述流体的沸点以下从第一温度到第二温度的温度变化来反映。 [0430] 12．根据权利要求11所述的方法，其中，所述流体包括水。 [0431] 13．根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一温度范围约为60摄氏度或更小。 [0432] 14．根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一确定数量的流体通过喷射或喷雾来注入。 [0433] 15．根据权利要求1所述的方法，其中，热能从所述第一定量的空气到所述第一确定数量的流体的转移通过形成气泡穿过液体来方便地进行。 [0434] 16．根据权利要求1所述的方法，还包括将所述压力室中的压缩空气转移到存储罐中。 [0435] 下面的权利要求涉及压缩和膨胀。 [0436] 17．根据权利要求1所述的方法，还包括： [0437] 在膨胀循环中，从所述第一压力室转移第二定量的空气到所述第一腔中； [0438] 使所述第二定量的空气膨胀并驱动所述第一活塞；以及 [0439] 注入第二确定量的流体到所述第二定量的空气中以提供被所述膨胀空气吸收的热能，从而在所述膨胀期间将所述第二定量的空气维持在第二温度范围内。 [0440] 18．根据权利要求17所述的方法，还包括从所述第一活塞的驱动中产生电功率。 [0441] 19．根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二确定量的流体基于一个或多个控制参数。 [0442] 20．根据权利要求17所述的方法，其中，对所述膨胀循环，所述控制参数根据测量到的物理特性来计算。 [0443] 21．根据权利要求17所述的方法，其中，所述控制参数包括所述膨胀过程中所述第二定量的空气的温度的最大降低。 [0444] 22．根据权利要求17所述的方法，其中，所述控制参数包括所述腔内以液体形式存在的流体的数量。 [0445] 23．根据权利要求17所述的方法，其中，所述控制参数包括效率。 [0446] 24．根据权利要求17所述的方法，其中，所述控制参数包括所述第一活塞输出的功率。 [0447] 25．根据权利要求17所述的方法，其中，所述控制参数包括所述活塞的速度。 [0448] 26．根据权利要求17所述的方法，其中，所述控制参数包括作用在所述活塞上的力。 [0449] 27．根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一确定量的流体通过喷射或喷雾来注入。 [0450] 28．根据权利要求17所述的方法，其中，热能从所述第二定量的空气到所述第二确定量的流体的转移通过将空气形成气泡穿过液体来方便地进行。 [0451] 29．根据权利要求17所述的方法，其中，所述流体包括水。 [0452] 30．根据权利要求17所述的方法，还包括在所述膨胀循环期间使所述腔利用另外的热能。 [0453] 31．根据权利要求30所述的方法，其中，所述另外的热能为来自另一个热源的废热。 [0454] 32．根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二温度范围由所述第二定量的空气在所述流体的凝固点以上从第一温度到第二温度的温度变化来反映。 [0455] 33．根据权利要求32所述的方法，其中，所述流体包括水。 [0456] 34．根据权利要求33所述的方法，其中，所述第二温度范围约为11摄氏度或更小。 [0457] 34a．根据权利要求17所述的方法，其中，在所述第一活塞的膨胀冲程的结尾，所述第二定量的空气被设置为在所述第一活塞上产生基本上等于希望压强的压强。 [0458] 34b．根据权利要求34a所述的方法，其中，所述希望压强为下一个压强最低的级的输入压强或为大气压强。 [0459] 34c．根据权利要求34a所述的方法，其中，计算所述希望压强以使膨胀效率最大化。 [0460] 34d．根据权利要求34a所述的方法，其中，计算所述希望压强以产生希望水平的功率输出。 [0461] 34e．根据权利要求34a所述的方法，其中，所述希望压强与所述下一个压强最低的级的输入压强相差约5psi以内。 [0462] 下面的权利要求涉及多级工作。 [0463] 35．根据权利要求17所述的方法，还包括： [0464] 提供第二腔，该第二腔与所述第一压力室以及与第二压力室进行选择性流体传递； [0465] 从所述第一压力室向所述第二腔引入在第二温度下的第三定量的空气； [0466] 在所述第二腔的压缩循环中，通过与所述第二腔耦合的第二活塞对所述第三定量的空气进行压缩； [0467] 注入第三确定量的流体到所述第三定量的空气中以吸收所述压缩过程所产生的热能，从而在所述压缩过程期间将所述第三定量的空气维持在第三温度范围内；以及[0468] 转移至少一部分所述第三定量的空气到所述第二压力室中。 [0469] 36．根据权利要求35所述的方法，还包括： [0470] 在所述第二腔的膨胀循环中，从所述第二压力室转移第四定量的空气到所述第二腔中； [0471] 使所述第四定量的空气膨胀并驱动所述第二活塞； [0472] 注入第四确定量的流体到所述第四定量的空气中以提供被所述膨胀空气吸收的热能，从而在所述膨胀期间将所述第四定量的空气维持在第四温度范围内；以及 [0473] 从所述第二腔转移至少一部分所述第四定量的空气到所述第一压力室中。 [0474] 下面的权利要求涉及膨胀。 [0475] 37．一种释放储存能量的方法，该方法包括： [0476] 在膨胀循环中，从压力室转移一定量的空气到内部设置有活塞的腔中； [0477] 使所述量的空气膨胀并驱动所述活塞； [0478] 注入确定量的流体到所述量的空气中以提供被所述膨胀空气吸收的热能，从而在所述膨胀过程期间将所述量的空气维持在第一温度范围内。 [0479] 38．根据权利要求37所述的方法，其中，所述确定量的流体基于一个或多个控制参数。 [0480] 39．根据权利要求38所述的方法，其中，所述控制参数根据测量到的物理特性来计算。 [0481] 40．根据权利要求38所述的方法，其中，所述控制参数包括所述膨胀过程中所述量的空气的温度的最大降低。 [0482] 41．根据权利要求38所述的方法，其中，所述控制参数包括所述腔内以液体形式存在的流体的数量。 [0483] 42．根据权利要求38所述的方法，其中，所述控制参数包括效率。 [0484] 43．根据权利要求38所述的方法，其中，所述控制参数包括输入到所述活塞的功率。 [0485] 44．根据权利要求38所述的方法，其中，所述控制参数包括所述活塞的速度。 [0486] 45．根据权利要求38所述的方法，其中，所述控制参数包括所述活塞上的力。 [0487] 46．根据权利要求38所述的方法，其中，所述活塞为固体、液体或固体和液体的组合。 [0488] 47．根据权利要求38所述的方法，其中，所述流体包括水。 [0489] 48．根据权利要求38所述的方法，其中，所述第一温度范围由所述第一定量的空气从第一温度到第二温度的温度变化来反映，所述变化小于确定的值。 [0490] 49．根据权利要求48所述的方法，其中，较低的温度高于所述流体的凝固点。 [0491] 50．根据权利要求48所述的方法，其中，较高的温度低于所述流体的沸点。 [0492] 51．根据权利要求38所述的方法，其中，所述第一确定量的流体通过喷射或喷雾来注入。 [0493] 52．根据权利要求38所述的方法，其中，热能从所述量的空气到所述确定量的流体的转移通过使空气形成气泡穿过液体来方便地进行。 [0494] 52a．根据权利要求37所述的方法，其中，在所述活塞的膨胀冲程的结尾，所述量的空气被设置为在所述活塞上产生基本上等于希望压强的压强。 [0495] 52b．根据权利要求37所述的方法，其中，所述希望压强为下一个压强最低的级的输入压强或为大气压强。 [0496] 52c．根据权利要求37所述的方法，其中，计算所述希望压强以使膨胀效率最大化。 [0497] 52d．根据权利要求37所述的方法，其中，计算所述希望压强以产生希望水平的功率输出。 [0498] 52e．根据权利要求37所述的方法，其中，所述希望压强与所述下一个压强最低的级的输入压强相差约5psi以内。 [0499] 下面的权利要求涉及系统工作期间的温度差。 [0500] 53．一种方法，包括： [0501] 提供一种能量储存系统，包括压力室，该压力室与内部设置有可移动活塞的腔进行选择性流体传递； [0502] 传送空气进入所述腔中； [0503] 在压缩循环中，通过使所述活塞与能量源进行能量传递以压缩所述腔内的空气来存储能量，然后将所述压缩空气转移到所述压力室中；然后 [0504] 在膨胀循环中，通过从所述压力室将空气转移回所述腔中同时使所述活塞随着所述腔内的空气的膨胀而移动来释放能量； [0505] 监视所述压缩循环和/或所述膨胀循环的工作参数；以及 [0506] 控制所述工作参数以将所述腔内的空气的温度维持在一个范围内。 [0507] 54．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括在所述压缩循环期间控制被引入所述腔内的空气中的液体的量。 [0508] 55．根据权利要求53所述的方法，其中，所述液体包括水。 [0509] 56．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括在所述膨胀循环期间控制被引入所述腔内的空气中的液体的量。 [0510] 57．根据权利要求56所述的方法，其中，所述液体包括水。 [0511] 58．根据权利要求53所述的方法，其中，所述范围的下界大于被引入所述腔内的空气中的液体的凝固点。 [0512] 59．根据权利要求58所述的方法，其中，所述液体包括水。 [0513] 60．根据权利要求53所述的方法，其中，所述范围的上界小于被引入所述腔内的空气中的液体的沸点。 [0514] 61．根据权利要求60所述的方法，其中，所述液体包括水。 [0515] 62．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括在所述膨胀循环期间控制空气从所述压力室转移到所述腔中的时序。 [0516] 62a．根据权利要求62所述的方法，其中，控制所述时序，使得在所述活塞的膨胀冲程的结尾，所述被转移的空气被设置为在所述活塞上产生希望的压强。 [0517] 62b．根据权利要求62a所述的方法，其中，所述希望压强为下一个压强最低的级的输入压强或为大气压强。 [0518] 62c．根据权利要求62a所述的方法，其中，计算所述希望压强以使膨胀效率最大化。 [0519] 62d．根据权利要求62a所述的方法，其中，计算所述希望压强以产生希望水平的功率输出。 [0520] 62e．根据权利要求62a所述的方法，其中，所述希望压强与所述下一个压强最低的级的输入压强相差约5psi以内。 [0521] 63．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述压力室中的压强。 [0522] 64．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述腔中的压强。 [0523] 65．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述腔中的空气的温度。 [0524] 66．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括监视流入所述腔中的空气的湿度。 [0525] 67．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括监视从所述腔中排出的空气的湿度。 [0526] 68．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述膨胀循环期间所释放的功率。 [0527] 69．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述活塞的位置。 [0528] 70．根据权利要求53所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述活塞上的力。 [0529] 71．根据权利要求54所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述液体的温度。 [0530] 72．根据权利要求56所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述流体的温度。 [0531] 73．根据权利要求54所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述液体的流速。 [0532] 74．根据权利要求56所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述液体的流速。 [0533] 75．根据权利要求54所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述腔内的液体的水平。 [0534] 76．根据权利要求56所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述腔内的液体的水平。 [0535] 77．根据权利要求54所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述腔内的液体的体积。 [0536] 78．根据权利要求56所述的方法，其中，确定工作参数包括监视所述腔内的液体的体积。 [0537] 79．根据权利要求53所述的方法，其中： [0538] 所述活塞与转动杆连接；以及 [0539] 确定工作参数包括监视所述转动杆的速度。 [0540] 80．根据权利要求53所述的方法，其中： [0541] 所述活塞与转动杆连接；以及 [0542] 确定工作参数包括监视所述转动杆的转矩。 [0543] 81．根据权利要求53所述的方法，其中，基于从所监视到的工作参数计算出的导出参数来控制所述工作参数。 [0544] 82．根据权利要求81所述的方法，其中，所述导出参数从下面一组参数中选择，该组参数包括，功率转换效率、期望功率输出、与所述活塞相连的转动杆的期望输出速度、与所述活塞相连的转动杆的期望输出转矩、与所述活塞相连的转动杆的期望输入速度、与所述活塞相连的转动杆的期望输入转矩、与所述活塞相连的转动杆的最大输出速度、与所述活塞相连的转动杆的最大输出转矩、与所述活塞相连的转动杆的最小输出速度、与所述活塞相连的转动杆的最小输出转矩、与所述活塞相连的转动杆的最大输入速度、与所述活塞相连的转动杆的最大输入转矩、与所述活塞相连的转动杆的最小输入速度、与所述活塞相连的转动杆的最小输入转矩、或每一级的空气的最大期望温度差。 [0545] 83．根据权利要求53所述的方法，其中，控制所述工作参数包括在所述压缩循环期间控制空气从所述腔转移到所述压力室的时序。 [0546] 84．根据权利要求53所述的方法，其中，控制所述工作参数包括在所述膨胀循环期间控制空气从所述压力室转移到所述腔的时序。 [0547] 85．根据权利要求54所述的方法，其中，控制所述工作参数包括控制液体流到所述腔的时序。 [0548] 86．根据权利要求56所述的方法，其中，控制所述工作参数包括控制液体流到所述腔的时序。 [0549] 87．根据权利要求53所述的方法，其中， [0550] 在所述压缩循环期间，所述活塞与马达或马达-发电机相连；以及 [0551] 控制所述工作参数包括控制提供给所述马达或马达-发电机的电功率的量。 [0552] 88．根据权利要求53所述的方法，其中， [0553] 在所述膨胀循环期间，所述活塞与发电机或马达-发电机相连；以及 [0554] 控制所述工作参数包括控制提供给所述发电机或马达-发电机的电负载。 [0555] 89．根据权利要求54所述的方法，其中， [0556] 利用泵使所述液体流到所述腔中；以及 [0557] 控制所述工作参数包括控制提供给所述泵的电功率的量。 [0558] 90．根据权利要求56所述的方法，其中， [0559] 利用泵使所述液体流到所述腔中；以及 [0560] 控制所述工作参数包括控制提供给所述泵的电功率的量。 [0561] 91．根据权利要求53所述的方法，其中， [0562] 所述压力室中的液体通过热交换器进行循环，而所述热交换器与风扇进行热传递；以及 [0563] 控制所述工作参数包括控制提供给所述风扇的电功率的量。 [0564] 92．根据权利要求53所述的方法，还包括在所述膨胀循环期间，使所述腔利用另外的热能。 [0565] 93．根据权利要求92所述的方法，所述另外的热能为来自另一个热源的废热。 [0566] 94．根据权利要求53所述的方法，其中，控制所述工作参数包括控制压缩比。 [0567] 95．根据权利要求53所述的方法，还包括将所述压力室中的压缩空气转移到储存罐中。 [0568] 下面的权利要求涉及系统。 [0569] 96．一种能量存储和复原系统，包括： [0570] 第一腔，在其内部设置有可移动活塞，并与能量源有选择地相通； [0571] 压力室，通过第一阀门与所述第一腔进行有选择的流体传递； [0572] 空气源，通过第二阀门与所述第一腔进行有选择的流体传递； [0573] 液体源，通过第三阀门与所述第一腔进行有选择的流体传递；以及 [0574] 控制器，在下述状态之一与系统元件进行电子通信并配置为对系统元件进行操作： [0575] 吸气步骤，其中，所述第一阀门关闭，所述第二阀门打开，以及所述第三阀门打开或关闭； [0576] 压缩步骤，其中，所述活塞与所述能量源相通，所述第一和第二阀门关闭，所述第三阀门打开或关闭，然后所述第一阀门随着所述腔内的空气被所述活塞压缩而被打开，[0577] 膨胀步骤，其中，所述活塞与所述能量源不相通，所述第一阀门打开，所述第二阀门关闭，所述第三阀门打开或关闭，使得空气在所述腔中膨胀以推动所述活塞，然后所述第一阀门随着所述空气继续膨胀而关闭，以及 [0578] 排气步骤，其中，所述活塞与所述能量源不相通，所述第一阀门关闭，所述第二阀门打开，所述第三阀门打开或关闭；以及 [0579] 其中，所述控制器被配置为确定工作参数以便将所述第一腔中的空气的温度维持在一个范围内。 [0580] 97．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，其中，所述可移动活塞包括固体活塞。 [0581] 98．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，其中，所述可移动活塞包括液体活塞。 [0582] 99．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，还包括，配置为向所述腔内的空气注入液体的喷雾器。 [0583] 100．根据权利要求99所述的能量存储和复原系统，其中，所述液体包括水。 [0584] 101．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，还包括起泡器，配置为在所述压力室内在所述液体和空气之间转移热。 [0585] 102．根据权利要求101所述的能量存储和复原系统，其中，所述液体包括水。 [0586] 103．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，还包括传感器，该传感器配置为探测所述腔内存在的液体的体积，所述传感器与所述控制器进行电子通信，并用于确定所述工作参数。 [0587] 104．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，还包括传感器，该传感器配置为探测从下面一组特性中选择的特性，所述一组特性包括压强、温度、湿度、活塞的位置、活塞上的力、液体的流速、液体水平、液体体积、活塞所驱动的杆的速度、以及活塞所驱动的杆的转矩，其中，所述传感器与所述控制器进行电子通信，并用于确定所述工作参数。 [0588] 105．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，还包括发电机或马达-发电机，配置为在所述膨胀冲程期间与所述活塞有选择地连接。 [0589] 106．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，其中，所述腔被配置为与热能量源进行热传递。 [0590] 107．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，还包括储存罐，配置为从所述压力室接收压缩空气。 [0591] 107a．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，其中，在所述膨胀过程期间，所述控制器被配置为操作所述第一阀门以引入空气，使得在所述活塞的膨胀冲程的末尾，所述活塞上的压强基本上等于希望的压强。 [0592] 107b．根据权利要求107a所述的方法，其中，所述希望压强为下一个压强最低的级的输入压强或为大气压强。 [0593] 107c．根据权利要求107a所述的方法，其中，计算所述希望压强以使膨胀效率最大化。 [0594] 107d．根据权利要求107a所述的方法，其中，计算所述希望压强以产生希望水平的功率输出。 [0595] 107e．根据权利要求107a所述的方法，其中，所述希望的压强与所述下一个压强最低的级的输入压强相差约5psi以内。 [0596] 下面的权利要求涉及具有多级的系统。 [0597] 108．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，还包括： [0598] 第二腔，其中设置有可移动活塞，并与所述能量源有选择地相通；以及 [0599] 第二压力室，通过第四阀门与所述第二腔进行有选择的流体传递，通过第五阀门与所述第一压力室进行有选择的流体传递，所述第四和第五阀门与所述控制器相连并被配置为由所述控制器操作。 [0600] 109．根据权利要求96所述的能量存储和复原系统，还包括：与所述第一腔和第一压力室串接的多个第二腔和第二压力室，使得所述第一腔的输出被传递到所述第二腔。 [0601] 下面的权利要求涉及处理器。 [0602] 110．一种用于存储和复原能量的设备，所述设备包括： [0603] 主机，包括与计算机可读存储介质进行电子通信的处理器，所述计算机可读存储介质存储有一个或多个代码用于命令所述处理器进行以下操作， [0605] 根据所接收到的信号控制所述能量存储和复原系统的元件以便将所述第一腔内的空气的温度维持在一个温度范围内。 [0606] 111．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示所述压力室压强的信号。 [0607] 112．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示所述第一腔的压强的信号。 [0608] 113．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示所述第一腔中的空气温度的信号。 [0609] 114．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示所述压力室中的空气温度的信号。 [0610] 115．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示被引入所述第一腔的空气的湿度的信号。 [0611] 116．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示功率输出的信号。 [0612] 117．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示从所述第一腔排出的空气的湿度的信号。 [0613] 118．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示所述活塞的位置的信号。 [0614] 119．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示所述活塞上的力的信号。 [0615] 120．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示流到所述腔的液体的温度的信号。 [0616] 121．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示液体到所述腔的流速的信号。 [0617] 122．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示所述腔中的液体水平的信号。 [0618] 123．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示所述腔中的液体体积的信号。 [0619] 124．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示与所述活塞相连的转动杆的速度的信号。 [0620] 125．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为接收指示与所述活塞相连的转动杆的转矩的信号。 [0621] 126．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制压缩循环期间空气从所述腔转移到所述压力室的时序。 [0622] 126a．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制膨胀循环期间空气从所述压力室转移到所述腔的时序。 [0623] 127．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制液体到所述腔的转移的时序。 [0624] 128．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制被转移到所述腔中的液体的量。 [0625] 129．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制膨胀循环期间作用到与所述活塞相连的发电机或马达-发电机上的电负载。 [0626] 130．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制压缩循环期间运用到与所述活塞相连的马达或马达-发电机上的电功率。 [0627] 131．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制运用在泵上以便使液体流入所述腔中的电功率。 [0628] 132．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制运用到风扇上的电功率，其中所述风扇与配置为从所述压力室接收液体的热交换器相关联。 [0629] 133．根据权利要求110所述的设备，其中，存储在所述计算机可读存储介质上的代码被配置为，根据所接收到的信号，命令所述处理器控制压缩比。 [0630] 下面的权利要求涉及多级系统。 [0631] 134．一种能量存储和复原系统，包括： [0632] 第一级，包括可移动以便压缩所述第一级中的空气的第一元件，所述第一级通过第一阀门与环境空气源进行有选择的流体传递； [0633] 最终级，包括可移动以便压缩所述最终级中的空气以及在所述最终级内的膨胀空气作用下可移动的第二元件，所述最终级通过第二阀门与压缩空气储存罐进行有选择的流体传递； [0634] 控制器，配置为确定注入所述第一级或所述最终级中以便将所述第一级或所述最终级中的空气的温度维持在一个温度范围内的液体的量；以及 [0635] 液体源，与所述控制器相连，并且配置为将所确定量的液体注入所述第一级或注入所述最终级中。 [0636] 135．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一可移动部件在所述第一级内的膨胀空气的作用下也可移动。 [0637] 136．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一可移动部件包括活塞。 [0638] 137．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一可移动部件包括螺杆。 [0639] 138．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一级或所述最终级包括与腔进行有选择的流体传递的压力室。 [0640] 139．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一级被配置为，通过第三阀门将压缩空气转移到所述最终级或从所述最终级接收压缩空气。 [0641] 140．根据权利要求139所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一级包括第一腔，在所述第一腔内设置有第一活塞作为所述第一可移动部件，以及所述最终级包括第二腔，在所述第二腔内设置有第二活塞作为所述第二可移动部件，所述第一级和最终级没有压力室。 [0642] 141．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，还包括中间级，所述中间级被串联地置于所述第一级和所述最终级之间并在所述第一级和最终级之间进行有选择的流体传递，所述中间级包括第三元件，该第三元件可移动以压缩所述中间级内的空气，以及在所述中间级内的膨胀空气的作用下可移动。 [0643] 142．根据权利要求141所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一可移动部件在所述第一级内的膨胀空气的作用下也可移动。 [0644] 143．根据权利要求142所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一级包括第一腔，在所述第一腔内设置有第一活塞作为所述第一可移动部件，以及所述中间级包括第二腔，在所述第二腔内设置有第二活塞作为所述第三可移动部件。 [0645] 144．根据权利要求141所述的能量存储和复原系统，其中，所述中间级包括第一腔，在所述第一腔内设置有第一活塞作为所述第三可移动部件，以及所述最终级包括第二腔，在所述第二腔内设置有第二活塞作为所述第二可移动部件。 [0646] 145．根据权利要求141所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一级、所述中间级或所述最终级包括与压力室进行有选择的流体传递的腔。 [0647] 146．根据权利要求141所述的能量存储和复原系统，其中，相继的级不包括压力室。 [0648] 147．根据权利要求141所述的能量存储和复原系统，还包括在所述第一级和所述最终级之间串联地设置的其它的中间级。 [0649] 148．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，其中，所述第二可移动部件包括活塞。 [0650] 149．根据权利要求148所述的能量存储和复原系统，其中，所述第二可移动部件包括液体活塞。 [0651] 150．根据权利要求148所述的能量存储和复原系统，其中，所述第二可移动部件包括固体活塞。 [0652] 151．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一级的压缩比大于所述最终级的压缩比。 [0653] 152．根据权利要求141所述的能量存储和复原系统，其中，所述第一级的压缩比大于所述中间级的压缩比，所述中间级的压缩比大于所述最终级的压缩比。 [0654] 153．根据权利要求134所述的能量存储和复原系统，其中，所述液体包括水。 [0655] 154．一种储存能量的方法，该方法包括： [0656] 在第一级中接收环境空气； [0657] 压缩所述第一级中的所述环境空气； [0658] 将压缩空气转移到最终级； [0659] 进一步压缩所述最终级中的空气； [0660] 将所述进一步压缩的空气从所述最终级转移到储存罐；以及 [0661] 确定工作参数，以便在所述压缩过程或所述进一步压缩过程中将所述第一级或所述第二级中的空气的温度变化维持在一个范围内。 [0662] 155．根据权利要求154所述的方法，其中，所述被确定的工作参数包括打开或关闭阀门控制空气转移到所述级或空气从所述级转移出的时序。 [0663] 156．根据权利要求154所述的方法，其中，所述被确定的工作参数包括在所述压缩过程或所述进一步压缩过程中注入所述第一级或所述最终级的液体的量。 [0664] 157．根据权利要求154所述的方法，其中，压缩所述环境空气包括放置活塞，该活塞被设置在所述第一级的腔内，与能量源相连。 [0665] 158．根据权利要求154所述的方法，其中，压缩所述环境空气包括放置螺杆，该螺杆被设置在所述第一级的腔内，与能量源相连。 [0666] 159．根据权利要求154所述的方法，其中，压缩空气通过中间级被转移到所述最终级，其中在所述中间级中进行另外的压缩。 [0667] 160．根据权利要求154所述的方法，还包括： [0668] 将压缩空气从所述储存罐转移到所述最终级中； [0669] 在所述最终级中使所述压缩空气膨胀并驱动第一可移动部件； [0670] 将空气从所述最终级转移到所述第一级中； [0671] 使所述第一级中的压缩空气膨胀并在所述第一级中驱动第二可移动部件；以及[0672] 确定工作参数，以便在所述第一级内或在所述第二级内空气膨胀期间将所述第一级或所述第二级内的空气的温度变化维持在一个范围内。 [0673] 161．根据权利要求160所述的方法，其中，所述被确定工作参数包括打开或关闭阀门控制空气转移到所述级或空气从所述级转移出的时序。 [0674] 162．根据权利要求160所述的方法，其中，所述被确定的工作参数包括在所述第一级或所述第二级内的空气膨胀过程中注入所述第一级或所述最终级的液体的量。 [0675] 163．根据权利要求160所述的方法，其中，所述第一可移动部件包括活塞。 [0676] 164．根据权利要求160所述的方法，其中，所述第二可移动部件包括活塞。 [0677] 165．根据权利要求160所述的方法，其中，空气通过中间级从所述最终级被转移到所述第一级，其中在所述中间级中空气进行进一步的膨胀。 [0678] 本发明所述的实施例涉及从温度差中提取能量。在具体的实施例中，可以通过压缩空气的膨胀来提取热源的能量。在某些实施例中，包含压缩气体的存储单元与压缩机-膨胀机进行流体传递。从所述存储单元接收到的压缩气体在所述压缩机-膨胀机中膨胀，从而产生能量。在这个膨胀过程中，所述压缩机-膨胀机通过热交换器与热源进行有选择的热传递，从而提高通过气体膨胀所输出的功率。在另外的实施例中，如果所述热源连续可用，那么，可以配置专用的气体膨胀机来驱动专用的压缩机。这些实施例可以采用封闭系统，使用具有高热容特性的气体（例如，氦）或系统在升高的基线压（baseline pressure）下工作所产生的高热容气体（例如，二氧化碳、氢气或氖气）。 [0679] 本发明的实施例一般地说涉及从温度差中提取能量。根据某些实施例，可以对来自热源的热量所体现的温度进行控制，以便从压缩气体的膨胀中产生有用的能量。压缩机-膨胀机与压缩气体存储单元进行流体传递。来自所述存储单元的压缩气体在压缩机-膨胀机中膨胀以产生能量。在膨胀期间，所述热源通过热交换器与所述压缩机-膨胀机进行有选择的热传递，以提高功率输出。在膨胀期间通过引入流体,和/或在膨胀期间通过对流入或流出压缩机-膨胀机的空气进行控制，可以进一步使系统工作增强。 [0680] 为了在近等温下进行工作，空气在膨胀做功（即，通过推动活塞或推动液压液）时的冷却趋势能够通过与热源的热交换来抵消。如果某种形式的热是可用的，那么在膨胀循环中就可以加以利用以提高功率输出。 [0681] 在许多实施例中，由于压缩气体系统被配置为基本上在大气温度或大气温度附近工作，因此，在这点上，所述热源为了有用只需要比环境高几度。然而，所述热源必须有足够的热质量以便在所述循环中提供使膨胀过程处于大气温度附近所需要的全部热量。因此，本发明的实施例能够利用低质量的热（例如，以来自另一个过程的废热的形式）以提高从压缩空气输出的功率。 [0682] 图22示出了本发明所述的从压缩空气（尽管可以使用其它形式的压缩气体）产生能量的系统2280的一个实施例的简化方框图。所述系统包括压缩机-膨胀机2282，该压缩机-膨胀机可以具有与美国临时专利申请No.61/221,487（“487申请”）中所描述的压缩机-膨胀机类似的结构，但也可以具有其它的设计。 [0683] 压缩 机-膨 胀机 2282与压 缩 空气 存储 单 元2284通流 体（in fluid communication）。压缩机-膨胀机2282通过热交换器2286和阀门2288与热源2290或吸热设备2292有选择地热交换（in selective thermal communication）。热源2290可以是具有低品质热（low grade heat）的源，也可以是具有高品质热的源。热源190可以连续地存在，也可以在本质上是间歇式的。 [0684] 压缩机-膨胀机2282通过联动装置2296与马达-发电机2294有物理连接。根据具体的实施例，联动装置2296可以是机械式的、液压式的、或气动式的。马达-发电机2294反过来与诸如电网2298等电源电连接。 [0685] 系统2280的工作描述如下。在第一模式中，系统2280被配置为通过将存储单元2284中存储的压缩空气转化为有用功而发电。所述系统可以在例如电网的电力需求最高峰时（例如在工作日的早7点到晚7点之间）被配置成这个第一模式。 [0686] 在图22A所描述的所述第一模式中，压缩空气从存储单元2284流入压缩机-膨胀机2282中，此时压缩机-膨胀机2282作为膨胀机来工作。切换装置（switch）2288被配置为允许在热源2290与热交换器2286和/或存储单元2284之间通热。 [0687] 本模式中由于来自热源的热的作用，在压缩机-膨胀机中进行膨胀的空气的温度变化减小，从而产生的功率输出增大。这个功率输出再通过联动装置2296传输给马达-发电机2294，此时马达-发电机2294作为发电机来工作。所述马达-发电机的功率输出再输入到电网2298中用于消耗。 [0688] 在第二工作模式中，系统2280被配置为向所述存储罐补充压缩空气的供给。所述系统可以在例如电网上电力需求减少时被配置成这个第二模式。 [0689] 在图22B所示的所述第二模式中，马达-发电机2294从电网2298（或直接从其它的源，诸如风力涡轮机或太阳能获取单元）接收能量，并驱动联动装置使压缩机-膨胀机2282作为压缩机而工作。切换装置2288被配置为允许在吸热设备2292与热交换器2286和/或存储单元2284之间进行热量交换。 [0690] 在本模式中，由于热从压缩机-膨胀机转移到吸热设备中，在压缩机-膨胀机中被压缩的空气的温度变化减小，从而使能量在转化到压缩空气中时损失较少。压缩空气再从压缩机-膨胀机传送到压缩空气存储单元2284中，用于之后在所述第一模式中复原。 [0691] 在某些实施例中，切换装置2288在本质上可以是时控性的，使得它可以根据流逝的时间进行工作。其一个例子为日循环式，其中，在白天，所述热交换器和/或存储单元与作为热源的太阳热交换。相反，在夜间，所述热交换器和/或存储单元与作为吸热设备的大气冷空气通交换。在这些实施例中，所述热源的量级可以通过诸如反射到所述热交换器和/或存储罐上等技术或通过为所述热交换器和/或存储罐提供用来增强对太阳辐射的吸收的涂层来放大。 [0692] 在某些实施例中，切换装置2288在本质上可以是物理性的，使得它是可开动的，以允许来自热源的热流体流到所述热交换器和/或存储单元的附近，或允许来自吸热设备的冷流体流到所述热交换器和/或存储单元的附近。这种类型的配置的例子包括一种切换装置，该切换装置与通向作为热源的发电厂或作为吸热设备的水体（诸如冷却塔、湖、或海洋）的管道有选择地通流体。 [0693] 上述的系统的各种实施例的工作可以利用一种或多种单独或联合使用的技术来加强。一种这样的技术为，当空气进行膨胀或被压缩时在其中引入液体。特别是，如果所述液体比空气具有更大的热容，那么从压缩空气传热以及向膨胀空气传热就会得到提高。这一更大的热传导反过来使得压缩空气或膨胀空气的温度保持得更加稳定。这种在压缩或膨胀期间液体的引入在“487”申请中有详细的说明。 [0694] 在某些实施例中，所述液体通过喷射装置作为液雾来引入。在其它的实施例中，所述气体可以通过形成气泡穿过液体来引入。其它的实施例可以同时采用液雾法和形成气泡的方法、和/或可以采用多级（参见下文），其中所述多级只在某些级中只采用液雾法和/或气泡法。 [0695] 另一种可以用来增强系统工作的技术为对压缩机-膨胀机内的气体流进行精确的控制。这种精确的控制可以利用配置为与压缩机-膨胀机的各元件进行电子通信的控制器或处理器来实现。 [0696] 例如，图23示出了本发明的一个实施例所述的单级压缩机-膨胀机2300的一个实施例的简化方框图。与这种压缩机-膨胀机的结构有关的进一步细节在下文中结合图25来提供。 [0697] 图23中的压缩机-膨胀机2300包括汽缸2302，在汽缸2302内设置有可移动部件，诸如活塞2304。汽缸2302与压力室2306有选择地通流体。在压缩期间，进入所述汽缸的空气（还可能有液体）通过活塞被压缩，然后压缩空气通过阀门2308流到压力室中。 [0698] 在常规的压缩机设计中，阀门2308是止回阀，该止回阀由汽缸中的压缩空气的压强所产生的力来机械地开动。然而，这种止回阀的开动会消耗所述压缩空气的一些能量。 [0699] 与之相比，根据本发明的某些实施例，阀门2308可以是另一种类型，该阀门由处理器或控制器的电子控制来进行操作。适合于本发明的实施例所述的控制的阀门的例子包括但不限于先导阀、旋转阀、凸轮控制提升阀、以及液压、气动或电子激活阀。这种方式的电子控制的使用可以避免与止回阀的常规激活有关的压缩空气的能量损失。 [0700] 精确的阀门控制也能够增强膨胀期间的操作。具体说，可以精确控制阀门2310以便在膨胀循环期间让汽缸只允许从压力室进入预定量的空气。可以计算所述预定量的空气，以便在膨胀冲程的末尾在活塞上产生希望的压强。在压缩机-膨胀机只有单个级，或压力室和汽缸构成了多级设计中的最低级的情形中，所述希望的压强可以近似地等于大气压强。在多级设计中，所述希望的压强可以等于次最低级的压强。或者，当希望有更大的功率输出时，可以控制阀门2310的打开和关闭的时序，以允许足够量的空气进入，使得膨胀冲程的末尾的希望的压强具有更大的值。 [0701] 尽管结合可配置为既作气体压缩机又作气体膨胀机的单元的使用描述了上述实施例，但本发明并不要求这一点。其它的实施例可以使用专门进行气体压缩或气体膨胀的单独单元，并且也属于本发明的范围之内。 [0702] 图24A示出了一个这种其它的实施例，其中，系统2400包括专用膨胀机2402。专用膨胀机2402的功能是，接收压缩气体，以及允许该压缩气体膨胀并转化为有用功。例如，膨胀机2402内压缩气体的膨胀可以用来驱动共同的物理联动装置2416，该联动装置2416可以是机械式的、液压式的、气动式的或其它类型的。 [0703] 专用膨胀机2402反过来与热交换器306进行热交换，该热交换器与热源2410热交换。所述专用膨胀机通过热交换器2406从热源2410接收到的能量可以用来在流入所述膨胀机中的压缩空气膨胀并转化为有用功（例如，驱动联动装置2416）时增强功率输出。具体说，在气体膨胀之前或期间热源对气体的加热使气体的非等温膨胀所导致的热力学损失减小。 [0704] 联动装置2416与专用压缩机2403有物理连接。专用压缩机2403可以通过联动装置2416的工作来驱动，使得它对从所述专用膨胀机输出的气体进行压缩。 [0705] 专用压缩机2403与热交换器2405热交换，热交换器2405则与吸热设备2412热交换。通过所述专用压缩机经热交换器2405与吸热设备2412的热交换而导致的所述专用压缩机的温度降低可以用来减少压缩所述气体所需要的能量。 [0706] 联动装置2416也与发电机2414连接。基于该联动装置的运动，发电机2414产生电能，该电能再输入电网2418用于消耗。 [0707] 在工作中，开始时将一定量压缩空气例如通过用马达（未示出）驱动压缩机2403来提供给所述专用膨胀机。或者，发电机2414可以反过来作为马达来工作。 [0708] 随后，所述初始量的压缩空气流出所述存储单元进入所述专用膨胀机。该压缩气体在膨胀机中的膨胀用来驱动所述联动装置。压缩气体中存储的能量向机械功的转化被热源所提供的能量所强化。 [0709] 由于这个能量的转化，就激励所述联动装置操作专用压缩机2403对从专用膨胀机获得的气体进行压缩，并使该压缩气体流回膨胀机中以使其工作。具体说，气体压缩之前或压缩期间吸热设备对该气体的冷却使气体的非等温压缩所导致的热力学损失减小。 [0710] 从膨胀气体复原的超过操作压缩机所需量的能量可以反过来用于发电。具体说，所述机械联动装置的开动可以操作与电网2418相连的发电机2414。 [0711] 诸如图24A所示的实施例可以提供一定的益处。一个可能的益处是，图24A中的系统可以采用具有希望特性的气体来工作。 [0712] 例如，氦气可以是用于能量存储系统的有益的候选气体，因为氦气具有较高的热容。氦气的高热容使其在压缩和膨胀过程中分别有效地吸收和释放热。 [0713] 氦气的价格通常限制了它在开放系统中的使用。然而，图24A中的实施例作为封闭系统工作。这个封闭的配置允许在所述专用膨胀机中膨胀的气体反过来被压缩并被送回所述专用膨胀机。这样的再循环可以使氦气用于图24A所示的系统中是经济可行的。 [0714] 图24A所示的系统的实施例的封闭特性也可以使该系统采用高密度气体来工作，这样会提高气体的热容。具体说，由于图24A所示的系统是封闭的，并且不依赖于外部空气，因此，它可以在基线压强下工作，而基线压强显著高于大气压。这种基线压强的例子包括但不限于高出大气压5psi、10psi、20psi、50psi、100psi或200psi的压强。这种系统中的高密度气体的增强了的热容提高了该气体在压缩和膨胀过程中分别释放和吸收热的能力，从而潜在地增强了能量存储和复原期间这些过程的热力学效率。 [0715] 具有图24A所示实施例的系统也可以提供构造简单的益处。例如，由于专用膨胀机和专用压缩机的操作是并行的，因此，气体通常在被压缩之后几乎马上就用于膨胀。这种马上进行的膨胀可以避免需要提供单独的压力密封容器部件来存储压缩气体。 [0716] 此外，由于图24A所示的系统中的气体不需要存储，因此，它可以利用基线压强和压缩后的压强之间的较小差异来工作。所以，图24A所示的系统的实施例中的气体的压缩可能只使用单级就能得以实现，这进一步简化了设计。 [0717] 在本发明的某些实施例中，使用回热器（regenerator）可以增强性能。图24B是简化图，示出了包含回热器的设备的一个可选实施例。具体说，设备2450包括专用压缩机2453、专用膨胀机2452和发电机2454，它们都与共同的转动轴2466机械连接。 [0718] 回热器2460被置于在这个闭合环路系统中的专用压缩机2453和专用膨胀机2452之间流动的气体当中。具体说，在专用压缩机2453中被压缩、然后被冷却为吸热设备2462温度的气体在通过回热器2460时，通过附近流动的在专用膨胀机2452中膨胀、然后被加热到热源2460温度的气体传来热能而加热。反过来，在专用膨胀机2452中膨胀并被加热为热源2460温度的气体，通过附近流动的在专用压缩机2453的压缩过程中被冷却的气体传走热能而冷却。回热器2460中在流动气体之间的这个热能交换最终用来增大从膨胀气体复原的能量的量。 [0719] 在其它的实施例中，也可以通过在多个级上进行膨胀来获得与所述回热器部件所表现出的效果类似的效果。这样一个实施例示于图24C中，其中，除了第一专用膨胀机2482与第二专用膨胀机2483串行连接并互通流体，同时所述第一和第二专用膨胀机与共同的联动装置2476有物理连接之外，系统2480类似于系统2400。联动装置2476可以在本质上是机械的，诸如转动轴，也可以是液压的或气动的。使用通过各自的热交换器2484和2486与热源2470通热的相继的专用膨胀级2482和2483提取热，可以使第二膨胀级所输出的气体的最终温度与从图24B所示的实施例中的回热器所输出的气体的最终温度相当。在另一个实施例中，热交换器2484和386可以与分离的不需要处于相同的温度的不同热源通热。 [0720] 图24D是简化图，示出了本发明所述的设备的又一个实施例。如同图24A那样，本图示出了封闭系统，其中气体（这里是氦气）是再循环的。 [0721] 图24D中的实施例包括两个膨胀机和两个压缩机，它们全都在同一共同的转动轴上机械地连接在一起。图24D中的具体系统最终工作来压缩二氧化碳用于存储。 [0722] 具体说，图24D示出了一个用于压缩从燃烧废气中分离出的二氧化碳气体的系统的实施例，该系统唯一地由所述废气中可用的热来提供动力。 [0724] 1）加热胺液以便释放所吸附的二氧化碳，以及 [0725] 2）压缩分离出的二氧化碳气体以产生适合于输运或存储的流体。 [0726] 本发明的实施例处理所述第二类，即压缩二氧化碳气体所需的能量，它占了所有寄生损失的约35%，或者占了结合二氧化碳回收的火力发电厂所产生的总电能的10%。本发明的实施例所涉及的技术能够完全消除这些损失。 [0727] 可以有效而廉价地将燃烧废气中的低品质热转化为机械能，然后将这些机械能用于操作同样效率的二氧化碳压缩机。 [0728] 本发明的实施例利用近等温的气体压缩和膨胀。从热力学得到的基本结果是，如果等温地进行压缩，那么对气体进行压缩需要少得多的功。 [0729] 当对气体作压缩功时会产生热。如果从所述系统连续地排除这个热，使得在压缩期间保持恒定的温度，那么就说压缩是在等温下进行的。类似地，如果在气体膨胀时向系统加入热，那么，可以从压缩气体存储的能量中获得更多的功。 [0730] 图24D中的设计使两个装置基于这些原理在单一的轴上工作。 [0732] 第二装置为近等温二氧化碳压缩机。 [0733] 下面将从二氧化碳压缩机开始详细描述这些装置，因为它示出了本发明所述的实施例中的某些核心原理。 [0734] 为了控制气态二氧化碳的ΔT（即，压缩期间所产生的温度上升），本发明的实施例利用了下述事实，即在吸热方面液体比气体强很多。事实上，在感兴趣的温度下，给定体积的油保有的热是同样体积的二氧化碳气体保有的热的约2000倍。如果液体与气体直接接触的表面积很大，那么气相和液相之间的温度平衡会更快地实现。通过在压缩之前或压缩期间向气体中喷入小液滴，可以提供大的接触面面积，这导致两相之间的快速热交换。 [0735] 液雾（通常是润滑油的液雾）多年来用于冷却气体压缩机，并获得比通常高的压缩比（如果没有充分的冷却，那么，高的压缩比会产生大量的热，从而导致热疲劳和热损坏）。本发明所述的对该过程的提高分为两个方面： [0736] 第一方面是工作期间的计算，以及需要时的调节，将压缩或膨胀过程的ΔT保持在希望的水平所需要喷的液雾体积。这是这个具体应用中非常关键的要求：由于胺吸收过程的本性，所述系统的不同的级必须工作在特殊的温度下。 [0737] 第二方面是使用液雾为气体压缩和膨胀控制ΔT。如结合所述热机部件进行的说明那样，要求膨胀室传送从废气中可用的废热所获得的机械能。 [0738] 温控压缩 [0739] 图27示意地示出了压缩机机构。二氧化碳气体进入预混合腔，在预混合腔中，油被喷入所述气体流中，并被该气体流带走。气体以约25℃进入，而所述液体为约 20℃。在气体-液体气雾（aerosol）进入压缩腔之前，它通过脉动衰减“瓶”（pulsation dampening“bottle”）。这样，即使压缩机正在循环中工作,也允许我们连续地喷油。所述压缩腔自身是常规的往复活塞和汽缸配置，对其进行适当的调整以容纳二氧化碳气体。 [0740] 当活塞朝着下止点移动时，通过一个进给阀门（图中的上阀门）将二氧化碳/油滴气雾引入汽缸中。然后，热机（参见下文）朝着上止点驱动活塞，对所述混合物进行压缩。当达到希望的压强时（在30℃液化二氧化碳需要约40个大气压），排气阀门打开，所述混合物被排入分离器中。所述分离器（常规的旋风系统（cyclone system））从二氧化碳中抽取所述油，并将该二氧化碳送到罐子或输运管线。此时，所述油被压缩过程加热到30℃，并通过热交换器（未示出）被运送返回20℃，准备再次被喷入所述预混合腔中。 [0741] 图27所示的系统是双重作用的。当所述汽缸的一端被压缩时，其另一端排气。每端的进给和排气阀门彼此相位相差180°打开和关闭。 [0742] 注意，图27中所描述的系统是单级压缩机。最终的设计或许需要三个或四个级以便将压缩比保持在实用的范围内。然而，只需要单个泵和单个热交换器用于所有的这些级。通常，在多级压缩机中，所有的级都具有相同的压缩比。本系统的另一个专有特性是，调节所述压缩比，以便在每个级中产生相等的ΔT。平衡这些ΔT可以将效率和功率密度最大化。 [0743] 系统结构 [0744] 压缩机连同其集成的液体喷雾系统构成“室”。根据所述阀门的时序安排，这样的室可以作为气体压缩机或膨胀机来工作。在膨胀室中，气体通过进给阀门进入汽缸中，然后进行膨胀以移动活塞并转动曲柄轴。 [0745] 在图24D所示的系统中，二氧化碳压缩机为一个室，驱动所述压缩机的热机包括三个紧密耦合的室。所有的四个室共享单个曲柄轴。 [0746] 在构成所述热机的三个室中（示于所述虚线方框内），第一室（标记为“压缩机”）作为压缩机工作，其它两个室（“膨胀机1”和“膨胀机2”）为膨胀机。除了下面指明的之外，所述压缩机与上述二氧化碳压缩机以相同的方式工作。 [0747] 所述膨胀机的工作略有不同。进行膨胀并且对活塞做功的气体将冷却。通过吸收经热交换器1和2从废气中获得的热，所述膨胀机将以曲柄轴转矩的形式产生足够的机械能，以便为压缩室（热机的压缩机和二氧化碳压缩机）提供动力。就是说，通过从热废气向所述系统加入热，所述膨胀机将产生比操作热机的压缩机所需要的轴转矩更多的轴转矩，这导致净的正功输出。所产生的多余的功的量取决于进来的废气与大气之间的温度差。 [0748] 有两个膨胀机，因为有两个处于不同温度下的可用的热源。煤的燃烧所产生的废气（大多数为氮气，只有约10%二氧化碳）为150℃，而分离出的二氧化碳流约为110℃到120℃。于是，为了最大化从所述热源获得的能量，所述热机的膨胀部分使用两个热交换器和两个回热器，每个都被调节到可用的特定温度。 [0749] 所述热机的一个有益效果是，所述废气被冷却，这是在所述胺吸收过程之前无论如何必须进行的过程。同样，所述分离出的二氧化碳气体流必须被冷却，使得它在被压缩时将液化。于是，这些热交换器就是常规的胺过程的必须部件。在本系统中，它们有两重用途，即冷却所述气体流和为二氧化碳压缩机提供能量。 [0750] 热的吸收和释放发生在近乎恒定的压强下，使所述热机的循环成为Ericsson循环。Ericsson热机通常使用双作用活塞，其中压缩和膨胀发生在相反的两端。在本系统中，压缩和膨胀发生在分开的不同汽缸内。 [0751] 由于所述热机的压缩和膨胀室形成了封闭系统，所以可以使用任何合适的气体。一个好的选择是使用氦气作为所述气体，因为其热传输特性能使回热器（通常是这种热机中最贵的部分）紧凑而便宜。 [0752] 所述系统的热力学是复杂的。主要的分析结果是，火力发电厂的废气中有足够的可用热能来操作整个系统，包括热损失和机械损失，并且不需要任何额外的能量输入就可以压缩所有分离出的二氧化碳。就是说，整个所述系统可以是自持的：不需要电力来操作它。 [0753] 下面将讨论用于进行压缩和膨胀的设备的各种实施例。然而，本发明不限于这些具体的实施例，也可以使用其它的设备（诸如专用压缩机和膨胀机）。 [0754] 单级系统 [0755] 图25描绘了本发明所述的系统2520的一个实施例。这个实施例包括在压缩和膨胀期间将液体与空气混合以便于热交换，以及运用同一机构对空气进行压缩和膨胀。通过对阀门时序进行电子控制，能够从给定体积的压缩空气中获得高的功率输出。 [0756] 如在图25中最佳地示出的那样，能量储存系统2520包括汽缸装置2521，汽缸装置2521确定了腔2522，腔2522形成为用于在其中往复地接纳活塞装置2523之类。压缩空气能量储存系统2520也包括压力室2525，当压力室2525与汽缸装置2521合在一起作为一个单元时，形成了单级可逆的压缩/膨胀机构（即，一个级2524）。有空气过滤器2526、液体-空气分离器2527以及包含液体2549d的液罐2528，分别通过管道2530和2531在低压端与压缩/膨胀机构2524连接以能够互通流体。在高压端，空气存储罐2532（或多个空气存储罐）通过输入管道2533和输出管道2534与压力室2525连接。提供多个两位两通阀 2535-2543，连同两个输出喷嘴2511和2544。这个具体的实施例还包括液泵2546和2547。 然而，应该明白，如果液罐2528的高度比汽缸装置2521的高度高，那么，水就会在重力作用下流入所述汽缸装置，这就不需要泵2546了。 [0757] 简短地说，大气中的空气通过管道2510进入所述系统，经过过滤器2526并通过管道2530进入汽缸装置2521的汽缸腔2522中，在汽缸腔2522中所述空气通过液压或通过其它机械方法作用下的活塞2523的运动而被压缩（参见图8）。在压缩开始之前，从压力室2525通过管道2548利用雾化喷嘴2544向汽缸装置2521的腔2522中引入液雾。这个液体可以是来自所述压力室的具有足够高热容特性的水、油或任何合适的液体2549f。所述系统优选基本在大气温度下工作，从而不需要使用能够经得住高温的液体。所述液雾的主要功能是，吸收所述汽缸腔中的空气在压缩期间所产生的热。因此，在每个压缩冲程期间注入所述腔中的预定量的液雾就是吸收该冲程期间所产生的基本上所有的热所需要的液雾。当所述液雾凝结时，就在汽缸腔2522中汇集成液体2549e。 [0758] 然后，所述压缩的空气/液体混合物通过管道2551经出口喷嘴2511被传送到压力室2525中。在压力室2525中，传送来的混合物将所获得的由压缩产生的热传给压力室中所包含的液体2549f。所述空气形成气泡向上穿过液体并到达压力室的顶部，然后经管道2533进入空气储存罐2532中。 [0759] 膨胀循环基本上是压缩循环的逆过程。空气通过管道2534离开空气储存罐2532，形成气泡向上穿过压力室2525中的液体2549f，通过管道2555进入汽缸装置2521的腔2522中，在腔2522中，该空气驱动活塞2523或其它机械联动装置。在膨胀期间，再一次通过出口喷嘴2544和管道2548向汽缸腔2522中引入液雾，以便在该膨胀过程中在汽缸腔中保持基本恒定的温度。当空气膨胀完成时，用过的空气和液雾经过气液分离器2527，从而可以再利用所述分离出的液体。最后，空气通过管道2510排到大气中。 [0760] 压力室2525中所包含的液体2549f通过热交换器2552不停地循环以排除压缩期间所产生的热或向所述腔增添热以供膨胀期间被吸收。该循环液体反过来通过切换装置2564和热交换器2512有选择地与吸热设备2560或热源2562进行热交换。该循环液体通过与内部热交换器2552连通的管道2553和2554流向外部热交换器2512或从外部热交换器2512流回。 [0761] 图25中的设备还包括与计算机可读存储装置2592进行电子通信的控制器/处理器2594，计算机可读存储装置2592可以采用任何设计，包括但不限于基于半导体原理或磁存储原理或光存储原理的设计。控制器2594被示为与系统中全部有源元件进行电子通信，这些有源元件包括但不限于阀门、泵、腔、喷嘴和传感器。系统所使用的传感器的具体例子包括但不限于压力传感器（P）2598、2574和2584、温度传感器（T）2570、2578、2586和2576、湿度传感器（H）2596、体积传感器（V）2582和2572以及流速传感器2580。 [0762] 如下面所详细描述的，基于从一个或多个系统元件所接收到的输入，并且也可能基于从这些输入所计算出的值，控制器/处理器2594可以动态地控制系统的操作以实现一个或多个目标，包括但不限于将存储能量转化为有用功的最大化效率或受控的效率；最大化、最小化或受控的功率输出；期望功率输出；与活塞连接的转动杆的期望的输出速度；与活塞连接的转动杆的期望的输出转矩；与活塞连接的转动杆的期望的输入速度；与活塞连接的转动杆的期望的输入转矩；与活塞连接的转动杆的最大输出速度；与活塞连接的转动杆的最大输出转矩；与活塞连接的转动杆的最小输出速度；与活塞连接的转动杆的最小输出转矩；与活塞连接的转动杆的最大输入速度；与活塞连接的转动杆的最大输入转矩；与活塞连接的转动杆的最小输入速度；与活塞连接的转动杆的最小输入转矩；或每级的空气的最大期望温度差。 [0763] 前面结合图12A-C所描述的表格描述了使用液雾来实现热交换的单级系统的压缩循环的一个实施例中的步骤。在压缩循环期间，所述压力室的热交换器不与热源通热，而是与吸热设备通热。 [0764] 相应的膨胀循环示于上面结合图13A-C所描述的表格中。在膨胀循环期间，所述压力室的热交换器与热源通热。 [0765] 本发明并不要求使用同一机构既进行压缩也进行膨胀，但这样做能够减少系统的成本、尺寸和复杂度。 [0766] 多级系统 [0767] 当压缩/膨胀比要求比向系统传送或从系统传送出机械功率所依赖的机械或液压方法所能提供的压缩/膨胀比更大时，就应该使用多级。图26中以示意的形式示出了一个具有三级（即，第一级2624a、第二级2624b和第三级2624c）的多级压缩空气能量存储系统2620。可以类似地构造具有更多级或更少级的系统。注意，在下面的所有附图中，当字母a、b和c与数字名称一起使用时（例如，2625a），它们是指多级能量存储系统2620的某个级中的元件。图26示出了各个级可以通过切换装置2654与热源2650或吸热设备2652有选择地连通。 [0768] 使用回热器装置也可以使压缩和膨胀功能由相同部件执行的设备的多级实施例受益。图26A示出了系统2650的另一个实施例的简化图，该系统除了包括回热器2652外与图26中的系统类似。回热器2652与处于最高压强级2624c和压缩气体存储单元2632之间的导管2633有选择地通流体。 [0769] 当所述系统工作在压缩模式中时，级2624a-c通过切换装置2654与吸热设备2652通热。阀门2654和2656被配置为使进给空气直接流到第一级2624a，避免经过导管2620。 [0770] 当所述系统工作在膨胀模式中时，阀门2654和2656被配置为使导管2620与第一级2624a的输出通热。另外，级2624a-c通过切换装置2654与热源2650通热。 [0771] 这样配置的结果是，在膨胀期间，通过回热器2652流出存储单元2632的气体通过吸收在附近流动的从最低压强级2624a出来的气体的热能而被加热。具体说，从最低压强级2624a出来的气体在三个连续级通过与热源接触已经被加热了。所述回热器中的流动气体之间的热能交换用来增强从压缩气体的膨胀输出的能量。反过来，从最低压强级出来的气体在被释放到大气中之前就被冷却到大气温度了。 [0772] 尽管图26和26A中的实施例示出了多级装置的所有的级都与同一温度或热源通热，但本发明并不要求这一点。图26B示出了系统2680的另一个实施例，其中，不同的级与具有不同温度的不同热源有选择地接通。在图26B的具体实施例中，最低压强级2624a和第二级2624b通过第一切换装置2683与第一热源2682和吸热设备2684有选择地通热。最终级2624c和存储单元32通过第二切换装置2686与吸热设备2684和第二热源2685有选择地通热。 [0773] 诸如图26B所示的实施例可以允许从二次温度差（secondary temperature differences）吸取能量。例如，来自工业过程的强热可以通过一系列冷却步骤降低到大气温度，其中每个步骤比前一步骤都更接近大气温度。 [0774] 此外，在压缩和/或膨胀期间，本发明的实施例所述的多级设备的各个级可以经历不同的温度变化。诸如图26B所示的配置可以允许这些级与具有特定温度的热源进行更精确的匹配，从而允许从各个温度最有效地抽取可用的能量。 [0775] 图24D示出了具有专用压缩机和膨胀机部件的实施例，该实施例使用了多个膨胀级，这些膨胀级中每个膨胀级都与不同的热源相通。 [0776] 总之，本发明的各种实施例可以共同具有下述一个或多个部件。 [0777] 1．在膨胀循环期间与热源选择性地通热。 [0778] 2．空气的近等温膨胀和压缩，所要求的热交换通过与所述空气有大表面积接触的液相来实现。 [0779] 3．既能进行空气压缩又能进行空气膨胀的可逆机构。 [0780] 4．对阀门时序进行电子控制，以便从给定体积的压缩空气中获得最大可能的功输出。 [0781] 如上面所详细描述的，本发明所述的用于存储和复原能量的系统和方法的实施例特别适合于结合包含处理器和计算机可读存储介质的主机来实现。这样的处理器和计算机可读存储介质可以内嵌在所述设备内，和/或可以通过外部输入/输出装置进行控制和监视。图20是本发明的一个实施例所述的用于处理信息的计算装置的简化图。这个图只是一个例子，这里，它不应该限制本发明的范围。本领域中的普通技术人员会认识到许多其它的变型、修改和替换。本发明所述的实施例可以在单个应用程序（诸如浏览器）中实现，也可以在分布式计算环境（诸如客户服务器模式中的工作站、个人电脑或远程终端）作为多个程序来实现。 [0782] 图20示出了包含显示装置2020、显示屏2030、机箱2040、键盘2050和鼠标2070的计算机系统2010。鼠标2070和键盘2050是有代表性的“用户输入装置”。鼠标2070包括用于在图形用户界面装置上选择按钮的按钮2080。用户输入装置的其它例子为触摸屏、光笔、轨迹球、数据手套、麦克风等。图20仅表示用于实现本发明的一种系统。对于本领域中的普通技术人员来说，很清楚，很多系统类型的系统和配置适合于与本发明一起使用。TM 在一个优选实施例中，计算机系统2010包括基于奔腾 系列的计算机，运行微软公司的TM TM TM Windows XP 或Windows7 操作系统。然而，在不偏离本发明的范围的情况下，本领域中的普通技术人员可以容易使这些设备适应其它的操作系统或体系。 [0783] 如上所述，鼠标2070可以具有一个或多个按钮，如按钮2080。机箱2040容纳熟知的计算机部件，诸如磁盘驱动器、处理器、存储装置等。存储装置包括但不限于磁盘驱动器、磁带、固态存储器、磁泡存储器等。机箱2040可以包括其它的硬件，诸如用于将计算机系统2010连接到外部装置、外部存储器、其它计算机或其它外围设备的输入/输出（I/O）接口卡，下面将进行进一步的描述。 [0784] 图20A是图20中的计算机系统2010中的基本子系统的图示。这个图只是一个图示，在这里不应该限制本发明的范围。本领域中的普通技术人员会意识到其它的变型、修改和替换。在某些实施例中，所述子系统通过系统总线2075互联。示出了其它的子系统，诸如打印机2074、键盘2078、固定盘2079、与显示适配器2082相连的显示器2076以及其它部件。与I/O控制器2071相连的外围及输入/输出（I/O）设备可以通过诸如串行口2077等本领域公知的任何数目的方法与所述计算机系统相连。例如，串行口2077可以用来将所述计算机系统连接到调制解调器2081，调制解调器2081再连接到广域网（诸如互联网）、鼠标输入设备或扫描仪。通过系统总线的互联能使中央处理器2073与每个子系统通信，以及控制来自系统存储器2072或固定盘2079的指令的执行和在子系统之间交换信息。本领域中的普通技术人员很容易实现子系统和互联的其它设置。系统存储器以及所述固定盘是用于存储计算机程序的具体介质的例子，其它类型的具体介质包括软盘、可移动硬盘、光学存储介质（诸如CD-ROM和条形码）以及半导体存储器（诸如闪存、只读存储器（ROM）以及电池支撑的存储器）。 [0785] 图21是示意图，示出了处理器/控制器、处理器/控制器所接收到的各种输入、所执行的功能、以及所产生的输出之间的关系。如所示出的，处理器可以基于一个或多个输入控制所述设备的各个工作特性。 [0786] 可以控制的这种工作参数的一个例子是在膨胀循环期间允许空气进入汽缸的阀门的打开和关闭的时序，如上面结合图13A-C所描述的。 [0787] 具体说，在膨胀循环的步骤1期间，通过将阀门37打开一段受控的时间从压力室向腔中加入预定量的空气V0。计算空气的这个量V0，使得当活塞到达膨胀冲程的末尾时，在所述腔内获得希望的压强。 [0788] 在某些情形中，这个希望的压强应该近似等于下一个压强较低的级的压强，如果所述级是压强最低的级或是唯一的级，则近似等于大气压强。因此，在所述膨胀冲程的末尾，初始空气量V0中的能量已经被完全消耗了，并且在将该膨胀空气传送到下一个压强较低的级的过程中，很少浪费或不浪费能量。 [0789] 为了实现这个目标，阀门37只打开使希望的量的空气（V0）进入所述腔中这样长的时间，之后在步骤3-4中，阀门37保持关闭。在某些实施例中，所述腔中的希望的压强可以与下一个压强较低的级的压强相差1psi以内、5psi以内、10psi以内或20psi以内。 [0790] 在其它实施例中，所述控制器/处理器可以控制阀门37，使其允许比V0大的初始量的空气进入。当例如希望从给定的膨胀循环中以能量复原的效率为代价获得更大功率时，可以给出这样的指令。 [0791] 在压缩过程期间，也要仔细地控制阀门的打开和关闭的时序。例如，在与加入液雾和压缩相对应的所述表中的步骤1和2中，在汽缸装置和压力室之间的阀门38保持关闭，并在所述汽缸内建立起压强。 [0792] 在常规的压缩机设备中，累积的压缩空气通过止回阀被封闭在所述容器中，该阀设计为在阈值压强下机械地打开。这种利用压缩空气的能量激活止回阀减损了从空气复原能量以做有用功的效率。 [0793] 与此相比，本发明的实施例可以利用控制器/处理器在希望的条件下（例如，当汽缸内建立起来的压强超过压力室中的压强一定的量时）精确地打开阀门38。在这种方式中，汽缸内的压缩空气的能量不会被阀门打开过程消耗，从而能量复原的效率就提高了。可以用来进行电子控制以允许压缩空气流出汽缸的阀门类型的实施例包括但不限于先导阀、凸轮控制提升阀、旋转阀、液压激活阀以及电子激活阀。 [0794] 尽管所述单级设备的阀门37和38的工作时序可以如上述那样进行控制，但应该意识到，也可以对其它阀门进行类似的控制。 [0795] 可以由处理器进行控制的系统参数的另一个例子是引入腔中的液体的量。基于诸如压强、湿度、计算的效率以及其它值中的一个或多个值，可以对压缩或膨胀过程中引入腔中的液体的量进行仔细的控制以维持工作效率。例如，当在膨胀循环中引入腔中空气量大于V0时，需要引入额外的液体以便将该膨胀空气的温度维持在希望的温度范围内。 [0796] 上述具体实施例的变型也是可能的。例如，在一些实施例中，多个活塞可以与共同的腔连接。 [0797] 尽管上述实施例示出了热交换器与压力室中的液体部分相接触，但这不是本发明所要求的。根据其它的实施例，热交换器可以与压力室中的气体部分相接触，或者既与压力室中的气体部分也与压力室中的液体部分相接触。在缺少专用压力室的实施例中（例如，如图10所示），热交换器可以与汽缸中存在的或流入汽缸中的气体或液体相接触，这也落在本发明的范围内。 [0798] 尽管上述实施例示出了专用压力室，但多级设备可以不包括单独的压力室。例如，在图10的实施例中，多个级通过热交换器直接连接起来，而不是通过压力室连接。在两级系统中，循环的相对相位必须仔细地进行控制，使得当级1在进行排气步骤时，级2在进行吸气步骤（在压缩过程中）。当级2在进行排气步骤时，级1在进行吸气步骤（在膨胀过程中）。 [0799] 对时序进行控制，从而热交换器10024两端的压强在阀门37和10058打开时基本上是相同的。通过打开阀门10036以及接通泵10032由汽缸22中的多余的水提供用于喷嘴44的液体。类似地，通过打开阀门10038以及接通泵10034由汽缸10046中的多余的水提供用于喷嘴10064的液体。工作期间这种精确的时序可以由与多个所述系统部件进行通信的控制器/处理器的工作来实现，如前面所描述的。 [0800] 1．一种配置为从压缩气体中复原能量的系统，该系统包括： [0801] 与热源通热的热交换器；以及 [0802] 第一膨胀机，包括 [0803] 内部设置有第一可移动部件的腔，该腔与液体源有选择地通液体；以及 [0804] 与所述热交换器通热和与所述腔有选择地通流体的第一压力室，其中，所述腔被配置为当来自所述第一压力室的压缩气体在所述腔内膨胀以驱动所述第一活塞时从所述液体源接收液体。 [0805] 2．根据权利要求1所述的系统，其中， [0806] 所述第一膨胀机包括与压缩气体存储单元有选择地通流体的压缩机-膨胀机；以及 [0807] 当所述压缩机-膨胀机被配置为作为膨胀机工作时，所述热交换器被配置为与所述热源通热，当所述压缩机-膨胀机被配置为作为压缩机工作时，所述热交换器被配置为不与所述热源通热。 [0808] 3．根据权利要求2所述的系统，其中，当所述压缩机-膨胀机被配置为作为压缩机工作时，所述热交换器被配置为与吸热设备通热。 [0809] 4．根据权利要求1所述的系统，还包括切换装置，其允许在所述热交换器和所述热源之间有选择地通热。 [0810] 5．根据权利要求4所述的系统，其中，所述热源包括太阳能，所述切换包括日循环。 [0811] 6．根据权利要求4所述的系统，其中，所述切换装置允许在所述热源和所述压缩气体存储单元之间有选择地通热。 [0812] 7．根据权利要求1所述的系统，还包括在所述第一可移动部件和发电机之间的物理联动装置。 [0813] 8．根据权利要求7所述的系统，其中，所述物理联动装置包括机械联动装置、液压联动装置或气动联动装置。 [0814] 9．根据权利要求7所述的系统，其中， [0815] 所述膨胀机包括专用膨胀机；以及 [0816] 所述系统还包括专用压缩机，该专用压缩机与所述物理联动装置相连并且被配置为接收从所述专用膨胀机输出的气体。 [0817] 10．根据权利要求9所述的系统，其中，所述专用压缩机与吸热设备通热。 [0818] 11．根据权利要求9所述的系统，还包括回热器，该回热器被配置为使所述专用膨胀机输出的气体与所述专用压缩机输出的气体热接触。 [0819] 12．根据权利要求1所述的系统，还包括控制器，该控制器与配置为在膨胀循环期间使一定量的气体进入所述腔的阀门连通。 [0820] 13．根据权利要求12所述的系统，其中，所述量的气体被配置为当所述可移动部件在膨胀冲程末尾时产生的压强约为大气压强或约等于下一个压强较低级的压强。 [0821] 14．根据权利要求1所述的系统，其中， [0822] 所述膨胀机包括压缩机-膨胀机，该压缩机-膨胀机被配置为使所述腔内由所述可移动部件压缩的空气通过阀门流入所述压力室中；以及 [0823] 所述系统还包括控制器，该控制器与所述阀门连通以便在压缩循环期间当所述腔内达到希望的压强时打开所述阀门。 [0824] 15．一种从温度差中提取能量的方法，该方法包括： [0825] 提供处于第一温度下的压缩气体； [0826] 使处于第二温度下的热源与在耦合了联动装置的膨胀机中正在膨胀的所述压缩气体通热；以及 [0827] 从所述联动装置提取机械、气动或液压形式的能量。 [0828] 16．根据权利要求15所述的方法，其中，所述压缩气体从存储单元提供。 [0829] 17．根据权利要求16所述的方法，其中，所述热源包括太阳能。 [0830] 18．根据权利要求17所述的方法，其中，所述热源根据日循环而与所述压缩气体有选择地通热。 [0831] 19．根据权利要求16所述的方法，还包括使处于第三温度下的第二热源与所述存储单元有选择地通热。 [0832] 20．根据权利要求15所述的方法，其中，所述压缩气体从耦合了所述联动装置的压缩机提供。 [0833] 21．根据权利要求20所述的方法，其中，所述压缩机对所述膨胀机输出的气体进行压缩。 [0834] 22．根据权利要求21所述的方法，其中，所述压缩气体包括氦气。 [0835] 23．根据权利要求21所述的方法，其中，所述气体以实质上大于大气压强的基线压强由所述膨胀机输出，使得所述气体包括具有高热容的致密气体。 [0836] 24．根据权利要求21所述的方法，还包括，在回热器中使所述膨胀机输出的气体与所述压缩机输出的压缩气体热接触。 [0837] 25．根据权利要求20所述的方法，还包括，使所述膨胀机输出的气体与第二膨胀机通流体，而所述第二膨胀机则与处于第三温度下的第二热源通热。 [0838] 26．根据权利要求15所述的方法，还包括，将流体引入所述膨胀机中的压缩气体中。 [0839] 美国临时专利申请No.61/320,150中讨论了使用液体-气体气雾膨胀用于冷却目的，该申请通过引用全部结合于此，用于各种用途。本发明的实施例涉及能够使用这种气雾制冷循环来工作的压缩气体能量存储和复原系统。 [0840] 具体说，这种冷却系统的实施例通过对空气进行近等温的压缩和膨胀、使用水雾以便于热交换来进行工作。因为在一些实施例中，所述制冷剂包括空气-水气雾，所以，所述系统能够有效而可靠地工作，不排放温室气体（greenhouse gas，GHG）。 [0841] 本发明的实施例能够对空气进行近等温压缩和膨胀，只有很小的温度变化。从热力学的基本结果可知，如果在压缩冲程期间将压缩过程所产生的热排除，那么需要较少的功来压缩气体。类似地，如果在膨胀期间加入热，那么可以从气体膨胀中获得更多的功。 [0842] 液态水具有比大气的热容大约5000倍的体积热容。本发明的实施例将细小的水滴喷入压缩和膨胀腔中。这就使少量的水雾吸收所产生的大量的热，从而实现近等温工作。 [0843] 一些实施例利用往复式活塞机构进行压缩和膨胀。这样的往复式活塞机构允许将液体直接喷入压缩或膨胀腔中。美国非临时专利申请No.12/701,023中描述了这样的系统，在这种系统中，能够将液滴以雾的形式直接引入膨胀腔中，该申请通过引用全部结合于此，用于各种用途。美国临时专利申请No.61/306,122描述了另一种实施例，其中，液雾能够被引入位于气体进行膨胀的腔的上游的混合腔中。这个临时专利申请也通过引用全部结合于此，用于各种用途。 [0844] 另外，能够控制液雾的流速和时序。这允许独立地改变流速和ΔT，从而优化效率和适宜性（comfort）。 [0845] 近等温压缩机和膨胀机的耦合允许气雾制冷循环的运行。在一些实施例中，这就允许只使用空气和水作为工作流体。其它实施例可以使用其它的气体和液体组合，诸如氦气和润滑油。气液组合的使用给出高的性能系数（coefficient of performance，COP），并不排放GHG。 [0846] 本发明的实施例所述的气雾制冷循环能够有效地工作，尽管不通过相的变化排出很多热量。这个效率通过抽取膨胀气体的功并将该功再投入压缩中来实现。 [0847] 图28是简化图，示出了本发明的一个实施例所述的制冷循环。具体说，马达从下止点（BDC）向上驱动压缩机活塞，从150psi开始压缩汽缸中的空气。 [0848] 当所述活塞朝着上止点（TDC）移动时，泵将水喷入汽缸中，使温度升高到约10°F。当汽缸中的压强达到约500psi时，排气阀门打开，将压缩的空气-水滴混合物送入空气-水分离器中。 [0849] 分离出的水通过热交换器，将压缩期间所获得的热量排放到外部。所述空气在其流向膨胀机汽缸的途中通过叉流式热交换器（cross-flow heat exchanger），在该热交换器处，该空气将其一部分热量转移给沿另一方向（从膨胀机到压缩机）流动的空气。 [0850] 所述冷却了的空气开始进入处于TDC的膨胀机汽缸，在该汽缸中再一次将水喷入汽缸中。膨胀的空气朝着BDC驱动活塞，使轴转动并提供额外的能量以驱动压缩机汽缸。 [0851] 所述空气-水混合物通过另一个分离器，分离出的水通过冷端热交换器，从该装置（the building）内吸取热量。分离出的空气通过所述叉流式热交换器返回压缩机，完成循环。 [0852] 这种设计的一个可选择的益处是，如果将空气存储罐置于图28中的点A，那么，所述压缩机能够在低电力需求时段运行以填充所述存储罐。然后，能够在峰值需求时段（例如，在工作日的早7时到晚7时之间）将膨胀所实现的制冷效应传送出去，不使用额外的电力。 [0853] 本发明的实施例不限于上面所描述的具体温度。例如，图28A示出了包括下面的步骤1-6的气雾制冷循环的另一个实施例。 [0854] 1．冷气体（65°F）在往复式膨胀机中膨胀，从该膨胀机中夹带的液雾吸取热量。两者以40°F的温度离开膨胀机。所抽取的功再被投入压缩机和泵中。 [0855] 2．所述冷气雾从所述气体中分离出来，汇集到液体流中，并流动到热交换器，将进入的空气流冷却到约55°F，并循环回来以再次被喷入膨胀的气体中。 [0856] 3．不含液体的冷气体通过逆流式（counter-flow）热交换器，与不含液体的热气体流逆向流动。所述冷气体在恒定的压强下被加热到比大气温度略高的温度（约120°F）。 [0857] 4．热液体被喷入所述热气体中，然后被压缩。压缩机部分地由膨胀机驱动，部分地由电机驱动。压缩过程的热被吸入所述气雾中。两者在130°F离开压缩机。 [0858] 5．热液体从所述气体中分离，汇集到一个流中，流动到热交换器，通过将热量排到大气环境中冷却，然后重新循环以再次被喷入压缩气体中。 [0859] 6．不含液体的热气体通过逆流式热交换器，与不含液体的冷气体流逆向流动。所述热气体以恒定的压强被冷却到比空调排气温度略低的温度（到约50°F）。所述气体流入膨胀机中，与冷液体混合，然后循环继续进行。 [0860] 一些实施例可以以合理的成本实现超过4的COP。寄生损失的控制可以帮助提高所述装置的效率。例如，如果电机和驱动器一起的效率为95%，那么，压缩机和膨胀机机构的完成一个来回的效率可以超过79%。如果使用高品质的机械部件，并且如果压缩、膨胀期间以及通过所有的热交换器时的温度变化能够保持在约10°F到20°F之间，那么这个水平的效率是可以实现的。 [0861] 本发明的实施例利用在某些方面与涡轮膨胀机的气体制冷循环类似的方法，诸如可以用在喷气式飞机的空气循环冷却器中的方法。例如，通过显热（sensible heat）而不是潜热（latent heat）的转移完成相当部分的冷却。 [0862] 然而，本发明所述的气雾制冷循环的实施例在某些方面不同于传统的气体制冷循环。例如，在压缩和膨胀过程中使用气雾以及通过该气雾中的液体成分排除热能可以产生更紧致而便宜的系统。 [0863] 具体说，在给定的压强下单位体积的空气-水气雾比同体积的空气携带更多的热。使用高的压缩比同时将ΔT严格地控制在希望的有效范围，这种空气-水气雾就允许每冲程抽取的热比传统的（绝热的）压缩机/膨胀机所能实现的更多。 [0864] 低的、严格控制的ΔT产生高的热力学效率。每冲程吸取的大量的热减少了机械和流体效率损失的影响。空气-水气雾中的水成分的优异的载热和传热能力降低了所需要的热交换器的成本和体积。 [0865] 本发明的实施例所述的在气雾制冷循环中实现近等温压缩和膨胀依赖于喷嘴的研发，该喷嘴将水以所需的质量流量（mass flow）和水滴尺寸引入压缩和膨胀腔中。这种喷雾系统的特征在于使用颗粒速度成像和计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）分析。 [0866] 图29示出了提供非常均匀的液滴分布、适用于高压缩比的空心锥形喷嘴的速度场。图30示出了提供高的质量流量的扇形喷嘴的CFD仿真。 [0867] 如上所述，性能系数（COP）是制冷系统的一个可计量的特性。传统的商用空调器可以以3.5的COP来工作。 [0868] 使用气雾制冷循环的系统的实施例可以指望获得约4的COP。然而，实际产生的COP的确切值依赖于若干个值。 [0869] 下面，结合下面的数学表达式（1）-（14）、结合示出了气雾制冷循环的系统图的图31以及结合示出了气雾制冷循环的温度-熵图的图32，给出这种COP计算的一个例子。 [0870] 在点1和点2之间进行的等温压缩过程中所做的功由下式给出： [0871] [0872] 压缩机效率定义为等温压缩过程中所做的功与实际所做的功之比。 [0873] [0874] 等温膨胀过程中的功由下式给出： [0875] [0876] 膨胀机效率由实际抽取的功与等温过程中抽取的功之比给出。 [0877] [0878] 等温工作的膨胀机从室内抽取的热量由下式给出： [0879] [0880] 此时，COP可以计算为： [0881] [0882] 系统的一个实施例的具体参数提供如下： [0883] T1=75°F=297K；T2=75°F=297K；T3=55°F=286K；T4=55°F=286K压强比取为2.71。 [0884] [0885] 此时，等温压缩中所做的功给出如下： [0886] [0887] 假设膨胀的热效率为98%，总的机械和泄漏效率为95.6%，那么，实际所做的功为： [0888] [0889] 从等温膨胀抽取的功由下式给出： [0890] [0891] 假设膨胀的热效率为92.7%，总的机械和泄漏效率为95.6%，那么，实际所做的功为： [0892] [0893] 从室内抽取的热量由下式给出： [0894] [0895] 此时，COP由下式给出： [0896] [0897] 图32A是功率流图，示出了气雾制冷循环的一个实施例中的流过的功和热量。各功率值被归一化到从电网流入的电功率。 [0898] 首先，1kw的电功率通过效率为97%的马达驱动器进行处理，接着由效率为95%的马达进行处理。这通过马达轴进行，马达轴因摩擦损失其功率的0.5%。该马达轴驱动压缩机。 [0899] 所述压缩机会有几个可能的降低效率的源，包括但不限于喷雾、泄漏、机械的和热学的源。对于水与氦气10:1的质量比，喷雾损失只占通过系统循环的功的1%。 [0900] 往复式压缩机或膨胀机的机械和泄漏损失通常为95%左右。然而，摩擦损失集中在阀门致动器、喷口摩擦和管道损失以及活塞环。 [0901] 这些摩擦损失并不随压强的增加而线性地增加，而阀门/管道损失对于氦气等轻气体来说是低的。对于内压约25巴、压强比为2.71的操作来说，可以将总的机械效率维持在95.6%以上。 [0902] 在图32A的实施例中也示出了热效率。当气体和液体的温度差为约5°F以下时，对于所示的温度，膨胀效率为92.7%，压缩效率为98%。 [0903] 本发明的一个实施例所述的使用气雾制冷循环的系统的尺寸取决于若干因素。所述系统的某些部件，诸如往复式活塞、泵、热交换器、以及AC马达，是标准装置，它们可以是现买的，也可以进行较简单的修改。这就能够制造尺寸合适的装置和原型。 [0904] 例如，一个以1200RPM和150psi运行的一吨的系统可以使用1hp的电机、两个总排量为350cc往复式活塞、以及界面表面积约为15平方米的扇冷式热交换器。这些部件可以做成具有希望的形状因子（例如，1.5’×1’×9’’）。 [0905] 在具体的实施例中，可以合理地预期系统中的部件在规格所规定的10多年的工作中不进行维修或很少进行维修。影响寿命的一个因素包括在压缩机和膨胀机汽缸中使用水，因为水对于许多金属是有腐蚀性的。在诸如轴封（sliding seals）、阀门座（valve seats）、磨损面（wear surfaces）以及紧固件（fasteners）等元件的构造中，耐水材料也是有用的。本发明的实施例可以使用铝部件、镍-聚合物涂层、和/或PTFT滑动部件，以便提高与水有接触的元件的寿命。 [0906] 总之，与常规的制冷方法相比，本发明的实施例有潜在的优点。例如，常规制冷设备的热温度和冷温度几乎固定为压缩比的函数，这导致对实际所需温度有ΔT的过冲，以及导致潜在的显著的热力学损失。相反，本发明的实施例能够不依赖于负载和压缩比来控制ΔT，能够避免这个特别显著的效率损失。 [0907] 本发明所述的系统能够提供的另一个潜在的优点是，获得常规系统中会浪费掉的能量。例如，典型的空调器通过喷嘴（例如，膨胀阀门）进行膨胀。在这个过程中释放能量，这个能量被浪费掉了。这可能是因为蒸汽压缩的相对效率红利（relative efficiency bonus）很小，COP红利约为1。 [0908] 相反，气雾循环的相对效率红利就大多了，COP红利为4或更大。因此，本发明的实施例能够有效地压缩气雾、交换热量、以及从该气雾的膨胀中产生机械功。如果机械和热力学设计很好，那么可以获得高的COP。 [0909] 本发明的实施例所述的制冷系统的再一个潜在优点是，避免GHG。具体说，空气-水气雾或氦气-油气雾的成分并不呈现温室特性，因此，与使用HCFC或其它工作流体的传统系统相比，本发明所述的系统对环境是有利的。 [0910] 下面的权利要求涉及气雾冷却。 [0911] 1．一种冷却方法，包括： [0912] 引入液雾以与膨胀腔内膨胀的气体交换热量； [0913] 膨胀后将液体与所述气体分离； [0914] 使分离出的液体流到热交换器以提供冷却； [0915] 使来自所述膨胀腔的气体通过逆流式热交换器流到压缩腔，同时使来自所述压缩腔的压缩气体经过所述逆流式热交换器流到所述膨胀腔；以及 [0916] 引入第二液雾与所述压缩腔内的压缩气体交换热量。 [0917] 2．根据权利要求1所述的制冷方法，其中： [0918] 所述气体包括空气；以及 [0919] 所述第一液雾和所述第二液雾包括水。 [0920] 3．根据权利要求1所述的制冷方法，其中： [0921] 所述膨胀腔内所述液雾与所述气体之间的热交换导致近等温膨胀；以及 [0922] 所述压缩腔内所述第二液雾与所述气体之间的热交换导致近等温压缩。 [0923] 4．根据权利要求1所述的制冷方法，其中： [0924] 由于所述第一液雾之故，所述膨胀腔在膨胀期间经历约20°F或更小的温度变化；以及 [0925] 由于所述第二液雾之故，所述压缩腔在压缩期间经历约20°F或更小的温度变化。 [0926] 5．一种方法，包括： [0927] 通过与从第一气雾分离出的液体接触来控制环境的温度，其中，所述第一气雾是将各个第一液滴喷入压缩气体正在进行膨胀的第一腔中所形成的第二气雾的膨胀所产生的；以及 [0928] 使从所述第一气雾分离出的气体流过逆流式热交换器，同时压缩气体也流过所述逆流式热交换器，所述压缩气体从第三气雾分离出来的，而所述第三气雾是将各个第二液滴喷入气体正在被压缩的第二腔中所形成的第四气雾的压缩所产生的。 [0929] 6．根据权利要求5所述的方法，其中： [0930] 所述气体包括空气；以及 [0931] 所述第一液体雾滴和所述第二液体雾滴包括水。 [0932] 7．根据权利要求5所述的方法，其中： [0933] 用以形成所述第一气雾的所述第二气雾的膨胀通过从所述第一液滴传热发生在近等温条件下；以及 [0934] 用以形成所述第三气雾的所述第四气雾的压缩通过由所述第二液滴吸热发生在近等温条件下。 [0935] 8．根据权利要求5所述的方法，其中： [0936] 用以形成所述第一气雾的所述第二气雾的膨胀经历约20°F或更小的温度变化；以及 [0937] 用以形成所述第三气雾的所述第四气雾的压缩经历约20°F或更小的温度变化。 [0938] 9．一种制冷设备，包括： [0939] 第一汽缸，在其中设置有第一构件以界定膨胀腔，所述第一构件在所述膨胀腔内膨胀的气体的作用下可移动； [0940] 第二汽缸，在其中设置有第二构件以界定压缩腔，所述第二构件可移动以压缩所述压缩腔内的气体； [0941] 在所述第一可移动部件和所述第二可移动部件之间的物理联动装置； [0942] 与所述物理联动装置连接的马达； [0943] 喷雾系统，设置为在所述膨胀腔内引入液滴以形成第一气雾以及在所述压缩腔内引入液滴以形成第二气雾； [0944] 第一气体/液体分离器，设有入口，与所述第一汽缸的出口通流体； [0945] 第二气体/液体分离器，设有入口，与所述第二汽缸的出口通流体； [0946] 第一热交换器，与所述第一气体/液体分离器的第一出口通流体； [0947] 第二热交换器，与所述第二气体/液体热交换器的第一出口通流体；以及逆流式热交换器，配置为使从所述第一气体/液体分离器接收到的气体流到所述压缩腔，以及配置为使从所述第二气体/液体分离器接收到的气体流到所述膨胀腔，其中，所述第一热交换器用作制冷节点以冷却环境的温度。 [0948] 10．根据权利要求9所述的制冷设备，其中，所述液体包括水，所述气体包括空气。 [0949] 11．根据权利要求9所述的制冷设备，其中，所述第一构件包括第一往复式活塞，所述第二构件包括第二往复式活塞。 [0950] 12．根据权利要求11所述的制冷设备，其中，所述物理联动装置包括可转动轴。 [0951] 13．根据权利要求9所述的制冷设备，还包括： [0952] 第一泵，配置为使液体从所述第一气体/液体分离器流动到所述第一热交换器；以及 [0953] 第二泵，配置为使液体从所述第二气体/液体分离器流动到所述第二热交换器。 [0954] 14．根据权利要求9所述的制冷设备，其中，所述喷雾系统包括空心锥形喷嘴。 [0955] 15．根据权利要求9所述的制冷设备，其中，所述喷雾系统包括扇形喷嘴。 [0956] 总之，本发明的实施例涉及从温度差中抽取能量。在具体的实施例中，热源的能量可以通过压缩气体的膨胀来抽取。在某些实施例中，包含压缩气体的存储单元与压缩机-膨胀机通流体。从所述存储单元接收到的压缩气体在所述压缩机-膨胀机中膨胀以产生能量。在该膨胀期间，所述压缩机-膨胀机通过热交换器与所述热源有选择地通热，从而增强由所述膨胀气体输出的能量。在另外的实施例中，如果所述热源连续可用，那么，专用气体膨胀机可以被配置为驱动专用压缩机。这样的实施例可以使用封闭系统，该封闭系统使用具有高热容特性的气体，例如氦气或所述系统在高的基线压强下工作所产生的高密度气体。 [0957] 压缩空气的一个源是风。公知地，从风产生功率的效率随着风力涡轮机的扇片距离地面的高度的增加而增加。然而，这个高度要求提供具有足够机械强度的大而固定的结构，以便在各种风力条件下安全地支撑包括叶片的所述涡轮机的较重的结构。 [0958] 构建和维持这样的支撑结构的花费是所述系统的固有花费，这减小了风力发生装置的总的收益。因此，在本领域中需要新的结构和方法来支撑风力涡轮机。 [0959] 能量存储和复原系统使用由来自工作着的风力涡轮机的能量压缩的空气。该压缩空气被存储在将风力涡轮机支撑在地面上的结构的一个或多个腔内。通过既作为物理支撑又作为压缩空气的存储容器，所述支撑结构在所述能量存储和复原系统的总成本中的相对贡献会降低，从而在经济上容易实现所述复合的涡轮机/支撑设备。在某些实施例中，会依赖于所述腔内存储的压缩空气的膨胀力来增加支撑结构的物理稳定性，这进一步降低了所述支撑结构的材料成本。 [0960] 本发明所述的方法的一个实施例包括将由工作着的风力涡轮机的能量所产生的压缩气体存储在支撑该风力涡轮机的结构的各个壁所界定出的腔内。 [0961] 本发明所述的设备的一个实施例包括被配置为将风力涡轮机撑起在地面上的支撑结构，该支撑结构包括壁，所述壁界定腔，所述腔被配置为与所述风力涡轮机所操作的气体压缩机通流体，所述腔也被配置为存储被所述压缩机压缩的气体。 [0962] 本发明所述的设备的一个实施例包括能量存储系统，该能量存储系统包括风力涡轮机、被配置为由所述风力涡轮机操作的气体压缩机、以及被配置为将所述风力涡轮机撑起在地面上的支撑结构，所述支撑结构包括壁，所述壁界定腔，所述腔与所述气体压缩机通流体，所述腔被配置为存储被所述压缩机压缩的气体。发电机被配置为从所述腔所流出的压缩气体的膨胀产生电能。 [0963] 如前面所述，风力涡轮机距离地面越高就越能有效地获得风能。具体说，风速大致正比于所述高度的七次方根。功率正比于风速的立方，并且也正比于风力涡轮机的面积。较2 高的高度H在理论上允许有较大直径的涡轮机，给出正比于H的面积以及正比于Hx的功率，其中，x大约为2+3/7。因此，所述支撑结构是所述系统的必须部件。根据本发明的实施例，这个支撑结构能够执行其它任务，即容纳一个或多个腔或容器，这些腔或容器配置为接收和存储由所述风力涡轮机的输出产生的压缩空气。 [0964] 这种风力涡轮机的支撑结构从一开始就很好地适合这个任务，因为它通常由外壳来形成，该外壳封起了内部空间。这种结构为处于顶部的风力涡轮机提供希望的机械支撑，同时不使用大量的材料并避免了很重的重量，没有整体实心支撑结构所具有的很重的重量。 [0965] 图33示出了本发明所述的系统的一个实施例的简化示意图。具体说，系统3300包括位于支撑塔3306顶部的涡轮机机舱（nacelle）3301。机舱3301包含风力涡轮机3302，风力涡轮机3302具有可转动叶片3304。 [0966] 机舱3301可以通过接头3311与支撑塔3306可转动地连接（如箭头3320所示），从而允许风力涡轮机叶片的取向面对盛行风向。适于本发明的实施例使用的风力涡轮机的一个例子为康涅狄格的Fairfield通用电力公司（General Electric Company of Fairfield，Connecticut）所提供的1.5sle型涡轮机。 [0967] 与风3308接触后，涡轮机3302的叶片3304转动，从而将风的能量转化为输出到联动装置3305的能量。联动装置3305可以本质上是机械的、液压的或气动的。 [0968] 反过来，联动装置3305通过齿轮系统3312和联动装置3303与马达/发电机3314物理连接。齿轮系统3312也通过联动装置3307与压缩机/膨胀机部件3316物理连接。联动装置3303和3307可以本质上是机械的、液压的或气动的。 [0969] 所述齿轮系统可以配置为允许所有联动装置以相减或相加的方式同时运动。所述齿轮系统也可以配置为容纳部分联动装置的运动。在某些实施例中，行星齿轮系统可以很好地执行这些任务。 [0970] 压缩气体存储腔3318被界定在所述支撑塔的壁3318a之内。压缩机/膨胀机3316通过导管3309与存储腔3318通流体。 [0971] 下面将描述系统3300的几个工作模式。在一个工作模式中，风在吹，并且电网上的电能需求高。在这些条件下，基本上涡轮机叶片的转动所输出的所有能量都通过联动装置3305和3303以及齿轮系统3312传递到正作为发电机工作的马达/发电机3314中。马达/发电机3314所产生的电能通过导线3313输出到电网上供消耗。在这种模式中，压缩机/膨胀机3316不工作。 [0972] 在另一种工作模式中，风在吹，但电能的需求不高。在这些条件下，涡轮机叶片的转动所输出的能量的一部分通过部件3305、3312、3303和3314转化为电能，如上所述。 [0973] 此外，工作着的涡轮机所输出的能量的一部分也通过联动装置3305和3307以及齿轮系统3312被传递来驱动正作为压缩机工作的压缩机/膨胀机3316。压缩机/膨胀机3316运行起来吸入空气、压缩该空气、然后使该压缩空气流入位于支撑塔中的存储腔3318中。如下面所述，之后，以该压缩空气的形式存储的能量可以复原，以产生有用功。 [0974] 具体说，在系统3300的另一个工作模式中，压缩机/膨胀机3316配置为作为膨胀机来工作。在这种模式中，所述存储腔中的压缩空气通过导管3309流入膨胀机3316中，在膨胀机3316中该压缩空气可以进行膨胀。该空气的膨胀驱动与联动装置3307有物理连接的可移动部件。这种可移动部件的一个例子为位于压缩机/膨胀机3316的汽缸中的活塞。 [0975] 被驱动的联动装置3307的能量再通过齿轮系统3312和联动装置3303传到正作为发电机工作的马达/发电机3314。马达/发电机在联动装置3303运动的作用下所产生的电能可以再通过导线3313输出到电网。 [0976] 在刚刚描述的工作模式中，风可以正在吹，也可以不在吹。如果风在吹，那么，压缩机/膨胀机3316所输出的能量可以与涡轮机3312所输出的能量在所述齿轮系统中合并。然后，来自这些源（风、压缩空气）的合并能量可以由齿轮系统3312通过联动装置3303传到马达/发电机3314。 [0977] 在另一种工作模式中，风不在吹，并且电能需求低。在这些条件下，压缩机/膨胀机3316可以作为压缩机工作。马达/发电机3314作为马达工作，从电网吸取能量以通过联动装置3303和3307以及齿轮系统3312驱动压缩机/发电机3316（正作为压缩机工作）。这种工作模式允许消耗电网的多余能量以补充腔3318中所存储的压缩空气，以便以后使用。 [0978] 2009年6月29日提交的美国临时专利申请No.61/221,487和2010年1月28日提交的美国非临时专利申请No.12/695,922中描述了提供压缩气体能量的有效存储和复原的系统的实施例，这两个专利申请通过引述全部结合于此，用于各种用途。然而，本发明的实施例不限于压缩空气存储和复原系统的这些设计以及任何其它具体设计的使用。2010年1月12日提交的临时专利申请No.61/294,396也通过引述全部结合于此，用于各种用途。 [0979] 如前面所述，本发明的某些实施例可以有利地使用行星齿轮系统以允许机械能在所述系统的不同部件之间转移。具体说，这种行星齿轮系统可以灵活地包容处于上述各种工作模式中的联动装置之间的不同的相对运动。 [0980] 图33A示出了本发明的实施例中可以使用的行星齿轮系统的一个实施例的简化俯视图。图33AA示出了图33A中行星齿轮系统沿33A-33A’线的简化剖视图。 [0981] 具体说，行星齿轮系统3350包括环形齿轮3352，环形齿轮3352在外周具有第一组轮齿3354，在内部具有第二组轮齿3356。环形齿轮3352与三个其它齿轮组件啮合，并相对于它们可以在任一方向上运动。 [0982] 具体说，第一齿轮组件3340包括包括侧齿轮3342，侧齿轮3342位于环形齿轮3352的外侧，并固定到可转动轴3341上，可转动轴3341用作到所述行星齿轮系统的第一联动装置。侧齿轮3342的轮齿与位于所述环形齿轮的外周的轮齿3354机械连接。轴3341在任一方向上的转动将化成环形齿轮3352的相应运动。 [0983] 第二齿轮组件3358包括中心（太阳）齿轮3360，中心齿轮3360位于环形齿轮3352的内部。中心齿轮3360固定在可转动的轴3362上，可转动的轴3362用作到所述行星齿轮系统的第二联动装置。 [0984] 第三齿轮组件3365使中心齿轮3360与环形齿轮3352的第二组轮齿3356机械连接。具体说，第三齿轮组件3365包括多个（行星）齿轮3364，这些齿轮3364通过各自的销子（pin）3367与（行星承载）盘3366处于自由转动连接中。盘3366固定到第三轴3368上，第三轴3368用作对于所述行星齿轮系统的第三联动装置。 [0985] 图33A-33AA所示的行星齿轮系统3350提供与三个可转动联动装置3341、3362和3368的机械连接。这些联动装置中的每个联动装置可以与所述系统的各种其它部件（例如，风力涡轮机、发电机、马达、马达/发电机、压缩机、膨胀机或压缩机/膨胀机）物理连接。 [0986] 行星齿轮系统3350允许所有的联动装置以相减或相加的方式同时运动。例如，如果风正在吹，那么，可以将来自涡轮机联动装置的能量分配以驱动对于发电机的联动装置和对于压缩机的联动装置。在另一个例子中，如果风正在吹且电能需求高，那么，所述行星齿轮系统允许涡轮机联动装置的输出与膨胀机联动装置的输出合并，以驱动对于发电机的联动装置。 [0987] 此外，所述行星齿轮系统也可以配置为包容部分联动装置的运动。例如，轴3341的转动可以导致轴3362的转动并且反之亦然，而阻止轴3368转动。类似地，轴3341的转动可以只导致轴3368的转动并且反之亦然，或者，轴3362的转动可以只导致轴3368的转动并且反之亦然。这种配置允许机械能只在所述系统的两个部件之间有选择地转移，例如，当风力涡轮机是静止的，且希望基于马达的输出来操作压缩机。 [0988] 再回到图33，本发明所述的压缩气体存储和复原系统的某些实施例可以提供若干潜在希望的特性。首先，所述系统利用现有风力涡轮机系统中可能存在的设备。就是说，所述压缩空气能量存储和复原系统可以利用同一个用来从风力涡轮机输出能量到电网的发电机。这种从风力和从存储的压缩空气产生电力的发电机的使用会降低整个系统的成本。 [0989] 与图33的实施例相关的另一个潜在的益处是，能量产生的效率提高。具体说，转动的风力涡轮机叶片所输出的机械能能够以机械的形式传递给压缩机，而不需要转化成另一种形式（诸如电能）。通过以本身的机械形式使用能量源（风力涡轮机）的输出，该能量转移到压缩空气中的效率会提高。 [0990] 与图33的实施例相关的另一个潜在的优点是，部件数目减少。具体说，所述系统的两个部件执行双重功能。具体说，马达/发电机既可以作为马达又可以作为发电机来工作，而压缩机/膨胀机既可以作为压缩机又可以作为膨胀机来工作。这就不再需要单独专用的部件来执行这些功能。 [0991] 与图33的实施例相关的再一个潜在的优点是，将各个部件与移动件连接起来的联动装置相对简单。具体说，在图33的实施例中，涡轮机、齿轮系统、马达/发电机和压缩机/膨胀机均位于所述机舱内。这样的配置提供了兼容的优点，其中在机舱和下面的支撑结构之间有转动连接。具体说，没有一个部件之间的联动装置需要穿越所述转动接头，因此，所述联动装置不需要包容所述机舱和支撑结构之间的相对运动。这种配置允许那些联动装置的设计和操作有实质性的简化。 [0992] 然而，根据另外的实施例，所述齿轮系统、压缩机/膨胀机以及马达/发电机中的一个或多个可以被置于所述机舱的外部。图34示出了本发明所述的系统3400的这样一个另外的实施例的简化图。 [0993] 在这个实施例中，涡轮机3402被置于机舱3401内，而齿轮系统3412、压缩机/膨胀机3416和马达/发电机3414被置于塔3406的底部。通过使用在涡轮机3402和齿轮系统3412之间工作的加长的联动装置3405，这种配置成为可能。加长的联动装置3405本质上可以是机械的、液压的或气动的。 [0994] 图34中的实施例的设计会有一些额外的复杂性，这种复杂性在于，联动装置3405横穿了转动接头3411，因此必须能够包容涡轮机3402相对于齿轮系统3412的相对运动。考虑联动装置3405被限制为只在一个方向（从涡轮机到齿轮系统）传递能量，那么这一复杂性可以部分地减少。 [0995] 此外，使联动装置3405横穿转动接头3411所涉及的复杂性的成本可以被接近马达/发电机、压缩机/膨胀机以及齿轮系统的容易性所抵消。特别地，这些部件包括大量的移动件并不断被磨损。将这些部件放在所述塔的底部（而不是顶部）便于检查和维修时接近，从而减小了成本。 [0996] 其它的实施例也是可能的。例如，尽管图34示出了齿轮系统、马达/发电机、以及压缩机/膨胀机部件被放置在所述支撑结构的内部，但这不是所要求的。在其它的实施例中，这些部件的一个或多个可以被置于所述支撑结构的外部，并仍然通过从所述支撑塔延伸的联动装置与风力涡轮机连接。在这种实施例中，压缩空气管道、电导线以及机械、液压或气动联动装置可以在这些系统部件之间提供需要的连接。 [0997] 本发明的实施例不限于上述具体的部件。例如，尽管图1和图2示出了包括具有联合功能的压缩机/膨胀机部件和马达/发电机部件的压缩气体存储系统，但这并不是本发明所要求的。 [0998] 图35示出了本发明所述的系统3500的另一实施例，该实施例使用了单独的专用压缩机3550、专用膨胀机3516、专用马达3554和专用发电机3514部件。这种实施例在使现有风力涡轮机适应于容纳压缩气体存储系统上是有用的。 [0999] 特别地，原有的风力涡轮机成套设备或许包含通过齿轮系统3512和联动装置3503和3505与涡轮机3502连接的专用发电机部件3514。然而，发电机3514并没有设计成也具有马达功能。 [1000] 可以将专用膨胀机3516、专用压缩机3550、专用马达3554、联动装置3507和3573以及导管3570添加到这样一个现有配置中，以结合压缩气体存储系统。在一个实施例中，专用膨胀机3516可以被置于机舱3501中，通过联动装置3507与齿轮系统3512连接。专用膨胀机3516通过导管3509与压缩气体存储腔3518的顶部通流体，而压缩气体存储腔3518由支撑塔3506的壁3506a界定。 [1001] 专用压缩机3550和专用马达3554被容易地包含在例如所述支撑塔的底部或底部附近，从而便于接近这些部件。专用压缩机3550通过导管3570与存储腔3518通流体，通过联动装置3572与专用马达3554物理连接。专用马达3554再与发电机和/或电网进行电子通信，以接收能量来操作所述压缩机，从而补充所述腔3518中存储的压缩气体的供应。 [1002] 如图35所示，这个实施例还可以包括可选的在位于机舱3501内的齿轮系统3512和位于机舱3501外的专用压缩机3550之间延伸的加长型机械、液压或气动联动装置3574。这样一个联动装置将允许专用压缩机直接由所述涡轮机的输出来操作，避免了通过专用发电机将机械能转化为电形式、再通过专用马达将电功率在转化回机械形式以便操作所述压缩机所涉及的损失。 [1003] 图35A示出了本发明所述的系统的又一个实施例的简化图。在图35A的系统3580的实施例中，只有涡轮机3582、联动装置3583和专用压缩机3586部件被放在位于支撑塔3596顶部的机舱3581内。专用压缩机3586通过联动装置3583（可以是机械的、液压的或气动的）与所述涡轮机连接，用来由所述专用压缩机驱动空气的压缩。所述专用压缩机所输出的压缩空气通过穿越接头3591的导管3589流入支撑塔3596中的腔3598中。 [1004] 其余的部件被置于所述机舱的外部，既可以在所述支撑塔内，也可以在所述支撑塔外。例如，专用膨胀机或膨胀机/压缩机3588与界定在壁3596a内的腔3598相连，以通过导管3593接收压缩气体。部件3588配置为允许所述压缩空气膨胀，并通过联动装置3592将该膨胀所复原的能量传递到发电机或发电机/马达3584。部件3584再进行工作以发电，该电力被馈入电网上。 [1005] 图35A所示的实施例也可以具有存储来自电网的能量的功能。如果部件3584为发电机/马达，部件3588为膨胀机/压缩机，那么，部件3584可以作为马达来工作以驱动作为压缩机工作的部件3588，从而将空气压缩并使其流到腔3598中供存储以及之后的复原。 [1006] 图35A所示的实施例提供了一个潜在的优点，即，利用所述腔将能量从所述塔的顶部输运到底部，不要求有单独的加长型联动装置或导管。图35A的实施例的另一个可能的优点是，在所述塔的顶部减少了重量。尽管这个实施例会招致损失，其中，所述涡轮机的机械能输出首先被转化为压缩空气，然后再被转化回机械能以驱动所述发电机，然而，这种损失会被所述塔顶重量的减少所抵消，塔顶重量的减小允许塔更高并接触更多的风能。 [1007] 本发明不限于具有任何具体形状的支撑结构。在图33和34所示的具体实施例中，所述支撑结构的截面形状出沿着其长度变化。例如，支撑结构3306在其底部较宽，然后渐细，直到与风力涡轮机汇合之处。通过将材料分配到能够最好地给出支撑功能之处，这种设计可以尽量少用材料并减少成本。 [1008] 然而，本发明也包括具有其它形状的支撑结构。例如，图36示出了支撑结构3600，该支撑结构3600包括中空管，该中空管具有基本上均匀的圆形或椭圆形截面。中空管3600的壁3600a反过来界定了用于存储压缩气体的腔3602。尽管可能会使用更多的物质，但这种管是一种较简单的结构，在许多其它工业中用于各种应用中。因此，这种管很可能能以较低的价格得到，这个低价格可以抵消任何更大的材料成本。 [1009] 仍有其它的实施例是可能的。例如，在某些实施例中，支撑结构可以设计为利用由其中所存储的压缩气体所施加的力，以便赋予所述支撑结构额外的稳定性。 [1010] 因此，图37示出了一个实施例，其中，支撑结构3700包括一个部分3706a，该部分具有较薄的壁3706b，比前面的实施例中的相应部分具有较小的固有强度。这个强度的减小可以归因于一个或多个因素，包括但不限于，所述支撑使用不同的设计或形状、所述支撑中使用的材料量减少、或所述支撑中使用不同的材料。 [1011] 然而，根据本发明的实施例，支撑结构3706的固有强度的任何减小可以由腔3718内所包含的压缩空气3726所施加的膨胀力3724来抵消。特别地，以与膨胀气球的壁的强化类似的方式，所述压缩空气的膨胀力可以为所述支撑结构贡献额外的强度。这个膨胀效应非常夸张地示于图37中，用以说明。 [1012] 这种设计的一个可能的应用采用一种支撑结构，该支撑结构由至少能够有些弯曲的材料（例如，碳纤维）制成。在这样一个实施例中，韧性支撑件的腔中的压缩气体所产生的膨胀力可以抵住所述腔的壁，从而使其硬化并对该支撑的结构稳定性做出贡献。这种支撑结构也可以由其它材料来形成，并仍然落在本发明的范围内。 [1013] 一种包含碳纤维的设计还可以提供进一步的优点。例如，碳纤维结构根据其制备方式可以在特定的维度上呈现出增强的强度。因此，碳纤维支撑结构可以制成在特定维度上呈现强度和/或弯曲，例如，在压缩气体的膨胀力预期要作用的维度上，和/或在所述支撑预期要经受外应力的维度上（例如，主流风向）。 [1014] 当然，利用所存储的压缩空气的膨胀力进行的设计需要在面对所存储的压缩空气的量发生预期（和意外）变化的时候呈现出足够的固有强度，例如在压缩空气被抽走并进行膨胀以复原能量的时候。不过，与所述支撑结构内剩余的最少量的压缩空气相关的膨胀力可以赋予支撑结构足够的稳定性，从而减少了其制造和维修的成本。 [1015] 1．一种方法，包括： [1016] 将工作着的风力涡轮机的能量所产生的压缩气体存储在由所述风力涡轮机的支撑结构的壁所界定的腔内。 [1017] 2．根据权利要求1所述的方法，还包括，从所述风力涡轮机的输出来操作压缩机以产生所述压缩气体。 [1018] 3．根据权利要求1所述的方法，还包括， [1019] 从所述腔中流出至少一部分所述压缩空气；以及 [1020] 允许所述流出的压缩气体部分膨胀并产生能量。 [1021] 4．根据权利要求3所述的方法，其中，所述一部分压缩气体从所述腔中流到与发电机有物理连接的膨胀机中。 [1022] 5．根据权利要求1所述的方法，其中，所述压缩气体的膨胀力赋予所述支撑结构稳定性。 [1023] 6．根据权利要求5所述的方法，其中，所述壁包括韧性材料。 [1024] 7．一种设备，包括： [1025] 支撑结构，配置为将风力涡轮机抬升到地面之上，所述支撑结构包括界定腔的壁，所述腔配置为与所述风力涡轮机所操作的气体压缩机通流体，所述腔也配置为存储所述压缩机所压缩的气体。 [1026] 8．根据权利要求7所述的设备，其中，所述支撑结构包括空心管。 [1027] 9．根据权利要求8所述的设备，其中，所述空心管呈现出沿着其长度基本上不变的截面。 [1028] 10．根据权利要求7所述的设备，还包括机舱，所述机舱通过接头与所述支撑结构可转动地连接，所述机舱容纳所述涡轮机。 [1029] 11．根据权利要求10所述的设备，其中，所述机舱还容纳齿轮系统、所述齿轮系统和所述涡轮机之间的第一物理联动装置、发电机、所述发电机和所述齿轮系统之间的第二物理联动装置、与所述腔通流体的膨胀机、以及所述膨胀机与所述齿轮系统之间的第三物理联动装置，使得所述第一、第二和第三物理联动装置不穿越所述接头。 [1030] 12．根据权利要求11所述的设备，其中，所述发电机包括配置为操作所述气体压缩机的马达/发电机。 [1031] 13．根据权利要求11所述的设备，其中，所述气体压缩机和膨胀机结合成压缩机/膨胀机。 [1032] 14．根据权利要求11所述的设备，其中，所述齿轮系统包括行星齿轮系统。 [1033] 15．根据权利要求10所述的设备，还包括齿轮系统、发电机、所述发电机和所述齿轮系统之间的第一物理联动装置、与所述腔通流体的膨胀机、所述膨胀机和所述齿轮系统之间的第二物理联动装置、以及所述涡轮机与所述齿轮系统之间的第三物理联动装置，其中，所述齿轮系统、所述发电机、所述第一物理联动装置、所述膨胀机、以及所述第二物理联动装置被置于所述机舱外，以及其中，所述第三物理联动装置穿越所述接头。 [1034] 16．根据权利要求15所述的设备，其中，所述发电机包括马达/发电机，所述膨胀机包括压缩机/膨胀机。 [1035] 17．根据权利要求15所述的设备，其中，所述发电机包括专用发电机，所述膨胀机包括专用膨胀机。 [1036] 18．根据权利要求15所述的设备，其中，所述齿轮系统包括行星齿轮系统。 [1037] 19．根据权利要求10所述的设备，其中， [1038] 所述机舱容纳齿轮系统、专用发电机、所述专用发电机和所述齿轮系统之间的第一物理联动装置、与所述腔通流体的专用膨胀机、所述专用膨胀机和所述齿轮系统之间的第二物理联动装置、以及所述涡轮机与所述齿轮系统之间的第三物理联动装置；以及[1039] 所述设备还包括， [1040] 专用压缩机，该专用压缩机与所述存储腔通流体，并通过第四联动装置与专用马达物理连接，其中，所述专用压缩机、所述专用马达、以及所述第四联动装置被置于所述机舱的外部。 [1041] 20．根据权利要求19所述的设备，还包括，所述齿轮系统和所述专用压缩机之间的第五联动装置。 [1042] 21．根据权利要求19所述的设备，其中，所述齿轮系统包括行星齿轮系统。 [1043] 22．根据权利要求10所述的设备，其中， [1044] 所述压缩机包括容纳在所述机舱内的专用压缩机，所述压缩机通过第一联动装置与所述涡轮机物理连接，并通过第一导管越过所述接头与所述腔通流体；以及 [1045] 所述系统还包括： [1046] 被置于所述支撑结构的底部附近的膨胀机，所述膨胀机与所述腔通流体，并通过第二物理联动装置与发电机连接。 [1047] 23．根据权利要求22所述的设备，其中，所述膨胀机包括膨胀机/压缩机，所述发电机包括发电机/马达。 [1048] 24．一种能量存储系统，包括： [1049] 风力涡轮机； [1050] 气体压缩机，配置为由所述风力涡轮机操作； [1051] 支撑结构，配置为将所述风力涡轮机抬升到地面之上，所述支撑结构包括界定腔的壁，所述腔与所述气体压缩机通流体，所述腔被配置为存储由所述气体压缩机压缩的气体；以及 [1052] 发电机，配置为由从所述腔所流出的压缩气体的膨胀来发电。 [1053] 25．根据权利要求24所述的系统，还包括机舱，所述机舱通过接头与所述支撑结构可转动地连接，所述机舱容纳所述涡轮机、所述发电机、以及与所述腔通流体且与所述发电机物理连接的膨胀机。 [1054] 总之，能量存储和复原系统的实施例使用由工作着的风力涡轮机的能量进行压缩的空气。该压缩空气被存储在将所述涡轮机支撑在地面上的结构中的一个或多个腔内。通过既作物理支撑又作存储压缩空气的容器，所述支撑结构对所述能量存储和复原系统的总成本的相对贡献可以减小，从而在经济上容易实现所述复合的涡轮机/支撑设备。在某些实施例中，可以依赖于所述腔内存储的压缩空气的膨胀力来增加支撑结构的物理稳定性，这进一步降低了所述支撑结构的材料成本。 [1055] 在某些实施例中，利用单独应用或相结合应用的一种或多种技术可以提高从压缩气体中存储和回收的能量。一种技术将雾状液滴引入位于第二腔的上游的专用腔中，在该第二腔中发生气体压缩和/或膨胀。在一些实施例中，通过在专用的混合腔和第二腔之间插置脉动阻尼瓶（pulsation damper bottle），使得连续流穿过混合腔，可以提高所得的气-液混合物的均匀性。另一种技术利用能够以低能量开动的阀门构造来控制来自或流向压缩和/或膨胀腔的气体的流动。所述阀门构造利用在系统的操作期间产生的固有压差来使阀门以低能量消耗被开动。 [1056] 图38示出了根据本发明的能量存储和复原系统3801的一个实施例的简化框图。图38示出了与压缩空气存储单元3803选择性地通流体的压缩机/膨胀机3802。发动机/发电机3804与压缩机/膨胀机3802选择性地连通。 [1057] 在第一操作模式中，能量以压缩空气的形式存储，并且马达/发电机3804作为马达进行操作。马达/发电机3804从外源接收能量，使得压缩机/膨胀机3802用作压缩机。压缩机/膨胀机3802接收未经压缩的空气，在腔3802a中利用诸如活塞的可移动部件 3802b对空气进行压缩，并使压缩空气流向存储单元。 [1058] 在第二操作模式中，回收存储在压缩空气中的能量，并且压缩机/膨胀机3802用作膨胀机。压缩机/膨胀机3802从存储单元3803接收压缩空气，然后使压缩空气在腔3082a中膨胀。这种膨胀驱动可移动部件3802b，所述可移动部件3802b与用作发电机的马达/发电机3804连通。马达/发电机3804所产生的能量可以反过来输入电力网并消耗。 [1059] 如上所述的对空气进行压缩和消除压缩的过程可能会经历一些热量和机械损耗。然而，如果压缩过程以最小的温度增加进行，则可以减小热量损失，并且如果膨胀过程以最小的温度降低进行，则可以减小热量损失。 [1060] 因此，本发明的实施例可以在压缩和/或膨胀过程中引入液体。液体的相对应气体较高的热容量使得在压缩期间液体可以从空气接收热量，并在膨胀期间将热量传递给空气。如果液体以雾状引入压缩空气或膨胀空气中，则液体的大的表面积可以提高传递给液体的能量和从液体传递的能量。 [1061] 在压缩和/或膨胀期间引入的气/液混合物的条件（诸如液滴大小、液滴分布的均匀性、液体体积比、温度和压强）在决定向气体传递能量和从气体传递能量方面是重要的。然而，由于压缩和膨胀的固有性质，当那些过程发生时，诸如温度、体积和压强之类的条件很可能会发生变化。 [1062] 因此，为了在压缩和膨胀期间实现更好的控制气/液混合物并且保证混合物的热特性的一致性和再现性，本发明的实施例利用位于第二腔的上游的单独的混合腔3805，膨胀和压缩在第二腔中发生。该单独的混合腔3805通过阀门3807与腔3802a选择性的通流体。以此方式，在混合腔3805中相对稳定的条件下制备的气液混合物流入压缩/膨胀腔3802a，以在压缩/膨胀腔3802a中从气体吸收热量或将热量传递给气体。 [1063] 尽管上述实施例利用被构造为作为气体压缩机和作为气体膨胀机工作的单个设备，但是本发明不必须如此。另外的实施例可以利用分离的、专用的原件来进行压缩和膨胀，这仍包括在本发明的范围内。 [1064] 例如，图39示出了根据本发明实施例的用于进行气体压缩的设备3900的简图。气流3902通过进气管3904进入，然后流入混合腔3906。 [1065] 液体喷雾3908穿过与多个喷嘴3910通流体的歧管3911喷入混合腔3906，并被气流3902带走。由于混合腔3906的存在及其结构（例如，它的尺寸和/或喷射口或喷嘴的数量和排列），在到达压缩腔3912之前液体喷雾3908在气体中均匀地分布以形成均匀的混合物，诸如气-液气雾。 [1066] 在某些实施例中，期望形成具有平均直径约为20μm或更小的液滴的混合物。在一些实施例中，通过在液体中包含表面活性剂有助于形成具有合适大小的液 滴的混合物。可使用的表面活性剂的一个例子是CAS号为9002-93-1的辛苯昔醇 （octylphenoxypolyethoxyethanol），也被称作曲拉通（Triton）X-100。 [1067] 在气-液气雾进入压缩腔3912之前，它穿过另一部分，即脉动阻尼瓶3914。该脉动阻尼瓶的体积明显大于压缩腔的体积，通常至少是腔体积的10倍。 [1068] 脉动阻尼瓶3914也呈现出宽度（w）与瓶3914的入口3916和出口3918的宽度不同。该瓶与它的入口和出口之间的尺寸差异使得对于任何试图从压缩腔3912的进气阀3920a-b返回混合腔3906的声波产生一系列阻抗失配。具体来说，这些阻抗失配消除混合腔中的液体移动的不期望的改变，否则这些不期望的改变会影响其中产生的气-液混合物的均匀性。 [1069] 具体地，如联系图39A-B进行的详细论述，由于压缩机的循环工作，伴随着进气阀3920a和3920b交替地打开和关闭，会导致这种不期望的液体移动。这种循环阀门操作可以使脉动增加，这可能引起混合腔3906中产生的气液混合物不均匀。 [1070] 通过在阀门和混合腔之间放置脉动阻尼瓶，根据本发明的实施例可以抑制这些脉动。 [1071] 压缩腔3912包括一种布置，所述布置包括在汽缸3919中的往复活塞3924。活塞与能源（未示出）物理连通。 [1072] 压缩腔3912分别通过阀门3920a-b和3922a-b与进气管3950和排气管3952选择性地通流体。以下将联系图41详细描述尤其适合用于结合压缩和膨胀功能的设备的这些阀门的一种具体构造。 [1073] 现在联系图39A-B来详细描述压缩机的操作。图39A示出了当活塞朝向下止点移动时，气液混合物通过进气阀3920b进入汽缸的左部3913a。同时，出气阀3922a打开，将上一个冲程中在腔的下部被压缩的气液混合物排入到分离器3930中。进气阀3920a在此活塞冲程期间关闭。 [1074] 图39B示出了下一个冲程，其中，进气阀3920b关闭并且活塞被朝向上止点驱动。该过程在汽缸的左部3913a中压缩气液混合物。当达到所需的压强时，排气阀（exhaust valve）3922b打开，然后经压缩的混合物被排出到分离器3930中。在图39B所示的活塞冲程中，进气阀3920a打开以准许用于在下一个循环中进行压缩的额外的气液混合物进入。 在这一冲程中出气阀3922a关闭。 [1075] 分离器3930用于从气液混合物中分离液体。根据本发明的实施例的可以使用的分离器的类型的例子包括但不限于旋风分离器、离心分离器、重力分离器和除雾器分离器（利用网孔型聚结器、叶片组（vane pack）或其它结构）。 [1076] 虽然以上各图示出了作为单个元件的分离器，但是分离器可以包括串联排列的一个或多个设备。因此分离器可以采用被设计为首先从流入的气液混合物中除去大量液体的第一结构。这种结构的一个例子是一种腔，所述腔具有限定流入的混合物的迂回前进路径的一系列重叠的板或折流板，并且提供用于凝聚水的大的表面积。诸如旋风分离器的另一结构可以串联地接在这种初始结构后面，所述另一结构被设计为从混合物中除去较小量的液体。 [1077] 然后，压缩气体从分离器通过阀门3933流到压缩气体存储单元3932。 [1078] 分离器3930回收的液体收集在贮液器3934中。该液体通过泵3936经过热交换器3938循环到喷嘴3910，从该处作为喷雾的再次注入进气流。 [1079] 图39所示的系统是双作用的。具体地，当在汽缸一侧的气液混合物被压缩时，在汽缸另一侧的气液混合物被排出。因此，在汽缸两侧的进气阀3920a-b和排气阀3922a-b被构造为以彼此180度的相差不同时地打开或关闭。阀门的这种重复的打开和关闭可以形成被脉动阻尼瓶抑制的声波。 [1080] 图39的设备进一步包括与计算机可读存储器3994电子通讯的控制器/处理器3996，所述计算机可读存储器3994可以是包括但不限于基于半导体原理或者磁或光存储原理的计算机可读存储器中的任一设计。示出了控制器3996与系统中的全部有源元件电子通讯，该有源电子元件包括但不限于阀门、泵、腔、喷嘴和传感器。系统所使用的传感器的具体例子包括但不限于放置在系统的入口的压力传感器（P）、温度传感器（T）、体积传感器（volume sensor）（V）和湿度传感器（H）。 [1081] 如下所详细描述的，基于从一个或多个系统元件接收的输入以及根据这些输入计算出的可能值，控制器/处理器296可以动态地控制系统的操作以达到一个或多个目的，所述一个或多个目的包括但不限于：存储的能量转化为有用功的最大化或受控转化效率；最大化、最小化或受控功率输出；期望的功率输出；与活塞连通的转轴的期望的输出速率；与活塞连通的转轴的期望的输出转矩；与活塞连通的转轴的期望的输入速率；与活塞连通的转轴的期望的输入转矩；与活塞连通的转轴的最大输出速率；与活塞连通的转轴的最大输出转矩；与活塞连通的转轴的最小输出速率；与活塞连通的转轴的最小输出转矩；与活塞连通的转轴的最大输入速率；与活塞连通的转轴的最大输入转矩；与活塞连通的转轴的最小输入速率；与活塞连通的转轴的最小输入转矩；或在每个级的最大期望温度差。 [1082] 虽然以上例子描述了活塞的使用，但是可以利用其它类型的可移动部件，这仍处在本发明的范围内。可以利用的替换类型的设备包括但不限于螺旋式压缩机、多叶鼓风机（multi-lobe blower）、叶片式压缩机、内齿轮泵（gerotor）和奎西发动机（quasi-turbine）。 [1083] 现在描述混合腔的各种可能的实施例的特征。混合腔的一个目标是将液体注入气流中，形成均匀的气液混合物。混合腔可以被设计为利用一个或多个特征实现这种均匀的气液混合物。 [1084] 例如，将液体注入气体的一种方法可以通过使液体流过形成在导管（气体沿导管流动）的壁中的一个或多个孔来实现。与气流相关的这种孔的截面大小和取向可以用于确定所得的气液混合物的特性。 [1085] 或者，液体可以通过经由喷嘴结构喷射而被引入，所述喷嘴结构被设计为以经计算可以获得所需的混合物的方式强制改变注入液体的特性（速度、压强改变）。某些喷嘴的设计可以利用除压强变化之外的各种能量形式，以获得所需的喷射特性。应用超声波能量可以形成特别精细的液滴，这种液滴具有小的直径，例如在约5-10μm的范围内。 [1086] 图39CA示出了混合腔3950的俯视图，沿气体的流动方向，示出了根据本发明的一个实施例注入的液体的可能的轨迹3951。如此图所示，液体轨迹的走向使流动气体的气柱的各个部分最大化地暴露于液体，所述液体的轨迹在这里示出为与由混合腔的壁界定的气柱的圆形横截面交叉的箭头。产生这些轨迹3951的孔或喷嘴3953不必出现在混合腔的同一高度，而是可以沿混合腔的长度交错在不同的位置。 [1087] 图39CB示出了混合腔3960的替代设计的俯视图，沿气体的流动方向，示出了根据本发明的一个实施例注入的液体的可能的轨迹3962。如此图所示，液体轨迹可以根据所谓的斐波那契螺旋线（Fibonacci spiral）定向。并且，产生这些轨迹3951的孔或喷嘴3953不必出现在混合腔的同一高度，而是可以沿混合腔的长度交错在不同的位置。 [1088] 除了喷射轨迹的相对走向之外的方面可以用于设计特定用途的混合腔。如下所详细讨论的，某些实施例可以在若干级进行压缩或膨胀，伴随着进入的气体以不同的压强流向各级。因此，被构造为以高压将液体注入气体的混合腔可以具有与打算用于低压气流的混合腔不同的设计。 [1089] 具体地，用于在高压气流中进行注入的实施例可以显示相对于低压混合腔较细长和较窄的尺寸。这种设计可以克服喷射轨迹穿入高压气流中心的困难。 [1090] 回到图39，图中所示的特定的实施例是专门用于进行压缩的设备。根据另外的实施例，类似的设备可以作为膨胀机工作。 [1091] 图40示出了根据本发明的膨胀机设备的实施例。在膨胀循环期间，压缩空气可以从存储单元4032经由进气管4004进入混合腔4006。 [1092] 通过歧管4011，使用喷嘴4010注入液体喷雾4008。气液混合物可以通过脉动阻尼瓶4014流入被用作膨胀机的汽缸4013的腔。 [1093] 如图40A所示，在此模式中，在汽缸4013的腔4013a中的气体膨胀将使活塞4024向右移动并转动曲柄轴（未示出）。此外，在那一活塞冲程期间，在上一活塞冲程期间膨胀的气体将从汽缸4013的另一腔4013b输出。 [1094] 图40B示出了下一个活塞冲程，其中，在另一腔4013b中的气体膨胀使活塞向相反的方向移动以转动曲柄轴。早前在第一腔4013a中膨胀的气体从汽缸输出。 [1095] 分离器4030接收从所述腔输出的膨胀气液混合物，并且从气液混合物中分离液体。根据本发明的实施例可以使用的分离器的类型的例子包括但不限于旋风分离器、离心分离器、重力分离器和除雾器分离器（利用网孔型凝聚过滤器、叶片组或其它结构）。之后气体流出系统。 [1096] 分离器4030回收的液体收集在贮液器4034中。该液体通过泵4036经过热交换器4038循环到喷嘴4010，从该处作为喷雾的再次注入进气流。 [1097] 图40的设备在膨胀循环期间与在压缩循环期间相比操作略有不同。具体地，膨胀并对活塞做功的气体将会冷却。在某些实施中，从热源获得的热量可以添加到进入压缩机的压缩气体或者添加到喷入混合腔的液体中，从而使得膨胀机可以产生曲柄轴转矩形式的机械能量。就是说，通过向系统添加热量，膨胀机将产生更多的轴转矩并且可以提高能量输出。能量输出的量取决于热源和环境空气的温差。 [1098] 在某些实施例中，为了最大化从一个或多个热源获得的能量，可以通过能有效地转换热量的回热器（regenerator）将热量传递给气体。 [1099] 相结合的压缩/膨胀 [1100] 先前描述的某些实施例涉及被构造为作为专用的压缩机或膨胀机进行操作的结构。然而，替换的实施例可以被构造为在压缩模式或膨胀模式的任一模式进行操作。 [1101] 图41示出了这种能够执行压缩和膨胀任务两者的设备的一个实施例的简化图。在图41中，实线用于示出在压缩模式的三通阀的构造，虚线用于示出在膨胀模式的三通阀的构造。为了说明的目的，图41还示出了压缩/膨胀汽缸和阀门的构造以及通向它们的导管，并且该图不应该被理解为是描述部件的相对尺寸。 [1102] 设备4100包括与入口4150通过空气过滤器4152通流体的第一组合的混合腔/脉动阻尼瓶4182。在压缩模式中，部件4182的出口通过三通阀4164与压缩/膨胀汽缸以及阀门构造4108（其操作将在下面详细描述）选择性地连通。在压缩模式，部件4108的输出通过第二个三通阀4166流到分离器4170，在该处被分离的液体流入储液器4135。被分离的气体转而通过三通阀4165流到压缩气体存储单元4132。来自储液器4135的液体被泵4176通过热交换器4190泵送用于再次注入到混合腔/脉动瓶结构4182的混合腔中。 [1103] 在膨胀模式，来自存储单元4132的压缩气体通过三通阀4165流入第二组合的混合腔/脉动阻尼瓶4183。部件4183的出口转而通过三通阀4166与压缩/膨胀汽缸和阀门构造4108（其操作在下面详细描述）选择性地连通。在膨胀描述，部件4108的输出通过三通阀4164流到分离器4172，在该处被分离的液体流入储液器4136。被分离的气体转而通过出口4134流到系统之外。来自储液器4136的液体被泵4174通过热交换器4192泵送用于再次注入到混合腔/脉动瓶结构4183的混合腔中。 [1104] 现在描述图41的实施例的特定的汽缸和阀门结构4108。汽缸和阀门结构4108的特征是放置在汽缸4112中的双作用活塞4124，由此定义第一腔4113a和第二腔4113b。第一阀4120可工作以允许第一腔4113a和第一低压侧导管4102之间的液体流通。第二4122可工作以允许第一腔4113a和第二高压侧导管4104之间的液体流通。 [1105] 第三阀4121可工作以允许第二腔4133b与第一导管4102之间液体流通。第四阀4123可工作以允许第二腔4133b与第二导管4104之间液体流通。 [1106] 图41是仅为阐述目的而给出的，并且不应该理解为限制本发明的范围。例如，尽管该图示出了活塞可以在竖直方向移动，但这不是必须的。活塞的移动方向可以根据特定的执行方式而不同（例如在水平方向）。 [1107] 并且尽管图41示出了各种阀门位于汽缸的侧壁内，但是这种构造也不是必须的。根据另外的实施例，阀门可以位于其它位置（例如汽缸的端壁），并且这种结构仍将在本发明的范围内。 [1108] 现在联系图41A至图41D的详细视图来描述处于各种模式的汽缸和阀门构造4108的操作。第一阀4120至第四阀4123中的每个都包括相对于各自的阀门座412_b可移动的阀门板412_a。各个电磁线圈412_c物理连通，以通过相对于阀门座移动阀门板来启动阀门4120至4123。电磁线圈412_c与诸如图41的控制器/处理器4196的控制器/处理器连 通。 [1109] 根据某些构造，各种阀门的阀门座和阀门板可以被定向从而以低能耗传送气体流。例如，图41A至图41B示出了汽缸4112被构造为作为压缩机进行操作的实例。具体地，在图41A中当活塞4124向下移动时，阀门4121和4123最初关闭，在第二腔4113b中的气体被压缩，第二腔4113b中的压强相对于第一导管4102中的压强增加。此压强差用于使阀门板4121a相对于阀门座4121b自然地偏置，由此使电磁线圈4121c可以使用最低的能耗保持阀门4121处于关闭位置。 [1110] 如图41B所示，活塞继续向下移动，最后导致第二腔4113b中的压强达到高压侧的压强。此外，在此过程期间，与阀门座相关的阀门板4121a的具体构造使得阀门4121可以使用来自电磁线圈4121c的最小的能量保持关闭。 [1111] 此外，自电磁线圈4123c需要消耗相对少的能量来打开阀门4123，以使压缩气体可以流到第二腔4113b之外。这是因为第二腔4113b内的压强接近高压侧导管4104的压强，并且因此启动阀门4123不需要克服很大的压力差。 [1112] 在图41A至图41B所示的活塞冲程期间，阀门4120打开，以使进入的气流填充腔4113a，用于在下一活塞冲程中进行压缩。阀门4120和4122的阀门板和阀门座的具体结构也使得此任务可以利用最低的能耗完成。 [1113] 具体地，当在图41A至图41B中活塞4124向下移动时，第一腔4113a的有效体积增加并且腔中的压强相对于第一导管4102减小。此压强差用于自然地倾斜阀门板4120a远离阀门座4120b，使得电磁线圈4120c可以使用最小的能耗打开阀门4120。此外，相对于第二导管4104的在第一腔4113a中的低压自然导致阀门板4122a朝向阀门座4122b倾斜，由此按照所希望的使用来自电磁线圈4122c的最小的能量保持阀门4122处于关闭位置。 [1114] 在随后的压缩冲程（这里未示出），活塞4124在第一腔中向上移动以压缩空气。以与上述结合图41A至图41B描述的方式类似方式，阀门板的相对于阀门座的方位使得此压缩可以使用最小的能耗进行。具体地，在此压缩冲程期间自然地产生的压强差导致阀门4120和4123关闭，并且使得阀门4121和4122可以打开。 [1115] 图41C至图41D示出汽缸4112被构造为作为膨胀机进行操作的情况。此外，某些阀门的阀门板和阀门座的方位使得可以使用减小的能耗完成这种膨胀。 [1116] 具体地，当活塞4124在图41C中向下移动时，阀门4122打开而阀门4120保持关闭，并且允许压缩气体进入第一腔4113a，进行膨胀。此时，第一腔4113a中的压强比在低压侧的第一导管4102中的压强高。此压强差自然地用于使阀门板4120a相对于阀门座4120b相反地倾斜，使得电磁线圈4120c可以使用最小的能耗保持阀门4120处于关闭位置。 [1117] 同样如图41C所示，阀门4123关闭并且阀门4121打开，使得在上一活塞冲程期间膨胀减压的空气流到第二腔4113b的外部进入第一导管4102。这里，在第二腔中的膨胀空气的压强接近在低压侧的导管4102的压强，电磁线圈4121c需要少量能量或不需要能量来打开阀门4121。此外，第二导管4104和第二腔4113b之间的压强差自然地使阀门板4123a相对于阀门座4123b相反地倾斜，使得电磁线圈可以用低的能耗保持阀门4123关闭。 [1118] 如图41D所示，一旦阀门4122关闭并且空气在第一腔4113a中膨胀以进一步向下驱动活塞4124，阀门4123基于第二导管和第二腔之间的压强差保持关闭。由于阀门板4123a相对于阀门座4123b的方位，电磁线圈4123c可以用最小的能耗保持阀门4123的这种关闭状态。 [1119] 图41D还示出了保持关闭的阀门4120。由于阀门板4120a相对于阀门座4120b的方位，电磁线圈4120c可以用最小的能耗基于第一腔4113a和第一导管4102之间的压强差保持阀门4120的这种关闭状态。 [1120] 在随后的膨胀冲程（这里未示出），当空气在第二腔中膨胀时活塞4124向上移动。以与上述结合图41C至图41D描述的方式类似的方式，某些阀门板的相对于阀门座的方位使得此膨胀可以使用最小的能耗进行。具体地，这种固有的压强差倾向于自然地偏置以至于关闭阀门4121和4122。 [1121] 为了避免在活塞启动中浪费能量，可以将系统设计为，在膨胀之后汽缸中的气体的压强几乎等于低压侧的压强。这种压强平衡减少了在图41C至图41D中启动活塞4121以及膨胀期间在活塞的下一冲程启动活塞4120所需的能量。 [1122] 此外，图41C中的阀门4121可以在活塞4124达到冲程的底部之前关闭。第二腔4113b中剩余的空气在活塞继续移动到它的冲程底部时被压缩。选择阀门4121关闭的时刻，使得腔4113b中的最终压强与歧管4104中的压强基本相同，从而降低打开阀门4123所需的能量，并且降低当气体经由压强下降而在不做功的情况下膨胀时发生的损耗。在另一实施例中，可以允许水通过阀门（未示出）进入腔4113b以均衡阀门4123两侧的压强。 [1123] 图41至图41D的特定的汽缸和阀门构造的另一优点是，在发生系统故障时可以自动回到压缩模式。具体地，在控制器没有收到阀门启动指令的情况中，由活塞的持续运动引起的汽缸中的相对压强差将通过默认设置（default）使得阀门4120-4123允许气体从低压侧进入汽缸。这将转而导致进行压缩的故障防护模式，伴随着系统中剩余的动能逐渐被吸收并且使系统停止。 [1124] 图41至图41D所示的特定的阀门和汽缸的构造不限于用于涉及向气体中注入液体以进行热交换的系统中，还可以用于不需要这种液体注入的系统。此外，图41至图41D所示的特定的阀门和汽缸的构造不限于用于汽缸既被用作压缩机也被用作膨胀机的系统，还可以用于专用的压缩机或专用的膨胀机系统。 [1125] 虽然图41至图41D的特定的实施例示出了气流阀由电磁线圈选择性地启动，但是本发明不限于使用任何特定类型的阀门进行液体注入。根据本发明实施例的适用于液体注入的阀门的例子包括但是不限于，电磁线圈启动的阀门、滑阀、闸阀、圆柱形阀、针形阀或提升阀。 [1126] 适用于本发明的另外的气流阀的设计是包括伺服回路的音圈启动的阀门。使用这种阀门结构有利于控制启动的速度分布，例如在停止前降低板的移动的末端的速度，由此减轻阀门部件上的压力。 [1127] 可以使用其它方法进行阀门阻尼。例如，某些实施例可以使用气垫、凹坑、圆柱形孔和/或在阀门体或阀门座中的其它几何图形的凹陷，以及在相对应的器件上的相对应的凸起区域，来制造空气弹簧，所述空气弹簧在阀门可移动部件接近阀门座时吸收所述阀门的可移动部件的若干运动能量。 [1128] 根据其它实施例，可以气动地启动气流阀，例如，比例气动气阀。在另外的实施例中，可以液压地启动阀门，例如，高压液压阀门。 [1129] 尽管图41至图41D示出了根据某些实施例的阀门的打开和关闭的时序，但是这种时序计划不是必须的。根据其它实施例，在本发明中可以利用和保留阀门的另外的时序。 [1130] 例如，图49A至图49C示出了经历压缩和膨胀的腔室中压强和容积之间的关系。这些绘图是有代表性的、理想化的绘图，并且不包括阀门损耗。具体地，图49A绘制了在经历压缩循环的腔室中的压强/容积图。 [1131] 在第一活塞冲程期间，活塞在t1时刻从上止点（TDC，Top Dead Center）位置移动在t3时刻到达位置下止点（Bottom Dead Center，BDC）位置。当活塞头在TDC时，在t1时刻腔室内的容积为腔室内留存的余隙容积（Vc）。在t3时刻腔室内的容积是活塞位于BDC位置的容积（VBDC）。 [1132] 在t1和t3之间的时刻t2，腔室内的压强小于低压侧的压强，使得阀门打开，以允许气体从处于入口压强（Pm）的低压侧进入腔室。 [1133] 在第一活塞冲程的结尾（时刻t3），阀门关闭。在活塞的下一冲程，活塞开始向相反的方向移动（从BDC到TDC），从而在腔室中压缩气体。在时刻t4，腔室中的压强达到高压侧的输出压强（Pout）。这时，腔室和高压侧之间的阀门打开，并且活塞的持续移动使压缩气体流向高压侧。 [1134] 在时刻t5，活塞已达到第二冲程的结尾。腔室和高压侧之间的阀门关闭，然后活塞开始沿相反的方向移动，以开始另一压缩循环。 [1135] 图49A所示的压缩循环的阀门有效地进行操作。尤其是，当腔室中的压强与低压侧的相匹配时第一阀打开（在时刻t2），阀门启动需要很少的能量。此外，此时压强平衡最小化了使气体从低压侧流向腔室时浪费的能量。 [1136] 同样，当腔室中的压强与高压侧的相匹配时第二阀打开（在时刻t4），阀门启动也需要很少的能量。此压强平衡进一步最小化了使气体从腔室流向高压侧时浪费的能量。 [1137] 图49B描绘了在进行传统的膨胀循环的腔室中的压强-容积图。在传统的膨胀循环的第一活塞冲程期间，活塞在从t1时刻从TDC位置移动，在t3时刻到达BDC位置。在t1时刻，腔室中的容积为余隙容积（Vc）。在t3时刻腔室内的容积是VBDC。 [1138] 在t1时刻，腔室和高压侧之间的阀门打开。由于所存在的压强差，气体通过阀门迅速地流入腔室，膨胀以填充可用容积并导致压强在t2时刻迅速地达到Pin。腔室中的空气在t2和t3时刻之间膨胀，并且活塞朝BDC移动。 [1139] 在第一活塞冲程结束时（t3时刻），所述阀门关闭并且腔室和低压侧之间的阀门打开。腔室中的压强迅速的下降到Pout。在下一冲程中，活塞沿相反方向（从BDC到TDC）移动，以将膨胀气体从腔室排出到低压侧（Pout）。 [1140] 在时刻t5，活塞已到达第二冲程的结尾。出气阀关闭并且活塞开始沿相反的方向移动以开始另一膨胀循环。 [1141] 与图49A的压缩循环不同，在图49B的传统膨胀循环中阀门可能操作效率较低。尤其是，在允许空气进入腔室和/或从腔室排出膨胀的空气时，在恢复压缩气体的能量可能会有能量损失。 [1142] 例如，在打开高压侧和腔室之间的阀门时（t1时刻），存在压强差。必须克服所述压强差来驱动阀门，这消耗能量而降低效率。此外，当压缩气体在t1和t2时刻之间迅速地流入腔室时消耗了压缩气体的可用能量。这种能量损失了并且不能通过活塞的移动恢复，进一步降低了系统的效率。 [1143] 膨胀气体从腔室流出时也可能会降低效率。尤其是，在t3时刻驱动腔室和低压侧之间的阀门时，腔室中的压强可能会超过低压侧的压强。在这种情况下，必须克服此压强差来驱动所述阀门，消耗能量而降低效率。此外，当气体在t3和t4时刻之间迅速地流入低压侧时将消耗所述气体的可用能量。这种能量损失了并且不能通过移动活塞恢复，进一步降低了系统的效率。 [1144] 因此，本发明的实施例被构造为在膨胀模式中控制阀门的驱动以更有效地进行操作。图49C用虚线描绘了在根据本发明实施例的膨胀循环的实施例中的压强-容积关系。 [1145] 图49C的图表与图49B的图表类似，除了打开阀门的时间不必须与活塞冲程的结尾相一致。例如，在活塞到达BDC位置之前，高压侧和腔室之间的活塞在t3时刻关闭。这种驱动定时的结果是，较小量的气体被引入以进行膨胀，并且在膨胀冲程的结尾腔室中的气体的最终压强与低压侧匹配。这种降低了的压强差允许以低能量驱动腔室和低压侧之间的阀门，并且降低与腔室中膨胀的气体快速流入低压侧相关的能量损耗。 [1146] 腔室和低压侧之间的阀门在活塞达到TDC位置之前的t1时刻可以关闭。这种阀门驱动时序导致当高压侧和腔室之间的阀门再次打开时腔室中剩余一定量的气体。此残余气体用于在压缩气体进入腔室时降低压强差。被降低的压强差继而减缓压缩气体在进气阀打开时流入腔室的速率，从而通过膨胀可以恢复更多能量。被降低的压强差还降低了克服压强差以启动阀门从而使压缩气体进入腔室进行膨胀所需的能量。 [1147] 沿着下述图49B的曲线所提取的能量总量大于沿着图49C的曲线所提取的能量总量，但是效率更低。通过控制阀门的定时，可以沿着图49B和图49C之间的任意中间曲线操作，使系统用能量输出换取效率。 [1148] 图41EA-EE示出了根据本发明的另一实施例的阀门在膨胀模式中打开和关闭的时序。为了说明的目的，图41EA-EE示出了在汽缸的端壁中的阀门，但是所述阀门可以位于腔室中接近活塞头的向上的最大程度的任意位置，如在前面的图41-图41D所概括描述的。 [1149] 在图41EA中，活塞4124靠近汽缸4112的顶部，并且在上一活塞冲程膨胀的气体现在通过打开的阀门4120被排出到低压侧。如图41EB所示，在一种方法中，阀门4120可以保持开启直到活塞到达膨胀冲程的末端，由此排出所有膨胀空气。 [1150] 然而，这种启动阀门4120的时序会导致从系统中损失能量。如图41EC所具体示出的，在活塞的下一（向下）冲程的开始，与高压侧联通的阀门4122将打开，并且高压气体会快速进入腔室。与这种高压气体的快速流动相关的能量会损失到随后的膨胀，由此降低能量输出。 [1151] 根据图41ED的另一阀门的定时方法，通过在活塞头到达汽缸的顶部之前关闭阀门4120可以避免这种能量损失。在这种配置中，通过继续向上移动活塞可以压缩汽缸中剩余的膨胀气体4185。该压缩会升高汽缸顶部的压强，并降低压强差，因为在图41EE中阀门4122基本上打开了。以此方法，进入的气体可以低速流动，降低与压强差相关的能量损失。 [1152] 图41ED至图41EE的方法还可以降低阀门启动所消耗的能量。为了打开阀门，电磁线圈4122c必须克服高压侧所施加的压强来移动阀门4122的板。然而，从早前的关闭阀门4120所引起的汽缸中的增加的反压将额外地提供偏置以在阀门4122的打开期间辅助阀门板的移动。 [1153] 刚刚描述的阀门定时方法利用汽缸中存在的残余气体，以在膨胀期间在活塞冲程的结尾降低压强差。另外地或在这种方法中，液体材料可以被引入汽缸以降低该压强差。 [1154] 图41FA-图41FC示出这种实施例的剖视图。在图41FA中，同样，活塞是向着汽缸的顶部移动，伴随着膨胀空气通过阀门4120被排出到低压侧。在图41FB中，阀门4120在活塞到达汽缸的顶部之前关闭。诸如水的液体4187从储液器4119通过阀门4117进入汽缸。所述液体用于减小汽缸中剩余的气体所占的容积，使得更易于将剩余的气体压缩到较高的压强。如图41FC所示，当活塞在下一冲程中开始下降时，当阀门打开以使气流从高压侧进入时，汽缸中由于水的存在而增加的压强会减小阀门4122两侧的压强差和相应的能量损失。如果压强差降为零，将没有自由膨胀，并且可以最大化效率。 [1155] 液体可以通过多种方法进入汽缸。在一些实施例中（例如那些利用注入液体来减小余隙容积的实施例），单独的阀门可以允许汽缸和液体供给源之间选择性地连通。另外，这些实施例可以通过液体注入提供汽缸中的一些或所有液体，并且一些液体作为来雾的液滴来提供。 [1156] 在汽缸中存在液体的实施例中，可以控制引入或剩余在汽缸中的液体的量以优化系统的性能。例如，腔室中的传感器可以显示液位，以及系统部件的操作可以被控制以改变液量。在一些实施例中，可以通过排水管从汽缸排出液体，同时通过处理器或控制器控制流出汽缸的液体的速率。 [1157] 返回图41，此实施例包括两个分离的混合腔和脉动阻尼瓶。使用这种分离的结构是合适的，因为对于压缩和膨胀，气-液混合物的形成条件很可能不同。例如在压缩模式，接收液体喷雾的气流将处于更低的压强。相反在膨胀模式中，接收液体喷雾的气流将处于更高的压强。如在图4的实施例中使用的分离的混合腔允许在这些不同的条件下获得最佳的液体引入。 [1158] 根据本发明的实施例，组合的压缩/膨胀腔、专用的压缩腔或专用的膨胀腔可以与所述混合腔（以及任何中间结构，诸如脉动阻尼瓶）通过各种阀门设计而通流体。如图39至图41D的实施例中所示的，多个阀门允许混合腔和不止一个压缩/膨胀腔（例如，由汽缸中的所具有的双作用活塞界定的两个腔室）选择性地通流体。 [1159] 如前述实施例所示，通过与轴物理连通的电磁线圈可以机械地启动阀门，以使阀门板相对于阀门座移动。这种设计可以包括额外的特征以提高系统性能。 [1160] 例如，图41G示出利用超声换能器的阀门设计的一个实施例的简化图。仅为了说明的目的而给出该图，并且该图的组件的相对大小和尺寸不按比例。 [1161] 尤其是，阀门4189包括具有缺口4193的阀门座4191，并且包括具有缺口4197的阀门板4195，并且所述阀门板4195可移动以与阀门板接合。阀门座的缺口相对于阀门板的缺口偏移，从而当它们接合时，防止气体通过阀门流出。 [1162] 当阀门座和阀门板未接合时，这些部件之间存在足够的空间，允许气体通过穿过缺口4197和4193而穿越阀门。然而，如图41G所示，当气体流过阀门时利用的路径可能是糟糕的，因为急转弯可能导致液滴4187在暴露的表面上结合。在压缩或膨胀期间，这种结合会不期望地改变腔室中这些液滴的均匀性。可以通过塑造阀门板和阀门座的边缘以最小化急转弯来减少这种结合，但是只通过这种方法不能消除此影响。 [1163] 因此，根据一个实施例，本发明的阀门结构可以与超声换能器连通。从此换能器接收的超声波能量可以用于阻断在阀门上的液体结合，使得液体在压缩和/或膨胀期间流入腔室中以进行热交换。 [1164] 图41G示出了一个实施例，其中阀门板4195通过与电磁线圈4177连通的轴4175可以相对于阀门座4191移动。在此实施例中，超声换能器4173可以固定到轴4175。启动超声换能器4173使得超声波与阀门板连通，阀门板振动和驱散可能已在它的表面上结合的液体。超声波能量也可以到达阀门座以阻断液体在阀门座的表面上结合。 [1165] 虽然图41G示出了超声换能器通过轴直接与阀门板接触的实施例，但是本发明不必须如此。在替换实施例中，超声换能器可以与阀门板和/或阀门座分开一些距离，通过超声波能量冲击在这些阀门部件上来阻断液体在它们的表面上结合。 [1166] 虽然图41G的设备使超声换能器位于与控制流入腔室的气流的阀门结构声学连通的位置，但作为一种替换防式，超声换能器可以位于其它位置并仍然在本发明的范围内。 [1167] 例如，来自注入的液雾的液滴的结合不限于阀门板或阀门座的表面。这种结合还可以发生在汽缸自身中、腔室壁上和/或活塞头和活塞轴上。 [1168] 因此，本发明的一些实施例可以将超声换能器放置在汽缸自身内。在这种实施例中，来自换能器的超声波能量可以与腔室壁和/或活塞的表面作用。 [1169] 在腔室内的这种超声波能量的传输可以用至少几种方法增强压缩或膨胀过程的热传递。第一，超声波能量可以将液体从表面分离到气体中，在气体中液体更适于与气体进行热作用。此外，超声波能量可以用于将结合的液体分解为直径更小的更细小的液滴，由此创建更大的表面积并增强热交换。 [1170] 返回阀门结构的主题，本发明的实施例不限于使用电磁线圈驱动阀门。替换实施例可以利用其它类型的阀门并仍在本发明的范围内。 [1171] 适于应用于本发明的替换实施例的这种阀门设计的一个例子是包括伺服回路的音圈驱动阀门。使用这种阀门结构有利于控制启动的速度变化，例如降低板在停止之前运动结束时的速度，从而缓解阀门组件上的压力。 [1172] 根据其它实施例，阀门可以被气动地驱动，一个例子是比例气动空气阀（proportional pneumatic air valve）。在另外的其它实施例中，阀门可以被液压地驱动，例如高压液压阀。 [1173] 根据本发明而使用的阀门的实施例可以被设计为显示打开和/或关闭的具体的时间分布。例如，图41H示出了一个可行的实施例，其中，当凸轮绕轴4144转动时，通过凸轮从动装置（cam follower）4142和凸轮4143的表面4143a之间的接触，通过轴4148相对于阀门板4145启动阀门板4140。凸轮从动装置通过弹簧4141保持与所述凸轮表面接触。在此实施例中，凸轮的特定形状和凸轮表面相对于凸轮从动装置的相应走向可以被设计用来确定阀门的在关闭和打开时的启动的时间变化。通过提供改变凸轮的角度或有效外形的机制可以改变阀门时序。 [1174] 此外，根据本发明的实施例不限于使用二位阀。根据一些实施例，混合腔可以通过具有两个或多个输出端的多位阀与多个压缩/膨胀腔选择性地通流体。 [1175] 图46A的实施例示出了采用混合腔和压缩/膨胀腔之间的具有多于两个输出端的阀门的系统。在此结构中，混合腔4699的输出端通过脉动阻尼瓶4694和多位阀4698与多个压缩/膨胀腔4602a-c中的一个选择性地通流体。 [1176] 系统的该实施例被设计为在大多数时候气/液混合物通常流向压缩/膨胀腔4602a-c中的至少一个。混合腔的这种形成气/液混合物的持续操作来、帮助确保混合物（如气流、液体和所得的气/液混合物本身）的性质随时间流逝的一致性，混合腔的这种持续操作不根据不同的压缩/膨胀腔的变化的需求而重复地停止和开始。 [1177] 在图46B所示的又一实施例中，压缩/膨胀腔4654a-c中的一个并非随时都需要混合腔4659中制备的气/液混合物。然而，持续产生气/液混合物的益处可以通过使多位阀4658的一个输出端与存储容器（dump）4656通流体来实现。因此，当任何腔室都不需要压缩或膨胀的气/液混合物时，混合物通过脉动阻尼瓶4654从混合腔4659流入存储容器4656，所述液体可能会也可能不会被恢复以重新被利用，诸如，重新注入。 [1178] 进一步注意到，混合腔中产生的流入压缩/膨胀腔的气/液混合物的特性在膨胀循环和压缩循环期间可以相同也可以不同。因此，当所需的气/液混合物改变时，可以有利地使变化的混合物流到所述存储容器，直到变化的气/液混合物达到一致的条件。 [1179] 图48A-48C描述了一个特定的实施例，其中选择性地安排气/液混合物到所述存储容器的路线可能是有用的。尤其是，一些实施例可以对阀门启动进行精确的控制以在膨胀循环期间允许预先限定体积的气/液混合物进入。 [1180] 具体地，通过将进气阀门4800打开经控制的一段时间，预定量的空气V0被从高压侧（诸如上一级或存储罐）加入腔室。计算该预定量的空气V0从而当活塞4802到达膨胀冲程的结尾时，在腔室4804将达到所需的压强。 [1181] 在某些情况中，所需的压强近似等于下一较低压级的压强，或者，如果下一较低压级是最低压级或者是唯一的级，则近似等于大气压强。在一些实施例中，腔室中所需的压强可以在下一较低压级的压强的1PSI内、5PSI内、10PSI内或20PSI内。因此，在膨胀冲程的末尾，在初始空气体积V0内的能量被充分地耗尽，并且很少或没有能量浪费在将膨胀空气移动到下一较低压级中。 [1182] 为了达到此目标，进气阀4800仅打开使所需量的空气（V0）进入所述腔室所需的时间。在下文中，如图48B-C所示，阀门4800保持关闭。 [1183] 在此构造中，进气阀4800在活塞完成它的膨胀冲程之前关闭。此外，进气阀4800的关闭时序可以不与使气体/液体流入另一腔室（或其一部分，在双作用活塞情况下）的另一进气阀的开启精确同步。因此，在关闭进气阀4800时，其它腔室可能还没有准备好接收用于膨胀的压缩的气/液混合物流。因此，这些实施例可以得益于使气/液混合物连续地流入存储容器直到系统中的腔室被配置为接收该用于膨胀的气/液混合物流（图48C）的能力。 [1184] 在其它实施例中，控制器/处理器可以控制进气阀4800使进气阀4800允许初始体积大于V0的空气进入膨胀腔。例如，当在给定的膨胀循环需要更多的能量时会给出该指令，代价是降低能量恢复的效率。 [1185] 如以上所详细描述的，根据本发明的用于存储和恢复能量的系统和方法的实施例尤其适合结合包括处理器和计算机可读存储介质的主机来实现。该处理器和计算机可读存储介质可以内嵌在设备中，和/或可以通过外部输入/输出装置来控制或监控。 [1186] 图47是示出处理器/控制器与接收到的各种输入、执行的功能和处理器控制器所产生的输出之间的关系的简图。如所示，处理器可以基于一个或多个输入控制设备的各种操作特性。 [1187] 可控制的运行参数的例子是控制空气和液体流入混合腔以及转而从混合腔流入压缩/膨胀腔的阀门的时序和配置。例如，如上所述，在一些实施例中，混合腔和压缩/膨胀腔之间的阀门选择性地打开和关闭，以使气/液混合物流入合适的压缩/膨胀腔中。在多个这种腔室与混合腔通流体的系统中，需要小心控制阀门，以使气/液混合物在合适的时间段内进入合适的腔室，并且在一些实施例中视情况使气/液混合物流入所述存储容器。 [1188] 混合腔和压缩/膨胀腔之间的阀门的此操作时序也需要被控制以确保只有预定量的空气和气/液混合物进入压缩/膨胀腔。以上结合图48A-C对此进行了讨论。 [1189] 在压缩期间也要小心地控制阀门的打开和关闭的时序。例如，本发明的实施例可以在所需的条件下，例如，在汽缸中产生的压强超过下一级中的压强或最终级压强一定量的条件下，利用控制器/处理器准确地打开压缩腔的出气阀。以此方法，来自汽缸中的压缩空气的能量在启动出气阀时不被消耗（如在用传统的止回阀的情况中），并且存储在压缩空气中的能量被保存，以用于稍后通过膨胀恢复。 [1190] 尽管可以如上所述地控制压缩和/或膨胀腔的进气阀和出气阀的操作时序，但是应该理解，在一些实施例中，可以类似地控制其他阀门或除阀门之外的系统部件。例如，可以被处理器控制的系统参数的另一例子是进入腔室的液体量。基于一个或多个值，诸如压强、湿度、计算的效率等，在压缩或膨胀期间进入腔室的液体量可以被小心地控制以保持操作效率。例如，当大于V0的气体量在膨胀循环期间进入腔室时，需要额外的液体进入以将膨胀空气的温度保持在所需的温度范围内。这可以通过用处理器控制阀门来实现，所述阀门使储液器和喷嘴连接或使存储器和用于使液体流入喷嘴的存储容器连接。 [1191] 多级系统 [1192] 刚刚描述的特定的实施例在单个级利用压缩或膨胀。然而，根据本发明的替换实施例可以利用多于一个压缩和/或膨胀级。 [1193] 例如，当所需的压缩/膨胀率大于通过机械或液压方法所容纳的压缩/膨胀率时，可以利用多级，通过所述机械或液压方法机械能量被传送到系统和从系统中传送出来。 [1194] 图42A是用于以三个级（即，第一级4224a、第二级4224b和第三级4224c）压缩气体从而存储在罐4232的多级系统4220的实施例的高度简化图。可以类似地构造具有更多或更少级的系统。如图42A的系统4220所示，在多级的实施例中，一个压缩级的输出流入相继的压缩级的入口以进一步进行压缩等，直到达到可以存储的最终期望压强。以此方式，气体可以在几个级被压缩直道达到仅通过一个级难以达到的最终压强。 [1195] 图42B是根据本发明的多极的专用压缩机设备4200的一个实施例的细节图。具体地，图42B示出了包括第一级4202、第二级4204和存储单元4232的系统4200。第一级4202包括通过压缩腔模块C01与分离器模块B1通流体的混合腔模块A0。第一级4202通过空气过滤器4250接收用于压缩的空气。 [1196] 第一级4202继而与第二级4204通流体。第二级包括通过压缩腔模块C12与分离器模块B2通流体的混合腔模块A1。第二级4204继而与存储单元4232通流体。 [1197] 图42BA、42BB和42BC示出了图42B的多级设备的不同组件模块的简化图。具体地，混合模块Ax包括与混合腔4208通流体的进气口4206。混合腔4208被构造为通过进液口4213接收液体流，并且通过歧管4210和喷嘴4212将该液体注入流动的气体中。混合模块Ax还包括与出口4216通流体的脉动阻尼瓶4214。 [1198] 图42BB示出了分离器模块By。分离器模块包括与液/气分离器4232通流体的进口4230。被分离器分离的液体被配置为流向贮液器4234。来自分离器的气体被配置为流向分离器模块的出口4236。泵4238被配置为使来自贮液器的液体流向出液口4240。 [1199] 图42BC示出了压缩模块Cxy。上文联系图41-41B详细描述了压缩模块的一个实施例的构造。具体地，压缩模块包括与进口4252通流体并通过阀门4256a和4256b与气缸通流体的导管4250。导管4258通过阀门4257a和4257b与汽缸4254通流体并与出口4259通流体。 [1200] 双作用活塞4255放置在汽缸4254内。双作用活塞与能量源（未示出）连通，并且双作用活塞的移动用于压缩汽缸中存在的气体。上文联系图39-39B和图41-41B概括示出和描述了这种压缩。 [1201] 在多级的专用压缩机设备4200的第一级4202中，分离器模块B1的出液口通过第一热交换器H.E.01与混合腔模块A0进液口通流体。在多级的专用压缩机设备4200的第二级4204中，分离器模块B2的出液口通过第二热交换器H.E.02与混合腔模块A1进液口通流体。 [1202] 图42B的实施例可以利用由级产生的压强差，以有助于液体的注入。具体地，图42B的实施例使分离的液体流回具有上一较低压级的减小的压强的气流中。这减小了液体注入所需的力，并因此减少了在使液体流动时泵所消耗的能量。 [1203] 根据本发明的专用多级压缩机设备不限于图42B所示的特定实施例。具体地，尽管图42B的实施例示出了这样一种设备，其中在单独的级中被分离的液体循环用于再次注入进气流，但是本发明不必须如此。 [1204] 因此，图42C示出了根据本发明的专用多级压缩机设备的替换实施例。在根据本实施例的系统4260中，注入第一级的混合腔4262中的液体随后被分离器4264分离，然后流动用于注入下一级的混合腔4266。这种构造导致在罐4268中积累最终分离的液体。 [1205] 尽管图42A-C示出了两级压缩，但是本发明的实施例不限于这种方法。根据本发明的另外实施例也可以进行任意级数的膨胀，其中一个膨胀级的输出流到相继的膨胀级的进口以进行进一步膨胀，等等，直到一定量的能量从压缩气体中恢复。以此方式，仅在一个级的膨胀难以恢复的能量可以从在若干级中膨胀的气体中恢复。 [1206] 图43是根据本发明的多级专用膨胀机设备的一个实施例的细节图。具体地，图43示出了包括存储单元4332、第一级4362和第二级4364的装置4360。第一级4362包括通过膨胀模块E34与分离器模块B4通流体的混合腔模块A3。第一级4362从存储单元4332接收空气用于压缩。 [1207] 第一级4362继而与第二级4364通流体。第二级4364包括通过膨胀模块E23与分离器模块B3通流体的混合腔模块A2。第二级4364继而与出口4357通流体。 [1208] 图42BA和图42BB也如上所述地示出多级专用膨胀机设备4360的不同组件模块。专用膨胀机设备4360还包括图43A所示的膨胀模块Exy。 [1209] 具体地，上文连续图41和图41C-D详细描述了这种膨胀模块的一个实施例的构造和操作。具体地，膨胀模块包括与进口4352通流体并通过阀门4366a和4366b与气缸4354通流体的导管4350。导管4358通过阀门4367a和4367b与汽缸4354通流体并与出口4359通流体。 [1210] 双作用活塞4355放置在汽缸4354内。双作用活塞与一设备（未示出）（例如发电机）连通以将机械能转换为能源。汽缸中的空气膨胀用于驱动活塞移动。上文联系图40-40B、图41和图41C-D概括示出和描述了这种膨胀。 [1211] 在多级的专用膨胀机设备4360的第一级4362中，分离器模块B4的出液口通过第一热交换器H.E.43与混合腔模块A3的进液口通流体。在多级的专用膨胀机设备4360的第二级4364中，分离器模块B3的出液口通过第二热交换器H.E.32与混合腔模块A2的进液口通流体。 [1212] 根据本发明的专用多级膨胀机设备不限于图43所示的特定实施例。具体地，尽管图43的实施例示出了这样一种设备，其中在单独的级中被分离的液体循环用于再次注入气流，但是本发明不必须如此。 [1213] 因此，图43B示出了根据本发明的专用多级膨胀机设备的替换实施例。在根据本实施例的系统4300中，注入第一级的混合腔4302中的液体随后被分离器4304分离，然后流动用于注入下一级的混合腔4306。这种构造导致在罐4308中积累最终分离的液体。 [1214] 图43B的实施例不需要使液体克服级所产生的压强差而注入。在图43A的特定实施例中，被分离的液体流回具有上一较高压级的升高的压强的进气流中。相反地，图43B的实施例使被分离的液体流入进入下一级的膨胀气体中，减少泵在使液体流动中所消耗的能量。 [1215] 尽管至此描述的多级设备的实施例是专门用于压缩或膨胀的，但是根据本发明的替换实施例可以既进行压缩也进行膨胀。图44示出了这种既允许压缩也允许膨胀的两级设备的一个实施例的简化图。 [1216] 具体地，图44的实施例结合多个设计特征来产生能够既进行压缩也进行膨胀的系统。