專利名稱：通過氣體的快速等溫膨脹和壓縮來儲(chǔ)存和再生能量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用壓縮氣體儲(chǔ)存和再生電能的系統(tǒng)和方法，尤其涉及通過氣體的快速等溫膨脹和壓縮提高該系統(tǒng)和方法的效率的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著世界對(duì)電能需求的增加，現(xiàn)有的電網(wǎng)負(fù)荷已經(jīng)超過了其連續(xù)地滿足這一需求的能力。在美國(guó)的某些地區(qū)，由于不能滿足峰值需求，已經(jīng)導(dǎo)致了由于系統(tǒng)過載造成的不受歡迎的限制用電和電力中斷，以及非重要用戶故意的"輪流燈火管制(rolling blackouts)“，以便應(yīng)對(duì)過度需求。多數(shù)時(shí)候，高峰需電量出現(xiàn)在白天(和在某些季節(jié)，例如夏天)，此時(shí)，工商業(yè)使用大量電力以運(yùn)行設(shè)備、加熱器、空調(diào)、照明等等。因此，在夜間對(duì)電力的需要常常顯著地降低，并且大多數(shù)地區(qū)的現(xiàn)有電網(wǎng)通?？珊翢o問題地處理這一負(fù)荷。為了應(yīng)對(duì)高峰需電量時(shí)電力缺乏，用戶被要求在可能的情況下儲(chǔ)存電力。電力公司常常使用可快速布置的燃?xì)廨啓C(jī)來補(bǔ)充生產(chǎn)以滿足要求。然而，這些設(shè)備要燃燒高價(jià)的燃料源，例如天然氣，并且和燃煤系統(tǒng)及其他大型發(fā)電機(jī)相比，具有更高的生產(chǎn)成本。因此， 補(bǔ)充能源會(huì)有經(jīng)濟(jì)上的的劣勢(shì)，并且無論如何只能在發(fā)展中地區(qū)和經(jīng)濟(jì)性上提供部分解決方案。最明顯的解決方案包括建設(shè)新的發(fā)電廠，但是這很昂貴并且?guī)憝h(huán)境的副作用。此外，因?yàn)榇蠖鄶?shù)發(fā)電廠當(dāng)進(jìn)行相對(duì)連續(xù)的生產(chǎn)時(shí)才有高效率，在峰值和非峰值之間的需電量的差別常常導(dǎo)致在非峰荷期運(yùn)行浪費(fèi)，例如在戶外地區(qū)的過度照明，因?yàn)殡娏κ且苑欠搴傻妮^低的價(jià)格出售的。因此，有必要以這樣的方式應(yīng)對(duì)電力需求的波動(dòng)，不需要建設(shè)新的電廠，并可在尖峰需電量的期間提供超額容量，來在發(fā)電設(shè)備上運(yùn)行，或者在小規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)在電氣用戶的設(shè)備上運(yùn)行(當(dāng)電力網(wǎng)過載時(shí)，允許用戶在尖峰需電量期間給自身提供附加電力)。
對(duì)輸送所發(fā)的電力的均衡能力極度期望的另一個(gè)情形出現(xiàn)在具有間斷發(fā)電循環(huán)的自給式發(fā)電系統(tǒng)中。一個(gè)實(shí)施例是位于遠(yuǎn)離電力連接處的太陽能電池板陣列。白天該陣列可以較好地發(fā)電幾個(gè)小時(shí)，但是在光線不足或暗淡的其余時(shí)間內(nèi)不能工作。在所有情況下，快速地和應(yīng)需地達(dá)到電力生產(chǎn)的平衡或更高功率的供應(yīng)可以通過本地備用發(fā)電機(jī)來滿足。然而，此類發(fā)電機(jī)通常是昂貴的，并且使用高價(jià)燃料，例如天然氣或柴油，而且由于它們的固有噪聲和輻射對(duì)環(huán)境也有損害。因此，非常希望有這樣一種方法，當(dāng)不需要時(shí)(例如在非峰荷時(shí)間)，允許儲(chǔ)存能源，并且可以快速地把電力輸送回用戶。已經(jīng)獲得多種方法來存儲(chǔ)多余電力，以便稍后的輸送。一種新的方法包括利用被驅(qū)動(dòng)的飛輪，其通過馬達(dá)旋轉(zhuǎn)而抽取多余電力。當(dāng)需要電力時(shí)，飛輪的慣性通過馬達(dá)或另一連接的發(fā)電機(jī)獲取，以將電力輸送回電力網(wǎng)和/或用戶。然而，飛輪設(shè)備的制造和安裝花費(fèi)高昂，并且需要定期進(jìn)行昂貴的保養(yǎng)。另一個(gè)儲(chǔ)存電力的方法是利用電池。然而，許多大型電池使用鉛電極和酸性電解液，并且這些元件對(duì)環(huán)境有危害。電池必須通常成排布設(shè)來存入真正的電力，而且單個(gè)的電池可能壽命相對(duì)較短(通常3-7年)。因此，為維護(hù)電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，大量笨重的、存在風(fēng)險(xiǎn)的電池組必須定期更換，而且這些舊的電池必須再循環(huán)利用，或者恰當(dāng)?shù)靥幚?。電能還可以儲(chǔ)存在超級(jí)容器內(nèi)。電容器通過電流來充電，以便存儲(chǔ)電荷，在需要時(shí)可被快速地輸出。適當(dāng)?shù)墓β收{(diào)節(jié)電路可用來將電力轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)南辔缓皖l率的直流電。 然而，存儲(chǔ)實(shí)際的電力需要大規(guī)模的此類電容器。盡管較之電池，超級(jí)電容器對(duì)環(huán)境更無害和壽命較長(zhǎng)，但其基本上更昂貴，而且由于固有的電介質(zhì)的故障等等，仍然需要周期性置換。另一個(gè)儲(chǔ)存電能用于以后配電的方法是利用大規(guī)模的壓縮空氣的容器。背景如下，在洛桑工業(yè)大學(xué)的Sylvain Lemofouet-Gatsi撰寫發(fā)表(2006年10月20 日)的題為"基于空氣和超級(jí)電容器的混合電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的調(diào)查和優(yōu)化"論文(以下稱〃 Lemofouet-Gatsi 〃)中，章節(jié)2. 2. 1展示并描述了一種稱為壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存 (CAES)系統(tǒng)，其公開的內(nèi)容在此以引用方式被整體結(jié)合。如Lemofouet-Gatsi所述，CAES 的原理得自常態(tài)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)(其中約略66%的生產(chǎn)電力用來壓縮空氣)分離成兩個(gè)獨(dú)立的階段壓縮階段和發(fā)電階段，壓縮階段來自非峰荷期設(shè)備的低成本的電力用來將空氣壓縮進(jìn)入地下鹽洞內(nèi)，發(fā)電階段是在高峰需電量期間，來自儲(chǔ)存在洞窟中的預(yù)壓縮空氣通過加熱同流換熱器被預(yù)熱，然后與油或氣體混合，并燃燒供給多級(jí)的膨脹渦輪來生產(chǎn)電力。壓縮循環(huán)從燃燒循環(huán)的功能分離允許CAES工廠用同樣數(shù)量的燃料相比簡(jiǎn)單循環(huán)的天然氣發(fā)電廠多產(chǎn)生三倍電力。Lemofouet-Gatsi還公開了，“ CAES具有下列優(yōu)點(diǎn)，無需大型昂貴的安裝，并可用于長(zhǎng)時(shí)間(一年以上)儲(chǔ)存能量。它還具有快速起動(dòng)時(shí)間(9至12分鐘)，這使其適于電力網(wǎng)運(yùn)行，并且溫室氣體的排放比通常的燃?xì)獍l(fā)電廠的排放更低，這是由于降低了燃料消耗。CAES的主要缺點(diǎn)可能是依賴于地質(zhì)構(gòu)造，這實(shí)質(zhì)上限制了這一存儲(chǔ)方法的應(yīng)用。此外， CAES發(fā)電廠不是零排放的，因?yàn)轭A(yù)壓縮空氣在膨脹前是通過化石燃料燃燒器加熱的。而且， [CAES工廠]就其效率而論，是受限制的，由于壓縮熱通過內(nèi)部冷卻劑的損失必須通過燃料燃燒膨脹期間得到補(bǔ)償。傳統(tǒng)的CAES仍然依靠化石燃料的消耗，這一事實(shí)使得評(píng)估它的電力來回轉(zhuǎn)換過程的效率，以及與傳統(tǒng)的免燃料存儲(chǔ)技術(shù)作比較都很困難?！?br> 在以上描述的壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存方法中提出了許多變化，其中一些試圖利用電力而非燃料來加熱膨脹空氣。其它的使用與熱交換的儲(chǔ)熱器來盡可能地提取和再生同樣多的熱能，由此希望提高效率。還有些方法使用壓縮氣體驅(qū)動(dòng)的活塞馬達(dá)，馬達(dá)既用作壓縮機(jī)， 又用作發(fā)電機(jī)，在循環(huán)的兩端驅(qū)動(dòng)。通常，由于在高壓下，圍繞密封部位有滲漏趨勢(shì)，高壓氣體用于馬達(dá)工質(zhì)的使用會(huì)面臨很多挑戰(zhàn)，而且在急劇膨脹時(shí)，還會(huì)面臨熱量損耗。而熱交換解決方案可以處理其中的一些問題，效率仍然要根據(jù)加熱壓縮氣體的需要是否優(yōu)先于從高壓膨脹到大氣壓下來折衷。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到氣體儲(chǔ)存能量的高效介質(zhì)。液體是不可壓縮的，并高效地流過葉輪或其它運(yùn)動(dòng)部件，以轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)組。一種使用壓縮氣體來儲(chǔ)存能量的能量?jī)?chǔ)存方法一但是其使用如液壓液之類的液體而非壓縮氣體來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)一是所謂的封閉大氣液壓氣壓系統(tǒng) (closed-air hydraulic-pneumatic system)。這樣的系統(tǒng)采用一個(gè)或多個(gè)具有壓縮氣體充填的高壓儲(chǔ)罐(蓄能器)，高壓儲(chǔ)罐被活動(dòng)的壁板或柔性囊膜與充填的液壓液分隔開。液壓液與雙向葉輪(或其它液壓馬達(dá)/泵)相連，后者自身與組合電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)相連。葉輪的另一側(cè)與液壓液的低壓容器相連。在儲(chǔ)存階段，電動(dòng)機(jī)和葉輪克服壓縮空氣的壓力推動(dòng)來自低壓的液壓液容器的液壓液進(jìn)入高壓儲(chǔ)罐。由于不可壓縮液體充滿儲(chǔ)罐，它迫使空氣進(jìn)入較小空間，從而壓縮空氣到更高的壓力。在發(fā)電階段期間，流體管路以反方向運(yùn)行， 并且葉輪被在壓縮氣體的壓力下從高壓儲(chǔ)罐溢出的流體推動(dòng)。該封閉大氣方法的優(yōu)勢(shì)在于，由于空氣被密封在箱內(nèi)，決不會(huì)從大氣壓力下壓縮或膨脹至大氣壓力下。美國(guó)專利No. 5，579，640顯示并描述了一個(gè)封閉大氣系統(tǒng)的實(shí)施例， 其中披露的內(nèi)容由此通過引用被完整地結(jié)合在此。封閉大氣系統(tǒng)趨于較低的能量密度。也就是說，可能壓縮的量由儲(chǔ)罐空間的尺寸限制。此外，因?yàn)楫?dāng)流體被移除時(shí)，空氣沒有完全減壓，仍然有系統(tǒng)中不能被處理的另外的能量。為獲得合適的用于大型的能量?jī)?chǔ)存的封閉大氣系統(tǒng)，需要許多大的蓄能器儲(chǔ)罐，這就提高了運(yùn)行該系統(tǒng)的總成本，并且這么做需要更多土地。另一個(gè)混合的液壓氣壓能量?jī)?chǔ)存方法是開放大氣系統(tǒng)。在一示例性的開放大氣系統(tǒng)中，壓縮空氣儲(chǔ)存在大型的獨(dú)立的高壓儲(chǔ)罐(或多個(gè)儲(chǔ)罐)內(nèi)。提供一對(duì)蓄能器，每一個(gè)都有流體側(cè)，其通過一活動(dòng)的活塞壁與氣體側(cè)隔開。一對(duì)(或更多對(duì))的蓄能器的流體側(cè)通過葉輪/發(fā)電機(jī)/馬達(dá)的組合連接在一起。每一蓄能器的氣壓側(cè)與高壓空氣儲(chǔ)罐以及閥驅(qū)動(dòng)的大氣通風(fēng)口相連。在空氣容室側(cè)發(fā)生膨脹的情形下，在一個(gè)蓄能器中的流體被驅(qū)動(dòng)通過葉輪以產(chǎn)生電力，然后流過的流體接著流入第二蓄能器，此時(shí)第二蓄能器的氣壓側(cè)通風(fēng)至大氣，從而使得流體聚集在第二蓄能器。在儲(chǔ)存階段，電能可直接用來經(jīng)由壓縮機(jī)再裝填壓力儲(chǔ)罐，或蓄能器可反向運(yùn)行以給壓力儲(chǔ)罐加壓。美國(guó)專利No. 6，145，311(簡(jiǎn)稱'311 專利)顯示并描述了該開放大氣構(gòu)思的型式，其中披露的內(nèi)容由此通過引用被完整地結(jié)合在此。該開放大氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的劣勢(shì)可包括氣體泄漏、復(fù)雜、費(fèi)用，并且取決于預(yù)定的布置的可能的不適用。另外，還有期望的方案能解決電力需求的波動(dòng)、還有環(huán)境條件以及使用可再生能源。隨著對(duì)可再生能源的需求增加，某些可再生能源的來源(例如，風(fēng)和太陽)的間斷的屬性對(duì)電網(wǎng)是不斷增加的負(fù)擔(dān)。使用能量?jī)?chǔ)存的一個(gè)關(guān)鍵因素在于應(yīng)對(duì)通過可再生能源生產(chǎn)的電力的間斷屬性，更一般地，在于轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的能源至高峰時(shí)的需要。
如上所討論的，采用壓縮空氣的方式儲(chǔ)能具有很長(zhǎng)的歷史。然而，上述將壓縮空氣形式的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能的方法大多數(shù)利用渦輪來使空氣膨脹，這是內(nèi)在地絕熱過程。隨著氣體膨脹，如果沒有熱能輸入(絕熱氣體膨脹)，它會(huì)冷卻下來，在渦輪中的氣體膨脹也是如此。絕熱的氣體膨脹的優(yōu)勢(shì)是可快速發(fā)生，因此導(dǎo)致大量能量在短時(shí)間內(nèi)釋放。然而，如果相對(duì)于熱量流入氣體中所需要花費(fèi)的時(shí)間而言，氣體膨脹緩慢發(fā)生，那么空氣在膨脹時(shí)會(huì)保持相對(duì)固定的溫度。在室溫存儲(chǔ)的高壓氣體(例如3000磅/平方英寸空氣)在等溫膨脹時(shí)，吸收大約二點(diǎn)五倍室溫氣體絕熱膨脹的能量。因此，等溫膨脹氣體具有顯著的能量?jī)?yōu)勢(shì)。根據(jù)先前的運(yùn)行情況，某些壓縮氣體儲(chǔ)能裝置中，氣體從高氣壓的大容量源，例如大型的地下洞穴處發(fā)生膨脹，然后被引入到多階段燃?xì)廨啓C(jī)。因?yàn)樵谶\(yùn)行的每一階段都發(fā)生顯著的膨脹，氣體在每一階段都得到冷卻。為提高效率，氣體與燃料混合，然后點(diǎn)火，將其預(yù)熱到較高的溫度，從而提高動(dòng)力和氣體的最后溫度。然而，燃燒化石燃料(或施加另一能源，例如電加熱)以補(bǔ)償絕熱膨脹的需要實(shí)質(zhì)上排除了其它清潔、免排放儲(chǔ)存能量和恢復(fù)過程的目的。盡管提供引導(dǎo)熱交換的子系統(tǒng)給液壓缸/氣壓缸從技術(shù)上來說是可能的，但是， 例如外夾套對(duì)于汽缸的厚壁不是特別地有效。內(nèi)在化的熱交換子系統(tǒng)容易想象可被直接安裝在汽缸的空氣一側(cè)之內(nèi)；然而，尺寸限制會(huì)降低此類換熱器的效率，而且密封汽缸的任務(wù)，用附加的子系統(tǒng)安裝在其內(nèi)，就顯得很重要了，利用傳統(tǒng)的市場(chǎng)上可買到的元件就很困難或不可能。因此，現(xiàn)有技術(shù)沒有公開可用于能量?jī)?chǔ)存和再生的快速等溫壓縮和膨脹氣體的系統(tǒng)和方法，以及考慮了以對(duì)環(huán)境友好的方式利用傳統(tǒng)的低成本的元件在其它方面的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
在各個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明提供了儲(chǔ)能裝置系統(tǒng)，其基于開放大氣液壓氣壓布置，使用儲(chǔ)罐內(nèi)的高壓氣體，該氣體小批量地從幾百個(gè)大氣壓的高壓膨脹至大氣壓力。本系統(tǒng)可以接近氣體的等溫膨脹和壓縮的比率來設(shè)計(jì)尺寸和運(yùn)行。本系統(tǒng)還可根據(jù)需要通過連接到另外的蓄能器電路和儲(chǔ)罐中來擴(kuò)展。按照本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可允許高效的近等溫高壓縮和膨脹，從幾百個(gè)大氣壓至一個(gè)大氣壓或從一個(gè)大氣壓至幾百個(gè)大氣壓，以提供高得多的能量密度。本發(fā)明的具體實(shí)施例通過提供用于能量?jī)?chǔ)存和再生的系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)的劣勢(shì)，其使用開放空氣的液壓氣壓蓄能器和增強(qiáng)器布置，該布置在至少一個(gè)線路上運(yùn)行，所述線路組合了蓄能器和增強(qiáng)器，增強(qiáng)器與線路的氣體側(cè)上的高壓氣體儲(chǔ)罐連通，，還包括連接至線路流體側(cè)的發(fā)電機(jī)/馬達(dá)組合的液壓馬達(dá)/泵組合。在一代表性的具體實(shí)施例中，膨脹/能量回收的方式，第一線路的蓄能器首先被充以來自容器的高壓氣體，然后容器與蓄能器的空氣容室隔斷。該氣體使得蓄能器內(nèi)的流體被驅(qū)動(dòng)穿過馬達(dá)/泵以產(chǎn)生電力。排出的流體被驅(qū)入相對(duì)的增強(qiáng)器內(nèi)或者相對(duì)的第二線路的蓄能器內(nèi)，后者的空氣容室連通至大氣。隨著蓄能器內(nèi)的氣體膨脹到中等壓力，流體被排盡，然后蓄能器內(nèi)的中等壓力氣體被連接到增強(qiáng)器，增強(qiáng)器具有作用于較小面積的流體活塞上的較大面積的空氣活塞。然后增強(qiáng)器內(nèi)的流體在仍然高的流體壓力下被驅(qū)動(dòng)通過馬達(dá)/泵，盡管增強(qiáng)器空氣容室內(nèi)為中等壓力氣體。來自馬達(dá)/泵的流體被排入相對(duì)的第一蓄能器或者第二線路的增強(qiáng)器內(nèi)，后者的空氣容室隨著對(duì)應(yīng)的流體容室充滿排出的流體可連通至大氣。在壓縮/能量?jī)?chǔ)存階段，該工序被反轉(zhuǎn)過來，液壓馬達(dá)/泵被電力元件驅(qū)動(dòng)，迫使流體進(jìn)入增強(qiáng)器和蓄能器，以壓縮氣體并在高壓下把它輸送到儲(chǔ)罐容器中。這些系統(tǒng)的輸出功率取決于氣體可以多快速度等溫膨脹。因此，以更快的速度等溫膨脹/壓縮氣體的能力會(huì)帶來系統(tǒng)的更大的輸出功率。通過給這些系統(tǒng)增加熱傳遞子系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)的功率密度可以被顯著地提高。在一方面，本發(fā)明涉及用于氣體的基本上等溫膨脹和壓縮的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括汽缸組件，其具有分級(jí)的氣壓側(cè)和液壓側(cè)以及熱傳遞子系統(tǒng)，兩側(cè)通過一活動(dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)被隔開，該機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)在二者之間傳輸能量，熱傳遞子系統(tǒng)與汽缸組件的氣壓側(cè)流體連通?？苫顒?dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)例如可以在汽缸(例如，活塞)內(nèi)滑動(dòng)式移動(dòng)、膨脹/收縮 (例如氣囊)、和/或通過線性轉(zhuǎn)換器機(jī)械地連接液壓側(cè)和氣壓側(cè)。在一些具體實(shí)施例中，汽缸組件包括蓄能器或增強(qiáng)器中的至少一個(gè)。在一具體實(shí)施例中，熱傳遞子系統(tǒng)還包括循環(huán)設(shè)備，與汽缸組件的氣壓側(cè)流體連通，用于使流體循環(huán)流經(jīng)熱傳遞子系統(tǒng)和換熱器。換熱器包括與循環(huán)設(shè)備和汽缸組件的氣壓側(cè)流體連通的第一側(cè)和與基本上具有恒溫的液體源流體連通的第二側(cè)。循環(huán)設(shè)備從汽缸組件的氣壓側(cè)流過換熱器，然后回到汽缸組件的氣壓側(cè)，形成循環(huán)。循環(huán)設(shè)備可以是正向位移泵，換熱器可以是殼管式或板式換熱器。另外，本系統(tǒng)可包括至少一個(gè)溫度傳感器，其與汽缸組件的氣壓側(cè)或者流出熱傳遞子系統(tǒng)的流體中的至少一個(gè)通信，還包括一用于接收來自至少一個(gè)溫度傳感器的遙測(cè)數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)，以便至少部分地基于接收的遙測(cè)數(shù)據(jù)控制熱傳遞子系統(tǒng)的操作。溫度傳感器可以通過直接溫度測(cè)量(例如，熱電偶或者熱敏電阻)或者根據(jù)壓力、位置和/或流量傳感器的間接測(cè)量來進(jìn)行。在其它具體實(shí)施例中，熱傳遞子系統(tǒng)包括流體循環(huán)設(shè)備和熱傳遞流體容器。流體循環(huán)設(shè)備可以設(shè)置為將熱傳遞流體從容器泵入汽缸組件的氣壓側(cè)。在多個(gè)的具體實(shí)施例中，熱傳遞子系統(tǒng)包括設(shè)置在汽缸組件的空氣側(cè)的噴灑機(jī)構(gòu)，用于引入熱傳遞流體。噴灑機(jī)構(gòu)可以是噴頭和/或噴桿。在又一方面，本發(fā)明涉及分級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其使用熱調(diào)節(jié)壓縮流體來存儲(chǔ)和再生電能。系統(tǒng)包括具有第一容室和第二容室的汽缸組件，容室被設(shè)置在汽缸內(nèi)的可滑動(dòng)活塞分隔開；與汽缸組件相連的傳動(dòng)系統(tǒng)，其中傳動(dòng)系統(tǒng)配置成在膨脹階段將勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能，在壓縮階段將電能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能；以及熱傳遞子系統(tǒng)，與汽缸組件的第一容室或者第二容室的至少一個(gè)流體連通。在系統(tǒng)的多個(gè)具體實(shí)施例中，汽缸組件可以是氣壓缸或者高壓氣壓缸，與低壓氣壓缸流體相連。進(jìn)一步地，熱傳遞子系統(tǒng)可以包括流體循環(huán)設(shè)備和熱傳遞流體容器。在一具體實(shí)施例中，流體循環(huán)設(shè)備設(shè)置為將熱傳遞流體從容器泵入汽缸組件的第一容室或者第二容室的至少一個(gè)中。熱傳遞子系統(tǒng)還可以包括換熱器。換熱器可以具有與流體循環(huán)設(shè)備和熱傳遞流體容器流體連通的第一側(cè)，以及與熱傳遞流體的熱傳遞流體源流體連通的第二側(cè)。在一具體實(shí)施例中，流體循環(huán)設(shè)備使流體從熱傳遞流體容器通過換熱器和汽缸組件進(jìn)行循環(huán)。熱傳遞子系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在汽缸組件的第一容室或者第二容室的至少一個(gè)內(nèi)的噴灑機(jī)構(gòu)，用于引入熱傳遞流體。噴灑機(jī)構(gòu)可以是噴頭、噴桿，或者其組合。在其他的具體實(shí)施例中，系統(tǒng)包括至少一個(gè)溫度傳感器，其與汽缸組件的容室的至少一個(gè)或者流出熱傳遞子系統(tǒng)的流體通信?？刂葡到y(tǒng)能被用于接收來自至少一個(gè)溫度傳感器的遙測(cè)數(shù)據(jù)，以便至少部分地基于接收的遙測(cè)數(shù)據(jù)控制熱傳遞子系統(tǒng)的操作。在一具體實(shí)施例中，傳動(dòng)系統(tǒng)包括通過可活動(dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)與氣壓缸機(jī)械地連接的液壓缸，機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)在二者之間傳遞能量，還包括與液壓缸流體連接的液壓動(dòng)力單元。液壓動(dòng)力單元可以配置成驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)來再生電能，和/或被電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以貯存勢(shì)能。本文中描述了其他的傳動(dòng)系統(tǒng)，其可以包括各種汽缸組件及其布置，以及用于在它們之間傳遞/轉(zhuǎn)換能量的機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在又一方面，本發(fā)明涉及分級(jí)液壓氣壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其使用熱調(diào)節(jié)的壓縮流體， 例如經(jīng)歷熱交換的氣體，來存儲(chǔ)和再生電能。本系統(tǒng)包括第一和第二偶聯(lián)汽缸組件。本系統(tǒng)包括至少一個(gè)具有多個(gè)分級(jí)的氣壓側(cè)和至少一個(gè)液壓側(cè)，以及與至少一個(gè)氣壓側(cè)流體連通的熱傳遞子系統(tǒng)。該至少一個(gè)氣壓側(cè)和該至少一個(gè)液壓側(cè)被至少一個(gè)在兩者之間傳遞能量的、可活動(dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)分隔開、。在一具體實(shí)施例中，第一汽缸組件包括至少一個(gè)氣壓缸，第二汽缸組件包括至少一個(gè)液壓缸，而且第一和第二汽缸組件通過該至少一個(gè)活動(dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)機(jī)械地連接。 在又一具體實(shí)施例中，第一汽缸組件包括在第一壓力比下傳遞機(jī)械能的蓄能器，第二汽缸組件包括在第二壓力比下傳遞機(jī)械能的增強(qiáng)器，其中第二壓力比大于第一壓力比。第一和第二汽缸組件可以通過流體連接。在不同的具體實(shí)施例中，熱傳遞子系統(tǒng)可以包括循環(huán)設(shè)備，其與至少一個(gè)氣壓側(cè)流體連通，用于使流體循環(huán)流經(jīng)熱傳遞子系統(tǒng)和換熱器。換熱器可以包括與循環(huán)設(shè)備和該至少一個(gè)氣壓側(cè)流體連通的第一側(cè)以及與基本上具有恒定溫度的液體源流體連通的第二側(cè)。循環(huán)設(shè)備從至少一個(gè)氣壓側(cè)流過換熱器，然后回到該至少一個(gè)氣壓側(cè)，形成循環(huán)。本系統(tǒng)還可以包括控制閥布置，用于在系統(tǒng)的至少一個(gè)空氣的不同分級(jí)之間有選擇地連接。在又一具體實(shí)施例中，熱傳遞子系統(tǒng)包括流體循環(huán)設(shè)備和熱傳遞流體容器。流體循環(huán)設(shè)備設(shè)置為將熱傳遞流體從容器泵入系統(tǒng)的該至少一個(gè)氣壓側(cè)。在一具體實(shí)施例中， 每一汽缸組件都具有氣壓側(cè)，以及系統(tǒng)包括控制閥布置，用于有選擇地將第一汽缸的氣壓側(cè)和第二汽缸組件的氣壓側(cè)連接至流體循環(huán)設(shè)備。系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在至少一個(gè)氣壓側(cè)的噴灑機(jī)構(gòu)，用于引入熱傳遞流體。在又一方面，本發(fā)明涉及分級(jí)式液壓空氣能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其使用熱調(diào)節(jié)的壓縮流體來存儲(chǔ)和再生電能。系統(tǒng)包括至少一個(gè)具有氣壓側(cè)和液壓側(cè)的汽缸組件，二者通過一在二者之間傳輸能量的機(jī)械的邊界機(jī)構(gòu)被隔開，邊界機(jī)構(gòu)在兩側(cè)，還包括壓縮氣體源，以及與汽缸組件的至少一個(gè)氣壓側(cè)或者壓縮氣體源流體連通的熱傳遞子系統(tǒng)。這些以及其他目的，連同在此公開的本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征，都會(huì)通過閱讀下文、附圖及權(quán)利要求書，變得更加清晰。而且應(yīng)該理解，此處描述的各個(gè)具體實(shí)施例不是互相排斥的，而是可以以各種組合和替換的方式存在的。


