CN104254691A - 用于在压缩和/或膨胀系统中改进热传递的装置 - Google Patents

Abstract

一种压缩和膨胀系统包括在其中具有可变容积的工作腔的压力容器。压力容器具有管道，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出。该系统进一步包括热传递元件，所述热传递元件设置在工作腔内并包括热传递元件层以及散热片和间隔元件中的至少一种。压力容器可操作用于压缩被引入到工作腔内的流体，以使热能从压缩流体传递到热传递元件，并进一步可操作用于使被引入到工作腔内的流体膨胀，以使热能从热传递元件传递到膨胀流体。

Description

用于在压缩和/或膨胀系统中改进热传递的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年1月25日提交的、申请号为61/590,383、标题为“用于在压缩和/或膨胀装置中优化热传递的变量分离热传递装置(Variable Separation Heat Transfer Device for Optimizing HeatTransfer Within a Compression and/or Expansion Device)”的临时专利申请，以及在2012年1月25日提交的、申请号为61/590,402、标题为“设计用于在压缩和/或膨胀装置中改进热传递的丝网状散热片(Wire Mesh Fin Design for Improved Heat Transfer Within aCompression and/or Expansion Device)”的临时专利申请的优先权，二者的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明通常涉及用于气体例如空气等的压缩和/或膨胀的系统、装置和方法，特别地涉及用于在气体的压缩和/或膨胀期间优化热传递的系统、装置和方法。

背景技术

例如，在压缩空气能量存储系统中，可以使用一些已知的用于压缩和/或膨胀气体例如空气和/或用于加压和/或泵送液体例如水的装置、方法和系统。在一些压缩空气的装置和系统中，液压致动器能够用于移动或压缩压力容器内的空气。例如，致动器能够移动压力容器内的液体，以使液体压缩压力容器内的空气。

用于压缩和/或膨胀气体和/或用于加压和/或泵送液体的这种已知的装置和系统能够例如在压缩或膨胀过程期间改变气体温度。例如，压缩气体能够将热能从其潜在形式转换成可测量形式，由此提高气体的温度。各种热传递机构能够用于在压缩过程期间从被压缩的气体中移除热量。在一些已知的装置和系统中，在压力容器内被压缩的气体中的热能也可以传递给用于压缩气体的液体。

对于已知的热传递装置存在许多技术和商业上的挑战，并且改变热传递装置的材料和结构通常会导致在热效率、压降损失、制造成本和难度、部件数量、结构完整性、压缩缸/膨胀缸的所需尺寸以及能量存储密度(即压缩排气温度)等方面的折衷。例如，基于金属挤压的热电容可以由单独地装配在一起并机械加工成容纳支撑结构的数百个部件构成。这种电容可以具有高电容体积分数(即，由电容材料占据的气缸容积的分比)，但挤压制造过程限制了热电容元件的尺寸和薄度(thinness)。平板聚合物热电容也受到类似缺点的影响。

因此，需要改进和/或优化热传递元件以及用于在压缩和/或膨胀过程期间在用于压缩和/或膨胀气体的这种装置和系统内的气体和液体之间传递热的方法。

发明内容

在压缩空气储能(中的压缩器/膨胀器装置的结构对于系统有效期内的技术和经济性能至关重要。这种装置和系统用于压缩和/或膨胀气体例如空气，在热力学过程期间释放和/或吸收热量。压缩器/膨胀器可以包括具有热电容以用于在气体被压缩/膨胀时向和/或从气体传递热量的一个或多个气缸。因为系统的热力循环会影响CAES系统的往返AC-AC效率、电力以及储能密度，所以需要改进和优化热电容子系统。由此，本发明聚焦于用于改进压缩/膨胀系统的总体性能和成本的热传递装置的设计和构造。

因此，本文介绍了用于在用于压缩和/或膨胀气体例如空气的装置或系统内优化热传递的系统、方法和装置。在一些实施例中，压缩空气装置和/或系统可以包括致动器，例如能够用于在压力容器中压缩气体的液压致动器。致动器可以被致动以将液体移动到压力容器中，以使液体压缩气缸或压力容器内的气体。在这种压缩器/膨胀器的装置或系统中，在压缩和/或膨胀过程期间，热量能够传递给用于压缩空气的液体。压缩器和/或膨胀器的处理可以包括能够用于在压缩和/或膨胀过程期间在气体和液体之间传递热能的热传递元件。热传递元件可以定位在压缩器和/或膨胀器装置的气压缸的内部中以增加气压缸内的直接或间接接触气体的表面积，由此改善热传递。

在一个方面，一种压缩和膨胀系统包括在其中具有可变容积的工作腔的压力容器。压力容器具有管道，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出。该系统进一步包括热传递元件，所述热传递元件设置在工作腔内并包括热传递元件层以及散热片和间隔元件中的至少一种。压力容器可操作用于压缩被引入到工作腔内的流体，以使热能从压缩流体传递到热传递元件，并进一步可操作用于使被引入到工作腔内的流体膨胀，以使热能从热传递元件传递到膨胀流体。

在一个实施例中，流体从包括液体、气体、蒸汽、悬浮液、气雾剂及其组合的组中选择。

在另一实施例中，热传递元件基本是圆柱形。

在进一步的实施例中，热传递元件的外径基本类似于工作腔的直径。

在一种实施方式中，热传递元件的竖直轴线平行于工作腔的竖直轴线。

在另一实施例中，热传递元件包括多层。至少有一层可以包括丝网。

在一个实施例中，热传递元件包括被设置用于在热传递元件的相邻层之间保持间隔的间隔元件。

在另一实施方式中，间隔元件被配置用于从流体和热传递元件层中的至少一方吸收热能。

在另一实施例中，热传递元件层包括从内径到外径的螺旋件。可以包括在内径和外径之间限定路径的散热片。散热片可以限定蛇形路径，并且可以包括金属板。螺旋件也可以包括金属板。

在进一步的实施例中，热传递元件包括内环和外环中的至少一种。

在一些实施方式中，热传递元件的密度在其中立体地变化。密度可以沿热传递元件的竖直轴线变化。

在另一实施例中，热传递元件可操作用于将从压缩流体接收的热能传递到工作腔的外部。

在进一步的实施例中，压力容器可操作用于促使从压缩流体传递到热传递元件的热能从热传递元件传递到工作腔内的第二流体。

在一个实施例中，压力容器进一步可操作用于促使从工作腔内的第二流体传递到热传递元件的热能从热传递元件传递到膨胀流体。

在另一实施例中，压力容器进一步可操作用于促使排出工作腔中的至少一部分第二流体，从而移除从热传递元件传递到第二流体的至少一部分热能。

在另一方面，一种在压缩和膨胀系统中优化热传递的方法，所述方法包括将第一数量的流体引入到该系统的压力容器的可变容积的工作腔内。压力容器包括管道，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出。压力容器进一步包括热传递元件，所述热传递元件设置在工作腔内并具有一层以及散热片和间隔元件中的至少一种。所述方法进一步包括压缩第一数量的流体并将来自压缩流体的热能传递到热传递元件层以及热传递元件中的散热片或间隔元件。将第二数量的流体引入到工作腔内，并且使第二数量的流体膨胀。将热能从热传递元件层以及热传递元件中的散热片或间隔元件传递到膨胀流体。

在一个实施例中，流体从包括液体、气体、蒸汽、悬浮液、气雾剂及其组合的组中选择。

在另一实施例中，热传递元件基本是圆柱形。

在进一步的实施例中，热传递元件的外径被成形为基本类似于工作腔的直径。

在一种实施方式中，热传递元件的竖直轴线被定向为基本平行于工作腔的竖直轴线。

在另一实施例中，热传递元件包括多层。至少有一层可以包括丝网。

在进一步的实施例中，通过在热传递元件的相邻层之间设置多个间隔元件来保持热传递元件的相邻层之间的间隔。

在一种实施方式中，用间隔元件从第一数量的流体和热传递元件层中的至少一方吸收热能。

在另一实施例中，热传递元件层包括从内径到外径的螺旋件。可以包括在内径和外径之间限定路径的散热片。散热片可以限定蛇形路径，并且可以包括金属板。螺旋件也可以包括金属板。

在进一步的实施例中，热传递元件包括内环和外环中的至少一种。

在一些实施方式中，热传递元件的密度在其中立体地变化。密度可以沿热传递元件的竖直轴线变化。

在一个实施例中，从压缩流体接收的热能被传递到工作腔的外部。

在另一实施方式中，来自热传递元件的热能被传递给工作腔内的第三数量的流体。

在另一实施例中，来自工作腔内的第三数量流体的热能被传递给热传递元件。

在另一实施方式中，排出工作腔内的第三数量流体的至少一部分，以从工作腔中移除至少一部分热能。

附图说明

图1是根据一个实施例的压缩和/或膨胀系统的示意图。

图2是根据一个实施例的压缩和/或膨胀系统的示意图。

图3A是根据一个实施例的丝网板的示意图。

图3B是装有图3A中的丝网板的热传递元件的顶视图。

图4A是根据一个实施例的丝网板的示意图。

图4B是装有图4A中的丝网板的热传递元件的顶视图。

图5A是根据一个实施例的丝网板的示意图。

图5B是图5A中的丝网板的侧视图。

图6是根据一个实施例的丝网板的示意图。

图7是根据一个实施例的丝网板的示意图。

图8A是根据一个实施例的热传递元件制造过程的一部分的顶视图。

图8B是图8A中的一部分热传递元件制造过程的侧视图。

图9A是根据一个实施例的热传递元件制造过程的一部分的顶视图。

图9B是图9A中的一部分热传递元件制造过程的侧视图。

图9C是根据一个实施例的热传递元件制造过程的一部分的顶视图。

图10是根据一个实施例的热传递元件的顶视图。

图11是根据一个实施例的热传递元件的顶视图。

图12是根据一个实施例的热传递元件的顶视图。

图13是根据一个实施例的热传递元件的顶视图。

图14A-14C是根据一个实施例分别以第一、第二和第三构造示出的压缩和/或膨胀系统的示意图。

图15A-15C是根据一个实施例分别以第一、第二和第三构造示出的压缩和/或膨胀系统的示意图。

图16A和16B是根据一个实施例分别以第一和第二构造示出的变量分离热传递元件的示意图。

图16C是图16A的变量分离热传递元件中所包括的板的顶视图。

图17A和17B是根据一个实施例分别以第一和第二构造示出的压缩和/或膨胀系统的示意图。

图18A是图17A的变量分离热传递元件中所包括的板的顶视图。

图18B是图18A中的板的前视图。

图19A是图17A的变量分离热传递元件中所包括的板的顶视图。

图19B是图19A中的板的前视图。

图20是根据一个实施例示出主体温度的变化与冲程时间相对比的图表。

图21A和21B是示出在模拟和实际测试环境中的压力曲线的比较图表。

图22A和22B是示出在模拟和实际测试环境中的预测做功和结束温度的比较图表。

图23A和23B是针对一定的冲程速度范围示出了做功差异和结束温度差的图表。

具体实施方式

本文介绍了用于压缩和/或膨胀气体例如空气和/或加压和/或泵送液体例如水的系统、方法和装置。例如，在压缩空气蓄能系统中可以使用这种装置和系统。在某些压缩和/或膨胀装置和系统中，液压致动器能够用于移动或压缩压力容器中的气体。例如，致动器能够移动压力容器中的液体，以使液体压缩压力容器中的气体。在标题均为“压缩器和/或膨胀器装置(Compressor and/or Expander Device)”，申请号为12/785,086、12/785,093和12/785,100的美国专利申请(统称为“压缩器和/或膨胀器装置的应用”)中介绍了这样的压缩装置和系统，通过引用将其全部内容并入本文。压缩器和/或膨胀器装置的应用介绍了一种能够包括压缩和/或膨胀的多个阶段的压缩空气蓄能系统。用于膨胀和/或压缩气体的其他装置和系统的示例在Ingersoll等人的、2010年12月23日提交的、申请号为12/977,724、标题为“用于优化液压致动系统效率的系统和方法(Systems and Methods for OptimizingEfficiency of a Hydraulically Actuated System)”的美国专利申请(“‘724申请”)中介绍，通过引用将其全部内容并入本文。

