JP2014509359A - 熱交換を容易にする二相流を利用する圧縮空気エネルギー保存システム - Google Patents

熱交換を容易にする二相流を利用する圧縮空気エネルギー保存システム Download PDF

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Abstract

本発明の態様に係る圧縮空気エネルギー保存システムは、空気を圧縮および膨張させる可逆的機構と、１つ以上の圧縮空気保存タンクと、制御システムと、１つ以上の熱交換器と、本発明のある態様においてはモーター／発電機と、を備える。可逆的空気圧縮機／膨張機は機械力を用いて、空気を圧縮し（コンプレッサーとして作動するとき）、圧縮空気内に保存されたエネルギーを機械力に変換する（膨張機として作動するとき）。ある態様においては、圧縮機／膨張機は１つ以上のステージを備え、それぞれのステージは水もしくは他の液体で部分的に満たされた圧力ベッセル（圧力セル）から構成される。いくつかの態様においては、圧力ベッセルは１つ以上のシリンダーデバイスに通じており、そのシリンダーチャンバーと空気および液体を交換する。もし存在すれば電気的制御のもとで、好適なバルブによって、空気は圧力セルおよびシリンダーデバイスを出入りできる。
【選択図】図１

Description

３００バールまで圧縮された空気は、酸化鉛バッテリーや、その他のエネルギー保存技術のそれに匹敵するエネルギー密度を有する。しかしながら、熱損失および機械損失により、空気を圧縮・減圧するプロセスは概して非効率的である。その明確な利点にもかかわらず、そのような非効率さによって、エネルギー保存アプリケーションのための圧縮空気の経済的な実現可能性が制限されている。
もし圧縮プロセスが等温的に起こるのであればコンプレッサーがより効率的であろうことが良く知られており、それは圧縮前もしくは圧縮中の空気の冷却を必要とする。等温気体コンプレッサーに関する特許は１９３０年以来定期的に発行されている（例：特許文献１および特許文献２）。効率的に空気を圧縮する１つのアプローチは個々のステージにおいて圧縮を達成することであり、それぞれのステージはステージ間における中間冷却器を有するシリンダー装置内の往復ピストンを備える（例：特許文献３）。空気の冷却はまた、ステージ間において、たとえば、鉱物油、冷媒、もしくは水などの液体を、圧縮チャンバーもしくは気流に注入することによっても達成されうる（例：特許文献４）。
圧縮空気を天然ガスと混合し、その混合物を燃焼タービンにフィードすることによってタービンの出力を向上させるエネルギー保存システムのための特許がいくつか存在する（例：特許文献５）。低い電力需要の時期に運転する電動空気コンプレッサーによってその空気は圧縮される。燃焼タービンを高めた圧縮空気は需要のピークの時期に発電機を運転する。そのような２つのシステムが構築され、圧縮空気を保存するために地下洞窟を用いる他の方法が提案された。
燃焼タービンの上流にある飽和器を活用して、流入空気を暖め、加湿することによってシステムの効率性を向上させる、このエネルギー保存計画の改良版のための特許が発行されている（例：特許文献６）。膨張前に空気を暖め、また効率を向上させる低位熱（たとえば他のいくつかのプロセスからの廃熱）を用いる可能性に言及する他の特許が発行されている（例：特許文献７）。
米国特許第１，７５１，５３７号明細書 米国特許第１，９２９，３５０号明細書 米国特許第５，１９５，８７４号明細書 米国特許第５，０７６，０６７号明細書 米国特許第５，６３４，３４０号明細書 米国特許第５，４９１，９６９号明細書 米国特許第５，５３７，８２２号明細書
本発明の態様は概してエネルギー保存システムに関連し、より具体的には、空気圧縮／膨張機構、熱交換器、および１つ以上の空気保存タンクを備え、圧縮空気をエネルギー保存媒体として活用するエネルギー保存システムに関連する。
本発明の態様によれば、空気を圧縮し、膨張させる可逆的な機構と、１つ以上の圧縮空気保存タンクと、制御システムと、１つ以上の熱交換器と、本発明のある態様においては電動発電機とを備える、圧縮空気エネルギー保存システムが提供される。
可逆的空気コンプレッサー−膨張機は機械力を用いて空気を圧縮し（コンプレッサーとして作動する際）、圧縮空気内に保存されたエネルギーを機械力に変換する（膨張機として作動する際）。コンプレッサー−膨張機は１つ以上のステージを備え、それぞれのステージは水もしくは他の液体で部分的に満たされた圧力容器（圧力セル）を構成する。いくつかの態様においては、圧力容器は１つ以上のシリンダー装置と連通し、その中にあるシリンダーチャンバーと、空気および液体を交換する。好適なバルブによって、もし存在すれば電気的な制御のもとで、空気が圧力セルおよびシリンダー装置を出入りする。
上記に参照されるシリンダー装置はいくつかの方法の１つで構築されうる。ある具体的な実施態様においては、ピストンロッドに接続されたピストンを有し、シリンダー装置に出入りする機械力がこのピストンロッドによって伝達され得る。他の構造においては、シリンダー装置は圧力液を含み得、その場合においては、液体は膨張中の空気の圧力によって動かされ、その方法でシリンダー装置から動力を伝える。そのような構造においては、圧力液は空気と直接的に相互作用するか、もしくは、シリンダー装置の径にわたるダイヤフラムが液体から空気を分離し得る。
低圧ステージにおいては、液体は噴霧ノズルを通して圧力セル内に送り込まれるか、ある態様においては、膨張ストローク中もしくは圧縮ストローク中にシリンダー装置が熱交換を容易にするために作動する。チャンバーに入る液体の量は、圧縮もしくは膨張のプロセスに関連する全ての熱を吸収（圧縮中）もしくは解放（膨張中）するために十分であり、それらのプロセスを近等温で続行させる。その後、ストロークのノンパワー段階の間、この液体は圧力セルに戻され、そこで従来型の熱交換器を介して外部環境と熱交換し得る。これによって、圧縮もしくは膨張が高い効率で起こり得る。
本発明に係る態様の運転は、圧縮され、膨張される気体の温度変化の大きさによって特徴づけられ得る。ある態様によれば、圧縮サイクルの間、気体は１００℃以下の温度における上昇を経験し得るし、もしくは６０℃以下の温度上昇を経験し得る。いくつかの態様においては、膨張サイクルの間、気体は１００℃以下、１５℃以下、もしくは１１℃以下の温度における低下を経験し得る。室温の初期点から水の凝固点に近づいていく。
上述のように、ノズルを介して液体を注入する代わりに、熱交換を容易にするために、大量の液体を通して１つ以上のシリンダー装置内に空気が泡立てられ得る。このアプローチは高圧において好ましく用いられる。
膨張の間、所望の膨張比によって膨張されるように要求される通りに限られた量の空気がシリンダー装置に入れられるように、バルブタイミングが電気的に制御される。保存タンクが消耗するにつれてこの体積は変化し、バルブタイミングが動的に調節されなければならない。
シリンダーチャンバー（もし存在するなら）および圧力セルの容積は高圧ステージから低圧ステージで増加する。本発明の他の具体的な態様においては、異なる容積のシリンダーチャンバーを有するよりもむしろ、複数のシリンダー装置が、同じ容積が用いられるチャンバーに設けられ、それらの合計容積は必要とされるより大きな容積と一致する。
圧縮中、モーターもしくはシャフトトルクの他の源がピストンを駆動させる、もしくは、シリンダー装置内の空気を圧縮するポンプを介して液圧を発生させる。膨張中においては、その逆が真である。空気を膨張させることがピストンもしくは圧力液を駆動させ、システムから機械力を送る。従来型の電動発電機を用いて、この機械力が電気的な力に、もしくは電気的な力から変換され得る。
シングルステージであり、熱交換を効率化するために液体ミストを用いる単動式エネルギー保存システムである、本発明に係る圧縮空気エネルギー保存システムの第一の実施形態の模式図である。 どのようにして複数のステージが本発明に係る完全なシステムに包含されるかを示す圧縮空気エネルギー保存システムの第二の実施形態のブロック図である。 シングルステージであり、熱交換を効率化するために液体物を通して液体ミストおよび空気バブルの両方を用いる単動式エネルギー保存システムである、圧縮空気エネルギー保存システムの第三の実施形態の模式図である。 本発明に係るマルチステージ圧縮空気エネルギー保存システムにおける熱交換を効率化するために液体ミストを用いる、ある単動ステージの模式図である。 本発明に係るマルチステージ圧縮空気エネルギー保存システムにおける、ある複動ステージの模式図である。 熱交換を効率化するために液体物を通して空気バブルを用いる、本発明に係る、マルチステージ圧縮空気エネルギー保存システムにおける、ある単動ステージの模式図である。 複数のシリンダー装置を用いる、本発明に係る、マルチステージ圧縮空気エネルギー保存システムにおける単動ステージの模式図である。 システムに、もしくはシステムから動力を運ぶための４つの方法の模式図である。 機械力を運び、受け取るための機構として、液圧モーターを活用するマルチステージ圧縮空気エネルギーシステムのブロック図である。 本発明に係る装置の別の態様を示す図である。 さまざまなバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 さまざまなバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 さまざまなバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 さまざまなバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 さまざまなバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 さまざまなバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の一態様に係る膨張サイクルのステップの間の装置の構造を示す図である。 本発明の態様の方法およびシステムに関連する使用に好適なコンピューターシステムの簡素化された図である。 図２０のコンピューターシステムにおける基本サブシステムの図である。 本発明に係る装置の様々な要素の運転の制御を司るコントローラーへの入力および出力を示すブロック図の一態様である。 本発明に係る装置の一態様を示す簡素化された図である。Ａは異なるモードにおいて運転される図２２の装置を示す図である。 本発明に係る装置の一態様を示す簡素化された図である。Ｂは異なるモードにおいて運転される図２２の装置を示す図である。 コンプレッサー−膨張機の一態様の内部における空気の流れを示す簡素化された図である。 本発明に係る装置の別の態様を示す簡素化された図である。 本発明に係る装置の別の態様を示す簡素化された図である。 本発明に係る装置の別の態様を示す簡素化された図である。 本発明に係る装置のさらに別の態様を示す簡素化された図である。 コンプレッサー−膨張機の一態様を示す簡素化された模式図である。 マルチステージ装置の一態様の簡素化された図である。 マルチステージ装置の別の態様の簡素化された図である。 マルチステージ装置の別の態様の簡素化された図である。 コンプレッサー機構の一態様の簡素化された模式図である。 エアロゾル冷却サイクルの態様の簡素化された模式図である。 エアロゾル冷却サイクルの態様の簡素化された模式図である。 中空円錐ノズル構造の速度場を示す図である。 ファンノズルのシミュレーションを示す図である。 エアロゾル冷却サイクルの一態様のシステム図である。 エアロゾル冷却サイクルの一態様のエントロピーに対する温度をプロットした図である。 エアロゾル冷却サイクルの一態様を通って流れる仕事および熱を説明する電力フローグラフ図である。 本発明に係るシステムの一態様の簡素化された模式図である。 本発明の態様において用いられうる遊星歯車システムの一態様の簡素化された上面図である。 ３３Ａ−３３Ａ’の線に沿った図３３Ａの遊星歯車システムの簡素化された断面図である。 本発明に係るシステムの別の態様の簡素化された模式図である。 本発明に係るシステムの別の態様の簡素化された模式図である。 本発明に係るシステムの別の態様の簡素化された模式図である。 本発明に係るシステムの別の態様の簡素化された模式図である。 本発明に係るシステムの別の態様の簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る混合チャンバーを用いる空気保存および回収システムの模式図である。 本発明の一態様に係る混合チャンバーおよび圧縮チャンバーを含むシングルステージ装置の模式図である。 運転中の図３９の態様の簡素化された模式図である。 運転中の図３９の態様の簡素化された模式図である。 注入された液体の見込み軌跡の簡素化された模式図である。 注入された液体の見込み軌跡の簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る混合チャンバーおよび膨張チャンバーを含むシングルステージ装置の模式図である。 運転中の図４０の態様の簡素化された模式図である。 運転中の図４０の態様の簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る圧縮および膨張の両方を実行する装置の一態様の模式図である。 運転中の図４１の態様の簡素化された模式図である。 運転中の図４１の態様の簡素化された模式図である。 運転中の図４１の態様の簡素化された模式図である。 運転中の図４１の態様の簡素化された模式図である。 バルブの動作およびシリンダーの構造を示す簡素化された模式図である。 バルブの動作およびシリンダーの構造を示す簡素化された模式図である。 バルブの動作およびシリンダーの構造を示す簡素化された模式図である。 バルブの動作およびシリンダーの構造を示す簡素化された模式図である。 バルブの動作およびシリンダーの構造を示す簡素化された模式図である。 一態様の運転を示す簡素化された模式図である。 一態様の運転を示す簡素化された模式図である。 一態様の運転を示す簡素化された模式図である。 バルブ構造の一態様の簡素化された模式図である。 本発明の態様に係って用いられ得るカムベースのバルブ構造の簡素化された模式図である。 本発明に係る気体圧縮用のマルチステージ装置の一態様の簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージ専用コンプレッサーの一態様の簡素化されたブロック図である。 図４２Ｂのシステムの様々なモジュール要素の態様の簡素化された図である。 図４２Ｂのシステムの様々なモジュール要素の態様の簡素化された図である。 図４２Ｂのシステムの様々なモジュール要素の態様の簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージ専用コンプレッサーの別の態様を示す簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージ専用膨張機の一態様の簡素化されたブロック図である。 図４３のシステムの一モジュラー要素の一態様の簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージ専用膨張機の別の態様の簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージコンプレッサー／膨張装置の一態様を示す簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージコンプレッサー／膨張装置の別の態様を示す簡素化された図である。 混合チャンバーの出力が３つの圧縮／膨張シリンダーへの選択的な出力であることを特徴とする、本発明の一態様の簡素化された図である。 混合チャンバーの出力がダンプに向かい得ることを特徴とする、本発明の一態様の簡素化された図である。 本発明の態様に係る装置の様々な要素の運転の制御を司るコントローラーへの入力および出力を示すブロック図である。 システム内の様々なバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 システム内の様々なバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 システム内の様々なバルブのタイミングを制御するコントローラーの運転を示す図である。 圧縮モードおよび膨張モードを経験するチャンバー内部における体積に対する圧力をプロットした図である。 圧縮モードおよび膨張モードを経験するチャンバー内部における体積に対する圧力をプロットした図である。 圧縮モードおよび膨張モードを経験するチャンバー内部における体積に対する圧力をプロットした図である。 本発明の一態様に係る液体注入を用いる圧縮気体エネルギー保存システムの簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る液体注入を用いる圧縮気体エネルギー回収システムの簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る液体注入を用いる圧縮気体エネルギー保存および回収システムの簡素化された模式図である。 本発明の態様に係る装置の様々な要素の運転の制御を司るコントローラーへの入力および出力を示すブロック図である。 本発明に係る気体圧縮用のマルチステージ装置の一態様の簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージ専用コンプレッサーの一態様の簡素化されたブロック図である。 図５３Ｂのシステムの様々なモジュラー要素の態様の簡素化された図である。 図５３Ｂのシステムの様々なモジュラー要素の態様の簡素化された図である。 図５３Ｂのシステムの様々なモジュラー要素の態様の簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージ専用コンプレッサーの別の態様を示す簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージ専用膨張機の一態様の簡素化されたブロック図である。 図５４のシステムの一モジュラー要素の一態様の簡素化された図である。 本発明に係るマルチステージ専用膨張機の別態様を示す簡素化された図である。 圧縮もしくは膨張を実行するように設定可能な、本発明に係るマルチステージ装置の一態様を示す簡素化された図である。 圧縮もしくは膨張を実行するように設定可能な、本発明に係るマルチステージ装置の別の態様を示す簡素化された図である。 シングルステージ圧縮空気保存および回収システムの一態様の簡素化された模式図である。 本発明に係るマルチステージ圧縮空気保存システムの態様の簡素化された模式図である。 本発明に係るマルチステージ圧縮空気保存システムの態様の簡素化された模式図である。 本発明に係るマルチステージ圧縮空気保存システムの態様の簡素化された模式図である。 内部に配置された可動ピストンを有するシリンダーを備えるステージの一態様の図である。 内部に配置された可動ピストンを有するシリンダーを備えるステージの一態様の図である。 内部に配置された可動ピストンを有するシリンダーを備えるステージの一態様の図である。 本発明の一態様に係るエネルギー保存システム用の加熱機能および冷却機能を列挙する表図である。 膨張機として運転されるステージの図である。 膨張機として運転されるステージの図である。 膨張機として運転されるステージの図である。 電力供給ネットワークの範囲内に包含される、本発明に係るエネルギー保存システム用の可能性のある機能を列挙する表図である。 コンプレッサーとして運転されるステージの図である。 コンプレッサーとして運転されるステージの図である。 コンプレッサーとして運転されるステージの図である。 ステージのそれぞれが温度における異なる変化を示すことが予期されているマルチステージシステムを示す図である。 ステージのそれぞれが実質的に等しい温度変化を示すことが予期されているマルチステージシステムを示す図である。 圧縮気体システムと外部要素との間の相互作用を一般的に表現する図である。 電力をエンドユーザに供給するように構成されたネットワークの簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムによって実行され得る平坦化機能の簡素化された図である。 発電資産とともに位置づけられる、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様の簡素化された図である。 複合式モーター／発電機および複合式コンプレッサー／膨張機を利用する圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様の簡素化された図である。 専用のモーター、発電機、コンプレッサー、および膨張機の要素を利用する圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様の簡素化された図である。 マルチノードギヤシステムを利用する、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様の簡素化された図である。 計器の後方にあるエンドユーザと併置される、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様の簡素化された図である。 エネルギー保存システムとエンドユーザとの間の熱的相互作用の例を示す図である。 エネルギー保存システムとエンドユーザとの間の熱的相互作用の例を示す図である。 エネルギー保存システムとエンドユーザとの間の熱的相互作用の例を示す図である。 エネルギー保存システムとエンドユーザとの間の熱的相互作用の例を示す図である。 計器の後方にあるエンドユーザおよび局所的な電源と併置される、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様の簡素化された図である。 計器の後方にあるエンドユーザと併置される、圧縮気体エネルギー保存および回収システムの様々な運転モードを要約する表図である。 計器の後方にあるエンドユーザおよび局所的な電源と併置される、圧縮気体エネルギー保存および回収システムの様々な運転モードを要約する表図である。 ある態様に係る簡素化された図である。 圧縮比３２を有する２つの圧縮サイクルにわたる質量加重平均温度のグラフ図である。 高い圧縮比での気体圧縮のＣＦＤシミュレーションからの上死点におけるケルビン温度の疑似カラー図である。 熱力学サイクルを示す図である。 水体積分率に対する効率をプロットした図である。 水体積分率における増加を伴う排気空気の温度を示す図である。 シリンダーヘッドに近い位置の上死点における温度を示す図である。 噴霧水がある場合とない場合との温度変化を示す図である。 二次元におけるジェット崩壊の多相流のシミュレーションを示す図である。 角錐ノズルの一態様から発せられる水スプレーのＣＦＤシミュレーション図である。 粒子画像流速測定（ＰＩＶ）システムを用いて撮影された液滴の実験写真を示す図である。 測定された液滴粒度分布をプロットした図である。 冷媒の相変化を利用する、本発明の一態様に係る冷却システムの簡素化された図である。 スプラッシュモデルがある場合とない場合でのＣＦＤシミュレーションからの、クランクの回転に対するシリンダー内の質量平均空気温度（Ｋ）を示す図である。 ピストンを気体流量バルブとして利用する装置の一態様の簡素化された断面図である。 チャンバー内への液体の流れを利用する装置の一態様を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮装置を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮装置を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮装置を示す図である。 本発明の一態様に係る圧縮装置を示す図である。 液流バルブネットワークを含む、本発明に係る一装置の一態様を示す簡素化された図である。 本発明に係る一装置の一態様を示す簡素化された図である。 本発明の一態様に係る液体注入噴霧器を画定する空間の簡素化された断面図である。 一体成形された噴霧ノズルの一態様の簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの一態様の簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの一態様の簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 一体成形された噴霧ノズルの別の態様を示す簡素化された図である。 噴霧器の構造の半分を画定する対向面の１つを示す、多部品ノズル構造の一プレートの斜視図である。 図９３のプレートの上面図である。 図９３のプレートの側面図である。 噴霧器の構造の他の半分を形成する凹部を画定する表面を示す第二のプレートの斜視図である。 噴霧器から液体を受け取るように構成されたチャンバーの斜めから見る、組み立てられた噴霧器の構造の一態様を示す図である。 噴霧器への液体源の斜めから見る、図９５の組み立てられた噴霧器の構造の態様を示す図である。 図８９のノズル構造の異なる部分の相対距離を示す図である。 図８９のノズル構造から予期されるファンスプレーを示す図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 多部品ノズル構造の他の態様を示す様々な図である。 ノズル性能を評価するための実験手順を示す図である。 ノズル性能を評価するための実験手順を示す図である。 ノズル性能を評価するための実験手順を示す図である。 ２つの瞬間的なシャドーグラフィー像からの、１００ＰＳＩＧ水圧における全体的な流れの構造を示す図である。 テスト１およびテスト４が提供する平均速度ベクトルを示す図である。 テスト１およびテスト４が提供するＲＭＳ速度ベクトルを示す図である。 テスト１において認識された液滴を有する、ある瞬間の像を示す図である。 テスト１の液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 テスト４において認識された液滴を有する、ある瞬間の像を示す図である。 液滴粒径の対応するヒストグラムを示す図である。 テスト１２の認識された液滴を有する、ある瞬間の像を示す図である。 テスト１４の認識された液滴を有する、ある瞬間の像を示す図である。 テスト１２の液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 テスト１４の液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 テスト５からテスト１５およびテスト２５からテスト２７までのＺ軸に沿った液滴粒度分布を示す図である。 シート角度の観点から同じデータを示す図である。 テスト５からテスト１５およびテスト２５からテスト２７までのそれぞれのＺ位置において認識される液滴の数を示す図である。 シート角度の観点から同じデータを示す図である。 ２つの瞬間のシャドーグラフィー像からの、５０ＰＳＩＧ水圧における全体的な流れの構造を示す図である。 テスト２およびテスト３が提供する平均速度ベクトルを示す図である。 テスト２およびテスト３が提供するＲＭＳ速度ベクトルを示す図である。 テスト２において認識された液滴を有する、ある瞬間の像を示す図である。 液滴粒径の対応するヒストグラムを示す図である。 テスト３において認識された液滴を有する、ある瞬間の像を示す図である。 テスト３の液滴粒径の対応するヒストグラムを示す図である。 テスト２０において認識された液滴を有する、ある瞬間の像を示す図である。 テスト２０の液滴粒径の対応するヒストグラムを示す図である。 テスト１６からテスト２１およびテスト２２からテスト２４までのＺ軸に沿った液滴粒度分布をミリメートル単位で示す図である。 シート角度の観点からこのデータをプロットした図である。 テスト１６からテスト２４までのそれぞれのＺ位置において認識される液滴の数を示す図である。 シート角度の観点から同じデータを示す図である。 本発明の一態様に係る液体注入を用いる圧縮気体エネルギー保存および回収システムの簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係るバルブおよび噴霧器を有するチャンバーの壁を示す図である。 本発明の一態様に係る液体注入を用いる圧縮気体エネルギー保存および回収システムの簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る液体の直接注入のための噴霧器を有する圧縮もしくは膨張チャンバーの簡素化された拡大図である。 本発明の一態様に係る液体の直接注入のための噴霧器を有する圧縮もしくは膨張チャンバーの簡素化された拡大図である。 本発明の一態様に係る液体の直接注入のための噴霧器を有する圧縮もしくは膨張チャンバーの簡素化された拡大図である。 本発明の一態様に係る液体の直接注入のための噴霧器を有する圧縮もしくは膨張チャンバーの簡素化された拡大図である。 本発明に係るシリンダーヘッド内に位置する噴霧ノズルの一態様を示す図である。 本発明に係るシリンダーヘッド内に位置する噴霧ノズルの別の態様を示す図である。 複雑なチャンバープロファイルを有する液体注入を用いる装置の一態様を示す図である。 複雑なチャンバープロファイルを有する液体注入を用いる装置の他の態様を示す図である。 ノズル構造の他の態様を示す図である。 ノズル構造の他の態様を示す図である。 ノズル構造の他の態様を示す図である。 ノズル構造の他の態様を示す図である。 ノズル構造の他の態様を示す図である。 ノズル構造の他の態様を示す図である。 ノズル構造の他の態様を示す図である。 ノズル構造の様々な態様を示す図である。 ノズル構造の様々な態様を示す図である。 ノズル構造の様々な態様を示す図である。 調節された共振特性を有する圧縮もしくは膨張装置の構造を示す図である。 調節された共振特性を有する圧縮もしくは膨張装置の構造を示す図である。 調節された共振特性を有する圧縮もしくは膨張装置の構造を示す図である。 調節された共振特性を有する圧縮もしくは膨張装置の構造を示す図である。 調節された共振特性を有する圧縮もしくは膨張装置の構造を示す図である。 動力を引き出すアクティブレギュレーター装置の一態様を示す図である。 内部噴霧発生機構を有する一装置の一態様を示す図である。 噴霧ノズルを通して液体を送りこむために内部の高圧を用いる一装置の一態様を示す図である。 ピストンアクチュエーターを有するパッシブポートバルブを用いる一装置の一態様を示す図である。 水の濃縮を利用してスプレー水の供給を補充する装置の一態様の特徴を示す図である。 膨張からのエネルギーが気体保存ユニット内の近一定圧力を維持するために用いられる装置の一態様の特徴を示す図である。 電力をエンドユーザへ供給するように構成されたネットワークの簡素化された模式図である。 発電資産と併置された、本発明に係るシステムの一態様の模式図を示す。 別々の入力を受信し、別々の出力を生み出すように構成された、本発明に係る一システムの一態様の異なる図を示す。 別々の入力を受信し、別々の出力を生み出すように構成された、本発明に係る一システムの一態様の異なる図を示す。 本発明に係る装置の一態様の簡素化された図を示す。 図１４５Ａの装置の異なる構造を示す表である。 個々の構造における図１４５Ａの装置を通過する気体の流れの極めて簡素化された図である。 個々の構造における図１４５Ａの装置を通過する気体の流れの極めて簡素化された図である。 個々の構造における図１４５Ａの装置を通過する気体の流れの極めて簡素化された図である。 個々の構造における図１４５Ａの装置を通過する気体の流れの極めて簡素化された図である。 個々の構造における図１４５Ａの装置を通過する気体の流れの極めて簡素化された図である。 個々の構造における図１４５Ａの装置を通過する気体の流れの極めて簡素化された図である。 個々の構造における一システムの一態様の異なるエネルギー経路を示す表である。 個々の構造における一システムの一態様の異なるエネルギー経路を示す表である。 個々の構造における一システムの一態様の異なるエネルギー経路を示す表である。 個々の構造における一システムの一態様の異なるエネルギー経路を示す表である。 一システムの一態様の入力および出力を分配するフローチャート図を示す。 再生可能エネルギー源から長期発電資産までのグリッドの能力の移り変わりの一例を示す時間あたり電力量のグラフ図である。 エネルギーシステムの運転を電力供給ネットワークと調整するように構成されたプロセッサを含む一システムの簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計の構造を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計の構造を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計の構造を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計の構造を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計の構造を示す簡素化された模式図を示す。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計の構造を示す簡素化された模式図を示す。 旋回ノズルの態様１の性能を評価するための実験的配置を示す図である。 旋回ノズルの態様１の性能を評価するための実験的配置を示す図である。 座標系および視野の簡素化された略図を示す。 高圧における態様１からの噴霧の構造を示す図である。 態様１のいくつかのテストの速度ベクトルを示す図である。 これらのテストからのＲＭＳ速度ベクトルを示す図である。 態様１のあるテストのあるラインに沿って取られた速度の大きさのプロファイルを示す図である。 当該テストに由来する認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 別のテストに由来する認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 別のテストに由来する認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 シート角度に関してｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 ２つの瞬間的な影像からの態様１のノズルのより低い圧力でのテストの流れ構造を示す図である。 態様１のノズルのより低い圧力でのテストに由来する平均ＲＭＳ速度場を示す図である。 これらのテストに由来するＲＭＳ速度ベクトルを示す図である。 より低い圧力でのテストにおけるある線に沿った速度の大きさのプロファイルのグラフ図である。 ノズルの一テストに由来する認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 ノズルの別のテストに由来する認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 一ノズルに由来するテストの認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 このテストの液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 ノズルのいくつかのテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示す図である。 態様１のノズルに関する水圧に対する出口速度のグラフ図である。 ノズル態様２の性能を評価するための実験的配置を示す図である。 ノズル態様２の性能を評価するための実験的配置を示す図である。 実スケールではない座標軸および視野の簡素化された図を示す。 高圧における態様２に由来する噴霧の構造を示す図である。 態様２のノズルのいくつかの高圧テストに由来する平均速度ベクトルを示す図である。 それらのテストに由来するＲＭＳ速度ベクトルを示す図である。 テストのあるラインに沿った速度の大きさのプロファイルを示す図である。 態様２のノズル設計の一テストの認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 このテストの液滴のヒストグラムを示す図である。 態様２のノズル設計の別のテストの認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 このテストの液滴のヒストグラムを示す図である。 態様２のノズル設計のいくつかのより高圧なテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示す図である。 ノズルの態様２の設計のより低圧なテストの流れの構造を示す図である。 態様２のノズル設計のより低圧なテストの平均速度ベクトルを示す図である。 それらのテストのＲＭＳ速度ベクトルを示す図である。 一テストのあるラインに沿った速度の大きさのプロファイルを示す図である。 ノズルの態様２の一テストの認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 該テストの液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 ノズルの態様２の別のテストの認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す図である。 液滴粒径のヒストグラムを示す図である。 態様２のノズル設計のより低圧なテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 図１７９Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示す図である。 図１７９Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 本発明に係る一ノズルの一態様の速度の大きさの軌跡を示すモデリングの結果の図である。 旋回ノズル設計のさらに別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計のさらに別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計のさらに別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 図１８０Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 図１８０Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 熱交換器の一態様を示す図である。 図１８１の装置の構造の表を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 図１８２Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 図１８２Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 図１８４Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 図１８４Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 図１８４Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 旋回ノズル設計の別の態様をテストするための実験的配置を示す図である。 図１８８Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 図１８８Ａ〜Ｃのノズル設計のテストの（シート角度に関して）ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示すグラフ図である。 図１８６Ａ〜Ｃのノズル設計の性能と、図１８８Ａ〜Ｃのノズル設計の性能とを比較する図である。 図１８６Ａ〜Ｃのノズル設計の性能と、図１８８Ａ〜Ｃのノズル設計の性能とを比較する図である。 図１８６Ａ〜Ｃのノズル設計の性能と、図１８８Ａ〜Ｃのノズル設計の性能とを比較する図である。 異なる液体を用いた旋回ノズル設計の一態様をテストするための実験的配置を示す図である。 異なる液体を用いた旋回ノズル設計の一態様をテストするための実験的配置を示す図である。 異なる液体を用いた旋回ノズル設計の一態様をテストするための実験的配置を示す図である。 異なる液体噴霧に対する液滴粒径分布の３つの測定値を示すグラフ図である。 異なる液体噴霧に対する液滴粒径分布の３つの測定値を示すグラフ図である。 異なる液体噴霧に対する液滴粒径分布の３つの測定値を示すグラフ図である。 異なる圧力における液体噴霧に対する液滴粒径分布の３つの測定値を示すグラフ図である。 異なる圧力における液体噴霧に対する液滴粒径分布の３つの測定値を示すグラフ図である。 異なる圧力における液体噴霧に対する液滴粒径分布の３つの測定値を示すグラフ図である。 異なる圧力における異なる液体噴霧に対する液滴粒径分布を比較する図である。 異なる圧力における異なる液体噴霧に対する液滴粒径分布を比較する図である。 異なる圧力における異なる液体噴霧に対する液滴粒径分布を比較する図である。 界面活性剤を含む液体噴霧に対する液滴粒径を示す図である。 界面活性剤を含む液体噴霧に対する液滴粒径を示す図である。 液体噴霧ノズルに隣接して位置する気体流バルブを有する、本発明に係るシリンダーの一態様を示す図である。 計器の後方にある電力調整電子機器と併合された、本発明に係る一システムの一態様を示す図である。 電力グリッドとのインターフェイスの後方にある電力調整電子機器を本発明の一態様に取り込む他の方法を示す図である。 計器の後方での負荷平衡のための、本発明の一態様の使用を示す簡素化された模式図である。 本発明の一態様に係る旋回ノズル設計を通して流れる異なる液体に対する、圧力とノズル流速との関係のグラフ図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。 別の旋回ノズル設計の特徴を示す図である。
ここに記載された図面およびシステムは通常の記号を用いて構成されうるが、異なる態様から認識されうる様々な実施を反映するために、図面はより一般的な方法で準備される。
本発明はいくつかの具体的な態様を参照して説明されるが、その記載は本発明の例示であって、本発明を限定するものとして解釈されるものではない。本発明に対する様々な修正は、本発明の真の精神および範囲から外れることなく、当業者による好ましい態様となり得る。より深い理解のため、要素が指定され、様々な数字を通して参照符号が用いられることをここに記す。
（シングルステージシステム）
図１は本発明の圧縮空気エネルギー保存システム２０のもっとも簡単な態様を示し、重要な原理の多くを例示する。簡潔に書くと、現存する圧縮空気エネルギー保存システムの設計を向上させるこれらの原理の中には、圧縮および膨張の間、熱交換を容易にするために液体を空気と混合する工程を含むことによってプロセスの効率を向上させ、空気を圧縮することと膨張することの両方のための同じ機構を活用するものもある。最後に、バルブタイミングを電気的に制御することによって、所定の圧縮空気の量からのもっとも高い可能な仕事出力が得られうる。
図１にもっともよく示されるように、エネルギー保存システム２０は、その内部にピストン装置２３等の受け皿を往復運動させるために形成されたチャンバー２２を画定するシリンダー装置２１を含む。圧縮空気エネルギー保存システム２０はまたシリンダー装置２１と一緒となる圧力セル２５をユニットとして含み、一つのステージの可逆的な圧縮／膨張機構（つまり、単一ステージ２４）を形成する。空気フィルター２６，気液分離機２７、およびパイプ３０および３１を介して低圧側の圧縮／膨張機構２４に流体的に接続されている液体４９ｄをそれぞれ含む液体タンク２８がある。高圧側には、空気保存タンク３２が入口パイプ３３および出口パイプ３４を介して圧力セル２５に接続されている。２つの出力ノズル１１および４４に沿って、複数の二方・二位置バルブ３５〜４３が設けられる。この具体的な態様はまた液体ポンプ４６および４７を含む。しかしながら、液体タンク２８の位置がシリンダー装置２１の位置よりも高いならば、水はシリンダー装置に重力によってフィードされ、ポンプ４６の必要性が除かれることが好ましいであろう。
簡潔に書くと、大気中の空気がパイプ１０を介してシステムに入り、フィルター２６を通過し、パイプ３０を介してシリンダー装置２１のシリンダーチャンバー２２に入り、そこで液圧もしくは他の機械的なアプローチによるピストン２３の作用によって圧縮される（図８参照）。圧縮が始まる前に、圧力セル２５からパイプ４８を介して、噴霧ノズル４４を用いて、液体ミストがシリンダー装置２１のチャンバー２２に導入される。この液体は、水、油、もしくは十分に高い熱容量特性を有する、圧力セルからの他の適切な液体４９ｆであり得る。システムは好ましくは実質的に大気温で運転され、高温に耐えうる液体が必要とされない。液体ミストの主要機能はシリンダーチャンバー内における空気の圧縮中に発生する熱を吸収することである。そのため、それぞれの圧縮ストロークの間にチャンバーに注入されるミストの所定量は、そのストロークの間に発生する熱の全てを吸収するために必要とされる量である。ミストが濃縮されるにつれて、それがシリンダーチャンバー２２内で液体物４９ｅとして回収する。