在附圖中，同樣的附圖標(biāo)記在不同的視圖中均指代相同的部件。而且，附圖并不必按比例繪制，相反，重點(diǎn)在于圖解說明本發(fā)明的原理。在下文中，本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施例參照下列附圖進(jìn)行描述，其中圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的開放大氣液壓氣壓能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖；圖IA和IB是圖1的系統(tǒng)的蓄能器和增強(qiáng)器元件的放大的示意圖；圖2A-2Q是圖1的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖示，示出了系統(tǒng)在壓縮期間的各個(gè)運(yùn)行階段；圖3A-3M是圖1的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖示，示出了系統(tǒng)在膨脹期間的各個(gè)運(yùn)行階段；圖4是本發(fā)明的一可選具體實(shí)施例中，開放大氣液壓氣壓能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖；圖5A-5N是圖4的系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)在膨脹期間的各個(gè)元件的循環(huán)；圖6是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例在膨脹/能量回收循環(huán)和壓縮/能量?jī)?chǔ)存循環(huán)中的開放大氣液壓氣壓能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行的狀態(tài)的概括圖；圖7A-7F是本發(fā)明的又一替換具體實(shí)施例的開放大氣液壓氣壓能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的局部示意圖，示出了系統(tǒng)在膨脹期間的各個(gè)運(yùn)行階段；圖8是表示圖的系統(tǒng)的膨脹階段的表格7A-7F ；圖9是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，具有熱傳遞子系統(tǒng)的開放大氣液壓氣壓能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖；圖9A是圖9的系統(tǒng)的熱傳遞子系統(tǒng)部分的放大的示意圖；圖10是圖9的系統(tǒng)在不同的工作參數(shù)下獲得的熱效率的圖形表示；圖11是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的液壓/氣壓缸組件的局部截面示意圖，組件具有利于在汽缸的氣壓側(cè)內(nèi)等溫膨脹的熱傳遞子系統(tǒng)；圖12是本發(fā)明的一替換具體實(shí)施例的液壓/氣壓增強(qiáng)器組件的局部截面示意圖， 組件具有利于在汽缸的氣壓側(cè)內(nèi)等溫膨脹的熱傳遞子系統(tǒng)；圖13是本發(fā)明的又一替換具體實(shí)施例的液壓/氣壓缸組件的局部截面示意圖，組件具有利于在汽缸的氣壓側(cè)內(nèi)等溫膨脹的熱傳遞子系統(tǒng)，其中汽缸是發(fā)電系統(tǒng)的一部分；圖14A是位于汽缸或者增強(qiáng)器的氣壓側(cè)內(nèi)的氣體在給定的壓強(qiáng)體積比下絕熱膨脹所做的功的量的圖示；圖14B是位于汽缸或者增強(qiáng)器的氣壓側(cè)內(nèi)的氣體在給定的壓強(qiáng)體積比下理想等溫膨脹所做的功的量的圖示；圖14C是位于汽缸或者增強(qiáng)器的氣壓側(cè)內(nèi)的氣體在給定的壓強(qiáng)體積比下接近等溫膨脹所做的功的量的圖示；圖15是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，用于對(duì)在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞的系統(tǒng)和方法的示意圖；圖16是本發(fā)明的又一具體實(shí)施例中，用于對(duì)在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞的系統(tǒng)和方法的示意圖；圖17是本發(fā)明的再一具體實(shí)施例中，用于對(duì)在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞的系統(tǒng)和方法的示意圖；圖18是本發(fā)明的又一具體實(shí)施例中，用于對(duì)在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞的系統(tǒng)和方法的示意圖19是本發(fā)明的又一具體實(shí)施例中，用于加快傳熱至氣體在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的系統(tǒng)和方法的示意圖；圖20A和20B是本發(fā)明的又一具體實(shí)施例中，用于對(duì)在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞的系統(tǒng)和方法的示意圖；圖21A-21C是本發(fā)明的又一具體實(shí)施例中，用于加快傳熱至氣體在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的系統(tǒng)和方法的示意圖；圖22A和22B是本發(fā)明的又一具體實(shí)施例中，用于對(duì)在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞的系統(tǒng)和方法的示意圖；圖22C是用于圖22A和22B中的系統(tǒng)和方法的汽缸組件的剖視示意圖；圖22D是用于實(shí)施圖22A和22B中的系統(tǒng)和方法的估計(jì)的噴水傳熱極限的圖示；圖23A和2 是本發(fā)明的又一具體實(shí)施例中，用于對(duì)在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞的系統(tǒng)和方法的示意圖；圖23C是用于圖23A和23B中的系統(tǒng)和方法的汽缸組件的剖視示意圖；圖23D是用于實(shí)施圖23A和23B中的系統(tǒng)和方法的估計(jì)的噴水傳熱極限的圖示；圖24A和24B是用于圖22和23中的系統(tǒng)和方法的不同的噴水要求的圖示；圖25是在此描述的本發(fā)明的上述任何具體實(shí)施例中的汽缸設(shè)計(jì)的部分截面的詳細(xì)的平面方案圖；汽缸用于對(duì)在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中的開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞；圖沈是在此描述的本發(fā)明的上述任何具體實(shí)施例中的汽缸設(shè)計(jì)的部分截面的詳細(xì)的平面方案圖；汽缸用于對(duì)在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中的開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的氣體加快熱傳遞；圖27是壓縮氣體存儲(chǔ)子系統(tǒng)的示意圖，該子系統(tǒng)用于在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的儲(chǔ)能系統(tǒng)中加熱和冷卻壓縮氣體的系統(tǒng)和方法；圖觀是壓縮氣體存儲(chǔ)子系統(tǒng)的示意圖，該子系統(tǒng)用于用于本發(fā)明的一替換具體實(shí)施例的儲(chǔ)能系統(tǒng)中加熱和冷卻壓縮氣體的系統(tǒng)和方法；圖29A和29B是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，具有熱傳遞子系統(tǒng)的分級(jí)的液壓空氣能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖；圖30A-30D是本發(fā)明的一替換具體實(shí)施例中，具有熱傳遞子系統(tǒng)的分級(jí)的液壓氣壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖；以及圖31A-31C是本發(fā)明的又一替換具體實(shí)施例中，具有熱傳遞子系統(tǒng)的分級(jí)的液壓氣壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施例一般地采用二級(jí)系統(tǒng)來描述，例如，單個(gè)蓄能器和單個(gè)增強(qiáng)器，具有兩個(gè)蓄能器和兩個(gè)增強(qiáng)器以及簡(jiǎn)化閥門布置的布置，或者與一個(gè)或多個(gè)液壓缸連接的一個(gè)或多個(gè)氣壓缸。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明可以包括任何數(shù)量的分級(jí)以及汽缸、蓄能器、增強(qiáng)器和閥門布置的和組合。而且，給出的任何尺寸的值僅僅是示例性的， 因?yàn)楸景l(fā)明的系統(tǒng)是可縮放的并且可定制的，以適合具體的應(yīng)用。而且，術(shù)語氣壓、氣動(dòng)、氣體以及空氣是可互換地使用的，以及術(shù)語液壓的和水也是可互換地使用的。流體用來指氣體和液體。圖1描述了本發(fā)明中開放大氣液壓氣壓能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)100的一個(gè)具體實(shí)施例，其處于中性狀態(tài)(即，全部閥門關(guān)閉，且能量既不存儲(chǔ)也不再生)。系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)高壓氣體/空氣儲(chǔ)罐10 102b、-102no每一儲(chǔ)罐102各自通過手控閥l(Ma、 104b、…10 并聯(lián)連接至主氣流線路108。閥門104不局限于手工操作，因?yàn)殚y門可以是電力驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或氣壓驅(qū)動(dòng)，此處描述的全部閥門都可以如此。每一儲(chǔ)罐102配有壓力傳感器112a、112b…11&1和溫度傳感器114a、114b…114η。這些傳感器112、114可以輸出電信號(hào)，電信號(hào)可以由控制系統(tǒng)120通過適當(dāng)?shù)挠芯€和無線的連接/通信被監(jiān)控。進(jìn)一步地，傳感器112、114可以包括視覺指示器。控制系統(tǒng)120可以是任何可接受的具有人機(jī)界面的控制裝置，其在圖4中得到更詳細(xì)的描述。例如，控制系統(tǒng)120可以包括計(jì)算機(jī)(例如PC機(jī)型)，其執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀軟件介質(zhì)的形式的已存儲(chǔ)的控制應(yīng)用?？刂茟?yīng)用接收來自以下將要描述的各個(gè)傳感器的遙測(cè)數(shù)據(jù)，并且提供適當(dāng)?shù)姆答亖砜刂崎y門致動(dòng)器、馬達(dá)及其他需要的機(jī)電/電子設(shè)備。系統(tǒng)100還包括氣動(dòng)閥106a、106b、106c、…106η，其控制主氣流線路108和蓄能器116及增強(qiáng)器118的通信。如上所述、系統(tǒng)100可以包括蓄能器116和增強(qiáng)器118的任何數(shù)量和組合，以適合具體的應(yīng)用。氣動(dòng)閥106也被連接到通風(fēng)孔110，通風(fēng)孔用于排放來自蓄能器116、增強(qiáng)器118和/或主氣流線路108的空氣/氣體。如圖IA所示，蓄能器116包括被可移動(dòng)的活塞136分隔開的空氣容室140和流體容室138，活塞136具有適當(dāng)?shù)拿芊庀到y(tǒng)，密封系統(tǒng)利用密封環(huán)及本領(lǐng)域普通技術(shù)所熟知的其他元件(未顯示)?？商鎿Q地，氣囊式、隔膜式或者風(fēng)箱式屏蔽物可用于分隔蓄能器116 的空氣容室140和流體容室138?；钊?36響應(yīng)于空氣容室140和相對(duì)的流體容室138之間的壓力差沿著蓄能器殼體移動(dòng)。在該實(shí)施例中，液壓液(或者另一液體，例如水)通過在流體容室138中的陰影部分而指示出來。蓄能器116還可以包括可選擇的斷流閥134，斷流閥134可用于把蓄能器116隔離于系統(tǒng)100。閥門134可以被人工或者自動(dòng)操作。如圖IB所示，增強(qiáng)器118包括被可移動(dòng)的活塞組件142分隔開的空氣容室144和流體容室146，活塞組件142具有適當(dāng)?shù)拿芊庀到y(tǒng)，密封系統(tǒng)利用密封環(huán)及本領(lǐng)域普通技術(shù)所熟知的其他元件。類似于蓄能器活塞136，增強(qiáng)器活塞142響應(yīng)于空氣容室144和相對(duì)的流體容室146之間的壓力差沿著增強(qiáng)器殼體移動(dòng)。然而，增強(qiáng)器活塞組件142實(shí)際上是兩個(gè)活塞一個(gè)空氣活塞142a，通過軸、桿或者其它連接裝置143連接至相應(yīng)的流體活塞142b。流體活塞142b與空氣活塞14 共同移動(dòng)，但是卻直接作用于關(guān)聯(lián)的增強(qiáng)器流體容室146。特別地，增強(qiáng)器118的空氣容室的內(nèi)徑(和/或體積)(DAI)大于蓄能器116的空氣容室的直徑(DAA)。具體而言，增強(qiáng)器活塞 142a的表面積大于蓄能器活塞136的表面積。增強(qiáng)器流體活塞的直徑(DFI)與蓄能器活塞 136 (DFA)的直徑大致相同。因此，通過這種方式，作用在增強(qiáng)器活塞14 上的較低的氣壓在聯(lián)合的流體容室146上產(chǎn)生與作用于蓄能器活塞136上的較高的氣壓的相似的壓強(qiáng)。因而，增強(qiáng)器空氣容室144和增強(qiáng)器流體容室146的壓強(qiáng)比大于蓄能器空氣容室140和蓄能器流體容室138的壓強(qiáng)比。在一個(gè)實(shí)施例中，蓄能器的壓強(qiáng)比可以是1 1，而增強(qiáng)器的壓強(qiáng)比可以是10 1。這些比值會(huì)根據(jù)使用的蓄能器和增強(qiáng)器的數(shù)量及具體的應(yīng)用而變化。 如此，如下文所述，系統(tǒng)100允許采用至少兩級(jí)的氣壓以產(chǎn)生相似的等級(jí)的流體壓力。同樣地，在流體容室146中陰影部分指示液壓液，增強(qiáng)器118還可以包括可選擇的斷流閥134，以把增強(qiáng)器118從系統(tǒng)100中隔離開來。還如圖IA和IB所示，蓄能器116和增強(qiáng)器118每一個(gè)都包括溫度傳感器122和壓力傳感器124，其與每一空氣容室140、144和每一流體容室138、146連通。這些傳感器類似于傳感器112、114，并且輸送傳感器遙測(cè)數(shù)據(jù)至控制系統(tǒng)120，其反過來可以發(fā)送信號(hào)以控制閥門布置。而且，活塞136、142可以包括位置傳感器148，其報(bào)告活塞136、142的當(dāng)前位置至控制系統(tǒng)120。活塞136、142的位置和/或移動(dòng)速度可用于確定氣體和流體兩者的相對(duì)壓力和流量?；仡^參見圖1，系統(tǒng)100還包括液壓閥128a、U8b、128c、128η，其控制蓄能器116和增強(qiáng)器118與液壓馬達(dá)130的流體連接的連通。液壓閥1 和氣動(dòng)閥106的具體的數(shù)量、型式和布置一起被稱為控制閥布置。而且，閥門一般地指簡(jiǎn)單的二通閥(即，斷流閥)；然而，閥門實(shí)質(zhì)上可以是所需的任何構(gòu)造，以通過特定的方式控制大氣和/或流體的流量。在蓄能器116和閥門128aU28b之間的液壓管路和在增強(qiáng)器118和閥門128cU28d 之間的液壓管路可以包括流量傳感器126，其將信息中繼至控制系統(tǒng)120。馬達(dá)/泵130可以是具有軸131(或者其它機(jī)械式聯(lián)軸器)的活塞型式組件，其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組件組合132和被電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組件組合132驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)/泵130還可以是諸如葉輪、葉片或者齒輪式組件。馬達(dá)/發(fā)電機(jī)組件132與電力分配系統(tǒng)相互連接， 并且可被控制系統(tǒng)120監(jiān)控狀態(tài)和輸出/輸入電平。不同于例如圖4和5的系統(tǒng)，圖1中描述的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一是，它在不增加元件的情況下即實(shí)現(xiàn)了大約兩倍的功率輸出，例如，3000-300psig范圍。當(dāng)在250-3000psig壓力范圍內(nèi)膨脹或者壓縮時(shí)，液壓液在增強(qiáng)器118和蓄能器116之間的來回運(yùn)轉(zhuǎn)允許與具有兩倍數(shù)量的增強(qiáng)器和蓄能器的系統(tǒng)相同的輸出功率。而且，該系統(tǒng)布置可以在泵送方式(即， 壓縮階段)時(shí)，一定程度上消除液壓馬達(dá)/泵的潛在的自動(dòng)加注的問題。圖2A-2Q中，以簡(jiǎn)化的示意圖方式，表示在壓縮過程中，系統(tǒng)100的各個(gè)運(yùn)行階段， 其中儲(chǔ)罐102充有高壓空氣/氣體(即、能量被存儲(chǔ))。而且，僅僅顯示一個(gè)儲(chǔ)罐102，而一些閥門和傳感器為了清晰起見被略去。此外，所顯示的壓強(qiáng)僅僅作為參考，其會(huì)根據(jù)系統(tǒng) 100的具體的工作參數(shù)而變化。如圖2A所示，系統(tǒng)100處于中性狀態(tài)，其中氣動(dòng)閥106和液壓閥1 是關(guān)閉的。 斷流閥134在每一個(gè)運(yùn)行階段是打開的，以保持蓄能器116和增強(qiáng)器118與系統(tǒng)100連通。 蓄能器流體容室138基本上是充滿的，而增強(qiáng)器流體容室基本上是空的。儲(chǔ)罐102通常在充電前，處在低氣壓(大約Opsig)下，液壓馬達(dá)/泵130是靜止的。如圖2B和2C所示，隨著壓縮階段開始，氣動(dòng)閥106b打開，從而使得蓄能器空氣容室140和增強(qiáng)器空氣容室144之間流體連通，并且液壓閥U8a、128d打開，從而使得蓄能器流體容室138和增強(qiáng)器流體容室146之間經(jīng)由液壓馬達(dá)/泵130流體連通。隨著流體在壓力下被驅(qū)動(dòng)至增強(qiáng)器流體容室144，馬達(dá)/發(fā)電機(jī)132 (參見圖1)開始驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵130， 在增強(qiáng)器118和蓄能器116之間的氣壓開始增加。壓強(qiáng)或者機(jī)械能經(jīng)由活塞142被傳送入空氣容室146。蓄能器空氣容室140內(nèi)的氣壓的增加施壓于蓄能器116的流體容室138，從而提供增壓液體至馬達(dá)/泵130進(jìn)口，這樣可以消除自動(dòng)加注的隱憂。如圖2D、2E和2F所示，馬達(dá)/發(fā)電機(jī)132繼續(xù)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵130，從而將液壓液從蓄能器116傳輸至增強(qiáng)器118，這樣反過來又繼續(xù)給蓄能器和增強(qiáng)器空氣容室140、146之間的大氣增壓。圖2F描述壓縮階段的第一分級(jí)的完成?？諝忾y和液壓閥106、1觀全部為閉合的。增強(qiáng)器118的流體容室144基本上是在高壓(例如，大約3000psig)下充滿液體的， 而蓄能器流體容室138基本上是空的，并且維持在中等范圍的壓強(qiáng)(例如大約250psig)。 蓄能器和增強(qiáng)器空氣容室140、146的壓強(qiáng)維持在中等范圍的壓強(qiáng)。如圖2G所示的是壓縮階段的第二分級(jí)的開始，其中液壓閥U8b、128c是打開的， 而氣動(dòng)閥106全部閉合，從而推動(dòng)增強(qiáng)器流體容室144處于高壓下，與馬達(dá)/泵130連通。 保持在增強(qiáng)器空氣容室146中的所有氣體的壓力會(huì)有助于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵130。一旦液壓在蓄能器和增強(qiáng)器流體容室138、144(如圖2H所示)之間進(jìn)行平衡，馬達(dá)/發(fā)電機(jī)會(huì)提取電力，以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵130，并且對(duì)蓄能器流體容室138加壓。如圖21和2J所示，馬達(dá)/泵130繼續(xù)對(duì)蓄能器流體容室138加壓，這樣反過來給蓄能器空氣容室140加壓。增強(qiáng)器流體容室146處于低氣壓下，而增強(qiáng)器空氣容室144基本上處于大氣壓力下。一旦增強(qiáng)器空氣容室144基本上達(dá)到大氣壓力，空氣通風(fēng)閥106c就打開。為了增強(qiáng)器的垂直定向，增強(qiáng)器活塞142可以提供必要的反向壓力至馬達(dá)/泵130， 這樣就會(huì)克服潛在的某些馬達(dá)/泵的自動(dòng)加注的問題。如圖I所示，馬達(dá)/泵130繼續(xù)對(duì)蓄能器流體容室138和蓄能器空氣容室140加壓，直到系統(tǒng)100的蓄能器空氣和流體容室處于高壓中。增強(qiáng)器流體容室146處于低氣壓下，并且基本上是空的。增強(qiáng)器空氣容室144基本上處于大氣壓力。圖I還描述了系統(tǒng) 100中，當(dāng)蓄能器空氣容室140達(dá)到預(yù)定的高壓時(shí)，控制閥布置中的轉(zhuǎn)換。氣動(dòng)閥106a是打開的，使得高壓氣體進(jìn)入儲(chǔ)罐102。圖2L描述了一個(gè)壓縮循環(huán)的第二分級(jí)的末尾，其中全部液壓閥和氣動(dòng)閥128、106 都是關(guān)閉的。系統(tǒng)100現(xiàn)在開始另一個(gè)壓縮循環(huán)，其中系統(tǒng)100使液壓液從蓄能器116往返于增強(qiáng)器118。圖2M描述了下一個(gè)壓縮循環(huán)的開始。氣動(dòng)閥106是閉合的，而液壓閥U8a、128d 是打開的。留存在蓄能器流體容室138中的任何氣體的剩余壓強(qiáng)開始驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵130，從而消除了提取電力的需求。如圖2N所示，并結(jié)合圖2G的描述，一旦液壓在蓄能器和增強(qiáng)器流體容室138、144之間的進(jìn)行平衡，馬達(dá)/發(fā)電機(jī)132會(huì)提取電力，以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵130，并且對(duì)增強(qiáng)器流體容室144加壓。在該分級(jí)期間，蓄能器空氣容室140的壓強(qiáng)減小，而增強(qiáng)器空氣容室146的壓強(qiáng)增加。如圖20所示，當(dāng)蓄能器空氣容室140和增強(qiáng)器空氣容室146的氣體壓強(qiáng)相等時(shí)， 氣動(dòng)閥106b打開，從而推動(dòng)蓄能器空氣容室140和增強(qiáng)器空氣容室146流體連通。如圖2P 和2Q所示，馬達(dá)/泵130繼續(xù)從蓄能器流體容室138傳輸流體到增強(qiáng)器流體容室146，并且對(duì)增強(qiáng)器流體容室146加壓。如上結(jié)合圖2D-2F所述，工序繼續(xù)，直到大體上流體全部被傳輸入增強(qiáng)器118中，增強(qiáng)器流體容室146處于高壓下，增強(qiáng)器空氣容室144處于中等范圍壓強(qiáng)下。系統(tǒng)100繼續(xù)工序，如圖2G1I(所示出和描述的，繼續(xù)在儲(chǔ)罐102內(nèi)存儲(chǔ)高壓空氣。 系統(tǒng)100會(huì)根據(jù)需要執(zhí)行多個(gè)壓縮循環(huán)(即，在蓄能器116和增強(qiáng)器118之間往返驅(qū)動(dòng)液壓液)，以使儲(chǔ)罐102內(nèi)的空氣達(dá)到要求的壓強(qiáng)(即，完整的壓縮階段)。圖3A-3M中，以簡(jiǎn)化的示意圖方式，表示在膨脹過程中，系統(tǒng)100的各個(gè)運(yùn)行階段， 其中能量(即，存儲(chǔ)的壓縮氣體)得到再生。圖3A-3M使用的標(biāo)識(shí)、標(biāo)號(hào)和附圖標(biāo)記與圖2A-2Q中所示的相同。應(yīng)該注意，系統(tǒng)100被描述為用來壓縮儲(chǔ)罐102內(nèi)的氣體，可替換地， 儲(chǔ)罐102可以通過獨(dú)立的壓縮機(jī)組來填充(例如，初始進(jìn)料)。如圖3A所示，系統(tǒng)100處于中性狀態(tài)，其中氣動(dòng)閥106和液壓閥1 全部是關(guān)閉的。與壓縮階段相同，斷流閥134是打開的，以保持蓄能器116和增強(qiáng)器118與系統(tǒng)100連通。蓄能器流體容室138基本上是充滿的，而增強(qiáng)器流體容室146基本上是空的。儲(chǔ)罐102 處于高壓(例如，3000psig)，而液壓馬達(dá)/泵130是靜止的。圖:3B描述了膨脹階段的第一階段，其中氣動(dòng)閥106a、106c是打開的。開啟的氣動(dòng)閥106a連接高壓儲(chǔ)存槽102與蓄能器空氣容室140流體連通，蓄能器空氣容室140又依次施壓于蓄能器流體容室138。開啟的氣動(dòng)閥106c使增強(qiáng)器空氣容室146通風(fēng)至大氣。液壓閥U8a、128d是打開的，以允許來自蓄能器流體容室138的流體流動(dòng)來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵130， 其依次驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)132，從而發(fā)電。發(fā)出的電力可以被直接輸送給電力網(wǎng)或者儲(chǔ)存起來，便于以后使用，例如在峰值期使用。如圖3C所示，一旦預(yù)定體積的壓縮空氣許可進(jìn)入蓄能器空氣容室140(例如， 3000psig)，氣動(dòng)閥106a就關(guān)閉，以將儲(chǔ)罐102與蓄能器空氣容室140隔離。如圖3C-3F 所示，蓄能器空氣容室140內(nèi)的高壓持續(xù)驅(qū)動(dòng)液壓液從蓄能器流體容室138通過馬達(dá)/泵 130，進(jìn)而到增強(qiáng)器流體容室146，從而繼續(xù)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)132并發(fā)電。隨著液壓液被從蓄能器116轉(zhuǎn)運(yùn)至增強(qiáng)器118，蓄能器空氣容室140的壓強(qiáng)下降，并且增強(qiáng)器空氣容室144 內(nèi)的氣體通過氣動(dòng)閥106C排出。