在某些压缩和/或膨胀装置和系统中，活塞能够可移动地设置在气缸或压力容器内并被致动以压缩气缸或压力容器内的空气。这种装置能够包括单向作用活塞或双向作用活塞，单向作用活塞被配置成在沿单个方向运动时压缩气体，双向作用活塞被配置成在沿两个方向运动时压缩气体。在Ingersoll等人的、申请号为61/420,505、标题为“带有滚动式活塞密封的压缩器和/或膨胀器装置(Compressor and/orExpander Device with Rolling Piston Seal)”的美国专利申请(“‘505申请”)中介绍了这种压缩空气装置和系统的示例，通过引用将其全部内容并入本文。

在一些实施例中，本文所述的装置和系统可被配置用作压缩器。例如，在一些实施例中，本文所述的压缩器装置可用作天然气管道内的压缩器，天然气存储压缩器或者需要压缩气体的任何其他的工业应用。在另一示例中，本文所述的压缩器装置可用于压缩二氧化碳。例如，二氧化碳可以在用于提高采油或用于碳封存的过程中被压缩。

在一些实施例中，本文所述的装置和系统可被配置为仅用作膨胀装置。例如，本文所述的膨胀装置可用于发电。在一些实施例中，本文所述的膨胀装置可用于天然气传输和分配系统。例如，在高压(如500psi)传输系统和低压(如50psi)分配系统的交叉点，能量能够在从高压到低压逐渐降低的场合释放。本文所述的膨胀装置能够利用压降来发电。在其他的实施例中，本文所述的膨胀装置能够在其他的气体系统中使用以利用从高压向低压调节的能量。

在一些实施例中，本文所述的压缩和/或膨胀装置可在空气分离单元中使用。在空气分离器的一个示例性应用中，压缩和/或膨胀装置可以在用于液化气体的过程中使用。例如，空气能够被压缩，直到其液化或者空气中的各种组分能够基于它们不同的沸点而分离为止。在另一示例性应用中，压缩和/或膨胀装置能够用在共同位于钢铁厂内的空气分离器中，其中从空气的其他组分中分离出的氧气被加入高炉以提高燃烧温度。

压缩和/或膨胀系统可以具有各种不同的构造并且可以包括用于在压缩器/膨胀器装置内压缩/膨胀气体(如空气)的一个或多个致动器。在一些实施例中，致动器可包括一个或多个泵送系统，例如，可用于在该系统中在各种水泵和压力容器之间移动一个或多个流体的一个或多个液压泵和/或一个或多个气动泵。如本文所使用的“流体”可以是指液体、气体、蒸汽、悬浮液、气雾剂或其任意组合。以上通过引用并入的压缩器和/或膨胀器装置的应用介绍了各种能量压缩和膨胀系统，其中均可使用本文介绍的系统和方法。

如本文所述，用于压缩和/或膨胀气体例如空气和/或加压和/或泵送液体例如水的装置和系统可以在例如压缩过程中释放和/或吸收热量。本文所述的装置和系统可以包括一个或多个热传递机构以在压缩过程中除热。在一些实施例中，热传递元件可以在例如Ingersoll等人的、申请号为12/997,679、标题为“用于在压缩和/或膨胀装置中优化热传递的方法和装置(Methods and Devices for Optimizing HeatTransfer within a Compression and/or Expansion Device)”的美国专利(“‘679申请”)中使用，通过引用将其全部内容并入本文。在压缩空气蓄能系统中的膨胀过程期间，当压缩空气从存储结构中释放并膨胀通过压缩器/膨胀器系统时，来自热源的热量能够被添加到空气内以增加在膨胀过程中产生的动力。在一些实施例中，热源可以处于相对较低的温度(例如在约10℃到约50℃之间)。

在一些实施例中，热传递元件可被定位在压缩器/膨胀器装置的压力容器的内部以增加与气体直接或间接接触的压力容器内的表面面积量，这样能够改善热传递。热传递元件可被配置为使热量必须穿过空气以到达热传递元件的距离最小化，例如是1/8英寸的最大距离以及其他距离。热传递元件可以为不断增加的热传递面积提供被压缩的气体以及被膨胀的气体(通过气体/液体界面区域和/或气体/热传递元件界面)，同时允许出于其他的考虑例如压力限制和/或运输尺寸限制而优化压力容器的外部结构以及整体形状和尺寸。在一些实施例中，热传递元件可以是吸收和保持从被压缩的气体释放的热量，然后在随后的时间向气体或液体释放热量的热电容。在一些实施例中，热传递元件可以是从被压缩气体吸收热量，然后促进热量在压力容器外面传递的热传递装置。

在一些实施例中，热能可在压缩过程中经由出现在压缩器/膨胀器装置的一个或多个压力容器内的液体从气体除去，以将被压缩气体保持在相对恒定的温度。热能可从气体传递到液体和/或从压缩器/膨胀器装置到被设置在压力容器内的热传递元件。在提供气体到压缩器/膨胀器装置后，热能从气体中除去，即由于被压缩，将气体保持为比没有热传递元件的情况更冷，并可在气体温度保持相对恒定的程度上完成。气体温度可以保持在例如约5℃，10℃，20℃，30℃或其他可取的温度，直到被排出到例如，压缩气体存储结构或后续压缩阶段。如果存储结构自然地处于更高(或更低)的温度，存储在存储结构内的气体可通过传导和/或对流热传递来自然地加热(或冷却)。例如，在某些情况下，存储结构可以是地下结构，如用于存储压缩气体的在盐丘内构造的盐洞穴。在一些实施例中，可以设计热传递元件，以使气体温度不保持相对恒定，而是增加相对小的量，例如，5℃，10℃，20℃，30℃。

如上所讨论的，热量在膨胀过程中可以添加到气体。例如，热量可在多级压缩/膨胀器系统的某些或全部阶段添加到气体以在整个膨胀过程中将气体温度保持在基本恒定的温度，如在约35℃或其他温度。气体在膨胀过程中的整体温度变化可通过接触很大的热传递表面来限制，如热传递元件。热量也可在膨胀过程的某些或全部阶段通过从另一压缩气体来源引入气体较高的温度添加到气体。

如上所讨论的，热量可从在压力容器内通过液体(如，水)被压缩和/或膨胀的气体传递和/或传递到该在压力容器内通过液体(如，水)被压缩和/或膨胀的气体。气体/液体或气体/热量元件界面在压力容器内的压缩和/或膨胀过程中可移动和/或改变形状。该移动和/或形状变化可为压缩器/膨胀器装置提供能够容纳发生压缩和/或膨胀的压力容器的内部区域形状的不断变化的热传递表面。在一些实施例中，液体可允许在压缩后在压力容器内剩余的气体体积几乎消除或完全地消除(即，零间隙容积)。

液体(如水)与气体(如空气)相比可具有相对较高的热容量，以使从气体到液体的大量热能的传递避免了气体温度的显著增加，而在液体温度仅产生适度增加。这允许系统从显著温度变化缓冲。换句话说，这种关系形成了一种抗显著温度变化的系统。在气体和液体之间传递的热量，或容器组件本身，可通过一个或多个过程从该压力容器移动或移动到该压力容器。在一些实施例中，热量可使用液体本身的质量传递而移入或移出压力容器。加热的液体可被存储，随后在膨胀过程中再次引导进入压力容器。在其他实施例中，热量可使用将热传递到或传递出液体而不从压力容器除去液体的热交换方法而移入或移出压力容器。这种热交换器可与液体、压力容器的组件、热传递元件或其任何组合热接触。此外，热交换器也可使用质量传递以将热量移入或移出压力容器。可用于实现该热传递的一种热交换器是如在压缩器和/或膨胀器装置应用和以上通过引用结合的‘724申请中所介绍的热管。因此，压力容器内的液体可用于从被压缩气体(或膨胀气体)传递热量，以及也可与热交换器组合作用以向外部环境(或从外部环境)传递热量。

在一些实施例中，热量可从在压力容器内被压缩的气体(如空气)传递以增加压缩过程的效率。热量可从气体传递到液体和/或从气体到压缩容器内的热传递元件和/或从液体传递，当处于压力容器的内部或外部时。从大量被压缩气体热传递的量取决于从气体的热传递速率以及取决于热传递发生的时间，即，在气体压缩发生的循环时间上。因此，对于可通过系统实现的热传递的给定速率，系统操作越慢(即，压缩循环时间越长)，压缩循环可以越接近地达到等温压缩的理论目标。然而，越慢的压缩循环也关联越慢的气体体积和/或质量流率。在压缩空气蓄能系统的环境中，这等同于很低的能量存储速率，等同地被称为低功率。相反，在气体膨胀过程中，系统操作更慢，更多的热能可传递到膨胀气体(对于给定的热传递速率)以及膨胀循环可越接近地达到等温膨胀，其对应于空气质量相对于被提取/转换能量的更有效消耗。然而，在压缩空气蓄能系统的环境中，所产生的低膨胀气体流速可等于低功率生产。在一些实施例中，压缩空气蓄能系统可在很低的功率比下操作以实现更高的效率或由于其他系统参数(如，洞穴存储水平，热存储水平或电力供应/需求)。

使用液体(如水)作为在压缩和/或膨胀过程中热穿过(直接地通过气体和液体之间的接触，或间接地通过中间材料)的介质可允许在增强的热传递速率下连续冷却或加热和可提供一种机构，通过该机构热量可移入和/或移出压力容器。也就是说，在压缩过程中，当气体被压缩和当气体被压力容器接收用于以后压缩时，液体可从被压缩气体接收热，并连续地从压力容器传递该热量到外部环境。同样，当在膨胀过程中以及由于膨胀气体从压力容器传递，压缩器/膨胀器装置以膨胀模式操作时，加热可发生。

在一些实施例中，可在压力容器内提供热传递元件，该压力容器可提供足够的气体/液体界面和足够的热容量以有效地中间在热量从压缩气体传递到液体内调节。热传递元件可以是各种不同构造、形状、尺寸、结构等以为单位体积或质量相对较高的表面积提供由于被压缩和/或在压缩循环冲程结束时的空气。热传递元件可由与空气相比提供相对较高的容积比热容的一个或多个不同材料形成。密度、体积和比热以及单位体积的这些参数如何发挥作用的组合效应可促进特定热传递元件的吸收性能。例如，与空气相比，水和各种金属提供了相对较高的体积比热，特别地在大气密度下。因此，当金属或水从被压缩的空气中吸收热量时，空气和/或水温度仅适度地上升。

例如，空气，水和不锈钢(可以使用的一个示例金属)的质量比热值可以如下：

空气：1005J/kg-K；

水：4183J/kg-K；以及

不锈钢：502J/kg-K。

上述值仅是空气，水和不锈钢的质量比热值的一个示例，特定材料的比热可取决于其他因素，例如材料的温度。材料的单位体积的吸热能力是材料密度和材料的质量比热的一个因素。材料的密度也取决于材料的温度。空气、水和不锈钢的一个可能材料密度的示例如下：

空气：1.2kg/m³(在海平面气压以及20℃下)；

水：998kg/m³；以及

不锈钢：8027kg/m³。

通过结合质量比热和密度，空气、水和不锈钢的单位体积的吸热性能(也可称为热容)可以确定如下：

空气：1005J/kg-K x 1.2kg/m³＝1,206J/m³-K(在海平面气压以及20℃下)；

水：4183J/kg-K x 998kg/m³＝4,174,634J/m³-K；以及

不锈钢：502J/kg-K x 8027kg/m³＝4,029,554J/m³-K。

在以上示例中，相对于水和不锈钢，空气具有相对较小的体积比热。空气-金属界面的高吸热性能可提供一种压缩器/膨胀器装置，该装置比直接空气-水吸收机构更大程度上使用金属作为热传递的中间吸收机构(在空气和水之间)。应该理解的是，以上所讨论的吸热性能(如，热容)的计算仅是一个示例，由于空气、水和不锈钢的密度和比热容值可根据其他因素改变，例如，如材料的温度、压力和等级。例如，空气的密度以及因此与压力大约成线性比例(在给定温度下)的其热容，以使在10巴的压力下系数为10，以及在100巴的压力下系数为100，以上值会更高。同样，空气的密度和热容相反与温度(在给定压力下)大约成线性比例。因此，空气在586K(313℃)下的密度和热容值是在293K(20℃)下值的大约一半。然而，即使在可由如本文所述压缩器/膨胀器装置产生的空气压力范围的较高端，空气的热容比水或不锈钢低一个或两个数量级。此外，其他材料可用于热传递元件，例如，如钨和钛。例如，钨可具有19300kg/m³的密度和132J/kg-K的比热以提供2548000J/m³-K的单位体积吸热性能。例如，钛可具有4510kg/m³的密度和520J/kg-K的比热以提供2345200J/m³-K的单位体积吸热性能(或热容)。至于不锈钢，质量密度和比热可根据例如材料的温度、压力和特定等级而改变。

