压缩气体储存和回收系统及其操作方法

压缩气体储存和回收系统及其操作方法
【专利摘要】本文描述了用于压缩、膨胀和/或储存诸如空气天然气的气体的系统、装置和方法。在某些实施例中，适于用在基于压缩气体的能量储存和回收系统中的设备包括：气压缸，该气压缸具有被布置在该气压缸中以在该气压缸中做往复运动的工作活塞；液压致动器，其联接到工作活塞；和液压控制器，其能够流体联接到液压致动器。该设备能够流体联接到压缩气体储存室，所述压缩气体储存室包括：第一储存室，该第一储存室能够流体联接到气压室；和第二储存室，该第二储存室能够流体联接到第一储存室。第一储存室布置在第一水平高度处并且构造成容纳液体和气体。第二储存室布置在大于第一水平高度的第二水平高度处并且构造成容纳一定体积的液体。
【专利说明】压缩气体储存和回收系统及其操作方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求享有2011年I月14日提交的、题名为“Compensated Compressed GasStorage Systems”的美国临时专利申请系列N0.61/432，904的优先权,其整个内容由此通过参考包含于此。
[0003]本申请还涉及2011年11月11日提交的、题名为“Systems and Methods forCompressing and/or Expanding a Gas Utilizing a B1-Directional Piston andHydraulic Actuator”的美国专利申请N0.13/294，675和2011年11月11日提交的、题名为“Systems and Methods for Optimizing Thermal Efficiency of a Compressed AirEnergy Storage System”的美国专利申请N0.13/294，862,这些申请的整个内容通过参考包含于此。
【技术领域】
[0004]本发明总体上涉及用于压缩、膨胀和/或储存气体(诸如空气或天然气)的系统、装置和方法，并且本发明尤其涉及用于优化这种压缩、膨胀和/或储存空气或天然气的效率的系统、装置和方法，所述优化包括优化在这种压缩、膨胀和/或储存期间控制天然气的温度和/或含水量的效率。
【背景技术】
[0005]压缩空气储能系统(CAES)是限用于将能量以压缩空气的形式储存的已知类型的系统。CAES系统例如可以用于在电力需求低时以压缩空气的形式储存能量，然后在电力需求高时释放能量。这样的系统包括至少一个压缩机，所述至少一个压缩机操作以压缩空气用于储存；和至少一个膨胀机(例如，空气涡轮机)，所述至少一个膨胀机操作以从所储存的压缩空气的膨胀提取动力。用于将能量储存为压缩空气的已知CAES类型系统可以具有多级压缩机，所述多级压缩机可以包括在压缩级之间冷却空气的中间冷却器和/或在压缩之后冷却空气的后冷却器。然而，在这种系统中，空气仍然会在被冷却之前在每级压缩期间得到基本温度，这将在系统中引入低效率。因而，需要对用于压缩和/或膨胀空气的已知CAES类型系统加以改进，并且 申请人:已经理解，所述改进需要有益于使用CAES类型系统的气体储存。
[0006]天然气供应商受制于浮动的天然气消费需求。例如，对于天然气的需求会在天气较暖的月份较低，并且在天气较冷的月份较高。在较低需求时期期间，超出需求的天然气会以加以燃烧，因而浪费该天然资源。在较高需求时期期间，天然气供应会滞后于需求。照此，能够在低需求时期期间储存天然气而在高需求时期期间使用天然气的储能系统对于天然气供应商而言可以改善总操作成本并提高可靠性。
[0007]当前用于储存天然气的系统包括:对来自管道的天然气过滤出灰尘或小颗粒；并且然后，测量气体的总量和品质。如果管道压力大于储存室压力，则天然气被直接注入储存室中，或者天然气借助传统压缩机压缩并继而被注入储存室中。这样的传统压缩机可以包括中间冷却器和/或后冷却器以消散在压缩处理期间产生的余热。
[0008]天然气会包括水，而水会导致天然气分配管道腐蚀和/或超出管理机构要求。照此，多余的水应当在通过天然气分配管道分配气体之前从天然气去除。在某些已知的系统中，从储存室回收的所储存的天然气被膨胀到管道压力，经受处理以确保管道气体品质，计量其品质和体积流量，再被递送到管道系统。 申请人:已经理解，天然气储存系统可以受益于已经提高效率的压缩和/或膨胀系统。
[0009]用于储存天然气的已知储存室包括耗尽的天然气储库,和规模小得多的盐穴。另外地，某些CAES系统利用地下储穴来储存压缩空气。这样的利用地下储穴的已知装置和系统会要求储穴维持在某最小压力下以防止储存系统破损和/或塌陷。例如，在盐穴储存中，一个关心方面是保存盐穴的结构完整性。每个盐穴都会要求维持在最小压力以上、最大压力以下和/或在最大高压至低压的压力范围内操作。某些指导准则(例如，联邦能源管理委员会和德克萨斯州铁路委员会的盐穴操作规程)是盐穴可以操作的压力范围取决于盐穴的深度。例如，某些盐穴具有地面以下盐穴顶部每英尺深度为0.75psi的最大可容许操作压力，并且地面以下盐穴顶部每英尺深度为0.2psi的最小容许操作压力。这导致地面以下盐穴顶部每英尺深度为0.55psi的操作压力范围。因而，在地面以下3000英尺的盐穴将具有2250psi的最大容许操作压力、600psi的最小容许操作压力以及1650psi的操作压力范围。因而，将需要在盐穴中维持有最小的气体量(在给定的温度下)，否则去除太多的气体将导致盐穴塌陷和/或导致违反操作规程。要求在盐穴中保留有一定压力和/数量的储存气体，这限制了储存结构的有效工作能力。其它盐穴会具有每英尺深度小于0.75psi的最大容许操作压力和/或每英尺深度大于0.2psi的最小容许操作压力，这又进一步限制了储存结构的有效工作能力。要求在储穴中维持最小气体压力并因此维持最少气体量，这意味着大量的储存气体不能从储库回收从而无法用于使用或销售。因此，需要改进压缩气体尤其是天然气的储存。

【发明内容】

[0010]本文描述了用于压缩、膨胀和/或储存气体(诸如空气天然气)的系统、装置和方法。在某些实施例中，适于用在基于压缩气体的能量储存和回收系统中的设备包括:气压缸，该气压缸具有布置在该气压缸中以在气压缸中做往复运动的工作活塞；液压致动器，该液压致动器联接到工作活塞；和液压控制器，该液压控制器能够流体联接到液压致动器。工作活塞将气压缸分成第一气压室和第二气压室。第一气压室具有第一流体端口和第二流体端口，第一气压室的第一流体端口能够流体联接到气体源。第二气压室具有第一流体端口和第二流体端口，第二气压室的第一流体端口能够流体联接到气体源。液压控制器可在压缩模式和膨胀模式中操作，在所述压缩模式中，液压致动器使气体在比该气体从气体源进入气压缸时的压力更高的压力下从气压缸排出，在所述膨胀模式中，气压缸中的气体对液压致动器做功，并且在比该气体进入气压缸时的压力更低的压力下从气压缸排到气体源。该设备能够流体联接到压缩气体储存室，所述压缩气体储存室包括:第一储存室，该第一储存室能够流体联接到第一气压室的第二流体端口和第二气压室的第二流体端口 ；和第二储存室，该第二储存室能够流体联接到第一储存室。第一储存室布置在第一水平高度处，并且构造成容纳液体和气体。第二储存室布置在高于第一水平高度的第二水平高度处，并且构造成容纳一定体积的液体。
[0011]在压缩模式中，液压控制器可以在工作活塞上产生足以使工作活塞沿着第一方向运动的第一液压致动器作用力，以便使容纳在第一气压室中的第一质量的气体在第一压力下从第一气压室排到第一储存室中，从而让第一体积的液体从第一储存室移动到第二储存室。液压控制器还可以在压缩模式中在工作活塞上产生足以使工作活塞沿着与第一方向相反的第二方向运动的第二液压致动器作用力，以便使容纳在第二气压室中的第二质量的气体在大于第一压力的第二压力下从第二气压室排到第一储存室中，从而让第二体积的液体从第一储存室移动到第二储存室。
[0012]在某些实施例中，这样的系统、装置和方法可以构造成优化这种压缩、膨胀和/或储存天然气的效率，包括在这种压缩、膨胀和/或储存期间有效地控制天然气的温度和/或含水量。在某些实施例中，适于用在基于压缩气体的能量储存和回收系统中的设备包括气压缸和液体管理系统。气压缸包括气压室，所述气压室具有第一流体端口和第二流体端口。气压室能够经由第一流体端口流体联接到压缩气体储存室，并且构造成从该压缩气体储存室接收第一质量的压缩气体。气压室构造成允许第一质量的压缩气体在其中膨胀。液体管理系统能够经由第二流体端口流体联接到气压室，并且构造成将第一体积的液体从液体管理系统转移到气压室中。第一体积的流体构造成使气压室中的第一质量的压缩气体脱水。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1是根据实施例的基于压缩气体的能量储存和回收系统的示意图。
[0014]图2是根据实施例的基于压缩气体的能量储存和回收系统的示意图。
[0015]图3是图2的基于压缩气体的能量储存和回收系统的液体管理系统的示意图。
[0016]图4A至图4B是图2的基于压缩气体的能量储存和回收系统的压缩气体储存室系统的示意图。
[0017]图5A至图5G是分别以第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七构造示出的基于压缩气体的能量储存和回收系统的示意图，这些视图示出根据实施例的压缩循环。
[0018]图6A至图6G是分别以第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七构造示出的图5A至图5G的基于压缩气体的能量储存和回收系统的示意图，这些视图示出根据实施例的膨胀循环。
[0019]图7是根据实施例的压缩气体储能系统的示意图。
[0020]图8A至图8E均是示出图7中所绘制的压缩气体储能系统的操作的示例性图表。
[0021]图9是根据实施例的压缩气体储能系统的示意图。
[0022]图1OA至图1OC是图9的压缩气体储能系统的示意图，其分别示出储存循环的第一时间段、第二时间段和第三时间段。
[0023]图1IA至图1IG均示出图1OA至图1OC中所绘制的压缩气体储能系统的操作的示例性图表。
[0024]图12A至图12C是根据实施例的压缩气体储能系统的示意图，其分别示出储存循环的第一时间段、第二时间段和第三时间段。
[0025]图13A至图13G均示出图12A至图12C中所绘制的压缩气体储能系统的操作的示例性图表。[0026]图14A是根据实施例的致动器的示意图。
[0027]图14B至图14C均包括图14A的致动器的多个示意图，其示出致动器的不同档位。
[0028]图14D是示出与体现图14B和图14C所示多个不同档位的各种参数有关的表格。
[0029]图15A是根据实施例的致动器的示意图。
[0030]图15B至图15C均包括图15A的致动器的多个示意图，其示出致动器的不同档位。【具体实施方式】
[0031]本文披露了用于优化和有效操作气体压缩和/或膨胀系统的系统、装置和方法。这样的系统、装置和方法可以构造成用于在压缩和/或膨胀期间进行热传递和用于在压缩和/或膨胀期间对气体脱水。本文还披露了用于在地下储穴中以压缩气体(诸如天然气)的形式储存能量的系统、装置和方法。
[0032]压缩气体储能系统可以使用一个或更多个压缩机/膨胀机装置，以便让气体在系统内运动(或可以通过系统内的气体运动)，并且本文描述了在压缩模式中和/或在膨胀模式中以其最有效机构来操作压缩气体储能系统的系统和方法。如本文所描述地，在某些实施例中，系统和装置可以用于压缩和/或膨胀气体(诸如天然气)和/或用于加压和/或泵送液体(诸如水或乙二醇)。
[0033]压缩气体储能系统可以包括压缩机/膨胀机装置，所述压缩机/膨胀机装置具有一个或更多个双作用式工作活塞，所述一个或更多个双作用式工作活塞可运动地布置在缸内以压缩工作室内的气体，并构造成当沿着多于一个的方向运动时压缩气体。例如，双作用式活塞可以构造成在当沿着第一方向运动时和当沿着与第一方向相反的第二方向运动时压缩气体。气体压缩和/或膨胀系统还可以包括一个或更多个双作用式工作活塞，所述一个或更多个双作用式工作活塞可运动地布置在气压缸内，并构造成当沿着多于一个的方向运动时使工作室内的液体移动。例如，双作用式活塞可以构造成当沿着第一方向运动时从第一工作室排出液体并将液体吸入第二工作室中，而当沿着与第一方向相反的第二方向运动时从第二工作室排出液体并将液体吸入第一工作室中。如本文所使用地，术语“活塞”不限于具有圆形横截面的活塞，还可以包括具有三角形横截面、矩形横截面、或其它多边形状的横截面的活塞。气体压缩和/或膨胀系统可以构造成用于两级或更多级的气体压缩和/或膨胀。
[0034]在某些实施例中，气体压缩和/或膨胀系统内的双作用式工作活塞可以被一个或更多个液压致动器驱动，或者可以驱动一个或更多个液压致动器。例如，致动器可以使工作室内的液体运动，使得液体对工作室中的气体进行压缩。这样的压缩装置和系统在均题名为“Compressor and/or Expander Device”(统称为“压缩机和/或膨胀机装置申请”)的美国临时申请N0.61/216942和美国专利公布号2011/0061741,2011/0061836和2011/0062166中说明，这些申请的整个内容通过参考包含于此。施加给工作活塞的液压载荷可以在系统的给定循环期间变化。例如，通过向不同的液压活塞和/或液压致动器内的活塞的不同表面施加液压流体压力，液压致动器的净工作表面积与工作活塞的作用在工作室中的气体和/或液体上的工作表面积的比率可以变化，并且因此，液压流体压力与工作室中的气体和/或流体压力的比率可以在系统的给定循环或冲程期间变化。另外，工作活塞/工作室和液压致动器的数量可以变化，并且在给定循环内的活塞面积比的数值改变。[0035]在某些实施例中，致动器可以包括一个或更多个泵系统，例如可以用于使致动器内的一种或更多种流体运动的一个或更多个液压泵。其整个内容通过参考包含于此的压缩机和/或膨胀机装置申请说明了其中可以采用本文所描述系统和方法的各种能量压缩和/或膨胀系统。
[0036]液压致动器可以能联接到液压泵，所述液压泵可以具有的有效的操作范围会根据例如流量和压力而变化。操作液压泵/马达操作以允许液压泵/马达在气体压缩和/或膨胀系统的整个冲程或循环上以最佳效率起作用的系统和方法在Ingersoll等人的题名为“System and Methods for Optimizing Efficiency of a HydraulicAlly ActuatedSystem”的美国专利申请N0.12/977724 (“Ingersoll I申请”)中说明，该美国专利申请的整个内容通过参考包含于此。
[0037]在某些实施例中，本文所描述的装置和系统可以构造成既用作压缩机也用作膨胀装置。在某些实施例中，压缩机/膨胀机装置包括液体管理系统，所述液体管理系统构造成在压缩处理期间有效地传走热，并在膨胀处理期间有效地传入热。液体管理系统还可以构造成在膨胀处理期间从天然气去除水(即，脱水)。例如，液体管理系统可以构造成对天然气脱水(例如，通过使用乙二醇、对水有化学亲和力的液态干燥剂脱水剂对天然气脱水，和/或通过使用从压缩处理储存的热对天然气加以干燥或脱水)。在某些实施例中，压缩机/膨胀机装置、和/或液体管理系统可以构造成并行地控制传热流体与气体之间的热传递和对气体脱水(例如，通过使用乙二醇作为传热流体和干燥剂二者)。
[0038]在某些压缩气体储能系统中，压缩机/膨胀机装置可以操作地联接到储存结构。储存结构可以包括布置在第一水平高度处的第一储存部位(location)，第一储存部位构造成容纳液体和气体。第一储存部位还构造成从压缩机/膨胀机装置接收压缩气体，并与布置在第二水平高度处的第二储存部位流体连通，第二水平高度大于第一水平高度。第二储存部位可以构造成容纳一定体积的液体，以便使容纳在第二储存部位内的液体量在第一储存部位上施加流体静压力。第一储存部位和第二储存部位构造成允许容纳在第一储存部位中的至少一部分液体随着压缩气体从压缩机/膨胀机装置运动到第一储存部位中而从第一储存部位流到第二储存部位。第一储存部位和第二储存部位还构造成允许容纳在第二储存部位中的至少一部分液体随着压缩气体从第一储存部位去除而从第二储存部位流到第一储存部位。
[0039]在某些压缩气体储能系统中，第二储存部位可以相对于第一储存部位升高，并且容纳在第二储存部位中的液体可以维持在第一储存部位内的压力和/或压力范围。随着压缩气体输送到第一储存部位，容纳在第一储存部位中的一部分液体移到在相对于第一储存部位处于更高的水平高度处的第二储存部位。一旦期望量的液体已经从第一储存部移动到第二储存部位，则第一储存部位可以借助例如阀而与第二储存部位流体隔离，从而允许用被压缩气体对第一储存部位进一步加压，而没有将额外液体从第一储存部位引到第二储存部位。例如，在某些实施例中，会期望的是，在关闭阀以流体隔离两个储存部位之前，使基本上所有液体从第一储存部位运动到第二储存位置。在其它实施例中，会期望的是，依据例如第二储存部位的容量或其它操作参数，仅使一部分液体从第一储存部位运动到第二储存部位。随着压缩气体从第一储存部位去除，容纳在第二储存部位中的一部分液体可以流入第一储存部位中以占据第一储存部位中的被已去除压缩气体质量所先前占据的体积。这样，容纳在第一储存部位中的基本上所有压缩气体可以从第一储存部位释放，并输送到压缩机/膨胀机装置，从而利用盐穴的整个体积来以压缩气体的形式储存能量，并同时维持用于容纳在第一储存部位中的气体的期望最小压力。
[0040]在某些实施例中，系统还可以包括布置在第一储存部位与第二储存部位之间的泵/润轮机。当压缩气体的压力大于来自第二储存部位中液体的压头(pressure head)时，进入第一储存部位的压缩气体使容纳在第一储存部位中的一部分液体移动。泵/涡轮机可以用于使容纳在第一储存部位中的一部分液体运动到第二储存部位，由此有效地减小第二储存部位中的液体压头。泵/涡轮机可以用来与在第一储存部位与第二储存部位之间的压头无关地控制第一储存部位中的气体压力。类似地，当压缩气体从第一储存部位去除时，随着液体从第二储存部位流到第一储存部位，泵/涡轮机可以用来与抽水储能水力发电系统(pumped-storage hydroelectric system)类似地发电。换言之,本文所描述的泵和/或发电机涡轮机可以用于将液体从第一储存部位泵送到第二储存部位，并且可以用于从第二储存部位流至第一储存部位的液体流动中提取能量。类似地，压缩机和/或膨胀机装置可以用于使液体从第一储存部位运动到第二储存部位，并且可以用于从第二储存部位流至第一储存部位的液体流动提取能量，并且本文所描述的装置可以经由第一储存部位而相互作用，以维持第一储存部位内的压力和/或压力范围。
[0041]在某些实施例中，提供了一种用于在基于压缩气体的能量储存和回收系统中压缩气体的方法，所述基于压缩气体的能量储存和回收系统包括本文所述的气体压缩机/膨胀机装置和本文所述的压缩气体储存室，所述方法可以包括:使工作室与压缩气体储存室进行流体隔离；使工作活塞沿着第一方向运动以减小工作室的容积和将容纳在该工作室中的一定量气体从第一压力压缩到高于第一压力的第二压力；以及当在第二压力中的压力基本等于储存室操作压力时，在工作室与压缩气体储存室之间建立起流体连通。该方法可以包括:在压缩气体储存室的第一储存室与第二储存室之间建立流体连通；从工作室接收所述一定量气体在第一储存室中；以及使一定体积的液体从第一储存室移到第二储存室。在某些实施例中，所述一定量气体是第一量的气体，并且该方法包括:将第一储存室与第二储存室进行流体隔离；和从工作室接收第二量的气体在第一储存室中。以第一压力范围从工作室接收第一量的气体，并且以第二压力范围从工作室接收第二量的气体。第二压力范围可以包括大于第一压力范围内的气体压力的气体压力。在某些实施例中，第一储存室布置在第一水平高度处，并且构造成容纳液体和气体，而可流体联接到第一储存室的第二储存室布置在高于第一水平高度的第二水平高度处，并且构造成容纳一定体积的液体。在这样的实施例中，该方法可以包括:将第一储存室与第二储存室进行流体隔离；和从工作室接收所述一定量气体在第一储存室中。
[0042]如本文所使用地，“流体”可以意味着液体、气体、蒸气、悬浮液、浮质或它们的任何组合。如本文所使用地，“液体”可以包括任何适当的液态流体，其例如包括水、盐水(例如，用盐实现基本上部分饱和或完全饱和的水)和乙二醇，而“气体”可以包括任何适当的气态流体，其例如包括空气或天然气，除非本文明确指出以外。电网可以是任何局部、地区、国家和/或国际电网或电网的组合。电源可以包括与燃料或生产方法无关的任何动力源，例如太阳能、风力、矿物燃料、原子核能等。
[0043]图1示意性地示出根据实施例的基于压缩气体的能量储存和回收系统100。该系统包括压缩和/或膨胀装置101 (在此也称为“压缩/膨胀装置”)和气体储存室104。压缩/膨胀装置101可以包括:一个或更多个气压缸(pneumatic cylinder)110、130 ；一个或更多个活塞120、140 ;至少一个致动器172 ;控制器170 ;和液体管理系统192。气体储存室104可流体联接到压缩/膨胀装置101，例如，可流体联接到装置的至少一个气压缸(例如，缸130)。气体储存室104可以包括一个或更多个储存室(图1中未示出)。压缩/膨胀装置101例如可以用在CAES类型的系统中，用于压缩和/或膨胀天然气，并且气体储存室104例如可以用于储存这种系统中所压缩的气体。
[0044]参照压缩/膨胀装置101，活塞120 (在此称为“第一活塞”)构造成至少部分地、可运动地布置在第一气压缸110中。第一活塞120将第一气压缸110分成并与其一起限定出第一气压室和第二气压室(图1中未示出)。第一活塞120还可以经由活塞杆(图1中未示出)联接到致动器172。致动器172例如可以是电马达或液压驱动的致动器，所述液压驱动的致动器例如是在通过参考包含于此的Ingersoll I申请中所说明的液压致动器。致动器172可以用于使第一活塞120在第一气压缸110内来回运动。随着第一活塞120在第一气压缸110内来回运动，第一气压室的容积和第二气压室的容积均将改变。例如，第一活塞120可以在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，第一气压室的容积大于第二气压室的容积，而在所述第二位置中，第二气压室的容积大于第一气压室的容积。
[0045]活塞140(在此称为“第二活塞”)构造成至少部分地布置在第二气压缸130中。第二活塞将第二气压缸分成并与其一起限定出第三气压室和第四气压室(图1中未示出)。第二活塞140还可以经由活塞杆(图1中未示出)联接到致动器172。致动器172可以用于使第二活塞140在第二气压缸130内来回运动。随着第二活塞140在第二气压缸130内来回运动，第三气压室的容积和第四气压室的容积均将改变。例如，第二活塞140可以在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，第三气压室的容积大于第四气压室的容积，而在所述第二位置中，第四气压室的容积大于第三气压室的容积。