その後、圧縮空気／液体混合物はパイプ５１を介して出口ノズル１１を通って圧力セル２５に移送される。圧力セル２５内において、移送された混合物は、セル内に含まれる液体物４９ｆへの圧縮によって発生する捕捉された熱を交換する。空気は、液体を通して、かつ、圧力セルの上部で泡立ち、その後、パイプ３３を介して空気保存タンク３２に進む。
膨張サイクルは原則的に圧縮サイクルの逆のプロセスである。空気はパイプ３４を介して空気保存タンク３２を離れ、圧力セル２５内の液体４９ｆを通して泡立たせ、パイプ５５を介してシリンダー装置２１のチャンバー２２に入り、そこでピストン２３もしくは他の機械的連結機構を駆動させる。再度、膨張プロセス中、シリンダーチャンバー内で略一定の温度を維持するために膨張の間、出口ノズル４４およびパイプ４８を介して、液体ミストがシリンダーチャンバー２２に導入される。空気の膨張が完了した時、分離された液体が再利用されうるように、用いられた空気およびミストが気液分離機２７を通過する。最後に、パイプ１０を介して空気が大気に放出される。
圧縮の間に発生する熱を除去するために、もしくは膨張の間に吸収されるチャンバーに熱を加えるために、圧力セル２５内に収容される液体４９ｆは連続的に熱交換器５２を通して循環される。従来型の空冷式もしくは水冷式の熱交換器（この図には示されないが、図３における１２として示される）を介して、この循環液が次々にシステム外にある熱溜まり（例：大気、池、等）と熱を交換する。内部の熱交換器５２と連通するパイプ５３および５４を介して、循環液が外部の熱交換器に向けて、および熱交換器から運ばれる。
図１の装置はさらにコンピューター読み出し可能保存装置１００２と電気的に連結されるコントローラー／プロセッサー１００４をさらに含み、それはどのような構造も取り得て、以下に限定されるものではないが、半導体の原理、磁気保存原理もしくは光学保存原理に基づくものを含む。コントローラー１００４はシステム内の能動素子の領域と電気的に連結されるものとして示され、以下のものに限定されるものではないが、バルブ、ポンプ、チャンバー、ノズルおよびセンサーを含む。本システムによって用いられるセンサーの具体例は、以下のものに限定されるものではないが、圧力センサー（Ｐ）１００８、１０１４および１０２４、温度センサー（Ｔ）１０１０、１０１８、１０１６および１０２６、湿度センサー（Ｈ）１００６、体積センサー（Ｖ）１０１２および１０２２、および流量センサー１０２０を含む。
以下に詳細を示すように、１つ以上のシステム要素から受け取られる入力、およびそれらの入力から計算され得る数値にも基づいて、コントローラー／プロセッサー４は、１つ以上の目的を達成するためにシステムの運転を動的に制御し得る。目的は以下のものに限定されるものではないが、以下のものを含む：最大化もしくは制御された保存されたエネルギーの有効仕事への変換効率、最大化、最小化、もしくは制御された動力出力、予期される動力出力、ピストンと連結する回転シャフトの予期される出力速度、ピストンと連結する回転シャフトの予期される出力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの予期される入力速度、ピストンと連結する回転シャフトの予期される入力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの最大出力速度、ピストンと連結する回転シャフトの最大出力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの最小出力速度、ピストンと連結する回転シャフトの最小出力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの最大入力速度、ピストンと連結する回転シャフトの最大入力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの最小入力速度、ピストンと連結する回転シャフトの最小入力トルク、もしくは、それぞれのステージにおける最大の予期される空気の温度差。
本シングルステージシステムの圧縮サイクルは以下のように進行する：
圧縮サイクルのステップ１の間、ピストン２３が上死点（ＴＤＣ）に達する時にシリンダー装置内の死容積がゼロになるように、液体４９ｄが液体タンク２８からシリンダー装置２１のチャンバー２２に加えられる（液体物４９ｅとして回収）。これは時々なされなければならないだけであり、このステップはサイクルの大多数で省略される。
圧縮サイクルのステップ２の間、圧力セル２５から液体ミストが、パイプ４８およびノズル４４を介してシリンダーチャンバー２２に、ポンプ４７を介して送りこまれる。選択されたミストの数は圧縮ステップ（ステップ３）の間に発生する熱を吸収するのに十分である。液体ミストの体積分率は液滴が実質的に一緒に結合しないほど十分に低く、そのため、熱交換のために利用可能な有効表面積（つまり、空気と液体との間の界面）が減少する。概して、ポンプ４７の運転が必要とされないように、圧力セル２５とシリンダー装置２１のチャンバー２２との間の圧力差は十分に高い。
圧縮サイクルのステップ３の間、液圧もしくは他の機械的構造（図８参照）によってピストンロッド１９と接続されるクランクシャフト（不図示）によってピストン２３が上方に駆動され、シリンダーチャンバー内に収容される空気およびミストを圧縮する。
シリンダーチャンバー２２内部の空気圧が圧力セル２５内部の圧力と略同じになる時に圧縮サイクルのステップ４が開始され、そこで出口バルブ３８が開放され、圧縮空気がシリンダーチャンバーから圧力セルに向けて流れ出す。圧縮サイクルのステップ１の間にシリンダー装置に加えられる液体のため、シリンダーチャンバー内の略全ての空気がこのステップの間に押し出されうる。取り込まれたミストとともに入口ノズル１１を通って圧縮空気が圧力セル２５に導入され、圧縮中に発生した熱がセル内の液体４９ｆと急速に交換されるように微細な泡を生成する。
圧縮サイクルのステップ５の間、バルブ３６およびパイプ３０を介して、ピストン２３が押し下げられ、低圧空気がシリンダー装置に補充される。上記表は、このステップの間は閉じられているものとしてバルブ３９を示し、このステップ５の間、オフになっているものとしてポンプ４７を示す。しかしながら、これは必須ではない。他の態様においては、空気でシリンダー装置が満たされるにつれてミストがシリンダーチャンバーに導入されるように、ステップ５の間、バルブ３９が開放されうるし、ポンプ４７がオンでありえる。
本シングルステージシステムの膨張サイクルは以下のように進行する。
膨張サイクルのステップ１の間、システム内の死容積を除くように、液体タンク２８からシリンダーチャンバーに液体が加えられる。上述のように、これは稀にしか必要とされないであろう。圧縮サイクルと同様に、もし液体タンク２８がシリンダー装置２１のチャンバーの位置よりも高い位置に置かれるならば、ポンプ４６は除外されうる。
膨張サイクルのステップ２の間、正確な間隔で入口バルブ３７を開放することによって、所定の空気量Ｖ０がシリンダー装置のチャンバーに加えられ、それは圧力セル内の空気圧および所望の膨張比に左右される。必要とされるＶ０は所望の膨張比によって除されるシリンダー装置の容積の合計である。シングルステージシステムにとって、その比は大気中の空気保存タンク内の空気圧以下である。空気がシリンダーチャンバー２２に導入されていると同時に、入口ノズル４４を通して、（ポンプ４７を介して）圧力セルからの液体ミストがシリンダーチャンバーに送りこまれる。もし十分な圧力差が圧力セル２５とシリンダー装置２１との間に存在するなら、ポンプ４７は必須ではない。いったんシリンダーチャンバー内部の圧力が十分に高くなると、バルブ３７が閉じられる。このステップを発端にピストン２３がＢＤＣの方向に動かされ、クランクシャフト、液圧、もしくは他の機械的手段を介して、システムから動力を伝達する。
膨張サイクルのステップ３の間、ステップ２において導入された空気はチャンバー２２において膨張される。液体ミストもまたノズル４４を通してチャンバー２２に送りこまれ続ける。導入されるミストの所定の総量は、空気膨張の間、温度を略一定に保つためにシステムに十分な熱を加えるために必要とされる量である。このステップの間、ピストン２３はシリンダー装置の底に向けて駆動される。
この２ステップ膨張プロセス（第１ステップにおいて導入された空気量Ｖ０−ステップ２、そして第２ステップにおいて膨張される−ステップ３）によって、システムは圧縮空気において利用可能な略全てのエネルギーを引き出すことが可能となることが好ましいであろう。
膨張サイクルのステップ４の間、クランクシャフトもしくは他の機械的連結機構がピストン１９を上死点（ＴＤＣ）まで戻し、消費された空気および液体ミストをシリンダー装置から排気する。ピストンを駆動させるために必要とされる動力は、システムの運動量および／または他の位相の異なるピストンの動作によってもたらされる。排気空気は気液分離機を通過し、分離された液体は液体タンク２８に戻る。
（マルチステージシステム）
機械力がシステムに向けて、およびシステムから運ばれることによる機械的もしくは液圧的なアプローチによって提供されうるよりも大きな圧縮／膨張比が求められる時には、マルチステージが用いられるべきである。３ステージ（つまり、第１ステージ２４ａ、第２ステージ２４ｂ、および第３ステージ２４ｃ）を有するマルチステージ圧縮空気エネルギー保存システム２０は図２に模式的形態で示される。より多くもしくはより少ないステージを有するシステムが同様に構築される。以下の全ての符号において、文字ａ、ｂ、およびｃが数値指定とともに用いられる時（例：２５ａ）、それらはマルチステージエネルギー保存システム２０の個々のステージにおける要素を参照することに言及する。
本発明によれば、それぞれのステージは概して略同じ膨張比を有し得る。あるステージの膨張比ｒ１は全体の膨張比のＮ乗根である。すなわち下式のように表される。
ここでＲは全体の膨張比であり、Ｎはステージの数である。しかしながら、全てのステージの膨張比の積がＲである限り、異なるステージが異なる膨張比を有し得ることが好ましいであろう。すなわち、３ステージシステムにおいては、たとえば下式のように表される。
それぞれのステージを通して質量流量が略一定となるために、より低い圧力のステージはより大きな排気量を有するシリンダーチャンバーを有しなければならないであろう。マルチステージシステムにおいては、シリンダーチャンバーの相対的な排気量は以下の式によって支配される。
ここで、Ｖｉはｉ番目のシリンダー装置の容積であり、Ｖｆはシステムの合計排気量である（すなわち、シリンダー装置の全ての排気量の総和）。
例として、３ステージシステムの合計排気量が１リットルであると推定する。もしそれぞれのピストンのストローク長さが略同じであり、最終シリンダーチャンバーの内径（直径）と略同じであるならば、３つのシリンダーチャンバーの容積は、約１９ｃｍ３、１２７ｃｍ３、および８５４ｃｍ３である。３つのシリンダーチャンバーに対して約１０．３ｃｍのストローク長さを伴い、内径は約１．５４ｃｍ、３．９６ｃｍ、および１０．３ｃｍである。最も低圧のシリンダー装置は最大のものであり、最も高圧のシリンダー装置は最小のものである。
３つのステージ２４ａ、２４ｂおよび２４ｃがどのように液圧システム（例：液圧モーター５７および６個の液圧シリンダー６１ａ１〜６１ｃ２）と接続され、連続的なほぼ一様の動力出力を生み出し得るかの模式図が図９である。それぞれの対応する圧縮空気駆動シリンダー装置２１ａ１〜２１ｃ２のそれぞれの圧縮空気駆動ピストン２３ａ１〜２３ｃ２が、それぞれのピストンロッド１９ａ１〜１９ｃ２を介して、それぞれの液圧シリンダー装置６１ａ１〜６１ｃ２の対応するピストン６０ａ１〜６０ｃ２と接続される。
上述のように、空気駆動シリンダー装置２１ａ１〜２１ｃ２のチャンバーは排気量の点で異なる。しかしながら、液圧シリンダー装置６１ａ１〜６１ｃ２のチャンバーは排気量の点で略同一である。それぞれの空気駆動ピストンによって生じる力が３つのステージに渡って略同一であるため、それぞれの液圧シリンダー装置は液圧モーター５７に略同一の圧力を供給する。この構造において、所定のステージ（例：第１のステージ２４ａ）を備える２つの空気駆動ピストン２１ａ１、２１ａ２はお互い１８０度位相が異なる状態で運転することに言及する。
（マルチステージシステムにおける熱交換を効率化するために液体ミストを用いるステージ）
もしステージが単動であり、熱交換を効率化するために液体ミストを用いるのであれば、上記のシングルステージシステムと名付けられたセクションに記載されたスキームに従ってステージが運転される。マルチステージ２０（例：図２の第２のステージ２４ｂ）のそれぞれの単動ステージは図４に模式的に示される。この構造においては、圧縮の間、２番目に低い圧力のステージ（例：第１のステージ２４ａ）の圧力セル２５ａから説明される第２のステージ２４ｂのシリンダーチャンバー２２ｂに空気が流れ、膨張の間、パイプ９２ａ／９０ｂを介して２番目に低い圧力のステージの圧力セルに空気が流れる。液体は、パイプ９３ａ／９１ｂを介して２番目に低い圧力のステージの圧力セル２５ａに向けて、および圧力セル２５ａから流れる。
その一方、圧縮の間、説明されたステージ（例：第２のステージ２４ｂ）の圧力セル２５ｂから、２番目に高い圧力のステージ（例：第３のステージ２４ｃ）のシリンダー装置のチャンバーへ向けて空気が流れ、膨張の間、パイプ９２ｂ／９０ｃを介して２番目に高い圧力のステージのシリンダー装置のチャンバーから空気が流れる。説明された空気圧縮／膨張機構（例：第２のステージ２４ｂ）が図１に示される主要な要素（第１のステージ２４のシリンダー装置２１および圧力セル２５）と正確に同じであり、例外として、図４において、あるステージの圧力セルから２番目に高い圧力のステージのシリンダー装置のチャンバーに液体を運ぶパイプ９３ｂがあることが好ましいであろう。高圧ステージにとってはパイプ９３ｂは必須ではない。それゆえ、シングルステージ構造の図面である図１および図３にはそれは表されていない。
説明されたステージが最も圧力の低いステージであるならば（例：図２の態様における第１のステージ２４ａ）、膨張サイクルの間はライン９０ａが空気を気液分離機（例：図１における分離機２７）に流し、圧縮サイクルの間は空気フィルター（例：図１におけるフィルター２６）から流す。同様に、もし説明されたステージが最も圧力の低いステージであるならば、ライン９１ａは液体タンクへ向けて、および液体タンクから液体を伝える。もし説明されたステージが最も圧力の高いステージであるならば（例：第３のステージ２４ｃ）、パイプ９２ｃを介して、空気が、空気タンク（例：図１における空気タンク３２）へ向けて、および空気タンクから運ばれる。
（熱交換を効率的に行うために泡を用いる単動ステージ）
空気が圧縮されるにつれて空気を冷却する、もしくは空気が膨張されるにつれて空気を加熱するために、シリンダー装置もしくは圧力セルに噴霧される液体ミストを用いる代わりに、本発明のある具体的な態様は逆の手順を用いる。すなわち、図６にもっともよく示されるように、シリンダー装置２１ｃのチャンバー２２ｃ内の液体物４９ｃ１を通して空気が泡立てられる。必要な熱交換を効率化するために必要とされるミストの体積分率が圧縮サイクルの間に結合する液滴の高い割合を引き起こすのに十分に高くなるだろう際に、このプロセスが上述のミストのアプローチに優先して用いられるべきである。概して、これはより高い圧力で起こる。それゆえ、図６における指示子ｃの使用（例：２５ｃ）は第３もしくは高圧ステージを示す。
図１に関連して上述されるように、図６の装置はコンピューター読み出し可能保存装置６００４と電気的に連結されるコントローラー／プロセッサー６００２をさらに有し、どんな構造でもあり得て、以下に限定されるものではないが、半導体の原理、もしくは、磁気保存または光学保存の原理に基づくものを含む。コントローラー６００２はシステム内の能動素子の領域と電気的に連結されるものとして示され、以下に限定されるものではないが、バルブ、ポンプ、チャンバー、ノズル、およびセンサーを含む。本システムによって用いられるセンサーの具体的な例は、以下に限定されるものではないが、圧力センサー（Ｐ）６００８および６０１４、温度センサー（Ｔ）６０１０、６０１６および６０１８、および体積センサー（Ｖ）６０１２を含む。
図６は熱交換を容易にするために泡を用いるステージを説明する。この単動ステージシステムのための圧縮サイクルは以下のように進行する。
その一方、この単動ステージシステムのための膨張サイクルは以下のプロセスを用いる。
このステージ（例：第３のステージ２４ｃ）におけるシリンダー装置２１ｃのチャンバー２２ｃからの空気−液体混合物は、膨張サイクルの間、バルブ１０８ｃおよびパイプ９１ｃ／９５ｂを介して、２番目に低い圧力のステージ（例：第２のステージ２４ｂ）の圧力セル２５ｂに運ばれる。圧縮の間、たとえばパイプ９２ｂ／９０ｃを介して２番目に低い圧力のステージ２４ｂから、この第３のステージ２４ｃ内のシリンダー装置２１ｃのチャンバー２２ｃに空気が運ばれる。
その一方、たとえば、この第２のステージ２４ｃの圧力セル２５ｃからの空気は、直列バルブ４１ｃの操作とともにパイプ９２ｃ／９０ｄを介して２番目に高い圧力のステージのシリンダーチャンバー２２ｄに向けて、およびシリンダーチャンバー２２ｄから運ばれる。このステージの圧力セル２５ｃからの液体４９ｃは、たとえばパイプ９３ｃ／９４ｄを介して、２番目に高い圧力のステージ２４ｄのシリンダーチャンバー２２ｄに運ばれる。（その膨張サイクルの間、）２番目に高い圧力のステージのシリンダーチャンバー２２ｄからの空気−液体混合物はパイプ９１ｄ／９５ｃを介してこのステージの圧力セル２５ｃに運ばれる。
いくつかのマルチステージシステムにおいて、他の（高圧）ステージがそこからのエネルギーを保存および除去するために泡の技術を用い得る一方、（低圧）ステージは液体ミスト技術を用い得ることが好ましいであろう。
（多相）
ここまでに説明されたシステムは単相の態様を表すものである。すなわち、全てのピストンは１サイクルの過程にわたって一緒に動く。たとえば膨張の間は、これによってサイクルの半分の間は機械的な作業出力量が変化し、サイクルの残り半分の間に作業入力が必要となる。そのような作業入力はフライホイール（不図示）の使用によって容易になり得る。
１サイクルの過程にわたる動力出力をスムースにし、フライホイールの必要性を低減するため、ある態様においては、マルチシステム相が用いられ得る。そのため、Ｎ組のピストンが別々に３６０／Ｎ°動作し得る。たとえば、４式のピストンは９０°位相がずれて動作し、出力をスムースにし、自動スタートおよび動作の優先方向を効率的にする。シリンダー装置を圧力セルと接続するバルブはサイクルの半分以下の間のみ開放され、１８０°の２つの位相それぞれの間で圧力セルを共有することが可能になることに言及する。
もしＮ相が用いられていて、Ｎが偶数であれば、一対の相は１８０°であり、複動ピストンを用いて実行され得る。図５は、熱交換を効果的に行うために液体ミストを用いる複動ステージを示す。ピストンのそれぞれの半分は、シングルステージシステムのセクションで要点が説明された手順に従って動かされるが、１８０°位相がずれている。
図１に関連して上述されるように、図５の装置はコンピューター読み出し可能保存装置５００４と電気的に連結されるコントローラー／プロセッサー５００２をさらに含み、それはどのような構造も取り得て、以下に限定されるものではないが、半導体の原理、もしくは磁気保存または光学保存の原理に基づくものを含む。コントローラー５００２は本システムにおける能動素子の領域と電気的に連結されるものとして示され、以下に限定されるものではないが、バルブ、ポンプ、チャンバー、ノズル、およびセンサーを含む。本システムによって用いられるセンサーの具体的な例は、以下に限定されるものではないが、圧力センサー（Ｐ）、温度センサー（Ｔ）、湿度センサー（Ｈ）、および体積センサー（Ｖ）を含む。
図５で説明される複動ステージのための圧縮サイクルは以下のように進行する。
ピストン内の液面が運転中の長い時間にわたって略同じに保たれるので、いくつかの具体的な態様において、ステップ５は不必要であり、大多数のサイクルにおいて省略されうることに言及する。
その一方、図５に説明される複動ステージのための膨張サイクルは以下のように進行する。
圧縮と同様に、ステップ５はまれにしか必要とされず、サイクルの大部分において省略され得ることに言及する。
（複数のシリンダー装置を備えるステージ）
マルチステージシステム２０内の全てのシリンダー装置が略同じサイズであることが望ましいのであれば、より大きな（低圧の）シリンダー装置は、平行に連結される、２つ以上のより小さなシリンダー装置に分割され得る。そのようなステージの例が図７に示され、それが図４の態様のステージの別の態様である。この構造において、４つの実質的に同様なシリンダー装置２１ｂ１〜２１ｂ４が、液体物４９ｂを含む単一の圧力セル２５ｂを共有する。しかしながら、システムが全体としてより一様に動力を運び得るようにシリンダー装置をお互いに位相をずらして動かすことが望ましいならば、別々の圧力セルがそれぞれのシリンダー装置に対して必要となるだろう。上述のように、例外は１８０°位相をずらしたシリンダー装置であり、そこから共通の圧力セルを共有し得る。
図７の態様に戻り、上記シングルステージシステムのセクションに記載されたミスト式システムに用いられるスキームに従って、シリンダー装置２１ｂ１〜２１ｂ４のそれぞれが運転される。
マルチシリンダー装置ステージは単動もしくは複動であってもよく、熱交換を効果的に行うために液体ミストか泡のどちらかを使用し得る。マルチステージシステムは、単一のシリンダー装置を有するステージと、複数のシリンダー装置を有するステージと、を有し得る。
（システムへ、およびシステムから機械力を運ぶ選択肢）
本発明に係るステージに向けて、およびステージから動力を運ぶために、少なくとも４つの方法が適用され得る。これらは以下に述べられ、図８に例示される。
Ｗ．直動液圧シリンダー装置２１ｗが示され、以下のように動かされる。膨張サイクルの間、バルブ１２１ｗおよびパイプ１２２ｗを介してシリンダー装置２１ｗのチャンバー２２ｗに入る空気によって、圧力液４９ｗがバルブ１２３ｗから出される。それから、それがパイプ１２４ｗを通過する。そのため、液体に対して空気圧によって印加される力は、機械力を生み出すために液圧装置（例：図９に示されるように、液圧モーター５７、液圧シリンダー装置、もしくは水力タービン）を動かすために用いられ得る。圧縮サイクルの間、逆のプロセスが起こる。機械力の外部源が液圧ポンプもしくはシリンダー装置を動かし、バルブ１２３ｗを通して圧力液４９ｗをシリンダーチャンバー２２ｗに入れ、チャンバー内の空気を圧縮する。空気が所望の圧力に達した時、バルブ１２１ｗが開放され、圧縮空気をシリンダーチャンバー２２ｗから２番目に高い圧力のステージもしくは空気タンクに流す。
Ｘ．単動ピストン２３ｘ（図４にも示される）はピストンロッド１９ｘを介して従来型のクランクシャフトと接続され得る。その動作は上述のシングルステージシステムのセクションにおいて詳しく説明されている。
Ｙ．複動ピストン（図５にも示される）は同様にピストンロッド１９ｙを介してクランクシャフトに接続され得る。その動作は上述の多相と銘打たれたセクションにおいて詳しく説明されている。
Ｚ．ダイヤフラム１２５を有する液圧シリンダー装置２１は、膨張サイクルの間、バルブ１２１ｚを介して空気がシリンダーチャンバー２２ｚに入る時にダイヤフラム１２５が下方向に力を加えられるように示されている。そのため、圧力液４９ｚはバルブ１２３ｚおよびパイプ１２４ｚを通るように強いられるか、追いやられる。同様に、圧縮サイクルの間、圧力液４９ｚはバルブ１２３ｚを通り、シリンダーチャンバー２２ｚに入るように強いられ、ダイヤフラム１２５を上方向へそらし、チャンバー２２ｚの上部において空気を圧縮し、それからバルブ１２１ｚを介して外に出て行く。
これらの４つの選択肢の全てが、熱伝導を効果的に行うために液体ミスト技術か泡技術のどちらかとともに用いられ得る。ミストもしくは泡を供給するために必要なバルブおよびノズルは図８には示されていない。
上記の例はピストンの使用を示しているが、他のタイプの可動要素が用いられ得て、本発明の範囲の範疇に入る。用いられ得る他のタイプの装置の例は以下に限定されるものではないが、スクリューコンプレッサー、マルチローブブロワー、ベーンコンプレッサー、ジェロータ、およびクアシタービン（ｑｕａｓｉ−ｔｕｒｂｉｎｅｓ）を含む。
（シングルステージの単動エネルギー保存システム）
図３の態様を参照して、直動液圧シリンダー装置（上記オプションＡ）として構成される２つの圧力セル２５ｄおよび２５ｅを利用するシングルステージの単動エネルギー保存システム２０が例示される。２つの圧力セルはお互いにほぼ１８０°位相をずらして動かされる。液体ミストが圧縮サイクルの間の熱交換を効果的に行うために用いられ、泡とミストとの両方が膨張サイクルの間の熱交換を効果的に行うために用いられる。
図１に関連して上述されるように、図３の装置はコンピューター読み出し可能保存装置３００８と電気的に連結されるコントローラー／プロセッサー３００６をさらに含み、それはどのような構造も取り得て、以下に限定されるものではないが、半導体の原理、もしくは磁気保存または光学保存の原理に基づくものが含まれる。コントローラー３００６は本システム内の能動素子の領域と電気的に連結されるものとして示され、以下に限定されるものではないが、バルブ、ポンプ、チャンバー、ノズル、およびセンサーを含む。本システムによって用いられるセンサーの具体的な例は以下に限定されるものではないが、圧力センサー（Ｐ）３０１６、３０２２および３０３８、温度センサー（Ｔ）３０１８、３０２４および３０４０、湿度センサー（Ｈ）３０１０、および体積センサー（Ｖ）３０３６、３０１４、および３０２０を含む。
シングルステージの単動エネルギー保存システム２０の圧縮サイクルは以下のように進行する。
ステップ１の間、液圧ポンプモーター５７を用いて圧力セル２５ｅから圧力セル２５ｄに流体が送り込まれることによって、セル２５ｄ内部の空気を圧縮する。流体ミストがノズル１４１を通して噴霧され、圧縮熱を吸収する。セル２５ｄ内部の圧力が空気タンク３２の圧力に達した時、バルブ１３２が開放され、圧縮空気が空気タンクに向けて流れる。これらのステップが進行するにつれ、大気圧での空気がパイプ１０および空気フィルター２６ｄを介し、それからセル２５ｅに入ってシステムに入り、それから送り込まれた流体を置換する。
全ての空気がセル２５ｄから追い出される時、プロセスは逆に進み、液体をセル２５ｄからセル２５ｅに送り込むために４方バルブ１３８が状態を変更してステップ３が開始され、セル２５ｅ内部の空気が圧縮される。そのため、連続サイクルにおいて、液体がセル２５ｄと２５eとの間を行ったり来たりする。
シングルステージの単動エネルギー保存システムの膨張サイクルは以下のように進行する。
ステップ１において、圧縮空気がノズル１１ｄを介して圧力セル２５ｄに泡立てられる。泡がたつにつれて、それらは液体物４９ｄと熱を交換する。空気はセル２５ｄから追いやられ、パイプ１３９ｄを通過し、液圧モーター５７を駆動させることによって機械力を運ぶ。
ステップ２において、圧縮空気をセル２５ｄに入れるバルブ１３３が閉じられ、セル２５ｄ内の空気が膨張し、モーター５７を動かし続ける。ステップ３において、いったん、ステップ１において入れられた空気がセル２５ｄの上部に上昇し、液体物４９ｄともはや熱を交換できなくなると、流体ミストがノズル１４１を介してセルに噴霧され、膨張中の空気をさらに加熱する。
ステップ１、２、および３の間、流体が液圧モーター５７を通過するので、それはパイプ１３９ｅを通り続け、圧力セル２５ｅに入り、そのセル内にある空気をパイプ１４０から出して液体トラップリザーバー１３ｄに入れ、それから空気フィルター２６ｄおよび最終的にパイプ１０を介して空気が大気に放出される。
ステップ４、５および６はステップ１、２および３に酷似している。すなわち、圧縮空気が圧力セル２５ｅに泡立てられ、流体に液圧モーター５７を通過させ、それから圧力セル２５ｄに入れる。
もしタンク１３ｅが運転中に使い尽くされるならば、余剰液体が、タンク１３ｄの底からセル２５ｄおよび２５ｅに、パイプ１４０と接続される不図示のポンプを用いて送りこまれる。
周囲と熱を交換する従来型の外部熱交換器１２と接続され、圧力セル２５ｄおよび２５ｅ内のコイル５２ｄおよび５２ｅによって示されるように、熱を伝導する空気および取り込まれた滴（熱交換器）のために、液体トラップ１３ｄおよび１３ｅの両方は、時間とともに温度を変化させる。そして、温度を周囲温度近くまで和らげる。
ステップ１および３の間にセル内で泡立てられた圧縮空気の体積は所望の動力出力次第である。もしセル内の全ての液体を動かすことなく空気が大気まで完全に膨張し得るならば、最大仕事量がストロークの間になされるだろう。もしストロークの間に空気が完全に膨張しないのならば、動力出力を等しくするその他の全てが効率の犠牲においてより高くなるだろう。
泡が液体を通してできている間、液体物とのほぼ全ての熱交換が起こるので、ストロークの行程の間に、空気泡が液体の表面に達するように圧力セルは不十分な高さではあり得ないことに言及する。しかしながら、排気ストロークが完了するまでに流体から完全に分離するために、それらは泡の列にとって十分に高くなければならない。もしシステムがゆっくり運転されなければならないならば、泡のいくつかは膨張が完了する前に頂点に達するだろう。この事象においては、膨張サイクルのノズル１４１（ステップ３において）もしくは１４２（ステップ６において）を通して液体ミストが噴霧される。
図３は基本原理を説明するためのものである。より大きな膨張比が望まれるシステムにおいては複数ステージ２４の使用が求められる。
（システムの構成）
この発明に従って設計される複数のエネルギー保存システムの態様が可能であることが理解されるだろう。これらのエネルギー保存システム２０はシングルステージもしくはマルチステージであり得る。ステージは単一シリンダー装置もしくはマルチシリンダー装置であり得る。熱交換は液体ミストを介して、もしくは泡を介して効果的であり得る。前述のセクションで説明される少なくとも４つの方法のいずれかを介して、動力がシステムに、もしくはシステムから運ばれ得る。可能な構成のそれぞれが具体的なアプリケーションもしくは一連の設計の優位性に長所を有する。ここでこれらの構成の全てを説明することは現実的ではないだろうが、求められるようなこれらの可能なエネルギー保存システムのいずれかを構成するように、当業者にとって、与えられた情報が十分であるはずである。
共通して以下の要素を有し得る構成もある。
１．空気との高表面積接触における液相によって効果的になる、必要とされる熱交換と一緒の、空気の近等温膨張および圧縮。
２．空気の圧縮および膨張の両方を可能にする可逆的機構。
３．圧縮空気の所定量から可能な最大作業出力を得るためのバルブタイミングの電気的制御。
４．もしエネルギー保存システムが液圧モーターもしくは水力タービンを用いるならば、その装置のシャフトが直接もしくはギヤボックスを介して電動発電機に接続される。もしエネルギー保存システムが往復運動するピストンを用いるならば、往復運動をシャフトのトルクに変換し得るクランクシャフトもしくは機械的連結機構が用いられる。
（膨張中の廃熱利用）
等温で運転するために、仕事中に（つまり、ピストンを押すこと、もしくは圧力液を動かすことによって）空気が膨張するにつれて冷却される空気の傾向は、外気もしくは水（例：流れもしくは湖）との熱交換によって是正されなければならない。しかしながら、もし他の熱源（たとえば復水器からの湯）が利用可能ならば、膨張サイクルの間、それが有利に用いられ得る。図１において、上記シングルステージシステムのセクションで説明されたように、パイプ５３および５４が外部熱交換器に繋がる。もしそれらのパイプが代わりに熱源に向かっているならば、膨張プロセスの効率は劇的に向上され得る。
システムは外気温と略同じもしくは近傍で運転されているので、この点において有益であるために、熱源は外気よりもわずか数度上回っていることが必要である。しかしながら、サイクルを通して膨張プロセスを外気温と同じもしくは上に保つために求められる全ての熱を供給するために十分な熱質量を熱源は持たなければならない。
上記に詳細が説明されるように、本発明に係るエネルギーを保存および回収するシステムおよび方法の態様は、プロセッサーおよびコンピューター読み出し可能保存媒体を含むホストコンピューターと連結されての実施にかなり適している。そのようなプロセッサーおよびコンピューター読み出し可能保存媒体は装置に組み込まれ得る、および／または、外部の入力／出力デバイスを通して、制御もしくはモニターされ得る。図２０は、本発明の一態様に係る情報を処理する計算装置の簡素化された図である。この図は単なる例示であり、ここに請求項の範囲を限定するものではない。当業者は多くの他の変形、修正および代用を認識するだろう。本発明に係る態様は、ブラウザのような単一のアプリケーションプログラムで実行され得る、もしくは、クライアント−サーバ関係におけるワークステーション、パーソナルコンピューターもしくはリモート端末のような分散コンピューター環境における複数のプログラムとして実行され得る。
図２０は、ディスプレイデバイス２０２０、ディスプレイスクリーン２０３０、キャビネット２０４０、キーボード２０５０、およびマウス２０７０を含むコンピューターシステム２０１０を示す。マウス２０７０およびキーボード２０５０は「ユーザ入力デバイス」を表す。マウス２０７０は、グラフィカル・ユーザ・インターフェースデバイス上のボタンの選択のためのボタン２０８０を含む。ユーザ入力デバイスの他の例は、タッチスクリーン、ライトペン、トラックボール、データグローブ、マイクロフォン、等である。図２０は、本発明を具体化するシステムの１つのタイプ以外の代表例である。多くのシステムのタイプおよび構成が本発明とともに使用するのに適していることは、当業者にとってきわめて自明であろう。好ましい態様において、コンピューターシステム２１１０は、ペンティアム（登録商標）クラスを基礎とするコンピューター、マイクロソフト社による、稼働するＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）ＸＰ（商標）もしくはＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標） ７（商標）のオペレーティングシステムを含む。しかしながら、本発明の範疇から外れない範囲で、当業者によって、本装置は、他のオペレーティングシステムおよび基本設計概念に容易に適用される。
述べたように、マウス２１７０は、たとえばボタン２１８０のような１つ以上のボタンを有し得る。キャビネット２１４０は、たとえば、ディスクドライブ、プロセッサー、保存装置等のようなよく知られているコンピューター部品を収納する。保存装置は以下に限定されるものではないが、ディスクドライブ、磁気テープ、固体メモリ、バブルメモリ、等を含む。キャビネット２１４０は、たとえば、コンピューターシステム２１１０を外部デバイス、外部保存装置、他のコンピューター、追加の周辺機器、さらには以下に記載するものに接続するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースカードのような追加のハードウェアを含み得る。
図２０Ａは、図２０のコンピューターシステム２０１０における基本サブシステムの例示である。この図は単なる例であり、請求項の範囲はここに限定されるべきではない。当業者は、他の変形、修正、および代用を認識するだろう。ある態様において、サブシステムはシステムバス２０７５を介して相互接続される。たとえば、プリンター２０７４，キーボード２０７８、固定ディスク２０７９、ディスプレイアダプター２０８２と接続されるモニター２０７６、および他のような追加サブシステムが示される。Ｉ／Ｏコントローラー２０７１と接続する周辺機器および入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスは、たとえばシリアルポート２０７７のような当業者に既知の多くのアプローチによってコンピューターシステムに接続され得る。たとえば、シリアルポート２０７７はコンピューターシステムをモデム２０８１に接続するために用いられ得て、同様に、たとえば、インターネット、マウス入力デバイス、もしくはスキャナーのようなワイドエリアネットワークに接続される。システムバスを介した相互接続によって、セントラルプロセッサー２０７３は、それぞれのサブシステムと通信でき、および、サブシステム間の情報の交換だけでなくシステムメモリ２０７２もしくは固定ディスク２０７９からの命令の実行を制御することができる。サブシステムおよび相互接続の他のアレンジが当業者によって容易に実現可能である。システムメモリおよび固定ディスクはコンピュータープログラムの保存用の有形媒体の例であり、有形媒体の他の例は、フロッピー（登録商標）ディスク、着脱式ハードディスク、たとえばＣＤ−ＲＯＭやバーコードのような光学保存媒体、たとえばフラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびバッテリーバックメモリのような半導体メモリを含む。
図２１は、プロセッサー／コントローラー間の関係、受け取られる様々な入力、実行される機能、およびプロセスコントローラーによって生み出される出力を示す模式図である。示唆されるように、１つ以上の入力に基づいて、プロセッサーは装置の様々な運転特性を制御し得る。
制御され得るそのような運転パラメーターの一例は、膨張サイクルの間に流入空気をシリンダーに入れるバルブの開閉タイミングである。図１１Ａ〜Ｃは図１のシングルステージシステムのシリンダー２２の簡素化された拡大図であり、前述のように膨張サイクルに耐える。
具体的には、膨張サイクルのステップ２の間、制御された時間間隔の間、バルブ３７を開放することによって、所定量Ｖ０の空気が圧力セルからチャンバーに加えられる。この空気の量Ｖ０は、ピストンが膨張ストロークの終点に達する時にチャンバー内部の所望の圧力が得られるように計算される。
ある場合においては、もしステージが最も圧力の低いステージであるか唯一のステージであるならば、この所望の圧力は２番目に圧力の低いステージもしくは大気圧とほぼ等しくなるだろう。そのため、膨張ストロークの終点においては、初期の空気量Ｖ０におけるエネルギーは完全に消費され、膨張した空気を２番目に圧力の低いステージに動かす際に無駄になるエネルギーはほとんどないか、全くない。
この目標を達成するために、所望の空気量（Ｖ０）をチャンバーに入れることができる間のみバルブ３７が開放され、その後、ステップ３〜４において（図１１Ｂ〜Ｃ）、バルブ３７は閉状態が維持される。ある態様においては、チャンバー内部の所望の圧力は、２番目に低いステージの、１ｐｓｉ以内、５ｐｓｉ以内、１０ｐｓｉ以内、もしくは２０ｐｓｉ以内であり得る。
他の態様においては、バルブ３７がＶ０よりも大きな初期空気量を入れるようにコントローラー／プロセッサーがバルブ３７を制御し得る。たとえば、エネルギー回収の効率を犠牲にして、より大きな動力が所定の膨張サイクルから望まれる時、そのような指示が与えられ得る。
圧縮の間、バルブの開閉タイミングも注意深く制御され得る。たとえば、図１１Ｄ〜Ｅに示すように、ミストの追加および圧縮に対応する表のステップ２および３において、シリンダー装置と圧力セルとの間のバルブ３８が閉状態のまま維持され、シリンダー内部で圧力が高まる。
従来型のコンプレッサー装置においては、蓄積された圧縮空気がチェックバルブによってベッセル内部に収容され、閾値圧力に応答して機械的に開放されるように設計されている。チェックバルブを作動させるために圧縮空気のエネルギーをそのように使用することが、有益な作業を実行するための空気からのエネルギーの能率的回収を損なう。
それに対して、図１１Ｆに示すように、本発明の態様は、所望の条件の下でバルブ３８を正確に開放するためにコントローラー／プロセッサーを用い得て、たとえば、そこではシリンダー内の蓄積圧力は圧力セル内の圧力を一定量上回る。この方法において、シリンダー内部の圧縮空気からのエネルギーはバルブ開放プロセスによって消費されず、エネルギー回収の能率は上昇する。圧縮空気をシリンダーから流出させるために制御に依存し得るバルブのタイプの態様は以下に限定されるものではないが、パイロットバルブ、カム操作ポペットバルブ、ロータリーバルブ、液圧作動バルブ、および電子作動バルブを含む。
シングルステージ装置のバルブ３７および３８の操作タイミングは上述したように制御され得る一方、他の態様におけるバルブが同様に制御され得ることが好ましいはずである。そのようなバルブの例は以下に限定されるものではないが、図３のバルブ１３０、１３２、１３３、１３４、１３６および１３７、図４のバルブ３７ｂおよび３８ｂ、図５のバルブ３７ｂ１、３８ｂ１、３７ｂ２および３８ｂ２、図６のバルブ１０６ｃおよび１１４ｃ、図７に示されるバルブ３７ｂ１〜４および３８ｂ１〜４を含む。
プロセッサーによって制御され得るシステムパラメーターの他の例はチャンバー内に導入される液体量である。たとえば、圧力、湿度、算出された効率、および他のような１つ以上の数値に基づいて、圧縮もしくは膨張の間にチャンバーに導入される液体量が注意深く制御され、運転の効率を維持し得る。たとえば、Ｖ０よりも大きい空気量が膨張サイクルの間にチャンバーに入ると、所望の温度範囲内で膨張中の空気の温度を維持するために追加の液体が導入されなければならないかもしれない。
本発明はこれらの上記具体的な態様に限定されない。他の方法および装置が本発明の範囲に含まれ得る。たとえば、シリンダー装置に液体を加えるステップは全てのサイクルの間に必須ではない。また、空気が注入されると同時に液体がチャンバーに加えられてもよい。
そのため、図１２Ａ〜Ｃに関係して示されるように、熱交換を効果的に行うために液体ミストを用いるシングルステージシステム用の圧縮サイクルの一態様におけるステップを以下の表が示し、図１と同様の要素が示される。
液体が空気と同時に導入される対応する膨張サイクルが以下の表に示され、図１３Ａ〜Ｃに関係する。
さらに、泡が熱交換を効果的に行うために用いられる場合、液体を補給するステップは全てのサイクルにおいて必須ではない。図１４Ａ〜Ｃに関係して、以下の表は、熱交換を効果的に行うために泡を用いるシングルステージシステム用の圧縮サイクルの一態様におけるステップを示し、そこでは図６におけるものと同様の要素が参照される。
このシステム用の対応する膨張サイクルが図１５Ａ〜Ｃに関連して以下の表に示される。
多相ステージ用の圧縮サイクルの一態様のステップが図１６Ａ〜Ｄおよび以下の表に示され、図５の要素を参照する。
複動ステージ用の対応する膨張サイクルが図１７Ａ〜Ｄおよび以下の表に例示される。
図１８Ａ〜Ｄに示されるシングルステージの単動エネルギー保存システム用の圧縮サイクルは以下の表に示され、シリンダー内への空気注入の際に噴霧されるミストを有し、図３に示される同様の要素を有する。
シングルステージの単動エネルギー保存システムの対応する膨張サイクルは図１９Ａ〜Ｄに示されるように以下のように進行する。
上述の具体的な態様における変形が可能である。たとえば、いくつかの態様においては、複数のピストンが共通のチャンバーと連結され得る。他の態様においては、マルチステージ装置が別々の圧力セルを含まなくてもよい。
たとえば、図１０の態様においては、図４の態様のように圧力セルを通すよりもむしろ、ステージが熱交換器を一緒に通して直接的に接続される。ステージ１が排気ステップを実行している時にステップ２が吸気ステップを実行しているように（圧縮中）、２つのステージにおける相対的な段階が注意深く制御されなければならない。ステージ２が排気ステップを実行している時に、ステージ１が吸気ステップを実行している（膨張中）。
タイミングが制御され、バルブ３７および１００５８が開放される時に熱交換器１００２４の両側の圧力が略同じになる。バルブ１００３６を開放し、ポンプ１００３２をオンにすることによって、噴霧ノズル４４用の液体がシリンダー２２内の余剰水から供給される。同様に、バルブ１００３８を開放し、ポンプ１００３４をオンにすることによって、噴霧ノズル１００６４用の液体がシリンダー１００４６内の余剰水から供給される。上述されるように、運転中のそのような正確なタイミングが、複数のシステム要素と連結されるコントローラー／プロセッサーの運転とともに実現され得る。
本発明は上述される具体的な態様に限定されない。たとえば、ミストとして空気に注入される液体として水が記載されているが、他の液体が用いられてもよく、本発明の範囲内である。用いられ得る液体の例は、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、およびアルコールを含む。
以下の付記項が圧縮に関連する。
（付記１）
エネルギーを保存するための方法であって、
第１の温度において、第１のチャンバーに、第１の量の空気を導入する工程と、
圧縮サイクルにおいて、前記第１の量の空気を、前記第１のチャンバーと接続される第１のピストンによって圧縮する工程と、
前記圧縮サイクルによって発生する熱エネルギーを吸収するために、第１の所定量の流体を前記第１の量の空気に注入することによって、圧縮中、前記第１の量の空気を第１の温度範囲に保つ工程と、
前記第１の量の空気の少なくとも一部を第１の圧力セルに移送する工程と、
を含む方法。
（付記２）
