DE112010002759T5 - Druckluft-Energiespeicher-System unter Verwendung von Zweiphasenströmung zur Förderung des Wärmeaustausches - Google Patents

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Abstract

Ein Druckluftenergiespeichersystem gemäß der Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfasst einen reversiblen Mechanismus, um Luft zu komprimieren und zu expandieren, einen oder mehrere Druckluftspeichertanks, ein Steuerungssystem, einen oder mehrere Wärmetauscher, und in bestimmten Ausgestaltungen der Erfindung, einen Motor-Generator. Der reversible Luft-Kompressor-Expander benutzt mechanische Leistung, um Luft zu komprimieren (wenn er als ein Kompressor arbeitet) und wandelt die Energie, die in der Druckluft gespeichert ist, zur mechanischen Energie um (wenn es als ein Expander arbeitet). In bestimmten Ausgestaltungen, der Kompressor-Expander umfasst eine oder mehrere Stufen, wobei jede Stufe, bestehend aus einem Druckbehälter (die ”Druckzelle”) ist teilweise mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten gefüllt. In einigen Ausgestaltungen, der Druckbehälter kommuniziert mit einer oder mehreren Zylinder-Einrichtungen, um Luft und Flüssigkeit mit den Zylinderkammer (Kammern) auszutauschen. Geeignete Ventile (Ventiltimings) lassen Luft in und aus der Druckzelle und Zylinder-Einrichtung eintreten und austreten, falls vorhanden, unter einer elektronischen Steuerung.

Description

  • Die vorliegenden nonprovisional Patentanmeldung beansprucht die Priorität aus der US Patentanmeldung Nr. 12/695.922, eingereiht am 28 Januar 2010 und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/221,487, eingereicht am 29 Juni 2009, beide sind durch Bezugnahme eingeschlossen.
  • Luft verdichtet auf 300 bar hat eine Energiedichte vergleichbar mit der von Blei-Säure-Batterien und anderen Speichertechnologien. Doch der Prozess der Luftkompression und Luftdekompression ist in der Regel aufgrund der thermischen und mechanischen Verluste ineffizient. Solche Ineffizienz begrenzt die Wirtschaftlichkeit der Druckluft in die Anwendungen für Energiespeicherung, trotz ihrer offensichtlichen Vorteile.
  • Es ist bekannt, dass ein Kompressor effizienter wird, wenn die Komprimierung isotherm erfolgt, die Luftkühlung vor oder während der Kompression benötigt. Patente für isotherme Gaskompressoren wurden regelmäßig seit 1930 erteilt (z. B. US-Patent. Nr. 1.751.537 und Nr. 1.929.350). Ein Ansatz zur wirksamen Luftverdichtung ist die Kompression in mehreren Stufen zu bewirken, wobei jede Stufe aus einem Kolbenmotor in einer Zylinder-Einrichtung mit einem Zwischenkühler zwischen den Stufen besteht (z. B. US-Patent. Nr. 5.195.874 ). Luftkühlung kann auch durch Einspritzen einer Flüssigkeit, wie Mineralöl, Kältemittel, oder Wasser in die Druckkammer oder in den Luftstrom zwischen den Stufen erreicht werden (z. B. US-Patent. Nr. 5.076.067 ).
  • Es gibt mehrere Patente für Energiespeicher, die Druckluft mit Erdgas mischen und die Mischung auf eine Verbrennungsturbine speisen, und dadurch die Leistung der Turbine erhöhen (z. B. US. Nr. 5.634.340 ). Die Luft wird durch einen elektrisch angetriebenen Kompressor komprimiert, der in Zeiten von geringer Stromnachfrage operiert. Die Druckluft-verstärkte Verbrennungsturbine betreibt einen Generator in Zeiten der Nachfragespitzen. Zwei solche Systeme wurden gebaut, und andere vorgeschlagen, die unterirdische Kavernen verwenden, um die Druckluft zu speichern.
  • Patente wurden erteilt für verbesserte Versionen dieser Energiespeicher Einrichtung, die ein Sättiger vor der Verbrennungsturbine anlegt, um die einströmende Luft anzuwärmen und anzufeuchten, um dadurch wird der Wirkungsgrad des Systems (z. B. US-Patent. Nr. 5.491.969 ) verbessert. Weitere Patente wurden erteilt, die die Möglichkeit der Verwendung von low-grade Wärme (z. B. Abwärme aus einem anderen Verfahren) erwähnen, um die Luft vor der Expansion zu erwärmen, um dadurch den Wirkungsgrad verbessern (z. B. US-Patent. Nr. 5.537.822 ).
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung betreffen im allgemein Energiespeichersysteme, und insbesondere betreffen Energiespeichersysteme, die Druckluft als Energiespeicher verwenden, umfassend einen Luft Kompression/-Expansion Mechanismus, einen Wärmetauscher und einen oder mehreren Luftspeichertanks.
  • Gemäß der Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, ist es vorgesehen, dass ein Druckluft-Energiespeicher-System einen reversiblen Mechanismus umfasst, um Luft zu komprimieren und zu expandieren, einen oder mehrere komprimierten Luftspeichertanks, ein Steuerungsystem, einen oder mehrere Wärmetauscher und in bestimmten Ausgestaltungen der Erfindung, einen Motor-Generator.
  • Der reversible Luft-Kompressor-Expander nutzt mechanische Energie, um Luft zu komprimieren (wenn er als ein Kompressor arbeitet) und konvertiert die Energie gespeichert in der Druckluft zur mechanischen Energie (wenn er als Expander arbeitet). Der Kompressor-Expander besteht aus einer oder mehreren Stufen, wobei jede Stufe, bestehend aus einem Druckbehälter (die ”Druckzelle”), teilweise mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten gefüllt ist. In einigen Ausgestaltungen, kommuniziert der Druckbehälter mit einem oder mehreren Zylinder-Einrichtungen, um Luft und Flüssigkeit mit dem Zylinderkammer (Kammern) davon auszutauschen. Geeignete Ventile lassen Luft in die und aus der Druckzelle und Zylinder-Einrichtung betreten und austreten, falls vorhanden, unter einer elektronischen Steuerung.
  • Die oben aufgeführte Zylinder-Einrichtung kann in einer von mehreren Arten konstruiert werden. In einer speziellen Ausgestaltung, sie umfasst einen Kolben, der ist mit einer Kolbenstange direkt oder indirekt verbunden ist, so dass mechanische Energie in die oder aus der Zylinder-Einrichtung geführt durch diese Kolbenstange übertragen wird. In einer anderen Konfiguration kann die Zylinder-Einrichtung hydraulische Flüssigkeit enthalten, wobei die Flüssigkeit durch den Druck der expandierenden Luft angetrieben wird, Energie wird aus der Zylinder-Einrichtung auf diese Weise übertragen. In einer solchen Konfiguration kann die hydraulische Flüssigkeit mit der Luft direkt aufeinander wirken, oder ein Diaphragma über den Durchmesser der Zylinder-Einrichtung kann die Luft von der Flüssigkeit trennen.
  • In Niederdruck Stufen ist die Flüssigkeit durch eine Zerstäuberdüse in die Druckzelle, oder in gewissen Ausgestaltungen, in die Zylinder-Einrichtung während des Expansionstaktes oder Kompressionstaktes gepumpt, um Wärmeaustausch zu ermöglichen. Die Flüssigkeitsmenge in der Kammer ist ausreichend, um alle Wärme assoziert mit dem Kompression- oder Expansion-Prozess zu absorbieren (bei der Kompression) oder freizusetzen (bei der Expansion), so dass diese Prozesse nahezu isotherm verlaufen. Diese Flüssigkeit wird dann auf die Druckzelle während der Non-Power-Phase des Taktes zurückgesendet, wo sie Wärme mit der Außenumgebung über einen herkömmlichen Wärmetauscher austauschen kann. Dies ermöglicht es die Kompression oder Expansion mit hohem Wirkungsgrad stattfinden zu lassen.
  • Operation von Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einer Größenordnung von Temperaturänderung des komprimierten oder expandierten Gases charakterisiert werden. Gemäß einer Ausgestaltung kann während eines Kompressionszyklus das Gas einen Temperaturanstieg von 100 Grad Celsius oder weniger, oder einen Temperaturanstieg von 60 Grad Celsius oder weniger erfahren. In einigen Ausgestaltungen kann während eines Expansionszyklus, das Gas eine Temperaturabnahme von 100 Grad Celsius oder weniger, 15 Grad Celsius oder weniger, oder 11 Grad Celsius oder weniger- oder kurz vor dem Gefrierpunkt von Wasser von einem Ausgangspunkt der Raumtemperatur erfahren.
  • Statt Injektion von Flüssigkeit über eine Düse, wie oben beschrieben kann Luft durch eine Flüssigkeitsmenge in einem oder mehreren Zylinder-Einrichtungen gesprudelt werden, um Wärmeaustausch zu fördern. Dieser Ansatz ist bei hohen Drücken bevorzugt.
  • Während der Expansion ist das Ventil-Timing elektronisch gesteuert, so dass nur so viel Luft, die notwendig ist, um das gewünschte Expansionsverhältnis zu expandieren, in die Zylinder-Einrichtung gelassen wird. Dieses Volumen ändert sich wenn der Speichertank aufgebraucht is, so dass das Ventil-Timing dynamisch justiert werden muss.
  • Das Volumen der Zylinderkammern (falls vorhanden) und der Druckzellen nimmt von der hohen zu der niedrigen Druckstufen zu. In anderen Ausgestaltungen der Erfindung könne anstatt Zylinderkammern mit unterschiedlichen Volumina, eine Vielzahl von Zylinder-Einrichtungen vorgesehen mit Kammern von gleichen Volumen verwendet werden, deren Gesamtvolumen gleich dem notwendig größeren Volumen ist.
  • Während der Kompression treibt ein Motor oder eine andere Quelle von Wellendrehmoment den Kolben oder kreiert den hydraulischen Druck über eine Pumpe, die Luft in der Zylinder-Einrichtung komprimiert. Während der Expansion ist das Gegenteil der Fall. Expandierende Luft treibt den Kolben oder die hydraulische Flüssigkeit, mechanische Energie übertragend aus dem System. Diese mechanische Energie kann mit einem herkömmlichen Motor-Generator zu oder von elektrischer Energie umgewandelt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • ist eine schematische Darstellung der ersten Ausgestaltung eines Druckluftspeichersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein einstufiges, einfach wirkendes Energiespeichersystem, das flüssigen Nebel benutzt, um einen Wärmeaustausch zu bewirken.
  • ist ein Blockdiagramm einer zweiten Ausgestaltung eines Druckluftspeichersystems, das zeigt, wie mehrere Stufen zu einem kompletten System gemäß der vorliegenden Erfindung integriert sind.
  • ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung eines Druckluftspeichersystems, das ein einstufiges, einfach wirkendes Energiespeichersystem ist, das beide flüssiger Nebel und Lufteinsprudeln durch einen Flüssigkeitskörper verwendet, um Wärmeaustausch zu bewirken.
  • ist eine schematische Darstellung einer einfach wirkenden Stufe, die flüssigen Nebel verwendet, um den Wärmeaustausch in einem mehrstufigen Druckluftspeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung zu bewirken.
  • ist eine schematische Darstellung einer doppelt wirkenden Stufe in einem mehrstufigen Druckluftspeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • ist eine schematische Darstellung einer einfach wirkenden Stufe in einem mehrstufigen Druckluftspeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung, das einsprudelnde Luft durch einen Flüssigkeitskörper verwendet, um Wärmeaustausch zu bewirken.
  • ist eine schematische Darstellung einer einfach wirkenden Stufe in einem mehrstufigen Druckluftspeichersystem, gemäß der vorliegenden Erfindung, das mehrere Zylinder-Einrichtungen verwendet.
  • ist eine schematische Darstellung der vier Methoden zur Energieförderung zu oder aus dem System.
  • ist ein Blockschaltbild eines mehrstufigen Druckluftspeichersystems, das einen hydraulischen Motor als einen Mechanismus für die Vermittlung und Aufnahme mechanischer Energie benutzt.
  • ist eine alternative Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • – zeigen die Operation des Controllers zur Steuerung des Timings von verschiedenen Ventile.
  • –C zeigen die Konfiguration einer Vorrichtung während der Schritte eines Verdichtungszyklus gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • –C zeigen die Konfiguration einer Vorrichtung während der Schritte einer Expansionszyklus gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • –C zeigen die Konfiguration einer Vorrichtung während der Schritte eines Verdichtungszyklus gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • –C zeigen die Konfiguration einer Vorrichtung während der Schritte eines Verdichtungszyklus gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • –d zeigen die Konfiguration einer Vorrichtung während der Schritte eines Verdichtungszyklus gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • –D zeigen den Aufbau einer Vorrichtung während der Schritte einer Expansionszyklus gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • –D zeigen die Konfiguration einer Vorrichtung während der Schritte eines Verdichtungszyklus gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • –d zeigen die Konfiguration einer Vorrichtung während der Schritte einer Expansion Zyklus gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • zeigt eine vereinfachte Darstellung eines EDV-Systems für den Einsatz in Verbindung mit den Methoden und Systemen der Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
  • ist eine Darstellung der grundlegenden Subsysteme in dem Computersystem der .
  • ist eine Ausgestaltung eines Blockdiagramms zeigend Ein- und Ausgänge zu einem Controller für die Steuerung Operation der verschiedener Elemente einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Obwohl einige abgebildete Zeichnungen und Systemen mit standard Symbolen konfiguriert werden können, die Zeichnungen wurden in einem allgemeineren Weise so dargestellt, um die Vielfalt von Implementierungen, die aus unterschiedlichen Ausgestaltungsformen realisiert werden können, zu reflektieren.
  • DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein paar spezifische Ausgestaltungen beschrieben wird, ist die Beschreibung zur Veranschaulichung der Erfindung und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung können Fachleute auf die bevorzugten Ausgestaltungsformen vornehmen, ohne von dem wahren Geist und Umfang der Erfindung abzugehen. Es wird hier angemerkt, dass für ein besseres Verständnis, ähnliche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Abbildungen bezeichnet werden.
  • Einstufiges System
  • zeigt die einfachste Ausgestaltung der Druckluftspeichersystem 20 der vorliegenden Erfindung und zeigt viele der wichtigsten Prinzipien. Kurz gesagt, einige dieser Prinzipien, die die gegenwärtigen Druckluftspeichersystem-Designs verbessern, umfassen Mischen eine Flüssigkeit mit der Luft, um den Wärmeaustausch während der Kompression und Expansion zu fördern, wodurch der Prozesswirkungsgrad verbessert wird und der gleiche Mechanismus für Luft Kompression und Expansion wird angewandet. Schließlich kann durch die elektronische Steuerung des Ventil-Timings die höchstmögliche Arbeitsleistung aus einem bestimmten Volumen der komprimierten Luft gewonnen werden.
  • Wie am besten in dargestellt umfasst das Energiespeichersystem 20 eine Zylinder-Vorrichtung 21, die eine Kammer 22 für den Erhalt eines Kolbenkompressors von einer Kolben-Einrichtung 23 oder dergleichen bildet. Das Druckluftspeichersystem 20 umfasst auch eine Druckzelle 25, die, zusammen mit dem Zylinder-Einrichtung 21 als eine Einheit, einen einstufigen reversiblen Kompression/Expansion Mechanismus (d. h. ein einstufiges 24) bilden. Es gibt ein Luftfilter 26, ein Flüssigkeits-Luft-Abscheider 27, und einen Flüssigkeitstank 28 mit einer Flüssigkeit 49d, fluid-verbunden mit dem Kompression/Expansion Mechanismus 24 auf der Niederdruckseite über respektive Leitungen 30 und 31. Auf der Hochdruckseite ist ein Drucklufttank oder Tanks 32 mit der Druckzelle 25 über die Eingangsleitung 33 und Ausgangsleitung 34 verbunden. Eine Vielzahl von Zwei-Wege-, zwei-Position-Ventile 35–43 sind zusammen mit zwei Ausgangsdüsen 11 und 44 zur Verfügung gestellt. Diese besondere Ausgestaltung umfasst auch Flüssigkeitspumpen 46 und 47. Es versteht sich jedoch, dass, wenn die Höhe der Flüssigkeitsbehälter 28 höher ist als die Höhe des Zylinders 21, wird Wasser in die Zylinder-Einrichtung durch Schwerkraft speisen, so dass die Pumpe 46 nicht benötigt wird.