在使用金属热传递元件的实施例中，由金属吸收的热量可传递到该系统的液体(如，水)内，其如前所述可通过如热交换器(如，热管或其他机构)的其他方法从压力容器传递出去。

图1示意性地示出了根据一个实施例的压缩和/或膨胀装置的一部分(本文也称为“压缩器/膨胀器装置”)。压缩器/膨胀器装置100可包括一个或多个压力容器120(本文也称为“气缸”)，该压力容器具有工作腔140，致动器121，通过该致动器121，可改变(减少以压缩气体，增加以膨胀气体)工作腔140的体积和/或可由气体占据的工作腔140的一部分体积，以及设置在工作腔140内的一个或多个热传递元件122。例如，可以使用压缩器/膨胀器装置100以在工作腔140内压缩或膨胀气体例如空气。例如，可在压缩空气蓄能系统中使用压缩器/膨胀器装置100。压力容器120可包括与工作腔140流体连通的一个或多个气体的进口/出口管道130。可选地，压力容器120可包括与工作腔140流体连通的一个或多个液体进口/出口管道128。在压缩和/或膨胀循环的不同时期，工作腔140可以包含经由进口/出口管道130可连通到工作腔140或从工作腔140连通的一定数量的气体(如，空气)，以及可选地也可包含经由进口/出口管道128可连通到工作腔140或从工作腔140连通的一定数量的液体(如，水)。压缩器/膨胀器装置100还可包括耦合到进口/出口管道128和130和/或耦合到压力容器120的多个阀门(图1中未示出)。阀门可被配置为可操作地打开和关闭到或从工作腔140的流体连通。在以上通过引用结合的压缩器和/或膨胀器装置应用中更详细地介绍了这种阀门的使用示例。

致动器121可以是用于有选择地改变工作腔140的体积和/或可由气体占据的工作腔140的部分体积任何适合机构。例如，工作腔140可由气缸和被设置用于在气缸内相互运动的活塞面(图1未示出)所限定。活塞在一个方向上的运动将减少工作腔140的体积，因此压缩被包含在工作腔140内的气体，而活塞在另一方向上的运动将增加工作腔140的体积，从而使被包含在工作腔140内的气体膨胀。致动器121可因此是活塞和用于在气缸内移动活塞的任何适合装置，如气动或液压致动器，例如，在以上通过引用结合的‘724申请中介绍的液压致动器。

在一些实施例中，工作腔140可以具有固定体积，即由带有固定边界所限定的体积，以及可通过引入液体到工作腔140，或从工作腔140内除去液体来改变可由气体占据的工作腔140的部分体积。因此，工作腔140具有带有包含一定体积液体的第一部分的体积，以及可包含具有以下体积的气体的第二部分，该体积是具有少于第一部分体积(液体体积)的工作腔140的总体积。在这种实施例中，致动器121可以是用于引入液体到工作腔140或从工作腔140除去液体的的任何适合装置，如可经由液体进口/出口管道128将液体移入和移出工作腔140的液压致动器。在这种实施例中，致动器121可包括驱动被设置在壳体(未示出)内的液压驱动活塞(未示出)的水泵(未示出)，并且可用一个或多个液压泵(未示出)驱动以将一定体积的液体移入和移出工作腔140。在以上通过引用结合的压缩器和/或膨胀器装置应用中介绍了这种液压致动器的一个示例。

在一些实施例中，工作腔140可被配置为组合上述技术，即工作腔140可具有变量体积，例如使用如上所述的气缸和活塞，并且可通过引入液体到工作腔140或从工作腔140除去液体而改变可由气体占据的变量体积部分。在另一实施例中，液体的恒定体积可在压缩循环的全部或部分中保持在变量工作腔140内。

热传递元件122可以是各种不同构造，形状、尺寸、结构等以提供可与在工作腔140内压缩或膨胀的气体接触(如，空气)的单位体积或质量的相对较高的表面积。在一些实施例中，可能需要包括可与一种可在工作腔140内在横向和纵向方向上提供高导热系数的材料一起形成的热传递元件122。热传递元件122的各种组件可由一个或多个不同材料形成。例如，热传递元件122可用各种形式的金属(如不锈钢)形成，如薄板或丝线、碳纤维、纳米材料以及具有防腐特性，重量较轻以及比某些金属材料更便宜的混合或复合材料(如碳高分子化合物)。

热传递元件122可设置在工作腔140内的不同位置以优化压力容器120内的热传递。例如，在一些实施例中，热传递元件122可以在靠近压缩循环末端由气体(如，空气)占据的部分内靠近工作腔140的端部设置在工作腔140内。由于气体在压缩循环过程中被压缩，在气体上做的功增加热能到气体。热能不断地传递(主要通过传导和/或对流而非辐射的热传递)到热传递元件122。该热传递使气体温度保持在比没有热传递元件122的情况更低的值，并且适度地增加热传递元件122的温度。

如上所述，在一些实施例中，工作腔140可包含液体和/或致动器121可用于改变通过将液体(如，水)移入和移出工作腔140可用于包含气体的工作腔140的部分，以使气体(如，空气)在工作腔140被液体压缩。在这种实施例中，根据工作腔140充满液体的速率和热传递元件122的热传递特性，气体和热传递元件122将相对地接近或远离热平衡，以及因此，在部分或全部的压缩循环过程中，工作腔140内的液体可被促使接触热传递元件122以及从热传递元件122接收其从被压缩气体接收的热能。可选地，在压缩循环结束时，在工作腔140内剩余的任何加压气体可从工作腔140释放，并传递到压缩过程内的下一步骤或阶段或到存储设施。液体可移动进入工作腔140，以在通过引入更多液体和/或通过减少工作腔140的体积(例如通过移动活塞)压缩后(其体积现在充满有低压气体)，基本填充由从工作腔140释放的气体占据的体积。存储在热传递元件122内的热能可传递(再次通过传导和/或对流传递)到工作腔140内的水。

在一些实施例中，热传递元件122可设置在工作腔140的很大一部分内，以使空气和水可通过，沿着和/或横过热传递元件122流动，随着液体填充工作腔140体积的越来越大部分并压缩工作腔140内的空气。在这种实施例中，热传递元件122可从压缩循环的开始就接触空气和水，随着循环进行，逐渐不接触空气以及更多地接触水。

在一些实施例中，热传递元件122可具有在热传递元件122内立体地变化的密度，因此热传递可以调节。例如，在一些实施例中，热传递元件122可设置在如上所述的很大一部分压力容器120内，并具有从热传递元件122的底部到顶部改变的密度。例如，热传递元件122的密度可随着空气从压缩循环的开始移动到压缩循环末端而增加。换句话说，热传递元件122在空气接近压缩循环末端设置的地方比空气设置在压缩循环开始的地方更密集。密度可通过改变热传递元件122的组件而改变，即使用不同密度的材料。密度也可以，或者相反，通过改变单位体积的热传递材料而改变，如通过热传递元件122的离散组件的更紧密包装，如杆、管、丝、散热片等等，以使给定可用体积的相对较大部分充满了热传递材料(以及相应较小部分的体积可充满气体)。此外或者另外，密度可在边缘和/或径向上变化(例如，相对于热传递元件122的内径，朝向外径或多或少地密集)。

在一些实施例中，热传递元件122可被设计为使在工作腔140内被压缩的气体量最大化。因此，增加可被压缩用于任何给定尺寸的压力容器120的气体质量增加了该装置的功率密度。由于热传递元件122的密度或体积分数(例如，单位体积热传递材料量)增加，可用于大量被压缩气体的工作腔140内剩余的体积减少了。尽管热传递元件122增加的密度提高了热能从被压缩气体到热传递元件122的的传递，减少了用每个压缩循环压缩的气体的体积。换句话说，由热传递元件122占据的工作腔140体积直接地减少了在任何给定的压力容器120内可被压缩的气体质量。此外，减少热传递元件122的尺寸可减少资本设备成本(如，通过节省材料)和操作成本(例如，降低由致动器移动的设备整体重量)。因此，在一些实施例中，热传递元件122可被设计，以使热传递元件122具有足够的表面积以除去由被压缩气体产生的热能，同时使由热传递元件122占据的工作腔140的部分体积最小化以使用于被压缩气体的工作腔140的部分体积最大化。在一些实施例中，多个传递元件122可彼此相对移动，以使在工作腔140的给定部分内热传递元件122的密度可在整个压缩器/膨胀器循环变化以使热传递表面积最大化并使热传递元件122的体积最小化。

在一些实施例中，工作腔140可部分地填充能够分别经由进气管道128和出口管道130，或经由其他管道(未示出)连通到工作腔140或从工作腔140连通的液体(例如水)。在压缩循环过程中，在压缩过程中产生的热能可从气体传递到热传递元件122，然后到液体。一定体积的被加热液体可从压力容器120经由出口管道130或经由单独的液体排出管道(未示出)排出。如上所述相对于热传递元件122，占据一部分工作腔140的液体体积减少了可用于大量被压缩气体的工作腔140的剩余体积。换句话说，尽管工作腔140中的液体提供了一种机构，通过该机构由气体压缩产生的热能可从压力容器120中除去(即，通过第一淬冷热传递元件122以传递热能到液体，然后从压力容器120排出加热液体)，液体和热传递元件122占据工作腔140的一部分，从而减少了可被压缩的气体质量。在一些实施例中，热传递元件122和工作腔140内液体体积可被设计为除去在压缩过程中产生的足够量的热能，同时使工作腔140内被压缩的气体量最大化。例如，多个热传递元件122彼此相对可移动，以使设置在包含气体的工作腔140的一部分内的热传递元件122的密度可在整个压缩循环中变化，可以减少淬冷热传递元件122所需液体的体积。

在一些实施例中，可使用一个以上的热传递元件122。例如，在这种实施例中，可以使用一个以上的相同类型的热传递元件122，或可以使用热传递元件122的不同类型或构造的组合。此外，在给定的压缩器/膨胀器装置100中，热传递元件122的一个或多个相同或不同组合可在该系统的一个或多个工作腔140内使用。在一些实施例中，一个或多个热传递元件122可被定位在工作腔140内，以使热传递元件122的密度在压力容器120内改变。

在一些实施例中，热传递元件122可包括镶嵌的金属板或堆叠的金属板。例如，板可以是平面或曲面的，多孔板或网筛。在一些实施例中，板可以彼此相对滑动，从而修改由于冲程进行的空气单位体积的热传递表面积。基于镶嵌板的热传递元件122的这种实施例可能对于实现更小或更紧凑的压力容器120是有价值的。例如，在减少设置热传递元件122的气体体积的压缩冲程中，热传递元件122可以是填充进如体积紧凑形式的棋盘。该填充可被设计为与压缩冲程一致地发生。在膨胀冲程过程中，热传递元件122可展开，从而与膨胀冲程一致地在体积上膨胀。通过与如活塞面等工作腔140的移动边界接合和/或通过被包含在工作腔140内的液体(如，如果板有浮力)和/或通过致动器，可移动或转移板。

在一些实施例中，热传递元件122可以是可移动的或动态的，因为它可在工作腔140内在压缩和/或膨胀循环中移动。在一些实施例中，热传递元件122可在工作腔140内折叠和膨胀。例如，一叠金属丝线圈或上述的镶嵌板堆可被配置为在工作腔140内压缩和膨胀。在包括使用活塞以改变工作腔140体积的压缩和膨胀装置的一些实施例中，热传递元件122可于活塞冲程一起移动，如通过与活塞面的接触。在一些实施例中，热传递元件122可在纵向方向和/或垂直方向上移动(如，压缩和膨胀)。在一些实施例中，热传递元件122可在径向方向内移动(如，压缩和膨胀)。仍在一些实施例中，热传递元件122可盘绕(即，压缩)和展开(即，膨胀)。

