/8英寸、1/16英寸、或者一些其他数字。
[0062]另外地或可选地，图3A的实施例中的分隔器可以基本贯穿压缩和/或膨胀循环将总的热传递表面积维持在高水平下。分隔器可以一起布置为朝向压力容器的顶部更接近，以适应在朝向压缩事件的终点和在膨胀事件的起点处的增大的热负载。应理解，在压缩和/或膨胀过程期间用于热传递的可用总面积可以包括贯穿整个压缩和/或膨胀循环期间与空气接触的液体和分隔器的表面积。即，用于热传递的总表面积可以包括与空气(液体或分隔器的任一个的面积)直接接触的面积随着压缩和/或膨胀循环的时间的积分。就此而言，将分隔器构造为贯穿压缩和/或膨胀循环期间维持增大的热传递表面积可以增大用于热传递的可用总面积，当考虑为在完整的压缩/膨胀循环期间的时间积分时，以远大于设置在压力容器中的分隔器的数目的倍数增大。
[0063]设置在压力容器内部的分隔器可以另外地或可选地减小在待被压缩或膨胀的空气的点与压力容器内部的热量通过其传递的热传导表面(空气/液体界面或空气/分隔器界面)之间的平均最小距离。分隔器还可以被织构、成穴、冲压、涂覆、锯齿化、切割、弯曲、以其他材料的涂层或层覆盖、或者另外地处理以增大或减小它们的表面积，增大或减小它们保持湿润或保持水的能力，增大或减小空气或水中的湍流，全部用于促进更有效的热传递同时使不可逆的能量损失最小化。图3B示出了包括空气穴344的分隔器334的横截面图，以及热量通过其传递的表面。如所示，穴344可以是在分隔器334的下面或在分隔器334内的较薄的空气层。在穴344内的任意点不比分隔器自身的高度H的一半更远离分隔器344的上壁346 (即，空气/分隔器界面)或在分隔器334中的液体(即，空气/液体界面348)。就此而言，热量在以传导进行传递时将仅需要最多行进等于分隔器的高度H的一半的距离，以抵达空气/液体界面或空气/分隔器界面中的一个。类似地，当以对流模式传递时，空气分子可以仅需要最多行进等于分隔器的高度H的一半的距离，以抵达空气/液体界面或空气/分隔器界面中的一个用于热传递的发生。
[0064]使压力容器中的空气与热量通过其传递或传递到其内的表面之间的距离最小化可以明显地改进将热传递到被压缩和/或膨胀的空气中和/或从该空气传递热。
[0065]在压缩/膨胀装置中的热量通过其传递的介质中，空气典型地具有最低的热导率。作为示例，空气具有大约0.024瓦特/米-开尔文的热导率，而水具有比空气的热导率大一个数量级的热导率(0.58瓦特/米-开尔文)，并且钢具有比空气的热导率大大约三个数量级的热导率(对于I %碳钢为43瓦特/米-开尔文)。减小热量通过空气行进的距离主要通过减小沿着热传递路径的最阻热元件的距离来减小热传递的最大瓶颈。
[0066]分隔器可以定形为与图3A的实施例中所示的不同和/或可以以不同的布置包装在压力容器内。图3A和图3B的分隔器向下面对(并且定形为基本类似于反转的盘)，以便在其中形成并且捕获空气穴。
[0067]应理解，其他形状是可能的，比如如图4A中所示的具有拱形上壁的分隔器，如图4B中所示的具有展开侧壁(向内或向外展开)的分隔器，或者具有其他形状的分隔器，因为实施例并不限于图中所示的那些。另外地或可选地，尽管图3A和图3B的分隔器定尺寸为占据基本等于压力容器的横截面面积的面积，但是更小的分隔器也是可能的。
[0068]在图4A和图4B的示出实施例中，分隔器434设置在压力容器426内。分隔器434包括拱形上壁446，并且一个或多个通道450可以设置在由分隔器434产生的每个穴与歧管436之间，以使空气和/或液体能够通过其间。还构想的是，在分隔器434与歧管436之间的流体连通可以通过不同的装置设置，比如通过设置在压力容器外部的歧管和/或在压力容器内设置为偏心的歧管。
