CN104412486A - 利用双作用活塞和液压致动器压缩和膨胀气体的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于优化用于压缩和/或膨胀如空气的气体的设备或系统中的双向活塞运动的系统、方法和设备。在一些实施方式中，压缩空气设备和/或系统可包括第一气缸(210)，第二气缸(230)，液压致动器(272，274)，以及液压控制器(270)。第一气缸(210)具有位于其中以在第一气缸中进行往复运动的第一工作活塞(220)，液压致动器(272)联接至第一工作活塞(220)。第二气缸(230)具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞(240)。液压控制器(270)可流体联接至液压致动器(272，274)并且可运行在压缩模式下和膨胀模式下，其中在压缩模式下气体以高于其进入第一气缸(210)的压力从第二气缸(230)排出，在膨胀模式下气体以低于其进入第二气缸(230)的压力从第一气缸(210)排出。

Description

利用双作用活塞和液压致动器压缩和膨胀气体的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年11月11日提交的美国专利申请序列号13/294,675的优先权和权益并通过引用将其整体结合于此。本申请与2011年11月11日提交的、名为“用于优化压缩空气能量存储系统的热效率的系统和方法”的美国专利申请序列号13/294,862有关，其内容整体结合于此。

背景技术

本发明总的来说涉及例如空气的气体的压缩和/或膨胀系统、设备和方法，尤其涉及用于优化压缩空气能量存储系统的能量效率和功率密度的系统、设备和方法。

传统上，发电厂的规模被设计为能够满足峰值电力的需要。此外，发电厂的规模必须考虑到其最大功率输出、最小功率输出和最大效率地将燃料转换为电能的中间功率输出范围。发电厂还在其能多快启动和停机方面受到约束，并且通常不能完全关断发电厂。功率输出约束、与启动和停机约束的组合限制了发电厂最优满足波动功率需求的能力。这些限制可能导致温室气体的排放增大，总的燃料消耗增大，和/或潜在的运行成本变大，以及其它缺点。给发电厂增设一个能量存储系统可以产生存储功率以供后续使用的能力，该能力允许发电厂以最小化这些缺点的方式满足波动的消费需求。

能量存储系统可改进发电厂的总运行成本、可靠性和/或排放概况。然而，现有的能量存储技术存在缺点。举例来说，蓄电池、飞轮、电容器和燃料电池可以提供具有较快响应时间的大量功率，但是具有限制其应用的有限的能量存储容量，并且这些技术的实施成本很高。安装如抽水蓄能系统的其它较大能量系统需要特定的地质构造，但是不是在所有地点均可得到这些地质构造。

如风电场的间歇电力生产现场所具有的容量可能超过传输容量。在缺乏适当的能量存储系统的情况下，这些间歇电力生产现场可能不能够满负载运行。申请人同意间歇生产现场可从存储系统受益，当生产现场能够以高于可传输的速率产生能量时，存储系统存储能量。当间歇电力生产现场所产生的电力小于传输线容量时，所存储的能量可通过传输线释放。

如建筑物、城镇、城市、商业设施、军事设施的耗电场所所消耗的电力可能周期性的超过输电能力。在没有适合的能量存储系统的情况下，这些用电户将不能按优先水平运行。申请人同意，传输受限的耗电场所可受益于存储系统，当耗电场所以低于传输速率的速率消耗能量时以及当没有被立即消耗掉的所传输的能量可被存储时，存储系统存储能量。当用户的电力消耗大于传输线容量时所存储的能量被释放给用户。还可在电力通常不那么昂贵的非峰值时间段(如，夜间)期间存储电能，在电力通常比较昂贵的峰值时间段(如，白天)期间将电能释放出来。

压缩空气能量存储系统(CAES)是以压缩空气的形式存储能量的另一种已知类型的使用有限的系统。CAES系统可用于在电能需求低于所准备的电能供给时，通常是在夜间时，以压缩空气的形式存储能量，并在需求大于所准备的电能供给时，通常是在白天时，释放该能量。这样的系统包括空气压缩机，其通常恒速运行以压缩空气用于存储。通常使用与该压缩机分离的涡轮机来膨胀压缩空气以生成电能。然而，涡轮机经常要求以相对恒定的压力、如约35大气压来提供压缩空气。此外或者作为替换，可先于涡轮机中的膨胀对压力大于35大气压的空气进行调节，从而导致降低系统效率和/或降低存储结构可容纳的能量密度的能量损耗。此外，为了增大经涡轮机膨胀的单位空气产生的电能，通常在膨胀期间和/或在膨胀之前通过燃烧化石燃料将该系统中的压缩空气加热和/或预加热到提升的温度(如，1000℃)，这既增加了系统的能量成本，又产生了与能量存储相关的燃料燃烧排放。

已知的用于将能量存储为压缩空气的CAES类型的系统具有多级压缩机，其可包括在各级压缩之间冷却空气的中冷器和/或在压缩之后冷却空气的后冷器。在该系统中，空气在被冷却之前的各级压缩期间仍可达到相当高的温度，这导致系统的效率低下。从而，需要提供改进了效率的CAES类型系统。

可使用由液压元件构成的液压传动系统来实施CAES系统，液压元件包括例如用于驱动工作活塞的液压泵的元件。因此，还需要获得压缩空气能量存储系统的高效率输出的系统和方法，或者用于压缩和/或膨胀气体的其它系统，包括在该系统的运行期间利用双向活塞运动的控制和运行模式。

发明内容

本文描述了用于对压缩和/或膨胀例如空气的气体用的设备或系统中的双向活塞动作进行优化的系统、方法和设备。在一些实施方式中，压缩空气设备和/或系统可包括第一气缸、第二气缸、液压致动器和液压控制器。第一气缸具有位于其中以在第一气缸中进行往复运动的第一工作活塞，其将第一气缸分为第一气动室和第二气动室，每个气动室均可流体联接至一气体源。液压致动器联接至第一工作活塞。第二气缸具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞，其将第二气缸分为第三气动室和第四气动室，每个气动室均可流体联接至压缩气体存储室。液压控制器可流体联接至液压致动器并可在压缩模式和膨胀模式下运行，在压缩模式中气体以比其从气体源进入第一气缸高的压力从第二气缸排放至压缩气体存储室，在膨胀模式中气体以比其从压缩气体存储室进入第二气缸低的压力从第一气缸排放到气体源。压缩模式下液压控制器的运行在第一工作活塞上产生足以移动第一工作活塞的液压致动器力：a)在第一方向上产生该力，从而包含在第一气动室中的气体从第一气动室排放到第三气动室中，和b)在相反的第二方向上产生该力，从而包含在第二气动室中的气体从第二气动室排放到第四气动室中。

附图说明

图1是根据实施方式的压缩和/或膨胀系统的原理图。

图2是根据实施方式的基于压缩气体的能量存储和回收系统的原理图。

图3是根据实施方式的基于压缩气体的能量存储和回收系统的原理图。

图4A-4E是分别示出为第一、第二、第三、第四和第五配置下的、示出了根据实施方式的压缩周期的基于压缩气体的能量存储和回收系统的原理图。

图5A-5E是分别示出为第一、第二、第三、第四和第五配置下的、示出了根据实施方式的膨胀周期的图4A-4E基于压缩气体的能量存储和回收系统的原理图。

图6是根据实施方式的基于压缩气体的能量存储和回收系统的原理图。

图7是根据实施方式的基于压缩气体的能量存储和回收系统的原理图。

具体实施方式

本文公开了用于优化和有效运行气体压缩和/或膨胀系统的系统、设备和方法。气体压缩和/或膨胀系统可包括可运动的位于缸内以压缩工作室内的气体并被配置为当在多于一个的方向上运动时压缩气体的一个或多个双作用工作活塞。例如，双作用活塞可被配置为当在第一方向上运动时和当在与第一方向相反的第二方向上运动时均压缩气体。如在此所使用的，术语“活塞”不限于圆形横截面的活塞，而是可包括具有三角形、矩形、多边形、或适合形状的横截面的活塞。气体压缩和/或膨胀系统可被配置为用于两级或多级气体压缩和/或膨胀。

在一些实施方式中，气体压缩和/或膨胀系统内的双作用工作活塞可由一个或多个液压致动器驱动或驱动一个或多个液压致动器。施加给工作活塞的液压负载可在系统的给定周期期间改变。例如，通过施加液压液压力给不同的液压活塞，和/或液压致动器内活塞的不同表面，可改变液压致动器的净工作表面积与作用于工作室内气体的工作活塞的工作表面积的比值，并从而可在系统的给定周期或冲程期间改变液压液压力与工作室内气体压力的比值。此外，每工作室的工作活塞的数量可在给定周期内变化。此外，液压致动器可在给定周期内改变活塞面积比。

在一些实施方式中，致动器可包括一个或多个泵系统，例如，可用于在致动器内移动一个或多个流体的一个或多个液压泵。英格索尔等人于2009年5月22日提交的名称为“压缩机和/或膨胀器”的美国临时申请No.61/216,942，以及每件均于2010年5月21日提交并名为“压缩机和/或膨胀器设备”的美国专利申请Nos.12/785,086，12/785,093和12/785,100(在此统称为“压缩机和/或膨胀器设备申请”)整体描述了其中可采用此处所描述的系统和方法的各种能量压缩和/或膨胀系统，这些申请的公开内容通过引用结合于此。

液压致动器可联接至液压泵，其可具有作为例如流速和压力以及其它参数的函数而改变的有效运行范围。运行液压泵/马达以允许其在气体压缩和/或膨胀系统的整个冲程或周期内以最优效率工作的系统和方法在英格索尔等人于2010年12月23日提交的、名为“用于优化液压执行系统的效率的系统和方法”的美国专利申请No.12/977,724中进行了描述，(“724申请”)其公开内容通过引用整体结合于此。

在一些实施方式中，在此所描述的设备和系统可被配置为仅用作压缩机。例如，在一些实施方式中，在此所描述的压缩机设备可用作天然气管道中的压缩机、天然气存储压缩机、或者需要压缩气体的任何其它工业应用。在另一实例中，在此所描述的压缩机设备可用于压缩二氧化碳。例如，二氧化碳可在用于提高原油采收率或用于碳汇的过程中被压缩。在另一实例中，在此所描述的压缩机设备可用于压缩空气。例如，压缩的空气可用于多种应用，其可包括清洁应用、机动应用、通风应用、空气分离应用、冷却应用和其它。

在一些实施方式中，在此所描述的设备和系统可被配置为仅用作膨胀设备。例如，此处所描述的膨胀设备可用于发电或改变气体压力，也称作压力调节。在一些实施方式中，此处所描述的膨胀设备可用在天然气输送和分配系统中。例如，在高压(如，500psi)输送系统和低压(如，50psi)分配系统的交叉处，能量可被释放，压力从高压下降到低压。此处所描述的膨胀设备可使用压差来发电。在其它实施方式中，此处所描述的膨胀设备可用于其它气体系统中以利用高压到低压调节的能量产生动力。

图1示意性地示出了根据实施方式的压缩和/或膨胀设备(在此也称作“压缩/膨胀设备”)。压缩/膨胀设备100可包括一个或多个气缸110，130，一个或多个活塞120，140，至少一个致动器172，控制器170，以及可任选的液体管理系统192。压缩/膨胀设备100可用在如CAES系统中。

活塞120(在此称为“第一活塞”)被配置为至少部分地和可运动地位于第一气缸110中。第一活塞120将第一气缸110分成并用其限定出第一气动室(图1中未示出)和第二气动室(图1中未示出)。第一活塞120还可经由活塞杆(图1中未示出)联接至致动器172。致动器172可以是例如电动机或者如在上文通过引用结合的‘724申请中所描述的液压致动器的液压传动致动器。致动器172可用于使得第一活塞120在第一气缸110内往返运动。随着第一活塞120在第一气缸110内往返运动，第一气动室的体积和第二气动室的体积将各自发生变化。例如，第一活塞120可在第一位置和第二位置之间运动，其中在第一位置，根据实施方式第一气动室所具有的体积大于第二气动室的体积，在第二位置，第二气动室所具有的体积大于第一气动室的体积。

活塞140(在此称为“第二活塞”)被配置为至少部分地位于第二气缸130中。第二活塞将第二气缸划分为并用其限定出第三气动室(图1中未示出)和第四气动室(图1中未示出)。第二活塞140还可经由活塞杆(图1中未示出)联接至致动器172。致动器172可用于使得第二活塞140在第二气缸130内往返运动。随着第二活塞140在第二气缸130内往返运动，第三气动室的体积和第四气动室的体积将各自发生变化。例如，第二活塞140将在第一位置和第二位置之间运动，其中在第一位置第三气动室所具有的体积大于第四气动室的体积，在第二位置第四气动室所具有的体积大于第三气动室的体积。