圖3G描述了膨脹階段的第一分級(jí)的結(jié)束。一旦蓄能器空氣容室140達(dá)到第二預(yù)定的中等壓強(qiáng)(例如，大約300psig)，全部液壓閥和氣動(dòng)閥128、106都關(guān)閉。蓄能器流體容室138、增強(qiáng)器流體容室146和增強(qiáng)器空氣容室144內(nèi)的壓強(qiáng)都大約處于大氣壓力下。蓄能器空氣容室140內(nèi)的壓強(qiáng)維持在預(yù)定的中等壓強(qiáng)。圖3H描述了膨脹階段的第二分級(jí)的起始。氣動(dòng)閥106b是打開的，以允許蓄能器空氣容室140和增強(qiáng)器空氣容室144之間流體連通。當(dāng)閥門106b是打開的時(shí)候，預(yù)定壓力會(huì)稍微降低，并且蓄能器空氣容室140和增強(qiáng)器空氣容室144之間連通。液壓閥U8b、 128d是打開的，從而允許貯存在增強(qiáng)器內(nèi)的液壓液通過馬達(dá)/泵130傳送至蓄能器流體容室138，其依次驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)132并且發(fā)電。從蓄能器空氣容室140傳送到增強(qiáng)器空氣容室144以驅(qū)動(dòng)來自增強(qiáng)器流體容室146的流體進(jìn)入到蓄能器流體容室138的空氣的壓強(qiáng)低于驅(qū)動(dòng)流體從蓄能器流體容室138到增強(qiáng)器流體容室146的空氣的壓強(qiáng)?？諝饣钊?4 和流體活塞142b之間的面積差別(例如，10 1)使得低壓力的空氣能夠傳送高壓力下的增強(qiáng)器流體容室146的流體。如圖31- 所示，蓄能器空氣容室144內(nèi)的高壓持續(xù)驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)器液壓液從流體容室146通過馬達(dá)/泵130，進(jìn)而到蓄能器流體容室138，從而繼續(xù)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)132并發(fā)電。隨著液壓液被從增強(qiáng)器118傳送到蓄能器116，增強(qiáng)器空氣容室144、增強(qiáng)器流體容室146、蓄能器空氣容室140和蓄能器流體容室138內(nèi)的壓強(qiáng)降低。圖3L描述了膨脹循環(huán)的第二分級(jí)的末尾，其中基本上全部液壓液已經(jīng)轉(zhuǎn)入蓄能器116，而全部閥門106、1觀都是關(guān)閉的。而且，蓄能器空氣容室140、蓄能器流體容室138、 增強(qiáng)器空氣容室144和增強(qiáng)器流體容室146全部都處于低壓力下。在一替代具體實(shí)施例中， 液壓液可以在兩個(gè)增強(qiáng)器之間來回移動(dòng)，以在低壓(例如，大約0-250psig)范圍內(nèi)壓縮和膨脹。利用第二增強(qiáng)器和適當(dāng)?shù)拈y門以應(yīng)用儲(chǔ)存在低壓下的能量可以生產(chǎn)額外的電力。利用第二增強(qiáng)器和適當(dāng)?shù)拈y控制以應(yīng)用儲(chǔ)存在低壓下的能量對(duì)于給定的存儲(chǔ)體積可以允許從氣體儲(chǔ)罐中更深度的釋放，儲(chǔ)存和再生額外的能量。圖3M描述了另一個(gè)膨脹階段的開始段，并結(jié)合圖;3B進(jìn)行描述。系統(tǒng)100可以持續(xù)循環(huán)進(jìn)行電力生產(chǎn)必需的膨脹階段，或者直到全部?jī)?chǔ)罐102中的全部壓縮空氣已經(jīng)被排空。圖4是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的儲(chǔ)能系統(tǒng)300的示意圖，采用了開放大氣液壓氣壓原理。系統(tǒng)300由一個(gè)或多個(gè)高壓氣體/空氣儲(chǔ)罐3(^a、302b、…302η組成(該數(shù)量根據(jù)具體的應(yīng)用可大幅度變化)。每一儲(chǔ)罐3(^a、302b各自通過手控閥3(Ma、304b、…30 并聯(lián)連接至主氣流線路308。每一儲(chǔ)罐3(^a、302b都配有壓力傳感器31h、312b··· 312η和溫度傳感器314a、314b…31如，其可以被系統(tǒng)控制器350經(jīng)由適當(dāng)?shù)倪B接(此處一般顯示指示箭頭"至控制")為來監(jiān)控?？刂破?50可以是任何可接受的具有人機(jī)界面的控制裝置，其操作在下文中還有詳細(xì)的描述。在一具體實(shí)施例中，控制器350包括計(jì)算機(jī)351 (例如PC機(jī)型)，其執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀軟件介質(zhì)的形式的已存儲(chǔ)的控制應(yīng)用353。該控制應(yīng)用353 接收來自各個(gè)傳感器的遙測(cè)數(shù)據(jù)，然后提供適當(dāng)?shù)姆答佒量刂崎y致動(dòng)器、馬達(dá)及其他需要的機(jī)電/電子設(shè)備。適當(dāng)?shù)慕涌诳捎脕磙D(zhuǎn)換來自傳感器的數(shù)據(jù)，形成計(jì)算機(jī)控制器351(例如RS-232或者基于網(wǎng)絡(luò)的互連)可讀的形式。同樣地，該接口轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，形成閥門及其他致動(dòng)器可用的形式，以執(zhí)行一個(gè)操作。這類接口的供應(yīng)對(duì)于本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員來說是清楚的。主氣流線路308從儲(chǔ)罐3(^a、302b起經(jīng)由(由控制器350)自動(dòng)控制的二位閥 307a、307b、307c和306a、306b和306c，被連接至一對(duì)多級(jí)(在本實(shí)施例中為兩級(jí))蓄能器 /增強(qiáng)器線路(或者液壓氣壓缸線路)(虛線框360、362)。本系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，這些閥門被連接至各自的蓄能器316與317和增強(qiáng)器318與319。氣動(dòng)閥306a和307a還被連接至各自的大氣通風(fēng)孔310b和310a。特別地，閥門306c和307c沿著主氣流線路308分別和蓄能器316與317之間共同的氣流線路390、391相連接。氣動(dòng)閥306b和307b連接在相應(yīng)的蓄能器316與317和增強(qiáng)器318與319之間。氣動(dòng)閥306a、307a沿著增強(qiáng)器318和 319以及大氣通風(fēng)孔310b和310a之間的公用線路390、391相連接。因此來自儲(chǔ)罐302的空氣有選擇地與每一蓄能器和增強(qiáng)器的空氣容室側(cè)連通(附圖中表示為用于蓄能器316的空氣容室340、用于蓄能器317的空氣容室341、用于增強(qiáng)器 318的空氣容室344以及用于增強(qiáng)器319的空氣容室345)?？諝鉁囟葌鞲衅?22和壓力傳感器324與每一空氣容室341、344、345、322連通，并且輸送傳感器遙測(cè)數(shù)據(jù)至控制器350。每一蓄能器316、317的空氣容室340、341被活動(dòng)的活塞336、337密閉，活塞336、 337具有使用密封環(huán)及其他本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的元件的適當(dāng)?shù)牡拿芊庀到y(tǒng)?；钊?336、337響應(yīng)于空氣容室340、341和相對(duì)的流體容室338、339之間的壓強(qiáng)差，在蓄能器殼體的相對(duì)側(cè)上各自沿著蓄能器殼體移動(dòng)。在該實(shí)施例中，液壓液(或者另一液體，例如水)通過在流體容室中的陰影體積而表示出來。同樣地，相應(yīng)的增強(qiáng)器318、319的空氣容室344、 345被移動(dòng)的活塞組件342、343封閉。然而，增強(qiáng)器空氣活塞342a、343a被軸、桿或者其它件連接至相應(yīng)的流體活塞342b、343b。流體活塞342b、343b與空氣活塞342a、343a —同移動(dòng)，但是直接作用在關(guān)聯(lián)的增強(qiáng)器流體容室346、347內(nèi)。顯著的是，在相同的回路360、362中，增強(qiáng)器318、319的空氣容室的內(nèi)徑(和/或體積)(DAI)大于蓄能器316、317的空氣容室的直徑(DAA)。特別地，增強(qiáng)器活塞342a、343a的表面積大于蓄能器活塞336、337的表面積。每一增強(qiáng)器流體活塞的直徑(DFI)與每一蓄能器的直徑(DFA)大致相同。因此，在這種方式下，作用在增強(qiáng)器活塞上的較低的氣壓在關(guān)聯(lián)的流體容室上產(chǎn)生與作用于蓄能器活塞上的較高的氣壓相似的壓強(qiáng)。如此，如下文所述，系統(tǒng)考慮采用至少兩級(jí)的氣壓以產(chǎn)生相似等級(jí)的流體壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，假定蓄能器中的初始的氣壓處于200個(gè)大氣(ATM) (3000PSI-高氣壓)，在完全膨脹后具有20ATM(300PSI)的最后的中等壓強(qiáng)，然后增強(qiáng)器中的初始?xì)鈮菏?20ATM(具有1. 5-2ATM(25-30PSI)的最后壓強(qiáng))，那么增強(qiáng)器中的氣體活塞的面積大約是蓄能器中的活塞的面積的10倍(或者3. 16倍的半徑)。然而，初始高氣壓的、中等壓強(qiáng)和最后的低壓的精確的數(shù)值是會(huì)大幅變化的，在某種程度上取決于系統(tǒng)部件的操作規(guī)程、系統(tǒng)的規(guī)模和產(chǎn)量要求。因此，蓄能器和增強(qiáng)器的相對(duì)尺寸是可調(diào)的，以適合具體的應(yīng)用。每一流體容室338、339、；346、347與適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅?22和壓力傳感器3 相互連接，每一傳感器輸送遙測(cè)數(shù)據(jù)至控制器350。而且，每一與流體容室互連的流體線可以備有流量傳感器326，其導(dǎo)引數(shù)據(jù)至控制器350?；钊?36、337、342和343可以包括位置傳感器348，其報(bào)告它們的當(dāng)前位置給控制器350?；钊奈恢每捎糜诖_定氣體和流體兩者的相對(duì)壓力和流量。每一流體連接從流體容室338、339、346、347連通至一對(duì)平行地、自動(dòng)控制的閥。如圖所示，流體容室338 (蓄能器316)連通至閥門對(duì)328c和328d ；流體容室339 (蓄能器317)連通至閥門對(duì)329a和329b ；流體容室346(增強(qiáng)器318)連通至閥門對(duì)328a和 328b ；以及流體容室；347(增強(qiáng)器319)連通至閥門對(duì)329c和329d。從每一容室328b、3^d、 329a和329c有一閥門連通至液壓馬達(dá)/泵330的一連接側(cè)372。該馬達(dá)/泵330可以是具有軸331(或者其它機(jī)械式聯(lián)軸器)的活塞型式(或者其它適宜的型式，包括葉片、葉輪和齒輪)組件，其驅(qū)動(dòng)和被電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組件的組合332驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)/發(fā)電機(jī)組件332 與電力分配系統(tǒng)相互連接，并且可以被控制器350監(jiān)控狀態(tài)和輸出/輸入電平。液壓馬達(dá) /泵330的另一個(gè)連接側(cè)374連通至每一閥門對(duì)328a、3^c、329b和329d中的第二閥門。 通過有選擇地觸發(fā)每一閥門對(duì)中的閥門，流體在液壓馬達(dá)/泵330的兩側(cè)372、374之間連通。替換地，一部分或者全部閥門對(duì)可以被替換為一個(gè)或多個(gè)三位四通閥或者其它閥門組合，以適合具體的應(yīng)用?；芈?60、362的數(shù)量可以根據(jù)需要增加。通過附加回路，按照回路360、362的元件的同樣的方式，可以將儲(chǔ)罐302和液壓馬達(dá)/泵330的每一側(cè)372、374互連。一般地，回路的數(shù)量應(yīng)該為偶數(shù)，這樣一個(gè)回路作為流體驅(qū)動(dòng)器，而另一個(gè)回路作為接收來自激勵(lì)回路的流體的容器?？蛇x的蓄能器366連通至液壓馬達(dá)/泵330的至少一側(cè)(例如進(jìn)口端37幻?？蛇x擇的蓄能器366例如可以是封閉大氣型式蓄能器，其具有獨(dú)立的流體側(cè)368和預(yù)加壓的氣壓側(cè)370。如下所述，蓄能器366作為流體電容器，來處理流體流過馬達(dá)/泵330的瞬態(tài)。 在另一個(gè)具體實(shí)施例中，第二個(gè)可選的蓄能器或者其它低壓容器371處于與馬達(dá)/泵330 的出口側(cè)374流體連通位置，并且還可以包括流體側(cè)371和預(yù)加壓側(cè)369。上述可選擇的蓄能器可被用于此處描述的任何系統(tǒng)。在描述了圖4中的開放大氣液壓氣壓儲(chǔ)能系統(tǒng)300的一個(gè)實(shí)施例的一般配置后，現(xiàn)在結(jié)合圖5A-5N來描述系統(tǒng)300在能量回收階段的過程中的示例性的功能。為了說明這一操作的目的，圖5A-5N中的系統(tǒng)300的圖示已經(jīng)被簡(jiǎn)化，省略了控制器350和相互連接的閥門、傳感器等等。應(yīng)該理解，所描述的步驟在控制器350基于應(yīng)用353形成的規(guī)則的控制和監(jiān)控下。圖5A是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300的初始物理狀態(tài)， 其中第一回路的蓄能器316充滿了來自高壓氣體儲(chǔ)罐302的高壓氣體。通過系統(tǒng)300在液壓馬達(dá)/泵330輸入的功率的循環(huán)，或者通過獨(dú)立的高壓空氣泵376，儲(chǔ)罐302已經(jīng)被填充至全壓。因?yàn)榭諝鈨?chǔ)罐302可以通過反向運(yùn)轉(zhuǎn)再生循環(huán)得到填充，該氣泵376是可選擇的。 該儲(chǔ)罐302在該具體實(shí)施例中可以被填充至200ATM(3000psi)或更多的壓強(qiáng)下?？偟恼f來， 儲(chǔ)罐302的總體體積是大幅變化的，在某種程度上根據(jù)要被儲(chǔ)存的能量的數(shù)值確定。在圖5A中，儲(chǔ)能的恢復(fù)由控制器350發(fā)起。為此，氣動(dòng)閥307c是打開的，使得一股高壓空氣流入蓄能器316的空氣容室340。注意在所描述的壓縮氣體流或者流體流之處， 連接被表示為虛線。壓力的等級(jí)由與容室340連通的傳感器3M報(bào)告。壓強(qiáng)維持閥門307c 要求的等級(jí)上。該壓強(qiáng)使得活塞336偏向(箭頭800)流體容室338，從而在不可壓縮流體中產(chǎn)生相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)。此時(shí)，閥門329c和329d防止流體運(yùn)動(dòng)溢出流體容室338。圖5B是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖5A的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中閥門打開，使得流體從第一回路的蓄能器316流至液壓馬達(dá)/泵330， 以由此發(fā)電。如圖5B所示，氣動(dòng)閥307c保持開啟。當(dāng)空氣容室340中達(dá)到預(yù)定壓力的時(shí)候，流體閥329c由控制器打開，使得流體流向(箭頭801)液壓馬達(dá)/泵330(其在恢復(fù)階段以馬達(dá)的方式運(yùn)行)的進(jìn)口端372。在發(fā)電方式下，馬達(dá)330的行程驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)332，提供電力給設(shè)備或者電力網(wǎng)，如術(shù)語"能量輸出"所示。為了吸收從液壓馬達(dá)/泵 330的出口側(cè)374流入(箭頭80 的流體，流體閥328c由控制器350控制對(duì)流體容室339 開放，以引導(dǎo)流體至相對(duì)的蓄能器317。為了在蓄能器317的能量已經(jīng)轉(zhuǎn)入到馬達(dá)/泵330 后，允許流體填充蓄能器317，空氣容室341由開啟的空氣通風(fēng)閥306a、306b通風(fēng)。這允許容室341內(nèi)的任何空氣經(jīng)由通風(fēng)孔310b，隨著活塞337響應(yīng)于流體的進(jìn)入產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)(箭頭80 ，排入到大氣中。圖5C是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖5B的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第一回路的蓄能器316引導(dǎo)流體至液壓馬達(dá)/泵330，而第二回路的蓄能器317接收馬達(dá)/泵330排出的流體，此時(shí)空氣容室341內(nèi)的氣體通風(fēng)至大氣。如圖 5C所示，允許預(yù)定數(shù)量的氣體從高壓儲(chǔ)罐302流至蓄能器316，此刻控制器350就關(guān)閉氣動(dòng)閥307c。其它閥門保持開啟，以便流體可繼續(xù)通過馬達(dá)/泵330被蓄能器316驅(qū)動(dòng)。圖5D是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖5C的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第一回路的蓄能器316繼續(xù)引導(dǎo)流體至液壓馬達(dá)/泵330，而第二回路的蓄能器317繼續(xù)接收馬達(dá)/泵330排出的流體，此時(shí)空氣容室341內(nèi)的氣體通風(fēng)至大氣。如圖5D所示，該運(yùn)行繼續(xù)下去，其中基于由儲(chǔ)罐302充入的蓄能器空氣容室340的氣壓，蓄壓器活塞136驅(qū)動(dòng)其他的流體(箭頭800)通過馬達(dá)/泵330。流體使得相對(duì)的蓄能器的活塞337移動(dòng)(箭頭80 ，通過通風(fēng)孔310b置換空氣。圖5E是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖5D的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第一回路的蓄能器316幾乎排空了流體容室338內(nèi)的流體，并且空氣容室340內(nèi)的氣體從高氣壓膨脹到差不多中等壓強(qiáng)。如圖5E所示，蓄能器316的空氣容室 340內(nèi)的氣體填充繼續(xù)驅(qū)動(dòng)流體(箭頭800、801)通過馬達(dá)/泵330，而通過通風(fēng)孔310b置換空氣。在能量回收循環(huán)的這一階段，氣體從高氣壓膨脹到中等壓強(qiáng)。于是，流體從高壓變動(dòng)到中等壓強(qiáng)。通過適當(dāng)?shù)亟o定蓄能器的尺寸，膨脹率可被控制。這是傳熱的主要的參數(shù)中的一部分。為了最高效率，膨脹應(yīng)該基本上保持等溫。也就是來自環(huán)境的熱量補(bǔ)充了膨脹帶來的熱損失。通常，等溫壓縮和膨脹對(duì)保持往返系統(tǒng)的高效率是至關(guān)重要的，尤其在壓縮氣體長(zhǎng)期儲(chǔ)存的時(shí)候。在此處描述的系統(tǒng)的各個(gè)具體實(shí)施例中，可以通過蓄能器和/或增強(qiáng)器的壁進(jìn)行傳熱，或者傳熱機(jī)理作用于膨脹或壓縮氣體以從環(huán)境或其它源中吸收熱或者散發(fā)熱到環(huán)境或其它源中。傳熱的速率取決于蓄能器/ 增強(qiáng)器的熱性質(zhì)和特征，其可用于確定熱時(shí)間常數(shù)。如果蓄能器/增強(qiáng)器中的氣體的壓縮相對(duì)于熱時(shí)間常數(shù)發(fā)生緩慢，那么氣體壓縮產(chǎn)生的熱會(huì)通過蓄能器/增強(qiáng)器壁傳遞至周圍介質(zhì)，并且氣體會(huì)保持在大致恒溫。類似地，如果蓄能器/增強(qiáng)器中的氣體的膨脹相對(duì)于熱時(shí)間常數(shù)發(fā)生緩慢，那么氣體膨脹吸收的熱會(huì)通過蓄能器/增強(qiáng)器壁從周圍介質(zhì)傳遞給氣體，并且氣體會(huì)保持在大致恒溫。如果在壓縮和膨脹兩者期間，氣體保持相對(duì)恒定的溫度， 那么在壓縮期間從氣體傳遞給周圍介質(zhì)的熱能量會(huì)等于在膨脹期間從周圍介質(zhì)經(jīng)由熱傳遞給氣體再生的熱能量。這一性質(zhì)由圖4中的Q和箭頭來表示。應(yīng)該注意到，可以采用多個(gè)機(jī)構(gòu)來保持等溫膨脹/壓縮。在一個(gè)實(shí)施例中，蓄能器可被浸在水浴中，或者水/流體可圍繞蓄能器和增強(qiáng)器流動(dòng)。替換地，蓄能器可被熱/涼的盤管圍繞，或者熱空氣流可被吹過蓄能器/增強(qiáng)器。然而，任何允許大量流體往返于蓄能器傳熱的方法均可被采用。圖5F是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，系統(tǒng)300緊隨圖5E的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第一回路的蓄能器316已經(jīng)排出了流體容室338中的流體，而空氣容室340 中的氣體已經(jīng)從高氣壓膨脹到中等壓強(qiáng)，并且在第一回路和第二回路上的閥門都已經(jīng)暫時(shí)地關(guān)閉，但是可選擇的蓄能器366輸送流體通過馬達(dá)/泵330，以保持循環(huán)之間的電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)332運(yùn)行。如圖5F所示，蓄能器316的活塞336已經(jīng)驅(qū)動(dòng)全部流體流出流體容室 338，此時(shí)在空氣容室340中的氣體已經(jīng)完全膨脹(至20ATM的中等壓強(qiáng)，在該實(shí)施例中)。 流體閥329c和328c被控制器350關(guān)閉。實(shí)際上，閥門的開啟和關(guān)閉是仔細(xì)地定時(shí)的，以便馬達(dá)/泵330保持流體通過。然而，在可選擇的實(shí)施方式中，來自可選擇的蓄能器(圖4中的366)的增壓液體流710可接受流體壓力的短暫的中斷，其被引導(dǎo)通過馬達(dá)/泵330，在低壓下流到第二個(gè)可選擇的蓄能器(圖4中的367)，作為排出的流體流720。在一具體實(shí)施例中，排氣流可被引導(dǎo)至簡(jiǎn)單的低壓容器，其用來回填第一蓄能器366。替換地，排氣流可被引導(dǎo)至低壓的第二個(gè)可選擇的蓄能器(圖4中的367)，其隨后被過剩的電力(驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī))而加壓，或者當(dāng)它充滿液體時(shí)，被來自儲(chǔ)罐302的空氣壓力加壓。替換地，其中系統(tǒng) 300中可并聯(lián)使用大量的蓄能器/增強(qiáng)器回路(例如，三個(gè)或更多)，它們的膨脹循環(huán)可以交錯(cuò)，這樣每次只有一個(gè)回路是關(guān)閉的，允許來自另一個(gè)回路的流體基本上連續(xù)。圖5G是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖5F的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中氣動(dòng)閥307b、306a是開啟的，以允許來自第一回路的蓄能器316的空氣容室340的中等氣壓氣體流入第一回路的增強(qiáng)器318的空氣容室344，而來自第一回路的增強(qiáng)器318的流體被引導(dǎo)通過馬達(dá)/泵330，并且排出的液體填充第二回路的增強(qiáng)器319的流體容室347，增強(qiáng)器319的空氣容室345通風(fēng)至大氣。如圖5G所示，氣動(dòng)閥307b是打開的，而儲(chǔ)罐出口閥307c保持閉合。因此，蓄能器316的空氣容室340的容積連接至增強(qiáng)器318 的空氣容室344。蓄能器的氣壓已經(jīng)降低至中等壓力級(jí)，大大低于從儲(chǔ)罐302的初始進(jìn)料。 因此，空氣流過(箭頭810)閥門307b，流至增強(qiáng)器318的空氣容室344。這就驅(qū)動(dòng)空氣活塞342a(箭頭830)。因?yàn)榻佑|空氣的活塞34 的面積大于蓄能器316中的活塞336的面積，較低的氣壓在增強(qiáng)器318的較小面積的、相連接的液體活塞342b上仍然產(chǎn)生基本上相等的較高的流體壓力。從而流體容室346中的流體在壓力下流過開啟的流體閥329a(箭頭 840)，并且流入馬達(dá)/泵330的進(jìn)口端372。來自電動(dòng)泵330的流出液體被引導(dǎo)流過(箭頭850)此刻開啟的流體閥328a，流至相對(duì)的增強(qiáng)器319。液體進(jìn)入增強(qiáng)器319的流體容室 347，偏壓(箭頭860)液體活塞34 (以及互連的氣體活塞343a)。增強(qiáng)器319的空氣容室345中的任何氣體被排過此刻開啟的通風(fēng)閥門306a，經(jīng)由通風(fēng)孔310b排至大氣。蓄能器 316中的中等級(jí)別氣壓被引導(dǎo)(箭頭820)至增強(qiáng)器318，其活塞34 使用相連的較小直徑的液體活塞342b驅(qū)動(dòng)來自容室346的流體。再生分級(jí)的這一階段保持適度地高流體壓力， 盡管處于較低的氣壓，從而保證馬達(dá)/泵330在預(yù)定的流體壓力的范圍內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行，這是保持給定馬達(dá)的最佳運(yùn)行效率所希望的。值得注意的是，該具體實(shí)施例的多分級(jí)回路有效地限制了傳輸給馬達(dá)/泵330的液壓液運(yùn)行壓力的范圍高于預(yù)定的等級(jí)，盡管在由高壓儲(chǔ)罐充氣的膨脹氣體內(nèi)有較寬的壓力范圍。圖5H是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)緊隨圖5G的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第一回路的增強(qiáng)器318基于來自第一回路的蓄能器316的中等壓強(qiáng)氣體， 引導(dǎo)流體至液壓馬達(dá)/泵330，而第二回路的增強(qiáng)器319接收馬達(dá)/泵330排出的流體，此時(shí)空氣容室345內(nèi)的氣體通風(fēng)至大氣。如圖5H所示，增強(qiáng)器318中的氣體繼續(xù)從中等壓強(qiáng)膨脹到低壓。反之，連接的空氣活塞和液體活塞34 和342b之間的尺寸差別各自地使得流體壓力在高壓和中等壓強(qiáng)之間交替變換。如此，馬達(dá)/泵的運(yùn)行效率被保持。圖51是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)緊隨圖5H的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第一回路的增強(qiáng)器318已經(jīng)幾乎排空了流體容室346內(nèi)的流體，并且其空氣容室344內(nèi)的氣體從第一回路的蓄能器316處釋放出來后，已經(jīng)從中等壓強(qiáng)膨脹到接近低壓。結(jié)合圖5H所討論的，增強(qiáng)器318中的氣體繼續(xù)從中等壓強(qiáng)膨脹到低壓。