[0069]图4B示出了包括设置在压力容器526内的分隔器534的实施例。分隔器534包括上壁546，并且一个或多个通道550可以设置在由分隔器534产生的每个穴与歧管536之间，以使空气和/或液体能够通过其间。分隔器534还包括向外展开的侧壁552。
[0070]分隔器可以构造为生成湍流的空气/液体界面以进一步增大在分隔器的空气与液体之间或在分隔器的空气与分隔器自身的表面之间的热交换。作为示例，根据一些实施例，湍流器可以定位在分隔器的内部上，以便当在压缩和/或膨胀模式期间空气/液体界面向上或向下移动时搅动液体，从而有效地增大空气/液体界面面积并且促进到空气中和/或从空气的对流热传递。根据其他实施例，比如图4C中所示，分隔器634示出为设置在压力容器626内，并且包括一组传热翅片654，这些翅片654可以结合到分隔器634的表面上以促进在分隔器的的空气穴与分隔器的表面(例如，上壁646)之间的热传递。但是要理解，不是所有实施例都包括湍流器或翅片组，因为各种实施例并不限于本文所示或明确描述的那些。
[0071]如上述，当多个分隔器用于限定空气/液体界面时，压力容器的尺寸和形状可以对于除空气/液体界面面积以外的考虑而优化。作为示例，根据一些实施例，分隔器可以使空气/液体界面的总面积能够被最大化，同时压力容器的总尺寸设计为具有在特定距离之下的最大外部尺寸(即，压力容器的最大长度、宽度和高度)，这可以在压力容器被包装用于单独地或在ISO标准运输集装箱中运输时证实为有用。另外地或可选地，压力容器可以定形为提供最佳的结构整体性，从而具有圆筒形的、球形/圆筒形的、或者其他的形状。根据一些实施例，带有圆形的顶部和底部结构的圆筒形压力容器的最大尺寸可以为大约6米，同时具有大约140平方米的总的空气/液体表面积、大约2.5平方米的最大尺寸和大约40平方米的总的空气/液体表面积、或者大约2米的最大尺寸和大约10平方米的总的空气/液体表面积。
[0072]如上述，能够通过压力容器内的液体(例如，水)从压缩和/或膨胀的空气传递热和/或将热传递给该空气。空气/液体界面和/或空气/分隔器界面(例如，部分地由上述分隔器提供)可以在压缩和/或膨胀过程期间在压力容器中运动和/或改变形状。该运动和/或形状改变可以向压缩机/膨胀机装置提供热传递表面，该热传递表面能够适应在压缩和/或膨胀期间热量通过其传递的压力容器的内部区域的形状改变。在一些实施例中，液体能够在压缩之后使保持在压力容器中的空气的体积几乎消除或完全消除(即，零余隙体积)。
[0073]图5A-图5C示出了在压缩和膨胀的不同级处与分隔器734相关联的空气/液体界面。在压缩循环的起点，如图5A中所示，空气穴出现在分隔器734的内部，而空气/液体界面748正好在分隔器的侧壁752的下边缘的上方。当另外的液体被引入压力容器的体积内时，随着该另外的液体朝向分隔器上壁746驱动空气/液体界面748并且压缩在压力容器726的体积内的空气，空气/液体界面748向上移动。如图5B中所示，该过程持续直到空气/液体界面748最终抵达分隔器734与歧管736之间的通道750，并且液体开始进入歧管736自身内为止。最后，接近压缩循环的终点，如图5C中所示，空气/液体界面748可以与分隔器734的上壁746接触，并且几乎或完全填充歧管736。
[0074]根据一些实施例，分隔器的空气/液体界面的面积可以由于在分隔器的侧壁之间的基本恒定的横截面面积而保持基本恒定，至少直到空气/液体界面到达上壁的顶部为止，尽管当空气/液体界面在空气穴内移动更高时可能由于在暴露给空气这侧的壁的面积的展开和/或减小而在空气/液体界面面积中存在一些微小变化。贯穿压缩过程的较恒定的、较高的空气/液体界面面积可以有助于贯穿压缩过程的促进从空气的热传递。