[0046]每个活塞120、140都可以在其相应的气压缸110、130内运动以压缩和/或膨胀缸内的诸如天然气的气体。在某些实施例中，压缩/膨胀装置101可以构造成是双作用式的，使得活塞120、140中的至少一个可以沿着两个方向致动。换言之,活塞120、140可以被致动成沿着两个方向压缩和/或膨胀气体(例如，天然气)。例如，在某些实施例中，随着第一活塞120沿着第一方向运动，布置在第一气压缸110的第一气压室中并具有第一压力的第一体积气体可以通过第一活塞120的一侧被压缩至大于第一压力的第二压力，而具有第三压力的第二体积气体可以在第一活塞120的另一侧上进入第二气压室。当第一活塞120沿着与第一方向相反的第二方向运动时，第二气压室内的第二体积气体可以通过第一活塞120被压缩至大于第三压力的第四压力，并且同时地，第三体积的气体可以进入第一气压室。第二活塞140可以类似地相对于第二气压缸130的第三和第四气压室操作。
[0047]照此，第一活塞120和第二活塞140(例如通过致动器172)分别在各自的第一气压缸110和第二气压缸130内运动，这可以分别改变第一气压室和第二气压室以及第三气压室和第四气压室的容积(例如，通过减小容积来压缩气体，通过随着气体膨胀而增大容积)。控制器170构造成例如当压缩/膨胀装置101操作成压缩气体(即，压缩模式)时控制液压功率的输入分配，继而用于驱动致动器172。控制器170还可以构造成例如当压缩/膨胀装置101操作成膨胀气体(即，膨胀模式)时控制液压功率到泵/马达(图1中未示出)的分配，在所述泵/马达处液压功率可以转化成机械功率。
[0048]使用时，压缩/膨胀装置101在压缩模式中操作，以便在至少第一级压缩和第二级压缩期间压缩气体，在所述第一级压缩中，气体被压缩到大于初始压力的第一压力，而在所述第二级压缩中，气体被压缩到大于第一压力的第二压力。装置101构造成例如在第二压力下将压缩气体转移到气体储存室104。类似地，对于气体膨胀而言，气体储存室104构造成将压缩气体转移到压缩/膨胀装置101。压缩/膨胀装置101可以在膨胀模式中操作，以便在至少第一级膨胀和第二级膨胀期间膨胀气体，在所述第一级膨胀中，气体被允许膨胀到低于储存中气体的压力的第一压力，而在所述第二级膨胀中，气体被允许膨胀到低于第一压力的第二压力。
[0049]第一气压缸110和第二气压缸130中的每个都可以包括与其相应气压室流体连通的一个或更多个入口 /出口导管(图1中未示出)。这些气压室可以在压缩和/或膨胀循环期间在各种时间段上容纳一定量的气体(例如，天然气)，所述一定量的气体可以经由入口 /出口导管通入通出气压室。压缩/膨胀装置101还可以包括多个阀(图1中未示出)，所述多个阀联接到入口 /出口导管和/或联接到气压缸110、130。阀可以构造成操作地打开和关闭流体进出气压室的连通。这种阀的用法示例在以上通过参考包含于此的压缩机和/或膨胀机装置申请中更加详细地说明。
[0050]液体管理系统192构造成随着通过选择性地将液体引入气压缸中和/或从气压缸去除液体而使气体在压缩/膨胀装置101内压缩和/或膨胀来控制气体的温度。液体可以直接地或间接地从气压缸中的气体接收热能或将热能释放给气压缸中的气体。例如，液体管理系统192可以构造成当压缩/膨胀装置101在压缩模式中操作时从气体接收热能，并由此降低气体的温度。在另一个示例中，液体管理系统192可以构造成当压缩/膨胀装置101在膨胀模式中操作时将热能释放到气体，并由此提高气体的温度。在某些实施例中，液体管理系统192构造成储存在压缩模式期间所得到的热能，以便用作要在膨胀模式期间释放的热能。
[0051]液体管理系统192构造成帮助气体脱水。在某些实施例中，液体管理系统192可以构造成在压缩模式、膨胀模式或两个模式期间帮助脱水(即，去除水或水蒸气)。例如，液体管理系统192可以构造成随着一定质量的压缩气体在膨胀模式中正在膨胀而帮助从气体脱水。在某些实施例中，由液体管理系统192利用压缩气体引入气压缸中的液体可以包括诸如乙二醇的液体干燥剂脱水剂，所述液体干燥剂脱水剂构造成从气体吸收或抽出水或水蒸气。本文所使用的乙二醇可以指的是:对于水具有化学亲和力的乙二醇；或含乙二醇的溶液，其包括作为主要制剂的乙二醇，例如，二甘醇(DEG)或三甘醇(TEG)。照此，由液体管理系统192引入压缩/膨胀装置101中的液体可以用于对气体脱水。这在气体是天然气时尤为有益，因为水会腐蚀天然气分配管道。液体管理系统192可以构造成对气体脱水，使得气体在每百万标准立方英尺(MMSCF)的天然气下含有不超过相当于约4磅至7磅的水蒸气。
[0052]在某些实施例中，压缩/膨胀装置101可以构造成用于并行的或基本同时的气体膨胀或压缩、传热和/或脱水。
[0053]液体管理系统192可以包括用于从脱水液体去除水的系统(图1中未示出)，或流体联接到用于从脱水液体去除水的系统，如以下参照图2和图3更加详细地说明。例如，所储存的热可以用来在液体被处理(例如，被煮沸)以从气体去除所吸收的水之前对脱水液体预热。
[0054]液体管理系统192构造成联接到第一气压缸110和第二气压缸130中的至少一个。液体管理系统192可以包括一个或更多个流体入口 /出口导管(图1中未示出)，所述一个或更多个流体入口 /出口导管与第一气压缸110和/或第二气压缸130的一个或更多个入口 /出口导管(图1中未示出)流体连通。液体管理系统192还可以包括多个阀(图1中未示出)，所述多个阀联接到液体管理系统192的一个或更多个室(图1中未示出)和/或联接到入口 /出口导管。阀可以构造成操作地打开和关闭流体与液体管理系统192的连通。这样的阀的用法示例在以上通过参考包含于此的压缩机和/或膨胀机装置申请中更加详细地说明。
[0055]在某些实施例中，液体管理系统可以包括在压缩/膨胀装置101的操作期间帮助液体运动进和/或出气压缸110、130的锁泵或其它装置。锁泵的示例在以上通过参考包含于此的美国专利申请N0.13/294862 (“ ' 862申请”)中更加详细地示出和说明。用于优化压缩和/或膨胀装置内的传热的装置和方法示例在Ingersoll等人的题名为“Methods andDevices for Optimizing Heat Transfer Within a Compression and Expansion Device，，的美国专利申请N0.12/977679 (“Ingersoll II申请”)中更加详细地说明，该美国专利申请的整个内容通过参考包含于此。
[0056]图2是能量储存和回收系统300的实施例的示意图，所述能量储存和回收系统300可以用于储能和将先前已储存的能量释放，并且/或者可以用于压缩天然气来储存和膨胀天然气来消费。马达/发电机378将例如来自电网306、太阳能源(未示出)、风力涡轮机(未示出)或其它源的电功率输入转化成机械功率。然后，该机械功率可以通过液压泵/马达371转化成液压功率。继而，液压控制器370控制液压功率的分配以驱动与系统300的压缩/膨胀装置301连接的一个或更多个液压致动器372、374。
[0057]在系统300内，例如在压缩气体储存室系统304 (在此也称为“储存系统”)中，可以以压缩气体的形式储存能量，所述压缩气体可以在之后的时间段膨胀以释放先前储存的能量(以及气体)。如本文更加详细地说明地，为了储存能量，液压致动器372、374可以改变相应的气压室312、314、332、334的容积。容积的减小压缩了容纳在其中的气体。例如在某些实施例中，以大约IOOOpsi的压力从管道系统引入气体。在该处理期间，可以从气体去除热。在压缩期间，气体被输送给压缩/膨胀装置301的下游级，并且最终以升高的压力(例如，3000psi)输送给储存系统304。在随后的时间，例如当对气体(例如，天然气)有相对高需求、对电网306上的功率有相对高需求、并且/或者当能源价格高时，可以从储存室系统304通来压缩气体，并且将其经压缩/膨胀装置301膨胀。压缩气体的膨胀驱动液压致动器372,374,并继而使流体移动以产生液压功率。液压控制器370将液压功率引导至泵/马达371，而所述泵/马达371将液压功率转化成机械功率。继而，马达/发电机378将机械功率转化成用于输送到电网306的电功率。如本文更加详细地说明地，在该处理期间，热可以添加到气体。照此，系统300当在膨胀模式中操作时，既可以用于将所储存的压缩气体(例如，天然气)返回至管道系统中以用于分配或消费，又可以经由膨胀处理而发电以用于输送到电网306。
[0058]如图2中所示，压缩/膨胀装置301包括:第一气压缸310 ;第二气压缸330 ;第一液压致动器372，其经由第一工作活塞320操作地联接到第一气压缸；第二液压致动器374，其经由第二工作活塞340操作地联接到第二气压缸；和液压控制器370，其操作地联接到第一致动器372和第二致动器374。
[0059]第一气压缸310构造成用于第一级的气体压缩。第一气压缸310具有第一工作活塞320,所述第一工作活塞320布置在第一气压缸中以在第一气压缸中往复运动。第一工作活塞320将第一气压缸310分成并且由此限定出第一气压室312和第二气压室314。第一气压缸310可流体地联接到气体源。第一气压室312包括第一流体端口 316和第二流体端口 318。第二气压室314包括第一流体端口 322和第二流体端口 324。第一气压室312的第一流体端口 316和第二气压室314的第一流体端口 322均可流体联接到气体源302。气体源302可以例如是天然气源。例如，气体源302可以被包含在气体分配系统303的一部分中，或与气体分配系统303的一部分流体联接，所述气体分配系统303的一部分例如是天然气分配管道或系统。来自气体源302的气体可以经由第一气压室312的第一流体端口 316引入第一气压室312中，并且经由第二气压室314的第一流体端口 322引入第二气压室314中。气体在气体源302与第一和第二气压室312、314之间的流动可以分别用阀380、382选择性地控制。在其中气体源被包含在管道系统中或从管道系统接收气体以引入第一气压缸310的气压室312、314中的实施例中，气体可以在大于外界大气压力的管道压力下引入到第一气压缸310中。例如，气体源302例如可以在如上所述的IOOOpsi的压力下将气体从管道系统引入到第一气压缸310的相应的室312、314中。
[0060]第二气压缸330构造成用于第二级的气体压缩。第二气压缸330具有第二工作活塞340，所述第二工作活塞340布置在第二气压缸中以在第二气压缸中往复运动。第二工作活塞340将第二气压缸330分成并由此限定出第三气压室332和第四气压室334。第二气压缸330的第三和第四气压室332、334的总容积可以小于第一气压缸310的第一和第二气压室312、314的总容积。另外地，第三和第四气压室332、334中的每个气压室的最大容积都小于第一和第二气压室312、314中的每个气压室的最大容积。
[0061]第三气压室332包括第一流体端口 336和第二流体端口 338。第四气压室334包括第一流体端口 342和第二流体端口 344。第二气压缸330构造成可流体联接到第一气压缸310。具体而言，第三气压室332的第一流体端口 336构造成可流体联接到第一气压室312的第二流体端口 318。这样，气体可以从第一气压室312经由流体端口 318、336连通到第三气压室332中。另外地，第四气压室334的第一流体端口 342构造成可流体联接到第二气压室314的第二流体端口 324。这样，气体可以从第二气压室314经由流体端口 324、342连通到第四气压室334中。
[0062]第二气压缸330构造成可流体联接到储存系统304，所述储存系统304以下参照图4A至图4B更加详细地说明。具体地，第三气压室332的第二流体端口 338可流体联接到储存系统304，并且第四气压室334的第二流体端口 344可流体联接到储存系统304。
[0063]如上所述，第一工作活塞320和第二工作活塞340中的每个都构造成分别用于在第一气压缸310和第二气压缸330中往复运动。第一工作活塞320联接到第一液压致动器372，并且第二工作活塞320联接到第二液压致动器374。第一液压致动器372和第二液压致动器374均可流体联接到液压控制器370。
[0064]液压控制器370可在压缩模式中操作，在所述压缩模式中气体以比气体从气体源302进入第一气压缸310时的压力更高的压力从第二气压缸330排到储存系统304。在压缩模式中，液压控制器370构造成经由第一液压致动器372在第一工作活塞320上产生液压致动器作用力。这种液压致动器作用力足以使第一工作活塞320沿着第一方向运动，以便使容纳在第一气压室312中的气体从第一气压室排到第三气压室332中。液压致动器作用力也足以使第一工作活塞320沿着与第一方向相反的第二方向运动，以便使容纳在第二气压室314中的气体从第二气压室排到第四气压室334中。在压缩模式中，液压控制器370还构造成经由第二液压致动器374在第二工作活塞340上产生液压致动器作用力。这种液压致动器作用力足以使第二工作活塞340沿着第一方向运动，以便使容纳在第三气压室332中的气体从第三气压室排到储存系统304中。液压致动器作用力也足以使第二工作活塞320沿着与第一方向相反的第二方向运动，以便使容纳在第四气压室334中的气体从第四气压室排到储存系统304中。
[0065]液压控制器370也可在膨胀模式中操作，在所述膨胀模式中气体以比气体从储存系统304进入第二气压缸330时的压力更低的压力从第一气压缸310排到气体源。在膨胀模式中，气体可以从储存系统304转移到第二气压缸330中，并且当气体在第二气压缸330的第三气压室332和第四气压室334中的至少一个气压室中膨胀时，气体在第二工作活塞340上施加作用力，由此使第二工作活塞沿着第一和第二方向中的一个方向运动。当第二工作活塞340通过膨胀气体而运动时，第二工作活塞构造成经由第二液压致动器374产生液压致动器作用力，即，在第二液压致动器374上做功。液压控制器370对液压致动器上做的功到泵/马达371的分配加以控制，所述功在所述泵/马达371处可以转化成机械功率，并继而可以通过马达/发电机378转化成电功率。
[0066]类似地，在膨胀模式中，气体可以从第二气压缸330中的第一级膨胀转移到第一气压缸310中以用于第二级膨胀。当气体在第一气压缸310的第一气压室312或第二气压室314中的至少一个气压室中膨胀时，气体在第一工作活塞320上施加作用力，由此使第一工作活塞沿着第一方向或第二方向中的一个方向运动。当第一工作活塞320通过膨胀气体而运动时，第一工作活塞320构造成经由第一液压致动器372产生液压致动器作用力，即，在第一液压致动器372上做功。液压控制器370对液压致动器上做的功到泵/马达371的分配加以控制，所述功在所述泵/马达371处可以转化成机械功率，并继而可以通过马达/发电机378转化成电功率。
[0067]压缩/膨胀装置301可以包括一个或更多个阀以控制气体在气体源302与储存系统304之间的流动。例如，第一阀380可以构造成选择性地允许气体在气体源302与第一气压室312之间流动。类似地，第二阀382可以构造成选择性地允许气体在气体源302与第二气压室314之间流动。第三阀384和第四阀386可以构造成选择性地允许气体分别在第一气压室312与第三气压室332之间以及在第二气压室314与第四气压室334之间流动。第五阀388构造成选择性地控制气体在第三气压室332与储存系统304之间的流动。类似地，第六阀390构造成选择性地控制气体在第四气压室334与储存系统304之间的流动。
[0068]使用时，能量储存和回收系统300，并且具体为压缩/膨胀系统301，构造成在压缩模式中操作以压缩气体来储存。可以(例如如上所述地通过太阳能、风力涡轮机、电网306或其它动力源)获取能量，并且将能量通过功率源转化成用于输送给马达/发电机378的电功率。马达/发电机378将电功率输入到泵/马达371中，电动率在所述泵/马达371处转化成液压功率。液压控制器370例如使用适当的软件和/或阀系统来控制液压功率的分配，从而致动第一液压致动器372和第二液压致动器374中的每一个。致动时，第一液压致动器372使第一工作活塞320在第一气压缸310内沿着第一方向运动。随着第一工作活塞320沿第一方向运动，容纳在第一气压室312中的气体从第一气压室经由其第二流体端口 318并且经由第三气压室的第一流体端口 336排到第三气压室332中。致动时，第二液压致动器374使第二工作活塞340在第二气压缸330内沿着第二方向运动。随着第二工作活塞340沿第二方向运动，容纳在第四气压室334中的气体从第四气压室经由其第二流体端口 344排到储存系统304。
[0069]进一步致动第一液压致动器372时，第一液压致动器372使第一工作活塞320在第一气压缸310内沿第二方向运动。随着第一工作活塞320沿第二方向运动,容纳在第二气压室314中的气体从第二气压室经由其第二流体端口 324并且经由第四气压室的第一流体端口 342排到第四气压室334中。进一步致动第二液压致动器374时，第二液压致动器使第二工作活塞340在第二气压缸330内沿第一方向运动。随着第二工作活塞340沿第一方向运动，容纳在第三气压室332中的气体从第三气压室经由其第二流体端口 338排到储存系统304。这样，第二工作活塞340的特征在于，可以与第一工作活塞320异相地运动。在某些实施例中，第一工作活塞340沿第一方向的运动与第二工作活塞320沿第二方向的运动基本上是并行的，并且反之亦然。然后，压缩气体被储存在储存系统304中。
[0070]使用时，能量储存和回收系统300，并且具体为压缩/膨胀系统301，还构造成在膨胀模式中操作以膨胀压缩气体(例如，发电和/或制备气体以用于消费)。在膨胀模式中，压缩气体被允许从储存系统304流入到第二气压缸330的第四气压室334中。随着气体在第四气压室334中膨胀，气体在第二工作活塞340上施加作用力以使第二工作活塞沿第一方向运动，由此增大第四气压室334的容积并减小第三气压室332的容积。第二工作活塞340沿第一方向的运动导致第二液压致动器374让第一体积的液压流体移动。当第二工作活塞340沿第一方向运动时，容纳在第三气压室332中的气体移动至第一气压室312。在第一气压室312中，被移动的气体膨胀并且在第一工作活塞320上施加作用力使第一工作活塞沿着第二方向运动，由此增大第一气压室312的容积并减小第二气压室314的容积。第一工作活塞320沿着第一方向的运动导致第一液压致动器372移动第二体积的液压流体。当第一工作活塞320沿第二方向运动时，容纳在第二气压室314中的气体从第二气压室移动到气体源302。
[0071]在膨胀模式中，还允许气体从储存系统304流入第二气压缸330的第三气压室332中。随着气体在第三气压室332中膨胀，气体在第二工作活塞340上施加作用力使第二工作活塞沿第二方向运动，由此增大第三气压室332的容积并减小第四气压室334的容积。第二工作活塞340沿第二方向的运动导致第二液压致动器374移动第三体积的液压流体。当第二工作活塞340沿第二方向运动时，容纳在第四气压室334中的气体移动到第二气压室314。在第二气压室314中，被移动的气体膨胀并且在第一工作活塞320上施加作用力使第一工作活塞沿着第一方向运动，由此增大第二气压室的容积并减小第一气压室312的容积。第一工作活塞320沿着第二方向的运动导致第一液压致动器372移动第四体积的液压流体。当第一工作活塞320沿第一方向运动时，容纳在第一气压室312中的气体从第一气压室移动到气体源302。[0072]由第二致动器374所导致的第一和第三体积的流体移动以及由第一致动器372所导致的第二和第四体积的流体移动中的每个移动都产生液压功率，所述液压功率通过液压控制器370被引导至泵/马达371，在该处液压功率被转化成机械功率。马达/发电机378构造成将机械功率转化成电功率，所述电功率可以输送到电网306以用于消费。
[0073]装置301可以在许多方面与压缩/膨胀装置101类似，并且包括与压缩/膨胀装置101的被指明部件在许多方面类似的部件。另外地，装置301在压缩和/或膨胀气体的操作方面与如以上参照装置100所述的操作类似。
[0074]压缩机/膨胀机装置301还包括液体管理系统392。液体管理系统392可与第一气压缸310的第一和第二气压室312、314流体联接，并且可与第二气压缸330的第三和第四气压室332、334流体联接。照此，液体管理系统392构造成将传热流体(例如，液体或重气体)转移进和/或出每个气压室312、314，332、334。适当的传热流体包括例如水或乙二醇。在某些实施例中，液体管理系统392可以构造成对于压缩模式和膨胀模式二者使用同一种传热流体。在这样的实施例中，会优选的是，乙二醇可以用作液态干燥剂脱水剂，其有益于在通过管道系统分配天然气之前从天然气去除水，如以下更加详细地说明。
[0075]传热流体(例如，水或乙二醇)在液体管理系统392与第一和第二气压室312、314之间的流动可以分别由阀394、395选择性地控制。传热流体在液体管理系统392与第三和第四气压室332、334之间的流动可以分别由阀396、397选择性地控制。这样，液体管理系统392构造成随着气体在压缩/膨胀装置301内受到压缩和/或膨胀而改变或控制气体的温度。例如，液体管理系统392可以如此构造，即，例如当压缩/膨胀装置301在压缩模式中操作时，所述液体管理系统例如通过将传热流体转移到气压室312、314，332、334中的至少一个气压室中使传热流体可以冷却容纳在相应气压室内的气体或从该气体吸走热，来降低气体的温度。
[0076]液体管理系统392可以构造成在压缩模式期间储存被吸走的热。例如，被传热流体吸走的热可以被传热流体保持，例如如本文更加详细地说明地用于随后在气体膨胀模式期间使用。在另一个示例中，被传热流体吸走的热可以传递给被构造成在一段时间上保留至少一部分热的不同流体或结构。因为在气体的压缩与气体的膨胀之间的时间段会变化，所以要预料到的是，在此期间会通过传热流体或不同的流体或结构发生某些热损失。另外地，来自传热流体或不同的流体或结构的热损失会基于传热流体或热保留结构的储存环境。例如，在某些实施例中，传热流体或不同的流体当在系统300中不使用时被储存在敞开的储存结构(例如池)中。照此，传热液体或不同的液体会将热散失到敞开的储存结构上方的大气。在其中传热流体或不同的流体被储存在封闭的储存结构中的其它实施例中，传热液体或不同的流体可以比敞开的储存结构更久地保留热，但是仍然将某些热散失到关闭的储存结构的外界环境。然而，可以理解的是，由传热液体或不同的流体所保留的一部分热会在气体膨胀模式期间是有用的，如本文更加详细地说明。
[0077]液体管理系统392可以包括热交换器(图2或图3中未示出)，所述热交换器构造成从传热流体回收所储存的热，和将热传递到不同的流体或其它结构。在某些实施例中，例如当传热流体包括以下更加详细地说明的液态干燥剂脱水剂时，会有益的是不同于传热流体的流体或其它结构中储存所回收的热。例如，在某些实施例中，传热流体(例如，乙二醇)通过热交换器传热或被热交换器处理，所述热交换器构造成从传热流体回收所储存的热和将热传给与乙二醇分离的水(即，不同的流体)。这样以来，热例如可以被传递至并被储存在可以与液体管理系统392流体联接的池或其它储存结构(不管是天然的还是人造的)中的水中。热交换器可以构造成从水(或其它流体或结构)回收所储存的热，并将所储存的热传给传热流体，以便例如随后在气体膨胀模式期间使用，如本文更加详细地说明。