  • Kurz gesagt, die atmosphärische Luft tritt in das System über die Leitung 10 ein, strömt durch den Filter 26 und tritt in den Zylinderkammer 22 des Zylinders 21 ein, Ober die Leitung 30, wo sie durch die Einwirkung des Kolbens 23, durch hydraulischen Druck oder durch andere mechanische Ansätze komprimiert wird (siehe ). Bevor die Kompression beginnt, ein flüssiger Nebel ist in die Kammer 22 der Zylinder-Einrichtung 21 mit einer Zerstäuberdüse 44 über die Leitung 48 von der Druckzelle 25 eingeführt. Diese Flüssigkeit kann Wasser, Öl oder eine entsprechende Flüssigkeit 49f aus der Druckzelle mit ausreichend hoher Wärmekapazität Eigenschaften sein. Das System arbeitet vorzugsweise im Wesentlichen bei Umgebungstemperatur, so dass Flüssigkeiten, die in die Lage hohen Temperaturen standzuhalten, nicht erforderlich sind. Die primäre Funktion des flüssigen Nebels ist, um die Hitze erzeugte bei der Luftkompression in der Zylinderkammer zu absorbieren. Die vorbestimmte Menge von Nebel injiziert in die Kammer während jedes Kompressionstaktes, ist die notwendige Menge, um alle Wärme während dieses Taktes zu absorbieren. Als der Nebel kondensiert, sammelt er als einen Flüssigkeitskörper 49e in Zylinderkammer 22.
  • Das komprimierte Luft/Flüssigkeits-Gemisch wird dann in die Druckzelle 25 durch Austrittsdüse 11 über die Leitung 51 übertragen. In der Druckzelle 25, das übertragene Gemisch austauscht die aufgenommene Wärme erzeugte bei Kompression mit einem Flüssigkeitskörper 49f enthalten in der Zelle. Die Luft sprudelt durch die Flüssigkeit und bis zu dem Top der Druckzelle, und strömt dann in den Luftspeichertank 32 über die Leitung 33 ein.
  • Der Expanionszyklus ist im Wesentlichen der umgekehrte Prozess des Kompressionszyklus. Luft verlässt die Luftspeichertank 32, über die Leitung 34, sprudelt durch die Flüssigkeit 49f in der Druckzelle 25, in die Kammer 22 des Zylinders 21, über die Leitung 55, wo die Luft den Kolben 23 oder andere mechanische Verbindung antreibt. Der flüssige Nebel ist erneut in die Zylinderkammer 22 über Austrittsdüse 44 und Leitung 48 eingeführt, während der Expansion, um eine im Wesentlichen konstante Temperatur in der Zylinderkammer während des Expansion-Prozesses zu halten. Wenn die Luftexpansion abgeschlossen ist, laufen die verbrauchte Luft und Nebel durch ein Luft-Flüssigkeits-Abscheider 27, so dass die abgetrennte Flüssigkeit wiederverwendet werden kann. Schließlich wird die Luft in die Atmosphäre über die Leitung 10 ausgepumpt.
  • Die in der Druckzelle 25 enthaltene Flüssigkeit 49f wird kontinuierlich durch den Wärmetauscher 52 geführt, um Wärme erzeugt bei der Komprimierung zu entfernen, oder Wärme aufgenommen bei der Expansion an die Kammer hinzufügen. Die zirkulierende Flüssigkeit wiederum tauschen Wärme mit einem thermischen Speicher ausserhalb des Systems (z. B. die Atmosphäre, ein Teich, etc.) über einen konventionellen Luft-Wasser Wärmetauscher oder wassergekühlten Wärmetauscher (nicht dargestellt in diese Abbildung, sondern gezeigt als 12 in ) aus. Die zirkulierende Flüssigkeit ist zu und vom diesem externen Wärmetauscher über Leitungen 53 und 54 geführt, die mit dem Internen Wärmetauscher 52 kommunizieren.
  • Die Vorrichtung von umfasst ferner einen Controller/Prozessor 1004 in elektronischer Kommunikation mit einem Computer lesbaren Speichermedium 1002, die beliebig gestaltet sein kann, einschließlich aber nicht beschränkt auf, diejenigen basiert auf Halbleiter-Prinzipien oder magnetische oder optische Speichermedien Prinzipien. Controller 1004 ist als in elektronischer Kommunikation mit einer Gesamtheit von aktiven Elemente in das System gezeigt, einschließlich aber nicht begrenzt auf, Ventile, Pumpen, Kammern, Düsen und Sensoren. Spezifische Beispiele für Sensoren verwendet bei dem System umfassen, aber sind nicht einschließlich begrenzt auf, Drucksensoren (P) 1008, 1014, und 1024, Temperatursensoren (T) 1010, 1018, 1016 und 1026, Feuchtesensor (H) 1006, Volumen-Sensoren (V) 1012 und 1022, und Durchfluss-Sensor 1020.
  • Wie nachfolgend im Detail beschrieben, basiert auf Eingabe übermittelt von einem oder mehreren System-Elemente und möglicherweise auch Werte berechnet von diejenigen Eingaben, kann ein Controller/Prozessor 4 dynamisch den Betrieb des Systems steuern, um ein oder mehrere Ziele zu erreichen, darunter sind, aber nicht einschließlich beschränkt auf, maximierter oder kontrollierter Umwandlungswirkungsgrad von gespeicherter Energie zu Nutzarbeit; maximierte, minimierte oder kontrollierte Leistung; eine erwartete Leistung, eine erwartete Abtriebsdrehzahl einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben, ein erwartetes Drehmoment einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben; eine erwartete Antriebsdrehzahl von einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; ein erwartetes Eingangsdrehmoment von einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; eine maximale Ausgabegeschwindigkeit von einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; ein maximales Drehmoment einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; ein minimale Abtriebsdrehzahl einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; ein minimales Drehmoment einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; eine maximale Antriebsdrehzahl von einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; ein maximales Eingangsdrehmoment von einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben, ein minimale Antriebsdrehzahl von einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; ein minimales Eingangsdrehmoment von einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben; oder eine maximal erwartete Temperaturdifferenz von Luft in jeder Stufe.
  • Die Kompression Zyklus für dieses einstufigen System läuft wie folgt ab:
    Schritt 1 2 3 4 5
    Beschreibung Füge Flüssigkeit zu Zylinder-Einrichtung hinzu Füge Nebel zu Zylinder-Einrichtung hinzu Verdichten Transportieren von Druckluft zur Druckzelle Nachfüllen
    Ventil 35 geöffnet geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 36 geöffnet geschlossen geschlossen geschlossen geöffnet
    Ventil 37 geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 38 geschlossen geschlossen geschlossen geöffnet geschlossen
    Ventil 39 geschlossen geöffnet geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 40 geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 41 geschlossen geschlossen geschlossen geöffnet geschlossen
    Ventil 42 geöffnet geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 43 geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen geöffnet
    Pumpe 46 Eingeschaltet (ein) Ausgeschaltet (aus) aus aus aus
    Pumpe 47 Aus (Off) Ein (On) Aus (Off) Aus (On) Aus (Off)
    Kolben 23 nahe dem unteren Totpunkt (BDC) nahe dem unteren Totpunkt (BDC) Am unteren Totpunkt BDC zum Beginn des Schrittes Zwischen BDC und TDC Am TDC zum Beginn des Schrittes
  • Während des Schrittes 1 des Verdichtungszyklus wird Flüssigkeit 49d in die Kammer 22 der Zylinder-Einrichtung 21 von dem Flüssigkeitstank 28 (sammeln als Flüssigkeitskörper 49e) zugeführt, so dass, wenn der Kolben 23 den oberen Totpunkt (TDC) erreicht, das Totvolumen in Zylinder-Einrichtung gleich Null ist. Dies wird nur noch gelegentlich geschehen, so dass dieser Schritt auf die große Mehrheit der Zyklen weggelassen wird.
  • Während des Schrittes 2 des Verdichtungszyklus ist flüssiger Nebel von einer Druckzelle 25 über die Pumpe 47, in den Zylinderkammer 22, über die Leitung 48 und Düse 44 gepumpt. Die ausgewählte Menge von Nebel ist ausreichend, um die erzeugte Wärme während der Kompression (Schritt 3) zu absorbieren. Der Volumenanteil der Flüssigkeit muss hinreichend niedrig sein, dass die Tröpfchen nicht erheblich miteinander verschmelzen, wodurch die wirksame Fläche, die für den Wärmeaustausch zur Verfügung (das heißt, die Schnittstelle zwischen Luft und Flüssigkeit) steht, reduziert wird. Typischerweise wird die Druckdifferenz zwischen der Druckzelle 25 und der Kammer 22 der Zylinder-Einrichtung 21 ausreichend hoch, so dass der Betrieb der Pumpe 47 nicht notwendig ist.
  • Während des Schrittes 3 des Kompressionszyklus wird der Kolben 23 nach oben von einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) gekoppelt mit einer Kolbenstange 19, durch hydraulischen Druck, oder durch andere mechanische Struktur (wie in ) angetrieben, dabei die Luft und Nebel enthalten in der Zylinderkammer kompriemierend.
  • Der Schritt 4 des Kompressionszyklus beginnt, wenn der Luftdruck im Inneren der Zylinderkammer 22 ist im Wesentlichen gleich dem Druck im Inneren der Druckzelle 25, an diesem Punkt das Auslassventil 38 öffnet, so dass Druckluft aus der Zylinderkammer zu der Druckzelle fließt. Da die Flüssigkeit in die Zylinder-Einrichtung während Schritt 1 des Verdichtungszyklus zugefügt ist, kann im Wesentlichen die ganze Luft in der Zylinderkammer während diesem Schritt gedrängt bzw. komprimiert werden. Die Druckluft wird in die Druckzelle 25 durch eine Einlaufdüse 11 eingeführt, zusammen mit allem mitgeführten Nebel, wodurch feine Blasen erstellend, so dass die Wärme erzeugte bei der Kompression mit der Flüssigkeit 49f in der Zelle schnell austauschen wird.
  • Während des Schrittes 5 des Kompressionszyklus wird der Kolben 23 nach unten gezogen, dabei die Befüllung mit Niederdruck-Luft, über das Ventil 36 und Leitung 30 ermöglichend. Die obige Tabelle zeigt Ventil 39 als geschlossen in diesem Schritt und zeigt Pumpe 47 als ausgeschaltet in diesem Schritt 5. Dies ist jedoch nicht notwendig. In anderen Ausgestaltungen könnte das Ventil 39 geöffnet sein und Pumpe 47 könnte eingeschaltet sein, im Schritt 5, so dass Nebel wird in der Zylinderkammer eingeführt als die Zylinderkammer ist mit Luft gefüllt.
  • Der Ausbau Zyklus für dieses einstufigen System läuft wie folgt ab:
    Schritt 1 2 3 4
    Beschreibung Anfügen Flüssigkeit in Zylinder-Einrichtung Anfügen Druckluft in Zylinder-Einrichtung Expansion Abgase ausströmen
    Ventil 35 geöffnet geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 36 geöffnet geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 37 geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 38 geschlossen geschlossen geschlossen geöffnet
    Ventil 39 geschlossen geöffnet geschlossen geschlossen
    Ventil 40 geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 41 geschlossen geschlossen geschlossen geöffnet
    Ventil 42 geöffnet geschlossen geschlossen geschlossen
    Ventil 43 geschlossen geschlossen geschlossen geschlossen
    Pumpe 46 Eingeschaltet (ein) Ausgeschaltet (aus) aus aus
    Pumpe 47 Aus (Off) Ein (On) Aus (Off) Aus (Off)
    Kolben 23 nahe TDC Am TDC zum Beginn des Schrittes Nahe TDC zum Beginn des Schrittes Am unteren Totpunkt (BDC) zum Beginn des Schrittes
  • Während Schritt 1 des Expansionszyklus wird Flüssigkeit in die Zylinderkammer von dem Flüssigkeitstank 28 hinzugefügt, um ein Totvolumen im System zu eliminieren. Dies wird nur selten benötigt, wie oben erwähnt. Ähnlich wie bei dem Kompressionszyklus kann auf die Pumpe 46 verzichtet werden, wenn der Flüssigkeitstank 28 sich in eine Höhe höher als die von der Kammer der Zylinder-Einrichtung 21 befindet.
  • Während Schritt 2 des Expansionszyklus ist eine vorbestimmte Luftmenge, V0, in die Kammer der Zylinder-Einrichtung durch Öffnen des Einlassventils 37 für das korrekte Intervall eingeführt, die vom Luftdruck in der Druckzelle und von dem gewünschten Expansion-Verhältnis abhängig ist. Die notwendige V0 ist das gesamte Volumen der Zylinder-Einrichtung geteilt durch das gewünschte Expansion-Verhältnis. Für ein einstufiges System, das Verhältnis ist weniger als oder gleich dem Luftdruck in der Luftspeichertank in Atmosphären. Gleichzeitig wird Luft in die Zylinderkammer 22 eingeführt, der flüssige Nebel ist aus der Druckzelle durch Einlaufdüse 44 in die Zylinderkammer gepumpt (über die Pumpe 47). Wenn es eine ausreichende Druckdifferenz zwischen der Druckzelle 25 und der Zylinder-Einrichtung 21 gibt, ist die Pumpe 47 nicht notwendig. Sobald der Druck im Inneren der Zylinderkammer ausreichend hoch ist, wird das Ventil 37 geschlossen. Der Kolben 23 ist in Richtung des BDC beginnend mit diesem Schritt gedrängt, übertragend bzw. überträgt die Leistung aus dem System über eine Kurbelwelle, einen hydraulischen Druck oder andere mechanische Struktur.
  • Während Schritt 3 des Expansionszyklus kann die eingeführte Luft in Schritt 2 in der Kammer 22 expandieren. Der flüssige Nebel wird auch weiterhin in die Kammer 22 durch Düse 44 gepumpt. Die hinzugefügte vorbestimmte Gesamtmenge des Nebels ist die Menge, die notwendig ist, um genügende Wärme an das System anzubringen, um die Temperatur im wesentlichen konstant während der Luftexpansion zu halten. Der Kolben 23 ist zu dem Boden der Zylinder-Einrichtung in diesem Schritt getrieben.
  • Es wird geschätzt, dass dieser Zwei-Schritt-Expansion-Prozess (eine Luftmenge V0 in dem ersten Schritt eingeführt – Schritt 2 – und dann im zweiten Schritt expandieren – Schritt 3) befähigt das System, im wesentlichen alle Energie verfügbare in der Druckluft, zu extrahieren.
  • Während Schritt 4 des Expansionszyklus befördert die Kurbelwelle oder eine andere mechanische Kopplung den Kolben 19 wieder bis den oberen Totpunkt (TDC), ausschöpfend die verbrauchte Luft und flüssigen Nebel aus der Zylinder-Einrichtung. Die Energie zum Antrieb des Kolbens kommt aus dem Schwung des Systems und/oder aus der Bewegung der anderen Out-of-Phase Kolben. Die abgesaugte Luft gelangt durch einen Luft-Flüssig-Abscheider und die Flüssigkeit, die abgetrennt wird, ist in den Flüssigkeitstank 28 zurückgeführt.