每个活塞120，140可在其各自的气缸110，130中运动以压缩和/或膨胀缸内如空气的气体。在一些实施方式中，压缩/膨胀设备100可被配置为是双作用的，其中活塞120，140中的至少一个可由两个方向中任一方向上的运动所驱动。换句话说，活塞120，140可被驱动以在两个方向上压缩和/或膨胀气体(如，空气)。例如，在一些实施方式中，当活塞120在第一方向上运动时，位于第一气缸110的第一气动室(图1中未示出)中的具有第一压力的第一体积的气体可被第一活塞120的一侧压缩至大于第一压力的第二压力，并且具有第三压力的第二体积的气体可进入第一活塞120另一侧的第二气动室(图1中未示出)。当第一活塞120在与第一方向相反的第二方向上运动时，第二气动室内第二体积的气体可被第一活塞压缩至大于第三压力的第四压力，并且同时第三体积的气体可进入第一气动室。第二活塞140可相对于第二气缸130的第三和第四气动室作相似的操作。

在一些实施方式中，在压缩和/或膨胀周期期间，第一气动室可与第三气动室流体相通，第二气动室可与第四气动室流体相通。通过这种方式，其中可容纳气体的第一气动室的体积可大于其中可容纳气体的第三气动室的体积，其中可容纳气体的第二气动室的体积可大于其中可容纳气体的第四气动室的体积。这样，第一和第二活塞120，140(例如，通过致动器172)分别在第一和第二气缸110，130的每一个中的运动可改变第一气动室和第三气动室的总体积以及第二气动室和第四气动室的总体积。减小总气动体积可对所容纳的气体进行压缩。增大总体积允许气体膨胀。控制器170被配置为控制液压动力输入的分配，例如当压缩/膨胀设备100工作以压缩气体(即，压缩模式)时，其随后可用于驱动致动器172。控制器170还可被配置为控制分配给泵、马达或泵/马达(图1中未示出)的液压动力，其中例如当压缩/膨胀设备100工作以膨胀气体(即，膨胀模式)时，液压动力可转换为机械动力。

在使用中，压缩/膨胀设备100工作在压缩模式以至少在压缩的第一级和压缩的第二级期间压缩气体，其中在压缩的第一级气体被压缩至大于初始压力的第一压力，在压缩的第二级气体被压缩至大于第一压力的第二压力。类似的，压缩/膨胀设备100可工作在膨胀模式以至少在膨胀的第一级和膨胀的第二级膨胀气体，其中在膨胀的第一级允许气体膨胀到低于存储气体压力的第一压力，在膨胀的第二级允许气体膨胀到低于第一压力的第二压力。

第一气缸110和第二气缸130中的每一个均可包括与其各自的气动室流体相通的一个或多个进气/出气管道(图1中未示出)。气动室在压缩和/或膨胀周期内的各个时间段可容纳可经由进气/出气管道进入和排出气动室的一定量的气体(如，空气)。压缩/膨胀设备100还可包括联接至进气/出气管道和/或气缸110，130的多个阀(图1中未示出)。阀可被配置为可操作地打开和关闭进出气动室的流体。这些阀的使用实例在上文通过引用结合的压缩机和/或膨胀器设备申请中有更详细的描述。

可任选的液体管理系统192被配置为当气体在压缩/膨胀设备100内被压缩和/或膨胀时，通过选择性地将液体引入气缸和/或从气缸去除液体，对气体的温度进行控制，该液体可直接或间接地从气缸中的气体接收热能或释放热能给气缸中的气体。举例来说，液体管理系统192可被配置为例如当压缩/膨胀设备100工作在压缩模式下时从气体接收热能，并从而降低气体的温度(相对于无液体管理系统的相同系统)。在另一实例中，液体管理系统192可被配置为例如当压缩/膨胀设备100工作在膨胀模式下时释放热能给气体，并从而提高气体的温度。在一些实施方式中，液体管理系统192被配置为联接至第一气缸110和第二气缸130中的至少一个。用于优化压缩和/或膨胀设备中热传递的设备和方法的实例在英格索尔等人于2010年12月23日提交的名称为“用于优化压缩和/或膨胀设备中热传递的方法和设备”的美国专利申请No.12/977,679中进行了更加详细的描述，该申请通过引用整体结合于此。

图2是能量存储和回收系统200的实施方式的原理图，其中可使用压缩/膨胀设备201来存储能量和将以前存储的能量释放出来。一般，如图2中所示，电源，在本文情况下为包含多个风力涡轮机209的风电场208，可被用于收集风能并将风能转换为传递给马达/发电机278的电能。应当理解系统200可与除风电场之外的电源，如，举例来说，电网206或太阳能电源(未示出)一起使用。马达/发电机278将从风力涡轮机或其它源输入的电功率转换为机械功率。随后该机械功率可被液压泵/马达271转换为液压动力。接着，液压控制器270控制液压动力的分配以驱动连接至压缩/膨胀设备201的一个或多个液压致动器272，274。

能量可以以压缩气体的形式存储在系统200中，该气体可在稍后的时间段膨胀以释放以前所存储的能量。为了存储风电场208产生的能量，液压致动器272，274可改变各个气动室212，214，232，234的体积，如本文更加详细所述。减少体积对容纳在其中的气体进行压缩。在该过程中，热可从气体中去除并被传递至周围环境或热管理系统。在压缩期间，气体被传送给压缩/膨胀设备201的下级并最终以提升的压力传送给压缩气体存储室204。在随后的时间，例如，当电网206需要大量的功率时，或者当能量价格较高时，压缩气体可从存储室204中放出并经压缩/膨胀设备201进行膨胀。压缩气体的膨胀驱动液压致动器272，274，液压致动器272，274接着移动流体以产生液压动力。液压控制器270指示液压动力给泵/马达271，泵/马达271将液压动力转换为机械动力。接着，电动机/发电机278将机械动力转换为传送给电网206的电力。在该过程中，热量可从周围环境或从热管理系统增加给气体。

如图2所示，压缩/膨胀设备201包括第一气缸210，第二气缸230，经由第一工作活塞220可操作地联接至第一气缸的第一致动器272，经由第二工作活塞240可操作地联接至第二气缸的第二致动器274，以及可操作地联接至第一和第二致动器272，274的液压控制器270。

第一气缸210被配置为用于第一级气体压缩。第一气缸210具有位于其中以在第一气缸中进行往复运动的第一工作活塞220。第一工作活塞220将第一气缸210分成并由此限定出第一气动室212和第二气动室214。第一气缸210可流体联接至气体源。第一气动室212包括第一流体端口216和第二流体端口218。第二气动室214包括第一流体端口222和第二流体端口224。第一气动室212的第一流体端口216和第二气动室214的第一流体端口222均可流体联接至气体源202。气体源202可以例如是大气空气、另一气体源、或另一压缩机。

第二气缸230被配置为用于第二级气体压缩。第二气缸230具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞240。第二工作活塞240将第二气缸230分成并由此限定出第三气动室232和第四气动室234。第二气缸230的第三和第四气动室232，234所具有的总体积小于第一气缸210的第一和第二气动室212，214的总体积。此外，第三和第四气动室232，234中每一个的最大体积小于第一和第二气动室212，214中每一个的最大体积。

第三气动室232包括第一流体端口236和第二流体端口238。第四气动室234包括第一流体端口242和第二流体端口244。第二气缸230被配置为可流体联接至第一气缸210。具体而言，第三气动室232的第一流体端口236被配置为可流体联接至第一气动室212的第二流体端口218。通过这种方式，气体可经由流体端口218，236从第一气动室212流入第三气动室232。另外，第四气动室234的第一流体端口242被配置为可流体联接至第二气动室214的第二流体端口224。通过这种方式，气体可经由流体端口224，242从第二气动室214流入第四气动室234。

第二气缸230被配置为可流体联接至压缩气水存储室204。具体而言，第三气动室232的第二流体端口238可流体联接至气体存储室，第四气动室234的第二流体端口244可流体联接至压缩气体存储室204。

如上文所提及的，第一工作活塞220和第二工作活塞240中的每一个被配置为分别在第一气缸210和第二气缸230中进行往复运动。第一工作活塞220联接至第一液压致动器272，第二工作活塞220联接至第二液压致动器274。第一液压致动器272和第二液压致动器274均可流体联接至液压控制器270。

液压控制器可在压缩模式下进行操作，在压缩模式下，气体以比其从气体源202进入第一气缸210高的压力从第二气缸230排放到压缩气体存储室。在压缩模式下，液压控制器270被配置为经由第一液压致动器272在第一工作活塞220上生成液压致动器力。该液压致动器力足以在第一方向上移动第一工作活塞220，从而容纳在第一气动室212中的气体从第一气动室排放至第三气动室232。在压缩周期的互补部分，在下文对其进行更加详细的描述，液压致动器力同样足以在与第一方向相反的第二方向上移动第一工作活塞220，这样容纳在第二气动室214中的气体从第二气动室排放至第四气动室234。在压缩模式下，液压控制器270还被配置为经由第二液压致动器274在第二工作活塞240上生成液压致动器力。该液压致动器力足以在第一方向上移动第二工作活塞240，从而容纳在第三气动室232中的气体从第三气动室排放至压缩气体存储室204。液压致动器力还足以在与第一方向相反的第二方向上移动第二工作活塞220，从而容纳在第四气动室234中的气体从第四气动室排放至压缩气体存储室204。

液压控制器还可在膨胀模式下进行操作，在膨胀模式下，气体以比其从压缩气体存储室204进入第二气缸230低的压力从第一气缸210排放到气体源202。在膨胀模式下，气体可从存储室204传送至第二气缸230，并且，当气体在第二气缸230的第三气动室232和第四气动室234中的至少一个中膨胀时，气体施加力给第二工作活塞240，从而使得第二工作活塞在第一方向和第二方向中的一个上运动。当膨胀气体使得第二工作活塞240运动时，第二工作活塞被配置为经由第二液压致动器274生成液压致动器力，即，对第二液压致动器274做功。液压控制器270控制对液压致动器做的功到泵/马达271的分配，其中该功可被转换为机械功率，机械功率随后可被马达/发电机278转换为电力。

类似的，在膨胀模式下，气体可经由第一级膨胀进行管理，在第一级膨胀期间气体从第二气缸230传送到第一气缸210中，在第一气缸210中其可经由第二级膨胀进行管理。当气体在第一气缸210的第一气动室212或第二气动室214中的至少一个中膨胀时，气体施加力给第一工作活塞220，从而使得第一工作活塞在第一方向或第二方向上运动。当膨胀气体使得第一工作活塞220运动时，第一工作活塞220被配置为经由第一液压致动器272生成液压致动器力，即对第一液压致动器272做功。液压控制器270控制对液压致动器做的功到泵/马达271的分配，其中该功可被转换为机械功率，机械功率随后可被马达/发电机278转换为电力。

压缩/膨胀设备201可包括一个或多个阀来控制气体源202和压缩气体存储室204之间的气流。例如，第一阀280可被配置为选择性地允许气体在气体源202和第一气动室212之间流动。类似的，第二阀282可被配置为选择性地允许气体在气体源202和第二气动室214之间流动。第三阀284和第四阀286可被配置为选择性地允许气体分别在第一气动室212和第三气动室232之间以及第二气动室214和第四气动室234之间流动。第五阀288被配置为选择性地控制气体在第三气动室232和压缩气体存储室204之间流动。类似的，第六阀290被配置为选择性地控制气体在第四气动室234和压缩气体存储室204之间流动。

在使用中，能量存储和回收系统200，尤其是压缩/膨胀系统201，被配置为运行在压缩模式下以压缩存储用气体。如上所述，风能可被风电场208的风力涡轮机209采集并由风力涡轮机转换为用于传送给马达/发电机278的电力。马达/发电机278将该电力转换为驱动液压泵/马达271的机械功率，在液压泵/马达271处该机械功率被转换为液压动力。液压控制器270通过使用适合的软件和/或阀系统控制该动力的分配，以驱动第一液压致动器272和第二液压致动器274中的每一个。当受到驱动时，第一液压致动器272使得第一工作活塞220在第一气缸210内在第一方向上运动。随着第一工作活塞220在第一方向上运动，容纳在第一气动室212中的气体经由第一气动室的第二流体端口218从第一气动室经由第三气动室232的第一流体端口236排放到第三气动室232。当受到驱动时，第二液压致动器274使得第二工作活塞240在第二气缸230内在第二方向上运动。随着第二工作活塞240在第二方向上运动，容纳在第四气动室234中的气体经由第四气动室的第二流体端口244从第四气动室排放到压缩气体存储室204中。