[0078]在另一个示例中，液体管理系统392可以如此构造，即，例如当压缩/膨胀装置301在膨胀模式中操作时，所述液体管理系统例如通过将传热流体转移到气压室312、314、332、334中的至少一个气压室中使传热流体能够升高容纳在相应气压室内的气体温度，来升高气体的温度。例如，液体管理系统392可以构造成使用在压缩模式期间所储存的热(例如，在传热流体内或在不同的流体或结构内所储存的热)，用于在膨胀模式期间升高气体的温度。在以上通过参考包含于此的Ingersoll II申请中更加详细地说明用于优化压缩和/或膨胀装置内的传热的装置和方法示例。
[0079]在另一个示例中，液体管理系统392可以构造成帮助气体脱水。液体管理系统392可以构造成例如当压缩/膨胀装置301在膨胀模式中操作时帮助气体脱水。例如，液体管理系统392可以将包括被构造成从气体吸收水或水蒸气(在此也称为脱水液体)的液态干燥剂脱水剂(例如乙二醇)的液体(例如传热流体)转移进入气压室312、314、332、334中的至少一个气压室中，使得该液体可以从相应气压室内的气体吸收走或抽取走水或水蒸气。在操作中，液体接触相应气压室312、314、332、334内的压缩气体，并可以(例如随着压缩气体在相应的气压室内膨胀)从压缩气体去除水或水蒸气，以至至少直到液体达到饱和阈值为止。一旦液体有效地达到水或水蒸气饱和而变得不能从气体吸收更多量的水或水蒸气，则液体可以从气压室312、314、332、334转移出来，并被再生以备将来使用。这样，压缩/膨胀装置301可以构造成用于基本上同时的气体膨胀、加热和/或脱水。虽然液体管理系统392被描述为在膨胀模式期间帮助气体脱水，但是在某些实施例中，液体管理系统392可以构造成在压缩循环期间对气体脱水。在某些实施例中，液体管理系统392构造成在压缩循环和膨胀循环二者期间以类似的方式帮助气体脱水。
[0080]在某些实施例中，液体管理系统392可以使用在压缩模式期间所储存的热以帮助脱水液体再生。例如在传热流体/脱水液体已经从相应气压室内的气体提取水之后，所储存的热例如可以在脱水液体被输送给除水系统之前用于对脱水液体预热，所述除水系统例如包括一个或更多个锅炉以使来自传热流体/脱水液体(例如乙二醇)的水蒸发以从传热流体/脱水液体除水。这样，除水系统(例如，以下参照图3说明的除水系统398)可以更加有效地操作，这是因为传热流体/脱水液体将处于比该液体被预热之前的温度更高的、接近于水沸点的温度。
[0081]参照图3，在某些实施例中，液体管理系统392可以包括泵390、液体储存结构375和除水系统，所述除水系统例如是锅炉系统398。泵390构造成控制传热流体(并且如有不同，则为脱水液体)在压缩机/膨胀机装置301内的流动。泵390还可以构造成控制传热流体(并且如有不同，则为脱水液体)在液体管理系统392内的流动。参照图5A至图5G以及图6A至图6G，并且在以上通过参考包含于此的'862申请中更加详细地描述了适当的泵。例如，在某些实施例中，液体管理系统392构造成使用锁泵(图3中未示出)将传热流体转移进和/或出气压室312、314、332、334。
[0082]除水系统398构造成从传热流体(并且如有不同，则为脱水液体)去除水或水蒸气。例如，除水系统398可以包括锅炉，所述锅炉构造成使来自传热流体(例如，乙二醇)的水或水蒸气蒸发。通常，水具有212华氏度的沸点，而乙二醇具有约400华氏度的沸点。除水系统398可以构造成适应水与乙二醇之间的沸点差异，以便使水容易从乙二醇沸腾或蒸发，同时在液体管理系统392内留下液态形式的乙二醇，以便例如在随后的传热和/或脱水处理中再使用。液体储存结构375可以用于例如当液体在装置301中不使用时(如在从除水系统398中的液体去除水之后)储存传热流体/脱水液体。
[0083]图4A至图4B示意性地示出能量储存和回收系统300的储存系统304及其操作。如上所述，储存系统304可流体联接到压缩机/膨胀机装置301。具体地，储存系统304构造成从第二气压缸330的第三气压室332和第四气压室334中的每个气压室接收压缩气体和将压缩气体输送到第二气压缸330的第三气压室332和第四气压室334中的每个气压室。储存系统304可以包括第一储存室416，该第一储存室构造成容纳液体和气体。第一储存室416构造成从压缩机/膨胀机装置301接收压缩气体，或将压缩气体输送给压缩机/膨胀机装置301，例如给第三和/或第四气压室332、334。气体在压缩机/膨胀机装置301与储存系统304之间的流动可以通过打开和关闭阀(例如，图2中所示的阀388、390)而被控制。储存系统304还可以包括第二储存室418，其流体地联接到第一储存室416。在某些实施例中，第二储存室418相对于第一储存室416升高，如图4A至图4B中所示。第二储存室418构造成从第一储存室416接收液体(或将液体输送到第一储存室416)。
[0084]第一储存室416可以构造成容纳压缩气体，所述压缩气体例如是用于在CAES中使用的压缩空气或压缩的商品气体(诸如天然气)，以便在CAES类型的系统中储存和/或使用。第一储存室416可以例如是地下盐穴，或是任何其它在地平面以上或以下的人造储穴、天然储穴或人造储穴和天然储穴的组合。在其中第一储存室416是地下盐穴的实施例中，储存在盐穴中的压缩气体可以在盐穴的壁上施加且维持压力以防止盐穴结构破损和/或塌陷。
[0085]在某些实施例中，第一储存室416可以构造成在第一水平高度处容纳压缩气体和例如水或盐水的液体(由图4A和图4C中的阴影所指示)。第一储存室416构造成例如经由液体路径414而与第二储存室418流体连通。第二储存室418可以构造成在与第一水平高度不同的第二水平高度(例如，更高的水平高度)处容纳液体。在某些实施例中，第二储存室418可以是在地平面处或附近的天然和/或人造池。在其它实施例中，第二储存室418可以是布置在第一储存室416的水平高度处或以上的任何人造容器、天然容器或人造容器和天然容器的组合。第二储存室418可以直接敞开到大气和/或被密封和选择性地敞开到大气。在这样的实施例中，第二储存室418可以处于高于、低于或等于大气压力的压力下，或可以依据操作时间和/或操作循环而在不同的压力下操作。
[0086]第二储存室418可以通过适当的导管与第一储存室416流体联接，并且可以通过隔离阀417与第一储存室416选择性地流体隔离。在某些实施例中，泵/涡轮机419可以布置在第一储存室416与第二储存室418之间。泵/涡轮机19可以用于使容纳在第一储存室416中的一部分液体运动到第二储存室418。
[0087]如图4A和图4B中所示，在容纳在第一储存室416中的液体液面与第二储存室418中的液体液面之间有水平高度差H。低储存室中的气体压力是P1，高储存室中的液体液面处的压力是P2，则通过以下等式得到水平高度H (当打开阀417时，或当没有或未用泵/涡轮机419时):
[0088]H=(P2-P1)/p g
[0089]其中，P是液体密度(每单位体积的质量)，并且g是重力加速度(每平方单位时间的长度)。因而，对于在高储存室中的液面处的给定压力P2和两个液面之间的给定水平高度差H而言，将得到低储存室中的气体压力Pl。也就是说，如果通过压缩机/膨胀机301的操作而在低储存室中产生给定压力P1，则第二储存室418中的液面将保持在第一储存室416中的液面水平以上的距离H处。
[0090]如图4A和图4B中所不，随着第一储存室416的被压缩气体所占据的一部分容积改变，第一储存室416中的液面水平改变，并且从而水平高度差H也改变。在其中第二储存室418的横截面积显著大于第一储存室416的横截面积的实施例中，从第一储存室416到第二储存室418的液体运动使第一储存室416中的液面水平降低的距离显著大于所述液体运动使第二储存室418中的液面水平升高的距离。因而,储存在与第一储存室416流体连通的第二储存室418中的液体施加压力给第一储存室416中的气体(和液体)。在其中第一储存室416是地下盐穴的实施例中，加压的液体和气体在盐穴的壁上施加压力以维持盐穴结构的整体性。
[0091 ] 使用时，在压缩模式期间，压缩气体可以通过压缩机/膨胀机301转移到第一储存室416，从而增加第一储存室416中的气体量。随着压缩机/膨胀机301将压缩气体输送到第一储存室416，第一储存室416内的压力增大，直到压力达到预定水平和/或基本等于正从压缩机/膨胀机301输送的压缩气体压力为止。在第一储存室416内的压力达到预定水平和/或基本等于从压缩机/膨胀机301输送的压缩气体压力之后，液体可以运动(或通过压缩气体“移动”)出第一储存室416至其它流体储存部位，例如，经由液体路径414至第二储存室418。
[0092] 在某些实施例中，当第一储存室416与第二储存室418流体连通(例如，不论是恒定地流体连通还是选择性地流体连通)时，从压缩机/膨胀机301转移到第一储存室416的压缩气体可以增大第一储存室416中的气体压力，克服由第一储存室416与第二储存室418中的液面水平之间的水平高度差H所产生的压头，使第一储存室416中的一些液体移动到第二储存室418，从而增大第一储存室416的可以被气体所占据的那部分容积,并且增大水平高度差H (并且从而达到压力Pl的更高平衡水平)。压缩/膨胀机301的持续操作和由此第一储存室416中气体量的持续增加，使得液体从第一储存室416运动出来，并且增大压力P2。压缩/储存处理可以一直持续，直到达到第一储存室416的最大压力容量和/或压缩机/膨胀机301的最大压力输出容量为止。在某些实施例中，阀417可以关闭，这防止液体从第一储存室416转移到第二储存室418。这固定了第一储存室416的可用于被气体所占据的那部分容积，并且增大了低储存室中的压力根据通过压缩机/膨胀机301引入第一储存室416中的气体质量流速而增大的速率。这样以来,压缩气体储存室例如可以在第一操作模式中和在第二操作模式中操作，在所述第一操作模式中，从压缩机/膨胀机301 (例如从气压缸)排到第一储存室416的气体使液体从第一储存室移动到第二储存室418，在所述第二操作模式中，第一储存室与第二储存室流体隔离(即，通过阀417)。在某些实施例中，在压缩模式中，液压控制器可以在压缩机/膨胀机301的工作活塞上产生足以使工作活塞沿着一方向运动的液压致动器作用力，以便在第二操作模式中使一定质量的气体从气压缸排入第一储存室416中。
[0093]如上所述，例如在高功率需求的时期期间和/或在电网中断或风力不足以驱动风力涡轮机或阳光不足以驱动太阳能发电导致功率供给减少的时期期间，或在较高天然气需求的时期期间和/或在管道分配系统断裂使天然气供给减少的时期期间，系统300可以根据需要操作成发电和/或将天然气返回到分配系统。可以从储存系统304回收天然气以用于使压缩气体膨胀和用于将压缩气体返回到气体分配系统303。可以通过使气体经压缩机/膨胀机装置301膨胀而从储存在第一储存室416中的压缩气体回收能量，从而(直接地或通过例如液压致动器和/或液压泵/马达)驱动马达/发电机378将机械功率转化成电功率，以便补充功率供应。可选地，可以借助将一些膨胀气体引导通过气体涡轮机(未示出)将气体流动转化成电功率，和/或通过利用液体从第二储存室418到第一储存室416的流动而驱动泵/涡轮机419，来产生额外的电功率。
[0094]使用时在膨胀模式期间，储存系统304可以操作成将压缩气体输送到压缩机/膨胀机301。具体地，压缩气体被允许从第一储存室416流到压缩机/膨胀机301 (例如第三或第四气压室332、334)。在某些实施例中，第一储存室416中由压缩气体占据的容积可以维持恒定，使得被传递给压缩机/膨胀机301的压缩空气的气体压力将随着时间下降。在某些实施例中，第一储存室416中由压缩空气占据的容积可以通过允许储存在第二储存室418中的一部分液体从第二储存室418流入第一储存室416中而减小。可以管理从第二储存室418到第一储存室416的液体流动，使得第一储存室416中的气体压力保持相对恒定和/或保持在预定范围内。维持第一储存室416中的气体压力相对恒定，这可以允许相对恒定的气体压力被输送到压缩机/膨胀机301。
[0095]在某些实施例中，随着液体从第二储存室418经由液体路径414流到第一储存室416，液体会流经泵/涡轮机419，所述泵/涡轮机419可以作为水力发电机操作发电，并将电力输送到电网。
[0096]虽然储存系统304被示出为并且此处被描述为包括液体补偿的储存室(例如，储存室416)，但是在其它实施例中，储存系统可以包括不同类型的储存室，例如非液体压力补偿的储存室或非压力补偿的室。
[0097]图5A至图5G示意性地示出根据实施例的压缩/膨胀装置500，所述压缩/膨胀装置500构造成被包含在用于储存能量和用于释放先前已储存能量的系统中。具体而言，压缩/膨胀装置500构造成压缩气体(例如，天然气)以用于储存气体(例如，天然气)和膨胀先前已压缩的气体(例如，天然气)。如本文将更加详细地说明地，装置500联接到液体管理系统592，所述液体管理系统592在压缩和膨胀处理期间将流体转移进和出装置500以优化装置500的热效率和简化对用于通过分配或管道系统(例如气体分配系统503)分配的膨胀气体的处理。液体管理系统592可以在许多方面与本文所述的液体管理系统(例如，液体管理系统192和液体管理系统392)类似，并且包括与该系统的被指明部件在许多方面类似的部件。装置500可以在许多方面与本文所述的压缩/膨胀装置(例如压缩/膨胀装置101、压缩/膨胀装置301)类似，并且包括在许多方面与该装置的被指明部件类似的部件。关于装置500的结构和操作细节也在以上均通过参考包含于此的美国专利申请N0.13/294675(“'675申请”)和'862申请中说明。
[0098]装置500包括第一气压缸510，所述第一气压缸510被第一工作气压活塞520分成第一气压室512和第二气压室514。第一工作气压活塞520联接到第一液压致动器572，所述第一液压致动器572可流体联接到液压控制器570。第一气压缸510的第一和第二气压室512、514可流体联接到气体源502。以与如以上参照气体源302所述方式类似的方式，气体源502可以被包含在气体分配系统503中或可流体联接到气体分配系统503。气体分配系统503可以包括例如天然气管道系统。在这样的实施例中，气体源502可以接收天然气以用于在压缩/膨胀装置500中压缩，并且可以将天然气在从压缩/膨胀装置500膨胀之后输送到管道系统。来自气体源的气体可以经由第一气压室512的第一流体端口 516引入第一气压室512中，和经由第二气压室514的第一流体端口 522引入第二气压室514中。气体在气体源502与第一和第二气压室512、514之间的流动可以分别用阀580、582选择性地控制。
[0099]第一气压缸510的第一和第二气压室512、514均可流体联接到液体管理系统592，并且更具体地，均可流体联接到液体管理系统592的锁泵590。如本文将更加详细地说明地，来自锁泵590的流体可以经由第一气压室512的第二流体端口 511引入第一气压室512中，并经由第二气压室514的第二流体端口 515引入第二气压室514中。流体在锁泵590和第一和第二气压室512、514之间的流动可以分别用阀594、595选择性地控制。
[0100]装置500包括第二气压缸530，所述第二气压缸530被第二工作气压活塞540分成第三气压室532和第四气压室534。第二工作气压活塞540联接到第二液压致动器574，所述第二液压致动器574可流体地联接到液压控制器570。第二气压缸530的第三和第四气压室532、534的总容积小于第一气压缸510的第一和第二气压室512、514的总容积。另外地，第三和第四气压室532、534中的每个气压室的最大容积小于第一和第二气压室512、514中的每个气压室的最大容积。
[0101]第一气压室512流体联接到第三气压室532。具体地，可以允许流体在第一气压室512的第三流体端口 518与第三气压室532的第一流体端口 536之间流动。还可以允许流体在第二气压室514的第三流体端口 524与第四气压室534的第一流体端口 542之间流动。流体在第一气压室512与第三气压室532之间的流动可以用阀584选择性地控制，并且流体在第二气压室514与第四气压室534之间的流动可以用阀586选择性地控制。
[0102]第三和第四气压室532、534均可流体联接到液体管理系统592的锁泵590。如本文将更加详细地说明地，来自锁泵590的流体可以经由第三气压室532的第二流体端口 531弓I入第三气压室532中，并且经由第四气压室534的第二流体端口 535引入第四气压室534中。流体在锁泵590与第三和第四气压室532、534之间的流动可以分别用阀596、597选择性地控制。
[0103]第三和第四气压室532、534还可流体联接到压缩气体储存室系统504 (在此也称为“储存系统”)。具体而言，气体可以经由第三气压室532的第三流体端口 538在第三气压室532与储存系统504之间流动，并且经由第四气压室534的第三流体端口 545在第四气压室534与储存系统504之间流动。气体在第三和第四气压室532、534与储存系统504之间的流动可以分别用阀588、590选择性地控制。储存系统504可以在许多方面与本文所描述的任何压缩气体储存室或系统(例如储存室104、储存系统304)类似。例如，储存系统504可以是液体补偿的储存系统，其在许多方面与以上参照图4和图4B所描述的储存系统304类似。照此，将不参照图5A至图5G或图6A至图6G详细地说明储存系统504的部件和操作。
[0104]液体管理系统592包括锁泵590和液体储存结构575。液体管理系统592还可以包括或者可流体联接到除水系统(图5A至图5G或图6A至图6G中未示出)，所述除水系统在许多方面与以上参照图3所描述的除水系统398类似。锁泵590包括第一液压缸550，所述第一液压缸550被第一工作液压活塞551分成第一液压室552和第二液压室554。第一工作液压活塞551联接到第三液压致动器576，所述第三液压致动器576可流体联接到液压控制器570。第一液压缸550的第一和第二液压室552、554均可流体联接到液体储存结构575。液体储存结构575可以是适用于储存传热流体的一个或更多个适当的流体储器，例如，池、塘、贮槽、地下储存容器，地上储存容器和/或类似物。来自液体储存结构575的流体(即，传热流体)可以经由第一液压室552的第一流体端口 543引入第一液压室552中，并且经由第二液压室554的第一流体端口 547引入第二液压室554中。流体在液体储存结构575与第一和第二液压室552、554之间的流动可以分别用阀591、593选择性地控制。
[0105]第一液压缸550的第一液压室552可流体联接到第一气压缸510的第一气压室512，并且第一液压缸550的第二液压室554可流体联接到第一气压缸510的第二气压室514。具体而言，可以允许流体在第一液压室552的第二流体端口 513与第一气压室512的第二流体端口 511之间流动。可以允许流体在第二液压室554的第二流体端口 517与第二气压室514的第二流体端口 515之间流动。流体在第一液压室552与第一气压室512之间的流动可以用阀594选择性地控制，并且流体在第二液压室554与第二气压室514之间的流动可以用阀595选择性地控制。
[0106]锁泵590包括第二液压缸560，所述第二液压缸560被第二工作液压活塞561分成第三液压室562和第四液压室564。第二工作液压活塞561联接到第三液压致动器576。照此，第二工作液压活塞561操作地联接到第一工作活塞551，并且可与第一工作活塞551一起运动。第二液压缸560的第三和第四液压室562、564还均可流体联接到液体储存结构575。来自液体储存结构575的流体可以经由第三液压室562的第一流体端口 527引入第三液压室562中，并且经由第四液压室564的第一流体端口 523引入第四液压室564中。流体在液体储存结构575与第三和第四液压室562、564之间的流动可以分别用阀598、599选择性地控制。
[0107]第二液压缸560的第三液压室562可流体联接到第二气压缸530的第四气压室534，并且第二液压缸560的第四液压室564可流体联接到第二气压缸530的第三气压室534。具体而言，可以允许流体在第三液压室562的第二流体端口 537与第四气压室534的第二流体端口 535之间流动。可以允许流体在第四液压室564的第二流体端口 533与第三气压室532的第二流体端口 531之间流动。流体在第三液压室562与第四气压室534之间的流动可以用阀597选择性地控制，并且流体在第四液压室564与第三气压室532之间的流动可以用阀596选择性地控制。
[0108]参照图5A至图5G，压缩/膨胀装置500分别以压缩模式或循环的第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七构造示出。如图5A中所示，在第一构造中，各个阀580、582、584、586、588、590、591、593、594、595、596、597、598、599 都关闭。第一工作气压活塞 520 处于在第一气压缸510的端部处或朝向该端部的第一(或开始)位置中，使得第一气压室512的容积小于第二气压室514的容积。在某些实施例中，当第一工作气压活塞520处于其第一位置中时，第一工作活塞在第一气压缸510内布置成使得第一气压室的容积512是零或接近于零。在其它实施例中，第一气压室512可以具有不同的最小容积。在某些实施例中，在第一压力下的第一质量的气体被容纳在第二气压室514中。
[0109]第二工作气压活塞540处于在第二气压缸530的端部处或朝向该端部的第一(或开始)位置，使得第三气压室532的容积大于第四气压室534的容积。在某些实施例中，当第二工作气压活塞540处于其第一位置中时，第二工作气压活塞540在第二气压缸530内布置成使得第四气压室534的容积是零或接近于零。在其它实施例中，第四气压室534构造成具有不同的最小容积。在第二压力下的第二质量的气体被容纳在第三气压室534中。
[0110]第一和第二工作液压活塞551、561处于在其相应的液压缸550、560的端部处或朝向该端部的第一(或开始)位置，使得第二和第四液压室554、564的容积大于第一和第三液压室552、562的容积。在某些实施例中，当第一工作液压活塞551处于其第一位置中时，液压活塞551在第一液压缸550内布置成使得第一液压室552的容积是零或接近于零。在一些这种实施例中，第二工作液压活塞561也处于其第一位置中，并且第二工作液压活塞561在第二液压缸560内布置成使得第三液压室562的容积是零或接近于零。在其它实施例中，第一液压室552和/或第三液压室562构造成具有不同的最小容积。在某些实施例中，液压室容纳传热流体，例如乙二醇。
[0111]现在参照图5B，阀580、586、588、591、595、597、599打开。在阀591处，液体储存结
构575流体联接到第一液压室552，使得第一体积的液体可以从液体储存结构575经由第一流体端口 543流入第一液压室552中。第一工作液压活塞551通过第三液压致动器576沿着朝向第一液压缸550的相对端部的第一方向运动，由此增大第一液压室552的容积并减小第二液压室554的容积。