从气体到热传递元件122传递的热能可同样通过包括热管、循环流体等任何适合设备从压力容器120传递到热量能够消散或用于其他进程和/或存储用于将来在压缩器/膨胀器装置(如在膨胀循环中)使用的位置。附加地或可选地，从气体传递到热传递元件122的热能可从热传递元件122传递到被包含在工作腔140内的流体。热能可从流体传递出压力容器120。类似技术可用于从压力容器120外侧传递热能到热传递元件122并从那里到工作腔140内的气体，例如在膨胀循环过程中。

图2示意性地示出了根据一个实施例的压缩器/膨胀器装置的一部分。压缩器/膨胀器装置200可包括一个或多个压力容器(气缸)220，该压力容器具有第一工作腔240和第二工作腔241，经由活塞杆227被连接到活塞226的致动器221，以及设置在压力容器220内的一个或多个热传递元件222。更具体地，热传递元件222可包括设置在第一工作腔240内的第一热传递元件223和设置在第二工作腔241内的第二热传递元件224。例如，可以使用压缩器/膨胀器装置200以压缩或膨胀在第一工作腔240内或在第二工作腔241内的气体例如空气。例如，可以在压缩空气蓄能系统中使用压缩器/膨胀器装置200。压力容器220可包括与第一工作腔240流体连通的入口管道228和出口管道229以及与第二工作腔241流体连通的入口管道230和出口管道231。在压缩和/或膨胀循环过程中的不同时期，第一工作腔240和第二工作腔241可以包含可经由进口/出口管道连通到工作腔或从工作腔连通的一定数量的气体(如，空气)和一定数量的液体(如，水)。可选地，压力容器220可包含与第一工作腔240或第二工作腔241流体连通的专用于连通气体或液体到第一和第二工作腔或从第一和第二工作腔连通气体或液体的一个或多个额外管道。压缩器/膨胀器装置200还可包括耦合到进口/出口管道228、229、230和231和/或到压力容器220的多个阀(图2未示出)。阀可被配置为可操作地打开和关闭到或从工作腔240的流体连通。在以上通过引用结合的压缩器和/或膨胀器装置应用中更详细地介绍了这种阀门的使用示例。

致动器221可以是用于有选择地改变第一工作腔240和第二工作腔241的体积和/或可由气体占据的第一工作腔240和第二工作腔241的体积部分的任何适合机构。例如，致动器221可以是电机或液压驱动的致动器，例如在‘724申请中介绍的液压致动器，其全部内容通过引用并入本文。致动器221可经由活塞杆227耦合到活塞226并用于在压力容器220的内部区域来回移动活塞226。例如，工作腔240可由气缸220限定和被设置用于在气缸220内相互运动的活塞226的底表面所限定。同样，工作腔241可由气缸220和活塞顶表面226限定。以这种方式，活塞226可移动地设置在气缸220的内部区域内并且可在第一内部区域(工作腔240)和第二内部区域(工作腔241)之间划分内部区域。

由于活塞226在气缸220的内部来回移动，第一工作腔240的体积和第二工作腔241的体积将都变化。例如，活塞226可在第一位置(如，上止点)和和第二位置(如，下止点)之间移动，在第一位置中第一工作腔240包括比在第二工作腔241内流体体积更大的流体体积，在第二位置中第二工作腔241包括比在第一工作腔240内流体体积更大的流体体积。如本文所使用的，“液体”是指液体，气体，蒸汽、悬浮液、气雾剂或其任何组合。至少一个滚动密封部件(未示出)可设置在气缸220的第一工作腔240和第二工作腔241内，并且可连接到活塞226。滚动密封部件的结构可流体地密封第一工作腔240和第二工作腔241，随着活塞226在第一位置(即，上止点)和第二位置(即，下止点)之间移动。在以上通过引用结合的‘505申请中更详细地介绍滚动密封部件的示例和使用。

在一些实施例中，活塞226在压力容器220移动以在压力容器220内压缩气体例如空气。在一些实施例中，压缩器/膨胀器装置200可被配置为双动，因为活塞226可在两个方向致动。换句话说，活塞226可被致动以在两个方向压缩和/或膨胀气体(如，空气)。例如，在一些实施例中，随着活塞226在第一方向内移动，具有第一压力的第一体积的流体(如，水、空气、和/或其任何组合)可在活塞226的底侧上进入气缸220的第一工作腔240。此外，具有第二压力的第二体积的流体可通过活塞226的顶侧在第二工作腔241内被压缩。第二体积的流体的气体部分可从第二工作腔241退出。当活塞226在与第一方向相反的第二方向移动时，第一体积的流体的气体部分在第一工作腔240可以被活塞226压缩。第一体积的流体的气体部分可从具有大于第一压力的第三压力的第一工作腔240退出，同时第三体积的流体可进入第二工作腔241。

设置在第一工作腔240内的热传递元件223和设置在第二工作腔241内的热传递元件224可以是各种不同的构造、形状、尺寸、结构等以提供由于被压缩或膨胀可与气体(如，空气)接触的单位体积或质量的相对较高表面积。在一些实施例中，设置在第一工作腔240内的热传递元件223可连接到活塞226的底表面。同样，在这种实施例中，设置在第二工作腔241内的热传递元件224可连接到活塞226的顶表面。在一些实施例中，热传递元件223和热传递元件224分别设置在第一工作腔240和第二工作腔241内，以使气隙存在于热传递元件223和热传递元件224和活塞226之间。例如，在一些实施例中，1”的气隙可存在于活塞226的底表面和热传递元件223之间以及在活塞226的顶表面热传递元件224之间。在其他实施例中，热传递元件223可被配置在工作腔240内，以使2：1的热传递体积比可存在于压缩冲程的开始。例如，在压缩冲程开始时，未接触热传递元件223的工作腔240内空气体积是接触热传递元件223的空气体积的两倍大。

在一些实施例中，可能需要用可以提供高热导率的材料形成热传递元件222。例如，热传递元件222(即，热传递元件223和热传递224)可用以如下形式的金属(如不锈钢)形成，例如薄板或丝线、碳纤维、纳米材料以及具有防腐特性，重量较轻以及比某些金属材料更便宜的混合或复合材料(如碳高分子化合物)。例如，热传递元件222可基本类似于关于图1所介绍的热传递元件122。因此，构造、材料特性、位置、功能等可类似于关于热传递元件122的那些中的人一个。因此，设置在第一工作腔240内的热传递元件223以及设置在第二工作腔241内的热传递元件240的细节并不关于图2介绍，并且应该被认为是本文所述的任何适合构造。

图3A和3B示意性地示出了根据一个实施例的热传递元件。例如，热传递元件322可被包括在压缩器/膨胀器装置(在图3A和3B中未示出)中。在一些实施例中，压缩器/膨胀器装置可包括压力容器和经由活塞杆连接到活塞的致动器。压力容器可限定至少一个工作腔，其中可设置热传递元件。压缩器/膨胀器装置可基本类似于本文所介绍或引用的任何压缩器/膨胀器装置100，200。

热传递元件322可以包括至少一个丝网元件或散热片360。丝网状散热片360可由丝网板364形成。丝网板可以是如图3A所示的编织丝网板或焊接丝网。丝网板364(本文也称为“网364”)可包括可被编织或焊接在各种构造中的任意数量的丝线361。例如，在一些实施例中，网364可从供应商购买，例如位于P.A，汉诺威的杰拉德丹尼尔Worldwide或位于ON，圣凯瑟琳的W.S.泰勒Screening Group。编织网364可以是任何适合的尺寸范围，如在泰勒网眼尺寸比例上200目。如本文所使用的，泰勒网眼尺寸比例限定了从一根丝线中心到一英寸远的一点的线性英寸内的开口数目。在这种实施例中，丝线361的表压范围可从约0.01毫米到约2毫米并在相邻丝线之间限定开口362。开口362的尺寸可包括从约1微米到约1英寸的范围。在一些实施例中，由网364限定的开口362可以是基本正方形或者矩形形状。在其他实施例中，由网364限定的开口362可以是任何适合形状，例如，六边形，五边形和/或任何其他多边形形状。在一些实施例中，编织网364可包括被配置以防止磨损的纸边366。同样指出的是，编织网364可包括被配置为防止网织物在边缘松开，磨损，分离和/或失效的外边缘(即，织边366)。

网364可形成为任意形状，构造和/或结构，以及因此，在本文所介绍或引用的压缩器/膨胀器装置中用作散热片360和/或热传递元件322。例如，如图3B所示，热传递元件322可包括被配置为从相对小的内径到较大外径向上螺旋的网364。热传递元件322可包括可限定热传递元件322的边界的外环367。热传递元件322可垂直地设置在压力容器的工作腔内。同样指出的是，热传递元件322可设置在压力容器的工作腔内，以使由螺旋网状散热片360所限定的竖直轴线平行于由气缸所限定的竖直轴线。尽管本文所介绍的实施例主要涉及包括丝网状散热片或其他组件的热传递元件，但是本文所述的各种结构和材料可代替丝网。例如，本文所述的散热片和其他组件可由金属板构成。

热传递元件322可被配置为从工作腔的顶面向下延伸。更具体地，热传递元件322可耦合(如，焊接、螺栓固定、夹紧、紧固和/或附接)到被包含在压缩器/膨胀器装置内的工作腔的上表面。以这种方式，热传递元件322可刚性地设置在工作腔内。在这种实施例中，热传递元件322的外环367的直径可基本类似于压缩器/膨胀器装置的压力容器的直径。可选地，热传递元件322的外环367可耦合到压力容器的侧壁。在一些实施例中，热传递元件322可耦合(如，焊接、螺栓固定、夹紧、紧固和/或附接)到活塞表面(如，顶和/或底表面)。以这种方式，热传递元件322可在压缩和/或膨胀的方向内通过活塞移动。因此，在这种实施例中，热传递元件322的外环367小于工作腔的直径以允许活塞的自由运动。

在使用中，气体(如，空气)可在第一压力和第一温度下进入工作腔。在压缩循环过程中，由于空气在散热片360上，通过和/或在散热片360周围流动，在该过程中产生的热能可经由对流和/或传导热传递从气体传递到网状散热片360。在压缩循环结束时，被压缩到比第一压力大的第二压力的气体可在第二温度下退出工作腔，该第二温度通过需要或可接受用于膨胀/压缩系统操作的一定量不同于(即高于)第一温度。同样指出的是，热传递元件322的使用和构造可促使网状散热片360吸收通过气体压缩所产生的热量，从而允许根据需要或可接受地接近等温的理论目标的气体压缩。在压缩冲程过程中和/或之后，出现在工作腔内的液体可淬冷网状散热片360并除去在气体压缩过程中传递到散热片360的热量。以这种方式，相对温暖的液体可从工作腔退出并且该过程可重复。同样，在膨胀循环过程中，热能可传递到膨胀的压缩气体，以允许根据需要或可接受地接近等温的膨胀。在一些实施例中，可控制气体和热传递元件322之间的热传递以允许受控的，预定的气体温度变化。例如，热传递元件322的尺寸、形状和构造和/或出现在工作腔内的液体体积可被配置为在压缩和/或膨胀循环中在膨胀率或压缩的选定速率下允许5°、10°、15°、20°或25°的气体温度变化。

网状散热片360的网眼尺寸、线径和开口尺寸可被配置为产生最佳的热性能。例如减少丝线361的直径可减少网状散热片360的厚度并允许散热片的螺旋线圈(即各层)间隔更近，从而提高热传递元件322的热性能。网状散热片360的层可以是圆周、环形、圆和/或圆柱形的。在一些实施例中，由于空气在开口362上，穿过和/或通过散热片360流动，由网364限定的开口362被配置为在工作腔内产生气体的紊流。与层流相比，气体的紊流增加了从气体到热传递元件322的热传递速率。此外，可能需要由可提供高热导率的材料形成网364。例如，网364可用金属丝线361(如不锈钢、铝、铜、合金等)形成。在一些实施例中，网364可由任何适合的材料等形成，例如混合丝线、碳纤维、纳米材料、复合材料和/或具有防腐特性，重量较轻以及比某些金属材料更便宜的混合或复合材料(如碳高分子化合物)形成。

在一些实施例中，金属丝线361可包括特定涂层。涂层可被配置为减少腐蚀和/或捕获(即。亲水涂层)或排斥(即，疏水涂层)液体。例如，在一些实施例中，被包括在网364内的金属丝线361可涂有疏水涂层，以使网364排斥液体(如，水)。因此，在压缩冲程结束时，当液体淬冷散热片360时，涂层可促使液体从散热片360的表面被排斥。以这种方式，网364的开口362可保持基本无水(即，水的接触角足够大，以使不允许水润湿丝线361的表面)。开口362基本没有水，疏水涂层可通过确保气体的紊流提高气体和网状散热片360之间的热传递，由于其经过开口362。