  • Es wird geschätzt, dass in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu einem bestimmten Zeitpunkt, Energie entweder gespeichert oder ausgeliefert wird. Die beiden Prozesse sind nie gleichzeitig durchgeführt. Als Ergebnis kann der gleiche Mechanismus für Kompression und Expansion verwendet werden, dadurch die Systemkosten, Größe und Komplexität reduzieren. Dies ist auch die Situation mit alle anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, die in Folgenden beschrieben werden.
  • Mehrstufiges System
  • Wenn ein größeres Kompression/Expansion-Verhältnis als der mechanische oder hydraulische Ansatz bedienen kann, wodurch die mechanische Leistung ist zu und aus dem System geführt, dann mehrere Stufen sollten. genutzt werden. Ein mehrstufiges Druckluftspeichersystem 20 mit drei Stufen (d. h. die erste Stufe 24a, die zweite Stufe 24b und die dritte Stufe 24c) ist in ein schematischer Form in Abbildung. 2 dargestellt. Systeme mit mehr oder weniger Stufen sind ähnlich aufgebaut. Beachten Sie, dass in allen folgende Abbildungen, wenn die Buchstaben a, b und c mit einer Reihe Bezeichnung (z. B. 25a) verwendet werden, sie beziehen sich auf Elementen in einem einzelnen Stufe eines mehrstufigen Energiespeichersystems 20.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann jede Stufe in der Regel im Wesentlichen das gleiche Expansionsverhältnis haben. Ein Expansionsverhältnis einer Stufe, r1, ist die N-te Wurzel des gesamten Expansionsverhältnis. Das heißt,
    Figure 00110001
  • Wobei R das allgemeine Expansionsverhältnis und N die Anzahl der Stufen. Es versteht sich jedoch, dass die verschiedenen Stufen unterschiedliche Expansionsverhältnisse haben können, solange das Produkt der Expansionsverhältnisse für alle Stufen ist R. Das heißt, in einem dreistufigen System, zum Beispiel: r1 × r2 × r3 = R.
  • Um für den Massenstrom durch jede Stufe im wesentlichen denselbe zu sein, die untere Druckstufen müssen Zylinderkammern mit größerer Hubraum haben. In einem mehrstufigen System sind die relativen Hubräume der Zylinderkammern durch die folgende Gleichung bestimmt:
    Figure 00120001
    wobei Vi das Volumen der i-th Zylinder-Einrichtung ist, and Vf ist der gesamte Hubraum des Systems (d. h. die Summe der Hubräume aller Zylinder-Einrichtungen.
  • Als Beispiel: angenommen, dass der gesamte Hubraum eines Drei-Stufen-System ist ein Liter. Wenn der Hub der einzelnen Kolben ist im wesentlichen gleich und im wesentlichen gleich der Bohrung (Durchmesser) der letzten Zylinderkammer, dann die Volumina der drei Zylinderkammern sind etwa 19 cm3, 127 cm3, und 854 cm3. Die Bohrungen sind etwa 1,54 cm, 3,96 cm und 10,3 cm, mit einem Hub von ca. 10,3 cm für alle drei. Die niedrigsten-Druck Zylinder-Einrichtung ist die größte und die höchste-Druck Zylinder-Einrichtung die kleinste.
  • zeigt eine schematische Darstellung, wie drei Stufen 24a, 24b und 24c sich auf ein hydraulisches System (z. B. ein Hydromotor 57 und sechs Hydraulikzylinder 61a1–61c2) gekoppelt werden können, um kontinuierlichen nahezu gleichmäßige Leistungsabgabe zu produzieren. Jeder Druckluft angetriebenen Kolben 23a1–23c2 der jeweils entsprechenden druckluftbetriebene Zylinder-Einrichtung 21a1–21c2 ist über jeweils eine Kolbenstange 19a1–19c2 zu einem entsprechenden Kolben 60a1–60c2 einer jeweiligen hydraulischen Zylindereinrichtung 61a1–61c2 gekoppelt.
  • Die Kammern der Luft-getriebenen Zylinder-Einrichtung 21a1–21c2 variieren in die Hubräume wie oben beschrieben. Die Kammern der hydraulischen Zylinder-Einrichtungen 61a1–61c2 sind jedoch im Wesentlichen identisch in Hubraum. Da die erzeugte Kraft von jedem Luft-angetriebenen Kolben im Wesentlichen gleich über die drei Stufen ist, liefert jede hydraulische Zylindereinrichtung wesentlichen den gleichen Druck auf den Hydromotor 57. Es ist zu bemerken, dass in dieser Konfiguration, die beiden Luft-angetriebenen Kolben 21a1, 21a2, die eine bestimmte Stufe (z. B. die erste Stufe 24a) umfassen, 180 Grad außer Phase miteinander arbeiten.
  • Stufen mit flüssigem Nebel, um Wärmeaustausch in einem mehrstufigen System zu bewirken
  • Wenn eine Stufe ist einfach wirkenden und benutzt flüssigen Nebel, um einen Wärmeaustausch zu berwirken, die Stufe arbeitet nach der Schema beschrieben im obigen Abschnitt betitelt einstufige System. Jede einfachwirkende Stufe eines mehrphasigen Systems 20 (z. B. die zweite Phase 24b der ) ist schematisch in dargestellt. In dieser Konfiguration, Luft geht zu einer Zylinderkammer 22b der zweiten Stufe 24b dargestellt von der Druckzelle 25a der nächst unteren Druckstufe (z. B. erste Stufe 24a) während der Kompression, und zur Druckzelle der nächst niedrigeren-Druckstufe während der Expansion, über die Leitung 92a/90b. Flüssigkeit geht zu und von der Druckzelle 25a des nächst unteren Druckstufe über die Leitung 93a/91b.
  • Im Gegensatz dazu gelangt Luft aus Druckzelle 25b der dargestellten Stufe (z. B. die zweite Stufe 24b) in die Kammer der Zylindereinrichtung der nächst höheren Druckstufe (z. B. die dritte Stufe 24c) während der Kompression und aus der Kammer der Zylinder-Einrichtung der nächst höheren Druckstufe während der Expansion über die Leitung 92b/90c. Es wird erkenntlich sein, dass der Luft-Kompression/Expansion Mechanismus (d. h. die zweite Stufe 24b) illustriert ist genau das gleiche wie die zentralen Elemente (die Zylinder-Einrichtung 21 und die Druckzelle 25 der ersten Stufe 24) dargestellt in , mit der Ausnahme, dass, in es eine Leitung 93b gibt, die die Flüssigkeit aus der Druckzelle einer Stufe zu der Kammer der Zylindereinrichtung der nächst höheren Druckstufe befördert. Die Leitung 93b ist nicht für die höchste Druckstufe notwendig, daher sie erscheint nicht in die Diagramme, und , der einstufigen Konfigurationen.
  • Wenn die dargestellte Stufe ist der niedrigste Druck-Stufe (z. B. die erste Stufe 24a in der Ausgestaltung der ), dann Leitung 90a leitet Luft zu einem Luft-Flüssigkeits-Abscheider (z. B. Abscheider 27 in ) während des Expansionszyklus und aus einem Luftfilter (z. B. Filter 26 in ) während des Kompressionszyklus. Genauso, wenn die dargestellte Stufe is die niedrigste Druckstufe, dann Leitung 91a leitet Flüssigkeit zu und von dem Flüssigkeitstank. Wenn die dargestellte Stufe ist die höchste Druck-Stufe (z. B. die dritte Stufe 24c), dann Luft wird zu- und aus dem Lufttank (z. B. Lufttank 32 in ) über Leitung 92c geführt.
  • Einfachwirkende Stage verwendet Blasen, um Wärmeaustausch zu bewirken
  • Anstelle der Benutzung des flüssigen Nebels gesprüht in die Zylindereinrichtung oder Druckzelle, um die Luft zu kühlen wenn sie komprimiert oder erwärmen wenn sie expandiert, eine speziellen Ausgestaltung der Erfindung benutzt den inversen Prozess. Wie am besten in dargestellt, das heißt, die Luft wird durch einen von Flüssigkeitskörper 49c1 in die Kammer 22c der Zylinder-Einrichtung 21c gesprudelt. Dieser Prozess sollte statt dem oben erörterten Nebel Ansatz benutzt werden, wenn der Volumenanteil des Nebels um den notwendigen Wärmeaustausch zu bewirken ausreichend hoch genug wäre, um einen hohen Prozentsatz der Tröpfchen zu vereinigen während des Kompressionszyklus zu verursachen. Normalerweise, dies ereignet sich bei höheren Drücken. Daher ist die Verwendung der Bezeichnung c in (z. B. 25c) andeutend eine dritte oder Hochdruckstufe.
  • Wie oben im Zusammenhang mit beschrieben, wobei die Vorrichtung der 6 ferner einen Controller/Prozessor 6002 enthält, der ist in elektronische Kommunikation mit einem Computer lesbaren Speichermedium 6004, die beliebig gestaltet sein kann, einschließlich, aber nicht beschränkt mit diejenigen basiert auf Halbleiter-Prinzipien oder magnetischen oder optischen Speichermedien Prinzipien. Controller 6002 ist dar gestellt als in elektronischer Kommunikation mit einem Universum der aktiven Elemente des Systems, einschließlich aber nicht begrenzt auf, Ventile, Pumpen, Kammern, Düsen und Sensoren. Bestimmte Beispiele für Sensoren benutzt bei dem System umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Drucksensoren (P) 6008 und 6014, Temperaturfühler (T) 6010, 6016, und 6018, und das Volumen Sensor (V) 6012.
  • zeigt eine Stufe, die Blasen verwendet, um den Wärmeaustausch zu ermöglichen. Der Kompressionszyklus für dieses einfach-wirkend-Stufe-System läuft wie folgt ab:
    Schritt 1 2 3 4
    Beschreibung Füllen Zylinder-Einrichtung mit Luft Komprimieren Transfer Luft zur Druckzelle Ausfüllen die Flüssigkeit
    Ventil 108c Closed (geschlossen) Closed Closed Closed
    Ventil 109c Closed Closed Open Closed
    Ventil 114c Closed Closed Closed Closed
    Ventil 41c Closed Closed Open Closed
    Ventil 40c Closed Closed Closed Closed
    Ventil 106c Open (geöffnet) Closed Closed Closed
    Ventil 110c Closed Closed Closed Closed
    Ventil 111c Closed Closed Closed Open
    Pumpe 105c On (ein) Off Off Off
    Pumpe 113c Off (aus) Off Off On
    Kolben 23c At top of liquid at start of step At TDC at start of step Near BDC at start of step At BDC at start of step
  • Im Gegensatz dazu, der Expansionszyklus für dieses einfachwirkend-Stufe-System verwendet den folgenden Prozess:
    Schritt 1 2 3 4
    Beschreibung Wieder auffüllen die Flüssigkeit in Zylinder-Einrichtung Add Druckluft zu Zylinder-Einrichtung Expansion Abgase ausströmen
    Valve 108c Closed Closed Closed Open
    Valve 109c Closed Closed Closed Closed
    Valve 114c Closed Open Closed Closed
    Valve 41c Closed Closed Closed Closed
    Valve 40c Closed Open Closed Closed
    Valve 106c Closed Closed Closed Closed
    Valve 110c Open Closed Closed Closed
    Valve 111c Closed Closed Closed Closed
    Pumpe 105c Off Off Off Off
    Pumpe 113c On Off Off Off
    Kolben 23c At BDC at start At top of liquid Near BDC at start At TDC at start
  • Ein Luft-Flüssigkeits-Gemisch aus der Kammer 22c der Zylinder-Einrichtung 21c in dieser Stufe (z. B. dritte Stufe 24c) wird gefördert zu der Druckzelle 25b der nächst unteren Druckstufe (z. B. zweite Stufe 24b) während des Expansionszyklus über Ventil 108c und Leitung 91c/95b. Luft wird in die Kammer 22c der Zylindereinrichtung 21c in dieser dritten Stufe 24c befördert, z. B. aus der nächst niedrigeren-Druck Stufe 24b bei der Kompression über die Leitung 92b/90c.
  • Im Gegensatz dazu, Luft wird aus der Druckzelle 25c von dieser zweiten Stufe 24c, zum Beispiel, zu und aus der Zylinderkammer 22d von der nächst höheren Druckstufe über die Leitung 92c/90d zusammen mit dem Betrieb von Reihen-Ventil 41c befördert. Flüssigkeit 49c aus der Druckzelle 25c von dieser Stufe wird zur Zylinderkammer 22d von der nächst höheren Druckstufe 24d, zum Beispiel, über die Leitung 93c/94d befördert. Ein Luft-Flüssigkeits-Gemisch aus der Zylinderkammer 22d von der nächst höheren Druckstufe (bei der Expansionszyklus davon) ist auf Zelle 25c von dieser Stufe über die Leitung 91d/95c befördert.
  • Es wird geschätzt, dass in einigen mehrstufige Systeme, einige (untere Druck-)Stufen könnte die flüssig-Nebel Technik verwenden, während andere (höhere Druck-)Stufen die Blasen-Technik verwenden könnte, um Energie zu speichern und zu entfernen.
  • Mehrere Phasen
  • Die bisher beschriebenen Systeme repräsentieren eine einphasige Ausgestaltung. Das heißt, alle Kolben arbeiten zusammen im Laufe eines Zyklus. Während der Expansion, zum Beispiel, es ergibt sich eine unterschiedliche Menge an mechanischer Arbeitsleistung während einer Hälfte des Zyklus und benötigt einige Energiezufuhr während der anderen Hälfte des Zyklus. Solche Energiezufuhr könnte durch die Verwendung eines Schwungrades (nicht dargestellt) ermöglicht werden.
  • Um die Leistung im Laufe eines Zyklus zu glätten und die Anforderungen des Schwungrades zu reduzieren, in einer Ausgestaltung, mehrere Systeme Phasen können eingesetzt werden. N Sätze von Kolben können um 360/N Grad auseinander betrieben werden. Zum Beispiel, vier komplette Sätze von Kolben können 90 Grad phaseverschoben betrieben werden, glättend die Ausgangsleistung und bewirkend selbst-Start und eine Vorzugsrichtung der Operation. Anmerken, dass Ventile, die Zylinder-Einrichtungen an eine Druckzelle verbinden, sind nur während weniger als die Hälfte eines Zyklus geöffnet, so ist es möglich, eine Druckzelle zwischen zwei um 180 Grad auseinander Phasen zu teilen.
  • Wenn N Phasen werden eingesetzt, und N ist gerade, Phasen Paare sind um 180 Grad auseinander und können mit doppelt wirkenden Kolben implementiert werden. zeigt eine doppelt wirkende Stufe, den flüssigen Nebel verwendet, um Wärmeaustausch zu bewirken. Jede Hälfte des Kolbens arbeitet nach dem Protokoll beschrieben im Abschnitt Einstufige System, aber um 180 Grad phasenverschoben.
  • Wie oben im Zusammenhang mit beschrieben, wobei die Vorrichtung der umfasst zusätzlich einen Controller/Prozessor 5002 in elektronischer Kommunikation mit einem Computer lesbaren Speichermedium 5004, die beliebig gestaltet sein kann, einschließlich, aber nicht beschränkt mit diejenigen auf Halbleiter-Prinzipien, oder magnetische oder optische Speichermedien Prinzipien. Controller 5002 ist gezeigt als in elektronischer Kommunikation mit einem Universum der aktiven Elemente des Systems, einschließlich aber nicht begrenzt auf, Ventile, Pumpen, Kammern, Düsen und Sensoren. Spezifische Beispiele für Sensoren, die vom System verwendet werden, umfassen, aber nicht beschränkt auf, Drucksensoren (P), Temperatur-Sensoren (T), Feuchtesensor (H) und Volumen-Sensoren (V).