系统4400的一个特征是通过三位阀4404连接系统的某些部件。图44描述三位阀的构造，实线为压缩模式，虚线为膨胀模式。 [1217] 系统4400的一个特征是压缩模式和膨胀模式都采用相同的混合腔4405来引入液体。具体地，在压缩期间，利用混合腔4405将液体注入由于在上一级的压缩而已处于高压的气体中。在膨胀期间，利用混合腔4405将气体注入在第一级的高压气体中。在具有共同地既用于压缩也用于膨胀的混合腔的多级设备中，流入那些混合腔的进入气体的压强近似相同，以获得所需的气/液混合物。 [1218] 系统4400的又一特征是使用在一个或多个维度（这里，沿维度d）延长的脉动阻尼瓶。脉动阻尼瓶4406的延长的形状允许该瓶和相邻部件的多个连接，同时使用于与这些相邻部件通流体的导管保持是短的。 [1219] 具体地，脉动阻尼瓶的尺寸提供相对大的容纳气/液混合物的容积。该容积容纳气流主体中的液滴，以相对低比例暴露于所述瓶壁的表面区域。通过最小化液滴对壁的暴露，液滴倾向于保持分布在气流中，而不是结合在所述表面上，因而可用于热交换。 [1220] 图44是仅示意性地示出延长的脉动阻尼瓶的简化图，并且延长的瓶的形状不应该被认为受这种或其他特定轮廓的限制。例如，脉动阻尼瓶的替换实施例可以包括一个或多个凸角或其他细长的特征。 [1221] 如果不使用这种具有延长形状的脉动阻尼瓶，则显示出更大的复杂性（例如更长和/或具有更多转弯）的相应的液体导管可以用于使该瓶与不同系统部件连接。这种复杂的导管，例如通过增加导管中液体的不期望的局部结合，可以产生破坏气/液混合物的均匀性的局部压强差。 [1222] 当在压缩模式操作时，气体通过进口4450进入系统并且在流入存储单元4432之前经历两次连续的液体注入和压缩级。被分离的液体积累在罐4435中，罐4435可以是绝热的以保存用于随后的再次注入的热量，从而在膨胀模式实现接近等温的膨胀。 [1223] 具体地，在膨胀模式操作时，来自存储单元的压缩气体在从出口4434流出到系统外之前经历两次连续的液体注入和膨胀压缩级。被分离的液体积累在罐4436中，并且随后可以被再次注入以在压缩模式实现接近等温的压缩。 [1224] 在图44的系统的实施例中，被分离的液体流经不同级，这导致被分离的液体以与图42C（专用压缩机）和图43B（专用膨胀机）的实施例类似的方法积累在最终的分离器中。这些实施例要求贮液器更大，以容纳存在的定向液体流。 [1225] 图45是示出根据本发明实施例的多级设备的简化图，该设备可以被构造为既进行压缩也进行膨胀。具体地，系统4500是图44的实施例的改进，包括额外的三位阀4502和在某些分离器部件和某些混合腔之间的额外的导管。再次，图45描述三位阀的构造，实线是在压缩模式，虚线是在膨胀模式。 [1226] 尽管图45的实施例提供的阀门和导管具有额外的复杂性，但是可以去掉某些部件。具体地，注意到压缩和膨胀不是同时发生的，因而不需要同时使用图44的实施例的所有三个热交换器和泵。因此，系统4500只使用两个热交换器（H.E.1和H.E.2）和两个泵4504，而不是图44的实施例的三个热交换器和三个泵。 [1227] 此外，图45的实施例将液体的循环限制在一个级中。因此，液体流不是液体积累在一个贮液器中，所以不需要像在图44的实施例中那样使贮液器更大。 [1228] 总之，根据本发明的各种实施例可以结合下述要素中的一个或多个： [1229] 1、使用用于混合气体和液体的混合腔，该混合腔位于进行气体的压缩和/或膨胀的腔室的上游。 [1230] 2、使用在混合腔和进行气体的压缩和/或膨胀的腔室之间的脉动阻尼瓶。 [1231] 3、在混合腔中连续产生气/液混合物，所述生气/液混合物或者连续地流到压缩/膨胀腔或在不需要时流到存储容器。 [1232] 4、利用由液相以大表面积与气体接触而形成的所需的热交换，气体的接近等温的膨胀和压缩，所述液相产生在与进行压缩/膨胀的腔室分离的混合腔。 [1233] 5、既能压缩空气也能膨胀空气的机构。 [1234] 6、阀门时序的电子控制，以通过给定体积的压缩空气的膨胀获得高功输出。 [1235] 这里描述的各种构造使用和产生机械能，液压或活塞的往复运动。然而，在多数应用中，需要的是用于存储电能。在该情况下，可以使用发电机以及合适的能量调节电子设备来在膨胀期间将系统所提供的机械能转化为电能。类似地，在压缩期间系统所需的机械能可以由电机提供。由于同一腔室从不同时进行压缩和膨胀，因此，在某些实施例中，电机/发电机可以用于执行两种功能。 [1236] 如果能量存储系统使用液压电机或水利涡轮，则该装置的轴可以与电机/发电机直接连接或通过齿轮箱连接。如果能量存储系统使用往复的活塞，则可以使用能够将往复运动转化为轴转矩的曲柄轴或其他机械联动装置。 [1237] 此外，本发明的实施例不需要在每个级都使用混合腔。某些实施例可以仅在一些级使用混合腔，在其它级使气体不通过混合腔而进入压缩/膨胀腔，例如通过将水汽或喷雾直接注入进行压缩/膨胀的腔室中。 [1238] 另外的实施例使用的级中，使液体通过喷雾之外的方式进入气体，例如使气体以气泡的形式穿过液体。例如，在某些实施例中，一些（较低压）级可以使用利用混合腔的液雾技术，而其它（较高压）级可以利用气泡技术来存储和移走由此获得的能量。 [1239] 1、一种方法，包括： [1240] 将液体喷射入包含流动的气体的第一腔中，以产生气/液混合物； [1241] 使所述气/液混合物流入第二腔； [1242] 通过联结到所述第二腔的活塞压缩所述气/液混合物部分，所述气/液混合物的液体吸收通过压缩产生的热能；以及 [1243] 从所述第二腔传送被压缩的气/液混合物的至少一部分。 [1244] 2、如权利要求1所述的方法，进一步包括：当所述气/液混合物未流到所述第二腔时，连续产生所述气/液混合物。 [1245] 3、如权利要求2所述的方法，进一步包括：当所述气/液混合物不流到所述第二腔时，使所述气/液混合物流入第三腔。 [1246] 4、如权利要求2所述的方法，进一步包括：当所述气/液混合物不流到所述第二腔时，使所述气/液混合物流入存储容器。 [1247] 5、如权利要求1所述的方法，进一步包括：使所述气/液混合物通过脉动阻尼瓶流入所述第二腔。 [1248] 6、如权利要求1所述的方法，进一步包括：从所述被压缩的气/液混合物部分分离液体以形成被压缩的气体。 [1249] 7、如权利要求6所述的方法，进一步包括：使所述被压缩的气体流入存储单元。 [1250] 8、如权利要求6所述的方法，进一步包括：使被分离的液体通过热交换器被喷射到所述第一腔中。 [1251] 9、如权利要求6所述的方法，进一步包括：使所述被压缩的气体流入下一级以进行进一步的压缩。 [1252] 10、如权利要求9所述的方法，进一步包括：使被分离的液体通过热交换器被喷射到下一级。 [1253] 11、一种方法，包括： [1254] 将液体喷射入包含流动的气体的第一腔中，以产生气/液混合物； [1255] 使所述气/液混合物流入第二腔； [1256] 使所述气/液混合物膨胀以驱动与所述第二腔联结的活塞，所述气/液混合物中的液体在膨胀期间传送热能；以及 [1257] 从所述第二腔传送膨胀的气/液混合物的至少一部分。 [1258] 12、如权利要求11所述的方法，进一步包括：当所述气/液混合物不流到所述第二腔时，连续产生所述气/液混合物。 [1259] 13、如权利要求12所述的方法，进一步包括：当所述气/液混合物不流到所述第二腔时，使所述气/液混合物流入第三腔。 [1260] 14、如权利要求12所述的方法，进一步包括：当所述气/液混合物不流到所述第二腔时，使所述气/液混合物流入存储容器。 [1261] 15、如权利要求11所述的方法，进一步包括：使所述气/液混合物通过脉动阻尼瓶流入所述第二腔。 [1262] 16、如权利要求11所述的方法，进一步包括：从所述被压缩的气/液混合物部分分离液体。 [1263] 17、如权利要求11所述的方法，进一步包括：使被分离的液体通过热交换器喷射入所述第一腔室。 [1264] 18、如权利要求11所述的方法，其中，从存储单元接收所述流动的气体。 [1265] 19、如权利要求11所述的方法，其中，从上一膨胀级接收所述流动的气体。 [1266] 20、如权利要求19所述的方法，进一步包括：使被分离的液体通过热交换器被喷射到下一级。 [1267] 21、一种设备，包括： [1268] 第一腔，被构造为接收气体流并且通过喷雾器与液体源通流体，以在所述第一腔中产生气/液混合物； [1269] 第二腔，通过脉动阻尼瓶和阀门与所述第一腔有选择性地通流体，所述第二腔具有放置在其中的可移动部件。 [1270] 22、如权利要求21所述的设备，其中，所述可移动部件与能量源连通以在所述第二腔中压缩空气。 [1271] 23、如权利要求21所述的设备，其中，所述可移动部件与发电机连通以通过在所述第二腔中的空气膨胀来产生电能。 [1272] 24、如权利要求21所述的设备，其中，所述阀门包括被放置为当所述第二腔中的压强超过所述第一腔中的压强时向阀门座移动的阀门板。 [1273] 25、如权利要求21所述的设备，进一步包括通过第二阀与所述第二腔通流体的分离器。 [1274] 26、如权利要求25所述的设备，其中： [1275] 所述阀门包括被放置为当所述第二腔中的压强超过所述第一腔中的压强时向第一阀门座移动的第一阀门板；以及 [1276] 第二阀包括被构造为当所述第二腔中的压强超过所述分离器中的压强时从所述第二阀门座移动离开的第二阀门板。 [1277] 27、如权利要求25所述的设备，进一步包括与所述分离器通流体的贮液器。 [1278] 28、如权利要求27所述的设备，进一步包括：导管、泵和热交换器，其中所述贮液器包括通过所述导管、所述泵和所述热交换器与所述第一腔通流体的液体源。 [1279] 29、如权利要求21所述的设备，其中，所述可移动部件选择性地与所述发电机连通并且选择性地与所述能量源连通。 [1280] 30、如权利要求29所述的设备，进一步包括： [1281] 第三腔，被构造为接收第二气体流并且通过第二喷雾器与第二液体源通流体，以在所述第三腔中产生气/液混合物，所述第三腔通过第二脉动阻尼瓶和第二阀与所述第二腔选择性地通流体； [1282] 第一三位阀，在所述第一脉动阻尼瓶和所述阀门之间，所述第一三位阀被构造为使来自所述第二腔的输出流入第一分离器；以及 [1283] 第二三位阀，在所述第二脉动阻尼瓶和所述第二阀之间，所述第二三位阀被构造为使来自所述第二腔的输出流入第二分离器。 [1284] 31、如权利要求30所述的设备，其中： [1285] 所述阀门包括被设置为当所述第二腔中的压强超过所述第一腔中的压强时向第一阀门座移动的第一阀门板；以及 [1286] 第二阀包括被构造为当所述第二腔中的压强超过所述第一分离器中的压强时从所述第二阀门座离开的第二阀门板。 [1287] 32、如权利要求30所述的设备，进一步包括： [1288] 第一贮液器，包括第一液体源并与所述第一分离器通流体并与所述第一腔通过第一导管、第一泵和第一热交换器通流体；以及 [1289] 第二贮液器，包括第二液体源并与所述第二分离器通流体，并与所述第三腔通过第二导管、第二泵和第二热交换器通流体。 [1290] 33、如权利要求25所述的设备，进一步包括：与所述分离器通流体的下一级。 [1291] 34、如权利要求33所述的设备，其中，所述分离器与贮液器通流体，并且所述下一级通过导管、泵和热交换器与所述贮液器通流体。 [1292] 35、如权利要求21所述的设备，进一步包括与所述第一腔通流体的上一级。 [1293] 36、如权利要求35所述的设备，其中，所述上一级与贮液器通流体，并且所述贮液器通过导管、泵和热交换器与所述第一腔通流体。 [1294] 37、如权利要求33所述的设备，其中： [1295] 所述下一级包括通过第二脉动阻尼瓶与第四腔通流体的第三腔和具有放置在其中的第二可移动部件的第四腔；以及 [1296] 其中所述设备进一步包括被构造为在压缩模式使在所述第一腔中压缩的气体流入第二级并且被构造为在膨胀模式使在第四腔中膨胀的气体流入所述第一腔的三位阀的网状系统。 [1297] 38、如权利要求37所述的设备，其中，所述三位阀的网状系统包括： [1298] 第一三位阀，放置在所述第一脉动阻尼瓶和所述第二腔之间； [1299] 第二三位阀，放置在所述第二腔和所述第三腔之间； [1300] 第三三位阀，放置在所述第二脉动阻尼瓶和所述第四腔之间；以及 [1301] 第四三位阀，放置在所述第四腔和压缩气体存储单元之间。 [1302] 39、如权利要求38所述的设备，其中，在所述压缩模式： [1303] 所述第一三位阀被构造为使所述第一脉动阻尼瓶与所述第二腔室通流体； [1304] 所述第二三位阀被构造为使所述第二腔和第一分离器通流体； [1305] 所述第三三位阀被构造为使所述第二脉动阻尼瓶和所述第三腔通流体；以及[1306] 所述第四三位阀被构造为使所述第四腔和第二分离器通流体，其中所述第二分离器与所述存储单元通流体。 [1307] 40、如权利要求38所述的设备，其中，在所述压缩模式： [1308] 所述第四三位阀被构造为使所述第三腔与所述存储单元通流体； [1309] 所述第三三位阀被构造为使所述第二脉动阻尼瓶和所述第四腔通流体； [1310] 所述第二三位阀被构造为使所述第四腔和第一分离器通流体；以及 [1311] 所述第一三位阀被构造为使所述第二腔与和出口通流体的第二分离器通流体。 [1312] 41、如权利要求37所述的设备，其中，所述第二脉动阻尼瓶是细长的。 [1313] 42、如权利要求41所述的设备，其中，所述第二脉动阻尼瓶在有助于与所述第二腔和所述第四腔连接的维度上是细长的。 [1314] 43、如权利要求21所述的设备，进一步包括通过歧管与所述喷射器连通的所述液体源。 [1315] 44、如权利要求21所述的设备，其中，所述喷射器包括在所述第一腔的壁内的孔口。 [1316] 45、如权利要求21所述的设备，其中，所述喷射器包括喷嘴。 [1317] 46、如权利要求21所述的设备，进一步包括多个喷射器，所述多个喷射器与歧管通流体并被构造为用来注入多个液体喷雾轨迹。 [1318] 47、如权利要求46所述的设备，其中，所述多个喷射器在气体通过所述第一腔的流动方向上位于不同的位置。 [1319] 48、如权利要求21所述的设备，其中，所述阀门包括电磁线圈驱动的阀门、气动阀门、液动阀门、音圈驱动的阀门或凸轮驱动阀门。 [1320] 49、如权利要求21所述的设备，进一步包括与所述阀门声学连通的超声换能器。 [1321] 50、如权利要求21所述的设备，其中，所述可移动部件包括固体活塞，所述固体活塞包括活塞杆和活塞头。 [1322] 51、如权利要求50所述的设备，其中，所述可移动部件包括放置在汽缸中的双作用活塞，以界定所述第一腔和通过第二阀与所述第一腔通流体的第三腔。 [1323] 52、如权利要求51所述的设备，其中，所述第二腔通过第三阀与分离器通流体，并且所述第三腔通过第四阀与所述分离器通流体。 [1324] 53、如权利要求52所述的设备，其中： [1325] 所述阀包括被设置为当所述第二腔中的压强超过所述第一腔中的压强时向第一阀门座移动的第一阀门板； [1326] 第二阀包括被设置为当所述第三腔中的压强超过所述第一腔中的压强时朝向第二阀门座移动的第二阀门板； [1327] 第三阀包括被设置为当所述第二腔中的压强超过所述分离器中的压强时从所述第三阀门座离开的第三阀门板；以及 [1328] 第四阀包括被设置为当所述第三腔中的压强超过所述分离器中的压强时从所述第四阀门座离开的第四阀门板。 [1329] 54、一种方法，包括 [1330] 提供其中放置有可移动部件的腔室，所述腔室通过第一阀与高压侧选择性地通流体并且通过第二阀与低压侧选择性地通流体； [1331] 在可移动部件的第一膨胀冲程， [1332] 关闭所述第二阀并打开所述第一阀，以使压缩气体从所述高压侧进入所述腔室，以及 [1333] 使得所述压缩气体在所述腔室中膨胀并且驱动所述可移动部件以产生能量；以及[1334] 在所述可移动部件沿与所述第一膨胀冲程相反方向的第二膨胀冲程中， [1335] 打开所述第二阀以使在所述第一膨胀冲程期间膨胀的气体流到所述低压侧，以及[1336] 在所述第二膨胀冲程结束之前升高腔室中的压强。 [1337] 55、如权利要求54所述的方法，其中，通过在所述第二冲程结束之前关闭所述第二阀来提高压强。 [1338] 56、如权利要求55所述的方法，进一步包括：在所述第二膨胀冲程结束之前将液体引入所述汽缸中。 [1339] 57、如权利要求56所述的方法，其中，所述液体被注入所述腔室外的压缩气体中。 [1340] 58、如权利要求56所述的方法，其中，所述液体直接流入所述腔室。 [1341] 59、如权利要求54所述的方法，其中，通过在所述第二膨胀冲程结束之前将液体引入所述汽缸来升高压强。 [1342] 60、如权利要求59所述的方法，其中，所述液体被注入所述腔室外的压缩气体中。 [1343] 61、如权利要求59所述的方法，其中，所述液体直接流入所述腔室。 [1344] 62、如权利要求54所述的方法，进一步包括：在所述第一膨胀冲程期间，一旦一些压缩气体进入所述腔室，就关闭所述第一阀，以使在所述第一膨胀冲程结束时的压强升到约等于低压侧的压强。 [1345] 63、如权利要求54所述的方法，其中： [1346] 所述第一阀包括被设置为当所述腔室中的压强超过所述高压侧的压强时移动离开第一阀门座的第一阀门板；以及 [1347] 所述第二阀包括被设置为当所述腔室中的压强超过所述低压侧的压强时向第二阀门座移动的第二阀门板。 [1348] 64、如权利要求54所述的方法，其中： [1349] 提供所述腔室包括提供其中放置有双作用活塞以界定所述腔室和第二腔，所述第二腔通过第三阀与高压侧选择性地通流体并且通过第四阀与低压侧选择性地通流体；以及[1350] 其中，在所述可移动部件的第一膨胀冲程，所述方法进一步包括， [1351] 打开所述第四阀以使在上一膨胀冲程期间在所述第二腔中膨胀的气体流到所述低压侧，以及 [1352] 在所述第一膨胀冲程结束之前升高所述第二腔中的压强。 [1353] 65、如权利要求64所述的方法，其中，通过在所述第一膨胀冲程结束之前关闭所述第四阀来升高压强。 [1354] 66、如权利要求65所述的方法，进一步包括：在所述第一膨胀冲程结束之前将液体引入所述汽缸。 [1355] 67、如权利要求66所述的方法，其中，所述液体被注入所述第二腔外的压缩气体中。 [1356] 68、如权利要求66所述的方法，其中，所述液体直接流入所述第二腔中。 [1357] 69、如权利要求64所述的方法，其中，通过在所述第一膨胀冲程结束之前将液体引入所述汽缸来升高压强。 [1358] 70、如权利要求69所述的方法，其中，所述液体被注入所述第二腔外的压缩气体中。 [1359] 71、如权利要求69所述的方法，其中，所述液体直接流入所述第二腔中。 [1360] 72、如权利要求64所述的方法，其中： [1361] 所述第一阀包括被放置为当所述腔室中的压强超过所述高压侧的压强时移动离开第一阀门座的第一阀门板； [1362] 所述第二阀包括被放置为当所述腔室中的压强超过所述低压侧的压强时朝向第二阀门座移动的第二阀门板； [1363] 所述第三阀包括被放置为当所述第二腔中的压强超过所述高压侧的压强时移动离开第三阀门座的第三阀门板；以及 [1364] 所述第四阀包括被放置为当所述第二腔中的压强超过所述低压侧的压强时向第四阀门座移动的第四阀门板。 [1365] 利用单独应用或组合应用的一种或多种技术可以提高对压缩气体的能量的存储和恢复。一种技术将液滴构成的雾引入位于发生气体压缩和/或膨胀的第二腔上游的专用腔。在某些实施例中，可以通过在所述专用混合腔与所述第二腔之间插置脉动阻尼瓶提高所产生的液气混合物的均匀性，从而能够连续地流过混合腔。另一种技术利用低功耗实现的阀门构造来控制气体流入压缩和/或膨胀腔和从压缩和/或膨胀腔流出。所述阀门构造利用系统操作期间的内在压差，使得阀门启动以低能耗进行。 [1366] 本发明的某些实施例可以提供压缩和/或膨胀过程中的液气混合物。液体相对于气体更高的热容量使得液体能在压缩期间从气体接收热量并且能在膨胀期间向气体传递热量。如果液体是以压缩空气或膨胀空气内的液滴的雾或喷汽进入的，那么通过液体的大的表面积可以提高进出液体的这种能量传递。 [1367] 通常，不期望将根据本发明的实施例的被引入气体压缩或膨胀腔以实现热交换的液体在该腔内进行燃烧。因此，尽管被注入来进行热交换的液体可能是易燃的（例如，油、酒精、煤油、柴油或生物柴油），但是在许多实施例中不希望液体在该腔内燃烧。至少在这方面，根据本发明的实施例的液体引入与液体引入到涡轮机和马达进行燃烧的情况不同。 [1368] 变频器的成本和低效是另一个可能改进的地方。作为替代可以使用具有负载控制的同步马达发电机，并且对于压缩机/膨胀机来说，可以控制阀门脉冲长度和频率，以改变用于电压和频率调节的功率。这种方法可以用效率为代缴实时地换取功率的增加或降低。 [1369] 根据本发明的实施例，利用腔内存在的可移动部件，可以通过压缩将能量分配给气体，和/或通过膨胀从气体复原能量。在某些实施例中，可移动部件可以与通过一个或多个物理联动机构而与其它系统部件（诸如马达或发电机）连通，该物理联动机构实际上是机械的、液压的、气动的、磁力的、电磁的或静电。 [1370] 在一些实施例中，可移动部件可以仅仅通过一种特定类型的联动装置来连接。例如，本发明的某些实施例可以仅仅利用可以包括转动杆的机械联动装置来将能量传送到可移动部件/从可移动部件传送能量。这种构造可以通过避免与一种形式和另一种形式之间的能量转换相关的损耗而提供更高的效率。 [1371] 某些实施例可以利用具有可移动部件的液压联动装置。 [1372] 液/气混合物的情况（包括但不限于液滴尺寸、液滴分布的均匀性、喷射速度、液相体积比、温度和压强）会影响气体与液体之间的热能交换。尽管先前描述的某些实施例利用混合腔引入液体，但这不是本发明必需的。一些实施例可以利用液体注射直接将液体引入压缩腔、膨胀腔或进行膨胀和压缩的腔。 [1373] 例如，图50A示出了根据本发明的能量存储装置的一个可能的实施例的简化示意图，该能量存储装置可以利用压缩空气作为所述气体，用水作为所述注入的液体。图50A示出了包括可移动部件5006（这里是包括活塞头和活塞杆的往复式实心活塞）的系统5002，可移动部件5006布置在具有压缩腔5018a和5018b的汽缸5008内。 [1374] 在某些实施例（不限于图50A具体示出的）中，活塞可以是十字机头设计。这样的实施例可以通过进一步将膨胀/压缩汽缸的水与存在于曲轴箱中的油或其它液体等隔离而提供额外的好处。 [1375] 可移动部件可以通过一个或多个联动装置5099选择性地与马达、发电机或马达/发电机5098物理连通。这些联动装置实际上可以是机械的、液压的、或气动的。 [1376] 在某些实施例中，活塞可以是自由活塞。这种自由活塞可以通过诸如磁性或电磁联动装置等物理联动装置传送能量。 [1377] 在某些实施例中，活塞可以包括活塞头和与联动装置相联结的活塞杆。该联动装置可以包括圆形齿轮和/或具有其它形状（诸如椭圆形）的齿轮。在某些实施例中，一个或多个齿轮的齿可以具有直线形状、有斜面的形状或螺旋形，利用后者可以提供推力轴承。在某些实施例中，可以使用蜗轮。 [1378] 许多种机械联动装置是适用的。其例子包括但不限于诸如行星齿轮系统之类的多节点齿轮系统。机械联动装置的例子包括杆，诸如曲柄轴、链条、传送带、传动器-随动器联动装置、枢轴联动装置、Peaucellier-Lipkin联动装置、Sarrus联动装置、Scott Russel联动装置、Chebyshev联动装置、Hoekins联动装置、挡板或摇摆板联动装置、弯曲轴联动装置、Watts联动装置、轨迹跟踪联动装置以及凸轮联动装置。凸轮联动装置可以采用不同形状的凸轮，包括但不限于正弦形状和其它形状。在Jones的"Ingenious Mechanisms for Designers and Inventors,VoIs.I and II",工业出版社（纽约1935）中，描述了各种类型的机械联动装置，其全部内容通过引述结合于此以用于各种用途。 [1379] 尽管图50A所示的具体实施例利用布置为水平移动的活塞，本发明不限于这种设计。替换实施例可以采用被布置为以其它方向（例如竖直地、对角地）移动的活塞或其它类型的构件。 [1380] 例如，在某些实施例中，将活塞构造为在竖直方向往复运动同时将压缩和/或膨胀腔放置在下面是有益的。这种构造的例子已经在图6中示出，尽管这样的实施例不需要将气体形成气泡而是作为替换方式可以使用通过喷雾引入液体。这种构造可以有助于避免液体在重力作用下通过填充物渗漏到腔的外部并且不期望地进入曲轴箱或其它空间。 [1381] 本发明的具体实施例可以包括一级或多级，该一级或多级具有以直线方式之外的方式移动的可移动部件。例如，某种装置的构件，诸如螺杆、类涡轮机（quasi-turbine）、内齿轮油泵和其它结构，被构造为以转动的方式移动。 [1382] 在"The Internal Combustion Engine in Theory and Practice,VoIs.1and2"（MIT出版社（1985）第二版，修订版）中，Charles Fayette Taylor公开了对于气体压缩和/或膨胀有用的多种结构。通过引述该文章全部结合于本文用于各种目的。 [1383] 根据本发明的某些实施例可以利用调节的进气口和排气口。具体地，进气歧管、导管、阀门和汽缸（或多个汽缸）整体上形成复杂的谐振系统（resonantsystem）。待压缩或膨胀的气体通过该谐振系统移动，只要横截面积发生变化就从墙壁反射，并且气体的压缩和反射围在封闭腔内。这种封闭腔的一个例子是远端具有关闭的阀门的导管。 [1384] 气体的惯性和这些反射产生压缩和膨胀波。利用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）技术的分析，可以调整进气系统的几何结构以便将压缩波的到达时间定为与进气阀或多个进气阀的关闭时间一致。这可以通过例如调节通向汽缸的管长来实现。 [1385] 例如，如图135A所示，在进给阀13500在汽缸13504内可运动的活塞13502的TDC处打开后不久，压强相对于进气口13506下降。如图135B所示，这产生远离阀门并沿管移动的膨胀波13508。 [1386] 膨胀波以（s-v）的速率行进，其中，s是声速，v是流体的速率。流体可以是气体和液滴（droplets）的混合物。 [1387] 如图135C所示，所述波被管的远端处的开口反射。所述波随后作为压缩波以速率（s+v）折返向阀门进行。 [1388] 到达的压缩波有助于填充汽缸。如果管长为L，则所述波的总的往返行进时间为： [1389] [1390] 为了使有益效果最大化，该行进时间可以与曲柄旋转（θ/2πN）期间阀门打开的时间基本相同，其中，θ是打开角度，N是转速。对此，是这样的情形： [1391] [1392] 因此，如图135D所示，L是使流入汽缸的空气最大化的管长。 [1393] 图135E示出了对于设计在不同转速下的标准汽缸设计，改变进气口长度对于容积效率（即，可以通过阀门被排出的气体量）的影响。除了其它变量，优化的管长是转速的函数。 [1394] 刚刚所描述的调节可以具有将额外的气体抽吸到汽缸中、提高容积效率的效果。类似地，调节排气系统的几何结构可以有助于从汽缸中更彻底地排出气体， 同样地提高了容积效率。对这些效果的分析可以从“John L.Lumley,Engines,An Introduction,Cambridge University Press,Cambridge(1999)”中找到，其全部内容通过引述结合于此以用于各种用途。 [1395] 优化的进气和排气系统的几何结构可以与发电机转速有关。如果所述机构在使所述设计的性能优化的特定速率下运行时，可以确保有益的效率。 [1396] 以上所述大部分集中在涉及液体注射的压缩/膨胀装置。然而，本发明的调节方法不限于这些设备。根据另外实施例，进气和/或排气系统的几何结构可以被调节为使用所述流中的声波能量来提高在不同类型的气体压缩机和气体膨胀机中的容积效率。 [1397] 现在回到图50A所示的特定实施例，在低压侧，压缩腔5018a通过空气净化器5020、低压侧导管5010、吸滤瓶5011和阀门5012选择性地与外部空气通流体。阀门5012包括相对于阀门座5012b可移动以打开或关闭阀门的阀门板5012a。在某些实施例中，可以通过电磁线圈或其它可控制的致动器（诸如液压或气动活塞或电动马达）来操纵阀门。类似地，压缩腔5018b通过所述空气净化器、所述低压侧导管、所述吸滤瓶和阀门5013选择性地与外部空气通流体，阀门5013包括相对于阀门座5013b可移动的阀门板5013a。 [1398] 在高压侧，压缩腔5018a分别通过阀门5022、排放瓶5023、高压侧导管5024、挡板式分离器5026和旋风分离器5028与压缩气体存储罐5032通流体。阀门5022包括相对于阀门座5022b可移动以打开或关闭该阀门的阀门板5022a。 [1399] 可以通过电磁线圈来启动本发明的多个实施例的阀门。可以是各种类型的阀门启动，包括但不限于凸轮驱动启动、压电式启动、液压启动、电力启动、磁性启动、气压启动等等。根据特定的实施例，可以根据可变的时序或者可以根据固定的时序来驱动阀门驱动。 [1400] 尽管上述实施例被描述为利用板阀形式的气流阀门，然而这不是必需的。本发明不限于利用任何特定气体阀门类型的装置，其它气体阀门类型也可以适于在各种实施例中使用。根据本发明的实施例的阀门的例子包括但不限于先导阀、旋转阀、凸轮控制提升阀以及液压、气压或电力驱动阀门。 [1401] 在某些实施例中，可以利用能增加阀门和其它组件的性能的材料制备阀门和其它组件。例如，阀门的某些实施例可以在一个或多个表面上承受疏水涂布，诸如TEFLON（聚四氟乙烯）。在一些实施例中，疏水涂布可以包含纹理以进一步赋予超疏水特性。 [1403] 在某些实施例中，通过所述可移动部件自身可以执行一个或多个气流或液流阀门的功能。例如，如在本文其它地方描述的图84中所示，在某些实施例中活塞头的移动可以选择性地阻挡通向所述腔的口，从而有效地用作阀门。 [1404] 类似地，压缩腔5008b分别通过阀门5027、所述高压侧导管、所述挡板式分离器和所述旋风分离器与所述气体存储罐通流体。在某些利用电磁线圈的实施例中，阀门5027包括相对于阀门座5027b可移动的阀门板5027a。 [1405] 压缩空气存储罐5032通过调压器5054与消音器（muffler）5052通流体。空气存储罐5032还通过浮阀与液体循环系统的加压水罐5030通流体。 [1406] 不同类型的压缩气体存储单元可以适用于本发明的不同实施例。例如，在某些实施例中，压缩气体存储单元可以包括具有大容量的封闭体积，例如，诸如废弃矿山或者油田或天然气气田之类的人造结构。高容量的压缩气体也可以存储在天然地产生的地质构造中，诸如，洞穴、盐丘或其它多孔特性的构造。 [1407] 其它合适的压缩气体存储单元还可以包括专门为此目的构造的容器。在某些实施例中，所述气体可以存储在一个或多个长度约为1.6米、能够在200大气压下存储空气并且装配有阀门的钢罐（可以选择性地互相连接）中。一些实施例可以利用长度大约16米的更大的钢罐，这样的钢罐可以降低将该罐形成封闭并且形成颈部的成本，并且也能够降低多个阀门的成本。 [1408] 本发明的实施例可以采用由除了单一金属材料（诸如钢）之外的材料制成的压缩气体存储单元。例如，如之前已经描述过的，压缩气体存储单元的某些实施例可以具有特殊形状和/或包括复合材料，该复合材料含有碳化纤维或其它材料。 [1409] 在某些实施例中，气体存储单元可以由复合材料构造，该复合材料包含一层或多层抗张强度高的线或纤维，该线或纤维由金属材料或天线材料或人造材料制成，并且以螺旋形式围绕在不渗透层，并且通过基体材料固定在适当位置。使用抗张强度高的拉制线材的优点在于它比同等重量而体积大的相同合金的拉伸强度更高，因此可以使用更少的材料，降低成本。 [1410] 在某些实施例中，压缩气体存储单元可以与能量源进行热交换。例如，在某些实施例中，所述存储单元可以包括与太阳进行热交换的罐。所述罐可以涂有吸热材料（例如黑涂料）。在某些实施例中，所述存储单元可以放置在透明屏障（诸如玻璃）后面，从而收集红外线（IR）太阳能并且进一步促进热交换。 [1411] 图50A的系统的运行与前面所示的许多图所描述的类似。可移动部件5006以往复运动方式在所述汽缸内移动。该构件5006向右侧运动到对应于腔5018a的下止点（Bottom Dead Center，BDC）处造成腔5008a与所述低压侧的所述吸滤瓶之间的压差增大。该压差使阀门板5012a偏离阀门座5012b，使得阀门5012能打开并且允许未压缩的空气进入腔5018a。腔5018a与排放瓶之间的压差也使阀门板5022a偏向阀门座5022b，关闭阀门5022以使得所允许的未压缩空气在腔5018a中聚积。 [1412] 在这个冲程中，所述可移动部件同样的动作（朝向腔5018a的BDC，即腔5018b的TDC），也造成腔5018b与所述吸滤瓶之间的压差。具体地，允许在上一个冲程进入腔5018b中的空气被压缩，由此使阀门板5013a偏向阀门座5013b并且关闭阀门5013。 [1413] 腔5018b与所述排放瓶之间的压差使阀门5027保持关闭状态。然而，由于所述可移动部件继续向BDC移动，腔5018b内的压强升高。当腔5018b内的该压强达到高压侧的排放瓶的压强时，阀门板5027a不再是偏向阀门座5027b，并且阀门5027打开，使得压缩气体移动到排放瓶并且通过所述导管和所述挡板式分离器以及所述旋风分离器最终到达所述存储单元。 [1414] 在随后的可移动部件5006向左（腔5018a的TDC和腔5018b的BDC）的冲程中，压缩腔5018a和腔5018b的角色互换。就是说，允许未经压缩的气体通过打开阀门5013进入腔5018b中，同时先前允许进入腔5018b中的未经压缩的气体被所述可移动部件压缩，直到所述气体达到高压强并且通过略微高于高压侧的压差所驱动的阀门5022流出。 [1415] 如图50A所示，吸滤瓶位于所述压缩腔的所述进给阀的上游低压侧，排放瓶位于所述压缩腔的所述排出阀的下游高压侧。这些瓶子的容积明显大于各个所述压缩腔的容积，并且这些瓶子的容积通常为那些压缩腔的容积的至少10倍。 [1416] 所述瓶子显示出与它们的入口和出口不同的宽度尺寸（w,w'）。该尺寸差异使任何试图从所述压缩腔的阀门行进到所述系统的其余部分的声波产生连续的阻抗失配，由此破坏不希望的压强变化。通过利用所述系统的所述气体阀门与其它部件之间的吸滤瓶和排放瓶，根据本发明的实施例可以抑制这些脉动（pulsations）。 [1417] 在压缩过程中，所述腔内的气体经历温度升高。为了使该压缩以热力学效率高（thermodynamically efficient）的方式进行，本发明的实施例通过向所述腔中直接喷射液（这里是水）滴，产生液气混合物。液气混合物的液体成分从压缩过程中的气体吸收热能，由此减少任何温度升高的量级。 [1418] 相应地，图50A也示出了液体循环系统，其被构造用来流动液体以喷射到所述腔中从而与经历了所述压缩过程的所述气体进行热交换。更具体地，该液体循环系统包括通过导管5088与所述压缩腔通流体的加压水罐5030、陶传送泵5042、热交换器5044、阀门5047、多级水泵5031、阀门5033和5034以及各自的喷嘴5035和5036。储能器5039与所述液体循环系统通流体，以吸收在该液体循环系统中产生的能量的脉动。 [1419] 阀门5033和5034能够被驱动从而在选定时间使水通过喷嘴5035和5036流入各自的压缩腔5018a和5018b。在某些实施例中，所述阀门可以构造为在允许空气进入时打开，从而使液体同时流入所述压缩腔中。在这样的实施例中，直接液体注入与进入的气流同时发生，可以促进水滴在空气中的混合，增强所需的热交换的效果。 [1420] 在某些实施例中，阀门5033和5034可以构造为仅仅在已经允许空气进入并且已经关闭各自的进气阀的情况下打开，从而使液体流入所述压缩腔中。在这样的实施例中，液体直接注入到关闭的腔中除了进行热交换之外还可以有利于压缩所述空气。 [1421] 在某些实施例中，阀门5033和5034可以构造为在所述构件在所关闭的腔内移动从而压缩所述气体的过程中打开。如在下面所讨论的，在某些液体注入到经过压缩的气体的实施例中，可以利用不只一个具有不同特性的喷雾器的子系统。 [1422] 在某些实施例中，驱动阀门5033和5034可以使液体在压缩循环的多个周期流入所述腔内。例如，既可以在空气进入时也可以在空气进入后但是进行压缩之前，驱动所述阀门，或者可以在空气进入和压缩期间驱动所述阀门，或者可以在空气进入期间和进行压缩期间驱动所述阀门。 [1423] 如刚刚指出的，在某些实施例中，可以不使液体连续地引入所述压缩腔中。而且，在未引入液体的时期，在所述构件在该腔内移动时和/或压缩气体从所述腔流动所时，所述压缩腔会经历压强改变。 [1424] 因此，图50A中的阀门5033和5034可以用于在这种非注入期内将液体循环系统的喷雾器与其它组件隔离。这种隔离有助于防止液体压强（诸如瞬间回压（transient back pressure））改变，该液体压强改变对液体在整个系统中的流动有不利影响。在将液体以连续方式引入的实施例中，可以不需要液体流动阀。 [1425] 液体循环系统可以包括被设计用来避免液体内的压强改变的影响的其他特征。例如，在系统运行期间，循环水被注入到所述气体中以产生被压缩到更高压强的液气混合物。随后通过所述分离器从该高压液气混合物中除去液体。 [1426] 然而，所述压缩过程的结果是，一定量的气体溶解在所述液体中。这样，由于通过所述液体循环系统流动的所分离的液体遇到以低压进入的气体，该所溶解的气体会从溶液中释放出来（释气）。 [1427] 这样的释气会在所述液体循环系统的不同部分中，尤其是在阀门5033和5034、喷嘴5035和5036、和/或这些部件之间的各自的导管5060和5061中产生不需要的气泡。所述液体循环系统中的这些气泡的存在会影响所控制的进入所述压缩腔的液体流动的可预测性和/或可靠性。 [1428] 因此，本发明的某些实施例会设法将在处于低压的多个所述液流阀门与多个所述喷嘴之间的导管的长度（d,d'）制造得尽可能短。这样的距离最小化可以有效地减少从加压液体中释气的几率，由此有利地避免了气泡的形成。 [1429] 在图50A的具体实施例中，显示出液流阀门5033和5034由电磁线圈选择性地进行驱动。然而，本发明不限于使用用于液体注入的任何特定类型的阀门。根据本发明实施例的可以适用于液体注入的阀门的例子包括但不限于，电磁线圈驱动阀门、滑阀、闸阀、柱形阀、针阀或提升阀。 [1430] 可以适用于本发明的替代阀门设计的一个例子是，包括伺服回路的音圈驱动阀门。这种阀门结构的使用可以有利于控制驱动的速度分布，例如在板进行停止之前的最后时间降低速度，由此减弱对阀门组件的应力。 [1431] 可以采用其它阀门缓冲（valve dampening）的方法。例如，某些实施例可以在阀体或阀门座中使用气垫、小凹陷、圆柱形孔和或其它凹陷的几何结构，在相对的构件上具有相应的凸起区域，以产生空气弹簧，当所述阀门的可移动组件靠近所述阀门座时，所述空气弹簧吸收该阀门的可移动组件的运动能量的一部分。 [1432] 根据其它实施例，所述阀门可以是气动驱动的，一个例子是成比例的气动空气阀门。在又一个其它实施例中，所述阀门可以是液压驱动的，例如高压液压阀。 [1433] 在某些实施例中，优选的是产生具有特定尺寸的液滴的混合物。在一些实施例中，可以通过在液体中包含表面活性剂来促进这种混合物的形成。可以使用的表面活性剂的一个例子是被称为曲拉通（Triton）X-100的（辛基苯氧基聚乙氧基乙醇，octylphenoxypoly ethoxyethanol）。 [1434] 压缩之后，液气混合物通过各自的排出阀5022和5027流到排放瓶5023、高压侧导管5024和去除液体的分离器5026、5028。挡板式分离器结构5026采用用来从流动的液气混合物中初步去除大部分液体的第一结构。这种结构的一个例子是腔，该腔具有一系列重叠的平板或限定流动的液气混合物的弯曲路径的挡板，并且提供用于水聚集的大的表面面积。 [1435] 在图50A的具体实施例中，在初级挡板式分离器结构之后顺序连接的是用来从所述混合物中去除少量液体的第二分离器结构5028（这里是旋风分离器）。本发明的实施例不限于这种或任何特定类型的分离器或分离器构造。可能使用的分离器的例子包括但不限于：旋风分离器、离心分离器、重力分离器和除雾分离器（采用网格型聚结器、叶片组或其它结构）。在“M.Stewart 和K.Arnold,Gas-Liquid and Liquid-Liquid Separators,Gulf专业出版（2008）”中描述了各种分离器设计，在此通过引述将其全部并入本文以越南用于各种目的。 [1436] 通过分离器5026和5028从所述混合物中去除的液体经由各自的浮阀5027和导管返回到包括减压阀和排水阀的加压水罐5030。液体从该加压水罐利用输送泵5042经过热交换器5044进行冷却而被再循环，然后由多级水泵5031被再注入入所述压缩腔。 [1437] 图50A的液体循环系统还通过阀门5048选择性地与供水罐5046通流体。该罐通过过滤器5050从基础供水系统（诸如市政供水）接收未加压的水。来自该供水罐的水可以选择性地流经阀门5048以便初步填充或者补充所述循环系统的水。供水罐5046还包括真空减压阀和排水阀。 [1438] 在图50A的具体实施例中，喷雾器布置在所述汽缸中没有包含气流阀门的相对的侧壁上。所述喷雾器可以包括产生液滴、液体流束或液膜的一个或多个孔口或喷嘴的布置，并且有助于与所述腔内的气体进行热能交换。这些喷嘴或孔口可以与公用的歧管通流体。 [1439] 本发明不限于通过任何特定类型的喷雾器将液体引入所述腔的方式。在以下美国 专 利No.3,659,787、No.4,905,911、No.2,745,701、No.2,284,443、No.4,097,000 和No.3,858,812中，描述了可以适用于根据本发明实施例的可能的喷嘴结构的一些例子，通过引述，所述美国专利中的每一个全部并入以用于各种目的。 [1440] 根据本发明实施例的可以用来引入液体的喷雾器结构的一种类型是冲击喷雾器。这种冲击喷雾器的结构的一个例子是可从BETE Fog Nozzle有限公司（格林菲尔德，马萨诸塞州）购买的PJ Misting Nozzle。在某些实施例中，液体喷雾器可以利用除了液体流动之外的能量，例如声波能量，以便形成具有所需特性的液滴。 [1441] 已知其它类型的喷雾器结构。可以适用于根据本发明实施例的喷雾器结构的例子包括但不限于：转盘雾化器、静电雾化器、旋流喷嘴、风扇喷嘴、冲击喷嘴和转杯式雾化器。 [1442] 在某些实施例中，多个喷雾器可以构造为互相交互，从而产生具有所需特性的喷雾。例如，一个喷嘴的喷射会填充相邻喷嘴的空档部位。以下专利和公开的专利申请描述了喷雾器的各种构造：美国专利No.6,206,660、美国专利公开No.2004/0244580和美国专利公开No.2003/0180155，通过引述，所述专利和公开的专利申请全部并入本文以用于各种目的。 [1443] 根据本发明的实施例不限于使用喷雾器将液体引入气体中。根据替换实施例，如同之前已经参照图6所描述的，根据本发明的压缩气体能量存储装置的一个或多个级可以通过利用起泡器来引入液体。 [1444] 在高压下，为了实现液体质量的高百分比的液体的体积百分比，可能会过大而使得液滴-气雾难以保持。作为替代，该体积百分比可以转变为“段塞流”或“环状流”。 [1445] 这种段塞流或环状流是不利的，因为它不允许快速的热交换。另外，这种段塞流或环状流会导致机械问题或阀门性能的下降。 [1446] 然而，将气体以气泡形式引入液体，这支持了气体和液体之间的大的接触表面而不会引起不均匀的流动。某些实施例可以利用能在液体内产生对流状水流的喷洒器模式。通过将气泡更均匀地散布在汽缸中，这样的水流可以提高气泡形式的气体与液体之间的热传递速度。 [1447] 图50A的装置还包括与计算机可读存储设备5094电连接的控制器/处理器5096，该计算机可读存储设备5094可以是包括但不限于基于半导体原理、或者磁存储原理或光存储原理的任何设计。控制器/处理器5096被显示为与系统中的若干有源元件电连接，该有源元件包括但不限于阀门、泵、喷雾器和传感器。系统所采用的传感器的具体的例子包括但不限于位于系统入口处的压力传感器（P）、温度传感器（T）、体积传感器（V）、湿度传感器，以及可以指示可移动组件（诸如阀门或活塞）状态或系统的其它参数的其它传感器（S）。 [1448] 如下面所详细描述的，基于从一个或多个系统部件接收到的输入，以及从这些输入计算出的可能的值，控制器/处理器5096可以动态地控制系统的操作来实现一个或多个目标，所述目标包括但不限于：最大化或可控制压缩的效率，将能量以压缩气体的形式存储的可控制能量损耗，执行压缩的可移动部件的预期输入速度，与可移动部件相连的转动轴的最大输入转矩，与可移动部件相连的转动轴的最小输入速度，与可移动部件相连的转动轴的最小输入转矩，或者多级装置（下面要讨论）的不同级中水的预期最大温度升高，或者多级装置的不同级中空气的预期最大温度升高。 [1449] 计算机可读存储介质中的代码可以配置为指示控制器或处理器以使得系统执行各种操作模式。例如，尽管图50A示出了装置被构造为用作专用压缩机，但这不是本发明必需的。替换实施例可以构造为用作膨胀机，将存储在压缩气体中的能量转换为功率来做有用功（例如，输出到电力网的电功率）。 [1450] 图50B示出了专用膨胀机的实施例的简化图。除了所述腔用于容纳来自高压侧的存储罐的压缩空气之外，图50B的实施例的工作原理与图50A的相同。活塞杆根据腔内的气体膨胀移动。注入到腔内的液体用于向膨胀空气传递热量，以减少温度降低的程度。液体分离器（这里示为单个单元以便于说明）放置于低压侧，以便去除液体用于再循环，之后膨胀的空气流出系统。 [1451] 图51示出了用于根据本发明的压缩气体存储系统中的装置500的一个替换实施例的简化示意图。该替换实施例被构造为执行压缩或膨胀。 [1452] 具体地，在一个操作模式下，所述装置消耗功率从而以压缩气体的形式存储能量。压缩机/膨胀机5102通过联动装置5132接收来自马达/发电机5130的能量，马达/发电机5130驱动构件5106移动从而压缩通过阀门5112从低压侧导管5110进入腔5108中的 气体。 [1453] 在压缩期间，所述腔内的气体经历温度升高。为了使该压缩以热力学效率高的方式进行，本发明的实施例通过将液滴喷到所述腔中来产生液气混合物。在压缩时该液气混合物的液体成分从气体接收热能，由此减小任何温度上升的幅度。 [1454] 压缩后的气体随后流经阀门5122到高压侧导管5120，然后流经分离器部件5124（可以包括多个分离器）到存储单元5126。从所述混合物中去除的液体容纳在蓄液器5125中，液体从蓄液器5125通过经热交换器5150暴露到散热器5140，可以被冷却，然后被泵5134驱动从而再注入到所述含有用于压缩的额外气体的腔中。 [1455] 在系统5100的另一个操作模式下，通过压缩气体的膨胀来恢复能量。压缩机/膨胀机5102通过高压侧导管5120和阀门5122接收来自存储单元5126的压缩气体，然后使得该压缩气体在腔5108中膨胀，从而使可移动部件5106移动。膨胀后的空气作为废气流过阀门5112和低压侧导管5110。马达/发电机5130用作发电机，接收所述可移动部件的动作产生的能量，并且输出电功率。 [1456] 在膨胀期间，所述腔内的气体经历温度降低。为了使该膨胀以热力学效率高的方式进行，本发明的实施例通过将液滴喷到所述腔中来产生液气混合物。在膨胀期间该液气混合物的液体成分向气体传递热量，由此减小任何温度降低的幅度。 [1457] 膨胀之后，所述液气混合物经过阀门5112和低压侧导管5110流到液体分离器5114。从所述混合物中去除的液体容纳在蓄液器5115中，液体在蓄液器5115中通过热交换器5152暴露给热源5154从而被加热，然后被泵5134驱动从而再注入到所述含有用于膨胀的额外的压缩气体的腔中。 [1458] 尽管图51的特定实施例示出了安置有在垂直方向动作的单个活塞并且经由包含两个阀门的阀门组可以进入的汽缸，但本发明不限于该特定构造。根据本发明的实施例可以采用其它构造，例如，如同之前已经详细描述的，在水平方向可移动的并且安置在包含四个阀门的阀门和汽缸组件中的双作用活塞。 [1459] 如以上详细描述的，根据本发明的用于存储和复原系统和方法的实施例特别适用于与包括处理器和计算机可读存储介质的主机相结合实施。这种处理器和计算机可读存储介质可以嵌入所述装置中，和/或可以通过外部输入/输出设备进行控制或监控。 [1460] 图52是示意图，示出所述处理器/控制器以及由所述处理器/控制器所接收的各种输入、所执行的功能和所产生的输出之间的关系。如图所示，处理器可以基于一个或多个输入来控制所述装置的各种的操作属性。如以上所详细描述的，这些操作参数包括但不限于打开/关闭气流阀门和液流阀门的时序。 [1461] 之前描述的图20-20A示出了根据本发明一个实施例的用于处理信号的计算机设备的简化图。这个图仅仅是个例子，在此不应当限制权利要求的范围。本领域技术人员应当理解可以有许多其它变型、修改和替换。根据本发明的实施例可以以单个应用程序（诸如浏览器）的方式实现，或者可以实现为分布式计算环境（诸如客户端服务器关系中的工作站、个人计算机或远程终端）中的多个程序。 [1462] 由于其普遍性和热容量大，液态水是用来与散热器或热源进行热能交换的一种常用介质。然而，液态水的热交换特性受到相变的限制。 [1463] 例如，在经历相变到气体之前，液态水在室温下可以从压缩气体吸收热量并且经受大约高于+80℃的正的温度变化。然而，在经历相变到固体之前，室温的液态水可以向膨胀气体传递热量并且经受大约低于-15℃的负的温度变化。 [1464] 可获得的温度降的这个更小的范围可以起到在用于气体膨胀的多级装置的任意一级的操作中的限制作用。然而，本发明的实施例不限于使用液态水作为热交换介质。其它实施例可以采用其它流体来进行热交换，并且保持在本发明的范围内。例如，基于存在的丙二醇的相对量，丙二醇溶液的凝固点可以远远低于液态水的凝固点。这种替代的热交换介质可以用于不适于以纯液态水的流动方式处理的环境，例如，在高纬度地区或高海拔地区。 [1466] 以上所示出和描述的特定实施例，描绘了一个系统，在该系统中，气体被引入并且排出到外部环境。这样的系统的例子是一个基于大气的压缩和膨胀的系统。 [1467] 然而，本发明不限于这些实施例。替换实施例可以适用于封闭系统，其中，进入该系统用于压缩的气体是在先前膨胀过程中所排放的气体。这种系统的一个例子是压缩气体包含的气体不是空气，例如，显示出良好的热容量的氦气或其它气体。 [1468] 在开放系统或封闭系统中，根据本发明某些实施例的可以被压缩、膨胀或压缩和膨胀的气体的例子包括但不限于以下气体（ASHRAE= 美国采暖、制冷与空调工程师学会（American Society of Heating,Refrigerating,and Air-Conditioning Engineers））： [1469] (ASHRAE序号/名称/分子式/化学文摘登记号;出处): [1471] R-600a/异丁烷/CH(CH3)2CH3/75-28-5; [1472] R-601/戊烷/CH3CH2CH2CH2CH3/l09-66-0; [1473] R-601a/异戊烷/(CH3)2CHCH2CH3/78-78-4; [1474] R-610/乙醚/C2H5OC2H5/60-29-7; [1475] R-611/甲酸甲酯/C2H4O/107-31-3; [1476] R-630/甲胺/CH2NH2/74-89-5; [1477] R-631/乙胺/C2H5NH2/75-04-7; [1478] R-702/氢/H2/1333-74-0;R-704/氦/He/7440-59-7; [1479] R-717/氨/NH3/7664-41-7;R-718/水/H2O/7732-18-5; [1480] R-720/氖/Ne/7440-01-9; [1481] R-728/氮/N2/7727-37-9;R-732/氧/O2/7782-44-7; [1482] R-740/氩/Ar/7440-37-l;R-744/二氧化碳/CO2/124-38-9;R-744A/一氧化二氮/N2O/l0024-97-2; [1483] R-764/二氧化硫/SO2/7446-09-5;R-784/氪/Kr/7439-90-9; [1484] R-1112a/l,l-二氯-2,2-二氟乙烯/C2Cl2F2/79-35-6; [1485] R-1113/三氟氯乙烯/C2ClF3/79-38-9; [1486] R-1114/四氟乙烯/C2F4/116-14-3; [1487] R-1120/三氯乙烯/C2HCl3/79-01-6; [1488] R-1130/顺式-l,2-二氯乙烯/C2H2Cl2/156-59-2; [1489] R-1132/1,l-二氟乙烯/C2H2F2/75-38-7; [1490] R-1140/氯乙烯/C2H3Cl/75-01-4; [1491] R-1141/氟乙烯/C2H3F/75-02-5; [1492] R-1150/乙烯/C2H4/74-85-l; [1493] R-1216/六氟丙烯/C3F6/l16-15-4; [1494] NA/六氟丙烯三聚物/(C3F6)3/6792-31-0; [1495] R-1270/丙烯/C3H6/l15-07-1; [1496] R-10/四氯甲烷/CCl4/56-23-5; [1497] R-I l/三氯氟甲烷/CCl3F/75-69-4; [1498] R-12/二氯二氟甲烷/CCl2F2/75-71-8; [1499] R-12B1/溴氯二氟甲烷/CBrClF2/353-59-3; [1500] R-12B2/二氟二溴甲烷/CBr2F2/75-61-6; [1501] R-13/氯三氟甲烷/CClF3/75-72-9; [1502] R-13Bl/三氟溴甲烷/CF3Br/75-63-8; [1503] R-14/四氟甲烷/CF4/75-73-0; [1504] R-20/三氯甲烷/CHCl3/67-66-3; [1505] R-21/二氯氟甲烷/CHFCl2/75-43-4; [1506] R-22/一氯二氟甲烷/CHClF2/75-45-6; [1507] R-22Bl/溴二氟甲烷/CHBrF2/1511-62-2; [1508] R-23/三氟甲烷/CHF3/75-46-7; [1509] R-30/二氯甲烷/CH2Cl2/75-09-2; [1510] R-31/氯氟甲烷/CH2FCl/593-70-4; [1511] R-32/二氟甲烷/CH2F2/75-10-5; [1512] R-40/氯甲烷/CH3Cl/74-87-3; [1513] R-41/氟甲烷/CH3F/593-53-3;R-50/甲烷/CH4/74-82-8; [1514] R-110/六氯乙烷/C2Cl6/67-72-l; [1515] R-111/五氯氟乙烷/C2FCl5/354-56-3 [1516] R-112/1,1,2,2-四氟-1,2-二氟乙烷/C2F2Cl4/76-12-0; [1517] R-112a/l,l,l,2-四氟-2,2-二氟乙烷/C2F2Cl4/76-11-9; [1518] R-113/1,1,2-三氟三氯乙烷/C2F3Cl3/76-13-1; [1519] R-113a/l,l,l-三氟三氯乙烷/C2F3Cl3/354-58-5; [1520] R-114/1,2-二氯四氟乙烷/C2F4Cl2/76-14-2; [1521] R-114a/l,1-二氯四氟乙烷/C2F4Cl2/374-07-2; [1522] R-114B2/二溴四氟乙烷/C2F4Br2/124-73-2; [1523] R-115/氯五氟乙烷,/C2F5Cl/76-15-3; [1524] R-116/六氟乙烷/C2F6/76-16-4; [1525] R-120/五氯乙烷/C2HCl5/76-01-7; [1526] R-121/l,l,2,2-四氟-l-氟乙烷/C2HFCl4/354-14-3; [1527] R-121a/1,1,1,2-四氟-2-氟乙烷/C2HFCl4/354-11-0; [1528] R-122/1,1,2-三氯-2,2-二氟乙烷/C2HF2Cl3/354-21-2; [1529] R-122a/l,1,2-三氯-1,2-二氟乙烷/C2HF2Cl3/354-15-4; [1530] R-122b/1,1,1-三氯-2,2-二氟乙烷/C2HF2Cl3/354-12-1; [1531] R-123/2,2-二氯-1,1,1-三氟乙烷/C2HF3Cl2/306-83-2; [1532] R-123a/1,2-二氯-1,1,2-三氟乙烷/C2HF3Cl2/354-23-4; [1533] R-123b/l,l-二氯-l,2,2-三氟乙烷/C2HF3Cl2/812-04-4; [1534] R-124/2-氯-1,1,1,2-四氟乙烷/C2HF4Cl/2837-89-0; [1535] R-124a/l-氯-l,l,2,2-四氟乙烷/C2HF4Cl/354-25-6; [1536] R-125/五氟乙烷/C2HF5/354-33-6; [1537] R-E125/(二氟甲氧基)(三氟)甲烷/C2HF5O/3822-68-2; [1538] R-130/1,1,2,2-四氯乙烷/C2H2Cl4/79-34-5; [1539] R-130a/1,1,1,2-四氯乙烷/C2H2Cl4/630-20-6; [1540] R-131/l,l,2-三氯-2-氟乙烷/C2H2FCl3/359-28-4; [1541] R-131a/1,1,2-三氯-1-氟乙烷/C2H2FCl3/811-95-0; [1542] R-131b/1,1,1-三氯-2-氟乙烷/C2H2FCl3/2366-36-l; [1543] R-132/二氯二氟乙烷/C2H2F2Cl2/25915-78-0; [1544] R-132a/1,1-二氯-2,2-二氟乙烷/C2H2F2Cl2/471-43-2; [1545] R-132b/1,2-二氯-1,1-二氟乙烷/C2H2F2Cl2/l649-08-7; [1546] R-132c/1,1-二氯-1,2-二氟乙烷/C2H2F2Cl2/l842-05-3; [1547] R-132bB2/1,2-二溴-1,1-二氟乙烷/C2H2Br2F2/75-82-1; [1548] R-133/1-氯-1,2,2-三氟乙烷/C2H2F3Cl/431-07-2; [1549] R-133a/l-氯-2,2,2-三氟乙烷/C2H2F3Cl/75-88-7; [1550] R-133b/l-氯-1,1,2-三氟乙烷/C2H2F3Cl/421-04-5; [1551] R-134/l,l,2,2-四氟乙烷/C2H2F4/359-35-3; [1552] R-134a/l,1,1,2-四氟乙烷/C2H2F4/811-97-2; [1553] R-E134/双(二氟甲基)醚/C2H2F4O/l691-17-4; [1554] R-140/l,l,2-三氯乙烷/C2H3Cl3/79-00-5; [1555] R-140a/l,l,l-三氯乙烷/C2H3Cl3/71-55-6; [1556] R-141/l,2-二氯-l-氟乙烷/C2H3FCl2/430-57-9; [1557] R-141B2/l,2-二溴-l-氟乙烷/C2H3Br2F/358-97-4; [1558] R-141a/1,1-二氯-2-氟乙烷/C2H3FCl2/430-53-5; [1559] R-141b/l,l-二氯-l-氟乙烷/C2H3FCl2/1717-00-6; [1560] R-142/Chloro二氟乙烷/C2H3F2Cl/25497-29-4; [1561] R-142a/l-氯-l,2-二氟乙烷/C2H3F2Cl/25497-29-4; [1562] R-142b/l-氯-l,l-二氟乙烷/C2H3F2Cl/75-68-3; [1563] R-143/l,l,2-三氟乙烷/C2H3F3/430-66-0300; [1564] R-143a/l,l,l-三氟乙烷/C2H3F3/420-46-23,800; [1565] R-143m/甲基三氟甲基醚/C2H3F3O/421-14-7; [1566] R-E143a/2,2,2-三氟乙基甲基醚/C3H5F3O/460-43-5; [1567] R-150/1,2-二氯乙烷/C2H4Cl2/l07-06-2; [1568] R-150a/l,l-二氯乙烷/C2H4Cl2/75-34-3; [1569] R-151/氯氟乙烷/C2H4ClF/110587-14-9; [1570] R-151a/1-氯-1-氟乙烷/C2H4ClF/l615-75-4; [1571] R-152/1,2-二氟乙烷/C2H4F2/624-72-6; [1572] R-152a/l,1-二氟乙烷/C2H4F2/75-37-6; [1573] R-160/氯乙烷/C2H5Cl/75-00-3; [1574] R-161/氟乙烷/C2H5F/353-36-6; [1575] R-170/乙烷/C2H6/74-84-0; [1576] R-211/l,l,l,2,2,3,3-七氯-3-氟丙烷/C3FCl7/422-78-6; [1577] R-212/六氯二氟丙烷/C3F2Cl6/76546-99-3; [1578] R-213/l,l,l,3,3-五氯-2,2,3-三氟丙烷/C3F3Cl5/2354-06-5; [1579] R-214/l,2,2,3-四氯-l,l,3,3-四氟丙烷/C3F4Cl4/2268-46-4; [1580] R-215/l,l,l-三氯-2,2,3,3,3-五氟丙烷/C3F5Cl3/4259-43-2; [1581] R-216/1,2-二氯-l,l,2,3,3,3-六氟丙烷/C3F6Cl2/661-97-2; [1582] R-216ca/1,3-二氯-1,1,2,2,3,3-六氟丙烷/C3F6Cl2/662-01-1; [1583] R-217/1-氯-1,1,2,2,3,3,3-七氟丙烷/C3F7Cl/422-86-6; [1584] R-217ba/2-氯-l,l,l,2,3,3,3-七氟丙烷/C3F7Cl/76-18-6; [1585] R-218/八氟丙烷/C3F8/76-19-7; [1586] R-221/1,1,1,2,2,3-六氯-3-氟丙烷/C3HFCl6/422-26-4; [1587] R-222/五氯二氟丙烷/C3HF2Cl5/134237-36-8; [1588] R-222c/1,1,1,3,3-五氯-2,2-二氟丙烷/C3HF2Cl5/422-49-1; [1589] R-223/四氯三氟丙烷/C3HF3Cl4/134237-37-9; [1590] R-223ca/1,1,3,3-四氯-1,2,2-三氟丙烷/C3HF3Cl4/422-52-6; [1591] R-223cb/l,1,1,3-四氯-2,2,3-三氟丙烷/C3HF3Cl4/422-50-4; [1592] R-224/三氯四氟丙烷/C3HF4Cl3/134237-38-0; [1593] R-224ca/l,3,3-三氯-l,l,2,2-四氟丙烷/C3HF4Cl3/422-54-8; [1594] R-224cb/l,1,3-三氯-l,2,2,3-四氟丙烷/C3HF4Cl3/422-53-7; [1595] R-224cc/l,l,l-三氯-2,2,3,3-四氟丙烷/C3HF4Cl3/422-51-5; [1596] R-225/二氯五氟丙烷/C3HF5Cl2/127564-92-5; [1597] R-225aa/2,2-二氯-l,l,l,3,3-五氟丙烷/C3HF5Cl2/128903-21-9; [1598] R-225ba/2,3-二氯-l,l,l,2,3-五氟丙烷/C3HF5Cl2/422-48-0; [1599] R-225bb/l,2-二氯-l,l,2,3,3-五氟丙烷/C3HF5Cl2/422-44-6; [1600] R-225ca/3,3-二氯-l,l,l,2,2-五氟丙烷/C3HF5Cl2/422-56-0; [1601] R-225cb/l,3-二氯-l,l,2,2,3-五氟丙烷/C3HF5Cl2/507-55-l; [1602] R-225cc/l,l-二氯-l,2,2,3,3-五氟丙烷/C3HF5Cl2/13474-88-9; [1603] R-225da/l,2-二氯-l,l,3,3,3-五氟丙烷/C3HF5Cl2/431-86-7; [1604] R-225ea/l,3-二氯-l,l,2,3,3-五氟丙烷/C3HF5Cl2/136013-79-l; [1605] R-225eb/l,l-二氯-l,2,3,3,3-五氟丙烷/C3HF5Cl2/l11512-56-2; [1606] R-226/氯六氟丙烷/C3HF6Cl/134308-72-8; [1607] R-226ba/2-氯-l,l,l,2,3,3-六氟丙烷/C3HF6Cl/51346-64-6; [1608] R-226ca/3-氯-l,1,1,2,2,3-六氟丙烷/C3HF6Cl/422-57-1; [1609] R-226cb/l-氯-l,l,2,2,3,3-六氟丙烷/C3HF6Cl/422-55-9; [1610] R-226da/2-氯-l,l,l,3,3,3-六氟丙烷/C3HF6Cl/431-87-8; [1611] R-226ea/l-氯-l,l,2,3,3,3-六氟丙烷/C3HF6Cl/359-58-0; [1612] R-227ca/l,l,2,2,3,3,3-七氟丙烷/C3HF7/2252-84-8; [1613] R-227ca2/三氟甲基1,1,2,2-四氟乙基醚/C3HF7O/2356-61-8; [1614] R-227ea/l,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷/C3HF7/431-89-0; [1615] R-227me/三氟甲基1,2,2,2-四氟乙基醚/C3HF7O/2356-62-9; [1616] R-231/五氯氟丙烷/C3H2FCl5/134190-48-0; [1617] R-232/四氯二氟丙烷/C3H2F2Cl4/l34237-39-1; [1618] R-232ca/l,l,3,3-四氯-2,2-二氟丙烷/C3H2F2Cl4/l112-14-7; [1619] R-232cb/l,1,1,3-四氯-2,2-二氟丙烷/C3H2F2Cl4/677-54-3; [1620] R-233/三氯三氟丙烷/C3H2F3Cl3/134237-40-4; [1621] R-233ca/l,l,3-三氯-2,2,3-三氟丙烷/C3H2F3Cl3/131221-36-8; [1622] R-233cb/l,l,3-三氯-l,2,2-三氟丙烷/C3H2F3Cl3/421-99-8; [1623] R-233cc/l,l,l-三氯-2,2,3-三氟丙烷/C3H2F3Cl3/131211-71-7; [1624] R-234/二氯四氟丙烷/C3H2F4Cl2/127564-83-4; [1625] R-234aa/2,2-二氯-l,l,3,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/17705-30-5; [1626] R-234ab/2,2-二氯-l,l,l,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/149329-24-8; [1627] R-234ba/l,2-二氯-l,2,3,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/425-94-5; [1628] R-234bb/2,3-二氯-l,1,1,2-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/149329-25-9; [1629] R-234bc/1,2-二氯-l,l,2,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/149329-26-0; [1630] R-234ca/1,3-二氯-l,2,2,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/70341-81-0; [1631] R-234cb/1,1-二氯-2,2,3,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/4071-01-6; [1632] R-234cc/1,3-二氯-1,1,2,2-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/422-00-5; [1633] R-234cd/1,1-二氯-1,2,2,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/70192-63-1; [1634] R-234da/2,3-二氯-l,l,l,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/146916-90-7; [1635] R-234fa/1,3-二氯-l,1,3,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/76140-39-l; [1636] R-234fb/l,l-二氯-l,3,3,3-四氟丙烷/C3H2F4Cl2/64712-27-2; [1637] R-235/氯五氟丙烷/C3H2F5Cl/l34237-41-5; [1638] R-235ca/l-氯-l,2,2,3,3-五氟丙烷/C3H2F5Cl/28103-66-4; [1639] R-235cb/3-氯-l,1,1,2,3-五氟丙烷/C3H2F5Cl/422-02-6; [1640] R-235cc/l-氯-l,l,2,2,3-五氟丙烷/C3H2F5Cl/679-99-2; [1641] R-235da/2-氯-l,l,l,3,3-五氟丙烷/C3H2F5Cl/134251-06-2; [1642] R-235fa/l-氯-l,l,3,3,3-五氟丙烷/C3H2F5Cl/677-55-4; [1643] R-236cb/l,1,1,2,2,3-六氟丙烷/C3H2F6/677-56-5; [1644] R-236ea/l,1,1,2,3,3-六氟丙烷/C3H2F6/431-63-0; [1645] R-236fa/1,1,1,3,3,3-六氟丙烷/C3H2F6/690-39-1; [1646] R-236me/l,2,2,2-四氟乙基二氟甲基醚/C3H2F6O/57041-67-5; [1647] R-FE-36/六氟丙烷/C3H2F6/359-58-0; [1648] R-241/四氯氟丙烷/C3H3FCl4/134190-49-1; [1649] R-242/三氯二氟丙烷/C3H3F2Cl3/134237-42-6; [1650] R-243/二氯三氟丙烷/C3H3F3Cl2/134237-43-7; [1651] R-243ca/l,3-二氯-l,2,2-三氟丙烷/C3H3F3Cl2/67406-68-2; [1652] R-243cb/l,l-二氯-2,2,3-三氟丙烷/C3H3F3Cl2/70192-70-0; [1653] R-243cc/l,l-二氯-l,2,2-三氟丙烷/C3H3F3Cl2/7125-99-7; [1654] R-243da/2,3-二氯-l,l,l-三氟丙烷/C3H3F3Cl2/338-75-0; [1655] R-243ea/l,3-二氯-l,2,3-三氟丙烷/C3H3F3Cl2/151771-08-3; [1656] R-243ec/l,3-二氯-l,l,2-三氟丙烷/C3H3F3Cl2/149329-27-l; [1657] R-244/氯四氟丙烷/C3H3F4Cl/l34190-50-4; [1658] R-244ba/2-氯-l,2,3,3-四氟丙烷/C3H3F4Cl; [1659] R-244bb/2-氯-l,1,1,2-四氟丙烷/C3H3F4Cl/421-73-8; [1660] R-244ca/3-氯-l,l,2,2-四氟丙烷/C3H3F4Cl/679-85-6; [1661] R-244cb/l-氯-l,2,2,3-四氟丙烷/C3H3F4Cl/67406-66-0; [1662] R-244cc/l-氯-l,l,2,2-四氟丙烷/C3H3F4Cl/421-75-0; [1663] R-244da/2-氯-l,l,3,3-四氟丙烷/C3H3F4Cl/19041-02-2; [1664] R-244db/2-氯-l,l,l,3-四氟丙烷/C3H3F4Cl/l17970-90-8; [1665] R-244ea/3-氯-1,1,2,3-四氟丙烷/C3H3F4Cl; [1666] R-244eb/3-氯-l,1,1,2-四氟丙烷/C3H3F4Cl; [1667] R-244ec/l-氯-l,l,2,3-四氟丙烷/C3H3F4Cl; [1668] R-244fa/3-氯-1,1,1,3-四氟丙烷/C3H3F4Cl; [1669] R-244fb/l-氯-l,l,3,3-四氟丙烷/C3H3F4Cl/2730-64-5; [1670] R-245ca/l,1,2,2,3-五氟丙烷/C3H3F5/679-86-7560; [1671] R-245cb/五氟丙烷/C3H3F5/l814-88-6; [1672] R-245ea/l,1,2,3,3-五氟丙烷/C3H3F5/24270-66-4; [1673] R-245eb/l,l,l,2,3-五氟丙烷/C3H3F5/431-31-2; [1674] R-245fa/l,1,1,3,3-五氟丙烷/C3H3F5/460-73-l; [1675] R-245mc/甲基五氟乙基醚/C3H3F5O/22410-44-2; [1676] R-245mf/二氟甲基l2,2,2-三氟乙基醚/C3H3F5O/l885-48-9; [1677] R-245qc/二氟甲基l1,1,2-三氟乙基醚/C3H3F5O/69948-24-9; [1678] R-251/三氯氟丙烷/C3H4FCl3/134190-51-5; [1679] R-252/二氯二氟丙烷/C3H4F2Cl2/l34190-52-6; [1680] R-252ca/l,3-二氯-2,2-二氟丙烷/C3H4F2Cl2/l112-36-3; [1681] R-252cb/l,l-二氯-2,2-二氟丙烷/C3H4F2Cl2/l112-01-2; [1682] R-252dc/l,2-二氯-1,1-二氟丙烷/C3H4F2Cl2; [1683] R-252ec/l,1-二氯-1,2-二氟丙烷/C3H4F2Cl2; [1684] R-253/氯三氟丙烷/C3H4F3Cl134237-44-8; [1685] R-253ba/2-氯-l,2,3-三氟丙烷/C3H4F3Cl; [1686] R-253bb/2-氯-l,1,2-三氟丙烷/C3H4F3Cl; [1687] R-253ca/l-氯-2,2,3-三氟丙烷/C3H4F3Cl/56758-54-4; [1688] R-253cb/l-氯-l,2,2-三氟丙烷/C3H4F3Cl/70192-76-6; [1689] R-253ea/3-氯-1,1,2-三氟丙烷/C3H4F3Cl; [1690] R-253eb/l-氯-l,2,3-三氟丙烷/C3H4F3Cl; [1691] R-253ec/l-氯-1,1,2-三氟丙烷/C3H4F3Cl; [1692] R-253fa/3-氯-l,3,3-三氟丙烷/C3H4F3Cl; [1693] R-253fb/3-氯-1,1,1-三氟丙烷/C3H4F3Cl/460-35-5; [1694] R-253fc/1-氯-1,1,3-三氟丙烷/C3H4F3Cl; [1695] R-254cb/l,1,2,2-四氟丙烷/C3H4F4/40723-63-5; [1696] R-254pc/甲基1,1,2,2-四氟乙基醚/C3H4F4O/425-88-7; [1697] R-261/二氯氟丙烷/CSHSFCl2/l34237-45-9; [1698] R-261ba/l,2-二氯-2-氟丙烷/C3H5FCl2/420-97-3; [1699] R-262/氯二氟丙烷/C3H5F2Cl/l34190-53-7; [1700] R-262ca/l-氯-2,2-二氟丙烷/C3H5F2Cl/420-99-5; [1701] R-262fa/3-氯-1,1-二氟丙烷/C3H5F2Cl; [1702] R-262fb/l-氯-1,3-二氟丙烷/C3H5F2Cl; [1703] R-263/三氟丙烷/C3H5F3; [1704] R-271/氯氟丙烷/C3H6FCyi34190-54-8; [1705] R-271b/2-氯-2-氟丙烷/C3H6FCl/420-44-0; [1706] R-271d/2-氯-1-氟丙烷/C3H6FCl; [1707] R-271fb/1-氯-1-氟丙烷/C3H6FCl; [1708] R-272/二氟丙烷/C3H6F2; [1709] R-281/氟丙烷/C3H7F; [1710] R-290/丙烷/C3H8/74-98-6; [1711] R-C316/二氯六氟环丁烷/C4Cl2F6/356-18-3; [1712] R-C317/氯七氟环丁烷/C4ClF7/377-41-3; [1713] R-C318/八氟环丁烷/C4F8/115-25-3; [1714] R-3-1-10/全氟丁烷/C4F10; [1715] R-329ccb/375-17-7; [1716] R-338eea/75995-72-1; [1717] R-347ccd/662-00-0; [1718] R-347mcc/全氟丙基甲基醚/C4H3F7O/375-03-l; [1719] R-347mmy/七氟异丙基甲基醚/C4H3F7O/22052-84-2; [1720] R-356mcf/ [1721] R-356mffm/ [1722] R-365mfc/l,1,1,3,3-五氟丁烷/C4H5F5 [1723] FC-72/全氟己烷/C6F14355-42-0 [1724] R-400R-12/R-114(60/40wt%)二元混合 [1725] R-401A R-22/R-152a/R-124(53/13/34) [1726] R-401B R-22/R-152a/R-124(61/11/28) [1727] R-401C R-22/R-152a/R-124(33/15/52) [1728] R-402A R-125/R-290/R-22(60/2/38) [1729] R-402B R-125/R-290/R-22(38/2/60) [1730] R-403A R-290/R-22/R-218(5/75/20) [1731] R-403B R-290/R-22/R-218(5/56/39) [1732] R-404A R-125/R-143a/R-134a(44/52/4) [1733] R-405A R-22/R-152a/R-142b/R-C318(45/7/5.5/42.5) [1734] R-406A R-22/R-600a/R-142b(55/04/41) [1735] R-407A R-32/R-125/R-134a(20/40/40) [1736] R-407B R-32/R-125/R-134a(10/70/20) [1737] R.407C R-32/R-125/R-134a(23/25/52) [1738] R-407D R-32/R-125/R-134a(15/15/70) [1739] R-407E R-32/R-125/R-134a(25/15/60) [1740] R-408A R-125/R-143a/R-22(7/46/47) [1741] R-409A R-22/R-124/R-142b(60/25/15) [1742] R-409B R-22/R-124/R-142b(65/25/10) [1743] R-410A R-32/R-125(50/50) [1744] R-410B R-32/R-125(45/55) [1745] R-41IA R-1270/R-22/R-152a(1.5/87.5/11) [1746] R-41IB R-1270/R-22/R-152a(3/94/3) [1747] R-412A R-22/R-218/R-142b(70/5/25) [1748] R-413A R-218/R-134a/R-600a(9/88/3) [1749] R.414A R-22/R-124/R-600a/R-142b(51/28.5/4.0/16.5)R-414BR-22/R-124/R-600a/R-142b(50/39/1.5/9.5) [1750] R-415A R-22/R-152a(82/18) [1751] R-415B R-22/R-152a(25/75) [1752] R-416A R-134a/R-124/R-600(59/39.5/1.5) [1753] R-417A R-125/R-134a/R-600(46.6/50.0/3.4) [1754] R-418A R-290/R-22/R-152a(1.5/96/2.5) [1755] R-419A R-125/R-134a/R-E170(77/19/4) [1756] R-420A R-134a/R-142b(88/12) [1757] R-421A R-125/R-134a(58/42) [1758] R-421B R-125/R-134a(85/15) [1759] R-422A R-125/R-134a/R-600a(85.1/11.5/3.4) [1760] R-422B R-125/R-134a/R-600a(55/42/3) [1761] R-422C R-125/R-134a/R-600a(82/15/3) [1762] R-422D R-125/R-134a/R-600a(65.1/31.5/3.4) [1763] R-423A R-134a/R-227ea(52.5/47.5) [1764] R-424A R-125/R-134a/R-600a/R-600/R-601a(50.5/47/.9/1/.6) [1765] R-425A R-32/R-134a/R-227ea(18.5/69.5/12) [1766] R-426A R-125/R-134a/R-600/R-601a(5.1/93/1.3/.6) [1767] R-427A R-32/R-125/R-143a/R-134a(15/25/10/50) [1768] R-428A R-125/R-143a/R-290/R-600a(77.5/20/.6/1.9)R-500R-12/R-152a(73.8/26.2) [1769] R-501R-22/R-12(75/25) [1770] R-502R-22/R-115(48.8/51.2) [1771] R-503R-23/R-13(40.1/59.9) [1772] R-504R-32/R-115(48.2/51.8) [1773] R-505R-12/R-31(78/22) [1774] R-506R-31/R-114(55.1/44.9) [1775] R-507R-125/R-143a(50/50) [1776] R-508A R-23/R-116(39/61) [1777] R-508B R-23/R-116(46/54) [1778] R-509A R-22/R-218(44/56) [1779] 在本发明的某些实施例中，一种或多种上述气体的混合物可以经受压缩、膨胀或者压缩和膨胀。