在一些实施例中，从编织网状散热片360的表面滴下的水滴可用作热传递元件。例如，在热传递元件322已被液体淬冷(例如，在压缩冲程结束时)，水可从散热片360的表面滴下。由于活塞开始压缩第二质量的气体，在气体上做的功增加热能到气体。至少一部分气体可与从网状散热片360的表面滴下的水流体地接触。以这种方式，水与气体(如，空气)相互作用并从通过压缩过程添加的气体吸收至少一部分热能。因此，随着水滴从散热片360的表面滴下，水滴用作第二热传递元件。工作腔可被配置，以使水滴滴从散热片表面的360，水滴滴入被包括在工作腔内的液体体积内(如，用于淬冷热传递元件322的液体体积)。

图4A和4B示意性地示出了根据一个实施例的热传递元件。例如，热传递元件422可被包括在压缩器/膨胀器装置(在图4A和4B中未示出)。在一些实施例中，压缩器/膨胀器装置可包括压力容器和经由活塞杆连接到活塞的致动器。压力容器可限定至少一个工作腔，在工作腔内可设置有热传递元件。压缩器/膨胀器装置可基本类似于本文所介绍或引用的任何压缩器/膨胀器装置100，200。热传递元件422可包括至少一个丝网(或其他结构)散热片460。丝网状散热片460可由丝网板464形成，如图4A所示。丝网板464(本文也称为“编织网”)可包括任意数量的丝线461，该丝线可在各种结构中编织在一起以及可限定任意数量的开口462。此外，网464可包括被配置为防止网464在边缘磨损的织边462。网464可基本类似于关于图3A和3B介绍的网364。因此，不关于图4A和4B详细介绍网464的细节。

网状散热片460可以包括一组间隔元件463。更具体地，热传递元件422(图4B)包括至少一个网状散热片460被配置为从相对小的内径到较大外径向上螺旋的网状散热片460。间隔元件463可设置在热传递元件422内以在每个相邻层之间保持所需间隔。间隔元件463可以是任何适合的形状、尺寸、材料和/或构造，包括环形、圆形、圆柱形、球形、立方、锥形和/或其他结构。例如，在一些实施例中，间隔463可以是被配置为具有与网状散热片460高度类似的长度的金属元件(如，不锈钢)杆。虽然图4B示出为具有圆形截面，间隔元件463可具有任何适合截面，例如正方形，长方形，椭圆形等。间隔元件463可相对于网状散热片460纵向，径向和/或圆周地设置。

间隔元件463可以用任何适合的数目、间隔和/或构造设置在热传递元件422内，以使在相邻螺旋层之间保持了所需间隔。例如，被包括在热传递元件422内的间隔元件463的直径可被配置为在网状散热片460的相邻螺旋之间保持最佳间隔。对流热传递与在网状散热片460的相邻线圈之间的距离成反比，因此，在散热片460的相邻线圈之间的最小距离是可取的。间隔元件463可用于在网状散热片460的相邻线圈之间保持所需间隔并支撑散热片460，以使使散热片460的移动最小化(如，不增加间隔，从而减少热传递潜力)。

在一些实施例中，间隔元件463可以是热管。热管可被配置为从网状散热片460除去热能并且气体在压缩器/膨胀器装置的工作腔内被压缩。例如，在压缩冲程中添加到气体的热能可传递到热传递元件422。热传递元件422的网状散热片460可吸收一部分热能并且间隔元件463(即，热管)也可吸收一部分热能。以这种方式，间隔元件463(即，热管)可被配置为从气体和/或网状散热片460吸收热量并将网状散热片460的相邻线圈保持在所需距离。

现在参考图5A和5B，丝网(或其他结构)散热片560可由丝网564板形成。网564可包括在各种构造中可编织在一起的任意数量丝线561以及可限定任意数量的开口562。网564可基本类似于关于图3A和3B介绍的网364并可被包括在本文所介绍或引用的任何适合的热传递元件内。因此，不关于图5A和5B详细介绍网564的细节。

网状散热片560还可包括一组间隔元件563。如图5A所示，网状散热片560可包括被配置为在网板564的长度和高度上行进的间隔元件563。间隔元件563可被设置，以使水平间隔元件563(即，间隔元件在网板564的长度上行进)停靠在该组垂直间隔元件563(即，间隔元件在网板564的高度上行进)的顶部，如图5B所示。在一些实施例中，垂直间隔元件563可以停靠在水平间隔元件563上，即焊接网产品。在一些实施例中，间隔元件563可编织在一起，以增加强度，减少焊接和/或紧固，和/或允许模块化实施(如，编织的间隔元件563可从本文所指定的供应商购买)。在其他实施例中，间隔元件563可以焊接在一起和/或到网564。间隔元件563被配置为类似于关于图4A和4B介绍的间隔元件463起作用。因此，本文不关于图5A和5B详细介绍进一步的细节。

参考图6，丝网(或其他结构)散热片660可由丝网664板或替代材料形成。网664包括在各种构造中可编织在一起的任意数量丝线661以及可限定任意数量的开口662。网664可基本类似于关于图3A和3B介绍的网364并可被包括在本文所介绍或引用的任何适合的热传递元件内。因此，未参照图6详细介绍网664的细节。

网状散热片660可以包括被配置成在热传递元件内的相邻散热片(未示出)之间保持所需间隔的一组间隔元件663。间隔元件663可被配置为沿网664的表面对角地行进。对角的间隔元件663可被配置为在压缩和/或膨胀过程中施加螺旋/气旋的气流以提高热传递。在一些实施例中，间隔元件663可被配置为被包括在网664内的交叉编织的丝线。间隔元件664类似于关于图4A和4B介绍的间隔元件463起作用。因此，本文不关于图6详细介绍进一步的细节。

在一些实施例中，网状散热片760可以由丝网板764形成，该丝网板764具有在各种结构中可编织在一起的任意数量的丝线761以及可在其间限定任意数量的开口762，如图7所示。网764可基本类似于关于图3A和3B介绍的网364并可被包括在本文所介绍或引用的任何适合的热传递元件内。因此，不关于图7详细介绍网764的细节。

网状散热片760可包括被配置成在热传递元件内的相邻散热片(未示出)之间保持所需间隔的一组间隔元件763。间隔元件763可以是短杆，固体或柔性垫圈，或从网764的表面延伸的突起764。在一些实施例中，间隔元件763可压配进入由网764限定的开口762。进一步膨胀，间隔元件763可包括在间隔元件763的两端的给定形状(图7中未示出)。例如，在某些实施例中，间隔元件763的两端可包括凸缘，叉状物，球形物和/或任何其他适合形状。以这种方式，间隔元件763可插入到由网764限定的开口762以及在间隔元件763两端的给定形状可将间隔元件763固定在开口762内并在网状散热片760之间保持给定间隔。在一些实施例中，间隔元件763的凸缘端限定了一可使用任何适合的粘合剂胶粘到网764的表面。在一些实施例中，间隔元件763的凸缘端限定了可焊接到网764的表面。例如，间隔元件763可在一端螺柱焊接到网764以及可在第二端包括凸缘。凸缘端可以插入在网764内的开口762并且凸缘可在网状散热片760之间保持间隔。

现在参考图8A和8B，一种制造方法可以包括网864和压机880。在一些实施例中，网864可被存储在辊子865内。网864可从辊子865以手动或自动的过程展开。例如，机械夹(未示出)可夹紧被包含在辊子865内的丝网864一端并且在一个方向拉伸丝网864，以使辊子865展开。在一些实施例中，丝网864可在传送系统上行进。压机880可包括具有多个钉齿884和冲件882的压板881。冲件882可以是液压冲件、气动冲件和/或可被包括在运动连接件(如经由齿轮和链条和/或滑轮和皮带连接到电机)。冲件882可在由图8B内箭头A所示的第一方向上移动压板881。以这种方式，冲件882产生向下的力并将被包括在压板881内的钉齿884插入到网864内。一旦钉齿884插入到网864内，冲件可在与第一方向相对的第二方向上移动压板881，并使钉齿884脱离网864。钉齿884可在网864内形成任何适合尺寸的孔或压痕864，以及以使，可以插入间隔件(在图8A和8B中未示出)。间隔元件可在形式和功能方面基本类似于关于图7所介绍的间隔元件763。例如，被包括在压机880内的钉齿884可在丝网864内形成一组开口(在图8A和8B中未示出)，该组开口接收具有被配置成焊接到丝网864的凸缘端的一组间隔元件。

在一些实施例中，一种制造方法可包括网964以及具有辊子983和一组钉齿984的压机980，如图9A和9B所示。在这种实施例中，网964可存储在辊子965中。网964可从辊子965以手动或自动的过程展开。例如，机械夹(未示出)可夹紧被包含在辊子965内的丝网964一端并且在一个方向拉伸丝网964，以使辊子965展开。在一些实施例中，丝网964可在传送系统上行进。在这种实施例中，压机980被配置为选择性地接合网964。例如，由于网964在传送机系统(在图9A和9B中未示出)上行进，钉齿984可插入到网964内或可在网964内产生压痕。由于网964穿过压机980，网964可使辊子983旋转，以使随着它穿过压机980，钉齿984接合网964。在一些实施例中，辊子983可以通过电机旋转并提供使网964的辊子965展开的力。同样指出的是，辊子983可通过电机旋转并且由于在辊子983的旋转过程中钉齿984接合网964，网964的辊子965展开。

钉齿984可在网964内形成任何适合尺寸的孔，以及以使，可以插入间隔元件(在图9A和9B中未示出)。间隔元件可在形式和功能方面基本类似于关于图7所介绍的间隔元件763。例如，被包括在压机980内的钉齿984可在丝网964内形成一组开口(在图9A和9B中未示出)，该组开口接收具有被配置成焊接到丝网964的凸缘端的一组间隔元件。在一些实施例中，该制造方法可包括一种在钉齿984从网964脱离之后插入和紧固间隔元件到网964的机构和/或流程步骤。在一些实施例中，该制造方法还可包括一种将包括间隔元件(未示出)的网964卷成所需形状的机构和/或流程步骤，如形成热传递元件。以这种方式，间隔元件可在相邻的辊子之间保持间隔。

在一个实施例中，用于两件式热电容设计的制造方法(如以下关于图12介绍的)包括金属板990a(如铝)从垂直放线轴992a松开并进给到带齿轮的或冲压制波纹机994。在制波纹机994的退出侧，金属板990a在垂直收线轴996以上连接到中心轮毂。第二金属板990b从第二垂直放线轴992b松开并连接到同一收线轴996的中心轮毂。由于收线轴996转动，它从形成包括许多由金属板992a和992b的厚度以及制波纹机994的齿轮或冲压元件的几何形状所限定的大电容缸的放线轴992a和992b拉伸材料。丝网或其他适合的材料可代替金属板992a和/或金属板992b。

图10示意性地示出了根据一个实施例的热传递元件。热例如，传递元件1022可被包括在压缩器/膨胀器装置(图10中未示出)内。在一些实施例中，压缩器/膨胀器装置可包括压力容器和经由活塞杆连接到活塞的致动器。压力容器可限定至少一个工作腔，在工作腔内可设置有热传递元件。压缩器/膨胀器装置可基本类似于本文所介绍或引用的任何压缩器/膨胀器装置。热传递元件1022可包括至少一个折叠的散热片1060，例如，其可由固体金属板或丝网构成。散热片1060可包括可基本类似于关于图3A和3B介绍的网364的特征(如丝线、开口，加强元件和/或织边)。因此，不关于图10详细介绍散热片1060的细节。

如图10所示，散热片1060可设置在被包括在热传递元件1022中的外环1067内。外环1067可以是任何适合的形状，尺寸，或构造，并且可由任何适合的材料形成。在一些实施例中，外环1069可由金属形成，例如，如铝、不锈钢、钛和/或任何适合的合金。散热片1060可在外环1067内限定路径，以使散热片1060可弯曲，折叠，或符合给定的几何形状。例如，热传递元件可包括设置在热传递元件1022中心的内环1069。内环1069可以是任何适合的形状，尺寸或构造，并且可由任何适合的材料形成。在一些实施例中，内环1069可限定一个轴并由金属形成，例如，如铝，不锈钢，钛和/或任何适合的合金。在其他实施例中，内环1069可由复合材料，陶瓷等形成。

