至4)在HP侧从压缩气体去除并存储显热是重要的，因为返还热能（释热 时从4至3)为大膨胀机能量冲程提供了能量。
[0205] 根据图11，显著地，蓄热时离开压缩机的蒸汽的退出温度步进是最显著的。
[0206]图 12 至 14
[0207] 图12至14示出根据本发明的第三、第四和第五实施方式，包括限制LP容器中工 作流体压力和温度下降程度的系统。这三个实施方式基于图4和5的系统，仅经由实例。
[0208] 如果允许冷水箱温度过度地下降，S卩，接近三相点温度，蒸汽压力会下降使得实现 蒸汽输送至系统热侧所需的压缩比率会变得不可行的大。这个高压缩比率也与过度的温 度比率有关，因为蓄热过程中热侧压力已增加，峰值温度可能变得比系统中机器能够容忍 的温度更高。由于过度的压缩比率是冷侧温度下降的直接结果，避免或减轻这个问题的简 单方法是防止冷水箱过度地冷却。这可通过以下方法实现：（i)向冷水箱添加热碎石，比如 使冷侧液体更多，或者向冷水箱添加固体惰性热碎石，或者通过（ii)从周围向冷水箱添加 热，或者通过（iii)由供给源供给冷水箱使得在任何给定时间只有一小部分通过水箱的液 体汽化。
[0209] 增加冷侧工作流体量的第一个选择提供了最高的可逆性，因为在所有时间用最小 温度变化实现了步进温度的效果，并且在水箱和系统之外的环境之间没有热交换。
[0210] 尽管是在液体持续供给至冷水箱的情况下，其他两个选择都需要外部热交换，热 交换的容许时间是不确定的，可发生在相当长的时间上，相应地具有非常小的AT。
[0211] 图12示出包括LP(较冷）侧持续液体供给的系统。
[0212] LP水箱10设有向水箱供给工作流体的入口 213a(例如，无限供给）和在入口下面 用于收回工作流体的出口 213b。就持续冷水箱供给（本系统中，是液体供给）而言，退出压 力必定与冷水箱压力相似。如果这是恒定温度供给，步进温度情况不会存在，因此，冷显热 存储器/回热器在蓄热或释热过程中不会经历任何的温度变化。因此在这种结构中没有什 么用处（因为在启动后它会很快升高至进场蒸汽的温度）。
[0213] 参照图13,然而，如果蓄热过程中允许LP侧供给的工作液体温度降低，那么冷的 热存储器仍然有效。实现这个的一种方法是由较大的供给箱供给（即，有限供给）。因此图 13示出了包括LP侧辅助供给箱57的系统214,该辅助供给箱经由上入口 215a供给工作流 体至LP容器10,并从下出口 215b收回工作流体。温度变化通过混合LP容器10 (冷水箱） 的返回流与较大供给箱57的返回流来实现，因此LP侧回热器40被再次利用。蓄热过程中 供给箱57和冷水箱10的温度都会下降，但与密封的LP容器相比速率减慢了；由于蒸汽压 力也下降了，栗53和/或限制55应当放置在供给箱57和冷水箱10之间以帮助输送液体 来对抗接着发生的压力差异。
[0214] 对于水是工作流体的情况而言，供给箱57典型地在接近室温的情况下启动蓄热 过程。由于供给箱不会冻结，冷水箱10中的蒸汽压力可下降至对机器而言系统压力比率不 可行的点。
[0215] 看图14,替代地，如果借助于外部热交换来寻求冷水箱温度调节，这可通过使热交 换元件直接通过水箱来实现。这些元件可以以金属叶的形式，分布在液体中并通过水箱壁 从而与周围交换热。如图14所示，另一种方法是设置热交换器315,其使第二热交换流体经 由入口 313b和出口 313a通过水箱内的工作流体加热/冷却线圈以调节LP容器10中的温 度。
[0216] 如果热交换器维持冷侧工作液体温度恒定，再一次冷侧不需要回热器。或者，通 过热交换流体的等级控制，也可实现步进温度情况，在这种情况下，不像这个图中示出的系 统，冷侧显热存储器再次变得有效。
[0217] 如果用在家庭环境（例如）中，第二流体可以是家庭热水供给，并且冷水箱的温度 然后可在与家庭热水系统相似的温度。积累的余热由于不可逆性然后会直接传到家庭热水 供给，并会向那个系统提供有用的附加热输入。