同樣地，連接的空氣活塞和液體活塞34 和342b之間的尺寸差別各自地使得流體壓力在高壓和中等壓強(qiáng)之間交替變換，以保持馬達(dá)/泵的運(yùn)行效率。圖5J是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖51的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第一回路的增強(qiáng)器318已經(jīng)實(shí)質(zhì)上排空了流體容室346內(nèi)的流體，并且其空氣容室；344內(nèi)的氣體從第一回路的蓄能器316處釋放出來后，已經(jīng)從中等壓強(qiáng)膨脹到低壓。如圖5J所示，增強(qiáng)器的活塞342到達(dá)完全的行程，而流體容室346中的液體被完全從高壓強(qiáng)驅(qū)動(dòng)到中等壓強(qiáng)。同樣地，相對(duì)的增強(qiáng)器的流體容室347已經(jīng)充滿了來自馬達(dá) /泵330的出口側(cè)374的流體。圖漲是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖5J的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第一回路的增強(qiáng)器318已經(jīng)排空了流體容室346內(nèi)的流體，并且其空氣容室344內(nèi)的氣體已經(jīng)膨脹到低壓，并且為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換到第二回路的膨脹循環(huán)，在第一回路和第二回路上的閥門都已經(jīng)暫時(shí)地關(guān)閉，第二回路的蓄能器和增強(qiáng)器流體容室339、347 此刻都充滿液體。此時(shí)，可選擇的蓄能器366可以在循環(huán)之間傳送液體通過馬達(dá)/泵330，以保持馬達(dá)/發(fā)電機(jī)332的運(yùn)行。如圖漲所示，位于回路362的蓄能器316和增強(qiáng)器318 之間的氣動(dòng)閥307b是關(guān)閉的。至此，再生分級(jí)的上述階段，始于圖5A的充氣通過兩個(gè)分級(jí)已經(jīng)完全膨脹，并有著相對(duì)平緩的、等溫膨脹特性，而馬達(dá)/泵330在所希望的運(yùn)行壓力范圍內(nèi)已經(jīng)接收了液體流。與氣動(dòng)閥307b—致，流體閥329a和(和出口氣閥307a)都暫時(shí)地閉合。上述的可選擇的蓄能器366和/或其它互連的空氣/液壓蓄能器/增強(qiáng)器回路可以保持預(yù)定的液體流通過馬達(dá)/泵330，而相關(guān)的回路360、362的閥門都暫時(shí)地閉合。 此時(shí)，如圖4所示，可選擇的蓄能器和容器366、367可以提供增壓液體的連續(xù)流710通過馬達(dá)/泵330，并流入容器或者低壓蓄能器(排出液體流720)。在先前的充氣氣體中的整個(gè)的壓強(qiáng)被系統(tǒng)300使用。圖5L是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖漲的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第二回路的蓄能器317充滿來自高壓儲(chǔ)罐302的高壓氣體作為對(duì)第二回路作為膨脹回路時(shí)的轉(zhuǎn)換部分，而第一回路接收排出的液體并通風(fēng)至大氣，同時(shí)可選擇的蓄能器366輸送液體通過馬達(dá)/泵330，以在循環(huán)之間保持馬達(dá)/發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。如圖 5L所示，循環(huán)繼續(xù)一新的充氣，來自儲(chǔ)罐302的高氣壓(略低的)氣體被傳輸至相對(duì)的蓄能器317。如圖所示，氣動(dòng)閥306c此刻被控制器350打開，允許充氣，較高氣壓的氣體流入 (箭頭815)蓄能器317的空氣容室341，這樣在空氣容室341中構(gòu)建對(duì)應(yīng)的高氣壓充氣。圖5M是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖5L的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中閥門打開，允許液體從第二回路的蓄能器317流至液壓馬達(dá)/泵330，并由此發(fā)電，同時(shí)第一回路的蓄能器316接收馬達(dá)/泵330排出的流體，蓄能器316的空氣容室340通風(fēng)至大氣。如圖5M所示，氣動(dòng)閥306c關(guān)閉，而在回路360、362的液壓側(cè)的流體閥 328d和329d是開啟的，從而允許蓄能器活塞337在充氣的空氣容室341的壓力下產(chǎn)生移動(dòng) (箭頭816)。這引導(dǎo)在高壓下的液體通過馬達(dá)/泵330的進(jìn)口端372 (箭頭817)，然后通過出口 374。此刻，排出的液體被引導(dǎo)(箭頭818)至蓄能器316的流體容室338。氣動(dòng)閥 307a和307b已經(jīng)打開，允許在蓄能器316的空氣容室340中的低壓空氣經(jīng)由通風(fēng)孔310a 排出(箭頭819)至大氣。如此，蓄能器316的活塞336能夠無阻力地移動(dòng)(箭頭821)，以容納來自馬達(dá)/泵的出口 374的液體。圖5N是圖4的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的示意圖，示出了系統(tǒng)300緊隨圖5M的狀態(tài)之后的物理狀態(tài)，其中第二回路362的蓄能器317繼續(xù)引導(dǎo)液體至液壓馬達(dá)/泵330，同時(shí)第一回路的蓄能器繼續(xù)接收馬達(dá)/泵330排出的液體，此時(shí)空氣容室340內(nèi)的氣體通風(fēng)至大氣，循環(huán)最后引導(dǎo)中等壓強(qiáng)空氣至第二回路的增強(qiáng)器319，以驅(qū)除在其中的液體。如圖5N 所示，蓄能器317中的高壓氣體充氣在空氣容室341內(nèi)更充分地膨脹(箭頭816)。最后，空氣容室341中的充氣被完全膨脹。然后，空氣容室341中的中等壓強(qiáng)充氣經(jīng)由開啟的氣動(dòng)閥306b被連接至增強(qiáng)器319，這用來自出口 374的用過的流體填充相對(duì)的增強(qiáng)器318。該工序重復(fù)，直到預(yù)定的能量獲得再生，或者儲(chǔ)罐302內(nèi)的壓強(qiáng)降低到預(yù)定等級(jí)。很明顯，結(jié)合圖4和5A-5N的描述，系統(tǒng)300可以反向運(yùn)行，在泵模式下通過發(fā)電機(jī)/馬達(dá)332發(fā)電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵330來壓縮儲(chǔ)罐302內(nèi)的氣體。在這種情況下，以上描述的工序按相反的順序發(fā)生，驅(qū)動(dòng)流體使得在空氣系統(tǒng)的兩分級(jí)內(nèi)的壓縮依次進(jìn)行。也就是說，空氣在被從外界環(huán)境抽吸到增強(qiáng)器之后，首先被壓縮到中等壓強(qiáng)。然后該中等壓強(qiáng)空氣被引導(dǎo)到蓄能器的空氣容室，在那里液體隨后強(qiáng)制壓縮空氣至高氣壓。然后高壓空氣被強(qiáng)制進(jìn)入儲(chǔ)罐302。該壓縮/能量?jī)?chǔ)存分級(jí)和以上描述的膨脹/能量回收分級(jí)都可參見如圖 6所示的總體系統(tǒng)狀態(tài)圖進(jìn)行討論。注意到，在上述系統(tǒng)100、300(—個(gè)或多個(gè)分級(jí))中，壓縮和膨脹循環(huán)是根據(jù)在儲(chǔ)罐302中有氣體存在來判定的，其當(dāng)前壓強(qiáng)處于中等壓強(qiáng)級(jí)以上(例如，高于20ATM)。例如，系統(tǒng)300中，當(dāng)儲(chǔ)罐302中的當(dāng)前壓強(qiáng)降低到低于中等壓強(qiáng)級(jí)(例如，根據(jù)儲(chǔ)罐傳感器 312、314檢測(cè)的等級(jí))時(shí)，閥門可由控制器配置來只使用增強(qiáng)器進(jìn)行壓縮和膨脹。也就是說，較低的氣壓適于在增強(qiáng)器上使用大面積的氣體活塞，而較高的壓力則適于使用蓄能器 316,317的較小面積的活塞。在討論狀態(tài)圖之前，應(yīng)該注意到，本發(fā)明描述的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一是其不同于現(xiàn)有技術(shù)的各個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使用通常市場(chǎng)上買得到的元件來實(shí)施。在具有例如10至 500kW的電力輸出功率的一系統(tǒng)的實(shí)施例中，高壓儲(chǔ)罐可以使用標(biāo)準(zhǔn)鋼或復(fù)合圓柱形壓力容器(例如壓縮的天然氣5500-psi鋼筒)制得。蓄能器可以使用具有活動(dòng)的活塞的標(biāo)準(zhǔn)鋼或復(fù)合壓力缸(例如，一個(gè)四英寸內(nèi)徑的活塞式蓄能器)。具有類似于示例性的蓄能器性能的增強(qiáng)器(增壓器/倍增器)可以制得(例如，一個(gè)十四英寸升壓直徑和四英寸內(nèi)徑的單一作用的增壓器，可從美國(guó)俄亥俄州的克利夫蘭市的Parker-Harmifin獲得)。液壓馬達(dá)/泵可以是標(biāo)準(zhǔn)的高效率的軸向活塞，徑向活塞，或者基于齒輪的液壓馬達(dá)/泵，而且聯(lián)合的發(fā)電機(jī)也能從許多工業(yè)供應(yīng)商處購(gòu)買獲得。具有規(guī)定的特性的閥門、線路和配件也是在市場(chǎng)上買得到的。討論了系統(tǒng)的各個(gè)具體實(shí)施例中的示例性的物理順序之后，以下系統(tǒng)300在膨脹 /能量回收模式和壓縮/能量?jī)?chǔ)存模式兩者中的運(yùn)行狀態(tài)的更一般的討論。現(xiàn)在參見圖6。具體地，圖6詳細(xì)總結(jié)了狀態(tài)圖600，其可以被控制應(yīng)用353使用，來基于能量循環(huán)(再生/膨脹或者儲(chǔ)存/壓縮)，根據(jù)各壓強(qiáng)、溫度、活塞位置和/或流量傳感器報(bào)告的狀態(tài)，操縱系統(tǒng)的閥門和馬達(dá)/發(fā)電機(jī)?；緺顟B(tài)1(610)是一系統(tǒng)狀態(tài)，其中全部閥門都關(guān)閉，而系統(tǒng)對(duì)氣體既不壓縮也不膨脹。第一蓄能器和增強(qiáng)器(例如，316、318)充滿著最大量的液壓液，而第二蓄能器和增強(qiáng)器1 (例如，317、319)充滿著最大量的空氣，空氣可處于或沒有處于大于大氣的壓強(qiáng)下。相當(dāng)于基本狀態(tài)1的物理系統(tǒng)的狀態(tài)如圖5A所示。反之， 圖6的基本狀態(tài)2(620)是一系統(tǒng)狀態(tài)，其中全部閥門都關(guān)閉，而系統(tǒng)對(duì)氣體既不壓縮也不膨脹。第二蓄能器和增強(qiáng)器充滿著最大量的液壓液，而第一蓄能器和增強(qiáng)器充滿著最大量的空氣，空氣可處于或沒有處于大于大氣的壓強(qiáng)下。相當(dāng)于基本狀態(tài)2的物理系統(tǒng)的狀態(tài)如圖漲所示。進(jìn)一步如圖6所示，基本狀態(tài)1和基本狀態(tài)2每一個(gè)都連接至一個(gè)表示為單分級(jí)的壓縮630的狀態(tài)。該總的狀態(tài)代表一系列的系統(tǒng)狀態(tài)，其中氣體被壓縮以存儲(chǔ)能量，這發(fā)生于當(dāng)儲(chǔ)罐302中的壓強(qiáng)小于中等壓強(qiáng)級(jí)時(shí)。氣體被(例如，從外界環(huán)境)允許進(jìn)入增強(qiáng)器(318或319，取決于當(dāng)前的基本狀態(tài))，然后由驅(qū)動(dòng)液壓液加壓進(jìn)入增強(qiáng)器中。當(dāng)增強(qiáng)器中的氣體的壓強(qiáng)達(dá)到儲(chǔ)罐302中的壓強(qiáng)時(shí)，氣體被允許進(jìn)入儲(chǔ)罐302。該工序?qū)τ诹硪粋€(gè)增強(qiáng)器重復(fù)進(jìn)行，并且系統(tǒng)返回到初始的基本狀態(tài)(610或620)。如圖6所示的雙分級(jí)的壓縮632代表一系列的系統(tǒng)狀態(tài)，其中當(dāng)儲(chǔ)罐302中的壓強(qiáng)大于中等壓強(qiáng)級(jí)時(shí)，氣體在雙分級(jí)中被壓縮以存入能量。壓縮的第一分級(jí)在增強(qiáng)器(318 或319)中發(fā)生，其中氣體在近乎大氣壓下(例如，從外界環(huán)境)被導(dǎo)入后，加壓到中等壓強(qiáng)。壓縮的第二分級(jí)在蓄能器(316或317)中發(fā)生，其中氣體被壓縮到儲(chǔ)罐302中的壓強(qiáng)， 然后被允許流入儲(chǔ)罐302。緊隨兩級(jí)壓縮后，系統(tǒng)從當(dāng)前的基本狀態(tài)返回到另一個(gè)基本狀態(tài)，如圖中的交叉過程箭頭634所表示的。如圖6所示的單分級(jí)的膨脹640代表一系列的系統(tǒng)狀態(tài)，其中當(dāng)儲(chǔ)罐302中的壓強(qiáng)小于中等壓強(qiáng)級(jí)時(shí)，氣體膨脹以再生儲(chǔ)存的能量。來自儲(chǔ)罐302中的一定量氣體被允許直接流入增強(qiáng)器(318或319)。該氣體然后在增強(qiáng)器中膨脹，推動(dòng)液壓液通過液壓馬達(dá)/泵 330并進(jìn)入第二增強(qiáng)器，在那里排出的液體移動(dòng)活塞，同時(shí)氣體側(cè)對(duì)大氣(或另一個(gè)低壓環(huán)境)開放。然后該單分級(jí)的膨脹過程對(duì)于第二增強(qiáng)器重復(fù)進(jìn)行，此后，系統(tǒng)返回到初始的基本狀態(tài)(610或620)。同樣地，如圖6所示的雙分級(jí)的膨脹642代表一系列的系統(tǒng)狀態(tài)，其中當(dāng)儲(chǔ)罐中的壓強(qiáng)大于中等壓強(qiáng)級(jí)時(shí)，氣體分兩級(jí)膨脹，以再生儲(chǔ)存的能量。一定量的氣體從儲(chǔ)罐302被容許進(jìn)入蓄能器(316或317)中，其中氣體膨脹到中等壓強(qiáng)，推動(dòng)液壓液通過液壓馬達(dá)/泵 330并進(jìn)入第二蓄能器。然后氣體被容許進(jìn)入對(duì)應(yīng)的增強(qiáng)器(318或319)中，其中氣體膨脹到接近大氣壓強(qiáng)，推動(dòng)液壓液通過液壓馬達(dá)/泵330并進(jìn)入第二增強(qiáng)器。系列狀態(tài)包括兩級(jí)膨脹，其如前面描述的圖5A-5N所示。兩級(jí)膨脹之后，系統(tǒng)返回到另一個(gè)基本狀態(tài)(610 或620)，如交叉過程箭頭644所示。顯然，以上描述的儲(chǔ)存和再生能量的系統(tǒng)效率很高，因?yàn)樗试S氣體在一個(gè)循環(huán)的逐漸膨脹，這有助于保持等溫特性。該系統(tǒng)通過系統(tǒng)部件提供允許更平緩的熱傳遞的兩個(gè)或更多獨(dú)立分級(jí)中的壓縮/膨脹，由此獨(dú)特地處理了氣體在高氣壓到接近大氣(以及伴隨的熱傳導(dǎo))之間的大膨脹和壓縮。因此要求很少的外界能量(可燃?xì)怏w，等等)來運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)對(duì)環(huán)境更友好，利用市場(chǎng)上買得到的元件就能夠?qū)嵤?，并且可任意?guī)模來滿足各種能量?jī)?chǔ)存/再生的需要。然而，通過結(jié)合如圖9所示的熱傳遞子系統(tǒng)，上面描述的系統(tǒng)的效率有可能進(jìn)一步提高。圖7A-7F描述了對(duì)開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)的的膨脹/壓縮的替代的系統(tǒng)/方法的主系統(tǒng)，其中系統(tǒng)400包括至少三個(gè)蓄能器416a、416b、416c，至少一個(gè)增強(qiáng)器 418和兩個(gè)馬達(dá)/泵430a、430b。為了清楚起見，壓縮氣體儲(chǔ)罐、閥門、傳感器等等未示出。 圖7A-7F示出了蓄能器416、增強(qiáng)器418和馬達(dá)/泵430在各個(gè)膨脹的分級(jí)(分級(jí)101-106) 期間的運(yùn)行。在分級(jí)106完成后，系統(tǒng)400返回到分級(jí)101。如圖所示，標(biāo)識(shí)D、F、AI和F2指示蓄能器或增強(qiáng)器是被驅(qū)動(dòng)(D)或填充(F)，其他的蓄能器中的標(biāo)記，AI指示蓄能器至增強(qiáng)器一蓄能器氣壓側(cè)連接至增強(qiáng)器氣壓側(cè)并驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)器氣壓側(cè)，而F2指示以兩倍的標(biāo)準(zhǔn)填充的速率填充。如圖7A所示，該平面布置包括三個(gè)相同尺寸的液壓氣壓蓄能器416a、416b、416c， 一個(gè)容量大約為蓄能器容量的1/3的具有液壓側(cè)446的增強(qiáng)器418，和兩個(gè)液壓馬達(dá)/泵 430a、430b。圖7A代表分級(jí)或時(shí)間情況101，其中蓄能器416a正被來自壓力容器的高壓氣體驅(qū)動(dòng)。在一定數(shù)量的壓縮氣體被吸入(根據(jù)當(dāng)前的容器壓強(qiáng))后，閥門將閉合，壓力容器和高壓氣體的斷開將持續(xù)以在蓄能器416a內(nèi)膨脹，如圖7B和7C所示(即分級(jí)102和103)。 蓄能器416b沒有液壓液，它的空氣容室440b沒有承壓，并且通風(fēng)至大氣。蓄能器416a中的氣體膨脹，驅(qū)動(dòng)液壓液流出蓄能器，從而驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)430a，且馬達(dá)430a的輸出用液壓液回填蓄能器416b。在如圖101所示的時(shí)間點(diǎn)，蓄能器416c的狀態(tài)處于氣體已經(jīng)膨脹了兩個(gè)單位的時(shí)間，并且持續(xù)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)430b，同時(shí)填充增強(qiáng)器418。類似于蓄能器416b，增強(qiáng)器 418沒有液壓液，它的空氣容室444沒有承壓，并且通風(fēng)至大氣。延伸至?xí)r間情況102，如圖7B所示，蓄能器416a的空氣容室440a繼續(xù)膨脹，從而推動(dòng)液體流出流體容室438a，并且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/泵430a并填充蓄能器416b。此時(shí)蓄能器 416c沒有液壓液，但是保持中等壓強(qiáng)。蓄能器416c的空氣容室440c此時(shí)被連接到增強(qiáng)器 418的空氣容室444。增強(qiáng)器418此時(shí)充滿液壓液，蓄能器416c中的中等壓強(qiáng)氣體驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)器418，其提供了中等壓強(qiáng)氣體到高壓液體的增強(qiáng)。高壓液體驅(qū)動(dòng)馬達(dá)泵430b，馬達(dá)/泵 430b的輸出也經(jīng)由適當(dāng)?shù)拈y門被連接至蓄能器416b并填充蓄能器416b。因此，蓄能器416b 以兩倍正常速率被填充，當(dāng)單個(gè)膨脹液壓氣壓裝置蓄能器或增強(qiáng)器)提供液體用于填充時(shí)為正常速率。在時(shí)間情況103，如圖7C所示，系統(tǒng)400已經(jīng)返回了類似于分級(jí)101的狀態(tài)，但是不同的蓄能器在相同的分級(jí)。蓄能器416b此時(shí)充滿液壓液并正被來自壓力容器的高壓氣體驅(qū)動(dòng)。在一定數(shù)量的壓縮氣體被吸入(根據(jù)當(dāng)前的容器壓強(qiáng))后，閥門將閉合，壓力容器斷開連接。高壓氣體會(huì)繼續(xù)在蓄能器416b中膨脹，如分級(jí)104和105所示。蓄能器416c沒有液壓液，它的空氣容室440c沒有承壓，并且通風(fēng)至大氣。蓄能器416b中的氣體膨脹，驅(qū)動(dòng)液壓液流出蓄能器，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)//泵430b，伴隨著馬達(dá)的輸出功率用液壓液經(jīng)由適當(dāng)?shù)拈y門回填蓄能器416c。在如103所示的時(shí)間點(diǎn)，蓄能器416a的狀態(tài)處于氣體已經(jīng)膨脹了兩個(gè)單位的時(shí)間，并且持續(xù)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵430a，同時(shí)填充增強(qiáng)器418。類似于蓄能器416c， 增強(qiáng)器418再次沒有液壓液，它的空氣容室444沒有承壓，并且通風(fēng)至大氣。延伸至?xí)r間情況104，如圖7D所示，蓄能器416b的空氣容室440b繼續(xù)膨脹，從而推動(dòng)液體流出流體容室438b，并且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/泵430a并填充蓄能器416c。此時(shí)蓄能器 416a沒有液壓液，但是保持中等壓強(qiáng)。蓄能器416a的空氣容室440a此時(shí)被連接到增強(qiáng)器 418的空氣容室444。增強(qiáng)器418此時(shí)充滿液壓液，蓄能器416a中的中等壓強(qiáng)氣體驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)器418，提供了中等壓強(qiáng)氣體到高壓液體的增強(qiáng)。高壓液體驅(qū)動(dòng)馬達(dá)泵430b，馬達(dá)/泵430b 的輸出也經(jīng)由適當(dāng)?shù)拈y門被連接至并填充蓄能器416c。因此，蓄能器416c以兩倍正常速率被填充，當(dāng)單個(gè)膨脹液壓氣壓裝置(蓄能器或增強(qiáng)器)提供液體用于填充時(shí)為正常速率。在時(shí)間情況105，如圖7E所示，系統(tǒng)400已經(jīng)返回了類似于分級(jí)103的狀態(tài)，但是具有在相同分級(jí)的不同的蓄能器。蓄能器416c此時(shí)充滿液壓液并正被來自壓力容器的高壓氣體驅(qū)動(dòng)。在一定數(shù)量的壓縮氣體被吸入(根據(jù)當(dāng)前的容器壓強(qiáng))后，閥門將閉合，斷開與壓力容器的連接。高壓氣體會(huì)繼續(xù)在蓄能器416c中膨脹。蓄能器416a沒有液壓液，它的空氣容室440a沒有承壓，并且通風(fēng)至大氣。蓄能器416c中的氣體膨脹驅(qū)動(dòng)液壓液流出蓄能器，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵430b，伴隨著馬達(dá)的輸出用液壓液經(jīng)由適當(dāng)?shù)拈y門回填增強(qiáng)器 418。在如105所示的時(shí)間點(diǎn)，蓄能器416b的狀態(tài)處于氣體已經(jīng)膨脹了兩個(gè)單位的時(shí)間，并且持續(xù)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵430a，同時(shí)利用液壓液經(jīng)由適當(dāng)?shù)拈y門填充蓄能器416a。類似于蓄能器416a，增強(qiáng)器418再次沒有液壓液，它的空氣容室444沒有承壓，并且通風(fēng)至大氣。延伸至?xí)r間情況106，如圖7F所示，蓄能器416b的空氣容室440c繼續(xù)膨脹，從而推動(dòng)液體流出流體容室438c，并且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/泵430b并填充蓄能器416a。此時(shí)蓄能器 416b沒有液壓液，但是保持中等壓強(qiáng)。蓄能器416b的空氣容室440b此時(shí)被連接到增強(qiáng)器418的空氣容室444。增強(qiáng)器418此時(shí)充滿液壓液，蓄能器416b中的中等壓強(qiáng)氣體驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)器418，其提供了中等壓強(qiáng)氣體到高壓液體的增強(qiáng)。高壓液體驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵430a，馬達(dá)/ 泵430a的輸出也經(jīng)由適當(dāng)?shù)拈y門被連接至并填充蓄能器416a。因此，蓄能器416a以兩倍正常速率被填充，當(dāng)單個(gè)膨脹液壓氣壓裝置(蓄能器或增強(qiáng)器)提供液體用于填充時(shí)為正常速率。緊隨如106所示的狀態(tài)之后，系統(tǒng)返回到如101所示的狀態(tài)，并且循環(huán)持續(xù)。圖8是示出了上面描述的膨脹方案的表格，其示出了圖7A-7F中的三個(gè)蓄能器，一個(gè)增強(qiáng)器系統(tǒng)。應(yīng)該注意到，貫穿循環(huán)，兩個(gè)液壓氣壓裝置(兩個(gè)蓄能器或一個(gè)增強(qiáng)器加上一個(gè)蓄能器)總是膨脹的，而兩個(gè)馬達(dá)總是被驅(qū)動(dòng)的，但這是在膨脹中的不同的點(diǎn)，如此， 總體電力保持相對(duì)恒定。圖9總體描述了分級(jí)的液壓空氣能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其使用熱調(diào)節(jié)壓縮液體儲(chǔ)存和再生電能，并結(jié)合了本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施例，例如圖1、4和7中的描述。如圖9所示，系統(tǒng) 900包括五個(gè)高壓氣體/空氣儲(chǔ)罐90Μ-902θ。儲(chǔ)罐90 和902b及儲(chǔ)罐902c和902d各自地通過手控閥9(Ma、904b和9(Mc、904d并行相連。儲(chǔ)罐90 也包括手控的斷流閥9(Me。 儲(chǔ)罐902經(jīng)由氣壓的二通閥(8卩，截流閥)906￡1、90613、906(3相連至主氣流線路908。儲(chǔ)罐輸出線路包括壓力傳感器91h、912b、912c。線路/儲(chǔ)罐902還可以包括溫度傳感器。各個(gè)傳感器可以被系統(tǒng)控制器960經(jīng)由適當(dāng)?shù)倪B接監(jiān)控，結(jié)合如上所述的圖1和4。主氣流線路908經(jīng)由自動(dòng)控制的氣壓的斷流閥907a、907b被連接至一對(duì)多分級(jí)(在實(shí)施例中為兩分級(jí))蓄能器回路。這些閥門907a、907b被連接到相應(yīng)的蓄能器916和917。蓄能器916、917 的空氣容室940、941經(jīng)由自動(dòng)控制的氣壓的斷流閥907c、907d被連接至增強(qiáng)器918、919的空氣容室944、945。氣壓的斷流閥907e、907f也被連接至氣流線路，該氣流線路連接各自的蓄能器和增強(qiáng)器空氣容室并連接至相應(yīng)的大氣通風(fēng)孔910a、910b。該配置允許來自各個(gè)儲(chǔ)罐902的空氣被有選擇地導(dǎo)引到蓄能器空氣容室944、945中之一。而且，各個(gè)氣流線路和空氣容室可以包括壓力傳感器和溫度傳感器922、924，其輸送探測(cè)的遙測(cè)數(shù)據(jù)至控制器960。系統(tǒng)900也包括兩個(gè)熱傳遞子系統(tǒng)950，其與蓄能器和增強(qiáng)器916-919的空氣容室 940、941、944、945、以及提供改善的氣體等溫膨脹和等溫壓縮的高壓儲(chǔ)罐902流體連通。熱傳遞子系統(tǒng)950的一個(gè)原理圖更詳細(xì)地如圖9A所示。每一個(gè)熱傳遞子系統(tǒng)950包括循環(huán)設(shè)備952，至少一個(gè)換熱器卯4和氣動(dòng)閥956。