当进一步受到第一液压致动器272的驱动时，第一液压致动器使得第一工作活塞220在第一气缸210内沿第二方向运动。随着第一工作活塞220在第二方向上运动，容纳在第二气动室214中的气体经由其第二流体端口224从第二气动室经由其第一流体端口242排放到第四气动室234。当进一步受到第二液压致动器274的驱动时，第二液压致动器使得第二工作活塞240在第二气缸230内沿第一方向运动。随着第二工作活塞240在第一方向上运动，容纳在第三气动室232中的气体从第三气动室经由其第二流体端口238排放到压缩气体存储室204中。通过这种方式，第二工作活塞240的特征在于与第一工作活塞220不同相运动。在一些实施方式中，第一工作活塞240在第一方向上的运动与第二工作活塞220在第二方向上的运动基本同时发生，反之亦然。压缩气体随之被存储在压缩气体存储室204中。

在使用中，能量存储和回收系统200，尤其是压缩/膨胀系统201，还被配置为运行在膨胀模式下以对压缩气体进行膨胀(例如，以产生电能)。在膨胀模式下，阀290允许压缩气体经由第二流体端口244从压缩气体存储室204流入第二气缸230的第四气动室234中。允许流入第四气动室234的气体的压力相时于第三气动室232中的气体较高，从而施加力给第二工作活塞240以驱动第二工作活塞在第一方向运动，由此增大第四气动室234的体积并减小第三气动室232的体积。第二工作活塞240在第一方向上的运动造成第二液压致动器274排出第一体积的液压液。当第二工作活塞240在第一方向上运动时，容纳在第三气动室232中的气体经由打开的阀284排放到第一气动室212中。在第一气动室212中，气体压力大于第二气动室214中的气体压力，从而给第一工作活塞220施加驱动第一工作活塞220在第二方向上运动的力，从而增大第一气动室212的体积并减小第二气动室214的体积。第一工作活塞220在第二方向上的运动造成第一液压致动器272排出第二体积的液压液。当第一工作活塞220在第二方向上运动时，容纳在第二气动室214中的气体经由打开的阀282从第二气动室214排放到气体源202。

在膨胀模式下，还允许气体经由阀288从压缩气体存储室204流入第二气缸230的第三气动室232中。进入第三气动室232的气体的压力高于第四气动室234中的气体压力，从而给第二工作活塞240施加驱动第二工作活塞240在第二方向上运动的力，从而增大第三气动室232的体积并减小第四气动室234的体积。第二工作活塞240在第二方向上的运动造成第二液压致动器274排出第三体积的液压液。当第二工作活塞240在第二方向上运动时，容纳在第四气动室234中的气体被排放到第二气动室214。在第二气动室214中，允许排出的气体膨胀，并且在膨胀时，其施加力给第一工作活塞220以使得第一工作活塞在第一方向上运动，从而增大第二气动室的体积并减小第一气动室212的体积。第一工作活塞220在第二方向上的运动造成第一液压致动器272排出第四体积的液压液。当第一工作活塞220在第一方向上运动时，容纳在第一气动室212中的气体从第一气动室排放到气体源202。

第二致动器274对第一和第三体积的流体以及第一致动器272对第二和第四体积的流体中每一个的排放均产生由液压控制器270指引到泵/马达271的液压动力，在泵/马达271中液压动力被转换为机械功率。马达/发电机278被配置为将该机械功率转换为电力，电力可被传送给电网206以供消耗。

根据实施方式的压缩/膨胀设备300在图3中示出。设备300包括被第一工作活塞320分成第一气动室312和第二气动室314的第一气缸310。第一工作活塞320联接至可流体联接至液压控制器370的第一液压致动器372。液压控制器370被配置为控制从泵/马达371到第一液压致动器372和第二液压致动器374的液压力或功率的分配，如下文所述。泵/马达371被配置为将接收自马达/发电机378的机械功率转换为液压动力，以及将液压动力转换为传送给马达/发电机的机械功率。马达/发电机378被配置为将机械功率转换为电力，以及将电力转换为机械功率。

第一气缸310的第一和第二气动室312，314可流体联接至气体源302。来自气体源的气体可经由第一气动室的第一流体端口316引入第一气动室312中和经由第二气动室的第一流体端口322引入第二气动室314中。气体源302与第一和第二气动室312，314之间的气流可分别由阀380，382进行选择性地控制。

设备300包括被第二工作活塞340分成第三气动室332和第四气动室334的第二气缸330。第二工作活塞340联接至可流体联接至液压控制器370的第二液压致动器374。第二气缸330的第三和第四气动室332，334的总体积小于第一气缸310的第一和第二气动室312，314的总体积。另外，第三和第四气动室332，334中每一个的最大体积小于第一和第二气动室312，314中每一个的最大体积。

第一气动室312可流体联接至第三气动室332。具体而言，可允许气体从第一气动室312的第二流体端口318流出并经由第三气动室的第一流体端口336流入第三气动室332。还可允许气体从第二气动室314的第二流体端口324流出并经由第四气动室的第一流体端口342流入第四气动室334。可采用阀384来选择性地控制第一和第三气动室312，332之间的气流，并可采用阀386来选择性地控制第二和第四气动室314，334之间的气流。

第三和第四气动室332，334可流体联接至压缩气体存储室304。具体而言，气体可经由第三气动室的第二流体端口338在第三气动室332和压缩气体存储室34之间流动，以及经由第四气动室的第二流体端口344在第四气动室334和压缩气体存储室304之间流动。可分别采用阀388，390来选择性地控制第三和第四气动室332，334与压缩气体存储室304之间的气流。

设备300在许多方面可与本文所述的压缩/膨胀设备(如，压缩/膨胀设备100，压缩/膨胀设备201)类似并包括在许多方面与这些设备的相似标记的元件类似的元件。另外，设备300与上文所述设备100，201在压缩和/或膨胀气体的操作上类似。设备300也可包括液体管理系统392。液体管理系统392可与第一气缸310的第一和第二气动室312，314以及第二气缸330的第三和第四气动室332，334流体联接。这样，液体管理系统392被配置为传送热传递流体给各气动室312，314，332，334或传送来自各气动室312，314，332，334的热传递流体。

可分别采用阀394，395来选择性地控制液体管理系统392与第一和第二气动室312，314之间热传递流体的流动。可分别采用阀396，397来选择性地控制液体管理系统392与第三和第二第四气动室332，334之间热传递流体的流动。通过这种方式，液体管理系统392被配置为随着气体在压缩/膨胀设备300内被压缩和/或膨胀来改变或控制气体的温度。例如，液体管理系统392可被配置为如当压缩/膨胀设备300运行在压缩模式下时，例如通过传送热传递流体到气动室312，314，332，334中的至少一个中从而热传递流体可冷却容纳在各气动室中的气体或带走该气体中的热量来降低气体的温度(相对于无液体管理系统的相同系统)。

在另一实例中，液体管理系统392可被配置为如当压缩/膨胀设备300运行在膨胀模式下时，例如通过传送热传递流体到气动室312，314，332，334中的至少一个中从而使得热传递流体能够增大容纳在各气动室中的气体的热量，来增高气体的温度。用于在压缩和/或膨胀设备内优化热传递的设备和方法的实例在上文通过引用结合的‘679申请中进行了更加详细的描述。

参见图4A-5E，根据实施方式的压缩/膨胀设备400被配置为包含在用于存储能量和将先前存储的能量释放出来的系统中。具体而言，压缩/膨胀设备400被配置为压缩气体以用于存储和膨胀先前压缩的气体。设备400在多方面可与本文所述的压缩/膨胀设备(如，压缩/膨胀设备100，压缩/膨胀设备201，压缩/膨胀设备300)类似并包括在多方面与这些设备的相似标记的元件类似的元件。

设备400包括被第一工作活塞420分成第一气动室412和第二气动室414的第一气缸410。第一工作活塞420联接至可流体联接至液压控制器470的第一液压致动器472。第一气缸410的第一和第二气动室412，414可流体联接至气体源402。来自气体源的气体可经由第一气动室的第一流体端口416引入第一气动室412和经由第二气动室的第一流体端口422引入第二气动室414。可分别采用阀480，482来选择性地控制气体源402与第一和第二气动室412，414之间的气流。

设备400包括被第二工作活塞440分成第三气动室432和第四气动室434的第二气缸430。第二工作活塞440联接至可流体联接至液压控制器470的第二液压致动器474。第二气缸430的第三和第四气动室432，434的总体积小于第一气缸410的第一和第二气动室412，414的总体积。此外，第三和第四气动室432，434中每一个的最大体积小于第一和第二气动室412，414中每一个的最大体积。

第一气动室412可流体联接至第三气动室432。具体而言，可以允许气体在第一气动室412的第二流体端口418和第三气动室的第一流体端口436之间流动。还可以允许气体在第二气动室414的第二流体端口424和第四气动室的第一流体端口442之间流动。可采用阀484选择性地控制第一和第三气动室412，432之间的气流，并可采用阀486选择性地控制第二和第四气动室414，434之间的气流。

第三和第四气动室432，434中的每一个均可流体联接至压缩气体存储室404。具体而言，气体可经由第三气动室的第二流体端口438在第三气动室432与压缩气体存储室44之间流动，并可经由第四气动室的第二流体端口444在第四气动室434与压缩气体存储室404之间流动。可分别采用阀488，490来选择性地控制第三和第四气动室432，434与压缩气体存储室404之间气体的流动。

参见图4A-4E，示出了分别处于压缩模式或周期的第一、第二、第三、第四和第五配置下的压缩/膨胀设备400。如图4A所示，在第一配置中，每个阀480，482，484，486，488，490关闭。第一工作活塞420位于处在或朝向第一气缸410一端的第一(或起始)位置，从而第一气动室412的体积小于第二气动室414的体积。在一些实施方式中，当第一工作活塞420处于其第一位置时，第一工作活塞这样位于第一气缸410内，以使得第一气动室412的体积为或近似为零。在其它实施方式中，第一气动室412可具有不同的最小体积。

在一些实施方式中，第二气动室414中容纳有处于第一压力的第一团气体。第二工作活塞440位于处在或朝向第二气缸430一端的第一(或起始)位置，从而第三气动室432的体积大于第四气动室434的体积。在一些实施方式中，当第二工作活塞440处于其第一位置时，第二工作活塞这样位于第二气缸430内，从而使得第四气动室434的体积为零或近似为零。在其它实施方式中，第四气动室434被配置为具有不同的最小体积。第三气动室434中容纳有处于第二压力的第二团气体。

参见图4B，位于气体源402和第一气动室412之间的阀480打开。通过这种方式，气体源402可流体联接至第一气动室，从而处于第三压力的第三团气体能够经由第一流体端口416从气体源流入第一气动室412。第一液压致动器472在朝向第一气缸410的相对端的第一方向上移动第一工作活塞420，从而增大第一气动室412的体积并减小第二气动室414的体积。

在图4B中，示出第一工作活塞420处于位于其第一位置和第三位置之间的第二、即中间位置，其中第三位置处于或朝向第一气缸410的相对端。第一工作活塞420从其第一位置到其第三位置的距离的移动完成第一工作活塞的第一冲程。当在第一方向上移动时，第一工作活塞420运行以压缩容纳在第二气动室414中第一团气体，从而第一团气体以高于第一压力的第四压力从第二气动室414排放至第四气动室434。当第一工作活塞420在其第一方向上移动时，第二气动室414与第四气动室434之间的阀486打开以允许第一团气体在其被压缩时从第二气动室排放到第四气动室。

第二液压致动器474在与第一方向相反的第二方向上朝着第二气缸430的相对端(或者顶部)移动第二工作活塞440，从而增大第四气动室434的体积和减小第三气动室432的体积。第二工作活塞440在第二方向上的移动可与第一工作活塞420在第一方向上的移动基本同时发生。当第一液压致动器472在第一方向上移动第一工作活塞420以及当第二液压致动器474在第二方向上移动第二工作活塞440时，第二气动室414与第四气动室434之间的阀486可打开。通过这种方式，部分由于第一气缸410和第二缸430之间的体积差，第二气动室430和第四气动室434的总体积减小。