这种气体混合物的一个例子是通常用于燃烧的天然气。 [1780] 根据本发明的某些实施例，用于做有用功的能量可以通过流经网络的压缩气体（诸如天然气）的膨胀来复原。例如，传统的“城市供气计量站（city gate）”或者其它被动调压器使得气体能够从较高压强向较低压强自由地膨胀。所产生的低压气体具有更高的熵，意味着能从它得到的功更少。 [1781] 在某些应用中，可能需要最小化在气体中获得的功的损失。这种应用的一个例子发生在经由城市供气计量站系统膨胀到城市压强（city pressure）的天然气管道中的气体膨胀期间。 [1782] 因此，本发明的实施例可以包括主动调节器，在该主动调节器中，气体在其膨胀时相对于活塞或其它可移动部件做机械功。该机械功可以用于操作发电机发电、或者驱动其它的一些机械系统。 [1783] 因此，图136中公开的主动调节器13600利用膨胀气体的压强来驱动活塞13602，而不是使气体自由膨胀。反之，可以利用所述活塞的这种移动以提供有用功。例如，在图136的实施例中，所述活塞转动曲柄轴13604以操作发电机13606，从而发电。 [1784] 为了最大化所述过程的效率并且防止在膨胀期间气体中的任何水分冻结，在膨胀期间将与气体共存的液体通过喷雾器13607喷到汽缸13608中。如上所述，该液体将热量传递到汽缸中，控制膨胀过程的温度，例如，使该温度接近恒定。 [1785] 膨胀的气液混合物经由阀门13610从汽缸中排出并且通过气液分离器13612。在被再次喷到汽缸中之前，所述液体被泵13613抽吸，经过热交换器13614恢复到接近环境温。 [1786] 刚刚描述的具体实施例在单个级中进行压缩或膨胀。然而，根据本发明的替换实施例可以采用顺序排列的一个以上的压缩和/或膨胀级。 [1787] 例如，当需要高于能利用机械或液压途径顺利地调节的压缩/膨胀率时，则可以采用多级式，通过所述机械或液压途径，机械功率转换到所述系统或通过所述系统转换出机械功率。 [1788] 图53A表示具有三级（即，第一级5324a、第二级5324b和第三级5324c）的用于压缩存储在罐5332中的空气的多级系统5320的实施例的高度简化图。类似地也可以构建具有更多或更少级的系统。如图53A所示的系统5320，在多级实施例中，一个压缩级的输出流到用于进一步压缩的下一个压缩级的入口，诸如此类，直到达到最终所需的存储压强。以这种方式，气体可以经过几级压缩达到仅仅利用一级压缩难以实现的最终压强。 [1789] 图53B表示根据本发明的多级专用压缩机装置5300的一个实施例的视图。具体地，图53B示出包括第一级5302、第二级5304和存储单元5332的系统5300。第一级5302包括通过压缩腔模块C01与分离器模块B1通流体的入口模块A0。第一级5302通过空气过滤器5350接收用于压缩的空气。 [1790] 第一级5302进而与包括入口模块A1的第二级5304通流体，该入口模块A1通过压缩模块C12与分离器模块B2通流体。第二级5304进而与存储单元5332通流体。 [1791] 图53BA、图53BB和图53BC示出了图53B的多级压缩装置的不同组件模块的简化图。具体地，入口模块Ax包括通过导管5312与脉动阻尼瓶5314通流体的进气口5306，脉动阻尼瓶5314与出口5315通流体。 [1792] 图53BB中示出了分离器模块By。分离器模块包括与液气分离器5332通流体的入口5330。由分离器分离出的液体流到储液器5334。来自所述分离器的气体被配置为流到所述分离器模块的出口5336。 [1793] 泵5338被构造为使液体从该储液器经液体阀门5341流到液体出口5340。液体阀门5341用于控制液体从所述分离器模块流出到所述压缩模块的喷雾器结构。该液流阀门的驱动可以用于将泵和储液器隔离以避免产生当所述腔内没有液体注入时发生的压强波动。在某些实施例中，所述液流导管可以与蓄能器结构（accumulator structure）连通，以阻尼压强改变。 [1794] 图53BC中示出了压缩模块Cxy。前面已经详细描述了压缩模块的一个实施例的架构。具体地，所述压缩模块包括与入口5352通流体并且通过阀门5356a和5356b与汽缸5354通流体的导管5350。导管5358通过阀门5357a和5357b与汽缸5354通流体，并且与出口5359通流体。 [1795] 双作用活塞5355被布置在汽缸5354中。双作用活塞与能量源（未示出）连通，并且双作用活塞的动作用于压缩所述汽缸内存在的气体。这种压缩在前面已经概括地示出并描述。 [1796] 喷雾器5343与所述汽缸通流体以便将液体引入汽缸。喷雾器5343从所述分离器模块的液体出口接收液体。在某些实施例中，可以最小化液流阀门与喷雾器之间的距离，从而减小释气的几率。 [1797] 在多级专用压缩机装置5300的第一级5302中，分离器模块B1的液体出口通过第一热交换器H.E.01与压缩模块C01通流体。在多级专用压缩机装置5300的第二级5304中，分离器模块B2的液体出口通过第二热交换器H.E.12与压缩模块C12的液体入口通流体。 [1798] 图53B的实施例因而可以利用级产生的压差，来促进液体的注入。具体地，图53B的实施例使分离出的液体流回具有先前低压级的压强减小的气流中。这样减小了液体注入所需的力，因而减小了泵使液体流动而消耗能量。 [1799] 根据本发明的专用多级压缩机装置不限于图53B所示的特定实施例。具体地，尽管图53B的实施例示出了在单个级中分离出的液体可回收用于再注入到气流的装置，但这不是本发明必需的。 [1800] 图53C示出了根据本发明的专用多级压缩机装置的替换实施例。在根据该实施例的系统5360中，注入到第一级的压缩腔5362的液体随后被分离器5364去除，然后流动用以再注入到下一级的压缩腔5366中。这种构造导致最终分离出的液体在罐5368中的聚积。图53C的实施例可以提供的益处在于，所压缩的气体的能量被保存，而没有被用于再注入到同一级的压缩腔中的流动液体所消耗。 [1801] 尽管图53A-C示出了经过多个级进行压缩，但本发明的实施例不限于这种方法。根据本发明的替换实施例也可以经过多个级进行膨胀，利用一个膨胀级的输出流到用于进一步膨胀的下一个膨胀级的入口，诸如此类，直到已经从所压缩气体复原了一定量的能量。 以这种方式，可以以仅仅在一个级中利用膨胀难以获得的方式来从经过几个级膨胀的气体中复原能量。 [1802] 图54表示根据本发明的多级专用膨胀机的一个实施例的详细图。具体地，图54示出了包括存储单元5432、第一级5462和第二级5464的装置5460。第一级5462包括通过膨胀模块E34与分离器模块B4通流体的入口模块A3。第一级5462从存储单元5432接收用于压缩的空气。 [1803] 第一级5462进而与第二级5464通流体。第二级5464包括通过膨胀模块E23与分离器模块B3通流体的入口模块A2。第二级5464进而与出口5457通流体。 [1804] 多级专用膨胀机5460的某些不同组件模块也可以如上面的图53BA、图53BB表示。专用膨胀装置5460还包括图54A中所示的膨胀模块Exy。 [1805] 前面已经描述了这种膨胀模块的一个实施例的架构和操作。具体地，所述膨胀模块包括与入口5459通流体并且通过阀门5467a和5467b与汽缸5454通流体的导管5458。导管5450通过阀门5466a和5466b与汽缸5454通流体，并且与出口5452通流体。 [1806] 双作用活塞5455被布置在汽缸5354中。双作用活塞与例如发电机的用于将机械能转换为能量的装置（未示出）连通。所述汽缸内的空气膨胀用于驱动所述活塞的动作。这种膨胀在前面已经概括地示出并描述。 [1807] 在多级专用膨胀机装置5460的第一级5462中，分离器模块B4的液体出口通过第一热交换器H.E.43与膨胀模块E34的腔通流体。在多级专用膨胀机装置5460的第二级5464中，分离器模块B3的液体出口通过第二热交换器H.E.32与膨胀模块E23的腔通流体。 [1808] 根据本发明的专用多级膨胀机装置不限于图54所示的特定实施例。具体地，尽管图54的实施例示出了在单个级中分离出的液体可回收用于再注入到气流的装置，但这不是本发明必需的。 [1809] 图55示出了根据本发明的专用多级膨胀机装置的替换实施例。在根据该实施例的系统5500中，注入到第一级的膨胀腔5502的液体随后被分离器5504去除，然后流动用以再注入到下一级的膨胀腔5506中。这种构造导致分离器5507使最终分离出的液体在罐5508中的聚积。 [1810] 图55的实施例不需要液体克服压差被注入。在图54A的特定实施例中，所分离的液体流回到具有先前的高压级的升高的压强的进气流。相比之下，图55的实施例使所分离的液体注入进入下一级的膨胀气体中，减少了泵在使液体流动中所消耗的能量。 [1811] 尽管到目前为止已经描述的多级装置的实施例不是专用于压缩就是专用于膨胀，但是根据本发明的替换实施例也可以既进行压缩也进行膨胀。图56示出了这种压缩和膨胀都允许的两级装置的一个实施例的简化示意图。 [1812] 具体地，图56的实施例结合了一些设计特点以制造能够既进行压缩也进行膨胀的系统。系统5600的一个特征是通过三通阀5604来连接系统的某些部件。图56将三通阀的构造描绘为压缩模式中的实线和膨胀模式中的虚线。 [1813] 系统5600的一个特征是使用同一个蓄液器5605来容纳在压缩模式和膨胀模式中都用于引入的液体。具体地，在压缩过程中，利用蓄液器5605将液体注入通过前一级压缩已经处于高压的气体中。在膨胀过程中，利用蓄液器5605将气体注入在第一级的高压气体中。在具有通用于压缩和膨胀的混合腔的多级装置中，流到那些混合腔中的进入气体的压强大致相同，以便实现所需的气液混合。 [1814] 系统5600的又一特征是使用在一个或多个维度（这里，沿维度d）拉长的脉动阻尼瓶5606。脉动阻尼瓶5606的拉长的形状使得该瓶与相邻部件之间能建立多个连接，同时使得用于与那边相邻部件通流体的导管保持为短的。这个瓶子以与之前描述过的用于单级实施例的所述瓶子基本相同的方式起到抑制脉动的作用。 [1815] 图56是仅仅示意性地示出所拉长的脉动阻尼瓶的简化图，并且不应当认为所拉长的瓶子的形状限于这个或其它任何特定的外形。例如，脉动阻尼瓶的替换实施例可以包括一个或多个凸角或其它被拉长的特征。 [1816] 在压缩模式下操作时，在流到存储单元5632之前，气体通过入口5650进入系统5600，并且经历液体注入和压缩这两个连续的级。分离出的液体聚积在罐5635中，该罐 5635可以是隔热的，以便保存用于随后的再注入的热量，从而在膨胀模式下实现近乎等温膨胀。 [1817] 具体地，在膨胀模式下操作时，在出口5634处流出系统之前，来自存储单元5632的压缩气体经历液体注入和膨胀这两个连续的级。分离出的液体聚积在罐5636中，并且可以随后被再注入，从而在压缩模式下实现近乎等温压缩。 [1818] 在图56的系统的实施例中，以与图53C（专用压缩机）和图55（专用膨胀机）的实施例类似的方式，所分离出的液体的经过不同级的流动导致在最终分离器的聚积。这些实施例需要储液器更大，以容纳产生的方向性的液体流。这些聚积的液体可以通过将系统的操作模式倒转而流回它们最初的蓄液器。 [1819] 图57是示出了根据本发明的实施例的多级装置的简化图，该多级装置可配置为既进行压缩也进行膨胀。具体地，系统5700表示图56的实施例的变型，包括某些分离器部件与某些压缩/膨胀腔之间的额外的三通阀5702和额外的导管。图57再次将三通阀的构造描绘为压缩模式中的实线和膨胀模式中的虚线。 [1820] 尽管图57的实施例提供一些额外的阀门和导管的复杂性，但它可以消除某些部件。具体地，应当注意压缩和膨胀不是同时发生，因而图57的实施例的全部三个热交换器和泵不需要同时使用。因此，与图56的实施例的三个热交换器和三个泵相比，系统5700仅仅利用两个热交换器（H.E.1和H.E.2）和两个泵（5704）。 [1821] 此外，图57的实施例将液体限制为在一个级内循环。因此，液体的流动不会使液体聚积在一个蓄液器中，因此储液器不需要制造得象图56的实施例中的那么大。另外，图57的实施例在实现经过多级的液体注入时不会使压缩空气的能量减少。 [1822] 先前的某些实施例已经描述了使用一个或多个泵来使液体流动用于引入到正在经历压缩或膨胀的气体中。在某些实施例中，一个或多个这样的泵可以通过压缩或膨胀腔内存在的可移动部件（诸如活塞）来单独地进行驱动。例如，所述泵可以由电力进行驱动，该电力可以是或者可以不是由所述系统操作产生的。 [1823] 先前所讨论的实施例已经表明采用泵使液体流动通过系统，该泵可以是各种类型，包括非正排量泵，诸如离心机、隔膜或其它形式。然而，因为压缩腔或膨胀腔内的气压通常会变化，本发明的某些实施例可以得益于使用正排量泵来提供流到膨胀/压缩腔内的液体。 [1824] 因此，图85示出了使用以活塞8502在充满液体的汽缸8504内可移动的方式的正排量泵8500的实施例。液体经过阀门8508和导管8506流出汽缸8504，导管8506通向压缩和/或膨胀腔8510内的喷雾器8509。 [1825] 图85的正排量泵可以提供具有所需特性的液体流动。具体地，当活塞8514动作时，汽缸8510内的压强改变。如果喷嘴8509被供给固定压强的液体，则跨过喷嘴的压差会随着活塞冲程的过程而变化。 [1826] 因此，在某些时间，所述压差可能会高于所需要的（可能会浪费能量）。而在其它时候，压差可能会过低（使得喷雾无效因而降低压缩机的效率）。然而，通过用定量泵来驱动喷嘴，通过将泵控制为与压缩机活塞同步，可以使压差在整个冲程内保持为所需的值。 [1827] 在压缩过程中，活塞8514和8502相互同相地动作是有益的。在膨胀过程中，所述活塞以180°相差移动是有利的。在其它实施例中，其它的相位角可以是适当的。其它实施例可以利用泵与压缩机/膨胀机部件的异步动作而获得益处。 [1828] 除了在压缩/膨胀汽缸内压强改变时提供更均匀的液体流动之外，图85的特定实施例可以高效地利用可用能量。具体地，由于液体泵8500的活塞8502由与压缩/膨胀汽缸的活塞8514相同的物理联动装置8512（这里是曲柄轴）驱动，能量不会从第二源消耗，压缩/膨胀的初始能量也不需要转换为其它形式以便驱动液体的流动。 [1829] 尽管图85的特定实施例示出了液体从以活塞泵形式的正排量泵流到腔，但这不是本发明必需的。某些实施例可以采用其它形式的正排量泵来使液体流动，包括但不限于蠕动泵、腔式泵、齿轮泵或罗茨泵（roots-type pump）。 [1830] 根据本发明的系统的某些实施例可以利用多个液体泵。例如，图86示出了包括与正排量多级水泵通流体的非正排量（离心机）输送泵的压缩系统的实施例。如图所示，液体从输送泵到多级水泵的流动利用输送泵周围的比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative，PID)回路。PID回路被构造为保持进入多级水泵的目标压强（或诸如流速的其它参数）。 [1831] 尽管本发明的某些实施例可以采用泵来使液体流过整个系统，但在其它实施例中，可以不需要单独的液体泵结构。例如，图87示出了液体利用压缩或膨胀腔内的压强流动的实施例。 [1832] 具体地，在图87中，液体从蓄液器8700流入多级系统8708的级8706的腔8704的喷雾器8702。蓄液器8700包括含有气体的液面上空间8710，该气体的压强提供使液体流到喷雾器的力。 [1833] 详细地，液面上空间8710通过液流阀门网络8714选择性地与其它级8712的腔通气体。液流阀门网络8714基于通过控制器接收的输入被精确地驱动。 [1834] 在当另一级的气压足够强以使得液体从所述蓄液器流入腔8704中的时刻，液流阀门网络8714被操纵以使得液面上空间8712与其它级之间通气体。对液流阀门网络的精确控制可以允许传送仅仅使液体流动所需的压强的量，由此保存系统内的全部能量。 [1835] 在某些实施例中，通过可移动部件自身可以执行一个或多个气流阀门或液流阀门的功能。例如，被动端口阀门常规地用于两冲程内燃机。这些端口控制空气燃料混合物从曲轴箱到发生燃烧的汽缸的传输，以及燃烧气体从汽缸的排出。 [1836] 图84示出的实施例中活塞8400的垂直动作可以选择性地阻挡到腔8404的端口8402（这里是到压缩腔的气流进入口），由此高效地用作进气阀。在常规的两冲程电机的设计中已经采用了这种构造。 [1837] 通过消除对一些阀门结构的需要，这样的实施例可以简化所述装置的设计，潜在地降低成本和维护。避免需要某些阀门的实施例也可以有助于将液体，例如作为在上游混合腔中产生的液滴，引入腔中。具体地，消除若干部件（诸如阀门座、阀门板）（若不删除这些部件提供液滴可能聚集的表面）可以最终提高在压缩/膨胀过程中引入进行热交换的液体的质量（容积、速率、液滴尺寸均匀性、液滴数量等）。 [1838] 尽管图84的实施例示出了活塞的动作用于控制气体流入用于压缩的腔中，但本发明不限于该特定构造。其它实施例可以采用活塞的动作控制液体流入腔/从腔中流出，和/或控制进入或从发生膨胀或压缩的腔中排出的气体的流动。 [1839] 此外，尽管图84的特定实施例显示了具有对称形状的活塞和腔，但这不是本发明必需的。在替换实施例中，活塞和汽缸表面可以形成为允许原料的流动，同时实现诸如最小化死区和/或调节汽缸内其它阀门的驱动等目标。 [1840] 本发明利用端口阀门的实施例相比其它类型的阀门（诸如板阀和提升阀）可以呈现出一个或多个可能的好处。一个可能的好处是，除了移动构件自身，端口阀门没有活动件，因此比较便宜并且更可靠。利用端口阀门的系统的另一个可能的好处是端口阀门开度可以很大，允许高流速。 [1841] 又一个可能的好处是，气体可以穿过该端口阀门而不用必须快速转向或改变方向。这种构造可以进一步提高流速。该构造还可以允许气液溶胶（例如，在上游混合腔中已经产生的）在障碍最小的情况下穿过，由此更容易保持液滴夹带在气体中。 [1842] 被动端口阀门不能离开活塞或其它可移动部件而单独地进行控制。如果要离开可移动部件单独地控制该端口阀门或多个端口阀门，这也可以实现，例如通过使用经第二联动装置（曲柄轴或其它机构）控制的第二活塞（或其它类型的可移动部件）。 [1843] 例如，图139示出了系统13900的简化图，系统13900包括活塞执行机构13902以及在汽缸腔13906侧面的一个或多个的开口13904，汽缸腔13906与压缩/膨胀腔13908通流体。开口13904可以用于将气体（或气体和液滴的混合物）引入压缩/膨胀腔13908中。 [1844] 活塞执行机构可以与负责气体压缩或膨胀的移动构件13910（例如，活塞）独立地移动，并以与移动构件13910的移动相反的方向移动。 [1845] 在一些实施例中，致动器活塞可以通过与同一曲柄轴相连的机械联动装置或驱动可移动部件的其它机构进行操作。在这些实施例中，致动器活塞和可移动部件同步移动并且同时到达TDC。 [1846] 在一些实施例中，致动器活塞的时序不依赖于可移动部件的时序。这样可以允许对压缩/膨胀率和其它系统参数进行控制。 [1847] 一些利用被动端口阀门的实施例可以包括能够部分地挡住该端口的开口的可移动滑动窗。这样使得穿过该端口的气体或气液混合物的流动可以控制。这种流动控制可以进而使系统能量被“调节”，就是说，在操作过程中增大或减小。根据某些实施例，通过由计算机或机械控制的单独执行机构可以调节可移动滑动窗的活塞。 [1848] 尽管根据本发明的某些实施例在多个级中利用液体用于注入，但这不是必需的。例如，特定的多级实施例的一个或多个级可以完全不利用液体的引入。适用于这样的级中的可移动部件除了之前描述过的之外还包括常规的涡轮机、鼓风机和离心泵。 [1849] 此外，尽管某些多级装置的实施例可以利用多个级之间的相同液体的注入，但这不是本发明必需的，并且某些实施例的特征是在不同级中流入不同的液体。在一些这样的实施例中，例如，利用分离的、专用气液分离器、蓄液器和泵，可以保持这些液体在多个级之间完全不同。 [1850] 然而，根据替换实施例，在不同的级中可以流入共有一种或多种成分的不同液体。在这样的实施例中，可以分离出液体中非共同成分，使得公同成分在不同级之间循环。 [1851] 例如，在一些实施例中，一个或多个膨胀级可以利用净水作为液体注入，而其它膨胀级利用水-丙二醇溶液作为液体注入。在这样的实施例中，在使水在多个级之间流动之前，可以分离出丙二醇。 [1852] 此外，如上所述，单级或多级装置的一些实施例可以被构造为使用相同的一个（或多个）腔用来进行压缩和膨胀。这样的装置的某些实施例可以根据特定的操作模式而引入不同的液体。 [1853] 根据本发明的某些实施例，在一个级内和/或多个级之间，在压缩和膨胀过程中引入的这些不同的液体可以保持为分离的。并且在不同的液体共有共同成分时，可以采用液-液分离以使得液体成分在不同操作模式下在不同级之间或在同一级内循环。 [1854] 本发明的利用从液体中分离成分的实施例可以在图88中概括地描绘为包括液体流动和分离网络8800，用于接收来自分离器结构8802中从气体分离的液体。液体流动和分离网络8800可以包括选自导管、阀门、泵、蓄液器、热交换器、蓄能器、过滤器和分离器结构中的多种部件，这些部件以适当的组合布置。在某些实施例中，这种液体流动和分离网络可以与图87中的上述液体流动阀门网络相结合。 [1855] 在一些实施例中，可以由压缩机或膨胀机的动作形成的压差而产生驱动液体流经喷雾嘴或多个喷雾嘴进入汽缸中的动力。图138示出了这样的系统的实施例13800的简化图。 [1856] 在压缩的情形中，经气液分离器13802从气液混合物中分离出的液体处于比进入压缩腔的气体的压强更高的高压下。因此，从喷雾嘴13804的一边到另一边存在压差。 [1857] 在一些实施例中，该压差足以克服经过喷嘴的压降。系统可以被设计为提供合适的压差以使得要引入喷嘴的液体产生所需的喷雾。 [1858] 在一些实施例中，系统可以设计有变流量阀13806以提供合适的压差。系统的某些实施例可以设计有系统组件和几何结构的适当的选择，以实现合适的压差。 [1859] 一旦开始膨胀，从下一个更高压强的级流入的气液混合物的压强高于汽缸内的压强。由高压气体13810产生的该压差可以用于（和以上描述的压缩情况一样）驱动经气液分离器从气体中分离出的液体通过喷雾嘴。 [1860] 之前描述的一些实施例利用喷雾嘴结构在压缩或膨胀过程中将液体喷雾引入汽缸中。然而这不是本发明必需的，并且某些实施例可以利用其它类型的喷雾系统。 [1861] 例如，图137示出了一个这种装置13700的实施例的简化剖视图。具体地，当活塞靠近BDC时，液体13702经液体入口13708和阀门13710被引入活塞13704的顶部与喷嘴板13706之间的空间。 [1862] 在压缩过程中，当活塞被驱动从BDC朝向TDC动作时，活塞推动液体空间使其紧压着喷嘴板。将汽缸13720的顶部与喷嘴板连接的可压缩构件13712（例如弹簧）产生的力可以抵挡住喷嘴板的动作。 [1863] 由汽缸和弹簧施加的压力之间的压力差驱动液体通过喷嘴板中的孔口（孔口可以限定比简单的开口更复杂的内部空间）。这样在汽缸的上部产生了喷雾。 [1864] 在膨胀过程中，尽管方向相反，但是动作相似。在膨胀冲程的开始弹簧在靠近TDC处被压缩。由于弹簧扩展，它推动喷嘴板向下进入液体空间，驱动一部分液体穿过孔口以形成喷雾。 [1865] 本发明的实施例不需要将液体直接流入每级的压缩或膨胀腔中。某些实施例可以不采用液体直接注入或者仅在一些级中采用直接液体注入。不采用液体直接注入的级可以与通过分离的混合腔使气液混合物引入到压缩/膨胀腔的级相联结。 [1866] 某些实施例可以利用一个或多个其中液体通过不同于喷雾的方式（例如，通过使气体穿过液体发泡）被引入到气体中的级。例如，在某些实施例中，一些（通常是低压）级可能采用利用混合腔或直接注入的液雾技术，而其它（通常是高压）级会采用通过发泡方式的液体注入。 [1867] 根据本发明的压缩气体存储系统的实施例不限于任何特定尺寸。在某些应用中，使系统与特定的形状系数（诸如，标准船用集装箱）相配是有用的。形状系数的另一个例子是牵引式拖车装备的拖车的标准尺寸/重量，它能够允许能量存储系统的实施例使用在移动应用中。 [1868] 在一些情况下，系统能够由一个人来装配是有用的，例如，使系统由称重501bs或更小的独立组件装配而成。在一些例子中，希望将系统在一天内或更少时间安装。 [1869] 本发明的具体实施例可以允许对一个或多个级的温度变化进行控制。某些实施例可以允许跨越多个级的气体的压缩/膨胀，其中在每个级产生的气体温度变化基本相同。 [1870] 在设计系统时，设计者可以选择初始和最终气体温度，并且随后迭代求解方程组，以确定其它系统参数，尤其是压缩率，从而可以找到所需的ΔT。 [1871] 在操作系统时，压缩或膨胀冲程过程中的温度变化可以是由系统设计者（或操作者）选出的数。该温度变化可以表示以效率为代价的交换。ΔT越高，则功率越高，而效率越低。 [1872] 根据一些实施例，在不同级中的每一级不需要采用相同压缩或膨胀率的情况下，可以实现这种在不同级中气体温度变化的基本相同。在一些实施例中，可以动态地控制级的压缩率或膨胀率，例如，基于负责将气体引入压缩和/或膨胀腔或从压缩和/或膨胀腔中排出的阀门的驱动时序。 [1873] 图58示出了根据本发明的单级系统5801的一个实施例的简化方框图。图58示出与进气口5805和压缩气体存储单元5803通流体的压缩机/膨胀机5802。马达/发电机5804选择性地与压缩机/膨胀机5802连通。 [1874] 在第一操作模式下，能量以压缩气体（例如空气）的形式存储，马达/发电机5804作为马达来工作。马达/发电机5804从外部源接收功率，并且传递该功率（Win）以使得压缩机/膨胀机5802用作压缩机。压缩机/膨胀机5802接收处于入口（inlet）压强（Pin）的未经压缩的气体，利用诸如活塞的可移动部件将气体压缩到更大压强（Pst）用于存储在腔内，然后使压缩气体流到存储单元5803。 [1875] 在第二操作模式下，存储在压缩气体中的能量被复原，并且压缩机/膨胀机5802用作膨胀机。压缩机/膨胀机5802从存储单元5803接收处于存储压强Pst的压缩气体，然后使压缩气体在腔中膨胀到较低的出口压强Pout。该膨胀驱动与用作发电机的马达/发电机5804连通的可移动部件。从压缩机/膨胀机5802输出（output）并被传递到马达/发电机5804的功率（Wout），可以进而被输入到电力网并且被消耗。 [1876] 如上所述的对气体压缩和减压的过程会经历热和机械损失。然而，如果这些过程在温度变化最小的接近等温条件下进行，这些过程的发生会伴随以更小的热损失。因此，如果在最小温度增量（+ΔTC）下进行压缩，压缩会伴随以热损失减少而发生，如果在最小温度减小量（-ΔTE）下进行膨胀，膨胀会伴随以热损失减少而发生。 [1877] 本发明的实施例通过在多个级进行这种压缩/膨胀，可以力图最小化与气体压缩和/或膨胀相关的温度变化，以及因此伴随的热损失。下面将讨论在多个级进行的这种压缩和膨胀。 [1878] 图58A示出了多级压缩-膨胀装置的实施例的简化通用图。图58A示出与气体入口5805和压缩气体存储单元5803通流体的压缩机/膨胀机5802。马达/发电机5804选择性地与压缩机/膨胀机5802连通。 [1879] 在该实施例中，压缩机/膨胀机5802实际上包括串联地通流体的多个级5802a-c。尽管图58A的特定实施例示出具有三个这种级的系统，根据本发明的实施例，可以采用两个级或任意更大的级数。 [1880] 在压缩操作模式下，压缩机/膨胀机5802的每个级被构造为接收处于较低压强的进入气体，将该气体压缩到更高的压强，然后使压缩气体流到下一级更高压强的级（或者在最高压强级的情况下，使压缩气体流到存储单元）。因此，图58A示出了进入气体在级5802a中经历压强从Pin到P1的第一增长，在级5802b中经历压强从P1到P2的第二增长，然后在第三级5802c中经历压强从P2到Pst的最终增长。 [1881] 在每一级，作为马达工作的马达/发电机5804消耗一定量的功率（这里分别为Win1、Win2和Win3）。同样在每一级，压缩气体所增加的压强与该气体温度的对应增长（这里分别为+ΔT1、+ΔT2和+ΔT3）相关。 [1882] 在膨胀操作模式下，压缩机/膨胀机5802的每个级被构造为接收处于较高压强的进入气体，使得该气体膨胀到较低的压强，然后使压缩气体流到下一级更低压强的级（或者在较低压强级的情况下，使膨胀后的空气流出系统）。因此，图58A也示出了所存储的气体在级5802c中经历压强从Pst到P3的第一下降，在级5802b中经历压强从P3到P4的第二下降，然后在第三级5802c中经历压强从P4到Pout的最终下降。 [1883] 在每一级，产生一定量的功率（这里分别为Wout3、Wout2和Wout1）并输出到作为发电机工作的马达/发电机5804。同样在每一级，降低的气体压强与该气体温度的对应下降（这里分别为-ΔT4、-ΔT5和-ΔT6）相关。 [1884] 尽管图58A示出了每一级与前一级和次一级连接的装置，但这不是本发明必需的。图58B示出了系统5880的实施例的简化图，在系统5880中，多个级5882a-c与阀门网络5888通流体，阀门网络5888的动作允许在多个级之间选择气体流动的路线。因此，利用图58B的实施例，可以根据具体条件而有选择地利用或者旁路一个或多个级。例如，在来自所述存储罐的气体的先前膨胀已经将压强减小到相对低的值的情况下，可以无需在所有级中进行后续的膨胀。类似地，也无需在所有级中进行压缩到较低压强，并且阀门网络的使用可以选择性地旁路一个或多个级。 [1885] 尽管图58A到图58B示出了被构造为在每级中进行压缩或膨胀的装置，本发明不限于这样的实施例。根据本发明的装置的替换实施例可以设定为专用于仅仅进行压缩或仅仅进行膨胀的多级装置。这样的实施例的简化图如图58C所示。 [1886] 在根据本发明的某些实施例中，每一级所经历的温度变化基本相同（不管该过程包括气体压缩还是气体膨胀）。如在此所引用的，术语“基本相同”是指相差500℃或更小、相差300℃或更小、相差100℃或更小、相差75℃或更小、相差50℃或更小、相差25℃或更小、相差20℃或更小、相差15℃或更小、相差10℃或更小、或者相差5℃或更小的温度变化。根据本发明的实施例，利用单独应用或组合应用的一种或多种技术可以控制由一个或多个特定级所经历的温度变化。 [1887] 控制压缩/膨胀率 [1888] 一个或多个级的温度可以通过调节该级的压缩或膨胀率来实现。根据一些包括多个级的实施例，所述级的压缩或膨胀率可以彼此显著不同。 [1889] 用于进行压缩、膨胀或者压缩和膨胀的多级装置的每一级以压缩率和/或膨胀率为特征。这些压缩率和/或膨胀率对于不同的级可以相同或不同。 [1890] 在某些实施例中，可以利用在汽缸内可移动的活塞进行在每一级中发生的压缩和/或膨胀。图59到图59B示出了这种装置的通用图。 [1891] 具体地，图59示出了包括具有内壁5904的汽缸5902的压缩和/或膨胀级5900。布置在汽缸5902中的是可移动活塞5906，可移动活塞5906包括与活塞杆5906b连接的活塞头5906a。 [1892] 在所述级被构造为进行压缩的情况下，活塞杆通过联动装置与能量源（未示出）物理连接，该联动装置可以是实际上机械的，诸如曲柄轴等。或者，位于能量源与活塞杆之间的该联动装置可以是实际上液动或气动的。能量源驱动活塞在汽缸内动作以压缩汽缸内的空气。 [1893] 在所述级被构造为进行膨胀的情况下，活塞杆通过联动装置与发电机（未示出）物理连接。发电机由于与联动装置连接的活塞杆的动作产生能量。 [1894] 图59仅仅表示一个压缩/膨胀级的实施例的简化通用图，并且本发明不应当被理解为被该图的具体部件所限制。例如，尽管图59示出了在垂直方向可移动的活塞，但这不是必需的，并且在其它实施例中，活塞可以在水平或其它方向可移动。 [1895] 另外，在图59的特定实施例中，气流阀门5910和5912形成在汽缸5902的端壁。图59A到图59B也示出了阀门在汽缸的端壁，但这仅仅用于说明目的，阀门可以位于腔内的其它地方。 [1896] 通过诸如电磁线圈之类的部件5911可以选择性地操纵阀门5910，以便将阀门板5910a从阀门座5910b移开，由此允许压缩和/或膨胀腔5908与低压侧5916的导管5914通流体。通过诸如电磁线圈之类的部件5913可以选择性地操纵阀门5912，以便将阀门板 5912a从阀门座5912b移开，由此允许压缩和/或膨胀腔5908与高压侧5920的导管5918通流体。 [1897] 如前面所提到的，本发明的实施例不限于使用相对于腔具有任意特定结构或构造的阀门。前面也提到了，本发明的实施例不限于包括往复运动的活塞的可移动部件，也可以使用其它结构，包括但不限于螺栓、类涡轮机和内齿轮油泵。 [1898] 图59A示出了级5900，其中活塞头5906a已经移动到汽缸顶部（上止点-TDC）处。图59A示出了在TDC处，在活塞头5906的上表面与汽缸的端壁之间存在一定量的死（dead）容积（Vdead）。 [1899] 根据本发明的特定实施例，多级压缩机、膨胀机或压缩机/膨胀机可以被设计为满足与每一级中的温度变化有关的某些条件。 [1900] 图59B示出了级5900，其中活塞头5906已经移动到汽缸底部（下止点-BDC）处。图59B示出了两个容积。 [1901] 该级的总（total）容积（Vtotal）被定义为活塞的顶面与位于BDC处的汽缸的上壁之间的容积。该级的位移（displacement）容积（Vdisplacement）被定义为位于BDC处的活塞的顶面与位于TDC处的活塞的顶面之间的容积。死容积表示总容积与位移容积之间的差：Vdead=Vtotal-Vdisplacement。 [1902] 对级5900的动作进行量化的值是其压缩率或膨胀率，本文通常表示为r。压缩率或膨胀率可以用下面的等式（1'）来表达： [1903] [1904] 其中，Vclosed是在膨胀过程中当进气阀被关闭（closed）时，或在压缩过程中当排气阀打开时，汽缸的容积。 [1905] 在膨胀的情形中，容积Vclosed与Vtotal可以彼此不同，不仅因为死容积，也因为在膨胀冲程期间进气阀在活塞到达BDC之前关闭，还因为在排气冲程期间排气阀在活塞到达TDC之前关闭。在压缩的情形中，Vclosed与Vtotal可以不同，不仅因为死容积，也因为在压缩冲程期间排气阀在活塞到达TDC之前打开。 [1906] 在每一级的压缩率或膨胀率相同的多级压缩/膨胀装置中，一级的压缩率或膨胀率r是总的压缩率或膨胀率的第N次方根。即： [1907] [1908] 其中，R是总的压缩率或膨胀率，N是级的数量。 [1909] 这是一种在多个级之间发生中间冷却和中间加热的理想情况。就是说，如果压缩或膨胀后的气体温度在它进入下一级之前恢复到环境温，则公式(2')也会忽略任何容积效率低。 [1910] 不同的级可以具有不同的压缩或膨胀率，只要所有级的压缩或膨胀率的积是R即可。就是说，在三级系统中，例如： [1911] r1×r2×r3=R. (3') [1912] 在多级系统中，汽缸腔的相对位移由下面的等式决定： [1913] [1914] 其中，Vi是第i个汽缸设备的位移容积，Vf是系统的总位移（即所有汽缸设备的位移之和）。 [1915] 根据本发明的某些实施例，多级压缩或膨胀装置的每一级可以构造为在膨胀或压缩冲程期间以特定温度变化来工作。这种实施例的设计和操作可以利用根据物理量限定单个级的性能的一系列数学关系来实现。这样一组数学关系的一个例子在下面与气体膨胀级相关的等式(5')-(16')中描述。 [1916] 压缩或膨胀后的气体的最终（final）温度和相关的最终压强取决于许多数量。下面的等式(6')、(7')表示一级的压强和温度的这些最终值。 [1917] 这样的级的压强比由下式给出： [1918] [1919] 或者 [1920] [1921] [1922] Vclosed是在膨胀过程中当进气阀被关闭时，或在压缩过程中当排气阀打开时，汽缸的容积（Vtotal/r）。 [1923] Vdisplacement是汽缸的总位移。 [1924] ΔTgas-liquid是在冲程结束时压缩/膨胀腔内气体（gas）与液体（liquid）之间的温度差。 [1925] γeffective是有效多变指数。 [1926] 如下面要详细描述的，γeffective和ΔTgas-liquid的数值与多个值有关。基于这些值，可以解出等式(5')、(6')、(7')，以确定单个膨胀级发生的温度变化。 [1927] 对膨胀率的控制可以以若干可能的方式来实现。在一种方法中，膨胀率可以通过控制Vclosed来确定。例如Vclosed可以是通过负责允许压缩气体流入用于膨胀的腔中的阀门驱动时序来进行控制。 [1928] 图61A到图61C相应地示出了活塞6106在进行膨胀冲程的膨胀级6100。图61A示出随着活塞6106向下运动而关闭的阀门6111，以及打开以允许压缩气体流入用于通过膨胀使能量复原的腔中的阀门6112。在图61B中，阀门6112被关闭以在活塞到达BDC位置之前使气体的进入暂停，由此将Vclosed限定为在该活塞冲程中可以膨胀的气体流量。图61C示出了随着气体量Vclosed的膨胀活塞向下的连续运动。 [1929] 因此，通过调节阀门6112的关闭时序，限制了在汽缸内膨胀的气体量。更具体地，由于图61B中的阀门6112在活塞到达BDC之前关闭，因此限制了汽缸中的气体容积，也相应地限制了该级经历的膨胀率和温度变化。 [1930] 进气阀6112的驱动时序可以通过控制器或处理器，诸如，以前描述的对多个级执行迭代运算的控制器，来进行调节。相应地，图61A到图61C示出了与控制器6196电连接的阀门6112的驱动部件6111。控制器6196进而与计算机可读存储介质6194电连接，计算机可读存储介质6194中存储有用于指示驱动阀门6112的代码。 [1931] 如上所述的膨胀率的调节可以表示和系统所存储或释放的能量达成的平衡。具体地，在图61B到图61C中比汽缸内能容纳的容积小的气体容积的膨胀减少了通过气体膨胀输出到活塞的功率。然而，这样的能量损耗是合适的，以便实现所需的温度变化，例如，使一个级的温度变化与其它级经历的温度变化相一致。 [1932] 引入到膨胀腔内的流体也可以用于改变膨胀率。内部没有水的汽缸的膨胀率r=Vtotal/Vclosed。如果将一定容积的水(water)Vwater引入汽缸中，则膨胀率变为r=(Vtotal-Vwater)/(Vclosed-Vwater)。因此，膨胀率与Vwater相关。 [1933] 回到等式(5')、(6')、(7')，γeffective的数值由多个值得到。下面结合等式(8')、(9')来讨论γeff的计算。 [1934] [1935] [1936] 多变的非均匀性（由于压缩/膨胀腔内液滴的不均匀分布，多变指数增大的系数） [1937] 气体的恒压热容量除以R [1938] 液体的恒压热容量 [1939] 液体与气体的质量比 [1940] 气体常数 [1941] 等式(6')、(7')中出现的ΔTgas-liquid的数值也由多个值得到。下面结合等式(10')-(17')来讨论。 [1942] [1943] [1944] 是气体与液体之间的容积热导率(12') [1945] 是从气体到液体的总热导率(13') [1946] [1947] rdroplet= 液滴(liquid droplet)的平均半径 [1948] adroplet= 液体的比例 [1949] kgas= 气体的热导系数 [1950] ω= 转动速率 [1951] dV/dθ= 压缩/膨胀腔容积随着曲柄角θ的变化是 [1952] [1953] 是努塞尔特数（Nusselt number） (15') [1954] agravity= 重力（gravity）引起的加速度 [1955] ρ= 密度 [1956] μ= 粘度 [1957] cdrag=液滴的阻力（drag）系数（范围=.47） [1958] 是普朗特数（Prandtl number） (16') [1959] 等式(5')、(6')、(7')也可以用于确定彼此串联排列的多个膨胀级的特性。如下面进一步描述的，利用由一个级输出的温度和压强提供给下一个相继的级的等式作为输入，可以解出每一级的等式。 [1960] 另外，显示出多级系统中每一级的特性的等式(5')、(6')、(7')，可以以迭代的方式解出，以确定在彼此串联排列时呈现温度变化的各个级中的结构和/或操作参数。下面进一步描述这些等式的这种应用于多个膨胀级的迭代解。 [1961] 如果在一个质量流率、进气压强和死容积都固定的多级压缩或膨胀装置中，在压缩/膨胀冲程期间的温度变化和压缩/膨胀率表示单个的自由参数。就是说，控制一个参数而得出其它的参数。因此，在设计每一级时，利用等式(5')选择压缩/膨胀率理论上会导致在压缩或膨胀冲程期间产生所需的温度变化。通过选择合适的高效热交换器，可以迭代地设计出多级系统，使得每一级呈现出所需的温度变化。 [1962] 与等式(5')-(16')相结合描述的各种关系可以用于为给定的膨胀级产生输出。具体地，对等式的不同类型的输入以从该膨胀级排出的气体的温度和压强（Tgas final，Pfinal）以及由该膨胀级经历的温度变化（ΔTgas,final-inital）的形式产生相对应的输出。 [1963] 这些输出（Tgas_final1，Pfinal1）可以进而作为表示初始（inital）温度和压强（Tgas_initial2，Pinitial2）的输入提供给等式(5')、(6')、(7')，以计算接收该膨胀气体进行进一步膨胀的下一膨胀级的性能。一个级的压强和湿度输出（Tgas_final2，Pfinal2）可以作为输入（Tgas_initial3，Pinitial3）提供给第三膨胀级，以产生最终的输出温度和压强（Tgas_final3，Pfinal3）。 [1964] 在计算中，可以预先设定系统的初始温度和/或压强的值（Tgas_initial1，Pinitial1），和/或系统的最终温度和/或压强的值（Tgas_final3，Pfinal3）。例如，进入气体的压强和/温度可以依据压缩气体存储单元的当前容量来指示（如下面所讨论的，可以在压缩气体被消耗时随着时间改变）。 [1966] 其它因素可能制约计算。例如，在环境温度的液态水被用于热交换时，任意一级经历的温度变化不能低于大约15℃，以防止被冻结。 [1967] 另外，显示出多级压缩系统中每一级的特性的相应等式，可以以迭代的方式解出，以确定在彼此串联排列时呈现基本相等温度变化的各个级中的结构和/或操作参数。 [1968] 构造为确定每一级经历基本相等温度变化所需的条件的系统可以包括与计算机可读存储介质电子通信的控制器，该计算机可读存储介质可以基于磁、光和/或半导体原理。该计算机可读存储介质中存储有被配置为用于指示处理器执行特定任务的代码。 [1969] 例如，计算机可读存储介质中存储的代码可以指示控制器预先设定输入到所述计算中的初始压强和/或温度参数。计算机可读存储介质中存储的代码还可以指示控制器预先设定由所述多级系统计算要输出的最终压强和温度参数。 [1970] 计算机可读存储介质中存储的代码还可以指示控制器预先设定出现在相关等式的输入中的某些变量。例如，这些变量中的一部分可以通过经历压缩的气体（例如空气）的特性，和/或被注入进行热交换的液体（例如水）的特性来预先设定。 [1971] 计算机可读存储介质中存储的代码还可以指示控制器确定出现在各等式的输入中的一个或多个变量。例如，先前迭代的结果可以指示以特定方式（方向，大小）改变输入变量，从而产生所需的每级的温度变化。因此，基于计算机可读存储介质中的代码所表示的算法，控制器可以改变来自先前迭代的输入的值。可以使用诸如共轭梯度或最陡下降等标准技术。 [1972] 迭代运算的成功收敛可以基于数值分析技术来确定，该迭代运算用以确定呈现基本相等温度变化的多个级的参数。这种用数值分析求解的例子包括但不限于共轭梯度、最陡下降、Levenberg-Marquardt、Newton-Raphson、神经网络、遗传算法或二分查找。 [1973] 根据某些实施例，基于等式(5')-(16')的计算可以在设计过程中进行，以便固定设计中某些不改变的参数。根据其它实施例，利用被调节为反映条件变化的多级系统的特性，上述迭代运算可以不断地运行。这种改变条件的一个例子是进入系统的气体温度（Tgas_initial）。 [1974] 具体地，当压缩系统在一天中工作时，外部空气的温度会随着时间变化。在该外部空气被引入用于压缩的情况下，它的温度会随着时间变化（例如，在白天升高，在夜晚降低）。控制器可以与传感器电通信，以检测这种温度变化，并且将该温度变化作为的输入提供给所述计算。控制器也可以与额外的传感器通信，以检测其它变化的属性。 [1975] 控制器可以与气体压缩系统的各种部件电通信。基于所述计算的结果，控制器可以指示系统部件的操作，以确保在不同的级中保持平稳的温度变化。 [1976] 例如，在某些实施例中，控制器可以操纵负责允许气体进入压缩腔的阀门。在某些实施例中，控制器可以操纵负责从膨胀腔排出气体的阀门，和/或操纵负责允许液体流入压缩腔的阀门。对于这些阀门部件的操纵的时序的控制会影响各个级的压缩率，因而这些级经历温度改变。 [1977] 等式(17')示出了Tgas_final与Vclosed与相关： [1978] [1979] 等式(18')示出了Vclosed可以由压缩率（r）来表示： [1980] [1981] 因此，一个级的压缩率可以确定该压缩级所经历的温度变化的大小。这种对压缩率的控制可以以几种可能的方式实现。 [1982] 在一种方法中，可以通过控制Vclosed来确定压缩率。例如，利用负责允许气体流入用于压缩的腔的阀门的动作时序可以控制Vclosed。 [1983] 以与上述方式类似的方式，控制器可以与气体压缩系统的各种部件电通信。基于所述计算的结果，控制器可以指示系统部件的操作，以确保在不同级中气体温度保持平稳变化。 [1984] 例如，在某些实施例中，控制器可以操纵负责允许气体进入压缩腔的阀门。图63A到图63C示出了在压缩情形中这种进气阀动作的例子。具体地，图63A到图63B示出压缩级6300，其中活塞6306正在经历压缩之前的冲程，图63C示出压缩冲程的初始部分。 [1985] 图63A示出随着活塞6306向下运动关闭的阀门6312，以及打开以允许气体流入所述腔以进行压缩的阀门6310。在图63B中，阀门6310被关闭以在活塞到达BDC之前使气体的进入暂停，由此将在活塞的后续冲程中可以压缩的气体流量限定为Vclosed。图63C示出了在后续压缩冲程中，活塞6306向上运动以压缩气体量Vclosed。 [1986] 通过调节阀门6310的关闭时序，确定了在汽缸内压缩的气体量。具体地，由于图63B中的阀门6110在活塞到达BDC之前关闭，因此限制了汽缸中用于压缩的气体的有效体积，也限制了该级的压缩率（r）。 [1987] 进气阀6310的动作时序可以通过控制器或处理器来调节。相应地，图63A到图63C示出了与控制器6396电通信的阀门6310的驱动部件6311。控制器6396进而与计算机可读存储介质6394电通信，计算机可读存储介质6394中存储有用于指示阀门6310动作的代码。 [1988] 压缩模式中的气体排出阀的动作时序可以被调节来控制压缩率。以与上述方式类似的方式，可以对排出阀的关闭进行定时，以在压缩腔内保留剩余压缩气体，由此在后续活塞冲程中将Vclosed减小到小于Vdisplacement的最大值，以从摄取更多用于压缩的气体。这种阀门时序因而也减小了压缩率（r）。 [1989] 以与先前结合前面附图描述方式的类似的方式，引入压缩腔中的流体也可以用于改变压缩率（r）。内部没有水的汽缸的压缩率r=Vtotal/Vclosed。如果将一定体积的水(water)Vwater引入汽缸中，则压缩率变为r=(Vtotal-Vwater)/(Vclosed-Vwater)。因此，压缩率与Vwater相关。 [1990] 通过主动控制回路可以控制膨胀机的性能，主动控制回路的输入可以包括控制参数和传感器数据，其输出可以包括阀门动作。在一个实施例中，控制输入包括但不限于： [1991] Pf≡在打开排放阀之前向下膨胀的最终压强 [1992] ΔVi≡在进气时容积的变化 [1993] ΔVe≡在排放后容积的变化 [1994] S≡曲柄的转动速率，单位是RPM [1995] Θo≡喷雾阀门被打开的曲柄角 [1996] Θc≡喷雾阀门被关闭的曲柄角 [1997] F≡喷雾泵的流速 [1998] 从传感器所测量到的值包括但不限于： [1999] Pi≡输入压强 [2000] Po≡输出压强 [2001] Θ≡相对于TDC的曲柄角 [2002] Ti≡平均进气温度 [2003] Tf≡平均排放气体温度 [2004] W≡膨胀机输出的轴功率 [2005] 在一个实施例中，控制回路可以如下进行工作。由活塞到TDC处开始，打开进气阀，使气体在压强Pi进入。 [2006] 进气阀随着活塞运动保持打开，直到活塞已经扫过（swept out）ΔVi的容积。这可以通过所测量到的曲柄角和已知的活塞和联动装置的大小计算出。 [2007] 此时，进气阀关闭并且气体膨胀，随着汽缸内的压强减少而对活塞做功。当汽缸内的压强减小到低于Pf时，排放阀打开。这可以是在活塞到BDC时或到BDC之前。 [2008] 在活塞到TDC之前，排放阀保持打开直到ΔVe（通过所测量到的曲柄角可以计算出），此时排放阀关闭。活塞继续向TDC运动，并且该循环重复。 [2009] 利用该控制回路可以控制喷雾器。在一些实施例中，液体只是连续地喷雾到汽缸中。 [2010] 根据某些实施例，在一个循环的一部分中，通过诸如电磁阀之类的可控制阀门可以打开喷雾器。例如，在相对于TDC的曲柄角A到曲柄角B期间可以打开喷雾器。A可以是0、5、10、45、90、120、180、200、240、270度。B可以是180或360度±20度或更多。 [2011] 可以控制进入喷雾嘴的压强或流速。例如，这可以通过控制与喷雾泵相连的变频驱动器来完成。 [2012] 可以控制系统的转动速度。例如，这可以通过改变与活塞机械连接的发电机的负载来完成。 [2013] 控制输入参数连同操作条件导致特定的结果，包括但不限于最终温度（Tf）或轴功率（W）。控制输入参数与输出之间的关系可以通过物理原理模型化，和/或它也可以在手控测试中被测量出，形成映射图。可以对该映射图进行插值，使其近似于平滑的多维表面。 [2014] 在膨胀机的工作过程中，可能希望实现某一目标性能，诸如输出特定功率（W）以满足特定的需要。所述已经创建的映射图可以用于找到的用于工作的初始的一组控制值。 [2015] 在工作过程中，由于测量到期望的性能参数（在这种情况下是W），映射图的梯度可以用于朝着使测量到的值与期望值之间差异减少或最小化的方向改变控制参数。目标性能度量的例子包括但不限于功率输出、功效（通过测量的值计算出）或者其它度量的加权和。 [2016] 某些实施例可以利用使T1–Tf最小化的量度，其中Tf受到诸如Tf>Tmin的约束。这可以用于从膨胀机获得高效率，同时保持温度高于液体的凝固点。 [2017] 尽管前面已经描述了利用控制回路的膨胀性能，本发明不限于这些特定的实施例。根据替换实施例，通过主动控制回路可以控制压缩机的性能，主动控制回路的输入可以包括控制参数和传感器数据，其输出可以包括阀门驱动。 [2018] 在一个实施例中，控制输入包括但不限于： [2019] ΔPf≡在打开排放阀之前汽缸中的最终压强与排放阀另一侧的压强（Po）之间的差 [2020] ΔPi≡在打开进气阀之前汽缸中的初始压强与进气阀另一侧的压强（Pi）之间的差 [2021] ΔVi≡在进气时容积的变化 [2022] ΔVe≡在排放后容积的变化 [2023] S≡曲柄的转动速率，单位是RPM [2024] Θo≡喷雾阀门被打开的曲柄角 [2025] Θc≡喷雾阀门被关闭的曲柄角 [2026] F≡喷雾泵的流速 [2027] 从传感器所测量到的值包括但不限于： [2028] Pi≡输入压强 [2029] Po≡输出压强 [2030] Θ≡相对于TDC的曲柄角 [2031] Ti≡平均进气温度 [2032] Tf≡平均排放温度 [2033] W≡膨胀机输出的轴功率 [2034] 在一个实施例中，控制回路可以如下进行工作。由活塞到TDC处开始，并且汽缸中气体在一定压强P下，活塞开始向BDC运动。 [2035] 当压强下降到低于Pi-ΔPi时，进气阀打开。这可以是在活塞到TDC之前或到TDC时。 [2036] 活塞运动到BDC，此时进气阀关闭。随着活塞头转向TDC，活塞压缩气体，随之汽缸内的压强增大。 [2037] 当汽缸内的压强上升到高于Po-ΔPf时，排放阀打开。这可以是在活塞到TDC之前或到TDC时。 [2038] 在活塞到TDC之前，排放阀保持打开直到ΔVe（通过所测量到的曲柄角可以计算出），此时排放阀关闭。活塞继续向TDC运动，并且该循环重复。 [2039] 利用该控制回路可以控制喷雾器。在一些实施例中，液体只是连续地喷雾到汽缸中。 [2040] 根据某些实施例，在周期的一部分中，可以打开喷雾器（例如通过诸如电磁阀之类的可控制阀门）。例如，从相对于TDC的曲柄角A到曲柄角B可以打开喷雾器。A可以是0、5、10、45、90、120、180、200、240、270度。B可以是180或360度±20度或更多。 [2041] 可以控制进入喷雾嘴的压强或流速，例如，通过控制与喷雾泵相连的可变频驱动器。可以控制系统的转动速度，例如，通过改变与活塞机械连接的发电机的负载。 [2042] 控制输入参数连同操作条件导致特定结果，诸如最终温度（Tf）或轴功率（W）。控制输入参数与输出之间的关系可以通过物理原理模型化，或者它也可以在手控实验过程中被测量出，形成映射图。可以对该映射图进行插值，使其近似于平滑的多维表面。 [2043] 在压缩机的工作过程中，可能希望实现某一目标性能，诸如输出特定功率（W）以满足特定的需要。上述所形成的映射图可以用于首先给出用于操作所述装置的初始的一组控制值。 [2044] 在工作过程中，由于测量到期望的性能参数（在这种情况下是W），映射图的梯度可以用于朝着使测量到的值与期望值之间差异减少或最小化的方向改变控制参数。一些目标性能度量可以是功率输入、效率（根据测量值计算得到）。另一个目标性能度量可以是其它度量的加权和。 [2045] 另一度量可以是使Ti-Tf的值最小化，Tf满足约束条件，诸如Tf>Tmin。这一度量可以用于从膨胀机得到高效率，同时保持温度低于液体的沸点。 [2046] 因此，一级的压缩率可以确定该压缩级所经历的温度变化的大小。这种对压缩率的控制可以以几种可能的方式实现。 [2047] 在一种方法中，通过控制Vclosed可以确定压缩率。例如，利用负责允许气体流入用于压缩的腔的阀门的动作时序可以控制Vclosed。 [2048] 控制器可以与气体压缩系统的各种部件电通信。基于所述对叠代计算求解的结果，控制器可以指示系统部件的操作，以确保在不同级中气体温度保持平稳变化。 [2049] 例如，在某些实施例中，控制器可以操纵负责允许气体进入压缩腔的阀门。图63A到图63C示出了在压缩情形中这种进气阀动作的例子。具体地，图63A到图63B示出压缩级6300，其中活塞6306正在经历压缩之前的冲程，图63C示出压缩冲程的初始部分。 [2050] 图63A示出随着活塞6306向下运动关闭的阀门6312，以及打开以允许气体流入压缩腔的阀门6310。在图63B中，阀门6310被关闭以在活塞到达BDC之前使气体的进入暂停，由此将在活塞的后续冲程中可以压缩的气体流量限定为Vclosed。图63C示出了在后续压缩冲程中，活塞6306向上运动以压缩气体量Vclosed。 [2051] 通过调节阀门6310的关闭时序，确定了在汽缸内压缩的气体量。具体地，由于图63B中的阀门6110在活塞到达BDC之前关闭，因此限制了汽缸中用于压缩的气体的有效容积，也限制了该级的压缩率（cr）。 [2052] 进气阀6310的动作时序可以通过控制器或处理器来调节。相应地，图63A到图63C示出了与控制器6396电通信的阀门6310的驱动部件6311。控制器6396进而与计算机可读存储介质6394电通信，计算机可读存储介质6394中存储有用于指示阀门6310动作的代码。 [2053] 压缩模式中的排出阀的动作时序可以被调节来控制压缩率。以与上述方式类似的方式，可以对排出阀的关闭进行定时，以在压缩腔内保留剩余压缩气体，由此将Vclosed减小到小于后续活塞冲程中Vdisp的最大值，以摄取更多气体用于压缩。这种阀门时序因而也减小了压缩率（cr）。 [2054] 以与先前结合前面附图描述方式的类似的方式，引入压缩腔中的流体也可以用于改变压缩率（cr）。内部没有水的汽缸的压缩率cr=Vtotal/Vclosed。如果将一定容积的水(water)Vwater引入汽缸中，则压缩率变为cr=(Vtotal-Vwater)/(Vclosed-Vwater)。因此，压缩率与Vwater相关。 [2055] 上述方法集中在通过利用阀门（进气/排气）时序和/或液体注入的调节来进行容积控制，从而控制压缩和/或膨胀率。然而，这不是本发明必需的，替换实施例可以通过调节影响压缩或膨胀率的其它部件来实现对温度的控制。 [2056] 例如，改变压缩或膨胀率的其它技术采用机械方法。这种方法的例子包括但不限于改变活塞冲程的长度，或者操作活塞来改变腔的死容积。 [2057] 发生在给定级的温度变化可以通过改变该级的速度来控制。例如，与具有相同速度以及气体和液体质量流率的较高压强的级相比，较低压强的级可以呈现较小的ΔT。 [2058] 以相同系数来增大速度并减小位移会得到相同的质量流率（例如，以匹配随后的级），但是更高的ΔT。要减小这样的级的大小，以降低成本。 [2059] 每一级可以以不同的速度运行，其中操纵每一级的可移动部件的单独的曲柄或其它联动装置之间具有固定的或可变的齿轮齿数比。或者，可以为每一级或一些级提供单独的马达/发电机。 [2060] 如果不只一个速度可以单独地控制，则可以动态地调节这些速度以实现所需的操作性能。一种动态地调节控制压缩/膨胀率和ΔT值的参数的方式是使用加权输入值的函数。 [2061] 在某些实施例中，这些输入值可以包括但不限于：诸如进气压强、排气压强、进气温度、排气温度、液体流速、气体流速、存储罐压强之类的传感器原数据，以及测量到的进入马达/发电机或马达/发电机输出的功率。这些输入值可以包括基于传感器原数据和其它源计算出的值，诸如功率需求、用户输入参数、估计的ΔT和估计的效率。 [2062] 根据本发明的具有多个经历基本相等温度变化的压缩或膨胀级的本发明的实施例可以提供许多可能的好处。一个可能的好处是能够最大化系统的效率。 [2063] 如上所述，压缩和膨胀在接近等温条件下以最小热损失和最大效率进行。通过要求多个级中的每一级的温度变化相等，将设计一个能经过多个级高效地进行这种压缩或膨胀的装置的问题简化。利用这个条件，能够将多级系统的其它部件设计为使该均匀的温度变化最小化。 [2064] 此外，为了实现高效操作所需的接近等温的条件，多级系统的每一级都与热源或热沉热连通以进行能量交换。在一个级是进行压缩的情况下，该级与热沉热连通，以通过加热的气体传递热能。在一个级是进行膨胀的情况下，该级与热源热连通，以将热能传递到冷却的气体。 [2065] 图64A示出了多级系统6400，其中希望各个级6402、6404和6406呈现出不同的温度变化。为了可靠和高效地交换必需的热能的量，图64A的系统通常为各个级采用不同的热交换器6408、6410和6412。此外，由于循环流体可能处于不同的温度，因此可以在各个热交换器和具有相关热容量的各自的热源或热沉之间使用单独的循环系统（包括泵。）[2066] 然而，在希望各个级都呈现出基本相等的温度变化的情况下，可以使用简单的热交换器设计。图64B示出了这种系统6450，其中各个级6452、6454和6456都与同一类型的管壳式热交换器6458热连通。而且，由于希望在每一级中每一个热交换器交换相等量的热能，因此这些热交换器可以都共享具有单个泵6460和热沉或热源的公共循环系统。这种构造有利地避免了使用多个泵和流体导管回路，由此减小系统的复杂度和开支。 [2067] 如上所述，根据本发明的压缩气体系统的部件可以通过一个或多个联动装置与其它结构连接，如图65中一般地描绘的。这种位于压缩气体能量系统6500与外部部件之间的联动装置可以包括物理联动装置6502，诸如机械联动装置、液压联动装置、磁性联动装置、电磁联动装置、电子联动装置或气压联动装置。 [2068] 在根据本发明的系统的实施例之间的联动装置的其它可能类型包括热联动装置6504，热联动装置6504可以包括用于液体、气态或固态材料的导管、导管、泵、阀门、开关、回热器和包括错流热交换器的热交换器。 [2069] 如图65中进一步示出的，根据本发明的系统的实施例与外部部件之间的其它可能类型的联动装置包括流体联动装置6506和通信连接装置6508。前者的例子包括气相或液相的物质流，并且可以包括导管、阀门、泵、蓄液器、储能器、瓶子、喷雾器和其它结构。 [2070] 通信连接装置的例子包括有线或光纤连接装置6510a和无线通信网络6510b，无线通信网络6510b在本地使用或跨接很大区域工作。可以适用于根据本发明的实施例的通信网络的例子包括但不限于：以太网、CAN（Controller Area Network，控制器局域网）、WiFi、蓝牙、DSL、专用微小链路、SCADA协议、DOE（美国能源部）的NASPInet、DoD（美国国防部）的SIPRNet（保密因特网协议路由网络）、IEEE802.11、IEEE802.15.4、帧中继、异步传输模式（ATM）、IEC（国际电工委员会）14908、IEC61780、IEC61850、IEC61970/61968、IEC61334、IEC62056、ITU（国际电信联盟电信标准化部）-TG.hn,SONET（同步光纤网）、IPv6、SNMP、TCP/IP、UDP/IP、高级量测体系以及智能电网协议。 [2071] 一定量的存储的功存在于给定压强下的气体容积中，因而存储于图65的系统中的功的量可以如下进行计算： [2072] 数量 表示在存储容器中单位容积内所存储的功的量。这是存储能量密度。该能量密度可以利用下面的公式确定： [2073] 其中： [2074] W= 存储的功 [2075] V0= 存储单元的容积；以及 [2076] Pa= 开放系统中的环境气压，或封闭系统中的低压；以及 [2077] P0= 罐中的压强。 [2078] 由以公升（L）为单位的容积和由以大气压（atm）为单位的压强表示的该能量密度需要使用转换因子： [2079] 其中： [2080] W= 存储的功（Joule（焦耳）） [2081] V0= 存储单元的容积（L）；以及 [2082] Pa= 开放系统中的环境气压，或封闭系统的低压（atm）；以及 [2083] P0= 罐中的压强（atm）。 [2084] 因此，在V0= 1L；Pa=1atm；以及 的标准条件下： [2085] 或 [2086] [2087] W/V0的倒数表示需要存储给定能量的罐的容积。这个公式可以以L/kW·h为单位表示如下： [2088] 其中： [2089] 1Joule=1W·s； [2090] 3600Joule=1W·h；以及 [2091] 3600kJoule=1kW·h [2092] 这样在给定示例性压强下产生下面的结果： [2093] [2094] 考虑效率则导致上述等式变化为： [2095] [2096] 其中，e= 系统的单向效率。 [2097] 因此，在一个以0.8的效率（e）将压缩空气从300atm的存储压强（P0）复原到1atm的最终压强（Pa）的系统中， [2098] 数量 [2099] 根据本发明实施例的系统快速地复原以压缩气体的形式存储的能量的能力，可以使这种系统潜在地适于各种任务。若干这种任务涉及能量系统在负责向一个或多个最终用户提供电力的网络内的位置。这种网络在下文中也被称为电力网。 [2100] 在此出于所有目的通过引述将其全部并入的是下面的文档“Energy Storage for the Electricity Grid:Benefits and Market Potential Assessment Guide:A Study for the DOE Energy Storage Systems Program”，Jim Eyer&Garth Corey,报告号No.SAND2010-0815,桑迪亚国家实验室(2010年二月)。 [2101] 图66表示用于电力的产生、传输、配送和消耗的网络的实施例的通用描绘。图66中所示的实施例表示实际电力网的实质性的简化，不应当理解为限制本发明。 [2102] 配电网络6601包括与传输层6604电连接的发电层6602。来自传输层的电力经过配送层6605到达消耗层6608的单个最终用户6606。下面将依次描述配电网络的这些层中的每一个。 [2103] 发电层6602包括多个负责在网络内产生大量电功率的单独的发电设施（generation asset）。这种发电设施6610a、6610b的例子可以包括传统的燃烧燃料的发电厂，诸如，燃煤发电厂、燃气发电厂或燃油发电厂。传统发电厂的其它例子包括不消耗燃料的水力发电站和核电站。发电设施的其它例子包括替代能源，例如那些利用自然温差的（诸如地热和海洋深度温度梯度）、风力发电机或太阳能采集装置（诸如光伏（PV）阵列和太阳能热发电厂）。 [2104] 发电层的发电设施通常在比传输层相对低的电压（<50kV）下以交流电的形式传送电力。该电力随后被馈送给传输层用于按指定路线发送。具体地，发电设施与传输层之间的接口在下文中被称为母线6612。 [2105] 传输层包括沿着传输线6622放置在不同点的各个变压器元件6620a和6620b。升压变压器6620a位于最接近发电设施和对应母线的位置，并且用于增大电力电压，以有效地在传输线上传送。传输层中的电压的例子可以是几百kV的量级。 [2106] 在传输线的另一端，降压变压器6620b用于减小电压以最终配送到各个最终用户。传输层的降压变压器所输出的功率可以在几十kV的电压范围内。 [2107] 图66以高度简化的形式表示了传输层，而实际上可以利用几个阶段以不同电压进行电力传输，这些阶段由输电变电所6665来划界。这样的输电变电所可以出现在传输线6622与第二传输线6663之间的接口处附近。 [2108] 配电层从传输层接收电力，然后将该电力传送到最终用户。一些最终用户6606a直接从初级变电所接收相对高的电压。初级变电所用于进一步将所述电压减小到初级配电电压，例如12000V。 [2109] 其它最终用户从二次变电所6630b接收更低的电压。馈线6632将初级变电所与二次变电所相连，二次变电所进一步将初级配电电压减小到在计量表6634处送达最终用户的最终电压。这样的最终电压的一个例子是120V。 [2110] 图66提供可以用于电力产生、传输、配送和消耗电能的电力网的物理元件的概括描述。由于这种电力网构成公共设施的重要部分，并且需要来自众多不同地理和行政实体的合作，因此在多个级别（地区、国家、国际）对它进行严格管理。 [2111] 图66因而也提供了通过不同管理机构对不同网络部件的调节进行分类的架构。例如，可以基于电力网的部件作为发电层、传输层、配送层或消耗层的机构的类别进行调节。这种调节分类可以在确定集成在电力网内的能量存储系统的性质时起重要作用。 [2112] 根据本发明的某些实施例，压缩气体系统可以合并到供电网的发电层中。在某些实施例中，从压缩气体复原的能量可以在短期时间内提供稳定的电力。根据一些实施例，从压缩气体复原的能量可以提供电力以使发电设施的变化的输出平滑或稳定，该电力资产包括可再生能源，例如，风力发电厂。 [2113] 图66的电力网的发电层的各种机构，可以按照要产生的电力的类型来分类。例如，基本负载的发电设施一般包括被构造为产生价格最便宜的能量的装置。这种基本负载的发电设施通常以满功率连续运转，以便提供最高的效率和经济性。一般的基本负载发电设施的例子包括大型发电厂，诸如核电站、煤电厂或燃油电厂。 [2114] 负荷追踪发电设施通常包括这样的装置，该装置更有能力响应随着时间变化的需求，例如，通过被打开/关闭或者以增大或减小的容量工作。这种负荷追踪发电设施的例子包括但不限于蒸汽涡轮发电机和水力发电厂。 [2115] 在至少预先30分钟通知的条件下，可以要求负荷追踪发电设施提供额外的电力以满足变化的需要。由于负荷追踪发电设施一般不需要以满功率连续运转，因此它们的效率较低并且它们的电力一般比基准发电设施的更贵。 [2116] 第三种发电设施是峰值发电设施。基于满足最高级的需要而间歇地利用峰值发电设施。峰值发电设施在在提前较短时间通知的情况下能够工作，但同时效率低并且相应地花费更高。天然气汽轮机是一般用作峰值发电设施的装置的一个例子。另一个例子是柴油发电机。 [2117] 尽管峰值发电设施在提前较短时间通知的情况下能够提供电能，实际上它们在能够产生满足电力网需要的数量和质量的电力之前，还需要一定准备时间。这些电力质量要求包括在给定容差范围内电压的稳定性以及必需使输出频率与网络现存的频率同步。 [2118] 压缩气体能量存储和复原系统的实施例先前已经在美国临时专利申请No.61/221,487和No.61/294,396以及美国非临时专利申请No.12/695,922中进行了描述，通过引述所述专利申请中的每一个在此出于所有目的将其全部并入。通过引述在此出于所有目的将其全部并入的是与本申请一同申请的美国临时专利申请No.61/358,776(代理人卷号No.800KT-001300US)。 [2119] 这种压缩气体能量存储和复原系统的一个潜在特征是，它们能够在短时间内以较稳定形式提供存储的能量。具体地，压缩气体可以在具有大容积的存储单元内保持升高的压强。这种存储结构的例子包括但不限于人造结构（诸如罐或废弃矿山或油井），或者自然形成的地质建造，诸如洞穴、盐丘或其它多孔特性的构造。 [2120] 根据需要，通过操纵气流阀门以提供存储单元与膨胀机装置之间流体流通，可以使用以压缩气体形式存储的能量。该简单阀门动作使得压缩气体形式的能量能够快速转换为机械或电形式。 [2121] 例如，如下面描述的，压缩气体在汽缸内的膨胀可以用于驱动同样布置在汽缸内的活塞。活塞可以与发电机机械连接以产生电力。这种构造由于没有内燃机所需要的预热期特性，允许快速地产生稳定的电力。空气中的能量可以快速获得，并且仅仅需要克服系统的惯性以便输送满功率。几秒的时间就足够了。 [2122] 这种以压缩气体的形式存储的能量的迅速可用性与只有在调节多个材料流时才可以实现稳定功率输出的燃烧型装置形成鲜明的对比。例如，只有通过对空气和天然气的流动、对这些流动的混合、以及在基本上不变的条件下对该混合物的点燃进行精确地控制，天然气汽轮机才可以稳定工作。燃气轮机工作以产生稳定可靠的输出也需要对燃烧得到的热量进行仔细的管理，从而产生膨胀气体，该膨胀气体以旋转涡轮叶片的形式被转换为机械能。 [2123] 根据发电设施被要求执行的特定角色，发电设施可以以某些运行特性工作。某些这种特性在图62的表中进行了描述。 [2124] 根据某些实施例，压缩气体能量存储和复原系统可以物理地与发电设施共处一处，并且可以通过公共母线与电力网电连接。或者，发电设施和能量存储和复原系统可以通过相同的传输线与电力网电连接。 [2125] 根据本发明的压缩气体存储和复原系统可以并入电力网的发电层，以使自然界中可获得的可再生能源的输出平衡。例如，风力涡轮机的输出受限于吹风量。风速在相对短的时期内会增大或减小，导致输出功率的相应增大和减小。类似地，太阳能获取装置的输出受限于可获得的阳光，可获得的阳光根据云量等因素在相对短的时期内会变化。 [2126] 然而，常规的电力网依赖于能源（诸如化石燃料发电厂之类），其输出随着时间变化基本恒定并且可控制。可再生能源与电力网所依赖的那些传统能源的差异会对采用诸如太阳能和风能等自然界中间歇的和/或变化的可再生能源造成阻碍。 [2127] 因此，本发明的压缩气体能量存储和复原系统的实施例可以与可再生能源结合，以便使它们到电力网的输出平衡。图67示出了这种平衡功能的简化图。 [2128] 例如，经过图67所示的时段A，压缩气体能量存储和复原系统提供充足的输出以补偿可再生替代能源的变化的输出和固定值Z之间的差值。该固定值可以基于例如发电设施的所有者与网络运营商之间的合同条款来确定。 [2129] 此外，在开始于图67的B点的时段，由可再生发电设施提供的能量显著地下降，例如，由于风力的完全丧失或者暴风雨即将到来。在这种情况下，压缩气体能量存储和复原系统可以构造为在B之后的时段内提供能量，直到另一发电设施逐渐提高发电量以在更长时期内替代能量覆盖范围。 [2130] 在某些实施例中，压缩气体能量存储和复原系统可以构造为向替代发电设施传送信息来开始逐渐提高发电量的过程。在压缩气体能量存储和复原系统没有与替代发电设施物理共处一处的情况下，可以通过诸如互联网或智能电网等广域网来传输这样的信息。 [2131] 具体地，图66也示出了将压缩气体存储和复原系统并入电力网的实施例。根据某些实施例，压缩气体能量存储和复原系统6640b可以并入沿着与发电设施6610a或6610b相同的传输线所处的发电层中。在其它实施例中，根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统6640a可以与发电设施物理地共处一处，可能位于相同的母线之后。 [2132] 将压缩气体能量存储和复原系统与发电设施放置在一起，可以带来一些好处。一个这种潜在的好处是通过允许更多有效操作而提供的成本优势。 [2133] 例如，在某些实施例中，压缩气体能量存储和复原系统的压缩机部件可以通过物理联动装置6641与发电设施的移动构件物理连接。因此，如上所述，在特定实施例中，燃气轮机或风力涡轮机的旋转的叶片可以通过机械、液动或气动的联动装置与压缩气体能量存储和复原系统的压缩机物理连接。 [2134] 这种联动装置提供的直接物理连接可以使功率在这些部件之间更有效地传输，由此避免与必须将功率转换为电形式相关的损失。以这种方式，可以将来自燃气轮机或风力涡轮机的功率存储在压缩空气中，以用来在以后恢复该能量以起到平衡输出或逐渐提高覆盖范围的作用。 [2135] 此外，将压缩气体能量存储和复原系统与发电设施放置在一起可以允许它们之间以其它形式能量流的形式的有效联通。例如，能量存储系统的某些实施例可以通过热通路（thermal link）6642与放置在一起的发电设施热连通。因此，在一些实施例中，利用从发电设施传递来的热量，可以提高压缩气体存储系统的压缩气体的膨胀效率。 [2136] 以这种方式，可以利用太阳能热电厂的废热来增强能量存储系统的腔中的气体膨胀。在某些情况下，所述系统与太阳能热电厂可以设置在一起。在其它实施例中，压缩气体可以通过延长的导管被引到发电设施。 [2137] 将能量存储系统与发电设施放置在一起，还可以通过流体通路6644在这些部件之间提供实际的流体连通。例如，在能量存储系统与燃气涡轮发电机放置在一起的情况下，流体通路可以使得系统所存储的压缩气体直接流到这样的燃气轮机用于燃烧，由此提高燃气轮机的运行效率。 [2138] 通过将能量存储系统与发电设施放置在一起可以实现的另一个可能的好处是，可以平衡现有的设备。例如，现有的发电设施通常已经包括用于将机械能转换为电能的发电机。根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统能够利用同样的发电机部件将气体膨胀的动作转换为电能。类似地，压缩气体能量存储和复原系统也能够利用发电设施与网络现有的接口（母线），以便与网络进行电力流通。 [2139] 通过将能量存储系统放置在网络的发电层中的母线之后可以实现的又一个可能的好处是，是产生的控制监管的形式。作为发电层的一部分，能量存储系统与网络的接触相对简单并且有限。具体地，能量存储系统通过单个接口与网络接触，并且经过该接口的能量流的大小和方向将以发电机和能量存储系统所期望的操作为基础。 [2140] 将能量存储系统与发电设施放置在一起还可以提高这两个部分之间的协调行动。具体地，压缩气体能量存储系统6640a和放置在一起的发电设施之间的通信链路6650可以实际上是本地的，因而比更大区域的网络潜在地更快和更可靠。 [2141] 能量存储系统与发电设施之间的这种紧密联系有助于促进从所述存储系统输出到所述网络的功率与从所述发电设施输出到所述网络的功率之间的无缝转换。在输出平衡作用中，通过存储系统即使在快速变化的条件下也进行发电，能量存储系统与间歇性能量的替代能源可以促进快速和平稳的干预。 [2142] 尽管将根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统与发电设施的物理放置在一起在某些情形下是优选的，但这不是必需的。具体地，诸如互联网的广域网的通信可靠性的增强已经减小了将网络的不同部件之间紧密联系的需求。 [2143] 因此，图66也示出了压缩气体能量存储和复原系统6640b与发电设施6610a位于同一传输线上的实施例。系统6640b和发电设施6610a可以通过有线或无线网络链路6657进行高效的通信。 [2144] 例如，根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统的一个潜在作用是，提供调节器响应机制，如果采用另外形式的某些能源可能缺乏这种机制。详细地，传统发电机涉及流体的流动（诸如蒸汽涡轮发电机），包括将所测量的发电机的速率与液流阀门相关联的调节器设备。所述调节器可以以提供负反馈的方式来操作，例如，当运转速率过低时，打开所述阀门以加大流量，当运转速率过高时，关闭阀门以限制流量。 [2145] 这种发电机可以设计为具有Automatic Generation Control(自动发电控制，AGC)能力。在为了稳定频率、电压或其它辅助目的而需要额外的功率时，AGC可以使来自系统操作者的请求增大或减小输出的消息直接转发到调节器。该信号优先于调节器自己对速率和其它条件的设定。 [2146] 然而，某些电力发电设施缺乏固有的AGC能力。例如，风力涡轮机的功率输出量是基于在风力作用下涡轮叶片的转动速率。在通过调节器动作的传统方式中，不能加速这种转动以提供额外的电压。 [2147] 某些形式的太阳能也可能缺乏固有的调节器响应机制。例如，从光电池阵列或太阳能热电系统获得的能量的量通常由太阳光决定，并且不一定会容易地增长以满足额外的功率需要。 [2148] 因此，根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统的一些实施例可以与电力网的无调节器的发电设施相结合。这样的存储系统可以基本上替代调节器，使发电设施具有AGC能力，并且响应系统操作者的稳定电压的请求时，在短时间内自动地输出更多功率。这种构造可以有助于在现有电力网基础设施中集成替代能源，并且不需要能量存储系统与替代发电设施物理地放置在一起。 [2149] 能量存储系统与发电设施位于不同位置的这种布置在某些情况下可以带来好处。例如，可再生能源的位置主要由诸如风或阳光之类的自然资源的可获得性而决定。因此，这种替代发电设施会处于偏远地区，增加了诸如压缩气体能量存储和复原系统的任何放置在一起部件的检查和维护费用。将电力从偏远地区传输到需要的地方也会带来额外成本。因此，在更容易接近的地方设置能量存储系统可以提高其操作的成本效率。 [2150] 将能量存储系统置于与发电设施不同的位置还可以带来更大的灵活性。具体地，操作这种远程设置的能量存储系统不需要受制于任何特定的发电设施。因此，图66的压缩气体能量存储和复原系统6640b能够容易地向网络上供应电力以便在逐渐提高发电量期为发电设施6610a、发电设施6610b、或者上述两者一起提供覆盖。 [2151] 图68示出了根据本发明一个实施例的压缩气体存储和复原系统的一个实施例的简化方框图。详细地，压缩气体存储和复原系统6801包括与进气口6805通流体并且与压缩气体存储单元6803通流体的压缩机/膨胀机（C/E）6802。 [2152] 图68示出了压缩机/膨胀机6802通过联动装置6807选择性地与马达/发电机（M/G）6804物理连接。在第一操作模式下，马达/发电机6804作为马达操作，以使得能量以压缩气体（例如空气）的形式存储。马达/发电机6804从外部源接收功率，并且传递该功率，以使得压缩机/膨胀机6802用作压缩机。马达/发电机6804的一个可能的功率源是通过线缆6881与电力网6814的配电层的变电所6882电连接的仪表6880。如下面更详细描述的，除了供电网，电力网6814可以是包含信息的智能电网。 [2153] 在压缩时，马达/发电机6804进而通过联动装置6807向压缩机/膨胀机6802传递功率，使得压缩机/膨胀机6802用作压缩机。压缩机/膨胀机6802从进气口6805接收气体，压缩气体，然后使压缩气体流到所述存储单元6803。 [2154] 图68也示出了系统6801还可以被配置为从第一（可变）替代能源6810（诸如风力涡轮机）接收能量。这里，压缩机/膨胀机6802被显示为通过联动装置6820与风力涡轮机6810物理连接。该联动装置实际上可以是机械的、液压的或气动的。 [2155] 由联动装置6820提供的风力涡轮机的旋转叶片与所述压缩机/膨胀机之间的直接连通，可以使能量作为压缩气体在能量损失低的情况下高效地存储。在共同待审的美国非临时专利申请No.12/730,549中描述了风力涡轮机与压缩气体存储系统结合的实施例，通过引述，所述专利申请在此出于所有目的将其全部并入。在某些实施例中，如物理联动装置6821所指示的，所述能量存储系统和替代能源可以共享公用的发电机。 [2156] 在某些实施例中，替代能量存储源可以包括单独的发电机并且通过联动装置6883将能量以电的形式提供到用作马达的马达/发电机6804。在某些实施例中，风力涡轮机中的单独发电机通过联动装置6883与马达/发电机6804电连接。 [2157] 图68进一步示出了压缩气体能量存储和复原系统6801也可以配置为从诸如石油或天然气管道之类的第二（可快速调度（dispatchable））源6850接收能量。所述系统可以利用该可快速调度能量源6850，在例如先前的操作已经耗尽了所存储的压缩气体供应时，来满足提供电力的合同承诺。 [2158] 详细地，来自该可快速调度源6850的能量可以由诸如天然气汽轮机、柴油发动机或煤气发动机的部件6864来消耗，以通过联动装置6822驱动马达/发电机6804作为发电机操作，并且由此产生用于输出到所述电力网的电力（例如，在最大需求量期间）。来自替代能源6850的能量也可以由部件6864来消耗，以通过联动装置6885驱动压缩机/膨胀机6802作为压缩机操作，并且由此压缩用于能量复原的气体（例如，在非最大需求量期间）。 [2159] 部件6864也可以通过热交换器6860与热源6862热连通。以这种方式，由部件6864的操作产生的热能可以提高能量从压缩气体复原期间的膨胀效率。 [2160] 在部件6864是涡轮机（诸如燃气轮机）的情况下，在某些实施例中，可以在燃烧过程期间利用来自存储单元的压缩气体的膨胀。相应地，图68示出了部件6864通过流体导管6876和阀门6878选择性地与压缩气体存储单元6803通流体。以这种方式利用压缩气体用于燃烧，可以允许存储在压缩气体中的能量的高效复原。 [2161] 在某些实施例中，压缩机/膨胀机6802可以包括可配置为一起作为热机操作的单独的压缩机和单独的膨胀机。在这样的实施例中，即使在气体存储单元6803已经被耗尽之后，来自热源6862的热量也可以用于驱动马达/发电机6804。 [2162] 在某些实施例中，能量存储和复原系统6801也可以与另一设施6870放置在一起，设施6870可以是大型用电设备。这种设施的例子包括但不限于，诸如工厂（包括半导体生产设备）的制造中心、数据中心、医院、港口、机场之类，和/或诸如购物中心之类的大型零售设施。 [2163] 尽管电力可以通过单独的通道6874在系统6801与设施6870之间以某种路径传输，设施6870与能量存储和复原系统6801可以共享与电力网之间的公共接口。