[0075]根据一些实施例，压缩机/膨胀机装置中可以包括特征以在歧管与压力容器的分隔器下面的空气穴之间平衡空气和/或液体的流动。流动可以被平衡，使得压力容器的每个分隔器的空气/液体界面，或者压力容器的分隔器的一些部分可以在分隔器内同步地移动，比如同时到达分隔器的上壁。就此而言，贯穿压缩和/或膨胀过程，可以在每一个分隔器中维持用于在空气/液体界面处的空气与在空气/分隔器界面处的空气之间的热传递的面积。在一些实施例中，在每个分隔器与歧管之间的端口可以不同地定尺寸以实现平衡的流动。另外地和/或可选地，在歧管与分隔器之间的端口可以包括阀以提供平衡的流动。端口和/或阀可以构造为解决在压力容器中由重力引致的压力梯度。例如，靠近压力容器的底部的端口可以定尺寸为小于靠近压力容器的顶部的端口，以适应在压力容器的底部处所期望的较高的压力。
[0076]在膨胀模式期间，空气/液体界面在压力容器的分隔器中主要沿与压缩期间相反的方向移动。例如，膨胀过程可以始于包括歧管和分隔器的完全或基本填满液体的压力容器。如图5C中所示，迫压到压力容器的端口内的空气可以使液体向下移动通过歧管，最后穿过通道并且进入每一个分隔器内，从而在其中生成空气穴和空气/液体界面。如图5B中所示，当空气继续膨胀到体积内时，每个分隔器的空气/液体界面可以更向下移动，从而如图5A中所示地最后到达正好在分隔器的下边缘的上方的水平。正好经过分隔器侧壁的下端部下面的任意空气/液体界面可以使空气在压力容器的内壁与分隔器的外壁之间经过。该空气可以最终到达压力容器的顶部，并且通过靠近压力容器的顶部的通道或通过用于该目的而包括在内的另一机构再进入歧管内。在另一实施例中，迫压到压力容器的端口内的空气可以使液体向下移动经过分隔器，而不会产生空气穴。在该构型中，压力容器仅保持一个空气穴，并且空气体积在膨胀过程期间变大直到膨胀冲程完成为止。
[0077]与压缩相似，贯穿膨胀过程，整个空气/液体界面面积可以保持基本恒定，至少在远离每个分隔器的上表面移动之后和在空气/液体界面移动到任一分隔器的下边缘下面之前。在其他构型中，空气/分隔器界面将通过膨胀过程而线性地或几何地增大。
[0078]在压力容器中使用液体来压缩和移位空气可以提供若干益处。根据一些实施例，液体可以作为水活塞，该水活塞在用于压缩空气和从压力容器中移位空气时遵循压力容器的形状。根据一些实施例，水活塞可以基本占据压力容器的整个体积，由此消除任意的余隙体积。使用水作为正排量机构还提供了热量管理机构，由此服务于多个目的。另外地和/或可选地，在一些实施例中，当液体冷凝而离开被压缩的空气时，可能将过多的液体引入到压力容器中。冷凝的液体可以与存留在压力容器中的液体组合而没有负面效果。根据一些实施例，可能的是足够的液体可以冷凝，以在压缩机/膨胀机装置的操作循环期间的某些时刻使总的液体体积超过在压力容器中的可用体积。在这种情形下，过多的液体可以与被压缩和移位的空气一起通过端口或通过用于该目的而包括的另一机构离开压力容器，而没有负面效果。过多的液体可以通过湿气捕获或者通过本领域的技术人员已知的装置移除。使用中间存贮器将在压缩期间沉积到压力容器内的任何液体移除并且以最小损失保持在保持罐中。在膨胀期间，液体能够被气化，由此从压力容器中移除液体。保持在保持罐中的液体能够在膨胀期间被再喷射，以便将系统中的总的液体体积维持恒定。以该方式，压缩/膨胀系统不会消耗任何液体。
[0079]使用水作为正排量机构还提供接近零摩擦的活塞密封，以及零泄漏的活塞密封，这减小了由于摩擦的能量损失，减小由于密封磨损的维护和低效率，消除了更换活塞密封的需求，从而改进装置和过程的可靠性。其还消除如下需求:润滑在气缸上的活塞或维护、维修和更换润滑剂或其过滤器和/或过滤系统，或者冷却润滑剂，并且避免与泵吸、过滤和冷却润滑剂相关联的能量损失。