  • Die Kompressionszyklus für die doppelt wirkende Stufe in dargestellt verlauft wie folgt:
    Schritt 1 2 3 4 5
    Beschreibung Add Nebel zu Kammer 22b1 and bewegen Luft zur Druckzell aus Kammer 22b2 Komprimieren Luft in Kammer 22b1 und nachfüllen Kammer 22b2 bewegen Luft zur Druckzelle aus Kammer 22b1 und add Nebel zu Kammer 22b2 nachfüllen kammer 22b1 und komprimieren Luft in Kammer 22b2 Wieder auffüllen Flüssigkeit in Zylinder Einrichtung
    Ventil 35b1 Closed Closed Open Open Closed
    Ventil 36b1 Closed Closed Closed Closed Open
    Ventil 37b1 Closed Closed Closed Closed Closed
    Ventil 38b1 Closed Closed Open Closed Closed
    Ventil 39b1 Open Closed Closed Closed Closed
    Ventil 35b2 Open Open Closed Closed Closed
    Ventil 36b2 Closed Closed Closed Closed Open
    Ventil 37b2 Closed Closed Closed Closed Closed
    Ventil 38b2 Open Closed Closed Closed Closed
    Ventil 39b2 Closed Closed Open Closed Closed
    Ventil 40b Closed Closed Closed Closed Closed
    Ventil 41b Open Closed Open Closed Closed
    Pumpe 47b On Off On Off Off
    Kolben 23b Nahe TDC zum Beginn des Schritts Zwischen TDC und BDC, nach unter bewegen Nahe BDC zum Beginn des Schritts Zwischen TDC und BDC, nach oben bewegen Zwischen TDC und BDC
  • Anmerkend, dass Schritt 5 ist nicht notwendig und, in bestimmten Ausgestaltungen, kann in der großen Mehrzahl der Zyklen verzichtet werden, da die Füllstände in den Kolben im Wesentlichen über lange Betriebszeiten gleich bleiben.
  • Im Gegensatz dazu, der Expansionszyklus für die doppelt wirkende Stufe in dargestellt wird wie folgt vorgegangen:
    Schritt 1 2 3 4 5
    Beschreibung Add Nebel und Luft zu Kammer 22b1 und ausströmen Luft von Kammer 22b2 erlauben Luft in Kammer 22b1 zu expandieren und fortsetzen ausströmen Luft von Kammer 22b2 Add Nebel und Luft zu Kammer 22b2 und ausströmen Luft von Kammer 22b1 erlauben Luft in Kammer 22b2 zu expandieren und fortsetzen ausströmen Luft von Kammer 22b1 Wieder auffüllen Flüssigkeit in Zylinder Einrichtung
    Ventil 35b1 Closed Closed Open Open Closed
    Ventil 36b1 Closed Closed Closed Closed Open
    Ventil 37b1 Open Closed Closed Closed Closed
    Ventil 38b1 Closed Closed Closed Closed Closed
    Ventil 39b1 Open Closed Closed Closed Closed
    Ventil 35b2 Open Open Closed Closed Closed
    Ventil 36b2 Closed Closed Closed Closed Open
    Ventil 37b2 Closed Closed Open Closed Closed
    Ventil 38b2 Closed Closed Closed Closed Closed
    Ventil 39b2 Closed Closed Open Closed Closed
    Ventil 40b Open Closed Open Closed Closed
    Ventil 41b Closed Closed Closed Closed Closed
    Pumpe 47b On Off On Off Off
    Kolben 23b Nahe TDC zum Beginn des Schritts Zwischen TDC und BDC, nach unter bewegen Nahe BDC zum Beginn des Schritts Zwischen TDC und BDC, nach oben bewegen Zwischen TDC und BDC
  • Anmerkend, dass, wie bei Kompression, Schritt 5 ist nur selten notwendig und kann in der großen Mehrzahl der Zyklen ausgelassen werden.
  • Stufen mit mehreren Zylinder-Einrichtungen
  • Wenn es erwünscht ist, dass alle Zylinder-Einrichtungen in einem mehrstufigen System 20 im wesentlichen gleicher Größe sind, die größere (niedriger Druck) Zylinder-Einrichtungen können in zwei oder mehrere kleinere Zylinder-Einrichtungen aufgeteilt werden, die in parallel kommunizieren. Ein Beispiel für eine solche Stufe ist in dargestellt, die eine alternative Ausgestaltung der Stufe von der Ausgestaltung in ist. In dieser Konfiguration, vier im Wesentlichen ähnliche Zylinder-Einrichtungen 21B1–21b4 benutzen gemeinsam eine einzelne Druckzelle 25b, die den Flüssigkeitskörper 49b beinhaltet. Allerdings, wenn es erwünscht ist, die Zylinder-Einrichtungen mit einander phasenverschoben zu betreiben, so dass das System als Ganzes Leistung gleichmäßiger zu vermitteln kann, getrennte Druckzellen werden für jede Zylinder-Einrichtung benötigt. Wie oben erwähnt, die Ausnahme ist die Zylinder-Einrichtungen, die um 180 Grad phasenverschoben sind, die dann eine gemeinsame Druckzelle teilen können.
  • In Bezug auf die Ausgestaltung der , jede Zylinder-Einrichtung 21b1–21b4 arbeitet nach dem Schema verwendet für das Nebel-Typ-System beschrieben im obigen Abschnitt des einstufigen Systems.
  • Multi-Zylinder-Einrichtung Stufen können einzeln oder doppelt wirkendend, und können entweder flüssigen Nebel oder Blasen benutzen, um Wärmeaustausch zu bewirken. Ein mehrstufiges System kann einige Stufen mit einer Einzylinder-Einrichtung und andere Einrichtungen mit mehreren Zylinder-Einrichtungen haben.
  • Optionen für die Förderung Mechanische Energie zum und vom System
  • Mindestens vier Methoden können angewendet werden, um Energie zu und von einer Stufe gemäß der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Diese werden wie folgt beschrieben, und dargestellt in .
  • W. Eine direkte-wirkende hydraulische Zylinder-Einrichtung 21w ist gezeigt und funktioniert wie folgt. Während des Expansionszyklus, Luft eintretend in die Kammer der Zylinder-Einrichtung 22w 21w, über das Ventil und Leitung 121w, verdrängt die hydraulische Flüssigkeit 49W durch das Ventil 123W. Sie fließt dann durch die Leitung 124W. Die somit pneumatisch aufgebrachte Kraft gegen die Flüssigkeit kann benuzt werden, um eine hydraulische Einrichtung (z. B. ein Hydrometer 57, eine hydraulische Zylinder-Einrichtung oder ein Hydro Turbine wie in gezeigt) zu betreiben, um mechanische Energie erzeugen. Während des Kompressionszyklus, der umgekehrte Vorgang erfolgt. Eine externe Quelle von mechanischer Energie betreibt eine hydraulische Pumpe oder eine Zylinder-Einrichtung, die die hydraulische Flüssigkeit 49W durch das Ventil 123W in die Zylinderkammer 22w drängt, komprimierend die Luft in der Kammer. Wenn die Luft den gewünschte Druck erreicht hat, wird das Ventil 121w geöffnet, so dass die Druckluft aus der Zylinderkammer 22w in die nächst höhere Druck Stufe oder in den Lufttank strömt.
  • X. Ein einfach-wirkender Kolben 23x (auch in dargestellt) kann mit einem herkömmlichen Kurbelwelle über eine Kolbenstange 19x verbunden werden. Sein Betrieb ist im Detail im obigen Abschnitt mit dem Titel einstufige System beschrieben.
  • Y. Ein doppelt wirkender Kolben (auch in dargestellt), kann in ähnlicher Weise mit einer Kurbelwelle über eine Kolbenstange 19y verbunden werden. Sein Betrieb ist im obigen Abschnitt mit dem Titel mehrere Stufen im Detail beschrieben.
  • Z. Ein hydraulische Zylindereinrichtung 21 mit einer Membran 125 ist dargestellt, dass, wenn die Luft in den Zylinderkammer 22z, über das Ventil 121z, während des Expansionszyklus einströmt, die Membran 125 wird nach unten gedrückt. Folglich ist die hydraulische Flüssigkeit 49Z gedrängt oder angetrieben durch das Ventil 123z und durch die Leitung 124z. Ebenso während der Kompression wird die hydraulische Flüssigkeit 497 durch das Ventil 123z und in die Zylinderkammer 22z angetrieben, ablenkend die Membran 125 nach oben, verdichtend die Luft im oberen Teil der Kammer 22z, die dann über das Ventil 121z austritt.
  • Anmerkend, dass alle vier Optionen mit der flüssigen-Nebel Technik oder der Blasen Technik verwendet werden können, um Wärmeübertragung zu bewirken. Die notwendigen Ventile und Düsen zur Versorgung des Nebels oder Blasen sind nicht auf dargestellt.
  • Wobei die obigen Beispiele die Verwendung von Kolben beschreiben, können andere Arten von beweglichen Elementen verwendet werden und dennoch im Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung verbleiben. Beispiele für alternative Arten von Einrichtungen, die genutzt werden könnten, umfassen, aber beschränken sich nicht auf, Kompressoren, Multi-Drehkolbengebläse, multi-Lappen-Gebläse, Flügelrad-Kompressoren, Gerotoren und quasi-Turbinen.
  • Einzeln-Stufiges, einfach-wirkendes Energiespeichersystem:
  • Unter Bezugnahme auf die Ausgestaltung der , ein einstufiger, einfach-wirkender Energiespeicher 20 wird gezeigt, der zwei Druckzellen 25d und 25e verwendet, die als direkt wirkende hydraulischen Zylinder-Einrichtungen (obige Option A) konfiguriert sind. Die beiden Druck-Zellen arbeiten im Wesentlichen 180 Grad phasenverschoben mit einander. Flüssigen Nebel ist verwendet um Wärmeaustausch zu bewirken während des Kompressionszyklus, und beide Blasen und Nebel werden verwendet, um den Wärmeaustausch während des Expansionszyklus zu bewirken.
  • Wie oben im Zusammenhang mit beschrieben, die Vorrichtung der zusätzlich umfasst einen Controller/Prozessor 3006 in elektronischer Kommunikation mit einem Computer lesbaren Speichermedium 3008, die beliebig gestaltet sein kann, einschließlich, aber nicht beschränkt sich auf Halbleiter-Prinzipien oder magnetische oder optische Speichermedien Prinzipien. Controller 3006 ist gezeigt als in elektronischer Kommunikation mit einem Universum der aktiven Elemente des Systems, einschließlich aber nicht begrenzt auf Ventile, Pumpen, Kammern, Düsen und Sensoren. Spezifische Beispiele für Sensoren verwendet beim System umfassen, aber nicht begrenzt auf, Drucksensoren (P) 3016, 3022, und 3038, Temperatursensoren (T) 3018, 3024, und 3040, Feuchtigkeitssensor (H) 3010 und Volumen-Sensoren (V) 3036, 3014 und 3020.
  • Der Kompressionszyklus des einstufigen, einfachwirkenden Energiespeichersystems 20 wird wie folgt vorgegangen:
    Schritt 1 2 3 4
    Beschreibung Kompriemieren Luft in Zelle 25d while Sprühen Nebel, und wieder auffüllen die Luft in Zelle 25e Bewegen kompriemierte Luft von Zelle 25d zu Lufttank Kompriemieren Luft in Zelle 25e while Sprühen Nebel, und wieder auffüllen die Luft in Zelle 25d Bewegen kompriemierte Luft von Zelle 25e zu Lufttank
    Ventil 130 Closed Closed Open Open
    Ventil 131 Open Open Closed Closed
    Ventil 132 Closed Open Closed Closed
    Ventil 133 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 134 Open Open Closed Closed
    Ventil 135 Closed Closed Open Open
    Ventil 136 Closed Closed Closed Open
    Ventil 137 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 138 auspumpen Zelle 25d, pumpen in von Zelle 25e Auspumpen zu Zelle 25d, pumpen in von Zelle 25e auspumpen zu Zelle 25e, pumpen in von Zelle 25d auspumpen zu Zelle 25e, pumpen in von Zelle 25d
    Pumpe 46 On On On On
  • Während Schritt 1 wird Flüssigkeit aus Druckzelle 25e mit dem hydraulischen Pumpe-Motor 57 in Druckzelle 25d gepumpt, wodurch komprimierend die Luft im Inneren der Zelle 25d. Flüssig-Nebel ist durch die Düse 141 besprüht, die die Kompressionswärme absorbiert. Wenn der Druck im Inneren der Zelle 25d den Druck der Lufttank 32 erreicht hat, Ventil 132 wird geöffnet, um die komprimierte Luft in den Lufttank zu übertragen. Als diese Schritte fortgeschritten wurden, ist die Luft bei atmosphärischem Druck in das System über die Leitung 10 und Luftfilter 26d und von dort in die Zelle 25e eingeströmt, um die Flüssigkeit, die aus dem System heraus gepumpt ist, zu ersetzen.
  • Wenn alle Luft wurde aus der Zelle 25d ausgetrieben, der Prozess umkehrt, und Schritt 3 beginnt, mit dem Vier-Wege-Ventil 138 verändernd den Zustand, um Flüssigkeit aus der Zelle 25d und in die Zelle 25e gepumpt zu werden, wodurch die Luft in der Zelle 25e komprimiert wird. Also, die Flüssigkeit ist hin und her zwischen den Zellen 25d und 25e in einem kontinuierlichen Zyklus gepumpt.
  • Der Expansionszyklus des einstufigen, einfachwirkenden Energiespeichersystems verläuft wie folgt:
    In Schritt 1, Druckluft wird in die Druckzelle 25d 11d über die Düse geblasen. Als die Blasen steigen, austauschen sie Wärme mit dem Flüssigkeitskörper 49d. Luft wird aus der Zeile 25d gedrängt, durch die Leitung 139D, und dann betreibend den Hydromotor 57, um mechanische Leistung zu beliefern.
  • In Schritt 2, das Ventil 133, die die Druckluft in die Zelle 25d aufnimmt, ist geschlossen, so dass die Luft in der Zelle 25d expandiert, um Motor 57 kontinuierlich zu betreiben. In Schritt 3, wenn die Luft zugelassen in Schritt 1 an das obere Ende der Zelle 25d gestiegen hat und nicht mehr Wärme mit dem Flüssigkeitskörper 49d austauschen kann, der flüssige Nebel wird in die Zelle über Düse 141 gesprüht, um die expandierende Luft weiter zu erwärmen.
  • Als die Flüssigkeit durch den hydraulischen Motor 57 während der Schritte 1, 2 und 3 strömt, sie setzt fort durch die Leitung 139e und tritt in die Druckzelle 25e ein, drängt die Luft in dieser Zelle durch die Leitung 140 und in der Flüssigkeit Trap-Reservoir 13d, und von dort über den Luftfilter 26d und schließlich die Leitung 10 in die Atmosphäre.
  • Schritte 4, 5, und 6 spiegeln Schritte 1, 2 und 3. Das heißt, die Druckluft ist in Druckzelle 25e gesprudelt, dadurch wird die Flüssigkeit durch den Hydromotor 57, und dann in Druckzelle 25d gedrängt.
  • Wenn Reservoir 13e bei der Operation entleert ist, die überschüssige Flüssigkeit wird aus dem Reservoirboden 13d in die Zellen 25d und 25e Ober eine Pumpe gepumpt, die, nicht in der Abbildung dargestellt, ist mit der Leitung 140 verbunden.
  • Im Laufe der Zeit werden beide Flüssigkeitsfallen 13d und 13e aufgrund der Luft und den mitgerissenen Tröpfchen, die die Wärme übertragen, die Temperatur ändern – ein Wärmetauscher, dargestellt durch Spulen 52d und 52e, in Druckzellen 25d und 25e, und mit einem herkömmlichen externen Wärmetauscher 12 verbunden, die Wärme mit der Umgebung austauscht, die Temperatur auf die nahe Umgebungstemperatur mildert.