前記第１の所定量の流体が１つ以上の制御パラメーターに基づく、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記３）
前記制御パラメーターが、測定された物理特性から前記圧縮サイクル用に算出された、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記４）
前記制御パラメーターが、圧縮の間の前記第１の量の空気の温度における最大の増加を含む、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記５）
前記制御パラメーターが、前記チャンバー内部に液状で存在する流体の量を含む、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記６）
前記制御パラメーターが効率を含む、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記７）
前記制御パラメーターが前記ピストンへの動力の入力を含む、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記８）
前記制御パラメーターが前記ピストンの速度を含む、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記９）
前記制御パラメーターが前記ピストンにかかる力を含む、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記１０）
前記ピストンが、固体、液体、もしくは固定と液体との組み合わせである、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１１）
第１の温度から、前記流体の沸点以下の第２の温度まで、前記第１の量の空気の温度における変化によって、前記第１の温度範囲が反映される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１２）
前記流体が水を含む、
ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１３）
前記第１の温度範囲が約６０℃以下である、
ことを特徴とする付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記第１の所定量の流体が噴霧化もしくはミスト化によって注入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１５）
前記第１の量の空気から前記第１の所定量の流体に伝導された熱エネルギーが液体を通して空気を泡立てることによって促進される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１６）
前記圧力セルの内部の圧縮空気を保存タンクに移送する工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
以下の付記項は圧縮および膨張に関連する。
（付記１７）
膨張サイクルにおいて、前記第１の圧力セルから前記第１のチャンバーに第２の量の空気を移送する工程と、
前記第２の量の空気を膨張させて前記第１のピストンを駆動させる工程と、
膨張中の空気によって吸収される熱エネルギーを供給するために前記第２の量の空気に第２の所定量の流体を注入することによって、膨張中、前記第２の量の空気を第２の温度範囲に保つ工程と、
をさらに含む付記１に記載の方法。
（付記１８）
前記第１のピストンの駆動から電力を発生させる工程をさらに含む、付記１７に記載の方法。
（付記１９）
前記第２の所定量の流体が１つ以上の制御パラメーターに基づいている、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２０）
前記制御パラメーターが測定された物理特性から前記膨張サイクル用に算出された、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２１）
前記制御パラメーターが、膨張の間の前記第２の量の空気の温度における最大の増加を含む、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２２）
前記制御パラメーターが前記チャンバー内部に液状で存在する流体の量を含む、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２３）
前記制御パラメーターが効率を含む、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２４）
前記制御パラメーターが前記第１のピストンによる動力の出力を含む、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２５）
前記制御パラメーターが前記ピストンの速度を含む、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２６）
前記制御パラメーターが前記ピストンにかかる力を含む、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２７）
前記第１の所定量の流体が、噴霧化もしくはミスト化によって注入される、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２８）
前記第２の量の空気から、液体を通過する空気を泡立てることによって促進される前記第２の所定量の流体に、熱エネルギーが伝導される、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記２９）
前記流体が水を含む、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記３０）
前記膨張サイクルの間に追加熱エネルギーと連通するチャンバーを設置する工程をさらに含む、付記１７に記載の方法。
（付記３１）
前記追加熱エネルギーが他の熱源からの廃熱である、
ことを特徴とする付記３０に記載の方法。
（付記３２）
第１の温度から液体の凝固点以上の第２温度までの、前記第２の量の空気の温度における変化によって、前記第２の温度範囲が反映される、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記３３）
前記流体が水を含む、
ことを特徴とする付記３２に記載の方法。
（付記３４）
前記第２の温度範囲が約１１℃以下である、
ことを特徴とする付記３３に記載の方法。
（付記３４ａ）
前記第１のピストンの膨張ストロークの終点において、所望の圧力と略等しい前記第１のピストンにかかる圧力を生み出すように、前記第２の量の空気が構成される、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記３４ｂ）
前記所望の圧力が、２番目に低い圧力のステージの入力圧力であるか、もしくは周囲圧力である、
ことを特徴とする付記３４ａに記載の方法。
（付記３４ｃ）
前記所望の圧力は膨張効率を最大化するように算出される、
ことを特徴とする付記３４ａに記載の方法。
（付記３４ｄ）
前記所望の圧力は所望の水準の動力出力を生み出すように算出される、
ことを特徴とする付記３４ａに記載の方法。
（付記３４ｅ）
前記所望の圧力は、前記２番目に低い圧力のステージの入力圧力の約５ｐｓｉ以内である、
ことを特徴とする付記３４ａに記載の方法。
以下の付記項はマルチステージ運転に関連する。
（付記３５）
前記第１の圧力セルおよび第２の圧力セルと選択的に流体連通する第２のチャンバーを設ける工程と、
第２の温度において、第３の量の空気を、前記第１の圧力セルから前記第２のチャンバーに導入する工程と、
前記第２のチャンバーの圧縮サイクルにおいて、
前記第３の量の空気を、前記第２のチャンバーと接続される第２のピストンによって圧縮する工程と、
圧縮によって発生する熱エネルギーを吸収するために前記第３の量の空気に第３の所定量の流体を注入することによって、圧縮中、前記第３の量の空気を第３の温度範囲に保つ工程と、
前記第３の量の空気の少なくとも一部を、前記第２の圧力セルに移送する工程と、
をさらに含む付記１７に記載の方法。
（付記３６）
前記第２のチャンバーの膨張サイクルにおいて、前記第２の圧力セルから前記第２のチャンバーに第４の量の空気を移送する工程と、
前記第４の量の空気を膨張させ、前記の第２ピストンを駆動する工程と、
膨張中の空気によって吸収される熱エネルギーを供給するために前記第４の量の空気に第４の所定量の流体を注入することによって、膨張中、前記第４の量の空気を第４の温度範囲に保つ工程と、
前記第４の量の空気の少なくとも一部を、前記第２のチャンバーから前記第１の圧力セルに移送する工程と、
をさらに含む付記３５に記載の方法。
以下の付記項は膨張に関連する。
（付記３７）
保存されたエネルギーを放出する方法であって、
膨張サイクルにおいて、圧力セルから、内部に配置されたピストンを有するチャンバーに、多量の空気を移送する工程と、
前記多量の空気を膨張させ、前記ピストンを駆動する工程と、
膨張中の空気によって吸収された熱エネルギーを供給するために前記多量の空気に所定量の流体を注入することによって、膨張中、前記多量の空気を第１の温度範囲に保つ工程と、
を含む方法。
（付記３８）
前記所定量の流体が、１つ以上の制御パラメーターに基づく、
ことを特徴とする付記３７に記載の方法。
（付記３９）
前記制御パラメーターが、測定された物理特性から算出される、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４０）
前記制御パラメーターが、膨張の間の前記多量の空気の温度における最大の減少を含む、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４１）
前記制御パラメーターが、前記チャンバー内部に液状で存在する流体の量を含む、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４２）
前記制御パラメーターが効率を含む、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４３）
前記制御パラメーターが前記ピストンへの動力入力を含む、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４４）
前記制御パラメーターが前記ピストンの速度を含む、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４５）
前記制御パラメーターが前記ピストンの力を含む、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４６）
前記ピストンが、固体、液体、もしくは固定と液体との組み合わせである、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４７）
前記流体が水を含む、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４８）
第１の温度から第２の温度までの、前記第１の量の空気の温度における変化によって、前記第１の温度範囲が反映され、前記変化が所定値よりも小さい、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記４９）
より低い温度は前記流体の凝固点よりも大きい、
ことを特徴とする付記４８に記載の方法。
（付記５０）
より高い温度は前記流体の沸点よりも小さい、
ことを特徴とする付記４８に記載の方法。
（付記５１）
前記第１の所定量の流体は、噴霧化もしくはミスト化によって注入される、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記５２）
前記多量の空気から前記第１の所定量の流体に移送された熱エネルギーが、液体を通して空気を泡立てることによって促進される、
ことを特徴とする付記３８に記載の方法。
（付記５２ａ）
前記ピストンの膨張ストロークの終点において、所望の圧力と略等しい前記ピストンにかかる圧力を生み出すように前記多量の空気が構成される、
ことを特徴とする付記３７に記載の方法。
（付記５２ｂ）
前記所望の圧力が、２番目に低い圧力のステージの入力圧力であるか、もしくは周囲圧力である、
ことを特徴とする付記３７に記載の方法。
（付記５２ｃ）
前記所望の圧力は膨張効率を最大化するように算出された、
ことを特徴とする付記３７に記載の方法。
（付記５２ｄ）
前記所望の圧力は所望の水準の動力出力を生み出すように算出された、
ことを特徴とする付記３７に記載の方法。
（付記５２ｅ）
前記所望の圧力は前記２番目に低い圧力のステージの入力圧力の約５ｐｓｉ以内である、
ことを特徴とする付記３７に記載の方法。
以下の付記項はシステム運転中の温度差に関連する。
（付記５３）
内部に配置された可動ピストンを有するチャンバーと選択的に流体連通する圧力セルを備えるエネルギー保存システムを設ける工程と、
空気を前記チャンバーに流す工程と、
圧縮サイクルにおいて、前記チャンバー内部で前記空気を圧縮するためにエネルギー源と連結する前記ピストンを設置することによってエネルギーを保存し、圧縮空気を前記圧力セルに移送する工程と、
膨張サイクルにおいて、前記チャンバー内部の空気の膨張に応じて前記ピストンを動かしつつ、前記圧力セルから前記チャンバーに空気を移送し戻すことによってエネルギーを放出する工程と、
前記圧縮サイクルおよび／または前記膨張サイクルの運転パラメーターをモニターする工程と、
前記チャンバー内の空気の温度をある範囲内に保つために前記運転パラメーターを制御する工程と、
を含む方法。
（付記５４）
運転パラメーターを決定する工程が、前記圧縮サイクルの間に前記チャンバー内部の前記空気に導入される液体の量を制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記５５）
前記液体が水を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記５６）
運転パラメーターを決定する工程が、前記膨張サイクルの間に前記チャンバー内部の前記空気に導入される液体の量を制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記５７）
前記液体が水を含む、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記５８）
前記ある範囲の下限が、前記チャンバー内部の前記空気に導入される液体の凝固点よりも大きい、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記５９）
前記液体が水を含む、
ことを特徴とする付記５８に記載の方法。
（付記６０）
前記ある範囲の上限が、前記チャンバー内部の前記空気に導入される液体の沸点よりも小さい、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記６１）
前記液体が水を含む、
ことを特徴とする付記６０に記載の方法。
（付記６２）
運転パラメーターを決定する工程が、前記膨張サイクルの間に前記チャンバー内部にある前記圧力セルからの空気の移送のタイミングを制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記６２ａ）
前記ピストンの膨張ストロークの終点において、前記ピストンにかかる所望の圧力を生み出すように移送された空気が構成されるよう、前記タイミングが制御される、
ことを特徴とする付記６２に記載の方法。
（付記６２ｂ）
前記所望の圧力が、２番目に低い圧力のステージの入力圧力であるか、もしくは周囲圧力である、
ことを特徴とする付記６２ａに記載の方法。
（付記６２ｃ）
前記所望の圧力は膨張効率を最大化するように算出された、
ことを特徴とする付記６２ａに記載の方法。
（付記６２ｄ）
前記所望の圧力は所望の水準の動力出力を生み出すように算出された、
ことを特徴とする付記６２ａに記載の方法。
（付記６２ｅ）
前記所望の圧力は、前記２番目に低い圧力のステージの入力圧力の約５ｐｓｉ以内である、
ことを特徴とする付記６２ａに記載の方法。
（付記６３）
運転パラメーターを決定する工程は、前記圧力セルにおける圧力をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記６４）
運転パラメーターを決定する工程は、前記チャンバーにおける圧力をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記６５）
運転パラメーターを決定する工程は、前記チャンバーにおける前記空気の温度をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記６６）
運転パラメーターを決定する工程は、前記チャンバーに流れ込む前記空気の湿度をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記６７）
運転パラメーターを決定する工程は、前記チャンバーから排出される空気の湿度をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記６８）
運転パラメーターを決定する工程は、前記膨張サイクルの間に放出される動力をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記６９）
運転パラメーターを決定する工程は、前記ピストンの位置をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記７０）
運転パラメーターを決定する工程は、前記ピストンにかかる力をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記７１）
運転パラメーターを決定する工程は、前記液体の温度をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記７２）
運転パラメーターを決定する工程は、前記液体の温度をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記７３）
運転パラメーターを決定する工程は、前記液体の流速をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記７４）
運転パラメーターを決定する工程は、前記液体の流速をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記７５）
運転パラメーターを決定する工程は、前記チャンバー内の前記液体のレベルをモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記７６）
運転パラメーターを決定する工程は、前記チャンバー内の前記液体のレベルをモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記７７）
運転パラメーターを決定する工程は、前記チャンバー内の前記液体の体積をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記７８）
運転パラメーターを決定する工程は、前記チャンバー内の前記液体の体積をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記７９）
前記ピストンが回転シャフトと連結され、
運転パラメーターを決定する工程が、前記回転シャフトの速度をモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記８０）
前記ピストンが回転シャフトと連結され、
運転パラメーターを決定する工程が、前記回転シャフトのトルクをモニターする工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記８１）
前記運転パラメーターが、モニターされた運転パラメーターから算出された導出パラメーターに基づいて制御される、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記８２）
前記導出パラメーターが、電力変換効率、予期される動力出力、前記ピストンと連結される回転シャフトの予期される出力速度、前記ピストンと連結される回転シャフトの予期される出力トルク、前記ピストンと連結される回転シャフトの予期される入力速度、前記ピストンと連結される回転シャフトの予期される入力トルク、前記ピストンと連結される回転シャフトの最大出力速度、前記ピストンと連結される回転シャフトの最大出力トルク、前記ピストンと連結される回転シャフトの最小出力速度、前記ピストンと連結される回転シャフトの最小出力トルク、前記ピストンと連結される回転シャフトの最大入力速度、前記ピストンと連結される回転シャフトの最大入力トルク、前記ピストンと連結される回転シャフトの最小入力速度、前記ピストンと連結される回転シャフトの最小入力トルク、もしくは、それぞれのステージにおける最大に予期される空気の温度差、からなる群から選択される、
ことを特徴とする付記８１に記載の方法。
（付記８３）
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記圧縮サイクルの間に前記チャンバーから前記圧力セルへの空気の移送のタイミングを制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記８４）
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記膨張サイクルの間に前記圧力セルから前記チャンバーへの空気の移送のタイミングを制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記８５）
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記チャンバーへの液体の流入のタイミングを制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記８６）
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記チャンバーへの液体の流入のタイミングを制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記８７）
前記圧縮サイクルの間、前記ピストンが、モーターもしくは電動発電機と連結され、
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記モーターもしくは前記電動発電機に印加される電力量を制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記８８）
前記膨張サイクルの間、前記ピストンが、発電機もしくは電動発電機と連結され、
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記発電機もしくは前記電動発電機に印加される電力負荷を制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記８９）
前記液体がポンプを用いて前記チャンバーに流され、
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記ポンプに供給される電力量を制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記９０）
前記液体がポンプを用いて前記チャンバーに流され、
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記ポンプに供給される電力量を制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記９１）
前記圧力セル内の液体が、ファンと熱連通する熱交換器を通して循環され、
前記運転パラメーターを制御する工程が、前記ファンに供給される電力量を制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記９２）
前記膨張サイクルの間、追加熱エネルギーと連通する前記チャンバーを設置する工程をさらに含む、付記５３に記載の方法。
（付記９３）
前記追加熱エネルギーが他の熱源からの廃熱である、
ことを特徴とする付記９２に記載の方法。
（付記９４）
前記運転パラメーターを制御する工程が、圧縮比を制御する工程を含む、
ことを特徴とする付記５３に記載の方法。
（付記９５）
前記圧力セル内部の圧縮空気を保存タンクに移送する工程をさらに含む、付記５３に記載の方法。
以下の付記項はシステムに関連する。
（付記９６）
内部に設けられた可動ピストンを有し、エネルギー源と選択的に連通する第１のチャンバーと、
第１のバルブを通して前記第１のチャンバーと選択的に流体連通する圧力セルと、
第２のバルブを通して前記第１のチャンバーと選択的に流体連通する空気源と、
第３のバルブを通して前記第１のチャンバーと選択的に流体連通する液体源と、
以下の状態のうちの一つにおけるシステム要素と電気的に連結し、運転するように構成されたコントローラーと、
前記第１のバルブが閉じられ、前記第２のバルブが開放され、前記第３のバルブは開放されるか閉じられているか、している吸気ステップ、
前記ピストンが前記エネルギー源と連通され、前記第１のバルブと前記第２のバルブとが閉じられ、前記第３のバルブは開放されるか閉じられているかされ、その後、前記ピストンによる前記チャンバー内における前記空気の圧縮に応じて前記第１のバルブが開放される圧縮ステップ、
前記ピストンが前記エネルギー源と連通されず、前記第１のバルブが開放され、前記第２のバルブが閉じられ、前記第３のバルブは開放されても閉じられていてもよく、前記空気が前記チャンバー内で膨張して前記ピストンを動かし、その後、前記空気が膨張し続けるにつれて前記第１のバルブが閉じられる膨張ステップ、
前記ピストンが前記エネルギー源と連通されず、前記第１のバルブが閉じられ、前記第２のバルブが開放され、前記第３のバルブは開放されても閉じられていてもよい、排気ステップ、
を備え、
前記第１のチャンバー内の前記空気の温度をある範囲内に保つために前記コントローラーが運転パラメーターを決定するように構成される、
ことを特徴とするエネルギー保存および回収システム。
（付記９７）
前記可動ピストンが固体ピストンを備える、
ことを特徴とする付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記９８）
前記可動ピストンが液体ピストンを備える、
ことを特徴とする付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記９９）
前記チャンバー内部の前記空気に前記液体を注入するように構成された噴霧器をさらに備える、付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１００）
前記液体が水を含む、
ことを特徴とする付記９９に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０１）
前記圧力セル内部の前記液体と前記空気との間で熱を伝導するように構成された気泡管をさらに備える、付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０２）
前記液体が水を含む、
ことを特徴とする付記１０１に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０３）
前記チャンバー内部に存在する液体の体積を検出するように構成されたセンサーをさらに備え、前記センサーが前記コントローラーと電気的に連結され、前記運転パラメーターを決定するために参照される、付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０４）
圧力、温度、湿度、前記ピストンの位置、前記ピストンにかかる力、液体の流量、液面、液体の体積、前記ピストンによって駆動されるシャフトの速度、もしくは前記ピストンによって駆動される前記シャフトのトルク、からなる群から選択される特性を検出するように構成されたセンサーをさらに備え、前記センサーが前記コントローラーと電気的に連結され、前記運転パラメーターを決定するために参照される、
ことを特徴とする付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０５）
前記膨張ストロークの間、前記ピストンと選択的に連結されるように構成された発電機もしくは電動発電機をさらに備える、付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０６）
前記チャンバーが熱エネルギー源と熱連通するように構成された、
ことを特徴とする付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０７）
前記圧力セルから圧縮空気を受け取るように構成された保存タンクをさらに備える、付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０７ａ）
前記ピストンの膨張ストロークの終点において前記ピストンにかかる圧力が所望の圧力と略一致するように、膨張中、前記コントローラーが前記空気を入れるために前記第１バルブを操作するように構成された、
ことを特徴とする付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０７ｂ）
前記所望の圧力が、２番目に低い圧力のステージの入力圧力であるか、もしくは周囲圧力である、
ことを特徴とする付記１０７ａに記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０７ｃ）
前記所望の圧力が膨張効率を最大化するように算出された、
ことを特徴とする付記１０７ａに記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０７ｄ）
前記所望の圧力が所望のレベルの動力出力を生み出すように算出された、
ことを特徴とする付記１０７ａに記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０７ｅ）
前記所望の圧力が２番目に低い圧力のステージの入力圧力の約５ｐｓｉ以内である、
ことを特徴とする付記１０７ａに記載のエネルギー保存および回収システム。
以下の付記項は複数のステージを有するシステムに関連する。
（付記１０８）
内部に配置された可動ピストンを有し、前記エネルギー源と選択的に連通される第２のチャンバーと、
第４のバルブを通して前記第２のチャンバーと選択的に流体連通し、第５のバルブを通して前記第１の圧力セルと選択的に流体連通する第２の圧力セルと、
をさらに備え、
前記第４のバルブと前記第５のバルブとが、前記コントローラーと連通し、前記コントローラーによって操作されるように構成された、
付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１０９）
前記第１のチャンバーと前記第１の圧力セルとが直列的に接続された複数の第２のチャンバーと第２の圧力セルとをさらに備え、前記第１のチャンバーからの出力が前記第２のチャンバーに伝わる、付記９６に記載のエネルギー保存および回収システム。
以下の付記項はプロセッサーに関連する。
（付記１１０）
エネルギーを保存および回収する装置であって、
コンピューター読み出し可能保存媒体と電気的に連結するプロセッサーを備えるホストコンピューターを備え、前記コンピューター読み出し可能保存媒体は内部に保存された１つ以上のコードを有し、前記プロセッサーに、
内部に配置された可動ピストンを有し、エネルギー源と選択的に連通する第１のチャンバーと、前記第１のチャンバーと選択的に流体連通される圧力セルと、を備えるエネルギー保存および回収システムの特性を示す信号を受信し、
受信された前記信号に応答して、前記エネルギー保存および回収システムの要素を制御し、前記第１のチャンバー内部の空気の温度をある温度範囲内に維持する、
ように指示をする、装置。
（付記１１１）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存された前記コードは、前記圧力セル内の圧力を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１１２）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存された前記コードは、前記第１のチャンバー内の圧力を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１１３）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存された前記コードは、前記第１のチャンバー内の前記空気の温度を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１１４）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記圧力セル内の前記空気の温度を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１１５）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記第１のチャンバーに流入する前記空気の湿度を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１１６）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、動力出力を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１１７）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記第１のチャンバーから排出された前記空気の湿度を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１１８）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記ピストンの位置を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１１９）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記ピストンにかかる力を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２０）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記チャンバーに流れる液体の温度を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２１）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記チャンバーへの液体の流速を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２２）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記チャンバーにおける液面を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２３）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記チャンバーにおける液体の体積を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２４）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記ピストンと連結する回転シャフトの速度を示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２５）
前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、前記ピストンと連結する回転シャフトのトルクを示す前記信号を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２６）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、圧縮サイクルの間、前記チャンバーから前記圧力セルへの空気の移送のタイミングを制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２６ａ）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、膨張サイクルの間、前記圧力セルから前記チャンバーへの空気の移送のタイミングを制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２７）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、前記チャンバーへの液の移送のタイミングを制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２８）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、前記チャンバーへ移送される液体の量を制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１２９）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、膨張サイクルの間、前記ピストンと連結される発電機もしくは電動発電機に印加される電力負荷を制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１３０）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、圧縮サイクルの間、前記ピストンと連結される発電機もしくは電動発電機に印加される電力を制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１３１）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、前記チャンバーに液体を流すためにポンプに印加される電力を制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１３２）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、前記圧力セルから液体を受け取るように構成された熱交換器と関係するファンに印加される電力を制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
（付記１３３）
受信された前記信号に応答して、前記コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードが、前記プロセッサーに、圧縮比を制御する指示をするように構成された、
ことを特徴とする付記１１０に記載の装置。
以下の付記項はマルチステージシステムに関連する。
（付記１３４）
第１のステージにおいて空気を圧縮する可動式の第１の要素を含む第１のステージと、
最終ステージにおいて空気を圧縮する可動式の第２の要素を含み、最終ステージ内の膨張空気に応答する可動式の最終ステージと、
ある温度範囲内において前記第１のステージ内もしくは前記最終ステージ内における空気の温度を維持するために、前記第１のステージもしくは前記最終ステージに注入される液体量を決定するように構成されたコントローラーと、
前記コントローラーと連通し、決定された前記液体量を、前記第１のステージもしくは前記最終ステージに注入するように構成された液体源と、
を備え、
前記第１のステージは第１のバルブを通して供給される外気と選択的に流体連通し、
前記最終ステージは第２のバルブを通して圧縮空気保存タンクと選択的に流体連通している、エネルギー保存および回収システム。
（付記１３５）
可動式の前記第１の要素はまた、前記第１のステージ内部の膨張中の空気にも応答して可動する、
ことを特徴とする付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１３６）
可動式の前記第１の要素はピストンを備える、
ことを特徴とする付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１３７）
可動式の前記第１の要素は、ねじを備える、
ことを特徴とする付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１３８）
前記第１のステージもしくは前記最終ステージが、チャンバーと選択的に流体連通する圧力セルを備える、
ことを特徴とする付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１３９）
前記第１のステージが、第３バルブを通して、最終ステージに移送され、前記最終ステージから圧縮空気を受け取るように、構成された、
ことを特徴とする付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４０）
前記第１のステージが可動式の前記第１の要素として内部に配置された第１のピストンを有する第１のチャンバーを備え、前記最終ステージが可動式の前記第２の要素として内部に配置された第２のピストンを有する第２のチャンバーを備え、前記第１ステージと前記最終ステージとが圧力セルを有しない、
ことを特徴とする付記１３９に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４１）
前記第１のステージと前記最終ステージとの間に、直列に配置され、選択的に流体連通する中間ステージをさらに備え、前記中間ステージが、前記中間ステージ内で空気を圧縮し、前記中間ステージ内部で膨張中の空気に応答して可動する、第３の要素を備える、付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４２）
可動式の前記第１の要素はまた、前記第１のステージ内部で膨張中の空気にも応答して可動する、
ことを特徴とする付記１４１に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４３）
前記第１のステージが、可動式の前記第１の要素として、内部に配置された第１のピストンを有する第１のチャンバーを備え、前記中間ステージが、可動式の前記第３の要素として、内部に配置された第２のピストンを有する第２のチャンバーを備える、
ことを特徴とする付記１４２に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４４）
前記中間ステージが、可動式の前記第３の要素として、内部に第１のピストンを有する第１のチャンバーを備え、前記最終ステージが、可動式の前記第２の要素として、内部に第２のピストンを有する第２のチャンバーを備える、
ことを特徴とする付記１４１に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４５）
前記第１のステージ、前記中間ステージ、もしくは前記最終ステージが、圧力セルと選択的に流体連通するチャンバーを備える、
ことを特徴とする付記１４１に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４６）
連続するステージが圧力セルを含まない、
ことを特徴とする付記１４１に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４７）
前記第１のステージと前記最終ステージとの間に直列に配置された追加の中間ステージをさらに備える、付記１４１に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４８）
可動式の前記第２の要素がピストンを備える、
ことを特徴とする付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１４９）
可動式の前記第２の要素が液体ピストンを備える、
ことを特徴とする付記１４８に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１５０）
可動式の前記第２の要素が固体ピストンを備える、
ことを特徴とする付記１４８に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１５１）
前記第１のステージの圧縮比が、前記最終ステージの圧縮比よりも大きい、
ことを特徴とする付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１５２）
前記第１のステージの圧縮比が前記中間ステージの圧縮比よりも大きく、前記中間ステージの圧縮比が前記最終ステージの圧縮比よりも大きい、
ことを特徴とする付記１４１に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１５３）