在图4B中，示出第二工作活塞440处于位于其第一位置和第三位置之间的第二、即中间位置，其中第三位置处于或朝向第二气缸430的相对端。第二工作活塞440从其第一位置到其第三位置的距离的移动完成第二工作活塞的第一冲程。

当在第二方向上移动时，第二工作活塞440运行以压缩容纳在第三气动室432中的第二团气体，从而第二团气体以高于第二压力的第五压力从第三气动室432排放至压缩气体存储室404。当第二工作活塞440在第二方向上移动时，位于第三气动室432和压缩气体存储室404之间的阀488打开以允许第二团气体在其被压缩时从第三气动室排放到压缩气体存储室。

参见图4C，阀480关闭以停止从气体源402到第一气动室412的气流。第一工作活塞420已经完成其第一冲程并处于其第三位置，位于或临近第一气缸410的相对端。在一些实施方式中，当第一工作活塞420位于其第三位置时，第一工作活塞这样位于第一气缸410内，从而使得第二气动室414的体积为零或近似为零。在其它实施方式中，第二气动室414被配置为具有不同的最小体积。这样，第一工作活塞420处于开始其第二冲程的位置，其中在第二冲程中第一工作活塞移动从其第三位置到其第一位置的距离。

第一团气体已经以大于第一压力的第四压力从第二气动室414排放到第四气动室434。第二气动室414与第四气动室434之间的阀486关闭以防止第一团气体从第四气动室回流至第二气动室。第二工作活塞440已经完成其第一冲程并处于其第三位置，位于或临近第二气缸430的相对端。这样，第二工作活塞440处于开始其第二冲程的位置，在第二冲程中第二工作活塞移动从其第三位置到其第一位置的距离。在一些实施方式中，当第二工作活塞440处于其第三位置时，第二工作活塞这样位于第二气缸430内，从而使得第三气动室432的体积为零或近似为零。在其它实施方式中，第三气动室432被配置为具有不同的最小体积。

第二团气体已经以大于第二压力的第五压力从第三气动室432排放到压缩气体存储室404。第三气动室432与压缩气体存储室404之间的阀488关闭以防止第二团气体从存储室回流至第三气动室。

如图4C所示，气体源402与第二气动室414之间的阀482打开以允许气体经由第二气动室的第一流体端口422从气体源流入第二气动室。第一工作活塞420处于其第三位置，其为第一工作活塞的第二冲程的开始，在第二冲程中第一工作活塞在第二方向上从其第三位置移动到其第一位置。当第一工作活塞420处于其第三位置时，第二气动室414的体积小于第一气动室412的体积。处于第三压力的第三团气体容纳在第一气动室412中。

第一气动室412与第三气动室432之间的阀484打开以允许第三团气体从第一气动室流入第三气动室。第二工作活塞440处于作为第二工作活塞的第二冲程的开始的第三位置，其中在第二冲程中第二工作活塞在第一方向上从其第三位置移动到其第一位置。当第二工作活塞440位于其第三位置时，第四气动室434的体积大于第三气动室432的体积。处于第四压力的第一团气体容纳在第四气动室434中。第四气动室434与压缩气体存储室404之间的阀490打开以允许第一团气体从第四气动室流入存储室。

参见图4D，第一液压致动器472在第二方向上移动第一工作活塞420，从而增大第二气动室414的体积并减小第一气动室412的体积。在图4D中，示出第一工作活塞420处于其在第二冲程期间的第二、即中间位置，该第二位置位于其第三位置和其第一位置之间。当在第二方向上移动时，第一工作活塞420运行以压缩容纳在第一气动室412中的第三团气体，从而将第三团气体以大于第三压力的第六压力从第一气动室412排放到第三气动室432中。当第一液压致动器472在第二方向上移动第一工作活塞420时以及当第二液压致动器474在第一方向上移动第二工作活塞440时，第一气动室412与第三气动室432之间的阀484可打开。通过这种方式，部分由于第一气缸410与第二缸430之间的体积差，第一气动室412和第三气动室432的总体积减小。

第二液压致动器474在第一方向上移动第二工作活塞440，从而增大第三气动室432的体积和减小第四气动室434的体积。第二工作活塞440在第一方向上的移动可与第一工作活塞420在第二方向上的移动基本同时发生。在图4D中，示出第二工作活塞440处于其第二冲程期间的第二、即中间位置，该第二位置位于其第三位置和其第一位置之间。当在第一方向上移动时，第二工作活塞440运行以压缩容纳在第四气动室434中的第一团气体，从而将第一团气体以大于第四压力的第七压力从第四气动室434排放至压缩气体存储室404。

参见图4E，阀482关闭以停止从气体源402到第三气动室414的气流。第一工作活塞420已经完成其第二冲程并处于其第一位置。第三团气体已经以大于第二压力的第六压力从第一气动室412排放至第三气动室432，并被容纳在第三气动室中。第一气动室412与第三气动室432之间的阀484关闭以防止第三团气体从第三气动室回流到第一气动室中。第二工作活塞440已经完成其第二冲程并处于其第一位置。第一团气体已经以大于第四压力的第七压力从第四气动室434排放至压缩气体存储室404。第四气动室434与压缩气体存储室404之间的阀490关闭以防止第一团气体从存储室回流到第四气动室中。阀480，486，488打开以允许压缩周期继续或重复。

如上所述，当一定体积的气体被传送到气动室(如，分别为第一、第二、第三、或第四气动室412，414，432，434)中时，与输入端口(如，分别为端口416，422，436，442)相关的阀(如，分别为阀480，482，484，486)关闭以防止气体在压缩期间回流。此外，与各气动室的输出端口(如，分别为端口418，424，438，444)相关的阀(如，分别为阀484，486，488，490)打开以允许在气体被压缩时将气体传送给下游的室。

参见图5A-5E，示出压缩/膨胀设备400分别处于膨胀模式或周期的第一、第二、第三、第四和第五配置。如图5A中所示，第二工作活塞440在第二气缸430内处于其第三位置，这样第三气动室432的体积小于第四气动室434的体积。压缩气体存储室404与第三气动室432之间的阀488打开。通过这种方式，压缩气体存储室404可流体联接至第三气动室432，从而处于第一压力的第一团压缩气体可经由第二流体端口438从压缩气水存储室流入第三气动室中。在一些实施方式中，处于第二压力的第二团压缩气体被容纳在第四气动室434中。第四气动室434与第二气动室414之间的阀486打开。通过这种方式，第四气动室434可流体联接至第二气动室412，这样第二团压缩气体可以以第二压力从第四气动室(经由其第一流体端口442)流至第二气动室(经由其第二流体端口424)。

第一工作活塞420在第一气缸410内处于其第三位置，从而第一气动室412的体积大于第二气动室414的体积。处于第三压力的第三团压缩气体可被容纳在第一气动室412中。第一气动室412与气体源402之间的阀480打开，从而第一气动室可流体联接至气体源，从而第三团压缩气体可以以第三压力经由第一流体端口416从第一气动室流至气体源。

如图5B中所示，当第一团压缩气体流入第三气动室432中时，允许第一团压缩气体在第三气动室内膨胀。压缩气体存储室404与第三气动室432之间的阀488关闭以防止额外量的压缩气体流入室中和防止第一团压缩气体流回到压缩气体存储室404中。膨胀的第一团压缩气体施加力给第二工作活塞440，该力足以在第二方向上将第二工作活塞移动至其第二、或中间位置(见，如，图5B)和移动至其第一位置(见，如，图5C)，从而完成膨胀模式下的第一冲程。在被允许在第三气动室432中膨胀之后，第一团压缩气体具有低于第一压力的第四压力。第二工作活塞440在第二方向上的移动造成第二液压致动器474排出第一体积的液压液。

第二工作活塞440在第二方向上的移动还有助于以第二压力从第四气动室434传送第二团压缩气体到第二气动室414。允许第二团压缩气体在第二气动室内膨胀。膨胀的第二团压缩气体施加力给第一工作活塞420以在第一方向上将第一工作活塞移动至其第二、或中间位置(见，如，图5B)和移动至其第一位置(见，如，图5C)，从而完成膨胀模式下的第一冲程。在被允许在第二气动室414中膨胀后，第二团压缩气体具有低于第二压力的第五压力。第一工作活塞420在第一方向上的移动造成第一液压致动器排出第二体积的液压液。第一工作活塞420在第一方向上的移动还减小了第一气动室412的体积并有助于以第三压力将第三团压缩气体从第一气动室传送给气体源402。

参见图5C，完成了其第一冲程的第二工作活塞440处于其第一位置。压缩气体存储室404与第四气动室434之间的阀490打开。第四气动室434与第二气动室414之间的阀486关闭，并且第三气动室432与第一气动室412之间的阀484打开。这样，第三气动室432可流体联接至第一气动室412，并且第一团压缩气体可以以第四压力从第三气动室排放至第一气动室。已经完成其第一冲程的第一工作活塞420位于其第一位置。第一气动室412与气体源402之间的阀480关闭以将第一气动室从气体源流体隔离。第二气动室414与气体源402之间的阀482打开，从而第二气动室可流体联接至气体源，这样可以以第五压力将第二团气体从第二气动室排放至气体源。

由于阀490打开，压缩气体存储室可流体联接至第四气动室，从而第四团压缩气体可从存储室流至第四气动室。第四团压缩气体以第六压力从压缩气体存储室404排放至第四气动室434。参见图5D，随着第四团气体进入并在第四气动室434中膨胀，其施加力给第二工作活塞440，从而在第一方向上将第二工作活塞从其第一位置移动至其第二、即中间位置。阀490关闭以防止额外量的压缩气体从压缩气体存储室404进入第四气动室434和防止第四团气体回流至存储室。由于第二工作活塞在其第一方向上移动，第一团压缩气体以第四压力从第三气动室432排放至第一气动室412。允许第一团压缩气体在第一气动室412中膨胀并从而施加力给第一工作活塞420以将第一工作活塞在第二方向上移动至其第二、或中间位置。由于第一工作活塞420在第二方向上移动，第二团气体以第五压力从第二气缸414排放到气体源402。

参见图5E，第四团气体已经在第四气动室434中膨胀，从而在第一方向上将第二工作活塞440移动至其第三位置，并完成第二工作活塞在膨胀模式下的第二冲程。在完成其第二冲程的过程中，第二工作活塞440在第一方向上移动以增大第四气动室434的体积和减小第三气动室432的体积。此外，已经在第一方向上从其第三位置移动到其第一位置(即，其在膨胀模式下的第二冲程)的第二工作活塞440导致第二液压致动器474排出第三体积的液压液。

第一团压缩气体已经从第三气动室432排放至第一气动室412并且二者之间的阀484关闭。第一团压缩气体已在第一气动室412内膨胀，并且现在具有小于第四压力的第七压力。膨胀的第一团气体在第二方向上将第一工作活塞420移动至其第一位置，从而完成第一工作活塞的第二冲程。在完成其第二冲程的过程中，第一工作活塞420在第二方向上移动以增大第一气动室412的体积和减小第二气动室414的体积。此外，已经在第二方向上从其第一位置移动到其第三位置(即，其第二冲程)的第一工作活塞420导致第一液压致动器472排出第四体积的液压液。第一工作活塞420的第二冲程可与第二工作活塞440的第二冲程同时或基本同时发生。如图5E中所示，第二团压缩气体已经以第五压力从第二气动室414排放至气体源402。

由第一和第二液压致动器472，474进行的各体积液体(如，第一、第二、第三、或第四体积的液体)的排放产生液压动力。液压控制器470使用如编程以控制液压控制器内阀系统(未示出)的软件来控制液压动力的分配。液压控制器470可控制液压动力到泵/马达471的分配，泵/马达471被配置为将液压动力转换为机械功率。泵/马达471被配置为将该机械功率传输给马达/发电机478。马达/发电机478被配置为将该机械功率转换为可随后被传输给电网的电力。在期望的情况下可继续或重复膨胀模式或周期以将以压缩气体形式存储的能量转换为电能。

尽管此处示出和描述的压缩/膨胀设备(如，设备100，200，300，400)包括两个气缸(如，分别为气缸110和130，210和230，310和330，410和430)，但是在一些实施方式中，压缩/膨胀设备也可包括多于两个的气缸。举例来说，参见图6，根据实施方式的压缩/膨胀设备500包括三个气缸510，530，550，每个气缸分别可操作地联接至三个液压致动器572，574，576中的一个。