  • Das Volumen der Druckluft gesprudelte in die Zellen während der Schritte 1 und 3 ist abhängig von der gewünschten Leistung. Wenn die Luft völlig auf eine Atmosphäre expandieren kann, ohne die gesamte Flüssigkeit in der Zelle zu verdrängen, dann der maximale Arbeitsbetrag wird während des Taktes erfolgen. Wenn die Luft nicht vollständig während des Taktes expandiert, wird ceteris paribus die Leistung höher sein auf Kosten des Wirkungsgrades.
  • Bemerkend, dass die Druckzellen nicht ungenügende Höhe haben können, so dass die Luftblasen die Oberfläche der Flüssigkeit im Verlauf des Taktes erreichen, da fast aller Wärmeaustausch mit dem Flüssigkeitskörper erfolgt indem die Blasen durch die Flüssigkeit steigen. Allerdings müssen sie ausreichend groß sein, damit die Blasenkolonne völlig von der Flüssigkeit vollständig getrennt sind wenn der Ausstoßtakt beendet. Wenn das System langsam betrieben werden muss, werden einige der Blasen das obere Ende erreichen bevor die Expansion beendet ist. In diesem Fall, der flüssige Nebel ist durch Düsen 141 (in Schritt 3) oder 142 (in Schritt 6) des Expansionszyklus besprüht.
  • soll die grundlegenden Prinzipien veranschaulichen. In einem System, in dem ein großes Expansionsverhältnis erwünscht ist, die Verwendung von mehreren Stufen 24 ist notwendig.
  • Systemkonfigurationen
  • Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Energiespeichersausgestaltungen, konstruiert gemäß dieser Erfindung, möglich ist. Diese Energiespeichersysteme 20 können ein- oder mehrstufige sein. Die Stufen können Einzylindereinrichtung oder Multi-Zylinder-Einrichtung sein. Der Wärmeaustausch kann über flüssigen Nebel oder über Blasen erfolgen. Die Leistung kann in und aus dem System über einen der mindestens vier Methoden im vorherigen beschrieben Abschnitt übertragen werden. Jede mögliche Konfiguration hat Vorteile für eine bestimmte Anwendung oder eine Reihe von Design-Prioritäten. Es wäre nicht möglich, jede dieser Konfigurationen hier zu beschreiben, aber es ist beabsichtigt, dass die gegebene Informationen sollten für einen Fachmann ausreichend sein, um einen dieser möglichen Energiespeichernsysteme zu konfigurieren.
  • Alle der vielen möglichen Konfigurationen haben drei gemeinsame Elemente:
    • 1. Nahe-isotherme Luftexpansion und Luftkompression, mit dem notwendigen Wärmeaustausch erfolgt durch eine flüssige Phase in große-Oberfläche-Bereich Kontakt mit der Luft.
    • 2. Ein reversibler Mechanismus imstande für beide Luftkompression und Luftexpansion.
    • 3. Eine elektronische Steuerung des Ventil-Timings, um so eine möglichst hohe Arbeitsleistung aus einer gegebenen Menge von Druckluft zu erhalten.
  • Beachten Sie, dass alle hierin beschriebene Konfigurationen verwenden und erzeugen Strom in mechanische Form, sei es hydraulischen Druck oder die hin-und-her Hubbewegung eines Kolbens. In den meisten Anwendungen, die Anforderung wird jedoch für die Speicherung von elektrischer Energie sein. In diesem Fall, ein Generator zusammen mit entsprechenden Power-Conditioning-Elektronik, must hinzugefügt werden, um die gelieferte mechanische Leistung vom System während der Expansion in elektrischen Strom umzuwandeln. Ebenso muss die benötigte mechanische Leistung des Systems während der Kompression von einem Motor zugeführt werden. Da Kompression und Expansion nie gleichzeitig durchgeführt werden können, ein Motor-Generator soll benuzt werden, um beide Funktionen auszuführen. Wenn das Energiespeichersystem einen hydraulischen Motor oder ein Hydro-Turbine benutzt, dann die Welle von dieser Einrichtung wird direkt oder über ein Getriebe an den Motor-Generator verbunden. Wenn das Energiespeichersystem Hubkolben benutzt, dann eine Kurbelwelle oder andere mechanische Verbindung ist notwendig, um die Hin- und Herbewegung zu Wellendrehmoment umzuwandeln.
  • Nutzung von Abwärme bei der Expansion
  • Um isotherm zu betreiben, die Neigung der Luft abzukühlen als sie expandiert während der Arbeit (d. h., indem sie einen Kolben oder hydraulische Flüssigkeit bewegt) muss durch den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft oder mit einem Wasserkörper (z. B. ein Bach oder See) neutralisiert werden. Wenn jedoch eine andere Wärmequelle ist vorhanden – zum Beispiel, heißes Wasser aus einem Dampf-Kondensator – es kann vorteilhaft sein während des Expansionszyklus zu verwenden. In , als beschrieben in dem obigen Abschnitt des einstufigen Systems, die Leitungen 53 und 54 führen zu einem externen Wärmetauscher. Wenn diese Leitungen stattdessen an eine Wärmequelle weitergeleitet werden, kann der Wirkungsgrad des Expansionprozesses drastisch erhöht werden.
  • Da das System im Wesentlichen an oder nahe der Umgebungstemperatur arbeitet, muss die Wärmequelle nur um wenige Grad über die Umgebungstemperatur, um nützlich in dieser Hinsicht zu sein. Die Wärmequelle muss jedoch über eine ausreichende thermische Masse haben, um alle benötigte Wärme für den Expansionsprozess an oder über die Umgebungstemperatur während des gesamten Zyklus zu halten.
  • Wie oben im Detail beschrieben, Ausgestaltungen der Systeme und Verfahren für die Speicherung und Rückgewinnung von Energie gemäß der vorliegenden Erfindung sind besonders für den Einsatz in Verbindung mit einem Host-Computer mit einem Prozessor und einem Computer-lesbaren Datenträger geeignet. Ein solcher Prozessor und computerlesbares Speichermedium können in der Vorrichtung eingebettet werden, und/oder durch externe Input/Output-Einrichtungen gesteuert oder überwacht werden. ist eine vereinfachte Darstellung einer Recheneinrichtung zur Verarbeitung von Informationen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Diese Darstellung ist lediglich ein Beispiel, das nicht den Umfang der Ansprüche beschränken sollte. Ein Fachmann würde viele andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. Ausgestaltungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung können in einer einzigen Anwendung Programm wie ein Browser implementiert werden, oder können als mehrere Programme in einer verteilten Computing-Umgebung, wie z. B. eine Workstation, PC oder einem Remote-Terminal in einer Client-Server-Beziehung implementiert werden.
  • zeigt ein Computersystem 2010, das Anzeigeeinrichtung 2020, Display 2030, Kabinett 2040, Tastatur 2050 und Maus 2070 aufweist. Mouse 2070 und Tastatur 2050 sind typisch ”user Eingabeeinrichtungen.” Mouse 2070 enthält Tasten 2080 für die Auswahl von Schaltflächen auf einer grafischen Benutzeroberfläche Vorrichtung. Andere Beispiele für Benutzer Eingabeeinrichtungen sind ein Touchscreen, Lichtgriffel, Trackball, Datenhandschuh, Mikrofon, und so weiter. ist typisch eine Art von System für die vorliegende Erfindung verkörpert. Es wird einfach ersichtlich für einen Fachmann, dass viele System-Typen und Konfigurationen für den Einsatz in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Computersystem 2110 ein PentiumTM Klasse basierten Computer mit WindowsTM XPTM oder Windows 7TM Betriebssystem von Microsoft Corporation. Allerdings kann die Einrichtung einfach auf andere Betriebssysteme und Architekturen von Fachleuten adaptiert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung abzugehen.
  • Wie bereits erwähnt, Maus 2170 kann eine oder mehrere Schaltflächen wie Buttons 2180 haben. Kabinett 2140 beherbergt vertraute Computerkomponenten wie die Festplatten, einen Prozessor, einen Speicher, etc. Speichervorrichtungen umfassen, aber beschränken sich nicht auf, Festplatten, Magnetbändern, Solid-State-Speicher, Blase Speicher usw. Das Kabinett 2140 kann zusätzliche Hardware wie Input/Output(I/O)-Interface-Karten für den Anschluss von Computer-System 2110 mit externen Geräten, externen Speichern, andere Computer oder zusätzliche Peripheriegeräte, das is weiter im Folgenden beschrieben.
  • ist eine Darstellung der grundlegenden Subsysteme in EDV-System 2010 von . Diese Darstellung ist lediglich eine Illustration und sollte den Umfang der Ansprüche hierin nicht beschränken. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird andere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennen. In bestimmten Ausgestaltungen sind die Subsysteme über einen Systembus 2075 miteinander verbunden. Weitere Subsysteme wie ein Drucker 2074, Tastatur 2078, Festplatte 2079, Monitor 2076, die mit Adapter 2082 gekoppelt ist, und andere werden gezeigt. Peripheriegeräte und Input/Output (I/O) Vorrichtungen, die mit I/O-Controller-2071 verbunden sind, können an den Rechner durch eine bekannte Reihe von Ansätzen, wie serielle Schnittstelle 2077 angeschlossen werden. Zum Beispiel, seriellen Port 2077 kann verwendet werden, um die Rechner und ein Modem 2081, die wiederum eine Verbindung zu einem Wide Area Netzwerk wie dem Internet, eine Maus Eingabegerät oder ein Scanner anzuschliessen. Die Zusammenschaltung über Systembus ermöglicht den zentralen Prozessor 2073 mit jedem Teilsystem zu kommunizieren und die Ausgestaltung von Befehlen aus dem Systemspeicher 2072 oder der Festplatte 2079, sowie den Austausch von Informationen zwischen den Teilsystemen zu steuern. Andere Anordnungen der Teilsysteme und Zusammenhänge werden von den Fachleuten voll gebracht werden. Arbeitsspeicher und die Festplatte sind Beispiele für physikalischen Medien für die Speicherung von Computerprogrammen, auch andere Arten von physikalischen Medien umfasssen Disketten, herausnehmbare Festplatten, optische Speichermedien wie CD-ROMs und Barcodes und Halbleiterspeicher wie Flash-Speicher, Nur-Lese-Speicher (ROM) und batteriegepufferte Speicher.
  • ist eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Prozessor/Controller und die verschiedenen empfangene Eingaben, ausgeübte Funktionen, und Ausgaben erzeugt durch den Prozessor-Controller zeigt. Wie bereits erwähnt, der Prozessor kann verschiedenen operativen Eigenschaften der Einrichtung regeln, die auf einen oder mehrere Eingaben basieren.
  • Ein Beispiel für eine solche operative Parameter, der geregelt werden kann, ist der Zeitpunkt (das Timing) des Öffnens und Schließens eines Ventils, das den Lufteinlass in den Zylinder während eines Expansionszyklus ermöglicht. –C sind vereinfachte und vergrößerte Ansichte des Zylinders 22 des einstufigen Systems der , der einen wie zuvor beschriebenen Expansionszyklus durchläuft.
  • Insbesondere wird bei Schritt 2 des Expansionszyklus, eine vorgegebene Luftmenge V0 ist in die Kammer von der Druckzelle durch Öffnung des Ventils 37 für eine kontrollierte Zeitintervall zugefügt. Diese Luftmenge V0 wird so berechnet, dass, wenn der Kolben das Ende des Arbeitshubes gelangt, ein gewünschter Druck in der Kammer erreicht wird.
  • In bestimmten Fällen, dieser gewünschte Druck wird ungefähr gleich dem von der nächst niedrigeren Druckstufe, oder dem atmosphärischen Druck, wenn die Stufe ist die niedrigste Druckstufe oder ist die einzige Stufe. So am Ende des Arbeitshubes, die Energie in den ursprünglichen Luftvolumen V0 wird vollständig aufgebraucht, und wenig oder keine Energie ist verschwendet in Verschiebung der expandierten Luft zu der nächst niedrigeren Druckstufe.
  • Um dieses Ziel zu erreichen, das Ventil 37 wird nur so lange geöffnet, um die gewünschte Luftmenge (V0) in die Kammer einzulassen, und danach in Schritten 3–4 ( –C), Ventil 37 wird geschlossen gehalten. In bestimmten Ausgestaltungen, der gewünschte Druck in der Kammer kann innerhalb von 1 psi, innerhalb von 5 psi, innerhalb von 10 psi, oder innerhalb von 20 psi des Druckes der nächst niedrigeren Stufe sein.
  • In anderen Ausgestaltungen, kann der Controller/Prozessor das Ventil 37 steuern, um eine anfängliche Luftvolumen, die größer als V0 zuzulassen. Solche Instruktionen können erteilt werden, zum Beispiel, wenn mehr Leistung aus eines gegebenen Expansionszyklus gewünscht wird, auf Kosten des Wirkungsgrades der Energierückgewinnung.
  • Der Zeitpunkt der Ventil-Öffnung und -Schließung kann auch sorgfältig bei der Komprimierung kontrolliert werden. Zum Beispiel, wie in den –E gezeigt, in der Schritte 2 und 3 der Tabelle entsprechend der Zugabe von Nebel und Kompression, das Ventil 38 zwischen der Zylinder-Einrichtung und der Druckzelle bleibt geschlossen, und ein Druck baut sich innerhalb des Zylinders.
  • Bei herkömmlichen Kompressor-Vorrichtungen, eine akkumulierte Druckluft ist enthalten in das Gefäß durch ein Rückschlagventil, das ist mechanisch geöffnet in Reaktion auf eine Druckschwelle. Eine solche Energiebenutzung der Druckluft, um ein Rückschlagventil zu betätigen, beeinträchtigt den Wirkungsgrad der Energierückgewinnung von der Luft für die Durchführung nützlicher Arbeit.
  • Im Gegensatz dazu, wie gezeigt in , Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können den Controller/Prozessor verwenden, um das Öffnen des Ventils 38 genau unter den gewünschten Bedingungen, z. B. wenn der aufgebaute Druck im Zylinder überschreitet den Druck in der Druckzelle über einen bestimmten Betrag. Auf diese Weise, Energie von der Druckluft im Zylinder ist nicht verbraucht bei dem Ventilöffnungprozess, und der Wirkungsgrad der Energierückgewinnung wird verbessert. Ausgestaltungsbeispiele der Ventil-Typen, die komprimierte Luft aus einem Zylinder ermöglichen, umfassen, aber begrenzen nicht auf, Pilotventile, Nockengesteuerte Sitzventile, Drehventile, hydraulisch betätigte Ventile und elektronisch betätigte Ventile.
  • Obwohl der Zeitpunkt der Operation der Ventile 37 und 38 der obigen beschrieben einstufigen Vorrichtung kontrolliert werden kann, es sollte klar sein, dass die Ventile in anderen Ausgestaltungsformen ähnlich kontrolliert werden können. Beispiele für solche Ventile sind, aber begrenzen nicht auf, die Ventile 130, 132, 133, 134, 136, und 137 in , Ventile 37b und 38b in , Ventile 37b1, 38b1, 37b2 und 38b2 in , Ventile und 106c 114c in , und die Ventile 37b1–4 und 38b1–4 in dargestellt sind.
  • Ein weiteres Beispiel für ein System-Parameter, der durch den Prozessor geregelt werden kann, ist die eingeführte Flüssigkeitsmenge in die Kammer. Basiert auf einen oder mehreren Werten, wie Druck, Feuchtigkeit, berechneten Wirkungsgrad, und andere, kann eine Flüssigkeitsmenge, die in die Kammer bei der Kompression oder Expansion eingeleitet wird, sorgfältig kontrolliert werden, um den Wirkungsgrad des Betriebs zu erhalten. Zum Beispiel, wenn eine Luftmenge von mehr als V0 ist in die Kammer bei einem Expansionszyklus eingelassen, zusätzliche Flüssigkeit muss eingeführt werden, um die Temperatur der expandierten Luft innerhalb einem gewünschten Temperaturbereich zu halten.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese oben beschriebenen speziellen Ausgestaltungen beschränkt. Andere Verfahren und Vorrichtungen können in den Geltungsbereich der Erfindung fallen. Zum Beispiel, der Schritt von Flüssigkeitszugabe zu einer Zylinder-Einrichtung is nicht in jedem Zyklus notwendig. Darüber hinaus, die Flüssigkeit kann gleichzeitig mit der Luft in die Kammer hinzugefügt werden.