[0112]如图5B中所示，第一工作液压活塞551处于第二位置(即，第一中间位置)中，所述第二位置介于该活塞的第一位置与最终的第四位置之间，所述第四位置处于第一液压缸550的相对端部的终点处或朝向该相对端部的终点。第一工作液压活塞551在从其第一位置到其第四位置的距离上的运动完成了第一工作液压活塞551的第一冲程。当第一工作液压活塞551从其第一位置沿着第一方向运动到其第二位置时，第一工作液压活塞551操作成将第一体积的液体从液体储存结构575吸入第一液压室552中，并且将第二体积的液体从第二液压室554排入第一气压缸510的第二气压室514中。换言之，第一工作液压活塞551沿着第一方向的运动将液体从液体储存结构575拉进第一液压室552中，并且将第二液压室554的液体推出(或压出)并进入第二气压室514中。液体进出第一和第二液压室552、554的移动可部分归因于第一工作液压活塞551沿着第一方向的运动所产生的压力差异。
[0113]在阀580处，气体源502流体联接到第一气压室512，使得在第三压力下的第三质量的气体可以从气体源502经由第一流体端口 516流入第一气压室512中。第一工作气压活塞520通过第一液压致动器572沿朝向第一气压缸510的相对端部的第二方向运动，由此增大第一气压室512的容积并减小第二气压室514的容积。
[0114]在5B图中，第一工作气压活塞520示出为处于第二位置(即，第一中间位置)中，所述第二位置介于第一工作气压活塞的第一位置与最终的第四位置之间，该第四位置处于第一气压缸510的相对端部处或朝向该相对端部。第一工作气压活塞520在从其第一位置到其第四位置的距离上的运动完成了第一工作气压活塞520的第一冲程。第一工作气压活塞520沿第二方向的运动可以与第一工作液压活塞551沿着第一方向的运动基本上同时地发生。在第一工作气压活塞520从其第一位置沿着第二方向运动到其第二位置的同时，第一工作气压活塞520操作成压缩容纳在第二气压室514中的第一质量的气体，以便使第一质量的气体在高于第一压力的第四压力下从第二气压室514排到第四气压室534。当第一工作气压活塞520沿其第二方向运动以允许第一质量的气体随着该气体受到压缩而从第二气压室514排到第四气压室534时，在第二气压室514与第四气压室534之间的阀586打开。
[0115]在某些实施例中，在与第一工作气压活塞520正在压缩第一质量的气体同时，第二体积的液体被引入第二气压室514中。第二体积的液体优选地是较冷的或较凉的液体，所述较冷的或较凉的液体在与第一质量的气体接触时冷却第一质量的气体或降低第一质量的气体温度。具体而言，当液体进入第二气压室514并且接触第一质量的气体时，在气体压缩期间所产生的热能被直接传给液体。然后，至少一部分变暖液体允许随同第一质量的气体一起从第二气压室514流到第四气压室534。在某些实施例中，热能传给布置在第二气压室514中的中间结构。中间结构可以例如是如在以上通过参考包含于此的Ingersoll II申请中说明的传热元件。在这样的实施例中，热能进一步从中间结构传给液体。在某些实施例中，来自变暖液体的热传给与变暖液体不同的第二液体(未示出)，以便使热被储存在第二液体中，从而在随后的膨胀循环期间使用。这样，第二体积的液体恢复到较低的温度，并且可以在500系统中被再使用以在压缩循环期间吸热。
[0116]第二工作气压活塞540通过第二液压致动器574而沿着朝向第二气压缸530的相对端部(或顶端)的、与第二方向相反的第三方向运动，由此增大第四气压室534的容积和减小第三气压室532的容积。第二工作气压活塞540沿着第三方向的运动可以与第一工作气压活塞520沿着第二方向的运动基本同时地发生。在第一液压致动器572使第一工作气压活塞520沿着第二方向运动时且在第二液压致动器574使第二工作气压活塞540沿着第三方向运动时，在第二气压室514与第四气压室534之间的阀586可以打开。这样，第二气压室530和第四气压室534的总容积部分地由于第一气压缸510与第二缸530之间的尺寸差异而减小。
[0117]在图5B中，第二工作气压活塞540示出为处于第二位置(即，第一中间位置)中，所述第二位置介于第二工作气压活塞的第一位置与最终的第四位置之间，该第四位置处于第二气压缸530的相对端部处或朝向该相对端部。第二工作气压活塞540在从其第一位置到其第四位置的距离上的运动完成了第二工作活塞540的第一冲程。
[0118]在第二工作气压活塞540沿着第三方向运动的同时，第二工作气压活塞540操作以压缩容纳在第三气压室532中的第二质量的气体，使得第二质量的气体在高于第二压力的第五压力下从第三气压室532排到储存系统504。如上所述，第二质量的气体压缩产生出热能。当第二工作气压活塞540正沿第三方向运动以允许第二质量的气体随着该气体被压缩而从第三气压室532排到储存系统504时，在第三气压室532和储存系统504之间的阀588打开。在某些实施例中，第三气压室532容纳有液体，该液体可以吸收在压缩期间由第二质量的气体产生的热能，使得第二质量的气体在从第三气压室532排到储存系统504之前被冷却。
[0119]如图5B中所示，参照锁泵590，第二工作液压活塞561处于第二位置(即，第一中间位置)中，所述第二位置介于第二工作液压活塞的第一位置与最终的第四位置之间，该第四位置处于第二液压缸560的相对端部处或朝向该相对端部。第二工作液压活塞561在从其第一位置到其第四位置的距离上的运动完成了第二工作液压活塞561的第一冲程。如上所述，第二工作液压活塞561操作地联接到第一工作液压活塞551，以便使第一和第二工作液压活塞551、561彼此同相地、并行地运动。第一和第二工作液压活塞551、561沿着相同的方向运动，并同时完成冲程。第三液压致动器576仅需要在活塞551、561中的一个上施加作用力，以启动活塞551、561 二者沿着某一方向的运动。
[0120]在第二工作液压活塞561从其第一位置沿着第一方向运动到其第二位置时，第二工作液压活塞561操作以将第三体积的液体从第四气压室534接收到第三液压室562中，并且将第四体积的液体从第四液压室564排入液体储存结构575中。换言之，第二工作液压活塞561沿着第一方向的运动允许液体从第四气压室534被接收到第三液压室562中，并且将液体从第四液压室564推出(或压出)并进入液体储存结构575中。液体进出第三和第四液压室562、564的移动可以部分地归因于由第二工作液压活塞561沿第一方向运动而产生的压力差异。例如，当第二工作液压活塞561沿着第一方向运动时，第三液压室562中的压力可以大于第四气压室534中的压力，从而使第四体积的液体移动到液体储存结构575中。在某些实施例中，锁泵590可以位于气压缸510、530下方，以便使第三体积的液体通过重力被吸到第三液压室562。在某些实施例中，第三体积的液体包括一部分第二体积的液体。换言之，在第二工作液压活塞561沿着第一方向运动之后,一些第二体积的液体保留在第四气压室534内。然而，在其它实施例中，容纳在第四气压室534内的全部液体都可以转移至第三液压室562。
[0121]如图5C中所示，随着气压活塞520、540和液压活塞551、561继续沿着它们的相应方向运动，阀580、586、588、591、595、597、599保持打开。第一工作气压活塞520在图5C中示出为处于第三位置(即，第二中间位置)中，该第三位置与其先前所处的第二位置(即，第一中间位置)相比更接近于第一气压缸510的相对端部。气体和/或流体继续以与以上参照图5B所述方式相同的方式流入和/或流出第一气压缸。第二工作气压活塞540也在图中5C中示出为处于第三位置(B卩，第二中间位置)中，该第三位置与其先前所处的第二位置(即，第一中间位置)相比更接近于第二气压缸530的相对端部。气体和/或流体也继续以与以上参照图5B所述方式相同的方式流入和/或流出第二气压缸530。
[0122]此外,第一和第二工作液压活塞551、561在图5C中所不处于第三位置(即，第二中间位置)中，该第三位置与其先前所处的第二位置(即，第一中间位置)相比分别更接近于第一和第二液压缸550、560的相对端部。第一和第二工作液压活塞551、561继续通过第三液压致动器576沿着第一方向运动。在某些实施例中，由第三液压致动器576施加在第一和第二工作液压活塞551、561上以使第一和第二工作液压活塞551、561运动的作用力的量是最小的(或标称的)。例如，在某些实施例中，第三液压致动器576仅施加足以克服流体在管道系统中流动的液压压头和摩擦损失的作用力。类似地，阀586、595、597全部打开，使得液压室554和562以及气压室514和534中的压力全部相等(忽略水头压力和摩擦损失)。因而，相对于锁泵590，第二液压室554中的压力大于第一液压室552中的压力，并且试图迫使第一工作液压活塞551向左运动，而第三液压室562中的压力大于第四液压室564中的压力，并且试图迫使第二工作液压活塞561向右。因此，锁泵590得以平衡，并且第三液压致动器576的尺寸可以设定成使得它仅需要克服摩擦损失和/或液压压头以使液体的体积来回运动。
[0123]在某些实施例中，液压室552、554、562、564中的一个或更多个液压室内的流体压力足以代替第三液压致动器576或者与该第三液压致动器连通，来使第一和第二液压活塞551、561沿着第一方向运动。更具体地，当液体被引入室552、554、562、564中的一个或更多个室中时，所产生的流体压力可以在第一和/或第二液压活塞551、561上施加足以使液压活塞551、561运动的液压力。例如，如图5B和图5C中所示，在第一液压室552与液体储存结构575之间的阀591以及在第四液压室564与液体储存结构575之间的阀599 二者处于打开位置中。在其中液体储存结构575是敞开至大气的收容池(containment pond)的实施例中，第一和第四液压室552、564中的压力将相等(例如为lbar)。
[0124]类似地，阀586、595、597全部打开，使得在液压压头差和摩擦压力损失为最小的条件下，第二液压室554、第三液压室562、第二气压室514和第四气压室534中的压力全部基本相等。因而，随着第二和第四气压室514、534中的压力增大，第二和第三液压室554、562中的压力增大。第二液压室554中的增大压力沿着第四方向(与第一方向相反的方向)在第一液压工作活塞551上施加作用力，并且第三液压室562中的增大压力沿着第一方向在第二液压工作活塞561上施加基本相等且相反的作用力。在某些实施例中，该流体压力是作用在第一和第二工作液压活塞551、561上用以使液压活塞551、561运动的初级力，并且由第三液压致动器576所施加的液压力可以是次级力。这样，锁泵590可以认为在液体管理系统592的操作期间得以平衡，并且致动器576的尺寸可以设定成使得致动器576仅需要克服系统中的任何液压压头和/或摩擦损失，从而使数个体积的液体在液体储存结构575与压缩/膨胀机装置500之间运动。在某些实施例中，由第三液压致动器576所施加的液压力可以是初级力，并且由从压缩机/膨胀机装置500返回的液体所施加的液压流体压力是作用在第一和第二工作液压活塞551、561上的次级力。
[0125]现在参照图5D，先前打开的阀580、586、588、591、595、597、599关闭，并且阀582、584、590、593、594、596、598打开。第一工作液压活塞551已经完成其第一冲程，并且处于其在第一液压缸550的相对端部处或邻近该相对端部的第四位置中。照此，第一工作液压活塞551就位以开始其第二冲程，在所述第二冲程中第一工作液压活塞551在从其第四位置到其第一位置的距离上运动。在某些实施例中，当第一工作液压活塞551处于其第四位置中时，第一工作液压活塞551在第一液压缸550内布置成使得第二液压室554的容积是零或接近于零。在其它实施例中，第二液压室554构造成具有不同的最小容积。
[0126]第二工作液压活塞561也已经完成其第一冲程，并且处于在第二液压缸560的相对端部处或邻近该相对端部的其第四位置中。照此，第二工作液压活塞561就位以开始其第二冲程，在所述第二冲程中第二工作液压活塞561在从其第四位置到其第一位置的距离上运动。这里，第一和第二工作液压活塞551、561运动相同的距离以完成冲程。在某些实施例中，当第二工作液压活塞561处于其第四位置中时，第二工作液压活塞561在第二液压缸560内布置成使得第四液压室564的容积是零或接近于零。在其它实施例中，第四液压室564构造成具有不同的最小容积。
[0127]在图中，第一工作气压活塞520已经完成其第一冲程，并且处于在第一气压缸510的相对端部处或邻近该相对端部的其第四位置中。照此，第一工作气压活塞520就位以开始其第二冲程，在所述第二冲程中第一工作气压活塞520在从其第四位置到其第一位置的距离上运动。在某些实施例中，当第一工作气压活塞520处于其第四位置中时，第一工作气压活塞520在第一气压缸510内布置成使得第二气压室514的容积是零或接近于零。在其它实施例中，第二气压室514构造成具有不同的最小容积。
[0128]第二工作气压活塞540已经完成其第一冲程，并且处于在第二气压缸530的相对端部处或邻近该相对端部的其第四位置中。照此，第二工作气压活塞540就位以开始其第二冲程，在所述第二冲程中第二工作气压活塞540在从其第四位置到其第一位置的距离上运动。在某些实施例中，当第二工作气压活塞540处于其第四位置中时，第二工作气压活塞540在第二气压缸530内布置成使得第三气压室532的容积是零或接近于零。在其它实施例中，第三气压室532构造成具有不同的最小容积。
[0129]如图5E中所示，阀582、584、590、593、594、596、598保持打开。在阀593处，液体储存结构575流体联接到第二液压室554，以便使第五体积的液体可以从液体储存结构575经由第一流体端口 547流入第二液压室554中。第一工作液压活塞551通过第三液压致动器576而沿着朝向第一液压缸550的相对端部的、与第一方向相反的第四方向运动，由此增大第二液压室554的容积并减小第一液压室552的容积。
[0130]如图5E中所示，第一工作液压活塞551处于在其第二冲程期间的第三位置中，所述第三位置介于其第四位置与其第一位置之间。在第一工作液压活塞551沿着第四方向从其第四位置运动回到其第三位置的同时，第一工作液压活塞551操作以将第五体积的液体从液体储存结构575吸入第二液压室554中，并且将第一体积的液体从第一液压室552排入第一气压缸510的第一气压室512中。换言之，第一工作液压活塞551沿着第四方向的运动将液体从液体储存结构575拉入第二液压室554中，并且将第一液压室552的液体推出(或压出)而使其进入第一气压室512中。
[0131]在阀582处，气体源502流体联接到第二气压室514，以便允许气体从气体源502经由其第一流体端口 522流入第二气压室中。第一工作气压活塞520通过第一液压致动器572而沿着第三方向运动，由此增大第二气压室514的容积和减小第一气压室512的容积。第一工作气压活塞520示出为处于其第二冲程期间的第三位置中。在第一工作气压活塞520沿着第三方向运动的同时，第一工作气压活塞520操作以压缩容纳在第一气压室512中的第三质量的气体，由此将第三质量的气体在高于第三压力的第六压力下从第一气压室512排放并进入第三气压室532中。在第一液压致动器572使第一工作气压活塞520沿着第三方向运动的同时和在第二液压致动器574使第二工作气压活塞540沿着第二方向运动的同时，在第一气压室512与第三气压室532之间的阀584可以打开。这样，第一气压室512和第三气压室532的总容积部分地由于第一气压缸510与第二缸530之间的尺寸差异而减小。
[0132]第三质量的气体压缩产生出热能，并且结果，第三质量的气体温度升高，除非热能在压缩处理期间从气体去除。在某些实施例中，随着第三质量的气体正被压缩，第一体积的液体被引入第一气压室512中。液体的温度低于气体的温度，并且在与第三质量的气体接触时冷却气体或降低气体的温度。也就是说，当液体接触气体时，由第三质量的气体所产生的热能被直接传给第一体积的液体。然后，变暖液体的至少一部分被允许随同第三质量的气体一起从第一气压室512流到第三气压室532。在某些实施例中，热能传给布置在第一气压室512中的中间结构。中间结构可以例如是如在以上通过参考包含于此的IngersollII申请中说明的传热元件。在这样的实施例中，热能进一步从中间结构传给液体。在某些实施例中，来自变暖液体的热传给与变暖液体不同的第二液体(未示出；例如，经由热交换系统)，从而热被储存在第二液体中以在随后的膨胀循环期间使用。这样，第一体积的液体恢复到较低的温度，并且可以在系统500中被再使用以在压缩循环期间吸热。
[0133]第二工作气压活塞540通过第二液压致动器574而沿着第二方向运动，由此增大第三气压室532的容积和减小第四气压室534的容积。第二工作气压活塞540沿着第二方向的运动可以与第一工作气压活塞520沿着第三方向运动的运动基本同时地发生。在图5E中，第二工作气压活塞540示出为处于其第二冲程期间的第三位置中。在第二工作气压活塞540沿着第二方向运动的同时，第二工作气压活塞540操作以压缩容纳在第四气压室534中的第一质量的气体，由此将第一质量的气体在高于第四压力的第七压力下从第四气压室534排到储存系统504。
[0134]如上所述，第一质量的气体压缩产生出热能。当第二工作气压活塞540沿着第二方向运动以允许第一质量的气体随着被压缩而从第四气压室534排到储存系统504时,在第四气压室534与储存系统504之间的阀590打开。在某些实施例中，第四气压室534容纳液体，所述液体可以吸收在压缩期间由第一质量的气体所产生的热能，以便使第一质量的气体在从第四气压室534排到储存系统504之前被冷却。
[0135]如图5E中所示，第二工作液压活塞561处于其第二冲程期间的第三位置中。如上所述，第二工作液压活塞561与第一工作液压活塞551 —起运动。这里，第二工作液压活塞561与第一工作液压活塞551 —起沿着第四方向运动。在第二工作液压活塞561沿着第四方向从其第四位置运动到其第三位置的同时，第二工作液压活塞561操作以将第六体积的液体(例如，其包括至少一部分第一体积的液体)从第三气压室532吸入第四液压室564中，并且将第三体积的液体(例如，其包括至少一部分第二体积的液体)从第三液压室562排入液体储存结构575中。换言之，第二工作液压活塞561沿着第四方向的运动将液体从第三气压室532拉入第四液压室564中，并且将第三液压室562的液体推出(或压出)并进入液体储存结构575。在某些实施例中，在第二工作液压活塞561已经完成其沿第四方向的第二冲程之后，至少一部分第一体积的液体可以保留在第三气压室532内。这样，剩余部分第一体积的液体可以用于冷却在下一个压缩循环期间进入第三气压室532的气体。在其它实施例中，第一体积的液体从第三气压室532完全去除，并且转移到第四液压室564。在这样的实施例中，第一体积的液体可以基本等于第六体积的液体。
[0136]在某些实施例中，第三气压室532可以除了保留由第三质量的气体产生的热能以夕卜，还保留由之前压缩的另一质量的气体产生的热能。第一体积的液体可以构造成在第一体积的液体的任何部分从第三气压室532排出之前，吸收由之前质量的气体压缩产生的热能和由第三质量的气体压缩产生的热能。如以下更加详细地说明的，在某些实施例中，该变暖液体可以在膨胀循环期间再使用以使气体随着其膨胀而变暖。
[0137]如图5F中所示，随着气压活塞520、540和液压活塞551、561继续沿着其相应的方向运动，阀582、584、590、593、594、596、598保持打开。第一工作气压活塞520在图5F中示出为处于其第二冲程期间的第二位置中。流体继续以与以上参照图5E所述方式相同的方式流入和/或流出第一气压缸510。第二工作气压活塞540也在图5F中示出为处于其第二冲程期间的第二位置中。流体也继续以与以上参照图5E所述方式相同的方式流入和/或流出第二气压缸530。
[0138]此外，第一和第二工作液压活塞551、561在图5F中示出为处于其第二冲程期间的第二位置中。第一和第二工作液压活塞551、561继续通过第三液压致动器576沿着第二方向运动。如上所述，在某些实施例中，由第三液压致动器576施加在第一和第二工作液压活塞551、561上以使第一和第二工作液压活塞551、561运动的一定量作用力是最小的(或标称的)。如上所述，由第三液压致动器576所施加的作用力可以足以克服液压压头和/或摩擦损失。
[0139]参照图5G，先前打开的阀582、584、590、593、594、596、598现在关闭，并且阀580、586、588、591、595、597、599再次打开。更具体地，阀582被关闭以停止从气体源502到第
三气压室514的气体流动。第三质量的气体已经在高于第二压力的第六压力下从第一气压室512排到第三气压室532，并被容纳在第三气压室532中。在第一气压室512与第三气压室532之间的阀584关闭以防止第三质量的气体从第三气压室532回流到第一气压室512中。第一质量的气体已经在高于第四压力的第七压力下从第四气压室534排到压缩气体储存室系统504。在第四气压室534与压缩气体储存室系统504之间的阀590关闭以防止第一质量的气体从储存室504回流到第四气压室534中。阀580、586、588、591、595、597、599被打开以允许压缩循环持续或重复。
[0140]如上所述，当一定质量的气体被转移到气压室(例如，分别为第一、第二、第三、或第四气压室512、514、532、534)中时，与入口端口(例如，分别为端口 516、522、536、542)相关联的阀(例如，分别为阀580、582、584、586)关闭以防止气体在压缩期间倒流。另外地，与相应气压室的出口端口(例如，分别为端口 518、524、538、545 )相关联的阀(例如，分别为阀584、586、588、590)打开以允许气体随着气体正被压缩而转移到接下来的下游室。
[0141]如图5G中所示，气压活塞520、540和液压活塞551、561已经完成其第二冲程，并且每个活塞520、540、551、561现在都回到其第一位置中(例如，参见图5A)。在某些实施例中，活塞520、540、551、561彼此并行地运动，并且可以具有相同的冲程时间。换言之，在某些实施例中，活塞520、540、551、561可以同时开始和/或结束其相应的冲程。在某些实施例中，活塞520、540、551、561可以具有相同的冲程时间(例如，每冲程三(3 )秒)，但是活塞520、540、551、561中的一个或更多个在不同的时间开始其冲程。在其它实施例中，活塞520、540、551、561中的一个或更多个的定时可以变化。例如，在某些实施例中，第一工作气压活塞520可以具有大约五(5)秒的冲程时间(B卩，活塞520从其第一位置开始运动到其第四位置所花费的时间)，第二工作气压活塞540可以具有大约四(4)秒的冲程时间，并且第一和第二工作液压活塞551、561可以具有大约三(3)秒的冲程时间。冲程时间可以例如基于缸和/或活塞的尺寸和/或操作而变化。