前記液体が水を含む、
ことを特徴とする付記１３４に記載のエネルギー保存および回収システム。
（付記１５４）
エネルギーを保存する方法であって、
第１のステージにおいて外気を受け取る工程と、
前記第１のステージにおいて外気を圧縮する工程と、
圧縮空気を最終ステージに移送する工程と、
前記最終ステージにおいて空気をさらに圧縮する工程と、
さらに圧縮された前記空気を前記最終ステージから保存タンクに移送する工程と、
圧縮もしくはさらなる圧縮の間、前記第１のステージ内もしくは前記第２のステージ内における空気の温度変化をある範囲内に保つために運転パラメーターを決定する工程と、
を含む方法。
（付記１５５）
決定された前記運転パラメーターが、前記ステージに向けての空気の動き、もしくは前記ステージからの空気の動きを制御するバルブを開放する、もしくは閉鎖するタイミングを含む、
ことを特徴とする付記１５４に記載の方法。
（付記１５６）
決定された前記運転パラメーターが、圧縮もしくはさらなる圧縮の間、前記第１のステージもしくは前記最終ステージに注入される液体量を含む、
ことを特徴とする付記１５４に記載の方法。
（付記１５７）
前記外気を圧縮する前記工程が、前記第１のステージのチャンバー内部に配置され、エネルギー源と連通する、ピストンを設置する工程を含む、
ことを特徴とする付記１５４に記載の方法。
（付記１５８）
前記外気を圧縮する前記工程が、前記第１のステージのチャンバー内部に配置され、エネルギー源と連通する、ねじを設置する工程を含む、
ことを特徴とする付記１５４に記載の方法。
（付記１５９）
圧縮空気が、追加の圧縮が起こる中間ステージを介して、前記最終ステージに移送される、
ことを特徴とする付記１５４に記載の方法。
（付記１６０）
前記保存タンクから前記最終ステージに圧縮空気を移送する工程と、
前記圧縮空気を膨張させ、前記最終ステージにおいて可動式の第１要素を駆動する工程と、
前記最終ステージから前記第１のステージに空気を移送する工程と、
前記第１ステージ内の圧縮空気を膨張させ、前記第１ステージにおいて可動式の第２要素を駆動する工程と、
前記第１のステージ内もしくは前記第２のステージ内の空気の膨張の間、前記第１のステージ内もしくは前記第２のステージ内の空気の温度変化をある範囲内に保つ運転パラメーターを決定する工程と、
をさらに含む付記１５４に記載の方法。
（付記１６１）
決定された前記運転パラメーターが、前記ステージに向けての空気の動き、もしくは前記ステージからの空気の動きを制御するバルブを、開放するもしくは閉鎖するタイミングを含む、
ことを特徴とする付記１６０に記載の方法。
（付記１６２）
決定された前記運転パラメーターが、前記第１のステージもしくは前記第２のステージ内での空気の膨張の間、前記第１のステージもしくは前記最終ステージに注入される液体量を含む、
ことを特徴とする付記１６０に記載の方法。
（付記１６３）
可動式の前記第１の要素がピストンを備える、
ことを特徴とする付記１６０に記載の方法。
（付記１６４）
可動式の前記第２の要素がピストンを備える、
ことを特徴とする付記１６０に記載の方法。
（付記１６５）
空気の膨張がさらに起こる中間ステージを介して、前記最終ステージから前記第１のステージに空気が移送される、
ことを特徴とする付記１６０に記載の方法。
本発明に係る態様は、温度差からのエネルギーの抽出に関連する。特定の態様において、熱源からのエネルギーは、圧縮空気の膨張を介して抽出されてもよい。ある態様においては、圧縮気体を包含する保存ユニットは、コンプレッサー−膨張機と流体連通している。保存ユニットから受け取られた圧縮気体は、コンプレッサー−膨張機中で膨張し、動力を生む。この膨張の間、コンプレッサー−膨張機は、熱交換器を介して熱源と選択的に熱連通しており、その結果、膨張中の気体による出力を増強する。他の態様においては、熱源が連続して利用可能な場合には、専用の気体膨張機が専用のコンプレッサーを駆動するよう構成されてもよい。そのような態様は、上昇した基準圧におけるシステムの運転に由来する、例えばヘリウムまたは他の高い熱容量の気体（例えば、二酸化炭素、水素、またはネオン）といった、高い熱容量特性を有する気体を利用する閉鎖系を用い得る。
本発明の態様は概して、温度差からのエネルギーの抽出に関連する。ある態様によれば、熱源からの熱の形態での温度は、圧縮気体の膨張による利用可能なエネルギーを生成するために利用されてもよい。コンプレッサー−膨張機は、圧縮気体保存ユニットと流体連通している。保存ユニットから受け取られた圧縮気体は、コンプレッサー−膨張機中で膨張して、動力を生成する。膨張の間、動力出力を増強するために、熱源は、熱交換器を介してコンプレッサー−膨張機と選択的に熱連通している。システムの運転は、膨張の間、液体を導入することによって、および／または膨張の間コンプレッサー−膨張機を出入りする空気の流れを制御することによって、さらに増強され得る。
ほぼ等温的に運転するために、気体の温度が低くなる傾向は、それが仕事（つまり、ピストンを押す、または圧力液を変位させる）中に膨張するときに、熱源との熱交換により是正され得る。ある熱の形態が利用可能であれば、膨張サイクルの間の動力出力を改善するために利用されてもよい。
多くの態様においては、圧縮気体システムは外気温とほぼ同じもしくは近傍で運転されているので、この点において有益であるように熱源は外気よりも数度程度上回っていることが必要である。しかしながら、サイクルを通して膨張プロセスを外気温の近傍に保つために求められる全ての熱を供給するために、熱源は十分な熱質量を持たなければならない。したがって、本発明の態様は、圧縮空気からの動力出力を増強するために、例えば他のプロセスからの廃熱の形態における、低品位の熱を利用し得る。
図２２は、圧縮空気からエネルギーを生成するための、本発明に係るシステム２２８０の一態様の簡素化されたブロック図を示す。しかし、圧縮気体の他の形態が用いられ得る。システムは、米国特許仮出願明細書第６１／２２１,４８７号明細書（“’４８７出願”）に記載されたものと同様の構造を有していてもよいコンプレッサー−膨張機２２８２を含むが、代替的に他の構造にもなり得る。
コンプレッサー−膨張機２２８２は、圧縮空気保存ユニット２２８４と流体連通している。コンプレッサー−膨張機２２８２は、熱交換器２２８６およびバルブ２２８８を介して、熱源２２９０またはヒートシンク２２９２に選択的に熱連通している。熱源２２９０は、低品位の熱または高品位の熱であってもよい。熱源１９０は、連続して存在していてもよく、事実上断続的であってもよい。
コンプレッサー−膨張機２２８２は、連結機構２２９６を介して電動発電機２２９４と物理的に連結している。連結機構２２９６は、特定の態様に応じて、機械式、液圧式、または空気圧式であってもよい。電動発電機２２９４は同様に、電力グリッド２２９８といった電源と電気的に連結している。
システム２２８０の運転は、以下の通り記述される。第１モードにおいて、システム２２８０は、保存ユニット２２８４で保存された圧縮空気を利用可能な仕事に変換することにより、動力を生成するよう構成される。システムは、例えばグリッドの電力需要のピークにおいて、例えば平日の午前７時から午後７時の間、この第１モードにおいて構成されてもよい。
図２２Ａに記載されるこの第１モードにおいて、圧縮空気は、保存ユニット２２８４から膨張機として機能するコンプレッサー−膨張機２２８２に導かれる。スイッチ２２８８は、熱源２２９０と熱交換器２２８６および／または保存ユニット２２８４との間の熱連通を許容するように構成される。
このモードにおける熱源からの熱の寄与の結果として、コンプレッサー−膨張機における空気の膨張は、温度の低下を経験し、その結果、増強された動力出力が生成される。この動力出力は同様に、連結機構２２９６を介して発電機として機能する電動発電機２２９４と連結している。電動発電機からの動力出力は同様に、電力グリッド２２９８に消費用に供給されてもよい。
運転の第２モードにおいては、システム２２８０は、保存タンクにおいて圧縮空気の供給を補充するよう構成される。システムは、この第２モードにおいて、例えば電力グリッドにおける減少した電力需要の時期に構成されてもよい。
図２２Ｂで示されるこの第２モードにおいて、電動発電機２２９４は、電力グリッド２２９８から（または、風力タービンまたは太陽エネルギー捕集ユニットといった他の源から直接的に）動力を受け取り、圧縮器としてコンプレッサー−膨張機２２８２を運転するよう連結機構を作動させる。スイッチ２２８８は、ヒートシンク２２９２と熱交換器２２８６および／または保存ユニット２２８４との間の熱連通を許容するように構成される。
このモードにおけるコンプレッサー−膨張機からヒートシンクへの熱の伝導の結果として、コンプレッサー−膨張機において圧縮された空気は温度の低下を経験し、その結果、圧縮空気への変換におけるエネルギーのロスが低減される。圧縮空気は同様に、コンプレッサー−膨張機から圧縮空気保存ユニット２２８４に伝えられ、後に第１モードにおいて回収される。
ある態様においては、スイッチ２２８８は、時間の経過に従って作動するというように、事実上一時的であってもよい。この例は、概日周期であってもよい。これは、日中には熱交換器および／または保存ユニットは熱源として太陽と熱連通し、反対に夜には、熱交換器および／または保存ユニットはヒートシンクとして冷えた外気と熱連通している、というものである。そのような態様においては、熱源の規模は、熱交換器および／または保存ユニットへの反射などの技術により、または太陽光吸収を促進するよう構成されたコーティングがなされた熱交換器および／または保存ユニットを供給することにより増幅され得る。
ある態様においては、スイッチ２２８８は、熱交換器および／または保存ユニットと近接する熱源からの温流体を許容するよう、または熱交換器および／または保存ユニットと近接する熱源からの冷流体を許容するよう作動可能である。このタイプの構成の例は、熱源としての発電所、またはヒートシンクとしての水（例えば、冷却塔、湖、または海）に通じるパイプと選択的に流体連通するスイッチを含む。
上述のシステムの種々の態様の運転は、単独または組み合わせて用いられる１または２以上の技術を利用して、促進され得る。このような技術のひとつは、空気が膨張するまたは圧縮される際に、空気に液体を導入することである。特に、液体が空気よりも高い熱容量を示す場合には、圧縮空気からの熱の伝導および膨張空気への熱の伝導が改善され得る。同様に、この大きな熱の伝導によって、圧縮または膨張する空気の温度がより一定に保たれる。圧縮および膨張の間のそのような液体の導入については、’４８７出願に詳述される。
ある態様においては、液体は噴霧装置を介してミストとして導入される。他の態様においては、気体は気泡として導入されてもよい。他の態様は、ミストおよび気泡の両方を用いてもよく、および／またはある段階でのみミストおよび／もしくは気泡を採用する複数ステージ（後述）を用いてもよい。
システムの運転を促進するために採用され得る他の技術は、コンプレッサー−膨張機内部を流れる気体の精密な制御である。このような精密な制御は、コンプレッサー−膨張機の種々の要素と電気的に連結するよう構成されているコントローラーまたはプロセッサーを利用して達成されてもよい。
例えば、図２３は、本発明の態様に係るシングルステージコンプレッサー−膨張機２３００の態様の簡素化されたブロック図を示す。このようなコンプレッサー−膨張機の構造に関するさらなる詳細は、後述の図２５に関連して提供される。
図２３のコンプレッサー−膨張機２３００は、配置されたピストン２３０４といった可動の要素を有するシリンダー２３０２を備える。シリンダー２３０２は、圧力セル２３０６と選択的に流体連通している。圧縮の間、シリンダーへの流入空気（および場合により液体）は、ピストンにより圧縮され、圧縮空気はバルブ２３０８を通って圧力セルに流される。
従来のコンプレッサーの構造においては、バルブ２３０８は、シリンダーにおいて圧縮空気により及ぼされる圧力由来の力により物理的に作動されるチェックバルブである。しかしながら、このようなチェックバルブの作動は、圧縮空気のエネルギーのいくらかを消費する。
一方、本発明のある態様により、バルブ２３０８は、プロセッサーまたはコントローラーにより電気的に制御されて操作される異なるタイプのものであってもよい。本発明の態様による制御に適するバルブの例は、以下に限定されるものではないが、パイロットバルブ、ロータリーバルブ、カム操作バルブ、および液圧的、空気圧的、または電気的に作動されるバルブを含む。この方法における電気的な制御の使用は、チェックバルブの従来の作動に関連した圧縮空気におけるエネルギーのロスを回避する。
精密なバルブ制御は、膨張の間の働きをも促進し得る。特に、バルブ２３１０は、膨張サイクルの間、シリンダーが圧力セルから既定の量のみの空気を受け入れるように精密に制御されてもよい。この既定の量の空気は、膨張ストロークの終わりに、ピストンにおいて所望の圧力となるよう計算されてもよい。この所望の圧力は、コンプレッサー−膨張機がシングルステージのみを有し、または圧力セルおよびシリンダーがマルチステージの構造の最も低いステージを備える場合、大気圧とほぼ等しくてもよい。マルチステージ構造においては、所望の圧力は、次に低いステージの圧力と等しくてもよい。あるいは、より大きい出力が求められる場合、バルブ２３１０を開けるタイミングおよび閉めるタイミングは、膨張ストロークの終わりの所望の圧力が大きい値であるように、十分な量の空気を許容するよう制御されてもよい。
前述の態様は、気体のコンプレッサーまたは膨張機のどちらか一方として機能するよう構成可能な要素の使用に関連して記載されてきたが、これは、本発明により必須とされない。他の態様は、気体の圧縮または膨張のどちらか一方の専用のための独立した要素を採用することができ、これは本発明の範疇に入る。
ひとつのこのような他の態様が図２４Ａに示され、ここではシステム２４００が専用膨張機２４０２を備える。専用膨張機２４０２は、圧縮気体を受け取るよう機能し、圧縮気体を膨張させ有効仕事に変換するよう機能する。例えば、膨張機２４０２内での圧縮気体の膨張は、一般的な物理的連結機構２４１６を駆動する役割を有していてもよく、それは、機械式、液圧式、空気圧式、または他のタイプであってもよい。
専用膨張機２４０２は同様に、熱交換器３０６と熱連通しており、それは熱源２４１０と熱連通している。膨張機に流入した圧縮気体が膨張し、例えば連結機構２４１６の駆動といった有効仕事に変換される際に、専用膨張機により熱交換器２４０６を介して熱源２４１０から受け取ったエネルギーが動力出力を促進してもよい。特に、膨張前または膨張中の熱源による気体の加熱は、非等温の気体の膨張に起因する熱力学的なロスを低減する。
連結機構２４１６は同様に、専用コンプレッサー２４０３に物理的に接続している。専用コンプレッサー２４０３は、専用膨張機から出された気体を圧縮するよう、連結機構２４１６の働きにより駆動されてもよい。
専用コンプレッサー２４０３は、熱シンク２４１２に熱連通している熱交換器２４０５に、熱連通している。熱交換器２４０５を介して熱シンク２４１２に熱連通していることで専用コンプレッサーにより経験された低下した温度は、気体を圧縮するために必要とされるエネルギー量を低減するのに役立ち得る。
連結機構２４１６はまた、発電機２４１４と連結している。連結機構の動きに基づき、発電機２４１４は、同様に電力グリッド２４１８に消費用に供給される電力を生成するために運転される。
運転において、いくらかの量の圧縮気体は、例えば、モーター（図示せず）でコンプレッサー２４０３を駆動することにより、最初は専用膨張機に供給される。あるいは、発電機２４１４は、逆にモーターとして作動されてもよい。
続いて、圧縮空気の初期量が保存ユニットから専用膨張機に送られる。膨張機における圧縮気体の膨張は、連結機構を駆動する役割を有する。圧縮気体において保存されたエネルギーを力学的仕事に変換することは、熱源から供給されたエネルギーにより促進される。
エネルギーの変換の結果として、連結機構は、専用膨張機から受け取った気体を圧縮するために専用コンプレッサー２４０３を操作するよう、およびこの圧縮気体を膨張機に操作のために戻すよう作動される。特に、圧縮の前または圧縮中に熱シンクにより気体を冷却することは、非等温の気体の圧縮に起因する熱力学的なロスを低減する。
コンプレッサーを運転するために必要な量を上回る膨張気体から回収されたエネルギーは同様に、電力を生成するよう利用されてもよい。特に、機械的連結機構の作動は、電力グリッド２４１８と接続する発電機２４１４を運転してもよい。
図２４Ａに示されるような態様は、ある利点を提案し得る。ひとつの可能性のある利点は、図２４Ａのシステムが所望の特性を示す気体で運転し得る、ということである。
例えば、ヘリウムは、エネルギー保存システムへの使用における好適な候補となり得る。それは、相対的に高い熱容量を示すからである。ヘリウムの高い熱容量により、圧縮プロセスと膨張プロセスの各々の間でエネルギーを効率よく吸収し、伝達することができる。
ヘリウムの消費は一般的に、開放システムでの使用を制限する。しかし、図２４Ａの態様は閉鎖システムとして機能する。この閉鎖された構成により専用膨張機において膨張される気体は、同様に圧縮され、専用膨張機に戻されるようになる。このようなリサイクリングにより、ヘリウムは、図２４Ａのシステムでの使用において経済的に実行可能となる。
図２４Ａのシステムの態様の閉鎖系により、熱容量を向上させる高濃度気体で運転させることも可能となる。具体的には、図２４Ａのシステムは閉鎖されており外気に依存しないため、外気圧より著しく高い圧力基準値で運転され得る。このような圧力基準値の例は、以下に限定されるものではないが、外気圧より高い５ＰＳＩ、１０ＰＳＩ、２０ＰＳＩ、５０ＰＳＩ、１００ＰＳＩ、または２００ＰＳＩである圧力を含む。このようなシステムにおける高濃度気体の向上された熱容量により、圧縮プロセスと膨張プロセスの各々において熱を伝導および吸収する能力が改善し、エネルギーの保存と回収の間のこれらのプロセスの熱力学的な効果が潜在的に促進される。
図２４Ａの態様のシステムはまた、簡単な構造の利点を提供し得る。例えば、専用膨張機および専用コンプレッサーの運転が同時に起こるため、気体は概して、圧縮された後ほとんど同時に膨張のために消費される。この即時の膨張は、圧縮された気体を保存するための独立した耐圧容器の要素を備える必要性を取り除き得る。
さらに、図２４Ａのシステムにおける気体は保存される必要がないため、基準値の圧力と圧縮後の圧力との間の相対的に小さな差を利用して運転し得る。したがって、図２４Ａのシステムの態様における気体の圧縮は、シングルステージのみ、さらには簡略化された構造を利用して成し遂げられ得る。
本発明のある実施態様において、性能は、再生器装置の使用により促進され得る。図２４Ｂは、再生器を含む装置の実施態様を示す、簡素化された図である。特に、装置２４５０は専用コンプレッサー２４５３、専用膨張機２４５２，および再生器２４５４を備え、これらはすべて一般的な回転シャフト２４６６と機械的に連結している。
再生器２４６０は、この閉鎖ループシステムにおいて、専用コンプレッサー２４５３と専用膨張機２４５２との間の流動気体の間に置かれる。具体的には、再生器２４６０を通る間、専用コンプレッサー２４５３において圧縮され熱シンク２４６２の温度に冷却された気体は、専用膨張機２４５２において膨張され熱源２４６０の温度に加熱された流動気体近傍からの熱エネルギーの伝導により加熱される。逆に言えば、専用膨張機２４５２において膨張され熱源２４６０の温度に加熱された気体は、専用コンプレッサー２４５３において圧縮の間冷却された流動気体近傍への熱エネルギーの伝導によって、冷却される。再生器２４６０における流動気体の間の熱エネルギーの交換は、究極的には膨張気体から回収されるエネルギー量を亢進させる役割を有する。
他の態様において、再生器の要素により実施されるものと同様の効果が、その代わりに複数のステージにわたって膨張を行うことにより成し遂げられ得る。このような態様は、図２４Ｃにおいて示される。第１専用膨張機２４８２が第２専用膨張機２４８３と直列に流体連通しており、第１専用膨張機と第２専用膨張機の両方が共通の連結機構２４７６と物理的に連結していることを除いては、システム２４８０はシステム２４００と同様である。連結機構２４７６は、回転シャフトのように機械式であってもよく、あるいは液圧式または空気圧式であってもよい。熱交換器２４８４および２４８６の各々を介する熱源２４７０と熱連通する一連の専用膨張機ステージ２４８２および２４８３を使用する熱の抽出によって、第２膨張ステージから出てきた気体の最終的な温度は、図２４Ｂの態様の再生器から出てきた気体の最終的な温度になり得る。他の態様において、熱交換器２４８４および３８６は、独立した熱源と熱連通していてもよく、それは同じ温度であることは必須ではない。
図２４Ｄは、本発明による装置のさらなる他の態様を示す簡素化された図である。図２４Ａの通り、この図は気体（ここではヘリウム）がリサイクルされる閉鎖システムを示す。
図２４Ｄの実施態様は、同様の一般的な回転シャフトに機械的にリンクされた２つの膨張機と２つのコンプレッサーを含む。図２４Ｄの特定のシステムは究極的には、保存のため二酸化炭素を圧縮するよう運転される。
特に、図２４Ｄは、燃焼排ガスから分離された圧縮二酸化炭素のためのシステムの態様を示す。これは、排ガスにおいて利用可能な熱のみを動力源とする。
アミンによる石炭排ガスからの二酸化炭素の分離方法に関連する寄生損失のほぼすべては、２つのプロセスから生じる。
１）吸収されたＣＯ２を放出するために、アミン液体を加熱すること。
２）輸送または保存に適する液体を作り出すために、分離されたＣＯ２を圧縮すること。
本発明の態様は、第２のカテゴリー−ＣＯ２ガスを圧縮するのに必要なエネルギー−に対処する。それは、全寄生損失の約３５％、またはＣＯ２捕捉器を備える石炭火力発電所により生成されるすべての電力の１０％を占める。本発明の態様による技術は、全体におけるこれらのロスを取り除くことが可能である。
燃焼排ガスにおける低品位の熱は、効率的におよび安価に機械力に変換され得、機械力は同様にＣＯ２コンプレッサーを同様に効率的に運転するために用いられる。
本発明の態様は、近等温の気体圧縮および膨張を利用する。熱力学的に得られる基本的な結果は、圧縮が等温的に行われる場合に、気体を圧縮するのにかなり小さい仕事量で済むということである。
圧縮の仕事が気体において行われると、熱が生まれる。温度が圧縮の間一定に保たれるよう、この熱がシステムから断続的に取り除かれるとしたら、圧縮は等温的に行われるといえる。同様に、気体が膨張する際にシステムに熱が加えられるとしたら、圧縮気体に保存されたエネルギーからより多くの仕事量を得ることができる。
図２４Ｄの構造は、シングルシャフトにおいて、これらの原理に基づき運転される２つの装置を配置する。
第１の装置は、エリクソンサイクルにおいて運転される連結された圧縮チャンバーと膨張チャンバーとを含む熱エンジンである。このエンジンは、高い熱効率で機械的仕事−この場合ではシャフトトルク−を生成するために、排ガスと外気との間の温度差を利用する。
第２の装置は、近等温のＣＯ２コンプレッサーである。
これらの装置は、ＣＯ２コンプレッサーに始まって下記に詳述される。本発明にかかる態様による、ある中核原理を表す。
気体状のＣＯ２のΔＴ（圧縮の間に起こる温度の上昇）を制御するために、本発明の態様は、熱吸収において液体が気体よりもはるかに優れていることを利用する。実際、ある温度で、所定の体積の油は、同じ体積のＣＯ２気体よりも約２０００倍熱を保ち得る。液体と気体が直接的に接触する表面積が大きければ、気体相と液体相との間の温度の平衡は、より早く生じる。圧縮の前または間に気体の中に液体の小滴を噴霧することで、２つの相の間で早急な熱交換をもたらす大きな表面積を提供する。
液体スプレー、典型的には潤滑油、は気体コンプレッサーを冷却するために、および圧縮率を通常よりも高く（適切な冷却なしに、高い圧縮率は熱疲労および熱損傷が残り得る程度の熱を作り出す）するために長年の間使われてきた。本発明によるこのプロセスの促進は、２つのエリアに分類される。
第１のエリアは、作業−必要に応じて調節−の間、所望のレベルで圧縮または膨張のΔＴを維持するのに必要な液体スプレーの体積の計算である。これは、この特定のアプリケーションの特に重要な必要条件である：アミン吸収プロセスの特性上、システムの異なるステージは、特定の温度で運転されなければならない。
第２のエリアは、気体の圧縮と膨張の両方のΔＴを制御するためのスプレーの使用である。熱エンジン部品に関連して記述したように、膨張セルは、排ガスにおいて利用可能な排熱から得られた機械力を伝達する必要性を有する。
（温度が制御された圧縮）
図２７は、コンプレッサーの機構を概略的に示す。ＣＯ２ガスは、油が気体流にスプレーされる前混合チャンバーに入り、混合される。気体は、約２５℃で入り、液体は約２０℃である。それは、気体−液体エアロゾルが圧縮チャンバーに入る前に、パルセーションダンパー“ボトル”を介して通過する。これにより、コンプレッサーが循環で操作されている場合でも、油を継続的にスプレーすることができる。圧縮チャンバーそれ自体には、従来型の往復ピストンおよびシリンダーが配置され、ＣＯ２ガスに適合するよう適宜修正される。
下死点にピストンが動くにつれて、ＣＯ２／油−水滴エアロゾルは、入口バルブ（図の上方のバルブ）のひとつを介してシリンダーに吸い込まれる。熱エンジン（下述）は上死点にピストンを駆動し、混合物を圧縮する。所望の圧力に達したとき（３０℃でＣＯ２が液化するのに、約４０気圧が必要である）、排気バルブが開き、混合物が分離機に排出される。分離機（従来のサイクロンシステム）はＣＯ２から油を抽出し、タンクまたは輸送のためのパイプラインにＣＯ２を送る。圧縮プロセスにより３０℃に温められた油は、熱交換器（図示せず）を介して、２０℃に戻すために送られ、再び前の混合チャンバーにスプレーされるようになる。
図２７に示されたシステムは、複動式である。片方のシリンダーが圧縮されると、もう片方は排出される。どちらかの側の入口バルブおよび排出バルブは、お互い１８０度位相がずれて開閉する。
ここで留意すべきは、図２７に記載のシステムは、シングルステージのコンプレッサーであることである。最終的な設計は、実用的な範囲内での圧縮率を保つよう３または４のステージを必要としてもよい。しかしながら、単一のポンプおよび単一の熱交換器だけは、すべてのステージにおいて必須とされる。典型的には、マルチステージコンプレッサーにおいて、すべてのステージは同じ圧縮率を有する。我々のステージの他の独自の特徴は、圧縮率は各ステージにおいて同等のΔＴ’ｓを作り出すよう調整されることである。ΔＴ’ｓのバランスを取ることで、効率および電力密度が最大化される。
（システムの構造）
一体化された液体スプレーシステムを有するコンプレッサーは、“セル”を備える。このようなセルは、バルブのタイミングに応じて、気体コンプレッサーまたは気体膨張機として運転され得る。膨張セルにおいて、気体は入口バルブを介してシリンダーに入り、ピストンを動かしクランクシャフトを回転させるよう膨張する。
図２４Ｄのシステムにおいては、ＣＯ２コンプレッサーはひとつのセルであり、コンプレッサーを作動する熱エンジンは３つの密結合されたセルからなる。すべての４つのセルは、単一のクランクシャフトを共有する。
点線の箱の中に示される熱エンジンを形成する３つのセルにおいて、一番目のもの（“コンプレッサー”とされる）はコンプレッサーとして運転され、他の２つ（“膨張機１”および“膨張機２”）は膨張機である。コンプレッサーは後述を除き、前述のＣＯ２コンプレッサーと同様に運転される。
膨張機は、少し異なって運転される。気体が膨張し、ピストンにおいて仕事が発生すると温度が下がる。熱交換器１および２を介して排ガスから得られた熱を加えることで、膨張機は、両方の圧縮セル（熱エンジンのコンプレッサーおよびＣＯ２コンプレッサー）に動力を供給するクランクシャフトトルクの形態において十分な機械エネルギーを生成する。熱い排ガスを介してシステムに熱を加えることにより、膨張機は、熱エンジンのコンプレッサーを運転するのに必要なシャフトトルクよりも大きなシャフトトルクを作り出し、最終的に正の出力に導く。生成される超過の仕事は、入ってくる排ガスと外気の間の温度差に依存する。
２つの異なる温度で利用可能な２つの熱源が存在するため、２つの膨張機が存在する。分離されたＣＯ２流が約１１０℃から１２０℃である一方で、ほとんどが窒素でありＣＯ２は約１０％だけである石炭燃焼からの排ガスは１５０℃である。結果として、熱源から得られるエネルギーを最大化するために、熱エンジンの膨張部は２つの熱交換器と２つの再生器を用いており、各々が利用可能な特定の温度に変えられる。
熱エンジンの有用な効果は、排ガスが冷却されることであり、アミン吸収プロセスの前に存在すべきかにかかわらない。同様に、分離されたＣＯ２ガス流は、圧縮において液化するよう、冷却されなければならない。結果として、これらの熱交換器は、従来のアミンプロセスの必要な部分である。我々のシステムにおいて、それらは気体流を冷却し、ＣＯ２コンプレッサーにエネルギーを供給する２つの役割を果たす。
熱の付加と排除は、ほぼ一定の圧力で生じ、熱エンジンのサイクルをエリクソンサイクルにする。エリクソンエンジンはしばしば、圧縮と膨張が反対側で起こる複動ピストンを用いる。我々のシステムにおいて、圧縮と膨張は離れたシリンダーで起こる。
熱エンジンの圧縮セルと膨張セルは閉システムを形成するため、いかなる適切な気体をも用いられ得る。気体としては、ヘリウムが選択され得る。その熱伝導特性ゆえに再生器（しばしばこの種の熱エンジンの最も高価な部分である）がコンパクトおよび安価となるからである。
システムの熱力学は複雑である。鍵となる分析的な結果は、石炭燃焼パワープラントの排ガスにおいて利用可能な十分な熱エネルギーが存在することである。それにより、熱のロスおよび機械的ロスを含めて、全体のシステムを運転し、エネルギーの付加なしにすべての分離されたＣＯ２を圧縮できる。それは、全体のシステムが内蔵型となり得る：運転のために電気を必要としない、ということである。
次に、圧縮と膨張を成し遂げるための装置の種々の態様について詳解する。しかしながら、本発明はこれらの態様に限定されるものではなく、他の装置（例えば、専用コンプレッサーおよび専用膨張機）が用いられ得る。
（シングルステージシステム）
図２５は、本発明のシステム２５２０の態様を示す。この態様は、圧縮と膨張の間の熱交換を促進させるために液体と空気を混合し、圧縮する空気と膨張する空気の両方に同じ機構を応用することを含む。バルブのタイミングを電気的に制御することで、圧縮空気の所定量から高い動力出力を得ることできる。
図２５に示されるように、エネルギー保存システム２５２０は、ピストン装置２５２３の往復のために形成されるチャンバー２５２２を画定するシリンダー装置２５２１または同様のものを含む。圧縮空気エネルギー保存システム２５２０はまた、圧力セル２５２５を含む。それは、ユニットとしてシリンダー装置２５２１と一緒に組み合わされた場合、可逆性の圧縮／膨張機構（すなわち、１−ステージ２５２４）のひとつのステージを形成する。空気フィルター２５２６、気液分離機２５２７、および液体タンク２５２８が存在し、パイプ２５３０と２５３１各々を介して、低い圧力側において圧縮／膨張機構２５２４と流体連通する液体２５４９ｄを含んでいる。高い圧力側において、空気保存タンク２５３２は、入力パイプ２５３３と出力パイプ２５３４を介して圧力セル２５２５に接続している。２つの出力ノズル２５１１と２５４４とともに、複数の双方向・２位置バルブ２５３５−２５４３が提供される。この特定の態様は、液体ポンプ２５４６と２５４７も含む。しかしながら、評価されるであろうことは、液体タンク２５２８の水位がシリンダー装置２５２１の水位よりも高くなった場合、水は重力に従ってシリンダー装置に流れ込み、ポンプ２５４６の必要性が低減されることである。
つまり、大気がパイプ２５１０を介して入り、フィルター２５２６を通過し、パイプ２５３０を介してシリンダー装置２５２１のシリンダーチャンバー２５２２に入る。そこでは、ピストン２５２３の動きにより、液圧により、または他の機械的アプローチにより（図８参照）圧縮される。圧縮が始まる前に、噴霧ノズル２５４４を用いて、液体ミストがシリンダー装置２５２１のチャンバー２５２２に導入される。それは、圧力セル２５２５からパイプ２５４８を介する。液体は、水、油、または十分に高い熱容量特性を有する圧力セル由来の他の適切な液体２５４９ｆであってもよい。高い温度に持ちこたえることが可能な液体が必要とされないよう、システムは、好ましくは実質的に外気温で作動する。液体ミストの主要な機能は、シリンダーチャンバーにおいて空気の圧縮の間に生成された熱を吸収することである。各々の圧縮ストロークの間、チャンバーに注入されたミストの予定量は、ストロークの間に生成されたすべての熱を実質的に吸収するのに必要な量である。ミストがまとまるにつれて、シリンダーチャンバー２５２２において液体２５４９ｅとして集まる。
圧縮された空気／液体混合物は、パイプ２５５１を介して、出力ノズル２５１１を通って、圧力セル２５２５に移送される。圧力セル２５２５において、移送された混合物は、圧縮により生成された捕捉熱を、セルに収容される液体２５４９ｆと交換する。空気は液体を通って泡となり、圧力セルの上端部に達し、パイプ２５３３を通って空気保存タンク２５３２に進む。
膨張サイクルは本質的には、圧縮サイクルの逆のプロセスである。空気がパイプ２５３４を通って空気保存タンク２５３２を離れ、圧力セル２５２５において液体２５４９ｆを通って泡となり、パイプ２５５５を介してシリンダー装置２５２１のチャンバー２５２２に入る。そこでは、ピストン２５２３または他の機械的連結機構が駆動される。再度、膨張プロセスの間シリンダーチャンバーにおいて実質的に一定の温度に保つために、膨張の間、液体ミストは出力ノズル２５４４とパイプ２５４８を介してシリンダーチャンバー２５２２に導入される。空気圧縮が完了したとき、分離された液体が再利用されるよう、消費された空気とミストが気液分離機２５２７を通過する。最終的に、空気はパイプ２５１０を介して外気に排出される。
圧力セル２５２５に収容される液体２５４９ｆは、継続的に熱交換器２５５２を通って循環される。圧縮の間に生成された熱を取り除き、膨張の間に熱吸収されるチャンバーに熱を加えるためである。この循環する液体は同様に、スイッチ２５６４および熱交換器２５１２を介して、熱をヒートシンク２５６０または熱源２５６２のどちらか一方と選択的に交換する。循環する液体は、内部熱交換器２５５２と接続しているパイプ２５５３と２５５４を介して、外部熱交換器２５１２に運ばれ、および外部熱交換器２５１２から運ばれる。
図２５の装置はさらに、コンピューター読み出し可能保存装置２５９２に電気的に連結しているコントローラー／プロセッサー２５９４を含む。それは、いかなる設計のひとつであってもよく、以下に限定されるものではなく、半導体原理、または磁気的もしくは光学的記憶原理に基づくものを含む。コントローラー２５９４は、システム内の能動素子の領域と電気的に連結されるものとして示され、以下のものには限定されないがバルブ、ポンプ、チャンバー、ノズルおよびセンサーを含む。本システムに用いられるセンサーの具体例は、以下のものには限定されないが、圧力センサー（Ｐ）２５９８，２５７４および２５８４、温度センサー（Ｔ）２５７０、２５７８、２５８６および２５７６、湿度センサー（Ｈ）２５９６、体積センサー（Ｖ）２５８２および２５７２、および流量センサー２５８０を含む。
以下に詳細を示すように、１または２以上のシステム要素から受け取られる入力、およびもしかするとそれらの入力から計算される数値にも基づいて、コントローラー／プロセッサー２５９４は、１または２以上の目的を達成するためにシステムの運転を動的に制御する。目的は以下のものには限定されないが、以下のものを含む：最大化もしくは制御された保存されたエネルギーの有効仕事への変換効率；最大化、最小化、もしくは制御された出力；予期される出力；ピストンと連結する回転シャフトの予期される出力速度；ピストンと連結する回転シャフトの予期される出力トルク；ピストンと連結する回転シャフトの予期される入力速度；ピストンと連結する回転シャフトの予期される入力トルク；ピストンと連結する回転シャフトの最大出力速度；ピストンと連結する回転シャフトの最大出力トルク；ピストンと連結する回転シャフトの最小出力速度；ピストンと連結する回転シャフトの最小出力トルク；ピストンと連結する回転シャフトの最大入力速度；ピストンと連結する回転シャフトの最大入力トルク；ピストンと連結する回転シャフトの最小入力速度；ピストンと連結する回転シャフトの最小入力トルク；またはそれぞれのステージにおける最大の予期される空気の温度差である。
前に図１２Ａ−Ｃに併せて記載された表は、熱交換に影響を与える液体ミストを利用したシングルステージシステムのための圧縮サイクルの態様におけるステップを表す。圧縮サイクルの間、圧力セルの熱交換器は熱源と熱連通していないが、ヒートシンクとは熱連通している。
対応する膨張サイクルは、図１３Ａ−Ｃに関連して上述の表において示される。膨張サイクルの間、圧力セルの熱交換器は熱源と熱連通している。
圧縮および膨張の両方で同じ機構を使用することは、本発明によっては必須とされないが、それによりシステムのコスト、大きさ、および複雑性を低減することができる。
（マルチステージシステム）
機械力がシステムに運ばれ、およびシステムから運ばれる、機械的または液圧的アプローチにより適合可能である場合よりも大きな圧縮／膨張率が求められる場合、マルチステージシステムが利用されるべきである。３つのステージ（すなわち、第１ステージ２６２４ａ、第２ステージ２６２４ｂ、および第３ステージ２６２４ｃ）を有するマルチステージ圧縮空気エネルギー保存システム２６２０は、図２６に概略的な形態で図示される。数個以上のステージを有するシステムは、同様に構築される。ここで留意すべきは、下記のすべての図において、ａ、ｂおよびｃの文字が番号の指定とともに使われる場合（例えば、２６２５ａ）、それらはマルチステージエネルギー保存システム２６２０の個々のステージにおける要素に言及している。図２６は、種々のステージがスイッチ２６５４を通って熱源２６５０またはヒートシンク２６５２と選択的に連結し得ることを示す。
同じ要素によって実行される圧縮機能および膨張機能を有する装置のマルチステージの態様もまた、再生器装置を利用することで恩恵を受け得る。図２６Ａは、システム２６５０の他の態様の簡略化された図を示す。それは、再生器２６５２を含むこと以外は、図２６のシステムと同様である。再生器２６５２は、高圧ステージ２６２４ｃと圧縮気体保存ユニット２６３２との間の導管２６３３と選択的に流体連通している。
システムが圧縮モードで運転されている場合、ステージ２６２４ａ〜ｃは、スイッチ２６５４を介してヒートシンク２６５２と熱連通している。バルブ２６５４と２６５６は、流入空気を、導管２６２０を回避して第１ステージ２６２４ａに直接流入するよう構成される。
システムが膨張モードにて運転されている場合、バルブ２６５４と２６５６は、第１ステージ２６２４ａの出口と熱連通する導管２６２０を配置するよう構成される。加えて、ステージ２６２４ａ−ｃは、スイッチ２６５４を介して熱源２６５０と熱連通している。
この構成の結果として、膨張の間、再生器２６５２を通って保存ユニット２６３２から流出する気体は、低圧ステージ２６２４ａから流出する流動気体近傍からの熱エネルギーを受け取ることにより温められる。具体的には、低圧ステージ２６２４ａから流出する気体は、３つの連続的なステージから熱源への露出により温められる。再生器における流動気体間の熱エネルギーの交換は、圧縮気体の膨張からの出力エネルギーを増強させる。同様に、低圧ステージから出力された気体は、外気に放出される前に、外気温に冷却される。
図２６および２６Ａの態様は、熱源と同じ温度で熱連通している場合のマルチステージ装置のステージのすべてを示すが、これらは本発明により必須とされるものではない。図２６Ｂは、システム２６８０の他の態様を示し、ここでは、異なるステージが、異なる温度を有する異なる熱源と選択的に連結している。図２６Ｂの特定の態様において、低圧ステージ２６２４ａおよび第２のステージ２６２４ｂは、第１のスイッチ２６８３を通って、第１の熱源２６８２およびヒートシンク２６８４と選択的に熱連通している。最終ステージ２６２４ｃおよび保存ユニット３２は、第２のスイッチ２６８６を通ってヒートシンク２６８４および第２の熱源２６８５と熱連通している。
図２６Ｂで示されるような実施態様により、第２の温度差からのエネルギーが抽出され得る。例えば、工業的プロセス由来の高温の熱は、各々前ステップよりも外気に近い温度を有する冷却ステップの継続を経て、外気温まで冷却され得る。
さらに、圧縮および／または膨張の間、本発明の態様によるマルチステージ装置の種々のステージが、温度の異なる変化を経験し得る。図２６Ｂに示されるような構成により、このようなステージの特定の温度の熱源へのより正確なマッチングが可能となる。それにより、種々の温度から利用可能な効率的なエネルギーの抽出が可能となる。
図２４Ｄは、専用コンプレッサーと専用膨張機の要素に特徴を有する態様を示す。それは、異なる熱源と各々連結している多段階膨張ステージを利用する。
要約すれば、本発明の種々の態様は、共通して１または２以上の下記の要素を有していてもよい。
１．膨張サイクルの間、熱源と選択的に熱連通する。
２．空気と高い比表面で接触する液相によりもたらされる所要の熱交換を伴う、近等温の空気の膨張および圧縮。
３．空気の圧縮および膨張の両方をなし得る可逆的機構。
４．圧縮空気の所定の体積から高い予定出力を得るための、バルブタイミングの電気的な制御。
上記に詳述したように、本発明によるエネルギーを保存および回収するシステムおよび方法の態様は、プロセッサーおよびコンピューター読み出し可能保存媒体を含むホストコンピューターと連結されての実施に非常に適している。そのようなプロセッサーおよびコンピューター読み出し可能保存媒体は装置に組み込まれ得る、および／または、外部の出力／入力デバイスを通して、制御もしくはモニターされ得る。図２０は、本発明の一態様に係る情報を処理する計算装置の簡素化された図である。この図は単なる例示であり、請求項の範囲を限定するものではない。当業者は多くの他の変形、修正および代用を認識するだろう。本発明に係る態様は、ブラウザのような単一のアプリケーションプログラムで実行され得る、もしくは、クライアント−サーバ関係におけるワークステーション、パーソナルコンピューターもしくはリモート端末のような分散コンピューター環境における複数のプログラムとして実行され得る。
図２０は、ディスプレイデバイス２０２０、ディスプレイスクリーン２０３０、キャビネット２０４０、キーボード２０５０、およびマウス２０７０を含むコンピューターシステム２０１０を示す。マウス２０７０およびキーボード２０５０は「ユーザ入力デバイス」を表す。マウス２０７０は、グラフィカル・ユーザ・インターフェース上のボタンの選択のためのボタン２０８０を含む。ユーザ入力デバイスの他の例は、タッチスクリーン、ライトペン、トラックボール、データグローブ、マイクロフォン、等である。図２０は、本発明を具体化するシステムの１つのタイプ以外の代表例である。多くのシステムのタイプおよび構成が本発明とともに使用するのに適していることは、当業者にとってきわめて自明であろう。好ましい態様において、コンピューターシステム２０１０は、ペンティアム（登録商標）クラスを基礎とするコンピューター、マイクロソフト社による稼働するＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）ＸＰ（商標）もしくはＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標） ７（商標）のオペレーティングシステムを含む。しかしながら、本発明の範疇から外れない範囲で、当業者によって、本装置は、他のオペレーティングシステムおよび基本設計概念に容易に適用される。
述べたように、マウス２０７０は、たとえばボタン２０８０のような１または２以上のボタンを有し得る。キャビネット２０４０は、たとえば、ディスクドライブ、プロセッサー、保存装置等のようなよく知られているコンピューター部品を収納する。保存装置は以下に限定されるものではないが、ディスクドライブ、磁気テープ、固体メモリ、バブルメモリ、等を含む。キャビネット２０４０は、たとえば、コンピューターシステム２０１０を外部デバイス、外部保存装置、他のコンピューター、追加の周辺機器、さらには以下に記載するものに接続するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースカードのような追加のハードウェアを含み得る。