  • Dementsprechend, die folgende Tabelle beschreibt Schritte in eine Ausgestaltungsform eines Kompressionszyklus für ein einstufiges System, das flüssiger Nebel verwendet, um Wärmeaustausch zu bewirken, wie im Zusammenhang mit –C, wo ähnliche Elemente wie in gezeigt sind:
    Schritt 1 2 3
    Beschreibung Wieder auffüllen die Zylinder-Einrichtung Compress Bewegen komprimierte Luft zu Druckzelle
    Ventil 35 Closed Closed Closed
    Ventil 36 Open Closed Closed
    Ventil 37 Closed Closed Closed
    Ventil 38 Closed Closed Open
    Ventil 39 Open Closed Closed
    Ventil 40 Closed Closed Closed
    Ventil 41 Open Open Open
    Ventil 42 Closed Closed Closed
    Ventil 43 Open Closed Closed
    Pumpe 46 Off Off Off
    Pumpe 47 On Off Off
    Kolben 23 At TDC zum Beginn des schrittes At BDC zum Beginn des schrittes Zwischen BDC und TDC
  • Der entsprechende Expansionszyklus, wo Flüssigkeit gleichzeitig mit der Luft eingeführt wird, ist in der nachstehenden Tabelle, in Verbindung mit –C gezeigt:
    Schritt 1 2 3
    Beschreibung Add komprimierte Luft und liquid Nebel zu Zylinder-Einrichtung Expansion ausströmen verbrauchte Luft
    Ventil 35 Closed Closed Closed
    Ventil 36 Closed Closed Open
    Ventil 37 Open Closed Closed
    Ventil 38 Closed Closed Closed
    Ventil 39 Open Closed Closed
    Ventil 40 Open Open Open
    Ventil 41 Closed Closed Closed
    Ventil 42 Closed Closed Open
    Ventil 43 Closed Closed Closed
    Pumpe 46 Off Off Off
    Pumpe 47 On Off Off
    Kolben 23 Am TDC zu Beginn des schrittes Nahe TDC zu Beginn des schrittes Am BDC zu Beginn des schrittes
  • Außerdem, wo Blasen verwendet sind, um Wärmeaustausch zu bewirken, der Schritt der Flüssigkeitauffüllung ist nicht in jedem Zyklus notwendig. Die folgende Tabelle, in Verbindung mit den –C, beschreibt die Schritte in eine Ausgestaltungsform eines Kompressionszyklus für ein einstufiges System, das Blasen verwendet, um Wärmeaustausch zu bewirken, wo Elemente ähnlich wie in referenziert werden:
    Schritt 1 2 3
    Beschreibung Ausfüllen Zylinder-Einrichtung mit Luft Compress Bewegen Luft zu Druckzelle
    Ventil 108c Closed Closed Closed
    Ventil 109c Closed Closed Open
    Ventil 114c Closed Closed Closed
    Ventil 41c Open Open Open
    Ventil 40c Closed Closed Closed
    Ventil 106c Open Closed Closed
    Ventil 110c Closed Closed Closed
    Ventil 111c Closed Closed Closed
    Pumpe 105c On Off Off
    Pumpe 113c Off Off Off
    Kolben 23c At top of liquid zum Beginn des Schritts At TDC zum Beginn des Schritts Nahe BDC zum Beginn des Schritts
  • Der entsprechende Expansionszyklus für dieses System ist in der nachstehenden Tabelle in Verbindung mit –C gezeigt:
    Schritt 1 2 3
    Beschreibung Add komprimiert Luft zu Zylinder Einrichtung Expansion ausströmen verbrauchte Luft
    Ventil 108c Closed Closed Open
    Ventil 109c Closed Closed Closed
    Ventil 114c Open Closed Closed
    Ventil 41c Closed Closed Closed
    Ventil 40c Open Open Open
    Ventil 106c Closed Closed Closed
    Ventil 110c Closed Closed Closed
    Ventil 111c Closed Closed Closed
    Pumpe 105c Off Off Off
    Pumpe 113c Off Off Off
    Kolben 23c At top of liquid Near top of liquid At TDC at start
  • In den –d und in der nachfolgenden Tabelle sind die Schritte einer Ausgestaltungsform eines Kompressionszyklus für eine Multi-Phasen-Stufe, verweisend auf die Elemente der :
    Schritt 1 2 3 4
    Beschreibung Add Nebel und Luft zu Kammer 22b1 and komprimieren Luft in Kammer 22b2 fortsetzen, bewegen Luft zu Druckzelle Add Nebel und Luft zu Kammer 22b2 and komprimieren Luft in Kammer 22b1 fortsetzen, bewegen Luft zu Druckzelle
    Ventil 35b1 Open Open Closed Closed
    Ventil 36b1 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 37b1 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 38b1 Closed Closed Closed Open
    Ventil 39b1 Open Open Closed Closed
    Ventil 35b2 Closed Closed Open Open
    Ventil 36b2 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 37b2 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 38b2 Closed Open Closed Closed
    Ventil 39b2 Closed Closed Open Open
    Ventil 40b Closed Closed Closed Closed
    Ventil 41b Open Open Open Open
    Pumpe 47b On On On On
    Kolben 23b TDC zu Beginn des schrittes zwischen TDC und BDC, nach untern bewegen BDC zu Beginn des schrittes zwischen BDC und TDC, nach oben bewegen
  • Der entsprechende Expansionszyklus für die doppelt wirkende Stufe ist in den –d und in der folgenden Tabelle dargestellt:
    Schritt 1 2 3 4
    Beschreibung Add Nebel und Luft zu Kammer 22b1 und ausströmen Luft von Kammer 22b2 erlauben Luft in Kammer 22b1 zu expandieren und fortsetzen ausströmen Luft von Kammer 22b2 Add Nebel und Luft zu Kammer 22b2 und ausströmen Luft von Kammer 22b1 erlauben Luft in Kammer 22b2 to expand zu expandieren und fortsetzen ausströmen Luft von Kammer 22b1
    Ventil 35b1 Closed Closed Open Open
    Ventil 36b1 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 37b1 Open Closed Closed Closed
    Ventil 38b1 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 39b1 Open Closed Closed Closed
    Ventil 35b2 Open Open Closed Closed
    Ventil 36b2 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 37b2 Closed Closed Open Closed
    Ventil 38b2 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 39b2 Closed Closed Open Closed
    Ventil 40b Open Open Open Open
    Ventil 41b Closed Closed Closed Closed
    Pumpe 47b On Off On Off
    Kolben 23b TDC zu Beginn des Schrittes Between TDC and BDC, moving down BDC zu Beginn des Schrittes Between BDC and TDC, moving up
  • Ein Kompressionszyklus für ein einstufiges, einfach wirkendes Energiespeichersystem gezeigt in den –D, ist in der nachstehenden Tabelle beschrieben, mit Nebel zum Zeitpunkt des Lufteinlass in den Zylinder gespritzt, mit ähnlichen Elementen wie in gezeigt
    Schritt 1 2 3 4
    Beschreibung Komprimieren Luft in Zelle 25d while Sprühen Nebel, und wieder ausfüllen die Luft in Zelle 25e bewegen komprimierte Luft von Zelle 25d zu Lufttank komprimieren Luft in Zelle 25e while Sprühen Nebel, und wieder ausfüllen die Luft air in Zelle 25d bewegen komprimierte Luft von Zelle 25e zu Lufttank
    Ventil 130 Closed Closed Open Open
    Ventil 131 Closed Closed Open Open
    Ventil 132 Closed Open Closed Closed
    Ventil 133 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 134 Open Open Closed Closed
    Ventil 135 Open Open Closed Closed
    Ventil 136 Closed Closed Closed Open
    Ventil 137 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 138 Fluid out von Zelle 25e, zur Zelle 25d Fluid out von Zelle 25e, zur Zelle 25d Fluid out von Zelle 25d, zur Zelle 25e Fluid out von Zelle 25d, zur Zeile 25e
    Pumpe 46 On On On On
  • Der entsprechende Expansionszyklus des einstufigen, einfach wirkenden Energiespeichersystem verläuft wie folgt wie in den –D gezeigt:
    Step 1 2 3 4
    Description Add air to cell 25d while Sprühen Nebel, und bewegen Luft von Zelle 25e Expand air in cell 25d while Sprühen Nebel, fortsetzen zu aufbrauchen Zelle 25e Add air to cell 25e while Sprühen Nebel, und bewegen Luft von Zelle 25d Expandieren Luft in Zeile 25e while Sprühen Nebel, fortsetzen zu aufbrauchen Zelle 25d
    Ventil 130 Closed Closed Open Open
    Ventil 131 Open Open Closed Closed
    Ventil 132 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 133 Open Closed Closed Closed
    Ventil 134 Open Open Closed Closed
    Ventil 135 Closed Closed Open Open
    Ventil 136 Closed Closed Closed Closed
    Ventil 137 Closed Closed Open Closed
    Ventil 138 Fluid out from cell 25d, in to cell 25e Fluid out from cell 25d, in to cell 25e Fluid out from cell 25e, in to cell 25d Fluid out from cell 25e, in to cell 25d
    Pumpe 46 On On On On
  • Variationen über die oben beschriebene specifische Ausgestaltungen sind möglich. Zum Beispiel, in einigen Ausgestaltungen, eine Vielzahl von Kolben können in Kommunication mit einer gemeinsamen Kammer sein. In anderen Ausgestaltungen, eine mehrstufige Vorrichtung umfasst möglicherweise nicht eine separate Druckzelle.
  • Zum Beispiel, in der Ausgestaltung der , die Stufen sind direkt miteinander durch einen Wärmetauscher, anstatt durch eine Druckzelle wie bei der Ausgestaltung von verbunden. Die relativen Phasen der Zyklen in den beiden Stufen müssen sorgfältig kontrolliert werden, so dass wenn Stufe 1 einen Auslass-Schritt durchführt, Stufe 2 durchführt einen Einlass-Schritt (bei der Kompression). Wenn Stufe 2 durchführt einen Auslass-Schritt, Stufe 1 durchführt einen Einlass-Schritt (bei der Expansion).
  • Das Timing ist so kontrolliert, so dass die Drucke auf beiden Seiten des Wärmetauschers 10024 im Wesentlichen gleich sind, wenn die Ventile 37 und 10058 geöffnet sind. Die Flüssigkeit für Sprühdüse 44 ist von einem überschüssigen Wasser im Zylinder 22 durch Öffnen des Ventils 10036 und durch Einschalten der Pumpe 10032 geliefert. Ebenso ist Flüssigkeit für Sprühdüse 10064 von einem überschüssigen Wasser im Zylinder 10046 durch Öffnen des Ventils 10038 und durch Einschalten der Pumpe 10034 geliefert. Ein solche präzises Timing während des Betriebs kann mit der Operation eines Controllers/Prozessor erreicht werden, der in Kommunikation mit einer Vielzahl von Elementen des Systems ist, wie bereits zuvor beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben beschriebene spezielle Ausgestaltungen. Zum Beispiel, wo das Wasser als Flüssigkeit beschrieben wurde, die in die Luft wie als einen Nebel eingespritzt wird, könnten auch andere Flüssigkeiten verwendet werden und gehören zu dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung. Beispiele für die Flüssigkeiten, die verwendet werden könnten, umfassen Polypropylenglykol, Polyethylenglykol, und Alkoholen.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf Kompression.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Energiespeicherung kann umfassen:
    Einführen einer ersten Luftmenge bei einer ersten Temperatur in eine erste Kammer;
    in einem Kompressionszyklus, Unterwerfen die erste Luftmenge zur Kompression durch einen ersten Kolben gekoppelt mit der ersten Kammer;
    Einspritzen eine erste bestimmte Flüssigkeitsmenge in die erste Luftmenge, um die Wärmeenergie erzeugte beim Kompressionszyklus zu absorbieren, und um die erste Luftmenge in einem ersten Temperaturbereich während der Kompression zu halten, und
    Übertragen zumindest eines Teils der ersten Luftmenge zu einer ersten Druckzelle.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die erste bestimmte Flüssigkeitsmenge basiert sein auf einen oder mehreren Regelparameter.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter für den Kompressionszyklus aus einer gemessenen physikalischen Eigenschaft berechnet sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine maximale Zunahme in einer Temperatur der ersten Luftmenge während der Kompression umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter einen Flüssigkeitsbetrag umfassen, der in flüssige Form innerhalb der Kammer vorliegt.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter einen Wirkungsgrad umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Leistungseinnahme in den Kolben umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Geschwindigkeit des Kolbens umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Kraft auf den Kolben umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Kolben solide, flüssig, oder eine Kombination von solide und flüssig sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der erste Temperaturbereich durch einen Wechsel in eine Temperatur der ersten Luftmenge von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur unter einen Siedepunkt der Flüssigkeit reflektiert sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der erste Temperaturbereich bei etwa 60 Grad Celsius oder weniger liegen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die erste bestimmte Flüssigkeitsmenge durch Versprühen oder Vernebeln injiziert sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die thermische Energie übergetragen von der ersten Luftmenge zu der ersten festgestellte Flüssigkeitsmenge sein durch Einblasen von Luft durch eine Flüssigkeit ermöglicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen, Übertragen eine Druckluft innerhalb der Druckzelle zu einem Speichertank.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf Kompression und Expansion.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen:
    in einen Expansionszyklus, Übertragen eine zweite Luftmenge von der ersten Druckzelle zu der ersten Kammer;
    Erlauben die zweite Luftmenge zu expandieren und betreiben den ersten Kolben; und
    einspritzen eine zweite bestimmte Flüssigkeitsmenge in die zweite Luftmenge, um Wärmeenergie absorbierte durch die expandierende Luft zu beliefern und damit die zweite Luftmenge in einem zweiten Temperaturbereich während der Expansion zu halten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen Erzeugen elektrische Energie vom Antrieb des ersten Kolbens.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die zweite bestimmte Flüssigkeitsmenge basiert sein auf einen oder mehreren Regelparameter.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter für den Expanionszyklus aus einer gemessenen physikalischen Eigenschaft berechnet sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine maximale Abnahme der Temperatur der zweiten Luftmenge während der Expansion umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Flüssigkeitsmenge vorliegend in flüssige Form innerhalb der Kammer umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter einen Wirkungsgrad umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Leistung von der ersten Kolben umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Geschwindigkeit des Kolbens umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Kraft auf den Kolben umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die erste bestimmte Flüssigkeitsmenge durch Versprühen oder Vernebeln injiziert sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann Wärmeenergie von der zweiten Luftmenge zu der zweite bestimmten Flüssigkeitsmenge übertragen sein, ermöglicht durch Einblasen von Luft durch eine Flüssigkeit.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen, Setzen die Kammer in Kommunikation mit zusätzlich thermischer Energie während des Expansionszyklus.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die zusätzlich thermische Energie die Abwärme aus einer anderen Wärmequelle sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der zweite Temperaturbereich durch eine Änderung in einem Temperaturbereich der zweiten Luftmenge von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur oberhalb eines Gefrierpunktes der Flüssigkeit reflektiert sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der zweite Temperaturbereich etwa 11 Grad Celsius oder weniger betragen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann an einem Ende eines Arbeitshubes des ersten Kolbens, die zweite Luftmenge so konfiguriert werden, um einen Druck auf den ersten Kolben im wesentlichen gleich einem gewünschten Druck zu erzeugen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck ein Eingangsdruck von der nächst niedrigeren Druckstufe sein, oder ist ein Umgebungsdruck.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck berechnet sein, um einen Expansionswirkungsgrad zu maximieren.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck berechnet sein, um ein gewünschtes Leistungslevel zu erzeugen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck innerhalb von etwa 5 psi von einem Eingangsdruck von der nächst niedrigeren Druckstufe liegen.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf eine mehrstufige Operation.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen,
    Bereitstellen eine zweite Kammer, in selektiver Fluidverbindung mit der ersten Druckzelle und mit einer zweiten Druckzelle;
    Einführen von der ersten Druckzelle eine dritte Luftmenge bei einer zweiten Temperatur in die zweite Kammer;
    in einem Kompressionszyklus der zweiten Kammer,
    Unterwerfen die dritte Luftmenge zur Kompression bei einem zweiten Kolben gekoppelt mit der zweiten Kammer;
    Injizieren eine dritte bestimmte Flüssigkeitsmenge in die dritte Luftmenge, um Wärmeenergie erzeugte bei der Kompression zu absorbieren, und dadurch die dritte Luftmenge in einem dritten Temperaturbereich während der Kompression zu halten, und
    Übertragen zumindest eines Teils der dritten Luftmenge zu der zweiten Druckzelle.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen:
    in einen Expansionszyklus der zweiten Kammer Übertragen eine vierte Luftmenge aus der zweiten Druckzelle zu der zweiten Kammer;
    die vierte Luftmenge expandieren lassen und den zweiten Kolben treiben lassen;
    Injizieren eine vierte bestimmte Flüssigkeitsmenge in die vierte Luftmenge, um Wärmeenergie absorbierte durch die expandierende Luft zu liefern, und dadurch eine vierte Luftmenge in einem vierten Temperaturbereich während der Expansion zu halten, und
    Übertragen zumindest eines Teils der vierten Luftmenge von der zweiten Kammer zu der ersten Druckzelle.