[0142]参照图6A至图6G，压缩/膨胀装置500分别以膨胀模式或循环的第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七构造示出。如图6A中所示，在膨胀模式的第一构造中，阀580、586、588、591、595、597、599打开。第一和第二工作液压活塞551、561处于其相应的液压缸550,560内的其第四位置中，以便使第一液压室552的容积大于第二液压室562的容积，并且第三液压室562的容积大于第四液压室564的容积。在第四液压室564与液体储存结构575之间的阀599打开。这样，第四液压室564流体联接到液体储存结构575，以便使第一体积的流体可以从液体储存结构575经由第一流体端口 523流到第四液压室564。在第一液压室553与液体储存结构575之间的阀591也打开，并且第一液压室553流体联接液体储存结构575，以便使来自第一液压室553的流体可以从第一液压室553流到液体储存结构575。在第三液压室562与第四气压室534之间的阀597打开，以便使第三液压室562流体联接到第四气压室534，并且第二体积的液体可以从第三液压室562流到第四气压室534。
[0143]第二工作气压活塞540处于其在第二气压缸530内的第四位置中，以便使第三气压室532的容积小于第四气压室534的容积。在压缩气体储存室系统504与第三气压室532之间的阀588打开。这样，压缩气体储存室系统504流体联接到第三气压室532，以便使在第一压力下的第一质量的压缩气体可以从压缩气体储存室系统504经由第三流体端口 538流入第三气压室532中。在某些实施例中，在第二压力下的第二质量的压缩气体容纳在第四气压室534中。在第四气压室534与第二气压室514之间的阀586打开。这样，第四气压室534流体联接到第二气压室512，以便使第二质量的压缩气体和/或第二体积的液体可以在第二压力下从第四气压室(经由其第一流体端口 542)流到第二气压室(经由其第二流体端口 524)。
[0144]第一工作气压活塞520处于其在第一气压缸510内的第四位置中，以便使第一气压室512的容积大于第二气压室514的容积。在第二气压室514与第二液压室554之间的阀595打开。这样，第二气压室514流体联接到第二液压室554，以便使第三体积的流体(例如，其包括第二体积的液体或至少一部分第二体积的液体)可以从第二气压室514流到第二液压室554。
[0145]在第三压力下的第三质量的压缩气体可以容纳在第一气压室512中。在第一气压室512与气体源502之间的阀580打开，并且从而第一气压室512流体联接到气体源502，以便使第三质量的压缩气体可以在第三压力下从第一气压室512经由第一流体端口 516流到气体源502。如上所述，气体源502可以可选地联接到气体分配系统503，例如天然气管道系统。气体分配系统503可以构造成将膨胀气体从系统500转移到最终用户、中间或其它储存部位中的至少一个。在某些实施例中，第一气压室512和第二气压室514中的每个都可以可选地流体联接到气体分配系统503 (如在图6A至图6G中用虚线示出)。这样，膨胀气体可以从第一气压缸510直接输送到气体分配系统503。可以包含有一个或更多个额外的阀(未示出)以选择性地阻止或允许气体在气体源502与气体分配系统503之间和/或在第一和第二气压室512、514与气体分配系统503之间流动。
[0146]现在参照图6B，第二工作液压活塞561处于其第三位置中。阀599和阀597保持打开，以便使第三和第四液压室562、564分别流体联接到第四气压室534和液体储存结构575。第二工作液压活塞561通过第三液压致动器576而沿着第四方向运动到其第二位置(例如参见图6C)，并且继而运动到其第一位置(例如参见图6D)，从而完成膨胀模式中的第一冲程。第二工作液压活塞561沿着第四方向的运动导致第一体积的液体被吸入第四液压室564中，并且导致第二体积的液体从第三液压室562排到第四气压室534中。在某些实施例中，流入和流出第三和第四液压室562、564的液体比流入和流出第一和第二液压室552、554的液体相对更暖。变暖的液体例如可以是在压缩模式期间变暖并被储存(或被收集)在液体储存结构575中的液体。在某些实施例中，液体可以通过从第二液体(例如水，其可以被单独地储存在液体储存结构575内，或被储存在诸如池的分离的储存结构中)例如经由热交换系统传热到待变暖的液体(例如，乙二醇)而变暖。通过将该变暖液体再引入装置500中，系统本质上回收了先前在压缩期间所产生的能源。这样，系统可以不必在膨胀模式期间施加更多的能量来使气体随其膨胀而变暖。例如，在某些实施例中，不需要外部加热装置或机构(例如，燃烧的燃料)来加热气体，即，系统可以使用先前所产生的、由液体所吸收的热。然而，在其它实施例中，至少一部分变暖液体是在由一个或更多个外部加热装置或机构变暖之后被注回到系统中的液体。
[0147]在某些实施例中，如本文更加详细地说明地，例如在气体正在相应的气压室中膨胀的同时，分别在液压室552、554、562、564与气压室512、514、534、532之间流动的液体构造成帮助气体脱水。例如，液体可以包括液态干燥剂脱水剂(例如乙二醇)，其构造成从气体吸收水或水蒸气。在操作中，液体与相应的气压室512、514、532、534内的压缩气体相互作用。这样，液体可以从压缩气体积极地回收水或水蒸气(例如，随着压缩气体正在相应的气压室内膨胀)，至少直到液体达到饱和阈值(在这一点上，液体有效地达到水或水蒸气饱和，并且该液体变得不能在先没有从液体除去至少一部分水或水蒸气的情况下从气体吸收更多量的水或水蒸气)为止，或直到液体用气体从气压室去除为止。在其中储存系统504包括液体补偿储穴的实施例中，储存在其中的压缩气体可以从补偿液体(例如水或盐水)吸收湿气。照此，在代替压缩循环或除了压缩循环以外的膨胀循环期间，将可能使用液体管理系统592来帮助气体脱水。
[0148]如图6B中所示，当第一质量的压缩气体被引入第三气压室532中，允许第一质量的压缩气体在第三气压室532内膨胀。先前在图6A中打开的、在压缩气体储存室系统504与第三气压室532之间的阀588在图6B中所示第二构造中关闭，以防止额外量的压缩气体流入第三气压室532中，并防止第一质量的压缩气体回流到压缩气体储存室系统504中。膨胀的、第一质量的压缩气体在第二工作气压活塞540上施加作用力，该力足以使第二工作活塞沿着第二方向运动到其第三位置(这里如在图6B中所示)，运动到其第二位置(例如参见图6C)，和运动到其第一位置(例如参见图6D)，从而完成膨胀模式中的第一冲程。在第一质量的压缩气体被允许在第三气压室532中膨胀之后，第一质量的压缩气体具有低于第一压力的第四压力。第二工作气压活塞540沿着第二方向的运动导致第二液压致动器574移动第一体积的液压流体。
[0149]第二工作气压活塞540沿着第二方向的运动还帮助将在第二压力下的第二质量的压缩气体从第四气压室534转移到第二气压室514。然而，在某些实施例中，在第二质量的压缩气体转移之前，第二体积的液体被引入第四气压室534中，以使第二质量的压缩气体变暖和/或以从第二质量的压缩气体去除水。通常，随着气体膨胀和随着气体压力降低，气体温度降低。这会降低气体产生能量的能力(即，使活塞540运动以发电)。然而，可以通过使气体在其膨胀之前或在其膨胀期间变暖而增加所产生的能量。因而，第二体积的液体被引入第四气压室534中以使第二质量的压缩气体变暖，所述第二质量的压缩气体曾在第四气压室534膨胀一次，并将在第二气压室514中再次膨胀以增加气体所产生的能量。如上所述，在某些实施例中，第二体积的液体先前在压缩处理期间变暖，并且被储存在液体储存结构575内，而现在被再引入装置500中。在某些实施例中，第二体积的液体构造成从第二质量的压缩气体脱去水。如上所述，例如第二体积的液体可以包括液态干燥剂脱水剂，例如乙二醇或乙二醇溶液。这样，当在第四气压室534内第二体积的液体与第二质量的压缩气体相互作用时，第二体积的液体可以从第二质量的压缩气体吸收水或水蒸气，至少直到第二体积的液体达到饱和阈值为止，或直到第二体积的液体从装置500 (例如,从容纳有第二质量的气体的第四气压室534或不同气压室)收回为止。
[0150]第二体积的液体可以随同第二质量的压缩气体一起从第四气压室534转移到第二气压室514。第二质量的压缩气体允许在第二气压室内进一步膨胀。在某些实施例中，第二体积的液体在第二气压室514中持续放热以随着第二质量的压缩气体在第二气压室514中继续膨胀而使第二质量的压缩气体变暖。在某些实施例中，第二体积的液体继续对第二气压室514中的第二质量的压缩气体脱水。第二体积的液体可以构造成对第二质量的压缩气体脱水，以便使第二质量的压缩气体在每MMSCF的天然气中含有不超过相当于约4磅至7磅的水蒸气。膨胀的第二质量的压缩气体在第一工作气压活塞520上施加作用力，使第一工作活塞沿着第三方向从其第三位置(这里如在图6B中所示)运动到其第二位置(例如参见图5C)，和运动到其第一位置(例如参见图OT)，从而完成膨胀模式中的第一冲程。在第二质量的压缩气体被允许在第二气压室514中膨胀之后，第二质量的压缩气体具有低于第二压力的第五压力。
[0151 ] 第一工作气压活塞520沿着第三方向的运动导致第一液压致动器572移动第二体积的液压流体。第一工作气压活塞520沿着第三方向的运动还减小第一气压室512的容积，并且帮助将在第三压力下的第三质量的压缩气体从第一气压室612转移到气体源502 (并且或备选地转移到气体分配系统503，如上所述)。在某些实施例中，第三压力基本等于气体分配系统503内的压力(例如管道内的天然气压力)。在其它实施例中，第三压力基本等于气体源502外部的大气压力(例如lbar)。
[0152]如图6B中所示，第一工作液压活塞551处于其第三位置中。阀591和阀595保持打开，以便使第一和第二液压室552、554分别流体联接到液体储存结构575和第二气压室524。第一工作液压活塞551与第二工作液压活塞561 —起沿着第四方向从其第三位置运动到其第二位置(例如参见图6C)，和运动到其第一位置(例如参见图6D)，从而完成膨胀模式中的第一冲程。第一工作液压活塞551沿着第四方向的运动导致第三体积的液体(例如包括至少一部分第二体积的液体)从第二气压室514吸入第二液压室554中，并且导致第四体积的液体从第一液压室562排到液体储存结构575中。在某些实施例中，例如在第四体积的液体从第一液压室562进入液体储存结构575之前，第四体积的液体被处理以从液体去除水或水蒸气。例如液体管理系统592可以包括除水系统(未示出；例如锅炉)，所述除水系统流体地布置在第一液压室562与液体储存结构575之间，所述除水系统构造成从第四体积的液体去除水或水蒸气。这样，当第四体积的液体转移到液体储存结构575中时，第四体积的液体准备再用作下一质量的压缩气体的液态干燥剂脱水剂。第三体积的液体可以构造成以参照第二体积的液体所述的类似方式对第二气压室514中的气体脱水。
[0153]等到第三体积的液体离开装置500并且被接收在第二液压室554中，第三体积的液体比进入装置500时的第二体积的液体更凉。在某些实施例中，液体储存结构575构造成储存被分配到第二液压缸560的暖液体和从第一液压缸550接收的冷液体，而一个液体不会影响另一个液体的温度。例如，在某些实施例中，液体储存结构575可以被分成两个部分，所述两个部分彼此流体隔离和/或热隔离。结构575的一个部分可以保持较冷的液体，而另一个部分可以保持较暖的液体。在其它实施例中，液体储存结构575可以包括容纳较冷的液体的第一罐和容纳较暖的液体的分离的第二罐。
[0154]在某些实施例中，进入第二液压室554的第三体积的液体的作用力足以使第一和第二工作液压活塞551、561沿着第四方向运动。如上所述，在这样的实施例中，第三液压致动器576仅在液压活塞551、561上施加足以克服液压压头和/或摩擦损失的作用力，以便使液压活塞551、561沿着第四方向运动。在某些实施例中，如上所述，由进入第二液压室554的第三体积的液体所产生的流体压力是作用在液压活塞551、561上的初级力，并且由第三液压致动器576所施加的液压力可以是次级力。在其它实施例中，如上所述，由第三液压致动器576所施加的液压力是初级力，并且由进入第二液压室554的液体所施加的流体压力是作用在第一和第二工作液压活塞551、561上的次级力。
[0155]现在参照图6C，阀580、586，591、595，597和599保持打开，而同时阀588保持关
闭，以防止第三气压室632中的任何气体回流到气体储存室系统504中。第一质量的压缩气体继续在第三气压室632中膨胀，并且使第二工作气压活塞540沿着第二方向运动。同样地，第二质量的压缩气体继续从第四气压室634流到第二气压室614，在该处第二质量的压缩气体继续膨胀并且使第一工作气压活塞520沿着第三方向运动。第一和第二工作气压活塞520、540不出为处于其相应的第二位置中。第一和第二液压活塞551、561也不出为处于其第二位置中。第一和第二液压活塞551、561继续沿着第四方向运动并以与以上参照图6B所述方式相同的方式操作。
[0156]现在参照图6D，先前打开的阀580、586、591、595、597、599关闭，并且阀582、584、590、593、594、596、598打开。第一和第二工作液压活塞551、561已经完成其膨胀模式的第一冲程，并且处于其第一位置中。照此，第一和第二工作液压活塞551、561就位以开始其膨胀模式的第一冲程。在循环期间的此刻，第四体积的流体已经从第一液压室552至少部分地或完全地排出。在阀596处，第四液压室562流体地联接到第三气压室532，以便使变暖的第一体积的液体(或其至少一部分)可以从第四液压室562流到第三气压室532。在阀599处，第三液压室564流体联接到液体储存结构575，以便使暖的第五体积的液体可以从液体储存结构575流到第三液压室564。在阀593处，第二液压室554联接到液体储存结构575，以便使比暖的第一体积的液体相对更凉的第三体积的液体(或其至少一部分)可以从第二液压室554流到液体储存结构575。在某些实施例中，例如在第三体积的液体从第二液压室554进入液体储存结构575之前，第三体积的液体被处理以从液体去除水或水蒸气，如以上参照第四体积的液体所描述地。这样，当第三体积的液体被转移到液体储存结构575中时，第三体积的液体准备再用作用于下一质量的压缩气体的液态干燥剂脱水剂。在阀594处，第一液压室552流体联接到第一气压室512，以便使也比暖的第一体积的液体相对更凉的液体可以从第一气压室512流到第一液压室552。
[0157]已经完成其第一冲程的第二工作气压活塞540处于其第一位置中。此刻，在循环中，第二质量的压缩气体已经从第四气压室534至少部分地或完全地排到第二气压室514中。如图6D中所示，第三气压室532流体联接到第一气压室512，以便使第一质量的压缩气体可以在第四压力下从第三气压室532排到第一气压室512。也已经完成其第一冲程的第一工作气压活塞520处于其第一位置中。在第一气压室512与气体源502之间的阀580关闭以将第一气压室与气体源502流体隔离。在第二气压室514与气体源502之间的阀582打开，从而第二气压室514流体联接到气体源502 (并且或备选地，流体联接到气体分配系统503，如上所述)，以便使第二质量的气体可以在第五压力下从第二气压室514排到气体源(和/或气体分配系统503)。
[0158]因为阀590打开，所以压缩气体储存室系统504流体联接到第四气压室534，以便使第四质量的压缩气体可以从储存室504流到第四气压室534。第四质量的压缩气体在第六压力下从压缩气体储存室系统504排到第四气压室534。随着第四质量的气体进入第四气压室534并第四气压室534中膨胀，第四质量的气体在第二工作气压活塞540上施加作用力，由此使第二工作活塞540从其第一位置(这里如在6D图中所示)沿着第三方向分别运动到其第二位置、第三位置和第四位置。
[0159]随着第二工作活塞540沿着其第三方向运动，第一质量的压缩气体在第四压力下从第三气压室532排到第一气压室512。然而，在某些实施例中，在第一体积的液体(所述第一体积的液体例如先前在压缩处理期间变暖)被排到第一气压室512之前，所述第一体积的液体被引入第三气压室532中以使第一质量的压缩气体变暖。第一体积的液体还可以被引入第三气压室532中以对第一质量的压缩气体脱水。如上所述，例如第一体积的液体可以包括液态干燥剂脱水剂，例如乙二醇或乙二醇溶液。这样，当第一体积的液体与第三气压室532内的第一质量的压缩气体相互作用时，第一体积的液体可以从第一质量的压缩气体吸收水或水蒸气，例如至少直到第一体积的液体达到饱和阈值为止或直到第一体积的液体从装置500回收为止(例如从容纳有第一质量的气体的第三气压室532或不同气压室)。第一体积的液体可以随同第一质量的压缩气体一起被转移到第一气压室512中。在某些实施例中，第一体积的液体继续对第一气压室512中的第一质量的压缩气体脱水。第一体积的液体可以构造成对第一质量的压缩气体脱水，以便使第一质量的压缩气体在每MMSCF的天然气中含有不超过相当于约4磅至7磅的水蒸气。
[0160]在第一气压室512中，第一质量的压缩气体被允许膨胀，并由此在第一工作气压活塞520上施加使第一工作活塞520沿第二方向运动到其第一位置(这里如在图6D中所示)的作用力。随着第一工作气压活塞520沿着第二方向运动,第二质量的气体在第五压力下从第二气压室514排到气体源502 (并且或备选地，排到气体分配系统503，如上所述)。在某些实施例中，第五压力基本等于气体分配系统503内的压力。在其它实施例中，第五压力基本等于气体源502外部的大气压力。随着第一工作气压活塞520沿着第二方向运动,第六体积的液体(例如包括至少一部分第一体积的液体)也可以从第一气压室512排到第一液压室552。
[0161]示出为处于其第一位置中的第一液压活塞551与第二液压活塞561—起沿着第一方向运动。随着第一工作液压活塞551沿着第一方向运动,第六体积的液体从第一气压室512被吸入第一液压室552中，并且第三体积的流体(或其至少一部分)从第二液压室554排到液体储存结构575。如上所述,进入第一液压室552的第六体积的液体的作用力可以足以在来自第三液压致动器576的有限帮助下使第一液压活塞551沿着第一方向运动。在某些实施例中，由进入第一液压室552的第六体积的液体所产生的流体力是作用在第一液压活塞551上的初级力，并且由第三液压致动器576所施加的液压力是次级力。在其它实施例中，液压力是初级力，并且流体力是次级力。
[0162]现在参照图6E，第二工作液压活塞561处于其第二位置中。阀598和阀596保持打开，以便使第三和第四液压室562、564继续分别与液体储存结构575和第三气压室532流体联接。第二工作液压活塞561继续与第一工作液压活塞551 —起沿着第一方向运动，并且每个液压活塞551、561都以上文所描述的相同方式操作。
[0163]先前在图6D中打开的、在压缩气体储存室系统504与第三气压室532之间的阀588被关闭，以防止额外量的压缩气体流入室504中，并防止第四质量的压缩气体回流到压缩气体储存室系统504中。第四质量的压缩气体继续以上文所描述的方式在第四气压室534内膨胀。
[0164]如上文所描述地，膨胀中的第四质量的压缩气体在第二工作气压活塞540上施加足以使第二工作活塞沿着第三方向运动到其第三和第四位置的作用力，从而完成膨胀模式中的第二冲程。在第四质量的压缩气体被允许在第四气压室534中膨胀之后，第四质量的压缩气体具有低于第六压力的第七压力。第二工作气压活塞540沿着第三方向的运动导致第二液压致动器574移动第三体积的液压流体。
[0165]第二工作气压活塞540沿着第三方向的运动还帮助将在第四压力下的第一质量的压缩气体从第三气压室532转移到第一气压室514。然而，在第一质量的压缩气体转移之前，第一体积的液体从第四液压室564被引入第三气压室532中以使第一质量的压缩气体变暖和/或对其脱水。第一体积的液体可以随第一质量的压缩气体从第三气压室532转移到第一气压室512。第一质量的压缩气体被允许在第一气压室512内进一步膨胀，并且在某些实施例中，第一体积的液体可以在该段时间内继续放热和传热给气体和/或继续对气体脱水。膨胀中的第一质量的气体在第一工作气压活塞520上施加作用力，以使第一工作活塞沿着第二方向运动到其第三和第四位置，从而完成膨胀模式中的第二冲程。在第一质量的压缩气体被允许在第一气压室512中膨胀之后，第一质量的压缩气体具有低于第四压力的第八压力。第一工作气压活塞520沿着第二方向的运动导致第一液压致动器572移动第四体积的液压流体。第一工作气压活塞520沿着第二方向的运动还减小第二气压室514的容积，并且帮助将在第五压力下的第二质量的压缩气体从第二气压室514转移到气体源502 (和/或转移到气体分配系统503，如上所述)。
[0166]如图6E中所不,第一工作液压活塞551处于其第二位置中。阀593和阀594保持打开，以便使第一和第二液压室552、554分别与第一气压室512和液体储存结构575流体联接。第一工作液压活塞551沿着第一方向的运动导致第六体积的液体(例如包括至少一部分第一体积的液体)从第一气压室512被吸入第一液压室552中，并且导致第三体积的液体(或其至少一部分)从第二液压室554排到液体储存结构575中。第一工作液压活塞551与第二工作液压活塞561 —起沿着第一方向运动到其第三和第四位置，从而完成膨胀模式中的第二冲程。
[0167]现在参照图6F，阀582、584、593、594、596和598继续保持打开，而同时阀590保持
被关闭以防止第四气压室634中的任何气体回流到气体储存室系统504中。第四质量的压缩气体继续在第四气压室634中膨胀，并且使第二工作气压活塞540沿着第三方向运动到其第三位置，如此处所示。同样地，第一质量的压缩气体继续从第三气压室532流到第一气压室512，在所述第一气压室512处进一步允许第一质量的压缩气体膨胀。该膨胀迫使第一气压活塞520沿着第二方向运动到其第三位置，如此处所示。第一和第二液压活塞551、561也处于其第三位置中。第一和第二液压活塞551、561沿着第一方向的运动继续以上述方式移动液体。[0168]现在参照图6G，液压活塞551、561和气压活塞520、540均处于其相应的第四位置中，其均已经完成膨胀模式中的第二冲程。在该位置中，第一体积的液体已经从第四液压室564至少部分地或完全地排入装置500中，并且第三体积的液体已经从第二液压室552至少部分地或完全地排入液体储存结构575中。
[0169]第四质量的气体已经在第四气压室534内膨胀，由此使第二工作气压活塞540沿着第三方向运动到其第四位置。在完成其第二冲程时，第二工作气压活塞540沿着第三方向运动以增大第四气压室534的容积并减小第三气压室532的容积。另外地，第二工作气压活塞540已经从其第一位置沿着第三方向运动到其第四位置(即，其膨胀模式中的第二冲程)，导致第二液压致动器574移动第三体积的液压流体。
[0170]第一质量的压缩气体和第一体积的流体已经从第三气压室532排到第一气压室512，并且在第三气压室532与第一气压室512之间的阀584关闭。第一质量的压缩气体已经在第一气压室512内膨胀，并且现在具有低于第四压力的第八压力。膨胀中的第一质量的气体使第一工作气压活塞520沿着第二方向运动到其第四位置。在完成其第二冲程时，第一工作气压活塞520沿着第二方向运动以增大第一气压室512的容积并减小第二气压室514的容积。另外地，第一工作气压活塞520已经沿着第二方向运动从其第四位置到其第一位置(即，其第二冲程)，导致第一液压致动器572移动第四体积的液压流体。第一工作气压活塞520的第二冲程可以是与第二工作气压活塞540的第二冲程并行的或基本同时的。如图6G中所示，第二质量的压缩气体已经在第五压力下从第二气压室514移动到气体源502(和/或移动到气体分配系统503，如上所述)。