设备500包括可分别经由阀580，582流体联接至第一气缸510的第一气动室512的第一流体端口516和第二气动室514的第一流体端口522的气体源502。第一工作活塞520位于第一气缸510中以在其中进行往复运动并将第一气缸分成第一和第二气动室512，514。第一工作活塞420可移动地联接至可流体联接至液压控制器570的第一液压致动器572。第一气缸510可流体联接至第气缸530。具体而言，第一气动室512的第二流体端口518可经由阀584流体联接至第二气缸530的第三气动室的第一流体端口536，第二气缸514的第二流体端口524可经由阀586流体联接至第四气动室534的第一流体端口542。第二工作活塞540位于第二气缸510中以在其中进行往复运动并将第二气缸分成第三和第四气动室532，534。第二工作活塞540可移动地联接至可流体联接至液压控制器570的第二液压致动器574。

第二气缸530可流体联接至第三气缸550。具体而言，第三气动室532的第二流体端口538可经由阀588流体联接至第三气缸550的第五气动室552的第一流体端口556，并且第四气动室534的第二流体端口544可经由阀590流体联接至第三气缸的第六气动室554的第一流体端口562。

第五气动室552和第六气动室554的总体积小于第三气动室532和第四气动室534的总体积，第三气动室532和第四气动室534的总体积小于第一气动室512和第二气动室514的总体积。这样一种气体可占用体积的逐渐递减便于设备500中的气体压缩。相反，这样一种气体可占用体积的逐步递增便于设备500中的气体膨胀。

第三工作活塞560位于第三气缸550中以在其中进行往复运动并将第三气缸分成第五和第六气动室552，554。第三工作活塞560可移动地联接至可流体联接至液压控制器570的第三液压致动器576。第三工作活塞560可被配置为与第一工作活塞520同相运动，第一工作活塞520可被配置为与第二工作活塞540异步运动。第三气缸550可流体联接至压缩气体存储室504。具体而言，第五气动室552的第二流体端口558可经由阀592流体联接至气体存储室504，并且第六气动室554的第二流体端口564可经由阀594流体联接至气体存储室。

压缩/膨胀设备500的液压控制器570被配置为对第一和第二液压致动器572，574与泵/马达571之间液压力的分配进行控制。泵/马达571被配置为将该液压力转换为机械力或能，和将机械能转换为液压力。泵/马达可联接至马达/发电机578，并可被配置为传输机械能给马达/发电机和从马达/发电机接收机械能。马达/发电机578被配置为将机械能转换为电能(如，用于配给电网)，和将电能转换为机械能(如，用于存储在包含压缩/膨胀设备500的能量存储和回收系统中)。

通常，压缩/膨胀设备500及其元件可在多方面类似于在此所述的压缩/膨胀设备100，200，300，400及其元件，并增加了用于第三级压缩和/或膨胀的第三气缸550(和第三液压致动器576)。举例来说，液压控制器570和马达/发电机578中每一个用于进行能量转换的操作分别类似于液压控制器470和马达/发电机478。在另一实例中，设备500可被配置为分别利用第一和第二气缸510，530和分别利用第一和第二液压致动器572，574来实现第一和第二级气体压缩，如上文关于设备400及其第一和第二气缸410，430以及其第一和第二液压致动器472，474的描述。设备500被配置为通过将位于第二级压缩的气体从第二气缸530排放至第三气缸550来实现第三级压缩。第三气缸550运行以类似于上述气缸410，430的操作的方式实现第三级压缩，并将位于第三级压缩的气体从第三气缸排放至压缩气体存储室504。

类似的，设备500可被配置为分别利用第三和第二气缸550，530和分别利用第三和第二液压致动器576，574来实现第一和第二级气体膨胀，如上文关于设备400及其第二和第一气缸430，410以及其第二和第一液压致动器474，472的描述。设备500被配置为通过将位于第二级膨胀的气体从第二气缸530排放到第一气缸510中来实现第三级膨胀。第一气缸510运行以类似于上述气缸410，430的操作的方式实现第三级膨胀，并将位于第三级膨胀的气体从第一气缸排放至气体源502。

参见图7，示出了根据实施方式的压缩/膨胀设备600。设备600包括气体源，可流体联接至气体源的第一气缸610，第二气缸630，可流体联接至第二气缸的压缩气体存储室604，液压致动器672，液压控制器670，泵/马达671，和马达/发电机678。第一气缸610被配置为用于气体的第一级压缩和第二级膨胀。第一气缸610具有位于其中以在第一气缸内进行往复运动的第一工作活塞620。第一工作活塞620将第一气缸610分为第一气动室612和第二气动室614。

第二气缸630被配置为用于气体的第二级压缩和第一级膨胀。第二气缸630具有位于其中以在第二气缸内进行往复运动的第二工作活塞640。第二工作活塞640将第二气缸630分成第三气动室632和第四气动室634。第一气缸610和第二气缸630为具有位于二者之间并联接至第一工作活塞620和第二工作活塞640的连杆648的叠式配置。第二工作活塞640联接至液压致动器672。这样，液压致动器672可操作地联接至第一工作活塞620和第二工作活塞640。第一和第二工作活塞620，640可被配置为同相运动(如，同时并且同方向运动)。

气体源602可经由阀680流体联接至第一气动室612的第一流体端口616以及经由阀682流体联接至第二气动室614的第一流体端口622。为了将气体从第一气缸610移至第二气缸630，第一气动室612包括可经由阀684流体联接至第四气动室634的第一流体端口642的第二流体端口618，第二气动室614包括可经由阀686流体联接至第三气动室632的第一流体端口636的第二流体端口624。为了将气体从第二气缸630移至压缩气体存储室604，第三气动室632包括可经由阀688流体联接至压缩气体存储室的第二流体端口638，第四气动室634包括可经由阀690流体联接至压缩气体存储室的第二流体端口644。

尽管此处所示出和描述的第一和第二缸610，630的各自的气动室是以不同于所描述的用于此处所述其它压缩/膨胀设备(如，设备200，300，400，500)的方式可流体地联接以用于缸间的气体流动，第一和第二缸610，630的操作可以与上文所述的用于此处所述压缩/膨胀设备的操作十分相似。在压缩模式下，液压致动器672被配置为同时在第一方向和/或与第一方向相反的第二方向上移动第一工作活塞620和第二工作活塞640。这样，第一和第二工作活塞620，640的运动的特征为是同相的。第一工作活塞620在第一方向上的运动减小第二气缸614的体积，并压缩容纳在其中的任何气体，同时增大第一气动室612的体积。第二工作活塞640在第一方向上的同时移动减小了第四工作缸634的体积，并且压缩其中包含的任何气体，同时增加了第三工作缸632的体积。第二气动室614中位于第一级压缩的气体被排放至第三气动室632。第四气动室634中位于第二级压缩的气体被排放至压缩气体存储室604。

第一工作活塞620在第二方向上的运动减小了第一气动室612的体积，并对容纳在其中的气体进行压缩，同时增大了第二气动室614的体积。同时间第二工作活塞640在第二方向上的运动减小了第三气动室632的体积，并对容纳在其中的任意气体进行压缩，同时增大了第四气动室634的体积。第一气动室612中处于第一级压缩的气体被排放至第四气动室634。第三气动室632中处于第二级压缩的气体被排放至压缩气体存储室604。

在膨胀模式下，第一团气体从压缩气本存储室604经由打开的阀688传送至第三气动室632以进行第一级膨胀。一旦第一团气体从存储到第三气动室632的传送完成，阀688关闭。第一团气体被允许在第三气动室632中膨胀，并从而施加力给第二工作活塞640以在第一方向上移动第二工作活塞。随着第二工作活塞640在第一方向上移动，阀684打开以允许容纳在第四气动室634中第二团气体的被传送至第一气动室612以进行第二级膨胀。一旦第二团气体从第四气动室634到第一气动室612的传送完成，阀684关闭。

第二团气体被允许在第一气动室612中膨胀，从而该膨胀的气体施加力给第一工作活塞620以在第一方向上移动第一工作活塞。随着第一工作活塞620在第一方向上移动，阀682打开以允许容纳在第二气动室614中的第三团气体被传送至气体源602。一旦第三团气体从第二气动室614到气体源602的传送完成，阀682关闭。第一和第二工作活塞620，640中的每一个在第一方向上的运动导致液压致动器排出第一体积的液压液。通过与上述系统500相似的方式，液压液的排出产生液压能量，该能量被液压控制器670分配给泵/马达671，在泵/马达671中其被转换为机械能，该机械能被传送给马达/发电机678以转换为电能。

在膨胀模式下，第四团气体从压缩气体存储室604经由打开的阀690传送到第四气动室634中以进行第一级膨胀。一旦第四团气体从存储到第四气动室634的传送完成，阀690关闭。第四团气体被允许在第四气动室634中膨胀，并从而施加力给第二工作活塞640以在第二方向上移动第二工作活塞。随着第二工作活塞640在第二方向上运动，阀686打开以允许容纳在第三气动室632中的第五团气体被传送至第二气动室614以进行第二级膨胀。一旦第五团气体从第三气动室632到第二气动室614的传送完成，阀686关闭。

第五团气体被允许在第二气动室612中膨胀，从而膨胀的气体施加力给第一工作活塞620以在第二方向上移动第一工作活塞。随着第一工作活塞620在第二方向上运动，阀680打开以允许容纳在第一气动室612中的第六团气体被传送给气体源602。一旦第六团气体从第一气动室612到气体源602的传送完成，阀680关闭。第一和第二工作活塞620，640中每一个在第二方向上的运动导致液压致动器排出第二体积的液压液。通过与上述系统500相似的方式，液压液的排出产生液压能量，该能量被液压控制器670分配给泵/马达671，在泵/马达671中其被转换为机械能，该机械能被传送给马达/发电机678以转换为电能。这样，系统600被配置为采用单个液压致动器672实现两级压缩和/或膨胀。

尽管示出和描述了系统600包含第一气缸610和第二气缸630，但是在一些实施方式中，系统也可包含不同配置的气缸。例如，在一些实施方式中，用于压缩和/或膨胀气体的系统可包含被分成第一气动部分和第二气动部分的单个容器，其中第一和第二气动部分中的每一个都被工作活塞分成两个气动室。这种系统的操作可与设备600的操作在许多方面类似。

用于压缩和/或膨胀气体的系统可包含本文所述的系统(如，系统100，200，300，400，500，600)或其部分的任何适当的组合。例如，在一些实施方式中，这种系统可包括系统200(参考图2进行了描述)、系统500(参考图6进行了描述)和系统600(参考图7进行了描述)的任意组合。例如，系统可包括直线式配置的两个或多个气缸和叠式配置的两个或多个气缸。另外，在每一级压缩/膨胀中，系统可包括一个、两个、三个、四个或更多个缸。

在此所述的设备和系统可被实施成具有不同的尺寸和操作配置。换种方式说，系统的物理学和流体力学不依赖于特定的系统尺寸。例如，功率范围为2到8MW的系统在技术上和经济上是可实现的。该估计的功率范围来自于被限定为使用当前市场上可买到的元件、制造工艺和运输过程的系统设计。如果设计使用了更大部分的常规、专用元件，则可首选更大和/或更小的系统功率。此外，系统功率还取决于系统的最终用途。换种方式说，系统是否被实施为如同CAES应用中的压缩机/膨胀器，或者系统是否被实施为如同天然气配送系统元件中的膨胀器、或者如同二氧化碳处置应用中的压缩机，可对系统的尺寸产生影响。

如上所述，根据实施方式，用于压缩/膨胀气体的设备和系统被配置为用于电网规模的能量存储。从而，气动室(或容器的气动部分)可以具有用于实现用于电网规模的能量存储的气体压缩和/或用于电网规模的能量使用的气体膨胀的任何适合的尺寸。例如，在一些实施方式中，用于第一级压缩(和/或第二或更后级膨胀)的气缸可以是高约6.5米、直径约3.5米。在另一实例中，用于第二级压缩(和/或第一或非后级膨胀)的气缸可以是高约5.8米，直径约1.7米。在一些实施方式中，系统包括直径高达约1.7米并且长达3.5米的气缸（或容器)，其处于当前精密机械加工(如，珩磨和镀铬)缸的内表面以在工作活塞和缸的内表面之间产生良好密封的技术能力之内。在一些实施方式中，系统包含直径大于约1.7到2米、长度大于3.5米的缸(或容器)，其超出了当前进行精密机械加工的技术能力。由此，这种较大的缸可包括旋转活塞密封，如在英格索尔等人于2010年12月7日提交的、名为“具有旋转活塞密封的压缩机和/或膨胀器”的美国专利申请No.61/420,505(“‘505申请”)中所描述的，该申请的公开内容通过引用整体结合于此。