  • Folgende Ausführungsformen beziehen sich auf Expansion.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren für die Freigabe von gespeicherter Energie kann umfassen:
    in einen Expansionszyklus, Übertragen eine Luftmenge von einer Druckzelle zu einer Kammer vorgesehen mit einem Kolben;
    Lassen die Luftmenge expandieren und treiben den Kolben, und
    Injizieren eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in die Luftmenge, um thermische Energie absorbierte durch die expandierende Luft zu beliefern, und damit die Luftmenge auf einem ersten Temperaturbereich während der Expansion zu halten.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die bestimmte Flüssigkeitsmenge basiert auf einen oder mehreren Regelparameter sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter aus einer gemessenen physikalischen Eigenschaft berechnet sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter umfassen eine maximale Abnahme in einem Temperaturbereich von der Luftmenge während der Expansion.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter umfassen einen Flüssigkeitsbeitrag, der in flüssige Form innerhalb der Kammer vorliegt.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter einen Wirkungsgrad umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Leistungsaufnahme auf den Kolben umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Geschwindigkeit des Kolbens umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Regelparameter eine Kraft des Kolbens umfassen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Kolben solide, flüssig, oder eine Kombination von solide und flüssig sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der erste Temperaturbereich durch eine Änderung in eine Temperatur der ersten Luftmenge von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur geändert werden, die Änderung ist weniger als ein bestimmter Wert.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die niedrigere Temperature größer als ein Gefrierpunkt der Flüssigkeit sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die höheren Temperatur weniger als ein Siedepunkt der Flüssigkeit sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die erste bestimmte Flüssigkeitsmenge durch Versprühen oder Vernebeln injiziert sein,
  • Beim erfindungsgemäßen, Verfahren kann die thermische Energie übertragen von der Luftmenge zu der bestimmten Flüssigkeitsmenge durch Einblasen von Luft durch eine Flüssigkeit ermöglicht sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann an einem Ende eines Arbeitshubes (Expansionstaktes) des Kolbens, die Luftmenge konfiguriert sein, um einen Druck auf den Kolben im wesentlichen gleich einem gewünschten Druck zu produzieren.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck ein Eingangsdruck sein von der nächst niedrigeren Druckstufe, oder ist ein Umgebungsdruck.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck berechnet sein, um einen Expansionswirkungsgrad zu maximieren.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck berechnet sein, um ein gewünschtes Leistungslevel zu erzeugen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck innerhalb von etwa 5 psi von einem Eingangsdruck von der nächst niedrigeren Druckstufe sein.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf eine Temperaturdifferenz während des Systembetriebs.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann umfassen:
    bereitstellen ein Energiespeichersystem vorgesehen mit einer Druckzelle in selektiver Fluidverbindung mit einer Kammer vorgesehen mit einem beweglichen Kolben; strömen Luft in die Kammer;
    in einem Kompressionszyklus, speichern Energie bei setzen den Kolben in Verbindung mit einer Energiequelle, um die Luft in der Kammer zu komprimieren und dann Übertragen die komprimierte Luft zu der Druckzelle, und dann
    in einem Expansionszyklus, freisetzen die Energie durch die Übertragung von Luft aus der Druckzelle in die Kammer zurück und gleichzeitig erlauben den Kolben als Reaktion auf die Luftausdehnung im Inneren der Kammer zu bewegen;
    überwachen einen operativen Parameter des Kompressionszyklus und/oder des Expansionszyklus, und
    regeln den operativen Parameter, um eine Lufttemperatur in der Kammer innerhalb einem Bereich zu halten.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfasst die Regelung eine Flüssigkeitsmenge eingeführt in die Luft innerhalb der Kammer während des Kompressionszyklus.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters die Regelung einer Flüssigkeitsmenge umfassen eingeführt in die Luft innerhalb der Kammer während des Expansionszyklus.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann eine untere Grenze des Bereichs größer sein als ein Gefrierpunkt einer Flüssigkeit eingeführt in die Luft innerhalb der Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann eine obere Grenze des Bereichs niedriger als ein Siedepunkt einer Flüssigkeit eingeführt in die Luft innerhalb der Kammer sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen Regelung eines Timings der Übertragung von Luft aus der Druckzelle in die Kammer während des Expansionszyklus.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das Timing so geregelt sein, dass an einem Ende eine Expansion des Kolbens, die übertragene Luft ist konfiguriert, um einen gewünschten Druck auf den Kolben zu erzeugen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck ein Eingangsdruck von der nächst niedrigeren Druckstufe sein, oder ist ein Umgebungsdruck.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck berechnet werden, um einen Expansionswirkungsgrad zu maximieren.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck berechnet werden, um ein gewünschtes Leistungslevel zu erzeugen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck innerhalb von etwa 5 psi von einem Eingangsdruck von der nächst niedrigeren Druckstufe liegen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung eines Druckes in der Druckzelle.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung eines Druckes in der Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Temperatur der Luft in dem Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Luftfeuchtigkeit eingelassen in die Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Luftfeuchtigkeit von Luft ausgelassen aus der Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Leistung freigegeben während des Expansionszyklus.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Position (Stellung) des Kolbens.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Kraft auf den Kolben.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Temperatur der Flüssigkeit.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Temperatur der Flüssigkeit.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung eines Flüssigkeitslevels in dem Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung eines Flüssigkeitslevels in der Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung eines Volumen der Flüssigkeit in der Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung eines operativen Parameters umfassen die Überwachung eines Volumen der Flüssigkeit in der Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann:
    der Kolben in Verbindung mit einer rotierenden Welle sein, und
    die Bestimmung eines operativen Parameter umfasst die Überwachung einer Geschwindigkeit der rotierenden Welle.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann:
    der Kolben in Verbindung mit einer rotierenden Welle sein, und
    die Bestimmung eines operativen Parameters umfasst die Überwachung eines Drehmoments der rotierenden Welle.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der operative Parameter geregelt sein basiert auf einen abgeleiteten Parameter, der aus dem überwachten operativen Parameter berechnet ist.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der abgeleitete Parameter ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend einen Wirkungsgrad von Leistungsumwandlung, eine erwartete Leistung, eine erwartete Antriebsdrehzahl einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, ein erwartetes Drehmoment einer rotierenden Welle in ausgewählter Kommunikation mit dem Kolben, eine erwartete Antriebsdrehzahl von einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, ein erwartetes Eingangsdrehmoment von einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, eine maximale Ausgabegeschwindigkeit von einer rotierenden Welle in Kommunikation mit den Kolben, ein maximales Abtriebsdrehmoment einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, eine minimale Antriebsdrehzahl einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, ein minimales Drehmoment einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, eine maximale Antriebsdrehzahl von einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, ein maximales Antriebsmoment einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, ein minimale Antriebsdrehzahl einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, ein minimales Eingangsdrehmoment einer rotierenden Welle in Kommunikation mit dem Kolben, oder eine maximale erwartete Lufttemperaturdifferenz in jeder Stufe.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Regelung des operativen Parameters umfassen die Regelung eines Timings von der Luftübertragung aus der Kammer zur Druckzelle während des Kompressionszyklus.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Regelung des operativen Parameters umfassen die Regelung eines Timings von der Luftübertragung aus der Druckzelle zur Kammer während des Expansionszyklus.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Regelung des operativen Parameters umfassen die Regelung eines Timings einer Flüssigkeitsströmung zu der Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Regelung des operativen Parameters umfassen die Regelung eines Timings einer Flüssigkeitströmung zu der Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann:
    während des Kompressionszyklus, der Kolben in Kommunikation mit einem Motor oder einem Motor-Generator stehen, und
    die Regelung des operativen Parameters umfasst die Regelung eines Betrages von elektrischer Energie angelegte an den Motor oder den Motor-Generator.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann:
    während des Expansionszyklus, der Kolben in Kommunikation mit einem Generator oder einem Motor-Generator sein; und
    die Regelung des operativen Parameters umfasst die Regelung einer elektrischen Belastung beladen auf den Generator oder den Motor-Generator.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann:
    die Flüssigkeit in die Kammer unter Verwendung einer Pumpe strömen; und
    die Regelung des operativen Parameters umfasst die Regelung einer elektrischen Energiemenge geliefert zu der Pumpe.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann:
    die Flüssigkeit in die Kammer unter Verwendung einer Pumpe strömen; und
    die Regelung des operativen Parameters umfasst die Regelung einer elektrischen Energiemenge geliefert zu der Pumpe.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann:
    die Flüssigkeit in der Druckzelle zirkuliert durch einen Wärmetauscher sein, der in thermischer Verbindung mit einem Lüfter ist, und
    die Regelung des operativen Parameters umfasst die Regelung einer elektrischen Energiemenge geliefert zu dem Lüfter.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen, setzen die Kammer in Verbindung mit zusätzlicher thermischer Energie zugefügt während des Expansionszyklus.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die zusätzliche thermische Energie die Abwärme von einer anderen Wärmequelle sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Regelung des operativen Parameters umfassen die Regelung eines Kompressionsverhältnis.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen, Übertragen die Druckluft innerhalb der Druckzelle zu einem Speichertank.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf ein System.
  • Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem umfasst sein:
    eine erste Kammer vorgesehen mit einem beweglichen Kolben und in selektiven Kommunikation mit einer Energiequelle;
    eine Druckzelle in selektiver Fluidverbindung mit der ersten Kammer durch ein erstes Ventil;
    eine Luftquelle in selektiver Fluidverbindung mit der ersten Kammer über ein zweites Ventil;
    eine Flüssigkeitsquelle in selektiver Fluidverbindung mit der ersten Kammer durch ein drittes Ventil, und
    einen Controller in elektronischer Kommunikation mit und konfiguriert zu betreiben, System-Elemente in einem der folgenden Zustände:
    einen Ansaugschritt wobei das erste Ventil ist geschlossen, das zweite Ventil ist geöffnet, und das dritte Ventil kann geöffnet oder geschlossen sein;
    einen Kompressionsschritt wobei der Kolben ist in Verbindung mit der Energiequelle, die erste und zweite Ventile sind geschlossen, das dritte Ventil geöffnet oder geschlossen ist, und dann das erste Ventil ist geöffnet bei der Luftkompression in der Kammer durch den Kolben,
    einen Expansionsschritt wobei der Kolben ist nicht in Kommunikation mit der Energiequelle, das erste Ventil ist geöffnet, das zweite Ventil ist geschlossen, und das dritte Ventil kann geöffnet oder geschlossen sein, so dass die Luft in der Kammer expandiert, um den Kolben zu bewegen, und dann das erste Ventil ist geschlossen als die Luft weiter expandiert, und
    einen Austoßschritt wobei der Kolben ist nicht in Kommunikation mit der Energiequelle, das erste Ventil ist geschlossen, das zweite Ventil ist geöffnet, und das dritte Ventil kann geöffnet oder geschlossen sein, und;
    wobei die Regelung ist so konfiguriert, um einen operativen Parameter zu bestimmen, um damit eine Lufttemperatur in der ersten Kammer innerhalb einem Bereich zu halten.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann der bewegliche Kolben einen soliden Kolben umfassen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann der beweglichen Kolben einen flüssigen Kolben umfassen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann einen Zerstäuber (Sprayer) so konfiguriert sein, um die Flüssigkeit in die Luft innerhalb der Kammer zu injizieren.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann die Flüssigkeit aus Wasser besteht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann ein Bubbler so konfiguriert sein, um Wärme zwischen der Flüssigkeit und Luft innerhalb der Druckzelle zu übertragen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann weiter umfassen einen Sensor so konfiguriert, um ein Volumen von Flüssigkeit in der Kammer zu detektieren, der Sensor ist in elektronischen Kommunikation mit dem Controller und referenziert, um den operativen Parameter zu bestimmen.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann weiter umfassen einen Sensor so konfiguriert, um eine Eigenschaft ausgewählt aus der Gruppe umfassend einen Druck, eine Temperatur, Luftfeuchtigkeit, eine Position des Kolbens, eine Kraft auf den Kolben, einen Flüssigkeitsdurchfluss, einen Füllstand, ein Flüssigkeitsvolumen, eine Geschwindigkeit einer Welle angetrieben durch den Kolben, oder ein Drehmoment von der Welle angetrieben durch den Kolben zu detektieren, wobei der Sensor in elektronischer Kommunikation mit der Steuerung ist und referenziert, um den operativen Parameter zu bestimmen.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann weiter umfassen einen Generator oder einen Motor-Generator konfiguriert in selektive Kommunikation mit dem Kolben während des Expansionstakts.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann die Kammer so konfiguriert sein, um in thermischer Verbindung mit einer thermischen Energiequelle zu sein.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann weiter umfassen einen Speichertank so konfiguriert, um Druckluft aus der Druckzelle zu erhalten.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann während der Expansion, der Controller so konfiguriert sein, um das erste Ventil zu betreiben, um die Luft einzulassen, dass an einem Ende eine Expansion des Kolbens ein Druck auf den Kolben im wesentlichen gleich einem gewünschtem Druck ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck ist ein Eingangsdruck von der nächst niedrigeren Druckstufe, oder ist ein Umgebungsdruck.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck berechnet sein, um einen Expansionswirkungsgrad zu maximieren.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck berechnet werden, um ein gewünschtes Leistungslevel zu erzeugen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der gewünschte Druck innerhalb von etwa 5 psi von einem Eingangsdruck von der nächst niedrigeren Druckstufe liegen.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf ein System mit mehreren Stufen.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann weiter umfassen
    eine zweite Kammer vorgesehen mit einem beweglichen Kolben und in selektiver Kommunikation mit der Energiequelle, und
    eine zweite Druckzelle in selektiver Fluidverbindung mit der zweiten Kammer durch ein viertes Ventil, in selektiver Fluidverbindung mit der ersten Druckzelle durch elf fünftes Ventil, das vierte und fünfte Ventile sind in Kommunikation mit und so konfiguriert, um von dem Controller operiert zu werden.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherungs- und Energierückgewinnungssystem kann weiter umfassen, dass eine Mehrzahl von einer zweiten Kammer und einer zweiten Druckzelle in Serie mit der ersten Kammer und der ersten Druckzelle verbunden ist, so dass die Leistung von der ersten Kammer zu der zweite Kammer übertragen wird.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf einen Prozessor.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann umfassen:
    einen Host-Computer vorgesehen mit einem Prozessor in elektronischer Kommunikation mit einem Computer-Speichermedium, mit dem Computer lesbaren Speichermedium eine oder mehrere Codes gespeichert darauf, um den Prozessor zu instruieren,
    Erhalten ein Signal kennzeichnend eine Eigenschaft von einem Energiespeicher- und Rückgewinnungssystem bestehend aus einer ersten Kammer mit einem darin angeordneten beweglichen Kolben, und in selektiver Kommunikation mit einer Energiequelle und einer Druckzelle in selektiver Fluidverbindung mit der ersten Kammer,
    in Reaktion auf das erhaltene Signal, Regeln ein Element der Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem, um eine Lufttemperatur innerhalb der ersten Kammer innerhalb einem Temperaturbereich zu halten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das ein Druck in der Druck-Zelle kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das einen Druck in der ersten Kammer kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Lufttemperatur in der ersten Kammer kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Lufttemperatur in der Druckzelle kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Luftfeuchtigkeit von dem Lufteinlass in die erste Kammer kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Leistung kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Feuchtigkeit der Luft ausgelassen aus der ersten Kammer kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Position des Kolbens kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Kraft auf den Kolben kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Temperatur von Flüssigkeit strömend in die Kammer kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu der Kammer kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das ein Flüssigkeitslevel in der Kammer kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das ein Volumen der Flüssigkeit in der Kammer kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das eine Geschwindigkeit einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um das Signal, das ein Drehmoment einer rotierenden Welle in Verbindung mit dem Kolben kennzeichnet, zu erhalten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um den Prozessor zu instruieren, ein Timing der Übertragung von Luft aus der Kammer zu der Druckzelle während eines Kompressionszyklus, zu steuern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um den Prozessor zu instruieren, ein Timing der Luft-Übertragung von der Druckzelle zu der Kammer bei eines Expansionszyklus, zu steuern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um den Prozessor zu instruieren, ein Timing der Flüssigkeit-Übertragung zu der Kammer, zu steuern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, der gespeichert Code auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um den Prozessor zu instruieren, die übertragen Flüssigkeitsmenge zu der Kammer, zu steuern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um den Prozessor zu instruieren, eine elektrische Last angelegt auf einen Generator oder einen Motor-Generator in Verbindung mit dem Kolben während eines Expansionszyklus, zu steuern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um den Prozessor zu instruieren, eine elektrische Leistung angelegt auf einen Motor oder einen Motor-Generator in Verbindung mit dem Kolben während eines Verdichtungszyklus, zu steuern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, wird der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um den Prozessor zu instruieren, eine elektrische Leistung angelegt auf eine Pumpe, die eine Flüssigkeit zu der Kammer fließt, zu steuern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert sein, um den Prozessor zu instruieren, eine elektrische Leistung angelegt auf Lüfter assoziiert mit einem Wärmetauscher, um Flüssigkeit aus der Druckzelle zu erhalten, zu steuern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, kann in Reaktion auf das erhaltene Signal, der Code gespeichert auf dem Computer lesbaren Speichermedium konfiguriert ist, um den Prozessor zu instruieren, ein Kompressionsverhältnis zu steuern.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf ein mehrstufiges System.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann umfassen:
    eine erste Stufe vorgesehen mit einem ersten Element verschiebbar (oder beweglich), um Luft in der ersten Stufe zu komprimieren, die erste Stufe in selektiver Fluidverbindung mit einer Umgebungsluft zugeführt durch ein erstes Ventil;
    eine Endstufe mit einem zweiten Element beweglich, um Luft in der Endphase zu komprimieren, und verschiebbar (beweglich) in Reaktion auf eine expandierende Luft innerhalb der letzten Stufe, die letzte Stufe in selektiver Fluidverbindung mit einer Druckluft-Speicher über ein zweites Ventil;
    einen Controller konfiguriert, um eine Flüssigkeitsmenge in die ersten Stufe oder in die letzte Stufe zu injizieren, um eine Lufttemperatur in die erste Stufe oder in die letzte Stufe innerhalb einem Temperaturbereich zu bestimmen, und
    eine Flüssigkeit-Quelle in Kommunikation mit dem Controller und konfiguriert, um die bestimmte Flüssigkeitsmenge in die ersten Stufe oder in die letzte Stufe zu injizieren.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann das erste verschiebbare (bewegliche) Element auch verschiebbar (bewegliche) als Reaktion auf eine expandierende Luft innerhalb der ersten Stufe sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann das erste verschiebbare (bewegliche) Element besteht aus einem Kolben.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann das erste verschiebbare (bewegliche) Element aus einer Schraube bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem, wobei die erste Stufe oder die letzte Stufe besteht aus einem Druck-Zelle in selektiver Fluidverbindung mit einer Kammer.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystemkann die erste Stufe so konfiguriert ist, um komprimierte Luft zu und aus der letzten Stufe durch ein drittes Ventil zu übertragen und zu erhalten.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann die erste Stufe eine erste Kammer vorgesehen darin mit einem ersten Kolben als das erste verschiebbare (bewegliche) Element umfassen, und die letzte Stufe umfasst eine zweite Kammer vorgesehen darin mit einem zweiten Kolben als das zweite verschiebbare (bewegliche) Element, die erste und letzte Stufen fehlen eine Druckzelle.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann weiter umfassen, dass eine Zwischenstufe angeordnet in Serie und in selektiver Fluidverbindung zwischen der ersten Stufe und der letzten Stufe, die Zwischenstufe umfasst ein drittes Element verschiebbar, um Luft in die Zwischenstufe zu komprimieren, und verschiebbar in Reaktion auf eine expandierende Luft innerhalb der Zwischenstufe.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann das erste verschiebbare Element auch verschiebbar in Reaktion auf eine expandierende Luft innerhalb der ersten Stufe sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann die erste Stufe eine erste Kammer umfassen, vorgesehen darin mit einem ersten Kolben als das erste bewegliche Element, und die Zwischenstufe umfasst eine zweite Kammer vorgesehen darin mit einem zweiten Kolben als das dritte verschiebbare Element.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann die Zwischenstufe umfassen eine erste Kammer vorgesehen mit einem ersten Kolben darin als das dritte verschiebbare Element, und die letzte Stufe umfasst eine zweite Kammer vorgesehen mit einem zweiten Kolben darin als das zweite verschiebbare Element.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann die erste Stufe, die Zwischenstufe, oder die letzte Stufe aus einer Kammer bestehen, in selektiver Fluidverbindung mit einer Druckzelle.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem können aufeinander folgenden Stufen keine Druckzelle enthalten.
  • Das erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann zusätzliche Zwischenstufen umfassen, angeordnet in Serie zwischen der ersten Stufe und der Endstufe.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann das zweite verschiebbare Element aus einem Kolben bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann das zweite verschiebbare Element aus einem flüssigen Kolben bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherung und Rückgewinnungssystem kann das zweite verschiebbare Element aus einem soliden Kolben bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Rückgewinnungssystem kann ein Kompressionsverhältnis der ersten Stufe größer als ein Kompressionsverhältnis der letzten Stufe sein.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Rückgewinnungssystem kann ein Kompressionsverhältnis der ersten Stufe größer als ein Kompressionsverhältnis der Zwischenstufe sein und das Kompressionsverhältnis der Zwischenstufe ist größer als ein Kompressionsverhältnis der letzten Stufe.
  • Beim erfindungsgemäßen Energiespeicherungs- und Rückgewinnungssystem kann die Flüssigkeit aus Wasser bestehen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Energiespeicherung kann umfassen:
    erhalten Umgebungsluft in einer ersten Stufe;
    komprimieren die Umgebungsluft in der ersten Stufe;
    Übertragen Druckluft zu einer letzten Stufe;
    weiter verdichten Luft in der letzten Stufe;
    Übertragen die weitere Druckluft von der letzten Stufe zu einem Speichertank, und
    ermitteln einen operativen Parameter, um eine Temperaturänderung von Luft in der ersten Stufe oder in der zweiten Stufe innerhalb eines Bereichs während der Kompression oder der weiteren Verdichtung zu halten.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der bestimmte operative Parameter umfassen ein Timing des Öffnens oder Schließens von Ventilen, das die Luftbewegung in die oder aus der Stufen regelt.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der bestimmte operative Parameter eine Flüssigkeitsmenge umfassen injiziert in die erste Stufe oder in die letzte Stufe während der Kompression oder der weiteren Verdichtung.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann Komprimieren der Umgebungsluft umfassen platzieren einen Kolben in einer Kammer der ersten Stufe, in Kommunikation mit einer Energiequelle.
  • Beim erfindungsgemäße Verfahren kann Komprimieren der Umgebungsluft umfassen platzieren einer Schraube in einer Kammer der ersten Stufe, in Kommunikation mit einer Energiequelle.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann Druckluft zu der letzten Stufe über eine Zwischenstufe übertragen sein, in dem eine zusätzliche Kompression stattfindet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter umfassen:
    Übertragen Druckluft aus dem Speichertank zu der letzten Stufe;
    Erlauben die Druckluft zu expandieren und betreiben ein erstes verschiebbares Element in der letzten Stufe;
    Übertragen Luft aus der letzten Stufe zu der ersten Stufe;
    Erlauben Druckluft in der ersten Stufe zu expandieren und betreiben ein zweites verschiebbares Element in der ersten Stufe, und
    ermitteln einen operativen Parameter, um eine Lufttemperaturänderung in der ersten Stufe oder in der zweiten Stufe innerhalb einem Bereich, während der Luftexpansion in der ersten Stufe oder in der zweiten Stufe zu halten.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der bestimmte operative Parameter ein Timing des Öffnens oder Schließen von Ventilen umfassen, das die Luftbewegung zu oder aus der Stufen regelt.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der bestimmte operative Parameter eine Flüssigkeitsmenge umfassen injiziert in die erste Stufe oder in die letzte Stufe während der Luftexpansion in der ersten Stufe oder in der zweiten Stufe.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das erste verschiebbare Element aus einem Kolben bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die zweite verschiebbare Element aus einem Kolben bestehen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann Luft von der Endstufe zu der ersten Stufe über eine Zwischenstufe übertragen werden, wobei eine weitere Luftexpansion stattfindet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (20)

  1. Ein Verfahren zur Energiespeicherung, das Verfahren umfasst: einbringen eine erste Luftmenge bei einer ersten Temperatur in eine erste Kammer; in einen Kompressionszyklus, komprimieren die erste Luftmenge mittels eines ersten Kolbens gekoppelt mit der ersten Kammer; injizieren eine erste bestimmte Flüssigkeitsmenge in die erste Luftmenge, um thermische Energie, die bei dem Kompressionszyklus erzeugt ist, zu absorbieren, und damit die erste Luftmenge in einem ersten Temperaturbereich während der Kompression zu halten, und übertragen zumindest einen Teil der ersten Luftmenge zu einer ersten Druckzelle.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste bestimmte Flüssigkeitsmenge ist basiert auf einen oder mehreren Regelparameter.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Regelparameter is berechnet für den Kompressionszyklus aus einer gemessenen physikalischen Eigenschaft.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Regelparameter umfasst eine maximale Temperaturerhöhung der ersten Luftmenge während der Kompression, eine Flüssigkeitsmenge vorliegen in flüssige Form in der ersten Kammer, einen Wirkungsgrad, eine Leistungsaufnahme auf den ersten Kolben, eine Geschwindigkeit des ersten Kolbens oder eine Kraft auf den ersten Kolben.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Kolben ist solide, flüssig, oder eine Kombination von solide und flüssig.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Temperaturbereich ist durch eine Veränderung in der Temperatur der ersten Luftmenge von einer ersten Temperatur zu einer zweiten Temperatur unter einem Siedepunkt der Flüssigkeit reflektiert.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste bestimmte Flüssigkeitsmenge wird durch Versprühen oder Vernebeln injiziert.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste bestimmte Flüssigkeitsmenge besteht aus flüssigem Wasser.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 weiter umfasst: in einem Expansionszyklus, übertragen eine zweite Luftmenge von der ersten Druckzelle zu der ersten Kammer; erlauben die zweite Luftmenge zu expandieren und betreiben den ersten Kolben, und injizieren eine zweite bestimmte Flüssigkeitsmenge in die zweite Luftmenge, um thermische Energie, die bei der expandierenden Luft absorbiert ist, zu beliefern, und damit die zweite Luftmenge in einem zweiten Temperaturbereich während der Expansion zu halten.
  10. Verfahren nach Anspruch 9 weiter umfasst: erzeugen elektrische Energie durch den Antrieb des ersten Kolbens.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite bestimmte Flüssigkeitsmenge ist basiert auf einen oder mehreren Regelparametern.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Regelparameter ist für den Expansionszyklus aus einer gemessenen physikalischen Eigenschaft berechnet.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Regelparameter umfasst eine maximale Temperaturabnahme der zweiten Luftmenge während der Expansion, eine Flüssigkeitsmenge in flüssige Form im Inneren der Kammer, einen Wirkungsgrad, eine Leistung vom ersten Kolben, eine Geschwindigkeit des ersten Kolbens oder eine Kraft auf den ersten Kolben.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite bestimmte Flüssigkeitsmenge wird durch Versprühen oder Vernebeln injiziert.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite bestimmte Flüssigkeitsmenge besteht aus flüssigem Wasser.
  16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch an einem Ende eines Arbeitshubes des ersten Kolbens, die zweite Luftmenge is derart konfiguriert, um einen Druck auf den ersten Kolben im wesentlichen gleich einem Eingangsdruck von der nächst niedrigeren Druckstufe oder gleich einem Umgebungsdruck zu produzieren.
  17. Verfahren nach Anspruch 9 weiter umfasst: bereitstellen eine zweite Kammer, in selektiver Fluidverbindung mit der ersten Druckzelle und mit einem zweiten Druckzelle; einführen von der ersten Druckzelle, eine dritte Luftmenge bei einer zweiten Temperatur in die zweite Kammer; in einen Kompressionszyklus der zweiten Kammer, komprimieren die dritte Luftmenge mittels eines zweiten Kolbens gekoppelt mit der zweiten Kammer; injizieren eine dritte bestimmte Flüssigkeitsmenge in die dritte Luftmenge, um thermische Energie, die bei der Kompression erzeugt ist, zu absorbieren, und damit die dritte Luftmenge in einem dritten Temperaturbereich während der Kompression zu halten, und übertragen zumindest einen Teil der dritten Luftmenge zu der zweiten Druckzelle.
  18. Verfahren nach Anspruch 17 wieter umfasst: in einen Expansionszyklus der zweiten Kammer, übertragen eine vierte Luftmenge von der zweiten Druckzelle zu der zweiten Kammer; erlauben die vierte Luftmenge zu expandieren und betreiben den zweiten Kolben; injizieren eine vierte bestimmte Flüssigkeitsmenge in die vierte Luftmenge, um thermische Energie absorbiert bei der expandierenden Luft zu liefern, und damit die vierte Luftmenge in einem vierten Temperaturbereich während der Expansion zu halten, und übertragen zumindest einen Teil der vierten Luftmenge von der zweiten Kammer zu der ersten Druckzelle.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei an einem Ende eines Arbeitshubes des zweiten Kolbens, die vierte Luftmenge ist derart konfiguriert, um einen gewünschten Druck auf den zweiten Kolben im wesentlichen gleich einem Druck von dem ersten Druckzelle zu produzieren.
  20. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei der gewünschte Druck liegt innerhalb von etwa 5 psi des Druckes der ersten Druckzelle.
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