[0171]每个体积的流体(例如，第一、第二、第三或第四体积的流体)通过第一和第二液压致动器572、574的移动产生出液压功率。在其中第一和第二液压活塞551、561使用液压力(如上所述)运动的实施例中，第三液压致动器576还可以移动一定体积的流体以产生液压功率。液压控制器570使用例如软件来控制液压功率的分配，所述软件被编程以控制液压控制器内的阀系统(未示出)。液压控制器570可以控制液压功率到泵/马达571的分配，所述泵/马达571构造成将液压功率转化成机械功率。泵/马达571构造成将机械功率传递到马达/发电机578。马达/发电机578构造成将机械功率转化成电功率，所述电功率继而可以被传递到电网(和/或用于为系统500的一部分供电)。膨胀模式或循环可以根据期望而继续或重复膨胀所储存的气体以用于分配和/或消费，或者将以压缩气体的形式所储存的能量转化成电能。
[0172]通常，如以上参照第三体积的液体和第四体积的液体所描述地，每个体积的液体都可以经历除水(例如，煮沸)处理，以从该体积的液体去除所吸收的水或水蒸气，从而使液体可以在膨胀(和/或压缩)处理期间再用作液态干燥剂脱水剂。虽然已经描述的是，该除水处理在该体积的液体进入液体储存结构575之前发生，但是在其它实施例中，这种除水处理可以在系统中的不同时刻进行。例如，在某些实施例中，这种除水处理可以在一定体积的液体已经转移到液体储存结构575之后和在该体积的液体再用作液态干燥剂脱水剂之前进行。在某些实施例中，例如，液体储存结构575可以包括除水系统，所述除水系统包括任何必要的导管以带走所去除的水。
[0173]虽然压缩/膨胀装置(例如，装置100、301、500)在本文已经示出和说明为包括两个气压缸(例如，分别为缸110和130、缸310和330、缸510和530)，但是在某些实施例中，压缩/膨胀装置包括多于两个的气压缸。类似地，虽然锁泵(例如，锁泵590)在本文已经示出和说明为包括两个液压缸(例如，分别为缸550和560)，但是在某些实施例中，锁泵包括多于两个的液压缸。
[0174]虽然锁泵(例如，锁泵590)已经示出和说明为包括第一液压缸(例如，第一液压缸550)和第二液压缸(例如，第二液压缸560)，但是在某些实施例中，锁泵包括不同构造的液压室。例如，在某些实施例中，锁泵可以包括单个容器，所述单个容器被分成第一液压部分和第二液压部分，所述第一和第二液压部分均被工作活塞分成两个液压室。这种系统的操作可以在许多方面与锁泵590的操作类似。
[0175]—种用于压缩和/或膨胀气体的系统可以包括本文所述系统(例如，系统100、300,500)或其部分的任何适当组合。例如，在某些实施例中，这种系统可以包括系统300(参照图3所述)和系统500 (参照图5A至5G和6A至6G所述)的任何组合。一种系统可以包括在直列式(in - line)构造中的两个或更多个气压缸和在堆叠式构造中的两个或更多个气压缸。另外地，一种系统可以在每压缩/膨胀级中包括一个、两个、三个、四个或更多个缸。液体管理系统可以包括本文所述系统(192、392、592)或其部分(例如锁泵590)的任何适当组合。在某些实施例中，液体管理系统可以包括在直列式构造中的两个或更多个液压缸和在堆叠式构造中的两个或更多个液压缸。另外地，液体管理系统可以在每压缩/膨胀级中包括一个、两个、三个、四个或更多个液压缸。液压缸的数量可以例如与压缩和/或膨胀系统中的气压缸的数量对应。液体管理系统可以与本文所述的任何压缩和/或膨胀系统(例如系统100、300、500) —起操作。
[0176]虽然液体管理系统592在本文示出和说明为包括液压致动器576，但是在其它实施例中，液体管理系统592不包括该致动器。更确切地说，上述流体压力是作用在活塞551、561上让活塞551、561运动的唯一作用力。照此，活塞551、561的定时和运动将部分地取决于气压活塞520、540。在某些这样的实施例中，第一和第二液压活塞551、561不必例如经由活塞杆或其它类似的连杆联接在一起。更确切地说，液压活塞551、561可以在其相应的缸550,560中彼此无关地运动。该实施例中的液压活塞551、561例如可以在其相应的缸550、560内用作为分隔件(或其它可运动的挡板/分离件)而不是活塞。
[0177]本文所述的装置和系统可以以较宽范围的尺寸和操作构造来实施。也就是说，系统的物理学和流体力学特征不取决于特殊的系统尺寸。例如，技术上和经济上可实现具有2MW至8MW功率范围的系统。该推定出的功率范围从限于使用目前市场上可得到的部件、制造处理、和运输处理的系统设计得到。如果该设计使用更多部分的为特定目的定制设计的部件，则更大和/或更小的系统会是优选的。此外，系统功率还取决于系统的最终用法。也就是说，系统的尺寸会受到系统是作为压缩机施用、作为膨胀机施用还是作为二者施用的影响，如会在CAES类型的申请中、天然气分配系统部件中或二氧化碳封存申请中出现的情况。
[0178]如上所述，根据实施例的用于压缩/的膨胀气体的装置和系统构造成用于电网规模的能量储存。照此，气压缸(或容器的气压部分)可以是用于实现用于电网规模储能的气体压缩和/或用于电网规模能量使用的气体膨胀的任何适当尺寸。例如，在某些实施例中，用于第一级压缩(和/或第二级或后级膨胀)的气压缸可以具有约10.3米的水平高度和约
3.5米的直径。在另一个示例中，用于第二级压缩(和/或第一级膨胀或非后级膨胀)的气压缸可以具有约10米的水平高度和约1.6米的直径。在某些实施例中，一种系统包括达到约1.6米的缸(或容器)，其在用于对缸的内表面进行精密机加工(例如，珩磨和镀铬)以在工作活塞与缸的内表面之间产生较好密封的当前技术能力内。在某些实施例中，一种系统包括大于约1.6米的缸(或容器)，其超出了对于精密机械加工的当前技术能力。因此，这种较大的缸可以包括滚动活塞密封件，例如在Ingersoll等人的2011年12月6日提交的、题名为 “Compressor and/or Expander Device with Rolling Piston Seal ” 的美国专利申请N0.13/312467中描述的滚动活塞密封件，该美国专利申请的整个内容通过参考包含于此。
[0179]另外地，根据实施例的压缩/膨胀装置可以构造成将一定体积的气体从第一压力压缩到将占据更小体积的更高的第二压力。例如，在某些实施例中，压缩/膨胀装置可以构造成在第一级压缩处接收在第一压力下的约15000公升至约20000公升的气体(即，在标准大气压下的第一级缸的吸入体积)。例如，压缩/膨胀装置可以构造成在第一级压缩处压缩约16000公升的气体。在某些实施例中，压缩机/膨胀机装置可以构造成将第一级缸的吸入体积压缩到其原始压力的6倍至10倍的压力，从而将由该质量的气体所占据的体积减小到约2000公升至2500公升(即，第二级缸的吸入体积)。在某些实施例中，压缩机/膨胀机装置可以构造成在第二级压缩处接收在高于第一压力的第二压力下的约2350公升的气体。换言之，压缩/膨胀装置的第一气压缸可以构造成接收在第一压力下的约16000升的吸入体积的气体以用于第一级压缩，并且在第一级期间将气体压缩成在第二压力下的约2350公升的气体。压缩/膨胀装置的第二气压缸可以构造成从第一气压缸接收在第二压力下的2350公升的吸入体积的气体，并且将气体压缩到高于第二压力的第三压力。照此，在该示例中，压缩机/膨胀机装置的第一级的特征在于可以被构造成实现约1:6.8的压缩比。
[0180]压缩机/膨胀机装置的第二级的压缩比可以其特征在于可用于当活塞处于下止点时容纳一定质量的气体的容积与可用于当活塞处于上止点时容纳该一定质量的气体的容积。在第二气压缸构造成接收在第二压力下的2350公升的吸入体积的气体的上述示例中，可用于当活塞处于下止点时容纳一定质量的气体的缸容积是2350。在某些实施例中，可用于当活塞处于上止点时容纳该质量的气体的缸容积约为178公升。照此，在该示例中，压缩机/膨胀机装置的第二级可以其特征在于被构造成实现约6.8:90的压缩比。压缩机/膨胀机装置的第二级可以构造成在不同的压力比下操作以通过改变活塞的冲程(即，改变下止点与上止点之间的容积比以限定第二级中的压力比)来将压缩气体排到第三级和/或压缩气体储存结构。
[0181]用于压缩和/或膨胀气体的装置和系统可以构造成在压缩模式中操作以将气体压缩超过700bar。在某些实施例中，压缩/膨胀装置构造成通过两个压缩级或三个压缩级来压缩气体。例如，该装置可以构造成在第一级压缩处实现1:10的气体压力比，在第二级压缩处实现10:250的气体压力比。在另一个示例中，该装置可以构造成在第一级压缩处实现1:6的气体压力比，在第二级压缩处实现6:90的气体压力比，并且可选地，在第三压缩级处实现90:250的气体压力比。在又一个示例中，装置可以构造成将气体压缩成使得在第二级压缩后的气体压力是第一级压缩后的气体压力的15倍，从而实现1:15的压力比。
[0182]用于压缩和/或膨胀气体的装置和系统可以构造成在膨胀模式中操作以膨胀气体，以便使来自压缩气体储存室的压缩气体与膨胀气体具有250:1的压力比。在某些实施例中，压缩/膨胀装置构造成通过两个膨胀级或三个膨胀级膨胀气体。例如，装置可以构造成在第一级膨胀处实现250:10的气体膨胀比，并且在第二级膨胀处实现10:1的气体膨胀t匕。在另一个示例中，装置可以构造成在第一级膨胀处实现90:9的气体压力比，并且在第二级压缩处实现9:1的气体压力比。在又一个示例中，装置可以构造成在第一级压缩处实现250:90的气体压力比，在第二级压缩处实现90:6或90:9的气体压力比，并且可选地，在第三级压缩处实现6:1或9:1的气体压力比。
[0183]用于压缩和/或膨胀气体(诸如天然气)和/或用于加压和/或泵送液体(诸如水或乙二醇)的装置和系统可以在例如压缩或膨胀循环期间放热和/或吸热。在某些实施例中，一个或更多个气压缸可以包括储热器，用于随着气体压缩/膨胀而传热给气体和/或从气体传热，例如，如在以上通过参考包含于此的Ingersoll II申请中说明的一样。例如,传热元件可以位于压缩机/膨胀机装置的气压缸内部以增大气压缸内与气体直接或间接接触的表面积总量，从而可以提高传热。在某些实施例中，传热元件可以是蓄热器，所述蓄热器吸收和保持由压缩中的气体所释放的热，然后在之后的时间将热释放给气体或液体。在某些实施例中，传热元件可以是这样的传热装置，即，所述传热装置从压缩中的气体吸热，然后帮助将热传到气压缸外部。
[0184]在另一个示例中，可以在气压缸内通过液体(例如水或乙二醇)从压缩和/或膨胀的气体传热和/或将热传给该气体。在压缩和/或膨胀处理期间，气体/液体或气体/热元件交界面会在气压缸中运动和/或改变形状。该运动和/或形状改变可以为压缩机/膨胀机装置提供传热表面，该传热表面可以适应其中发生压缩和/或膨胀的气压缸的内部区域的形状改变。在某些实施例中，液体可以允许将压缩之后留在气压缸中的该体积的气体被几乎排净或完全排净(即，零间隙容积)。
[0185]液体(例如水或乙二醇)与气体(例如天然气)相比可以具有相对高的热容，从而从气体传给液体的热能总量避免显著地提高气体温度，而仅引发适度的液体温度升高。这允许系统从显著的温度变化缓冲。也就是说，这种关系产生一种抵抗显著温度变化的系统。在气体和液体之间或在容器的部件自身之间传递的热可以通过一个或更多个过程从气压缸运动或运动到气压缸。在某些实施例中，热可以利用压缩液体自身的质量传递而运动进或出气压缸。在其它实施例中，可以利用将热传递进或出压缩液体的热交换方法将热运动进或出气压缸，而不用从气压缸去除`压缩液体。这样的热交换器可以与压缩液体、气压缸的部件、传热元件或它们的任何组合热接触。此外，热交换器还可以使用质量传递以使热运动进或出气压缸。可以用于实现该传热的一种类型的热交换器是如在以上通过参考包含于此的压缩机和/或膨胀机装置申请和^ 107申请中说明的热管。因而，气压缸内的液体可以用于从压缩的气体传热(或传热给膨胀的气体)，并且还可以与热交换器组合地用于将热传递至外部环境(或从外部环境传热)。该系统中可以包含有用于在压缩期间将热传出装置和/或在膨胀期间将热传入装置的任何适当机构。
[0186]在某些实施例中，压缩/膨胀装置的一个或更多个液压致动器可以在单个压缩或膨胀级内或在致动器的循环或冲程期间合并入“档位变化”或“档位变换”部件以优化液压致动的能量效率，如以下参照图14A至图14D和图15A至图15C以及在以上均通过参考包含于此的Ingersoll I申请、'675申请和'862申请中更加详细地说明的一样。
[0187]参照图14A至图14D和图15A至图15C，示出液压驱动系统或致动器的实施例，所述液压驱动系统或致动器可以用于选择性地调节液压流体压力与在限定出工作室的工作活塞上的流体压力的比率。例如，致动器可以用于致动在压缩和/或膨胀装置内的工作活塞以压缩或膨胀气体(例如空气或天然气)。压缩和/或膨胀装置可以包括储器或外壳，所述储器或外壳可以容纳气体、液体和/或气体和液体二者。致动器可以包括如本文所述的一个或更多个状态或档位，以控制工作活塞的运动和维持工作室中的流体压力与致动器中的液压流体压力之间的期望关系。
[0188]在图14A中所示的实施例中，液压致动器装置包括两个液压缸，每个液压缸具有不同直径且不同尺寸(例如直径)的液压活塞，所述液压活塞可以在不同的液压压力下致动工作活塞(或其它从动构件)，或被其致动。因为液压活塞的尺寸不同，由于可用于在工作活塞的任一侧上加压液压活塞的操作表面积的各种组合，档位和档位变换的数量可以增加(与包括两个直径相同的液压活塞的致动器相比)。通过具有更多的档位和档位变换，液压致动器可以在更高程度的压力选择性下操作，并且由此对于工作室中的给定流体压力范围而言能够在更有效的液压压力范围内操作泵/马达，或液压致动器可以在更宽的工作室压力范围下在相同的液压压力范围内操作，和/或更密切地控制期望的输出(或输入)压力、在水泵和/或压缩和/或膨胀装置或系统的不同操作级处的期望流量和作用力方向。
[0189]图14A示意性地示出液压致动器装置的致动器912的一部分的各个部件，或者可操作地联接到液压致动器装置的致动器912的一部分的各个部件。如图14A中所示，致动器912包括液压缸948和液压缸950。液压缸948包括外壳984和液压活塞978 (在此也称为“第一液压活塞”)，所述液压活塞978可运动地布置在由外壳984所限定的内部区域内。液压缸950包括外壳985和液压活塞980 (在此也称为“第二液压活塞”)，所述液压活塞980可运动地布置在外壳985的内部区域内。各个液压活塞978、980具有第一侧和第二侧。
[0190]液压致动器装置操作地联接到液压泵，所述液压泵能够操作以在包括预定的下压力和大于该下压力的预定上压力的至少液压压力范围上输送液压流体，以能够将加压的液压流体从液压泵选择输送给液压活塞978、980中的每个液压活塞的第一侧和/或第二侧，并产生在与第一组合对应的第一作用力范围内的输出力，且产生在大于第一作用力范围的、与第二组合对应的第二作用力范围内的输出力。液压致动器装置能够与液压泵一起操作，以顺序地产生出在工作活塞974上的将第一质量的气体压缩到第一压力范围的第一作用力范围和在工作活塞上的将第二质量的气体压缩到第二压力范围的第二作用力范围，所述第一压力范围可以是气体从工作室(例如WCl或WC2)排到储存系统(图14A中未示出；例如储存系统304)的第一储存室(图14A中未示出)以将液体从第一储存室移动到第二储存室的压力范围。
[0191]液压活塞978将液压缸948的外壳984的内部区域分成两个部分:在液压活塞978上方的液压流体室Cl和在液压活塞978下方的液压流体室C2。类似地，液压活塞990将液压缸950的外壳985的内部区域分成两个部分:在液压活塞980上方的液压流体室C3和在液压活塞980下方的液压流体室C4。液压流体室Cl和C2可以分别称为液压缸948的盲侧和杆侧，并且流体室C3和C4可以分别称为液压缸950的杆侧和盲侧。
[0192]液压活塞978具有在液压活塞978与流体室Cl (盲侧)相关联的那一侧上的操作表面积Al和在与该液压活塞与流体室C2 (杆侧)相关联的那一侧上的操作表面积A2。液压活塞980具有在液压活塞980与流体室C3 (杆侧)相关联的那一侧上的操作表面积A3和在该液压活塞与流体室C4 (盲侧)相关联的那一侧上的操作表面积A4。[0193]因而，因为尺寸不同的液压活塞和/或尺寸不同的驱动杆Rl和R2，所以液压活塞978的操作表面积Al和A2与液压活塞980的操作表面积A3和A4不同。例如，液压活塞978的杆侧操作表面积A2可以小于液压活塞980的杆侧操作表面积A3。应理解的是，可以让R2大于Rl以至使A2等于A3或使A2大于A3的程度。在其中液压活塞978的直径小于液压活塞980的直径的示例中，液压活塞978的盲侧操作表面积Al小于液压活塞980的盲侧操作表面积A4。
[0194]液压活塞978经由驱动杆Rl联接到从动构件(在该实施例中为工作活塞)974，而液压活塞980经由驱动杆R2联接到工作活塞974。工作活塞974可运动地布置在外壳982内，所述外壳982具有的内部区域被工作活塞974分成两个工作室WCl和WC2，每个工作室WCl和WC2都构造成容纳流体(例如水和/或空气)。驱动杆Rl和R2可滑动地延伸通过外壳982中的相应开口，每个所述开口都可以包括密封件，以便使驱动杆Rl和R2可以在开口内运动以致动工作活塞974，但是流体不能分别在工作室WCl、WC2与液压流体室C2、C3之间经过。在该实施例中，驱动杆Rl的直径小于驱动杆R2的直径，并且液压活塞978的直径小于液压活塞980的直径。
[0195]致动器912可以在致动器912的循环期间的任何给定时间段上通过在致动器912的循环或冲程期间改变有效的活塞比(例如，液压活塞的净操作表面积与例如工作活塞的从动构件的表面积之比)而在多个不同的档位或状态中的一个档位或状态中操作。对于给定的液压流体压力而言，外壳982内的工作流体压力可以通过改变液压活塞的净操作液压加压面积而变化，为了方便期间，可能的面积差异可以称为“档位”。当系统改变液压致动器中的液压流体压力与由液压致动器所致动的工作室中的液体压力之比(即，工作活塞的加压表面积与致动工作活塞的一个或更多个液压活塞的一个或更多个净操作加压表面积之t匕)时，这称为“档位变换”或“档位变化”。可以在系统的特定操作顺序中合并入档位变化(活塞面积比的变化)的各种不同的组合或顺序。
[0196]相反地，对于给定的工作流体压力而言，液压流体压力可以例如在膨胀循环中改变。档位的数量和顺序可以根据期望改变，从而实现在储器内的工作流体压力(该压力与工作室中的流体压力基本相同)与从液压泵/马达供给(或供给到液压泵/马达)的液压流体压力之间的期望关系。因而，工作活塞的致动(无论是驱动气体压缩还是通过气体膨胀被驱动)对于液压致动器912的给定冲程而言可以通过配置出最优档位顺序来精细调节。如上所述，用于给定致动器的档位数量可以基于液压缸的数量、活塞的尺寸、驱动杆的尺寸和工作活塞的尺寸。在该实施例中，因为活塞978和980具有不同的直径，并且驱动杆Rl和R2具有不同的直径，所以致动器的16种可能状态(四个室中的每个都可以被加压或不被加压)可以为致动器912限定出15个可能档位(由于没有室被加压的状态不产生任何净液压活塞面积)。在其它实施例中，驱动杆Rl和R2具有相同的直径，因此可能的档位数量是14，这是因为当全部室被加压时，所得到的净操作表面积将等于零，如以下更加详细地说明。
[0197]图14B和图14C均示出其中致动器912可以操作的不同可能档位。这些档位为了便于参照而识别为Dl至D7和Ul至U7，但是该编号方案不必指示状态按照净表面积的次序。在图14B示出的致动器912的档位中，工作活塞974可以被致动器912向上驱动(或者工作活塞的向上运动可以驱动致动器)，在图14C示出的致动器912的档位中，工作活塞974可以被致动器912向下驱动(或者工作活塞的向下运动可以驱动致动器)。如图14B和图14C中所示，对于致动器912的给定档位(例如，Dl至D7、Ul至U7)而言，如果流体室(例如Cl、C2、C3、C4)是活动的，即与液压泵/马达的高压侧流体连通(接收由用作泵的液压泵/马达所提供的加压液压流体并被该加压液压流体驱动，或将加压液压流体提供给用作马达的液压泵/马达并驱动该液压泵/马达)，则该流体室档位用非阴影示出，并且如果流体室是不活动的，即，与液压泵/马达的高压侧流体隔离，则该流体室用阴影示出(用交叉影线画出阴影)。
[0198]图14D是包括与图14B和图14C中的致动器912的各个档位(例如，Dl至D7和Ul至U7)对应的信息的表格。该表格还示出档位U8 (图14B和图14C中未示出)，在所述档位U8中室Cl至室C4全部被加压(以下更加详细地说明)。图14D的表格还示出了针对每个档位(Dl至D7，Ul至U8)而言的致动器912的、活动(与液压泵/马达的高压侧流体连通)的、相关联的室(Cl至C4)。具体地，如在表格中所示，对于特定的档位而言，P表示室(例如，Cl，C2，C3，C4)被加压(活动的)，并且N表示室不被加压(不活动的)。以DIR标记出的那一列指示出活动的液压流体室(例如，Cl至C4)所将施加的作用力方向。例如，如果仅室Cl是活动的(与液压泵/马达的高压侧流体连通)，那么在从动构件(例如，工作活塞947)生成的作用力将沿着向下的方向，而如果仅室C2是活动的，则所生成的作用力将沿着向上的方向。应理解，“加压”意味着处于相比被称为“不加压”的第二压力而言相对高的第一压力下。
[0199]对于特定的档位，致动器912的净操作表面积Anet等于与对于该档位是活动的室(Cl至C4)相关联的表面积(例如，A1、A2、A3、A4)的总和。为了说明的目的，在该示例中所使用的符号法则是指，施加在表面积Al和A3上的作用力处于正(+ )方向，而施加在表面积A2和A4上的作用力处于负(-)方向。因而，在该示例中，考虑到从动构件是在压缩模式中操作的工作活塞974，如果净操作表面积Anrt是负的，则致动器912将导致工作活塞974沿着向上的方向运动(例如，档位Ul至U8)，如果净操作表面积是正的，则致动器912将导致工作活塞974沿着向下的方向运动。相反地，如果从动构件是在膨胀模式中操作的工作活塞974，则当膨胀气体沿着向上的方向驱动工作活塞974时，档位Ul至U8将操作，使得与这些档位相关联的活动的液压室加压在这些室中的液压流体，并且将该流体供给到液压泵/马达并在马达模式中驱动液压泵/马达。
[0200]通过将选定的致动器912液压流体室(例如，Cl、C2、C3和/或C4)设置成与在工作液压压力下的液压流体(所述液压流体例如由作为泵操作的液压泵/马达所供给，或由液压流体室供给到操作为马达的液压泵/马达)流体连通并通过将其它室与工作液压压力流体隔离，可以激活不同的档位。例如，一个或更多个阀可以联接到室Cl至C4中的每一个室，所述阀可以选择性地打开(例如，通过液压控制器，如上所述和如以下参照图15A中所示致动器1012所描述)以与液压泵/马达的高压侧建立起流体连通并允许液压流体被泵送到室中。相反地，一个或更多个阀可以被控制，以将室与液压泵/马达的高压侧隔离，并建立与液压流体的低压储器的流体连通，从而例如允许液压流体随着相关联的活塞运动以减小室的容积而从室驱出或排出。一个或更多个档位可以在致动器912的单个循环或冲程期间被致动以实现外壳982内的流体的期望输出压力。另外，档位的次序可以改变。因而，虽然档位在附图中被标记为Dl至D7和Ul至U8，但是致动器912可以通过在各种不同的组合和次序中的一个或更多个档位循环。例如，在一个循环中，致动器912可以构造成通过档位D7、D6、D2和D5循环以在循环期间逐渐增大外壳982内的工作流体压力。