一個(gè)循環(huán)設(shè)備952，兩個(gè)換熱器954以及兩個(gè)氣動(dòng)閥956如圖9和9A所示，然而，循環(huán)設(shè)備952、換熱器954以及閥門956的數(shù)量和型號(hào)都可以變化以適合具體的應(yīng)用。熱傳遞子系統(tǒng)950的各個(gè)元件和操作在在下文更詳細(xì)描述。 在一具體實(shí)施例中，一般地，循環(huán)設(shè)備952是能夠在高達(dá)3000PSI或更大的壓強(qiáng)下運(yùn)行的正向活塞泵，兩個(gè)換熱器％4是殼內(nèi)管式(亦稱管殼式)換熱器954，也能夠在高達(dá)3000PSI 或更大的壓強(qiáng)下運(yùn)行。換熱器％4是以并聯(lián)連接的方式示出的，雖然它們還可以串聯(lián)的方式連接。各換熱器％4可以具有相同的或不同的熱交換面積。例如，當(dāng)換熱器954并聯(lián)連接、第一換熱器954A具有傳熱面積X、并且第二換熱器954B具有傳熱面積2X時(shí)，控制閥配置可用于有選擇地引導(dǎo)氣體流向換熱器954中的一個(gè)或兩個(gè)，以獲得不同的傳熱面積(例如，X、2X或3X)，并由此獲得不同的熱效率。系統(tǒng)950的基本操作結(jié)合圖9A進(jìn)行描述。如圖所示，系統(tǒng)950包括循環(huán)設(shè)備952， 其例如可以被與其機(jī)械地連接的電動(dòng)機(jī)953驅(qū)動(dòng)。其它驅(qū)動(dòng)循環(huán)設(shè)備的類型和裝置也可構(gòu)建，而且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，循環(huán)設(shè)備952可以是蓄能器、止回閥和致動(dòng)器的組合。循環(huán)設(shè)備952經(jīng)由三通二位氣動(dòng)閥956B與每一空氣容室940、944流體連通，根據(jù)閥門956B 的位置抽吸來自空氣容室940、944任一的氣體。循環(huán)設(shè)備952使氣體從空氣容室940、944 到換熱器％4循環(huán)。如圖9A所示，兩個(gè)換熱器卯4通過一系列的氣壓斷流閥907G-907J并聯(lián)連接，斷流閥可以調(diào)節(jié)氣體至換熱器954A、換熱器954B或兩者的氣體流量。還包括旁通氣壓斷流閥907K，其可用于旁通換熱器％4 (即，熱傳遞子系統(tǒng)950可以沒有循環(huán)氣體通過任一換熱器)。在工作時(shí)，氣體流過換熱器954的第一側(cè)，而恒溫流體源流過換熱器954的第二側(cè)。 流體源被控制以保持氣體處于室溫。例如，當(dāng)氣體在壓縮期間溫度增加時(shí)，氣體可以被引導(dǎo)通過換熱器954，而流體源(處于環(huán)境溫度或者更冷的溫度)反向流過換熱器954，以帶走氣體的熱量。換熱器卯4的氣體輸出經(jīng)由三通二位氣動(dòng)閥956A與每一空氣容室940、944流體連通，根據(jù)閥門956A的位置，其將熱調(diào)節(jié)氣體返回到任一空氣容室940、944。氣動(dòng)閥956 用來控制氣體正被熱調(diào)節(jié)的液壓缸。各個(gè)元件的選擇會(huì)根據(jù)具體的應(yīng)用，例如結(jié)合液體流量、熱傳遞要求和位置。而且，氣動(dòng)閥可以被電子地、液壓地、氣壓地或人工地操作。而且，熱傳遞子系統(tǒng)950可以包括至少一個(gè)溫度傳感器922，其結(jié)合控制器960控制各個(gè)閥門907、956的操作，由此控制熱傳遞子系統(tǒng)950的操作。在一個(gè)示例性的具體實(shí)施例中，熱傳遞子系統(tǒng)被用于如上所示和所述的分級(jí)的液壓氣壓的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中兩個(gè)換熱器串聯(lián)連接。熱傳遞子系統(tǒng)的操作結(jié)合一個(gè)具有4英寸內(nèi)徑的1. 5加侖容量的活塞式蓄能器的操作來進(jìn)行描述。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)在氣體10秒內(nèi)從2900PSI膨脹到350PSI的過程中能夠產(chǎn)生1_1. 5kff的電力。兩個(gè)殼內(nèi)管式熱交換設(shè)備(可以從美國(guó)威斯康星州Oconomowoc的kntry設(shè)備公司中獲得)， 一個(gè)具有0. Ilm2的熱交換面積，另一個(gè)具有0. 22m2的熱交換面積，都與蓄能器的空氣容室流體連通。除了換熱器的布置，系統(tǒng)類似于圖9A所示，并且可用斷流閥來控制熱交換反向流，由此提供不作熱交換、與單個(gè)換熱器(即，具有0. Ilm2或0. 22m2的熱交換面積)熱交換或與兩個(gè)換熱器(即，具有0. 33m2的熱交換面積)進(jìn)行熱交換。在900、950的操作期間，高壓空氣從蓄能器916中被吸取，并被循環(huán)設(shè)備952循環(huán)流過換熱器954。具體地，一旦蓄能器916充滿液壓液并且活塞處于汽缸的頂端，氣體循環(huán) /換熱器子回路和蓄能器的氣壓側(cè)的剩余空間就充滿著3，000PSI的空氣。如果需要，斷流閥907G-907J用來選擇哪一個(gè)換熱器(如果有的話)供使用。一旦這一點(diǎn)完成，循環(huán)設(shè)備 952打開，如同換熱器的逆向流動(dòng)。其他的熱傳遞子系統(tǒng)結(jié)合圖11-23在下文描述。在蓄能器916中的氣體膨脹期間，如圖9A所示，三向閥956被致動(dòng)，并且氣體膨脹。在蓄能器916的氣體側(cè)的壓力和溫度傳感器/探測(cè)器在膨脹期間被監(jiān)控，位于熱傳遞子系統(tǒng)950中的溫度傳感器/探測(cè)器也是如此。當(dāng)總的液力能量輸出與理論的能量輸出相比，即可確定氣體膨脹的熱力效率，理論的能量輸出可以已經(jīng)通過讓已知體積的氣體以理想等溫膨脹方式來獲得?？傮w輸出量和熱效率可通過調(diào)節(jié)液壓液流動(dòng)速率和換熱器面積來控制。圖10描述了系統(tǒng)900、950的示例性的具體實(shí)施例中的輸出功率、熱效率和換熱器表面積之間的關(guān)系。如圖10所示，在輸出功率和效率之間有一平衡(trade-off)。通過增加熱交換面積(例如，通過給熱傳遞子系統(tǒng)950增加熱交換器)，可在輸出功率范圍內(nèi)獲得更高的熱效率。對(duì)于該示例性的具體實(shí)施例，當(dāng)使用兩個(gè)換熱器％4用于1. Okff的平均功率輸出時(shí)，可以獲得超過90%的熱效率。增加氣體通過換熱器的循環(huán)速率還會(huì)提供額外的效率。根據(jù)上述，通過成本和尺寸與輸出功率和效率的均衡，元件的選擇和尺寸可達(dá)到最優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)900的基本操作和配置基本上類似于系統(tǒng)100和300 ；然而，如本文中描述的，在液壓閥的布置之間存在差別?；仡^參見圖9，對(duì)于基本的分級(jí)的液壓氣壓的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)900的其余描述，每一蓄能器916、917的空氣容室940、941被活動(dòng)的活塞936、937密閉，活塞936、937具有使用密封環(huán)和本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的其他元件的適當(dāng)?shù)拿芊庀到y(tǒng)?；钊?36、937響應(yīng)于空氣容室940、941和分別位于蓄能器殼體的相對(duì)側(cè)上的相對(duì)的流體容室938、939之間的壓強(qiáng)差沿著蓄能器殼體移動(dòng)。同樣地，相應(yīng)的增強(qiáng)器918、919的空氣容室944、945也被移動(dòng)的活塞組件942、943封閉。然而，活塞組件942、943包括空氣活塞，其通過軸、桿或其它連接件被連接至相應(yīng)的流體活塞，它們連接在一起移動(dòng)?；钊睆街g的差別允許作用在空氣活塞上的較低的氣壓在聯(lián)合的流體容室上產(chǎn)生與作用于蓄能器活塞上的較高的氣壓的相似的壓強(qiáng)。如此，并如前文所述，系統(tǒng)允許采用至少兩級(jí)的氣壓以產(chǎn)生相似等級(jí)的流體壓力。蓄能器流體容室938、939經(jīng)由液壓閥928a被相互連接至液壓馬達(dá)/泵布置930。 液壓馬達(dá)/泵布置930包括第一端口 931和第二端口 933。布置930還包括幾個(gè)可選擇的閥門，包括常開的斷流閥925、卸壓閥927，和可進(jìn)一步控制馬達(dá)/泵布置930的操作的三個(gè)止回閥929。例如，止回閥929a、929b引導(dǎo)流體從馬達(dá)/泵的流出口端口流至在較低的壓強(qiáng)下的端口 931、933。而且，閥門925、929c防止馬達(dá)/泵在膨脹循環(huán)期間發(fā)生突然停機(jī)。液壓閥928a顯示為三位四通定向閥，其是電致動(dòng)的，并彈簧回程至中心關(guān)閉位置，其中在未致動(dòng)的狀態(tài)，沒有流體能夠通過閥門928a。定向閥928a控制從蓄能器流體容室938、939到馬達(dá)/泵布置930的第一端口 931或第二端口 933之一的流體流動(dòng)。該布置允許來自蓄能器流體容室938、939之一的流體驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵930順時(shí)針方向或反時(shí)針方向通過單個(gè)閥門。增強(qiáng)器流體容室946、947經(jīng)由液壓閥928b也被相互連接至液壓馬達(dá)/泵布置 930。液壓閥928b也是三位四通定向閥，其是電力致動(dòng)的，并且是彈簧回程至中心關(guān)閉位置，其中在未致動(dòng)的狀態(tài)，沒有流體能夠通過閥門928b。定向閥928b控制從增強(qiáng)器流體容室946、947到馬達(dá)/泵布置930的第一端口 931或第二端口 933之一的流體流動(dòng)。該布置允許來自增強(qiáng)器流體容室946、947之一的流體驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/泵930順時(shí)針方向或反時(shí)針方向通過單個(gè)閥門。馬達(dá)/泵930可連接的至發(fā)電機(jī)/馬達(dá)，后者驅(qū)動(dòng)并被馬達(dá)/泵930驅(qū)動(dòng)。如前面描述的具體實(shí)施例所討論的，發(fā)電機(jī)/馬達(dá)組件可與電力分配系統(tǒng)相互連接，并可被控制器960監(jiān)控狀態(tài)和輸出/輸入電平。而且，流體線路和流體容室可包括壓強(qiáng)、溫度或流量傳感器和/或指示器922、 924，其輸送檢測(cè)的遙測(cè)數(shù)據(jù)至控制器960和/或提供操作狀態(tài)的可見信號(hào)。而且，活塞936、 937、942、943可包括位置傳感器948，其報(bào)告它們的當(dāng)前位置給控制器960?；钊奈恢每捎糜诖_定氣體和流體兩者的相對(duì)壓力和流量。圖11是本發(fā)明的一個(gè)簡(jiǎn)化的具體實(shí)施例中等溫膨脹液壓/氣動(dòng)系統(tǒng)的說明性的實(shí)施例。系統(tǒng)包括汽缸1101，其含空氣容室或"氣壓側(cè)"1102和流體容室或"液壓側(cè)"1104，兩者被活動(dòng)的(雙箭頭1140)活塞1103或其它隔離氣體與流體的力/壓強(qiáng)傳遞擋板分隔開。汽缸1101可以是傳統(tǒng)的、市場(chǎng)上買得到的元件，其被改變成接收如下所述的附加的端口。如以下將進(jìn)一步詳細(xì)描述的，此處描述的任何具體實(shí)施例都可以實(shí)施為上面描述的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的液壓和氣動(dòng)回路中的蓄能器或增強(qiáng)器(例如，蓄能器316、增強(qiáng)器318)。汽缸1101包括主空氣端口 1105，其可以經(jīng)由閥門1106關(guān)閉，并與氣動(dòng)回路或任何其它空氣源/存儲(chǔ)系統(tǒng)連接。汽缸1101還包括一主流體端口 1107，其可被閥門1108 關(guān)閉。流體端口與以上所述的存儲(chǔ)系統(tǒng)的液壓回路中的流體源或任何其它流體容器連接?，F(xiàn)在參照熱傳遞子系統(tǒng)1150，汽缸1101具有一個(gè)或多個(gè)氣體循環(huán)輸出端口 1110， 其經(jīng)由管道1111連接至氣體循環(huán)器1152。注意，此處使用的術(shù)語"管道"、“管子"等等應(yīng)該指一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管，其被設(shè)計(jì)以在兩點(diǎn)之間傳送氣體或其他的流體。由此，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，單數(shù)的術(shù)語應(yīng)該考慮包括多個(gè)平行的導(dǎo)管。氣體循環(huán)器1152可以是傳統(tǒng)的或定制的低壓的氣動(dòng)泵、風(fēng)扇或用于循環(huán)氣體的任何其它裝置。氣體循環(huán)器1152應(yīng)該被密封并定速以在氣體容室1102內(nèi)的壓強(qiáng)下操作。因此，氣體循環(huán)器1152創(chuàng)建了上至管道1111的預(yù)定的空氣流量(箭頭1130)，并通過管道。氣體循環(huán)器1152可以是被來自電力源的電力提供動(dòng)力或被另一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如液壓馬達(dá)，供以動(dòng)力。循環(huán)器1152的集流速度和開/閉功能可以被作用于循環(huán)器1152的電源上的控制器1160控制?？刂破?160可以是基于軟件和 /或硬件的系統(tǒng)，其執(zhí)行此處描述的熱交換程序。氣體循環(huán)器1152的輸出端經(jīng)由管道1114 連接至換熱器IlM的輸入端1115。本說明性的具體實(shí)施例中的換熱器IlM可以是任何可接受的設(shè)計(jì)，其允許能量被高效地傳送至壓力管道中的高壓氣體流，以及從壓力管道中的高壓氣體流傳送至另一個(gè)集流(流體)內(nèi)。熱交換率部分地基于氣體和流體的相對(duì)流速、氣體和流體之間的交換表面積和它們之間的分界面的熱傳導(dǎo)率。特別地，氣體流在熱交換器IlM內(nèi)被流體逆向流 1117(箭頭1126)加熱，其在室溫下進(jìn)入熱交換器IlM的流體輸入端1118，并在等于或近似等于管道1114中的氣體的溫度下排出熱交換器IlM的流體出口 1119。換熱器IlM的氣體出口 1120處的氣體流處于室溫或近似室溫下，并經(jīng)由管道1121通過一個(gè)或多個(gè)氣體循環(huán)輸入端1122返回至空氣容室1102。用"室溫"表示周圍環(huán)境的溫度，或者系統(tǒng)可以獲得有效性能的其他期望溫度。在循環(huán)輸入端1122處再次進(jìn)入汽缸的空氣容室1102的室溫氣體與氣體容室1102內(nèi)的氣體混合，從而給氣體容室1102中的流體帶來接近室溫的溫度?？刂破?160例如根據(jù)容納在氣體容室1102內(nèi)的氣體的優(yōu)勢(shì)溫度來管理熱交換率，其使用常規(guī)設(shè)計(jì)的溫度傳感器1113B，該溫度傳感器111 與容室1102內(nèi)的氣體熱交流。傳感器111 可以設(shè)置在沿著汽缸的任何位置，包括換熱器氣體輸入端1110處，或者與其鄰近處的位置?？刂破?160從汽缸檢測(cè)器上得到數(shù)值T，并與由位于系統(tǒng)環(huán)境內(nèi)某處的檢測(cè)器1113C得來的室溫?cái)?shù)值(TA)進(jìn)行比較。當(dāng)T大于TA時(shí)，熱傳遞子系統(tǒng)1150被導(dǎo)向(通過供以循環(huán)器1152動(dòng)力)移動(dòng)氣體通過其中，移動(dòng)速率可部分根據(jù)溫差決定(從而交換不會(huì)溢出或達(dá)不到要求的設(shè)置)。附加傳感器可位于熱交換子系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)的位置，以提供能被更復(fù)雜的控制算法使用的額外的遙測(cè)數(shù)據(jù)。例如，從換熱器輸出氣體的溫度(TO)可被設(shè)置在出口 1122的上游的檢測(cè)器1113A測(cè)量。換熱器的流體管路可充滿水、冷卻劑混合物和/或任何可接受的傳熱介質(zhì)。在替換的具體實(shí)施例中，氣體，例如空氣或冷卻劑，能被用作傳熱介質(zhì)。一般說來，流體由導(dǎo)管引導(dǎo)至在閉合的或開口的回路中有流體的大型的容器中。一個(gè)開口回路的實(shí)施例是一口井或一個(gè)貯水池，環(huán)境的水從其中抽出，并且排出的水被傳輸?shù)讲煌奈恢?，例如河流的下游?在一閉合回路的具體實(shí)施例中，冷卻塔可以使水循環(huán)通過空氣以返回到換熱器。同樣地，水可以穿過浸入式或掩埋式連續(xù)管道的盤管，其中產(chǎn)生反向熱交換以使流體流在返回?fù)Q熱器進(jìn)行另一循環(huán)之前，返回至環(huán)境。還應(yīng)該清楚，本發(fā)明的等溫操作在兩個(gè)方向上熱動(dòng)力學(xué)地做功。雖然氣體在膨脹期間由流體加熱至室溫，但是由于通過壓縮可以建立相當(dāng)?shù)膬?nèi)部熱能，氣體還可以在壓縮期間被換熱器冷卻至室溫。因此，換熱器元件應(yīng)該被設(shè)計(jì)以應(yīng)對(duì)將要遇到的輸入氣體和排出流體的溫度范圍。而且，因?yàn)閾Q熱器處于液壓/氣壓缸的外部，它可設(shè)置在任何便利的位置，并可根據(jù)輸送高效率的熱交換的需要確定尺寸。而且它可通過易于安裝在現(xiàn)有的、市場(chǎng)上買得到的液壓/氣壓缸的底端的直通接頭或端口接附于汽缸?，F(xiàn)在參照?qǐng)D12，其詳細(xì)示出了本發(fā)明的一個(gè)簡(jiǎn)化的具體實(shí)施例中等溫膨脹液壓/ 氣動(dòng)系統(tǒng)的第二個(gè)說明性的實(shí)施例。在該具體實(shí)施例中，熱傳遞子系統(tǒng)1250與上面描述的熱傳遞子系統(tǒng)950、1150相似或相同。其中使用了同樣的元件，因此它們?cè)诖颂幈唤o出了同樣的附圖標(biāo)記。在該具體實(shí)施例中的說明性的系統(tǒng)包括"增強(qiáng)器"，其由包含空氣容室 1202和流體容室1204的汽缸組件1201組成，兩者被活塞組件1203分離開。該布置中的活塞組件1203由較大直徑/面積的氣動(dòng)活塞構(gòu)件1210構(gòu)成，其由軸1212連接至較小直徑/ 面積的液壓活塞1214。對(duì)應(yīng)的空氣容室1202的橫截面因此比流體容室1204的大，并被活動(dòng)的(雙箭頭1220)活塞組件1203隔離開?；钊M件1203的相對(duì)尺寸在汽缸1201的每一側(cè)引起壓差響應(yīng)。也就是說，根據(jù)每一活塞構(gòu)件1210、1214的相對(duì)表面積，氣體容室1202 內(nèi)的壓強(qiáng)可相對(duì)于流體容室內(nèi)的壓強(qiáng)以某一預(yù)定的比率降低。如以前討論的，此處描述的任何具體實(shí)施例可由在上面描述的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的液壓和氣動(dòng)回路中的蓄能器或增強(qiáng)器來實(shí)施。例如，在前面描述的系統(tǒng)中，增強(qiáng)器汽缸 1201可連同圖11的汽缸1101 —起用作一個(gè)分級(jí)。為與那些系統(tǒng)或另一應(yīng)用有接口，汽缸 1201可包括主空氣端口 1205，其可經(jīng)由閥門1206關(guān)閉，還包括主流體端口 1207，其可由閥門1208關(guān)閉。現(xiàn)在參照熱傳遞子系統(tǒng)1250，增強(qiáng)器汽缸1201還具有一個(gè)或多個(gè)氣體循環(huán)輸出端口 1210，其經(jīng)由管道1211連接至氣體循環(huán)器1252。再次，氣體循環(huán)器1252可以是用于循環(huán)氣體的傳統(tǒng)的或定制的低壓差的氣動(dòng)泵、風(fēng)扇或任何其它裝置。氣體循環(huán)器1252應(yīng)該被密封并定速以在氣體容室1202內(nèi)的壓強(qiáng)下工作。因此，氣體循環(huán)器1252創(chuàng)建了上至管道1211的預(yù)定的氣體流(箭頭1230)，并通過管道。氣體循環(huán)器1252可以是被來自電力源的電力提供動(dòng)力或被另一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如液壓馬達(dá)，供以動(dòng)力。循環(huán)器1252的集流速度和開/閉功能可以被作用于循環(huán)器1252的電源上的控制器1260控制?？刂破?160可以是基于軟件和/或硬件的系統(tǒng)，其執(zhí)行此處描述的熱交換程序。氣體循環(huán)器1252的輸出端經(jīng)由管道1214連接至換熱器12M的輸入端1215。再次，氣體流在換熱器12M內(nèi)被流體逆向流1217(箭頭1226)加熱，其在室溫下進(jìn)入熱交換器12M的流體輸入端1218，并在等于或近似等于管道1214中的氣體的溫度下排出熱交換器12M的流體出口 1219。換熱器12M的氣體出口 1220處的氣體流處于室溫或近似室溫下，并經(jīng)由管道1221通過一個(gè)或多個(gè)氣體循環(huán)輸入端1222返回至空氣容室1202。 用"室溫"表示周圍環(huán)境的溫度，或者系統(tǒng)可以獲得有效性能的其他期望溫度。在循環(huán)輸入端1222處再次進(jìn)入汽缸的空氣容室1202的室溫氣體與氣體容室1202內(nèi)的氣體混合，從而給氣體容室1202中的流體帶來接近室溫的溫度。再次，當(dāng)熱傳遞子系統(tǒng)1250與圖12的增強(qiáng)器連接時(shí)，其可特別設(shè)定尺寸和配置以適應(yīng)增強(qiáng)器的空氣容室1202的性能，該性能可與如圖11所示的具體實(shí)施例中的汽缸的空氣容室1102的性能有熱動(dòng)力學(xué)上的不同。不過， 可以認(rèn)識(shí)到，在兩個(gè)具體實(shí)施例中的換熱器的基本結(jié)構(gòu)與功能是大概相似的。同樣地，控制器1260可適合于應(yīng)對(duì)增強(qiáng)器汽缸的性能曲線。因而，容室傳感器1213B、環(huán)境傳感器1213C 和交換器輸出傳感器1213A的溫度讀數(shù)與圖11中的傳感器1113是相似的。在該具體實(shí)施例中明確地構(gòu)想了多種可替換采用的傳感器設(shè)置?，F(xiàn)在參考圖13，其示出了與勢(shì)能回路1370組合在一起的圖11中示出和描述的汽缸1101和熱傳遞子系統(tǒng)1150。該具體實(shí)施例說明了汽缸1101做功的能力。前述的增強(qiáng)器1201可同樣地被安排以如圖13所示的方式做功?？傊S著氣體容室1102中的加壓氣體膨脹，氣體在所示的活塞組件1103上(或在圖12的具體實(shí)施例中的活塞組件1203上) 做功，活塞組件對(duì)流體容室1104(或流體容室1204)中的流體做功，從而推動(dòng)流體流出流體容室1104(1204)。被推出流體容室1104(1204)的流體經(jīng)管道1371流至常規(guī)設(shè)計(jì)的液壓馬達(dá)1372，使得液壓馬達(dá)1372驅(qū)動(dòng)軸1373。軸1373驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)1374，發(fā)出電力。流入液壓馬達(dá)1372的流體流出馬達(dá)后，流入流體容器1375。通過這種方式，由空氣容室1102(120 內(nèi)的氣體膨脹釋放的能量被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。氣體可來源于如上所述的高壓儲(chǔ)罐陣列中。當(dāng)然，氣體容室1102(120 中的熱傳遞子系統(tǒng)在膨脹過程中以上面描述的方式保持室溫。按類似方式，電能可用于壓縮氣體，從而儲(chǔ)能。提供給電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)1374的電能驅(qū)動(dòng)軸1373，接著，其反過來驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)1372。此舉推動(dòng)流體從流體容器1375流入管道1371，并進(jìn)一步流入汽缸1101的流體容室1104(1204)。隨著流體進(jìn)入流體容室 1104(1204)，它在活塞組件1103上做功，從而活塞組件對(duì)氣體容室1102(120 中的氣體做功，也就是說，壓縮氣體。熱傳遞子系統(tǒng)1150可用于散發(fā)壓縮產(chǎn)生的熱量，并通過由控制器 1160(1沈0)對(duì)傳感器1113(1213)的適當(dāng)讀取，然后調(diào)節(jié)循環(huán)器1152 (1252)的節(jié)流，保持溫度處于室溫或接近室溫?，F(xiàn)在參考圖14A、14B和14C，其各自示出了汽缸或增強(qiáng)器絕熱地、等溫地或者接近等溫地膨脹氣體時(shí)的做功能力。首先參考圖14A，如果氣體容室中的氣體從初壓502和初始體積504足夠快速地膨脹，以致實(shí)際上沒有熱量輸入至氣體，則氣體按照絕熱曲線506a絕熱膨脹，直到氣體達(dá)到大氣壓強(qiáng)508和絕熱的最終體積510a。由該絕熱膨脹所做的功為陰影面積51加。明顯地，曲線的一小部分變成陰影，顯示所做的功較小，以及能量轉(zhuǎn)移的效率低。反之，如圖14B所示，如果氣體容室中的氣體從初壓502和初始體積504足夠緩慢膨脹，以致全部的熱量傳遞入氣體，則氣體會(huì)保持恒溫，并會(huì)按照等溫曲線506b等溫膨脹， 直到氣體達(dá)到大氣壓強(qiáng)508和等溫的最終體積510b。由該等溫膨脹所做的功為陰影面積 512b。由等溫膨脹506b獲得的功512b明顯地大于由絕熱膨脹506a獲得的功512a。實(shí)際氣體膨脹可介于等溫和絕熱之間。本發(fā)明的熱傳遞子系統(tǒng)950、1150、1250意圖構(gòu)建至少接近或近乎理想的圖14C的圖表所示的等溫膨脹。氣體容室中的氣體從初壓502和初始體積504按照實(shí)際膨脹曲線506c膨脹，直到氣體達(dá)到大氣壓強(qiáng)508和實(shí)際的最終容積510c。由該膨脹所做的實(shí)際功為陰影面積512c。如果實(shí)際的膨脹506c為接近等溫，那么所做的實(shí)際功512c會(huì)近似相等于等溫的功512b(當(dāng)與圖14B中的面積比較時(shí))。實(shí)際功512c與理想的等溫功512b的比值為膨脹的熱效率，如圖10的Y軸所繪出的。系統(tǒng)的輸出功率等于由氣體膨脹完成的功除以氣體膨脹所花費(fèi)的時(shí)間。為了增加輸出功率，需要降低膨脹時(shí)間。隨著膨脹時(shí)間的減少，傳遞至氣體的熱量將降低，膨脹會(huì)更接近絕熱，并且輸出的實(shí)際功會(huì)更少，也就是說，更接近絕熱的功輸出量。在此處描述的本發(fā)明中，至氣體的熱傳遞通過增加表面積以及氣體通過熱交換的表面積的速率來增加，通過該表面積，在初級(jí)空氣容室外部，但與之流體連通的回路中，可發(fā)生熱傳遞。該配置增加了傳入/傳出氣體的熱量，并允許功輸出量保持恒定和近似等于等溫的功輸出量，即使當(dāng)膨脹時(shí)間減少時(shí)，從而產(chǎn)生更大的輸出功率。而且，此處描述的系統(tǒng)和方法能夠利用市場(chǎng)上買得到的元件，因?yàn)樗鼈冊(cè)O(shè)置在外部，故可為適宜的尺寸，并設(shè)置于系統(tǒng)占地空間內(nèi)的任何便利的地方。應(yīng)該清楚，對(duì)于那些普通的技術(shù)人員來說，換熱器的設(shè)計(jì)和泵的流速可基于由每一汽缸在給定的膨脹循環(huán)或壓縮循環(huán)期間吸收的或產(chǎn)生的熱量的數(shù)值的實(shí)驗(yàn)計(jì)算來進(jìn)行， 從而提供適宜的交換表面積和液體流量以滿足熱傳遞的需要。同樣地，在測(cè)量需要的熱傳遞并給出適宜的表面積和流速之后，可通過實(shí)驗(yàn)方法至少部分地推導(dǎo)出適當(dāng)尺寸的換熱