散热片1060可以被配置为使用任何适合的耦合以被耦合到内环1069。例如，在一些实施例中，内环1069是金属，散热片1060可被焊接。在其他实施例中，散热片1060可机械地紧固(如，使用螺丝，销轴，铆钉等)到内环1069。散热片1060可从内环1069朝外环1067在径向上延伸。散热片1060可弯曲和/或折叠以限定被配置为耦合到外环1067的表面1070。与散热片1060到内环1069的耦合类似，散热片1060的表面1070可使用任何适合的方法耦合到外环1067。以这种方式，散热片1060可限定一个蛇形路径，以使散热片1060从内环1069向外环1067延伸并返回到内环1069。更具体地，散热片1060可在外环1067弯曲和/或折叠并且蛇形路径可返回到内环1069，其中散热片1060再次弯曲或折叠以及蛇形路径可返回到外环1067。

图11示意性地示出了根据一个实施例的热传递元件。热传递元件1122可包括外环1167和内环1069，其间设置有任意数量的同心环(层)1168。在一些实施例中，热传递元件1122可包括一组散热片1160，其可基本类似于关于图10介绍的散热片1060。该组散热片1160可以反复折叠，波纹和/或蛇形的运动耦合到相邻环。例如，散热片1160可使用本文所述的任何适合耦合耦合到内环1069，并且在径向方向延伸以耦合到相邻的同心环1168。散热片1160可被配置为折叠，以使散热片1160可朝内环1169向回延伸。以这种方式，散热片1160可被配置为基本填充由两个相邻环限定的区域，如图11所示。

在一些实施例中，热传递元件1122可以包括支撑托板(在图11中未示出)。支撑托板可由本文所述的任何适合材料形成，例如包括编织网。以这种方式，支撑托板可支撑热传递元件1122，以及提供安装表面以将热传递元件1122安装到活塞和/或压力容器。在这种实施例中，管道或其他支撑部件可结合到螺旋和/或同心环1168内以允许接近如螺栓等安装硬件。

如图12所示，在一些实施例中，热传递元件1222的环(层)1268可配置成形成连续的螺旋，例如关于图3B和4B所讨论的。螺旋可由一个或多个固体金属板或丝网构成。在这种实施例中，该组散热片1260可遵循如上所述以及具有例如正弦或三角形模式的类似波纹路径。此外，在一些实施例中，由于螺旋构造限定了被散热片1260占据的连续路径，散热片1260可由单个固体金属板或丝网形成。螺旋的层1268和散热片1260可交错，由于它们从内环1269向外螺旋。内环1269可被配置作为单独的核心结构，螺旋构造和/或散热片1260的一端附接到其上。在另一实施例中，上述构造不包括内环1269。

在一些实施例中，热传递元件1322可包括外环1367和网(或其他结构)散热片1360，如图13所示。在这种实施例中，网状散热片1360可耦合到外环1367的第一部分并朝与第一部分相对的外环1367的第二部分延伸。网状散热片1360可被配置为弯曲以限定可耦合到外环1367的表面1370。网状散热片1360可形成基本平行的散热片并延伸到由外环1367限定的区域。

图14A-14C示意性地示出了根据另一实施例的压缩器/膨胀器装置。压缩器/膨胀器装置1400可包括一个或多个压力容器(气缸)1420，该压力容器具有第一工作腔1440和第二工作腔1441，经由活塞杆1427被连接到活塞1426的致动器1421，以及设置在压力容器1420内的一个或多个热传递元件1422。热传递元件1422可包括设置在第一工作腔1440内的第一热传递元件1423和设置在第二工作腔1441内的第二热传递元件1424。例如，可以在压缩空气蓄能系统中使用压缩器/膨胀器装置1400。压力容器1420可包括与第一工作腔1440流体连通的入口管道1428和出口管道1429以及与第二工作腔1441流体连通的入口管道1430和出口管道1431。在压缩和/或膨胀循环过程中的不同时期，第一工作腔1440和第二工作腔1441可以包含可经由进口/出口管道连通到工作腔或从工作腔连通的一定数量的气体(如，空气)和一定数量的液体(如，水)。可选地，压力容器1420能够包括与第一工作腔1440或第二工作腔1441流体连通的、专用于连通去往第一和第二工作腔或来自第一和第二工作腔的气体或液体的一个或多个附加管道。

致动器1421、活塞1426和活塞杆1427可在结构上和功能上类似于图2中的致动器221，活塞226和活塞杆227，并且例如可被致动以压缩和/或膨胀气体。因此，并不关于图14A-14C介绍进一步的细节并且应该认为是本文所述的任何适合结构。通过提供与被压缩空气直接接触的增加量的表面积，热传递元件1423和1424可用于促进除去分别在第一工作腔1440和第二工作腔1441内空气的热能。

关于图14A-14C所示的热传递元件1422包括层叠耦合在一起的多个板。板1432可以是金属，碳纤维、纳米材料以及混合或复合材料(如碳高分子化合物)。在一些实施例中，板1432可耦合到活塞1426，以使随着冲程进行，活塞1426压缩板1432。例如，板1432可与一个或多个连接件(在图14A-14C中未示出)耦合在一起。连接件还可用于将板1432耦合到压力容器1420的内壁和/或活塞1426。分别在第一工作腔1440和第二工作腔1441内的热传递元件1423和热传递元件1424可以是压力容器1420内的任何长度。在一些实施例中，例如，热传递元件1422可具有基本沿压力容器1420的各自工作腔的长度或高度延伸的长度或高度。在其他实施例中，例如，热传递元件1422具有沿压力容器1420的各自工作腔的仅一部分长度或高度延伸的长度或高度。

在使用时，压缩器/膨胀器装置1400能够用于压缩气体例如空气。如图14A所示，在第一压力下第一质量的气体可通过进口管道1430引入到到压力容器1420的第二工作腔1441。可选地，一定体积的相对冷的液体(如，水)可引入通过进口管道1430或通过单独的液体进口管道(未示出)。致动器1421能够被致动以在箭头A的方向移动活塞1426以在第二工作腔1441内压缩第一质量的气体。在一些实施例中，在箭头A的方向移动的活塞与进入第二工作腔1441的液体的组合能够压缩该第一质量的气体。由于活塞1426从其在下止点的位置(图14A)在箭头A的方向移动，设置在第二工作腔1441内的热传递元件1424的板1432开始彼此压缩并且设置在第一工作腔1440内的热传递元件1423的板1432开始分离，如图14B所示。由于致动器1421在箭头A的方向继续移动活塞1426到上止点位置(即冲程的末端)，板1432进一步压缩，并在压缩循环结束时形成相对密集的堆叠，如图14C所示。

在压缩循环期间，在该过程中产生的热能可从气体传递到热传递元件1424，如上述先前实施例所介绍的。由于热传递元件1424在压缩循环过程中压缩本身，热传递元件1424变得更密并且在任何给定气体分子和热传递元件1424之间的距离变得更小，因此，促进了在被压缩气体和热传递元件1424之间的热传递。在大于第一压力的第二压力下的第一质量的气体可经由出口管道1431从第二工作腔1441退出。在压缩冲程中和/或之后，出现在第二工作腔1441内的液体可淬冷板1432并除去在气体压缩过程中到板1432的热传递。以这种方式，变暖的液体可经由出口管道1431从第二工作腔1441退出。在一些实施例中，仅一部分变暖液体排出通过出口管道1431。可选地，液体可排出通过单独的液体出口管道(未示出)。压缩器/膨胀器装置1400可被配置为在与压缩第一工作腔1440内的气体体积相反的方向上实施基本类似的过程。

连接件(图14A-14C中未示出)可以是任何适合的连接件系统，其示例在本文中介绍。连接件可以可移动地耦合到板1432和活塞1426并在整个冲程使每个板1432保持在与相邻板基本相等的距离。同样指出的是，该连接件可耦合到层叠板1432，以使在整个冲程均匀的间隔存在于板1432之间。例如，在热传递元件1424的板1432之间的间隔基本相等并且在热传递元件1423的板1432之间的间隔基本相等，如图14A所示。由于致动器1421在箭头A的方向移动活塞1426，热传递元件1424的板1432开始压缩，以使板1432之间的间隔同等地减少，并且热传递元件1423的板1432开始分离，以使板1432之间的间隔同等地增加，如在14B和14C所示。在一些实施例中，连接件可耦合到层叠板1432，以使在整个冲程中非均匀间隔存在于板1432之间。此外，板1432可被配置为压缩，以使在压缩冲程结束时，液体淬冷所有或基本所有的板1432。

图15A-15C示意性地示出了根据另一实施例的压缩器/膨胀器装置。压缩器/膨胀器装置1500可包括一个或多个压力容器(气缸)1520，该压力容器具有第一工作腔1540和第二工作腔1541，经由活塞杆1527被连接到活塞1526的致动器1521，以及设置在压力容器1520内的一个或多个热传递元件1522。更具体地，热传递元件1522可包括设置在第一工作腔1540内的第一热传递元件1523和设置在第二工作腔1541内的第二热传递元件1524。例如，可以在压缩空气蓄能系统中使用压缩器/膨胀器装置1500。压力容器1520可包括与第一工作腔1540流体连通的入口管道1528和出口管道1529以及与第二工作腔1541流体连通的入口管道1530和出口管道1531。在压缩和/或膨胀循环过程中的不同时期，第一工作腔1540和第二工作腔1541可以包含可经由进口/出口管道连通到工作腔或从工作腔连通的一定数量的气体(如，空气)和一定数量的液体(如，水)。可选地，压力容器1520可包含与第一工作腔1540或第二工作腔1541流体连通的专用于连通气体或液体到第一和第二工作腔或从第一和第二工作腔连通气体或液体的一个或多个额外管道。

致动器1521、活塞1526和活塞杆1527可以在结构上和功能上类似于图2中的致动器221，活塞226和活塞杆227，并且例如可被致动以压缩和/或膨胀气体。因此，并不关于图15A-15C介绍进一步的细节并且应该认为是本文所述的任何适合结构。通过提供与被压缩空气直接接触的增加量的表面积，热传递元件1523和1524可用于除去分别在第一工作腔1440和第二工作腔1441内空气的热能

关于图15A-15C所示的热传递元件1522包括通过连接件系统(在图15A-15C中未示出)层叠耦合在一起的多个金属板1532。热传递元件1522可具有与关于图14A-14C所介绍的热传递元件1422类似的形式和功能。尽管膨胀/压缩装置1400的板1432分别延伸工作腔1440和1441的近似长度，但是压缩器/膨胀器装置1500的的板1532分别延伸工作腔1540和1541的一部分。同样指出的是，板1532最初占据比图14A-14C的板1432更少的各自工作腔内高度。连接件系统可被配置为在活塞表面1526和最接近板1532之间提供距离和/或气隙，如图15A-15C所示。在活塞1526和最接近板1532之间的气隙可被配置为在压力容器1520内提供最佳条件，例如热传递潜力与重量的最佳比值或热传递潜力与流体损失潜力的最佳比值。以这种方式，压缩膨胀装置1500可实施与压缩器/膨胀器装置1400类似的压缩过程，在下止点位置(图15A)，通过中间位置(图15B)到上止点位置(图15C)之间行进。

图16A和16B示意性地示出了根据一个实施例的热传递元件。例如，热传递元件1622可被包括在压缩器/膨胀器装置(在图16A和16B中未示出)内。在一些实施例中，压缩器/膨胀器装置可包括压力容器和经由活塞杆连接到活塞的致动器。压力容器可限定至少一个工作腔，其中可设置热传递元件1622。压缩器/膨胀器装置可基本类似于本文所介绍或引用的任何压缩器/膨胀器装置100，200，300，1400。

热传递元件1622可以包括通过多个连接件1650层叠耦合在一起的多个板1632。如以上关于图14A-14C和图15A-15C所述，板1632可耦合到活塞，以使在该冲程进行时，活塞压缩板1632(即，促使板1632之间的间隔减少)。更具体地，至少一部分连接件1650可用于将板1632耦合到活塞。热传递元件1622可以是压力容器(未示出)内的任何长度。在一些实施例中，热传递元件1622可具有基本沿压力容器的各自工作腔的长度或高度延伸的长度或高度。在其他的实施例中，气隙可存在于活塞和热传递元件1622的底板1632之间。气隙可以是任何适合的尺寸，例如，可提供一个热传递潜力与重量的最佳比值的尺寸。