通过通道6874可以将电力从所述能量存储和复原系统直接传递到所述设施，以用作不间断电源（UPS）或者使所述设施满足某些目的，所述目的包括但不限于峰值负载抑制、负载均衡、和/或需求响应。在所述设施与所述能量存储系统之间还可以存在其它链路（在此未示出），诸如热、流体和/或通信链路，例如用于允许温度控制。 [2164] 在第二操作模式下，存储在压缩气体中的能量复原，并且压缩机/膨胀机6802作为膨胀机操作。压缩机/膨胀机6802接收压缩气体并且使该压缩气体膨胀，驱动通过联动装置6807与用作发电机的马达/发电机6804连接的可移动部件。从马达/发电机产生的电力可以经由母线6872和传输线6812输出到电力网，用以消耗。 [2165] 如前面所述，经历过压缩或膨胀的气体会经历一定程度的温度改变。详细地，气体由于被压缩而趋于温度升高，气体由于膨胀而趋于温度降低。 [2166] 如上所述的气体的压缩和减压过程会经历一定程度的热损耗和机械损耗。然而，如果这些过程是在温度变化最小的接近等温条件下进行，则这些过程伴随着减小的热损耗发生。利用包括但不限于液体注射以进行热交换的一种或多种技术，可以实现这种接近等温的压缩和/或膨胀。 [2167] 因此，系统6801的压缩机/膨胀机装置6802与一个或多个热交换器6860通流体，热交换器6860可以选择性地与热沉或热源6862进行热连通。在压缩操作模式下，热交换器被放置为与热沉（例如，在风扇吹动空气以冷却该热交换器的大气）热连通。在膨胀操作模式下，热交换器被放置为与热源（例如，环境空气温度或废热的源）热连通。该热源可以是诸如池塘的结构，该结构被构造为接收和存储利用能源6850的部件6864产生的热量。 [2168] 尽管图68的特定实施例示出了利用压缩气体的系统的形式的能量存储和复原系统，本发明不限于这种系统。本发明的替换实施例可以利用位于相同母线之后或者与相同的传输线连接的其它形式的能量存储和复原系统，作为供电网络的发电设施。这种其它类型的能量存储和复原系统的例子包括但不限于：抽水水电发电、飞轮、蓄电池、超级电容器、热存储、化学存储、渗透压存储或超导环。 [2169] 系统6801的各种部件与中央控制器或处理器6896连接，央控制器或处理器6896进而与计算机可读存储介质6894电连接。中央控制器或处理器6896也可以通过有线连接6816和/或节点6818与6828之间的无线链路与电力网6814（例如，智能电网）连接。中央控制器或处理器6896还可以与其它信息源（例如互联网6822）连接。 [2170] 基于以存储在计算机可读存储介质6894上的计算机代码的形式的指令，控制器或处理器6896可以操作，从而控制系统6801的各种部件。这种控制可以基于从系统中的各种传感器接收的数据、从所述数据计算出的值、和/或控制器或处理器6896从包括放置在一起的源或外部源的各种源所接收的信息。 [2171] 在某些实施例中，所述系统的所述控制器可以配置为基于从发电设施接收的指令来进行操作。例如，压缩气体存储和复原系统可以用于提供电力，以平衡从再生能源发电设施的间歇性输出。在这种情况下，所述控制器于是可以配置为接收信号，该信号指示再生能源发电设施的可变或间歇性输出，并且所述控制器响应于该信号产生充足的电量。 [2172] 在某些实施例中，压缩气体能量存储和复原系统可以向发电设施传输信号。例如，起平衡作用的系统可以接收信号，该信号指明再生能源发电设施输出的长时间减少（由于多云或风力减小）。在检测到这种情况时，所述系统控制器可以被配置为发送指示另一个发电设施在长时间范围内提供充足的电力覆盖的信号。 [2173] 图68A是简化方框图，示出根据一个实施例的组合压缩/膨胀系统的操作的各种系统参数。图68A示出了在压缩时，马达/发电机6804从外部源接收功率，并且传递该功率（Win）以使得压缩机/膨胀机6802用作压缩机。压缩机/膨胀机6802接收处于进入压强（Pin）的未压缩气体，利用诸如活塞的可移动部件将该气体压缩到更大压强（Pst）以存储在腔中，然后使压缩气体流到所述存储单元6803。 [2174] 图68A也示出了在第二操作模式下，存储在压缩气体中的能量复原，并且压缩机/膨胀机6802作为膨胀机操作。压缩机/膨胀机6802从存储单元6803接收处于存储压强Pst的压缩气体，然后使该压缩气体在腔中膨胀到较低的排出压强Pout。该膨胀驱动与用作发电机的马达/发电机6804连接的可移动部件。功率（Wout）从压缩机/膨胀机输出并传递到马达/发电机6804，能够进而输入到电力网并且被消耗。 [2175] 图68A也示出了压缩气体存储和复原系统与其它部件之间可能存在的物理、流体、通信和/或热联接。 [2176] 尽管图68和图68A已经示出了具有组合压缩机/膨胀机（C/E）和组合马达/发电机（M/G）的压缩气体存储和复原系统的实施例，但这不是本发明必需的。图68B示出了分别采用与单独的专用马达部件6887和发电机部件6889分别连接的单独的专用压缩机部件6886和膨胀机部件6888的替换实施例。在某些实施例中，这些部件可以通过单个公用联动装置进行物理连接。在其它实施例中，这些部件可以通过多个联动装置进行物理连接。在又一些实施例中，马达6887和发电机6889可以结合为单个马达/发电机单元。 [2177] 在该实施例以及其它实施例中，通过压缩气体的膨胀复原的能量不需要输出到系统外部作为电能。在某些操作模式中，从膨胀气体获得的全部能量可以为了其它目的而消耗，例如为了温度控制（诸如加热或冷却）和/或用压缩机压缩更多气体。 [2178] 图68C示出了根据本发明一个实施例的压缩气体存储和复原系统的替换实施例的简化方框图。在图68C的实施例中，专用压缩机（C）6886、专用膨胀机（E）6888、专用马达（M）6887和专用发电机（G）6889都通过多节点齿轮系统6899选择性地相互物理连通。这种齿轮系统的一个实施例是在美国非临时专利申请No.12/730,549中描述的行星齿轮系统，通过引述，所述专利申请在此将其全部并入用于各种目的。 [2179] 如前面在图33A-AA中所示的诸如行星齿轮系统的多节点齿轮系统可以以删减或添加的方式允许全部联动装置同时运动。例如，在有风吹动的时候，可以分配来自所述涡轮机联动装置的能量以驱动联结到发电机的联动装置联结到压缩机的联动装置。在另一个例子中，在有风吹动并且对能量的需求高时，所述行星齿轮系统允许风力涡轮机联动装置的输出与膨胀机联动装置的输出相结合，以驱动联结到发电机的联动装置。 [2180] 此外，多节点齿轮系统也可以配置为容纳部分联动装置的运动。例如，在轴3368被阻止转动的情况下，图33A中的轴3341的转动会导致轴3362的转动，反之亦然。类似地，轴3341的转动仅仅会导致轴3368的转动，并且反之亦然，或者轴3362的转动仅仅会导致轴3368的转动，并且反之亦然。这种配置使得机械能仅仅在系统的两个部件之间选择性地传递，例如，在风力涡轮机静止并且希望基于马达的输出来操作压缩机的情况下。 [2181] 本发明的某些实施例可以有利地采用行星齿轮系统以允许机械能在系统的不同部件之间传递。详细地，这种行星齿轮系统可以提供灵活性，以容纳不同操作模式中联动装置之间的不同相对运动。 [2182] 尽管图68C示出了具有多节点的齿轮系统的实施例，但这不是本发明必需的。在替换实施例中，所述系统的各种部件可以通过单独的物理联动装置或通过与部分其它部件共享的物理联动装置互相物理连通。 [2183] 在某些实施例中，压缩气体能量存储和复原系统可以在压缩和/或膨胀过程中利用液体注入来促进热交换。这样的热交换可以使得温度控制（诸如接近等温）条件在压缩和/或膨胀过程中能够保持，由此提高相应的能量存储和复原的效率。 [2184] 将压缩气体能量存储和复原系统并入电力网络的发电层，可以使得现有的发电设施被利用而起到的作用，是在不将压缩气体能量存储和复原系统并入的情况下由于其斜坡加载时期而无法起到的作用。例如，发电设施的潜在的作用可以是向能源市场销售电力。 [2185] 一个这种市场是用于销售能量以平衡对于大于一小时的时间段的需求的供给。这样的实施例可以接近实时地从存储系统快速分配电力，以便使得现有的发电设施满足短期的需求波动。这些波动可能由自然因素造成，例如，由可变的再生能源（诸如风力电厂）供应的电量变化。该波动也可能是人为因素，例如，由能源市场调配的价格变化。 [2186] 压缩气体能量存储和复原系统的某些实施例可以配置为促进发电设施的产能提升，从而在更长的时期（例如，一天内）向能源批发市场销售电力。因此，本发明的能量存储系统的另一个潜在的作用是，可以通过发电设施促进当天的套利增长。 [2187] 在起这种作用时，发电设施会用于提升产能并且在电力批发价格昂贵时提供能源用于销售。压缩气体能量存储系统的存在可以使发电设施在很短时间内就这种当天套利增长的机会做出响应。 [2188] 来自所述存储系统的电力（以及随后被来自产能提高后的发电设施的电力所替代），可以销售到能源批发市场。这样的压缩气体能量存储和复原系统可以由独立发电商（IPP）、发电公司或其他负荷服务企业（LSE）所拥有和运作。 [2189] 其产能提高由压缩气体能量存储和复原系统覆盖的发电设施的另一个潜在的作用是，可以进行每日的可更新均衡。具体地，这样的发电设施的快速响应时间可以允许需求快速地从变化的再生能源移开，以便更好地使负载和传输可用性匹配。例如，在风力逐渐消失的情况下，来自压缩气体的能量能够在电力网络上起到应急作用直到燃气涡轮机产能提高以弥补再生能源供应的损失。这样可以提高可靠性，因而提高再生能源的价值。 [2190] 尽管上述描述已经涉及被分类为属于发电层的系统，该系统中复原的电力被销售到能源批发市场，但本发明不限于起到这些作用。根据替换实施例，能量存储和复原系统可以向其它类型的市场销售能量并且保持在本发明的范围内。 [2191] 这种用于销售从压缩气体复原的电力的替换市场的例子是辅助性服务（A/S）市场。一般来说，辅助性服务市场通常表示销售给网络的电力用于使用者消耗之外的其它用途。这些用途包括保持所述网络的完整和稳定性，以及所提供的电力的质量。 [2192] 向辅助性服务市场提供能量的能力（容量），通常以市价按小于一天的时段销售。独立系统运行机构（ISO）支付预付储备这种容量的容量成本。 [2193] 实际的能量自身是根据来自所述网络的要求进行销售，以一定持续时间提供电力。当这种情况发生时，所述系统的所有者将被支付销售的能量的市场价格。 [2194] 存在一个辅助市场用以保持提供对网络进行运营所需的储备的容量。就是说，网络的运营商需要能够提供高于并超出现有需求的电量，以便确保网络能满足未来的需求。这些储备通常以超出供给的百分比来计算。 [2195] 储备的一种形式是应急储备。应急储备是电力网络在相对短时期内要求的，以响应某些意外的但需要进行计划的事件（紧急事件）。这种可能的紧急事件的例子包括传输层的部件（诸如传输线）故障，意外的需求激增，或者在短期内断开或减少发电部件的输出的需求。 [2196] 应急储备的一种形式是运转储备（spinning reserves）。这种运转储备通常在极短时间内可获得的。运转储备的传统形式是增加在低于容量工作的发电机组的输出或者中断给某些客户的服务的。这种储备被称为“运转”，因为为了满足短期内的需求，发电设施可能已经在线并且以同步方式与网络的其它部分一起工作（运转）。 [2197] 应急储备的另一种形式是长期储备（standing reserves）。可获得的长期储备比运转储备具有更长的提前期，因为发电设施还没有同步地在线。长期储备也可以采用这样的形式，在通知期相应地更长的条件下，中断给某些客户的服务。 [2198] 在某些实施例中，现有的发电设施的产能提高时间被根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统覆盖，所述现有的发电设施能够用于提供应急储备。这种发电设施具有提供服务提供商要求的持续一段时间的所需应急电量的能力。上面已经总结了获得产能提高覆盖的各种可能的作用。 [2199] 1．一种方法，包括： [2200] 使压缩气体膨胀以驱动位于腔内的可移动部件； [2201] 通过所述可移动部件的运动产生电力，以及 [2202] 在电力网的发电设施的产能提高期将所述电力提供到所述电力网。 [2203] 2．根据权利要求1所述的方法，其中，通过母线将所述电力供应到所述电力网，并且所述发电设施通过所述母线与所述网络电连接。 [2204] 3．根据权利要求2所述的方法，其中，通过发电机将所述电力供应到所述电力网，并且所述发电设施与所述发电机物理连接。 [2205] 4．根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力供应到所述电力网的传输线，并且所述发电设施与所述传输线电连接。 [2206] 5．根据权利要求1所述的方法，其中，所述发电设施包括燃气轮机或者蒸汽轮机或者柴油发电机。 [2207] 6．根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述压缩气体放置为与所述发电设施热连通。 [2208] 7．根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述发电设施放置为与所述压缩气体源通流体。 [2209] 8．根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述可移动部件放置为与所述发电设施物理连接。 [2210] 9．根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述可移动部件放置为与所述发电设施电连接。 [2211] 10．一种方法，包括： [2212] 使压缩气体膨胀以驱动位于腔内的可移动部件； [2213] 通过所述可移动部件的运动产生电力，以及 [2214] 将所述电力提供到电力网，以平衡所述电力网的发电设施的间歇性输出。 [2215] 11．根据权利要求10所述的方法，其中，通过母线将所述电力供应到所述电力网，并且所述发电设施通过所述母线与所述网络电连接。 [2216] 12．根据权利要求11所述的方法，其中，通过发电机将所述电力供应到所述电力网，并且所述发电设施与所述发电机物理连接。 [2217] 13．根据权利要求10所述的方法，其中，将所述电力供应到所述电力网的传输线，并且所述发电设施与所述传输线电连接。 [2218] 14．根据权利要求10所述的方法，其中，所述发电设施包括可再生发电设施。 [2219] 15．根据权利要求14所述的方法，其中，所述可再生发电设施包括风力涡轮机或者太阳能采集装置。 [2220] 16．根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述压缩气体放置为与所述发电设施热连通。 [2221] 17．根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述发电设施放置为与所述压缩气体源通流体。 [2222] 18．根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述可移动部件放置为与所述发电设施物理连接。 [2223] 19．根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述可移动部件放置为与所述发电设施电连接。 [2224] 20．一种装置，包括： [2225] 腔，所述腔内布置有对所述腔内气体的膨胀做出反应的可移动部件； [2226] 发电机，所述发电机与所述可移动部件物理连接并且与电力网的传输层电连接，以及 [2227] 压缩气体存储单元，被构造为选择性地与所述腔通流体，从而所述发电机在发电设施的产能提高期将电力提供到所述电力网。 [2228] 21．根据权利要求20所述的装置，其中，所述发电机和所述发电设施通过公共母线与所述传输层电连接。 [2229] 22．根据权利要求20所述的装置，其中，所述发电设施与所述发电机物理连接以产生电力。 [2230] 23．根据权利要求20所述的装置，其中，所述发电机和所述发电设施通过公共传输线与所述传输层电连接。 [2231] 24．根据权利要求20所述的装置，进一步包括所述腔与所述发电设施之间的热联动装置。 [2232] 25．根据权利要求20所述的装置，进一步包括所述压缩气体存储单元与所述发电设施之间的流体联动装置。 [2233] 26．根据权利要求25所述的装置，其中，所述发电设施包括燃气轮机。 [2234] 27．根据权利要求20所述的装置，进一步包括与所述压缩气体存储单元通流体的压缩机。 [2235] 28．根据权利要求27所述的装置，进一步包括所述发电设施与所述压缩机之间的物理联动装置。 [2236] 29．根据权利要求27所述的装置，进一步包括与所述可移动部件电连接并且与所述发电设施电连接的控制器。 [2237] 30．一种装置，包括： [2238] 腔，所述腔内布置有对所述腔内气体的膨胀做出反应的可移动部件； [2239] 发电机，所述发电机与所述可移动部件物理连接并且与电力网的传输层电连接，以及 [2240] 压缩气体存储单元，被构造为选择性地与所述腔通流体，从而所述发电机将电力提供到所述电力网，以平衡发电设施的间歇性输出。 [2241] 31．根据权利要求30所述的装置，其中，所述发电机和所述发电设施通过公共母线与所述传输层电连接。 [2242] 32．根据权利要求31所述的装置，其中，所述发电设施与所述发电机物理连接。 [2243] 33．根据权利要求30所述的装置，其中，所述发电机和所述发电设施通过公共传输线与所述传输层电连接。 [2244] 34．根据权利要求30所述的装置，进一步包括与所述压缩气体存储单元通流体的压缩机。 [2245] 35．根据权利要求30所述的装置，进一步包括所述发电设施与所述压缩机之间的物理联动装置。 [2246] 36．根据权利要求35所述的装置，其中，所述发电设施包括燃气轮机。 [2247] 37．根据权利要求30所述的装置，进一步包括所述腔与所述发电设施之间的热联动装置。 [2248] 38．根据权利要求30所述的装置，进一步包括与所述可移动部件电连接并且与所述发电设施电连接的控制器。 [2249] 压缩气体能量存储和复原系统可以包括在电力供应网络中，终端用户在仪表后。这种能量存储和复原系统可以起供电和/或温度控制的作用。在某些实施例中，可以利用从压缩气体的膨胀中恢复的能量来冷却终端用户。根据一些实施例，从气体的压缩产生的热量可以用于加热。在用作电源时，所述压缩气体能量存储和复原系统可以用作终端用户的不间断电源（UPS），和/或可以用于提供使终端用户可以执行抑制峰值和/或参与请求响应程序的能量。 [2250] 根据本发明的实施例，压缩气体能量存储和复原系统可以包括在终端用户的仪表后的电力供应网络中。在一些实施例中，可以利用气体的压缩产生的能量或从气体的膨胀中复原的能量（也可以从其他热源供应）来对终端用户进行温度控制（例如冷却和/或加热）。 [2251] 在图60所示的表中列出了这种温度控制作用的一些参数的例子。 [2252] 在某些实施例中，位于消耗层的压缩气体能量存储和复原系统可以提供满足终端用户的全部或部分需要的能量。这种电源作用的例子包括但不限于用作不间断电源（UPS）、用作使终端用户可以进行日常套利的电源（即每日在低价时从网络购买能量）、用作使终端可以参与请求响应程序的电源、用作使终端用户将消耗减小到历史峰值水平之下的电源、和/或用作在来自可再生能源（诸如风力涡轮机或光伏（PV）阵列）的供给变化或间断时供应能量的电源。 [2253] 在图62所示的表中列出了这种电源作用的一些参数的例子。 [2254] 小的终端用户的例子包括单独的居所或小的业务。中等的终端用户的例子包括哪些具有较大能量和/或温度控制需求的用户，例如，医院、办公楼、大型商店、工厂或数据存储中心。大的终端用户可以包括由多个单独的实体形成的用户，例如购物中心、住宅小区、学术或行政大学、或者诸如机场、码头或铁路等交通中心。 [2255] 图66示出将压缩气体存储系统的各种实施例包括在电力网中。图66示出，在某些实施例中，压缩气体能量存储和复原系统6640a可以与终端用户6606a一起包括在仪表6634a之后的用电层中。在这种构造中，终端用户与能量存储和复原系统之间可以具有多个不同类型的连接装置6650（包括但不限于物理的、热学的、电气的、流体的和/或通讯）。 [2256] 图66还示出了，在其它实施例中，根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统6640b可以与终端用户6606b及一个或多个局部能量源6655一起位于仪表6634b之后。这种局部能量源的例子包括但不限于风力涡轮机和诸如屋顶光伏（PV）阵列和/或热学太阳能系统的太阳能获取设备。在此构造中，终端用户与能量存储和复原系统之间、终端用户和局部发电机之间、和/或能量存储和复原系统和局部能量源之间，可以具有多个不同类型的联动装置6650（包括但不限于物理的、电气的、通讯、热学的和/或流体的）。 [2257] 图69示出了根据本发明实施例的压缩气体存储和复原系统的一个实施例的简化框图。具体地，压缩气体存储和复原系统6901包括被构造为与终端用户6950和仪表6992电连接的电机/发电机（M/G）6904。 [2258] 电机/发电机（M/G）6904通过物理连接装置6921和离合器6922与专用的压缩机（C）6902选择性的物理连通。电机/发电机（M/G）6904还通过连接装置6923和离合器6924与专用的膨胀机（E）6905选择性的物理连通。 [2259] 专用的压缩机（C）6902与进气口6903选择性地液体连通。专用的压缩机的出气口6947通过逆流热交换器6928和单向阀6909与压缩气体存储单元6932选择性的通流体。 [2260] 在某些实施例中，压缩气体存储单元6932可以与热源选择性的连通。例如，压缩气体存储单元可以放置为与太阳热连通，从而在白天吸收太阳能。在某些实施例中，存储单元可以涂覆有促进热能吸收的材料，例如深色涂料。 [2261] 在某些实施例中，压缩气体存储单元可以在诸如玻璃的光学透明屏障之后与太阳热连通。屏障可以用于俘获来自太阳射线的红外线（IR）辐射，从而进一步提高在白天对压缩气体的加热。 [2262] 专用膨胀机（E）的进气口6949通过逆流热交换器6928和单向阀6911与压缩气体存储单元6932选择性的通流体。所述专用的膨胀机与出气口6907选择性的通流体。 [2263] 如上所述，在受控制的温度变化的条件下，本发明的实施例利用与被引入液体进行的热交换来实现有效的能量存储和恢复。在某些实施例中，这些受控制的温度条件可以引起接近等温的气体压缩或膨胀。 [2264] 系统中现存的热能可以通过各种热连接装置传播。根据本发明的实施例的热连接装置可以包括一个或多个部件，其被构造为以各种方式结合从而使热量可以从一个物理位置传送到另一物理位置。热连接装置的可能部件的例子包括但不限于液流导管、气流导管、热管、热交换器、环状热管以及热虹吸管。 [2265] 例如，专用的压缩机可以通过热连接装置6961与热沉6962选择性的热连通。此热连接装置可以从压缩气体传送热量形式的热能。 [2266] 专用的膨胀机可以通过热连接装置6964与热源6988选择性的热连通。此热连接装置可以从膨胀气体传送的冷却形式的热能。 [2267] 该专用的压缩机可以包括被构造为从压缩气体以热量形式传送热能的热连接装置6963。这种热量形式的热能可以通过开关6984选择性地流出系统，或者通过热连接装置6982流到终端用户。在某些实施例中，热连接装置6982可以以压缩气体本身的形式传送热量。在某些实施例中，热连接装置可以以液体形式传送热量，该液体与压缩气体进行了热交换。 [2268] 专用的膨胀机可以包括被构造为从膨胀气体以冷却形式传送热能的热连接装置6973。这种冷却形式的热能可以通过开关6981选择性地流出系统，或者通过热连接装置 6980流到终端用户。在某些实施例中，热连接装置6973可以以膨胀气体本身的形式传送寒冷。在某些实施例中，热连接装置可以以液体形式传送寒冷，该液体与膨胀气体进行了热交换。 [2269] 在某些实施例中，热连接装置6980和6982可以被构造为与在终端用户中的现有的供热通风与空气调节（HVAC）系统通过接口结合。这种标准HVAC系统的例子包括但不限于从以下制造商购买：AAON、Addison Products Company、Allied Thermal Systems、American Standard、Armstrong、Bard、Burnham、Carrier、Coleman、Comfortmaker、Goodman、Heil、Lennox、Nordyne、Peake Industries Limited、Rheem、Trane以及York International。 [2270] 典型的住宅HVAC系统可以包括空调、热泵、组装式（packaged）燃气电器（gas electric）、组装式热泵、组装式空调、组装的（packaged）双燃料、空气处理器和炉子。典型的商用HVAC系统可以包括组装的户外装置，包括利用 制冷剂的组装式屋顶装置、利用R-22制冷剂的组装式屋顶装置和100%Dedicated的户外空气装置。室内的商用HVAC系统包括室内独立装置、水源热泵以及组装式终端空调。 [2271] 商用HVAC系统还可以是组装式分离系统的形式。例子包括分离系统（6至130吨）、分离系统（1.5至5吨）、冷凝器、无管道系统、炉子和盘管（coil）。 [2272] 冷却装置的例子包括但不限于风冷冷却装置、水冷冷却装置、非冷凝器冷却装置，并且可以包括冷凝器和其他冷却装置组件。 [2274] 在许多实施例中，热连接装置可以包括是液流回路的一部分的流体导管。在某些实施例中，通过直接或间接加热终端用户而被冷却（或通过直接或间接冷却终端用户而被加热）的液体可以返回系统。 [2275] 因此在某些实施例中，从压缩机流出的被加热的液体在暴露于re热沉（可以是需要加热的终端用户）之后可以循环回到压缩机。同样，从膨胀机流出的被冷却的液体在暴露于热源（可以是需要冷却的终端用户）之后可以循环回到膨胀机。在这两种情况中，通过一个或多个热交换器结构会发生热量传播。 [2276] 在某些实施例中，从膨胀机出来的冷却气体在暴露于热源（需要冷却的终端用户的形式）之后可以循环返回压缩机。同样，从压缩机出来的被加热气体在暴露于热沉（需要加热的终端用户的形式）之后可以循环返回膨胀机。在这种情况中，通过一个或多个热交换器结构会发生热量传播。 [2277] 此外，热连接装置不需要包括单个部件。利用各种类型的热交换器，热能可以从流过液体导管的液体传送到流过气体导管的气体（反之亦然）。这种热交换器可以位于各种不同的位置，范围从原始热交换地点到终端用户内。在某些实施例中，热连接装置的一个或多个组件可以包括热管，在所述热管中流体在气体和液体之间相变。 [2278] 图69A-D是图示热连接装置可以与终端用户结合的各种方法的简化图。图69A示出了一个实施例，其中，热连接装置6957运载冷的液体，并且终端用户组件6950包括热交换器6951，在所述热交换器6951中，热连接装置中的冷被传送给空气。 [2279] 在一些实施例中，空气通过充气室6952移动，然后进入通风管道联结6953。在某些实施例中，空气直接从热交换器移动到所述联结。 [2280] 然后，冷空气进入按照一定的技术标准设计的供热通风与空气调节（HVAC）系统6954。在通过热交换器时被加温的液体经由连接装置6955排出到终端用户组件6950之外。 在某些实施例中，此连接装置可以使被加温的液体循环返回系统。 [2281] 本发明不限于图69A所示的特定实施例。例如，在某些实施例中，热量可以沿相反方法流动。连接装置6955可以将热的液体运载到热交换器，在充气室中加热气体。然后热的空气通过空气管道联结运输到HVAC系统。在通过热交换器时被冷却的液体经由连接装置6957排出到终端用户组件6950之外。 [2282] 图69B示出另一实施例，其中热连接装置6957运载冷的空气，并且终端用户组件6950包括联结到上述HVAC系统6954的空气管道联结6953，和从HVAC系统6954到热连接装置6955的空气管道连接6956，所述热连接装置6955运载从HVAC系统返回的温的空气。 [2283] 或者，热连接装置6955运载热空气并且终端用户组件6950包括连接到上述HVAC系统的空气管道联结和从HVAC系统到热连接装置6957的空气管道联结。该连接装置6957运载从HVAC系统返回的冷却空气。 [2284] 图69C示出了另一实施例，其中，热连接装置6957运载冷空气，并且终端用户组件6950包括除湿器6958连接到与上述HVAC系统连接的空气管道联结6953以及从HVAC系统到热连接装置6955的空气管道联结6956。该连接装置6955从运载HVAC系统返回的温的空气。 [2285] 图69D示出又一实施例，其中，热连接装置6957运载冷的液体，并且终端用户组件6950包括管道联结6959。 [2287] 如上所述，本发明的实施例可以采用气体管道连接来进行热能交流。例如，图69A的实施例的热交换器设备可以通过充气室将冷或热的空气经由空气管道连接传送到HVAC系统。在图69B的实施例中，热连接装置可以被构造为经由空气管道连接将热或冷空气直接传送到HVAC系统。在图69C的实施例中，热连接装置可以被构造为向除湿器供应冷空气，该除湿器可以经由空气管道连接与HVAC系统连接。热连接装置可以被构造为从HVAC系统经由空气管道连接接收热空气。 [2288] 根据本发明的实施例的这种气体管道连接可以包括由以下管道连接组件中的一个或多个形成的管道系统：管道密封剂，包括液体密封剂、胶粘剂、垫片、胶带、供热材料、以及胶粘剂和嵌入织物的结合物；横向接缝加固物，包括但不限于持久推力链（drive slip）、持久的S式成对角状物、法兰接合加固物、平焊法兰接缝加固物、持久缝接合加固物、以及焊接法兰接缝加固物；挠性管道连接器，包括但不限于非金属管道夹具、金属夹具、套管（包括辊口、向外展开的、楔形榫、辊口圆锥形的、辊口直的、4’’套筒和套管（导管最小尺寸2’’）；配件，类型re1：半径弯头，类型re2：具有叶片的方形狭道弯头，类型re3：具有叶片的弧形弯头，类型re4：没有叶片的方形狭道弯头，类型re5：双弧形弯头，类型re6：斜接弯头，类型re7：45°狭道、45°垫片，类型re8：45°狭道、半径垫片，类型re9：45°狭道、 90°垫片，类型re10：、半径狭道、90°垫片）。 [2289] 管道系统可以符合HVAC管道构造标准（HVAC Duct Construction Standard）：美国金属散热与空气调节承包商协会（SMACNA，Sheet Metal and Air Conditioning Contractor's National Association）的金属和挠性（2005）标准，其全部内容通过引用合并于此，以用于所有用途。 [2290] 根据本发明的实施例可以使用各种类型的管道系统，以在从低压到1000Pa压强的压强范围传送气体。在某些实施例中，管道可以包括镀锌钢材。该管道可以包括形成为质量满足ASTM A525的扣锁，ASTM A525是用于钢片、镀锌制品（热浸镀锌的）、G90镀锌制品的规定。 [2291] 在某些实施例中，管道包括螺旋形、圆形和扁平椭圆形的管道和设备。在某些实施例中，管道可包括螺旋圆形管道，其可以被校准与制造商出版的尺寸公差标准一致。350mm（14英寸）或更大的螺旋形管道形成有褶皱以加强度和硬度。通过平接缝和沿螺旋形接缝隔开的机械地形成的凹痕可以防止螺旋形接缝滑移。 [2292] 在一些实施例中，管道可以包括制造的带法兰的管道接头，其例子包括但不限于垫圈式的拉力环或加强的带法兰和垫圈式的拉力环。可接受的标准的例子包括但不限于DUCTMATE、NEXUS和McGiIl Airflow Flange/Hoop Connector、SPIRALMATE或OVALMATE。 [2293] 可以使用各种密封剂。某些类型的密封剂使用水基聚合物、不可燃的、高速管道密封化合物。一些密封剂可以达到NFPA90A和9OB的要求。密封剂可以是抗油的。密封剂可以是在UL Class1中列出的。 [2294] 密封剂可以具有从-7℃至+93℃(20F°至+200°F)的温度范围。密封剂的接受的标准包括DYN-O-SEAL(-40°F至+200°F)、Foster32-17和Foster32-19。 [2295] 可以使用各种胶布。一个例子是PVC处理的、不可燃的、稀疏的（纱布）玻璃纤维胶布。该胶布可以是UL中列出的。 [2296] 在某些实施例中，胶布可以具有50mm（2英寸）的宽度。可接受的标准包括DURODYNE FT-2和HARDCAST FS-150。 [2297] 可以用多种方法安装管道。可以根据SMACNA标准安装管道。 [2298] 在某些实施例中可以使用压力构造。下表给出低压管道系统构造分级： [2299] [2300] 可以根据功能确定管道构造、片的规格、加固和支撑分级，如下所述： [2301] ·从风扇的排放侧供应空气管道系统：750Pa(3单位WG)级； [2302] ·在风扇的进口侧返回空气管道系统：250Pa(1单位WG)级； [2303] ·在风扇的排放侧排出空气管道系统：250Pa(1单位WG)级； [2304] ·在风扇的进口侧排出空气管道系统：500Pa(2单位WG)级。 [2305] 可以根据下表确定低压管道密封分级： [2306] [2307] 管道密封结构如下： [2308] ·从风扇的排放侧供应空气管道系统：密封级A； [2309] ·在风扇的排放侧返回空气管道系统：密封级B； [2310] ·在风扇的进口侧返回空气管道系统：密封级B； [2311] ·在风扇的排放侧排出空气管道系统：密封级B； [2312] ·在风扇的进口侧排出空气管道系统：密封级B。 [2313] 根据本发明的实施例可以采用挠性管道。 [2314] 这种挠性管道系统的适用标准包括但不限于以下最新版本： [2315] ·UL181； [2316] ·美国国家防火协会(NFPA)9OA和9OB; [2317] ·SMACNA的挠性管道安装标准。 [2318] 根据本发明而采用的挠性管道的实施例的最大火焰蔓延额定值可以为25并且最大冒烟指数为50。 [2319] 根据本发明而使用的挠性管道系统的实施例可以包括工厂制造的半刚性非绝热铝制管道系统。挠性管道系统可以螺旋地缠绕并且与三重卷边接缝机械接合。管道系统之间的接缝可以形成持续气密和防漏接头。管道系统可以是UL Class1中列出的。 [2320] 在某些实施例中，挠性管道可以显示以下操作特性中的一个或多个： [2322] ·约为250Pa(1单位WG)的最大负压强； [2323] ·约为20.3m/s(4000ft/min)的最大气体速率; [2324] ·约在-50℃至320℃(-60°F至600°F)之间的温度范围。 [2325] 根据一些实施例，可以使用绝热挠性管道系统。某些实施例可以包括工厂制造的半刚性绝热铝制管道系统。所述绝热挠性管道系统可以螺旋缠绕并与三重卷边接缝机械接合。绝热挠性管道系统可以采用接缝来形成持续的气密和防漏接头。绝热挠性管道系统可以是UL Class1中列出的。绝热挠性管道系统可以制造为缠绕有25mm（1英寸）玻璃纤维绝缘材料，该玻璃纤维绝缘材料被隔汽层（聚乙烯套筒）覆盖。 [2326] 在某些实施例中，绝热挠性管道系统可以显示以下性能特性中的一个或多个： [2327] ·不大于约0.24Btu/h/ft20F的平均热量损失/增加； [2328] ·约为2500Pa(10 WG)的最大正压强； [2329] ·约为250Pa(1WG)的最大负压强； [2330] ·约为20.3m/s(4000ft/min)的最大气体速率; [2331] ·约在-40℃至250℃之间的温度范围。 [2332] 根据本发明的实施例的挠性管道系统可以安装有不大于约3m（10ft）长的挠性管道馈送衬板出口。在某些实施例中，密封化合物和/或胶带可以使用在金属片和挠性管道之间的连接点处。利用金属片螺栓可以形成进一步的机械连接。挠性管道系统的各种实施例可以具有这样的弯曲，该弯曲的中轴的半径大于一个管道直径。 [2333] 在某些实施例中，可以利用被构造为运载液体的连接装置交流热能。例如，图69A的实施例包括被构造为通过热交换器设备传送冷的和热的液体的热连接装置。图69D的实施例使用被构造为经由液体管道连接将冷和/或热直接传送到冷却器负荷的热连接装置。 [2334] 根据本发明的实施例的这种液体管道连接可以由下述一个或多个组件形成，所述组件包括但不限于：诸如配件（可以由铜、黑管（black pipe）、黄铜、镀锌钢材或PVC形成）的管道密封物、螺纹接套（可以由铜、黑管、黄铜、镀锌钢材或PVC形成）、无毂管接头、管夹和管架衬垫（pipe hanger inserts）。 [2335] 多种类型的钢管可以用做液体管道传输。例子包括根据目录40、无缝的NPS2&以1 下、根据目录40无缝或电阻焊（ERW）的NPS2/2–3、以及根据目录40、ERW的NPS4–8。适用标准包括ASTM A53或Al35、Grade B。 [2336] 各种接头可以用于连接液体管道管。螺纹接头的例子包括根据标准ANSI B1.20.1利用锥管螺纹和特氟龙胶带或粉末状铅膏接合剂的NPS2&以下、或根据标准ASME B16.39的具有黑可锻铸铁、青铜面、接地接头（ground joint）组合。还可以使用NPS2&以上的螺纹接头。 [2337] 还可以使用焊接接头来连接输运的液体管。焊接接头的例子包括在标准ANSI1 B16.l l下利用承插焊接配件的NPS2&以下。NPS2/2&以上的接头可以包括CSA W47.1-1983下的凸面法兰、ANSI B18.2.1、B2.2.2下的法兰螺栓&螺母、以及法兰垫片；垫片可以是ANSI B16.21、B16.20、A21.l l下厚度为1.6mm（1/16英寸）的弹性片或其他适合的材料。 [2338] 槽形接头也可以连接连接液体管道管。槽形接头的例子包括利用机械接头轧制1 或切割成槽标准的NPS2/2&以上，与EPDM垫片刚性联结。接受的标准包括Victaulic和Gruvlock。适用标准为CSA B242-M1980。 [2339] 各种类型的配件可以用作液体管道，所述液体管道预期将经历上至约1035kPa(150psi)的压强。在此压强范围的NPS2&以下的螺纹配件包括螺纹可锻铸铁、在ANSI B16.3标准下的Class150，以及在ASME B16.39标准下的黑可锻铸铁、青铜面、接地接头的组合。 [2340] 焊接配件可以用作液体管道，所述液体管道预期将经历上至约1035kPa(150psi)的压强，所述焊接配件包括利用锻钢、Class150、凸面管法兰、焊接颈、套装的或锻钢对接1 焊型的NPS2/2&以上；壁厚匹配管道。接受的标准包括Weldbend、Tube Turns和Bonney Forge。适用标准为ANSI B16.5。 [2341] 用作预期将经历上至约1035kPa(150psi)的压强的液体管道凹槽配件包括在标1 准ASTM A47-77下利用可锻铸铁或在标准ASTM A536-80的球墨铸铁的NPS2/2&以上。接受的标准包括Victaulic和Gruvlock。 [2342] 各种类型的配件可以用作预期将经历上至约2070kPa(300psi)的压强的液体管道。NPS2&以下的螺纹配件可以使用螺纹可锻铸铁，ANSI B16.3标准下的Class300。 [2343] 焊接配件也可以用作预期将经历更高压强的液体管道。对于NPS2&以下来说，可以使用锻钢的焊接配件Class300，接收标准为ANSI16.11标准下的Bonney Forge和Anvil(Grinnell)。也可以使用MSS-SP-83标准下的锻钢Class300、青铜面、接地接头的组合。 [2344] 对于NPS21/2&或以上来说，可以使用锻钢、Class300、凸面管法兰的焊接配件和焊接颈或套装。也可以使用壁厚与管匹配的锻钢对接焊型。接受的标准包括Weldbend、Tube Turns和Bonney Forge。适用标准包括ANSI B16.5。 [2345] 凹槽配件也可以在此压强范围内使用。NPS21/2&以上可以使用标准ASTM A47-77下的可锻铸铁或可以使用标准ASTM A536-80下的球墨铸铁。接受的标准包括Victaulic和Gruvlock。 [2346] 焊接分支连接配件也可以在更高的压强范围内用于所有管道尺寸。这些配件可以是壁厚为管道的最小厚度的锻钢，所述分支配件焊接到所述管道。接受的标准包括Bonney Forge"O-let"配件和Anvil(Grinnell)"Anvilet"配件。所述配件符合ANSI B31.1标准。 [2347] 在用于加热和冷却的液体管道中可以使用多种阀门类型。闸阀可以用于上至约1035kPa(150psi)的压强。对于NPS2&以下来说，阀门可以焊接有明杆、具有青铜主体和有螺纹的阀盖的Class150、结实的闸板。接受的标准为Kitz44。 [2348] 在此压力范围，也可以使用螺纹闸阀，其可以包括明杆、具有青铜主体和有螺纹的阀盖的Class150、结实的闸板。接受的标准为Kitz44。NPS2和以下的螺纹阀门符合MSS SP-80和/或ANSI/ASME B16.34。 [2349] 对于NPS21/2&以上来说，法兰闸阀可以用于此压强范围，包括明杆、具有平面法兰的Class125、铸铁主体、青铜镶边、结实的闸板、螺栓阀盖、OS&Y（Outside Screw and Yoke，明杆支架）。接受的标准为Kitz72。法兰闸阀符合MSS SP-70和/或ANSI/ASME B16.5标准。 [2350] 对于上至2070kPa(300psi)的压强来说，可以使用球阀。对于NPS2&以下，可以焊接球阀或在球阀上形成螺纹。焊接球阀可以包括至少600psi WOG两片青铜或黄铜主体、全流道镀铬青铜或不锈钢球、PTFE座和密封的防爆裂接缝。接受的标准为Kitz59。螺纹球阀可以包括至少600psi WOG两片青铜或黄铜主体、全流道不锈钢球、PTFE座和密封的防爆裂阀杆。接受的标准为Kitz58。这种球阀符合ANSI/ASME B16.34标准。 [2351] 对于NPS21/2至12来说，可以使用蝶阀。该蝶阀的例子是槽形的、Class150长颈设计的可锻铸铁或球墨铸铁体、铝青铜阀瓣、EPDM（三元乙丙橡胶）Grade“E”衬垫，93℃(200°F)的工作温度。接受的标准为Victaulic Series300。该阀门符合ANSI/ASME B16.34或ANSI/ASME B16.5标准。 [2352] 对于上至4100kPa(600psi)的压强来说，可以使用球阀。对于NPS2至4来说，球阀可以是开槽的、具有600psi WOG、球墨铸铁阀体、不锈钢球和阀杆、标准端口、指定的锁闭阀、TFE座和封条。接受的标准包括Victaulic Series721和Gruvlok。该球阀符合MSS SP-70或ANSI/ASME B16.5标准。 [2353] 对于上至约1035kPa(150psi)的压强来说，可以使用旋启式止回阀。NPS2&以下可以使用焊接的或形成螺纹的旋启式止回阀。焊接的旋启式止回阀可以是Class150、Y图案青铜阀体、青铜旋启式阀瓣、一体式阀座、拧入式阀帽，接受的标准为Kitz30-。螺纹的旋启式止回阀可以是Class150、Y图案青铜阀体、青铜旋启式阀瓣、一体式阀座、拧入式阀帽，接受的标准为Kitz29。这种焊接或螺纹旋启式止回阀符合MSS SP-80和/或ANSI/ASME B16.34标准。 [2354] NPS21/2或以上可以使用Class125的具有平面法兰、铸铁阀体、可再生青铜阀座环、青铜旋启式阀瓣的法兰旋启式止回阀。接受的标准包括Kitz78。这种法兰旋启式止回阀符合MSS SP-71和/或ANSI/ASME B16.5。 [2355] 来自根据本发明某些实施例的系统的热连接装置可以与制冷设备连通。该制冷组件符合加拿大标准协会(CSA)的标准B52、ARI、ASME和ASHRAE规范和在进行试验、建立组件等级时使用的标准。 [2356] 制冷组件的例子是制冷管。其中使用卤素制冷剂，管可以采用工厂清洁和密封的无缝ACR铜。这种管符合ASTM B280标准。 [2358] 接头是制冷组件的再一个例子。某些实施例可以采用与铜配件连接的铜管。这种接头的材料的例子包括但不限于符合CSA B52标准的SIL-FOS-15磷铜银合金。 [2359] 某些实施例可以采用黄铜配件。这些配件可以包括2500PSI焊料，符合CSA B52标准。 [2360] 在一些实施例中，对设备或附件的连接可以用95-5焊料来实现，并且符合CSA B52标准。 [2361] 在某些实施例中可以使用挠性连接。根据本发明的一些实施例可以使用包括无缝挠性青铜管的挠性连接。本发明的一些实施例可以使用包括更大尺寸的青铜金属编织罩。所述连接符合CSA B52标准。 [2362] 根据某些实施例，可以如下地安装制冷管。如果出现污垢、锉屑或可见的湿气，则可以用吸收冷冻油的布擦拭每段制冷管。除了在制造接头时之外，管的末端可以保持密封。保持最少的弯头和配件。运载气体的水平管沿流动方向向下分级1:240。管线每隔不超过 8英尺被支撑并且被固定。 [2363] 在适当的地方可以提供膨胀旋启式接头、导管和支架。当与制冷管接触时，导管和支架可以是镀铜的。 [2364] 支架可以适当地固定到建筑结构。振动消除器可以是与制冷管相同的“Anaconda”尺寸。 [2365] 液体管线过滤器干燥机和窥视镜可以是“Sporlan”尺寸并且容量适于制冷管和负载并且与制造商的建议一致。吸入管线P型存水弯可以设置在每个蒸发器的底部以及水平每50英尺和竖直每20英尺。螺线管阀应该是“Sporlan”尺寸以适合容量并且电磁线圈电压应该与控制系统协调。当安装多个线路时，管道可以分布为至少6个以用于膨胀和收缩。 [2366] 在管道和夹具之间可以使用“HYDRAZORB”或“CUSH-A-CLAMP”橡胶孔环来防止线路磨损。大于1.7米（5英尺）的竖直升管（riser）存在于吸入线路中，所述生管可以与下一水平部分的顶部连接。螺栓和法兰接头仅限于不可用于铜焊模式的装备连接。干燥的氮气在渗出连接时可以流入管道中。可以利用在620℃(1148°F)或更低的温度熔化的合金将挠性管道减震器和接头连接器钎焊在密封的不漏气压缩机上。 [2367] 可以设置两个抽空配件。一个可以在吸入管线中的吸入管线过滤器的入口侧，一个可以位于液体管线中的过滤器干燥机的出口侧。液体管线中的连接可以装有阀门以用作填充阀。连接应该至少为1/4英寸。根据最新版本的CSA B52卸压。 [2368] 可以如下地进行泄漏和压强试验。泄漏试验可以在排空系统之前进行。试验遵循最新版本的CSA B52，在高压侧采用2070kPa(300psi)的标准压强，在低压侧采用1050kPa(150psi)的压强。干燥的氮气可以用于增加压强。设备可以被构造为用干燥的氮气现场测试高压侧和低压侧的压强。可以利用肥皂溶液或诸如“SNOOP”的专用检漏工具或荧光追踪器检测泄漏。 [2369] 返回图69，各种类型的传感器可以位于整个系统的各个位置，所述传感器包括湿度（H）传感器、体积（V）传感器、温度（T）传感器和压力（P）传感器，以及诸如阀门状态传感器的其他传感器（S）。这些传感器可以与中央控制器6996电通信。 [2370] 具体地，系统6901的各种元件与中央控制器或处理器6996通信，中央控制器或处理器6996通信进而与计算机可读存储介质6994电通信。基于存储在计算机读存储介质6994中的计算机编码形式的指令，可以操作控制器或处理器6996以控制系统6901的各种元件。这种控制可以基于从系统中的各种传感器接收的数据、根据该数据计算的值、和/或通过控制器或处理器6996从包共处一处的作源（co-situated source）（诸如终端用户或如下讨论的共处一处的能量发电机）的各种源或从诸如网络或智能电网的外部源接收的信息。 [2371] 现在描述压缩气体能量存储和复原系统的操作。如前所述，在某些作用中，系统提供对终端用户的温度控制，例如以空调和/或加热的方式。这种冷却或加热通过设置在终端用户和专用的压缩机和专用的膨胀机之间的热连接装置来完成。 [2372] 具体地，存储在存储单元中的压缩气体可以通过单向阀6911流入专用的膨胀机。根据基本热力学原理，在所述膨胀机中进行膨胀的压缩气体倾向于经历温度降低。来自该气体膨胀过程的热能流可以通过热连接装置6980和开关6981用于冷却终端用户。 [2373] 具体地，通过在近等温的条件下进行气体膨胀可以提高热力学冷却效率，这使得温度变化最小化并且减少热能损失。在某些实施例中，可以利用膨胀气体和存在于膨胀气体中的液体（诸如水或油）之间的热交换获得这种近等温条件。具体地，液体的相对高的热容量以及液滴提供的大表面积，使得热量从液体有效地传送到膨胀气体。在从膨胀的气雾中分离之后，通过向膨胀气体传送热量而冷却的液体可以继而通过热连接装置流到终端用户以执行冷却功能。 [2374] 尽管图69示出和表示的特定实施例集中讨论了来自膨胀气体的能量的存储和恢复，但是本发明不必须如此。根据本发明的替换实施例可以利用位于仪表后和终端用户在一起的其它形式的能量存储系统，如同以上结合发电层中的定位所描述的。 [2375] 图69示出的压缩气体能量存储和复原系统的实施例在某些方面与图28的制冷设备的实施例不同。例如，图28的制冷设备与在单个压缩机/膨胀机单元中的压缩机和膨胀机联结在一起。 [2376] 此外，示出了图28的制冷设备，但是没有给出用于存储已被压缩的气体的结构的规定。然而，如结合图28所讨论的，在A位置可以容易地修改该设备以包括气体存储单元。 [2377] 图28所示的制冷设备还缺少单独的产生能量的能力。然而，在替换实施例中，压缩机膨胀机单元的膨胀机元件可以容易地被设置为与发动机物理连接以发电。这种发电方式的有用之处在于：1）存储用于稍后使用的压缩气体的能力是现有的，和/或在于2）膨胀机与外部热源热量连通以增大其能量输出的大小。 [2378] 尽管它们不同，但是可以知道，图28的制冷系统和图69的能量存储和复原系统利用相同的原理进行运作。具体地，都利用从膨胀的气/液混合物分离的液体执行温度控制功能。 [2379] 上面的图28-32关注产生降温的气体膨胀的效应。然而本发明不限于此应用，并且其它实施例可以提供热效应。 [2380] 根据基本热力学原理，在压缩机中压缩的气体倾向于温度增加。因此，以与上述汽雾制冷类似的方法，通过暴露于压缩气体而被加热的注入液体可以通过开关6981和热连接装置6980被分离并流动以加热终端用户。 [2381] 尽管上述讨论集中在用于温度控制的压缩气体能量存储和复原系统的使用，但是本发明的实施方式不限于此应用。具体地，在专用膨胀机中的气体膨胀产生能够用于提供能量的物理功。 [2382] 因此，返回图69，专用膨胀机6905可以包括与热连接装置6923物理连接的可移动件。 [2383] 结合图69的实施例，图50B的专用膨胀机的细节图示出了气体的膨胀可以驱动可移动件、向诸如图69的连接装置6923的连接装置输出物理能量。可以用多种方法利用这种机械、液压或气动形式的物理能量。 [2384] 例如，输出到连接装置6923的能量可以传输到第二连接装置6921以驱动位于专用压缩机6902中的第二可移动件。以此方式，启动第二可移动件压缩气体并使气体流入存储单元可以用于补充膨胀可用的压缩气体的供应。 [2385] 尽管图69的特定实施例示出了单独和有区别的连接装置6921和6923，但是本发明不必须如此。在某些实施例中，连接装置6921和6923可以是相同的结构，例如在作为可移动件的往复活塞之间的共用曲柄轴。这种构造有助于膨胀机和压缩机元件之间的有效的能量传输，以向存储单元提供压缩气体。 [2386] 在某些操作模式中，来自被膨胀机驱动的连接装置6923的能量基本保持在系统中。具体地，从压缩气体中复原的能量可以用于冷却和/或补充压缩气体的供应。因此，没有净电能从电动机/发电机输出。 [2387] 然而，其它操作任务需要压缩气体能量存储系统来用作电源。因此，在某些应用（包括但不限于UPS、峰值负载抑制、请求响应和可再生均衡）中，压缩气体存储系统可以绕过仪表向终端用户直接供应能量。在一个或多个这种供电应用的中，压缩气体能量存储系统可以包括额外的组件，诸如能量电子模块和短期能量存储器（例如以电池形式），这些额外的组件可以在不干扰终端用户的情况下用稳定的方式从压缩空气中提取能量。 [2388] 在其它应用中，系统可以通过仪表向电网送回能量。例如，在分布式发电（DG，distributed generation）构造中，电网被构造为通过仪表收回能量。以此方式，由压缩气体的膨胀驱动的发电机输出的电力可以反馈给电网，并且能量存储系统的操作者为此能量供应付酬。 [2389] 这种方案在峰值需求时尤其有利，此时从DG分配回网络的能量可以满足额外的负载。这种方案还可以使网络具有弹力，从而响应由于诸如自然灾害或恐怖袭击等事件导致的较宽范围的网络的故障，可以从DG形成输电网的临时局部工作台。 [2390] 系统6901的各种元件与中央控制器或处理器6996连通，中央控制器或处理器6996转而与计算机可读存储介质6994电连通。基于存储在计算机可读存储介质6994中的计算机代码形式的指令，可以操作控制器或处理器6996来控制系统6901的各种元件。这种控制可以基于从系统中的各种传感器接收的数据、从该数据计算出的值、和/或控制器或处理器6996从包括共存的源（诸如终端用户或以下讨论的共处一处的发电机）的各种源或从诸如互联网或智能电网的外部源接收的信息。 [2391] 在某些实施例中，系统的控制器可以被构造为基于从终端用户接收的指令开始操作。例如，当终端用户已接受来自电力网络的操作者的请求作为指令响应时，终端用户可以转而向控制器传达信号，表示存储系统的提供所需的电能来满足指令响应周期的需求。 [2392] 在另一个例子中，压缩气体存储和复原系统可以从终端用户或从外部源（诸如互联网）接收信号，该信号表示温度条件的实际或即将发生的变化。作为响应，控制器可以指示系统以更高的冷却效果进行操作。 [2393] 在某些实施例中，压缩气体能量存储和复原系统可以将信号传输到终端用户。例如，当压缩气体的可用供应耗尽时，能量存储系统可以向终端用户发出消息，告知终端用户需要通过电网从网络获得另外的能量，从而保持其温度。 [2394] 通过使能量存储系统位于仪表后可以实现的潜在益处是形成受控制的监管。作为用电层的一部分，能量存储系统与网络的接触相对简单和有限。具体地，系统应该通过单个界面（仪表）与网络相互作用，在网络计量连接时，基于消耗和平均输出的图案可以估算通过那个界面的能量流的大小和方向。根据本发明的实施例的位于仪表之后的压缩气体能量存储和复原系统可以因此被认为是类似于普通的家用电器，并且不经过电力网络的诸如用发电层、输电层和配电层的其它层的规则支配元件。 [2395] 能量存储系统与终端用户处于同一位置可以进一步提高两个实体之间的协调动作。具体地，压缩气体能量存储系统6640a和处于同一位置的终端用户之间的通讯连接本质上上局域的，因此比宽范围的通讯网络潜在更快并且更可靠。 [2396] 在各种能量供应作用中的任何一种中，（即UPS、峰值负载抑制、指令响应、可再生均衡），能量存储系统和终端用户之间的这种靠近有助于终端用户对网络供应的电力消耗与终端用户对存储系统供应的电力消耗之间的无缝转换。 [2397] 图69示出的实施例可以包括概要地示出的一个或多个可选特征。例如，在某些实施例中，膨胀机的出气口可以与压缩机的进气口通流体。这种实施例提供的闭合的流体回路6985可以提供许多潜在益处。一个是气体保存，由此可以使用可促进热交换的具有较高热容量的外来气体（诸如氦气或高密度气体）。 [2398] 图69的实施例的另一可选特征是，在膨胀机6905和外部热源6987之间的可能热连接装置6986，外部热源6987可以是例如太阳或附近的设备或工业过程发出的热量，或者是结合图70在下面讨论的局部能量源。具体地，来自这种外部热源的热能可以被获得用来提高从压缩气体的膨胀中恢复能量的效率。美国临时专利申请No.61/294,396详细描述了根据本发明的压缩气体存储和复原系统及额外热源的使用，其全部内容通过引用合并于此以用于所有用途。 [2399] 在某些实施例中，根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统的操作可以与日循环的温度状态相配合。现在提供这种操作的例子。 [2400] 再次参照图69，在此例子中，终端用户包括处于白天和夜晚温差相对大的气候中的大办公楼。在夜晚和周末期间，办公楼主要是空闲的并且向电力网络提供最低限度的负载、消耗一些能量来保持最低限度的温度。 [2401] 然而在工作日的7AM和7PM之间，办公楼被工作人员占据并且对电力网络构成大的负载，其大量组件被需要被冷却。由于其他用户的需求，此阶段的电价高。此外，为电力供应而收取办公楼的费用可以基于使用的历史峰值。 [2402] 因此，为了减少电力费用，办公楼可以在其仪表后包括根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统。这种系统用于温度控制和电力供应作用。 [2403] 例如，不在峰值的时侯，系统可以消耗来自网络的能量，来操作压缩机将压缩气体存储在存储单元中。此压缩产生的热量可以用于加热，由此消除办公楼从电力网络获取能量以用于此目的的需求。 [2404] 然而，可能更大的经济意义是，在能量不那么贵的非峰值时刻系统消耗电力以存储能量。随后可恢复此存储的能量以减少（甚至消除）峰值需求时刻办公楼所占的负载。 [2405] 具体地，在峰值需求时刻，能量存储和复原系统可以使压缩气体从存储单元流到膨胀机。基于至少两个原因，这种操作会减少办公楼在电力网络上的负载。 [2406] 第一，在白天，当办公楼内的温度高时，气体膨胀可以提供冷却效应。通过气体膨胀的这种冷却可以消除从网络中取出以控制办公楼温度的负载部分。 [2407] 第二，除了消除一些负载之外，气体膨胀所产生的能量还可以有利地将负载的时序转换到低需求周期，进一步减少费用。存储的能量已在低能量价格时从电力网络中获得。可从随后的恢复中获得的能量可以那个低价获得，从而降低能量的实际成本。 [2408] 此外，在白天可从自然中获得的太阳能易于用来提高冷却效果和/或增加从存储的压缩空气供应的能量。例如，压缩气体存储单元可以被放置为与太阳热连通。来自太阳的热能可以加热存储单元中的气体，增加存储在其中的能量以及气体膨胀时可复原的能量。 [2409] 单独地或与对存储气体加热相结合，来自太阳的能量可以用于加热注入膨胀气体的液体。具体地，可以传送热能以加热在气/液混合物的膨胀之后分离的液体，如上所述，该液体通过在近等温条件下将其热量传递给膨胀气体而被冷却。用于在能量恢复的典型时刻加热气体和液体的日光的自然可用性适于根据日循环操作压缩气体能量存储和复原系统。 [2410] 根据本发明的实施例的能量存储给予的负载减少和负载转移可以通过将现有负载降低到历史峰值以下进一步减少费用。具体地，消除或减少包括大多数以前峰值负载的冷却费用可以保证现有负载不超过那些峰值，由此避免罚款或附加费。 [2411] 总之，配合日循环的能量存储系统的操作可以在至少两个单独的基础上提供减少的费用。第一，由于与通过膨胀而恢复能量相关的冷却与日间的温暖一致，并且与通过压缩而存储能量相关的加热与夜间的冷却一致，因此恢复能量存储和恢复可以消除与温度控制相关的一些负载。 [2412] 第二，能量存储和恢复可以将在电力网络上的负载从相对贵的能量峰值周期转移到能量相对便宜的非峰值周期。在减少对电力消耗收取的高额费用方面，并且鉴于特定用户需求的历史峰值时期收取的费用，可以理解这种负载转移。 [2413] 在某些情况下，压缩气体能量存储和复原系统可以由系统控制器配置以同时执行压缩和配置。在此操作模式中，被压缩的全部或一部分气体可以立即膨胀，以提供冷却和/或能量。 [2414] 多种条件可以促进这种操作模式。例如，存储的压缩气体可能接近耗尽，但是仍需要温度控制。在另一例子中，需要不间断的能量供应来削减最大负载或满足合同关系的条款以提供能量（即，即使压缩气体供应已耗尽也提供能量）。在另一例子中，可从所述电网中获得的能量的费用低，在成本效益的基础上调节能量存储。 [2415] 在此包括同时压缩和膨胀的模式中的操作还可以提供某些效能。具体地，如上结合图28描述的，通过热交换器的来自或流到存储单元平行气体流使得这些气体流之间的热能可以传输。 [2416] 如图71所示出的表总结了系统操作的不同模式。 [2417] 返回图66，在某些实施例中，能量存储系统和终端用户可以用本地能量源共存于同一仪表后。这种本地能量源的可能的例子包括与终端用户的天然气供应通流体的屋顶PV阵列、太阳能热系统、风力涡轮或气体微型涡轮。 [2418] 因此，图70示出了根据本发明的实施例的压缩气体存储和复原系统7001的一个实施例的简化框图，其在仪表后与终端用户7050和本地能量源7070共处一处。在图70的实施例中，专用压缩机（C）7002、专用膨胀机（E）7005、专用电机（M）7004和专用发电机（G）7003都通过多节点齿轮系统互相选择性地物理连通。 [2419] 这种齿轮系统的一个实施例是在美国非临时专利申请No.12/730,549中描述的行星齿轮系统，并且上面已结合图33A-33AA进行了描述。具体地，多节点齿轮系统7099提供与三个可转动连接装置（例如，连接装置3341、3362和3368）的机械连通。这些连接装置中的每个都可以与系统的各种其它元件物理连通，所述其它元件可以是例如本地能量源，诸如风力涡轮、发电机、电机、电机/发电机、压缩机、膨胀机或压缩机/膨胀机。 [2420] 多节点齿轮系统7099允许所有连接装置以减少或增加的方式同时移动。例如当风吹时，来自涡轮连接装置的能量被分配用来驱动到发电机的连接装置和到压缩机的连接装置。在另一例子中，当风吹且能量需求高时，行星齿轮系统允许风力涡轮连接装置的输出与膨胀机连接装置的输出结合，以驱动到发电机的连接装置。 [2421] 此外，行星齿轮系统还被构造为允许部分连接装置的移动。例如，当阻止轴3368转动时，图33A-33AA的特定实施例的轴3341的转动可以引起轴3362的转动，反之亦然。同样，轴3341的转动可以仅引起轴3368转动，反之亦然，或者轴3362的转动可以仅引起轴 3368转动，反之亦然。此构造使得机械能可以仅在系统的两个元件之间选择性传播，例如，当风力涡轮静止并且它需要基于电机的输出操作压缩机时。 [2422] 本发明的某些实施例，有利地使用诸如行星齿轮系统的多节点齿轮系统，以使系统的不同元件之间可以传输机械能。具体地，这种行星齿轮系统可以提供灵活性，以在图72所描述的各种操作模式中调节连接装置之间的不同相对运动。 [2423] 返回图70，尽管图中示出了多节点齿轮系统，但是本发明不必须如此。在替换实施例中，系统的各种元件可以通过单独的物理连接装置或者通过与部分其它元件共享的物理连接装置互相物理连通。 [2424] 图70示出通过连接装置7080与多节点齿轮选择性物理连通的本地能量源。此构造使得来自本地能量源和来自膨胀机的物理能量结合，以产生更大量的电能。此构造还使得本地能量源和膨胀机单独利用现有的资产（同一发电机结构），以产生电能。 [2425] 图70还示出了本地发电机可以通过点连接装置7082与终端用户或仪表电连通。如同对于PV阵列的情况，当这种本地能量源直接输出电能时，可以利用此连接装置。 [2426] 图70还示出了本地发电机可以分别通过热连接装置7072和7074与终端用户和/或膨胀机热连通。例如，如同在对于太阳能热量系统和燃烧气体微型涡轮机的情形，当这种本地能量源直接输出热能形式的能量时，可以采用此连接装置。 [2427] 通过多节点齿轮和/或其它形式的物理的、热的、流体的和电的连接装置提供的灵活性使得系统可以按图72的表中所总结的模式操作系统。 [2428] 图70中的压缩气体能量存储和复原系统和本地能量源的位置使得系统具有起多种可能的作用的能力。在一种作用中，与一个或多个本地能量源（诸如屋顶太阳能（PV和/或热太阳能）或风力涡轮）结合的能量存储系统，可能满足终端用户的所有能量需求。这将使得终端用户可以完全脱离电网进行操作，如安全和/或经济原因所需的。 [2429] 另一作用是均衡通过诸如风力涡轮、PV阵列或太阳能热量系统的可再生能源输出的间歇能量。例如，在DG方案中，本地替换能源的所有者可以与网络操作者订立合同，以反过来向电网提供电能。然而诸如阳光和风的某些自然资源间歇特性使得难以达到合同的义务来持续提供能量。 [2430] 然而，根据本发明的压缩气体的能量存储和复原系统的共处一处可使本地能量源的所有者定期地提供能量。具体地，必要时可以恢复系统存储的压缩气体形式的能量以弥补由于诸如风或太阳的自然资源暂时缺乏而产生的输出缺口。来自该系统的能量因此可以用于均衡本地替换能量源输出的能量，从而使得仪表最终输出到电力网络的电力基本不变。能够自我补充的具有大于每天其自身的半天的容量的压缩气体能量存储和复原系统可以在长期缺乏自然资源的情况下产生均衡。 [2431] 如在图70的实施例中，压缩气体能量存储和复原系统和本地能量源的位置可以提供某些益处。一个这种潜在益处是通过允许多个有效操作所给出的成本优点。 [2432] 例如，在某些实施例中，压缩气体能量存储和复原系统的压缩机元件可以通过连接装置和齿轮与本地能量源的移动件物理连通。因此在实施例中，屋顶风力涡轮的旋转叶片可以通过机械的、液压的或气动的连接装置与压缩气体能量存储系统的压缩机物理连接。这种连接装置所提供的直接物理连通使得能量在本地源和压缩机元件之间更有效地传输，由此避免与将能量转换为诸如电能的中间形式相关的损失。以此方式，可以获得操作风力涡轮或气体微型涡轮所产生的物理功，以存储压缩气体，用于稍后恢复以起到温度调节和供电作用。 [2433] 此外，压缩气体能量存储和复原系统和本地能量源的共处一处可以使其它形式的能量流有效地流通。例如，能量存储气体的某些实施例可以通过热连接装置与共处一处的能量源热连通。因此，在一些实施例中，利用从热能的本地源传递的热可以提高压缩气体能量存储系统的压缩气体的膨胀效率。在图70中，热能的本地源一般性地指定有的附图标记7079。美国临时专利No.61/294,396讨论了利用来自另一源的热量的压缩气体能量存储和复原系统的操作，其全部内容通过引用合并于此以用于所有用途。 [2434] 在某些情况下，本地能量源还可以是诸如屋顶PV和/或热太阳能系统的发电机、微型涡轮、柴油发电机或其他本地能量源。以此方式，来自这种能量源的热能起到杠杆作用以提高共处的能量存储系统的腔室中的气体膨胀。 [2435] 将能量存储和复原系统和发电设施放置在一起还可以使在这些单位之间流通的液体通过液体连接装置连通。例如，当能量存储系统与微型涡轮放置一处时，流体连接装置使系统存储的压缩气体直接流到这种微型涡轮中进行燃烧，由此提高微型涡轮的操作效率。类似地，热太阳能系统加热的液体可以与用于传输热量以使压缩气体膨胀的液体相同或与用于传输热量以使压缩气体膨胀的液体热连通。 [2436] 能量存储系统与发电设施共处一处可以实现的另一可能的益处是，均衡现有设备的能力。例如，诸如柴油发电机或微型涡轮的现有的本地能量源可以已经包括用于将机械能转换为电能的发电机。根据本发明的压缩气体能量存储和复原系统的实施例可以利用同一发电机组件将气体膨胀引起的运动转换为电能。类似地，压缩气体能量存储和复原系统可以利用终端用户的现有的和网络（仪表）的接口来将电能传送到电力网络，例如在净值计量和/或分布式发电方案。 [2437] 返回图70，系统7001的各种元件与中央控制器或处理器7096连通，中央控制器或处理器7096继而与计算机可读存储介质7094电连通。中央控制器或处理器7096还与一个或多个内部或外部信息源连通。内部信息源的例子包括各种系统传感器。外部信息源的例子包括但不限于智能电网、互联网或LAN。 [2438] 如上所述，基于存储在计算机可读存储介质7094上的计算机代码形式的指令，可以操作控制器或处理器7096以控制系统7001的各种元件。这种控制可以基于从系统中的各种传感器接收的数据、从该数据计算出的值、和/或控制器或处理器7096从诸如共处一处的终端用户或外部源的源接收的信息。 [2439] 根据本发明的实施例，气体压缩和/或膨胀系统可以被构造为响应从一个或多个诸如智能电网的外部源接收的数据进行操作。基于外部信息，处理器的控制器或处理器可以用特定的方法调整系统元件的操作。这种可被接收的外部信息的例子包括但不限于电的现价、电的未来预期价格、电能需求的当前状态、电能需求的未来状态、气象条件以及关于电力网络的状态的信息，包括超负荷和可能断电的发生。 [2440] 如下面将要讨论的，根据本发明的实施例的压缩气体能量存储和复原系统的操作可以基于控制器或处理器接收的信息。在某些环境下，基于接收到的信息，系统的操作可以停止。例如，当接收的信息表示用电需求高时，控制器可以停止系统压缩空气的操作，从而减小电网的负载。 [2441] 或者，系统控制器或处理器接收的能量引起系统开始操作。例如，系统的实施例可以起不间断电源（UPS）的作用，从而在断电会产生有害结果诸如工业加工（例如半导体制造设施）、交通节点（例如海港、机场或电力火车系统）、医疗保健（医院）或数据存储（服务器农场）的某些应用中被构造为持续提供能量。因此接收到表示即将来临的来自电网的能量降低（限制用电）或丧失（电力中断），或甚至这种事故的风险的信息，会引起处理器或控制器指示压缩气体能量存储和复原系统进行操作从而以不间断的方式提供必要的电力。 [2442] 在某些环境下，提供给控制器或处理器的信息可以确定压缩气体能量存储和复原系统的操作的特定模式，例如压缩模式、膨胀模式或压缩和膨胀的结合模式。在某些环境下，控制器接收的信息可以表示电能的降低的价格，引起能量存储和复原系统在压缩模式操作，从而以低成本存储电能。 [2443] 此外，压缩气体能量存储和复原系统通常在能量存储/恢复效率和在给定时间段存储/产生的能量之间的某些平衡下进行操作。例如，设备被设计为基于压缩气体按特定的体积增量膨胀以最大效率产生能量。气体体积其他增量的膨胀会导致更大的能量输出，但是降低效率。类似地，气体体积的压缩增加到超出特定范围会导致转换为用于存储的压缩气体形式的能量的转换效率更小。 [2444] 在某些环境下，根据本发明的系统的实施例可以在优化的效率的条件下操作。例如，当电网表示正常价格和/或正常电能需求时，控制器可以指示系统的组件进行操作，从而以最大效率压缩或膨胀气体。 [2445] 或者，基于从电网或从诸如互联网的其它源接收的信息，控制器或处理器可以指示系统在偏离最大效率的条件下进行操作。因此，当智能电网显示相对低的电价（例如不在工作日的7AM-5PM之间的峰值需求时刻）时，处理器或控制器可以指示以计算为在低价时消耗更大量的能量用于能量存储的方式压缩气体。 [2446] 根据某些实施例，可以从外部源不间断地获得与能量存储和复原系统的操作相关的信息。在此环境中，计算机可读存储介质中的代码可以指示系统处理器或控制器有主动地监控外部源，以检测信息可用性或信息的变化，然后指示系统的元件相应地进行操作。 [2447] 在一些实施例中，相关信息可以从外部源有效地传送到能量存储和复原系统的控制器。这种有效传送的一个例子是需求响应系统的请求。 [2448] 具体地，在某些实施例中，存储系统的处理器或控制器可以从电网的操作者接收在峰值期间内减少需求的主动请求，作为需求响应系统的一部分。因此，控制器或处理器可以指示系统的操作以输出足够的能量来补偿终端用户在电网上的减少的负载，作为这种需求响应系统的一部分。 [2449] 当接收的信息表示相对低的电价（诸如在午夜）时，处理器或控制器可以指示以计算为消耗更大量的电能的方式压缩气体，例如，当价格低时，以大体积增量压缩气体。在这种情况中，与这种压缩的低效相关的额外成本可以被可用于进行压缩的能量的低成本来抵消。 [2450] 除了当前需求之外的因素可以影响能量买卖的条款。例如，控制器或处理器在确定设备的操作条件时可以考虑未来的电力需求或未来价格。 [2451] 因此，在能量的未来价格预期会特别高的一定环境下，控制器或处理器可以以特定的方式操作系统。其一个例子可以是热波，在这种情况中基于气象预报的需求预期达到峰值时。考虑到这种预期，控制器或处理器可以指示系统为未来的条件做准备，例如通过进行操作以在需求的预期峰值之前压缩额外的气体—可能以减小的效率。 [2452] 可能影响系统操作的其它因素包括电力网络操作者和终端用户之间的合同条款。这种条款包括在特定时间段内需要的最大负载（和/或在分布式发电方案中的最小电力输出）以及增加的或基于等级的奖金、罚款和能量输出或消耗的收益增殖率。这些合同条款的一致和分歧可以是通过控制器或处理器指示能量存储和复原系统的重要因素。 [2453] 因此在某些实施例中，控制器或处理器在操作设备时可以考虑这些合同条款。例如，终端用户和电网操作者之间的合同会建立用户在特定时间段可以从互联网获得的最大负载。因此，当此基线量有被超过的危险时，控制器或处理器可以指示系统在更高的能量输出和更低的效率条件下进行操作，以保证满足合同义务。 [2454] 可能影响系统操作的另一类信息是对于电网的预期可获得的能量源。例如，当接收的信息显示在已知向网络提供能量的太阳能电池场的位置未来出现阴天的预报时，设备的处理器或控制器指示系统在压缩模式低效率进行操作，以在预期的稍后较高的能量价格之前存储大量压缩气体。 [2455] 系统控制器或处理器可以考虑的又一类信息是其它能量源的潜在可获得性。例如，图70的系统被构造为从多个源接收不同形式的能量。具体地，系统可以从电网自身或者从诸如光伏电池的屋顶阵列的本地能量源的操作接收电能形式的能量。系统可以从本地源接收物理形式的（诸如机械的、液压的或气动的）能量，例如，位于近处的风力涡轮或微型涡轮。系统可以从例如热太阳能设备的本地源接收热量形式的能量。 [2456] 因此当从本地发电机接收关于有利的风力条件的信息时，由于可直接从风力涡轮迅速获得能量，因此控制器或处理器可以指示系统以压缩模式操作，以存储压缩气体。当风减弱时，存储在此压缩气体中的能量稍后可以通过在膨胀模式操作而被恢复，从而直接为终端用户输出能量或通过网络向电网输出能量，或者向两者输出能量。当来自有利的太阳条件的能量为气体的压缩提供能量时也存在相似的情况。 [2457] 在某些环境下，有利的太阳条件可以使系统在膨胀模式操作。例如，有利的太阳条件允许来自热太阳能设备的热量传输，以提高从膨胀气体输出的能量或提高从膨胀气体恢复能量的效率。 [2458] 在某些实施例中，本地能量源可以是不可再生的，诸如天然气馈送微型涡轮。因此，当存储单元中的压缩气体供应被先前的膨胀活动耗尽并且还需要能量时，控制器可以指示发电机从本地微型涡轮的操作中产生能量，该本地微型涡轮消耗来自能量源而不是电网（即，天然气分配网络）的能量。 [2459] 能量存储系统的控制器或处理器可用的再一类信息包括电力网的超负荷状况。因此，当接收到显示难以（或预期未来难以）通过某些本地区域的电网传输能量时，处理器或控制器可以相应地指示系统进行操作。 [2460] 例如，在电网超负荷信息的预期时间之前，控制器或处理器可以配置系统存储通过特定的电网节点传输的能量。稍后，可以指示系统在膨胀模式操作，以在节点的未超负荷侧输出此能量，从而满足需求。 [2461] 系统控制器或处理器接收的信息可以采用几种形式。在一些实施例中，控制器可以从电力网络直接接收信息，例如依照美国国家标准技术研究院（NIST，National Institute for Standards and Technology）研发的智能电网协作标准。下面的文件通过引用合并于此以用于所有用途，包括：2010年1月的“NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards,Release1.0*”，以及“SmartGrid:Enabler of the New Energy Economy”，电力咨询委员会（Electricity Advisory Committee）（2008年12月）。预期可以通过这种智能电网获得的信息包括但不限于，电力的当前价格、电力的预期未来价格、测量的包括消耗的历史峰值的能量消耗或输出到电力网络的能量的读数、电网超负荷的指示、电网掉电或电网断电。 [2462] 控制器和处理器还可以基于除了从智能电网直接获得的信息之外的信息配置系统。例如，根据一些实施例，控制器可以通过互联网接收可以影响系统操作的其它类型的信息，包括但不限于天气预报、或电力的未来长期价格、或诸如用于产生电力的煤或油的长期价格预期。基于这种信息，控制器或处理器还可以控制系统的操作或不操作、系统的操作模式、和/或在给定时间段内效率与消耗或输出的能量之间的平衡。 [2463] 另一可能的信息来源是示出特定的用户从电力网络消耗的当前和历史的电能的仪表。例如，在某些实施例中，压缩气体能量存储和复原系统可以与诸如工业中心的大的能量消耗者终端用户共处一处。基于从该位置的电子仪表接收到的信息，控制器或处理器可以配置系统以某一方式进行操作。这种信息的一个例子是终端用户的历史峰值负载数据。 [2464] 终端用户的预期能量需求是可以用作控制能量存储和复原系统的基础的信息的另一个例子。例如，当工业设施预期以提高的或降低的容量进行操作时，可以利用该信息来确定系统的操作。 [2465] 除了来自外部源的信息之外，控制器和处理器还接收系统内部的信息。这种内部信息可以包括来自在系统中被配置为测量物理参数的传感器的数据，所述数据包括但不限于阀门状态、温度、压强、体积、湿度、液体和气体的流速以及系统中的可移动件（诸如叶片、泵、活塞和与活塞连接的轴）的速度和转矩。可提供给控制器和处理器的内部信息的其它例子包括但不限于通过诸如泵或叶片的电机的操作而消耗的能量。 [2466] 广义上说，控制器或处理器可以调整系统元件的功能，以确定系统究竟是否在操作。这种元素的一个例子是压缩气体存储单元和压缩机/膨胀机之间的阀门。此阀门的关闭可以防止系统在压缩状态使气体流入存储单元的操作。此阀门的关闭还可以防止系统在膨胀模式使存储单元中用于能量恢复的气体流出的操作。因此，当存储容器中的压强显示压缩气体接近耗尽时，控制器或处理器可以使系统停止操作直到在经济有利的条件下允许补充气体供应的条件。 [2467] 当系统操作时，控制器或处理器可以调整系统元件以确定操作模式。这种系统元件的例子是诸如三位阀的阀门。这种阀门的状态可以由控制器调整，从而以与特定的操作模式相对应的方式控制系统中的液体或气体流。因此，当存储容器中的压强显示压缩气体接近耗尽时，控制器或处理器可以指示系统在压缩模式操作，以补充气体供应。 [2468] 控制器和处理器还可以调整系统元件以确定操作模式在特定的操作模式中。例如，压缩机/膨胀机的操作效率可以依赖于压缩的或膨胀的气体的体积增量。 [2469] 控制器对系统元件的操作调整可以基于除了输出电能或效率之外或替代输出电能或效率的注意事项。例如，在一些应用中，所述系统可以起温度控制的作用，提供加热或冷却能力形式的可传递的量。在这种情况下，控制器可以控制系统操作参数，诸如在一个或多个级中注入或不引入液体、在一个或多个级中的液体引入条件、一个或多个级的压缩或膨胀率以及其它参数，从而确定从可用于这种温度控制的系统输出的气体和/或液体的最终温度。 [2470] 成本是系统操作的这种考虑的另一个例子。例如，当条件允许压缩但是从电力网络可获得的能量的价格相对高时，控制器可以指示通过控制器启动阀门以用较小的体积增量压缩气体。在另一个例子中，当条件允许膨胀但是供应到电力网络的能量的价格相对低时，控制器可以指示通过控制器操作阀门以用较小的体积增量膨胀气体。 [2471] 用于压缩气体的存储的可用容量是在系统操作中可以考虑的另一个因素。例如，当存储单元接近它的容量时，可以调整阀门时序从而以较小的体积增量进行压缩。在其它情况下，当存储单元接近排空时，可以调整阀门时序从而以较小的体积增量进行膨胀。 [2472] 控制器在操作系统元件时的再一个可能的考虑是多级设备的各个级之间的活动的协调。因此，在包括多级的实施例中，控制器可以操作某些系统元件，从而使那些级之间有效地协调。 [2473] 一个例子是压缩/膨胀腔的进气阀或出气阀的启动时序，这可以由控制器调整，以横跨多个级有效地操作。为级之间的液体流动负责的阀门的启动时序是由系统控制器调整的操作参数的另一个例子。 [2474] 此外，在一些实施例中，某些系统中的各个级可以通过中间结构互相通流体，所述中间结构包括但不限于压力元件（例如，图4的实施例中）、热交换器（例如图10的实施例中）、阀门/阀门网络（例如，图58B-C的实施例中）、气体容器、气/液分离器、和/或贮液器。在这种实施例中，为了协调系统的操作，系统控制器可以调整元件，所述元件控制材料流入和/或流出这种中间结构。在某些情况中，控制在多个级中循环移动的部件的相对相位以最小化这些级之间的阀门经受的压强差是有利的。 [2475] 在某些实施例中，在温暖的大气空气和膨胀腔（或与其热连通的热交换器）之间的热能的传输会通过凝结而引起形成液态水。这种液态水可用于某些用途（例如饮用或灌溉），因此可以提供系统可以传送的另一种材料。液态水还可以从脱盐过程中获得，该脱盐过程是利用根据本发明的系统的实施例获得的能量来执行的。 [2476] 因此，在某些实施例中，处理器或控制器可以被构造为基于系统要传送的液态水的量调整系统操作。可传递物的其它形式的例子包括但不限于电能、压缩气体流、二氧化碳、冷却能力和加热能力。 [2477] 1、一种方法，包括： [2478] 使压缩气体从存储单元通过逆流热交换器流到膨胀腔； [2479] 引入液体喷雾以与在所述膨胀腔中膨胀的气体进行热交换； [2480] 通过连接装置驱动发电机，所述连接装置通过在所述膨胀腔中响应气体膨胀的器件的移动而被启动； [2481] 使电能从所述发电机流到电力网络的终端用户，所述终端用户和发电机及膨胀腔位于仪表后； [2482] 在气体膨胀后，从所述气体中分离液体；以及 [2483] 使分离的液体流动以冷却所述终端用户。 [2484] 2、如权利要求1所述的方法，其中，所述喷雾包括液态水，所述膨胀气体包括空气。 [2485] 3、如权利要求1所述的方法，其中，所述器件包括活塞，所述连接装置包括机械连接装置。 [2486] 4、如权利要求1所述的方法，在工作日的7AM和7PM之间执行。 [2487] 5、如权利要求1所述的方法，进一步包括用来自本地能量源的物理能量驱动所述发电机，所述本地能量源也位于所述仪表后。 [2488] 6、如权利要求5所述的方法，其中，所述本地能量源包括涡轮机，所述物理能量包括轴的转动。 [2489] 7、如权利要求1所述的方法，进一步包括使膨胀气体与本地能量源热连通。 [2490] 8、如权利要求7所述的方法，其中，所述本地能量源包括太阳能热设备。 [2491] 9、如权利要求1所述的方法，进一步包括： [2492] 引入第二液体喷雾以与在压缩腔中压缩的额外的气体进行热交换； [2493] 从被压缩的额外气体中分离第二液体；以及 [2494] 使所述压缩的额外气体通过所述逆流热交换器流到所述存储单元，同时压缩气体从所述存储单元流到所述膨胀腔。 [2495] 10、如权利要求9所述的方法，进一步包括： [2496] 通过由电机驱动的第二器件的移动在所述压缩腔中压缩所述额外的气体。 [2497] 11、如权利要求10所述的方法，其中，所述电机至少部分地由也位于所述仪表后的本地源供能。 [2498] 12、如权利要求11所述的方法，其中，所述电机由来自包括光伏阵列的所述本地能量源的电能驱动。 [2499] 13、如权利要求11所述的方法，其中，所述电机由来自所述本地能量源的物理能量驱动。 [2500] 14、如权利要求1所述的方法，其中，响应控制器发出的指令，所述压缩气体从所述存储单元流出。 [2501] 15、如权利要求14所述的方法，其中，所述控制器基于从所述电力网络接收的信息发出指令。 [2502] 16、如权利要求15所述的方法，其中，所述信息包括需求响应请求。 [2503] 17、如权利要求15所述的方法，其中，所述信息显示通过上述仪表的电力供应中断。 [2504] 18、如权利要求14所述的方法，其中，所述控制器基于从所述终端用户接收的信息发出指令。 [2505] 19、如权利要求18所述的方法，其中，所述信息包括所述终端用户的温度。 [2506] 20、如权利要求18所述的方法，其中，所述信息包括所述终端用户增加的电能需求。 [2507] 21、如权利要求14所述的方法，其中，所述控制器基于从也位于所述仪表后的本地能量源接收的信息发出指令。 [2508] 22、如权利要求18所述的方法，所述信息包括来自所述本地能量源的能量的可获得性。 [2509] 23、一种设备，包括： [2510] 具有出口的压缩腔，所述压缩腔通过第一液体分离器和逆流热交换器与压缩气体存储单元选择性通流体； [2511] 第一液体喷雾器，与所述压缩腔通流体； [2512] 第一可移动件，放置在所述压缩腔中并且与电机物理连接； [2513] 具有入口的膨胀腔，所述膨胀腔通过上述逆流热交换器与所述压缩气体存储单元选择性通流体； [2514] 第二液体喷雾器，与所述膨胀腔通流体； [2515] 第二液体分离器，与所述膨胀腔的出口通流体； [2516] 第二可移动件，位于所述膨胀腔中并且与发电机物理连接；以及 [2517] 热连接装置，在所述第二液体分离器和终端用户之间，所述终端用户和所述电机及所述发电机位于仪表后。 [2518] 24、如权利要求23所述的设备，其中，所述发电机包括电机/发电机。 [2519] 25、如权利要求24所述的设备，其中，所述第一可移动件和所述第二可移动件通过公用的连接装置与所述电机/发电机物理连接。 [2520] 26、如权利要求23所述的设备，其中，所述第一可移动件通过机械连接装置与所述电机物理连接，所述第二可移动件通过所述机械连接装置与所述发电机物理连接。 [2521] 27、如权利要求26所述的设备，其中，所述机械连接装置包括转轴。 [2522] 28、如权利要求26所述的设备，其中，所述机械连接装置包括行星齿轮机构。 [2523] 29、如权利要求28所述的设备，其中，所述行星齿轮机构进一步与位于所述仪表后的本地能量源机械连通。 [2524] 30、如权利要求23所述的设备，其中，所述电机与本地能量源电连通。 [2525] 31、如权利要求23所述的设备，其中，所述第一可移动件包括固体活塞，所述第二可移动件包括第二固体活塞。 [2526] 32、如权利要求23所述的设备，进一步包括控制器，所述控制器与信息源和所述电机或所述膨胀腔的气体流入阀电连通。 [2527] 33、一种系统，包括 [2528] 发电机，与终端用户一起放置在电力供应网络的仪表后； [2529] 压缩气体存储单元，与腔室选择性通流体； [2530] 器件，放置在所述腔室中并且被配置为在所述腔室中响应气体膨胀而移动，所述器件与所述发电机选择性物理连接； [2531] 出气口，通过液体分离器与气体腔室通流体； [2532] 喷雾器，选择性地被配置为将来自所述液体分离器的液体注入所述气体腔室； [2533] 液体连接装置，在所述液体分离器和所述喷雾器之间；以及 [2534] 热连接装置，在所述液体分离器和所述终端用户之间。 [2535] 34、如权利要求33所述的系统，其中，所述热连接装置被构造为使来自所述液体分离器的液体选择性地与热源热连通。 [2536] 35、如权利要求33所述的系统，进一步包括： [2537] 电机，与所述终端用户一起位于所述电力供应网络的所述仪表后，所述电机与所述器件选择性物理连接，以在所述腔室中压缩气体。 [2538] 第二液体分离器，放置在所述腔室和所述压缩气体存储单元之间，所述喷雾器选择性地被配置为将来自所述第二液体分离器的液体注入所述气体腔室；以及 [2539] 第二热连接装置，在所述第二液体分离器和所述终端用户之间。 [2540] 36、如权利要求35所述的系统，其中，所述第二热连接装置被构造为选择性地使来自所述第二液体分离器的液体与热沉热连通。 [2541] 37、如权利要求35所述的系统，进一步包括： [2542] 本地能量源，与所述终端用户一起位于所述电力供应网络的所述仪表后；以及[2543] 连接装置，包括： [2544] 在所述本地能量源和所述电机之间的物理连接装置， [2545] 在所述本地能量源和所述电机之间的电连接装置，或 [2546] 在所述本地能量源和来自液体分离器的由所述喷雾器喷射的液体之间的热连接装置。 [2547] 38、如权利要求37所述的系统，其中，所述器件、所述电机、所述发电机和所述连接装置与公用的齿轮装置物理连接。 [2548] 39、如权利要求35所述的系统，其中，所述电机和所述发电机包括电机/发电机。 [2549] 虽然上述实施例涉及在电力网的发电层或用电层内布置压缩气体系统，但是本发明不限于这个作用。压缩气体系统的实施例可以是位于网络的输电层或配电层内，这落入本发明的范围内。 [2550] 因此，图66示出了位于输电层内的压缩气体能量存储系统6690的实施例。系统6690通过一个或多个联接装置6661与输电配电站6665连通。在一些实施例中，能量存储系统通过一个或多个电气联接装置可以与输电层的变压器连通。 [2551] 系统6690在电力网的输电层内的位置使得它可能执行多种功能。例如，由于规章、环境和安全考虑，增加或甚至升级电网的配电层和特别是输电层的设施的成本可能相对较高。 [2552] 因此，根据本发明的能量存储系统的一些实施例可以集成到输电层中，以延缓或甚至避免升级输电线。例如，可以将能量存储系统布置在最接近高峰期间使用率高的输电线的输电配电站处。在这个作用中，能量存储系统可以使得输电时间避开该峰值时间。 [2553] 在一些实施例中，在输电层中（或在如下所述的配电层中）使用的压缩气体能量存储系统可以是物理便携式。例如，这种系统可以位于平板卡车、牵引拖车、或集装箱中，并且移动到最接近输电层或配电层中适当的预计会用电密集的点。 [2554] 由于通过输电设施运送大量电能，因此能量存储系统的该实施例可能需要具有高容量来存储电能。此外，存储系统处于每天都缓解用电密集的情形下，它的容量必须能满足多个小时的需要，并且能够在一天时间内恢复。 [2555] 虽然可以按照小时或分钟顺序描述在相对长的时段期间输电层的密集，但是可能在短得多的时段出现不同形式的输电密集。例如，在不确定因素下基于设备可靠性的考虑，可能对输电设施强制执行一些操作限制。 [2556] 因此，除了输电线的实际容量以外，这些限制可能会限制短期输电容量。因此，包含在输电层中的能量存储和复原系统的另一可能的作用是短时引入电能，由此有效地放宽输电可靠性方面的限制。可以将这样的能量存储系统配置为根据临时通知将电能输入输电网中的重要位置达1秒到大约15分钟或更长。 [2557] 包含在输电层中的能量存储和复原系统的另一个可能的作用是支持可变能量的可再生源，该可变能量提供有限的输电接入。例如，可能在仅仅由现有的相对低容量的高压输电线供电的偏远的地域发现了大风。 [2558] 然而，将根据本发明的能量存储和复原系统的实施例并入，可能使得这些现有的输电线能够运送由该发电设施产生的电能。例如，存储系统可以工作为存储由所述发电设施输出的一些或全部电能，使得延缓输电，直到在输电层中的现有容量可使用。 [2559] 这样延缓输电可以防止浪费否则不能被输出到网络的电能。此外，通过存储系统实现的输电延缓可以使得在使相应的输电联接全部升级以应付它们的最大输出容量之前，能够将可再生发电设施投入服务中。 [2560] 能量存储和复原系统的另一个可能的作用是提供对输电线的电压支持。具体地，电压支持包括将电能注入到网络中，或从网络接收电能，以便使电压保持在一定容限内。 [2561] 例如，无功功率（VAR）是可能从几个源产生的一种形式的网络上的电能，最普通的是存在一个或多个感应发电机。无功功率不能被终端用户直接使用，但是必须由电网的经营者提供，以便将电压和功率的稳定性保持在规定范围内。 [2562] 为管理无功功率而提供电压控制一般包括以亚秒响应时间注入电能。因此，传统上电压控制由诸如电容器组、静态VAR补偿器（SVC,static VAR compensator）、或同步调相器（condensor）之类的器件提供。这些器件用作提供电容性电抗，注入无功功率，以提升局部电压水平。 [2563] 因此，可以在传输层中包含根据本发明的能量存储系统的一些实施例，以将无功功率提供到网络的重要位置上，由此解放发电设施，以提供可以最终被终端用户使用的有功功率。由于这种电压支持通常要求以小于1秒的响应时间供电，因此根据本发明的存储系统的实施例可以联结有电容器组或能够在所要求的响应时间期间供电的其它快速响应结构。 [2564] 也可以将根据本发明的能量存储和复原系统包含在电网的配电层中。在一个作用中，这种能量存储和复原系统可以用于减小配电站的峰值负荷，和执行后备功能。 [2565] 如以上图66所示，配电变电所战略性地位于配电层中，以将电能输送给终端用户。随着人口的增长，这些配电站全面经受大的负荷，并且通常在峰值负荷时经受更大的增长。 [2566] 配电变电所的设计受到需要满足高峰用电需求的限制，因此负荷的增长可能要求比不增长的负荷通常所要求的更频繁地升级或更换配电站。因此，在一些实施例中，压缩空气能量存储和复原系统可以位于配电层中，以减少这些峰值负荷，由此延缓进行昂贵的配电变电所的升级或更换的需要。 [2567] 因此，图66示出了位于配电层中的压缩气体能量存储系统的实施例。具体地，压缩气体系统6680a通过一个或更多个联接装置6667与主级配电层的配电站6630a连通。压缩气体系统6680b通过一个或更多个联接装置6669与次级配电层的配电站6630b连通。 在一些实施例中，压缩气体系统可以通过电联接装置与配电层的变压器连通。在一些实施例中，发电机配置为输出的电压与配电层的电压匹配，所述系统可以直接与配电层电连通。 [2568] 例如，位于配电层中的存储系统的实施例可以配置为在非峰值时间存储电能。在峰值时间，存储系统会将电能注入到配电层中。这种在重要点注入电能可以减小一个或多个配电变电所经受的峰值负荷。由于配电站的历史峰值负荷将不会增加，因此可以延缓升级配电变电所的需要。 [2569] 通过根据本发明的存储系统的实施例提供的峰值负荷的减小还可以节省其它成本。例如，减小峰值负荷可以相应地减小配电站的元件的疲劳，由此提高它们长期的可靠性。 [2570] 存储系统在减小配电层的配电站的高峰水平中所起的作用可以确定这些存储系统的特性。例如，可能要求为了备份主级配电站而布置的存储系统输出与其在配电网中的位置相当的相对高的电压。 [2571] 另外，由于存储系统仅仅需要减小峰值负荷，而不是承担全部负荷，因此这种系统的存储容量与其它作用相比可能较小。系统的存储容量也可以通过其与非常高需求的次数对应的相对不频繁的操作来确定。 [2572] 代替或除了布置在主级配电层中以外，根据本发明的压缩空气存储系统的实施例可以位于次级配电层中。在这个作用中，所述存储系统会提供类似的延缓设备升级的类似的益处，和减少设备磨损。 [2573] 此外，将能量存储系统布置在次级配电层中可以提供其它可能的益处。例如，这种存储系统可以在灯火管制、轮流停电或全部停电的情况下向消费者提供后备能源。这种公共能源供应的分散特性还可以增强电网的安全性，避免由一些网络节点的故障而引起的全部停电。 [2574] 将能量存储布置在配电层中还可以促进“孤岛效应（islanding）”，其中在较大网络故障后，可以将输电网的小部分作为“孤岛”独立供电，然后最终联接到一起，如同重建了较大的输电网。这种“孤岛效应”技术可以降低输电网的损坏，和减少用户完全没有电的时间量。 [2575] 包含在次级配电层中的能量存储系统还可以用于使从位于终端用户处的多个分布式发电（DG）装置到电网上的输出平衡，该例子包括屋顶太阳能（PV和/或热太阳能）或风能。在这个作用中，能量存储系统的成本负担可以分配给社区的多个用户，而不是一个用户。 [2576] 在次级配电层中的提供的能量存储和复原系统作为社区能源供应的一部分还可以通过减小配电损失而提高效率。这是因为所述存储位于靠近负荷的位置，减少了传输距离和因此发生的损失。 [2577] 电压支持代表了位于配电层的根据本发明的能量存储系统的另一个可能的作用。这种电压支持功能在以上结合输电层讨论过。 [2578] 压缩空气能量存储和复原系统的一些实施例可以提供特别是与配电层有关的电压支持。例如，压缩气体能量存储系统可以用于在沿着次级配电层的点提高电压水平，该次级配电层延伸宽广的区域以向乡村地域提供服务。 [2579] 压缩空气能量存储和复原系统的实施例可能适用于其它局限性的作用。例如，耗电量大的一些设施可以延伸过宽广的地域并且可以不使用公共电表（如上所述，由此使它们不同于单个终端用户）。这种设施的例子可以包括诸如机场、港口和铁路线的运输中心。 [2580] 在邻近这些设施的配电层中提供能量存储系统可以用于减少它们在峰值时间的需求。此外，在这些配电层的能量存储系统的使用还可以有利于安全，确保在自然灾害或恐怖袭击发生时供应到这些重要设施的电能的完整性。 [2581] 如以上详细指出的，根据本发明的系统的各个实施例涉及压缩气体能量存储系统，基于由控制器或处理器接收的信息控制其操作。在一些实施例中，由控制器接收的信息可以用作为决策基础，以确定系统运行或停止运行。在一些实施例中，所述信息可以用于确定系统以压缩模式或以膨胀模式运行。在一些实施例中，控制器接收的信息可以被进一步用于确定能量存储或回收期间系统运行效率与电能消耗或输出的关系。由控制器接收的信息可以包括但不限于输电网上的电能的当前价格，输电网上的预计电能的未来价格，指导购买或向输电网销售电能的合同条款，从其它源向输电网供应能量的级别，气象信息，和/或系统或共处一处的（co-situated）设施的计量历史。 [2582] 1.一种方法，包括： [2583] 使压缩空气能量存储和复原系统的控制器从外部源接收信息；以及 [2584] 响应于信息的接收，使所述控制器调节系统元件，以确定从以下选择的至少一个系统特征， [2585] 操作所述系统或不操作所述系统， [2586] 以压缩模式或膨胀模式操作所述系统， [2587] 通过气体压缩的能量存储的效率或通过气体膨胀的能量复原的效率， [2588] 所述系统消耗的电量，或 [2589] 所述系统产生的可传送材料的量。 [2590] 2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外部信息包括输电网上电能的当前价格或未来价格。 [2591] 3.根据权利要求2所述的方法，其中，电能的所述当前价格或电能的所述未来价格从所述输电网接收。 [2592] 4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外部信息包括指导购买或向输电网销售电能的合同条款。 [2593] 5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述元件包括可驱动来以压缩模式或膨胀模式使空气流过所述系统的阀。 [2594] 6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述阀包括三通阀，所述三通阀构造为在第一路径以压缩模式或在第二路径以膨胀模式使空气流过所述系统。 [2595] 7.根据权利要求1所述的方法，其中： [2596] 所述元件包括可驱动以使得腔室中压缩或膨胀空气量增加的阀；并且 [2597] 调节所述阀的驱动时间以便控制所增加的量的幅度。 [2598] 8.根据权利要求1所述的方法，其中， [2599] 所述元件包括阀，该阀可驱动以使得在所述腔室中受到压缩或膨胀的空气量从腔室排放；并且 [2600] 调节所述阀的驱动时间以便在排气时控制所述腔室中的剩余的压力。 [2601] 9.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述元件以改变所述系统的气体压缩或膨胀效率。 [2602] 10.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述元件以改变所述系统压缩空气所消耗的电能的量。 [2603] 11．根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述元件以改变在所压缩的空气膨胀时所述系统输出的电能的量。 [2604] 12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可传送材料包括电能、水、或压缩的二氧化碳气体。 [2605] 13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制器基于从所述系统内部接收的其它内部信息调节所述元件。 [2606] 14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述其它内部信息包括在压缩空气存储单元中的压力。 [2607] 15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能量存储和复原系统包括多个级别，并且将所述元件调节为协调所述多个级别中的两个之间的协作。 [2608] 16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能量存储和复原系统包括多个级别，并且将所述元件调节为确定被使用的级别数。 [2609] 17.根据权利要求1所述的方法，其中： [2610] 所述能量存储和复原系统与输电网连通；并且所述信息包括， [2611] 从所述输电网的操作者的需求响应， [2612] 来自所述输电网的由所述系统消耗的电能的历史高峰， [2613] 所述输电网上的负荷的显示， [2614] 从所述输电网可获得的减少的电能的显示，或者 [2615] 输电网上的用电密集的显示。 [2616] 18.根据权利要求1所述的方法，其中： [2617] 所述能量存储和复原系统通过与共处一处的设施共用的仪表与输电网连通；并且[2618] 所述信息包括在所述仪表处的从所述输电网消耗的电能的历史高峰。 [2619] 19.根据权利要求1所述的方法，其中： [2620] 所述能量存储和复原系统与具有可变输出的替代能源共处一处；并且 [2621] 所述信息包括所述替代能源的输出。 [2622] 20.根据权利要求1所述的方法，其中所述信息包括气象信息。 [2623] 21.一种装置，包括： [2624] 控制器，所述控制器与压缩气体能量存储和复原系统的元件电子连通，所述控制器还与外部信息源电子连通；以及 [2625] 计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有设置为指示控制器响应从所述外部信息源接收的信息来调节所述元件的代码，该代码设置为调节所述元件，以确定从以下选择的至少一个系统特征， [2626] 操作所述系统或不操作所述系统， [2627] 以压缩模式或膨胀模式操作所述系统， [2628] 通过气体压缩的能量存储的效率或通过气体膨胀的能量复原的效率， [2629] 所述系统消耗的电量，或 [2630] 所述系统产生的可传送材料的量。 [2631] 22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述元件包括可驱动来以压缩模式或膨胀模式使气体流过所述系统的阀。 [2632] 23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述阀包括三通阀，所述三通阀构造为在第一路径以压缩模式或在第二路径以膨胀模式使气体流过所述系统。 [2633] 24.根据权利要求23所述的装置，其中： [2634] 所述元件包括可驱动以使得可腔室中压缩或膨胀气体量增加的阀；并且 [2635] 调节所述阀的驱动时间以便控制所增加的量的幅度。 [2636] 25.根据权利要求21所述的装置，其中，将所述代码设置为指示所述控制器来调节所述元件，以改变所述系统的气体压缩或膨胀的效率。 [2637] 26.根据权利要求21所述的装置，其中，将所述代码设置为指示所述控制器来调节所述元件，以改变所述系统压缩气体所消耗的电量。 [2638] 27．根据权利要求21所述的装置，其中，将所述代码设置为指示所述控制器来调节所述元件，以改变在所压缩的气体膨胀时所述系统输出的电量。 [2639] 28.根据权利要求21所述的装置，其中，将所述代码设置为指示所述控制器来改变所述可传送材料的量，所述可传送材料包括电能、水、或压缩的二氧化碳气体。 [2640] 29.根据权利要求21所述的装置，其中，进一步将所述控制器设置为基于从所述系统内部接收的其它内部信息来调节所述元件。 [2641] 30.根据权利要求29所述的装置，其中，所述其它内部信息包括压缩气体存储单元中的压力。 [2642] 31.根据权利要求21所述的装置，其中，所述能量存储和复原系统包括多个级别，并且将所述元件被调节为协调所述多个级别中的两个级别之间的操作。 [2643] 32.根据权利要求21所述的装置，其中，所述能量存储和复原系统包括多个级别，并且将所述元件被调节为确定被使用的级别数。 [2644] 33.根据权利要求21所述的装置，其中，将所述代码设置为指示所述控制器基于接收的所述信息来调节所述元件，所述信息包括输电网上电能的当前价格或未来价格。 [2645] 34.根据权利要求21所述的装置，其中，将所述控制器设置为从输电网接收所述信息。 [2646] 35.根据权利要求21所述的装置，其中，将所述代码设置为指示所述控制器基于接收的指导销售或从输电网购买电能的合同条款，来调节所述元件。 [2647] 36.根据权利要求21所述的装置，其中： [2648] 所述能量存储和复原系统与输电网连通；并且所述信息包括， [2649] 来自所述输电网的操作者的需求响应， [2650] 来自所述输电网的由所述系统消耗的电能的历史峰值， [2651] 关于所述输电网上的负荷的指示， [2652] 关于从所述输电网可获得的减少的电能的指示，或者 [2653] 关于输电网上的用电密集的指示。 [2654] 37.根据权利要求21所述的装置，其中： [2655] 所述能量存储和复原系统通过与共处一处的设施共用的仪表与输电网连通；并且[2656] 所述信息包括在所述仪表处的所述输电网消耗的电能的历史峰值。 [2657] 38.根据权利要求21所述的装置，其中： [2658] 所述能量存储和复原系统与具有可变输出的替代能源共处一处；并且 [2659] 所述信息包括所述替代能源的输出。 [2660] 39.根据权利要求38所述的装置，其中所述信息包括气象信息。 [2661] 本发明的实施例涉及采用气雾循环冷却的系统和方法。 [2662] 蒸汽压缩空调简单、高效、便宜和有效。遗憾的是，使用标准制冷剂可能释放烈性的温室气体。根据本发明的实施例可以达到或超过蒸汽压缩系统的效率，同时利用被称为气雾制冷循环的新颖的热动力循环消除GHG（温室气体）排放。 [2663] 根据本发明的实施例可以使用在一些方面与斯特林循环相似的循环，斯特林循环使用用于传递热的气体的等温压缩和膨胀。根据一些方法，可以将细的、浓稠的液体喷雾直接注入到压缩和膨胀气体中。具有很高热容量和界面表面面积的这种喷雾可以在工作气体与热和冷的大气热交换器之间迅速夺取（capture）和传递热量。液-气气雾的一个选择是水和空气（气体的另一个选择是氦气），使用水和空气使得没有GHG排放。 [2664] 气体制冷循环常规上用于飞机，这是因为与常规的蒸汽压缩设备（见Nag，P.,“Engineering Thermodynamics,”Tata-McGraw Hill,2nd Ed.,1995）相比，它们的重量轻。气体制冷循环具有低COP（Coefficient of Performance,性能系数），这是因为在这些系统中执行绝热压缩或膨胀，并且因此不适合常规的制冷单元。 [2665] 获得更多关注的技术是斯特林循环冷却器。目前，在商业上可以得到小容量斯特林循环制冷系统。这些系统可能的缺点在于难以对制冷负荷中大的变化进行设计。另外，斯特林电冰箱从启动到希望的温度可能花费较长时间，并且具体的功率低，这导致系统的尺寸大（见Organ,A,J.,“Regenerator and the Stirling Engine,”Mechanical Engineering Publications,UK.） [2666] 理论上，运行理想的斯特林循环的空调能够实现FOA（Area of Interest1a,相关区域1a）中提出的目标。然而，实际上，至今没有造出甚至能相当接近理想的斯特林循环的‘斯特林’空调，理想的斯特林循环要求在膨胀和压缩过程期间极其有效和迅速地将热传递到气体，和从气体传递热。无法实现这点使得现有的斯特林循环系统的压缩和膨胀过程近乎绝热，导致严重的热力损失和有限的功率密度。 [2667] 因此，本发明的实施例可以使用气雾制冷循环。这样的实施例使得能够近乎等温地（也就是，仅仅有小的温差）压缩和膨胀气体。这可以通过使细的、浓稠的、高热容量的液体喷雾进入压缩和膨胀气体而实现。喷雾的热容量远高于气体的热容量，从而可能使得在另外的情况中压缩期间显著的温度升高（和膨胀期间显著的温度下降）减少到仅仅几度。 [2668] 因此，可以生产运行这种气雾制冷循环的高效的空调。 [2669] 图73表示根据一些实施例的简化视图。该系统包括监控器7301、往复运动的活塞压缩机7302、和膨胀机7303、热和冷侧的空气冷却的液体热交换器7304和7305、两个泵7306和7307、两个气-液分离器7308和7309、止回阀7310和7311和电磁阀7312到7315、以及逆流式热交换器7316。 [2670] 气雾循环的实施例的细节如下： [2671] 1、冷的气体（在～55°F）在往复运动的膨胀机7303中膨胀，将热从混在该冷的气体中的液体喷雾中引出。两者使膨胀机的温度停留在～45°F。将提取的工重新投入压缩机7302和泵7306和7307。 [2672] 2、（通过分离器7309）使冷却气雾中的液体与气体分离，将该液体汇集为液体流，并且运送到热交换器7305，将进入的空气流冷却到～55°F，然后循环返回以再次被喷入膨胀气体中。 [2673] 3、使不含冷的液体的气体穿过逆流式热交换器7316，使不含暖的液体的气流反向流动。以常压加热冷却气体，以便比环境温度（～105°F）略高。 [2674] 4、将暖的液体喷入暖的气体中，然后（在压缩机7302中）被压缩。所述压缩机部分由膨胀机驱动，部分由电机7301驱动。将压缩的热量引入气雾。两者使得压缩机处于～115°F。 [2675] 5、（通过分离器7308）使暖的液体与气体分离，将该液体汇集为流，并且运送到热交换器7304，通过使热量排放到周围环境该暖的液体被冷却，然后被循环利用以再次被喷入压缩气体中。 [2676] 6、使不含暖的液体的气体穿过逆流式热交换器7316，使不含冷的液体的气流反向流动。以常压冷却暖的气体，以便比空调排气温度略低（到～45°F）。流入膨胀机中的气体混有冷的液体，继续所述循环。 [2677] 如在常规的制冷循环中，我们设计的压缩机压缩气体（空气或氦气），加热该气体，并且通过热交换器使热量排放到周围空气中。然而，在根据本发明的循环的一些实施例中，可以没有体相（bulk phase）变化；温度变化几乎全部是由于显热的（sensible heat）传递。此外，压缩的热量几乎全部被喷入压缩汽缸的水滴吸收。加热后的水滴在压缩冲程结束时从汽缸排出，然后与压缩空气分离。加热后的液体被泵入热交换器，以便排出热量。 [2679] 与内燃机相似，往复运动的活塞装置使得能够直接喷雾到工作中的压缩/膨胀腔中。基于涡轮机的压缩机可能缺少使得将液滴与气体均匀混合的合适的几何形状。 [2680] 对于目标规格（在相对湿度60%，建筑温度为75℉，在相对湿度100%，排放温度为55℉，环境温度为95℉），如果可以控制很多附加损失，则可以以合理的成本获得超过4的制冷系数(COP)。如果电机和驱动的效率一起是95%，则压缩机和膨胀机装置工作工作一个来回的效率可以超过79%。如果可以将压缩、膨胀、和横跨热交换器的温度变化保持在大约 10℉，并且如果使用高质量的机械部件，则可以获得这种级别的效率。 [2681] 相反，在相似的操作条件下，常规的绝热压缩机和膨胀机的△T可以超过100度。根据本发明的实施例的近等温技术可以获得理想的冷却效率。 [2682] 根据本发明的实施例可以利用液体喷雾系统。具体地，在压缩冲程过程中保持固定的小的温度上升（和在膨胀冲程的过程中保持小的温度下降）的能力可以有助于提供系统效率。液体喷雾在压缩期间可以吸收热量和在膨胀期间增加热量。液体的最佳选择是水，因为它的热容高。为了获得需要的热传递率，喷雾可能很浓。也就是，水的容积率可以至少是0.25%。另外，气-水气雾可以被均匀地分布在压缩和膨胀腔中，从而避免热点或冷点（spot）。 [2683] 可以利用计算流体动力学（CFD）工具设计喷嘴和喷雾歧管，和模拟它们的性能，然后利用激光成像和粒子成像测速（PIV）制造和测试喷嘴。 [2685] 本发明的实施例可以将压缩机装置和膨胀机装置相结合。原则上，这一应用可以使用各种各种压缩机和膨胀机技术。 [2686] 在实践中，在操作期间对注入高密度的水雾的要求确定了这一方面。可以使用往复运动的活塞装置。这些途径可以提供最佳几何形状、最大灵活性、和大于足够的速度和机械效率。 [2687] 通过改进现有的压缩机可以设计出往复运动装置。定制的汽缸盖可以容纳喷雾系统。可以将该装置制造为耐水的，这可以包括彻底使用特殊材料和涂层。例子包括用于外露表面的镍聚合物和DLC（类金刚石碳）涂层、石墨填充的PTFE活塞环、铜喷嘴、和不锈钢阀部件。 [2688] 根据本发明的实施例可以使用逆流式热交换器。逆流式热交换器的性能可以决定能否提供期望的系统效率。可以利用在热交换器的每一端的流入空气流和流出空气流之间的低的△T（大约10℉），同时能够耐受120psi或更高的内部压力。 [2689] 第二，当使热气流冷却时，在逆流式热交换器中可能发生结露。当热气离开在逆流式热交换器前面的分离器时，它可能饱含水气。通过热交换器后的压力下降可能较小，因而空气中的一些水分可能在热交换器中凝结。由于水在这个系统中的闭环中保持高压，所以可以回收凝结物并且再次被注入系统。 [2691] 如果使用的工作气体是空气，则它可以在被压缩后存储在适当的压力容器中，而不是立即流到膨胀机中。这使得当使用便宜的电作为功率时，可以给系统整夜充电。随后（通常是需要打开空调并且电费贵的第二天），可以提供冷却（不会有任何进一步的耗电）。 [2692] 根据本发明的实施例可以具有“开放式”设计。也就是，可以从环境将空气引入压缩机，和从膨胀机将空气排放到环境中。 [2693] 根据本发明的实施例可以开发能够提供既经济又不使用温室气体的COP是4的空调系统。（在适当的分析和模拟完成后）可以单独制造和测试一些部件（例如，近等温的压缩机和膨胀机和逆流式热交换器），然后将它们集成到系统中。 [2694] 按照以下可以进行热力学建模。这种设备的应用如高性能空调系统。可以在冷冻水旋管（热交换器冷的一侧）发生潜在冷却和显热冷却。因此，准确的性能建模可以包括在空气一侧的湿度处理。 [2695] 虽然会以一套设计参数来测量性能，但是在非设计条件下的工作对于评估季节性性能是重要的。利用热力学/湿度模型可以进行参数研究，以便在各种室内和室外环境条件下模拟系统性能。 [2696] 各个实施例可能的其它应用包括用该系统协助加热家用热水，和/或用作热泵，这可以利用稳恒态热力学建模来进行研究。这些另外种类的应用可能采用额外的或者与原来设计规定的不同的热交换器。如果使用来自热的一侧的一些或所有的热量加热家用热水，并且如果将所述系统用作为空气-空气热泵，则也可以进行热力学模拟，以确定系统性能的效果。 [2697] 可以按照如下进行部件建模。使现有的热交换器用于本申请可能存在两个问题。首先在所有的主要热交换器中使用高压。可能需要将管壁厚度增加到通常使用的值以上，以对于遇到的高压提供足够的安全性。 [2698] 其次，当热气流被冷却时，在逆流式热交换器中会发生凝露。当热气离开在逆流式热交换器前面的分离器时，它几乎饱含水气。预计通过热交换器后的压力下降得不多，因此空气中的一些水气会在热交换器的内部凝结。由于所有的水在这个系统的闭环中保持高压，所以需要回收凝结物并且再次注入到系统中。 [2699] 为逆流式热交换器建模需要在高压时的湿度特性值。现有软件提供高达27巴压强的湿空气的热力学特性。使用常规的湿度算法以便给通过也发生凝结的冷冻水旋管的湿空气建模。预计应用常规的热传递和流体力学原理和模型，而无需对系统内的湿空气和水，以及系统外的湿空气中的水进行修改。 [2700] 可以按照如下设计部件。可以从部件建模的结果确定热交换器的设计要求。该设计可以包括对于三个主要热交换器、两个气流之间的逆流式热交换器和热水与冰冻水旋管中的每个的一组规范。该规范可以包括热传递功能、流速、压力等级和压力下降、最大尺寸和重量。紧凑设计要求可能带来额外的挑战。 [2701] 可以按照如下进行数据收集和系统设计。可以使用能胜任高压环境的合适的传感器，以及用于采集数据的软件和硬件，来测试该系统。 [2702] 测试设施可以包括两个环境腔，它们能够保持使进入系统中的热交换器的冷热两侧的空气保持稳定的气温和湿度条件。在冷的一侧收集数据的主要部分，以便确定系统的冷却负荷。可以获得热交换器的空气和水两侧的传热率。在水的一侧的测量可能比湿空气一侧的测量更准确。还可以获得准确的功率测量，以确定系统C.O.P。 [2703] 用于测试热交换器的设计的设施可以如下。可以有两个单独的测量系统。一个用于测试逆流式热交换器。 [2704] 在该设施中，在预计将气/液分离器留在压缩机/膨胀机的高温侧和低温侧的状况下，提供湿空气。可以测量流入和流出热交换器的两侧的湿空气的温度、压力、湿度值和流速。另外，还可以监控凝结物的温度和流速。 [2705] 可以在设施中测试热水和冷水旋管，该设施能够提供已知的空气流速并且可以在隧道中加热和加湿空气。所述设施可以测试冷水旋管，其中需要加热和加湿空气。当需要从空气流消除热时，利用建筑冷水，可以设计测试热水旋管的冷却功能。通常在这种设施中进行的这些测试的空气流速比在ASHRAE过滤器测试中所要求的低。因此，可以规定新的气流喷嘴，它测量的范围比现有的喷嘴小，以便使流速测量准确。在两个设施中都安装仪器，并且将仪器与自动数据采集系统连接。可以进行系统性能验证测试。 [2706] 利用近等温的压缩和膨胀已经对该系统进行了新颖的循环的热力学分析和支持技术的研发。这项工作致力于使用相似的技术产生便宜的、有效的能量存储系统。 [2707] 已经研究了以质量流和液滴尺寸将液体引入压缩腔和膨胀腔的喷雾嘴和控制系统。利用粒子速度成像和CFD分析，可以描述这些喷雾系统。 [2708] 图29示出了提供非常均匀的液滴分布，适于高压缩率的用于空心圆锥喷嘴的速度场。图30是扇形喷嘴的CFD模拟，该扇形喷嘴提供了高质量流，并且可以容易地以多种形式设置，以均匀地将喷雾混入工作气体。 [2709] 图74是压缩率为32的两个压缩循环的质量加权平均温度的曲线。为了比较，绘出了没有喷雾的平均温度。图74A是从以最高压缩率32进行的气体压缩的CFD模拟的上止点（top dead center）处的温度（单位K）的伪彩表示。每个冲程注入的水量大约是所述容积的0.6%。 [2710] 研发进展： [2711] 过去没有积极地从事利用压缩气体进行空气调节的一个理由是常规的（绝热）压缩/膨胀循环的热效率很低。例如，将空气从1atm绝热压缩到200atm，再膨胀回到1atm的往返效率是大约30%。另外，随着气体被压缩/膨胀，气体温度的改变将压缩率限制到大约3.5，需要多个级的压缩或膨胀循环，由此更降低了效率。 [2712] 为了演示这个系统的性能，我们计划将空气压缩到atm，同时通过将水滴喷入压缩机来将温度变化△T保持在20℃以下。我们将压力标准设定为获得大约25Wh/升的能量密度，这对系统的实际应用来说足够高。通过90%的目标往返热力学效率来设定△T的标准，如以下所讨论的： [2713] 系统的热力学效率 [2714] 图75示出用于能量存储系统的热力学循环的实施例。在过程1-2′期间，用LSE研制的使用喷水专利技术的等温压缩机，将空气压缩到大约200atm的高压。现有的实验数据表明可以在等温压缩中使用高达30的压缩率（参见Coney et.al.,“Development of a reciprocating compressor using water injection to achieve quasi-isothermal compression”,Int.compressor Eng.Conf.，July16-19,2002），而常规的绝热压缩机仅能获得大约3.5的压缩率。归功于大的等温压缩率，仅仅通过两个级就可以获得高压（超过200atm）。该压缩能量被存储在罐中一共几分钟或甚至几小时。在大型的几个兆瓦电能系统中，这种能量可能被存储几小时。在此时段，存储在罐中的空气将会失去一些热量并且回到大气温度，而体积不变。当需要存储的能量时，压缩后的空气沿着过程2-3被膨胀，这也使用喷水技术以便在等温条件下使空气膨胀。 [2715] 热力学分析： [2716] 这部分将演示示出该系统的可行性的基本的热力学计算。注入系统的水量应该足以保持温度基本不变。关系式TdS=dH-VdP可以给出能量传递。对于几百微米大小的水滴，传热率非常快，导致空气和水滴快速获得热平衡。以下部分讨论的所研发的喷淋专利技术清楚地显示通过应用相对小百分比的总能量，容易得到小滴量。因此，假设空气和水处于同一温度。因此，有dH=CpadT+mwCpwdT，其中mw是每单元空气质量的水的质量。Cpa和Cpw分别是空气和水的热容量。现在可以写成(Cpa+mwCpw)dT/T=RdP/P。合并以上等式得到以下关系[2717] 其中n=(1-R/(Cpa+mwCpw))-1。压缩过程期间做的功可以示出为 可以将能量存储系统的效率定义 为 [2718] [2719] 图76A中示出效率与水的体积比率之间的关系图表。图76A示出当压缩过程中不同大小的液滴喷入汽缸中时，（在20Hz，压缩比是14.1时）往返的能量存储循环的理想的热力学效率。 [2720] 图76A示出了为了获得90%的理想的往返的热力学效率，需要将最大2.5%的水的体积以100μm液滴的形式喷入压缩机。如图76A所示，喷淋所述量的水将压缩/膨胀过程中的升温/降温限制到大约△T=20K。 [2721] 图76B示出了排放的空气的温度随着水的体积比率的增加的变化。图76B示出了作为1atm的水的初始体积比率的函数，在以20Hz、14.1的压缩率进行压缩的过程中，空气温度的增加（△T）。 [2722] 在水体积比率是2.5%下，当喷了100μm的液滴时，排放的空气温度的增加小于20度。相反，当不用水时，温度增加超过1000K。 [2723] 空气和水滴之间的热交换的规模 [2724] 对于目前的压缩机系统，可以假设Pr大约为0.7，并且基于理论上和实验上计算的注入速度，可以发现Re大约为100。因此，Nu=hdp/k=7.33。假设液滴平均为100微米，并2 且空气传导率是k=0.027W/m/K，则传热系数‘h’是2000W/m/K。球形水滴和空气之间的热传递可以写成maCpadTa/dt=hAp(Ta-Tw)，其中ma是围绕一个液滴的空气的质量。Ta和Tw是分别是空气和水滴的温度。Ap是液滴的表面积。从以上注入水的质量的计算，得到ma=0.5md，其中md是液滴质量。与该传热过程关联的时间大小是 对于100微米的液滴计算 出的时间大约是1毫秒。这比压缩过程（压缩机以大约1200RPM的转动速度工作）的时间大小显著加快。 [2725] 等温压缩机的CFD分析： [2726] 已经进行了等温压缩机在压缩率是9时的计算流体动力学（CFD）分析。除了动态重新网格化（re-meshing）以外，使用了复杂的多相流体模拟模型来模拟空气和水相位之间复杂的相互作用。解决了用于两相的单独的能量、动量和容积守恒方程。 [2727] 图77示出了在立即要打开排气阀之前，在靠近汽缸盖子的位置处的上止点的温度（K）。在该模拟中，观察到由于水滴溅泼、滑动和粘贴效应，水沿着壁显著聚集。一般地，在水体积比率高的地方温度低，在存在低水体积比率的中心位置温度高。 [2728] 图78示出了在有喷水和没有喷水时的温度变化。图78示出了在有喷水和没有喷水时，汽缸中质量-平均空气温度（K）与曲柄转动之间的关系的CFD预计。 [2729] 在没有喷水时，气体的平均温度会上升大约270K，而当存在以每秒0.4升（每个冲程20cc）喷淋的200μm液滴时，温度仅上升大约25K。这些结果确认了理论分析，并且清楚地显示了所提出方法的有效性。 [2730] 其它损失： [2731] 除了热效率低（这通过等温压缩/膨胀循环被显著改善）以外，还有导致效率降低的其它损失。已经确定了这些来源，并且在这里总结。 [2732] 电机和电子元件损失：估计大约为5%。可以用更高的成本购买效率更高的元件。 [2733] 阀门损失：估计大约2.7%。穿过阀的流和压力下降的关系是，由于已知空气和水的流速，因此可以计算出压力下降为 靠近阀门的 空气和水的通常速度是在10m/s的范围内 然后分别计算气相和液相的损失： 以空气的KJ/kg为单位的空气流损失是 计算出大约为1.25kJ/ kg。以空气的KJ/kg为单位的水（water）流造成的阀损失是 计算 出大约为3.75kJ/kg，这大约是产生的456kJ/kg总能量的1.1%。 [2734] 摩擦和泄漏损失：这些损失主要由于汽缸内的活塞运动，和压缩空气通过活塞环的泄漏。摩擦和泄漏损失的总和估计为每个活塞环为4psi。 [2735] 喷雾损失：估计大约0.16%。基于施加到喷嘴（nozzle）上的压力增量和穿过喷嘴的流速来估计该能量损失。利用(ΔPnozzleQwatermr/ρwater)/(RTln(P2/P1)估计损失百分比。 [2736] 喷雾系统： [2737] 为了满足由上述分析设定的喷雾标准，可以设计以相对低的压力增量（<50psi）和相对高的流速（～100cc/s）工作并且以相对短的破裂长度产生小液滴（<100微米）的喷雾系统。喷嘴可以在汽缸中产生相对均匀的喷雾，应该以（相对于汽缸盖）平缓的角度喷雾，并且应该引入小的或零的死容积（dead volume）。则喷嘴还应该容易制造，和消除/减少空化效应。 [2738] 将喷嘴设计得小到足以装配到我们的汽缸中，并且简单到足以可靠和便宜地被复制。喷嘴的研发在继续。一些主要试验和数字测试如下。 [2739] 图30和79-82b示出我们测试的一些喷嘴设计的CFD模拟。图79示出二维的喷淋破裂的多相流体模拟。图30示出从有专利权的一个LSE喷嘴中喷出的水雾的CFD模拟。图80示出从研发的锥形喷嘴喷出的水雾的CFD模拟。 [2740] 通过CFD模拟，我们能够预测喷嘴的内部流动结构和预测形成的薄层的发散角度。我们还能够获得对破裂长度和破裂机制的大致估计。然后，我们用获得的信息以及科学文献中公布的半经验关系来预测破裂长度和液滴大小的更准确的值。 [2741] 图81a示出使用颗粒图像速度学（PIV）系统拍摄的液滴的试验照片，该照片示出液体薄层的破裂和雾化。液滴大小分布的测量也在图81b中绘出。 [2742] 试验设定包括双腔Nd：Yag激光（Solo III-15，New Wave Research），该Yag激光能够以波长为532nm的两个相继的50mJ4ns激光脉冲照射视场。该设定使得我们能够测量液滴速度的空间分布。 [2743] 成本分析： [2744] 假定在20Hz（1200RPM，两个功率冲程）下工作，空气从200atm气罐到1atm的膨胀效率是90%，利用以下关系式，我们系统的功率评级估计在7.75kW/升排量： [2745] [2746] 我们使用货车柴油机作为模型来估计我们提出的压缩机/膨胀机（大规模生产）的资本成本。这在直觉上是合理的，因为柴油机的压力值与我们系统的压力值相似（～200atm）。2400RPM、4冲程的柴油机（与我们系统的功率冲程相同）的功率评级估计为大约 16kW/升排量，这利用下式得到： [2747] P柴油机=1/2BMEP×V×f [2748] 假定100hp（～75kW）货车柴油机的成本大约是＄6000，则我们的压缩机/膨胀机的大规模生产的资本成本是大约＄165/kW。下表总结了资本成本估计，包括其它项的成本： [2749] [2750] COP [2751] 在目标条件下，很多在售的空调单元以3.5的COP运行。我们系统的目标是4.25的COP。我们的分析总结如下。 [2752] 图32A是功率流图，示出了流过整个循环的一个实施例的功和热量。各功率值被归一化到从电网流入的电功率。首先，1kw的电功率通过效率为97%的马达驱动器进行处理，接着由效率为95%的马达进行处理。通过马达轴进行处理，马达轴因摩擦损失其功率的0.5%。该轴驱动压缩机。所述压缩机有几个降低效率的源：喷雾、泄漏、机械的和热。 [2753] 对于水与氦气10:1的质量比，喷雾损失只占通过系统循环的功的1%。往复式压缩机或膨胀机的机械和泄漏损失通常为95%左右。然而，摩擦损失集中在阀门致动器、喷口摩擦和管道损失以及活塞环。这些摩擦损失并不随压强的增加而线性地增加，而阀门/管道损失对于氦气等轻气体来说是低的。可以在内压为25巴、压强比为2.71下工作。可以将这些机械效率总体上维持在95.6%以上。 [2754] 在图32A的实施例中也示出了热效率。分析了压缩机和膨胀机的动态热性能，得出分析范围、数值结果、和一些小规模的试验结果。由于气体在低温下，膨胀做功比压缩做功少。只要气体和液体的温度差保持在5°F以下，则根据我们的分析和计算结果可得到，对于所示的温度，膨胀效率为92.7%，压缩效率为98%。 [2755] 尺寸 [2756] 对于在1200RPM和150psi下运行的一吨的系统，我们需要1hp的电机、两个总排量为350cc往复式活塞、以及界面表面积约为15平方米的扇冷式热交换器。使这些部件符合希望的形状因子（1.5’×1’×9’’）可能有难度但是可行。 [2757] 寿命 [2758] 可以合理地预计本设计中的部件在目标规定的14年的工作中不进行维修或很少进行维修－在其它相似的系统中也一样。影响寿命的因素包括在压缩机和膨胀机汽缸中使用水，因为水对于许多金属是有腐蚀性的。耐水材料同时也是寿命长的材料对于轴封（sliding seals）、阀门座（valve seats）、磨损面（wear surfaces）以及紧固件（fasteners）是有益的。根据本发明的设计可以使用铝部件、镍-聚合物涂层、和PTFT滑动部件。 [2759] 成本 [2760] 为了达到每吨＄1000的目标，可以完成近等温压缩和膨胀汽缸的成本工程。350cc排量的往复式空气压缩机泵零售价约为＄370。利用特制的阀，以及喷嘴、泵、和空气-水分离器，根据本发明的实施例可以既作为压缩机又作为膨胀机工作。如果可以将这些部件的总成本保持在＄500，则留大约＄150用于一个hp电机，每＄100用于三个热交换器，和＄50用于外壳和控制。 [2761] 扩展性 [2762] 由于我们的设计是基于简单的往复运动的活塞的机制，因此它可以在从大约100瓦到10MW的范围内被任意调节。更大的单元会具有更低的每吨成本。 [2763] 可以展示近等温压缩到大约8个大气压的情况。我们预计可以包括以下各个阶段： [2764] 1.展示在低压（大约10个大气压）下的近等温空气压缩和膨胀，这合起来使得能够进行低密度能量存储。 [2765] 2.展示在高压（大约200个大气压）下的近等温空气压缩和膨胀。这使得能够具有很普遍适用的能量存储。 [2766] 3.展示包括开放式储能器（open accumulator）的集成系统，以提高效率和利用复合气罐来降低成本。 [2767] 4.研发特别为以上第3项展示的技术而设计的能实现成本效益高的特制的发动机组和部件。 [2768] 5.制造用于以上第4项中研发的部件的工具，和建立试生产设施。 [2769] 6.建立试验性的能量存储单元的初始运行，并且将它们设置在测试设施中。 [2770] 7.用于大规模生产的工具 [2771] 上述前三个阶段是这里提出的，并且大致对应于项目的第1、2和3年。如果达到项目的目标，则技术性能会完全准备好用于商业研发：该项目可提交的最终样机能够从电网接收电，将电无限期地存储在完全能符合适用的安全规程的气罐中，然后将所存储的电交付到电网标准。这是很多现有的能量存储应用需要的基本性能（即，建筑的轮换需求和频率规定）。 [2772] 第4阶段是具体商业化所采取的第一个步骤。这主要是重点在成本和质量工程的制造工程阶段。我们预计第一个产品在100kW级别-我们在这里的样机的级别。这种系统会有很多工业级的应用（建筑的轮换需求、备用电源、在配电站的“孤岛效应”、用于大型光伏方阵的存储器等）。 [2773] 将第一个产品投入市场所需的投资主要支付加工成本、试生产库存、试验性测试、小规模生产的加工升级、最初的生产库存。期望在开始大规模生产之前已经有一些确定的购买订单，这有利于收到用于库存和财务的传统融资。加工和试生产的最可能的资金来源会是风险资本投资。这和加工小型引擎的成本（大约＄25M到＄50）是相当的。 [2774] 虽然以上实施例已经描述了通过喷淋液滴引入用于热交换的液体，但是本发明不限于此方法。根据一些实施例，通过例如利用起泡机或喷淋器使通过液体的气体起泡，可以在一个或多个阶段引入液体。这样利用起泡引入液体可能特别适合高压，在那里可能难以实现带来均匀的热交换的液滴和气体之间的均匀的相互作用。 [2775] 并且虽然前面描述的实施例已经讨论了利用使制冷剂保持为气相的循环进行冷却，但是本发明也不限于此方法。根据本发明的一些实施例的冷却会采用冷却剂的相位不会从液体变为气体然后再变回来的循环。 [2776] 例如，图82示出了根据本发明的冷却系统的可选实施例的高度简化的视图。系统8200利用设置为相位从液体变为气体然后回到液体的材料作为制冷剂。如以下描述的，由制冷剂的相位变化用于吸收和去除热量以在蒸发器8202中制冷，然后将所吸收的热释放到冷凝器8204中。 [2777] 循环制冷剂作为气体进入压缩机（C）8206中，在那里它被压缩而达到高压。根据本发明的实施例，在该压缩过程中，通过经由泵8212和热交换器8214与贮液器8210液体连通的喷淋器8208（或起泡机）可以将低温液体引入到气体中。该引入的液体用作执行与压缩气体的热交换，降低气体的温度变化和提高热力学效率，如以上所详细描述的。 [2778] 引入的液体与制冷剂本身可能相同或可能不同。在本文件的其它地方提供了根据本发明的不同实施例适合引入的液体的列表。 [2779] 在压缩后，利用液体-气体分离器8216，将引入的液体与压缩气体分离，这可以是上述任何特殊设计。然后使该分离后的液体流到贮液器8210中。 [2780] 然后使该分离后的压缩气体流到冷凝器8204中，在那里该气体通过暴露到热沉8220中而与该热沉8220交换热并且被冷却，由此变为液相。来自冷凝液体的热由该热沉带走。 [2781] 然后冷凝的液体制冷剂流过节流阀（TV）8232，在那里它经历了压力快速下降。该压力下降使得一部分液体制冷剂蒸发，导致气体和液体混合。该蒸发使得气体/液体混合物的温度降到希望的冷却温度以下。 [2782] 然后将冷的气体/液体混合物运送到蒸发器8202。来自使用者8230（这里简化为住所）的热（通常以空气形式）与该气体/液体混合物相互作用。来自使用者的空气的热蒸发了冷的制冷剂混合物的液体成分，并且因而被冷却。 [2783] 最后，来自蒸发器的制冷剂气体流回到压缩机中，并且重新开始循环。 [2784] 图82所示的在制冷循环中的压缩过程中引入液体进行热交换，通过更接近等温地进行压缩而更有效地用于进行压缩。该提高的效率极大地提高了COP（性能系数）。 [2785] 本发明的实施例涉及呈现一个或多个理想特性的压缩气体能量存储系统。该系统可以是有效的（一次往返80%）、成本效益高的（系统成本＜＄100kWh），快速进行（rampable）的（＜10分钟）能量存储明确代表了转换技术。特定的实施例可以使用喷水来促进在高压下压缩和膨胀过程中的热传递。 [2786] 根据本发明的实施例的有效的、成本效益高的能量存储技术使用压缩空气作为存储介质。与现有的压缩空气能量存储技术（CAES）不同的、可以设置在任何地方的本发明的实施例是高效的，并且不需要矿物燃料来工作。 [2787] 根据本发明的实施例提供了几乎等温地压缩和膨胀空气的能力。等温工作极大地提高了效率，但是以前证实了难以实现，特别是在高能量密度下实现这样的高效率。本发明的实施例将喷水直接注入压缩或膨胀空气。这吸收了压缩产生的热，减少了需要做的功（并且在膨胀过程中增加热，增加了提取的功）。接近恒定的运行温度使得能够在更高压缩比和更高速度下运行，降低了成本；并且这消除了在膨胀过程中燃烧矿物燃料的需要。 [2788] 虽然概念上简单，但是喷水促进的热传递表现了极大的工程难度-特别是在高压下。根据本发明的实施例可以将热以比在科学文献中曾经报告的速率高10倍的速率传递到压缩腔外面（以及进入膨胀腔）。 [2789] 根据本发明的实施例涉及使用压缩空气作为存储介质的实用规模的能量存储。我们提出的技术可以设置在任何地方，其高度有效，并且不需要矿物燃料来运行。 [2790] 根据本发明的实施例的重点在于能够近等温地压缩和膨胀空气。等温压缩极大地提高了效率，但是它被证实难以实现，特别是在高功率密度下。根据本发明的实施例的一种方法是将水滴直接喷入压缩腔或膨胀腔，以利于热交换。 [2791] 为了以商业级别展示该技术，利用了几项工作。可以使用分析和建模来深化和延伸系统中发生的热力学、力学、声学和液压过程的数学模型。 [2792] 也可以给喷水的流体动力学建模。例子包括穿过喷嘴的流动、液滴破裂、与汽缸壁的碰撞、以及和空气一起的两相流动。 [2793] 压缩机的研发可以进行如下。可以将100kW级别的气体压缩机修改为作为膨胀机反向工作，并且集成了利于热传递的喷水器。单个级可以是在低压（300psi）下的原型，然后增加第二级以达到3000psi或更高。可以将用于第二级的预混合腔室和定制的阀门设计为使得在高压下水的体积比率高。 [2794] 现有的电网级的能量存储技术 [2795] 当今电网能量存储由两项技术主导，抽水和压缩空气（CAES）。这些技术通过两种流体：空气和水的运输或压缩来工作。空气和水总是特别便宜。难的是制造出能有效地、成规模地和灵活地使用它们的系统。 [2796] 根据本发明的实施例涉及使用压缩空气作为存储介质的能量存储技术。研究报告已经得出结论，压缩空气为成本效益高的电网级的能量存储提供最佳机会-并且恐怕是满足由FOA规定的激进的成本目标（＜＄100/kWh）的仅有的切实可行的道路。 [2797] 现有的压缩空气能量存储（CAES）使用电动机操作的压缩涡轮机来压缩空气。在至今实现的系统中，压缩空气存储在地下的盐丘直到需要它时。在输送功率的过程中，用压缩空气操作膨胀涡轮机。 [2798] 然而，因为在膨胀过程中空气变冷了很多，所以限制了能够获得的能量，天然气在进入膨胀涡轮机前被燃烧以便加热气流。这实质上是在压缩和膨胀之间具有时延工作的天然气燃气轮机。 [2799] 虽然两个CAES系统运转着，但是由于花费和效率方面的考虑，和需要燃烧矿物燃料来工作，它们没有被证实为成为受欢迎的技术。 [2800] 近等温压缩空气能量存储 [2801] 正在进行的几个项目提出了解决现有的CAES系统的缺点。目的是研发出专门从空气膨胀提供功率而无需补充燃烧化学燃料的技术。 [2802] 这个新的压缩空气技术使用近等温（而不是绝热）压缩和膨胀。这是热力学的基本结果（见以下初步结果部分），这个结果是如果在压缩冲程过程中去掉在压缩过程中产生的热，则需要压缩空气的功减少。相似地，如果在膨胀过程中增加热，则将产生更多功率。 [2803] 如果在运行过程中保持温度恒定，则能量存储的效率理论上可以达到100%。事实上，有很多可能发生损失的来源-摩擦、压力下降、电-机械转换损失等。无论如何，可以达到往返一次的效率是接近80%。 [2804] 有几个方法实现近等温性能，在压缩过程中将热传递到压缩腔外，而在膨胀过程中添加热。通过很慢地运行可以完成，从而有时间使热通过整个腔室的壁传导。该系统可能难以形成规模，并且可能运行缓慢，限制了系统功率密度（并且因此增加了其成本）。 [2805] 或者，可以将热交换器集成到压缩腔中，Lemofouet,S.,的“Energy Autonomy and Efficiency through Hydro-Pneumatic Storage”已经使用了这个方法 [2806] （http://www.petitsdejeunersvaud.ch/fileadmin/user_upload/Petits_dejeuners?EnA irys_Powertech_20081121.pdf）。 [2807] 用于近等温空气压缩和膨胀的喷水装置 [2808] 根据本发明的实施例还可以采取不同的方法。具体地，在压缩和膨胀过程中将具有高热容的液体（诸如水）喷到空气中。因为每单位体积的水可以比空气吸收多得多的热，所以少量水就足够使过程保持近等温。并且因为水雾提供很大的热交换面积，所以可以很快地传递大量热。 [2809] 根据本发明的实施例的该液体注入会使得能够在高RPM（revolutions per minute，每分钟转数）下运行压缩机/膨胀机装置。系统运行越快，对于特定的系统成本，它能提供更多功率。 [2810] 为了充分利用喷水的热传递性能的优点，机械部件应该能够高速运行。然而，以前公知的近等温空气压缩技术使用液压汽缸和液压电机/泵来提供功率。使用液压，虽然原型简单，但是显著地限制了运行速度。这里从益处方面来说，例如使用根据本发明的实施例的往复运动的活塞和曲柄轴的机械系统可以比液压系统运行得快得多。 [2811] 然而，利于热交换的喷水的问题在高压下变得更困难，而高压可能对获得高效率和小的空气存储空间很重要。因此，本发明的实施例可以使用比至今已经在科学文献中报告的更高的水对空气的体积比率，以便在200个大气压的目标压力下保持近等温压缩。这可能涉及设计特殊喷嘴、阀门和喷水岐管，以达到喷淋密度和均匀性。 [2812] 根据本发明的实施例可以使用往复运动的机械活塞，更像是汽车发动机。采用曲柄轴、轴承和润滑系统的机械活塞设计可能比液压设计更难以制造。然而，对于本申请，在相同的排量下，根据本发明的实施例可以获得液压的运行速度的10倍。因此这个系统相对于成本可以提供多得多的功率；这就是空气压缩机和汽车发动机使用往复运动的活塞而不是液压的原因。往复装置增加的复杂性减弱了喷水的热传递性能的全部优点。 [2813] 根据本发明的实施例可以涉及有效的能量存储系统，该系统能够快速启动（ramp）（例如1分钟或更短）并且提供大于20kW的功率至少1小时。样机系统是商用的往复运动的压缩机，它被修改为在最高达到200个大气压的压力下近等温运行。常规的压缩机通常在低压（大约3.5个大气压）下运行。 [2814] 压缩机/膨胀机 [2815] 为了对整个空气压缩/膨胀过程建立热力学模型（LSE），可以将在以下的初步结果部分中描述的当前的模型修改为包括水蒸发、持续喷淋、边界层，和湍流混合物的效果。发现了系统行为的闭合形式的边界，然后可以使用多种数值方法来确定特定构造和运行状况的详细值。 [2816] 为了利用计算流体动力学（CFD）给在高压下的具有移动活塞的汽缸中的喷水行为建模，利用CFD可以建模新的喷嘴设计（例如，如以下初步结果部分描述的），以改善喷淋密度和均匀性。已经证实CFD分析在确定寻求最有成效的设计手段方面是有用的。 [2817] 可以在缸径/冲程比和关注的压力的范围中建模汽缸模型中的喷嘴歧管。在高压（100个大气压或更高）下的喷淋系统的模型可以具有特殊值以反映要达到的高喷淋密度。 [2818] 可以运行CFD模型的单独集合以模拟进出阀门的流。优化阀门流可以改善容量效率。阀门设计中的另一个考虑是确保在预混合腔中喷入到空气流中的水滴在该混合物穿过阀门孔时保持混有空气。 [2820] 正在研发能够在200个大气压以上建立高度均匀的水的体积比率接近10%的喷淋系统。高压汽缸的缸径小，从而用于低压汽缸的直接注入设计（喷嘴直接向汽缸喷淋）似乎不实用-没有空间给所需数量的喷嘴。 [2821] 可以使用汽缸的上游的预混合腔。在该混合腔中，产生水与空气的合适的体积比率，然后穿过进入阀进到汽缸。可以使用CFD来设计有效的腔室几何形状和喷嘴分布。 [2822] 正在研发能够使得浓稠的空气-水气雾穿过的高流量系数阀门。如上所述，困难的是将浓稠的空气-水滴混合物从预混合腔移到汽缸中，同时保持液滴悬浮。 [2823] 阀门可以有各种几何形状。一种是具有大的汽缸孔的回转阀，它不需要流体改变方向。第二种几何形状在汽缸壁中采用一个开口或一组开口，如可以在很多两冲程发动机中找到的。 [2824] 在第二种设置中，活塞在运动时自己打开和关闭阀门。一个困难是开口的几何形状要使得它适用于压缩（开口可以恰好位于在下止点处的活塞上端的上面）和膨胀（开口可以位于上止点附近）。 [2825] 一些实施例可以使用液体水来管理汽缸的死容积（dead volume）。近等温压缩和膨胀使得能够达到高压缩比，而没有大的温度变化，大的温度变化会使该比值无法实现。然而，高压缩或膨胀比可能难以达到，除非死容积（当活塞处于上止点时仍未被占用的汽缸容积）太大。在常规的气体压缩机中，例如，死容积是25%，压缩比被限制到4。 [2826] 根据本发明的实施例压缩比可以高达20或更高。这可以利用认真设计的活塞/汽缸/阀门组件和/或通过使用水填充相当部分的死容积来达到。 [2827] 采取后者，在运行过程中仅仅在汽缸中保持适当体积的水的方法可能难以实现。解决这个问题可能涉及对阀门设计和基于反馈的控制的建模和试验。 [2828] 本发明的实施例寻求在空气压缩机/膨胀机中应用最佳控制的喷水。压缩机/膨胀机的性能（功率效率）可以取决于喷水的时机和喷水量。 [2829] 通常，喷水越多，越能够使压缩/膨胀等温。然而，喷水也有代价（例如，压力下降）。 [2830] 因此，确定最少的喷水量同时满足使过程等温的要求的方案可能是有用的。可能不容易得到能提供足够准确性以便确定最佳时机和量的解析模型。可以采用学习控制方法，在该方法中通过反复试验，可以获得最佳控制方案。正式地，该方法称为自优化控制或极值寻找法。 [2831] 本发明的实施例可以将喷淋系统、阀门、死容积管理系统和喷淋控制最优化集成为具有高压缩比的单缸压缩机/膨胀机。单缸压缩机可以构造为作为在10到20个或更高的大气压下具有可控制的△T的压缩机或膨胀机运行。系统性能可以被描述和与解析模型比较。 [2832] 一些实施例可以采用能够大于100个大气压力的多级压缩机。在一些实施例中，压缩机/膨胀机可以构造为用两个汽缸工作。根据一些实施例，喷水系统可以使用第二级的高压以泵送喷水通过低压汽缸的喷嘴。热交换器系统可以构造为支持汽缸和管理喷淋系统以在两个级都保持相等的△T。 [2833] 初步结果 [2834] 近等温压缩和膨胀 [2835] 空气是便宜的存储介质。快速热传递使得能够有有效的能量存储。细小地、密集地和均匀地喷淋的水会使得热传递比以前尝试的任何方法更好。 [2836] 水比空气具有更大的体积热容（多于320Ox）。所以即使小体积的水以喷雾悬浮在压缩空气中，也可以吸收大量的压缩热，并且又给膨胀提供热，而温度没有显著变化。 [2837] 详细的解析和数值热力学分析（见以下）产生解析的热力性能的上边界和下边界。数值模拟验证了这些边界。 [2838] 利用各种方法可以实现空气的有效膨胀。虽然水喷雾的注入可以改善热传递，但是现有的空气电动机导致相当大的“自由”膨胀，该膨胀浪费了存储的能量而没有做任何有用功。 [2839] 因此，本发明的一些实施例可以采用能重新获得效率的“控制脉冲”阀门定时方案。该阀门定时方案会在膨胀过程开始时打开阀门达特定时间，然后关闭阀门。这会允许进入足够的空气，从而当膨胀完成时，内部压力与较低级的压力或大气压相等，并且提取了全部可获得的能量。 [2840] 为了演示：（a）‘受控脉冲’阀门方案会避免由于自由膨胀导致的低效率，（b）可以有近等温压缩和膨胀，并且使得能够有有效的能量存储，利用液态活塞概念建立小型样机。通过液压机液体而不是活塞排放空气，而不是试图将液体喷入空气中。驱动器、控制器板、和压强元件是自制的。利用电磁阀、液压马达、和用于液压机液体的一加仑植物油，制造出空气发动机，它展现了热力学效率为88%的理想的等温系统。 [2841] 找到整个该系统的组成、成本和附加损失，并且尽可能消除这些损失。例如，认识到液态活塞或其它液压系统会努力达到高能量密度、低成本和高效率。高能量密度需要高的RPM，但是移动得很快的液体的动量和摩擦可能使得难以建立稳定的、坚固的和有效的系统。与使这么多的液体来回移动相关的液体摩擦，会使效率明显下降－根据一些估计，在每个方向上下降多于5%。 [2842] 另外，在压缩和膨胀过程中压力会变化，使得液压马达/泵持续离开其最大效率点。基于可获得的效率曲线，效率在每个方向上可能再下降大于5%。 [2843] 因此，利用机械方法进行压缩和膨胀可能有利，例如，利用汽缸中的往复运动的活塞。 [2844] 喷水可能缓解传统的技术问题，冷却所有表面，降低滑动部件上的磨损。例如，领先的制造商制造出压缩比不超过3.5的压缩机：因为产生的高温会使材料受到的应力太大。通过使用喷水可以避免这种限制。 [2845] 另外，水会接近汽缸盖和阀门组件的难以到达的缝隙，占去‘死容积’，该‘死容积’降低压缩机和发动机的容积效率和压缩比。例如，通过传统的往复运动技术，会采取4个级将一个大气压下的空气压缩到200个大气压。根据本发明的实施例可以在两个级实现该空气压缩。 [2846] 另一个可以进行的改进是变频驱动的代价和低效率。可以使用具有负载控制的同步电动发电机来代替，用于压缩机/膨胀机上来控制阀门脉冲长度。这样的方法可以用一些效率来实时地换取功率的提高或降低。 [2847] 在一些实施例中，喷淋系统可以满足以下性能标准：它可能以相对短的破裂长度，相对低的压力增量(＜50psi)，和相对高的流速（大约100cc/s)产生小液滴(＜100微米)。喷淋系统可以在汽缸中产生相对均匀的喷雾。喷嘴设计可以引入小的或为零的死容积，相对容易制造，并且消除/减少空化效应。 [2848] 已知喷嘴可以喷淋水流而只需要低的压力增量。已知其它喷嘴设计能在高的压力增量下喷淋非常细的薄雾。然而，看起来已知的喷嘴不能够符合希望的参数。 [2849] 因此，根据本发明的实施例可以采用新颖的喷嘴设计。图79示出了来自二维CFD模拟的喷射破裂模型。红色区域代表液体，蓝色区域代表空气。 [2850] 图80示出从喷嘴设计发出的喷水的CFD模拟。红色表示全部液体，蓝色表示空气。图80示出从LSE研制的锥形喷嘴发出的喷水的CFD模拟。红色表示液体喷雾，蓝色表示空气。图81a示出来自喷嘴实施例的液体薄片破裂和雾化。图81b示出喷嘴实施例的液滴大小分布。 [2851] 根据本发明实施例的喷嘴设计可以表现希望的特征。喷嘴设计可以使水滴雾化到小于100微米，而压力只下降50psi，并且具有高流速（100cc/s）和短的破裂长度（大约1英寸），该喷嘴设计小到足以安装到我们的汽缸中，并且简单到足以容易和便宜地重复制造。 [2852] 喷嘴模型与压缩/膨胀汽缸和阀门模型的集成产生了整个压缩/膨胀过程的完全的CFD模型。它已经用于给通过表面上的水的薄层溅射到壁上的水滴建模，随着活塞移动和阀门打开和关闭，网孔动态地变形，并且将紧靠在一起的液滴的效应的模型合并，占用它可用的特别高的体积比率。 [2853] 用压缩比为9的排量和仅仅20秒的冲程模拟的系统显示了没有喷水的气体的平均温度会从300K上升到570K。相反，存在每秒0.4升（每个冲程20cc）的200微米液滴的喷雾时，温度上升。 [2854] 图83显示了有溅射和无溅射模型时，CFD模拟的汽缸中质量-平均空气温度（K）与曲柄轴转动的关系曲线。图77显示了上述排气阀马上打开前的温度（K）。 [2855] 分三部分继续分析热力学。首先，计算压缩或膨胀过程的热行为，此时水与空气处于理想的热平衡，可忽略混合物和环境之间的热传递，并且温度足够低，从而饱和气压也低，所以可以忽略相变。该过程与绝热压缩或膨胀过程相似，环境和混合物之间没有热交换。然而，与空气密切热接触的水的存在增加了每摩尔空气的“有效”热容。 [2856] 在理想气体的绝热压缩或膨胀中，该过程遵守： [2857] pVγ= 常数，其中： [2858] 其中： [2859] cp和cv是在常数压力和容积下的摩尔热容，并且其中R是摩尔气体常数。 [2860] 另外，由于pV=nRT，因而温度由以下给出： [2861] [2862] 这对于空气和水的混合物的压缩或膨胀是正确的，除了γ由以下替换： [2863] 其中： [2864] cv有效的是每摩尔气体在常数体积下气体和液体的总热容。 [2865] 由于喷水随着cv有效的的增加而成比例地增加，并且γ有效的也很接近。因此，通过以上给定温度的表达式，整个过程的温度接近常数。 [2866] 热力学分析的第二部分延用以上分析结果，它依据的事实是液滴和空气不会立即达到热平衡。首先，确定了在该过程中输入或输出的最大轴功率的等式。这使得能够找到在该过程中曾经达到的水和空气之间的最大温度差的等式。 [2867] 这继而使得能够建立定界（bounding）过程，该过程可以示出稍微高估了压缩或膨胀过程中温度的变化。该定界过程也稍微高估了需要用于压缩的功，并且稍微低估了膨胀过程中所做的功。假设空气和水继续处于热平衡，它们已经被从达到它们的最大温度差的初始状态被加热或冷却。 [2868] 然后该过程作为上述平衡过程继续下去。这些值取决于其它值，但是可以用代数解决。该工作给了我们对于在压缩和膨胀过程期间达到的ΔT的解析边界和扩展规则，以及热力学效率的下边界。 [2869] 与其它能量存储系统相比，根据本发明的系统的实施例可以提供一些理想的特性。例如，不像电池，空气压缩机的循环寿命是无限期的。 [2870] 压缩空气能量存储（CAES）系统的成本是两个成本的和：压缩/膨胀装置的成本（每kW的成本，因为该装置产生功率），和空气存储系统的成本（每kWh的成本，因为它存储能量）。本发明的实施例的目标成本可以是＄400/kW和＄80/kWh安装成本（假定不能用地下存储）。对于具有12小时存储的系统，可以认为成本是＄113/kWh。然而，具有26小时存储的系统（在阿拉巴马CAES电站的Macintosh的存储时段）只花费＄95/kWh。 [2871] 往复运动的发动机是成熟的技术。货车柴油发动机通常花费大约＄100/kW。对于该花费（假设可比较的功率密度），可以包括电动机发电机、功率电子和其它部件。对于大规模生产，非常可能实现满足＄400/kW的目标。 [2872] 能够以200个大气压存储空气的常规的钢罐的成本大约是＄125/kWh（包括阀门）。应该在这上面加入歧管、连接软管、外壳、量规和连接器的成本。另外，考虑到从压缩空气提供功率时任何效率的降低，需要额外的容量。如果单向效率是90%，则大约1.1kWh的存储容量可以提供1.0kWh。对于现有技术成本大概是＄150/kWh。 [2873] 如果将罐子制成16米长，而不是它们通常的1.6米，则可以降低旋转（spinning）该罐子关闭，以及阀门和软管的成本。另一个可能的方法是始于天然气管线管道或套管管道。 [2874] 通过增加更多存储罐可以无限期地延长额定功率下的运行时间。可以增加足够多的罐子以便运行至少1小时（也就是，总存储大约为100kWh）。 [2875] 根据本发明的实施例还可以提供长的循环寿命。由于压缩空气能量存储系统是机械的，而不是电化学的，其性能不像电池那样变差。如果维护适当，空气压缩机可以持续运行30年（11,000昼夜循环）。 [2876] 根据本发明的实施例还可以提供高的往返效率。常规的CAES系统的效率仅仅大于50%。理论上等温系统的往返效率可以是80%。更实际的正常运行下的目标可以是75%。如果可以使用低级热（例如废热），则可以达到90%或以上的效率。 [2877] 由于损失压缩热，所以当前的CAES系统的效率受到限制。近等温运行的热效率接近100%。 [2878] 然而，可以使多个附加损失最小。这样的附加损失的例子包括但不限于：体积损失（在进气冲程期间用空气填充汽缸和在排气冲程期间使汽缸排空）；电动机/发电机效率；用于将水喷入汽缸中的功率；热交换器风扇和摩擦。例如，对于体积效率，应该保持适当体积的水充满汽缸中的大部分死体积。 [2879] 关于保压（dwell）时间，从填充模式变为排放模式主要是切换几个阀门的状态。发动机在同一方向上连续转动。这差不多应该瞬时发生。 [2880] 关于规模，在一个实施例中，该系统可以是当所有四个汽缸都参与时以大约1MW运行。开始可以以100kW运行，但是一旦达到基本目标就可以按比例增大。 [2881] 与按比例增大有关的一个潜在的技术挑战包括在高压下有效运行：理想的是大于3000psi，以降低存储占用的空间和成本。目标是在该压力下保持足够高的水的体积比率。 [2882] 根据本发明的实施例提供的另一个潜在的益处是降低内部损失。具体地，现有的CAES系统在地下存储压缩空气。根据使用的地质类型，损失可能很大。为了实用目的，用钢罐或复合罐的地上存储，存储任意长的时间的能量损失是零。 [2883] 关于安全性，可以使机械部件和压力容器完全符合适当的建造规格。此外，在很多实施例中，该系统不使用有毒物质，而只有空气和水。 [2884] 本发明的实施例可以延续使用30年以上，这是典型的重型往复运动的气体压缩机的寿命。如同任何发动机，需要日常维护。需要定期更换活塞环、密封垫、过滤器、和润滑油。 [2885] 汽缸中使用的水提供了腐蚀源。诸如DLC、镍/聚合物和其它材料的特定涂层可以提供长期抗腐蚀。 [2886] 如前面所述，存储单元中驻留的压缩空气除了用于能量存储以外还有其它用途。例如，如上所述，在一些实施例中，压缩空气可以执行物理支撑功能，压缩空气施加的力用于保持膨胀结构的形状和完整性。该膨胀结构的例子包括但不限于建筑元素，诸如支柱、墙壁和屋顶，和/或漂浮部件，诸如浮筒、浮标、驳船、或船身。 [2887] 还如以上所述，构造为存储压缩空气的可充气的支撑部件的结构可以被设计为最大可能地吸取压缩空气提供的膨胀力的优点。一个该结构的例子由Mauro Pedretti在" European Congress on Computational Methods in AppliedSciences and Engineering(ECCOMAS2004)中描述,通过引用将其内容包含于此用于所有目的。 描述了利用低压空气来稳定压缩部件防止弯曲的轻型结构设计。 [2888] 该方法可以使得能够包括或布置额外的压缩部件以抵抗来自其它方向的负荷。在一些实施例中，可以围绕膨胀部件螺旋形地布置纤维，并使用端盖。该构造提供了对内部压力的阻力、对膨胀弯曲模式的阻力、和/或来自压缩膨胀部件的力的分配、和将力分配到压缩膨胀部件。 [2889] 在一些实施例中，可以基于压缩气体存储单元提供物理支撑的作用而至少部分地选择其形状、材料组成、和/或位置。在一些实施例中，压缩空气提供的额外的稳定力可以使得能够放宽一些支撑部件的特定公差。 [2890] 例如，重新回到构造为压缩空气存储单元的风力涡轮机支撑结构的例子，压缩空气施加的力能使得塔的壁较薄。这继而可以具有降低该结构的总重量和成本的累积效应，这是因为该塔的材料的相当比例的部分是专门支撑塔本身，而不是承受风力涡轮机的负荷。 [2891] 膨胀支撑结构的设计还可以考虑潜在的故障模式。例如，风力涡轮机支撑塔的总长度的大部分专用于提供足够的力来对抗旋转叶片的转矩。万一出现可能导致压缩空气损失的问题，涡轮机的转动可以快速停止，由此缓解该支撑结构对抗该转矩的需要。当然，即使在未膨胀状态，也可能需要支撑塔提供足够的力来承受涡轮机的重量，和抵抗未转动的涡轮机提供的对主风向的曳力。 [2892] 本发明的一些实施例涉及液体喷嘴，该液体喷嘴可以将液体喷入到压缩或膨胀腔中的气体中。根据一些实施例，通过选择性地和精确地从单个部件去除材料，形成与窄扇形输出窄槽液体连通的升速区域来形成液体喷嘴。一些实施例的液体喷嘴可以限定在两个或多个相互匹配接合的部件的相面对表面中的凹陷之间。通过在相对表面的装配前在相对表面提供开口，该多部件实施例可以利于，例如，通过加工精确限定内部形状。 [2893] 图89示出了限定根据本发明实施例的液体喷射喷雾器的空间的简化的剖视图。空间8902包括纵深区域8904，该纵深区域8904具有与例如歧管或液体流动阀的液体的增压源8906液体连通的进口8904a。纵深区域8904可以是具有圆形截面的汽缸，或者是具有其它形状的截面的改进的汽缸的形式。 [2894] 纵深区域8904的第二端8904b向着具有不同深度的加速区域8908打开，其将构造为接收喷入的液体的空间（腔室）8910截短。浅的扇形槽区域8912从纵深区域8904的第二端8904b通过加速区域8908延伸到达出口8912a，该出口8912a向着液体被喷入的空间8910（例如，气体压缩/膨胀腔）打开。在图89所示的特定实施例中，扇形槽区域的边形成了相互之间的夹角为120°，虽然本发明不要求该角度或任何其它特定角度关系。 [2895] 图89的箭头示出了液体流过空间的路径的一般性表示。被加压的液体以相对笔直的流动路径进入进口8904a到达圆柱形区域。然后，由于流动的液体受到区域8912的减小的截面面积的限制而使其速度增加，最后随着被加压的液体流过扇形槽区域8912而被沿着扇形轨道射入。区域8908的形状用于改变液体的速度矢量以便基本与区域8908和8912之间的界限垂直。 [2896] 在一些实施例中，限定液体喷嘴的空间可以由例如金属的单件材料形成。图90A示出了由单件材料制造的一个实施例的进口侧的简化的端部视图。图90B示出了沿着图90A的线90B-90B′剖切的简化的剖视图。图90C示出了从喷嘴的出口侧的简化的端部视图。 [2898] 第一进口部9002继而与中间部9004连通，该中间部9004与参考图89描述的纵深部分对应。中间部向着可以是半球形的方向改变部9006和加速部9008打开。 [2899] 在一些实施例中，通过利用具有直径D′的圆头端铣刀插入进口侧并且停在靠近到达材料块的出口侧的位置来加工材料块，可以容易地同时形成中间部和方向改变部。 [2900] 最后，中间部9004和方向改变部9006通过窄槽区域9008与出口液体连通。通过从出口侧加工金属材料块，可以容易地形成窄槽区域9008。在一些实施例中，利用具有半径为r且厚度为t的刀片的开槽锯可以制造窄槽区域。 [2901] 根据本发明的实施例不限于图90A-90C所示的特定形状。例如，虽然示出窄槽部以平行于由部分9002和9004限定的纵向轴A的角度延伸，但是这不是必要的。 [2902] 图91A-91E示出了可选实施例的不同的简化图，其中所述窄槽垂直于进口部和中间部的轴形成。图91A示出了从进口看的简化的端部视图。图91B示出了沿着图91A的线91B-91B′剖切的简化的剖视图。图91C示出了图91A的相对端的简化图。图91D示出了从出口看的侧视图。图91E示出了另一侧视图。 [2903] 具体地，图91A-91E的可选实施例的特征是通过铣削材料块9150而形成喷嘴，该喷嘴的形状包括窄的头部9152和宽的主体部9154。主体部包括进口空间9156的全部和中间空间9158的一部分。头部包括中间空间9158的剩余部分和方向改变空间9160和窄出口槽9162。 [2904] 通过利用上述参考图90A-90C描述的铣削技术而形成进口空间和中间空间，可以制造图91A-91E的喷嘴设计。通过铣削露出头部的一侧可以形成所述窄槽，例如，还是利用图91D所示的厚度为t的开窄槽锯。虽然图中示出了所述窄槽切过中间空间9158的直径，但这不是必要的，可以将所述窄槽切得更浅或更深。 [2905] 虽然该特定实施例示出了将所述窄槽以相对于轴A以90°角切割，但是这不是必要的。在一些实施例中，出口窄槽的角度可以以90°以外的角度倾斜。这可以在形成窄槽时通过确定部件相对于工具的方向来实现。 [2906] 图92A-92E示出了可选实施例的不同的简化图，其中所述窄槽相对于进口部和中间部的轴以一定角度形成。图92A示出了从进口看的简化的端部视图。图92B示出了沿着图92A的线92B-92B′剖切的简化的剖视图。图92C示出了图92A的相对端的简化图。图92D示出了从出口看的侧视图。图92E示出了另一侧视图。 [2907] 具体地，图92A-92E的可选实施例的特征是通过铣削材料块9280而形成喷嘴，该喷嘴的形状包括靠近加速部9284的倾斜的肩部表面9282。 [2908] 通过利用上述参考图92A-92C描述的铣削技术而形成进口空间和中间空间，可以制造图92A-92E的喷嘴设计。通过以垂直于所述倾斜表面的角度铣削该表面，可以形成所述窄槽，例如，利用开槽锯加工工具。可以用于形成所述窄槽的另一个加工技术是放电加工（EDM）。借助相对于进口空间的轴的倾斜表面的方位，加工出的窄槽也会相对于进口空间形成一定角度。 [2909] 虽然以上实施例已经描述了从单个部件形成的喷嘴结构，但是本发明不限于该结构。在可选实施例中，形成液体喷嘴的空间的一部分或多部份可以由装配板的相对表面上的凹陷限定。图93是一个这样的板9300的透视图，该板9300示出了限定凹陷9304的端面9302，该凹陷9304形成喷雾器结构的一半，该喷雾器结构包括具有出口9306a的平缓的梯形槽凹陷9306。 [2910] 图93A示出了图93的板的对应的俯视图。图93B示出了图93的板的对应的侧视图。 [2911] 图93和93B还示出了存在于板的侧面中的孔9307。这些孔可以用于利用螺栓或其它结构将板物理地固定到歧管或其它液体源上。 [2912] 图93-93B还示出了从端面9302延伸的凸起9308。这些凸起构造为与存在于第二板中的对应的开口接合，由此使得板能够被对齐装配，以便限定喷雾器。 [2913] 具体地，图94是构造为与第一板装配的第二板的实施例的透视图。图94示出了板9400的表面9402，板9400限定半圆柱形凹陷9404，半圆柱形凹陷9404限定平坦的开口和形成喷雾器结构的另一半。端面9402还包括孔9410，该孔9410的大小为接收第二板的表面的对应的凸起。在所述板的侧面中的孔9407可以利用螺栓或类似结构用于将所述板物理地固定到歧管或其它液体源上。 [2914] 图95示出了从构造为接收来自喷雾器的液体的腔室的方向看的组装的喷雾器结构的实施例的视图。图95示出了装配在一起的板9300和9400，只有梯形槽部分的开口被显示为狭长的孔9500。 [2915] 图96示出了从流到诸如歧管的喷雾器的液体增压源看的图95的组装的喷雾器结构的实施例的视图。图96示出了装配在一起的板9300和9400，向着圆柱形凹陷的平坦的开口被显示为圆9600。 [2916] 根据本发明的一些实施例的喷嘴通过产生扇形喷雾可能提供益处。例如，在一些实施例中，可以将液体注入腔室以有效地与气体进行热交换。在热力学有效的情况下，这种液体-气体热交换在实现气体压缩或压缩气体的膨胀方面有用。 [2917] 具体地，交换的热量取决于液体暴露到气体的表面积。在扇形区域上提供特定体积的注入液体，产生薄如液体流的液体薄片，最终分裂为单个液滴。产生均匀分布在大的体积中的小尺寸的液滴可能是理想的。较小尺寸的液滴进而表现出更大的表面积和增强的热交换特性。 [2918] 利用常规的喷嘴设计，在喷雾的边缘存在的液体可能相对于扇形喷雾的中心处的液滴倾向于使液滴相结合成更大尺寸。该位于边缘的更大液滴的存在令人不希望地减少了可用于与气体进行热交换的液体的表面积。这会降低液体-气体热交换的效率。 [2919] 然而，使用根据如上所述的本发明的实施例的喷嘴设计可能导致在扇形喷雾的边缘处的大液滴更少。具体地，图97示出了来自方向改变区域（半球形区域）的边缘的液体必须在窄槽的有限容量中穿越更长的距离。与来自方向改变区域的中心的液体穿越的通过该窄槽的较短的路径X相比，通过该窄槽的较长的流动路径X＇应该使得扇形喷雾的边缘处的液体具有更低的流速，相对于喷雾的中心处的液体的体积，喷雾的边缘处存在的液体的体积减小。如图98所示，该降低流速的效果应该进而在液体薄片破裂前降低其厚度，并且因此降低在喷雾边缘处的液滴的大小和数量。 [2920] 由根据本发明的喷雾结构的一些实施例提供的一个可能的益处是容易制造。具体地，形成喷雾器的凹陷被限定在装配在一起的相对表面之间。在板装配前，它们各自的表面露出并因此容易被设计者和加工工具利用，利于制造具有理想形状的凹陷。 [2921] 根据本发明的一些实施例的多个部件的构造还利于制造利用多个喷雾器的更复杂的装置。