ο圖15是用于在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中加快至氣體膨脹(或者被壓縮)的熱傳遞的系統(tǒng)和方法的示意圖。前面描述的系統(tǒng)和方法通過用一系列的窄長(zhǎng)的基于活塞的蓄能器1517來代替單一的液壓氣壓蓄能器，可以被修改以改進(jìn)熱傳遞。這些基于活塞的蓄能器的氣壓側(cè)和液壓側(cè)都被在端部連接在一起(例如，通過與系桿固定就位的機(jī)械的金屬塊1521)，以模仿具有一個(gè)空氣輸入端/輸出端1532和一個(gè)液壓液輸入端/輸出端1532 的單個(gè)蓄能器。成組的基于活塞的蓄能器1517被封裝入殼體1523中(例如，類似于殼體換熱器中的管道)，其可以包含能夠在空氣膨脹或壓縮期間循環(huán)流過成組的蓄能器1517的流體(例如，水)，以加快熱傳遞。整個(gè)組和殼體配置形成改變的蓄能器1516。流體輸入端 1527和流體輸出端15 可以從殼體1523流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。圖15還顯示了變更的增強(qiáng)器1518。該增強(qiáng)器的功能相同于前面描述的那些；然而，通過增加一組窄長(zhǎng)的低壓差的基于活塞的蓄能器1519，在空氣膨脹(或被壓縮)之間的熱交換被加快。這組蓄能器1519允許加快熱量傳遞至空氣中。來自基于活塞的成組的蓄能器1519的液壓液為低壓(等于膨脹空氣的壓強(qiáng))。壓強(qiáng)在液壓-流體至液壓-流體的增強(qiáng)器(增壓器)1520中被加強(qiáng)，由此模仿上面描述的空氣至液壓流體增強(qiáng)器的作用，但沒有增加在膨脹/壓縮期間熱交換的表面積。類似于變更的蓄能器1516，這組基于活塞的蓄能器1519被裝入殼體1525中，并連同增壓器一起，模仿具有一個(gè)空氣輸入端/輸出端1531 和一個(gè)液壓液輸入端/輸出端1533的單個(gè)增強(qiáng)器。殼體1525可以包含能夠在空氣膨脹或壓縮期間循環(huán)流過成組蓄能器1519的流體(例如，水)，以加快熱傳遞。流體輸入端15 和流體輸出端15 可以從殼體1525流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。
圖16是用于在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中加快至氣體膨脹(或者被壓縮)的傳熱的一替換的系統(tǒng)和方法的示意圖。在這一裝置中，圖15中描述的系統(tǒng)被變更，以減少成本，以及隨著窄長(zhǎng)的基于活塞的蓄能器的直徑進(jìn)一步降低，活塞摩擦帶來的潛在的問題。 在該具體實(shí)施例中，使用一系列的窄長(zhǎng)的填充流體(例如水)的管道(例如更少活塞的蓄能器)1617來代替圖15中的許多的基于活塞的蓄能器1517。這樣，成本被實(shí)質(zhì)上降低，因?yàn)楣艿啦辉傩枰淮蚰ブ粮呔鹊闹睆?，也不再需要被拉直用于活塞行程。類似于圖15中的描述，這些成組的填充流體的管道1617在端部被連接在一起，來模仿具有一個(gè)空氣輸入端/輸出端1630和一個(gè)液壓液輸入端/輸出端1632的單個(gè)管道(更少活塞的蓄能器)。管束1617被裝入殼體1623中，其可以包含在低壓下的流體(例如，水)，其在空氣膨脹或壓縮期間可以循環(huán)流過管束1617，以加快熱傳遞。整個(gè)組和殼體配置形成變更的蓄能器1616。 輸入端1627和輸出端16 可以從殼體1623流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。而且，通往液壓液的基于活塞的蓄能器1622的流體(例如，水)可用于傳遞蓄能器1616中的流體(水)的壓強(qiáng)至液壓液，而不必?fù)?dān)心液壓液中的空氣。如圖16所示的也是一變更的增強(qiáng)器1618。增強(qiáng)器1618的功能相同于前面描述的那些；然而，通過增加一組窄長(zhǎng)的低壓管道(更少活塞的蓄能器)1619，在空氣膨脹(或被壓縮)之間的熱交換可被加快。這組蓄能器1619用來加快熱量傳遞至空氣中。來自這組基于活塞的蓄能器1619的液壓液為低壓(等于膨脹空氣的壓強(qiáng))。壓強(qiáng)在液壓-流體至液壓-流體的增強(qiáng)器(增壓器)1620中被加強(qiáng)，由此模仿上面描述的空氣至液壓流體增強(qiáng)器的作用，但沒有增加在膨脹/壓縮期間熱交換的表面積，并且與圖15中描述的增強(qiáng)器 1518比較起來，具有降低的成本和摩擦。類似于變更的蓄能器1616，這組基于活塞的蓄能器1619被裝入殼體1625中，并連同增壓器1620 —起，模仿具有一個(gè)空氣輸入端/輸出端 1631和一個(gè)液壓液輸入端/輸出端1633的單個(gè)增強(qiáng)器。殼體1625可以包含能夠在空氣膨脹或壓縮期間循環(huán)流過成組蓄能器1619的流體(例如，水)，以加快熱傳遞。流體輸入端 1626和流體輸出端16 可以從殼體1625流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。圖17是用于在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中加快對(duì)氣體膨脹(或者被壓縮)的傳熱的另一個(gè)替換的系統(tǒng)和方法的示意圖。在該裝置中，圖11中的系統(tǒng)被變更，以消除死區(qū)空氣空間，并通過使用液-液換熱器潛在地改進(jìn)熱傳遞。如圖11所示，空氣循環(huán)器1152 連通至氣壓液壓缸1101的空氣空間?？諝庋h(huán)器系統(tǒng)的一個(gè)可能的缺點(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)一些" 死區(qū)空氣空間"，并且由于有一些空氣膨脹沒有有用功被提取，可降低能量效能。類似于如圖11所示的汽缸1101，汽缸1701包括主空氣端口 1705，其可經(jīng)由閥門關(guān)閉，并與氣動(dòng)回路或任何其它空氣源/存儲(chǔ)系統(tǒng)相連接。汽缸1701還包括一主流體端口 1707，其可被閥門關(guān)閉。流體端口與以上所述的存儲(chǔ)系統(tǒng)的液壓回路中的流體源或任何其它流體容器連接。如圖17所示，水循環(huán)器1752附接于液壓氣壓缸(蓄能器或增強(qiáng)器)1701的氣壓側(cè)。充足的流體(例如，水)被增加給氣壓側(cè)1702，這樣當(dāng)活塞1701充分地運(yùn)行至頂部時(shí) (例如，液壓側(cè)1704充滿液壓液)，沒有死區(qū)空間出現(xiàn)(例如，熱傳遞子系統(tǒng)1750 (即，循環(huán)器1752和換熱器1754)充滿流體)。進(jìn)一步地，充足的額外液體在氣壓側(cè)1702中出現(xiàn)，這樣當(dāng)活塞充分地運(yùn)行至底部時(shí)(例如，液壓側(cè)1704沒有液壓液)，液體可被抽取出汽缸1701的底部。隨著汽缸1701中的氣體被膨脹(或被壓縮)，在液體循環(huán)器1752作用下，液體循環(huán)通過液-液換熱器17M，其可以是具有輸入端1722和輸出端17M的殼管式型式，從殼體的輸出端17M流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。在循環(huán)器1752作用下循環(huán)的液體(處于類似于膨脹氣體的壓強(qiáng))在通過換熱器17M后，被噴射回氣壓側(cè)1702，因此增加了液體和膨脹空氣之間的熱交換?？偟恼f來，該方法允許將死區(qū)空間的體積充滿不可壓縮液體，因此換熱器體積可很大，并且它可安放于任何便利的地方。通過移除全部換熱器，儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體效率可被增加。同樣地，因?yàn)橐?液換熱器傾向于比空氣至液體熱交換器有更高效率，熱傳遞可被改進(jìn)。應(yīng)該注意到，在該具體的配置中，液壓氣壓缸1701可被水平地定位，以便匯集在汽缸1701的縱長(zhǎng)底座上的液體被連續(xù)地吸入循環(huán)器 1752。圖18是用于加快氣體在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的傳熱的另一個(gè)替換的系統(tǒng)和方法的示意圖。在該裝置中，圖11中的系統(tǒng)再次被變更，以消除死區(qū)空氣空間，并通過使用液-液換熱器，以結(jié)合圖17描述的類似的方式潛在地改進(jìn)熱傳遞。并且，汽缸1801可包括一主空氣端口 1805，其可被閥門關(guān)閉，并且與氣動(dòng)回路或任何其它空氣源/存儲(chǔ)系統(tǒng)相連接，還包括一主液流端口 1807，其可被閥門關(guān)閉，并且與上面描述的存儲(chǔ)系統(tǒng)的液壓回路中的流體源或任何其它流體庫(kù)相連接。然而，圖18所示的熱傳遞子系統(tǒng)包括連接于液壓氣壓缸(蓄能器或增強(qiáng)器)1801 的活塞的空心桿1803，這樣液體可被噴射貫穿汽缸1801的氣壓側(cè)1802的全部體積，從而相較于圖17增加了液體和膨脹空氣之間的熱交換，其中液體只從端蓋處噴射出來。桿1803 連接于汽缸1801的氣壓側(cè)1802，并且穿過密封件1811，這樣在充壓箱或容器1813(例如， 具有連接于汽缸1801的端蓋的金屬管道)中的液體可被泵至比汽缸1801中的氣體略高的壓強(qiáng)。隨著汽缸1801中的氣體被膨脹(或被壓縮)，在液體循環(huán)器1852作用下，液體循環(huán)通過液-液換熱器1854，其可以是具有輸入端1822和輸出端1擬4的殼管式型式，從殼體的輸出端18M流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。替換地，可使用液體至空氣換熱器。在循環(huán)器1852作用下，液體循環(huán)通過換熱器1854，然后通過桿1803噴射進(jìn)入汽缸1801的氣壓側(cè)1802，桿1803沿著它的長(zhǎng)度方向布有鉆孔?？偟恼f來，該裝置允許將死區(qū)空間的體積充滿不可壓縮液體，因此換熱器體積可很大，并且它可安放于任何地方。同樣地，因?yàn)橐?液換熱器傾向于比空氣至液體熱交換器有更高效率，熱傳遞可被改進(jìn)。通過增加噴射桿1803，相較于圖17所示的裝置，液體可被噴射整個(gè)氣體容積，增加熱傳遞。圖19是用于加快氣體在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的傳熱的另一個(gè)替換的系統(tǒng)和方法的示意圖。在該裝置中，系統(tǒng)被設(shè)置為可消除死區(qū)空氣空間， 并通過使用液-液換熱器，以按結(jié)合圖18描述的類似方式潛在地改進(jìn)熱傳遞。然而，如圖 19所示，熱傳遞子系統(tǒng)1950包括獨(dú)立的容納有液體(例如，水)的壓力儲(chǔ)罐或容器1958， 空氣膨脹就發(fā)生在其中。隨著氣體在容器1958內(nèi)膨脹(或被壓縮)，液體被推壓入至液壓液汽缸1901中。容器1958和汽缸1901內(nèi)的液體(例如，水)經(jīng)由循環(huán)器1952也被循環(huán)通過換熱器1954，并且噴射進(jìn)入容器1958中，該容器1958允許空氣膨脹(或被壓縮)和液體之間的熱交換?？偟恼f來，該具體實(shí)施例允許將死區(qū)空間的體積充滿不可壓縮液體，因此換熱器體積可很大，并且它可安放于任何地方。同樣地，因?yàn)橐?液換熱器傾向于比空氣至液體熱交換器有更高效率，熱傳遞可被改進(jìn)。通過增加獨(dú)立的更大的液體容器1958，相較于圖17所示的裝置，液體可被噴射至整個(gè)氣體容積，增加熱傳遞。圖20A和20B是用于加快氣體在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的傳熱的另一個(gè)替換的系統(tǒng)和方法的示意圖。在該裝置中，系統(tǒng)被設(shè)置為可消除死區(qū)空氣空間，并使用與結(jié)合圖11所述的類型相似的熱傳遞子系統(tǒng)。類似于如圖11所示的汽缸1101，汽缸2001包括主空氣端口 2005，其可經(jīng)由閥門關(guān)閉，并與氣動(dòng)回路或任何其它空氣源/存儲(chǔ)系統(tǒng)相連接。汽缸2001還包括一主流體端口 2007，其可被閥門關(guān)閉。該流體端口與以上所述的存儲(chǔ)系統(tǒng)的液壓回路中的流體源或任何其它流體容器連接。而且，隨著汽缸2001中的氣體被膨脹(或被壓縮)，在循環(huán)器2052作用下，氣體循環(huán)通過空氣-液體換熱器20M，后者可以具有輸入端2022和輸出端20M的殼管式型式，從殼體的輸出端20M 流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。如圖20A所示，充足數(shù)量的液體(例如，水)被增加給汽缸2001的氣壓側(cè)2002，這樣當(dāng)活塞充分地運(yùn)行至頂部時(shí)(例如，液壓側(cè)2004充滿液壓液)，沒有死區(qū)空間出現(xiàn)(例如，熱傳遞子系統(tǒng)2050(即，循環(huán)器2052和換熱器2054)充滿液體)。循環(huán)器2052必須能夠使液體(例如，水)和空氣都循環(huán)。在膨脹的第一部分期間，液體和空氣的混合物通過換熱器20M循環(huán)。然而，因?yàn)槠?001被垂直地安裝，重力會(huì)趨向于清空循環(huán)器2052的液體，并且如圖20B所示，在膨脹循環(huán)的剩余期間，大部分空氣會(huì)被循環(huán)?？偟恼f來，該裝置允許將死區(qū)空間的體積充滿不可壓縮液體，因此換熱器體積可很大，并且它可安放于任何地方。圖21A-21C是用于加快傳熱至氣體在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的另一個(gè)替換的系統(tǒng)和方法的示意圖。在該裝置中，系統(tǒng)被設(shè)置為可消除死區(qū)空氣空間，并使用與結(jié)合圖11所述的類型相似的熱傳遞子系統(tǒng)。另外，該裝置使用輔助蓄能器 2110來從最初注入到空氣循環(huán)器2152和換熱器21M中的液體中儲(chǔ)存和再生能量。類似于如圖11所示的汽缸1101，汽缸2101包括主空氣端口 2105，其可經(jīng)由閥門關(guān)閉，并與氣動(dòng)回路或任何其它空氣源/存儲(chǔ)系統(tǒng)相連接。汽缸2101還包括一主流體端口 2107a，其可被閥門關(guān)閉。該流體端口 2107a與以上所述的存儲(chǔ)系統(tǒng)的液壓回路中的流體源或任何其它流體容器連接。輔助蓄能器2110還包括流體端口 2107b，其可被閥門關(guān)閉和被連接至流體源。 而且，隨著汽缸2101中的氣體被膨脹(或被壓縮)，在循環(huán)器2152作用下，氣體循環(huán)通過空氣-液體換熱器21M，后者可是具有輸入端2122和輸出端21M的殼管式型式，從殼體的輸出端21M流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。進(jìn)一步地，與圖所20A和20B示的裝置相反，循環(huán)器2152使幾乎全部空氣，而非液體循環(huán)。如圖21A所示，充足的液體(例如，水)被增加給汽缸2101的氣壓側(cè)2102，這樣當(dāng)活塞充分地運(yùn)行至頂部時(shí)(例如，液壓側(cè)2104充滿液壓液)，不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)空間(例如，熱傳遞子系統(tǒng)2150(即，循環(huán)器2152和換熱器2154)中充滿液體)。在膨脹的第一部分期間， 液體被驅(qū)逐出循環(huán)器2152和換熱器2154，如圖21B所示，通過輔助蓄能器2110，并用來產(chǎn)生電力。當(dāng)輔助蓄能器2110沒有了液體并且充滿壓縮氣體時(shí)，如圖21C所示，閥門關(guān)閉，并且如上圖11結(jié)合所述，膨脹和空氣循環(huán)連續(xù)進(jìn)行?？偟恼f來，該方法允許將死區(qū)空間的體積充滿不可壓縮液體，因此換熱器體積可很大，并且它可安放于任何地方。同樣地，當(dāng)空氣循環(huán)器2152和換熱器21M充以壓縮氣體時(shí)，有用功被提取出來，這樣整體效率就增加了。圖22k和22B是用于加快氣體在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的傳熱的另一個(gè)替換的系統(tǒng)和方法的示意圖。在該裝置中，水被向下噴射進(jìn)入垂直地定位的液壓氣壓缸(蓄能器或增強(qiáng)器)2201，其液壓側(cè)2203通過一活動(dòng)的活塞2204與氣壓側(cè)2202隔開。圖22A描述了汽缸2201與熱傳遞子系統(tǒng)2250流體連通，處于壓縮空氣膨脹的循環(huán)之前的狀態(tài)。應(yīng)該注意到，如圖22A所示，當(dāng)活塞2204充分地運(yùn)行至頂部時(shí)，汽缸 2201的氣壓側(cè)2202完全充滿液體，沒留下空氣空間，(循環(huán)器2252和換熱器22M也充滿液體)。儲(chǔ)存在壓力容器中的壓縮氣體未示出，但由2220表示，其經(jīng)由閥門2221通過空氣端口 2205被吸入汽缸2201。隨著壓縮氣體膨脹進(jìn)入汽缸2201，液壓液在壓力下被壓出，通過流體端口 2207進(jìn)入余下的由2211表示液壓系統(tǒng)(例如液壓馬達(dá)，如圖1和4所示并描述的)。在膨脹(或壓縮)期間，熱交換液體(例如，水)被例如泵2252的循環(huán)器從容器 2230中吸取通過液-液換熱器22M，其可為具有輸入端1822和輸出端22M的殼管式型式， 從殼體的輸出端22M流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。如圖22B所示，(在類似于膨脹氣體的壓強(qiáng)下)被泵2252循環(huán)的液體(例如，水)， 經(jīng)由噴頭2260被噴射(如噴射管路2262所示)進(jìn)入汽缸2201的氣壓側(cè)2202?？偟恼f來， 該方法允許在使用泵和液-液換熱器時(shí)，實(shí)現(xiàn)噴射液體(例如，水)和膨脹(或壓縮)中的空氣之間的熱交換的高效率的裝置。應(yīng)該注意到，在該具體的配置中，液壓氣壓缸2201被垂直地定位，這樣熱交換液體在重力下往下落。在循環(huán)的末端，汽缸2201被重置，并在該工序中，被加到氣壓側(cè)2202的熱交換液體經(jīng)由泵2252被移除，從而再裝填容器2230和準(zhǔn)備汽缸2201用于連續(xù)的循環(huán)。圖22C結(jié)合噴頭2260更詳細(xì)地描述了汽缸2201。在該設(shè)計(jì)中，噴頭2260的使用非常像在垂直地定位的汽缸中的淋浴噴頭。在具體實(shí)施例中示出了噴管2261在噴頭2260 的表面上被均勻分布；然而，噴管的具體的配置和尺寸可變化以適合具體的應(yīng)用。由于噴頭 2260的噴管2261在整個(gè)端蓋面積上被均勻分布，全部空氣容積(氣壓側(cè)220 暴露于噴水器2262。如前面描述的，熱傳遞子系統(tǒng)在略高于氣壓的壓強(qiáng)下經(jīng)由端口 2271循環(huán)/注入水進(jìn)入氣壓側(cè)2202，然后在環(huán)境壓力下在返回行程的末端將水移出。如前面討論的，噴射的具體的工作參數(shù)會(huì)變化以適合具體的應(yīng)用。至于具體的壓強(qiáng)范圍、噴射方位和噴射性能、傳熱性能可通過模型來估計(jì)。假設(shè)示例性的具體實(shí)施例使用 8"直徑、10加侖的汽缸，空氣在3000psi下膨脹到300psi，可計(jì)算出用于獲得充足的熱傳遞以保持等溫膨脹所必需的不同的液滴大小和噴射特性的噴水器流量。圖22D表示在300 和3000psi下，計(jì)算的每攝氏度下單位流速(GPM)的噴射液體和空氣之間熱傳遞功率(kW) 的差別。帶有X標(biāo)記的線條示出了噴射分解為多個(gè)液滴的方式下(方式1)的相對(duì)熱傳遞。 該計(jì)算假定熱傳遞的保守?cái)?shù)值，并且沒有液滴的再循環(huán)，但是提供了方式1下的熱傳遞的保守的估算。無標(biāo)記的線條示出了另一方式(方式幻的相對(duì)熱傳遞，其中噴射在汽缸的長(zhǎng)度內(nèi)保持為連貫的射流。該計(jì)算假定熱傳遞的保守?cái)?shù)值，并且在沖擊后沒有再循環(huán)，但是提供了方式2下熱傳遞的保守的估算。考慮到實(shí)際的噴射可能處于噴射和純液滴形式之間， 兩個(gè)方式提供了在預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中保守的上界和固定的下界。假如每加侖每分鐘(GPM) 每。C下0. IkW的需求，對(duì)給定的流速，2mm以下尺寸的液滴提供足夠的熱傳遞，而0. Imm以下尺寸的射流提供足夠的熱傳遞。一般地，圖22D表示在不同壓力下使用噴頭(參見圖22C)和垂直地定位的10加侖、8"直徑的汽缸所獲得的熱傳導(dǎo)功率水平(kW)，其以所需的流速和液體噴射與空氣間溫度差的每一攝氏度來歸一化。數(shù)量越大，表示液體噴射和空氣之間的熱傳遞效率越高(在某個(gè)溫差下更多熱傳遞至給定的流量)。圖表還示出了為提供特定直徑的射流所要求的孔的相對(duì)數(shù)量。為使噴頭中需要的噴射孔的數(shù)量減到最少，要求噴射分解成液滴。使用噴頭和流體動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)化假設(shè)，噴射分解成液滴相對(duì)于連貫射流可進(jìn)行理論上的估計(jì)。一般說來，在較高的氣壓和較高的流量下(即，沿噴管有較高的壓降)，分解更顯著地發(fā)生。在高壓下的分解可根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體的噴管、幾何結(jié)構(gòu)流體和氣壓來研究。一般地，0. 2至2. Omm尺寸的噴嘴適于高壓空氣汽缸(3000至300psi)。每一噴管 0. 2至1. 0升/分鐘的流量在該范圍內(nèi)可足夠提供介質(zhì)來完成噴射分解成為液滴，使用機(jī)械地或激光鉆孔的圓柱形的噴管形狀。例如，具有0. 9mm孔徑的250個(gè)噴管的噴頭在25gpm 下運(yùn)行，預(yù)計(jì)在10加侖汽缸內(nèi)，提供超過50kW的熱傳遞給3000至300psi的膨脹(或被壓縮)中的空氣。實(shí)施如此噴射熱傳遞的泵送功率小于熱傳遞功率的1%。有關(guān)利用噴射技術(shù)的熱傳遞子系統(tǒng)的更多的具體的和示例性的詳細(xì)解釋結(jié)合圖24A和24B進(jìn)行討論。圖23A和2 是用于加快氣體在開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)中膨脹(或者被壓縮)的傳熱的另一個(gè)替換的系統(tǒng)和方法的示意圖。在該裝置中，水被放射地噴射進(jìn)入任意地定位的汽缸2301。汽缸2301的方位對(duì)液體的噴射并不重要，其在圖23A和23B中顯示為水平定位。液壓氣壓缸(蓄能器或增強(qiáng)器)2301具有液壓側(cè)2303，其由活動(dòng)的活塞2304 與氣壓側(cè)2302隔開。圖23A描述了汽缸2301與熱傳遞子系統(tǒng)2350流體連通，處于壓縮空氣膨脹的循環(huán)之前的狀態(tài)。應(yīng)該注意到，當(dāng)活塞2304如圖23A所示充分地縮回時(shí)(即，液壓側(cè)2303充滿液體)，汽缸2301中的氣壓側(cè)2302沒有空氣空間(例如，循環(huán)器2352和換熱器23M中充滿液體)。儲(chǔ)存在壓力容器中的壓縮氣體未示出，但由2320表示，其經(jīng)由閥門2321通過空氣端口 2305被吸入汽缸2301。隨著壓縮氣體膨脹進(jìn)入汽缸2301，液壓液在壓力下被壓出，通過流體端口 2307進(jìn)入余下的由2311表示的液壓系統(tǒng)(例如液壓馬達(dá)，如圖1和4所示并描述的)。在膨脹(或壓縮)期間，熱交換液體(例如，水)被例如泵2352的循環(huán)器從容器2330中吸取通過液-液換熱器23M，其可為具有輸入端2322和輸出端23M的殼管式裝置，從殼體的輸出端23M流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。如圖2 所示，(在類似于膨脹氣體的壓強(qiáng)下)被泵2352循環(huán)的液體(例如，水)，經(jīng)由噴桿2360被噴射(如噴射管路2362所示)進(jìn)入汽缸2301的氣壓側(cè)2302。如圖該實(shí)施例所示的噴桿2360固定在具有空心活塞桿2308的汽缸2301的中心，活塞桿2308將熱交換液體(例如，水)與液壓側(cè)2303分離。隨著活動(dòng)的活塞2304被移動(dòng)(例如，在圖23B中向左側(cè))，將液壓液從汽缸2301中壓出，空心活塞桿2308伸出汽缸2301，暴露出更多的噴桿2360，這樣全部氣壓側(cè)2302暴露于如噴射線路2362所示的熱交換噴射。總的說來，該方法允許在使用泵和液-液換熱器時(shí)，實(shí)現(xiàn)噴射液體(例如，水)和膨脹(或壓縮)中的空氣之間的熱交換的高效率的裝置。應(yīng)該注意到，在該具體的配置中，液壓氣壓缸可以任何方式被定位，并且不依賴靠重力下落的熱交換液體。在循環(huán)的末端，汽缸2301被重置，并在該工序中，被加到氣壓側(cè)2302的熱交換液體經(jīng)由泵2352被移除，從而再裝填容器2330和準(zhǔn)備汽缸2301用于連續(xù)的循環(huán)。圖23C結(jié)合噴桿2360更詳細(xì)地描述了汽缸2301。在該設(shè)計(jì)中，噴桿2360 (例如， 具有許多孔的中空不銹鋼管)用來引導(dǎo)水在汽缸2301的整個(gè)空氣空間(氣壓側(cè)2302)內(nèi)向外徑向地噴射。在具體實(shí)施例中示出了噴管2361沿著噴頭2360的長(zhǎng)度上均勻分布；然而，噴管的具體的配置和尺寸可變化以適合具體的應(yīng)用。水可在壓力下從氣壓側(cè)2302的底部被連續(xù)地移除，或者可在環(huán)境壓力下在返回行程的末端被移除。該配置使用中心開孔的活塞桿的常規(guī)用途(例如，用于位置傳感器)。如前面描述的，熱傳遞子系統(tǒng)2350在略高于氣壓的壓強(qiáng)下經(jīng)由端口 2371循環(huán)/注入水進(jìn)入氣壓側(cè)2302，然后在環(huán)境壓力下在返回行程的末端將水移出。如前面討論的，噴射的具體的工作參數(shù)會(huì)變化以適合具體的應(yīng)用。至于具體的壓強(qiáng)范圍、噴射方位和噴射性能、傳熱性能可通過模型來估計(jì)。再次，假設(shè)示例性的具體實(shí)施例使用8"直徑、10加侖的汽缸，空氣從3000psi膨脹到300psi，可計(jì)算用于獲得充足的熱傳遞以保持等溫膨脹所必需的不同的液滴大小和噴射特性的噴水器流量。圖23D表示在 300和3000psi下，計(jì)算的每攝氏度下單位流速(GPM)的噴射液體和空氣之間熱傳遞功率 (kff)的差別。帶有X標(biāo)記的線條示出了方式1的相對(duì)熱傳遞，其中噴射分解為液滴。該計(jì)算假定熱傳遞的保守?cái)?shù)值，并且沒有微量的再循環(huán)，但是提供了方式1下的熱傳遞的保守的估算。無標(biāo)記的線條示出了方式2的相對(duì)熱傳遞，其中噴射在汽缸的長(zhǎng)度內(nèi)保持為連貫的射流。該計(jì)算假定熱傳遞的保守?cái)?shù)值，并且在沖擊后沒有再循環(huán)，但是提供了方式2下熱傳遞的保守的估算。考慮到實(shí)際的噴射可能處于噴射和純液滴形式之間，兩個(gè)方式提供了在預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中保守的上界和固定的下界。假如每加侖每分鐘(GPM)每。C下0. IkW的需求，對(duì)給定的流速，2mm以下尺寸的液滴提供足夠的熱傳遞，而0. Imm以下尺寸的射流提供足夠的熱傳遞。一般地，圖23D表示在不同壓力下使用噴桿(參見圖23C)和水平地定位的10加侖、8"直徑的汽缸所獲得的熱傳導(dǎo)功率水平(kW)，其以所需的流速和液體噴射與空氣間溫度差的每一攝氏度來歸一化。數(shù)量越大，表示液體噴射和空氣之間的熱傳遞效率越高(在某個(gè)溫差下更多熱傳遞至給定的流速)。圖表還示出了為提供特定直徑的射流所要求的孔的相對(duì)數(shù)量。為使噴桿中需要的噴射孔的數(shù)量減到最少，要求噴射分解成液滴。使用噴頭和流體動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)化假設(shè)，噴射分解成液滴與連貫噴流的關(guān)系可進(jìn)行理論上的估計(jì)。一般說來，在較高的氣壓和較高的流速下(即，沿噴管有較高的壓降)，分解更顯著地發(fā)生。在高壓下的分解可根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體的噴管、幾何結(jié)構(gòu)流體和氣壓來研究。正如以上結(jié)合噴頭配置的討論，0.2至2. Omm尺寸的噴嘴適于高壓空氣汽缸(3000 至300psi)。每一噴管0. 2至1. 0升/分鐘的流量在該范圍內(nèi)可足夠提供介質(zhì)來完成噴射分解成為液滴，使用機(jī)械地或激光鉆孔的圓柱形的噴管形狀。有關(guān)利用噴射技術(shù)的熱傳遞子系統(tǒng)的更多的具體的和示例性的詳細(xì)解釋結(jié)合圖24A和24B進(jìn)行討論。一般地，對(duì)顯示于圖22和23中的該布置，可使用市場(chǎng)可獲得的壓力容器來實(shí)施液體噴射熱傳遞，例如氣壓和液壓/氣壓缸，至多進(jìn)行微小的修改。同樣地，換熱器可由市場(chǎng)上可獲得的高壓元件構(gòu)造，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。因?yàn)橹饕膿Q熱器面積位于液壓/氣壓容器的外部，并且死區(qū)空間的體積充滿實(shí)質(zhì)上不可壓縮液體，所以換熱器體積可很大，并且它可安放于任何便利的地方。而且，換熱器可以普通管道配件接附于容器。