[0201]在一个示例中，如在图14D的表格中所示并参照图14C，为了致动档位D7，工作压力下的液压流体选被择性地连通到液压缸948的室Cl和室C2，并且将分别沿着向下和向上的方向施加液压压力在表面积Al和A2上。因为表面积Al大于表面积A2,所以净操作表面积Anet (Al - A2)将是正的，并且所生成的液压力将使液压活塞978向下运动，并将进而使工作活塞974向下运动。在另一个示例中，为了致动档位U2，工作压力下的液压流体选择性地连通到室C2和C4，如图14B中所示，所述液压流体将沿着向上的方向施加液压压力在表面积A2和A4上，生成负的净操作表面积Anrt (Anrt=-A2+-A4)。因而，液压力将使液压活塞978向上运动，并将进而使工作活塞974向上运动。
[0202]参照图14D的表格中的档位U8 (但是在图14B和14C中未示出)，如果工作压力下的液压流体选择性地连通到所有室(Cl至C4)，则液压压力将沿着向下的方向(即正方向)施加在表面积Al和A3上,并且沿着向上的方向(即负方向)施加在表面积A2和A4上,从而所生成的净操作表面积将是Anet=Al — A2+A3 — A4。因为在该不例性的实施例中驱动杆Rl的直径和驱动杆R2的直径是不同的，所以所得到的净操作面积Anrt将不等于零；更确切地说，具有等于两个杆的横截面积差的净操作表面积Anet。如果驱动杆Rl的直径和驱动杆R2的直径相等，则所得到的净操作表面积将为零，从而在工作活塞上的作用力将为零。
[0203]图14D的表格的底部一行不出了在液压活塞978的盲侧和杆侧表面积分别与液压活塞980的盲侧和杆侧表面积相等(即，活塞978的直径=活塞980的直径，A4=A1, A2=A3和R1=R2)时与致动器912相关联的可能档位。如在表格中所示并例如参照图14C中的档位Dl，在该实施例中，如果在工作压力下的液压流体选择性地连通到流体室Cl、C3和C4，由于在该示例中活塞978和980相等，则施加在表面积Al和A4上的液压压力将相互抵消，并且所生成的净操作表面积Anet将等于表面积A3。这将导致液压活塞980向下运动，并将进而使水泵活塞974向下运动。在另一个示例中，如在图14C中的档位D3中所示，如果在工作压力下的液压流体选择性地连通到流体室C2和C3，由于在该示例中表面积Al等于表面积A3，则在水泵活塞上生成的作用力将为零。如在表格中所示，在该示例(例如，活塞978=活塞980，并且杆2=杆3)中，档位D6与档位D3相同，并且档位D2与档位D5相同。因而，可用于这种实施例的不同档位的总数等于8 ;4个档位沿着向上的方向，而4个档位沿着向下的方向。
[0204]图15A示出可以与本文所述的装置和系统一起使用的致动器的另一个实施例。该实施例示出的致动器可以包括多个液压缸，所述多个液压缸操作地联接在工作活塞的一个端部上并且构造成致动该工作活塞。图15A示出两个具有不同尺寸的液压缸，每个液压缸都具有不同直径的液压活塞。然而，应当理解，可以使用多于两个的液压缸，并且/或者一个或更多个液压缸也可以操作地联接到工作活塞的相对端部。
[0205]具体地，图15A示意性地示出致动器1012的一部分的各个部件。如图15A中所示，致动器1012包括:液压缸1048，该液压缸包括限定出内部区域的外壳1084和可运动地布置在外壳1084的内部区域内的液压活塞1078 ;和液压缸1050，该液压缸包括外壳1088和可运动地布置在外壳1088的内部区域内的液压活塞1080。驱动杆Rl联接到液压缸1050的液压活塞1080以及液压缸1048的液压活塞1078，并且驱动杆R2联接到液压缸1050的液压活塞1080，并可以与布置在被构造成容纳一定体积的流体外壳1082内的工作活塞(未示出)连接，如以上对于先前的实施例所述。在该示例性实施例中，液压活塞1078的直径小于液压活塞1080的直径，并且液压驱动杆Rl的直径大于液压驱动杆R2的直径。然而，应当理解，液压活塞1078可以备选地具有大于或等于液压活塞1080的尺寸。类似地，液压驱动杆Rl和R2可以备选地具有相同的尺寸，或者液压驱动杆R2的尺寸可以大于液压驱动杆Rl的尺寸。
[0206]液压缸1048的外壳1084在其内部区域内限定出在液压活塞1078上方的流体室Cl和在液压活塞1078下方的流体室C2。类似地，液压缸1050的外壳1088在其内部区域内限定出在液压活塞1080上方的流体室C3和在液压活塞1080下方的流体室C4。在该实施例中，流体室Cl和C2可以分别称为液压缸1048的盲侧和杆侧，并且流体室C3和C4可以分别称为液压缸1050的第一杆侧和第二杆侧。
[0207]液压缸1048经由导管1095联接到液压泵/马达1014 (或其它适当的加压液压流体源)，并且液压缸1050经由导管1096联接到液压泵/马达1014。液压泵/马达1014联接到系统控制器1016，所述系统控制器1016可以用于操作和控制液压泵/马达1014，如以上对于先前的实施例所述。阀1098联接在液压缸1048和1050的各个室与液压泵/马达1014之间，所述阀可以例如在系统控制器1016的控制下选择性地打开和关闭，以将液压泵/马达1014的高压侧分别与各个室流体联接或流体隔离，从而系统或液压控制器1016可以以如以上对于先前的实施例所述方式类似的方式选择性地致动(将加压液压流体供给至Ij)液压缸1048和/或1050的一个或两个室。
[0208]液压活塞1078具有在与流体室Cl相关联一侧(例如盲侧)上的操作表面积Al和在与流体室C2相关联一侧(例如杆侧)上的操作表面积A2。液压活塞1080具有在液压活塞1080的与流体室C3相关联一侧(例如第一杆侧)上的操作表面积A3和与流体室C4相关联一侧(例如第二杆侧)上的操作表面积A4。
[0209]在该示例性实施例中，并且如图15A中所示，液压活塞1078的操作表面积Al和A2与液压活塞1080的操作表面积A3和 A4不同。例如，液压活塞1078的操作表面积A2小于液压活塞1080的操作表面积A3和A4。液压活塞1080的操作表面积A4大于液压活塞1080的操作表面积A3，并且二者都大于液压活塞1078的操作表面积Al和A2。
[0210]图15B和图15C各自示出其中致动器1012可以操作的不同可能状态或档位(指示为Dl至D7、Ul至U7)。图15B示出其中致动器1012可以使与驱动杆R2联接的工作活塞在外壳1082内向上运动的致动器1012的档位，并且图15C示出其中致动器1012可以使工作活塞在外壳1082内向下运动的致动器1012的档位。与先前的实施例一样，对于图15B和图15C中所示的特定档位(例如，01至07、仍至价)而言，如果流体室(例如，(:1、02、〇3、C4)用液压流体加压，则流体室将用非阴影示出，并且如果流体室没有用液压流体加压，则流体室用阴影示出。
[0211]通过将在工作液压压力下的液压流体源(例如经由上述液压泵/马达1014)选择性地流体联接到致动器1012的一个或更多个流体室(例如，Cl、C2、C3和/或C4)，可以激活不同的档位，如以上对于先前的实施例所述。例如，阀1098中被选定的一个或更多个阀可以选择性地打开以将液压流体泵送到一个或更多个室中和/或将液压流体从一个或更多个室排出(例如在冲程结束时)。在致动器1012的给定循环期间，一个或更多个档位可以被致动以实现外壳1082内的流体的期望输出压力。档位的次序可以改变。由此，虽然档位在图15B和图15C中被标记为Dl至D7和Ul至U7，但是致动器1012可以通过在各种不同组合和次序内的一个或更多个档位循环，如以上对于先前的实施例所述。
[0212]特定档位的净操作表面积Anrt等于与对于给定档位而言被加压的室(例如，Cl至C4)相关联的表面积(例如A1、A2、A3、A4)的总和。如上所述，在该示例性实施例中，一个或更多个液压缸还可以可选地联接到工作活塞的相对端部。在这样的实施例中，特定档位的净操作表面积Anrt还将包括与以和上文对于致动器912所述方式类似的方式在工作活塞的相对端部上操作的一个或更多个液压缸的加压室相关联的表面积。
[0213]在其它实施例中，致动器可以构造成基于例如液压缸的数量、其中可运动地布置有液压活塞的液压缸的外壳尺寸(例如，直径)、布置在液压缸外壳内的液压活塞尺寸(例如，直径)、联接到液压活塞的驱动杆数量和尺寸和/或要被致动的工作活塞尺寸而具有不同数量的、可能的不同档位和档位变化。在以上通过参考包含于此的Ingersoll I申请中说明了致动器的其它实施例。
[0214]因而，液压压力时间曲线可以根据需要改变以实现特定的输出空气压力。液压泵系统的效率范围可以确定对于期望的空气压力范围(输入或开始压力与输出或结束压力之间的差)会需要的档位和变速变换数量。例如，对于给定的空气压力范围，如果液压泵的效率范围较窄，则会需要更多的档位。档位的大小和数量还可以取决于系统的特定的操作速度(例如，RPM) ο
[0215]压缩机/膨胀机系统可以被构造成与任何适当的压缩气体储存室一起使用，该压缩气体储存室例如包括地下储存结构(例如，如上所述的压力补偿盐穴)。在以上通过参考包含于此的，904申请中说明了适当的储存结构示例。压缩机/膨胀机系统还可以与其它类型的储存结构一起使用，所述储存结构包括但不限于罐、水下储存容器、管道(地下和/或地上)、其它的地上储存容器等。在某些实施例中，例如压缩机/膨胀机系统可以与在许多方面与储存系统304类似的储存系统和额外类型的储存器(例如一个或更多个管道)一起使用。第三类型的储存结构(未示出)可以例如包括第三储存室，所述第三储存室能够流体联接到第一储存室(例如，第一储存室416)，并被构造成容纳一定量的气体。
[0216]例如，虽然系统在本文已经被不出和描述为包括与某一类型气体储存室系统一起使用的压缩机/膨胀机装置，但是在其它实施例中，系统可以包括不同构造的气体储存系统。以下讨论将把包括带液体压力补偿机构的第一储存室/第二储存室结构的压缩气体储存/压缩气体储能系统的操作与没有包括这些结构的系统相比较。首先描述使用没有液体的单个储穴实施例。然后，说明了具有液体压力补偿第一储存室/第二储存室结构的系统的两个不同实施例。在每种情况下，假定为了维持压缩气体储存结构(例如盐穴)的完整性和/或为了满足规定要求，必须在储存结构中始终维持有具有最小预定压力的气体和/或液体。如将从以下讨论明显看出地，液体压力补偿技术允许施用更少量的压缩气体来维持对于给定储穴尺寸所需的最小压力。这允许更多的压缩气体能量被储存在给定容积的储穴中和/或从储穴回收更大比例的被储存压缩气体(例如，诸如天然气的商品气体)。
[0217]图7示出不包括液体压力补偿技术或低储存/高储存结构的压缩气体储存/压缩气体储能系统600。系统600包括马达和/或发电机装置671 (“马达”671)、压缩机/膨胀机装置和/或膨胀机装置601 (“压缩机/膨胀机装置/膨胀机装置”)、储存室(在此也称为储穴)606和气体路径612。系统600或其部分可以在许多方面与本文参照其它实施例所述的系统类似和/或与所述系统的类似部分类似。系统600例如可以用于在储穴606中以压缩气体(例如天然气)的形式储存能量。马达671可以操作地联接到电源(图7中未示出)，并且当发电量超出需求时和/或当天然气供给量超出需求时，能量可以从电源被引导给马达671，以便操作压缩机/膨胀机装置601来储存多余的能量和/或储存压缩气体形式的多余天然气。当需求超过发电量和/或需求超过天然气供给量时，压缩气体可以随后通过压缩机/膨胀机装置601膨胀而驱动马达671，由此将天然气返回到管道系统以用于分配并发电来补充电源。
[0218]压缩机/膨胀机装置/膨胀机装置601与诸如天然气源的气体源(图7中未示出)流体连通，并且经由气体路径612流体联接到储穴606，气体可以在压缩之后转移到所述储穴606。阀可以用于打开和关闭在压缩机/膨胀机装置601与气体源之间的流体连通以及在压缩机/膨胀机装置601与储穴606之间的流体连通。随着压缩机/膨胀机装置601将压缩气体输送到储穴606，储穴606内的压力增大，直到压力达到预定水平和/或基本等于正从压缩机/膨胀机装置601输送的压缩气体压力为止。
[0219]图8A至图8E是示出了图7所示系统600的流体动力学和储能能力的示例性图表。图8A至图SE中所示的数值是示例性的并且仅用于比较的目的，本文所述的系统和方法不限于这些附图中所公开的数据。图8A示出在时间段Tl期间从压缩机/膨胀机装置601流到储穴606的压缩气体流动和在时间段T2期间从储穴606流到压缩机/膨胀机装置601的压缩气体流动。如在该示例中所示，在整个Tl和T2上,气体进出储穴606的流速保持相对恒定。图8B示出了在时间段Tl期间随着压缩气体从压缩机/膨胀机装置601转移到储穴606而在储穴606内的气体质量，和在时间段T2期间从储穴606流至压缩机/膨胀机装置601的压缩气体流动。
[0220]随着压缩气体从压缩机/膨胀机装置601转移到储穴606，储穴606内的气体压力如图8C中所示地在时间段Tl内增大，并且在时间段T2内随着从储穴606回收压缩气体而减小。储穴606中的气体压力一直增大到储穴606中的压力达到预定水平(例如盐穴的最大操作压力)为止，并且可以一直减小到储穴606中的压力达到预定水平(例如盐穴的最小操作压力)为止。
[0221]在所示的示例中，储穴606的容积是42132m3，并且低储穴的顶部是在地平面以下745m，而盐穴的底部是在地平面以下849.8m。
[0222]如通过比较图8B和图8C可以看到地，压力储穴606中的气体压力在压缩循环开始时和在膨胀循环结束时(例如在Tl开始时和在T2结束时)最小，并且这与储穴606中气体质量的最低点对应。在该示例中，在31IK温度下在具有42132m3容积的储穴606中，9300的低压与4400000kg的气体质量对应。
[0223]图8D示出在时间段Tl内系统600用以压缩气体和将压缩气体转移到储穴606的用电率以及在时间段T2内系统600通过膨胀先前所储存的压缩气体而产生的发电率。类似地，图8E示出在时间段Tl内由系统600所储存的能量以及在时间段T2内从储穴所释放
的能量。
[0224]图9示出根据另一个实施例的压缩气体储存/压缩气体储能系统700，其采用具有低储存/高储存结构的液体压力补偿技术。系统700包括马达和/或发电机装置771(“马达”771)，压缩机/膨胀机装置和/或膨胀机装置701 (“压缩机/膨胀机装置”701)、低储存结构706、高储存结构708、气体路径712和液体路径714。系统700例如可以用于在低储存结构706和高储存结构708中的一者或二者中储存商品气体(例如天然气)和/或储存具有压缩气体(例如天然气)形式的能量和/或泵送液体(例如水或盐水)。在某些实施例中，系统700可以包括泵和/或发电机(图9中未示出)，所述泵和/或发电机布置在低储存结构706与高储存结构708之间的液体路径714中。
[0225]马达771可以操作地联接到电源(图9中未示出)。在某些实施例中，例如当天然气供给量和/或发电量超出需求时，能量可以从电源被引导给马达771，以操作压缩机/膨胀机装置701来储存多余的气体和/或以压缩气体形式储存的能量。当需求超过天然气供给量和/或发电量时，压缩气体可以随后通过压缩机/膨胀机装置701膨胀以驱动马达771，由此发电以补充电源，并且由此将膨胀气体返回到气体源或其它分配系统(例如管道)。
[0226]压缩机/膨胀机装置701可以流体连通至气体源，诸如例如天然气源(其例如处于管道压力下或被另一个压缩系统预加压)，并且还可以经由气体路径712流体联接到低储存结构706，气体可以在被压缩之后转移到所述低储存结构706。阀可以用于打开和关闭在压缩机/膨胀机装置701与气体源之间的流体连通以及在压缩机/膨胀机装置701与低储存结构706之间的流体连通。在某些实施例中，压缩机/膨胀机装置701还可以构造成作为膨胀装置操作来发电。例如，压缩气体可以从低储存结构706转移到压缩机/膨胀机装置701，并且从相对高的压力逐步降低到相对低的压力。从该压降所释放的能量可以例如用于发电。
[0227]低储存结构706可以构造成容纳压缩气体，诸如例如压缩的天然气。低储存结构706例如可以是地下盐穴。随着压缩机/膨胀机装置701将压缩气体输送到低储存结构706，低储存结构706内的压力一直增大到压力达到预定水平和/或基本等于正从压缩机/膨胀机装置701输送的压缩气体压力为止。
[0228]在某些实施例中，低储存结构706可以构造成在第一水平高度处容纳压缩气体和液体二者，所述液体例如是水或盐水。随着压缩机/膨胀机装置701将压缩气体输送到低储存结构706，低储存结构706内的压力一直增大到压力达到预定水平和/或基本等于正从压缩机/膨胀机装置701输送的压缩气体压力为止。在低储存结构706内的压力达到预定水平和/或基本等于正从压缩机/膨胀机装置701输送的压缩气体的压力之后，液体可以从低储存结构706运动(或通过压缩气体“移动”)出来到另一流体储存部位，诸如例如经由液体路径714运动到高储存结构708。
[0229]高储存结构708可以经由液体路径714而与低储存结构706流体连通，并被构造成在高于第一水平高度的第二水平高度下容纳液体。在某些实施例中，高储存结构708例如可以是在地平面处或附近的、直接敞开到大气的盐水池。储存在高储存结构708中的液体压头在容纳在低储存结构706中的气体(和液体)上产生压力。
[0230]图1OA至图1OC示出压缩气体储能系统700在不同时间段上的操作，并且图1lA至图1lG是图1OA至图1OC中所示系统700的性能的代表性图表。图中IOA至图1OC中所示的系统700在结构上和功能上与图9中所示的系统700相同或类似，并且因此，没有详细地说明该实施例。
[0231]如上所述，系统700可以在低储存结构706与高储存结构708处于恒定流体连通的情况下操作。这样，低储存结构706内的气体压力与由容纳在高储存结构708中的盐水所产生的压头基本相同。在该实施例中，当低储存结构706中的盐水体积小于预定水平时和/或当容纳在高储存结构708中的盐水体积大于预定水平时，压缩气体不能转移到低储存结构706。
[0232]图1OA示出在储存循环之前的系统700，并且图1OB示出在时间段Tl之后在储存循环结束时(或在膨胀循环之前)的系统700。随着压缩机/膨胀机装置701将压缩气体输送到低储存结构706，容纳在低储存结构706中的一部分液体从低储存结构706移动到高储存结构708，使低储存结构706中的液位从第一水平716 (图10A)运动到第二水平718(图10B)。类似地，移动到高储穴中的液体将高储存结构708中的液位从第一水平722 (图10A)升高到第二水平724 (图10B)。图1OC示出在时间段T2之后在已释放来自图1OB的所储存能量(即压缩气体)之后的系统700。随着压缩气体从低储存结构706输送到压缩机/膨胀机装置701，容纳在高储存结构708中的一部分液体返回到低储存结构706，使低储存结构706中的液位从第二水平718 (图10B)运动回到第一水平716 (图10C)。类似地，从高储存结构708输送到低储存结构706的液体将高储存结构708中的液位从第二水平724(图10B)降低回到第一水平722 (图10C)。如以上参照图4A至图4B所述地，在某些实施例中，高储存结构708的横截面积可以基本大于低储存结构706的横截面积，以便使第一液位722和第二液位724之间的差基本小于第一液位716和第二液位718之间的差。
[0233]图1lA至图1lG是来自系统700的操作模拟的示例性图表，其示出该系统的流体动力学和储能能力。图1lA至图1lG中所示的数值是示例性的并且仅用于比较的目的，并且本文所述的系统和方法不限于这些附图中所公开的数据。此外，虽然图表实例基本上示出操作的两个全循环，但是本文所述的系统和方法不限于全循环，例如，本文所述的系统和方法可以仅在一循环的一部分上操作和/或在多于或少于两个的全循环和/或其部分上操作。在所示示例中，低储存结构的容积(在盐水的最小液位之上)是42132m3，低储穴的顶部是在地平面以下745m，而盐穴的底部(最小盐水液位)是在地平面以下849.8m。系统中的液体达到盐水饱和，其具有1230kg/m3的密度P。高储存结构呈现为浅(Im至5m)且极大的盐水池，以便使盐水表面的液位不随着盐水在高储存结构和低储存结构之间运动而改变，而是固定在地平面处。
[0234]图11示出在时间段Tl内从压缩机/膨胀机装置701流到低储存结构706的压缩气体流动和在时间段T2内从低储存结构706流到压缩机/膨胀机装置701的压缩气体流动。如图所示，在整个Tl和T2上，气体进出低储存结构706的流量保持相对恒定。然而，在整个时间段上，流速可以依据任何数量的参数而改变，所述参数例如包括可从天然气管道得到的多余气体、可从电源得到的多余能量、天然气需求、来自电网的电力需求、压缩机/膨胀机装置701的效率或总体系统700的效率。图1lB示出在时间段Tl内随着压缩气体从压缩机/膨胀机装置701转移到低储存结构706时在低储存结构706内的气体质量，和在时间段T2内从低储存结构706流到压缩机/膨胀机装置701的压缩气体流动。如图所示，低储存结构706中的气体质量在时间段Tl内以相对线性的速率增大，这是由于从压缩机/膨胀机装置701转移的压缩气体具有相对恒定的流速。同样地，在时间段T2内低储存结构706中的气体质量以相对线性的速率减小，这是由于从低储存结构706转移到压缩机/膨胀机装置701的压缩气体具有相对恒定的流速。
[0235]随着压缩气体从压缩机/膨胀机装置701转移到低储存结构706，压缩气体可以使来自低储存结构706的一部分液体经由流体路径714移动到高储存结构708。图1lC示出在时间段Tl内从低储存结构706流到高储存结构708的液体流速和在时间段T2内随着压缩气体从低储存结构706回收而从高储存结构708到低储存结构706的液体流速。图1lD示出在时间段Tl内随着液体通过压缩气体正从压缩机/膨胀机装置701转移到低储存结构706而从低储存结构移动到高储存结构708以及在时间段T2内随着液体取代(即，从高储存结构708运动到低储存结构706)被回收的压缩气体，高储存结构708液位对比低储存结构706液位(在图1B和IC中所示的差H)。因而，低储存结构706的可用于容纳压缩气体的一部分容积随着压力增大(和液体从低储存结构移动)而增大。
[0236]在某些实施例中，当低储存结构706中的液体体积小于预定水平和/或容纳在高储存结构708中的液体体积大于预定水平时，没有更多的压缩气体被转移到低储存结构706。在其它实施例中，来自液体的压头可以接近压缩机/膨胀机装置701的最大操作压力，从而防止压缩气体转移到低储存结构706。[0237]随着压缩气体从压缩机/膨胀机装置701转移到低储存结构706，低储存结构706内的气体压力在时间段Tl内如图1lE中所示地增大。当低储存结构706中的气体压力大于来自高储存结构708中液体的压头时，压缩气体将来自低储存结构706的一部分液体经由液体通路714移动到高储存结构708。随着液体从低储存结构706移动到高储存结构708，高储存结构液位与低储存结构液位之间的差增大，从而增大压头(例如，参见图UD)。随着低储存结构706用压缩气体填充，压头708和低储存结构706中的气体压力因液位差保持大致平衡。低储存结构706中的气体压力一直增大到低储存结构706中的压力达到预定水平为止和/或直到低储存结构706内的盐水体积达到某一预定水平为止。这样，防止压缩气体经由液体路径714从低储存结构706逃脱。图1lE还示出在时间段T2内低储存结构706中的气体压力随着压缩气体正从低储存结构706回收而减小。