具体地，在组装板之前接触板的表面，使得在同一表面中彼此邻近形成多个凹陷。随后将所述板与也具有多个凹陷的一个板或更多个板装配，使得能够形成具有多个喷雾器的结构。 [2922] 此外，板的表面中的凹陷的形状可以相对简单并且容易以适当的精度形成。例如，一些加工工具可以使得能够制造具有100微米、50微米、或者甚至25微米或更小的特征的形状。具有如此精确的小尺寸规模的喷嘴的制造允许精细控制液体流过该装置。 [2923] 在一些如图93-93B示出的实施例中，一个板可以具有带有平坦开口的表面，该平坦开口限定半圆柱形凹陷，并具有半球形端部。利用具有适当轮廓的加工工具，可以容易地以高精度和低尺寸公差形成该形状。 [2924] 形成在另一个板的相对表面上的凹陷的形状可以更复杂一些，还包括与球形或其它形状的方向改变部接触的浅的梯形槽部分。然而，利用常规的铣削技术，也可以容易地以高精度和低尺寸公差形成即使这样更复杂的形状组合。 [2925] 图89-96只示出了喷雾结构的特定实施例，并且不应该被视为限制本发明。可选实施例可以采用与图中示出的尺寸不同的特定的相对尺寸，并且属于本发明的范围。 [2926] 根据本发明的喷雾器的另一个实施例可以由形状与以上所示的和描述的特定实施例不同的凹陷形成。例如，梯形凹陷的侧面之间的相对角度不限于120°，而可以根据特定应用更大或更小，导致具有不同角度的液体的扇形喷雾。增大角度可能缩短破裂长度和影响液滴大小。 [2927] 根据可选实施例，凹陷可以有其它构造。例如，虽然以上实施例示出的窄槽的走向使得以垂直或平行于进口的内径轴的角度喷射液体，但是它不是本发明必要的。 [2928] 图99A-D示出了根据本发明的可选实施例的喷嘴结构9900，其中，具有出口9902a的窄槽部9902被定向为相对于由接合的板9904和9906的侧面9904a和9906a限定的平面具有仅仅15°夹角。这一目标的实现是由于通过在其上形成形状不是三角形的板或部件，从而它们的接合端面9904b和9906b与所述板的各自的侧面9904a、9904b不垂直。 [2929] 因此，在图99A-D所示的特定实施例中，在三角形板9906中形成限定平坦开口9910的部分球形凹陷9908，在具有与该三角形板匹配的表面的板9904中形成限定非平坦开口9914的凹陷9912。 [2930] 图99A-D还示出了进液开口9915，以及到孔9916的开口，该孔可以容纳用于将板固定到一起的螺钉或螺栓。 [2931] 图99A-D的特定实施例与前面的多个部件的实施例的不同在于，各个板中的凹陷的形状彼此不十分对称。也就是，板9906中的凹陷9908限定了部分球形部分，而板9904中的凹陷9912限定了圆柱形的沟道，该沟道从进口9915通向不平坦开口和窄槽。然而，同样，这些凹陷的形状相对简单，并且在组装前用铣削技术而容易形成在单独的板上。 [2932] 虽然上述喷嘴实施例限定在彼此匹配的两个板的相对面之间，但是本发明不限于该特定方法。通过将第一部件插入第二部件，从而被插入的部件的对应的表面限定喷嘴，因而可以产生根据本发明的另外的实施例。 [2933] 例如，图100A-J示出了喷嘴设计10000的可选实施例的各个视图，通过将第一部件10002插到第二部件10004中的开口10003内而形成该喷嘴设计10000。利用装配到第一部件中的通孔10008和第二部件中的通孔10010的螺栓10006，将两个部件10002和10004固定到一起。螺栓10006包括端部件10006a。垫圈10005安装在第二部件10004的表面10004b上，第一部件10002安装在垫圈上。 [2934] 如图100H的剖视图所示，要喷淋的液体流用所示的箭头表示。该液体流过第二部件10004中的孔10021（这里是12个）。 [2935] 如箭头所示，流动的液体然后在区域10007中改变方向。区域10007因此与喷嘴设计的该实施例的方向改变部对应。 [2936] 然后该液体流过通道10009，该通道10009限定在由第一部件和第二部件各自提供的相对表面10002a和10004a之间。因为通道10009比通道10021对进入的流体提供更小的截面积，所以液体加速了。 [2937] 另外，各个表面10002a和10004a以不同角度相互倾斜（表面10002a以15°角倾斜，表面10004a以30°角倾斜）。如图100J所示，该几何形状设置为提供和液体流过的通道10009的截面面积基本相同的截面。具体地，形成加速部的通道10009的进口10009a的截面面积A基本与形成该通道10009的出口的间隙10020的截面面积A′相等（或甚至大一些）。 [2938] 基于喷嘴的加速部的进口和出口的相对截面面积，图100A-J的实施例的构造可以降低液体经历的压力下降的幅度。因此，图100A-J的实施例的构造可以理想地减少出现空化，同时引入速度矢量分布来建立从喷嘴喷出的液体的空心锥薄片。 [2939] 然后增压的流体最终通过窄的间隙10020从通道10009和喷嘴排出。这里图100H没有按照比例绘制，并且为了说明目的放大了间隙10020的宽度。 [2940] 图100A-J所示的喷嘴设计的实施例的性能的一个可能的益处在于它产生空心锥模式的喷雾。该模式提供的缺少边缘的特性可以产生比扇形喷雾分布得更均匀的液滴大小。另外，空心锥喷雾模式使液体分布到更大的体积中。 [2941] 图100A-J所示的喷嘴示出的几何形状利于产生用于热交换的期望大小的液滴。具体地，在本实施例中喷嘴的间隙10020是25μm。通过垫圈10005的厚度至少可以部分地确定该间隙10020。 [2942] 在图100A-J的设计中，与间隙10020的出口侧相邻的第二部件10004的表面是凹陷的。该凹陷有助于避免附壁效应引起的液体喷雾偏差。根据一些实施例，第一（插入）部件的侧面可以凹陷或倾斜，以便避免附壁效应。在其他实施例中，可以依赖附壁效应来转变或改变流向。 [2943] 在50psig的水压下用秒表和刻度量筒测量出的体积流速是0.41Gal/分钟（25.93ml/s）。下表表示了在两种压力下通过图100A-J的喷嘴的流动液体的结果的简要总结。 [2944] [2945] [2946] 该表包括液滴大小的两种测量。量D32（还被称为索特平均直径或SMD）以假想液滴对喷雾量化，该假想液滴的直径表示所测量的液滴的体积和表面积的平均比。 [2947] 量DV50给出了50%的液滴小于它的液滴直径。量DV90给出了90%的液滴小于它的液滴直径。 [2948] 对于从1.94″的视场（包括第4次和第3次）进行的测量，不识别小液滴。因此，液滴大小的统计可能不能反映所有液滴。 [2949] 如图101A-C所示，建立了用于评估喷嘴性能的试验设置。在50和100PSIG的水压下进行了测试。 [2950] 因为图100A-J的喷嘴呈现了高流速，所以当喷嘴喷雾时，水压发生8到10PSI之间的下降。因此，喷嘴经受的实际水压可以大约是42-50PSIG和90-100PSIG。 [2951] 因为喷嘴的两个内表面呈现不同的角度（30°和15°），所以在测试前不知道出口处的水薄片（water sheet）的角度。如图101C所示，在安装中使用相对于喷嘴表面22.5°的平均角度。 [2952] 从测量计算出的水薄片和喷嘴表面之间的角度是30°。这表示水薄片沿着30°表面。 [2953] 图101A示出视场（FOV）坐标。除了典型的测量平面（z=0）以外，在不同的z位置已经进行了更多次的测量，如图101B所示。这用于确定喷淋层的厚度和喷淋角度。 [2954] 图102-112B示出了在100PSIG水压下，通过图100A-J的喷嘴的喷淋。图102示出了从两个瞬时影像的全局流结构。这两个图像不是同一时间拍摄的。白线表示破裂长度是1.15″。 [2955] 以下表示出了用300瞬时速度场从第1次和第4次得到的平均速度。 [2956] [2957] 图103示出了从第1次和第4次测量的平均速度。图104示出了从第1次和第4次测量的RMS速度矢量。 [2958] 现在讨论从第1次测量得到的液滴大小。破裂长度是1.15"，视场是1.94"。由于直到第1次测量的FOV的2/3时，喷水才破裂，因此仅仅从x=-1.64"到-2.24"进行液滴大小分析。 [2959] 图105示出了从第1次测量得到的被识别的液滴的一个瞬时图像。仅仅示出了一些液滴。其余的液滴要么太小无法识别要么模糊。 [2960] 因为无法识别小液滴，所以液滴大小统计不完全准确。然而，在下表中示出了的这些液滴大小统计以给出大液滴分布的概念。 [2961]液滴数 100630 D10（μm） 119.2 D32（μm） 155.2 DV10（μm） 96.7 DV50（μm） 164.3 DV90（μm） 281.4 RMS（μm） 42.6 [2962] 图106示出了第1次测量的液滴大小的柱状图。 [2963] 现在讨论从第4次测量得到的液滴大小。图107示出了从第4次测量得到的被识别的液滴的一个瞬时图像。仅仅识别了一些液滴。其余的液滴要么太小无法识别要么模糊。 [2964] 同样，因为无法识别小液滴，所以影响了液滴大小统计的整体的准确性。然而，在下表中示出了的这些液滴大小统计的目的是给出大液滴分布的概念。 [2965]液滴数 244616 D10（μm） 110.8 D32（μm） 161.4 DV10（μm） 91.1 DV50（μm） 160.5 DV90（μm） 497.0 RMS（μm） 40.3 [2966] 图108示出了液滴大小的对应的柱状图。 [2967] 现在讨论从第5-15次测量和第25-27次测量得到的液滴大小。图109A示出了第12次测量（z=7mm）的被识别的液滴的一个瞬时图像，图109B示出了第14次测量（z=9mm）的被识别的液滴的一个瞬时图像。仅仅识别出一些液滴，其余的液滴要么太小无法识别要么模糊。 [2968] 图110A示出了第12次测量的液滴大小的柱状图。图110B示出了第14次测量的液滴大小的柱状图。 [2969] 下表示出了第5-15次测量和25-27次测量的液滴大小的统计。 [2970] [2971] [2972] 图111A示出了沿着第5-15次测量和25-27次测量的z轴的液滴大小的分布。图11B示出了相对于薄片角度的相同的数据。 [2973] 图112A示出了在第5-15次测量和25-27次测量的每个z位置处被识别的液滴数。图11B示出了相对于薄片角度的相同的数据。 [2974] 图112A-B示出D32线保持增加直到z=7mm（薄片角度为27.7°），然后在z=8-10mm（薄片角度为27.7°-30°）保持稳定。因此由液滴大小限定的薄片厚度大于20mm。 [2975] 图112A-B还示出了在4mm（薄片角度为25.5°）的被识别的液滴数的峰值，并且得到的所限定的薄片厚度会大于10mm。即使液滴数从z=4-10mm增加得少，该层也是重要的，这是因为大的液滴大小包含更多水。 [2976] 图113-123B示出了在50PSIG水压下，通过图100A-J的喷嘴的喷淋结果。图113示出了从两个瞬时影像的整体流结构。两个图像不是同一时间拍摄的。白线表示破裂长度是1.4″。 [2977] 以下表示出了用300瞬时速度场从第2次和第3次测量得到的平均速度。 [2978] [2979] [2980] 第2次测量的速度场可能不够精确，这是因为流动太平滑而不适合PIV分析。在图114和115中分别示出了来自第2次和第3次测量的平均和RMS速度矢量场。 [2981] 第2次测量的视场是1.94"，破裂长度是1.4"。由于直到第2次测量的视场的2/3时，其喷水才破裂，因此仅仅从x=-1.64"到-2.24"进行液滴大小分析。 [2982] 图116示出了从第2次测量得到的被识别的液滴的一个瞬时图像。如以前指出的，仅仅识别了一些液滴。其余的液滴要么太小无法识别要么模糊。 [2983] 无法识别的小液滴可能影响液滴大小统计的精度。然而，示出这些统计的目的是提供大液滴分布的一些概念。 [2984] 下表示出了来自第2次测量的液滴大小的统计： [2985]液滴数 84843 D10（μm） 128.6 D32（μm） 180.9 DV10（μm） 106.4 DV50（μm） 195.8 DV90（μm） 358.0 RMS（μm） 52.8 [2986] 图117示出了液滴大小的对应的柱状图。 [2987] 图118示出了从第3次测量得到的被识别的液滴的一个瞬时图像。同样，仅仅识别了一些液滴，其余的液滴要么太小无法识别要么模糊。虽然这影响液滴大小的统计，然而，在下表中示出的这些统计提供了大液滴分布的概念。 [2988]液滴数 219604 [2989]D10（μm） 117.2 D32（μm） 167.9 DV10（μm） 96.5 DV50（μm） 174.9 DV90（μm） 495.5 RMS（μm） 45.2 [2990] 图119示出了来自第3次测量的液滴大小的对应的柱状图。 [2991] 图120示出了从第20次测量得到的被识别的液滴的一个瞬时图像。仅仅识别了一些液滴。其余的液滴要么太小无法识别要么模糊。 [2992] 下表示出了第16次到第20次测量的液滴大小的统计。 [2993] [2994] 图121示出了来自第20次测量的液滴大小的对应的柱状图。 [2995] 图122A以mm为单位绘制了第16到21次测量和第22到24次测量的沿着z轴的液滴大小的分布。图122B绘制了相对于薄片角度的该液滴大小分布数据。 [2996] 图123A示出了在第16到24次测量的每个z位置处被识别的液滴数。图123B示出了相对于薄片角度的相同的数据。 [2997] 线D32和识别的液滴数都在z=4mm（薄片角度为25.5）处达到平坦的渐近线。从而薄片厚度也大于20mm。 [2998] 与在100psig的水压下观察的结果相比，在x方向上移动（shift）的最后三次测量与没移动的不同。这表明低水压（50psig）的情况可能导致一个或更多个小锥角、空间中相对更均匀的液滴大小、和更大的液滴大小。 [2999] 图100A-J所示的喷嘴结构提供的一个可能的益处是缺少突出到汽缸中的特征。具体地，因为窄槽的开口与腔室的壁水平，因此不需要在汽缸内提供额外的死容积来容纳喷嘴。更低的死容积利于产生高压缩比或膨胀比。 [3000] 图100A-J所示的喷嘴结构的一个可能的优点是容易制造。具体地，在接合所述板之前，容易将所述板的相对表面中出现的限定喷嘴的一对凹陷精确地加工出甚至复杂的形状。 [3001] 如上所述，根据本发明的喷雾器的实施例可以特别适用于将液滴喷入被加压的气体中。在一些实施例中，该被加压的气体可能经过压缩，或可能经过膨胀。在一些实施例中，喷雾器可以构造为将液体喷入被加压的气体中，用于执行热交换的目的。 [3002] 根据本发明的实施例可以适合将液体水滴喷入被加压的气体中。在一些实施例中，气体可以是空气。 [3003] 根据本发明的喷雾器的实施例可以适用于将液体喷入腔室内的压缩空气中，压缩和/或膨胀在该腔室中进行。该腔室的一个例子是容纳诸如固体活塞的往复运动部件的汽缸。另一个例子是容纳诸如螺杆的可移动部件的腔室。可能与根据本发明的喷雾器的实施例一起使用的装置的一个其它例子包括但不限于涡轮机、多叶片吹风机、叶片式压缩机、内齿轮油泵和准涡轮机。 [3004] 根据本发明的喷雾器的实施例可以构造为通过液体阀结构接收加压的液体流。适用于使加压液体流到喷雾器结构的该液体阀结构的例子包括但不限于螺线管致动阀、滑阀、提升阀、或针形阀。液体流阀可以由机械、磁、电磁、气动、或水力来致动。 [3005] 在一些实施例中，喷雾器结构可以构造为通过歧管结构接收加压的液体流。在一些实施例中，喷雾器结构可以构造为通过单独的管道从阀接收加压的液体流，该管道的一部分可以与其它喷雾器共用。 [3006] 在一些实施例中，可以将连接喷雾器结构和液体流阀的管道制造得尽可能短。该构造可以有利于减少由于当阀门关闭时的除气作用造成的管道中形成泡沫的潜在的问题。由于液体以被加压的形式供应到阀门，因而发生除气作用，而接收流过喷雾器的液体的腔室中的压力低。 [3007] 在一些实施例中，可以相对于第二喷雾器布置根据本发明低实施例的喷雾器结构，该第二喷雾器也与同一腔室液体连通。在一些实施例中，喷雾器的大小可以相同，但是它们可以以特定方式相对于其它喷雾器定向。 [3008] 例如，在图100A－J的实施例中，插入件包括相对于所述插入件的顶部的平面以15°倾斜的表面，该表面可以与压缩和/或碰撞腔的壁相同。在一些实施例中，两个或更多个喷雾器可以使它们的出口槽以一致的方式相对于特定方向定位。根据本实施例，该方向可以被以下因素影响：诸如气体进入阀相对于喷雾器的位置，和/或腔室内可移动部件的移动方向。 [3009] 至今已经描述的本发明的实施例涉及用于注入液体喷雾以与压缩空气执行热交换的喷雾器结构。然而，可以理解所述喷雾器结构不限于使用在任何特定应用中，并且只要在将液体引入到气体中的地方就可以采用。 [3010] 以下权利要求涉及喷嘴的实施例。 [3011] 1.一种液体喷雾喷嘴，包括： [3012] 第一部件； [3013] 第二部件；以及 [3014] 固定件，所述固定件构造为将所述第一部件固定到所述第二部件上，以便在所述第一部件与所述第二部件之间限定空间，所述空间包括： [3015] 方向改变部分，所述方向改变部分构造为改变从液体源接收的液体的方向，以及使液体流到具有第一截面面积的方向改变部分的出口； [3016] 速度增加部，所述速度增加部构造为通过具有第二截面面积的入口，接收来自所述方向改变部的出口的液体，所述速度增加部构造为使从所述速度增加部的进口流入的液体的速度增加，以及 [3017] 出口，所述出口与所述速度增加部液体连通，并且具有第三截面面积，其中，所述第二截面面积比所述第一截面面积小得多，并且与所述第三截面面积的大小大致相等，或稍微大于所述第三截面面积。 [3018] 2.根据权利要求1所述的液体喷雾喷嘴，其中，所述第一部件构造为被插入所述第二部件的开口中。 [3019] 3.根据权利要求2所述的液体喷雾喷嘴，其中，所述开口的周边大致是圆形。 [3020] 4.根据权利要求2所述的液体喷雾喷嘴，其中，所述固定件包括螺栓。 [3021] 5.根据权利要求4所述的液体喷雾喷嘴，其中，所述螺栓由容纳在锁紧螺母的螺纹中。 [3022] 6.根据权利要求4所述的液体喷雾喷嘴，其中，所述螺栓由容纳在述第一部件中的螺纹。 [3023] 7.根据权利要求2所述的液体喷雾喷嘴，还包括布置在所述第一部件和所述第二部件之间的隔离件。 [3024] 8.根据权利要求7所述的液体喷雾喷嘴，其中，所述固定件包括螺栓并且隔离件包括垫圈。 [3025] 9.根据权利要求2所述的液体喷雾喷嘴，其中，最靠近所述出口的第二部件的上表面的第一区域限定了凹陷。 [3026] 10.根据权利要求9所述的液体喷雾喷嘴，其中，当所述第一部件插入所述第二部件后，所述第一部件的上表面与位于所述第一区域的外面的所述第二部件的上表面的第二区域水平。 [3027] 11.根据权利要求1所述的液体喷雾喷嘴，其中，流出所述出口的液体呈现的索特平均直径在大约10-50um。 [3028] 12.根据权利要求1所述的液体喷雾喷嘴，其中，流出所述出口的液体呈现的流速在大约每秒0.01和20升之间。 [3029] 13.根据权利要求1所述的液体喷雾喷嘴，其中，速度增加部的轴相对于所述第一部件的上表面和所述第二部件的上表面非垂直地倾斜。 [3030] 1.一种方法，包括： [3031] 通过在第一部件和第二部件之间限定的空间，使液体从液体源流向容纳可移动部件的腔室，所述空间包括， [3032] 方向改变部分，所述方向改变部分构造为改变从液体源接收的液体的方向，以及使液体流到方向改变部分的具有第一截面面积的出口； [3033] 速度增加部，所述速度增加部构造为通过具有第二截面面积的入口，接收来自所述方向改变部分的出口的液体，所述速度增加部构造为使从所述速度增加部的进口流入的液体的速度增加，以及 [3034] 出口，所述出口与所述速度增加部和所述腔室液体连通，所述出口具有第三截面面积， [3035] 其中，所述第二截面面积比所述第一截面面积小得多，并且与所述第三截面面积的大小大致相等，或稍微大于所述第三截面面积。 [3036] 2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述腔室中的压缩气体的膨胀过程中，所述液体通过所述空间流到所述腔室。 [3037] 3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述腔室中通过所述可移动部件压缩气体的过程中，所述液体通过所述空间流到所述腔室。 [3038] 4.根据权利要求1所述的方法，其中，在气体流入所述腔室的过程中，所述液体通过所述空间流到所述腔室。 [3039] 5.根据权利要求1所述的液体喷雾喷嘴，其中，所述第一部件插在所述第二部件到开口中。 [3040] 6.根据权利要求5所述的液体喷雾喷嘴，其中，所述方向改变部分、加速部、以及所述出口包括环形形状。 [3041] 本发明所述的实施例不限于相对于可移动件的运动方向以任何特定方向注入液体，也不限于一个气流进入的方向。例如，图50A-B的具体实施例具有这样的特点，液体喷雾器被置于汽缸的相对的端壁上，而阀门结构被置于所述汽缸的侧壁上。 [3042] 在这些实施例的配置中，由于所述喷雾器的位置的缘故，液体可以以平行于活塞运动的方向注入所述腔中。这样的取向可以促进气体和注入液体之间的相互作用，以形成具有希望特性的液-气混合物。 [3043] 在这些实施例中，液体注入的方向不必基本上与通过位于所述腔的侧壁上的气流阀的气体的进气方向一致。这样的取向可以促进气体和注入液体之间的相互作用，以形成具有希望特性的液-气混合物。 [3044] 图51的具体实施例示出，喷雾器被置于所述汽缸的相对的侧壁上，而阀门结构被置于其它的侧壁上。因此，液体注入的方向不必基本上平行于流入腔中的气体的方向（在压缩或膨胀模式中），或平行于腔内活塞的运动方向。这种液体注入方向与进气气流方向或活塞运动方向之间的不一致可以促进气-液混合和具有希望特性的液-气混合物的形成。 [3045] 然而，在其它实施例中，液体可以以与气流进入腔中的方向基本上相对应的方向注入腔中。这种液体注入的取向可以促进具有希望特性的液-气混合物的形成。 [3046] 例如，尽管图50A-B和图51中的实施例示出了低压端和高压端阀门被置于与液体喷雾器的位置不同的腔壁上，但这并不是本发明所要求的。图124示出了其它的实施例，其中，喷雾器12438与阀门12412和12422被置于腔12408的同一侧壁12408b上。 [3047] 在图124的实施例中，在泵12434和喷雾器12438之间提供三通阀12436，以便根据工作模式有选择性地将液流导向与低压端阀门12412相邻的位于腔侧壁上的特定喷雾器，或导向与高压端阀门12422相邻的位于腔侧壁上的喷雾器。这样的阀门也可以配置为阻挡在任何方向上通过该阀门的流，从而在不引入液体时使液体循环系统与腔内的压强变化脱离。 [3048] 图124中的实施例可以提供这样的优点，即无论在压缩模式还是在膨胀模式中，喷雾器的取向可以设置为以基本上与气流进入腔中的方向相对应的方向注入液滴。这种液体注入方向和气流方向之间的一致性可以促进具有希望特性的液-气混合物的形成。 [3049] 图124中的实施例可以提供这样的优点，即喷雾器的取向可以设置为，在压缩或膨胀期间，以与所述可移动件在腔内的移动方向基本上不平行的方向注入液滴。这种液体注入方向和活塞运动方向之间的不一致性可以促进具有希望特性的液-气混合物的形成。 [3050] 尽管图124中的实施例示出了喷雾器位于在各个阀门上方的腔侧壁上，但这种特殊的配置并非本发明所要求的，各种变型是可能的。例如，图124A示出了从腔内部看的侧壁12450的视图，示出了包括阀板12454的阀门12452。图124A示出了多个喷雾器12456，这些喷雾器环绕所述阀门并且配置为以多个轨迹向进入气体流注入液体。 [3051] 在某些实施例中，喷雾器可以配置为以与气体通过阀门的流动方向基本平行的方向注入液体。在其它实施例中，一个或多个喷雾器可以配置为以基本上不与通过阀门的气流方向平行的方向注入液体。在这种实施例中，喷雾器的出口彼此之间可以以一致的方式或不一致的方式对齐。 [3052] 尽管上述实施例示出了喷雾器被置于压缩腔或膨胀腔的单个壁或相对的壁上，但本发明不限于这些配置。例如，图125示出了另一个实施例，其中，喷雾器既被置于所述腔的端壁上，也被置于所述腔的相邻侧壁上。在某些实施例中，通过提供液体总管12570可以便于实现这种配置，其中，液体总管12570环绕腔12508的各个侧面延伸，并且喷雾器都与该液体总管是液体连通的。图125只绘出了一个截面，因此，在某些实施例中，所述液体总管也可以延伸出纸面，以允许与位于其它腔壁上的喷雾器通液体。 [3053] 图126示出了另一个实施例，其中，喷雾器12638和每个阀门12612和12622位于腔12608的同一（端）壁12608a上。喷雾器相对于所述阀门的这种取向潜在地允许在压缩和膨胀期间利用同一喷雾器引入液体。这就可以不需要为压缩和膨胀设计并安置单独的喷雾器，并且也能够避免引入额外的复杂的阀门和导管以便将液体引导到压缩或膨胀所独有的各组喷雾器中。 [3054] 尽管图126的具体实施例示出了喷雾器被置于阀门之间，但这不是必须的。在其它的实施例中，喷雾器也可以以图124A所示的类似方式环绕在阀门周围。 [3055] 如图126所示，可以将阀门12636置于喷雾器和泵之间，以便将流体循环系统与不引入液体时所述腔中所发生的压强变化隔开。 [3056] 图126中的实施例可以提供的优点在于，喷雾器的取向使得注入液滴的方向与气流流入腔中的方向基本对应。液体注入方向和气流方向之间的这种一致性可以促进具有希望特性的液气混合物的形成。 [3057] 图126中的实施例还可以提供的优点在于，喷雾器的取向使得注入液滴的方向与压缩或膨胀期间所述腔内可移动部件的移动方向基本对应。液体注入方向和活塞移动方向之间的这种一致性也可以促进具有希望特性的液气混合物的形成。 [3058] 尽管图126中的实施例可以提供某些潜在的益处，但它在所述腔的端壁上较小的区域内设置了许多元件（阀门、阀门致动器、多个喷雾器以及液体导管）。这种小空间内元件的聚集会影响设备的设计、制造、监查和/或维修。 [3059] 然而，通常是喷雾器相对于气体进给阀门的取向在确定所述液气混合物的特性时是重要的。具体说，在压缩/膨胀过程期间，液体被注入进给气体（inlet gas）中以进行热交换。因为压缩或膨胀可以与进给气体流动同时进行，所以会希望将喷雾器放置得能促进进入气体与液体喷雾之间的快速相互作用。 [3060] 相反，液体喷雾器相对于出口阀门的取向不太重要。这是因为，出口阀门只是用来在压缩或膨胀期间热能交换已经完成时排出所述液气混合物。 [3061] 因此，在本发明的某些实施例中，可以通过相对于压缩和/或膨胀模式中专用来调节进入腔中的气流的单个阀门取向的喷雾器来引入液体。图127示出了一个这种实施例的简化示意图，其中，进给阀门12712被设置在腔12708的端壁12708a上。 [3062] 在图127的实施例中，多个喷雾器12738也被置于端壁12708a上，环绕进给阀门12712。这些喷雾器与公共的液体总管12770通流体，而液体总管12770则配置为从泵12734接收液体。出口阀门12722被设置在腔的侧壁12708b上。 [3063] 通过仔细设计喷雾器及其相对于进给阀门的位置，可以将液体引入腔中以产生具有希望特性（诸如液滴尺寸、液滴分布的均匀性、液体体积分数、温度和压强）的液气混合物。并且由于在压缩和膨胀模式中使用同一阀门放入气体，因此在每种情形中都可以产生具有希望特性的液气混合物。 [3064] 引入液体时的条件在压缩情形中与在膨胀情形中可以不同。例如，在压缩期间，所述液体将被引入具有较低压强的气流中。在膨胀期间，所述液体将被引入具有较高压强的压缩气流中。 [3065] 因此，在图127的实施例中，可以控制某些部件的工作参数以产生具有希望特性的液气混合物。可以改变的参数的一个例子是所述液体被引入腔中的速度。这个速度参数可以受到许多变量（诸如泵速、和/或喷雾器尺寸、和/或通向喷雾器的导管的特性，诸如口径、长度、转弯的数目和程度）的影响。在某些实施例中，喷雾器可以包括喷口尺寸可以调节以控制液体速度的喷嘴。在某些实施例中，所述通向喷雾器的导管的特性可以改变（例如，通过阀门启动改变液流路径）。 [3066] 在某些实施例中，可以改变所述液体的压强。这可以通过例如改变泵的工作特性（例如泵速）来实现。在某些实施例中，通过操作阀门以引起压强积累并使积累的压强通过液流高速喷射而周期性地释放，可以改变液体的压强。 [3067] 液滴的尺寸也可以影响其与不同压强下的气流的相互作用。例如，尺寸较大的液滴能够在气体的压缩的体积内穿透得更深。因此，在某些实施例中，喷雾器可以设计为在压缩情形和在膨胀情形中产生不同的液滴尺寸。 [3068] 图127的实施例还可以提供的优点在于，喷雾器可以取向为注入液滴的方向与气流流入腔中的方向基本对应。这些喷雾器也取向为注入液滴的方向与压缩或膨胀期间所述腔内可移动部件的移动方向基本对应。 [3069] 液体注入方向、气流方向以及活塞运动方向之间的这种一致性可以促进具有希望特性的液气混合物的形成。然而，本发明的实施例不限于液流相对于气流或活塞运动在任何具体的方向上。 [3070] 因此，图128示出了另一个实施例，其中，进给阀门12812被置于腔12808的侧壁12808a上，而喷雾器12838被置于该腔的端壁12808b上。在这个实施例中，液体注入的轨迹与气体进入腔中的方向基本上不对应。这个实施例可以促进具有希望特性的液气混合物的形成。 [3071] 图129示出了又一个实施例，其中，喷雾器12938被置于多个腔壁上，相对于气体流入方向和活塞移动方向具有不同的取向。使用环绕压缩腔或膨胀腔的多个壁延伸的液体总管12970可以便于实现这种配置。图129只绘出了一个截面，因此，在某些实施例中，所述液体总管也可以延伸出纸面，以允许与位于所述腔的其它壁上的喷雾器流体连通。 [3072] 本发明的实施例不限于图100A-J所示的具体的液体喷嘴注入设计。例如，图80示出了插入头具有方形金字塔形状的另一种类型的喷嘴的液雾轮廓，尽管本发明不限于具有这种形状或具有任何特定数目侧面的插入头。 [3073] 图133A-G示出了喷嘴设计的另一个实施例。在这个喷嘴设计中，第一零件13302插入第二零件13304的开口13303内。使用螺栓13310插入所述第二零件的开口13308将这两个零件固定起来。利用扁螺母13306将螺栓13310的后部固定在第二零件13304的背面。 [3074] 垫片13305被置于第二零件13304的表面13304b上。第一零件13302被置于所述垫片上。 [3075] 如图133F的剖面图所示，要被喷射的液流用所示的箭头表示。该液体流过第二零件13304上的喷口13321（这里，数量为12）。 [3076] 然后，该液体流过通道13309，通道13309限定在所述第一和第二零件各自提供的相对的面13302a和13304a之间。由于通道13309为流入的液体提供了较小的截面积，所以，该液体的速度就提高了。 [3077] 另外，各个面13302a和13304a相对于彼此以不同的角度倾斜（面13302a以15°的角度倾斜，而面13304a以30°的角度倾斜）。类似于图100A-J中的喷嘴实施例，这个几何形状被布置为当液体流过通道13309时具有基本上相同的截面积，从而减小了空化（cavitation）的发生率，同时引起速度矢量分布以使液体从所述喷嘴中出来时产生空心锥形液膜。 [3078] 然后，受到压力的流动液体最终从通道13309出来，通过狭窄的间隙13320从喷嘴出来。这里，图133F没有按比例来画，为了说明起见，间隙13320的宽度被夸大了。 [3079] 图133A-G所示的喷嘴呈现出一种有利于产生进行热交换的具有希望尺寸的液滴的几何形状。具体说，在本实施例中，所述喷嘴的间隙13320为25μm。该间隙13320至少部分地可以由垫片13305的厚度来确定。 [3080] 在图133A-G的设计中，第二零件13304的与间隙13320的出口端邻近的表面具有第一凹陷13330和第二凹陷13340。这些凹陷有助于避免由Coanda效应引起的液雾路径的偏离。 [3081] 图133A-G中的喷嘴设计实施例可以提供某些可能的益处。例如，所述第二零件中凹陷的精心使用以及在构建所述第一零件时的材料厚度能使所述第一零件的上表面与所述第二零件的上表面齐平。这就防止了所述第一零件突入所述腔中，减少了死体积。 [3082] 图133A-G中的喷嘴实施例的另一个可能的益处是，能够在振动和液体流动的情形下将所述第一和第二零件固定在一起。具体说，这两个零件通过螺栓固定在一起，所述螺栓再通过扁螺母固定在所述第二零件上，这样防止所述螺栓在喷嘴的工作条件下发生松动。 [3083] 本发明所述的喷嘴设计不限于上面所描述的具体实施例。例如，尽管图100A-J和图133A-G示出了这样一种喷嘴，其中该喷嘴具有第二零件，第二零件上具有一系列（12个）孔，孔轴的取向垂直于所述第二零件的表面，但这并不是发明所要求的。 [3084] 根据其它的实施例，所述孔轴可以有不同的取向，例如，相对于表面的法向偏离一致的角度。这种配置可以使流出喷嘴的液体打旋。这种打旋的液流能够呈现有益的特性，包括但不限于破碎长度（break-up length）减小。 [3085] 此外，具体喷嘴的工作特性可以由元件之间的相对尺寸的差异来确定。例如，图134A示出了在喷嘴13406的两个零件13402和13404之间形成的间隙区域13400的放大 图。 [3086] 液体以近似与零件13402和13404的末端之间所形成的平面垂直的角度流出所述喷嘴。因此，改变这些零件的相对长度能够影响喷射角度。 [3087] 图134B示出了另一个实施例，其中第一零件13402的长度L相对于图134A中的实施例较短。与图134中的实施例相比，这个尺寸的变化使得液流相对于所述喷嘴的表面的角度A相应地增加。 [3088] 图134C示出了另一个实施例，其中第一零件13402的长度L相对于图134A中的实施例较长。与图134中的实施例相比，这个尺寸的变化使得液流相对于所述喷嘴的表面的角度A相应地减小。 [3089] 本发明所述的喷嘴的实施例可以呈现出特殊的性能特性。一个性能特性是液滴尺寸。 [3090] 液滴尺寸可以使用DV50、索特平均直径（Sauter mean diameter，也称作SMD、D32、d32或D[3,2]）或其它措施来测量。本发明所述的喷嘴的实施例可以产生SMD在约10-200微米的范围内的液滴。本发明所述的喷嘴的实施例所产生的液滴尺寸的例子包括但不限于SMD约为200微米、150微米、100微米、50微米、25微米和10微米的例子。 [3091] 本发明的实施例所述的液体喷嘴的另一个性能特性为流速。本发明的实施例可以产生的流速在约每秒20到0.01升之间。本发明所述的喷嘴的实施例的流速的例子为每秒20、10、5、2、1、0.5、0.25、0.1、0.05、0.02和0.01升。 [3092] 破碎长度（breakup length）、喷雾图案（spray pattern）、喷雾锥角（spray cone angle）、扇面角（fan angle）、到表面的角度（angle to surface）（对于扇形喷射）、液滴空间分布（droplet spatial distribution） [3093] 本发明的实施例所述的液雾喷嘴的另一个性能特性为破碎长度。本发明所述的喷嘴的实施例所输出的液体可以呈现出在约1-100mm之间的破碎长度。本发明所述的喷嘴喷出的液体的破碎长度的例子包括100、50、25、10、5、2和1mm。 [3094] 本发明所述的喷嘴的实施例可以产生不同类型的喷射图案。本发明所述的喷嘴实施例可以产生的喷射图案的例子包括但不限于空心锥、实心锥、柱流、单扇形以及多扇形。 [3095] 本发明所述的喷嘴的实施例可以产生约20°-180°的喷射锥角。这种喷射锥角的例子包括但不限于20°、22.5°、25°、30°、45°、60°、90°、120°、150°以及180°。 [3096] 本发明所述的喷嘴的实施例可以产生约20°-360°的喷射扇面角。这种扇面角的例子包括但不限于20°、22.5°、25°、30°、45°、60°、90°120°、150°、180°、 225°、270°、300°、330°或360°。本发明的实施例可能会产生的到表面的扇形喷射 角（fan spray angles to surface）的例子包括但不限于90°、80°、60°、45°、30°、 22.5°、20°、15°、10°、5°或0°。 [3097] 液滴空间分布代表了本发明的实施例所述的液雾喷嘴的另一个性能特性。测量液滴空间分布的一个方法是，测量薄片的角度或包含了偏离所述薄片的大多数液滴的锥体横截面。在本发明的实施例所述的喷嘴设计中，这个角度可以在0°-90°之间。本发明的实施例可能会产生的这个角度的例子包括但不限于0°、1°、2°、5°、7.5°、10°、15°、20°、25°、30°、45°、60°、75°或90°。 [3098] 根据本发明的某些实施例，控制引入腔中以进行热交换的液体数量是重要的。理想的数量会依赖于一些因素，包括气体的和液体的热容、以及压缩或膨胀期间希望的温度变化。 [3099] 要引入的液体的量也会依赖于所述喷嘴所形成的液滴的尺寸。要引入的液体数量的一个测量为腔中所有液滴的总表面积与气体摩尔数之比。这个比值的单位为平方米每摩尔，该值可以介于约1到250或更大之间。适合用于本发明的实施例中的这个比值的例子包括1、2、5、10、15、25、30、50、100、125、150、200或250。 [3100] 某些喷嘴设计便于各个喷嘴的制造。某些喷嘴设计也可以将多个喷嘴放置在给定的表面中，彼此靠近，这样能够增加性能。 [3101] 例如，图130A示出了在汽缸的同一壁上的若干喷嘴13010的喷雾轨迹。在某些区域13012，来自两个或多个喷嘴的液雾彼此重叠。这样的重叠潜在地使得液体喷射液滴会彼此碰撞，由此进一步将其破碎成更小的尺寸以进行热交换。 [3102] 多个喷嘴的制造和放置上的灵活性可以使性能有额外的增强。例如，在某些实施例中，喷射结构的形体轴（dimensional axis）相对于活塞移动方向和/或气体流入方向的取向相对于其它喷射结构可以是一致的或不一致的。 [3103] 因此，在某些实施例中，各喷射结构的形体轴可以以一致的方式偏离气流方向，使得它们结合起来就可以引起诸如打旋等巨效应。在其它的实施例中，喷射结构的形体轴相对于某个方向可以不一致地取向，这种取向方式通过计算得到，可以提高气体和液滴之间的相互作用。这种相互作用能够增强所产生的混合物的均匀性，以及所述混合物中的气体和液体之间的热交换的特性。 [3104] 在某些实施例中，可以有意地设置一个或多个喷嘴的取向，以便使一部分喷雾撞到腔壁上。这种碰撞可以用来额外地使喷液在短距离内破碎成更小的液滴。 [3105] 图130B示出了设计来使喷液破碎成更小尺寸的液滴的另一种方法。在本实施例中，喷嘴13020被设计来产生扇面喷雾，该扇面喷雾撞击腔壁。来自换能器13024的声波能量或超声波能量13022也撞击所述腔壁，引起它们振动。 [3106] 所述振动改变了液体撞击的有效位置和角度，因此改变了液体从振动壁反射的位置和角度。该反射反过来用来进一步将给定体积的液雾分布到更大的面积上，由此，将其破碎成更小的液滴，以便有效地进行热交换。 [3107] 本发明不限于图130B所示的具体实施例。具体说，尽管该图示出了超声波换能器被置于腔外，但该超声波换能器也可以被置于腔内，或与所述外部放置结合起来。 [3108] 另外，尽管本实施例描述了液体撞击在由声波或超声波换能器间接赋予能量的表面上，但这不是必须的。根据某些实施例，液体可以直接与声波或超声波换能器的表面进行相互作用。一些类型的换能器为压电式的、电磁式的以及磁致伸缩式的。 [3109] 喷雾器配置来引入液体的方向不必垂直于形成有喷嘴的腔壁。例如，在图100A-J的实施例中，出口狭缝相对于腔壁的法向倾斜大的角度。 [3110] 喷雾器的形体轴可以倾向或偏离（在压缩或膨胀中）进给气体流入腔中的方向。压缩或膨胀中引入液体期间，所述液体的引入方向也可以倾向或偏离活塞的移动方向。 [3111] 所述喷雾器的这种倾斜可以用来有效地增加注入液体在其撞到活塞头或一些其它固体表面之前的路径。这样的较长路径为液体破碎成各个具有希望的有利于进行有效热交换的小尺寸（因而大的表面积）的液滴提供了更多的时间。如果活塞冲程的总长度相对于被喷射液体的破碎长度来说较短，那么在设计中，这样做是很重要的。 [3112] 前面的实施例将腔描述为由壁限定的简化内空间。然而，在一些实施例中，所述腔的内部可以呈现出更复杂的轮廓。 [3113] 例如，图131示出了压缩或膨胀腔的一个实施例的简化剖视图，其中所述腔容纳有双作用活塞，该活塞包括活塞头13106a和活塞杆13106b。所述活塞头界定了两个腔13108和13109，这两个腔分别通过阀门开口13111和13123以及阀门开口13112和13122与外部导管流体连通。 [3114] 图131用虚线示出了所述活塞头在两个极限位置13130和13132的位置。在这些位置中，所述活塞头覆盖了应该流过气体的阀门开口的一部分。 [3115] 图131也示出了腔的端壁13108a和13109a包括与所述阀门开口邻近的各个凹进部13108b和13109b。这些凹进所提供的内部空间13108c和13109c在它们部分地被处于位置13130和13132的活塞阻塞时可以通过所述阀门开口容纳气流。 [3116] 因此，在某些实施例中，所述液体喷雾器相对于内部腔空间可以取特殊取向，以便改善具有希望特性的液气混合物的形成。例如，在图131所示的实施例中，喷雾器13138可以在端壁上取特殊的取向，从而将液滴引入空间13108c和13109c，该空间在通过所述阀门开口进给的气流的预期路径中。 [3117] 尽管图131中的具体实施例示出了一个具有特殊内部轮廓的腔，但本发明不限于液体注入这种或其它类型的腔。例如，图132示出了另一种容纳有双作用活塞的腔的剖视图。 [3118] 在图132所示的实施例中，活塞头13206a呈现出凸形，而腔的相应端壁则呈现出凹形。因此，图132示出了被置于所述端壁上的喷雾器13238将液体注入被限定在所述凸活塞头和凹壁之间的空间中。 [3119] 图131和132中的具体实施例示出了将液体注入具有可在水平方向移动的可移动件的腔中。因此，本发明的实施例不限于液体沿着任何特殊方向注入，液体可以被注入活塞移动方向在水平方向或垂直方向的腔中。 [3120] 在某些实施例中，液体的直接注入可以考虑气体压缩或膨胀过程期间发生的变化条件。这种变化条件的一个例子为温度。 [3121] 具体说，在压缩冲程中，气体加热并不以恒定的速度发生。相反，在所述冲程的末尾随着压强增至较高的水平，加热增强。因此，为了实现近等温条件下的压缩，在压缩冲程的末尾附近要求有更大量的热交换，以便将温度维持在某个范围内。这个更大量的热交换反过来要求在所述冲程的末尾附近引入额外体积的液体，这可以利用液体引入设备的特殊配置来实现。 [3122] 引入液体的有效体积可以用各种方法进行控制，这些方法可以单独使用也可以联合使用。例如，喷雾器的尺寸可以较小或较大和/或数量较少或较多，由此减少注入液体的数量。此外，或者，与这些因素相结合，喷雾器可以接收以慢速或快速流动的液体，使得液体以较低或较高的流速注入。 [3123] 另外或者与上述因素相结合，所述喷雾器可以被配置来产生尺寸不同的液滴。这种尺寸不同的液滴可以提供较少或较多的表面积以进行热交换，因此，表示较小的有效体积。 [3124] 尽管上面的描述集中在压缩冲程中发生的温度变化，但其它条件也可以变化。例如，变化条件的另一个例子是压强。具体说，在压缩过程的初始阶段，气体的压强较低，允许水滴在气体中穿透和混合。相反，在所述压缩冲程的末尾，所述气体的压强高很多。这个变化的压强条件可以用来排斥液体，妨碍液滴与气体之间的相互作用，因为所述气体压强和/或密度对注入液体的冲击产生抵抗。 [3125] 具体设备的设计可以考虑这个效应。例如，被压缩在腔的BDC位置的空气应该具有最低压强，这就有利于气体和注入液体之间的相互作用和混合。因此，在本实施例中，在此位置处的喷雾器可以配置为利用上述一种或多种方法注入最大有效体积的液体。 [3126] 尽管上述例子集中在压缩冲程期间发生的温度和压强变化，但体积代表了变化条件的另一个例子。具体说，在所述压缩过程的初始阶段，所述气体分布在大体积中，为喷雾器的布置提供了更大的空间以与气体相互作用。相反，在压缩冲程的末尾，气体被限制在小得多的体积中，这就减少了喷雾器可注入液体的空间。重复一遍，可以使用上述一个或多个液体引入因素在腔中的合适的位置处提供用于热交换的有效液体体积。 [3127] 利用了本发明的实施例所述的液体引入的设备设计应该考虑液体注入的时序。例如，尽管液体注入可以发生在压缩冲程的开始，但根据某些实施例，液体注入也可以发生在活塞的前一个冲程期间空气流入腔中之时。 [3128] 这种方法可以改变液体注入系统的希望配置。例如，一个考虑可以是喷雾器相对于进入气体的取向，而不是其沿着活塞冲程方向的各个位置。在进给阀门的附近配置来注入有效大体积的这种喷雾器的分布能够改善气液混合，因为液滴与压缩之前流入的充满腔的气体相互作用。当然，在某些实施例中，即使在所述腔中充满了气体之后以及在压缩中活塞朝着TDC移动时，液体也能够继续被直接注入。 [3129] 液体注入系统的其它配置可以适合于膨胀情形。尽管冲程中活塞的位置与温度和压强之间的关系与压缩中的相同，但这些条件在时间的相反方向上是变化的。另外，压强和温度的具体值在膨胀和压缩期间可以是不同的。因此，注入系统的相对配置可以不同，以便在膨胀中在气体和注入液体之间实现最佳热交换。 [3130] 到此为止所描述的具体实施例只是为了说明而提供，本发明不应该限于这些实施例。例如，尽管上述许多腔使用了两个或多个气口向腔中流入气体或从腔中流出气体，但本发明并不要求这一点。 [3131] 根据其它实施例，压缩和/或膨胀腔可以具有单个气口以用来在压缩和/或膨胀模式中向腔中流入气体或从腔中流出气体。流过所述气口的气体可以通过单个阀门进行调节，该阀门打开以放入气体，关闭，然后打开以使腔中流出（压缩的或膨胀的）气体。 [3132] 所述单个气口可以通过三通阀门或阀门网络与高压或低压端的合适的导管连通，以便使压缩气体或膨胀气体有合适的流动路径。只具有单个气口以及相应的气流阀门的这种配置的使用可以简化所述装置的结构并实质性地减少成本。 [3133] 尽管上述某些实施例利用了穿过腔壁的液体注入，但本发明并不要求这一点。在其它实施例中，液体可以通过所述可移动部件来引入，例如利用实心活塞头、活塞杆和/或隔膜上的孔来引入。 [3134] 下面的权利要求涉及膨胀。 [3135] 1．一种方法包括： [3136] 提供一个腔，在该腔中设有可移动部件； [3137] 通过气口向所述腔中流入压缩气体； [3138] 向所述腔中引入液体； [3139] 在所述液体存在的情况下，在所述液体不燃烧的情况下，使所述压缩气体膨胀以移动所述可移动部件；以及 [3140] 从与所述可移动部件有物理连接的联动装置产生功率。 [3141] 2．根据权利要求1所述的方法，其中，引入所述液体包括喷射所述液体的液滴。 [3142] 2a．根据权利要求2所述的方法，其中，所述液滴的总表面积与所述腔中气体的摩2 2 尔数之比介于约1m/mol-250m/mol之间。 [3143] 3．根据权利要求1所述的方法，其中，引入所述液体包括使所述压缩气体形成气泡穿过所述液体。 [3144] 4．根据权利要求1所述的方法，其中，所述功率由所述可移动部件的移动所旋转的轴的转动来产生。 [3145] 5．根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理连接不包括液压连接或气动连接。 [3146] 6．根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理连接包括机械连接、磁学连接、电磁连接和/或静电连接。 [3147] 7．根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动部件包括实心活塞或螺旋。 [3148] 8．根据权利要求1所述的方法，其中，所述联动装置包括曲柄轴。 [3149] 9．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体沿着不是与所述压缩气体流入所述腔中的方向基本平行的方向被引入。 [3150] 10．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体沿着不是与所述可移动部件移动的方向基本平行的方向被引入所述腔中。 [3151] 11．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体通过界定所述气口的所述腔的壁被引入。 [3152] 12．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体通过管线被引入。 [3153] 13．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体通过阀门被引入。 [3154] 14．根据权利要求1所述的方法，还包括： [3155] 从所述腔流出气液混合物；以及 [3156] 从所述气液混合物中分离至少一部分所述液体。 [3157] 15．根据权利要求14所述的方法，其中，所述气液混合物从所述腔中而不是通过所述气口流出。 [3158] 16．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体在所述压缩气体流入所述腔中期间被引入。 [3159] 17．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体在所述压缩气体膨胀期间被引入。 [3160] 18．根据权利要求1所述的方法，其中，产生功率包括产生电。 [3161] 19．根据权利要求1所述的方法，其中，产生功率包括产生机械功率。 [3162] 20．根据权利要求1所述的方法，还包括通过与所述腔的热连接冷却最终用户。 [3163] 下面的权利要求涉及压缩。 [3164] 1．一种方法包括： [3165] 提供一个腔，在该腔中设有可移动部件； [3166] 通过气口向所述腔中流入气体； [3167] 向所述腔中引入液体； [3168] 在所述液体存在的情况下，通过与联动装置物理连接的可移动部件的移动压缩所述气体；以及 [3169] 从所述腔中流出所述压缩气体。 [3170] 2．根据权利要求1所述的方法，其中，引入所述液体包括喷射所述液体的液滴。 [3171] 2a．根据权利要求2所述的方法，其中，所述液滴的总表面积与所述腔中气体的摩2 2 尔数之比介于约1m/mol-250m/mol之间。 [3172] 3．根据权利要求1所述的方法，其中，引入所述液体包括使所述压缩气体形成气泡穿过所述液体。 [3173] 4．根据权利要求1所述的方法，其中所述可移动部件通过轴的转动来移动。 [3174] 5．根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理连接不包括液压连接或气动连接。 [3175] 6．根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理连接包括机械连接、磁学连接、电磁连接和/或静电连接。 [3176] 7．根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动部件包括实心活塞或螺旋。 [3177] 8．根据权利要求1所述的方法，其中，所述联动装置包括曲柄轴。 [3178] 9．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体沿着不是与所述压缩气体流入所述腔中的方向基本平行的方向被引入。 [3179] 10．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体沿着不是与所述可移动部件移动的方向基本平行的方向被引入所述腔中。 [3180] 11．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体通过界定所述气口的所述腔的壁被引入。 [3181] 12．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体通过管线被引入。 [3182] 13．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体通过阀门被引入。 [3183] 14．根据权利要求1所述的方法，还包括： [3184] 从所述腔流出气液混合物；以及 [3185] 从所述气液混合物中分离至少一部分所述液体。 [3186] 15．根据权利要求14所述的方法，其中，所述气液混合物从所述腔中而不是通过所述气口流出。 [3187] 16．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体在所述气体流入所述腔中期间被引入。 [3188] 17．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体在所述气体的压缩期间被引入。 [3189] 18．根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体在所述气体流入所述腔中期间以及在所述气体的压缩期间被引入。 [3190] 19．根据权利要求1所述的方法，还包括通过与所述腔的热连接对最终用户进行加热。 [3191] 下面是设备权利要求。 [3192] 1．一种设备包括： [3193] 第一腔，具有被可移动地设置在该第一腔中的第一件； [3194] 第一部件，设置为向所述第一腔中引入液体； [3195] 联动装置，与所述第一件物理连接以压缩所述第一腔中的气体； [3196] 第二腔，具有被可移动地设置在该第二腔中的第二件； [3197] 第二部件，配置为向所述第二腔中引入液体； [3198] 逆流式热交换器，设置为接收： [3199] 由所述第一可移动件在所述第一腔中压缩的气体的流，以及 [3200] 在所述第二腔中膨胀的气体的流；以及 [3201] 热导管，位于所述第二腔和最终用户之间。 [3202] 2．根据权利要求1所述的设备，还包括压缩气体存储单元，设置为从所述逆流式热交换器接收压缩气体流，以及设置为使所存储的压缩气体流到所述第二腔中。 [3203] 3．根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二可移动件与所述联动装置物理连接。 [3204] 4．根据权利要求3所述的设备，其中，所述第二腔与热源热连通。 [3205] 5．根据权利要求4所述的设备，其中，所述第二可移动件与发电机机械连接。 [3206] 6．根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二可移动件与发电机机械连接。 [3207] 7．根据权利要求6所述的设备，其中，所述第二可移动件通过所述联动装置与所述发电机物理连接。 [3208] 8．根据权利要求7所述的设备，其中，所述联动装置包括转动轴。 [3209] 9．根据权利要求7所述的设备，其中，所述联动装置包括多节点齿轮系统。 [3210] 10．根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一部件和/或所述第二部件从喷雾器或喷头中选取。 [3211] 合并在电力网络的产生层内的压缩空气储能系统，可以用于在短时期内提供稳定的电力，以覆盖斜升（ramp-up）时期的发电资产，例如天然气涡轮。压缩空气能量存储系统可以物理地与发电资产处于相同的位置，并且可以通过普通的母线与电力网络电连通。可替换地，发电资产和能量存储系统可以通过普通的传输线与电力网络电连通。 [3212] 图142表示了用于电力的发生、传输、分配和消耗的网络的实施例的一般的描述。图142中显示的实施例表示实际的电力网络的实质的简化形式，并且不应当理解为限制本发明。 [3213] 电力分配网络14201包括发电层14202，其与传输层14204电连通。来自传输层的电力流过分配层14205以达到消耗层14208的单独的终端用户14206。现在将依次描述电力分配网络的这些层中的每一层。 [3214] 发电层14202包括多个单独的发电资产14210a，14210b，它们负责在网络上大量产生电力。这样的发电资产14210a，14210b的例子可以包括燃烧化石燃料的常规的发电厂，例如消耗煤、天然气或燃油的发电厂。常规的发电厂的其他的例子包括不消耗化石燃料的水力和核动力发电厂。还有其他的发电资产的例子包括可替代的能源，例如风轮机或太阳能采集设备，例如光电（PV）阵列和热太阳能发电厂。 [3215] 与传输层相比，发电层的资产通常以较低的电压（<50kV）以交流电的形式输送电力。该电力然后供给到传输层用于按规定路线传输。具体地说，在发电资产和传输层之间的接口设备此后称为母线14212。 [3216] 传输层包括相应的变压器元件14220a和14220b，它们沿着传输线14222放置在不同的位置。升压器14220a靠近发电资产和对应的母线安置，并且作用为增大电力的电压，以有效地通过传输线连通。在传输层中的存在才电压的例子可以是大约数百千伏。 [3217] 在传输线的另一端，降压器14220b作用为减小最终分配到单独的终端用户的电压。通过传输层的降压器输出的电力可以在较低的几十千伏的电压范围内。 [3218] 图142以高度简化的形式表示了传输层。实际上，电力传输可以实际发生在利用不同电压的几个阶段，即利用由传输变电所分开的阶段。 [3219] 分配层14205接收来自传输层的电力，然后将该电力输送到终端用户。一些终端用户6a直接从一次变电所14230a接收较高的电压。一次变电所用来进一步将电压降低到一次分配电压，例如12,000V。 [3220] 其他的终端用户从二次变电所14230b接收较低的电压。供给线路14232连接一次变电所和二次变电所，其进一步将一次分配电压降低到末端电压，输送给在计量器14234的终端用户。这样的末端电压的例子是120V。 [3221] 图142提供电力网络的物理元件的一般说明，电力网络可以用于发电、传输、分配和消耗。因为其形成了公众基础设施的重要构件，并且要求大量不同的地区和政治团体的合作，因此这样的电力网络在许多级别（局部、国家、国际）高度管制。 [3222] 图142因此也提供了通过不同的管制机构对不同网络元件的管制的分类的框架。例如，电力网络的元件可以基于其作为电力网络的发电层、传输层、分配层或消耗层的资产的类别管制。这样的管制类别可以在集成于电力网络内的能量存储系统的性质确定中起到重要的作用。 [3223] 图142的电力网络的发电层的多个资产，可以根据其产生的电力的种类分类。例如，基极负载发电资产已被包括这样的设备，其构造为在低价产生电力。这样的基极负载的发电资产通常在满功率连续地运行，以获得高效率和经济性。典型的基极负载发电资产的例子包括大功率发电厂，例如核、煤或燃油发电厂。 [3224] 负载跟随发电资产通常包括这样的设备，其更能够响应随着时间的需求的变化，例如通过启动/停止，或者增强或降低的能力下运行。这样的负载跟随发电资产的例子包括但不限于燃气轮机、蒸汽透平、柴油机和水力发电厂。 [3225] 负载跟随发电资产可以调用以提供增大的或减小的功率输出，从而满足以1秒到5秒变化的电力需求的时间间隔连续地改变的需求量。通常，负载跟随发电资产的工作效率可以为满载容量而优化。然而，因为负载跟随发电资产一般地不能连续地满负荷运行，它们可能作用的效率较低，而且它们的电力比从基线发电资产获得的更加昂贵。 [3226] 第三种发电资产是峰值发电资产。峰值发电资产是在间歇性的基础上利用以满足最高级别的需求。峰值发电资产能够在相对较短的时间内运行，但是效率降低，而且成本相应地更大。天然气涡轮是该设备的一个例子，其通常用作峰值发电资产。柴油发电机是峰值发电资产的另一个例子。 [3227] 虽然它们能够在相对短的时间内供给电力，但是在它们能够产生满足电力网络的需求的必须的数量和品质的电力之前，即使是峰值发电资产也要求一些超前时间。这样的电力质量需求的例子包括在给定的公差范围内的电压和频率的稳定性，和利用已经存在于网络上的频率输出的同步频率的需要。 [3228] 发电资产需要的用于达到网络要求的斜升时间，可以限制它们在峰值需求或负载跟随应用中使用。例如，一些电力市场可能仅仅能提供几分钟甚至更短的需要供给增加的电力的预先通知。发电资产具有的斜升时间超出该通知期限，不能将电力销售到这样的电力市场，限制其收益性。 [3229] 压缩空气能量存储系统的实施例已经预先描述在美国专利申请号61/221,487和12/695,922中，它们通过引用以其全文并入本文中应用于各个方面。 [3230] 这样的压缩空气能量存储系统的一个潜在的特征是它们在短的通知时间内的可利用性，从而提供以相对稳定形式的存储的能量。具体地说，压缩空气可以在具有大容量的存储单元内维持在高压下。这样的存储结构的例子包括但不限于人造的结构，例如储罐或废矿或产油井，或天然地存在的地质建造例如洞穴，密集的盐丘或其他多孔的特征物。 [3231] 在需要时，存储为压缩空气形式的能量可以通过致动气流阀获取，以提供在存储单元和扩展器设备之间的流体连通。该简单的阀门致动允许在压缩空气中的能量快速地转换为机械或者电力的形式。 [3232] 例如，如下所述，在腔内的压缩空气的膨胀可以用于驱动也配置在腔中的活塞。活塞可以与发电设备机械连接以产生电力。这样的结构允许稳定的能量迅速地产生，因为不要求内燃机的预热阶段的特征。立即获得空气中的能量，并且仅需要克服系统的惰性以输送满功率。几秒钟就足够了。 [3233] 这样准备好的可获取的能量以压缩空气的形式存储，这与燃料类型的设备形成鲜明的对比，其中可以在材料的多次流动的调节下仅获得稳定的功率输出，并且能量缓变率是必需的以用于限制在发电设备上的热应力和疲劳。例如，天然气涡轮的稳定运行可以仅仅在以下情况下产生，即通过运用对空气和天然气流量的精确控制，对这些流量的混合，在实际上不变的条件下的混合物的引燃和仔细地控制在单元上的热应力。气轮机的运行产生温度的、可靠的输出，也要求对由燃烧引起的热量的仔细地管理，以产生膨胀的气体，该气体以旋转涡轮叶片的方式转换为机械能。 [3234] 因此，一些实施例中，可以利用压缩空气能量储存和回收系统以在短时期内提供稳定的电能，从而覆盖要求斜升发电资产的时间段。在特别的实施例中，压缩空气能力存储和回收系统可以供给稳定的功率，带有10分钟或更少的预选通知，以覆盖气轮机峰值发电资产的一个小时到两个小时或更少的斜升时期。 [3235] 下文中提供了特征时间常量列表，其中要求发电资产在多种情形下运行。这些时间，实际上是必需的期望的保养的函数，也是特定的发电设备的特征，因此应当认定为指导方针，而不是关联的限制。容量和输出是分形势的，并且可以随着从几分钟到数小时的持续时间从数百千瓦到数十毫瓦变化。 [3236] 峰值 [3237] 斜升的时间-1+小时 [3238] 输出-Situational1100Mw [3239] 容量-2-200Mwh [3240] 负载跟随 [3241] 斜升的时间-以1-5秒的阶段持续 [3242] 输出-1到100Mw [3243] 容量-0.5到50mwh [3244] 运转储备 [3245] 斜升时间-1到10分钟 [3246] 输出-10到1000Mw [3247] 容量-20到500mwh [3248] 备用的不旋转储备 [3249] 斜升的时间-1小时 [3250] 输出-10到1000Mw [3251] 容量-20到500mwh [3252] 图142显示了根据本发明的实施例的将压缩空气存储系统并入电力网络.在一些实施例中，压缩空气能量储存和回收系统14240b可以并入发电层，该发电层沿着与发电资产14210a或14210b的相同的传输线安置。在其他实施例中，根据本发明的压缩空气能量储存和回收系统14240a可以物理地与发电资产共同安置，或者位于相同的母线之后。 [3253] 安置压缩空气能量存储和回收系统与发电资产，可以带来一些优点。通过共同安置能量存储系统和发电资产可以实现的一个可能的优点是，能够发挥现有设备的杠杆作用。例如，压缩空气能量存储和回收系统可以利用发电资产的现有的与网络（母线）的接口，以将能量传输给网络。 [3254] 共同安置能量存储系统和发电资产，可以进一步增强在两个元件之间的协同作用。特别地，在压缩空气能量存储系统14240a和共同安置的发电资产之间的通信链14250可以本质上是局部的，因此比较大区域的网络可能运行得更快和更可靠。 [3255] 根据一些实施例，从存储的压缩空气回收的电力可以用来提供稳定的电功率，以覆盖需要发电资产斜升的时期。因此，在能量存储系统和发电资产之间的紧密的邻近可以有助于促进从来自存储系统输出到网络上的电力到来自发电资产输出到网络上的电力的无缝转换。 [3256] 而期望的是在某种情形下，并不需要根据本发明的压缩空气能量存储系统物理地与发电资产共同安置。特别地，在广域网例如国际互联网之上、或者在公共监控和采集（SCADA）系统之上的通信可靠性的增强，已经减小了在网络的不同的元件之间的紧密地邻近的要求。 [3257] 因此，图142也显示了压缩空气能量存储和回收系统14240b的一个实施例，该系统沿着与发电资产14210a相同的传输线安置。系统14240b和发电资产14210a可以有效地通过无线或有线网络链14257通信。 [3258] 这样，能量存储系统定位在不同于发电资产的场所，在某种情况下是有利的。例如，将压缩空气能量存储系统放置在不同于发电资产的场所，可以使得它具有更大的灵活性。 [3259] 特别地，这样的远程安置的能量存储系统的运行不需要与任何具体的发电资产关联。因此，图142的压缩空气能量储存和回收系统14240b可以容易地在网络上提供能量，以提供对发电资产14210a、发电资产14210b或者这两者的斜升时期的覆盖。 [3260] 图143显示了根据本发明的压缩空气存储系统的一个实施例的简化方框图。特别地，压缩空气存储和回收系统14301包括压缩器/膨胀器（C/E）14302，其与进气口14305流体连通，并且与压缩空气存储器14303流体连通。 [3261] 在一些实施例中，压缩空气存储单元14303可以包括具有大约1.6米的长度的钢罐，钢罐能够在200大气压力下储藏空气并且配备有阀。一些实施例可以利用大得多的具有大约16米的长度的钢罐，其可以减少旋转罐关闭和旋转罐到一颈部的成本，同时也降低阀的成本。本发明的实施例可以替换地利用更大的人造的或者地质的特征以用于存储。 [3262] 图143显示了压缩器/膨胀器14302是通过连接14307选择性地与电动机/发电机（M/G）14304物理连通。连接14307可以是几种类型，包括机械的、液压的、气动的、磁的或者电磁的连接。 [3263] 在第一模式运行时，电动机/发电机14304作为电动机运行以使得能量以压缩空气（例如空气）的形式存储。电动机/发电机14304从外部源接收能量，并且将该能量传递以促使压缩器/膨胀器14302起压缩机的作用。 [3264] 一旦用于电动机/发电机14304的可行的能量源是计量器14380，其通过线14381与电力网14314的分配层的变电所14382电连通。在一些实施例中，电力网14314可以是除了能量之外还包括其他信息的智能网。 [3265] 在压缩机模式运行时，电动机/发电机14304依次穿过连接14307传递能量到压缩器/膨胀器14302，使得压缩器/膨胀器14302起压缩机的作用。压缩器/膨胀器14302从入口14305接收气体，压缩气体，并促使压缩的气体流动到存储单元14303。 [3266] 在膨胀模式，压缩空气从存储单元14303流到压缩器/膨胀器14302，该压缩器/膨胀器起膨胀器的作用。压缩空气的膨胀促使连接14307致动，其驱动电动机/发电机14304器发电机的作用。从作为发电机运行的电动机/发电机14304输出的电力通过母线 14372和传输线14312流到电力网14314。 [3267] 在压缩器/膨胀器14302内经历压缩或膨胀的气体将倾向于经受一些温度变化。特别地，气体将在其压缩时温度升高，在其膨胀时温度降低。 [3268] 如上所述，压缩和解压缩气体的过程可能经历一些热和机械损失。然而，如果这些过程在接近具有最小温度变化的等温条件下进行，它们将具有减少的热损失。 [3269] 因此，系统14301的压缩器/膨胀器设备14302与一个或多个热交换器14360流体连通，热交换器可以有选择地与散热器或热源14362热连通。在压缩模式运行时，热交换器放置为与散热器例如风扇热连通，其吹出空气以冷却热交换器。在膨胀模式运行时，热交换器放置为与热源热连通，热源例如环境空气温度或废热源。 [3270] 图143还显示压缩空气能量存储系统14301可以与发电资产14364例如天然气涡轮或柴油发电机共同安置。该共同安置的发电资产可以利用可调度的能源14350例如油或天然气管道。 [3271] 特别地，来自可调度的能源14350的能量可以由发电资产14364例如天然气涡轮或柴油发电机消耗，以产生给电力网的电力。该电力可以如图所示的通过母线14372和传输线14312流到电力网用于消费。 [3272] 系统14301的多个元件与中央控制器或处理器14396连通，其依次与计算机可读取存储介质14394电连通。中央控制器或处理器14396也可以通过在节点14318和14328之间的有线连接14316和/或无线连接与电力网14314（例如智能网）连通。中央控制器或处理器14396也可以与其他的信息源例如国际互联网络14322连通。 [3273] 基于存储在计算机可读取存储介质14394上的以计算机代码形式的指令，控制器或处理器14396可以作用为控制系统14301的多个元件。该控制可以基于来自系统中的多个传感器接收的数据，由所述数据计算的值，和/或通过控制器或处理器14396从多个信号源例如共同安置信号源或外部信号源接收的信息。 [3274] 在一些实施例中，压缩空气能量存储系统的控制器可以构造为基于从发电资产接收的指令开始运行。例如，其中发电资产已经接收指令以开始斜升，它可以依次传递信号到控制器指示需要压缩空气能量存储系统来提供必需的电能以覆盖斜升时间段。 [3275] 在一些实施例中，压缩空气能量存储系统可以传递信号到发电资产。例如，在情况检测（例如气象条件要求附加能量作用）时，系统控制器可以构造为传达信号指令发电资产斜升以提供充分的能量覆盖较长的时间框架，利用压缩空气能量存储系统提供必要的对斜升时间段的覆盖。 [3276] 图143已经显示了具有组合的压缩器/膨胀器（C/E）和组合的电动机/发电机（M/G）的压缩空气存储器和回收系统的实施例，这不是本发明必需的。可替换的实施例可以利用分离的、专用的压缩机和膨胀器元件与分离的、专用的电动机和发电机元件分别连接。在一些实施例中，这些元件可以通过单个公开连接物理地连通。在其他实施例中，这些元件可以通过多个连接物理地连通。 [3277] 压缩空气能量储存和回收系统结合到电力网络的发电资产中，可以允许现有的发电资产成为可利用的角色，否则它们可能由于其斜升时间被排除在外。例如，用于发电资产的潜在的角色可以在能源市场上卖出能量。 [3278] 一个这样出售能量以平衡供给的市场需要大于一个小时的时间范围。这样的实施例可以从存储系统接近实时地发送电力，以允许现有的发电资产符合短期波动需求。这些波动可能由自然因素引起，例如由可变的可再生能源（例如风力农场）供给的能量值的变化。波动还可以有仿真的来源，例如在能源市场产量计划中的变化。 [3279] 压缩空气能量存储和回收系统的一些实施例可以构造为促进发电资产的斜升，以在大规模的能源市场长时期例如一天内出售能量。这样，用于本发明的能量存储系统的另一个潜在的角色，可以促进由发电资产分散地在一天内套利。 [3280] 以这样的角色，当批发的能量昂贵时，发电资产将作用为斜升并提供出售的能量。压缩空气能量存储系统的存在允许发电资产响应短时间的通知以有机会这样的分散地在一天内套利。 [3281] 来自存储系统的能量（和之后由从在斜升后的发电资产的能量替代），可以在批发能源市场上出售。这样的压缩空气能量储存和回收系统可以通过独立的能量发生器（IPP）、公用发电装置或一些其他的负载服务机构（LSE）掌控和操作。 [3282] 用于其斜升通过压缩空气能量储存和回收系统覆盖的发电资产的另一个潜在的角色可以执行每日的可再生的定级（levelizing）。特别地，这样的发电资产的快速反应时间将允许指令根据需要满足的要求快速地变化。 [3283] 尽管上面的描述已经涉及这样的系统，其分类为属于发电层，该发电层回收的能量在批发能源市场上出售，但是本发明并不限制于扮演这样的角色。根据可替换的实施例，能量储存和回收系统可以将能量出售到其他类型的市场，这仍然保持在本发明的范围内。 [3284] 这样的可替换的出售从压缩空气回收的能量的市场的实施例是辅助设施（A/S）市场。概括地说，辅助设施市场通常表现为销售电能到网络，用于除了由终端用户消费之外的目的。这样的目的包括保持网络的完整性和稳定性，和保持其上提供的电力的品质。 [3285] 供给能量到辅助设施市场的能力（容量），通常以这样的形式出售，即以市价在小于一天的周期出售。独立系统执行机构（ISO）支付这样的生产能力成本以储备这样的容量。 [3286] 实际能量本身，根据来自网络的要求出售，以在一持续时间供给能量。这时，系统的所有者将支付出售的能量的市场值。 [3287] 一个在辅助的市场存在为保持容量以供给必要的需要用于操作网络的储量。也就是说，网络的执行机构要求能够供给多于和超过现有的需求的能量值，以保证网购能够满足未来的需求。这样的储量通常作为超过供给的百分比计算。 [3288] 储量的一种形式是应急储备。应急储备通过电力网在较短通知的情况下传唤，以响应一些情况（意外事故），其是意料之外的但是必须事先有计划的。这样的意外事故的例子包括传输层元件（例如传输线）的故障，意想不到的大量需求，或突然需要关闭或者减少发电元件的输出。 [3289] 应急储备的一种形式是运转备用。这样的运转备用通常在非常短的通知的情况下是可利用的。运转备用按惯例已经采取增大来自在小于其容量下操作的发电单元的输出的形式，或者通过对一些客户中断服务的形式。这样的储备被认为是"运转"是因为为了满足临时通知的需求，发电资产可能已经在线并且以同步的方式与网络的其他部分一起操作（"运转"）。 [3290] 应急储备的另一种形式是常设储备。常设储备与运转备用相比在长备运时间内是可利用的，因为发电元件不是仍然同时在线（运转）。常设储备也可以采用对一些客户中断服务的形式，其具有相对较长的通知时间段。 [3291] 在一些实施例中，现有的发电资产，其斜升时间通过根据本发明的压缩空气能量存储和回收系统覆盖，能够作用为提供应急储备。这样的资产将具有容量以在服务供应商要求的持续时间提供所需的意外的能量值。用于斜升覆盖的多种角色已经在上文中概述过了。 [3292] 1．一种方法，该方法包括： [3293] 允许压缩空气膨胀以驱动放置在腔内的可动的元件； [3294] 由可动的元件运动发电；和 [3295] 在电力网的发电资产的斜升时期供给电力到电力网。 [3296] 2．根据权利要求1所示的方法，其中电力通过母线供给到电力网，发电资产通过母线与网络电连通。 [3297] 3．根据权利要求2所示的方法，其中电力通过发电机供给到电力网，发电资产与发电机物理连通。 [3298] 4．根据权利要求1所示的方法，其中电力供给到电力网的传输线，发电资产与传输线电连通。 [3299] 5．根据权利要求1所述的方法，其中发电资产包括燃气轮机或柴油发电机。 [3300] 6．根据权利要求1的方法，还包括放置可移动的元件与发电资产电连通。 [3301] 7一种设备，该设备包括： [3302] 腔，该腔具有配置在其中的元件，该元件可响应在腔内的气体的膨胀移动； [3303] 发电机，该发电机与可移动的元件物理连通，并且与电网络的传输层电连通；和[3304] 压缩空气存储单元，其构造为可选择地与腔流体连通，因此发电机在发电资产的斜升时间段的过程中供给电力到电力网。 [3305] 8.根据权利要求7所述的设备，其中发电机和发电资产通过公共的母线与传输层电连通。 [3306] 9．根据权利要求7所述的设备，其中发电机和发电资产通过公共的传输线与传输层电连通。 [3307] 10．根据权利要求7所述的设备，其中发电资产包括天然气涡轮或柴油发电机。 [3308] 11．根据权利要求7的设备，还包括控制器，该控制器与可移动的元件电连通，并且与发电资产电连通。 [3309] 根据本发明的系统的实施例与电力网的操作可以通过接收输入和基于控制算法产生输出的中央处理器协调。现在参考附图147-147A描述这样的操作的一个实施例。 [3310] 图147描述了供电网的多个元件随着时间的能量输出。第一元件是可再生能源（例如风力农场），其输出可根据自然力变化。第二元件是根据本发明的实施例的系统。 [3311] 第三元件，其能量输出如图147所示，是短期的发电资产。这样的短期发电资产可以构造为在临时通告的情况下提供能量，但是效率低和/或成本较高。这样的短期发电资产的一个例子是柴油发电机，或者另外的能量储存设备。 [3312] 第四元件，其能量输出如图147所示，是长期的发电资产。这样的长期发电资产可以构造为以相对低的成本提供有效的能量，但是要求较长的期限通告。这样的长期的发电资产的一个例子是天然气涡轮。 [3313] 这样的多个元件的运行可以通过中央处理器协调，以在保证可用资源的有效利用的情况下在网络上保持稳定的能量供给。图147A显示了系统14700的实施例的简图，该系统包括与供电网和能够存储设备电连通的处理器14702，该系统还包括与处理器电连通的计算机可读取存储介质14704，并具有存储在其上的代码，该代码构造为促使处理器： [3314] -接收输入14706，该输入涉及在供电网的负载的预测变化、或可用于供电网的发电容量的变化， [3315] -根据控制算法处理输入， [3316] -传递第一信号14708，该第一信号或者自动地促使能量存储设备运行以输出电能，或者建议操作员以指令能量存储设备运行以输出电能，和 [3317] -传递第二信号14710，该第二信号或者自动地促使供电网的发电资产的斜升，或者建议操作员指令供电网的发电资产的斜升。 [3318] 根据一些实施例，输入可以从供电网起源，例如响应命令的需求。在一些实施例中，输入可以从计量器起源，例如指令消耗接近或超过历史峰值。 [3319] 在一些实施例中，输入可以在风或太阳能中在可再生的供电网的发电资产下预测变化。输入可以包括表现出改变的负载的环境温度变化，或者可以包括供电网的分解的天气干扰预测。 [3320] 在一些实施例中个，能量储存设备可以构造为将电能直接输出到安置在供电网的计量器之后的消费者。根据特别的实施例，能量存储设备可以构造为将电能输出到供电网上，例如通过变压器到分配或者传输层，或者通过母线到发电层。 [3321] 在一些实施例中个，能量存储系统可以以电能的形式存储能量，例如电池或电容器组。在一些实施例中，能量存储设备构造为从以液体形式存在的压缩空气的膨胀产生电能，以驱动物理连接，例如曲轴。特别的实施例可以介绍通过旋转运动喷出的液体，然后冲击在挠曲面上。 [3322] 根据一些实施例，计算机可读取存储介质还可以包括存储在其上的代码以促使处理器传递信号14712，该信号或者自动地停止能量存储设备的运行，或者建议操作员来指令停止能量存储设备的运行，响应指示发电资产的斜升完成的信号14714。 [3323] 根据特别的实施例的系统可以包括计算机可读取存储介质，该存储介质还包括存储在其上的代码以传递信号14716，该信号或者自动地促使能量存储设备再供给，或者建议操作员指令能量存储设备的再供给。 [3324] 返回到图147中显示的特别的实施例，随着时间段A，可再生能源供给能量输出，其在预期的范围R内变化。随着该相同的时间段A，根据一个实施例的系统供给充足的能量补偿该变化的能量输出，从而将能量保持在级别Z。在此，Z可以表示在网上的总能量，或者总能量的一部分（例如从依合同建立的风力农场交托的能量）。因此，随着时间段A，既不要求使用短期的也不要求使用长期的发电资产。 [3325] 在时间B，中央处理器接收这样的信息，该信息表示从可再生的发电资产的长期的能量损失。例如，可再生的发电资产可以传递这样的信息，该信息指示与实际上的风力损失的历史趋势相符的变化的风速的图象。这样的历史趋势也可以通过其他的因素影响，例如年的时间，一天的时间，风力涡轮的具体的物理位置，和现在和将来天气活动的气象模型。一种可行的预测风力模型的信号源是纽约的Albany的True Wind Solutions LLC。 [3326] 因此，在时间B，处理器传送信号到短期发电资产，指令其斜升以开始供给电力，替代可再生的发电资产的电力。因为这样的斜升不是即时的，处理器也通知压缩空气存储系统，要求其维持甚至增大其输出，以覆盖短期发电资产的斜升时间段。 [3327] 如预测的在时间C，风速降低到阈值T之下，在此之下没有能量从风轮机产生。在该点C，压缩空气能量存储系统承担全部的负载Z。 [3328] 根据本发明的实施例的系统的能力供给能量，可以由一个或多个因素最终限制，包括其发电机的尺寸、其存储容量的规模，和其现有的存储容量的当前状态。另外，系统可以以一定的成本供给能量，该成本可能比从长期的发电资产获得的更高。这些信息片段是可获取的，其作为输入提供给处理器。作为响应，在时间C，中央处理器通知长期发电资产准备开始上线以满足长期的负载要求。 [3329] 在时间D，短期的发电资产已经升温并开始上线，并且迅速地开始产生能量以满足时间E的满负载要求。随着时间从D到E，压缩气体存储系统相应地斜降其输出。 [3330] 通过时间F，已经达到用于长期的发电资产的延伸的斜升时间段，并且该资产现在也开始上线并且开始提供增大的能量以满足负载要求。时间段从F到G，短期的发电资产相应地斜降其输出。 [3331] 图147的变化（从网络接收的主要来自可再生能源的能量，到它接收的来自长期发电资产的能量），是通过基于来自多个源头接收的信息的中央处理器确定坐标。这些变化是从可利用资源以期望的效率实现的，不会危害在网络上的能量的稳定性。 [3332] 在图147中显示了具体的变化，提供了一种高度简化的情况。例如，在任意给定时间，不同类型（即可变的（可再生的）、基准的、峰值的、负载跟随的）多个发电资产将提供能量以满足需求。此外，多个存储设备将配置在网络的不同位置，利用超过一个的存储设备用于及时地满足在任何给定位置的需求。 [3333] 在图147中显示的具体的方案也是简化的，因为它仅仅显示了用于满足需求的起作用的资源。在这些情况的一个变化的实施例中，风速可能出人意料地以显示为持续可靠地供给的方式作为后备。在这样的方案中，基于重新接收的信息，处理器可以命令/建议发电资产的斜升暂停，或者其他的步骤供应现在可用的可再生能源的可靠的供给。 [3334] 图147中显示的方案是简化的，因为显示的总负载被看作是不变的。实际上，在网络上的负载将经历随着时间的变化，以这样的方式，即可预知的（例如每天的计划、定期维护）和不可预知的（风暴破坏、不定期维护）。处理器的能力是快速地响应上述变化的情况（以改变输入的形式），可以有助于操作员的决策过程。 [3335] 图147的方案是简化的，因为它仅仅提供了一个具体的事件链（从可再生资源获得的发电容量的损失）。其他的多种事件当然也是可行的，通过以下的因素影响，包括但不限于： [3336] ＊＊＊天气模式； [3337] ＊＊＊需求模式； [3338] ＊＊＊能源价格结构/协议； [3339] ＊＊＊传输和/或分配资产的可利用性； [3340] ＊＊＊其它的互连电力网的情况。 [3341] 当然，本发明不限于利用可再生能源、或者利用特别的能量存储系统。相反，本发明的实施例可以应用中央处理器以控制（或给用户提供控制决策建议）供电网的多个资产，以协调不同类型的能量存储的活动，其中压缩气体仅仅是一个实施例。