另外，根据实施方式的压缩/膨胀设备可被配置为将大体积的气体压缩为较小的体积。例如，在一些实施方式中，压缩/膨胀设备可被配置为在第一级压缩将约15,000升的气体压缩至约20,000升。例如，压缩/膨胀设备可被配置为在第一级压缩压缩约16,000升的气体。在一些实施方式中，压缩/膨胀设备可被配置为在第二级压缩将约2,000升的气体压缩至约2,500升(即，第二级缸的吸入体积)。例如，压缩/膨胀设备可被配置为在第二级压缩对约2,350升气体进行压缩。换句话说，压缩/膨胀设备的第一气缸可被配置为接收约16,000升的吸入体积的气体以用于第一级压缩。第一气缸可被配置为在第一级期间将气体压缩至约2,350升的气体。压缩/膨胀设备的第二气缸可被配置为从第一气缸接收2,350升的吸入体积的气体。这样，系统的特征可以是被配置为达到约6∶1或7∶1的压缩比。

用于压缩和/或膨胀气体的设备和系统可被配置为运行在压缩模式下以对高达约250巴的气体进行压缩。在一些实施方式中，压缩/膨胀设备被配置为通过两级或三级压缩来对气体进行压缩。例如，设备可被配置为在第一级压缩达到1∶10的气体压力比，在第二级压缩达到10∶250的气体压力比。在另一实例中，设备可被配置为在第一级压缩达到1∶7的气体压力比，在第二级压缩达到7∶90的气体压力比，以及，可任选的，在第三级压缩达到90∶250的气体压力比。在又一实例中，设备可被配置为对气体进行压缩，从而使得流过第二级压缩的气体的压力比流过第一级压缩的气体的压力大15倍，从而实现1∶15的压力比。在又一实例中，设备可被配置为压缩气体以使得(例如，流过第一、第二或第三级压缩的)气体的压力高达320或750巴。

用于压缩和/或膨胀气体的设备和系统可被配置为运行在膨胀模式下以膨胀气体从而使得来自压缩气体存储室的压缩气体与膨胀气体的压力比为250∶1。在一些实施方式中，压缩/膨胀设备被配置为通过两级或三级膨胀来膨胀气体。例如，设备可被配置为在第一级膨胀达到250∶10的气体膨胀比，并在第二级膨胀达到10∶1的气体膨胀比。在另一实例中，设备可被配置为在第一级膨胀达到90∶9的气体压力比，并在第二级压缩达到9∶1的气体压力比。在另一实例中，设备可被配置为在第一级压缩达到250∶90的气体压力比，在第二级压缩达到90∶7或90∶9的气体压力比，并且，可任选的，在第三级压缩达到7∶1或9∶1的气体压力比。

用于压缩和/或膨胀如空气的气体、和/或用于加压和/或泵抽如水的液体的设备和系统可在例如压缩或膨胀周期期间释放和/或吸收热量。在一些实施方式中，一个或多个气缸可包括储热器以用于在气体被压缩/膨胀时传递热量给气体和/或传递来自气体的热量，例如如上文通过引用结合的‘679申请中所述。例如，可将热传递元件放置在压缩机/膨胀器设备的气缸内部以增大气缸内与气体直接或间接接触的表面积的大小，从而可改进热传递。在一些实施方式中，热传递元件可以是热电容，其吸收并保持被压缩的气体所释放出来的热量，并随后将该热量释放给气体或液体。在一些实施方式中，热传递元件可以是热传递设备，其吸收来自被压缩气体的热量，并帮助在气缸外传递热量。

在另一实例中，通过向/从气缸中增加和/或去除液体(如，水)，可以从和/或给被压缩的气体传递热量。在压缩和/或膨胀期间气缸中的气体/液体或气体/热元件界面可移动和/或改变形状。该移动和/或形状变化可为压缩机/膨胀器设备提供可适应其中发生有压缩和/或膨胀的气缸的内部面积的形状变化的热传递表面。该移动和/或形状变化可为压缩机/膨胀器设备提供对如气体密度、气体温度和/或气体和液体的相关温度以及其它的气缸内当前情况下的热传递性能进行优化的热传递表面。在一些实施方式中，液体可允许压缩后保留在气缸内的气体的体积近似消除或完全消除(即，零余隙容积)。

相对于气体(如空气)，液体(如水)可具有相对较高的热容量，这样一定量的热能从气体到液体的传递能够避免气体温度的大幅增加，而仅仅导致液体温度的适度增加。这就允许系统为巨大的温度变化提供缓冲。换句话说，这种关系产生了能够抵御巨大温度变化的系统。在气体和液体之间或者容器自身的元件之间传递的热可通过一个或多个过程从气缸移走或移至气缸。在一些实施方式中，可使用压缩液体自身的质量传递来将热移至或移出气缸。在其它实施方式中，可使用热交换方法来将热移至或移出气缸，该热交换方法可以在不将压缩液体从气缸移除的情况下将热传递至压缩液体或从压缩液体传递出来。这样的热交换器可以与压缩液体、气缸的元件、热传递元件、或其任意组合热接触。此外，热交换器还可使用质量传递来将热移入或移出气缸。可用于实现该热传递的一种热交换器是在上文通过引用结合的压缩机和/或膨胀器设备申请和‘107申请中所描述的热管。这样，气缸内的液体可被用来传递来自被压缩或正在进行压缩的气体的热量(或者将热量传递至被膨胀或正在膨胀的气体)，并且还可与热交换器一同作用以传递热量给外部环境(或传递来自外部环境的热量)。任何适合的用于在压缩期间将热量传递出设备和/或在膨胀期间将热量传递到设备中的机构都可被结合到该系统中。

在一些实施方式中，液压致动器包括通过活塞杆连接至气动活塞的水锤泵(液压作动领域的技术人员所熟悉的元件)。当液压泵促动液压液进入水锤泵的一个或多个室或从水锤泵的一个或多个室排出时，活塞动作。元件尺寸取决于整个系统所需的功率，取决于气体压力，以及取决于液压液压力。系统的气动部分的气体压力和液压泵/马达中的液压液压力被同时考虑以对水锤泵活塞和气缸活塞的相对尺寸进行配置。通常，水锤泵活塞的截面积与气缸活塞的截面积的比值必须与液压泵/马达工作压力与气缸工作压力的比值成比例。例如，液压泵/马达可具有400巴的最大工作压力，如果最大的期望空气压力为100巴，则水锤泵活塞截面积与气缸活塞的比值可以为不小于100除以400，并且实际上应当大于该比值数以克服例如元件摩擦等等的机械问题。此外，可以在对具有多于一个水锤泵的液压促动系统进行配置的系统运行期间更改水锤泵截面积与气动活塞截面积的比。

系统操作由液压控制器控制。液压控制器协调：阀驱动，液压泵/马达操作，液压液导向，和压缩/膨胀操作。在膨胀操作期间，液压控制器确定允许从气体存储室进入系统的气体的体积。例如，控制器可收集和评估系统状态信息，如气体存储室、第一气缸、第二气缸、气体源及其他的温度和压力，并确定优选的允许从气体存储室进入系统的气体的体积。例如，控制器可允许计算出的气体体积进行膨胀，从而使得气体达到大致等于气体源压力的压力。应当理解，期望气体膨胀至可大于或小于气体源压力的压力。液压控制器可使用多个控制范例中的任意一个来限定总体机器操作，如：气体体积的时基计划，气体压力的时基计划，气体温度的时基计划，参数描述的位置演变，参数限定的压力演变，参数限定的温度演变，或者参数限定的功率消耗/产生。控制器设计领域的技术人员将理解，实际上对于可能的控制算法并无限制。

在一些实施方式中，压缩/膨胀设备的一个或多个液压致动器可在单级压缩或膨胀中、或者在致动器的一个周期或冲程期间结合“变速”或“换档”零件以优化液压执行动作的能量效率。如在此所使用的，术语“变速”或“换档”用于描述运行液压致动器室中液压液的压力与由液压致动器驱动(或驱动液压执行)的工作室中气体的压力的比的变化，其实质上是工作活塞的受压表面积与驱动工作活塞的液压活塞的受压表面积的净面积的比。术语“齿轮”可指液压致动器在给定时间段具有特定活塞面积比(如，液压致动器的净工作表面积与作用于工作室中气体或由工作室中气体作用的工作活塞的工作表面积的比)的状态。包括“变速”或“换档”的合适液压致动器的实例在上文通过引用结合的‘724申请中进行了描述。

压缩机/膨胀器系统可被配置为与包含如地下存储结构(如，压力补偿盐穴)的任何适当的压缩气体存储室一起使用。适当的存储结构的实例在英格索尔等人于2011年1月14日提交的名为“补偿加压气体存储系统”的美国临时申请No.61/432,904中进行了描述，该申请的公开内容通过引用整体结合于此。压缩机/膨胀器系统还可与其它类型的存储器，包括但不限于，罐、水下贮存容器等一起使用。

尽管上文已经描述了本发明的各种实施方式，但是应当理解，仅仅是通过示例而非限制对其进行了呈现。上文所描述的方法和步骤指示按特定次序发生的特定事件，但是得益于本公开内容的本领域技术人员可以认识到可以对特定步骤的次序进行更改并且这些更改是根据本发明的变化做出的。此外，在可能的情况下可以在并行处理中同时执行特定的步骤，以及如上所述顺序执行特定的步骤。此外，可以在继续执行后续步骤之前部分地完成特定步骤。已经具体示出和描述了实施方式，但是可以理解也可以做出形式和细节上的各种改变。

例如，尽管各种实施方式已经被描述为具有特定特征和/或元件组合，但是具有来自本文所述的任一实施方式的任意特征和/或元件的任意组合或子组合的其它实施方式也是可能的。例如，尽管设备201被描述为其第一级压缩具有单个气缸，但是在一些实施方式中，该设备可包括被配置为运行第一级压缩的两个、三个、或更多个气缸。在另一实例中，尽管设备200，300，400，500，600被描述为被配置为与单个压缩气体存储室流体相通，但是在一些实施方式中，设备200，300，400，500，600被配置为可流体联接至任意数量的压缩气体存储室。类似的，尽管设备200，300，400，500，600被描述为可流体联接至单个气体源，但是在一些实施方式中，设备200，300，400，500，600可流体联接至任何数量的气体源。也可以改变各种元件的具体配置。例如，各种元件的尺寸和具体形状可以与所示实施方式不同，但仍然提供本文所述的功能。

Claims (74)

1.一种用于增大基于压缩气体的能量存储和回收系统的效率的系统，该系统包括：

第一气缸，其具有位于其中以在第一气缸中进行往复运动的第一工作活塞，第一工作活塞将第一气缸分成、并用其限定出第一气动室和第二气动室，

所述第一气动室，其具有第一流体端口和第二流体端口，第一流体端口可流体联接至气体源，

所述第二气动室，其具有第一流体端口和第二流体端口，第一流体端口可流体联接至气体源；

第二气缸，其具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞，第二工作活塞将第二气缸分成、并用其限定出第三气动室和第四气动室，

第三气动室，其具有第一流体端口和第二流体端口，第一流体端口可流体联接至第一气动室的第二流体端口，第二流体端口可流体联接至压缩气体存储室，

第四气动室，其具有第一流体端口和第二流体端口，第一流体端口可流体联接至第二气动室的第二流体端口，第二流体端口可流体联接至所述压缩气体存储室；

联接至第一工作活塞的第一液压致动器；

联接至第二工作活塞的第二液压致动器；以及

可流体联接至第一液压致动器和第二液压致动器的液压控制器，液压控制器可运行在压缩模式和膨胀模式下，其中在压缩模式下第二液压致动器导致气体以高于其从气体源进入第一气缸的压力从第二气缸排放至压缩气体存储室，在膨胀模式下第一气缸中的气体对第一液压致动器做功并以低于其从压缩气体存储室进入第二气缸的压力从第一气缸排放至气体源，