図２０Ａは、図２０のコンピューターシステム２０１０における基本サブシステムの例示である。この図は単なる例であり、請求項の範囲はこれに限定されるべきではない。当業者は他の変形、修正、および代用を認識するだろう。ある態様において、サブシステムはシステムバス２０７５を介して相互接続される。たとえば、プリンター２０７４，キーボード２０７８、固定ディスク２０７９、ディスプレイアダプター２０８２と接続されるモニター２０７６、および他のような追加サブシステムが示される。Ｉ／Ｏコントローラー２０７１と接続する周辺機器および入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスは、たとえばシリアルポート２０７７のような当業者に既知の多くのアプローチによってコンピューターシステムに接続され得る。たとえば、シリアルポート２０７７はコンピューターシステムをモデム２０８１に接続するために用いられ得、同様に、たとえば、インターネット、マウス入力デバイス、もしくはスキャナーのようなワイドエリアネットワークに接続される。システムバスを介した相互接続によって、セントラルプロセッサー２０７３は、それぞれのサブシステムと通信でき、および、サブシステム間の情報の交換だけでなくシステムメモリ２０７２もしくは固定ディスク２０７９からの命令の実行を制御することができる。サブシステムおよび相互接続の他のアレンジが当業者によって容易になされうる。システムメモリおよび固定ディスクはコンピュータープログラムの保存用の有形媒体の例であり、有形媒体の他の例は、フロッピー（登録商標）ディスク、着脱式ハードディスク、たとえばＣＤ−ＲＯＭやバーコードのような光学保存媒体、たとえばフラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびバッテリーバックメモリのような半導体メモリを含む。
図２１は、プロセッサー／コントローラー間の関係、受け取られる様々な入力、実行される機能、プロセスコントローラーによって生み出される出力を示す模式図である。示唆されるように、１または２以上の入力に基づいて、プロセッサーは装置の様々な運転特性を制御し得る。
制御され得るそのような運転パラメーターの例は、膨張サイクルの間に流入空気をシリンダーに入れるバルブの開閉タイミングであり、図１３Ａ〜Ｃに関連して前述された通りである。
具体的には、膨張サイクルのステップ１の間、制御された時間間隔の間のバルブ３７の開放によって、空気の所定量Ｖ０が圧力セルからチャンバーに加えられる。この空気の量Ｖ０は、ピストンが膨張ストロークの終点に達する時にチャンバー内部の所望の圧力が得られるように計算される。
ある場合においては、もしステージが最も圧力の低いステージであるか唯一のステージであるならば、この所望の圧力は２番目に圧力の低いステージもしくは大気圧とほぼ等しくなるだろう。そのため、膨張ストロークの終点においては、初期の空気量Ｖ０におけるエネルギーは完全に消費され、膨張した空気を２番目に圧力の低いステージに動かす際に無駄になるエネルギーはほとんどないか、全くない。
この目標を達成するために、所望の空気量（Ｖ０）をチャンバーに入れることができる間のみバルブ３７が開放され、その後、ステップ３〜４において、バルブ３７は閉状態が維持される。ある態様においては、チャンバー内部の所望の圧力は、２番目に低いステージの、１ＰＳＩ以内、５ＰＳＩ以内、１０ＰＳＩ以内、２０ＰＳＩ以内であり得る。
他の態様においては、バルブ３７がＶ０よりも大きな初期空気量となるようにコントローラー／プロセッサーがバルブ３７を制御し得る。たとえば、エネルギー回収の効率を犠牲にして、より大きな動力が所定の膨張サイクルから望まれる時、そのような指示が与えられ得る。
圧縮の間、バルブの開閉タイミングも注意深く制御され得る。たとえば、ミストの追加および圧縮に対応する表のステップ１および２において、シリンダー装置と圧力セルとの間のバルブ３８が閉状態のまま維持され、シリンダー内部の圧力が高まる。
従来型の圧縮装置においては、蓄積された圧縮空気がチェックバルブによってベッセル内部に収容され、閾値圧力に応答して機械的に開放されるように設計されている。チェックバルブを作動させるために圧縮空気のエネルギーをそのように使用することが有益な作業を実行するための空気からのエネルギーの能率的回収を損なう。
対照的に、本発明の態様は所望の条件の下でバルブ３８を正確に開放するためにコントローラー／プロセッサーを用い得て、たとえば、そこではシリンダー内の蓄積圧力は圧力セル内の圧力を一定量上回る。この方法において、シリンダー内部の圧縮空気からのエネルギーはバルブ開放プロセスによって消費されず、エネルギー回収の能率は上昇する。圧縮空気をシリンダーから流出させるために電気的制御に依存し得るバルブのタイプの態様は以下に限定されるものではないが、パイロットバルブ、カム操作バルブ、ロータリーバルブ、液圧作動バルブ、および電子作動バルブを含む。
シングルステージ装置のバルブ３７および３８の操作タイミングは上述したように制御され得る一方、他のバルブが同様に制御され得ることが好ましいはずである。
プロセッサーによって制御され得るシステムパラメーターの他の例はチャンバー内に導入される液体量である。たとえば、圧力、湿度、算出された効率、および他のような１または２以上の数値に基づいて、圧縮もしくは膨張の間にチャンバーに導入される液体量が注意深く制御され、運転の効率を維持し得る。たとえば、Ｖ０よりも大きい空気量が膨張サイクルの間にチャンバーに入ると、所望の温度範囲内で圧縮空気の温度を維持するために追加の液体が導入されなければならないかもしれない。
上述の具体的な態様における変形が可能である。たとえば、いくつかの態様においては、複数のピストンが共通のチャンバーと連結され得る。
そして上述の態様は圧力セルの液体部分に接触した場合での熱交換器を示してきた一方で、これは本発明に必須とされない。他の態様において、熱交換器は圧力セルの気体部分、または圧力セルの気体部分および液体部分の両方に接触し得る。専用圧力セルを有しない態様（例えば図１０に示されるように）において、熱交換器はシリンダー内に含まれるまたはシリンダーに流入する気体または液体に接触し得て、これは本発明の範囲内に含まれる。
そして上述の態様は専用圧力セルを示してきた一方で、マルチステージ装置は独立した圧力セルを含まなくてもよい。例えば、図１０の態様において、ステージは圧力セルよりもむしろ熱交換器を通ってともに直接的に接続される。ステージ１が排出ステップを行っているときにステージ２が注入ステップを行うよう（圧縮の間）、２つのステージにおけるサイクルの相対位相は注意深く制御されなければならない。ステージ２が排出ステップを行っているときには、ステージ１が注入ステップを行う（膨張の間）。
熱交換器１００２４の両側の圧力が、バルブ３７および１００５８が開く際に実質的に同じであるよう、タイミングが制御される。スプレーノズル４４への液体は、バルブ１００３６を開き、ポンプ１００３２を動かすことにより、シリンダー２２内の過剰の水から供給される。同様に、スプレーノズル１００６４への液体は、バルブ１００３８を開き、ポンプ１００３４を動かすことにより、シリンダー１００４６内の過剰の水から供給される。操作の間のこのような適切なタイミングは、前述のような、複数のシステムの要素と連結しているコントローラー／プロセッサーの操作により達成され得る。
（付記１）
圧縮気体からエネルギーを回収するように構成されたシステムであって、
熱源と熱連通している熱交換器と、
液体供給部と選択的に液体連通している、第１の可動部材を有するチャンバーを備える第１の膨張機と、
前記熱交換器と熱連通し、前記チャンバーと選択的に流体連通している第１の圧力セルと、
を備え、
前記チャンバーは、前記第１の圧力セルからの圧縮気体が第１のピストンを動かすために前記チャンバー内にて膨張するときに、前記液体供給部から液体を受けるよう構成される、
ことを特徴とするシステム。
（付記２）
第１の膨張機は、圧縮気体保存ユニットと選択的に流体連通しているコンプレッサー−膨張機を備え、
前記熱交換器は、前記コンプレッサー−膨張機が膨張機として運転されるように構成されるときには、前記熱源と熱連通するように構成され、前記コンプレッサー−膨張機がコンプレッサーとして運転されるように構成されるときには、前記熱源と熱連通しないように構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記３）
前記熱交換器は、前記コンプレッサー−膨張機がコンプレッサーとして運転されるように構成されるときには、ヒートシンクと熱連通するように構成される、
ことを特徴とする付記２に記載のシステム。
（付記４）
前記熱交換器と前記熱源との間を選択的に熱連通できるようにするスイッチをさらに備える、付記１に記載のシステム。
（付記５）
前記熱源は太陽エネルギーを含み、前記スイッチは概日周期を含む、
ことを特徴とする付記４に記載のシステム。
（付記６）
前記スイッチは前記熱源と前記圧縮気体保存ユニットとの間を選択的に熱連通できるようにする、
ことを特徴とする付記４に記載のシステム。
（付記７）
前記第１の可動部材と再生器との間の物理的連結機構をさらに備える、付記１に記載のシステム。
（付記８）
前記物理的連結機構は、機械式連結機構、液圧式連結機構、または空気圧式連結機構を備える、
ことを特徴とする付記７に記載のシステム。
（付記９）
前記膨張機は、専用膨張機を備え、
前記物理的連結機構と連結し、前記専用膨張機から出てきた気体を受けるよう構成された専用コンプレッサーをさらに備える、
ことを特徴とする付記７に記載のシステム。
（付記１０）
前記専用コンプレッサーはヒートシンクと熱連通している、
ことを特徴とする付記９に記載のシステム。
（付記１１）
前記専用膨張機から出てきた気体を前記専用コンプレッサーから出てきた気体に熱的に露出するように構成された再生器をさらに備える、付記９に記載のシステム。
（付記１２）
膨張サイクルの間、前記チャンバーに気体を収容するように構成されたバルブと連結しているコントローラーをさらに備える、付記１に記載のシステム。
（付記１３）
前記可動部材が膨張ストロークの終点にある場合、前記気体が大気圧とほぼ等しい圧力または２番目に低い圧力ステージとほぼ等しい圧力を作り出すよう構成される、
ことを特徴とする付記１２に記載のシステム。
（付記１４）
前記膨張機が、前記チャンバーにおける前記可動部材により圧縮された空気を、バルブを介して前記圧力セルに流入するように構成されたコンプレッサー／膨張機を備える、
ことを特徴とし、
圧縮サイクルの間、前記チャンバーにおいて所望の圧力が達成されたときに、前記バルブを開くために前記バルブと連結しているコントローラーをさらに備える、付記１に記載のシステム。
（付記１５）
温度差からエネルギーを抽出する方法であって、
第１の温度で圧縮気体を供給する工程と、
第２の温度で熱源を連結機構に連結された膨張機内で膨張している圧縮気体と熱連通するように配置する工程と、
前記連結機構から機械的、空気圧的、または液圧的な形態での力を抽出する工程と、
を含む方法。
（付記１６）
前記圧縮気体が保存ユニットから供給される、
ことを特徴とする付記１５に記載の方法。
（付記１７）
前記熱源が太陽エネルギーを含む、
ことを特徴とする付記１６に記載の方法。
（付記１８）
前記熱源が概日周期により前記圧縮気体と選択的に熱連通するように配置される、
ことを特徴とする付記１７に記載の方法。
（付記１９）
第２の熱源を第３の温度で前記保存ユニットと熱連通するように選択的に配置する工程をさらに含む、付記１６に記載の方法。
（付記２０）
前記圧縮気体が前記連結機構に連結したコンプレッサーより供給される、
ことを特徴とする付記１５に記載の方法。
（付記２１）
前記コンプレッサーが前記膨張機から出てきた気体を圧縮する、
ことを特徴とする付記２０に記載の方法。
（付記２２）
前記圧縮気体がヘリウムを含む、
ことを特徴とする付記２１に記載の方法。
（付記２３）
前記気体が高い熱容量を有する濃縮気体を含むように、前記気体が外気圧よりも実質的に高い圧力基準値で前記膨張機から出てくる、
ことを特徴とする付記２１に記載の方法。
（付記２４）
再生器において、前記膨張機から出てきた前記気体を、前記コンプレッサーから出てきた前記圧縮気体に熱的に露出する工程をさらに含む、付記２１に記載の方法。
（付記２５）
前記膨張機から出てきた気体を、第３の温度で第２の熱源と熱連通している第２の膨張機と流体連通するように配置する工程をさらに含む、付記２０に記載の方法。
（付記２６）
前記膨張機内で前記圧縮気体に液体を導入する工程をさらに含む、付記１５に記載の方法。
冷却目的で液体−気体エアロゾルの膨張を利用することは、米国特許仮出願第６１／３２０，１５０号明細書で説明されており、この出願は全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。本発明の態様は、このようなエアロゾル冷却サイクルを用いて作動し得る圧縮気体エネルギー保存および回収システムに関連する。
具体的には、このような冷却システムの態様は、熱交換を促進するように水スプレーを用いて、等温近くで空気を圧縮および膨張することで運転される。ある態様において冷却剤は空気−水エアロゾルを含むため、システムは、温室ガス（ＧＨＧ）の排出なしに効率良くかつ確実に運転されることができる。
本発明の態様により、わずかな温度変化のみで、空気を等温近くで圧縮および膨張することができる。これは熱力学的に基本的な結果から得られる：圧縮プロセスにより生成される熱が圧縮ストロークの間取り除かれると、気体を圧縮するのにより少ない仕事量で済む。同様に、膨張の間に熱が加えられれば、より大きな仕事量を膨張する空気から得ることができる。
液体の水は、外気の熱容量よりも約５千倍大きい熱容量を示す。本発明の態様は、微小な水滴を圧縮および膨張チャンバーに噴霧する。これにより、少量の水スプレーが生成された多くの熱を吸収し、結果的に等温近くでの運転が可能となる。
ある態様は、圧縮および膨張を行うために、往復ピストンの機構を利用する。このような往復ピストンの機構を利用することで、液体を直接的に圧縮または膨張チャンバーにスプレーすることができる。液体の水滴がスプレーの形態で直接的に膨張チャンバーに導入され得るシステムは、米国特許出願第１２／７０１，０２３号明細書で説明されており、この出願は全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。米国特許仮出願第６１／３０６，１２２号明細書は、気体が膨張するチャンバーの上流に配置された混合チャンバーに液体スプレーが導入され得る他の態様を説明している。この出願も全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
加えて、液体スプレーの流量とタイミングが制御され得る。これにより、流量とΔＴとを独立して変化させることができ、効率の良さと快適さが最適化される。
等温近くでコンプレッサーおよび膨張機を連結させることで、エアロゾルの冷却サイクルが実行されるようになる。ある態様において、これにより、作用流体として空気および水のみの使用で済むようになる。他の態様は、ヘリウムと潤滑油といった、気体と液体の他の組み合わせを採用し得る。気体と液体とを組み合わせることで、ＧＨＧを排出することなく、高い性能係数（ＣＯＰ）を得ることができる。
本発明の実施態様によるエアロゾル冷却サイクルは、相変化により多くの熱を伝導させないにもかかわらず、効率良く運転され得る。この効率の良さは、膨張する気体の仕事を抽出し、その仕事を再び圧縮に投入することにより成し遂げられる。
図２８は、本発明の一態様による冷却サイクルを図示した簡素化した図である。特に、モーターは、コンプレッサーピストンを下死点（ＢＤＣ）から上方に駆動し、シリンダー内にて空気を圧縮する。それは１５０ｐｓｉでスタートする。
ピストンが上死点（ＴＤＣ）のほうに動くと、温度上昇を約１０°Ｆに保ちながら、ポンプは水をシリンダーに噴霧する。シリンダーにおける圧力が約５００ｐｓｉに到達したとき、排出バルブが開き、圧縮された空気−水滴混合物が空気−水分離機に送られる。
圧縮の間に得られた熱が外側に行かないようにして、分離された水は熱交換器を通過する。空気は、膨張機シリンダーに向かって逆流熱交換器を通過する。熱の一部は他方向に（膨張機からコンプレッサーへ）移動する空気に移送される。
冷却された空気は、ＴＤＣで膨張機シリンダーに入り始め、再度水はシリンダーに噴霧される。膨張中の空気は、ピストンをＢＤＣの方に駆動し、シャフトを回転させ、コンプレッサーシリンダーを動かすための付加的な力を供給する。
水−空気混合物は、他の分離機を通過し、分離された水は冷却サイドの熱交換器を通過し、ビルディングの中から熱を引き出す。分離された空気は、逆流熱交換器を介してコンプレッサーに戻り、サイクルは完了する。
この構造の任意の利益は、空気保存タンクが図２８のＡ点に配置される場合、コンプレッサーはタンクを満たすために低電力需要の間に稼働され得るということである。膨張により達成される冷却効果は、付加的な電力利用無しに、ピーク需要の間（例えば、平日の午前７時から午後７時の間）得られ得る。
本発明の態様は、前述の特定の温度に限定されない。例えば、図２８Ａは以下の工程１−６を含むエアロゾル冷却システムの他の態様を示す。
１．冷却気体（〜６５°Ｆ）は往復運動する膨張機において膨張し、内部に取り込まれた液体スプレーから熱を引き出す。両方とも膨張機を〜４０°Ｆにする。抽出された仕事は、コンプレッサーとポンプに再投入される。
２．冷却エアロゾルは、気体から分離され、液体流に集められ、熱交換器に送られる。流入気流を〜５５°Ｆに冷却し、再度膨張する気体にスプレーされるようにサイクルに戻される。
３．液体を含まない冷却気体は逆流熱交換器を通され、液体を含まない暖かい気体の流れに対抗する。冷却気体は外気温よりわずかの高い温度（〜１２０°Ｆ）に一定圧で加熱される。
４．暖かい液体は暖かい気体にスプレーされ、その後圧縮される。コンプレッサーは、一部膨張機により、および一部電気モーターにより駆動される。圧縮の熱は、エアロゾルに引き込まれる。両方ともコンプレッサーを〜１３０°Ｆにする。
５．暖かい液体は気体から分離され、液体流に集められ、熱交換器に送られる。大気に熱を放出することで冷却され、その後再度圧縮する気体にスプレーされるために再利用される。
６．液体を含まない暖かい気体は、逆流熱交換器を通され、液体を含まない冷却気体の流れに対抗する。暖かい気体は、空調装置排気温度よりもわずかに低い温度（〜５０°Ｆ）に一定圧で冷却される。気体は膨張機に流れ込み、冷却液体とともに取り込まれ、サイクルは継続する。
ある態様では、合理的なコストでＣＯＰが４を超えることを成し遂げ得る。寄生損失の制御は、装置の効率性の改善において一助となり得る。例えば、電動モーターおよびドライブ全体の効率性が９５％であれば、コンプレッサーおよび膨張機機構の効率性は往復で７９％を超え得る。高品質の機械的部品が使われる場合、ならびに圧縮、膨張の間、および熱交換器の全体において、温度変化が約１０°Ｆから２０°Ｆの間に維持され得る場合、この効率性レベルは達成可能である。
本発明の態様は、ある側面においてタービン膨張機を有する気体冷却サイクルと同様のアプローチを利用する。それは、例えばジェット機の空気循環冷却器に用いられる。例えば、大部分の冷却は、潜熱よりも顕熱の移動を介して行われる。
しかしながら、本発明によるエアロゾル冷却サイクルの態様は、ある側面においてこのような従来の気体冷却サイクルとは異なる。例えば、圧縮および膨張プロセスにおけるエアロゾルの使用およびエアロゾルの液体成分を介した熱の拒絶により、よりコンパクトで安価なシステムが実現する。
特に、空気−水エアロゾルは、既定の圧力で単位体積あたり同じ体積の空気よりも多くの熱を運ぶ。これにより、ΔＴを厳密に所望の有効範囲に制御する一方で、高い圧縮率を用いて、ストロークごとに従来の（断熱性）コンプレッサー／膨張機によりなされるよりも多くの熱を送りこむことができる。
低くかつ厳密に制御されたΔＴにより、高い熱力学的効果が得られる。ストロークごとに送りこまれる大量の熱は、機械的効果および流体効率のロスを減弱させる。空気−水エアロゾルの水成分の優れた熱運搬能力および熱移送能力は、所要の熱交換のコストと体積を低減する。
本発明の態様によるエアロゾル冷却サイクルにおいて等温近くの圧縮および膨張を達成することは、必要な質量流および液滴粒径で圧縮および膨張チャンバーに水を導入する噴霧ノズルの開発に依存し得る。このようなスプレーシステムは、粒子速度画像および計算流体力学（ＣＦＤ）の分析を用いることが特徴である。
図２９は、きわめて一様な水滴分布を提供する中空円錐ノズルの速度場を示す。これは、高い圧縮率に適している。図３０は、高い質量流を提供するファンノズルのＣＦＤシミュレーションを示す。
前述の通り、性能係数（ＣＯＰ）は、冷却システムの定量可能な特性のひとつである。従来の商業的な空調ユニットは、３．５のＣＯＰで作動し得る。
エアロゾル冷却サイクルを利用するシステムの態様は、約４のＣＯＰを目標とし得る。しかしながら、実際に達成されるＣＯＰの正確な値は、多くの値に依存する。
このようなＣＯＰの計算の例は、下記の力学的な表現（１）−（１４）に関連して提供される。図３１はエアロゾル冷却サイクルのシステム図を示し、図３２はエアロゾル冷却サイクルの温度−エントロピー図を示す。
ポイント１と２との間の等温圧縮プロセスの間なされる仕事量は、下記のように表される。
コンプレッサーの効率性は、等温圧縮プロセスの間なされる仕事量の実際になされる仕事量に対する割合として規定される。
等温圧縮プロセスの間の仕事量は、下記のように表される。
膨張効率性は、抽出された現実の仕事量の等温プロセスにおいて抽出された仕事量に対する割合として表される。
等温的に運転される膨張機により空間から抽出された熱は、下記のように表される。
ＣＯＰは下記のように計算される。
システムの一態様の特定のパラメーターは、下記のように提供される。
Ｔ１＝７５°Ｆ＝２９７Ｋ；Ｔ２＝７５°Ｆ＝２９７Ｋ，Ｔ３＝５５°Ｆ＝２８６Ｋ，Ｔ４＝５５°Ｆ＝２８６Ｋ
圧力比は、２７．１をとる。
等温圧縮においてなされる仕事量は、下記のように表される。
膨張の熱効率を９８％、機械的および漏れ効率が９５．６％と仮定すると、実際の仕事量は、下記のように表される。
等温膨張から抽出される仕事量は、下記のように表される。
膨張の熱効率を９２．７％、機械的および漏れ効率が９５．６％と仮定すると、実際の仕事量は、下記のように表される。
空間から抽出された熱は、下記のように表される。
ＣＯＰは、下記のように表される。
図３２Ａは、エアロゾル冷却サイクルの態様を介した仕事量と熱の流れを表した、電力フローのグラフである。電力の値は、グリッドからの電力の流入に標準化されている。
まず、１ｋｗの電力が９７％の効率でモータードライブを通過し、次に９５％の効率でモーターにより処理される。これは、モーターシャフトを進み、摩擦として０．５％の力をロスする。このシャフトはコンプレッサーを駆動する。
コンプレッサーはいくつかの非効率性の可能性を有する源を有し得て、それには限定されることなくスプレー、漏れ、機械的および熱的なものが含まれる。水とヘリウムの質量比が１０：１の場合に、噴霧のロスがシステムを介して循環される仕事量の１％のみとなる。
往復運動するコンプレッサーまたは膨張機の機械的および漏れのロスは、典型的には約９５％である。しかしながら、摩擦損失は、バルブアクチュエーター、オリフィスフリクション、管内損失、およびピストンリングに集中する。
これらの摩擦損失は、圧力が上がるにつれて直線的には大きくならず、バルブ／パイプのロスはヘリウムのような軽い気体を用いることで低減する。圧力比２．７１で、約２５バールの内部加圧で運転を行うことで、合計で９５．６％以上の機械的効率性を維持し得る。
熱的効率性もまた、図３２Ａの態様において示される。気体と液体との間の温度差が約５°Ｆの場合、示された温度で膨張効率が９２．７％であり、圧縮効率が９８％である。
本発明の態様によるエアロゾル冷却サイクルを利用するシステムのサイズは、因子の数に依存し得る。往復ピストン、ポンプ、熱交換器およびＡＣモーターといったシステムの部品は、既製品または比較的簡便な修正品のどちらかを用い得る、基本的な装置である。これにより、装置の構成および従来のサイズの試作品が実現する。
例えば、１２００ＲＰＭおよび１５０ｐｓｉで稼働する１トンのシステムは、１ｈｐの電動モーター、合計で３５０ｃｃ置換の２つの往復ピストン、および約１５平方メートルの界面の表面積を有する冷却ファン熱交換器を利用し得る。これらの部品は、所望の形状要因（例えば、１．５’×１’×９”）に適合され得る。
特定の態様において、システムの部品は、１０年以上の目標で、ほとんどメンテナンスをせずに、またはメンテナンス無しで作動することが期待され得る。寿命に影響を及ぼす１つの要因は、コンプレッサーおよび膨張機シリンダーにおける水の使用を含み得る。水が多くの金属を腐食するからである。スライディングシール、弁座、摩耗表面、およびファスナーといった要素の構成において、耐水性のマテリアルもまた有用であるといえる。本発明による態様は、水に露出される要素の寿命を改善するために、アルミニウム成分、ニッケル−ポリマーコーティング、および／またはＰＴＦＴスライディング成分を用いることができる。
要約すれば、本発明の態様は、従来の冷却アプローチと比較して潜在的な利益を有する。例えば、従来の冷却装置は、圧縮比の機能としてほぼ固定された熱いおよび冷たい温度を有し得、実際に必要とされる以上のΔＴのオーバーシュートが引き起こされ、潜在的に著しい熱力学的なロスが生じていた。これに対して、本発明の態様は、負荷と圧縮率とで独立してΔＴを制御することができ、これにより特定の著しい効率ロスを回避することができる。
本発明によるシステムによりもたらされ得る他の潜在的な利点は、従来のシステムにおいて別に浪費されていたエネルギーの捕捉である。例えば、典型的な空調はノズルを介して膨張を行う（例えば、膨張バルブ）。エネルギーは、浪費されているこのプロセスの間、放出される。蒸気圧縮のための付加された相対的効率性が小さいため、この場合でも付加されたＣＯＰは約１である。
反対に、エアロゾルサイクルのために付加された相対的効率性はより大きく、付加されたＣＯＰは４またはそれ以上である。つまり、本発明の態様は、効率良くエアロゾルを圧縮し、熱を交換し、エアロゾルの膨張からの機械的仕事を生成することができる。良好な機械的および熱力学的な構造が与えられるため、高いＣＯＰが実現する。
本発明の態様による冷却システムのさらなる潜在的な利点は、ＧＨＧｓを回避できることである。具体的には、空気−水エアロゾルまたはヘリウム−油エアロゾルの成分は、温室特性を示さず、それゆえ本発明によるシステムは、ＨＣＦＣｓまたは他の作動流体を利用する従来のシステムと比較して、環境的な利点を有し得る。
以下の付記項は、エアロゾル冷却に関連する。
（付記１）
膨張チャンバー内で熱を膨張する気体と交換するために第１の液体噴霧を導入する工程と、
膨張後の前記気体から前記液体を分離する工程と、
冷却するために分離された前記液体を熱交換器に流す工程と、
圧縮チャンバーからの圧縮気体が逆流熱交換器を介して前記膨張チャンバーに流れている間、前記逆流熱交換器を介して前記膨張チャンバーから前記圧縮チャンバーに気体を流す工程と、
前記圧縮チャンバー内で熱を前記圧縮気体と交換するために、第２の液体噴霧を導入する工程と、
を含む冷却方法。
（付記２）
前記気体が空気を含み、
前記第１の液体噴霧および前記第２の液体噴霧が水を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の冷却方法。
（付記３）
前記膨張チャンバーにおける前記液体噴霧と前記気体との間の熱交換により等温近くの膨張が生じ、
前記圧縮チャンバーにおける前記第２の液体噴霧と前記気体との間の熱交換により等温近くの圧縮が生じる、
ことを特徴とする付記１に記載の冷却方法。
（付記４）
前記第１の液体噴霧の結果として、前記膨張チャンバーが膨張の間約２０°Ｆまたはそれ未満の温度変化を経験し、
前記第２の液体噴霧の結果として、前記圧縮チャンバーが圧縮の間約２０°Ｆまたはそれ未満の温度変化を経験する、
ことを特徴とする付記１に記載の冷却方法。
（付記５）
圧縮気体が膨張を経験する第１のチャンバーに第１の液滴を噴霧することにより形成された、第２のエアロゾルの膨張により生じた第１のエアロゾルから分離された液体への露出によって外気の温度を制御する工程と、
圧縮気体が逆流熱交換器を介して流されている際に、前記逆流熱交換器を介して前記第１のエアロゾルから分離された気体を流す工程と（前記圧縮気体は、気体が圧縮される第２のチャンバーに第２の液滴を噴霧することにより形成された、第４のエアロゾルの圧縮により生じた第３のエアロゾルから分離される）、
を含む方法。
（付記６）
前記気体が空気を含み、
前記第１の液滴の噴霧および前記第２の液滴の噴霧が水を含む、
ことを特徴とする付記５に記載の方法。
（付記７）
前記第１のエアロゾルを形成するための前記第２のエアロゾルの膨張が、前記第１の液滴からの熱の移動により等温近くの状況下で起こり、
前記第３のエアロゾルを形成するための前記第４のエアロゾルの圧縮が、前記第２の液滴からの熱の吸収により等温近くの状況下で起きる、
ことを特徴とする付記５に記載の方法。
（付記８）
前記第１のエアロゾルを形成するための前記第２のエアロゾルの膨張が、約２０°Ｆまたはそれ未満の温度変化で起こり、
前記第３のエアロゾルを形成するための前記第４のエアロゾルの圧縮が、約２０°Ｆまたはそれ未満の温度変化で起こる、
ことを特徴とする付記５に記載の方法。
（付記９）
膨張チャンバーを形成するために配置された第１の部材を有する第１のシリンダーと（前記第１の部材は前記膨張チャンバー内で気体の膨張に対応して可動である）、
圧縮チャンバーを形成するために配置された第２の部材を有する第２のシリンダーと（前記第２の部材は前記圧縮チャンバー内で気体を圧縮するために可動である）、
可動の前記第１の部材と可動の前記第２の部材との間の物理的連結機構と、
前記物理的連結機構に接続しているモーターと、
前記膨張チャンバーにおいて第１のエアロゾルを形成するために液滴を導入するように、および前記圧縮チャンバーにおいて第２のエアロゾルを形成するために液滴を導入するように構成されたスプレーシステムと、
前記第１のシリンダーの出口と流体連通している入口を有する第１の気体／液体分離機と、
前記第２のシリンダーの出口と流体連通している入口を有する第２の気体／液体分離機と、
前記第１の気体／液体分離機の第１の出口と液体連通している第１の熱交換器と、
前記第２の気体／液体分離機の第１の出口と液体連通している第２の熱交換器と、
前記第１の気体／液体分離機から受け取った気体を前記圧縮チャンバーに流すように構成され、および前記第２の気体／液体分離機から受け取った気体を前記膨張チャンバーに流すように構成された逆流熱交換器と、
を備え、
前記第１の熱交換器は外気の温度を冷却するための冷却ノードとして機能する、
ことを特徴とする冷却装置。
（付記１０）
前記液体は水を含み、前記気体は空気を含む、
ことを特徴とする付記９に記載の冷却装置。
（付記１１）
前記第１の部材は第１の往復ピストンを備え、前記第２の部材は第２の往復ピストンを備える、
ことを特徴とする付記９に記載の冷却装置。
（付記１２）
前記物理的連結機構が回転可能なシャフトを備える、
ことを特徴とする付記１１に記載の冷却装置。
（付記１３）
前記第１の気体／液体分離機からの液体を前記第１の熱交換器に流すように構成された第１のポンプと、
前記第２の気体／液体分離機からの液体を前記第２の熱交換器に流すように構成された第２のポンプと、をさらに備える付記９に記載の冷却装置。
（付記１４）
前記スプレーシステムが中空円錐スプレーノズルを備える、
ことを特徴とする付記９に記載の冷却装置。
（付記１５）
前記スプレーシステムがファンスプレーノズルを備える、
ことを特徴とする付記９に記載の冷却装置。
要約すると、本発明に係る態様は、温度差からのエネルギーの抽出に関連する。特定の態様においては、熱源からのエネルギーは圧縮空気の膨張を通して抽出され得る。ある態様においては、圧縮気体を収容する保存ユニットはコンプレッサー−膨張機と流体連通する。保存ユニットから受け取られる圧縮気体はコンプレッサー−膨張機内で膨張し、動力を発生させる。この膨張の間、コンプレッサー−膨張機は熱交換器を通して熱源と選択的に熱連通することによって、膨張中の気体による動力出力を増加させる。他の態様においては、熱源が連続的に利用可能な場合、専用の気体膨張機が専用コンプレッサーを駆動させるように構成され得る。そのような態様は、たとえば、ヘリウムもしくは上昇した基準圧におけるシステムの運転から生じる高密度気体のように、高い熱容量特性を有する気体を用いた閉鎖系システムを利用し得る。
圧縮空気の１つの源は風である。風からの動力発生の効率は地面からの風力タービンのファンブレードの高さを大きくすることで向上することが知られている。しかしながら、そのような高さは、様々な風の条件下でブレードを含むタービンの比較的重い構造を安全に支持するために、十分な機械的強度をもつ大きくてしっかりした構造の設備を必要とする。
そのような支持構造を建設し、維持する費用は、システムの内在する費用であり、風力発生装置の全体的な収益性を失わせる。そのため、風力タービンを支持するための新しい種類の構造および方法のための技術における必要性がある。
エネルギー保存および回収システムは運転中の風力タービンからの動力を用いて圧縮された空気を用いる。この圧縮空気は地面より上で風力タービンを支持する構造の１つ以上のチャンバーの内部に保存される。物理的支持および圧縮空気を保存するためのベッセルの両方として機能することにより、エネルギー保存および回収システムの全体のコストに対する支持構造の相対的な寄与が減少することによって、組み合わされたタービン／支持装置の経済的実現性を向上させ得る。ある態様においては、チャンバー内部に保存された圧縮空気の膨張力が支持構造の物理的安定性を増加させるために信頼され得て、さらに支持構造の材料コストを低減する。
本発明に係る方法の一態様は、風力タービンを支持する構造の壁によって画定されるチャンバー内部で、運転中の風力タービンの動力から発生される圧縮気体を保存する工程を含む。
本発明に係る装置の一態様は、地面より上に風力タービンを持ち上げるように構成された支持構造を備え、支持構造が風力タービンによって運転される気体コンプレッサーと流体連通するように構成されたチャンバーを画定する壁を備え、チャンバーもまたコンプレッサーによって圧縮された気体を保存するように構成される。
本発明に係る装置の一態様は、風力タービンと、風力タービンによって運転されるように構成された気体コンプレッサーと、地面より上に風力タービンを持ち上げるように構成された支持構造と、を備え、支持構造が気体コンプレッサーと流体連通するチャンバーを画定する壁を備え、チャンバーは気体コンプレッサーによって圧縮される気体を保存するように構成されるエネルギー保存システムを備える。発電機は、チャンバーから流れる圧縮気体の膨張から電力を発生するように構成される。
前述のように、風力タービンが地面より上により高く持ち上げられるほど、風力タービンはより効果的にエネルギーを捕らえるように運転する。具体的には、風力は高さの７乗根におおよそ比例する。動力は風力の２倍に比例し、風力タービンの面積にも比例する。より大きな高さＨによって、理論的には、より大きな径のタービンは、Ｈ２に比例する面積およびＨｘに比例する動力（ｘはおそらく２ ３／７より大きい）をもたらすことができる。そのため、支持構造はシステムの必要要素である。本発明の態様によれば、この支持構造は、風力タービンの出力から発生される圧縮空気を受け取り、保存するように構成された１つ以上のチャンバーもしくはベッセルを収容するというさらなる負荷を実行し得る。
支持構造は内部スペースを囲う外郭構造から概して形成されるので、風力タービン用のそのような支持構造は初めからこの役目によく適している。もしなければ完全に中実の支持構造に関連するであろう大量の材料を消費せず、大きな重量を防ぎつつ、この構造は上部にある風力タービン用の所望の機械的支持を提供する。
図３３は本発明に係るシステムの一態様の簡素化された模式図を示す。具体的には、システム３３００は支持タワー３３０６の上部に位置するナセル３３０１を備える。ナセル３３０１は回転可能ブレード３３０４を有する風力タービン３３０２を含む。
ナセル３３０１がジョイント３３１１を通して支持タワー３３０６と回転可能に連結（矢印３３２０によって示される）することによって、風力タービンのブレードが卓越風の方向を向き得る。本発明の態様に係る使用に適した風力タービンの一例は、コネティカット州フェアフィールドのゼネラルエレクトリックカンパニーから利用可能な１．５ＳＬＥ型タービンである。
風３３０８にさらされてタービン３３０２のブレード３３０４が回転することによって、風力を、連結機構３３０５における出力であるエネルギーに変換する。連結機構３３０５は、実際には、機械的、液圧的、空気圧的であり得る。
同様に、連結機構３３０５は、ギヤシステム３３１２および連結機構３３０３を通して、モーター／発電機３３１４と物理的に連結する。ギヤシステム３３１２はまた連結機構３３０７を通してコンプレッサー／膨張機要素３３１６と物理的に連結する。連結機構３３０３および３３０７は、実際には、機械的、液圧的、空気圧的であり得る。
ギヤシステムは減法的もしくは加法的な方法において、同時に、全ての連結機構の動作を可能にするように構成され得る。ギヤシステムはまた全ての連結機構よりも少ない動作に適応するように構成され得る。ある態様においては、遊星歯車システムがこれらの役割を果たすためによく適し得る。
圧縮気体保存チャンバー３３１８は支持タワーの壁３３１８ａ内部に画定される。コンプレッサー／膨張機３３１６は導管３３０９を通して保存チャンバー３３１８と流体連通する。
システム３３００の運転のいくつかのモードが以下に記載される。運転のあるモードにおいては、風が吹き、グリッド上の電力需要は大きい。これらの条件下では、タービンのブレードの回転からのエネルギー出力のほぼ全てが、連結機構３３０５および３３０３と、ギヤシステム３３１２とを通して、発電機として作動しているモーター／発電機３３１４に伝えられる。同様に、モーター／発電機３３１４によって発生された電力は、導管３３１３を通して消費グリッド上の出力となるように伝えられる。コンプレッサー／膨張機３３１６はこのモードにおいては運転されない。
運転の他のモードにおいては、風は吹いているが、電力需要は大きくはない。これらの条件下では、タービンのブレードの回転からのエネルギー出力の一部が、上述された要素３３０５、３３１２、３３０３、および３３１４を通して電力に変換される。
さらに、コンプレッサーとして機能するコンプレッサー／膨張機３３１６を運転するために、連結機構３３０５および３３０７と、ギヤシステム３３１２とを通して、運転中のタービンからのエネルギー出力のある部分も伝わる。コンプレッサー／膨張機３３１６は吸気し、その空気を圧縮し、その後、支持タワーに位置する保存チャンバー３３１８に圧縮空気を流す。後述するように、この圧縮空気の形態で保存されたエネルギーは、後に回収され、有益な仕事を生み出し得る。
具体的には、システム３３００の運転の他のモードにおいては、コンプレッサー／膨張機３３１６が膨張機として運転されるように構成される。このモードにおいては、保存チャンバーからの圧縮空気が導管３３０９を通して膨張機３３１６に流れ、そこで膨張され得る。空気の膨張が、連結機構３３０７と物理的に連結する可動要素を駆動する。そのような可動要素の一例が、コンプレッサー／膨張機３３１６のシリンダー内部に位置するピストンである。
同様に、作動する連結機構３３０７のエネルギーは、ギヤシステム３３１２および連結機構３３０３を通して、発電機として作動するモーター／発電機３３１４に伝えられる。同様に、連結機構３３０３の作動の結果としてモーター／発電機によって発生される電力は、導管３３１３を通して電力グリッドへの出力であり得る。
いま述べた運転のモードにおいては、風は吹いていてもよいし、吹いていなくてもよい。もし風が吹いていれば、コンプレッサー／膨張機３３１６によるエネルギー出力は、タービン３３１２によるエネルギー出力とともにギヤシステムに組み合わせられ得る。次に、これらの源（風、圧縮空気）からの組み合わせられたエネルギーは、ギヤシステム３３１２によって、連結機構３３０３を通して、モーター／発電機３３１４に伝えられ得る。
運転のさらなる他のモードにおいては、風は吹いていなくてもよく、電力需要は低い。これらの条件下では、コンプレッサー／膨張機３３１６はコンプレッサーとして運転され得る。モーター／発電機３３１４はモーターとして運転され、連結機構３３０３および３３０７と、ギヤシステム３３１２とを通して、コンプレッサー／膨張機３３１６（コンプレッサーとして機能する）を作動させるためにグリッドの電力を引き出す。この運転モードによって、グリッドからの余剰電力が、後の消費のため、チャンバー３３１８に保存される圧縮空気を再補給するように消費され得る。
圧縮気体としてエネルギーの効率的な保存および回収を提供するシステムの態様が、２００９年６月２９日に出願された米国特許仮出願第６１／２２１，４８７号明細書、および、２０１０年１月２８日に出願された米国特許出願第１２／６９５，９２２号明細書に記載されており、その両方が、全ての目的のために、全ての内容がここに取り込まれる。しかしながら、本発明の態様は、これら、もしくは他の圧縮空気保存および回収システムの具体的な設計と一緒の使用に限定されない。２０１０年１月１２日に出願された米国特許仮出願第６１／２９４，３９６号明細書もまた、全ての目的のために、その内容がここに取り込まれる。
前述のように、本発明のある態様は、好ましくは遊星歯車システムを用いて、システムの異なる要素の間で機械エネルギーの移送を行い得る。具体的には、そのような遊星歯車システムは、上述のさまざまな運転モードにおける連結機構間で異なる相対的な動作に適応する柔軟性をもたらし得る。
図３３Ａは、本発明の態様に用いられ得る遊星歯車システムの一態様の簡素化された上面図を示す。図３３ＡＡは、線３３Ａ−３３Ａ’に沿った図３３Ａの遊星歯車システムの簡素化された断面図を示す。
具体的には、遊星歯車システム３３５０は、外周面に第１の歯群３３５４を有し、内周面に第２の歯群３３５６を有するリングギヤ３３５２を備える。リングギヤ３３５２は、３つの他のギヤアッセンブリーと係合され、関連して両方向に可動する。
具体的には、第１のギヤアッセンブリー３３４０は、リングギヤ３３５２の外側に位置するサイドギヤ３３４２を備え、遊星歯車システムへの第１の連結機構として機能する回転可能なシャフト３３４１に固定される。サイドギヤ３３４２の歯は、リングギヤの外周面に位置する歯３３５４と機械的に連結されている。両方向へのシャフト３３４１の回転は結果としてリングギヤ３３５２の対応する動作になるだろう。
第２のギヤアッセンブリー３３５８は、リングギヤ３３５２の内側に位置する中央（太陽）ギヤ３３６０を備える。中央ギヤ３３６０は、遊星歯車システムへの第２の連結機構として機能する回転可能なシャフト３３６２に固定される。
第３のギヤアッセンブリー３３６５によって、中央ギヤ３３６０は、リングギヤ３３５２の第２の歯群３３５６と機械的に連結する。具体的には第３のギヤアッセンブリー３３６５は、各々のピン３３６７を通して、（遊星枠）プレート３３６６と回転自在に連結される複数の（遊星）ギヤ３３６４を備える。プレート３３６６は、遊星ギヤシステムとの第３の連結機構として機能する第３のシャフト３３６８に固定される。
図３３Ａ〜３３ＡＡの遊星歯車システムは、回転可能な３つの連結機構３３４１、３３６２、および３３６８との機械的な連結を提供する。これらの連結機構のそれぞれは、たとえば、風力タービン、発電機、モーター、モーター／発電機、コンプレッサー、膨張機、もしくはコンプレッサー／膨張機のようなシステムの他のさまざまな要素と物理的に連結され得る。
遊星歯車システム３３５０は、減法的もしくは加法的な方法において、同時に、全ての連結機構の動作を可能にする。たとえば、風が吹いている場合、タービン連結機構からのエネルギーが、発電機への連結機構およびコンプレッサーへの連結機構の両方を駆動させるように分配され得る。他の例においては、風が吹いており、エネルギー需要が大きい場合、遊星歯車システムは、タービン連結の出力が膨張機連結機構の出力と組み合わせられることを可能にし、発電機への連結機構を駆動させる。
さらに、遊星歯車システムはまた、全ての連結機構よりも少ない動作に適応するように構成される。たとえば、シャフト３３４１の回転はシャフト３３６２の回転に至り得て、また、その逆も成り立ち得て、その場所でシャフト３３６８の回転が防止される。同様に、シャフト３３４１の回転はシャフト３３６８のみの回転に至り得るし、その逆も成り立ち得る。もしくは、シャフト３３６２の回転はシャフト３３６８のみの回転に至り得るし、その逆も成り立ち得る。たとえば、風力タービンが安定していてモーターの出力に基づいてコンプレッサーを運転することが望まれている場合、この構成によって、機械エネルギーは、システムの２つの要素のみの間で選択的に連結され得る。
図３３に戻り、本発明に係る圧縮気体保存および回収システムのある態様は、多くの潜在的な望ましい特性をもたらし得る。第１に、システムは、現存する風力タービンシステムに存在し得る装備を活用する。すなわち、圧縮空気エネルギー保存および回収システムは、グリッド上の風力タービンから電力を出力するために用いられる同一の発電機を利用し得る。風および保存された圧縮空気の両方から電力を発生させるために発電機をそのように用いることによって、システム全体のコストを低減できる。
図３３の態様と関連する他の潜在的な恩恵は発電効率を向上させる。具体的には、風力タービンのブレードを回転させることによる機械エネルギーの出力は、他の形態（たとえば電気エネルギー）に変換する必要なしに、機械的な形態でコンプレッサーに伝達され得る。もともとの機械的な形態での動力源（風力タービン）の出力を活用することによって、圧縮空気へのその動力の移送効率が高められ得る。
図３３の態様に関連するさらなる他の潜在的な恩恵は、削減される要素の数である。具体的には、システムの二つの要素は二重の機能を発揮する。具体的には、モーター／発電機は、モーターとしても発電機としても運転でき、コンプレッサー／膨張機は、コンプレッサーとして、もしくは膨張機として運転できる。これによって、これらの機能のそれぞれを実行するための別個の専用の要素の必要性がなくなる。