噴射熱傳遞子系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是將主要涉及液體噴射泵送功率所使用的操作的能量(即，寄生損失)減到最少，卻使熱傳導(dǎo)最大化。雖然實(shí)際的傳熱性能由實(shí)驗(yàn)決定，但理論分析指示對(duì)于給定的泵送功率和水的流量，會(huì)存在最大熱傳遞的面積。因?yàn)橐后w噴射和周圍空氣之間的熱傳遞取決于表面積，此處討論的分析使用上述討論的兩個(gè)噴射方式1)小水滴熱傳遞和2、射流熱傳遞。在方式1中，噴射分解為液滴，提供了較大的總表面積。方式1可被視為對(duì)于一組給定的其他假定下的表面積亦即熱傳遞的上限。在方式2中，噴射保持為相干噴流或者射流，因此對(duì)于給定體積的水提供了少得多的表面積。方式2可被視為對(duì)于一組給定的其他假定下的表面積亦即熱傳遞的下限。對(duì)于方式1，其中對(duì)于一組給定的條件，噴射分解成液滴，如圖24A所示，它可以表明，小于2mm尺寸的液滴可提供對(duì)于可接受的低流速的足夠的傳熱性能(例如， < IOGPM0C /kff)。圖24A表示在不同的壓強(qiáng)下液體噴射液滴和空氣之間每一攝氏溫度的溫差下獲得一千瓦的熱傳遞所需要的流量。數(shù)量越低，表示液體噴射液滴和空氣之間的熱傳遞效率越高(在某個(gè)溫差下用于給定的熱傳遞的量的更低的流速)。對(duì)圖24A所示出的一系列給定條件，直徑低于大約2mm的液滴是期望的。圖24B是圖24A的圖的放大部分，代表所示出的一組給定的條件，低于大約0. 5毫米的液滴直徑對(duì)于給定流速不再提供額外的熱傳遞益處。隨著液滴尺寸繼續(xù)變得更小，最后液滴的終端速度變得足夠小，以致液滴落下太慢，不能覆蓋全部的汽缸容積(例如，< 100微米)。因此，對(duì)于此處示出的給定的條件組， 液滴尺寸大約0. 1和2. Omm之間可被認(rèn)為對(duì)于熱傳遞最佳化且使泵送功率最小化是優(yōu)選的，泵送功率隨著流速的增加而增加。對(duì)于方式2可進(jìn)行類似的分析，其中液體噴射保持為相干噴流。需要較高的流速和/或較小直徑的射流來提供類似的傳熱性能。圖25是汽缸設(shè)計(jì)的詳細(xì)示意圖，其用于前面描述的任何使用壓縮空氣用于能量?jī)?chǔ)存和再生的開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)。具體地，圖25中以部分截面描述的汽缸2501 包括類似于結(jié)合圖22描述的噴頭配置2560，其中水是向下噴射進(jìn)入立式汽缸。如圖所示， 垂直地定位的液壓氣壓缸2501具有液壓側(cè)2503，由活動(dòng)的活塞2504與氣壓側(cè)2502隔開。 汽缸2501還包括兩個(gè)端蓋(例如，機(jī)制鋼擋塊)2563、2565，其安裝在打磨的圓柱形的管道 2561的任一端部，典型地經(jīng)由系桿或者其它眾所周知的機(jī)械裝置連接?；钊?504可滑動(dòng)地設(shè)置在管道2561中，并經(jīng)由密封件2567與其密封配合。端蓋2565被加工有單個(gè)或多個(gè)端口 2585，其允許液壓液的流動(dòng)。端蓋2563被加工有單個(gè)或多個(gè)端口 2586，其可允許空氣和 /或熱交換流體進(jìn)入。所示的端口 2585、2586具有螺紋連接；然而，其它類型的端口 /連接 (例如，法蘭)是可采用的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。還示出了可選擇的活塞桿2570，其可接附于活動(dòng)的活塞2504，從而允許經(jīng)由位移換能器2574進(jìn)行位置測(cè)量，和根據(jù)需要經(jīng)由外部緩沖器2575產(chǎn)生活塞阻尼。活塞桿2570 通過帶有桿密封2572的機(jī)械加工孔，移動(dòng)進(jìn)出液壓側(cè)2503。在該圖示中的噴頭2560嵌入在端蓋2563內(nèi)，并且經(jīng)由例如暗藏的保持緊固件2573連接于熱交換液體(例如，水)端口 2571。其它機(jī)械固定裝置可采用并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖沈是汽缸設(shè)計(jì)的詳細(xì)示意圖，其用于前面描述的任何使用壓縮空氣用于能量?jī)?chǔ)存和再生的開放大氣分級(jí)液壓氣壓系統(tǒng)。具體地，圖沈中以部分截面描述的汽缸沈01包括類似于結(jié)合圖23描述的噴桿配置沈60，其中水是經(jīng)由一安裝好的噴桿徑向地噴射進(jìn)入任意地定位的汽缸。如圖所示，任意地定位的液壓氣壓缸沈01包括液壓側(cè)沈03，其由活動(dòng)的活塞2604與氣壓側(cè)沈02隔開。汽缸沈01包括兩個(gè)端蓋(例如，機(jī)制鋼擋塊)2663、 2565，其安裝在打磨的圓柱形的管道沈61的任一端部，典型地經(jīng)由系桿或者其它眾所周知的機(jī)械裝置連接。活塞2604可滑動(dòng)地設(shè)置在管道沈61中，并經(jīng)由密封件沈67與其密封配合。端蓋沈65被加工有單個(gè)或多個(gè)端口 2685，其允許液壓液的流動(dòng)。端蓋沈63被加工有單個(gè)或多個(gè)端口 2686，其可允許空氣和/或熱交換流體進(jìn)入。所示的端口 2685 J686具有螺紋連接；然而，其它類型的端口 /連接(例如，法蘭)是可采用的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)?？招幕钊麠U沈08連接于活動(dòng)的活塞沈04，并且在噴桿沈60上滑動(dòng)，噴桿沈60被固定到汽缸沈01上并與其共軸取向。噴桿沈60延伸穿過活塞沈04中的機(jī)械加工孔沈69。 活塞沈04配置成沿著噴桿沈60的長(zhǎng)度自由地移動(dòng)。隨著活動(dòng)的活塞沈04向端蓋沈65移動(dòng)，空心活塞桿沈08延伸出汽缸2601，暴露出更多噴桿沈60，這樣全部氣壓側(cè)沈02暴露于熱交換噴射(例如，參見圖23B)。在該圖示中的噴桿沈60連接于端蓋沈63，并且與熱交換液體端口沈71流體連通。如圖沈所示，端口沈71與端蓋沈63機(jī)械地連接并與之密封；然而，端口沈71還可以是加工在端蓋沈63中的螺紋連接?？招幕钊麠U沈08還允許經(jīng)由位移換能器2674的位置測(cè)量和經(jīng)由外部緩沖器沈75的活塞阻尼。如圖沈所示，活塞桿沈08 通過帶有活塞桿密封沈72的機(jī)械加工孔，移動(dòng)進(jìn)出液壓側(cè)沈03。應(yīng)該注意到，上述結(jié)合圖9-13和15-23討論的熱傳遞子系統(tǒng)，還可以用于與高壓氣體存儲(chǔ)系統(tǒng)(例如，儲(chǔ)罐902)連用，以熱調(diào)節(jié)儲(chǔ)存在其中的壓縮空氣，如圖27和觀所示。 一般地，這些系統(tǒng)按與上面描述的相同的方式布置和運(yùn)行。圖27描述熱傳遞子系統(tǒng)2750的使用，其結(jié)合氣體貯藏系統(tǒng)2701用于此處描述的壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)，以在膨脹前和膨脹期間加快例如至壓縮氣體的熱能傳遞。來自壓力容器(2702a-2702d)的壓縮空氣使用氣泵2752作為循環(huán)器流過循環(huán)換熱器27M。氣泵2752 以小的足以循環(huán)的氣壓差運(yùn)行，但是位于能經(jīng)得起高壓的殼體內(nèi)。氣泵2752使高壓空氣循環(huán)通過換熱器27M，而沒有實(shí)質(zhì)上增加它的壓強(qiáng)(例如，對(duì)于3000psi空氣增加50psi)。這樣，儲(chǔ)存的壓縮空氣可通過開啟閥門2704而閥門2706關(guān)閉被預(yù)熱(或者預(yù)冷卻)，而通過關(guān)閉閥門2704并開啟閥門2706在膨脹期間加熱或在壓縮期間冷卻。換熱器27M可被設(shè)計(jì)為任何類型的標(biāo)準(zhǔn)換熱器；此處示出為殼內(nèi)管式換熱器，其具有高壓空氣進(jìn)口端和出口端2721a和2721b,以及低壓殼體水口 2722a和2722b。圖28描述熱傳遞子系統(tǒng)觀50的使用，其結(jié)合氣體貯藏系統(tǒng)觀01用于此處描述的壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)，以在膨脹前和膨脹期間加快例如至壓縮氣體的熱能傳遞。在該具體實(shí)施例中，至壓力容器中O802aj802b)儲(chǔ)存的壓縮氣體的熱能傳輸和來自其的熱能傳輸利用使用水泵觀52和換熱器觀5的水循環(huán)方式被加快。水泵觀52以小的足以循環(huán)和噴射的氣壓差運(yùn)行，但是位于能經(jīng)得起高壓的殼體內(nèi)。水泵觀52使高氣壓水循環(huán)通過換熱器
，并噴射水進(jìn)入壓力容器觀02，而沒有實(shí)質(zhì)上增加它的壓強(qiáng)(例如對(duì)于3000psi儲(chǔ)存的壓縮空氣內(nèi)的循環(huán)和噴射增加IOOpsi)。這樣，儲(chǔ)存的壓縮空氣可利用水循環(huán)和噴射方法被預(yù)加熱(或者預(yù)冷卻)，該方法還允許對(duì)壓力容器觀02的主動(dòng)的水監(jiān)控。當(dāng)閥門觀06打開時(shí)，系統(tǒng)的噴射熱交換在膨脹之前可發(fā)生作為預(yù)熱或者在壓縮之前可發(fā)生作為預(yù)冷卻。換熱器觀討可被設(shè)計(jì)為任何類型的標(biāo)準(zhǔn)換熱器；此處示出為殼內(nèi)管式換熱器，其具有高壓進(jìn)水口端和出口端觀21￡1和^21b，以及低氣壓殼體水口 282 和 2822b0由于液-液換熱器趨向于比空氣至液體熱交換器有更高的效率，使用液-液換熱器使得換熱器尺寸可被降低和/或熱傳遞可能得到改進(jìn)。壓力容器觀02內(nèi)的熱交換通過主動(dòng)液體(例如，水)噴射進(jìn)入壓力容器觀02被加快。如圖觀所示，穿孔的噴桿被安裝在每一壓力容器^02aJ802b內(nèi)。 水泵觀52將水壓力增加到容器壓強(qiáng)以上，這樣水被主動(dòng)地循環(huán)和噴射出桿觀11&和^llb, 如箭頭^12aJ812b所示。噴射通過壓力容器觀02的體積后，水沉積到容器2802 (參照 2813a,2813b)的底部，然后被清除出排水端口 ^14aJ814b。水可循環(huán)通過作為閉合式水循環(huán)和噴射系統(tǒng)的一部分的換熱器觀討?？商鎿Q的用于能量?jī)?chǔ)存和再生的系統(tǒng)和方法結(jié)合圖29-31進(jìn)行描述。這些系統(tǒng)和方法類似于上面描述的能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)，但是使用不同的氣壓和液壓自由活塞汽缸 (通過機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)彼此機(jī)械連接)，而非使用單個(gè)氣壓液壓缸，例如增強(qiáng)器。這些系統(tǒng)允許熱傳遞子系統(tǒng)調(diào)節(jié)膨脹(或者壓縮)的氣體，以從液壓回路中分離。而且，通過機(jī)械地連接一個(gè)或多個(gè)氣壓缸和/或一個(gè)或多個(gè)液壓缸，以便增加(或者共享)汽缸產(chǎn)生的(或者作用于汽缸的)推力，液壓范圍可以變窄，以使得液壓馬達(dá)/泵的操作效率更高。結(jié)合圖四-31描述的系統(tǒng)和方法一般地按照在兩個(gè)或更多個(gè)汽缸之間傳遞機(jī)械能的原理運(yùn)行，其利用機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)來機(jī)械連接汽缸組件，并將單缸組件產(chǎn)生的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化至另一個(gè)汽缸組件。在一具體實(shí)施例中，第一汽缸組件的線性運(yùn)動(dòng)是由汽缸的一個(gè)容室中的氣體膨脹并在汽缸內(nèi)移動(dòng)活塞引起的。由于第二汽缸組件中的線性運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)流體流出汽缸至液壓馬達(dá)，第二汽缸組件中的轉(zhuǎn)化的線性運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤厚R達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過利用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏ΑＪ褂闷捉M件的壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本操作結(jié)合圖29-31描述如下氣體膨脹進(jìn)入圓柱形的容室(即，氣壓缸組件)，其包含將容室一側(cè)的氣體與另一側(cè)隔離開來的活塞或者其它機(jī)構(gòu)，從而防止氣體從一個(gè)容室移動(dòng)到另一個(gè)容室，但允許推力/壓力從一個(gè)容室傳至另一個(gè)。連接于活塞并從其延伸的軸與尺寸適當(dāng)?shù)臋C(jī)械邊界機(jī)構(gòu)連接，該機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)傳力至也被活塞分成兩個(gè)容室的液壓缸的軸。在一具體實(shí)施例中，液壓缸的活塞的有效面積小于氣動(dòng)活塞的面積，從而產(chǎn)生與活塞面積差成比例的增強(qiáng)的壓強(qiáng)(即，液壓缸中經(jīng)受壓縮的容室中的壓強(qiáng)與氣壓缸中經(jīng)受膨脹的容室中的壓強(qiáng)比值)。在液壓缸中加壓的液壓液可用于轉(zhuǎn)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵(固定位移式或者可調(diào)位移式)，其軸可固定至旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的軸，以便產(chǎn)生電力。例如上面描述的熱傳遞子系統(tǒng)可與這些壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合，來盡可能接近等溫膨脹/壓縮氣體，以獲得最高效率。圖29A和29B是一個(gè)系統(tǒng)的示意圖，其用于使用壓縮氣體以操縱連接至單個(gè)雙作用液壓缸的兩個(gè)串聯(lián)連接的雙作用氣壓缸，以驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)/發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電力(即氣體膨脹)。如果馬達(dá)/發(fā)電機(jī)是作為馬達(dá)而非作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，相同的機(jī)構(gòu)可使用電力來產(chǎn)生加壓的儲(chǔ)存氣體(即，氣體壓縮)。圖29A描述了操作的第一階段的系統(tǒng)，而圖29B描述了操作的第二階段的系統(tǒng)，其中氣壓缸的高壓端和低壓端是相反的，并且液壓馬達(dá)的軸的運(yùn)行方向是相反的，如下文更詳細(xì)的討論。一般地，氣體的膨脹在多個(gè)階段發(fā)生，使用低壓和高壓氣壓缸。例如，如圖29A所示的兩個(gè)氣壓缸的情形，高壓氣體在高壓氣壓缸中膨脹，從最大壓強(qiáng)(例如，3000PSI)膨脹到某中等壓強(qiáng)(例如，300PSI)；然后該中等壓強(qiáng)氣體在單獨(dú)的低壓缸中進(jìn)一步膨脹(例如， 300PSI至30PSI)。這兩分級(jí)連接至共同的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)，該機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)傳力至液壓缸的軸。當(dāng)兩個(gè)氣動(dòng)活塞的每一個(gè)都達(dá)到它的活動(dòng)范圍的極限時(shí)，閥門或其它機(jī)構(gòu)可被調(diào)節(jié)，來引導(dǎo)較高的壓強(qiáng)氣體至汽缸的兩容室中，以及從汽缸的兩容室中通風(fēng)較低的壓強(qiáng)氣體，以便在相反方向上產(chǎn)生活塞運(yùn)動(dòng)。在該型式的往復(fù)式裝置中，沒有回縮行程或被動(dòng)的行程， 即，行程在雙向都是供以動(dòng)力的。被氣壓缸驅(qū)動(dòng)的液壓缸的容室可被閥門或其它機(jī)構(gòu)類似地調(diào)節(jié)，來產(chǎn)生返回行程期間的液壓操縱。而且，可布設(shè)止回閥或其它機(jī)構(gòu)，以便不管液壓缸的哪個(gè)容室產(chǎn)生增壓液體，液壓馬達(dá)/泵以相同的旋轉(zhuǎn)被該流體驅(qū)動(dòng)。在這樣的系統(tǒng)中，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)反向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)液壓馬達(dá)/泵和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)不反轉(zhuǎn)它們的旋轉(zhuǎn)方向，這樣通過增加短期的能量存儲(chǔ)裝置，例如飛輪，由此得到的系統(tǒng)可用來連續(xù)地發(fā)電(即，在活塞反轉(zhuǎn)期間不會(huì)中斷)。如圖29A所示，系統(tǒng)四00包括第一氣壓缸四01，其被活塞四04分成兩個(gè)容室 2902,2903.汽缸四01在該說明性的具體實(shí)施例中以水平定位的方式示出，但其可任意地定位，其有一個(gè)或多個(gè)氣體循環(huán)端口 2905，它們通過管道四06和閥門2907 J908連接至壓縮容器或存儲(chǔ)系統(tǒng)四09。氣壓缸四01經(jīng)由管道四10、2911和閥門2912J913連接至第二氣壓缸四14，該第二氣壓缸四14在比第一氣壓缸低的壓強(qiáng)下運(yùn)行。兩個(gè)汽缸四01、2914都是往復(fù)式，并串聯(lián)(氣動(dòng)地)和并聯(lián)(機(jī)械地)連接。兩個(gè)汽缸四01、2914的串聯(lián)連接指的是氣體從高壓汽缸四01的較低壓強(qiáng)的容室被引導(dǎo)至低壓汽缸四14的較高壓強(qiáng)的容室。來自容器四09的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)往復(fù)式高壓汽缸四01的活塞四04。來自高壓汽缸 2901的較低的壓強(qiáng)側(cè)四03的中等壓強(qiáng)氣體被通過閥門四12輸送至低壓汽缸四14的較高壓強(qiáng)的容室四15。氣體從較低的壓強(qiáng)汽缸四14的較低壓強(qiáng)容室四16被通過閥門四17輸送至通風(fēng)孔四18。該布置的功能是降低汽缸聯(lián)合運(yùn)行的壓強(qiáng)范圍。兩個(gè)汽缸四01、2914的活塞軸四20、2919共同地沿箭頭四22指示的方向移動(dòng)機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)四21。機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)還與液壓缸四對(duì)的活塞軸四23連接。由機(jī)械連接機(jī)構(gòu) 2921推動(dòng)的液壓缸四對(duì)的活塞四25壓縮容室四沈中的液壓液。該受壓的液壓液通過管道四27被輸送至止回閥四觀的布置，該止回閥允許流體沿一個(gè)方向(由箭頭所示)流過液壓馬達(dá)/泵(固定位移式或者可調(diào)位移式)，液壓馬達(dá)/泵的軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。為方便起見，液壓泵/馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的組合顯示為單個(gè)液壓動(dòng)力單元四四。處于較低壓強(qiáng)的液壓液被從液壓馬達(dá)/泵四四的輸出端通過液壓循環(huán)孔四31引導(dǎo)至液壓缸四對(duì)的較低壓強(qiáng)容室四30。現(xiàn)在參照?qǐng)D^B，其描述了圖^A的系統(tǒng)四00的第二操作狀態(tài)，其中閥門2907、 2913和四32是打開的，而閥門2908 J912和四17是關(guān)閉的。在該狀態(tài)中，氣體從高氣壓容器四09通過閥門四07進(jìn)入高壓氣壓缸四01的容室四03。較低壓強(qiáng)氣體經(jīng)由閥門四13 被從另一個(gè)容室四02排放至較低壓強(qiáng)氣壓缸四14的容室四16。兩個(gè)汽缸的活塞軸四20、 四19共同地沿箭頭四22指示的方向移動(dòng)機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)四21。機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)四21將軸 2919,2920的運(yùn)動(dòng)傳遞至液壓缸四對(duì)的活塞軸四23。由機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)四21推動(dòng)的液壓缸 2924的活塞四25壓縮容室四30中的液壓液。該受壓的液壓液被通過管道四33輸送至止回閥四觀和液壓動(dòng)力單元四四的前述的布置。處于較低壓強(qiáng)的液壓液從液壓馬達(dá)/泵2929的輸出端通過液壓循環(huán)孔四35被引導(dǎo)至液壓缸四對(duì)的較低壓強(qiáng)容室四沈。如圖29A和29B所示，液壓缸四對(duì)的兩個(gè)容室的工作容積差別在于軸四23的體積。由此帶來的在如圖29A和29B所示的兩個(gè)行程方向期間從汽缸四對(duì)排出的流體體積的不平衡可由泵(未示出)或延伸通過汽缸四對(duì)的兩個(gè)容室四沈、2930的全部長(zhǎng)度的軸 2923來修正，這樣兩個(gè)工作容積相等。如前面討論的，此處描述的各個(gè)能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的效率通過使用熱傳遞子系統(tǒng)可被增加。因此，如圖29A和29B所示的系統(tǒng)四00包括類似于上面描述的熱傳遞子系統(tǒng)四50。一般地，熱傳遞子系統(tǒng)四50包括流體循環(huán)器四52和換熱器四討。子系統(tǒng)四50還包括兩個(gè)方向控制閥四56、2958，它們經(jīng)由汽缸四01、2914上的標(biāo)識(shí)為A和B的空氣端口對(duì)， 有選擇地將子系統(tǒng)四50連接至一個(gè)或多個(gè)氣壓缸四01、2914的一個(gè)或多個(gè)容室。典型地， 端口 A和B位于氣壓缸的端部/端蓋上。例如，閥門2956 J958可被定位以使子系統(tǒng)四50 在容室四03內(nèi)的氣體膨脹期間與容室四03流體連通，以便熱調(diào)節(jié)在容室四03中膨脹的氣體。氣體可被前面描述的任何方法熱調(diào)節(jié)，例如來自所選擇的容室的氣體可通過換熱器循環(huán)?？商鎿Q地，熱交換液體可循環(huán)流過所選擇的空氣容室，并且任何前面描述的用于熱交換的噴射配置都可被使用。在膨脹(或壓縮)期間，熱交換液體(例如，水)可被循環(huán)器四討從容器中(未示出，但類似于上面針對(duì)圖22的描述)吸取，循環(huán)通過液-液型式的換熱器四討，該換熱器可為具有輸入端四60和輸出端四62的殼管式型式，從殼體的輸出端四62 流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。圖30A-30D描述了圖四的系統(tǒng)的替換具體實(shí)施例，其被變更為有單個(gè)氣壓缸和兩個(gè)液壓缸。通過使用兩個(gè)或多個(gè)液壓缸可獲得減小范圍的液體壓強(qiáng)，從而增加馬達(dá)/泵和馬達(dá)/發(fā)電機(jī)的效率。這兩個(gè)汽缸連接至前述的機(jī)械的邊界機(jī)構(gòu)，用于與氣壓缸進(jìn)行力傳遞。兩個(gè)液壓缸的容室連接于閥門、線路及其他機(jī)構(gòu)，從而任一液壓缸經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，當(dāng)它的軸被移動(dòng)時(shí)可設(shè)置成沒有阻力(即，不壓縮流體)。圖30A描述了處在操作的一個(gè)階段中的系統(tǒng)，其中兩個(gè)液壓活塞d都在壓縮液壓液。該配置的效果將減小傳輸至液壓馬達(dá)的液壓范圍，這是因?yàn)闅鈮焊字袎嚎s空氣產(chǎn)生的力隨膨脹而降低，并且儲(chǔ)存在容器中的氣體的壓強(qiáng)降低。圖30B描述了處在操作的一個(gè)階段中的系統(tǒng)，其中只一個(gè)液壓缸在壓縮液壓液。圖30C描述了處在操作的一個(gè)階段中的系統(tǒng)，其中液壓缸的高壓側(cè)和低壓側(cè)連同軸的方向一起顛倒，并且只有較小內(nèi)徑的液壓缸在壓縮液壓液。圖30D描述了類似于圖30C的處于操作的一個(gè)階段中的系統(tǒng)，但是有兩個(gè)液壓缸在壓縮液壓液。如圖30A所示的系統(tǒng)3000類似于上面描述的系統(tǒng)四00，包括單個(gè)往復(fù)式氣壓缸 3001和兩個(gè)往復(fù)式液壓缸30Ma、30Mb，其中一個(gè)液壓缸302 具有比另一個(gè)液壓缸3024b 更大的內(nèi)徑。在所示的操作狀態(tài)中，來自容器3009的壓縮空氣進(jìn)入氣壓缸3001的一個(gè)容室 3002，并驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)設(shè)置在氣壓缸3001內(nèi)的活塞3005。來自氣壓缸3001的另一個(gè)容室3003 的低壓氣體被通過閥門3007輸送至通風(fēng)孔3008。從設(shè)置在氣壓缸3001內(nèi)的活塞3005伸出的軸3019沿箭頭3022指示的方向移動(dòng)機(jī)械連接的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)3021。機(jī)械邊界機(jī)構(gòu) 3021還被連接到往復(fù)式液壓缸30Ma、30Mb的活塞軸3023a、3023b。在所示的當(dāng)前操作狀態(tài)，閥門301 和3014b允許流體流至液壓動(dòng)力單元3(^9。 來自兩個(gè)汽缸30Ma、3024b的加壓液體經(jīng)由管道3015被引導(dǎo)至止回閥30 和與馬達(dá)/發(fā)