其中液压控制器在压缩模式下的操作在第一工作活塞上产生第一液压致动器力并且在第二工作活塞上产生的第二液压致动器力，所述第一液压致动器力足以：a)在第一方向上移动第一工作活塞从而使得容纳在第一气动室中的气体从第一气动室排放至第三气动室，以及b)在与第一方向相反的第二方向上移动第一工作活塞从而使得容纳在第二气动室中的气体从第二气动室排放至第四气动室；所述第二液压致动器力足以：a)在第三方向上移动第二工作活塞从而使得容纳在第三气动室中的气体从第三气动室排放至压缩气体存储室，以及b)在与第三方向相反的第四方向上移动第二工作活塞从而使得容纳在第四气动室中的气体从第四气动室排放至压缩气体存储室。

2.根据权利要求1所述的系统，其中液压控制器在膨胀模式下的操作允许：a)从第四气动室进入第二气动室的压缩气体在第一方向上移动第一工作活塞，以及b)从第三气动室进入第一气动室的压缩气体在第二方向上移动第一工作活塞。

3.根据权利要求2所述的系统，其中液压控制器在膨胀模式下的操作允许：a)从压缩气体存储室进入第四气动室的压缩气体在第三方向上移动第二工作活塞，以及b)从压缩气体存储室进入第三气动室的压缩气体在第四方向上移动第二工作活塞。

4.根据权利要求1所述的系统，其中液压控制器在压缩模式和膨胀模式中的每一个下的操作导致第一工作活塞在第二工作活塞在第四方向上移动的同时在第一方向上移动。

5.根据权利要求4所述的系统，其中第一工作活塞在第一方向上的移动与第二工作活塞在第四方向上的移动同时进行，第四方向不同于第一方向。

6.根据权利要求1所述的系统，其中液压控制器在压缩模式和膨胀模式中的每一个下的操作导致第一工作活塞在第二工作活塞在第三方向上移动的同时在第二方向上移动。

7.根据权利要求4所述的系统，进一步包括：

位于第一工作活塞和第二工作活塞之间并联接至第一工作活塞和第二工作活塞的连接杆，

其中在液压控制器在压缩模式下的操作期间在第一工作活塞上产生的液压致动器力足以在第三方向和第四方向上移动第二工作活塞。

8.根据权利要求7所述的系统，其中第一工作活塞在第一方向上的移动与第二工作活塞在第三方向上的移动同时进行，第三方向与第一方向基本相同。

9.根据权利要求7所述的系统，其中液压致动器可进行操作以同时在第一方向上移动第一工作活塞和在第三方向上移动第二工作活塞以减小第一气动室的体积和第三气动室的体积，以及同时在第二方向上移动第一工作活塞和在第四方向上移动第二工作活塞以减小第二气动室的体积和第四气动室的体积。

10.根据权利要求7所述的系统，其中第一气缸和第二气缸为叠式配置。

11.根据权利要求1所述的系统，其中第三和第四气动室的第二流体端口可经由第三气缸流体联接至压缩气体存储室，进一步包括：

所述第三气缸，其具有位于其中以在第三气缸中进行往复运动的第三工作活塞，第三工作活塞将第三气缸分成并用其限定出第五气动室和第六气动室，

具有第一流体端口和第二流体端口的所述第五气动室，第一流体端口可流体联接至第三气动室的第二流体端口，第二流体端口可流体联接至压缩气体存储室，

具有第一流体端口和第二流体端口的所述第六气动室，第一流体端口可流体联接至第四气动室的第二流体端口，第二流体端口可流体联接至压缩气体存储室。

12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括：

联接至第三工作活塞的第三液压致动器，液压控制器可流体联接至第三液压致动器。

13.根据权利要求1所述的系统，其中第一和第二气动室的总体积大于第三和第四气动室的总体积。

14.根据权利要求1所述的系统，其中第一气动室的体积变化被配置为对应于第二气动室的体积变化。

15.根据权利要求1所述的系统，其中第一气动室的体积变化被配置为对应于第三气动室的体积变化。

16.一种用于基于压缩气体的能量存储和回收系统的装置，该装置包括：

第一气缸，具有位于其中以在第一气缸中进行往复运动的第一工作活塞，第一工作活塞将第一气缸分成、并用其限定出第一气动室和第二气动室；

第二气缸，具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞，第二工作活塞将第二气缸分成、并用其限定出第三气动室和第四气动室；

位于第一工作活塞和第二工作活塞之间并联接至第一工作活塞和第二工作活塞的连接杆；以及

联接至第一工作活塞、第二工作活塞和连接杆中至少一个的液压致动器，致动器可进行操作以在第一方向上移动第一和第二工作活塞以减小第一气动室和第三气动室的体积，以及在与第一方向相反的第二方向上移动第一和第二工作活塞以减小第二气动室和第四气动室的体积。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述液压致动器为第一液压致动器，进一步包括：

联接至第一工作活塞、第二工作活塞和连接杆中至少一个的第二液压致动器，第二液压致动器可进行操作以在第一方向和第二方向上移动第一和第二工作活塞。

18.根据权利要求16所述的装置，进一步包括：

可流体联接至液压致动器的液压控制器，液压控制器可运行在压缩模式下以在第一工作活塞上产生液压致动器力，该液压致动器力足以：a)在第一方向上移动第一工作活塞从而使得容纳在第一气动室中的气体从第一气动室排放至第三气动室，以及b)在与第一方向相反的第二方向上移动第一工作活塞从而使得容纳在第二气动室中的气体从第二气动室排放至第四气动室，

其中液压控制器在压缩模式下的操作在第二工作活塞上产生液压致动器力，该液压致动器力足以：a)在第一方向上移动第二工作活塞从而使得容纳在第四气动室中的气体以高于其从气体源进入第一气缸的压力从第四气动室排放至压缩气体存储室，以及b)在第二方向上移动第二工作活塞从而使得容纳在第三气动室中的气体以高于其从气体源进入第一气缸的压力从第三气动室排放至压缩气体存储室。

19.根据权利要求16所述的装置，进一步包括：

可流体联接至液压致动器的液压控制器，液压控制器可运行在压缩模式和膨胀模式下，在压缩模式下液压致动器导致气体以高于其从气体源进入第一气缸的压力从第二气缸排放至压缩气体存储室，在膨胀模式下液压致动器由第一气缸中的气体驱动并允许气体以低于其从压缩气体存储室进入第二气缸的压力从第一气缸排放至气体源。

20.根据权利要求16所述的装置，其中所述液压致动器为第一液压致动器，进一步包括：

第三气缸，具有位于其中以在第三气缸中进行往复运动的第三工作活塞，第三工作活塞将第三气缸分成并用其限定出第五气动室和第六气动室；以及

联接至第三工作活塞的第二液压致动器，第二液压致动器可进行操作以在第一方向上移动第三工作活塞以减小第五气动室的体积，以及在与第一方向相反的第二方向上移动第三工作活塞以减小第六气动室的体积。

21.根据权利要求16所述的装置，其中第一和第二气动室的总体积大于第二和第三气动室的总体积。

22.根据权利要求16所述的装置，其中第一气动室的体积变化对应于第二气动室的体积变化。

23.根据权利要求16所述的装置，其中第一气动室的体积变化对应于第三气动室的体积变化。

24.根据权利要求16所述的装置，其中第三气动室的最大体积小于第一气动室的最大体积。

25.一种用于基于压缩气体的能量存储和回收系统的装置，该装置包括：

包括第一气动部分和第二气动部分的容器，第一气动部分具有位于其中以在第一气动部分中进行往复运动的第一工作活塞，第一工作活塞将第一气动部分分成并用其限定出第一气动室和第二气动室，第二气动部分具有位于其中以在第二气动部分中进行往复运动的第二工作活塞，第二工作活塞将第二气动部分分成并用其限定出第三气动室和第四气动室；

位于第一工作活塞和第二工作活塞之间并联接至第一工作活塞和第二工作活塞的连接杆；以及

联接至第一工作活塞、第二工作活塞和连接杆中至少一个的液压致动器，致动器可进行操作以在第一方向上移动第一和第二工作活塞以减小第一气动室和第三气动室的体积，以及在与第一方向相反的第二方向上移动第一和第二工作活塞以减小第二气动室和第四气动室的体积。

26.根据权利要求25所述的装置，其中所述液压致动器为第一液压致动器，进一步包括：

联接至第一工作活塞、第二工作活塞和连接杆中至少一个的第二液压致动器，第二液压致动器可进行操作以在第一方向和第二方向上移动第一和第二工作活塞。

27.根据权利要求25所述的装置，进一步包括：

可流体联接至液压致动器的液压控制器，液压控制器可运行在压缩模式下以在第一工作活塞上产生液压致动器力，该液压致动器力足以：a)在第一方向上移动第一工作活塞从而使得容纳在第一气动室中的气体从第一气动室排放至第三气动室，以及b)在与第一方向相反的第二方向上移动第一工作活塞从而使得容纳在第二气动室中的气体从第二气动室排放至第四气动室，

其中液压控制器在压缩模式下的操作在第二工作活塞上产生液压致动器力，该液压致动器力足以：a)在第一方向上移动第二工作活塞从而使得容纳在第四气动室中的气体以高于其从气体源进入第一气缸的压力从第四气动室排放至压缩气体存储室，以及b)在第二方向上移动第二工作活塞从而使得容纳在第三气动室中的气体以高于其从气体源进入第一气缸的压力从第三气动室排放至压缩气体存储室。

28.根据权利要求27所述的装置，进一步包括：

可流体联接至液压致动器的液压控制器，液压控制器可运行在压缩模式和膨胀模式下，其中在压缩模式下气体以高于其从气体源进入第一气动部分的压力从第二气动部分排放至压缩气体存储室，在膨胀模式下气体以低于其从压缩气体存储室进入第二气动部分的压力从第一气动部分排放至气体源。

29.根据权利要求25所述的装置，其中所述液压致动器为第一液压致动器，进一步包括：

第三气动部分，具有位于其中以在第三气动部分中进行往复运动的第三工作活塞，第三工作活塞将第三气动部分分成并用其限定出第五气动室和第六气动室；以及

联接至第三工作活塞的第二液压致动器，第二液压致动器可进行操作以在第一方向上移动第三工作活塞以减小第五气动室的体积，以及在与第一方向相反的第二方向上移动第三工作活塞以减小第六气动室的体积。

30.根据权利要求25所述的装置，其中第一和第二气动室的总体积大于第二和第三气动室的总体积。

31.根据权利要求25所述的装置，其中第一气动室的体积变化对应于第二气动室的体积变化。

32.根据权利要求25所述的装置，其中第一气动室的体积变化对应于第三气动室的体积变化。

33.根据权利要求25所述的装置，其中第三气动室的最大体积小于第一气动室的最大体积。

34.一种在基于压缩气体的能量存储和回收系统中压缩气体的方法，该基于压缩气体的能量存储和回收系统包括第一气缸和第二气缸，所述第一气缸具有位于其中以在第一气缸中进行往复运动的第一工作活塞，第一工作活塞将第一气缸分成并用其限定出第一气动室和第二气动室，所述第二气缸具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞，第二工作活塞将第二气缸分成并用其限定出第三气动室和第四气动室，该方法包括：

将第一气动室与气体源流体隔离；

在第二气动室和气体源之间建立流体连通；

在第一方向上移动第一工作活塞以：a)减小第一气动室的体积并将容纳在其中的第一团气体从第一压力压缩至大于第一压力的第二压力，以及b)增大第二气动室的体积并以第三压力从气体源接收第二团气体到其中；

在第一气动室和第三气动室之间建立流体连通；

从第一气动室接收第一团气体到第三气动室中；

将第二气动室与气体源流体隔离；

在第一气动室与气体源之间建立流体连通；

在与第一方向相反的第二方向上移动第一工作活塞以：a)减小第二气动室的体积并将第二团气体从第三压力压缩至大于第三压力的第四压力，以及b)增大第一气动室的体积并将来自气体源的第三团气体接收到其中；