[0218] 上述冷侧热交换方法的又一益处是热交换流体不需要在与冷水箱相同的压力。这 允许系统压力设定成适合于具有蒸汽压力特性的工作流体，其要求压力高于或低于外界。
[0219]图 15
[0220] 图15示出根据本发明第六实施方式的能量存储系统，其说明了余热再俘获子系 统的整合。
[0221] 能量存储和回收系统的不可逆性会导致熵产生，因此总体增加了这种系统的平均 温度。在示出的系统中，水/蒸汽用作工作流体，存储系统与家庭热水系统整合。这利用 了环境压力下水沸腾特性的优势来处理积累的任何余热，其由于系统的这种不可逆性而上 升。
[0222] 冷液体存储器10经由止回阀323 (其仅允许流动朝着热水箱）连接至家庭热水箱 321。家庭水箱321接近大气压力，由于冷液体水箱10的压力接近家庭水箱中的压力，所以 如果液体水箱由于工作流体内积累的熵而吸收过度的潜热，那么它会开始沸腾。汽化的蒸 汽然后会经过止回阀323,并进入家庭热水箱321，凝结会在这里出现，这样向家庭热水供 给添加了热。以这种方式，由于能量存储系统中的不可逆性而积累的热通过加热热水系统 而具有有用的效果，并且积累的热由存储系统控制并去除。
[0223] 排气过程会导致存储系统工作流体的净损耗，于是这必须重新补充。为此，至自来 水供应的连接件325经由阀327供给至冷液体存储水箱10以便重新补充损失的水。由于 在由两个水箱温度限定的任何蓄热状态下，在热液体水箱和冷液体水箱中必须存在某一液 位，液位之间的不匹配（对正确的蓄热-释热循环而言这是应当存在的）会是明显的，如果 提供液位和温度感测的话。如果实际液位不足，那么可打开供给阀来调整以保持系统中正 确的工作流体液位。在完全释热后，系统也可充满。
[0224] 存储系统中使用的水尽可能干净以避免水垢积累是可取的。由于蓄热过程中从冷 水箱到热水箱的过程是汽化-凝结过程，除了压缩机/膨胀机之外，冷显热（过热）存储 器，热显热存储器和热水箱仅遇到蒸汽或蒸馏水，即，整个过程可看作是蒸馏过程，因此任 何固体物质仅收集在冷水箱中。由于这个水箱处于环境压力或者低于环境压力，因此提供 除垢的通道是很小的问题，于是在过程中使用生活用水作为给料，而不是纯净水，也是可接 受的。
[0225] 使用生活用水供给的又一益处是干净杀菌水可经由适当的出口从热液体水箱中 取出。这可用在生活用水供给不适于饮用的区域，尽管从系统中的这个点取出水会导致能 量存储循环效率的降低。
[0226] 余热再俘获子系统可替代地仅包含来自排放的工作流体的热交换，这里排放的工 作流体被导向热交换子系统以提供间接加热，与如上所述的工作流体与热吸收介质直接混 合相反。在这个热交换过程后，用萃取设备取出凝结水还可提供冷却的纯净水，而不会影响 循环效率。
[0227] 图 16
[0228] 图16示出根据本发明的替代系统，具有单个入口 /出口，用于蒸汽进入和离开各 水箱，其中回热器位于各水箱内液面上方。
[0229] 参照图16,能量存储系统210以蓄热模式示出，包括具有回热器150的隔热热容 器120,热工作流体121，集气室122、123,热入口阀124,热出口阀125,输送管126,多孔滤 网127,热液面128,以及具有回热器140的冷容器110,冷工作流体111，集气室112、113,冷 出口阀114,冷入口阀115,输送管116,多孔滤网117,冷液面118,压缩机/膨胀机装置130 和管101及102。
[0230] 通过把各回热器设置在各水箱内，可因水箱的隔热和气密而得到益处，特别是在 HP侦彳。两个回热器在液体之上延伸横跨各热和冷容器的整个截面部分。各回热器可包括， 例如，物料床或固体多孔基体。显示出HP侧回热器150更大，反映出这样的事实，在整个蓄 热周期中它需要能够存储从压缩机130进入的压缩蒸汽的所有显热，优选地一直到最大运 转温度，以避免任何蒸汽在过热情况下离开HP侧回热器。为此，一些相变应当开始发生在 回热器150中。