図３３の態様のさらなる他の潜在的な恩恵は、様々な要素を可動部品と結合させる連結機構の相対的な簡素さである。具体的には、図３３の態様においては、タービン、ギヤシステム、モーター／発電機、およびコンプレッサー／膨張機が全てナセル内に位置している。そのような構成が、ナセルと、基礎の支持構造との間の回転結合との適合性という恩恵をもたらす。具体的には、要素間の連結機構の中に回転ジョイントを旋回させる必要があるものはなく、そのため、連結機構は、ナセルと支持構造との間の相対動作に適合する必要はない。そのような構成によって、これらの連結機構の構造および操作は、実質的に簡素化される。
しかしながら、他の態様によれば、１つ以上のギヤシステム、コンプレッサー／膨張機、およびモーター／発電機がナセルの外側に位置し得る。図３４は、本発明に係るシステム３４００のそのような他の態様の簡素化された図を示す。
この態様においては、タービン３４０２がナセル３４０１内に位置している一方、ギヤシステム３４１２、コンプレッサー／膨張機３４１６、およびモーター／発電機３４１４は、タワー３４０６の基部に位置している。タービン３４０２とギヤシステム３４１２との間で動作する細長い連結機構３４０５の使用によって、この配置が可能となる。細長い連結機構３４０５は、実際には、機械的、液圧的、もしくは空気圧的であり得る。
連結機構３４０５が回転ジョイント３４１１を旋回させ、そのためにギヤシステム３４１２に対するタービン３４０２の相対的な動作に適合させることができなければならない点において、図３４の態様の構造はいくつかの追加の複雑さをもたらし得る。連結機構３４０５が一方向のみ（タービンからギヤシステムへ）にエネルギーを伝達するように限定されることを考慮することによって、この複雑さの中には低減されるものもあり得る。
さらに、連結機構３４０５に回転ジョイント３４１１を旋回させることに関連する複雑さのコストは、モーター／発電機、コンプレッサー／膨張機、およびギヤシステムへのアクセスの容易さによって相殺され得る。具体的には、これらの要素は、多数の可動部分を含み、摩耗を免れない。タワーの基部（上部よりもむしろ）にこれらの要素を配置することにより、検査およびメンテナンスの目的でのアクセスが容易になることによって、コストを低減できる。
さらなる他の態様が可能である。たとえば、図３４は、支持構造内部に収納されるものとして、ギヤシステム、モーター／発電機、およびコンプレッサー／膨張機の要素を示すが、これは必須ではない。他の態様においては、これらの要素の１つ以上が支持構造の外部に位置され得て、依然として支持タワーから延びる連結機構を通して風力タービンと連結し得る。そのような態様においては、圧縮空気用および電力用の導管、および、機械的、液圧的、もしくは空気圧的な連結機構が、システム要素間の必要な連結を提供し得る。
本発明の態様は上述された具体的な態様に限定されない。たとえば、図１および図２は、組み合わされた機能性を有する、コンプレッサー／膨張機要素およびモーター／発電機要素を備える圧縮気体保存システムを示すが、これは本発明によって必須とはされない。
図３５は、別個の専用のコンプレッサー３５５０、専用の膨張機３５１６、専用のモーター３５５４、および専用の発電機３５１４の要素を利用する、本発明に係るシステム３５００の他の態様を示す。そのような態様は、圧縮気体保存システムに適応するように、現存する風力タービンを適合させるために有用であり得る。
具体的には、風力タービン用の前から存在するパッケージは、ギヤシステム３５１２、連結機構３５０３および３５０５を通して、タービン３５０２と連結する専用の発電要素３５１４を特徴づけ得る。しかしながら、発電機３５１４は、モーターとしての機能性をも発揮するようには設計されない。
そのような現存する構成には、専用の膨張機３５１６、専用のコンプレッサー３５５０、専用のモーター３５５４、連結機構３５０７および３５７３、および導管３５７０が、圧縮気体保存システムを具現化するために加えられ得る。一態様においては、専用の膨張機３５１６が、連結機構３５０７を通して、ギヤシステム３５１２と連結するナセル３５０１内に位置され得る。専用の膨張機３５１６は、導管３５０９を通して、支持タワー３５０６の壁３５０６ａの内部に画定される圧縮気体保存チャンバー３５１８の上部と流体連通する。
たとえば支持タワーの基部もしくはその近傍に、専用のコンプレッサー３５５０および専用のモーター３５５４が容易に含まれることによって、これらの要素へのアクセスが容易になる。専用のコンプレッサー３５５０は導管３５７０を通して保存チャンバー３５１８と流体連通しており、連結機構３５７２を通して専用のモーター３５５４と物理的に連結している。同様に、専用のモーター３５５４は発電機および／またはグリッドと電気的に連結しており、チャンバー３５１８内に保存された圧縮気体の供給を補給するためにコンプレッサーを運転する電力を受け取る。
図３５に示すように、この態様は、ナセル３５０１内のギヤシステム３５１２と、ナセル３５０１の外側に位置する専用のコンプレッサー３５５０との間に延びる、任意の細長い、機械的、液圧的、空気圧的な連結機構３５７４をさらに含み得る。そのような連結機構によって、専用のコンプレッサーが、タービンの出力によって直接運転され、専用の発電機によって機械的形態を電気的形態に変換することと、コンプレッサーを運転するために専用のモーターによって電力を機械的形態に再変換して戻すこと、とに関連する損失を防止することができるだろう。
図３５Ａは本発明に係るシステムのさらなる他の態様の簡素化された図を示す。図３５Ａのシステム３５８０の態様においては、タービン３５８２、連結機構３５８３、および専用のコンプレッサー３５８６の要素のみが、支持タワー３５９６の上に位置するナセル３５８１内に位置する。専用のコンプレッサー３５８６は連結機構３５８３（機械的、液圧的、もしくは空気圧的であり得る）を通してタービンと連結され、専用のコンプレッサーによる空気の圧縮を促進するために機能する。専用コンプレッサーによって出力される圧縮空気は、支持タワー３５９６に存在するチャンバー３５９８に、ジョイント３５９１をわたる導管３５８９を通って流れる。
残りの要素は、ナセルの外側、支持タワーの両側、もしくはその代わりに支持タワーの外側に位置する。たとえば、専用の膨張機もしくは膨張機／コンプレッサー３５８８は、壁３５９６ａ内部に画定されるチャンバー３５９８と連結し、導管３５９３を通して圧縮空気を受け取る。要素３５８８は圧縮空気を膨張させ、発電機もしくは発電機／モーター３５８４への連結機構３５９２を通してこの膨張から回収されるエネルギーを伝えることができるように構成される。同様に、要素３５８４は、グリッドにフィードされる電力を発生させるように運転される。
図３５Ａの態様はまた、グリッドのエネルギーを保存するためにも機能し得る。要素３５８４が発電機／モーターであり、要素３５８８が膨張機／コンプレッサーである場合、要素３５８４はモーターとして運転され、コンプレッサーとして運転される要素３５８８を駆動し得て、空気が圧縮され、保存および後の回収のためにチャンバー３５９８に流入され得る。
別個の細長い連結機構も導管も必要なく、チャンバーを用いてタワーの上部から底部へ力が運ばれるという点で、図３５Ａの態様は潜在的な長所をもたらす。図３５Ａの態様の他の可能性のある長所は、タワーの上部における重量における低減である。タービンの機械的な出力がまずは圧縮空気に変換され、次に発電機を運転するための機械力に戻されるところで、この態様は損失を招く一方、タワーの上部における重量における低減によってそのような損失は相殺され、タワーをより高くし、より多くの風力にアクセス可能にする。
本発明は何らかの特定の形状を有する支持構造に限定されない。図３３および３４に示される具体的な態様においては、支持構造はその長さに沿って変化する断面形状を示す。たとえば、支持構造３３０６は、基部において広く、風力タービンと交わる点に向けて次第に細くなる。支持機能にもっともよく役立つだろう位置に材料を配置することによって、そのような設計が、材料を最小化し、コストを低減する。
しかしながら、本発明はまた、他の形状を有する支持構造をも包含する。たとえば、図３６は、実質的に一様である円形もしくは楕円形の断面形状を有する中空管を備える支持構造３６００を示す。同様に、この中空管３６００の壁３６００ａは、圧縮気体を保存するためのチャンバー３６０２を画定する。できるだけより多くの質量を用いる一方、そのような管は、多くの他の産業における様々な応用のために用いられる、より簡単な構造である。それゆえ、そのような管は、より大きな材料費を相殺し得る比較的低価格で利用可能であると思われる。
なおもさらなる他の態様が可能である。たとえば、ある態様においては、支持構造に追加の安定性を与えるために、内部に保存された圧縮空気によって発揮される力を活用するように支持構造が設計され得る。
そのため、以前の態様のそれらよりも、より少ない本来強度を発揮する、より薄い壁３７０６ｂを有する部分３７０６ａを支持構造３７００が備えることを特徴とする一態様を図３７は示す。これが１つ以上の因子に寄与し得る力を低減し得て、以下に限定されるものではないが、支持部のための異なる設計もしくは形状の使用、支持部における低減された材料の量の使用、もしくは支持部における異なる材料の使用を含む。
しかしながら、本発明の態様によれば、支持構造３７０６の本来強度における低減は、チャンバー３７１８内部に含まれる圧縮空気３７２６によって発揮される膨張力３７２４によって相殺され得る。具体的には、膨らんだ風船の壁を固めるものに類似するやり方で、圧縮空気の膨張力は、支持構造に追加の強度をもたらし得る。この膨張効果は、例示の目的のために、図３７において大きく誇張されて示される。
そのような構造のためのある可能なアプリケーションは、たとえばカーボンファイバーのような、少なくともある種の湾曲が可能である材料から組み立てられた支持構造を用いることである。そのような態様においては、柔軟性のある支持部材のチャンバー内部で圧縮空気からの膨張力がチャンバーの壁に対して作用することによって、それを堅くし、その支持部の構造的な安定性に寄与し得る。あるいは、そのような支持構造は他の材料からも形成され得て、本発明の範疇に入る。
カーボンファイバーを包含する構造はさらなる一層の長所をもたらし得る。たとえば、その組み立て方法次第で、カーボンファイバー構造は、特定の寸法において、高められた強度を発揮し得る。そのため、カーボンファイバー支持構造は、特定の寸法における強度および／または湾曲を発揮するように組み立てられ得る。たとえば、圧縮空気の膨張力が機能することが予期される寸法であり、および／または、支持部が外部応力（例：支配的な風向）を経験することが予期される寸法である。
もちろん、その圧縮空気が引き出され、エネルギー回収のために膨張させられるにつれて、保存された圧縮空気の膨張力を利用する構造が、内部に保存された圧縮空気の量における予期される（および予期されない）変化に直面して十分な本来強度を発揮しなければならないだろう。それでもなお、支持構造内部に残存する圧縮空気の最低量に関連する膨張力は、製造およびメンテナンスのコストを低減するために支持構造に十分な安定性を与え得る。
（付記１）
風力タービンを支持する構造の壁によって画定されるチャンバー内部で、運転中の前記風力タービンの動力から発生する圧縮気体を保存する工程を含む方法。
（付記２）
前記圧縮気体を発生させる前記風力タービンの出力からコンプレッサーを運転する工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記３）
前記チャンバーから前記圧縮空気の少なくとも一部を流す工程と、
流れた前記圧縮気体の前記一部を膨張させ、動力を発生させる工程と、
をさらに含む付記１に記載の方法。
（付記４）
前記圧縮気体の前記一部が、前記チャンバーから、発電機と物理的に連結する膨張機に流れる、
ことを特徴とする付記３に記載の方法。
（付記５）
前記圧縮気体の膨張力が前記支持構造に安定性を与える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記６）
前記壁が柔軟な材料を備える、
ことを特徴とする付記５に記載の方法。
（付記７）
地面より上に風力タービンを持ち上げるように構成された支持構造を備え、
前記支持構造は前記風力タービンによって運転される気体コンプレッサーと流体連通するように構成されたチャンバーを画定する壁を含み、前記チャンバーもまた前記コンプレッサーによって圧縮された気体を保存するように構成された装置。
（付記８）
前記支持構造が中空管を備える、
ことを特徴とする付記７に記載の装置。
（付記９）
前記中空管が、長さに沿って実質的に一定である断面を示す、
ことを特徴とする付記８に記載の装置。
（付記１０）
ジョイントを通して前記支持構造と回転連結するナセルをさらに備え、前記ナセルが前記タービンを収納する、付記７に記載の装置。
（付記１１）
前記ナセルが、ギヤシステムと、前記ギヤシステムと前記タービンとの間の物理的な第１の連結機構と、発電機と、前記発電機と前記ギヤシステムとの間の物理的な第２の連結機構と、前記チャンバーと流体連通する膨張機と、前記膨張機と前記ギヤシステムとの間の物理的な第３の連結機構と、をさらに収納し、前記第１の連結機構と、前記第２の連結機構と、前記第３の連結機構とが前記ジョイントを旋回させない、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１２）
前記発電機が、前記気体コンプレッサーを運転するように構成されたモーター／発電機を備える、
ことを特徴とする付記１１に記載の装置。
（付記１３）
前記気体コンプレッサーと前記膨張機とが、コンプレッサー／膨張機として組み合わされた、
ことを特徴とする付記１１に記載の装置。
（付記１４）
前記ギヤシステムが遊星歯車システムを備える、
ことを特徴とする付記１１に記載の装置。
（付記１５）
ギヤシステムと、発電機と、前記発電機と前記ギヤシステムとの間の物理的な第１の連結機構と、前記チャンバーと流体連通する膨張機と、前記膨張機と前記ギヤシステムとの間の物理的な第２の連結機構と、前記タービンと前記ギヤシステムとの間の物理的な第３の連結機構と、をさらに備え、前記ギヤシステムと、前記発電機と、前記物理的な第１の連結機構と、前記膨張機と、前記物理的な第２の連結機構とが前記ナセルの外側に位置し、前記物理的な第３の連結機構が前記ジョイントを旋回させる、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１６）
前記発電機がモーター／発電機を備え、前記膨張機がコンプレッサー／膨張機を備える、
ことを特徴とする付記１５に記載の装置。
（付記１７）
前記発電機が専用発電機を備え、前記膨張機が専用膨張機を備える、
ことを特徴とする付記１５に記載の装置。
（付記１８）
前記ギヤシステムが遊星歯車システムを備える、
ことを特徴とする付記１５に記載の装置。
（付記１９）
前記ナセルが、ギヤシステムと、専用発電機と、前記専用発電機と前記ギヤシステムとの間の物理的な第１の連結機構と、前記チャンバーと流体連通する専用膨張機と、前記専用膨張機と前記ギヤシステムとの間の物理的な第２の連結機構と、前記タービンと前記ギヤシステムとの間の物理的な第３の連結機構と、を収納し、
前記装置が、前記保存チャンバーと流体連通し、第４の連結機構を通して専用モーターと物理的に連結する専用コンプレッサーをさらに備え、前記専用コンプレッサーと、前記専用モーターと、前記第４の連結機構とが前記ナセルの外側に位置する、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記２０）
前記ギヤシステムと前記専用モーターとの間の第５の連結機構をさらに備える、付記１９に記載の装置。
（付記２１）
前記ギヤシステムが遊星歯車システムを備える、
ことを特徴とする付記１９に記載の装置。
（付記２２）
前記コンプレッサーが前記ナセルによって収納される専用コンプレッサーを備え、前記コンプレッサーが、第１の連結機構を通して前記タービンと物理的に連結し、第１の導管によって前記ジョイントを渡る前記チャンバーと流体連通し、
前記システムが前記支持構造の基部にもっとも近く位置する膨張機をさらに備え、前記膨張機が前記チャンバーと流体連通し、第２の連結機構を通して発電機と連結する、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記２３）
前記膨張機が膨張機／コンプレッサーを備え、前記発電機が発電機／モーターを備える、
ことを特徴とする付記２２に記載の装置。
（付記２４）
風力タービンと、
前記風力タービンによって運転されるように構成された気体コンプレッサーと、
地面より上に前記風力タービンを持ち上げるように構成された支持構造と、
前記チャンバーから流れる圧縮気体の膨張から電力を発生させるように構成された発電機と、
を備え、
前記支持構造は前記気体コンプレッサーと流体連通するチャンバーを画定する壁を備え、
前記チャンバーは前記気体コンプレッサーによって圧縮される気体を保存するように構成された、
エネルギー保存システム。
（付記２５）
ジョイントを通して前記支持構造と回転連結するナセルをさらに備え、前記ナセルが、前記風力タービンと、前記発電機と、前記チャンバーと流体連通し、前記発電機と物理的に連結する膨張機と、を収納する、付記２４に記載のシステム。
要約すると、エネルギー保存および回収システムの態様は、風力タービンを運転することからの動力を用いて圧縮された空気を活用する。この圧縮空気は、地面より上に風力タービンを支持する構造の１つ以上のチャンバー内部に保存される。物理的な支持、圧縮空気を保存するベッセルの両方として機能することにより、エネルギー保存および回収システムの全体のコストへの支持構造の相対的な寄与が減少することによって、組み合わされたタービン／支持装置の経済的実現性を上昇させ得る。ある態様においては、チャンバー内部に保存された圧縮空気の膨張力は、支持構造の物理的な安定性を増加させるために信頼され得て、さらに支持構造の材料コストを低減し得る。
ある態様においては、圧縮気体からのエネルギーの保存および回収は、単独もしくは組み合わせで活用される１つ以上の技術を用いて高められ得る。ある技術が、液滴のミストを、気体圧縮および／または膨張が起こる第２チャンバーの上流に位置する専用チャンバーに導入する。いくつかの態様においては、専用の混合チャンバーと第２チャンバーとの間にパルセーションダンパーボトルを挿入することによって、生成される液体−気体混合物の一様性が高められ、混合チャンバーを通した連続的な流れが可能になり得る。他の技術は低エネルギーで作動可能なバルブ構造を活用し、圧縮および／または膨張チャンバーへ向けての、および、圧縮および／または膨張チャンバーからの気体の流れを制御する。バルブ構造は、システム運転の間に起こるもともとの圧力差を活用し、少ないエネルギー使用でのバルブ作動を可能にする。
図３８は、本発明に係るエネルギー保存および回収システム３８０１の一態様の簡素化されたブロック図を示す。図３８は、圧縮空気保存ユニット３８０３と選択的に流体連通するコンプレッサー／膨張機３８０２を示す。モーター／発電機３８０４は、コンプレッサー／膨張機３８０２と選択的に連通する。
運転の第１モードにおいては、エネルギーは圧縮空気の形態で保存され、モーター／発電機３８０４はモーターとして運転される。モーター／発電機３８０４は外部源からの動力を受け取り、コンプレッサー／膨張機３８０２をコンプレッサーとして機能させる。コンプレッサー／膨張機３８０２は圧縮されていない空気を受け取り、ピストンのような可動要素３８０２ｂを用いてチャンバー３８０２ａ内の空気を圧縮し、圧縮空気を保存ユニットに流す。
運転の第２モードにおいては、圧縮空気の中に保存されたエネルギーは回収され、コンプレッサー／膨張機３８０２は膨張機として運転される。コンプレッサー／膨張機３８０２は保存ユニット３８０３から圧縮空気を受け取り、次に圧縮空気をチャンバー３８０２ａ内で膨張させる。この膨張が、発電機として機能するモーター／発電機３８０４と連結する可動部材３８０２ｂを駆動させる。同様に、モーター／発電機３８０４によって発生された電力は、電力グリッドに入力されて消費され得る。
上述したように空気を圧縮し、減圧するプロセスは、熱的および機械的な損失を経験し得る。しかしながら、もし圧縮プロセスが温度における最低限の増加とともに進行するのであれば、圧縮プロセスは低減された熱的損失とともに起こるだろう。そして、もし膨張プロセスが温度における最低限の減少とともに進行するのであれば、膨張プロセスは低減された熱的損失とともに起こるだろう。
そのため、本発明の態様は、圧縮および／または膨張プロセスの間に液体を導入し得る。気体と比較して高い液体の熱容量によって、液体は、圧縮中に空気から熱を受け取り、膨張中に空気に熱を伝導できる。もし圧縮中もしくは膨張中の空気中にミストとして液体が導入されるのであれば、液体へ向けての、および液体からのエネルギーのこの伝導が、液体の大きな表面積によって高められ得る。
圧縮および／または膨張の間に導入される液体／気体混合物の条件（たとえば、液滴直径、液滴分布の均一性、液体体積分率、温度、および圧力）は、気体に向けての、および気体からのエネルギーの伝導を決定する際に重要となり得る。しかしながら、圧縮および膨張の内在する性質により、それらのプロセスが起こるにつれて、温度、体積、および圧力のような条件は変化しやすい。
そのため、液体／気体混合物のよりよい制御を実現するため、および、圧縮中および膨張中のその混合物の熱特性の一貫性および再現性を保証するために、本発明の態様は、膨張および圧縮が起こっている第２チャンバーの上流に位置する別個の混合チャンバー３８０５を利用する。この別個の混合チャンバー３８０５は、バルブ３８０７を通してチャンバー３８０２ａと選択的に流体連通している。このように、圧縮／膨張チャンバー内部の気体から熱を吸収し、もしくは気体から熱を移送するために、混合チャンバー３８０５内の比較的安定な条件下で準備された液体−気体混合物が、圧縮／膨張チャンバー３８０２ａに流れる。
上述の態様は、気体コンプレッサーおよび気体膨張機として運転されるように構成された単一の装置を用いているが、これは本発明によって必須とされない。他の態様は、圧縮および膨張を行うための、別個の専用要素を用い得て、それは本発明の範疇に入る。
たとえば、図３９は、本発明の一態様に係る、気体圧縮を行うための装置３９００の簡素化された図面を示す。気流３９０２は、入口パイプ３９０４を通して入り、混合チャンバー３９０６に流れる。
液体スプレー３９０８は、複数のノズル３９１０と流体連通するマニフォールド３９１１を通して混合チャンバー３９０６に噴霧され、気流３９０２と混合される。混合チャンバー３９０６の存在および構造のため（たとえば、噴霧オリフィスもしくはノズルの寸法および／または数および配置）、液体スプレー３９０８は、圧縮チャンバー３９１２に入る前に、たとえば気液エアロゾルのような均一な混合物を形成するために気体内に均一に分配される。
ある態様においては、約２０μｍ以下の平均粒径の液滴を有する混合物を生成することが望ましくてもよい。いくつかの態様においては、適切なサイズの液滴を有する混合物の形成が、液体中の界面活性剤の一体性によって高められ得る。用いられ得る界面活性剤の一例は、トリトンＸ−１００として知られている、ＣＡＳ番号：９００２−９３−１のオクチルフェノキシポリエトキシエタノールである。
気液エアロゾルが圧縮チャンバー３９１２に入る前に、それは他の特徴であるパルセーションダンパーボトル３９１４を通過する。このパルセーションダンパーボトルの容積は圧縮チャンバーの容積よりも極めて大きく、概して、そのチャンバーの容積の少なくとも１０倍である。
パルセーションダンパーボトル３９１４はまた、ボトル３９１４への吸気口３９１６および排気口３９１８の幅方向のサイズとは異なる幅方向のサイズ（ｗ）をも示す。ボトルと吸気口および排気口との間のサイズの違いによって、圧縮チャンバー３９１２の吸気バルブ３９２０ａ〜ｂから出て、混合チャンバー３９０６に戻ろうとする音波のインピーダンス不整合の連続が引き起こされる。とりわけ、これらのインピーダンス不整合は混合チャンバー内での流体の動きにおける不要な変化を起こし、それは内部で生成される気液混合物の均一性を妨げるであろう。
具体的には、図３９Ａ〜Ｂに関連して以下に詳細に議論されるように、吸気バルブ３９２０ａおよび３９２０ｂが交互に開放・閉鎖される、コンプレッサーの周期的な運転のために、そのような不要な流体の動きが発生し得る。この周期的なバルブ操作が振動を起こし得て、それが混合チャンバー３９０６内で生成される気液混合物内での不均一性を潜在的に引き起こすだろう。
バルブと混合チャンバーとの間にパルセーションダンパーボトルを挿入することによって、本発明に係る態様はこれらの振動を抑制し得る。
圧縮チャンバー３９１２は、シリンダー３９１３内部の往復ピストン３９２４を含む配置を備える。ピストンはエネルギー源（不図示）と物理的に連結している。
圧縮チャンバー３９１２は、バルブ３９２０ａ〜ｂおよびバルブ３９２２ａ〜ｂを通して、吸気導管３９５０と排気導管３９５２とに、それぞれ、選択的に流体連通している。圧縮および膨張の機能を組み合わせる装置における使用にとりわけ適し得るこれらのバルブの具体的な一構成が、図４１に関連して以下に詳細に述べられる。
コンプレッサーの運転が、図３９Ａ〜Ｂに関連して、以下に詳細に述べられる。図３９Ａは、ピストンが下死点に向けて動くにつれて、液体−気体混合物が吸気バルブ３９２０ｂを通してシリンダーの左側部分３９１３ａに吸い込まれることを示す。同時に、出口バルブ３９２２ａが開放され、前のストロークにおいてチャンバーの左側部分で圧縮された液体−気体混合物を分離機３９３０に排気する。吸気バルブ３９２０ａはこのピストンのストロークの間は閉じられている。
図３９Ｂは次のストロークを示し、そこでは吸気バルブ３９２０ｂが閉じられ、ピストンが上死点に向けて動かされる。これによって、シリンダーの左側部分３９１３ａ内の液体−気体混合物が圧縮される。所望の圧力に達した時、排気バルブ３９２２ｂが開き、圧縮された混合物が分離機３９３０に排気される。図３９Ｂに示されるピストンストロークの間、吸気バルブ３９２０ａは開放され、次のサイクルでの圧縮のため、追加の気液混合物を入れる。出口バルブ３９２２ａはこのピストンストロークの間は閉じられている。
分離機３９３０は気液混合物から液体を分離するのに役立つ。本発明の態様に係って用いられ得る分離機のタイプの例は以下に限定されるものではないが、遠心分離機（ｃｙｃｌｏｎ ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）、遠心分離機（ｃｅｎｔｉｆｕｇａｌ ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）、重力分離機、およびデミスター分離機（メッシュ式コアレッサー、ベーンパック、もしくは他の構造を用いる）を含む。
上記図面は単一要素として分離機を示しているが、直列に配置される１つ以上の装置を備えてもよい。そのため、分離機は、流れた気液混合物から、大部分の液体を最初に取り除くように設計された第１の構造を用い得る。そのような構造の一例は、流れた混合物用の蛇行路を画定し、水のまとまりのための大きな表面積をもたらす一連の重ね合わせ板もしくはバッフルを有するチャンバーである。この最初の構造は、混合物から液体のより少ない量を取り除くように設計された、たとえば遠心分離機のような他の構造と直列に並び得る。
次に、圧縮気体は、バルブ３９３３を通して、分離機から、圧縮気体保存ユニット３９３２に流される。
分離機３９３０によって回収された液体は、液体タンク３９３４内に集められる。この液体は、熱交換器３９３８を通して、ポンプ３９３６によって、ノズル３９１０まで循環され、そこで再び、スプレーとして、流入する気流に注入される。
図３９に例証されるシステムは複動式である。具体的には、シリンダーの一方の液体−気体混合物が圧縮されるにつれて、シリンダーのもう一方の液体−気体混合物は排気される。そのため、シリンダーの両側にある吸気バルブ３９２０ａ〜ｂおよび排気バルブ３９２２ａ〜ｂは、お互いに位相を１８０°ずらして開閉するように構成されている。それが、パルセーションダンパーボトルによって抑制される音波を生じ得るこの繰り返されるバルブの開閉である。
図３９の装置は、コンピューター読み出し可能保存装置３９９４と電気的に連結するコントローラー／プロセッサー３９９６をさらに含み、それはどのような構造も取り得て、以下に限定されるものではないが、半導体の原理、もしくは、磁気保存または光学保存の原理に基づくものを含む。コントローラー３９９６は本システム内の能動素子の領域と電気的に連結するものとして示され、以下に限定されるものではないが、バルブ、ポンプ、チャンバー、ノズル、およびセンサーを含む。本システムによって用いられるセンサーの具体的な例は以下に限定されるものではないが、本システムの入口側に位置する、圧力センサー（Ｐ）、温度センサー（Ｔ）、体積センサー（Ｖ）、および湿度センサー（Ｈ）を含む。
以下に詳細に説明されるように、１つ以上のシステム要素から受け取られる入力、およびそれらの入力から算出される、可能性のある数値にも基づいて、コントローラー／プロセッサー２９６は、１つ以上の目的を達成するためにシステムの運転を動的に制御し得て、以下に限定されるものではないが、保存されたエネルギーの有益な仕事への変換の最大化もしくは制御された効率、最大化、最小化もしくは制御された動力出力、予期される動力出力、ピストンと連結する回転シャフトの予期される出力速度、ピストンと連結する回転シャフトの予期される出力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの予期される入力速度、ピストンと連結する回転シャフトの予期される入力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの最大出力速度、ピストンと連結する回転シャフトの最大出力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの最小出力速度、ピストンと連結する回転シャフトの最小出力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの最大入力速度、ピストンと連結する回転シャフトの最大入力トルク、ピストンと連結する回転シャフトの最小入力速度、ピストンと連結する回転シャフトの最小入力トルク、もしくはそれぞれのステージにおける予期される空気の温度差を含む。
上記の例はピストンの使用を述べているが、他のタイプの可動要素が用いられ得て、本発明の範疇の範囲内に入る。用いられ得る他のタイプの装置の例は、以下に限定されるものではないが、スクリューコンプレッサー、マルチローブブロワー、ベーンコンプレッサー、ジェロータ、およびクアシタービン（ｑｕａｓｉ−ｔｕｒｂｉｎｅｓ）を含む。
混合チャンバーの様々な可能な態様の特徴がここに説明される。混合チャンバーの目的は液体を気流に注入することであり、それが均一な気液混合物に結びつく。混合チャンバーは、１つ以上の特徴を利用してそのような均一な気液混合物を得るように設計され得る。
たとえば、気体への液体の注入の一つの方法は、気体が沿って流れる導管の壁に形成される１つ以上のオリフィスを通して液体を流すことによって実現され得る。気流に対するそのようなオリフィスの断面の寸法と位置は、生成される気液混合物の特性を決定するために用いられ得る。
あるいは、所望の混合物に至るように算出された、いわば注入された液体の性質（速度、圧力変化）に変化を課すように設計されたノズル構造を通して噴霧されることによって液体が導入され得る。あるノズル構造は圧力変化に加えてエネルギーの均一な形態を利用し、所望の噴霧特性を実現し得る。超音波エネルギーの活用は、たとえば約５〜１０μｍの間の範囲における小さな粒径を有する非常に微細な液滴の形成に至り得る。
図３９ＣＡは、気流の方向に沿った混合チャンバー３９５０の俯瞰図を示し、本発明の一態様に係る、注入された液体の可能な軌跡３９５１を示す。本図に示すように、液体の軌跡は、液体への流入気体の列の様々な部分の露出を最大化するように向かっており、混合チャンバーの壁によって画定される気体の列の環状断面と交わる矢印としてここに観察される。これらの軌跡３９５１を生み出すオリフィスもしくはノズル３９５３は混合チャンバーと同じレベルに存在する必要はなく、その代わり、その長さに沿って異なる点に交互に配列され得る。
図３９ＣＢは、気流の方向に沿った、混合チャンバー３９６０の他の構造の俯瞰図を示し、本発明の一態様に係る、注入された液体の可能な軌跡３９６２を示す。本図に示すように、液体の軌跡は、いわゆるフィボナッチ螺旋に従う方向を向き得る。ここでも、これらの軌跡３９６２を生み出すオリフィスもしくはノズル３９６３は、混合チャンバーと同じレベルに存在する必要はなく、その代わり、その長さに沿った点に存在し得る。
噴霧軌跡の相対配向以外の側面は、特定のアプリケーションのための混合チャンバーを設計するために用いられ得る。詳細が以下に議論されるように、異なる圧力においてそれぞれのステージに流れる入口ガスとともに、ある態様はいくつかのステージに渡り、圧縮もしくは膨張を行い得る。そのため、より高い圧力において液体を気体に注入するように構成された混合チャンバーは、低圧気流と一緒の使用が意図された混合チャンバーとは異なる構造を有し得る。
具体的には、より高い圧力の気流への注入の態様は、細長く、低圧混合チャンバーと比較して幅狭である寸法を示し得る。そのような構造は、高圧気流の中心部に貫通する噴霧軌跡の困難さを克服するだろう。
図３９に戻り、その図面に示される具体的な態様は、圧縮を実行するための専用の装置である。他の態様によれば、同様の装置が、膨張機として運転され得る。
図４０は、本発明に係る膨張装置の一態様を示す。膨張サイクルの間、圧縮気体は、入口パイプ４００４を介して保存ユニット４０３２から混合チャンバー４００６に入るだろう。
マニフォールド４０１１を通して、液体スプレー４００８はノズル４０１０を用いて注入されるだろう。液体−気体混合物はパルセーションダンパーボトル４０１４を通してシリンダー４０１３のチャンバーに流れ、それが膨張機として作動するだろう。
図４０Ａに示すように、このモードにおいては、シリンダー４０１３のチャンバー４０１３ａ内部のその気体の膨張は、ピストン４０２４を右側に動かし、クランクシャフト（不図示）を回すだろう。また、そのピストンストロークの間、前のピストンストロークの間に膨張された気体は、シリンダー４０１３の他のチャンバー４０１３ｂから出力されるだろう。
図４０Ｂは次のピストンストロークを示し、他のチャンバー４０１３ｂ内部の気体の膨張がピストンを反対方向に動かし、クランクシャフトを回すことを特徴とする。第１のチャンバー４０１３ａ内で前に膨張されていた気体はシリンダーから出力される。
分離機４０３０は、チャンバーから出力された、膨張された液体−気体を受け取り、気液混合物から液体を分離する。本発明の態様に係る、用いられ得る分離機のタイプの例は、以下に限定されるものではないが、遠心分離機（ｃｙｃｌｏｎ ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）、遠心分離機（ｃｅｎｔｉｆｕｇａｌ ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）、重力分離機、およびデミスター分離機（メッシュ式コアレッサー、ベーンパック、もしくは他の構造を用いる）を含む。次に、気体は本システムから流れ出る。
分離機４０３０によって回収された液体は、液体タンク４０３４に集められる。この液体は、熱交換器４０３８を通して、ポンプ４０３６によって、ノズル４０１０まで循環され、その場所でそれはスプレーとして気流に再び注入される。
図４０の装置は、圧縮サイクルの間よりも膨張サイクルの間、いくぶん異なって運転されるだろう。具体的には、気体膨張およびピストンへの仕事は冷却するだろう。ある態様においては、熱源から得られる熱が、コンプレッサーに注入される圧縮気体に、もしくは、混合チャンバーに噴霧される液体に加えられ、膨張機がクランクシャフトのトルクの形態で機械エネルギーを発生させ得る。すなわち、本システムに熱を加えることによって、膨張機はより大きなシャフトトルクを発生させ、動力出力が高められ得る。動力出力の量は、熱源と外気との間の温度における差に左右される。
ある態様においては、１つ以上の熱源から得られるエネルギーを最大化するために、再生器を通して熱が気体に伝導され、それが効率的に熱を交換し得る。
（組み合わされた圧縮／膨張）
前述のある態様は、専用のコンプレッサーもしくは膨張機として運転されるように構成された構造に関連する。しかしながら、他の態様は、圧縮モードもしくは膨張モードのどちらかで運転するように構成可能であり得る。
図４１は、圧縮および膨張の両方の役割において機能することができるそのような装置の一態様の簡素化された図面を示す。図４１において、実線は圧縮モードにおける三方バルブの構造を示すために用いられ、破線は膨張モードにおける三方バルブの構造を示すために用いられる。図４１はまた、例証の目的のためにそこに至る導管だけではなく、圧縮／膨張シリンダーおよびバルブ構造をも示し、この図は要素の相対寸法を表現するものとして理解されるべきではない。
装置４１００は、空気フィルター４１５２を通して入口４１５０と流体連通する第１の組み合わされた混合チャンバー／パルセーションダンパーボトル４１８２を備える。圧縮モードにおいては、要素４１８２の出口は、三方バルブ４１６４を通して、その運転が以下に詳細に述べられる、圧縮／膨張シリンダーおよびバルブ構造４１０８と選択的に連通する。圧縮モードにおいては、要素４１０８の出力は第２の三方バルブ４１６６を通して分離機４１７０に流れ、そこで、分離された液体がタンク４１３５に流れる。同様に、分離された気体は三方バルブ４１６５を通して圧縮気体保存ユニット４１３２に流れる。タンク４１３５からの液体は、熱交換器４１９０を通して、混合チャンバー／パルセーションダンパーボトル４１８２の混合チャンバーへの再注入のために、ポンプ４１７６によって送り込まれる。
膨張モードにおいては、保存ユニット４１３２からの圧縮気体は、三方バルブ４１６５を通して、第２の組み合わせられた混合チャンバー／パルセーションダンパーボトル４１８３に流れる。同様に、要素４１８３の出口は、三方バルブ４１６６を通して、その運転が以下に詳細に述べられる、圧縮／膨張シリンダーおよびバルブ構造４１０８と選択的に連通する。膨張モードにおいては、要素４１０８の出力は三方バルブ４１６４を通して分離機４１７２に流れ、そこで、分離された液体がタンク４１３６に流れる。同様に、分離された気体は、出口４１３４を通してシステムから流れ出る。タンク４１３６からの液体は、熱交換器４１９２を通して、混合チャンバー／パルセーションダンパーボトル４１８３の混合チャンバーへの再注入のために、ポンプ４１７４によって送り込まれる。
図４１の態様の具体的なシリンダーおよびバルブ構造４１０８がここに説明される。シリンダーおよびバルブ構造４１０８がシリンダー４１１２内部に配置される複動ピストン４１２４を特徴とすることによって、第１のチャンバー４１１３ａと第２のチャンバー４１１３ｂとを画定する。第１のバルブ４１２０は、第１のチャンバー４１１３ａと第１の低圧側導管４１０２との間で流体連通できるように作動する。第２のバルブ４１２２は、第１のチャンバー４１１３ａと第２の高圧側導管４１０４との間で流体連通できるように作動する。
第３のバルブ４１２１は、第２のチャンバー４１１３ｂと第１の導管４１０２との間で流体連通できるように作動可能である。第４のバルブ４１２３は、第２のチャンバー４１１３ｂと第２の導管４１０４との間で流体連通できるように作動可能である。
図４１は例示の目的のためのみに提供され、本発明の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。たとえば、本図は垂直方向に動作可能であるものとしてピストンを示しているが、これは必須ではない。ピストンの動作方向は、特定の実施に左右されて異なり得る（たとえば、水平方向に）。
また、図４１はシリンダーの側壁に位置するものとして様々なバルブを示しているが、そのような構成もまた必須ではない。別の態様に従って、バルブは他の位置に配置され得て（たとえば、シリンダーの端壁）、その構造は本発明の範疇の範囲内に入るだろう。
様々なモードにおけるシリンダーおよびバルブ構造４１０８の運転が、図４１Ａ〜Ｄの詳細な図面に関連して、ここに説明される。第１から第４のバルブ４１２０〜４１２３のそれぞれは、それぞれの弁座４１２＿ｂに対して可動なバルブプレート４１２＿aを備える。弁座に対してバルブプレートを動かすことによってバルブ４１２０〜４１２３を作動させるために、それぞれのソレノイド４１２＿ｃは物理的に連結している。ソレノイド４１２＿ｃは、たとえば図４１のコントローラー／プロセッサー４１９６のようなコントローラー／プロセッサーと連結している。
ある構成によれば、様々なバルブの弁座およびバルブプレートは、低いエネルギー消費で気流を運ぶように配置され得る。たとえば、図４１Ａ〜Ｂは、シリンダー４１１２がコンプレッサーとして運転されるように構成されるケースを示す。具体的には、図４１Ａにおいてピストン４１２４が下降するにつれて、バルブ４１２１および４１２３が最初に閉じられ、第２のチャンバー４１１３ｂ内部の気体が圧縮され、第１の導管４１０２内の圧力に対して第２のチャンバー４１１３内の圧力を上昇させる。この圧力差が弁座４１２１ｂに対してバルブプレート４１２１ａに自然に付勢する役割を果たすことによって、ソレノイド４１２１ｃが最小限のエネルギー消費でバルブ４１２１を閉位置に維持することができる。
図４１Ｂに示すように、ピストンが下降し続け、最終的には第２のチャンバー４１１３ｂ内部の圧力は高圧側の圧力に到達する。さらに、弁座４１２１ｂに対するバルブプレート４１２１ａの具体的な構造によって、バルブ４１２１は、このプロセスの間、ソレノイド４１２１ｃからの最小限のエネルギーで閉状態を維持する。
さらに、比較的小さなエネルギーが、圧縮気体を第２のチャンバー４１１３ｂから流れさせるためにバルブ４１２３を開放するように、ソレノイド４１２３ｃによって消費されることが求められる。これは第２のチャンバー４１１３ｂ内部の圧力は高圧側の導管４１０４の圧力に近づくからであり、そのため、バルブ４１２３の作動は大きな圧力差を克服することが求められない。
図４１Ａ〜Ｂに示すピストンストロークの間、流入する気流が、次のピストンストロークにおける圧縮のために第１のチャンバー４１１３ａを満たすことができるように、バルブ４１２０が開放される。バルブ４１２０および４１２２のバルブプレートおよび弁座の具体的な構成によってもまた、この仕事が最小限のエネルギー消費で達成され得る。
具体的には、ピストン４１２４が図４１Ａ〜Ｂ中、下降するにつれて、第１のチャンバー４１１３ａの有効容積が増加し、チャンバー内部の圧力は第１の導管４１０２に対して減少する。この圧力差は、弁座４１２０ｂから離れたバルブプレート４１２０ａに自然に付勢する役割を果たし、ソレノイド４１２０ｃに最小限のエネルギー消費でバルブ４１２０を開放させる。加えて、第２の導管４１０４に対して第１のチャンバー４１１３ａ内の低い圧力が、弁座４１２２ｂに向かうバルブプレート４１２２ａへの付勢に自然に繋がることによって、ソレノイド４１２２ｃからの最小限のエネルギーでバルブ４１２２を閉位置に望ましく維持する。
それに続く圧縮ストロークにおいて（ここには図示されない）、ピストン４１２４は上昇し、第１のチャンバー内の空気を圧縮する。いわば、図４１Ａ〜Ｂと関連して上述されたのと同様に、弁座に対するバルブプレートの位置によって、この圧縮が最低限のエネルギー消費で起こる。具体的には、圧縮ストロークの間に自然に起こる圧力差は、バルブ４１２０を付勢し、バルブ４１２３を閉じ、そしてバルブ４１２１および４１２２を開放させる傾向がある。
図４１Ｃ〜Ｄは、シリンダー４１１２が膨張機として運転されるように構成されたケースを示す。さらに、ある数値のプレートとシートの配置によって、この膨張が、低減されたエネルギー消費で達成され得る。
具体的には、図４１Ｃ中、ピストン４１２４が下降するにつれて、バルブ４１２０が閉じられたまま、バルブ４１２２が開放され、膨張のために圧縮空気が第１のチャンバー４１１３ａ内に入れられる。この点において、第１のチャンバー４１１３ａ内部の圧力は、低圧側の第１の導管４１０２の圧力と比べて高い。この圧力差は、弁座４１２０ｂに対してバルブプレート４１２０ａに自然に付勢する役目を果たし、ソレノイド４１２０ｃに最小限のエネルギー消費でバルブ４１２０に閉位置を維持させ得る。
図４１ｃにも示すように、バルブ４１２３が閉じられ、バルブ４１２１が開放され、前のピストンストロークの間に膨張された、圧力が低下した空気を、第２のチャンバー４１１３ｂから第１の導管４１０２に流れ出させる。ここにおいて、第２のチャンバー内部の膨張空気の圧力は低圧側の導管４１０２の圧力に近づき、バルブ４１２１を開放するためにソレノイド４１２１ｃのためのエネルギーは全く必要ではないか、ほとんど必要ではない。加えて、第２の導管４１０４と第２のチャンバー４１１３ｂとの間の圧力差は、弁座４１２３ｂに対するバルブプレート４１２３ａに自然に付勢する役割を果たし、ソレノイドに低いエネルギー消費でバルブ４１２３を閉じたまま維持させ得る。
図４１Ｄに示すように、いったんバルブ４１２２が閉じられ、空気が第１のチャンバー４１１３ａ内で膨張し、さらにピストン４１２４を下向きに動かすと、第２の導管と第２のチャンバーとの間の圧力差に基づいてバルブ４１２３は閉鎖されたままとなる。弁座４１２３ｂに対するバルブプレート４１２３ａの位置取りのため、バルブ４１２３のこの閉状態が、ソレノイド４１２３ｃによる最小限のエネルギー消費で維持され得る。