在使用中，压缩器/膨胀器装置可用于压缩和/或膨胀气体例如空气。具有第一压力和温度的一定质量的气体可使用本文所述的任何适合方法引入到压力容器的工作腔。可选地，一定体积的相对冷的液体(如，水)可引入通过压力容器。活塞可在压力容器内在压缩方向内移动。由于活塞在压缩方向内移动液体和气体，它还驱动连接件1650。由于在压缩方向移动活塞，设置在工作腔内的热传递元件1622的板1632开始彼此压缩。同样，膨胀的压缩气体可连通到压力容器的工作腔。膨胀的压缩气体可在膨胀的方向移动活塞，促使热传递元件1622的板1632以均匀的方式分离，其受到连接件1650控制。

连接件1650被配置为以螺旋运动压缩板1632，如图16B的箭头B所示。同样指出的是，由于热传递元件1622被压缩，该连接件1650被配置为形成每个板1632的旋转运动。在一些实施例中，连接件1650可以是带有被配置为在工作腔壁上滑动的给定形状的刚性部件。由于活塞在压缩方向内移动连接件1650，连接件1650可在顶部和底部枢轴点枢转。连接件1650的枢转运动可促使板1632以螺旋运动压缩。在其他实施例中，连接件1650可耦合到活塞并且活塞可在压力容器内旋转，从而随着它们被压缩而旋转板1632。连接件1650可被配置为在整个冲程将每个板1632保持与相邻板基本相等的距离。类似的声明，该连接件1650可耦合到层叠板1632，以使在整个压缩和/或膨胀冲程中均匀的间隔存在于板1632之间。例如，由于活塞移动连接件1650，以均匀的过程以及以及在整个压缩和/或膨胀循环中同等地间隔，板1632开始压缩。

在压缩循环期间，由于空气在板1632上，通过和/或在板1632周围流动，在该过程中产生的热能可经由对流和/或传导热传递从气体(如，空气)传递到热传递元件1622的板1632。由于活塞促使板1632在压缩循环过程中彼此压缩，热传递元件1622变得更密，并且在任何给定气体分子和热传递元件1622之间的距离变得更小，因此，促进了在被压缩气体和热传递元件1622之间的热传递。在压缩循环结束时，被压缩到第二压力的气体可以在基本类似于第一温度的第二温度下从工作腔退出。同样指出的是，热传递元件1622的使用和构造可促使板1632吸收通过气体压缩产生的热量，从而允许气体的基本等温压缩。在压缩冲程中和/或之后，出现在工作腔内的液体可淬冷板1632并除去在气体压缩过程中传递到板1632的热量。以这种方式，相对温暖的液体可从工作腔退出并且该过程可以重复。同样，在膨胀循环过程中，热能可传递到膨胀的压缩气体以允许基本等温的膨胀。在一些实施例中，在气体和热传递元件1622之间的热传递可被控制以允许受控的，预定的气体温度变化。例如，热传递元件1622的尺寸、形状和构造和/或出现在工作腔内的液体体积可被配置为在压缩和/或膨胀循环中允许5°、10°、15°、20°或25°的气体温度变化。

现在参考图16C，被包括在热传递元件1622内的板1632可包括，例如丝网。丝网可以是任何适合的构造以提供最佳的热传递。例如，在一些实施例中，丝网可以是编织丝网材料。在一些实施例中，编织丝网材料可以是从位于P.A，汉诺威的杰拉德丹尼尔Worldwide或位于ON，圣凯瑟琳的W.S.泰勒Screening Group购买的【80平方网市场等级(不锈钢)，24x110单一平纹布(不锈钢)，或平方网(0.047”线径，不锈钢)】。在这种实施例中，由被包括在丝网中的编织线限定的开口尺寸可以是任何尺寸或形状。例如，开口的尺寸可以足够大，以使空气可流过开口，增加了接触气体的丝网板1632的表面积，因此，提高了热传递效率。此外，在丝网中使用的丝线直径可以是任何适合的直径。在一些实施例中，网中使用的丝线直径可不同，从而产生了通过丝网板1632的比热传递。丝网板1632可包括丝网可包缠绕的外环。丝网板1632因此可在外环周围被拉紧并在压缩过程中减少板1632的潜在挠度。丝网可以由任何适合的材料制成，例如，铜、铝、不锈钢、其它纯金属或金属合金、碳纤维、纳米材料、混合或复合材料(如碳高分子化合物)。在一些实施例中，丝网材料可以是焊接的丝网，例如，可从杰拉德丹尼尔Worldwide购买的具有0.047”线径的2”x 2”不锈钢网。

图17A和17B示意性地示出了根据另一实施例的压缩器/膨胀器装置。压缩器和膨胀器装置1700可包括压力容器1720和经由活塞杆1727连接到活塞1726的致动器1721。压力容器可限定至少一个工作腔1740，其中可设置至少一个热传递元件1722。压缩器/膨胀器装置1700可基本类似于本文所介绍或引用的任何压缩器/膨胀器装置。

热传递元件1722可以包括通过多个连接件1750层叠耦合在一起的多个板1732。如以上关于图14A-14C所述，板1732可耦合到活塞1726，以使随着冲程进行，活塞1726压缩板1732(即，促使板1732之间的间隔减少)。更具体地，至少一部分连接件1750可用于将板1732耦合到活塞1726。热传递元件1622可以是压力容器1740内的任何长度。在一些实施例中，例如，热传递元件1722可具有基本沿压力容器的各自工作腔1740的长度或高度延伸的长度或高度，如图17A和17B所示。在其他实施例中，气隙可被限定在活塞1726和热传递元件1722的底板1732之间。气隙可以是任何适合的尺寸，例如，可提供一个热传递潜力与重量的最佳比值的尺寸。

在使用中，压缩器/膨胀器装置1700可用于压缩气体例如空气。具有第一压力和第一温度的第一质量的气体可经由进气管道1728引入到压力容器1720的工作腔1740内。可选地，一定体积的相对冷的液体(如，水)可经由进口管道1430或经由专用于液体的单独管道引入到压力容器1720。活塞1726可被致动器1721在压力容器1720内在箭头C的方向上移动以压缩在工作腔1740内的该第一质量的气体。由于活塞1726在箭头C的方向从第一位置(图17A)移动以压缩该第一质量的气体，它也移动连接件1750，以使热传递1722元件的板1732开始彼此压缩，如图17B所示。

连接件1750可以被配置为利用剪刀式机构压缩和膨胀。更具体地，连接件1750可包括多个连接臂1751和连接件节点1752。连接臂1751可以是被耦合到连接节点1752用于枢转运动的刚性部件。连接节点1752可以是被配置为允许枢转运动的任何适合节点。例如，一对连接臂1751可经由可插入到由连接臂17651限定的接收开口的枢转销相邻地耦合到连接节点1752。由于活塞1726在箭头C的方向内移动连接件1750，连接臂1751开始在连接节点1752枢转，促使连接件1750压缩。由于连接件1750压缩，板1732也开始压缩并且减少了相邻板1732之间的空间。与关于图16A和16B所介绍的热传递元件1622类似，板1732耦合到连接件1750，以使由于连接件1750压缩，在相邻板1732之间的空间均匀地减少(即，板1732之间在压缩循环的任何时刻存在均匀的间隔)。

在压缩循环期间，由于空气在板1732上，通过和/或在板1732周围流动，在该过程中产生的热能可经由对流和/或传导热传递从气体传递到热传递元件1722的板1732。由于板1732在压缩循环过程中彼此压缩，热传递元件1722变得更密，并且在任何给定气体分子和热传递元件1722之间的距离变得更小，因此，促进了在被压缩气体和热传递元件1722之间的热传递。在压缩循环结束时，第一质量的气体被压缩到大于第一压力的第二压力，并且可以在基本类似于第一温度的第二温度下经由出口管道1730从工作腔1740退出。同样指出的是，热传递元件1722的使用和构造可促使板1732吸收通过气体压缩产生的热量，从而允许气体的基本等温压缩。在压缩冲程中和/或之后，出现在工作腔内的液体可淬冷板1732并除去在气体压缩过程中传递到板1732的热量。以这种方式，变暖的液体可从工作腔退出并且该过程可以重复。

现在参考图18A-19B，热传递元件1722的板1732可包括多个具有基本类似于气缸1720直径的第一直径D₁(图18B)的第一板1733(图18A)和多个具有比第一直径D₁小的第二直径D₂(图19B)的第二板1736(图19A)。第一板1733可在板1733的中心限定孔1734和一组狭缝1735。类似地，第二板1736可限定一组狭缝1737。第一板1733内的一组狭缝1735以及第二板1736内的一组狭缝1737提供连接件1750设置通过的开口。

返回参考图17A和17B，多个第一板1733和多个第二板1736可以按交替模式布置(即，每一个第一板1733邻近第二板1736)。狭缝1735和1737分别可以是任何适合的尺寸，形状或结构以为连接件1750操作提供必要的间隙。在使用中，例如，在关于图17A和17B介绍的压缩循环中，气体可在第一板1733的表面上流动并通过孔1735。同样，气体可在第二板1736的表面上流动。如上所述，第一板1733的第一直径D1基本类似于气缸的直径。因此，由于气体接触第一板1733的表面，气体被迫通过孔1734。具有比第一直径D1小的第二直径D2的第二板1736在第二板1736的边缘和气缸1720的壁之间形成一个环面。因此，由于气体穿过由第一板1733限定的孔1734，气体可接触第二板1736的表面并沿该表面和通过由第二板1736和气缸1736所限定的环面流动。第一板1733、第二板1736和气缸1720的布置形成了带有“图8”模式的气流路径。以这种方式，气体与第一板1733和第二板1736表面区域之间的接触被最大化，从而提供了增强的热传递。

虽然孔1734被介绍为处于第一板1733的中心，孔1734可设置在第一板1733上的任何位置。此外，在一些实施例中，第二板1736可包括一个孔。第一板1733和/或第二板1736可限定任意数量的孔，开口和/或被配置为操纵工作腔1740内气体的流动的挤出件。第一板1733和第二板1736也可包括任何适合的涂层，纹理和/或被配置为操纵流体和热传递特征的散热片结构。例如，在一些实施例中，第一板1733和第二板1736可包括类似于高尔夫球表面的凹坑。凹坑可被配置为形成被压缩气体的紊流以及增加板的表面面积，从而增加热传递潜力。

图20是示出在不同的模拟(“模型”)和示例实验条件下，在2.5倍体积减少(如，压力比)过程中，主体空气温度与冲程时间的变化的图表。在示出的示例中，高压水泵(“HPWP”)散热片测试包括实验室规模装置，其包括带有16”冲程的21”内径压力容器。“气隙”距离表示在冲程开始时在被包括在一组热传递元件以下的一定体积的水的开始水平。“WW”是类似于关于图3B和4B所介绍的螺旋编织丝线结构，而“Al Ex”是被提供用于基准和比较目的的铝挤压散热片结构。“WW”散热片与对角间距丝线(大约15度)间隔，类似于关于图6介绍的编织丝网状散热片660。“WW”散热片限定了大约13％体积分数(0.67毫米厚，2毫米间隔，50％孔隙度)，而Al Ex散热片限定了大约20％体积分数(1mm厚，3毫米间隙，由于几何形状约束的间隙间隔)。“模型”线表示使用专有的计算机模拟系统对上述相同几何形状的预测。

如图20所示，实验数据证实了对于上述给定参数的计算机模拟。此外，实验数据和计算机模拟表明包括丝网状散热片设计带有5”气隙(在图20中表示为钻石形点以及分别虚线和虚线)的该压力容器构造导致总体温度(即，空气温度)最低的变化。以这种方式，实验数据证实了包括丝网状散热片的热传递元件以比挤压铝散热片更快的速度热传递。

如上所述，挤压制造工艺限制了在热电容内散热片元件的最小厚度。例如，挤压散热片元件厚度通常被限制到约0.5毫米；然而，假设热传递的基本原理，更需要如约0.05毫米的更小厚度。如下进一步介绍的，它可以表明，如图12介绍的波纹状电容构造在热传递能力方面提供了显著改进，能使结合热传递装置的压缩空气蓄能系统的性能明显改进，包括往返AC-AC效率、电力和存储能量密度的改进。