[0080]根据一些实施例，在压力容器内的液体还可以与热交换器组合地动作，以从被压缩的空气传递热量到外部环境(或者从外部环境传递热量到被膨胀的空气)。作为示例，图6示出了延伸穿过压力容器826的壁以接触液体和外部环境的热交换器854。如所示，热交换器可以包括环形阵列的热管，尽管可以另外地或可选地使用其他类型的热交换器。如将理解的是，热管与制冷剂一起使用，该制冷剂在管的接收热量的一个端部处蒸发，并且在管的移除热量的另一端部处大约在与接收热量的一端相同的温度下，或者在小温度范围内比如大约4°C的温度范围内冷凝。将理解的是，图6示出了仅一个热管的布置，该布置可以用于将热量传递给压力容器的液体或从该液体传递热量，并且也可以存在其他的布置，比如包括设置在致动器壳体中的热管或其他类型的热交换器或者与压力容器流体连通的其他部件的布置。根据另一实施例，热管可以设置为与分隔器直接接触，该分隔器中的一些可以捕获在压力容器内的空气穴。还将理解的是，任意热源或散热器可以在压力容器的外部环境中使用以从其提供或接收热量，因为系统的实施例并不限于热源或散热器的任一布置。
[0081]使用液体作为在压缩和/或膨胀期间供热量穿过的介质可以允许连续冷却过程。即，在压缩期间液体可以从被压缩的空气接收热量，并且当空气被压缩和当空气由压力容器接收用于以后的压缩时将该热量连续地传送到外部环境中。相似地，当压缩机/膨胀机装置在膨胀期间以膨胀模式操作时并且当膨胀空气从压力容器离开时，可以添加热量。
[0082]根据一些实施例，在压缩机/膨胀机装置中的液体可以包括水，尽管可以另外地或可选地使用其他液体。如将理解的是，水可以自然地冷凝而离开由系统压缩的空气，并且就此而言，可以与液体结合而没有负面影响。另外，当在膨胀机/压缩机装置的实施例中使用时，水可以在膨胀期间蒸发到空气中而不具有负面影响。但是，可以附加于或替代于水地使用其他类型的液体。这种液体的一些示例可以包括添加剂或配制为防止冷冻的所有液体，比如乙二醇、防止蒸发的液体比如丙三醇、防止腐蚀的液体、控制粘性的液体、控制热导率的液体、控制润滑性的液体、防止生物试剂生长的液体、附于压力容器的表面上的液体、增强系统中的阀的操作的液体、处理任意矿物(比如来自盐洞的盐)堆积的液体、和/或防止起泡沫的液体。
[0083]一个实施例可以使用相变材料直接作为压力腔中的压缩/膨胀介质。这样，液体不但提供空气通过其压缩的表面，而且作为热传递机构。经历相变(到气相或固相或从气相或固相)的液体保持在恒定的温度下。这能够获益于通过直接的方法在压力容器内保持等温的膨胀或压缩温度，而不需要热交换装置。热传递通过空气与相变液体之间的直接接触发生。该热传递机构能够以对于技术人员明显的多种技术实施，包括使空气与喷射或雾化的工作流体(比如水)相接触，使用在合适的温度下沸腾并且其气相能够在压缩之后和在存储之前与空气容易分离(例如，通过冷凝)的工作流体，和/或使用在合适的温度下冷冻(例如，通过在工作流体为液体和其固相的混合物比如水冰混合浆液的条件下操作该系统)的工作流体。
[0084]根据一些示例性实施例，压缩机/膨胀机装置可以串联地布置以生成多级压缩机/膨胀机装置。图7A-图71示出了包括三个级的多级压缩机/膨胀机装置的示例。第一级、第二级和第三级中的每一个包括与致动器流体连通连接的一对压力容器，这对压力容器与关于图3A所述的压力容器相似。在其他构型中，在每一级中能够设有一个、三个、四个或更多个压力容器。具体地，用于第一级的致动器包括设置在第一压力容器926与第二压力容器928之间的壳体或导管940，用于第二级的致动器包括设置在第一压力容器926’与第二压力容器928’之间的壳体940’，而用于第三级的致动器940”包括设置在第一压力容器926”与第二压力容器928”之间的壳体940”。活塞932、932’、932”分别可移动地设置在壳体940、壳体940’和壳体940”内。如例如在图7B-图71中所示，多个分隔器934设置在第一级的第一压力容器926和第二压力容器928中的每一个内，多个分隔器934’设置在第二级的第一压力容器926’和第二压力容器928’中的每一个内，而多个分隔器934”设置在第三级的第一压力容器926”和第二压力容器928”中的每一个内