[0238]图1lF示出在时间段Tl内系统700用以压缩气体并将压缩气体转移给低储存结构706的用电率以及在时间段T2内系统700通过膨胀先前所储存的压缩气体而产生的发电率。类似地，图1lG示出在时间段Tl内由系统700储存的能量以及在时间段T2内从储存结构释放的能量。
[0239]当与图8A至8E比较时，压缩气体进出储穴606 (图8A)和低储存结构706 (图1IA)的流速是基本相同的，然而，系统700的时间段Tl和T2(图1lA和图11B)因以下事实而更长，即，因为低储存结构706几乎完全用液体填充，所以低储存结构706以明显更少的气体质量(大约600000kg)开始时间段Tl。在时间段Tl结束时储存在低储存结构706 (图1IB)中的气体总质量低于储存在储穴606(图SB)中的气体总质量。这是因为低储存结构706与高储存结构708处于恒定的流体连通，并且不能被加压到预定压力以上(通过由高储存结构708中的液体施加在低储存结构上的压头所确定)，而储穴606没有受到如此限制。(然而，储穴606和低储存结构706 二者如上所述地具有由盐穴的结构限制所限定的最大操作压力)。也就是说，储穴606可以被加压到更高的压力，这是因为储穴606是关闭的储存结构，其可以在这样的最大压力下操作，即，该最大压力由基于其地下深度的结构完整性准则所限定，而不由低储存结构706与高储存结构708之间的液柱水平高度所生成的流体静压力限定。虽然储穴606 (图SC)具有高于低储存结构706 (图11C)的最大操作压力，但是对于具有相同尺寸的储穴606、706而言，在各系统都具有相同的气体储存容积时，系统700的储存容量(以完成的总功MWh测量)(图11G)明显大于系统600的储存容量(图8E)，即，与对于系统600而言为超过180MWh的储存容量相对比，对于系统700而言为超过600MWh的储存容量。系统700的储存容量更大，既是因为系统700利用低储存结构706的整个容积来储存压缩气体并可以去除全部所储存的压缩气体来发电，又是因为系统700还将一定体积的液体从低储存结构706提升到高储存结构708用于储存在低储存结构706中的每个体积的气体。也就是说，因为液体的压头正用于维持低储存结构中的压力并从而维持结构的结构完整性，所以系统700要求在储存结构中维持的最小质量的气体极少或者没有，并且系统700利用能量作为势能的储存来增大能量作为压缩气体的储存。因而，对于相同的物理容量(体积)而言系统700具有比系统600更高的有效工作容量，又合并有额外的储能模式。
[0240]图12A至图12C示出根据另一个实施例的压缩气体储能系统800在不同时间段上的操作，并且图13A至图13G是图12A至图12C所示系统800的性能的代表性图表。图12A至图12C中所示系统800的某些特征在结构上和功能上与图9和图1OA —图1OC所示系统700相同或类似，并且因此，没有详细地说明该实施例。
[0241]系统800包括马达和/或发电机装置871 (“马达” 871 )，压缩机/膨胀机装置和/或膨胀机装置801 (“压缩机/膨胀机装置”801)、低储存结构806、高储存结构808、气体路径812和液体路径814。系统800还包括阀826，所述阀826布置在低储存结构806与高储存结构808之间的液体路径814中，并且构造成将低储存结构806与高储存结构808选择性地隔离。阀826可以任何阀，例如球阀、闸阀、截止阀等，并且可以通过任何方法例如局部地、远程地、手动地、自动地、气压地、液压地等来致动。虽然系统800示出为具有单个阀826，但是在某些实施例中，系统800可以具有被构造成将低储存结构806与高储存结构808隔离的更多或更少阀，并且这些阀可以是任何与上述阀构造相同的阀或是上述阀构造的任何组合。
[0242]系统800可以以与以上参照系统700所述方式相同的方式操作，然而，由于低储存结构806与高储存结构808选择性地流体连通，所以低储存结构806的最大操作压力可以大于由来自高储存结构808的液体产生的压头。在该实施例中，当低储存结构806中的液体体积小于或等于预定水平时，和/或当高储存结构808中的液体体积大于或等于预定水平时，低储存结构806与高储存结构808之间的流体连通可以例如通过完全地或部分地关闭阀826而减小或停止。一旦低储存结构806与高储存结构808隔离，则压缩气体可以仍然被转移到低储存结构806，并且低储存结构806中的气体压力可以继续增大。压缩气体可以转移到低储存结构806，直到低储存结构806中的气体压力达到预定水平(例如，盐穴的最大操作压力)为止和/或直到低储存结构806中的气体压力超过压缩机/膨胀机装置801的最大排放压力为止。
[0243]图13A示出了在时间段Tl期间从压缩机/膨胀机装置801流到低储存结构806的压缩气体流动和在时间段T2期间从低储存结构806流到压缩机/膨胀机装置801的压缩气体流动。如图所示，在整个Tl和T2上，气体进出低储存结构806的流速保持相对恒定。然而在整个时间段上，流速可以依据任何数量的参数而改变，所述参数例如包括可从电源得到的多余功率、来自电网的功率需求、压缩机/膨胀机装置801的效率或总体系统800的效率。图13B示出了在时间段Tl期间随着压缩气体从压缩机/膨胀机装置801转移到低储存结构806时在低储存结构806内的气体质量和在时间段T2期间从低储存结构806到压缩机/膨胀机装置801的压缩气体流动。如在该示例中所示，低储存结构806中的气体质量在时间段Tl期间以相对线性的速率增大，这是由于从压缩机/膨胀机装置801转移的压缩气体具有相对恒定的流速。同样地，在时间段T2期间在低储存结构806中的气体质量以相对线性的速率减小，这是由于从低储存结构806转移到压缩机/膨胀机装置801的压缩气体具有相对恒定的流速。
[0244]图13C示出了在时间段Tl期间从低储存结构806到高储存结构808的液体流速和在时间段T2期间随着压缩气体正从低储存结构806回收而从高储存结构808到低储存结构806的液体流速。在时间段Tl结束之前，液体流速达到0m3/s，该值对应于阀826关闭以将高储存结构808与低储存结构806隔离的时侯。类似地，在时间段T2开始时，从高储存结构808到低储存结构806的液体流速初始为OmVs，该值对应于阀826关闭以将高储存结构808与低储存结构806隔离的时侯。图13D示出在时间段Tl期间随着液体正通过压缩气体正从压缩机/膨胀机装置801转移到低储存结构806而从低储存结构移动到高储存结构以及在时间段T2期间随着液体取代(即，从高储存结构808运动到低储存结构806)所回收的压缩气体，高储存结构808的液位对比低储存结构806的液位。如在该示例中所示地，当阀826关闭时，液位差在接近时间段Tl结束和时间段T2开始时保持恒定。
[0245]随着压缩气体从压缩机/膨胀机装置801转移到低储存结构806，在低储存结构806内的气体压力如图13E中所示地在时间段Tl期间增大。当低储存结构806中的气体压力大于来自高储存结构808中的液体的压头时，压缩气体使来自低储存结构806的一部分液体经由液体通路814移动到高储存结构808。随着液体从低储存结构806移动到高储存结构808，高储存结构液位与低储存结构液位之间的差增大，从而增大压头(例如，参见图13D)。随着低储存结构806用压缩气体填充，压头和低储存结构806中的气体压力因液位差而保持大致平衡。低储存结构806中的气体压力一直增大到低储存结构806中的压力达到预定水平为止和/或直到在低储存结构806内的液体体积达到某一预定水平为止，就在这时阀826可以关闭以防止压缩气体经由液体路径814从低储存结构806逃脱。图13E还示出了在时间段T2期间，低储存结构806中的气体压力随着压缩气体正从低储存结构806回收而减小。
[0246]在阀826已经关闭之后，压缩气体可以仍然转移到低储存结构806并且低储存结构806中的气体压力将继续增大。如图13E中所示，时间段Tl被分成部分A和部分B，部分A是时间段Tl的当阀826打开而允许低储存结构806与高储存结构808之间流体连通时的部分，并且部分B是时间段Tl的当阀826关闭而将低储存结构806与高储存结构808隔离时的部分。即使在该示例中在时间段Tl上流经气体路径812的气体质量流速恒定，在阀826关闭之后(时间部分B)的低储存结构806中的气体压力也以快于当阀打开时(时间部分A)的速率增大。压缩气体可以转移到低储存结构806，直到低储存结构806中的气体压力达到预定水平(例如，盐穴的最大操作压力)为止和/或直到低储存结构806中的气体压力超过压缩机/膨胀机装置801的最大排放压力为止。时间段T2被分成部分C和部分D，部分C是时间段T2的当阀826关闭以将低储存结构806与高储存结构808隔离时的部分，并且部分D是时间段T2的当阀826打开而允许在低储存结构806和高储存结构808之间流体连通时的部分。与时间段Tl 一样，当阀826关闭时(时间部分C)的低储存结构806中的气体压力以快于当阀打开时(时间部分D)的速率减小。
[0247]图13F示出在时间段Tl期间系统800用以压缩气体和将压缩气体转移到低储存结构806的用电率以及在时间段T2期间系统800通过膨胀先前所储存的压缩气体而产生的发电率。类似地，图13G示出在时间段Tl期间由系统800储存的能量以及在时间段T2期间从储存结构释放的能量。
[0248]当与图1lA至图1lG比较时，压缩气体进出低储存结构706和806的流速是基本相同的，然而，由于当储存结构706中的气体压力达到高储存结构708在低储存结构706上的压头之后压缩气体低不能被转移到低储存结构706这一事实，用于系统800的时间段Tl和T2 (图13A和13B)更长。换句话说，因为低储存结构806可以通过关闭阀826而与高储存结构808流体隔离，所以压缩机/膨胀机装置801可以不管来自高储存结构808的压头而继续将压缩气体转移到低储存结构808。因而，在时间段Tl结束时可以储存在低储存结构806 (图13B)中的气体总质量大于可以储存在低储存结构706 (图11B)中的气体总质量，这是因为低储存结构706不能被加压到预定压力以上(根据高储存结构708施加在低储穴上的压头)。也就是说，因为低储存结构806可以简单地通过关闭阀826而变成关闭的储存结构，所以低储存结构806可以被加压到更高的压力。虽然低储存结构706和806 二者的整个容积可以用于储存压缩气体，但是由于低储存结构806 (图13C)具有高于低储存结构706 (图11C)的最大操作压力，所以对于具有相同尺寸的低储存结构706、806而言，系统800 (图13G)的储存容量(以完成的总功MWh测量)大于系统700 (图11G)的储存容量。
[0249]虽然以上已经说明了本发明的各种实施例，但应理解，这些实施例已经仅以示例的方式不受限制地存在。在上述方法和步骤指出以某种次序发生某些事件的情况下，已经得到本公开益处的本领域技术人员将认识到，某些步骤的次序可以被修改，并且这些修改方案遵循根据本发明的变型。另外地，如果可能，某些步骤可以在平行的处理中并行地执行，以及如上所述顺序地执行。另外地，某些步骤可以在继续随后的步骤之前部分地完成。虽然已经特地示出了和说明了实施例，但是将应理解，可以在形式和细节方面有各种变化。
[0250]例如，虽然液体管理系统(例如，系统392)已经被描述为使用单种传热流体来控制气体温度和/或用于对气体脱水，但是在某些实施例中，液体管理系统可以构造成使用多于一种类型的传热流体。例如，液体管理系统可以构造成在压缩模式中使用第一传热流体，而在膨胀模式中使用第二传热流体，第二传热流体与第一传热流体不同。这样，例如，液体管理系统392可以构造成在压缩模式中使用水作为传热流体，而在膨胀模式中使用乙二醇作为传热流体。
[0251]在另一个示例中，虽然各种实施例已经被描述为具有特定的特征和/或部件的组合，但是可以存在具有来自本文所述实施例中的任一个的任何特征和/或部件的任何组合或子组合的其它实施例。例如，虽然装置301示出为具有用于第一级压缩的单个气压缸，但是在某些实施例中，装置可以包括两个、三个或更多个被构造成操作第一级压缩的气压缸。在另一个示例中，虽然系统/装置100、300、500示出为构造成用于与单个压缩气体储存室流体连通，但是在某些实施例中，系统/装置100、300、500构造成能够流体联接到任何数量的压缩气体储存室。类似地，虽然系统/装置100、300、500示出为能够流体联接到单个气体源，但是在某些实施例中，系统/装置100、300、500会能够流体联接到任何数量的气体源。在另一个示例中，虽然系统700示出为没有在低储存结构与高储存结构之间的阀，但是在某些实施例中，系统700可以包括任何数量的在低储存结构与高储存结构之间的阀，并且由此可以以第一构造或第二构造操作。类似地，虽然系统800示出为包括在低储存与高储存之间的阀，但是系统800可以在使用阀或不使用阀的情况下操作，并且由此可以以第一构造或第二构造操作。各个部件的具体构造还可以改变。例如，各个部件的尺寸和具体形状可以在仍然提供如本文所述的功能的同时而与所示的实施例不同。
【权利要求】
1.一种基于压缩气体的能量储存和回收系统，其包括: 气压缸，该气压缸具有被布置在该气压缸中以便在该气压缸中做往复运动的工作活塞，所述工作活塞将所述气压缸分成并与所述气压缸一起限定出第一气压室和第二气压室， 所述第一气压室具有第一流体端口和第二流体端口，所述第一气压室的第一流体端口能够流体联接到气体源， 所述第二气压室具有第一流体端口和第二流体端口，所述第二气压室的第一流体端口能够流体联接到所述气体源； 液压致动器，所述液压致动器联接到所述工作活塞； 液压控制器，所述液压控制器能够流体联接到所述液压致动器，所述液压控制器能够在压缩模式和膨胀模式中操作，在所述压缩模式中，所述液压致动器使气体在比该气体从所述气体源进入所述气压缸时的压力更高的压力下从所述气压缸排出，在所述膨胀模式中，所述气压缸中的气体对所述液压致动器做功，并在比所述气体进入所述气压缸时的压力更低的压力下从所述气压缸排到所述气体源；和 压缩气体储存室，所述压缩气体储存室包括第一储存室和第二储存室， 所述第一储存室能够流体联接到所述第一气压室的第二流体端口和所述第二气压室的第二流体端口，所述第一储存室布置在第一水平高度处，并被构造成容纳液体和气体， 所述第二储存室能够流体联接到所述第一储存室，所述第二储存室布置在高于所述第一水平高度的第二水平高度处，并被构造成容纳一定体积的液体， 其中，在所述压缩模式中，所述液压控制器的操作在所述工作活塞上产生足以使所述工作活塞沿着第一方向运动的第一液压致动器作用力，以便使容纳在所述第一气压室中的第一质量的气体在第一压力下从所述第一气压室排到所述第一储存室中，从而让第一体积的液体从所述第一储存室移动到所述第二储存室，并且所述液压控制器的操作在所述工作活塞上产生足以使所述工作活塞沿着与所述第一方向相反的第二方向运动的第二液压致动器作用力，以便使容纳在所述第二气压室中的第二质量的气体在大于所述第一压力的第二压力下从所述第二气压室排到所述第一储存室中，从而让第二体积的液体从所述第一储存室移动到所述第二储存室。
2.根据权利要求1所述的基于 压缩气体的能量储存和回收系统，还包括阀，所述阀构造成将所述第一储存室与所述第二储存室流体隔离。
3.根据权利要求2所述的基于压缩气体的能量储存和回收系统，其中，所述压缩气体储存室能够在第一操作模式和第二操作模式中操作，在所述第一操作模式中，从所述气压缸排到所述第一储存室的气体使液体从所述第一储存室移动到所述第二储存室，在所述第二操作模式中，所述第一储存室与所述第二储存室流体隔离。
4.根据权利要求3所述的基于压缩气体的能量储存和回收系统，其中，在所述压缩模式中，所述液压控制器的操作在所述工作活塞上产生足以使所述工作活塞沿着所述第一方向运动的第三液压致动器作用力，使得在所述第二操作模式中，第三质量的气体在大于所述第二压力的第三压力下从所述气压缸排到所述第一储存室中。
5.根据权利要求1所述的基于压缩气体的能量储存和回收系统，还包括: 液体管理系统，所述液体管理系统能够流体联接到所述气压缸，所述液体管理系统构造成在所述压缩模式中从压缩中的气体传走热能和在所述膨胀模式中将热能传给膨胀中的气体。
6.根据权利要求1所述的基于压缩气体的能量储存和回收系统，其中，所述基于压缩气体的能量储存和回收系统构造成储存压缩的天然气，所述基于压缩气体的能量储存和回收系统还包括: 能够流体联接到所述气压缸的液体管理系统，所述液体管理系统构造成在所述膨胀模式中从膨胀中的天然气除水。
7.根据权利要求1所述的基于压缩气体的能量储存和回收系统，还包括第三储存室，所述第三储存室能够流体联接到所述第一储存室，所述第三储存室构造成容纳一定量的气体。
8.根据权利要求7所述的能量储存和回收系统，其中，所述第三储存室是地上储存容器。
9.根据权利要求7所述的能量储存和回收系统，其中，所述第三储存室是管道。
10.一种系统,包括: 液压泵，所述液压泵能够操作以在包括预定的下压力和大于所述下压力的预定的上压力的至少一个液压压力范围上输送液压流体； 液压致动器装置，所述液压致动器装置包括第一液压活塞和第二液压活塞，所述第一液压活塞和所述第二液压活塞中的每个液压活塞都具有第一侧和第二侧； 工作致动器，所述工作致动器能够可操作地`联接到所述液压致动器装置，所述工作致动器具有工作缸和工作活塞，所述工作活塞布置成在所述工作缸中做往复运动，所述工作活塞在该工作活塞的第一侧与所述工作缸之间至少部分地限定出工作室，所述工作室构造成容纳一定量的气体， 所述液压致动器装置操作地联接到所述液压泵，使得能够将加压的液压流体从所述液压泵选择性地输送到所述第一液压活塞和所述第二液压活塞中的每个液压活塞的所述第一侧和/或所述第二侧，从而产生在与第一组合对应的第一作用力范围内的输出作用力，和产生在大于所述第一作用力范围的、与第二组合对应的第二作用力范围内的输出作用力； 压缩气体储存室，所述压缩气体储存室包括第一储存室和第二储存室，所述第一储存室布置在第一水平高度处，并构造成容纳液体和气体，所述第二储存室能够流体联接到所述第一储存室，所述第二储存室布置在大于所述第一水平高度的第二水平高度处，并构造成容纳一定体积的液体， 所述压缩气体储存室能在第一操作模式和第二操作模式中操作，在所述第一操作模式中，所述工作致动器使气体在第一压力范围下从所述工作室排到所述第一储存室，从而让液体从所述第一储存室移动到所述第二储存室，在所述第二操作模式中，所述工作致动器使气体在第二压力范围下从所述工作室排到所述第一储存室，在所述第二操作模式中所述第一储存室与所述第二储存室流体隔离， 所述液压致动器装置能够与所述液压泵一起操作，以便顺序地产生在所述工作活塞上的所述第一作用力范围以将第一质量的气体压缩到所述第一压力范围，以及在所述工作活塞上的所述第二作用力范围以将第二质量的气体压缩到所述第二压力范围。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一操作模式具有最小操作压力和最大操作压力，并且所述第二操作模式具有最小操作压力和最大操作压力，所述第一操作模式的最大操作压力基本等于所述第二操作模式的最小操作压力。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，在所述第一操作模式中的所述最大操作压力与所述最小操作压力之间的差小于在所述第二操作模式中的所述最大操作压力与所述最小操作压力之间的差。
13.根据权利要求10所述的系统，还包括阀，所述阀构造成在所述第二操作模式中将所述第一储存室与所述第二储存室流体隔离。
14.根据权利要求10所述的系统，还包括: 液体管理系统，所述液体管理系统能够流体联接到所述工作室，所述液体管理系统构造成从所述工作室中的压缩中的气体传走热能。
15.—种在基于压缩气体的能量储存和回收系统中压缩气体的方法,所述基于压缩气体的能量储存和回收系统包括气体压缩机/膨胀机装置、以及压缩气体储存室，所述压缩机/膨胀机装置包括气压缸，所述气压缸具有被布置在所述气压缸中以在所述气压缸中做往复运动的工作活塞，所述工作活塞在该工作活塞的第一侧与所述气压缸之间至少部分地限定出工作室，所述工作室构造成容纳一定量的气体，所述方法包括: 将所述工作室与所述压缩气体储存室进行流体隔离； 使所述工作活塞沿着第一方向运动，以便减小所述工作室的容积，并将容纳在所述工作室中的一定量的气体从第一压力压缩到高于所述第一压力的第二压力， 当第二压力中的压力基本等于储存室操作压力时，建立起在所述工作室与所述压缩气体储存室之间的流体连通。`
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述压缩气体储存室包括第一储存室和第二储存室，所述第一储存室布置在第一水平高度处，并构造成容纳液体和气体，所述第二储存室能够流体联接到所述第一储存室，所述第二储存室布置在大于所述第一水平高度的第二水平高度处，并构造成容纳一定体积的液体，所述方法还包括: 建立起在所述第一储存室与所述第二储存室之间的流体连通； 从所述工作室接收所述一定量的气体到所述第一储存室中；和 使一定体积的液体从所述第一储存室移动到所述第二储存室。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述一定量的气体是第一量的气体，所述方法还包括: 将所述第一储存室与所述第二储存室进行流体隔离； 从所述工作室接收第二量的气体到所述第一储存室中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在第一压力范围下从所述工作室接收所述第一量的气体，并且在第二压力范围下从所述工作室接收所述第二量的气体。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二压力范围包括大于所述第一压力范围内的气体压力的气体压力。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述压缩气体储存室包括第一储存室和第二储存室，所述第一储存室布置在第一水平高度处，并构造成容纳液体和气体，所述第二储存室能够流体联接到所述第一储存室，所述第二储存室布置在大于所述第一水平高度的第二水平高度处，并构造成容纳一定体积的液体，所述方法还包括:将所述第一储存室与所述第二储存室进行流体隔离；从所述工作室接收所述一定量的气体`到所述第一储存室中。
【文档编号】H02J15/00GK103518050SQ201280011017
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年1月13日 优先权日:2011年1月14日
【发明者】E·D·英格索尔, J·A·阿博恩, M·布莱斯克, D·马库斯, K·布鲁克希尔 申请人:通用压缩股份有限公司