4電機(jī)連接的液壓泵/馬達(dá)的布置，從而產(chǎn)生電力。處于較低壓強(qiáng)的液壓液從液壓馬達(dá)/泵的輸出端被引導(dǎo)至液壓缸30Ma、3024b的較低壓強(qiáng)容室3016a、3016b。兩個(gè)液壓缸30Ma、 3024b的高壓室3(^6a、302m3中的流體處于單一壓強(qiáng)下，而且低壓室3016a、30im3中的流體也處于單一壓強(qiáng)下。事實(shí)上，兩個(gè)汽缸30Ma、3024b像單個(gè)汽缸那樣工作，其活塞面積是兩個(gè)汽缸的活塞面積的和，并且對(duì)于來自氣動(dòng)活塞3001的給定驅(qū)動(dòng)力，其工作壓強(qiáng)成比例地低于任一液壓缸單獨(dú)運(yùn)行的工作壓強(qiáng)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D30B，其示出了圖30A的系統(tǒng)3000的另一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。氣壓缸3001 的動(dòng)作和所有活塞的運(yùn)動(dòng)方向與圖30A中的相同。在所示的運(yùn)行狀態(tài)中，以前關(guān)閉的閥門 3033開啟，以允許流體在較大的內(nèi)徑液壓缸30Ma的兩個(gè)容室3016a、3026a之間自由地流動(dòng)，從而在其活塞3025a的行程中出現(xiàn)最小抵抗力。來自較小內(nèi)徑的汽缸30Mb的加壓液體經(jīng)由管道3015被引導(dǎo)至止回閥30 以及液壓動(dòng)力單元30 的前述的配置，從而產(chǎn)生電力。處于較低壓強(qiáng)的液壓液從液壓馬達(dá)/泵的輸出端被引導(dǎo)至較小內(nèi)徑液壓缸3024b的較低壓強(qiáng)容室3016b。事實(shí)上，在給定的力下，具有較小的活塞面積的液壓缸30Mb的工作提供了比如圖30A所示的狀態(tài)更高的液壓，在圖30A的狀態(tài)中兩個(gè)液壓缸30Ma、3024b以較大的有效活塞面積工作。通過閥門致動(dòng)使一個(gè)液壓缸停運(yùn)，可獲得較窄的液壓范圍?，F(xiàn)在參照?qǐng)D30C，其示出了圖30A和30B的系統(tǒng)3000的另一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。在所示的操作狀態(tài)中，來自容器3009的壓縮空氣進(jìn)入氣壓缸3001的容室3003，驅(qū)動(dòng)其活塞3005。 來自氣壓缸3001的另一側(cè)3002的低壓氣體被通過閥門3035輸送至通風(fēng)孔3008。作用在液壓缸30Ma、30Mb的活塞3023a、302;3b上的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)3021的動(dòng)作方向與圖30B所示的方向相反，如箭頭3022所示。在圖30A中，閥門3014a、3014b是打開的，并允許流體流至液壓動(dòng)力單元3029。來自兩個(gè)液壓缸30Ma、3024b的加壓液體經(jīng)由管道3015被引導(dǎo)至止回閥30 和液壓動(dòng)力單元30 的前述配置，從而產(chǎn)生電力。處于較低壓強(qiáng)的液壓液從液壓馬達(dá)/泵的輸出端被引導(dǎo)至液壓缸30Ma、30Mb的較低壓強(qiáng)容室3(^6a、3(^6b。兩個(gè)液壓缸30Ma、3024b的高壓室3016a、3016b中的流體處于單一壓強(qiáng)下，而且低壓室3(^6a、3(^6b中的流體也處于單一壓強(qiáng)下。事實(shí)上，兩個(gè)液壓缸30Ma、3024b像單個(gè)液壓缸那樣工作，其活塞面積是兩個(gè)液壓缸的活塞面積的和，并且對(duì)于來自氣動(dòng)活塞3001的給定驅(qū)動(dòng)力，其工作壓強(qiáng)成比例地低于任一液壓缸30Ma、3024b單獨(dú)運(yùn)行的工作壓強(qiáng)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D30D，其示出了圖30A-30C的系統(tǒng)3000的另一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。氣壓缸 3001的動(dòng)作和所有運(yùn)動(dòng)活塞的運(yùn)動(dòng)方向與圖30C中的相同。在所示的運(yùn)行狀態(tài)中，以前關(guān)閉的閥門3033開啟，以允許流體在較大的內(nèi)徑液壓缸302 的兩個(gè)容室3(^6a、3016a之間自由地流動(dòng)，從而在其活塞302 的行程中出現(xiàn)最小抵抗力。來自較小內(nèi)徑的汽缸3024b的加壓液體經(jīng)由管道3015被引導(dǎo)至止回閥30 和液壓動(dòng)力單元30 的前述的配置，從而產(chǎn)生電力。處于較低壓強(qiáng)的液壓液從液壓馬達(dá)/泵的輸出端被引導(dǎo)至較小內(nèi)徑液壓缸3024b 的較低壓強(qiáng)容室3(^6b。事實(shí)上，在給定的力下，具有較小的活塞面積的液壓缸30Mb的工作提供了比如圖30C所示的狀態(tài)更高的液壓，在圖30C的狀態(tài)中兩個(gè)液壓缸以較大的有效活塞面積工作。通過閥門致動(dòng)使一個(gè)液壓缸停運(yùn)，可獲得較窄的液壓范圍?？梢越o汽缸3024b增加額外的閥門，這樣它可被停運(yùn)，以提供另一有效的液壓活塞面積(考慮到302 和3024b不是相同直徑的汽缸)，從而在給定的氣壓范圍內(nèi)，一定程度上進(jìn)一步降低液壓液的范圍。同樣地，可以增加額外的液壓缸和閥門布置以對(duì)于給定的氣壓范圍，實(shí)質(zhì)上進(jìn)一步降低液壓液范圍。上面描述的其中有兩個(gè)或更多個(gè)液壓缸由單個(gè)氣壓缸驅(qū)動(dòng)的示例性的系統(tǒng)3000 的操作如下。假定一定量高壓氣體已經(jīng)被引入該汽缸的一個(gè)容室，隨著氣體開始膨脹，移動(dòng)活塞，力通過活塞軸和機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)被傳遞至兩個(gè)液壓缸的活塞軸。在膨脹階段期間的任一點(diǎn)，液體壓強(qiáng)將等于力除以作用的液壓活塞面積。在行程開始時(shí)，當(dāng)氣壓缸中的氣體剛開始膨脹時(shí)，它產(chǎn)生最大的力；該力(忽略摩擦損失)作用在液壓缸的聯(lián)合的總活塞面積上， 產(chǎn)生某一液壓輸出壓強(qiáng)HPmax。隨著氣壓缸中的氣體繼續(xù)膨脹，它施加的力減少。因此，活動(dòng)汽缸的壓縮室中產(chǎn)生的壓強(qiáng)降低。在該過程中的某一個(gè)點(diǎn)，連接于液壓缸中的一個(gè)的閥門及其他機(jī)構(gòu)被調(diào)節(jié)，以便在它的兩個(gè)容室之間的流體可自由地流動(dòng)，并因此使得活塞行程中沒有阻力(再次忽略摩擦損失)。氣壓缸產(chǎn)生的力所驅(qū)動(dòng)的有效活塞面積因此減少，從兩個(gè)液壓缸的活塞的面積減至一個(gè)液壓缸的活塞的面積。隨著面積的減小，對(duì)于給定的力，輸出的液體壓強(qiáng)增大。如果仔細(xì)地選擇該轉(zhuǎn)換點(diǎn)，液體輸出壓強(qiáng)在轉(zhuǎn)換后立即回到HPmax。例如，在使用兩個(gè)相同的液壓缸時(shí)，轉(zhuǎn)換壓強(qiáng)會(huì)在位于一半壓強(qiáng)點(diǎn)處。隨著氣壓缸中的氣體繼續(xù)膨脹，液壓缸產(chǎn)生的壓強(qiáng)減小。當(dāng)氣壓缸達(dá)到它的行程的終點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生的推力處于最低點(diǎn)，即是液體輸出壓強(qiáng)的最低點(diǎn)HPmin。對(duì)于適當(dāng)選擇的液壓缸活塞面積的比值，使用兩個(gè)液壓缸獲得的液體壓強(qiáng)范圍HR = HPmax/HPmin將等于單個(gè)氣壓缸獲得的范圍HR的平方根。該結(jié)論的證明如下。對(duì)于從高壓HPmax至低壓HPmin的給定的輸出液體壓強(qiáng)范圍HR1,即HR1 = HPmax/HPmin， 將其分成兩個(gè)等量的壓強(qiáng)范圍ffi 2。第一個(gè)范圍從HPmax降至某一中等壓強(qiáng)HP1,且第二個(gè)范圍從HP1 降至HPmin。因此，HR2 = HPmaxMP1 = HP1MPmint5 由此比例等式，HP1 = (HPmax/HPmin)1/20 在 HR2 = HPmaiZHP1 中代入 HP1,我們得到 HR2 = HPfflax/ (HPmax/HPmin)1/2 (HPmaxHPmin)1/2 = HR/氣因?yàn)镠Pmax是由兩個(gè)液壓缸的合并的活塞面積(HAAHA2)決定的(對(duì)于由氣壓缸產(chǎn)生的給定的最大力)，而HP1由選擇何時(shí)停用第二汽缸(即，隨著推力下降，處于何等級(jí)的力)和單個(gè)運(yùn)行的汽缸的面積HA1共同地決定，所以可以選擇轉(zhuǎn)換推力點(diǎn)和HA1,以便產(chǎn)生期望的中間輸出壓強(qiáng)。類似地，可以證明，通過適當(dāng)?shù)钠壮叽绾娃D(zhuǎn)換點(diǎn)的選擇，增加第三汽缸/分級(jí)會(huì)降低運(yùn)行壓強(qiáng)為立方根，等等。通常，N個(gè)適當(dāng)尺寸的汽缸可降低原來的運(yùn)行壓強(qiáng)范圍HR1至HR11I而且，對(duì)于使用多個(gè)氣壓缸的系統(tǒng)(即，將空氣膨脹分成多個(gè)分級(jí))，液體壓強(qiáng)范圍可進(jìn)一步地降低。對(duì)于給定的膨脹，對(duì)于M個(gè)適當(dāng)尺寸的氣壓缸(S卩，氣壓空氣分級(jí))，單個(gè)行程的原來的氣壓運(yùn)行壓強(qiáng)范圍PR1可減小為PR//m。因?yàn)閷?duì)于給定的液壓缸配置，每一行程中輸出液壓范圍與氣壓運(yùn)行壓強(qiáng)范圍直接成正比，同時(shí)合并M個(gè)氣壓缸與N個(gè)液壓缸可實(shí)現(xiàn)壓強(qiáng)范圍減小到1/(NXM)次冪。此外，如圖30A-30D所示的系統(tǒng)3000還可以包括類似于上面描述的的熱傳遞子系統(tǒng)3050。一般地，熱傳遞子系統(tǒng)3050包括流體循環(huán)器3052和換熱器3(^4。子系統(tǒng)3050 還包括兩個(gè)方向控制閥3056、3058，其經(jīng)由汽缸3001上的標(biāo)識(shí)為A和B的空氣端口對(duì)，有選擇地將子系統(tǒng)3050連接至氣壓缸3001的一個(gè)或多個(gè)容室。例如，閥門3056、3058被定位以使子系統(tǒng)3050在容室3003內(nèi)的氣體膨脹期間與容室3003流體連通，以便熱調(diào)節(jié)在容室3003中膨脹的氣體。氣體可通過任何前面描述的方法被熱調(diào)節(jié)。例如，在膨脹(或壓縮) 期間，熱交換液體(例如，水)被循環(huán)器30M從容器中(未示出，但類似于上面結(jié)合圖22 的描述)吸取，循環(huán)通過液-液型式的換熱器30M，該換熱器可為具有輸入端3060和輸出端3062的殼管式型式，從殼體的輸出端3062流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。圖31A-31C描述了圖30的系統(tǒng)的替換具體實(shí)施例，其中兩個(gè)并列的液壓缸已經(jīng)替代為兩個(gè)伸縮的液壓缸。圖31A描述了處在操作的一階段中的系統(tǒng)，其中只有內(nèi)部的、較小內(nèi)徑液壓缸在壓縮液壓液。該配置的效果將減小傳輸至液壓馬達(dá)的液壓范圍，這是因?yàn)闅鈮焊字袎嚎s空氣產(chǎn)生的力隨膨脹而降低，并且儲(chǔ)存在容器中的氣體的壓強(qiáng)降低。圖31B描述了處在操作的一階段中的系統(tǒng)，其中內(nèi)部汽缸活塞已經(jīng)在行程方向上移到它的極限，并且不再壓縮液壓液，而外部的、較大內(nèi)徑的汽缸正壓縮液壓液，而完全延伸的內(nèi)側(cè)的汽缸像大內(nèi)徑汽缸的活塞那樣工作。圖31C描述了處在操作的一階段中的系統(tǒng)，其中汽缸和馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)的方向反向，并且只有內(nèi)側(cè)的較小內(nèi)徑汽缸在壓縮液壓液。圖31A所示的系統(tǒng)3100類似于上面描述的那些，包括單個(gè)往復(fù)式氣壓缸3101和兩個(gè)往復(fù)式液壓汽缸31Ma、31Mb，其中一個(gè)汽缸3124b是伸縮地設(shè)置在另一個(gè)汽缸31Ma 的內(nèi)部。在所示的操作狀態(tài)中，來自容器3109的壓縮空氣進(jìn)入氣壓缸3101的一個(gè)容室 3102，并驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)設(shè)置在氣壓缸3101內(nèi)的活塞3105。來自氣壓缸3101的另一個(gè)容室3103 的低壓氣體被通過閥門3107輸送至通風(fēng)孔3108。從設(shè)置在氣壓缸3101內(nèi)的活塞3105伸出的軸3119沿箭頭3122指示的方向移動(dòng)機(jī)械連接的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)3121。機(jī)械邊界機(jī)構(gòu) 3121還被連接到伸縮地布置的往復(fù)式液壓缸31Ma、31Mb的活塞軸3123。在所示的運(yùn)行狀態(tài)中，整個(gè)較小內(nèi)徑汽缸3124b作為較大的內(nèi)徑液壓缸31Ma的大的活塞3125a的軸3123。活塞312 和較小內(nèi)徑汽缸31Mb (即，大的內(nèi)徑液壓缸312 的軸)沿著箭頭3122指示的方向被機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)3121移動(dòng)。來自大的內(nèi)徑汽缸312 的較高的壓強(qiáng)容室3U6a的壓縮的液壓液通過閥門3120，至止回閥31 和液壓動(dòng)力單元31 的配置，從而產(chǎn)生電力。處于較低壓強(qiáng)的液壓液從液壓馬達(dá)/泵的輸出端經(jīng)由閥門3118，被引導(dǎo)至液壓缸312 的較低壓強(qiáng)容室3116a。在這一運(yùn)行狀態(tài)中，較小內(nèi)徑汽缸3124b的活塞312 保持與其靜止，并且沒有液體流入或流出它的任何一個(gè)容室3116b、3U6b。現(xiàn)在參照?qǐng)D31B，其示出了圖31A的系統(tǒng)3100的另一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。氣壓缸3101 的動(dòng)作和活塞的運(yùn)動(dòng)方向與圖31A中的相同。在圖31B中，活塞312 和較小內(nèi)徑汽缸 3124b (即，較大的內(nèi)徑液壓缸312 的軸)已經(jīng)移到它的活動(dòng)范圍的末端，并停止相對(duì)于大的內(nèi)徑汽缸312 移動(dòng)?，F(xiàn)在閥門開啟，這樣較小內(nèi)徑汽缸3124b的活塞312 動(dòng)作。來自較小內(nèi)徑汽缸3124b的較高的壓強(qiáng)容室3U6b的加壓液體通過閥門3133，被引導(dǎo)至回閥 31 和液壓動(dòng)力單元31 的前述的配置，從而產(chǎn)生電力。處于較低壓強(qiáng)的液壓液從液壓馬達(dá)/泵的輸出端經(jīng)由閥門3135，被引導(dǎo)至較小內(nèi)徑液壓缸3124b的較低壓強(qiáng)容室3116b。 如此，在液壓側(cè)的有效活塞面積在空氣膨脹期間被改變，從而對(duì)于給定的氣壓范圍，縮減了液體壓強(qiáng)范圍?，F(xiàn)在參照?qǐng)D31C，其示出了圖31A和31B的系統(tǒng)3100的另一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。氣壓缸 3101的動(dòng)作和活塞的運(yùn)動(dòng)方向與圖31A中所示的相反。因?yàn)樵趫D31A中，只有較大的內(nèi)徑液壓缸31Ma被激活。較小內(nèi)徑汽缸3124b的活塞3124b保持與其靜止，并且沒有液體流入或流出它的任何一個(gè)容室3116b、3U6b。來自大的內(nèi)徑汽缸312 的較高的壓強(qiáng)容室3116a 的壓縮的液壓液通過閥門3118，至止回閥31 和液壓動(dòng)力單元31 的前述的配置，從而產(chǎn)生電力。處于較低壓強(qiáng)的液壓液從液壓馬達(dá)/泵的輸出端經(jīng)由閥門3120，被引導(dǎo)至大的內(nèi)徑液壓缸3 IMa的較低壓強(qiáng)容室3U6a。進(jìn)一步地，在系統(tǒng)3100的另一運(yùn)行狀態(tài)中，活塞312 和較小內(nèi)徑液壓缸 31Mb(即，大的內(nèi)徑液壓缸31Ma的軸)已經(jīng)沿著圖31C中指示的方向移動(dòng)到它們盡可能遠(yuǎn)的地方。然后，如圖31B所示，但在行程的相反方向上，較小內(nèi)徑液壓缸3124b成為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)31 的激活的汽缸。還應(yīng)該清楚，以串聯(lián)(氣壓和/或液壓)和并聯(lián)或(機(jī)械地)伸縮的方式增加在逐步降低的壓強(qiáng)下運(yùn)行的汽缸的原理可運(yùn)用至氣壓側(cè)、液壓側(cè)或兩者都可的兩個(gè)或更多個(gè)汽缸上。此外，如圖31A-31C所示的系統(tǒng)3100還可以包括類似于上面描述的的熱傳遞子系統(tǒng)3150。一般地，熱傳遞子系統(tǒng)3150包括流體循環(huán)器3152和換熱器3巧4。子系統(tǒng)3150 還包括兩個(gè)方向控制閥3156、3158，其經(jīng)由汽缸3101上的標(biāo)識(shí)為A和B的空氣端口對(duì)，有選擇地將子系統(tǒng)3150連接至氣壓缸3101的一個(gè)或多個(gè)容室。例如，閥門3156、3158可被定位以使子系統(tǒng)3150在容室3103內(nèi)的氣體膨脹期間與容室3103流體連通，以便熱調(diào)節(jié)在容室3103中膨脹的氣體。氣體可通過任何前面描述的方法被熱調(diào)節(jié)。例如，在膨脹(或壓縮)期間，熱交換液體(例如，水)被循環(huán)器31M從容器中(未示出，但類似于上面結(jié)合圖 22的描述)吸取，循環(huán)通過液-液型式的換熱器31M，該換熱器可為具有輸入端3160和輸出端3162的殼管式型式，從殼體的輸出端3162流向環(huán)境換熱器或流向過程熱源、冷水源或其它外部熱交換介質(zhì)源。在描述完本發(fā)明的一些具體實(shí)施例后，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可能使用其它結(jié)合此處公開的構(gòu)思的實(shí)施方式，那是顯而易見的，沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍。所描述的具體實(shí)施例應(yīng)該從整體上被認(rèn)為只是作為說明性的和非限制性的實(shí)例。下面為權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種使用熱調(diào)節(jié)的壓縮流體來儲(chǔ)存和再生電能的分級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有第一容室和第二容室的汽缸組件，容室被設(shè)置在汽缸內(nèi)的可滑動(dòng)活塞分隔開；與汽缸組件相連的傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該傳動(dòng)系統(tǒng)配置成在膨脹階段將勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能， 以及在壓縮階段將電能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能；以及熱傳遞子系統(tǒng)，與汽缸組件的第一容室或者第二容室的至少一個(gè)流體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中的汽缸組件包括氣壓缸。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中熱傳遞子系統(tǒng)還包括流體循環(huán)設(shè)備；以及熱傳遞流體容器，其中流體循環(huán)設(shè)備被設(shè)置為將熱傳遞流體從容器泵入汽缸組件的第一容室或者第二容室的至少一個(gè)中。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在汽缸組件的第一容室或者第二容室的至少一個(gè)內(nèi)的噴射機(jī)構(gòu)，用于引入熱傳遞流體。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中噴射機(jī)構(gòu)為噴頭或噴桿中的至少一個(gè)。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中熱傳遞子系統(tǒng)還包括換熱器，換熱器包括與流體循環(huán)設(shè)備和熱傳遞流體容器流體連通的第一側(cè)；和與熱傳遞流體源流體連通的第二側(cè)，其中流體循環(huán)設(shè)備使流體循環(huán)，從熱傳遞流體容器通過換熱器，然后流至汽缸組件。
7.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中傳動(dòng)系統(tǒng)包括通過活動(dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)機(jī)械地連接至氣壓缸的液壓缸，機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)在氣壓缸和液壓缸之間傳遞能量；以及流體地連接至液壓缸的液壓動(dòng)力單元，其配置成驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)來再生電能，并且被電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來貯存勢(shì)能。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中汽缸組件包括與低壓氣壓缸流體地連接的高壓氣壓缸。
9.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)溫度傳感器，其與汽缸組件的至少一個(gè)容室連通，或者與熱傳遞子系統(tǒng)流出的流體連通。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括控制系統(tǒng)，用于接收來自該至少一個(gè)溫度傳感器的遙測(cè)數(shù)據(jù)，以便至少部分基于接收的遙測(cè)數(shù)據(jù)控制熱傳遞子系統(tǒng)的操作。
11.一種使用熱調(diào)節(jié)的壓縮流體來儲(chǔ)存和再生電能的分級(jí)液壓氣壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一和第二連接的汽缸組件，其中系統(tǒng)包括至少一個(gè)含有多個(gè)分級(jí)的氣壓側(cè)和至少一個(gè)液壓側(cè)，所述的至少一個(gè)氣壓側(cè)和所述的至少一個(gè)液壓側(cè)被至少一個(gè)活動(dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)分隔開，機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)在兩者之間傳遞能量；以及與所述的至少一個(gè)氣壓側(cè)流體連通的熱傳遞子系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中第一汽缸組件包括至少一個(gè)氣壓缸，第二汽缸組件包括至少一個(gè)液壓缸，而且第一和第二汽缸組件通過所述的至少一個(gè)活動(dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)機(jī)械地連接。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中第一汽缸組件包括在第一壓力比下傳遞機(jī)械能的蓄能器，第二汽缸組件包括在大于第一壓力比的第二壓力比下傳遞機(jī)械能的增強(qiáng)器。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中第一汽缸組件和第二汽缸組件是通過流體連接的。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中熱傳遞子系統(tǒng)還包括與所述的至少一個(gè)氣壓側(cè)流體連通的循環(huán)設(shè)備，用于使流體循環(huán)通過所述的熱傳遞子系統(tǒng)；并且換熱器包括與循環(huán)設(shè)備和所述至少一個(gè)氣壓側(cè)流體連通的第一側(cè)；和與基本上恒溫的液體源流體連通的第二側(cè)，其中所述的循環(huán)設(shè)備使流體循環(huán)，從所述至少一個(gè)氣壓側(cè)經(jīng)由所述的換熱器，然后回到所述的至少一個(gè)氣壓側(cè)。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括控制閥配置，用于系統(tǒng)的所述至少一個(gè)氣壓側(cè)的分級(jí)之間有選擇地連接。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中熱傳遞子系統(tǒng)還包括 流體循環(huán)設(shè)備；以及熱傳遞流體容器，其中流體循環(huán)設(shè)備被設(shè)置為將熱傳遞流體從容器泵入系統(tǒng)的所述至少一個(gè)氣壓側(cè)內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中每一汽缸組件都具有一氣壓側(cè)，并且還包括控制閥配置，用于有選擇地將第一汽缸組件的氣壓側(cè)和第二汽缸組件的氣壓側(cè)連接至流體循環(huán)設(shè)備。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述至少一個(gè)氣壓側(cè)的噴射機(jī)構(gòu)，用于引入熱傳遞流體。
20.一種使用熱調(diào)節(jié)的壓縮流體來儲(chǔ)存和再生電能的分級(jí)液壓氣壓能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)汽缸組件，其包括由活動(dòng)的機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)分隔的氣壓側(cè)和液壓側(cè)，機(jī)械邊界機(jī)構(gòu)在兩者之間傳遞能量； 壓縮氣體源；以及與至少一個(gè)汽缸組件的氣壓側(cè)或者所述的壓縮氣體源流體連通的熱傳遞子系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)(300)中空氣快速地等溫膨脹和等溫壓縮的系統(tǒng)和方法，其使用諸如蓄能器(316，317)和增強(qiáng)器(318，319)之類的開放大氣液壓氣壓缸組件，與回路的氣體側(cè)上的高壓氣體儲(chǔ)罐連通，以及組合的液壓馬達(dá)/泵(330)，連接至回路的流體側(cè)上的組合的發(fā)電機(jī)/馬達(dá)(332)。該系統(tǒng)使用熱傳遞子系統(tǒng)與至少一個(gè)汽缸組件或者容器連通，來熱調(diào)節(jié)正膨脹或者壓縮中的氣體。
文檔編號(hào)H02J15/00GK102498638SQ201080023654
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者B·R·保林格, B·卡梅隆, H·里克特, M·伊澤森, P·馬格里, R·庫(kù)克, T·O·麥克布里德, W·陳 申請(qǐng)人:瑟斯特克斯有限公司