在第二气动室和第四气动室之间建立流体连通；以及

从第二气动室接收第二团气体到第四气动室。

35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：

将第三气动室与第一气动室流体隔离；

在第三方向上移动第二工作活塞以减小第三气动室的体积并将第一团气体压缩至大于第二压力的第五压力；

在第三气动室和压缩气体存储室之间建立流体连通；以及

以第五压力从第三气动室接收第一团气体到压缩气体存储室。

36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括：

将第四气动室与第二气动室流体隔离；

在与第三方向相反的第四方向上移动第二工作活塞，以减小第四气动室的体积并将第二团气体从第四压力压缩至第六压力；

在第四气动室和压缩气体存储室之间建立流体连通；以及

以第六压力从第四气动室接收压力到压缩气体存储室。

37.根据权利要求34所述的方法，其中当第一工作活塞在第一方向上移动时第一气动室与第三气动室流体连通。

38.根据权利要求34所述的方法，其中当第一工作活塞在第一方向上移动时第二气动室与气体源流体连通。

39.根据权利要求34所述的方法，其中当第一工作活塞在第二方向上移动时第二气动室与第四气动室流体连通。

40.根据权利要求34所述的方法，其中当第一工作活塞在第二方向上移动时第一气动室与气体源流体连通。

41.根据权利要求34所述的方法，其中第二压力和第四压力中的每一个大于第一压力和第三压力中的每一个。

42.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：

在第三方向上移动第二工作活塞以减小第三气动室的体积并将第一团气体压缩至大于第二压力的第五压力；

其中第一工作活塞在第二方向上的移动与第二工作活塞在第三方向上的移动基本同时进行。

43.根据权利要求34所述的方法，其中第一工作活塞在第一方向上移动第一时间段，第一工作活塞在第一方向上第一时间段的移动为第一冲程，进一步包括：

在第四方向上将第二工作活塞移动第二时间段以减小第四气动室的体积和将第二团气体从第四压力压缩至第六压力，第二工作活塞在第四方向上第二时间段的移动为第二冲程，

其中第一冲程的第一时间段的持续时间与第二冲程的第二时间段的持续时间基本相等。

44.根据权利要求43所述的方法，其中第一冲程与第二冲程基本同时发生。

45.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：

在第二方向上移动第二工作活塞以减小第四气动室的体积和对容纳在其中的第二团气体进行压缩，在第二方向上移动第二工作活塞与在第一方向上移动第一工作活塞基本同时发生。

46.根据权利要求45所述的方法，其中第一工作活塞在第一方向上以第一速率移动，第二工作活塞在第二方向上以第二速率移动，第一速率和第二速率基本相等。

47.根据权利要求34所述的方法，基于压缩气体的能量存储和回收系统包括第三气缸，第三气缸具有位于其中以在第三气缸中进行往复运动的第三工作活塞，第三工作活塞将第三气缸分成并用其限定出第五气动室和第六气动室，该方法进一步包括：

将第三气动室与第一气动室流体隔离；

在第三方向上移动第二工作活塞以减小第三气动室的体积和将第一团气体压缩至大于第二压力的第五压力；

在第三气动室和第五气动室之间建立流体连通；

以第五压力从第三气动室接收第一团气体到第五气动室；

将第四气动室与第二气动室流体隔离；

在与第三方向相反的第四方向上移动第二工作活塞，以减小第四气动室的体积和将第二团气体从第四压力压缩至第六压力；

在第四气动室和第六气动室之间建立流体连通；以及

从第四气动室接收第二团气体到第六气动室。

48.根据权利要求47所述的方法，进一步包括：

将第五气动室与第三气动室流体隔离；

在第五方向上移动第三工作活塞以减小第五气动室的体积和将第一团气体压缩至大于第五压力的第七压力；

在第五气动室和压缩气体存储室之间建立流体连通；以及

以第七压力从第五气动室接收第一团气体到压缩气体存储室。

49.根据权利要求48所述的方法，进一步包括：

将第六气动室与第四气动室流体隔离；

在与第五方向相反的第六方向上移动第三工作活塞，以减小第六气动室的体积和将第二团气体从第六压力压缩至第八压力；

在第六气动室和压缩气体存储室之间建立流体连通；以及

以第八压力从第六气动室接收第二团气体到压缩气体存储室。

50.一种对来自基于压缩气体的能量存储和回收系统的气体进行膨胀的方法，该基于压缩气体的能量存储和回收系统包括第一气缸和第二气缸，所述第一气缸具有位于其中以在第一气缸中进行往复运动的第一工作活塞，第一工作活塞第一气缸分成并用其限定出第一气动室和第二气动室，所述第二气缸具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞，第二工作活塞将第二气缸分成并用其限定出第三气动室和第四气动室，该方法包括：

将第四气动室与压缩气体存储室流体隔离；

在第三气动室与压缩气体存储室之间建立流体连通；

通过允许第一团气体在第三气动室内从第一压力膨胀至小于第一压力的第二压力而在第一方向上移动第二工作活塞，在第一方向上移动第二工作活塞包括增大第三气动室的体积和减小第四气动室的体积；

在第四气动室和第二气动室之间建立流体连通；

以第三压力从第四气动室接收第二团气体到第二气动室中；

将第三气动室与压缩气体存储室流体隔离；

在第四气动室与压缩气体存储室之间建立流体连通；

通过允许第三团气体在第四气动室中从第四压力膨胀至小于第四压力的第五压力来在与第一方向相反的第二方向上移动第二工作活塞，在第二方向上移动第二工作活塞包括增大第四气动室的体积和减小第三气动室的体积；

在第三气动室与第一气动室之间建立流体连通；以及

从第三气动室接收第一团气体到第一气动室中。

51.根据权利要求50所述的方法，进一步包括：

将第二气动室与第四气动室流体隔离；

通过允许第二团气体在第二气动室中从第三压力膨胀至小于第三压力的第六压力来在第三方向上移动第一工作活塞，在第三方向上移动第一工作活塞包括增大第二气动室的体积和减小低于气动室的体积；

在第二气动室和气体源之间建立流体连通；以及

以第六压力从第二气动室接收第二团气体到气体源中。

52.根据权利要求51所述的方法，进一步包括：

将第一气动室与第三气动室流体隔离；

通过允许第一团气体在第一气动室中膨胀至小于第二压力的第七压力来在与第三方向相反的第四方向上移动第一工作活塞，在第四方向上移动第一工作活塞包括增大第一气动室的体积和减小第二气动室的体积；

在第一气动室和气体源之间建立流体连通；以及

以第五压力从第一气动室接收第一团气体到气体源中。

53.根据权利要求50所述的方法，其中当第二工作活塞在第一方向上移动时第四气动室与第二气动室流体连通。

54.根据权利要求50所述的方法，其中当第二工作活塞在第一方向上移动时第三气动室与压缩气体存储室流体连通。

55.根据权利要求50所述的方法，其中当第二工作活塞在第二方向上移动时第三气动室与第一气动室流体连通。

56.根据权利要求50所述的方法，其中当第二工作活塞在第二方向上移动时第四气动室与压缩气体存储室流体连通。

57.根据权利要求50所述的方法，进一步包括：

在第三方向上移动第一工作活塞以增大第一气动室的体积和将第一团气体膨胀至小于第二压力的第六压力；

其中第二工作活塞在第二方向上的移动与第一工作活塞在第三方向上的移动基本同时进行。

58.根据权利要求50所述的方法，其中对于第一冲程第二工作活塞在第一方向上移动第一距离，进一步包括：

通过允许第二团气体从第三压力膨胀至小于第三压力的第六压力来在第三方向上将第一工作活塞移动第二距离，在第三方向上移动第一工作活塞包括增大第二气动室的体积，第一工作活塞在第三方向上第二距离的移动为第二冲程，

其中第一冲程和第二冲程基本相等。

59.根据权利要求58所述的方法，其中第一冲程和第二冲程基本同时发生。

60.根据权利要求50所述的方法，进一步包括：

通过允许容纳在第二气动室中的第二团气体膨胀来在第二方向上移动第一工作活塞以增大第二气动室的体积，在第二方向上移动第一工作活塞与在第一方向上移动第二工作活塞基本同时发生。

61.根据权利要求60所述的方法，其中第一工作活塞在第一方向上以第一速率移动，第一工作活塞在第二方向上以第二速率移动，第一速率和第二速率基本相等。

62.一种对来自基于压缩气体的能量存储和回收系统的气体进行膨胀的方法，该基于压缩气体的能量存储和回收系统包括第一气缸、第二气缸和第三气缸，所述第一气缸具有位于其中以在第一气缸中进行往复运动的第一工作活塞，第一工作活塞第一气缸分成并用其限定出第一气动室和第二气动室，所述第二气缸具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞，第二工作活塞将第二气缸分成并用其限定出第三气动室和第四气动室，所述第三气缸具有位于其中以在第三气缸中进行往复运动的第三工作活塞，第三工作活塞将第三气缸分成并用其限定出第五气动室和第六气动室，该方法包括：

将第五气动室与压缩气体存储室流体隔离；

在第六气动室与压缩气体存储室之间建立流体连通；

通过允许第一团气体在第六气动室中从第一压力膨胀至小于第一压力的第二压力来在第一方向上移动第三工作活塞，第三工作活塞在第一方向上的移动包括增大第六气动室的体积和减小第五气动室的体积；

在第五气动室和第三气动室之间建立流体连通；

从第五气动室接收第三压力的第二团气体到第三气动室中；

将第六气动室与压缩气体存储室流体隔离；

在第五气动室和压缩气体存储室之间建立流体连通；

通过允许第三团气体在第五气动室中从第四压力膨胀至小于第四压力的第五压力来在与第一方向相反的第二方向上移动第三工作活塞，在第二方向上移动第三工作活塞包括增大第五气动室的体积和减小第六气动室的体积；

在第六气动室和第四气动室之间建立流体连通；以及

从第六气动室接收第一团气体到第四气动室中。

63.一种对来自基于压缩气体的能量存储和回收系统的气体进行膨胀的方法，该基于压缩气体的能量存储和回收系统包括具有工作活塞的气缸，工作活塞位于气缸中以在气缸中进行往复运动，工作活塞将气缸分成并用其限定出第一气动室和第二气动室，该方法包括：

在第一气动室和压缩气体存储室之间建立流体连通；

允许第一团压缩气体在第一气动室中膨胀从而在第一方向上移动工作活塞；

将第一气动室与压缩气体存储室流体隔离；以及

允许第二团压缩气体在第二气动室中膨胀从而在第二方向上移动工作活塞，第二方向与第一方向相反。

64.根据权利要求63所述的方法，其中基于压缩气体的能量存储和回收系统进一步包括联接至工作活塞的液压致动器，以及

其中在第一方向上移动工作活塞导致液压致动器排出第一体积的液压液。

65.根据权利要求64所述的方法，其中所述液压致动器为第一液压致动器，基于压缩气体的能量存储和回收系统进一步包括第二液压致动器，以及

其中在第二方向上移动工作活塞导致第二液压致动器排出第二体积的液压液。

66.根据权利要求63所述的方法，所述气缸为第一气缸，所述工作活塞为第一工作活塞，基于压缩气体的能量存储和回收系统包括第二气缸，第二气缸具有位于其中以在第二气缸中进行往复运动的第二工作活塞，第二工作活塞将第二气缸分成并用其限定出第三气动室和第四气动室，进一步包括：

在第三气动室和第一气动室之间建立流体连通；

从第一气动室接收第一团气体到第三气动室中；

允许第一团气体在第三室中膨胀从而在第三方向上移动第二工作活塞。

67.根据权利要求66所述的方法，其中第一工作活塞在第一方向上的移动与第二工作活塞在第三方向上的移动基本同时进行。

68.根据权利要求66所述的方法，其中第一工作活塞在第一方向上移动第一时间段，第一工作活塞在第一方向上第一时间段的移动为第一冲程，

第二工作活塞在第三方向上移动第二时间段，第二工作活塞在第三方向上第二时间段的移动为第二冲程，

第一冲程的持续时间与第二冲程的持续时间基本相等。

69.根据权利要求66所述的方法，进一步包括：

将第三气动室与第一气动室流体隔离；

在第四气动室与第二气动室之间建立流体连通；

从第二气动室接收第二团气体到第四气动室中；

允许第二团气体在第四室中膨胀从而在与第三方向相反的第四方向上移动第二工作活塞。

70.根据权利要求70所述的方法，其中第一工作活塞在第二方向上的移动与第二工作活塞在第四方向上的移动基本同时进行。

71.根据权利要求63所述的方法，其中当工作活塞在第一方向上移动时第一气动室的体积增大，当工作活塞在第二方向上移动时第二气动室的体积增大。

72.根据权利要求63所述的方法，其中第一气动室和第二气动室总体上具有基本恒定的体积。

73.根据权利要求63所述的方法，其中所述气缸为第一气缸，当工作活塞在第二方向上移动时第一气动室与第二气缸的第三气动室流体连通，以及

当第一工作活塞在第二方向上移动时第二气动室与第二气缸的第四气动室流体连通。

74.根据权利要求63的所述方法，其中当第一工作活塞在第一方向上移动时第一气动室与压缩气体存储室流体连通，以及

当第一工作活塞在第二方向上移动时第二气动室与压缩气体存储室流体连通。