図４１Ｄもまた、閉じられたままのバルブ４１２０を示す。弁座４１２０ｂに対するバルブプレート４１２０ａの位置取りのため、第１のチャンバー４１１３ａと第１の導管４１０２との間の圧力差に基づき、ソレノイド４１２０ｃによる最小限のエネルギー消費で、バルブ４１２０の閉状態が維持され得る。
次の膨張ストロークにおいて（ここには図示されない）、空気が第２のチャンバー内で膨張するにつれて、ピストン４１２４が上昇する。いわば、図４１Ｃ〜Ｄと関連して上述されたのと同様に、弁座に対するバルブプレートのある位置取りによって、この膨張が、最小限のエネルギー消費で起こり得る。具体的には、内在する圧力差が、バルブ４１２１および４１２２に自然に付勢し、閉じる傾向がある。
バルブ作動におけるエネルギーの浪費を防ぐために、次の膨張において、シリンダー内部の気体が低圧側の圧力とほぼ同じ圧力であるように、システムが設計され得る。そのような圧力バランスが、図４１Ｃ〜Ｄにおけるバルブ４１２１と、膨張の間、ピストンの次のストロークにおいてバルブ４１２０とを作動させるために必要となるエネルギー量を減少させる。
加えて、ピストン４１２４がストロークの底に達する前に、図４１Ｃにおけるバルブ４１２１が閉鎖され得る。ピストンがそのストロークの底にまで動き続けるにつれて、第２のチャンバー４１１３ｂ内に残存する空気が圧縮される。チャンバー４１１３ｂ内の最終圧力がマニフォールド４１０４内の圧力と略同じになるようにバルブ４１２１が閉じられるタイミングが選択されることによって、バルブ４１２３を開放するために必要とされるエネルギーを低減し、もし気体が仕事をすることなく圧力低下中も膨張することができるならば起こるだろう損失を低減する。他の態様においては、バルブ４１２３の全域にわたって圧力を均一にするためにバルブ（不図示）を通してチャンバー４１１３ｂに水が入れられ得る。
図４１〜４１Ｄの特定のシリンダーおよびバルブ構造は、システム故障の際に圧縮モードに自動的に戻ることによって他の長所をもたらす。具体的には、バルブ作動指示がコントローラーによって受け取られない場合、ピストンの連続的な動きから起こるシリンダー内の相対的な圧力差が、初期設定によって、バルブ４１２０〜４１２３に、低圧側からシリンダーへ気体を入れさせるだろう。同様に、段階的に吸収されるシステムおよび停止されたシステム内の運動エネルギーを残しつつ、これは、圧縮するフェイルセーフモードに至るだろう。
図４１Ａ〜Ｄに示す具体的なバルブおよびシリンダーの構造は、熱交換のための、気体への液体の注入を含むシステムにおける使用に限定されず、そのような液体注入を必要としないシステムにおいても使われ得る。さらに、図４１Ａ〜Ｄに示す具体的なバルブおよびシリンダーの構造は、シリンダーが圧縮および膨張の両方のために用いられるシステムにおける使用に限定されず、専用の圧縮システムもしくは専用の膨張システムにおいても用いられ得る。
図４１Ａ〜Ｄの具体的な態様は、ガスフローバルブを、ソレノイドによって選択的に作動されるものとして示すが、本発明は、液体注入のための具体的なタイプのバルブを使用することに限定されない。本発明の態様に係る液体注入のために適し得るバルブの例は、以下に限定されるものではないが、ソレノイド作動バルブ、スプールバルブ、ゲートバルブ、シリンダーバルブ、ニードルバルブ、もしくはポペットバルブを含む。
本発明における使用のために適し得る他のガスフローバルブの構造の一例は、サーボループを含む音声コイル作動バルブである。そのようなバルブ構造の使用が、たとえば、停止前のプレート移動の終点における減速のような、作動の速度プロファイルを制御するために有利であり得ることによって、バルブ構成部品にかかる応力を低減する。
バルブ抑制への他のアプローチが可能である。たとえば、ある態様は、反対側の部材における対応する隆起部とともに、エアクッション、ディンプル、円筒ホール、もしくは、弁体または弁座における凹みの他の形状を用い、それが弁座に近づくにつれて、バルブの可動構成部品の動作のエネルギーのいくつかを吸収する空気バネを生成し得る。
ガスフローバルブが空気圧的に作動され得る他の態様によれば、一例は空気圧に比例する空気バルブである。さらなる他の態様においては、たとえば高圧液圧バルブのように、バルブが液圧で作動され得る。
また、図４１Ａ〜Ｄは、ある態様に係るバルブの開閉タイミングを示すが、このタイミングスキームは必須ではない。他の態様によれば、バルブの他のタイミングが用いられ得て、本発明の範囲内にとどまる。
たとえば、図４９Ａ〜Ｃは、圧縮および膨張に耐えるチャンバー内の圧力と容積との関係を示す。これらのプロットは代表値であり、理想的なプロットであり、バルブ損失を含まない。具体的には、図４９Ａは、圧縮サイクルを経験するチャンバー内部での、容積に対する圧力をプロットする。
第１のピストンストロークの間、ピストンは、時刻ｔ１において上死点（ＴＤＣ）から動き、時刻ｔ３において下死点（ＢＤＣ）に達する。時刻ｔ１において、チャンバー内部の容積は、ピストンヘッドがＴＤＣに達する時、チャンバー内に残存する隙間容積（Ｖｃ）である。時刻ｔ３において、チャンバー内部の容積は、ピストンがＢＤＣ位置にある場合の容積（ＶＢＤＣ）である。
ｔ１とｔ３との間の時刻ｔ２において、チャンバー内部の圧力は低圧側の圧力よりも低く、バルブの開放を起こし、入口圧力（Ｐｉｎ）において低圧側からチャンバーに気体を入れる。
第１のピストンストロークの終点において（時刻ｔ３）、バルブは閉じられる。ピストンの次のストロークにおいて、ピストンは逆向き（ＢＤＣからＴＤＣに向けて）に動き始め、チャンバー内部の気体を圧縮し始める。時刻ｔ４において、チャンバー内部の圧力は高圧側の出口圧力（Ｐｏｕｔ）に達する。次にチャンバーと高圧側との間のバルブが開き、ピストンの連続的な動きが、圧縮気体を、より圧力が高い側に流す。
時刻ｔ５において、ピストンは第２のストロークの終点に達する。チャンバーと高圧側との間のバルブは閉じられ、次に、ピストンは逆向きに動き始め、他の圧縮サイクルを開始する。
図４９Ａに示す圧縮サイクルのバルブは効率的に動作する。具体的には、チャンバー内部の圧力が低圧側の圧力と一致する時に（時刻ｔ２）、第１のバルブが開き、バルブ作動のためにわずかなエネルギーしか要しない。加えて、この点における圧力のバランスは、低圧側からチャンバーへ気体を流す際に浪費されるエネルギーを最小化する。
同様に、チャンバー内部の圧力が高圧側の圧力と一致する時に（時刻ｔ４）、第２のバルブが開き、この場合もバルブ作動のためにわずかなエネルギーしか要しない。さらに、圧力のこのバランスは、チャンバーから高圧側へ気体を流す際に浪費されるエネルギーを最小化する。
図４９Ｂは、従来型の膨張サイクルに耐えるチャンバー内部での、容積に対する圧力をプロットする。従来側の膨張サイクルの第１のピストンストロークの間、ピストンは、時刻ｔ１においてＴＤＣ位置から動き、時刻ｔ３においてＢＤＣ位置に達する。時刻ｔ１において、チャンバー内部の容積は、隙間容積（Ｖｃ）である。時刻ｔ３において、チャンバー内部の容積はＶＢＤＣである。
時刻ｔ１において、チャンバーと高圧側との間のバルブが開放される。存在する圧力差によって、気体はバルブを通してチャンバーに急速に流れ、利用可能な容積を満たすまで膨張し、時刻ｔ２において、圧力をＰｉｎに急速に達しさせる。チャンバー内部の空気は時刻ｔ２とｔ３との間に膨張し、ピストンはＢＤＣに向けて動く。
第１のピストンストロークの終点において（時刻ｔ３）、バルブは閉じられ、チャンバーと低圧側との間のバルブが開放される。チャンバー内の圧力はＰｏｕｔまで急速に降下する。次のストロークにおいて、ピストンは逆向きに（ＢＤＣからＴＤＣに向けて）動き、チャンバーから低圧側（Ｐｏｕｔ）に向けて膨張気体を排気する。
時刻ｔ５において、ピストンは第２のストロークの終点に達する。出口バルブは閉まり、ピストンが逆向きに動き始め、他の膨張サイクルを開始する。
図４９Ａの圧縮サイクルと対照的に、図４９Ｂの従来型の膨張サイクルにおけるバルブは低い効率で運転され得る。具体的には、空気をチャンバーに入れるステップおよびチャンバーから膨張空気を排気するステップのどちらかもしくは両方の間、圧縮気体のエネルギーが回収に失われ得る。
たとえば、高圧側とチャンバーとの間のバルブを開放する時（時刻ｔ１）、圧力差が存在する。バルブはこの圧力差に抗して作動されなければならず、効率を犠牲にしてエネルギーを消費する。加えて、時刻ｔ１とｔ２との間、圧縮気体がチャンバーに急速に流れるにつれて、圧縮気体の利用可能なエネルギーが浪費される。このエネルギーは失われ、ピストンの動作によって回収されるためには利用できず、システム効率をさらに低下させる。
効率はまた、チャンバーからの膨張気体の流出においても失われ得る。具体的には、時刻ｔ３におけるチャンバーと低圧側との間のバルブの作動の時に、チャンバー内部の圧力は低圧側の圧力を上回り得る。そのような場合、バルブはこの圧力差に抗して作動されなければならず、効率を犠牲にしてエネルギーを消費する。さらに、時刻ｔ３とｔ４との間に気体が低圧側に急速に流れるにつれて、消費されるだろう気体の利用可能なエネルギーが消費されるだろう。このエネルギーは失われ、ピストンの動作によって回収されるためには利用できず、システム効率をさらに低下させる。
そのため、本発明の態様は、より効率的な運転を可能にするために、膨張モードにおいてバルブ作動を制御するように構成される。図４９Ｃは、本発明の一態様に係る膨張サイクルの一態様の圧力−容積の関係を破線でプロットする。
バルブの開放タイミングがピストンストロークの終点と必ずしも一致しないことを除けば、図４９Ｃのプロットは図４９Ｂのそれと似ている。たとえば、ピストンがＢＤＣ位置に達する前に、高圧側とチャンバーとの間のバルブは時刻ｔ３において閉じられる。この作動タイミングの結果として、より少ない気体の量が膨張のために導入され、膨張サイクルの終点におけるチャンバー内部の気体の、結果として生じる圧力は、低圧側と一致し得る。そのような低減された圧力差によって、チャンバーと低圧側との間のバルブの低エネルギー作動が可能となり、チャンバー内部で膨張される気体の低圧側への急速な流れに関連するエネルギー損失を低減する。
ピストンがＴＤＣ位置に達する前に、チャンバーと低圧側との間のバルブが時刻ｔ１において閉められ得る。このバルブ作動タイミングの結果として、高圧側とチャンバーとの間のバルブが再び開放された時に、チャンバー内に気体がいくらか残る。この残存気体が、圧縮気体のチャンバーへの吸気時における圧力差を低くするために役立つ。同様に、低減された圧力差が、吸気バルブが開放される瞬間の、圧縮気体のチャンバーへの流速を緩やかにし、より多くのエネルギーを、膨張による回収用に利用可能とする。低減された圧力差はまた、膨張のために圧縮気体をチャンバーに入れるために、圧力差に抗してバルブを作動させるために必要であるエネルギーの量を低下させる。
図４９Ｂの曲線をたどることによって推論される動力の総量は、図４９Ｃのそれよりも大きいが、効率はより低い。バルブタイミングを制御することによって、図４９Ｂと図４９Ｃとの間の中間曲線がたどられ得て、本システムが効率のために動力出力をトレードオフすることができる。
図４１ＥＡ〜ＥＥは、本発明の別の態様に係る、膨張モードの間のバルブの開閉タイミングを示す。図４１ＥＡ〜ＥＥは、例証の目的のためにシリンダーの端壁にバルブを示すが、前の図４１〜４１Ｄに一般的に表現されるように、ピストンヘッドの最大上方範囲に近似するチャンバー内のどこにでもバルブは位置し得る。
図４１ＥＡにおいて、ピストン４１２４はシリンダー４１１２の頂点に近づき、前のピストンストロークの間に膨張された気体が、開放されたバルブ４１２０を通して、ここで低圧側に排気される。図４１ＥＢに示すように、あるアプローチにおいて、ピストンが膨張ストロークのまさに終点に達するまでバルブ４１２０が開放されたまま維持され得ることによって、膨張空気の全てが排気される。
しかしながら、バルブの作動のそのようなタイミングは、システムからのエネルギーの損失に繋がり得る。図４１ＥＣに具体的に示すように、ピストンの次のストローク（下向き）の開始時に、高圧側と連結するバルブ４１２２が開放され、高圧気体がチャンバーに急に流れるだろう。高圧気体のそのような急速な流れと関連するエネルギーが次の膨張で損なわれることによって、動力出力を減少させるだろう。
図４１ＥＤの他のバルブタイミングアプローチによれば、ピストンヘッドがシリンダーの上部に達する前にバルブ４１２０を閉じることによって、このエネルギー損失が防がれ得る。この構造においては、シリンダー内部に残存する膨張気体４１８５は、連続的なピストンの上方向への動きによって圧縮されるだろう。この圧縮はシリンダーの上部における圧力を上昇させ、図４１ＥＥにおいて次にバルブ４１２２が開放されるにつれて圧力差を減少させるだろう。この方法において、流入気体はより低い流速で流れ、圧力差と関連するエネルギー損失を低減するだろう。
図４１ＥＤ〜４１ＥＥのアプローチもまた、バルブ作動によって消費されるエネルギーを低減するだろう。開放するために、ソレノイド４１２２ｃは、高圧側によって発揮される圧力に抗してバルブ４１２２のプレートを動かさなければならない。しかしながら、バルブ４１２０の早い閉鎖から生ずるシリンダー内部の増加された背圧が追加の付勢を提供し、バルブ４１２２の開放中のバルブプレートのこの動きを助けるだろう。
述べられたばかりのバルブタイミングアプローチは、シリンダー内部の残存気体の存在を利用し、膨張中、ピストンストロークの終点における圧力差を低減する。このアプローチとは別に、もしくは関連して、この圧力差を低減するために、液体材料がシリンダーに導入され得る。
図４１ＦＡ〜４１ＦＣはそのような態様の断面図を示す。図４１ＦＡにおいて、膨張空気がバルブ４１２０を通して低圧側に排気されつつ、ピストンが再びシリンダーの上部に近づく。図４１ＦＢにおいて、ピストンがシリンダーの上部に近づく前に、バルブ４１２０が閉じられる。たとえば水のような液体４１８７は、バルブ４１１７を通してタンク４１１９からシリンダーに入れられる。液体は残存気体のためにシリンダー内で利用可能な容積を低減するのに役立ち、残存気体をより高圧に圧縮することをより容易にする。図４１ＦＣに示すように、ピストンが次のストロークにおいて下降するにつれて水の存在に起因するシリンダー内の増加した圧力は、そのバルブが開放されて高圧側から気体が流れるにつれて、バルブ４１２２の全域に渡る圧力差および対応するエネルギー損失を低減するだろう。もし圧力差がゼロにまで低減されるならば、自由な膨張は起こらず、効率が最大化されるだろう。
液体は多くの方法でシリンダー内に導入され得る。ある態様において（たとえば、隙間容積を低減するために液体注入を用いる態様）、別個のバルブによって、シリンダーと液体供給部との間に選択的な連結ができる。また、ある態様は、液体注入およびいくつかはミストからの液滴として、シリンダー内部の液体のいくつかもしくは全てを提供し得る。
液体がシリンダー内部に存在する態様においては、シリンダー内部に導入される、もしくは残る、液体の量は、システム性能を最適化するように制御され得る。たとえば、チャンバー内部のセンサーは、液面、およびこの液体量を変化させるように制御されたシステム要素の運転を示し得る。ある態様においては、シリンダーから流れる液体の流速がプロセッサーもしくはコントローラーによって制御されつつ、液体が排液管によってシリンダーから取り除かれ得る。
図４１に戻り、この態様は、２つの別個の混合チャンバーと、パルセーションダンパーボトルとを含む。液体−気体混合物の形態の条件が膨張に対する圧縮用に異なりやすいので、そのような別個の構造の使用が望ましくなり得る。たとえば、圧縮モードにおいては、液体スプレーを受け取る気流は低圧となる。それに対して、膨張モードにおいては、液体スプレーを受け取る気流は高圧となるだろう。図４の態様に示すような別個の混合チャンバーの使用によって、これらの異なる条件下での最適な液体導入が可能となる。
本発明の態様によれば、組み合わされた圧縮／膨張チャンバー、専用圧縮チャンバー、もしくは専用膨張チャンバーは、さまざまなバルブ構造を通して、混合チャンバー（パルセーションダンパーボトルのような、どんな介在構造以外にも）と流体連通し得る。図３９〜４１Ｄの態様に示すように、複数のバルブによって、混合チャンバーと、１つ以上の圧縮／膨張チャンバー（たとえば、シリンダー内部の複動ピストンの存在によって画定される２つのチャンバー）との間の選択的な流体連通が可能となり得る。
前の態様に示すように、バルブは、弁座に対してバルブプレートを動かすシャフトと物理的に連結するソレノイドによって機械的に作動され得る。そのような構造は、システム性能を高める追加の特徴を含み得る。
たとえば、図４１Ｇは、超音波振動子を用いるバルブ構造の一態様の簡素化された図面を示す。本図は例証の目的のためのみに提供され、本図の要素の相対的な寸法やサイズは原寸に比例していない。
具体的には、バルブ４１８９は、開口部４１９３を有する弁座４１９１を含み、開口部４１９７を有し、弁座と係合するように可動するバルブプレート４１９５を含む。弁座の開口部はバルブプレートの開口部に対してずらされており、それらの係合において気体がバルブを通して流れることを防ぐ。
弁座とバルブプレートとが係合されていないとき、気体が、開口部４１９７および４１９３を通過することによってバルブを旋回させるようにこれらの要素の間に十分なスペースが存在する。しかしながら、図４１Ｇに示すように、開放バルブを通して流れる気体に課される通路は、露出された表面における液滴４１８７のまとまりに潜在的に至る鋭い曲がり角を備えるひどいものである。そのようなまとまりが、圧縮もしくは膨張の間、チャンバー内のそれらの液滴の均一性を望ましくなく変え得る。鋭い曲がり角を最小化するためにバルブプレートおよび弁座の端を鋭くすることによってまとまりは低減され得るが、その効果はこの方法単独によって取り除かれないかもしれない。
そのため、一態様によれば、本発明のバルブ構造は、超音波振動子と連結するように配置され得る。この振動子から受け取られる超音波エネルギーは、バルブにおける液体のまとまりをばらばらにするのに役立ち得て、その液体を、圧縮および／または膨張の間の熱交換のためにチャンバーに流し得る。
図４１Ｇは一態様を示し、バルブプレート４１９５が、ソレノイド４１７７と連結するシャフト４１７５によって弁座４１９１に対して可動であることを特徴とする。本態様においては、超音波振動子４１７３はシャフト４１７５に固定され得る。超音波振動子４１７３の作動は、バルブプレート４１９１への超音波の伝達に至り、その表面においてまとまり得る液体を振動させ、分散させる。超音波エネルギーは弁座にも届き、その表面の液体のまとまりをばらばらにする。
図４１Ｇは、超音波振動子がシャフトを通してバルブプレートと直接的に接することを特徴とする態様を示すが、これは本発明によって必須ではない。他の態様においては、バルブ要素表面の液体のまとまりをばらばらにするために超音波エネルギーがこれらのバルブ要素に作用しつつ、超音波振動子がバルブプレートおよび／または弁座とある距離をもって分離され得る。
図４１Ｇの装置は、チャンバーへの気流を制御するバルブ構造と音響通信する超音波振動子を位置づけるが、その代わりに超音波振動子が他の場所に置かれてもよく、本発明の範疇に入る。
たとえば、注入された液体ミストからの液滴のまとまりはバルブプレートもしくは弁座の表面に限定されない。そのようなまとまりはまた、シリンダー自体の内部、チャンバーおよび／またはピストンヘッドおよびピストンシャフトの壁にも起こり得る。
そのため、本発明のある態様は、シリンダー自体の内部に超音波振動子を配置し得る。そのような態様においては、振動子からの超音波エネルギーは、チャンバーの壁および／またはピストンの表面に伝達され得る。
シリンダー内部への超音波エネルギーのそのような伝達が、少なくとも２つの方法において、圧縮もしくは膨張プロセスのための熱交換を向上させ得る。まず、超音波エネルギーは表面から気体に液体を分散して戻し、そこで、液体は、気体と熱的に相互に作用するのにもっともよく適すだろう。加えて、超音波エネルギーが、まとまった液体を、より小さな径を有する微細な液滴に分散させるために役立ち得ることによって、より広い表面積を生み出し、熱交換を向上させる。
バルブ構造の話題に戻り、本発明の態様は、ソレノイド作動バルブの使用に限定されるものではない。他の態様が他のタイプのバルブを使ってもよく、本発明の範疇に入る。
本発明における使用に適し得る、そのような他のバルブ構造の一例は、サーボループを含む音声コイル作動バルブである。そのようなバルブ構造の使用が、たとえば、停止前のプレート移動の終点における減速のような、作動の速度プロファイルを制御するのに有利であり得ることによって、バルブ構成部品にかかる応力を低減する。
バルブが空気圧的に作動し得る他の態様によれば、一例は空気圧比例空気バルブである。さらなる他の態様においては、たとえば高圧液圧バルブのように、バルブが液圧で作動され得る。
本発明に係る使用のためのバルブの態様は、開放および／または閉鎖の具体的な時間プロファイルを示すように設計され得る。たとえば、図４１Ｈは、カムがシャフト４１４４に対して回転するにつれて、カム従動子４１４２とカム４１４３の表面４１４３ａとの間の接触によって、バルブプレート４１４０がシャフト４１４８を通してバルブプレート４１４５に対して作動することを特徴とする可能な一態様を示す。カム従動子は、バネ４１４１によってカム表面と接して支えられる。本態様において、カムの具体的な形状、およびカム従動子に対するその表面の対応する位置づけが、閉鎖および開放の方向において、バルブの作動の時間プロファイルを決定するように設計され得る。バルブタイミングは、カムの角度もしくは有効プロファイルを変えるように機構を提供することによって変化され得る。
さらに、本発明に係る態様は、二方バルブの使用に限定されるものではない。ある態様によれば、２つ以上の数の出力を有する多方バルブを通して、混合チャンバーが、複数の圧縮／膨張チャンバーと選択的に流体連通し得る。
２つ以上の出力を有し、混合チャンバーと圧縮／膨張チャンバーとの間のバルブを用いるシステムが図４６Ａの態様に示される。この構造において、混合チャンバー４６９９の出力は、パルセーションダンパーボトル４６９４および多方バルブ４６９８を通して、複数の圧縮／膨張チャンバー４６０２ａ〜ｃのうちの１つと選択的に流体連通する。
ほとんどの場合、気液混合物が概して圧縮／膨張チャンバー４６０２ａ〜ｃのうち少なくとも１つに流れるように、システムの本態様が設計される。気体、液体、および生成される気液混合物それ自体の流れは、繰り返しては停止されず、異なる圧縮／膨張チャンバーの変化する需要に従って再開されるので、気液混合物を生成するための混合チャンバーのそのような進行中の運転は、徐々にその混合物の特性の均一性を確保するために役立つ。
図４６Ｂに示すさらなる他の態様においては、混合チャンバー４６５９内に準備される気液混合物は、圧縮／膨張チャンバー４６５４ａ〜ｃのうちの一つによっていつも必須とされるわけではない。しかしながら、気液混合物の進行中の生成の利点は、ダンプ４６５６と流体連通する多方バルブ４６５８の一出力をセットすることによって得られ得る。そのため、気液混合物がどのチャンバーにおいても圧縮／膨張のために必要とされない時、混合物は、混合チャンバー４６５９からパルセーションダンパーボトル４６５４を通ってダンプ４６５６に流れ、そこで、液体は、たとえば再注入のような後の使用のために回収されてもよいし、されなくてもよい。
混合チャンバーで生成され、圧縮／膨張チャンバーに流れる気液混合物の性質は、膨張サイクルおよび圧縮サイクルの間、同じであってもよいし、同じでなくてもよいことが、さらに言及される。そのため、所望の気液混合物が変化する場合、変化された気液混合物の均一条件が得られるまで、移行期の混合物をダンプに流すことは有利なことであり得る。
液体−気体混合物をダンプに選択的に送ることが有益であり得る具体的な一態様は図４８Ａ〜４８Ｃに表現される。具体的には、膨張サイクルの間、液体−気体混合物の所定の限定された体積を入れるようにバルブ作動にわたる精密な制御を用い得る態様がある。
具体的には、制御された時間間隔の間、吸気バルブ４８００を開放することによって、所定の空気量Ｖ０が高圧側（たとえば、前のステージもしくは保存タンク）からチャンバーに加えられる。ピストン４８０２が膨張ストロークの終点に達する時にチャンバー４８０４内部の所望の圧力が得られるように、この空気量Ｖ０が算出される。
あるケースでは、この所望の圧力は、２番目に低い圧力のステージの圧力とほぼ等しい、もしくはそのステージがもっとも圧力の低いステージまたは唯一のステージであるならば、ほぼ大気圧となるだろう。ある態様においては、チャンバー内部の所望の圧力は、２番目に低い圧力のステージの圧力の、１ＰＳＩ以内、５ＰＳＩ以内、１０ＰＳＩ以内、もしくは２０ＰＳＩ以内となり得る。そのため、膨張ストロークの終点において、最初の空気量Ｖ０におけるエネルギーは完全に消費され、膨張空気を２番目に低い圧力のステージに移動させる際に浪費されるエネルギーはほとんどないか、全くない。
この目的を達成するために、所望の空気量（Ｖ０）がチャンバーに入ることができる場合に限り、吸気バルブ４８００が開放される。その後、図４８Ｂ〜Ｃに示すように、バルブ４８００が閉じられたままとなる。
そのような構造においては、ピストンがその膨張ストロークを完了する前に吸気バルブ４８００が閉じられる。さらに、吸気バルブ４８００の閉鎖のタイミングは、気液フローを他のチャンバー（もしくは複動ピストンの場合にはその部分）に入れるために、他の吸気バルブの開放と正確に同期させなくてもよい。そのため、吸気バルブ４８００の閉鎖タイミングにおいて、膨張のための圧縮された液体−気体混合物の流れを受け取るために既に準備されている他のチャンバーがなくてもよい。それゆえ、本システム内のチャンバーが膨張のための流れを受け取るように構成されるそのような時まで（図４８Ｃに図示）、そのような態様は、連続的に流れる液体−気体混合物をダンプに押しやる能力から恩恵を受け得る。
他の態様においては、コントローラー／プロセッサーは、Ｖ０よりも大きな初期体積の空気を膨張チャンバーに入れさせるために吸気バルブ４８００を制御し得る。たとえば、より大きな動力が所定の膨張サイクルから望まれる時、エネルギー回収の効率を犠牲にして、そのような指令がなされ得る。
上記に詳細が説明されるように、本発明に係るエネルギーを保存および回収するシステムおよび方法の態様は、プロセッサーおよびコンピューター読み出し可能保存媒体を含むホストコンピューターと連結される実施に非常に適している。そのようなプロセッサーおよびコンピューター読み出し可能保存媒体は装置に組み込まれ得る、および／または、外部の入力／出力デバイスを通して、制御もしくはモニターされ得る。
図４７は、プロセッサー／コントローラーと、プロセッサーコントローラーによって受け取られる様々な入力、実行される機能、生成される出力との間の関係を示す模式図である。示されるように、１つ以上の入力に基づいて、プロセッサーは装置の様々な運転特性を制御し得る。
制御され得るそのような運転パラメーターの一例は、混合チャンバーへの空気および液体の流れと、同様に混合チャンバーから圧縮／膨張チャンバーへの流れを制御するバルブのタイミングおよび構造である。たとえば、上述のように、いくつかの態様においては、混合チャンバーと圧縮／膨張チャンバーとの間のバルブが選択的に開閉され、気液混合物が、適切な圧縮／膨張チャンバーに流れる。複数のそのようなチャンバーが混合チャンバーと連結するシステムにおいて、気液混合物を適切な時期に適切なチャンバーに送るように、そして、ある態様においては気液混合物を必要に応じてダンプに送るように、バルブは注意深く制御されなければならないだろう。
混合チャンバーと圧縮／膨張チャンバーとの間のそのようなバルブの操作タイミングはまた、所定の量の空気および気液混合物のみが圧縮／膨張チャンバーに導入されることを確実にするように制御されなければならないかもしれない。これは図４８Ａ〜Ｃに関連して上述されている。
バルブの開閉タイミングはまた、圧縮の間も注意深く制御され得る。たとえば、本発明の態様は、たとえばシリンダー内の蓄積圧力が次のステージもしくは最終タンクの圧力をある数値で上回る所望の条件下で、圧縮チャンバーの出口バルブを精密に開放するためにコントローラー／プロセッサーを活用し得る。この方法においては、シリンダー内部の圧縮空気からのエネルギーは、出口バルブ（従来型のチェックバルブを有するケースのように）を作動させる際には消費されず、圧縮空気に保存されたエネルギーは、膨張による後の回収のために維持される。
圧縮および／または膨張チャンバーの吸気および出口バルブの操作のタイミングは上述のように制御され得るが、ある態様においては、他のバルブ、もしくはバルブ以外のシステム要素が同様に制御され得る。たとえば、プロセッサーによって制御され得るシステムパラメーターの他の例は、チャンバーに導入される液体の量である。たとえば、圧力、湿度、算出された効率、および他の１つ以上の数値に基づいて、圧縮もしくは膨張の間にチャンバーに導入される液体の量は、運転の効率を維持するために注意深く制御され得る。たとえば、Ｖ０よりも大きな量の空気が膨張サイクルの間にチャンバーに入れられる場合、その膨張中の空気の温度を所望の温度範囲内に維持するために、追加の液体が導入されなければならないかもしれない。これは、流体タンクを、噴霧ノズルと、もしくは流体を噴霧ノズルに流すためのポンプと接続するバルブの全域にわたるプロセス制御によって、これが得られ得る。
（マルチステージシステム）
述べられたばかりの具体的な態様は、シングルステージの全てにわたる圧縮もしくは膨張を用いる。しかしながら、本発明に係る他の態様は、１つ以上の圧縮および／または膨張のステージを用い得る。
たとえば、機械力が本システムに向けて、および本システムから運ばれることによる機械的もしくは液圧的なアプローチによって収容され得る以上に大きな圧縮／膨張比が求められる時、複数のステージが用いられ得る。
図４２Ａは、３つのステージ（すなわち、第１のステージ４２２４ａ、第２のステージ４２２４ｂ、および第３のステージ４２２４ｃ）を備えるタンク４２３２内における保存のための空気を圧縮するためのマルチステージシステム４２２０の一態様のきわめて簡素化された図面を表す。より多い、もしくはより少ないステージを備えるシステムが同様に構成され得る。図４２Ａのシステム４２２０に示すように、マルチステージの態様においては、保存のための最終的な所望の圧力に達するまで、一圧縮ステージの出力が、さらなる圧縮のために次の圧縮ステージ等の入口に流れる。この方法においては、一つだけのステージでは得られるのが困難だろう最終圧力に、いくつかのステージにわたって気体は圧縮され得る。
図４２Ｂは、本発明に係るマルチステージ専用圧縮装置４２００の一態様の詳細図を表す。具体的には、図４２Ｂは、第１のステージ４２０２、第２のステージ４２０４、および保存ユニット４２３２を含むシステム４２００を示す。第１のステージ４２０２は、圧縮チャンバーモジュールＣ０１を通して、分離モジュールＢ１と流体連通する混合チャンバーモジュールＡ０を備える。第１のステージ４２０２は、空気フィルター４２５０を通して圧縮のための空気を受け取る。
同様に、第１のステージ４２０２は、第２のステージ４２０４と流体連通する。第２のステージは、圧縮モジュールＣ１２を通して、分離モジュールＢ２と流体連通する混合チャンバーモジュールＡ１を備える。同様に、第２のステージ４２０４は、保存ユニット４２３２と流体連通する。
図４２ＢＡ、４２ＢＢ、および４２ＢＣは、図４２Ｂのマルチステージ装置の異なる構成部品モジュールの簡素化された図を示す。具体的には、混合モジュールＡｘは、混合チャンバー４２０８と流体連通する気体入口４２０６を備える。混合チャンバー４２０８は、液体入口４２１３を通して液流を受け取るように構成され、その液体を、マニフォールド４２１０および噴霧ノズル４２１２を通して流動気体に注入するように構成される。混合モジュールＡｘは、出口４２１６と流体連通するパルセーションダンパーボトル４２１４をさらに含む。
分離モジュールＢｙは図４２ＢＢに示される。分離モジュールは、気液分離機４２３２と流体連通する入口４２３０を備える。分離機によって分離された液体が、液体タンク４２３４に流れるように構成される。分離機からの気体が、分離モジュールの出口４２３６に流れるように構成される。ポンプ４２３８は、タンクからの液体が液体出口４２４０に流れるように構成される。
圧縮モジュールＣｘｙは図４２ＢＣに示される。圧縮モジュールの一態様の構造は、図４１〜４１Ｂと関連して詳細に上述されている。具体的には、圧縮モジュールは、入口４２５２と流体連通し、バルブ４２５６ａおよび４２５６ｂを通してシリンダー４２５４と流体連通する導管４２５０を備える。導管４２５８は、バルブ４２５７ａおよび４２５７ｂを通してシリンダー４２５４と流体連通し、出口４２５９と流体連通する。
複動ピストン４２５５は、シリンダー４２５４内部に配置される。複動ピストンは、エネルギー源（不図示）と連結し、その動きはシリンダー内部に存在する気体を圧縮するのに役立つ。そのような圧縮は一般的に示され、図３９〜３９Ｂおよび４１〜４１Ｂに関連して上述される。
マルチステージ専用圧縮装置４２００の第１のステージ４２０２において、分離モジュールＢ１の液体出口は、第１の熱交換器Ｈ．Ｅ．０１を通して、混合モジュールＡ０の液体入口と流体連通する。マルチステージ専用圧縮装置４２００の第２のステージ４２０４において、分離モジュールＢ２の液体出口は、第２の熱交換器Ｈ．Ｅ．０２を通して、混合モジュールＡ１の液体入口と流体連通する。
図４２Ｂの態様は、ステージによって生成される圧力差を用いて、液体の注入を容易にし得る。具体的には、図４２Ｂの態様は、前のより低圧なステージの低減された圧力を有する気流に逆戻りされた、分離された液体を有する。これは液体注入のために必要とされる力を減少させ、それゆえ、液体を流す際にポンプによって消費される電力を低減する。
本発明に係る専用マルチステージ圧縮装置は、図４２Ｂに示す具体的な態様に限定されるものではない。具体的には、図４２Ｂの態様は、分離された液体が個々のステージ内部で気流に再注入されて回収される装置を示すが、これは本発明によって必須とされるわけではない。
そのため、図４２Ｃは、本発明に係る専用マルチステージ圧縮装置の他の態様を示す。本態様に係るシステム４２６０において、第１のステージの混合チャンバー４２６２に注入された液体は、次に分離機４２６４によって分離され、続いて次のステージの混合チャンバー４２６６内に注入のために流れる。この構造は、タンク４２６８内の最終的に分離された液体の収容に至る。
図４２Ａ〜Ｃは２つのステージにわたる圧縮を示すが、本発明の態様はこのアプローチに限定されるものではない。エネルギーの量が圧縮気体から回収されるまで、一膨張ステージの出力がさらなる膨張のために次の膨張ステージの入口に流れつつ、本発明に係る他の態様もまた、いくつものステージにわたって膨張を実行し得る。この方法においては、エネルギーはいくつかのステージにわたって膨張される気体から回収され得て、それは一つのステージだけにおける膨張で得ることが困難だろう。
図４３は、本発明に係るマルチステージ専用膨張装置の一態様の詳細図を表す。具体的には、図４３は、保存ユニット４３３２と、第１のステージ４３６２と、第２のステージ４３６４と、を含む装置４３６０を示す。第１のステージ４３６２は、膨張モジュールＥ３４を通して分離モジュールＢ４と流体連通する混合チャンバーモジュールＡ３を備える。第１のステージ４３６２は、保存ユニット４３３２から圧縮用の空気を受け取る。
同様に、第１のステージ４３６２は、第２のステージ４３６４と流体連通する。第２のステージ４３６４は、膨張モジュールＥ２３を通して、分離モジュールＢ３と流体連通する混合チャンバーモジュールＡ２を備える。同様に、第２のステージ４３６４は、出口４３５７と流体連通する。
マルチステージ専用膨張装置４３６０の異なる構成部品モジュールは、上述される図４２ＢＡおよび４２ＢＢにも表され得る。専用膨張装置４３６０は、図４３Ａに示す膨張モジュールＥｘｙをさらに含む。
具体的には、そのような膨張モジュールの一態様の構造および運転は、図４１および４１Ｃ〜Ｄに関連して詳細に上述される。具体的には、膨張モジュールは、入口４３５２と流体連通し、バルブ４３６６ａおよび４３６６ｂを通してシリンダー４３５４と流体連通する、導管４３５０を備える。導管４３５８は、バルブ４３６７ａおよび４３６７ｂを通してシリンダー４３５４と流体連通し、出口４３５９と流体連通する。
複動ピストン４３５５は、シリンダー４３５４内部に配置される。複動ピストンは、たとえば発電機のような、機械力をエネルギーに変換するための装置（不図示）と連結する。シリンダー内部の空気の膨張がピストンの動きを駆動させるのに役立つ。そのような膨張は、図４０〜４０Ｂ、４１、および４１Ｃ〜Ｄと関連して、一般的に示され、上述される。
マルチステージ専用膨張装置４３６０の第１のステージ４３６２において、分離モジュールＢ４の液体出口は、第１の熱交換器Ｈ．Ｅ．４３を通して、混合モジュールＡ３の液体入口と流体連通している。マルチステージ専用膨張装置４３６０の第２のステージ４３６４において、分離モジュールＢ３の液体出口は、第２の熱交換器Ｈ．Ｅ．３２を通して、混合モジュールＡ２の液体入口と流体連通している。
本発明に係る専用マルチステージ膨張装置は、図４３に示す具体的な態様に限定されるものではない。具体的には、図４３の態様は、分離された液体が個々のステージ内部での気流への再注入のために回収されることを特徴とする装置を示すが、これは本発明によって必須とされるものではない。
図４３Ｂは、本発明に係る専用マルチステージ膨張装置の他の態様を示す。本態様に係るシステム４３００において、第１のステージの混合チャンバー４３０２に注入される液体は、次に分離機４３０４によって分離され、続いて、次のステージの混合チャンバー４３０６への注入のために流れる。この構造は、タンク４３０８における最終的に分離された液体の収容に至る。
図４３Ｂの態様は、ステージによって生成される圧力差に抗して注入される液体を必要としない。図４３Ａの具体的な態様において、分離された液体は、前の、より高圧なステージの上昇した圧力を有する流入気流に戻るように流れる。それに対して、図４３Ｂの態様は、次のステージに入る膨張気体に流れる分離された液体を有し、液体を流す際にポンプによって消費される電力を低減する。
ここまでに述べられたマルチステージ装置の態様は、圧縮もしくは膨張のどちらかに専用となっているが、本発明に係る他の態様は、圧縮と膨張との両方を実行し得る。図４４は、圧縮と膨張との両方を可能にするそのような２ステージ装置の一態様の簡素化された模式図を示す。
具体的には、図４４の態様は多くの構造の特徴を組み合わせ、圧縮と膨張との両方を実行できるシステムを生み出す。システム４４００の一つの特徴は、三方バルブ４４０４を通したシステムのある要素の連結である。図４４は、圧縮モードにおいては三方バルブの構造を実線で述べ、膨張モードにおいては破線で述べる。
システム４４００の一つの特徴は、圧縮モードおよび膨張モードの両方における液体の導入のための同一の混合チャンバー４４０５の使用である。具体的には、圧縮の間、混合チャンバー４４０５は、前のステージにおける圧縮のおかげで既に高圧である気体に液体を注入するために用いられる。膨張の間、混合チャンバーは、第１のステージにおける高圧気体に気体を注入するために用いられる。所望の気液混合物を得るために、圧縮および膨張の両方において概して用いられる混合チャンバーを有するマルチステージ装置において、それらの混合チャンバーに流れる入口気体の圧力はほぼ同じだろう。
システム４４００のさらなる他の特徴は、１つ以上の寸法（ここでは、寸法ｄに沿って）に細長く延びるパルセーションダンパーボトルの使用である。導管が、短いままのそれらの隣接要素と流体連通することが可能となりつつ、パルセーションダンパーボトルの細長い形状によって、ボトルと隣接要素との間の複数の連結が可能となる。
具体的には、パルセーションダンパーボトルのサイズは、液体−気体混合物を受け取るための相対的により大きな容積をもたらす。ボトルの壁の表面積に対して比較的低い比率の露出がされつつ、この容積が気流の本体内部の液滴を収容する。壁へのそのような液滴の露出を最小限にすることによって、表面上にまとまるよりはむしろ、液滴は気流内部に分散されたままとなる傾向があり、そのため、熱交換のために利用可能となる。
図４４は、模式的な形態のみにおける細長いパルセーションダンパーボトルを示す簡素化された図であり、細長いボトルの形状は、これもしくは他の具体的なプロファイルに限定されるものとして解釈されるべきではない。たとえば、パルセーションダンパーボトルの他の態様は、１つ以上のローブもしくは他の細長い外観を含み得る。
細長い形状を有するそのようなパルセーションダンパーボトルの使用がないので、より大きな複雑さを示す対応する流体導管（たとえば、より大きな長さおよび／またはより多くの曲がり角）が、ボトルと、異なるシステム要素と、を接続するために用いられ得る。そのような複雑な導管は、たとえば導管内部の液体の望まれない局所的なまとまりを引き起こすことによって、液体−気体混合物の均一性を乱す局所的な圧力差を生み出し得る。
圧縮モードにおける運転下、保存ユニット４４３２に流れる前に、気体は入口４４５０を通してシステムに入り、２つの連続する液体注入ステージおよび圧縮ステージにさらされる。分離された液体はタンク４４３５に収容され、タンクは膨張モードにおいて近等温の膨張を得るために次の再注入のための熱を保存するように絶縁され得る。
具体的には、膨張モードにおける運転下、出口４４３４においてシステムから流れ出る前に、保存ユニットからの圧縮気体が、２つの連続する液体注入ステージおよび膨張／圧縮ステージにさらされる。分離された液体はタンク４４３６に収容され、圧縮モードにおいて近等温の圧縮を得るように次に再注入され得る。
図４４のシステムの態様において、図４２Ｃ（専用コンプレッサー）および図４３Ｂ（専用膨張機）の態様と類似した方法で、異なるステージにわたる分離された液体の流れは、最後の分離機における収容に至る。そのような態様は、起こる液体の指向性のある流れを収容するために、より大きい流体タンクを必要とする。
図４５は、本発明の一態様に係るマルチステージ装置を示す簡素化された図面であり、その装置は、圧縮および膨張の両方を実行するように構成可能である。具体的には、システム４５００は図４４の態様の修正を表し、追加の三方バルブ４５０２と、ある分離要素とある混合チャンバーとの間の追加の導管と、を含む。さらに、図４５は、圧縮モードにおいては実線で三方バルブの構造を表し、膨張モードにおいては破線で表す。
図４５の態様は、いくつかの追加のバルブおよび導管の複雑さをもたらすが、それはある要素を取り除き得る。具体的には、圧縮と膨張とは同時には起こらず、それゆえに図４４の態様の３つの全ての熱交換器およびポンプは同時に使用中であることが求められていないことに言及する。そのため、システム４５００は、図４４の態様の３つの熱交換器および３つのポンプに対して、２つの熱交換器（Ｈ．Ｅ．１およびＨ．Ｅ．２）および２つのポンプ（４５０４）のみを用いる。
さらに、図４５の態様は、ステージ内部への液体の循環を制限する。そのため、液体が１つのタンクに収容されるほどには液体の流れはなく、そのため液体タンクは図４４の態様におけるよりも大きくされる必要はない。
要約すると、本発明に係るさまざまな態様が以下の要素の１つ以上を包含し得る。
１．気体の圧縮および／または膨張が起こるチャンバーの上流にある、混合気体および液体用の混合チャンバーの使用。
２．混合チャンバーと、圧縮および／または膨張が起こるチャンバーと、の間のパルセーションダンパーボトルの使用
３．気液混合物が、連続的に圧縮／膨張チャンバーに流れるか、必要とされない時にダンプに流れるかのどちらかでありつつ、混合チャンバー内部での気液混合物の連続的な生成。
４．圧縮／膨張が起こるところから分離された混合チャンバーにおいて生成されながら、気体との高表面積接触における液相によって効率化される必要な熱交換を伴う、気体の近等温膨張および圧縮。
５．空気の圧縮および膨張が可能な機構。
６．圧縮空気の所定の体積の膨張から大きな仕事出力を得るようなバルブタイミングの電気的制御。
ここに述べられるさまざまな構造は、機械的形態における力を用い、生成し、それは液圧もしくはピストンの往復運動である。しかしながら、ほとんどの応用において、必要となるものは電気エネルギーの保存のためのものである。その場合において、適切な電力条件の電子機器とともに、発電機が、膨張の間、システムによって供給される機械力を電気力に変換するために用いられ得る。同様に、圧縮の間、システムによって必要とされる機械力がモーターによって供給され得る。圧縮および膨張が同じチャンバーによって同時になされないため、ある態様においては、モーター／発電機は両方の機能を実行するために用いられ得る。
もしエネルギー保存システムが液圧モーターもしくは水力タービンを用いるならば、その装置のシャフトは、直接もしくはギヤボックスを介して、モーター／発電機に接続され得る。もしエネルギー保存システムが往復ピストンを用いるならば、往復運動をシャフトのトルクに変換し得るクランクシャフトもしくは他の機械的連結機構が用いられ得る。
さらに、本発明の態様は、全てのステージを備える混合チャンバーの使用を必要としない。ある態様は、たとえば、圧縮／膨張が起こっているチャンバーへのミストもしくはスプレーの直接的な注入によって、混合チャンバーよりも他によって、圧縮／膨張チャンバーに導入される気体を有する他のステージを備え、いくつかのステージのみにおける混合チャンバーを用い得る。