因此根据可替换的实施例，中央处理器可以执行控制算法以整合存储系统，该存储系统包括电池，电力网的非可再生的发电资产，例如满足变化的需求。 [3342] 对通过中央处理器执行的上述控制算法的输入的实施例，包括但不限于： [3343] ＊＊＊现有的/预期的未来的载荷； [3344] ＊＊＊来自发电资产的能量的价格； [3345] ＊＊＊发电资产的斜升时间； [3346] ＊＊＊可用的存储能量； [3347] ＊＊＊存储的再填充需求； [3348] ＊＊＊发电资产的状态（即运转、备用）； [3349] ＊＊＊用于能量的市场（批发、A/S）价格； [3350] ＊＊＊可再生的能源的状态（即当前/未来的气象条件）； [3351] ＊＊＊传输能力。 [3352] 基于对控制算法的输入由操作员做出的或者建议操作员的决定的实施例，包括但不限于： [3353] ＊＊＊启动/停止发电资产； [3354] ＊＊＊释放/填充存储设备； [3355] ＊＊＊改变传输/分配轨迹；和 [3356] ＊＊＊从批发或辅助服务市场购买能量。 [3357] ＊＊＊减少/改变需求； [3358] 涉及需求的减少/改变，能量储存设备可以执行这些功能，不用实际通过母线或变压器输出电力到网络。特别地，能量储存设备放置在带有终端用户的计量器之后，可以直接将能量（以电或者其他形式）输出到终端用户。上述的从存储设备的能量输出将有效地替代由消费者从网络提取的电力，从而减少供电网上的负载。 [3359] 1．一种系统，该系统包括： [3360] 主计算机，主计算机包括， [3361] 与供电网和能量储存设备电连通的处理器，和 [3362] 与处理器电连通的计算机可读取存储介质，该计算机可读取存储介质具有在其上存储的代码，代码构造为促使处理器以， [3363] 接收基于气象条件的输入， [3364] 工依照控制算法处理输入，和 [3365] 基于处理结果，发送信号，该信号或者自动地促使能量储存设备运行以输出能量，或者建议操作员指令能量储存设备运行以输出能量。 [3366] 2．根据权利要求1的系统，其中输入包括在供电网的可再生的发电资产的风能分布图中的预测的变化。 [3367] 3．根据权利要求1的系统，其中输入包括在供电网的可再生的发电资产的太阳能分布图中的预测的变化。 [3368] 4．根据权利要求1的系统，其中输入包括在供电网上增加负载的环境温度变化的预报。 [3369] 5．根据权利要求1的系统，其中输入包括供电网中断的天气干扰预报。 [3370] 6．根据权利要求1的系统，其中计算机可读取存储介质还包括在其上存储的代码，以传递第二信号，该第二信号或者自动地促使电力网的其他发电资产的斜升，或者建议操作员指令其他发电资产的斜升。 [3371] 7．根据权利要求6的系统，其中计算机可读取存储介质还包括在其上存储的代码，以促使处理器传递第三信号，该第三信号或者自动地停止能量储存设备的运行，或者建议操作员响应第四信号指令停止能量储存设备的运行，该第四信号表示其他的发电资产的斜升完成。 [3372] 8．根据权利要求1的系统，其中计算机可读取存储介质还包括在其上存储的代码，以传递第二信号，该第二信号或者自动地促使能量储存设备的再填充，或者建议操作员指令能量储存设备的再填充。 [3373] 9．根据权利要求1的系统，其中能量存储设备构造为输出能量到供电网。 [3374] 10．根据权利要求9的系统，其中能量存储设备构造为通过母线输出能量到供电网。 [3375] 11．根据权利要求9的系统，其中能量存储设备构造为通过变压器输出能量到供电网。 [3376] 12．根据权利要求1的系统，其中能量存储设备构造为直接将能量输出到位于供电网的计量器之后的用户。 [3377] 根据本发明的设备、方法和系统的实施例可以允许在各种能量形式之间的转换。例如，图144A-C显示了系统的实施例。图144A显示了不同的能量类型的输入14400到系统14402，系统具有一个或多个本文中描述的特征。图144A也显示了相应的从系统以不同的形式的能量的输出14404。图144A还显示了在输入和输出之间的在存储单元14405内的可选择的压缩气体储备。 [3378] 根据本发明的压缩/膨胀系统的特别的实施例，已经预先显示在至少图1、10、22、24、42和50中，并且联系所述附图进行了描述。图144B显示了这样的系统14402（包括可选择的压缩气体储备14405）的一般化的描述，该系统与能量来源14410和能量目的14412连通。 [3379] 特别地，能量来源14410、系统14402和能量目的14412与热网络14450热连通。这样的网络传输热能，并且可以包括元件例如液流导管、气流导管、热导管、绝热容器、热交换器（包括逆流式热交换器）、环形热导管、热虹吸管、热源和散热器。图144B具体地显示了热网络，包括热源14452和散热器14454，其分别包括低温位热源和外界环境。 [3380] 图144B还显示能量来源14410、系统14402和能量目的14412，它们与流体网络14460连通。上述网络传输流体包括气体、液体和/或它们的混合物，并且可以包括这样的元件，例如储罐或储液器、液流导管、气流导管、泵、流通管、液流阀、气流阀、开关、液体喷头、气体喷头、混合器、蓄能器和分离器。 [3381] 分离器的多种形式如上所述。气-液分离器和/或液-液分离器可以根据具体的实施例应用。气-液分离器设计的实施例包括立式、卧式和球形。分离器的液体收集器部分可以包括这样的元件，例如入口分流器，包括分流器挡板、切向的挡板、离心泵、弯头、消波器、防涡器、除沫板、消能井和除雾器。 [3382] 图144B还显示能量来源14410、系统14402和能量目的14412，它们与物理网络14470连通。这样的网络传输物理能量，并且可以包括机械元件，该机械元件构造为转换线性运动为旋转运动、或者从旋转运动转换为线性运动，例如轴（包括曲轴）。物理网络的机械构件的其他的实施例包括螺栓、活塞、齿轮（包括多个节点齿轮系统，例如行星齿轮）和马达。 [3384] 图144B最后显示了能量来源14410、系统14402和能量目的14412，它们与电力网14480连通。上述网络传输电能，并且可以包括这样的元件，例如电阻器、晶体管、电容器、感应器、变压器、电池、绝缘体、二极管、放大器、能量源头、总线、计量器、母线、过滤器、功率调节设备，和现有技术中已知的其他任何无数的电子元件。 [3385] 图145A显示了根据本发明的设备的实施例的原理图，其可以布置为多种结构以提供不同的功能。特别地，图145A显示的系统14500包括两个缸14502、14504，其具有与公共的曲轴14562连接的各个活塞14580、14582的杆14564、14566，所述曲轴与电动机/发电机14560连接。 [3386] 图145A显示了各个缸具有各自的入口阀14570、14574，它们分别通过气-气热交换器14514、14518接收气流。各个缸还包括各自的出口阀14572、14576，它们与气-液分离器14556、14558连通。这些气-液分离器分别与气-气热交换器14516、14520气连通。 [3387] 气-液分离器分别与气-液热交换器14522、14524液体连通，然后通过各自的喷嘴14554、14552与各自的缸14502、14504连通（并选择性地连通液泵和/或液流阀），如之上详细地描述。 [3388] 图145A还显示了缸选择性地通过气体导管的网络和多向阀14506、14508、14510和14512相互流体连通，与存储罐流体连通、和与不同的口连通到系统。上述的多向阀的操作，除了缸入口和出口阀的操作之外，可以通过中央处理器14590基于保存在计算机可读取存储介质14592中的代码协调。 [3389] 例如，图145BA是表格，显示了图145A的设备的不同的结构。图145BA的表格还表示了在不同的结构中的系统元件和不同的热节点14625、14528、14530、14532、14534、14536和14540之间的相互关系。上述热节点可以包含一个或多个外部热源，或一个或多个外部散热器，如在表格中更完全地显示。上述可行的外部热源的例子包括但不限于：热太阳能结构、地热现象和最近的发热工业过程。上述可行的外部散热器的例子包括但不限于，环境（尤其是在高海拔和/或纬度），和地热现象（例如雪或水的深度热梯度）。 [3390] 图145BB-BG高度简化地描述了气体通过图145A中的不同的结构流动。例如，在结构1，（图145BB的）两个缸都用作压缩机。气体从环境、储罐或另一个低压级吸入。然后在压缩过程或之前，通过将液体喷到空气中，气体接近等温地压缩。引入缸中的液体量控制压缩气体的排出温度。热量可以在其进入储罐或第二级之前或之后从加热的压缩气体中取出。 [3391] 在结构2（图145BC），两个缸都用作膨胀器。压缩气体从储罐和/或另一个压缩气体源（例如高压级）供给到缸内。压缩气体的压力驱动与之连通的物理连接和/或发电机。这些工艺产生可以直接地或间接地使用的冷气体和冷却液体，用于空气调节、冷冻或冷却。 [3392] 在结构3（图145BD），一个缸用作压缩机，而另一个用作膨胀器。工作气体在闭环回路内。气体在压缩机内压缩，产生高温气体和热液体。压缩气体然后注入膨胀器。喷入膨胀器中的液体，或者压缩气体，可以通过外部加热源预热，以产生可交付使用的机械能网络。膨胀器产生要求从压缩机派生的能量，并且以不同的形式产生能量（例如电/机械/液压/气动能量）。 [3393] 在结构3，气体可以流过逆流热交换器。逆流热交换器可以用于预热压缩气体和冷却膨胀的气体。 [3394] 在结构4（图145BE），一个缸用作压缩机，而另一个用作膨胀器。气体从环境、储罐或另一个低压级吸入。然后气体接近等温地压缩。热量可以从加热的压缩气体提取，或者附加的热量可以在气流注入到膨胀器之前加入到气流中。喷入膨胀器的液体可以利用外部热源预热。膨胀器产生要求从压缩机派生的能量，并且以一种或多种形式产生输出的能量（例如电/机械/液压/气动能量）。 [3395] 本发明的一些实施例可以以上述的任何结构连续地操作，或者可以在上述结构之间间歇地转换。例如，上述的结构之间的间歇地操作可以导致随着多向阀的状态的电控制，例如因此气体在特别的时段流出和/或流向存储单元。 [3396] 此外，根据本发明的实施例的系统可以以上述结构的组合形式操作。例如，图145BF以替换的组合了压缩机和热能机功能的结构显示了气体通过图145A的系统流动的简化图。 [3397] 在确定的上述组合的结构中，多向阀可以构造为结合多个输入，或者提供多个输出。在图145BF的组合的结构中，多向阀的一个不仅将压缩气体输出到用作膨胀器的（右侧的）缸，而且输出到存储罐。 [3398] 图145BF以替换的组合了膨胀器和热能机功能的结构显示了气体通过图145A的系统流动的简化图。在该结构中，多向阀的一个不仅从用作压缩机的（左侧的）缸接收而且从存储罐中接收压缩气体。右侧的缸用于恢复从这些组合的压缩气体量的膨胀的能量。 [3399] 尽管图145BF-BG显示了结构的组合，其中气体流动路径是开启的，但是本发明的实施方式并不限制于这样的途径。可以替换的实施例可以实施压缩气体流量的储备或者从利用储备的压缩气体量，与在闭合回路中的气体流动组合，如图145BC所示的方式。 [3400] 在结构的一些实施例中，启动器可以用于开始压缩机的动作。 [3401] 本发明的实施例不限于压缩气体膨胀到大气压力，而且在某种情况下气体可能膨胀到以下的气压。此外，本发明的实施例不限于从环境温度压缩气体，而是在一些情况下，用于压缩的入口气体可以是以下的环境温度。 [3402] 此外，本发明不限于在图145A中显示的具体的设备，而是可以变化的。例如，在一些实施例中，系统可以利用附加的热交换器操作，或者没有热交换器。在具体的实施例中，系统可以与一个或多个类似的系统并联或串联地运行。 [3403] 而且，尽管图145A的具体的实施例显示了两个以不同的相位操作的缸，但是这并不是要求的。根据替换的实施例，缸可以彼此同相位地操作，和/或与其他的级别同相位地操作。 [3404] 将系统的实施例连接到一个或多个多种不同的网络，允许能量在多个源头和目的之间流动，以转换为不同的形式。图145C-EB的表格显示了上述能量转换的过程和轨迹的实施例。 [3405] 用作热能机和接收以热能形式的输入的本发明的实施例，可以用于替代或补充常规的依赖朗肯循环（Rankine cycle）的体系。例如，根据本发明的实施例可以结合到基于燃烧或核能的发电厂中，替代或者补充朗肯循环汽轮机。 [3406] 系统不限于以任何单独的形式接收和输出能量。替代地，系统可以包括这样的能力，以结合输入能量的不同的形式，和/或以多种不同的形式分配输出的能量。上述分配以简化的形式描绘在图146中。 [3407] 特别地，以压缩气体、加热的气体/液体、冷却的气体/液体、物理能量、和/或电能的形式的输入，可以如所示地结合以最终产生压缩气体形式的能量。可选择地，这些压缩气体可以存储以用于之后的恢复。 [3408] 在压缩气体膨胀时（无论是立即或用一些时段接下来储备），从其中释放的能量可以分配为多种形式的输出。例如，分配可能发生在能量释放的热量形式和非热量形式时间。这样的分配可以通过控制由于膨胀气体经受的温度变化的幅度确定，例如通过注入的液体量。 [3409] 在某种情况下（例如热波动），大量以热量形式的能量是合乎需要的。因此，压缩气体可以以大体上非等温的方式膨胀，导致冷却气体用于从用户吸收热量。上述非等温膨胀可以通过控制引入到膨胀腔用于热交换的液体量实现。 [3410] 相反地，在要求大量的非热能的输出时，膨胀可以在低于等温或者接近等温的情况下发生。上述的能量回收将导致高效率的能量回收。在气体和注入的液体之间传递的热量，将允许热能以液体的形式输出。 [3411] 另一种是非热能的分配。如图146所示，非热能可以在电形式的和机械/液压/气动形式输出之间分配。例如，旋转轴或其他的物理连接可以与齿轮系统连通（例如多节点齿轮系统，例如行星齿轮系统），允许一些非热能的能量输出以驱动发电机产生电力。 [3412] 图146显示了热能的另一种分配。特别地，这些来自膨胀气体的热能可以在加热的气体和/或液体和/或冷却气体和/或液体之间分配。能量的分配由在不同的输出之间的气体膨胀引起，可以根据与图145BA-EB关联的多种轨迹完成。 [3413] 尽管上面描述的一些方面强调存储、发电和能量的转换，但是根据本发明的实施例的系统的主要的重点还可以是温度控制，其增加的优点在于减少了来自网络的能量消耗。上述的节约可以通过以下两点实现，1）利用气体和/或分离的液体的冷却/加热能量，和/或2）时间转换气体的存储和膨胀，以起到杠杆经济因素，例如价格和需求。 [3414] 1.一种方法，该方法包括： [3415] 接收第一类型的能量；和 [3416] 在注入液体的情况下利用压缩气体的膨胀以将第一类型的能量转换为第二类型的能量。 [3417] 2．根据权利要求1的方法，其中第一类型的能量包括用于产生压缩气体的能量，第二类型的能量包括冷却膨胀气体的形式。 [3418] 3．根据权利要求1的方法，其中第一类型的能量包括用于产生压缩气体的能量，第二类型的能量包括冷却通过膨胀气体冷却的注入液体的形式。 [3419] 4．根据权利要求1或2的方法，其中第一类型的能量是从机械能、液压能或电能中选出的。 [3420] 5．根据权利要求1的方法，其中第一类型的能量包括应用到膨胀气体的热量，第二类型的能量包括冷却通过膨胀气体冷却的注入液体的形式。 [3421] 6．根据权利要求1的方法，其中第一类型的能量包括用于产生膨胀气体的热量，第二类型的能量包括冷却膨胀气体的形式。 [3422] 7．根据权利要求1的方法，其中第一类型的能量包括用于产生膨胀气体的热量，第二类型的能量是物理能量。 [3423] 8．根据权利要求5,6或7的方法，其中通过升高注入液体的温度施加热量给膨胀气体。 [3424] 9．根据权利要求7的方法，还包括将至少一部分物理能量转换为电能。 [3425] 10.一种设备，该设备包括: [3426] 第一缸，该第一缸具有放置在其中的可移动的第一活塞； [3427] 第二缸，该第二缸具有放置在其中的可移动的第二活塞； [3428] 气流网络，该气流网络包括在第一缸和第二缸之间的逆流式热交换器气流网络还包括可在下列的结构的一种中致动的多个多向阀： [3429] 压缩结构，其中气体通过第一活塞和通过第二活塞压缩； [3430] 膨胀结构，其中压缩气体膨胀以驱动第一活塞和驱动第二活塞； [3431] 组合结构，其中气体通过第一活塞或第二活塞的一个压缩，并且膨胀气体驱动第一活塞或第二活塞的另一个。 [3432] 11．根据权利要求10的设备，其中在压缩结构中，气流网络构造为使压缩气体流到存储单元。 [3433] 12．根据权利要求10的设备，其中在膨胀结构中，气流网络构造为使膨胀气体从存储单元流出。 [3434] 13．根据权利要求10的设备，其中在组合结构中，气流网络构造为使压缩气体流入存储单元。 [3435] 14．根据权利要求10的设备，其中在组合结构中，气流网络构造使压缩气体从存储单元流出。 [3436] 15．根据权利要求10的设备，其中在组合结构中，气流网络构造为使膨胀的气体流到出口。 [3437] 16．根据权利要求10的设备，其中在组合结构中，气流网络构造为使气体流入第一缸或第二缸的一个中膨胀，使气体流到第一缸或第二缸的另一个用于压缩。 [3438] 17．根据权利要求10的设备，其中在组合结构中，气流网络构造使气体流过逆流式热交换器。 [3439] 18．根据权利要求10的设备，其中第一活塞和第二活塞与公共的曲轴机械连通。 [3440] 19．根据权利要求18的设备，还包括与公共的曲轴连通的发电机。 [3441] 20．根据权利要求18的设备，还包括与公共的曲轴连通的电动机。 [3442] 如上所述，本发明的一个或多个实施例可以利用热交换器结构。上述热交换器可以实现在相同状态下的材料之间的热交换（例如气-气热交换器）。一些热交换器可以实现在不同的状态下的材料之间的热交换（例如气-液热交换器）。 [3443] 图181显示了一种示意性类型的热交换器的视图，其可以与根据本发明的能量系统结合。例如，图181的热交换器可以应用在图145A中显示的一个或多个气-气或气-液热交换器。 [3444] 图181显示了根据本发明的设备18100的实施例的原理图，其可以用作热交换器/热节点。图181的实施例设置为在两种气体之间的或者在一种或两种液流和一种或两种气流之间的有效的热交换。图181的实施例还允许热量与外部热源（例如热太阳能、地热、燃料燃烧器）或散热器（例如冰/雪）有效地热交换。 [3445] 设备18100的操作可以如下进行。液体利用一个或多个喷嘴18101喷入腔18120中。其形成喷淋器18114。液体从排放口18103离开腔。 [3446] 液体利用一个或多个喷嘴18102喷入腔18121中。其形成喷淋器18115。液体从排放口18104离开腔。 [3447] 在腔18120中，气体从气口18106进入，与喷淋器18114交换热量，并且通过气口18105离开。上述气体的逆流运动根据液滴（例如从口18106到口18105的气流）增强热交换，并且为气流引入压降。此外，在这些结构中，重力以及喷出的液滴的动量，促进液体从腔排出。 [3448] 在替换的结构中，气体可以从口18105注入腔中，并且从口18106排出。上述气体和液体的共同流动运动（例如从口18105到口18106的气流）可以增加气体的压力，增强气流。 [3449] 在当前的结构中，气体从气口18107进入腔18121，与喷淋器18115交换热量，然后通过气口18108离开。这样相对于液滴（例如从口18107到口18108的气流）的气体的逆流动作增进了热交换，并且引入了用于气流的压降。此外，在这样的结构中，重力以及喷出的液滴的动量，促进液体从腔排出。 [3450] 在替换的结构中，气体可以从口18108注入腔中并且从口18107排出。这样的气体和液体的共同流动动作（例如从口18108到口18107的气流）可以增加气体的压力，增大气体的流量。 [3451] 在当前结构下，热流方向如下。供给到腔18120的气体通过喷液滴加热/冷却，而热/冷喷滴通过气体冷却/加热。冷却/加热的液体通过口18103排出，并且喷入腔18121中。喷液然后冷却/加热供给到腔18121中的气体。液滴在该过程中加热/冷却，然后反馈到腔18120中。 [3452] 附加的热量可以通过热节点18131和18132注入到液体中或从液体中排出。这样的例子是外部加热器（例如燃料燃烧器、热太阳能、地热），其在液体喷入腔之前对其加热。另外的例子是外部冷却器（例如深海低温散热器，与冰/雪热交换），其在液体喷入系统中之前冷却液体。 [3453] 如果气流是饱和的，液体循环可以是闭合的循环。附加的/补充的液体可以通过流体连接18141和18142注入系统，以补充蒸发、泄漏或运走的液体。 [3454] 液体循环可以部分/全部开放。在完全开放的循环中，液体从液体连接18141/18142进入，喷入腔18120/18121中，通过口18103/18104排出，然后通过液体连接 18132/18131排空。 [3455] 在部分开放的循环中，外部流体与循环液体结合。这样的混合可以允许引入附加的热能，可以使得热从循环液体排出，和/或可以给循环液体加压。 [3456] 两个腔的液体循环可以分开。这样的分开可以使得不同的液体喷入腔内。利用不同的液体可以有效地提供工作温度的范围。 [3457] 热节点/流体连接可以彼此热/流体交换。例如，流体连接18143允许在热节点18131和18132之间的热连通。 [3458] 可能在两种气体之间不会直接混合。在腔18120和18121中的气体的压力可以是不同的。为了实现在气体和液体之间充分的相互作用，泵/涡轮可能需要适当地改变液体压力。 [3459] 液压泵18111和18112可以是正排量的或离心的。泵可以具有两个分开的电动机，可以分享一个电动机18150（如图所示）。 [3460] 当在一个腔（例如腔18120）中的压力比在另一个腔（例如腔18121中高得多时，能量可能需要使液体从低压腔向高压腔增压。然而，能量可以在液体供给到低压腔之前从加压的液体回收。 [3461] 涡轮（例如泵/涡轮18112）可以产生机械能/电能。该涡轮可以通过连接18113与泵/涡轮18111机械地连接，以减少在泵电动机上的负载，或者可以用于产生电能，例如气体电动机18150包括电动机/发电机。 [3462] 根据本发明的一些实施例可以回收喷出的液体。因此，图181的设备如图所示地包括带有液体管路的气-液分离器18151-18154。 [3463] 多种可行的操作模式在图181A的表格中描述。在一些实施例中，该设备也可以用作气体净化器/过滤器。液体喷淋器可以移除灰尘/固体颗粒/从气体悬浮的或溶化的液滴。例如灰尘颗粒可以溶化在液体喷淋器中，通过口18103和18104排出。 [3464] 根据本发明的设备的实施例也可以用于在液态和气态材料之间传递质量，和/或诱发或提高在这样的材料之间的化学反应。例如，该实施例可以用于使空气加湿或除湿（例如通过增加盐到水中）。另外的可行的应用是将氧传递到水中，或者增加化合物到空气/水中以进行化学处理。 [3465] 根据本发明的实施例的设备可能由于物理损耗的情况受退化的影响，也由于例如通过暴露到水受化学腐蚀的影响。在一些实施例中，这样的退化可以通过由特别的材料构造的元件减少或避免，通过使用涂料、和/或通过使用防腐添加剂。 [3466] 多种类型的防腐材料可以增加到应用于本发明的实施例中的液体。实施例包括但不限于阳极防蚀剂和阴极防蚀剂。具体的防腐剂的列表包括但不限于杀藻胺（ADBAC），六胺，苯并三唑，苯二胺，二甲基胆胺，聚苯胺，包括亚硝酸钠，肉桂醛的亚硝酸盐，包括氧化锌的金属氧化物，醛和胺类（亚胺）的凝聚物，挥发性胺类，铬酸盐，亚硝酸盐，磷酸盐，联胺，抗坏血酸，杀菌剂和生物杀伤剂。 [3467] 此外，多个不同种类的材料可以为物理损耗和/或化学腐蚀提供阻抗。设备的一个或多个元件可以从这样的材料完全或部分地制造。实施例包括不锈钢（或者作为组成材料或者作为涂层），菱形碳（DLC）涂料和复合材料。 [3468] 通常，复合材料包括连续相（通常称为矩阵）和加强相。复合材料具有陶瓷材料作为矩阵，也称为陶瓷矩阵复合材料（CMCs）。复合材料具有金属材料作为矩阵，也称为金属矩阵复合材料（CMCs）。复合材料具有聚合物作为矩阵，也称为聚合物矩阵复合材料（PMCs）。 [3469] PMCs可以包括热塑性材料，其中的实施例包括但不限于多（醚醚-酮）（PEEK），聚丙烯，和多（对苯二甲酸亚乙酯）（PET）。PMCs还可以包括热固性材料，其中的实施例包括但不限于聚酯纤维，环氧化物和酚醛塑料。 [3470] 复合材料的加强相可以包括颗粒和/或纤维。纤维的实施例在下文中给出，并且可以具有各种各样的长度。这样的纤维可以相对于长度单向地布置，如纺织品，或者相对于长度方向任意地布置。加强相可以作用为改善产生的复合物的强度/硬度，和/或改善材料的抗蠕变性。 [3472] 可以在本发明的实施例中起作用的用于复合材料涂层的可行的候选物的具体的实施例，可以包括下列的一种或多种，作为组件、作为矩阵的一部分、用于加强、用于润滑、和/或用于其他的目的例如耐腐蚀性： [3473] ＊＊＊碳＊＊＊碳-包含材料，包括石墨和/或金刚砂（SiC）； [3474] ＊＊＊镍，硼，和/或硼化镍，包括但不限于NiB，Ni2B，Ni3B，Ni4B3，Ni3B2，NiB2，NiB12，Ni2B3，NiB。 [3475] ＊＊＊聚合物，包括但不限于聚四氟乙烯（PTFE）；聚丙烯；聚乙烯，包括高密度聚乙烯（HDPE），多（对苯二甲酸亚乙酯）（PET）；多（醚-醚-酮）（PEEK）；多（苯撑硫化物）（PPS）；聚酰胺（PA）；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）；脂族聚酮（APK）；聚酯纤维；聚甲醛（POM）； [3476] ＊＊＊含铜材料，例如铜化合物，包括但不限于青铜，CuO，CuS和/或CuF2； [3477] ＊＊＊金属氧化物包括但不限于TiO2，ZrO2和/或Al2O3； [3478] ＊＊＊多种长度的纤维，包括但不限于聚芳基酰胺纤维（AFs），碳纤维（CFs），暗岩纤维（BFs）和玻璃纤维（GFs），包括强化玻璃纤维（GFR）材料； [3479] ＊＊＊含钼材料，包括但不限于MoS2。 [3480] 除了赋予耐磨损/腐蚀之外，复合材料可以在根据本发明的实施例中得到其他的应用。例如，在一些实施例中，气体存储容器可以包括复合材料。这样的复合材料的一个例子可以包括金属丝或暗岩纤维形式的加强相。这样的复合材料可以减少存储罐的重量和成本，而保持其在高压下存储气体的能力。 [3481] 也可以应用其他的技术改善存储器的性能。例如，一些实施例可以应用从气体膨胀的能量以驱动液体流到存储罐中，从而当气体流入其中时在存储罐中保持大体上恒定的压力。 [3482] 按照惯例，在膨胀过程中，存储的气体在给定压力下出发，当系统运行和气体供给耗尽时压力随着时间减少。然而，系统的效率随着气体压降而降低。 [3483] 相反，图141显示了可以用于避免这样的低效率情况的系统的实施例的简化图。特别地，在系统14100，系统通过将液体泵送到罐中替换在膨胀过程中释放的空气的容积而改进效率。用这样的方式，在罐中的压力在气体供给耗尽时保持概略地恒定。 [3484] 在一些实施例中，泵14104可以通过相同的连接20306（在此是曲轴）驱动，该连接通过可移动的元件14108（在此是往复的活塞）的动作致动，该可移动的元件由膨胀的气体驱动。在一些实施例中，泵可以具有类似于气体膨胀/压缩设备14110的特征元件（例如缸、活塞、阀）。 [3485] 在气体压缩过程中，使用相反的机构。也就是说，当从膨胀器/压缩机14110增加压缩气体时，从气体存储罐14102移除的液体。从罐移除的液体将处于高压下，并且可以用于驱动活塞14112和连接，则该连接用作液压马达，减少压缩进气需要的功率值。 [3486] 根据本发明的一些实施例可以具有泵/马达特征元件，其根据气动原理操作，以流动稳定在存储器内的压力的气体。存储器可以包括限定两个元件的可移动的隔板。 [3487] 1.一种系统，该系统包括： [3488] 腔，该腔选择性地与气体存储单元流体连通，腔具有配置在其中的元件，该元件可响应来自气体存储单元的气体在腔内的膨胀移动； [3489] 泵，该泵与气体存储单元可选择性地压力连通；和 [3490] 在元件和泵之间的连接，其中在腔内膨胀的气体驱动泵以稳定在气体存储单元内的压力。 [3491] 2．根据权利要求1的系统，其中元件包括活塞和连接，连接构造为将往复活塞运动转换为轴转矩。 [3492] 3．根据权利要求2的系统，其中连接包括曲轴。 [3493] 4．根据权利要求2的系统，还包括一构件，该构件构造为将液体注入到气体膨胀的腔内。 [3494] 5．根据权利要求1的系统，其中连接与发电机连通。 [3495] 6．根据权利要求1的系统，其中泵构造为将液体流入气体存储单元。 [3496] 本发明的一些实施例可以利用一些装置，该装置可以将以热的形式的入口热能转换为冷的形式的出口热能。这样的设备的一个例子是吸收式冷冻机，其中通过液体吸附剂（例如氨或水释放溶液）提取的湿气导致温度下降（冷却）。相反的工艺是解吸附作用，其中以热的形式的入口热能的应用释放来自液体吸附剂的湿气，从而再生液体吸附剂以允许下次冷却循环。液体吸附剂可以但不必须是与注入的用于热交换的相同的液体。可替换的实施例可以使用吸附的工艺，其中吸附剂是固体材料（例如硅），而不是液体。 [3497] 根据本发明的一些实施例，显示出大表面面积的小液滴是期望的用于有效的热交换，可以注入经历压缩或膨胀过程的气体，利用喷嘴设计，该设计结合旋涡液体流与在偏转板上的冲击。图148AA-B描绘了示意性地显示在小液滴构造下的这样的结构的效应的多个视图。 [3498] 特别地，本发明的特别的实施例利用存在于第一（旋涡）结构14804中的螺旋状的通道14802将涡旋运动传递到流动的水中。旋涡运动创造围绕轴杆的流线型的水流14806，在此第二（偏转）结构14810的颈部14808。 [3499] 这样的螺旋状的通道的数量可以在具体的实施例之间变化。例如，图148AA的实施例显示了这样的结构，其带有四个这样的螺旋状的通道，但这不是必须的。可替换的实施例例如图148AB-AE所示，可以具有不同的数量（两个）的螺旋状通道的特征。 [3500] 图148AB-AE显示不同的视图，图示了通过根据本发明的实施例的旋涡喷嘴的液体的示意性的流动路径。特别地，液体流动路径首先进入存在于插入位置（在图148AD-AE中的点A和A'）的后表面14804a的凹穴14801。然后液体流动路径随着螺旋状的通道14802，以固定的半径围绕插入位置的周长，以从螺旋状的通道（在图148AD-AE中的点B和B'）显露出来。以这样的距离，流动的液体获得角动量。 [3501] 其后，液体流动路径移动到限定在反射板的颈部和围绕本体（在图148AD-AE中的点C和C'）的材料之间的环状出口孔14820。随着相应的流动路径的节段（B-C，B'-C'），液体获得角速度分量，这是由于环状出口孔的径向距离相对于螺旋状的通道的出口的径向距离减小。 [3502] 此外，由于通过螺旋状通道预先提供的现有的角动量的保持，随着节段（B-C，B'-C'）在流动路径的半径减少时角速度分量增加。该递增的切向速度分量作用为是流体流线型流动以围绕偏转件的颈部成旋涡，并且通过出口孔退出。 [3503] 在从环状出口孔排出时，液体在直线的方向移动，直到达到偏转板14810的表面14810a。当冲击该偏转表面（在图148AD-AE中的点D和D'）时，液体连续地流动以越过偏转件的表面。 [3504] 特别地，图148B显示通过在偏转结构的表面14812上使液体旋涡流动的冲击，在（固定边界和空气之间的）表面14812上传播水14814的薄片。片在其达到偏转板的边缘时生成为均匀变薄。最终片离开偏转板，分解为小液滴14816。 [3505] 图148CA-CB分别显示了当放置在喷嘴体14952的相应的腔14950内时，第一（旋涡）结构14804和（偏转）结构14910的组装和分解的视图。 [3506] 通过在图148A-B中展示的旋流方式的喷嘴设计提供一个可行的优点，是减少了要求驱动液体通过喷嘴的能量值。特别地，与冲击接近直角的偏转表面不同（这样的情况如图100A-J的喷嘴实施例所示），旋涡液流反而是以较大的角度冲击偏转表面。这减小了传递给流动的液体的动量变化的幅度，从而相应能量损失减小。 [3507] 短的分离长度由液体与在偏转板上的冲击结合的旋转运动引起，可以实现许多有益的效果。一个这样的效果是延长这样的时间，该时间导致小液滴在遭遇固定表面例如活塞顶或缸壁之前经受压缩或膨胀。这样的延长的暴露提供一个机会，以使得压缩和膨胀的气体最大的热交换。 [3508] 短的分解长度的另一个可能的优点是减少在缸内的局部压力差，压力差可能不期望地妨碍液滴和气体的均匀混合。例如，以连续膜片形式的液体可以成为对气体的自由循环的阻碍，妨碍局部压力差异的快速平衡。 [3509] 有时，连续的液膜的存在可以导致邻近缸盖的低压阱的构成。这些低压阱可能反过来朝向缸壁抽吸液体，阻碍进一步地分离甚至导致沿着壁的再凝聚的液滴。从促进气液热交换的观点出发，这两种效果都是不希望有的。 [3510] 相反，本发明的实施例致力于分解连续液膜的稳定性，通过使得液流旋转和使得液流在偏转表面上冲击这两者来实现。产生的小的液滴不会形成对气体的自由流动的阻碍，促进平衡以分解局部压力差。 [3511] 根据本发明喷嘴的实施例可以相对于传统的喷雾器提供一些优点。例如，这样的常规设计通常在喷嘴的固体壁之间形成非常薄的液体膜片。然而，在两个固体壁之间形成的这样的膜片可能导致一些困难，例如就加工、喷嘴堵塞、和/或压降而言。另外，这样传统的喷嘴的膜片厚度和液滴尺寸可能易受几何尺寸和加工公差的影响。 [3512] 此外，根据本发明喷嘴的实施例也可以相对于传统的旋流式雾化器设计提供一些优点。例如，在传统的旋流式雾化器中，旋涡运动促使液体附着于内壁。然后液体在出口的固定边界和空气之间摊薄。 [3513] 一旦膜片从这样传统的旋流式雾化器的口离开，其形成薄液膜的空心圆锥体，分解为小液滴。然而，对于传统的旋涡喷嘴而言锥体角通常较小（小于100度）。相反，结合如上所述的实施例中的偏转板，可以增大锥体角。 [3514] 创造了许多旋涡喷嘴设计，并且测试过它们的性能。图149A-DB显示了同属的旋涡喷嘴的多个视图。特别地，旋涡喷嘴包括本体14902，本体包括内角表面14903，并限定腔14904，腔具有第一较大入口孔14906，并限定了第二较小出口孔14908。旋涡插入物14910以背面14909为特征，该背面具有凹穴14912与螺旋状的通道14914流体连通，该插入物放置在腔14904内。 [3515] 图149DA-DB显示了旋涡插入物的前表面14911的不同的视图。特别地，图149DA-DB显示了这样的前表面14911，其包括与螺旋状通道流体连通的出口孔14913。前表面14911还包括凹穴14915，其成角度的表面14917与相对的本体14902的成角度的内表面 14903结合，限定速度提高部分14960。 [3516] 特别地，通过通道14960的液流限定在通过插入物和本体提供的相对的表面14917和14903之间。因为通道14960与螺旋状通道14914相比提供较小的横截面积以引入液体，液体的速度增大。 [3517] 另外，螺旋状通道具有比从轴线到出口孔14908的更大的径向距离。因此，基于切线动量的保持，当液体朝向出口孔14908移动时，液体的切向速度增加。 [3518] 另外，相应的表面14917和14903以相对彼此的不同的角度倾斜。特别地，在该具体的实施例中，表面14903以15°的角度倾斜，而表面14917以30°的角度倾斜。 [3519] 该几何形状是设置为当液体流过通道14960时提供较小的横截面积。特别地，对于速度提高部分的入口的横截面积，大体上小于形成在速度提高部分的出口的间隙的横截面积。 [3520] 基于对于喷嘴的速度提高部分的入口和出口的相对的横街面积，图149A-DB的实施例的结构可以降低由液体经受的压降的幅度。这样减小的压降可以期望地降低要求的促使液体通过喷嘴的能量值。另外，该结构可以期望地减小气穴的发生率，而引起速度矢量轮廓以创造从喷嘴出来的液体的中空的锥形层（conical sheet）。 [3521] 在实施例1-8实施的实验显示了喷嘴的多个实施例的性能，其并不是很容易受几何尺寸和加工公差的影响。在一定压力下通过喷嘴的流量确实依赖螺旋状的通道的数量。 [3522] 偏转插入物14916包括颈部14918，颈部支承偏转板14920，偏转板具有倾斜面14922，插入物通过在旋涡插入物14910中的开口14924放置。通过本体14902和这两个插入物14910，14916的液体流量产生喷雾液滴，通常如上所述地参考图148AA-CB进行。 [3523] 图149A-B显示了插入物14910，14916，利用多个组件固定在腔内。特别地，旋涡插入物14910利用支架14930和相应的销钉14932固定到本体14902。旋涡插入物14910可以通过凸起的或凹进的后部特征（未显示）防止旋转，该特征构造为与支架的互补的前部特征配合。 [3524] 偏转插入物14916通过螺纹啮合与旋涡插入物固定，并且利用锁紧螺帽14940固定在位置上。在偏转插入物14916和本体14902之间的相对的间距可以通过螺纹啮合控制。这样相对的间距可以确定，例如排出液体的间隙的尺寸。 [3525] 此外，喷嘴设计设置为第二机构，以控制本体和插入偏转插入物14916之间的间距。特别地，组件的垫片14942（在此为四个垫圈）具有固定的厚度，可以用于控制相对于本体的位置，组件包括偏转插入物14916和旋涡插入物14910。 [3526] 本体14902具有固定在其中的插入物14910，14916，可以接收来自歧管14950的液流。该歧管可以利用螺钉14954固定到位于本体14902中的孔14952。 [3527] 根据本发明的雾化喷嘴的实施例可以显示出特别的性能特征。一个性能特征是液滴尺寸。 [3528] 液滴尺寸可以利用DV50、索特平均直径（Sauter mean diameter，也称为SMD，D32，d32或D[3,2]），或其它手段测量。根据本发明的喷嘴的实施例可以产生具有在大约10-300微米的范围内的SMD的液滴。通过根据本发明的喷嘴的实施例产生的液滴尺寸的例子包括但不限于具有大约300微米，250微米，200微米，150微米，100微米，50微米，25微米和10微米的SMD。 [3529] 根据本发明实施例的液体雾化喷嘴的另外的性能特征是流速。根据本发明的实施例可以产生的流速在大约20至0.01升每秒。根据本发明的喷嘴的实施例的流速的例子是20，10，5，2，1，0.5，0.25，0.1，0.05，0.02和0.01升每秒。 [3530] 根据本发明的实施例的液体雾化喷嘴的另外的性能特征是分解长度。根据本发明的喷嘴的实施例输出的液体可以显示的分解长度在大约1-100毫米。从根据本发明的喷嘴喷出的液体的分解长度的例子包括100，50，25，10，5，2和1毫米。 [3531] 根据本发明的喷嘴的实施例可以产生不同类型的喷出模式。可以通过根据本发明的喷嘴实施例产生的喷出模式的例子包括但不限于，空心圆锥体，实心圆锥体、流线型、单扇面和多扇面。 [3532] 根据本发明的喷嘴的实施例可以产出的喷雾锥角是大约20-180度。这样的喷出锥角的例子包括但不限于20°，50°，90°，120°，140°，150°，155°，160°，165°，170°，175°和180°。 [3533] 液滴空间分布表现出根据本发明实施例的液体雾化喷嘴的另外的性能特征。一种测量液滴空间分布的方式是测量膜片或圆锥体横截面的角度，其包括大部分偏离膜片的液滴。在根据本发明的实施例的喷嘴设计中，该角度可以是0-90度。通过本发明的实施例产生的这样可行的角度的例子包括但不限于0°，1°，2°，3°，4°，5°，7.5°，10°，15°，20°，25°，30°，45°，60°，75°或90°。 [3534] 根据本发明的一些实施例，重要的是控制引入到腔中实现热交换的液体量。理想的液体量可以依靠多个因素，包括气体和液体的热容量，和在压缩和膨胀过程中在温度中的期望的变化。 [3535] 引入的液体量也可以依靠由喷嘴形成的液滴的尺寸。待引入的液体值的一种测量，是所有液滴的总的表面面积的比率，达到腔中的气体的摩尔数。该比率，在每摩尔平方米可以时1到250以上。可以在本发明的实施例中适用的该比率的例子包括1，2，5，10，15，25，30，50，100，125，150，200或250。 [3536] 图149CA-CB显示了喷嘴设计的同属的陈述，包括具体的尺寸。具体的旋涡喷嘴设计表示了在尺寸上的变化，参考下面的表格。 [3537] 对于旋涡喷嘴实施例1-8： [3538] D4=12.7mm；A1=15°；A2=30°； [3539] L6=4.57mm；A7=9.1e-7m2； [3540] 螺距=20mm [3541] [3542] [3543] 在喷嘴设计的实施例3和5-8中，偏转板锥形在由尺寸D3表示的最宽的点之后成一角度，如图149CA的点线所示。该锥形作用为减少液滴以及可归因于附壁效应的水的弯转。 [3544] 现在将在下文中描述测试该实施例的方法。在实施例1的性能评估中，流速与压力相关，其利用秒表和刻度量筒通过积累的体积测量。结果为：压力=132.5psig，流速=75.94ml/s；压力=180psig，流速=89.2ml/s． [3545] 如图150A-B所示，创建了评价喷嘴性能的实验设置。图150C显示坐标系和视域的简图，不是按比例描绘的。 [3546] 进行测试的多个试验在105和205PSIG的水压力下进行。在测试中，在喷嘴表面和X-Y面之间的角度是13.2度。下面的表格总结了对于不同的试验的测试条件。 [3547] [3548] [3549] 下面的表格总结了喷嘴实施例1的性能： [3550] [3551] 对于试验3和4，缺少对小液滴的识别可能减少液滴尺寸统计的可靠性。 [3552] 图151显示在205PSIG的压力下的实施例1的喷雾的结构。特别地，图151从两个不在同一时间的拍摄的瞬时阴影图像显示了整体流动结构。 [3553] 在205PSIG的压力下实施例1的速度场在下面的表格中描述，其显示了具有300瞬时速度场的从试验3和6的平均速度。 [3554] [3555] 图152A显示了从试验3和试验6的205PSIG的平均速度矢量。线条显示了在图153中的流速分布的位置，x=-3.1mm。图152B显示从试验3和试验6的205PSIG的均方根速度矢量。 [3556] 图153显示在试验3中沿着x=-3.1mm线的速度幅度的分布。Y位置（mm）是沿着水平轴绘制的。速度幅度（m/s）是沿着竖直轴绘制的。红线是平均速度，绿线是均方根速度。 [3557] 在实施例1的205PSIG的压力下的液滴尺寸的分析如下：对于试验3，液滴尺寸分析仅从FOV的靠下的1/2实施。 [3558] 图154A显示从试验3的识别的液滴一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示了识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图154B显示了液滴尺寸的直方图。 [3559] 下面的表格显示液滴尺寸统计。 [3560]液滴的数量 745365 D10[μm] 158.9 D32[μm] 241.9 DV10[μm] 142.7 DV50[μm] 276.7 DV90[μm] 474.8 RMS[μm] 75.2 [3561] 尽管小液滴不能识别，但这使得对大液滴的分布有了一些了解。 [3562] 图155A显示从试验6识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示了识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。 [3563] 图155B显示液滴尺寸的直方图。下面的表格显示液滴尺寸统计。 [3564]液滴的数量 860219 D10[μm] 153.9 D32[μm] 230.4 DV10[μm] 139.0 DV50[μm] 263.4 DV90[μm] 426.6 RMS[μm] 72.4 [3565] 再一次，尽管小液滴不能识别，但这使得对大液滴的分布有了一些了解。 [3566] 也分析了在试验7-10中的液滴尺寸。图156A显示试验7（z=0mm,膜片角度=13.2度）的识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图156B显示试验7的液滴尺寸的直方图。 [3567] 下面的表格显示试验7-10的液滴尺寸的统计。 [3568] [3569] [3570] 图157显示试验7到10的沿着Z轴（根据膜片角度）的液滴尺寸分布状态。在z=0mm（膜片角度13.2度），D32线和液滴数量线达到最大值。从液滴数量线的完全宽度一半的最大值限定的膜片厚度大约是5.6mm。 [3571] 如上面指出的，喷嘴实施例1还在105psig的低压下试验。图158从两个不在同一时间的拍摄的瞬时阴影图像显示了流动结构。 [3572] 实施例1喷嘴设计的低压试验4和5的速度场，在下面的表格中显示。 [3573] [3574] 从试验4-5的平均和均方根速度场如图159A所示。红线显示在图Q中的在x=-3.1mm的速度分布的位置。图159B显示从试验45的均方根速度矢量。 [3575] 图160绘制了在试验4沿着x=-3.1mm的速度分布。y位置（mm）是沿着水平轴绘制的。速度幅度（m/s）是沿着竖直轴绘制的。红线是平均速度，绿线是均方根速度。 [3576] 在实施例1的105PSIG的低压下的液滴尺寸的分析如下：对于试验4，液滴尺寸分析仅从FOV的靠下的1/2实施。 [3577] 图161A显示从试验4的识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示了识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图161B显示了液滴尺寸的直方图。 [3578] 下面的表格显示从试验4的统计结果。 [3579]液滴的数量 384952 D10[μm] 180.7 D32[μm] 283.8 DV10[μm] 173.7 DV50[μm] 326.1 DV90[μm] 525.8 RMS[μm] 92.4 [3580] 再一次，尽管小液滴不能识别，但这使得对大液滴的分布有了一些了解。 [3581] 图162A显示从试验5识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示了识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图162B显示了液滴尺寸的直方图。 [3582] 下面的表格显示了从试验5的统计结果。 [3583]液滴的数量 427711 D10[μm] 171.4 D32[μm] 265.5 DV10[μm] 164.5 DV50[μm] 306.0 DV90[μm] 474.1 RMS[μm] 86.7 [3584] 再一次，尽管小液滴不能识别，但这使得对大液滴的分布有了一些了解。 [3585] 也分析了在试验11-19中的液滴尺寸。图163A显示试验11（z=4mm,膜片角度=16.2度）识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图163B显示试验15的液滴尺寸的直方图。 [3586] 下面的表格显示试验11到19的液滴尺寸的统计。 [3587] [3588] 图164显示试验11到19的沿着Z轴（根据膜片角度）的液滴尺寸分布状态。D32线和液滴数量线在z=4mm（膜片角度16.2）达到最大值。膜片厚度从8.3mm的液滴数量线的完全宽度一半的最大值（FWHM）限定。 [3589] 对于实施例1喷嘴的出口速度对比水压力绘制在图165中。下面的表格列出了出口速度对比水压力。 [3590] [3591] 如上所指出的，喷嘴设计的第二实施例（实施例2）具有类似实施例1的特征，但是一些尺寸是不同的。在实施例2的性能评估中，流速与压力相关，压力利用秒表和刻度量筒通过积累的体积测量。结果为：压力=61psig，流速=33.05ml/s；压力=105psig，流速=43.87ml/s；压力=200psig，流速=60.43ml/s。 [3592] 如图166AB所示，创建了评价喷嘴性能的实验设置。图166C显示坐标系和视域的简图，不是按比例描绘的。 [3593] 进行测试的多个试验在100和200PSIG的水压力下进行。在测试中，在喷嘴表面和X-Y面之间的角度是16度。下面的表格总结了对于不同的试验的测试条件。 [3594] [3595] [3596] 下面的表格总结了喷嘴实施例2的性能： [3597] [3598] 在括号中的数值显示替换的值。 [3599] 图167显示在200PSIG的压力下的实施例2的喷雾的结构。特别地，图167从两个不在同一时间的拍摄的瞬时阴影图像显示了整体流动结构。 [3600] 在200PSIG的压力下实施例2的速度场在下面的表格中描述，其显示了具有300瞬时速度场的从试验2和3的平均速度。 [3601] [3602] 图168A显示了从试验2和3的平均速度矢量。线显示了在图169中的速度分布的在x=-3.1mm的位置。图168B显示从试验2和3的均方根速度矢量。 [3603] 图169显示在试验2中沿着x=-3.1mm线的速度幅度的分布。Y位置（mm）是沿着水平轴绘制的。速度幅度（m/s）是沿着竖直轴绘制的。红线是平均速度，绿线是均方根速度。 [3604] 在实施例2的200PSIG的压力的液滴尺寸的分析如下：对于试验2-3，大FOV测量值不适合于液滴尺寸分析，因此没有描述它们。 [3605] 图170A显示试验8（z=3mm,膜片角度=18.3度）的识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图170B显示试验8的液滴尺寸的直方图。 [3606] 图171A显示试验11（z=6mm,膜片角度=20.5度）的识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图171B显示试验11的液滴尺寸的直方图。 [3607] 下面的表格显示试验5到15的液滴尺寸的统计。 [3608] [3609] [3610] 图172显示试验5到15的沿着Z轴（根据膜片角度）的液滴尺寸分布状态。在z=3mm（膜片角度18.3度），液滴数量线达到最大值。从液滴数量线的完全宽度一半的最大值（FWHM）限定的膜片厚度是大约10.2mm。从D32线的膜片角度和FWHM是20.5度和18毫米。 [3611] 从D32线的膜片厚度判定的准确度可能减小，因为轮廓需要脱离测量数据扩大。从D32线的膜片厚度判定可能是无效的，因为可能没有许多液滴远离膜片中心。 [3612] 如上面指出的，喷嘴实施例2还在100psig的低压下试验。图173从两个不在同一时间的拍摄的瞬时阴影图像显示了流动结构。 [3613] 下面的表格显示从试验1和4的具有300瞬时速度场的平均速度。 [3614] [3615] 图174A显示了从试验1和4的100PSIG的平均速度矢量。红线显示了在图175中的速度分布的在x=-3.1mm的位置。图174B显示从试验1和4的100PSIG的均方根速度矢量。 [3616] 图175显示在试验1中沿着x=-3.1mm线的速度幅度的分布。Y位置（mm）是沿着水平轴绘制的。速度幅度（m/s）是沿着竖直轴绘制的。红线是平均速度，绿线是均方根速度。 [3617] 在实施例2的100PSIG的压力的液滴尺寸的分析如下：对于试验1和4，大FOV测量值不适合于液滴尺寸分析，因此没有描述它们。 [3618] 图176A显示试验20（z=6.5mm，膜片角度=20.9度）的识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图176B显示试验20的液滴尺寸的直方图。 [3619] 图177A显示试验22（z=9.5mm，膜片角度=23.1度）的识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示识别的液滴。其余的液滴要么太小以至于不能识别或者模糊。图177B显示试验22的液滴尺寸的直方图。 [3620] 下面的表格显示试验16到26的液滴尺寸的统计。 [3621] [3622] [3623] 图178显示试验16到26的沿着Z轴（根据膜片角度）的液滴尺寸分布状态。液滴数量线在z=6.5mm（膜片角度20.9）达到最大值。从液滴数量线的完全宽度一半最大值限定的膜片厚度是13.8mm。从D32线的膜片角度和膜片厚度是大约22到23度和26mm。 [3624] 再一次，从D32线的膜片厚度判定的准确度可能减小，因为轮廓需要脱离测量数据扩大。从D32线的膜片厚度判定可能是无效的，因为可能没有许多液滴远离膜片中心。 [3625] 如之前指出的，测试了其他喷嘴设计的实施例。图179A-179C显示测试实施例3喷嘴设计的试验设置。图179D-E绘制了图179A-C的实施例3喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态。下面的表格显示实施例3喷嘴的性能特征。 [3626] [3627] 图179F建模结果，显示了从喷嘴实施例3的喷雾的速度幅度的分布。 [3628] 图180A-180C显示测试实施例4喷嘴设计的试验设置。图180D-E绘制了图180A-C的实施例4喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态。下面的表格显示实施例4喷嘴的性能特征。 [3629] [3630] 图182A-182C显示测试实施例5旋涡喷嘴设计的试验设置。图183A-B绘制了图182A-C的喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态。下面的表格显示实施例5喷嘴的性能特征。 [3631] [3632] [3633] 图184A-184C显示测试实施例6旋涡喷嘴设计的试验设置。图185A-B绘制了图184A-C的喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态。下面的表格显示实施例6喷嘴的性能特征。 [3634] [3635] 图186A-186C显示测试实施例7旋涡喷嘴设计的试验设置。图187绘制了图186A-C的喷嘴设计的试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态。下面的表格显示实施例7喷嘴的性能特征。 [3636] [3637] [3638] 图188A-188C显示测试实施例8旋涡喷嘴设计的试验设置。在实施例8的性能评估中，流速与压力相关，其利用秒表和刻度量筒通过积累的体积测量。结果为：压力=102psig，流速=28.36ml/s；压力=200psig，流速=42.33ml/s。 [3639] 图189A绘制了图188A-C的喷嘴设计的高压试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态。图189B绘制了图188A-C的喷嘴设计的低压试验的沿着z轴（根据膜片厚度）的液滴尺寸分布状态。下面的表格显示实施例8喷嘴的性能特征。 [3640] [3641] 下列表格列出了测试过的旋涡喷嘴的实施例的性能特征（"#"= 喷嘴实施例）。 [3642] [3643] [3644] ＊实施例1在180psig（89.2ml/s）和132.5psig（ml/s）下测量。 [3645] 不同的实施例1-8的通过旋涡喷嘴设计显示的性能在一些方面是不同的。例如，在实施例2喷嘴设计中，从液滴数量和D32线确定的膜片宽度和膜片角度是稍微不同的。在实施例1设计中，液滴数量和D32线几乎是重合的。 [3646] 图190A-C描述了对于实施例7和8喷嘴设计的液滴特性（D32，数量和Q）对比膜片角度的三种测量方式。 [3647] 根据本发明的具体实施例的旋涡喷嘴可以与图100A-J的喷嘴设计在一些方面不同。例如，旋涡喷嘴设计可以利用大体上比非旋涡喷嘴的大的最小尺寸。例如，在图100A-J的喷嘴设计中的狭窄间隙是25um，而在旋涡喷嘴设计中的狭窄间隙可以是极大尺寸的级别。 [3648] 根据本发明实施例的旋涡喷嘴设计的这样的尺寸可以提供许多潜在的优点。一个这样潜在的优点是更可靠地操作，喷嘴较宽的尺寸使得它对溶于液体中的材料的堵塞不那么敏感。此外，因为最小的几何尺寸是相对较大的，制造不容易受加工公差的影响。 [3649] 通过本发明的一些实施例提供的其他的潜在的优点是产生了较短的分解长度，这在缸盖的有限的空间内是有价值的。一些实施例的另外的潜在的优点是防止越过液体膜片之后的空气循环。 [3650] 由本发明的实施例提供的另外的潜在的优点是产生的锥体角的较大的规模（大约160度）。这比传统的旋涡喷嘴（直到/大约100度）的更大。 [3651] 对于非旋涡喷嘴的例子，锥体角可以通过加工能力确定/限制。对于传统旋涡喷嘴的例子，锥体角主要取决于喷出的切向速度与喷出的轴向速度的比率。在一些实体中，表面张力可以减小锥体角。 [3652] 较大的最小尺寸可以为旋涡喷嘴设计得到，这部分地因为利用角动量而不是大压差提高了流速。特别地，当流体通过螺旋状的通道朝向由偏转颈部限定的中心轴移动，流体的径向距离变得更小。角动量守恒反过来指令角速度随着径向距离的减小而增大。 [3653] 在旋涡喷嘴设计中一些相对尺寸可以控制以实现预期性能特征。例如，图148D显示了旋涡喷嘴速度提高部分的扩大的横截面。 [3654] 如图148D所示，螺旋流通道的面积A"小于面积A，面积A限定在旋涡插入物和本体腔之间的入口速度提高区域。该面积差额不会导致实质上的气穴，因为与图100A-J的喷嘴设计相比，面积A''和和A两者较大，而速度幅度较小。因为在速度提高区域流量旋涡多次，面积A设置得较大以减小摩擦损失。 [3655] 图148D还显示了，速度提高区域的出口面积A'也小于速度提高区域的入口面积A。这增加了径向速度的幅度，使得流动更加呈流线型，因为速度的径向和切向分量具有相同级别的大小。 [3656] 如上所述，本发明的实施例不限于利用液态水执行热交换。在替换的实施例中，也可以使用其他的材料。 [3657] 例如，对于替换的热交换材料而已，一个可行的期望性质是冰点的大小低于水。通过允许热交换材料在较低的温度下保持为液态，实施例将允许与气体的热交换扩大到更宽泛的温度范围内。 [3658] 这样的液体的一个候选物是丙烯乙二醇/水混合物。多种这样的混合物的冰点在下面的表格中给出： [3659] [3660] [3661] 图191A-191C显示了在200psig下用于试验实施例8旋涡喷嘴设计的实验设置的一种液体，包括以下的一种：水，5%（重量）丙烯/水混合物，10%（重量）丙烯/水混合物，20%（重量）丙烯/水混合物，或40%（重量）丙烯/水混合物。 [3662] 下面的表格显示了用于喷出不同的液体的实施例8喷嘴的性能特征： [3663] WAT= 自来水（@200psig） [3664] WAT3= 循环自来水（@200psig） [3665] WAT3-1= 循环自来水（@100psig） [3666] WAT3-3= 循环自来水（@300psig） [3667] P05=5%丙二醇/95%水重量（@200磅/平方英寸） [3668] P10=10%丙二醇/90%水重量（@200磅/平方英寸） [3669] P20=20%丙二醇/80%水重量（@200磅/平方英寸） [3670] P20-1=20%丙二醇/80%水重量（@100磅/平方英寸） [3671] P20-3=20%丙二醇/80%水重量（@300psig） [3672] P40=40%丙二醇/60%水重量（@200磅/平方英寸） [3673] P20T05=20%丙二醇/5%氚X(TritonX)/75%水重量（@200磅/平方英寸） [3674] [3675] [3676] 图192A-C绘制了各种不同的聚丙二醇液体的液滴尺寸分布状态的三种测量值。图193A-C绘制了水在不同的压力下的试验的沿着z轴（根据膜片角度的）液滴尺寸分布状态。图194A-C绘制了不同的液体在不同的压力下的试验的沿着z轴（根据膜片角度的）液滴尺寸分布状态。图195A-B绘制了包括表面活性剂（TRITONX100）的液体的液滴尺寸。 [3677] 图200绘制了对于不同的液体的喷嘴流速对比压力。该结果与图192B中的影相术结果大体上相符。 [3678] 如上所述的旋涡喷嘴设计的喷雾性能，可以与不带有分开的偏转板元件的旋涡喷嘴相比较。下列的图201A-LB描述了这样的实施例。特别地，不带有偏转板的实施例显示的尺寸规模在下面概述，其中在前表面上的之前设计来接受偏转板杆的区域，是实心的和平面的： [3679] D1=1.97mm，d4=12.7mm， [3680] A1=15°；A2=30°；L6=4.57mm，A7=9.1e-7m2； [3681] 螺距=20mm/螺旋=4 [3682] 图201A显示了测试该喷嘴的试验装置的简化视图。在该结构在95psig下的从秒表和刻度量筒测量的容积流率是0.454加仑/分钟，28.62（ml/s）。下面的表格总结该结果。 [3683] [3684] 下面的表格表示了对于不同的试验的测试条件： [3685] [3686] 图201B-C分别显示了不在同一时间拍摄的两个瞬时阴影图像的整体流动构造。红线表示分解长度0.74"（平均值0.69"和0.78"）。喷雾是具有72.7度的锥体角的圆锥体。图201B显示了喷雾结构，包括径直的圆锥体边缘，而图201C显示了喷雾结构，包括波动的圆锥体边缘。 [3687] 下面的表格显示从试验1和2的具有300瞬时速度场的平均速度。 [3688] [3689] 图201D显示从试验1和试验2的平均速度矢量。图201E显示从试验1和试验2的100PSIG的均方根速度矢量。 [3690] 图201FA-201FD显示沿着试验1的几条线的速度幅度分布。特别地，图201FA显示这些线的定义。图201FB显示随着x=-5mm到x=-8mm的平均值的速度幅度，水平轴表现在图19XFA中的"y"值。图201FC显示随着x=10mm到x=15mm的平均值的速度幅度，水平轴表现在图201FA中的"y"值。图201FD描述了沿着通过两个点（x，y）的线的速度幅度，[mm]：（-3，0）和（-33，-25），其中水平轴是在图201FA中的"x"值，其中底部线是均方根速度，顶部线是平均速度。 [3691] 在多个试验中的液滴尺寸的分析如下。液滴尺寸分析仅仅从在试验1的FOV的1/4实施。图201GA显示带有识别的液滴的一个瞬时图像。蓝色圆圈/点显示识别的液滴。 其余的液滴或者太小以至于不能识别或者模糊，这可能影响液滴尺寸统计的精确性。然而，这些统计包括提供大液滴分布的概念。特别地，图201GB显示液滴尺寸的直方图，随后的表格显示液滴尺寸的统计。 [3692]液滴的数目 35681 D10(μm) 140.9 D32(μm) 225.9 DV10(μm) 124.2 DV50(μm) 257.8 DV90(μm) 498.5 RMS(μm) 67.3 [3693] 图201HA显示从试验2的带有识别的液滴的一个瞬时图像。注意小的液滴没有识别，但是液滴尺寸统计包括提供大液滴分布的概念。图201HB显示了液滴尺寸的直方图。下面的表格显示液滴尺寸的统计。 [3694]液滴的数目 191420 D10(μm) 145.1 D32(μm) 229.1 DV10(μm) 127.6 DV50(μm) 252.2 DV90(μm) 498.7 RMS(μm) 66.7 [3695] 试验6-12受在成像窗口上的雾的影响。因此，因此不包括这些试验的结果。 [3696] 图201IA-KB显示了试验3-5的液滴尺寸的具有识别的液滴的瞬时图像，以其它们相应的直方图。下面的表格提供了这些试验的统计结果。 [3697] [3698] [3699] 1.液体雾化喷嘴，该液体雾化喷嘴包括： [3700] 第一工件，该第一工件构造为将角动量提供给水流；和 [3701] 第二工件，该第二工件具有平坦的表面，该表面构造为偏转包括角动量的水流。 [3702] 2．根据权利要求1的液体雾化喷嘴，其中第一工件包括与螺旋状的通道流体连通的入口。 [3703] 3．根据权利要求2的液体雾化喷嘴，其中入口还包括与螺旋状的通道流体连通凹穴。 [3704] 4．根据权利要求3的液体雾化喷嘴，其中凹穴展示的轮廓与球体的一部分相当。 [3705] 5．根据权利要求2的液体雾化喷嘴，其中第一工件放置在第三工件的腔内，螺旋状的通道限定在第一工件的侧面的凹穴和腔的第一壁区域之间。 [3706] 6．根据权利要求5的液体雾化喷嘴，其中： [3707] 螺旋状的通道与出口流体连通；和 [3708] 腔的第二壁区域，其限定速度增强部分，该速度增强部分的入口横截面积比出口的横截面积大。 [3709] 7．根据权利要求6的液体雾化喷嘴，其中出口包括环形。 [3710] 8．根据权利要求2的液体雾化喷嘴，其中第二工件包括颈部，该颈部通过在第一工件中的孔插入。 [3711] 9．根据权利要求8的液体雾化喷嘴，其中在螺旋状的通道和环形之间的减小的径向距离导致液流的角速度分量增大。 [3712] 10．根据权利要求8的液体雾化喷嘴，其中增大的角速度分量使得液流呈流线型围绕颈部旋涡并通过出口流出。 [3713] 11．根据权利要求8的液体雾化喷嘴，其中第一和第二工件螺纹啮合。 [3714] 12．一种喷出液体的方法，该方法包括： [3715] 将角动量提供给液流；和 [3716] 通过在一表面上冲击，偏转包括角动量的液流。 [3717] 13．根据权利要求12的方法，其中角动量通过促使液流移动通过螺旋状的通道提供。 [3718] 14．根据权利要求12的方法，还包括在偏转之前增大液流的角速度分量。 [3719] 15．根据权利要求14的方法，其中增大的切向速度分量使得液流呈流线型围绕支撑表面的颈部旋涡。 [3720] 16．根据权利要求14的方法，其中促使液流移动通过具有狭窄的横截面积的通道。 [3721] 17．根据权利要求16的方法，其中狭窄的横截面积限定在腔的壁和在腔内的插入物之间。 [3722] 18．根据权利要求16的方法，其中通道的入口具有的横截面积大于通道的出口的横截面积。 [3723] 根据一些实施例，存在于注入到缸中的液流（无论是否通过旋涡喷嘴）的能量可以产生动力以减少涉及气流的能量损耗。例如，图196显示了根据本发明的缸19600的实施例，缸处于进气阶段。 [3724] 特别地，通过管路19602的液流由喷嘴19604以高速喷入缸中。通过喷出的液体的力，气体移动，反过来在喷嘴附近产生低压区域19606。 [3725] 图196显示气流阀19608在带有喷嘴的缸盖中的位置。通过将气流阀19608接近由注入的液体产生的低压区域19606，利用减少的能量消耗促使进气进入到缸内，从而提高系统的效率。 [3726] 如之前所述，根据本发明系统的实施例可以安置气体的电能来源。这样的其他的电能来源的例子包括但不限于光电电池、燃料电池和电池（包括车辆电池，例如插入式的混合动力车辆电池）。 [3727] 本发明的实施例可以应用适当电源调节，与产生电能一同使用。这样的电源调节电子仪器的例子包括但不限于变频机（VFDs），电容器组和无功功率补偿器。 [3728] 图197显示了本发明的系统19700的一个实施例，包括扩展器19701和发电器19703，其构造为与以VFD19702形式的电源调节电子仪器相互作用。特别地，终端用户 19704和系统19700通过VFD19702与计量器19706连通。 [3729] 众所周知，VFD可以包括第一部分，其中进入3相AC是校正为高直流电压（直流总线），和第二部分，其中直流电压以可变的频率和功率转换为3相AC。在后者的过程中，3相AC被用于电动机/发电机。如果电动机驱动负载，其从DC总线抽取其功率。如果电动机作为发电机驱动，其将功率返回给直流总线。 [3730] VFD的存在可以作用为改进计量器之后的功率因素。此外，该高功率因素电力通过VFD提供，可以通过计量器（例如在分配发电应用中）回流一改善网络本身的稳定性。 [3731] 在一些实施例中，VFD可以包括活动的前端过滤器元件。这样活动的前端过滤器元件可以作用为进一步地提高计量器之后的电能的品质，以及任何通过计量器回流到网络的电能。特别地，前端过滤器元件可以减少与通过系统和通过终端用户的功率消耗关联的谐波。 [3732] 在一些实施例中，本发明的VFD可以包括再生的功率组分。这样带有再生能力的VFD还包括再生单元，其可以从直流总线获取功率并将其在工业频率转换为3相AC，并且将其返回到网络。这使得VFD是再生的驱动。 [3733] 因为系统可以将能量从网络转换为在电动机/发电机中的机械功率，并且后者转换的机械功率返回到网络上的交流电源，如果机械系统具有一些固有存储器例如飞轮，它具有这样的能力，即作为能量存储系统。另外，还可以有一些能量存储在直流总线上（例如电容器或电池）。 [3734] 因为该系统插入在网络和电力负载之间，其隔离任何通过负载（通常为电动机）产生的对网络的谐波。然而，它可以产生其自己的谐波，但是这通常在高频下并且相当容易滤除。 [3735] 除了改善电力品质之外，这样的实施例应用再生的VFD可以提供额外的提高效率的优点。例如，终端用户和/或能量系统可以具有一个或多个应用，其中能量需求是循环的。在这样应用中，功率可以在一半的循环中从网络消耗几秒/分钟，具有额外的能量，存在于以动力的或惯性的能量形式的其余的循环过程中。 [3736] 按照惯例，该额外的能量是浪费的，从而降低了效率。然而，根据本发明的实施例，可以配备再生的VFD以存储能量（动力/惯量），并且将其送回以减少需求成本，胜于仅仅降低消耗成本。根据本发明系统的实施例可以设计为与该循环的电力需求匹配，以减少总能量消耗和需求。 [3737] 如上所述，将根据本发明的系统与电源调节电子仪器（例如VFD）一同使用，提供了以提高电力品质形式的潜在的优点。例如，大部分终端用户设施消耗电力，促使低功率因素和高谐波，这导致附加的热量和由此带来的共用供给设备的大尺寸设计。另外，与根据本发明系统的开始和停止操作关联的周期，可以与稳定性不好、电力品质较低的发电设备关联。 [3738] 放置电源调节电子仪器例如VFD与本发明的系统，可以处理这两者的输出，并且导致通过终端用户消费的带有接近的单位功率因数和低谐波的高品质电力。这样的高品质电力对于安置在终端用户内的多种应用的有效操作是必需的。 [3739] 此外，通过VFD提供的高品质电力从网络稳定性的观点出发是合乎需要的。在分配发电（DG）应用中，高品质电力可以通过计量器反馈给网络，有助于网络的稳定性。在其他的应用中，利用具有根据本发明系统的VFD可以有助于稳定其他的网络层，例如通过将高品质电力通过母线提供给发电层，或通过变压器将高品质电力提供给传输层或分配层。 [3740] 尽管在图197中显示的具体的实施例显示了系统和电源调节电子仪器放置在计量器之后，但是这并不是本发明要求的。根据可替换的实施例，系统和相关的功率调节设备可以放置在其他的网络位置，这保持在本发明的范围之内。 [3741] 这样的一个例子是，其中系统安置在配电所的变压器之后。这样的实施例可以有利地对已经存在于变电所的电源调节电子仪器（例如电容器组）起到杠杆作用。此外，系统的这样的实施例可以在非常短的通告时间内提供电力给网络，通过存储在电容器组中的可快速获得的电力。 [3742] 根据本发明的一些实施例可以提倡多个系统并联连接，以满足负载需求（从千瓦到兆瓦）。这样的实施例可以提倡按要求的单个接通和关闭的单元。 [3743] 然而，不同于遭受分开的VFD对于各个单元的消耗，本发明的实施例可以应用切换机构以允许VFD资源的最大程度的利用。这是图198中显示的实施例，其中多个系统19800a-c放置在电力网的接口19802（计量器、母线或变压器）之后。 [3744] 每个系统可选择性地与接口直接连通，或者可选择性地通过VFD19803、通过切换器19804与接口连通。因为各个系统连续地调用，其开始通过VFD提供电力给接口以提高电力品质。在达到高品质电力的稳定输出的情况下，切换器配置为规定路线，其直接提供电力给接口，从而解放了VFD，以接收其他活动单元的输出。当负载下降时，出现逆过程，当它们低于稳态输出的标准时，切换器继续地规定通过VFD的单元的输出的路线。 [3745] 尽管上面的描述集中在利用VFD以用于电源调节，但是本发明并不限制于这样的方式。可替换的实施例可以应用其他的方式进行电源调节而不要求VFD，这仍然保持在本发明的范围内。例如一些实施例可以利用能量存储/恢复/转换系统本身的特征，以完成电源调节。 [3746] 图199显示一个这样的实施例，包括系统19900，其放置在计量器19902之后带有终端用户19903。图199显示存在于系统19900和终端用户19903之间的多个连接19904，19906。这些连接可以是流体的、机械的和/或热的，这实际上在之前已经描述过了。 [3747] 图199还显示以三相布线系统的形式在终端用户、系统和计量器之间的电连接。众所周知，在该连接的各根线19910a，19910b，19910c构造为以相对于另一根线相差120度的相位差传输电力信号。其中负载均匀地分布在线（通过三个具有相同大小的信号反射）之间，该负载可认为是"均衡的"。 [3748] 然而，通过终端用户消耗的方式可能导致负载失衡。例如，这可能归因于在终端用户操作单个负载电动机。保持负载平衡变得更具有挑战性，因为通过终端用户例如办公楼或工厂的应用支配的多样性。 [3749] 在一些应用中，根据本发明实施例的能量系统放置在计量器之后以单独地提供电力给终端用户。在一些这样的实施例中，能量系统可以预期产生相应的负载以匹配终端用户的消耗。 [3750] 然而，在一些应用中，根据本发明实施例的能量系统可以设置为供给终端用户和通过接口将电力返回到供电网络。在此情况下，计量器"预期"关注平衡载荷，因为如果脱离此平衡状态将降低整个网络的电力品质。该影响变得更加重要，其中电力从计量器之后返回到网络（在分配发电的情况下）。 [3751] 这样根据本发明的实施例，在计量器之后的负载可以通过能量存储/恢复/转换系统的作用再平衡。例如，负载可以从能量源头获得能量，能量源头为系统的一个或多个功能提供能量，包括但不限于水加热、压缩，和/或液泵。 [3752] 1.一种系统，该系统包括： [3753] 与供电网的接口； [3754] 系统包括气体膨胀缸，缸具有配置在其中的活塞，和液体引入元件，活塞与发电机物理连通；和 [3755] 电源调节电子仪器与接口和发电机连通。 [3756] 2．根据权利要求1的系统，其中电源调节电子仪器包括变频机（VFD）。 [3757] 3．根据权利要求2的系统，其中VFD包括再生的元件。 [3758] 4．根据权利要求2的系统，其中VFD包括活动的前端过滤器。 [3759] 5．根据权利要求2的系统，其中接口包括计量器。 [3760] 6．根据权利要求1的系统，其中电源调节电子仪器包括变频机电容器组。 [3761] 7．根据权利要求6的系统，其中接口包括分配子系统的变压器。 [3762] 8．根据权利要求1的系统，其中电源调节电子仪器包括无功功率补偿器。 [3763] 9．根据权利要求1的系统，其中活塞通过曲轴与发电机物理连通。 [3764] 10．根据权利要求1的系统，其中活塞通过液压连接与发电机物理连通。 [3765] 11．根据权利要求1的系统，还包括切换器，该切换器有选择地允许在发电机和电源调节电子仪器之间的连通，或者在发电机和接口之间的直接的连通。 [3766] 1．一种方法，该方法包括： [3767] 允许气体在缸内膨胀，以喷出液体的形式移动配置在缸内的活塞； [3768] 促使移动的活塞通过物理连接驱动发电机；和 [3769] 通过电源调节电子仪器使发电机的输出流到连接供电网的接口。 [3770] 2．根据权利要求1的方法，其中电源调节电子仪器包括变频机（VFD），该变频机构造为改善功率因数。 [3771] 3．根据权利要求2的方法，其中VFD包括活动的前端，该活动的前端构造为减少谐波。 [3772] 4．根据权利要求2的方法，其中VFD包括再生的元件，该再生的元件构造为减少由于循环输出的能力损耗。 [3773] 5．根据权利要求1的方法，其中电源调节电子仪器包括电容器组。 [3774] 6．根据权利要求5的方法，其中电容器组构造为改善配电所的电力品质。 [3775] 7．根据权利要求1的方法，其中电源调节电子仪器包括无功功率补偿器。 [3776] 8．根据权利要求1的方法，其中移动的活塞通过曲轴驱动发电机。 [3777] 9．根据权利要求1的方法，其中移动的活塞通过液压连接驱动发电机。 [3778] 10．根据权利要求1的方法，其中输出有选择地从发电机通过切换器流到电源调节电子仪器。 [3779] 尽管本发明的一些实施例已经集中在应用往复活塞的设备以从压缩气体接收或通过压缩气体传输能量，但是本发明并不限于这样的或者任何具体的结构。替换的实施例可以应用为此目的的其他类型的可动的结构，包括但不限于螺纹传动、涡轮、准涡轮、多叶片吹气机、内齿轮油泵、叶片压缩机和离心/轴向压缩机。 [3780] 如在整个本专利申请中描述的，本发明的实施例可以引入液体（例如通过起泡或喷出）以压缩或膨胀气体。然而，在从大气吸取空气的开放式系统中，在压缩和排空到大气的膨胀过程中，当饱和空气排出时，引入的液体可以逐渐地留下。 [3781] 根据本发明的一些实施例，如果引入的液体是水，液体可以通过冷凝从大气再填充。本发明的一些实施例因此可以包括一个或多个放置在系统内的多个位置上凝聚元件。通常，凝聚将在多级系统中的最低压力级产生，因为水在大气压力下是凝聚的。 [3782] 图14002显示这样的系统14000的实施例，其构造为从大气收集水。该系统在这样的情况下操作，导致在扩展器14002内的膨胀过程中一些delta-T。虽然系统可以以较低的效率操作，其中该delta-T较大（因此，在膨胀过程中喷水的冷却超过通常的情况），减少的效率可以通过如下所述的产生附加的液体的需求弥补。 [3783] 如之前的描述，通过膨胀冷却的水分离、收集和按照规定路线到冷凝器14004。该冷凝器将流动的液体暴露到大气，大气作为热源以加热水。冷水流过冷凝旋管14006，其促使大气水蒸汽在旋管上凝缩，并且滴下到收集器14008中。 [3784] 通过冷凝器收集的水因此可以通过阀14010加入到保持水的存储器14012，水通过喷出或起泡引入，直到存储器填充到期望的水平。这可能只需要周期性地完成。 [3785] 尽管在图140中显示的具体的实施例使得冷却的液体流过冷凝器，但这并不是本发明要求的。根据替换的实施例，通过膨胀冷却的气体可以流过冷凝器，替代（或除开）回收冷却的水，以导致水从大气凝结。 [3786] 尽管在图140中所示的具体的实施例显示冷凝器作为用于液体的单独的热交换器，但是这不是要求的。根据本发明的可替换的实施例，可以包括附加的热交换器结构，其对于该功能是最优化的，不同于通过从大气凝聚液态水的生成。 [3787] 此外，尽管图140的具体的实施例显示的冷凝器作为一个元件，分离气和液的气-液分离器，但是本发明也不限于这样的结构。根据可替换的实施例，气-液分离器可以本身作为一个冷凝器，利用流入的水气混合物驱动凝聚。 [3788] 尽管上面的描述集中在从气体膨胀导致的凝聚上，本发明不限于这样的方式。根据可替换的实施例，凝聚可以通过其他的机构完成，包括但不限于等温气体压缩，或使气流与吸湿性材料接触。 [3789] 本发明的实施例可以允许系统定位在缺乏充足的水供给的位置，例如沙漠或其他的干旱地区。随后，通过气-液分离器恢复液体将允许液体供给以保藏。回收的液体传递到在系统中的不同的位置，可以主动地完成（例如通过泵送），和/或通过系统的固定的操作（例如通过在压缩和膨胀之间的操作模式的转换）。 [3790] 此外，利用凝聚作为源头以注入液体不限于利用固体活塞或机械连接的系统。通过凝聚的液体发电可以适合于其他类型的引入液体的压缩气体能量存储技术。 [3791] 1．一种系统，该系统包括： [3792] 腔，腔具有配置在其中的元件，该元件可响应在腔内的气体膨胀活动； [3793] 构件，该构件用于灌注液体到气体，气体在腔内膨胀；和 [3794] 冷凝器，该冷凝器与腔的出口流体连通，与大气热连通以基于温差从大气连接凝缩液态水，冷凝器与构件液体连通。 [3795] 2．根据权利要求1的系统，其中元件包括活塞，系统还包括连接，该连接构造为将往复的活塞运动转换为轴转矩。 [3796] 3．根据权利要求2的系统，其中连接包括曲轴。 [3797] 4．根据权利要求1的系统，其中冷凝器包括气-液分离器。 [3798] 5．根据权利要求1的系统，其中冷凝器通过气-液分离器与出口流体连通。 [3799] 6．根据权利要求5的系统，其中冷凝器与气-液分离器液体连通。 [3800] 7．根据权利要求1的系统，其中构件包括喷出器或鼓泡器。 [3801] 1．一种系统，该系统包括： [3802] 主机，该主机包括与供电网电和能量存储设备电连通的处理器，主机还包括与处理器电连通的电脑可读取存储介质，并具有在其上存储的代码，代码构造为促使处理器： [3803] 接收输入，输入涉及在供电网的负载方面的预计的变化，或对供电网可获得的发电能力方面的变化， [3804] 根据控制算法处理输入， [3805] 传递第一信号，该第一信号或者自动地促使能量存储设备操作以输出电能，或者建议操作员指令能量存储设备操作以输出电能，和 [3806] 传递第二信号，该第二信号或者自动地促使供电网的发电资产斜升，或者建议操作员指令供电网的发电资产的斜升。 [3807] 2．根据权利要求1的系统，其中输入从以下情况选出，在供电网的可再生的发电资产的风能或太阳能方面的预计的变化、表现出改变的负载的环境温度变化，或者供电网的天气干扰预计的破坏。 [3808] 3．根据权利要求1的系统，其中计算机可读取存储介质还包括存储在其上的代码，以促使处理器传达第三信号，该第三信号或者自动地停止能量储存设备的运行，或者建议操作员指令能量存储设备的操作停止，响应第四信号指令停止发电资产的斜升的完成。 [3809] 4．根据权利要求1的系统，其中计算机可读取存储介质还包括存储在其上的代码，以传达第三信号，该第三信号或者自动地促使能量存储设备的再填充，或者建议操作员指令能量存储设备的再填充。 [3810] 5．根据权利要求1的系统，其中能量存储设备构造为输出电能到供电网。 [3811] 6．根据权利要求5的系统，其中能量存储设备构造为输出电能到供电网的传输层。 [3812] 7．根据权利要求5的系统，其中能量存储设备构造为输出电能到供电网的分配层。 [3813] 8．根据权利要求1的系统，其中能量存储设备构造为以电的形式存储能量。 [3814] 9．根据权利要求1的系统，其中能量存储设备构造为从压缩气体的膨胀产生电能。 [3815] 10．根据权利要求9的系统，其中能量存储设备构造为从发电机产生电能，发电机与通过压缩气体的膨胀驱动的机械连接连通。 [3816] 11．根据权利要求10的系统，其中机械连接包括曲轴。 [3817] 12．根据权利要求10的系统，其中压缩气体的扩充在液体存在的情况发生。 [3818] 13．根据权利要求12的系统，其中液体通过旋转运动喷出，其后是在偏转表面上的冲击。 [3819] 14．根据权利要求1的系统，其中输入从供电网开始。 [3820] 15．根据权利要求14的系统，其中输入包括响应命令的需求。 [3821] 16．根据权利要求1的系统，其中能量存储设备构造为将电能直接输出到安置在供电网的计量器之后消费者。 [3822] 17．根据权利要求16的系统，其中输入显示消费者从供电网的消耗接近或超过历史峰值。 [3823] 18．根据权利要求17的系统，其中输入从供电网开始。 [3824] 19．根据权利要求18的系统，其中输入从计量器开始。 |
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