从电容子系统到流体的热传递由以下的方程(1)限定，其中Q是热流率，h是热传递系数，A是热传递面积，Tc是电容温度以及Tf是流体温度。

方程(1)：

$\stackrel{\·}{Q}=\mathrm{hA}(T_c-T_f)$

热传递表面积密度、在给定腔体积下热传递面积的数量可使用方程(2)方便地计算，其中t是电容材料的厚度，V是腔体积，CVF是由电容体积与腔体积的比值所限定的“电容体积分数”。

方程(2)：

$\frac{A}{V}=\frac{2\left(\mathrm{CVF}\right)}{t}$

因此，对于相同的电容体积分数，转轮式热电容(“hw”)可具有为基于挤压的电容(“ex”)大约10倍的热传递表面积密度，假设对于每个构造方法的上述材料厚度限制。

方程(3)：

$\frac{{(A/V)}_{\mathrm{hw}}}{{(A/V)}_{\mathrm{ex}}}=\frac{t_{\mathrm{ex}}}{t_{\mathrm{hw}}}\≈10$

此外，基于转轮式热电容的热传递系数将大于基于挤压的系统。热传递系数在无因次Nusselt数Nu，流体的导热系数k以及电容的水力直径Dh方面被限定。参见方程(4)，对于完全展开的层流流体流，以及均匀的电容温度，每种类型电容的Nusselt可假定为常数并由其管道的横截面外形限定。基于挤压的管道近似为Nusselt等于7.54的无限平行板，以及转轮式热电容的正弦管道被认为是努塞尔特数为2.49的等边三角形。

方程(4)：

$h=\frac{\mathrm{Nuk}}{D_h}$

通过方程(5)和(6)给出了每个管道类型的水力直径，其中g是在无限板和等边三角形的内部高度之间的间隔。在每种情况下的信道间隔可通过以下的方程(7)和(8)计算，假设某个电容体积分数和材料厚度。

方程(5)：

$D_h^{\mathrm{ex}}=2g=\frac{2t(1-\mathrm{CVF})}{\mathrm{CVF}}$

方程(6)：

$D_h^{\mathrm{hw}}=\frac{2}{3}g=\frac{2}{3}\left(\frac{3t-2\mathrm{tCVF}}{\mathrm{CVF}}\right)$

方程(7)：

${\mathrm{CVF}}_{\mathrm{ex}}=\frac{t}{t+g}$

方程(8)：

${\mathrm{CVF}}_{\mathrm{hw}}=\frac{3t}{2t+g}$

分别对于挤压和基于热转轮式厚度使用0.5毫米和0.05毫米，以及CVF 0.2，计算在每种情况下的水力直径为4毫米和0.43毫米。因此，它可用这些假设以及方程(9)示出，在方程(9)中，转轮式热电容d热传递系数是包括挤压的系统的大约三倍。

方程(9)：

$\frac{h_{\mathrm{hw}}}{h_{\mathrm{ex}}}=\frac{4.98t_{\mathrm{ex}}(1-\mathrm{CVF})}{5.03(3t_{\mathrm{hw}}-2\mathrm{tCVF})}\≈3$

最后，组合从方程(3)和方程(9)的结果，表明对于给定的温差，转轮式热电容的热传递速率可以比基于挤压的电容大将近三十倍。

方程(10)：

$\frac{Q_{\mathrm{hw}}}{Q_{\mathrm{ex}}}=\frac{{\left(\mathrm{hA}\right)}_{\mathrm{hw}}}{{\left(\mathrm{hA}\right)}_{\mathrm{ex}}}\≈30$

然而，在该示例中电容的压降也基本不同。对于管道流体，由方程(11)给出了压力损失，其中f是无因次达西摩擦系数，L是信道长度，p是流体密度，v是流体速度。

方程(11)：

$\mathrm{\ΔP}=f\frac{L}{D_h}\left(\frac{1}{2}{\mathrm{\ρv}}^2\right)$

如方程(12)和(13)所示，对于完全展开的层流信道流，在每种情况下的达西摩擦系数取决于通过给出的无因次雷诺数，其中i是流体的动态粘度。

方程(12)：

$f_{\mathrm{ex}}=\frac{96}{\mathrm{Re}}$

方程(13)：

$f_{\mathrm{hw}}=\frac{53.2}{\mathrm{Re}}$

在该示例中，转轮式热电容的压降基本大于包括挤压的电容，如以下在方程(15)中给出的。然而，需要对压降的大小进行评估，因为与压缩空气蓄能系统的平均压力相比，它可能无足轻重。

方程(15)：

$\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{hw}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ex}}}=\frac{53.2{\left(D_h^{\mathrm{ex}}\right)}^2}{96{\left(D_h^{\mathrm{hw}}\right)}^2}\≈47$

以下介绍的附图示出了使用模型获得的测试结果，该模型预测了在其压缩/膨胀气缸内具有热电容的压缩空气蓄能系统的热力学性能。一种专用的测试装置也用于调查热电容的性能并验证上述模型的准确性。该模型和测试平台能够检查电容在包括冲程和压力比的条件范围内的性能。该模型和测试平台具有良好的相关性，在不同电容设计的绝对和相对性能方面提供了信心。

图21A和21B示出了分别得自示例性压缩和膨胀冲程的压力曲线。在这些示例中，与从测试设置的测量相比，模型过高预测了压缩做功和结束温度以及过低预测了膨胀做功和结束温度。

已经证实了由0.30毫米的元件厚度、2.9毫米的褶高度以及7.6毫米的褶宽度所限定的一种优化的波纹状电容设计的性能。以下呈现的是一种分子的子集，其中对于给定的压力比和一系列的冲程速度，仿真结果与测试平台测量相比较。图22A示出了对于系数10的冲程时间范围内的压缩循环，在模型和测试装置之间的预测工作的百分比差，以及预测结束温度的差。图22B给出了对于一组膨胀循环的相同比较。如图所示，模型示出了对于这些系列的比较来说与试验装置一致的相关性。

对于工业规模的压缩空气蓄能系统，使用波纹状电容胜过基于挤压的设计的性能优势可能是巨大的。使用该模型，以上指定的优化的波纹状电容与每个驻留在相同尺寸的压缩/膨胀腔内的挤压式电容相比较。每个电容被认为是由相同材料(铝)构成，具有相同的电容体积分数(20％)和高度，并具有类似的信道间隔(大约4毫米)。图23A和23B示出了分别对于压缩和膨胀冲程速度的做功差(在褶状和挤压几何形状之间的百分比)和结束温差(褶皱减去挤压)。对于最短的冲程时间，波纹设计基本优于挤压电容，示出了超过6％的更少压缩膨胀以及超过5％的膨胀做功。此外，在最快的冲程速度，在存储压力下离开压缩气缸的空气对于褶皱设计来说估计50℃更冷，提供了压缩空气蓄能系统的能量存储密度的基本优点。

虽然以上已经介绍了各种实施例，但是应该理解的是，它们仅作为示例提出而并不是加以限制。在上述的方法和步骤指出某些事件按照一定的顺序发生的地方，受益于本发明的领域所属的普通技术人员应该认识到，某些步骤的顺序可被修改，并且这样的修改与指定的变化相一致。此外，当可行时，某些步骤能够在并行处理中并行地实施，以及如上所述地顺序实施。已经特别地图示和介绍了实施例，但是应该理解可以对形式和细节进行各种变化。

例如，尽管将各种实施例介绍为具有特定特征和/或组件的组合，但是其他的实施例可以具有来自本文所介绍的任何实施例的任何特征和/或组件的任意组合或子组合。尽管参照压缩器/膨胀器装置的特定实施例介绍了热传递元件的某些实施例，但是应该理解的是，热传递元件的各种实施例可以用于本文所述的压缩和/或膨胀装置的各种实施例以及本文未介绍的压缩和/或膨胀装置的其他实施例中的任一个。

此外，尽管压缩和/或膨胀装置的一些实施例包括设置在压力容器内特定位置处的热传递元件，但是应该理解，热传递元件可以设置在与图示和所述位置不同的位置处。压缩和/或膨胀装置的各种组件的具体结构也可以改变。例如，各种组件的尺寸和具体形状可以不同于所示实施例，同时仍然能够提供本文所述的功能。

Claims (42)

1.一种压缩和膨胀系统，包括：

在其中具有可变容积的工作腔并且具有管道的压力容器，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出；以及

设置在工作腔内的热传递元件，所述热传递元件包括热传递元件层以及散热片和间隔元件中的至少一种，

压力容器可操作用于压缩被引入到工作腔内的流体，以使热能从压缩流体传递到热传递元件，并且压力容器可操作用于使被引入到工作腔内的流体膨胀，以使热能从热传递元件传递到膨胀流体。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体从包括液体、气体、蒸汽、悬浮液、气雾剂及其组合的组中选择。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件基本是圆柱形的。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件的外径基本类似于工作腔的直径。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件的竖直轴线平行于工作腔的竖直轴线。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件包括多层。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，至少有一层包括丝网。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件包括被设置用于在热传递元件的相邻层之间保持间隔的多个间隔元件。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述间隔元件被配置用于从流体和热传递元件层中的至少一方吸收热能。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，热传递元件层包括从内径到外径的螺旋件。

11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括在内径和外径之间限定路径的散热片。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述散热片限定蛇形路径。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述散热片包括金属板。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述螺旋件包括金属板。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件进一步包括内环和外环中的至少一种。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件的密度在其中立体地变化。

17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件的密度沿其竖直轴线变化。

18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件可操作用于将从压缩流体接收的热能传递到工作腔的外部。

19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力容器进一步可操作用于促使从压缩流体传递到热传递元件的热能从热传递元件传递到工作腔内的第二流体。

20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力容器进一步可操作用于促使从工作腔内的第二流体传递到热传递元件的热能从热传递元件传递到膨胀流体。

21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力容器进一步可操作用于促使排出工作腔中的至少一部分第二流体，从而移除从热传递元件传递到第二流体的至少一部分热能。

22.一种在压缩和膨胀系统中优化热传递的方法，所述压缩和膨胀系统包括在其中具有可变容积的工作腔并且具有管道的压力容器，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出，所述压力容器具有热传递元件，所述热传递元件设置在工作腔内并且包括热传递元件层以及散热片和间隔元件中的至少一种，所述方法包括：

将第一数量的流体引入到工作腔内；

压缩所述第一数量的流体；

将来自压缩流体的热能传递到热传递元件层以及热传递元件中的散热片或间隔元件；

将第二数量的流体引入到工作腔内；

使所述第二数量的流体膨胀；以及

将热能从热传递元件层以及热传递元件中的散热片或间隔元件传递到膨胀流体。

23.根据权利要求1所述的方法，其中，第一和第二数量的流体从包括液体、气体、蒸汽、悬浮液、气雾剂及其组合的组中选择。

24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热传递元件基本是圆柱形的。

25.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将热传递元件的外径成形为基本类似于工作腔的直径。

26.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将热传递元件的竖直轴线定向为基本平行于工作腔的竖直轴线。

27.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热传递元件包括多层。

28.根据权利要求1所述的方法，其中，至少有一层包括丝网。

29.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过在热传递元件的相邻层之间设置多个间隔元件来保持热传递元件的相邻层之间的间隔。

30.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用间隔元件从第一数量的流体和热传递元件层中的至少一方吸收热能。

31.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热传递元件层包括从内径到外径的螺旋件。

32.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在内径和外径之间限定路径的散热片。

33.根据权利要求1所述的方法，其中，所述散热片限定蛇形路径。

34.根据权利要求1所述的方法，其中，所述散热片包括金属板。

35.根据权利要求1所述的方法，其中，所述螺旋件包括金属板。

36.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热传递元件进一步包括内环和外环中的至少一种。

37.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热传递元件的密度在其中立体地变化。

38.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热传递元件的密度沿其竖直轴线变化。

39.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将从压缩流体接收的热能传递到工作腔的外部。

40.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将来自热传递元件的热能传递到工作腔内的第三数量的流体。

41.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将来自工作腔内的第三数量流体的热能传递到热传递元件。

42.根据权利要求1所述的方法，进一步包括排出工作腔内的第三数量流体的至少一部分，以从工作腔中移除至少一部分热能。