[0231] -般条件：热容器120中的最大蒸汽压力应当低于工作流体的临界压力，并且相 应的最大温度应当在选做HP侧装置材料的工作范围内（明显地，冷容器中的液体必须保持 在三相点之上）。
[0232] 起动条件：热工作流体121通常会与冷工作流体111温度相同或更热。热容器120 中的压力通常会与冷容器110中压力相同或者更高。
[0233] 热液体121和冷液体111可由一些外部能源预加热，诸如电加热元件或燃气加热 器。这样，系统可在压缩/膨胀机器或机械的正确条件下启动；例如，启动时HP和LP侧之 间具有压力差以限制所需压力比率的变化通常是可取的。或者，系统启动时热和冷工作液 体可在相同的温度（和压力），这会导致完全蓄热时最高的能量密度（在T-s图下最大的时 间-积分面积），但意味着压缩/膨胀机器或机械需要以较大的压力比率运转（在早期蓄热 周期中没有产生多少功）。这里水是工作流体，两侧可方便地预加热至大约l〇〇°C。
[0234] 通常，启动各存储模式时热液体121和冷液体111处于预先选定的加热和冷却温 度是可取的。实践中，这些是在系统运转并部分蓄热时可正常获得的相应温度，所以实际上 各回收模式提早终止于那个选定的部分蓄热条件使得下一个存储模式在那个有利的条件 下开始。
[0235] 在蓄热模式中，压缩机/膨胀机130,起到压缩机的作用，经由管101从集气室113 抽吸气体/蒸汽。集气室112和113经由冷出口阀114连接，其设计成仅允许气体/蒸汽以 一个方向流过，例如，它可能是止回瓣阀。冷入口阀115设计成让气体/蒸汽仅沿相反的方 向流动。蓄热过程中，这个冷入口阀115通常会关闭。随着从集气室113中抽吸气体/蒸 汽，压力略微下降，于是从集气室112抽吸气体/蒸汽。这使集气室112中的压力也下降。 这个过程会持续直到集气室112中的压力下降至冷工作液体111开始沸腾的压力。在这个 点，压力下降的速率会降低，因为沸腾的液体会向集气室112供给气体/蒸汽以大致维持压 力。随着冷工作液体111沸腾，冷工作液体111的温度会开始下降。这个温度下降的速率 与冷工作液体111的质量和液体气化量有关。明显地，对给定的"气化"量而言，较大质量意 味着温度会以较低速度下降。如果需要，慎重考虑的过量工作流体可保存在LP侧容器中。 或者，固体热介质或相变介质设置在LP侧液体中以起到热碎石的作用（补充热容量），提供 一些潜热用于蒸发使得液体温度下降的速率降低，因此LP侧压力降低。
[0236] 蓄热时，压缩机的作用是将干燥蒸汽从低压压缩至高压。实际的低压由低压侧液 体温度决定。实际的高压由高压侧液体温度及蒸汽冒泡通过液体时凝结情况如何决定，并 且应当反映集气室122和123中较高的压力。压缩（和膨胀）应当尽可能接近等熵。（例 如，如果该过程用轴向流动压缩机实现，对于给定的压力升高，气体温度升高可能会在纯粹 的等熵过程所期望的之上。）
[0237] 冷侧回热器应当比低压蒸汽略微热，从而确保汽化的蒸汽注入更多的热能以便使 它过热（即，确保它是"干燥的"）。干燥的蒸汽从非常接近低压液体的温度压缩直至高压。 在这个点，它是热的干燥的过热蒸汽，需要冷却至热液体的饱和温度附近。这在热回热器中 实现，这里也发生少量凝结。
[0238] 如下然后蒸汽冒泡通过热液体。较热较高压力的过热蒸汽经由管102进入集气室 123。集气室122和123经由热出口阀125分开，其设计成仅允许气体/蒸汽以一个方向流 过，例如，它可能是止回瓣阀。在蓄热过程中，热出口阀125通常闭合。这意味着随着集气 室123中压力升高，输送管126中的液位下降直至过热的蒸汽可退出输送管的底部，并行进 越过多孔滤网127的基部。多孔滤网127的目的在于鼓励过热的蒸汽向上冒泡通过热工作 液体121，并随着鼓泡升高输送热至热工作液体。
[0239] 为了使热传递发生并且使蒸汽凝结，蒸汽必须比其通过的液体更热（即