さらなる他の態様は、たとえば液体を通して気体を泡立たせることによって、スプレー以外によって液体が気体に導入されるステージを用い得る。たとえば、ある態様において、そこからのエネルギーを保存および除去する泡技術を用い得る（高圧）ステージがあり得る一方、混合チャンバーを用いる液体ミスト技術を用いるかもしれない（低圧）ステージがあり得る。
（付記１）
液体−気体混合物を生成するために流動気体を含む第１のチャンバーに液体を噴霧する工程と、
前記液体−気体混合物を第２のチャンバーに流す工程と、
前記第２のチャンバーと連結されたピストンによって前記気液混合物の一部を圧縮させ、前記液体−気体混合物の液体が圧縮によって生じた熱エネルギーを吸収する工程と、
圧縮された前記液体−気体混合物の少なくとも一部を前記第２のチャンバーから移送する工程と、
を含む方法。
（付記２）
前記液体−気体混合物が前記第２のチャンバーに流れない時に、前記液体−気体混合物を生成し続ける工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記３）
前記液体−気体混合物が前記第２のチャンバーに流れない時に、前記液体−気体混合物を第３のチャンバーに流す工程をさらに含む、付記２に記載の方法。
（付記４）
前記液体−気体混合物が前記第２のチャンバーに流れない時に、前記液体−気体混合物をダンプに流す工程をさらに含む、付記２に記載の方法。
（付記５）
パルセーションダンパーボトルを通して前記液体−気体混合物を前記第２のチャンバーに流す工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記６）
圧縮気体を形成するために、圧縮された前記液体−気体混合物の一部から液体を分離する工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記７）
前記圧縮気体を保存ユニットに流す工程をさらに含む、付記６に記載の方法。
（付記８）
前記第１のチャンバーに噴霧されるように、熱交換器を通して、分離された前記液体を流す工程をさらに含む、付記６に記載の方法。
（付記９）
さらなる圧縮のために、前記圧縮気体を次のステージに流す工程をさらに含む、付記６に記載の方法。
（付記１０）
前記次のステージに噴霧されるように、熱交換器を通して、分離された前記液体を流す工程をさらに含む、付記９に記載の方法。
（付記１１）
液体−気体混合物を生成するために流動気体を含む第１のチャンバーに液体を噴霧する工程と、
前記液体−気体混合物を第２のチャンバーに流す工程と、
前記液体−気体混合物を前記第２のチャンバーと連結されたピストンを駆動させるように膨張させ、前記液体−気体混合物の前記液体が膨張中に熱エネルギーを伝導する工程と、
前記第２のチャンバーから、膨張された前記液体−気体混合物の少なくとも一部を移送する工程と、
を含む方法。
（付記１２）
前記液体−気体混合物が前記第２のチャンバーに流れない時に、前記液体−気体混合物を生成し続ける工程をさらに含む、付記１１に記載の方法。
（付記１３）
前記液体−気体混合物が前記第２のチャンバーに流れない時に、前記液体−気体混合物を第３のチャンバーに流す工程をさらに含む、付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記液体−気体混合物が前記第２のチャンバーに流れない時に、前記液体−気体混合物をダンプに流す工程をさらに含む、付記１２に記載の方法。
（付記１５）
パルセーションダンパーボトルを通して前記液体−気体混合物を前記第２のチャンバーに流す工程をさらに含む、付記１１に記載の方法。
（付記１６）
圧縮された前記液体−気体混合物の一部から液体を分離する工程をさらに含む、付記１１に記載の方法。
（付記１７）
前記第１のチャンバーに噴霧されるように、熱交換器を通して、分離された前記液体を流す工程をさらに含む、付記１１に記載の方法。
（付記１８）
前記流動気体が保存ユニットから受け取られる、
ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１９）
前記流動気体が前の膨張ステージから受け取られる、
ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記２０）
前記前の膨張ステージに噴霧されるように、熱交換器を通して、分離された前記液体を流す工程をさらに含む、付記１９に記載の方法。
（付記２１）
気流を受け取るように構成され、第１のチャンバー内部で液体−気体混合物を生成するように噴霧器を通して液体源と液体連通する第１のチャンバーと、
パルセーションダンパーボトルとバルブとを通して、前記第１のチャンバーと選択的に流体連通する第２のチャンバーと、
を備え、
前記第２のチャンバーが内部に配置された可動部材を有する、
装置。
（付記２２）
前記可動部材が、前記第２のチャンバー内部の空気を圧縮するようにエネルギー源と連結する、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記２３）
前記可動部材が、前記第２のチャンバー内部の空気の膨張にかかる動力を生成するように発電機と連結する、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記２４）
前記バルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記第１のチャンバー内部の圧力を超える時に、弁座に向けて動くように配置されたバルブプレートを備える、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記２５）
第２のバルブを通して前記第２のチャンバーと流体連通する分離機をさらに備える、付記２１に記載の装置。
（付記２６）
前記バルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記第１のチャンバー内部の圧力を超える時に、第１の弁座に向けて動くように配置された第１のバルブプレートを備え、
前記第２のバルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記分離機内部の圧力を超える時に、第２の弁座から離れて動くように構成された第２のバルブプレートを備える、
ことを特徴とする付記２５に記載の装置。
（付記２７）
前記分離機と液体連通する液体タンクをさらに備える、付記２５に記載の装置。
（付記２８）
導管と、ポンプと、熱交換器と、をさらに備え、
前記液体タンクが、前記導管と、前記ポンプと、前記熱交換器と、を通して、前記第１のチャンバーと液体連通する液体源を備える、
ことを特徴とする付記２７に記載の装置。
（付記２９）
前記可動部材が、発電機と選択的に連結することと、エネルギー源と選択的に連結すること、
とを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３０）
第２の気流を受け取るように構成され、第３のチャンバー内部で第２の気液混合物を生成するように第２の噴霧器を通して第２の液体源と液体連通する第３のチャンバーと、
第１のパルセーションダンパーボトルと前記バルブとの間の第１の三方バルブと、
第２のパルセーションダンパーボトルと第２のバルブとの間の第２の三方バルブと、
をさらに備え、
前記第３のチャンバーが、前記第２のパルセーションダンパーボトルと前記第２のバルブとを通して前記第２のチャンバーと選択的に流体連通し、
前記第１の三方バルブが、前記第２のチャンバーから第１の分離機に出力を流すように構成可能であり、
前記第２の三方バルブが、前記第２のチャンバーから第２の分離機に出力を流すように構成可能である、
付記２９に記載の装置。
（付記３１）
前記バルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記第１のチャンバー内部の圧力を超える時に、第１の弁座に向けて動くように配置された第１のバルブプレートを備え、
前記第２のバルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記第１の分離機内部の圧力を超える時に、第２の弁座から離れて動くように構成された第２のバルブプレートを備える、
ことを特徴とする付記３０に記載の装置。
（付記３２）
前記第１の液体源を備え、前記第１の分離機と液体連通し、第１の導管と、第１のポンプと、第１の熱交換器と、を通して、前記第１のチャンバーと液体連通する第１の液体タンクと、
前記第２の液体源を備え、前記第２の分離機と液体連通し、第２の導管と、第２のポンプと、第２の熱交換器と、を通して、前記第３のチャンバーと液体連通する第２の液体タンクと、
をさらに備える付記３０に記載の装置。
（付記３３）
前記分離機と流体連通する次のステージをさらに備える、付記２５に記載の装置。
（付記３４）
前記分離機が液体タンクと液体連通し、前記次のステージが、導管と、ポンプと、熱交換器と、を通して前記液体タンクと液体連通する、
ことを特徴とする付記３３に記載の装置。
（付記３５）
前記第１のチャンバーと流体連通する前のステージをさらに備える、付記２１に記載の装置。
（付記３６）
前記前のステージが液体タンクと液体連通し、前記液体タンクが、導管と、ポンプと、熱交換器と、を通して前記第１のチャンバーと液体連通する、
ことを特徴とする付記３５に記載の装置。
（付記３７）
前記次のステージが、第２のパルセーションダンパーボトルを通して第４のチャンバーと流体連通する第３のチャンバーを備え、前記第４のチャンバーが内部に配置された第２の可動部材を有し、
前記装置はさらに、圧縮モードにおいて前記第１のチャンバー内で圧縮された気体を前記次のステージに流すよう構成可能であり、膨張モードにおいて前記第４のチャンバー内で膨張された気体を前記第１のチャンバーに流すように構成可能である、三方バルブのネットワークをさらに備える、
ことを特徴とする付記３３に記載の装置。
（付記３８）
三方バルブの前記ネットワークが、
前記第１のパルセーションダンパーボトルと前記第２のチャンバーとの間に配置された第１の三方バルブと、
前記第２のチャンバーと前記第３のチャンバーとの間に配置された第２の三方バルブと、
前記第２のパルセーションダンパーボトルと前記第４のチャンバーとの間に配置された第３の三方バルブと、
前記第４のチャンバーと圧縮気体保存ユニットとの間に配置された第４の三方バルブと、
を備える、
ことを特徴とする付記３７に記載の装置。
（付記３９）
前記圧縮モードにおいて、
前記第１の三方バルブが、前記第２のチャンバーと流体連通する前記第１のパルセーションダンパーボトルを設置するように構成され、
前記第２の三方バルブが、第１の分離機と流体連通する前記第２のチャンバーを設置するように構成され、
前記第３の三方バルブが、前記第３のチャンバーと流体連通する前記第２のパルセーションダンパーボトルを設置するように構成され、
前記第４の三方バルブが、前記保存ユニットと流体連通する第２の分離機と流体連通する前記第４のチャンバーを設置するように構成された、
ことを特徴とする付記３８に記載の装置。
（付記４０）
前記膨張モードにおいて、
前記第４の三方バルブが、前記保存ユニットと流体連通する前記第３のチャンバーを設置するように構成され、
前記第３の三方バルブが、前記第４のチャンバーと流体連通する前記第２のパルセーションダンパーボトルを設置するように構成され、
前記第２の三方バルブが、第１の分離機と流体連通する前記第４のチャンバーを設置するように構成され、
前記第１の三方バルブが、出口と流体連通する第２の分離機と流体連通する前記第２のチャンバーを設置するように構成された、
ことを特徴とする付記３８に記載の装置。
（付記４１）
前記第２のパルセーションダンパーボトルが細長い、
ことを特徴とする付記３７に記載の装置。
（付記４２）
前記第２のパルセーションダンパーボトルが、前記第２のチャンバーと、前記第４のチャンバーと、に寸法容易連結するように細長い、
ことを特徴とする付記４１に記載の装置。
（付記４３）
前記液体源がマニフォールドを通して前記噴霧器と連通する、
ことをさらに特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記４４）
前記噴霧器が、前記第１のチャンバーの壁の内部にオリフィスを備える、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記４５）
前記噴霧器がノズルを含む、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記４６）
マニフォールドと液体連通し、複数の液体噴霧の軌跡を注入するように構成された、複数の噴霧器をさらに備える、付記２１に記載の装置。
（付記４７）
複数の前記噴霧器が、前記第１のチャンバーを通して、気流の方向において異なる位置に配置される、
ことを特徴とする付記４６に記載の装置。
（付記４８）
前記バルブが、ソレノイド作動バルブ、空気圧作動バルブ、液圧作動バルブ、音声コイル作動バルブ、もしくはカム作動バルブを備える、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記４９）
前記バルブと音響通信する超音波振動子をさらに備える、付記２１に記載の装置。
（付記５０）
前記可動部材が、ピストンシャフトとピストンヘッドとを備える固体ピストンを備える、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記５１）
前記可動部材が、第２のバルブを通して前記第１のチャンバーと流体連通する前記第１のチャンバーと第３のチャンバーとを画定するシリンダー内部に配置された複動ピストンを備える、
ことを特徴とする付記５０に記載の装置。
（付記５２）
前記第２のチャンバーが第３のバルブを通して分離機と流体連通し、前記第３のチャンバーが第４のバルブを通して前記分離機と流体連通する、
ことを特徴とする付記５１に記載の装置。
（付記５３）
前記バルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記第１のチャンバー内部の圧力を超える時に、第１の弁座に向けて動くように配置された第１のバルブプレートを備え、
前記第２のバルブが、前記第３のチャンバー内部の圧力が前記第１のチャンバー内部の圧力を超える時に、第２の弁座に向けて動くように配置された第２のバルブプレートを備え、
前記第３のバルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記分離機内部の圧力を超える時に、第３の弁座から離れて動くように構成された第３のバルブプレートを備え、
前記第４のバルブが、前記第３のチャンバー内部の圧力が前記分離機内部の圧力を超える時に、第４の弁座から離れて動くように構成された第４のバルブプレートを備える、
ことを特徴とする付記５２に記載の装置。
（付記５４）
内部に配置された可動部材を有するチャンバーを設ける工程を含み、
前記チャンバーが第１のバルブを通して高圧側と選択的に流体連通し、第２のバルブを通して低圧側と選択的に流体連通し、
前記可動部材の第１の膨張ストロークにおいて、
前記高圧側から前記チャンバーに向けて圧縮気体を入れるように前記第２のバルブを閉鎖し、前記第１のバルブを開放する工程と、
前記チャンバー内部で前記圧縮気体を膨張させ、エネルギーを生成するように前記可動部材を駆動させる工程と、
を含み、
前記第１の膨張ストロークと逆方向における前記可動部材の第２の膨張ストロークにおいて、
前記第１の膨張ストロークの間に膨張された気体を前記低圧側に流すように前記第２のバルブを開放する工程と、
前記第２の膨張ストロークの終点より前に、前記チャンバー内部の圧力を上昇させる工程と、
を含む、
方法。
（付記５５）
前記第２の膨張ストロークの終点より前に、前記第２のバルブを閉鎖することによって、前記圧力が上げられる、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記５６）
前記第２の膨張ストロークの終点より前に、液体を前記シリンダーに導入する工程をさらに含む、付記５５に記載の方法。
（付記５７）
前記チャンバーの外側で、前記液体が前記圧縮気体に注入される、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記５８）
前記液体が前記チャンバーに直接流れる、
ことを特徴とする付記５６に記載の方法。
（付記５９）
前記第２の膨張ストロークの終点より前に、液体を前記シリンダーに導入することによって、前記圧力が上げられる、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記６０）
前記チャンバーの外側で、前記液体が前記圧縮気体に注入される、
ことを特徴とする付記５９に記載の方法。
（付記６１）
前記液体が前記チャンバーに直接流入される、
ことを特徴とする付記５９に記載の方法。
（付記６２）
前記第１の膨張ストロークの終点において前記低圧側とほぼ等しい圧力となるように、多量の圧縮気体がチャンバーに入れられるとすぐに、前記第１の膨張ストロークの間に前記第１のバルブを閉鎖する工程をさらに含む、付記５４に記載の方法。
（付記６３）
前記第１のバルブが、前記チャンバー内部の圧力が前記高圧側の圧力を超える時に、第１の弁座から離れて動くように配置された第１のバルブプレートを備え、
前記第２のバルブが、前記チャンバー内部の圧力が前記低圧側の圧力を超える時に、第２の弁座に向けて動くように配置された第２のバルブプレートを備える、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記６４）
前記チャンバーと第２のチャンバーとを画定するように内部に配置された複動ピストンを有する前記チャンバーを設ける工程を含み、
前記第２のチャンバーが、第３のバルブを通して高圧側と選択的に流体連通し、第４のバルブを通して低圧側と選択的に流体連通し、
前記可動部材の前記第１の膨張ストロークにおいて、前記方法が、
前の膨張ストロークの間に前記第２のチャンバー内で膨張された気体を前記低圧側に流すことができるように前記第４のバルブを開放する工程と、
前記第１の膨張ストロークの終点より前に前記第２のチャンバー内部の圧力を上昇させる工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする付記５４に記載の方法。
（付記６５）
前記第１の膨張ストロークの終点より前に、前記第４のバルブを閉鎖することによって、前記圧力が上げられる、
ことを特徴とする付記６４に記載の方法。
（付記６６）
前記第１の膨張ストロークの終点より前に、液体を前記シリンダーに導入する工程をさらに含む、付記６５に記載の方法。
（付記６７）
前記第２のチャンバーの外側で、前記液体が前記圧縮気体に注入される、
ことを特徴とする付記６６に記載の方法。
（付記６８）
前記液体が前記第２のチャンバーに直接流れる、
ことを特徴とする付記６６に記載の方法。
（付記６９）
前記第１の膨張ストロークの終点より前に、液体を前記シリンダーに導入することによって前記圧力が上げられる、
ことを特徴とする付記６４に記載の方法。
（付記７０）
前記第２のチャンバーの外側で、前記液体が前記圧縮気体に注入される、
ことを特徴とする付記６９に記載の方法。
（付記７１）
前記液体が前記第２のチャンバーに直接流れる、
ことを特徴とする付記６９に記載の方法。
（付記７２）
前記第１のバルブが、前記チャンバー内部の圧力が前記高圧側の圧力を超える時に、第１の弁座から離れて動くように配置された第１のバルブプレートを備え、
前記第２のバルブが、前記チャンバー内部の圧力が前記低圧側の圧力を超える時に、第２の弁座に向けて動くように配置された第２のバルブプレートを備え、
前記第３のバルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記高圧側の圧力を超える時に、第３の弁座から離れて動くように配置された第３のバルブプレートを備え、
前記第４のバルブが、前記第２のチャンバー内部の圧力が前記低圧側の圧力を超える時に、第４の弁座に向けて動くように配置された第４のバルブプレートを備える、
ことを特徴とする付記６４に記載の方法。
圧縮気体からのエネルギーの保存および回収は、１または２以上の技術を単独でまたは組み合わせて利用することで促進され得る。一つの技術は、液滴のミストを、気体の圧縮および／または膨張が行われる第２チャンバーの上流に配置された専用チャンバーに導入する。いくつかの態様において、生じた液体−気体混合物の均一性が、パルセーションダンパーボトルを専用混合チャンバーと第２チャンバーとの間に置くことにより促進され得て、混合チャンバーを介した連続的な流動を許容する。他の技術は、低エネルギーで作動可能なバルブの構造を利用し、圧縮および／または膨張チャンバーからの気流、並びに圧縮および／または膨張チャンバーへの気流を制御する。バルブの構造は、システム運転の間に生じる固有の圧力差を利用し、低いエネルギー消費によりバルブを作動する。
本発明のある態様は、圧縮および／または膨張プロセスの間、液体−気体混合物を提供し得る。気体に比して上昇した液体の熱容量により、液体は圧縮の間に気体から熱を受け取り、液体は膨張の間に熱を気体に伝導することができる。液体が膨張または圧縮する空気内に水滴のミストまたはスプレーとして導入される場合、この液体へのエネルギーの移動および液体からのエネルギーの移動は、液体の大きな表面積により促進され得る。
概して、本発明の態様により熱交換を成し遂げるために気体圧縮または膨張チャンバーに導入された液体は、チャンバー内で燃焼を経験するものとは期待されない。したがって、熱交換を行うために注入される液体は可燃性である（例えば、油、アルコール、ケロシン、ディーゼル、またはバイオディーゼル）が、多くの態様において、液体がチャンバー内で燃焼することは予想されない。少なくともこの側面において、本発明の態様による液体の導入は、液体が燃焼のためにタービンおよびモーターに導入される場合とは異なり得る。
可変周波数駆動のコストおよび効率性は、他の可能性のある改良の領域である。負荷制御を有する同期式電動発電機が代わりに用いられ得、コンプレッサー／膨張機においては、バルブのパルス長および振動数は、電力調節および振動数調節のために電力を変化させるように制御され得る。このようなアプローチは、リアルタイムで増加または減少する電力のために効率性を犠牲にし得る。
本発明の態様によれば、チャンバー内に存在する可動部材を用いて、圧縮により気体にエネルギーが与えられ得、および／または膨張により気体からエネルギーが回収され得る。ある態様において、可動部材は事実上、機械的、液圧的、空気圧的、磁気的、電磁気的または静電気的な１または２以上の物理的連結機構を介して、他のシステム要素（例えば、モーターまたは発電機）と接続していてもよい。
いくつかの態様において、可動部材は、一つの特定のタイプの連結機構のみを介して接続し得る。例えば、本発明のある態様は、回転シャフトを含み得る機械的連結機構をもっぱら利用して、可動部材へのエネルギー／可動部材からのエネルギーに接続し得る。このような構成は、ある形態と他の形態との間のエネルギー変換に関連するロスを回避することにより、効率性を向上させ得る。
ある態様は、可動部材を有する液圧的連結機構を利用し得る。
液体／気体混合物のコンディション（限定されることなく、液滴粒径、水滴分布の一様性、スプレー速度、液体体積分率、温度、および圧力を含む）は、気体と液体との間の熱エネルギーの交換に影響を与え得る。前述のある態様は混合チャンバーを利用して液体を導入するが、これは本発明により必須とされない。いくつかの態様は、圧縮チャンバー、膨張チャンバー、または膨張および圧縮が行われるチャンバーへの直接的な液体注入を利用し得る。
例えば、図５０Ａは、本発明によるエネルギー保存装置の一つの可能な態様の簡素化された概略図を示す。ここでは、気体として圧縮空気を利用し、注入される液体として水を利用し得る。図５０Ａは、圧縮チャンバー５０１８ａおよび５０１８ｂを有するシリンダー５００８内に配置される可動部材５００６（ここでは、ピストンヘッドおよびピストンロッドを備える往復固体ピストン）を備えるシステム５００２を示す。
ある態様において（図５０Ａに具体的に示されたものに限定されない）、ピストンはクロスヘッドのデザインであってもよい。このような態様は、クランクケースに存在し得る油または他の液体から膨張／圧縮シリンダーの水をさらに単離することにより、付加的な利益を提供し得る。
可動部材は、１または２以上の連結機構５０９９を介して、モーター、発電機、またはモーター／発電機５０９８と選択的に物理的に接続し得る。これらの連結機構は事実上、機械式、液圧式、または空気圧式であってもよい。
ある態様において、ピストンは、自由ピストンであってもよい。このような自由ピストンは、磁気的連結機構または電磁気的連結機構といった物理的連結機構を介してエネルギーと接続し得る。
ある態様において、ピストンは、連結機構に連結されているピストンヘッドおよびピストンロッドを備えていてもよい。この連結機構は、円形ギア、および／または他の形状（例えば、楕円体）を有するギアを備え得る。ある実施態様において、１または２以上のギアの歯は、直線形状、斜角形状、またはらせん形状を有し得、後者はスラスト軸受を提供し得る。ある態様において、ウォームギアが用いられ得る。
多種の機械的連結機構が可能である。例示は限定されることなく、遊星ギヤシステムといったマルチ−ノードギヤシステムを含む。機械的連結機構の例は、クランクシャフト、チェーン、ベルト、ドライバー−フォロワー（ｄｒｉｖｅｒ−ｆｏｌｌｏｗｅｒ）連結機構、ピボット連結機構、ポースリエリプキン（ｐｅａｕｃｅｌｌｉｅｒ ｌｉｐｋｉｎ）連結機構、サラス（Ｓａｒｒｕｓ）連結機構、スコットラッセル連結機構、チェビシェフ連結機構、ホーキンス連結機構、斜板式または搖板式連結機構、斜軸式連結機構、ワット連結機構、トラックフォロワー（ｔｒａｃｋ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）連結機構、およびカム連結機構といったシャフトを含む。カム連結機構は、異なる形状のカムを採用してもよく、それには限定されることなく正弦曲線および他の形状が含まれる。種々のタイプの機械的連結機構が“Ｉｎｇｅｎｉｏｕｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ａｎｄ Ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ”（Ｊｏｎｅｓ著，第Ｉ巻および第ＩＩ巻，インダストリアルプレス（Ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒｅｓｓ），ニューヨーク，１９３５年）に記載されており、これは全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
図５０Ａに示される特定の態様は水平に動くように配置されたピストンを利用するが、本発明はこのようなデザインに限定されない。他の態様は、他の方向（例えば、垂直、対角線上）に動くように配置されたピストンまたは他のタイプの部材を用い得る。
例えば、ある態様において、垂直方向に往復運動するように構成されたピストンを有することは有益であり得る。それは、下方に置かれた圧縮および／または膨張チャンバーを有する。このような実施態様は気泡を必要とせず、スプレーによる液体の導入が代わりに用いられ得るが、このタイプの構成の例はすでに図６で示された。このタイプの構成により、重力下でパッキングを介したチャンバーからの液体の漏れを防ぎ、クランクケースまたは他のスペースへの液体の望まない進入を防ぐことができる。
本発明の特定の態様は、直線状以外に動く可動部材を有する１または２以上のステージを含み得る。例えば、スクリュー、クアシタービン（ｑｕａｓｉ−ｔｕｒｂｉｎｅｓ）、ジェロータ、および他の構造体といったある装置の部材は、回転して動くように構成される。
気体の圧縮および／または膨張に有用であり得る種々のタイプの構造は、“Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ ｉｎ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ”（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｆａｙｅｔｔｅ Ｔａｙｌｏｒ著，第Ｉ巻および第ＩＩ巻，改訂第２版，Ｔｈｅ ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ，１９８５年）により開示される。これは全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
本発明にかかるある態様は、逆向きの吸気ポートおよび排気ポートを利用し得る。具体的には、インレットマニホールド、導管、バルブ、およびシリンダー（または複数のシリンダー）は概して、複素共振システムを形成する。圧縮または膨張された気体はこの共振システムを介して移動し、断面領域における変化が存在するときに壁に反射し、閉キャビティに捕捉された気体を圧縮し反射する。このような閉キャビティの一例は、突き当たりの閉バルブを有する導管である。
気体の慣性およびこれらの反射は、圧縮波および膨張波を生み出す。計算流体力学（ＣＦＤ）の技術を用いた分析により、圧縮波の到来を、吸気バルブを閉じるタイミングに合わせるように、吸気システムの形状を調整することが可能である。これは例えば、シリンダーに通じるパイプの長さを調節することでなし得る。
例えば、図１３５Ａに示されるように、入口バルブ１３５００がシリンダー１３５０４内で可動のピストン１３５０２のＴＤＣで開いた直後、吸気ポート１３５０６に対して圧力が下がる。図１３５Ｂに示されるように、これは、バルブから遠ざかってパイプの方に動く膨張波１３５０８を生み出す。
膨張波は（ｓ−ｖ）の速度で移動する。ｓは音速であり、ｖは流速である。液体は、気体と液滴の混合物であってもよい。
図１３５Ｃに示されるように、波はパイプの突き当たりの開口により反射される。波はその後、速度（ｓ＋ｖ）で圧縮波としてバルブの方向に戻る。
到来する圧縮波は、シリンダーを満たす一助となる。パイプの長さをＬとすると、波の全往復移動時間は、下記の式で表される。
有益な効果を最大化するために、移動時間は、クランクレボリューション（θ／２πＮ）の間バルブが開いている時間とほぼ同じであってもよい。ここで、θは開放角であり、Ｎは回転速度である。それは、下記の式で表される。
したがって、図１３５Ｄで示されるように、Ｌは、シリンダーへの空気流動を最大化するパイプの長さである。
図１３５Ｅは、吸気ポートの長さの変化が、異なる回転速度での典型的なシリンダーの構造の体積効率（それは、バルブを介して出され得る気体の量である）に与える影響を示す。パイプの最適な長さは、他の変数の間で、回転速度の関数である。
ここに記載された調整は、付加的な気体をシリンダーに送り込む作用を有し得て、体積効率を向上させる。同様に、排気システムの形状を調整することは、シリンダーから気体をより完全に排気させ、同様に体積効率を向上させる一助となり得る。これらの効果の分析については、“Ｅｎｇｉｎｅｓ，Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ”（Ｊｏｈｎ Ｌ．Ｌｕｍｌｅｙ著，ケンブリッジユニバーシティープレス（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ），ケンブリッジ，１９９９年）に見出され得る。これは全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
最適な吸気システムおよび排気システムの形状は、エンジン速度に依存し得る。装置が構造のパフォーマンスを最適化する特定の速度で稼働されるとしたら、有益な効果が得られ得る。
上記の記載は多くの部分で、液体注入に関与する圧縮／膨張装置の使用に焦点を当ててきた。しかしながら、本発明の調整のアプローチは、このような装置に限られない。他の態様に従って、吸気および／または排気システムの形状が流動における音響エネルギーを利用するように調整され得て、種々のタイプの気体コンプレッサーおよび気体膨張機における体積効率を向上させることができる。
図５０Ａの特定の態様に戻って、低圧側において、圧縮チャンバー５０１８ａは、空気清浄機５０２０、低圧側導管５０１０、吸引ボトル５０１１、およびバルブ５０１２を介して外部の空気と選択的に流体連通している。バルブ５０１２は、バルブを開閉するように弁座５０１２ｂに応じて可動するバルブプレート５０１２ａを備える。ある態様において、バルブは、ソレノイド、または液圧式または空気圧式ピストンまたは電動モーターといった他の制御可能なアクチュエーターにより作動され得る。圧縮チャンバー５０１８ｂは同様に、空気清浄機、低圧側導管、吸引ボトル、および弁座５０１３ｂに応じて可動するバルブプレート５０１３ａを備えるバルブ５０１３を介して外部の空気と選択的に流体連通している。
高圧側において、圧縮チャンバー５０１８ａは、バルブ５０２２、ディスチャージボトル５０２３、高圧側導管５０２４、バッフル分離機５０２６、およびサイクロン分離機５０２８を各々介して圧縮気体保存タンク５０３２と選択的に流体連通している。バルブ５０２２は、バルブを開閉するように弁座５０２２ｂに応じて可動するバルブプレート５０２２ａを備える。
本発明の種々の態様のバルブは、ソレノイドにより作動され得る。種々のタイプのバルブアクチュエーションが可能であり、それには限定されることなく、カム駆動アクチュエーション、圧電式アクチュエーション、液圧式アクチュエーション、電子式アクチュエーション、磁気式アクチュエーション、空気圧式アクチュエーション、および他のアクチュエーションが含まれる。特定の態様に依存して、バルブアクチュエーションは、可変タイミングにより駆動されてもよく、または固定タイミングにより駆動されてもよい。
前述の態様はプレートバルブの形態での気流バルブを利用するように記載されているが、これは必須とされない。本発明は、特定の気体バルブのタイプを利用する装置に限定されることなく、他の気体バルブのタイプが種々の態様での使用に適し得る。本発明の態様によるバルブの例は限定されることなく、パイロットバルブ、ロータリーバルブ、カム操作ポペットバルブ、および液圧的作動バルブ、空気圧的作動バルブ、または電気的作動バルブを含む。
ある態様において、バルブおよび他の部品は、それらの性能を向上させるマテリアルを利用して製造され得る。例えば、バルブのある態様は、１または２以上の表面において、テフロン（登録商標）といった疎水性コーティングを有していてもよい。いくつかの態様において、疎水性コーティングは、超疎水性特性をさらに付与するために、テクスチャを含み得る。
他のタイプのコーティングが使用され得る。あるタイプのコーティングは、腐食および摩耗を防ぎ得る。可能なタイプのコーティングの一例は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）である。ニッケル／ポリマーコーティングも使用され得る。
ある態様において、１または２以上の気流または液流バルブの機能は、可動部材自体により果たされ得る。例えば本明細書の別の箇所に記載された図８４に示されるように、ある態様において、ピストンヘッドの動作は、選択的にチャンバーへのポートを妨害し得て、バルブとして効果的に機能し得る。
圧縮チャンバー５００８ｂは同様に、バルブ５０２７、高圧側導管、バッフル分離機、およびサイクロン分離機を各々介して空気保存タンクと選択的に流体連通している。バルブ５０２７は、ソレノイドによるある態様において、弁座５０２７ｂに応じて可動するバルブプレート５０２７ａを備える。
圧縮気体保存タンク５０３２は、圧力レギュレータ５０５４を介してマフラー５０５２と流体連通している。空気保存タンク５０３２はまた、フロート弁を介して液体循環システムの加圧水タンク５０３０と液体連通している。
種々のタイプの圧縮気体保存ユニットが、本発明の異なる態様における使用に適応し得る。例えばある態様において、圧縮気体保存ユニットは高い収容能力を有する包囲容積を備え得て、それは例えば、廃鉱または天然ガス田といった人工の構造物である。大容量の圧縮気体はまた、洞窟、岩塩ドーム、または他の多孔質の地物といった、自然発生した地質学的な構造において保存され得る。
他の適切な圧縮気体保存ユニットは、この目的のために特別に作られた容器を含み得る。ある態様において、気体は、約１．６メートルの全長を有する１または２以上のスチールタンク（お互い選択的に接続され得る）において保存され得、それは２００気圧で空気を保存することができバルブが備えられる。いくつかの態様は、約１６メートルの全長を有するより大きなスチールタンクを利用してもよく、それにより閉じられたタンクをネックの方向に回転させるコストを低減させることができ、バルブのコストをも低減させることができる。
本発明の態様は、鋼板といった単一の金属材料以外のものから作られた圧縮気体保存ユニットを利用してもよい。例えば、前述のように、圧縮気体保存ユニットのある態様は、特定の形態を有していてもよく、および／または炭素繊維若しくは他の材料を含む複合材料を含んでいてもよい。
ある態様において、気体保存ユニットは、１層または２層以上の高い引張強度のワイヤーまたはファイバーからなる複合材料で構成されていてもよい。このワイヤーまたはファイバーは、金属または天然若しくは合成材料から作られ、不浸透性のライナーの周りにらせん状の巻かれており、マトリックス材料により適所に固定されている。高い引張強度のワイヤーを用いる利点は、バルク形態での等重量の同じ合金よりも張力がより高いことである。そのため、材料をより少なく用い得、それによりコストが低減する。
ある態様において、圧縮気体保存ユニットは、エネルギー源と熱連通していてもよい。例えばある態様において、保存ユニットは、太陽と熱連通しているタンクを備え得る。タンクは、熱吸収する材料（例えば、黒塗り）で被覆され得る。ある態様において、保存ユニットは、赤外線（Ｉ−Ｒ）太陽エネルギーを捕捉し熱連通をさらに促進させるように、透明なバリア（例えばガラス）の後方に置かれ得る。
図５０Ａのシステムの運転は、前述に示された多くの図において記載されたものと同様である。可動部材５００６は、シリンダー内で往復運動の態様で動く。チャンバー５０１８ａの下死点（ＢＤＣ）に対応する部材５００６の右方への動きにより、チャンバー５００８ａと低圧側の吸引ボトルとの間で圧力差が生じる。この圧力差は、弁座５０１２ｂから離れるようにバルブプレート５０１２ａを付勢し、これによりバルブ５０１２が開き、チャンバー５０１８ａ内に圧縮されていない空気を受け入れることができる。チャンバー５０１８ａと排気ボトルとの間のこの圧力差はまた、弁座５０２２ｂの方向にバルブプレート５０２２ａを付勢し、これによりバルブ５０２２が閉まり、チャンバー５０１８ａ内に圧縮されていない空気が蓄積する。
チャンバー５０１８ａの可動部材の（ＢＤＣの方向への）同様の動き（このストロークにおけるチャンバー５０１８ｂのＴＤＣである）はまた、チャンバー５０１８ｂと吸引ボトルとの間の圧力差を作り出す。具体的には、前回のストロークの間チャンバー５０１８ｂに入り込んだ空気が圧縮され、それにより弁座５０１３ｂの方向にバルブプレート５０１３ａが付勢され、バルブ５０１３が閉じる。
チャンバー５０１８ｂと排気ボトルとの間の圧力差により、バルブ５０２７は閉じた状態で維持される。しかしながら、可動部材がＢＤＣの方向へ動き続けると、チャンバー５０１８ｂ内の圧力が上昇する。チャンバー５０１８ｂ内のこの圧力が高圧側において排気ボトルの圧力に到達すると、バルブプレート５０２７ａは弁座５０２７ｂの方向に付勢されなくなり、バルブ５０２７が開かれる。これにより、圧縮気体は排気ボトルに流出し、導管、バッフルおよびサイクロン分離機を介して最終的には保存ユニットに流出する。
左方への可動部材５００６の次のストロークにおいて（チャンバー５０１８aの上死点（ＴＤＣ）およびチャンバー５０１８ｂのＢＤＣである）、圧縮チャンバー５０１８aおよび５０１８ｂの役割が切り替わる。それは、前回チャンバー５０１８ａに入れられた圧縮されていない気体が、高圧に達し高圧側におけるわずかな圧力差により作動されるバルブ５０２２を介して流出するまで可動部材により圧縮される一方で、圧縮されていない気体が開バルブ５０１３を介してチャンバー５０１８ｂに入れられるということである。
図５０Ａに示されるように、吸引ボトルは圧縮チャンバーへの入口バルブの上流の低圧側に置かれ、排気ボトルは圧縮チャンバーの出口バルブの下流の高圧側に置かれる。これらのボトルの容積は、各々の圧縮チャンバーの容積よりも顕著に大きく、概して少なくとも圧縮チャンバーの１０倍の容積である。
ボトルは、それらの入口および出口とは異なる幅寸法（ｗ，ｗ’）を示す。寸法の違いは、圧縮チャンバーのバルブからシステムの残りまで伝わろうとする音波の一連のインピーダンス不整合を作り出し、それにより望まない圧力変化が妨害される。気体バルブとシステムの他の要素との間に吸引ボトルおよび排気ボトルを取り付けることにより、本発明による態様は、これらのパルセーションを抑制することができる。
圧縮の間、チャンバー内の気体は、温度上昇を経験する。この圧縮を熱力学的に効率良く進めるために、本発明の態様は、液滴（ここでは水）をチャンバー内に直接スプレーすることで、液体−気体混合物を作り出す。液体−気体混合物の液体成分は、圧縮下の気体から熱エネルギーを吸収し、それにより温度上昇の程度を低減させる。
したがって、図５０Ａはまた、圧縮プロセスを経験する気体と熱交換するチャンバー内に注入するための液体を流すよう構成される液体循環システムを示す。具体的には、液体循環システムは導管５０８８、移送ポンプ５０４２、熱交換器５０４４、バルブ５０４７、マルチステージ水ポンプ５０３１、バルブ５０３３および５０３４、ならびに各々スプレーノズル５０３５および５０３６を介して圧縮チャンバーと流体連通している加圧水タンク５０３０を備える。アキュムレーター５０３９は、発生するエネルギーのパルセーションを吸収するように液体循環システムと流体連通している。
バルブ５０３３および５０３４は、選択された時間に圧縮チャンバー５０１８ａおよび５０１８ｂの各々にスプレーノズル５０３５および５０３６を介して水を流すように作動可能である。ある態様において、バルブは、空気が受け入れられると同時に圧縮チャンバーに液体を流すために開けられるよう構成されていてもよい。このような態様において、空気流入と同時の直接的な液体注入は、空気内の水滴の混合を促進し、所望の熱交換の有効性を高めることができる。
ある態様において、バルブ５０３３および５０３４は、空気がすでに流入し各々の気体入口バルブが閉じた時点でのみ、圧縮チャンバーに液体を流入させるために開けられるよう構成されていてもよい。このような態様において、閉じられたチャンバーへの直接的な液体注入は、熱交換を実行するのに加えて、空気を圧縮する働きを有し得る。
ある態様において、バルブ５０３３および５０３４は、気体を圧縮するように閉じられたチャンバー内で部材が動いている間、開けられるよう構成されていてもよい。後述の通り、ある態様において、圧縮を経験している気体への液体注入は、異なる特性を有するスプレーのサブシステムを２つ以上利用して行われ得る。
いくつかの態様において、バルブ５０３３および５０３４の作動により、圧縮サイクルの複数の期間にわたってチャンバーに液体が流入され得る。例えば、バルブは、圧縮の前ではなく空気流入の間および後に作動され得て、空気流入の後および圧縮の間に作動され得て、または空気流入の間および圧縮の間に作動され得る。
示唆したように、ある態様において、液体は圧縮チャンバーに持続的に導入されてもよい。さらに、液体が導入されている間、部材がチャンバー内で動くにつれて、および／または圧縮気体がチャンバーから流出するにつれて、圧縮チャンバーは圧力変化を経験し得る。
したがって、図５０Ａにおけるバルブ５０３３および５０３４は、注入されない間、液体循環システムの他の成分からスプレーを分離する役割を有し得る。この分離は、システムを介した液体の流れに悪影響を及ぼし得る、液体圧力における変化（例えば、一時的な圧力の戻り）を防ぐ一助となる。液体が持続的に導入される態様において、液流バルブは必須とされなくてもよい。
液体循環システムは、液体内の圧力変化の影響を回避するように設計された他の特徴を含み得る。例えば、システム作動の間、循環する水は、より高圧への圧縮を経験する液体−気体混合物を作り出すために気体に注入される。液体はその後、分離機によりこの高圧の液体−気体混合物から除かれる。
しかしながら、圧縮プロセスの結果として、いくらかの量の気体が液体に溶解され得る。その後、液体循環システムを介して流され分離された液体が低圧で流入気体に接触したとき、この溶解された気体は溶液から放出し得る（気体放出）。
このような気体放出は、液体循環システムのさまざまな部分、とりわけバルブ５０３３および５０３４、スプレーノズル５０３５および５０３６、および／またはこれらの要素間の導管５０６０および５０６１の各々において、望まない泡を作り出し得る。液体循環システムのこれらの場所におけるこのような泡の存在は、圧縮チャンバーへの制御された液流の予測可能性および／または信頼性を妨げ得る。
したがって、本発明のある態様では、液流バルブと低圧に露出されたスプレーノズルとの間の導管の長さ（ｄ，ｄ’）をできるだけ短くするようにしてもよい。このように距離を短くすることで、加圧液体からの気体放出の機会を効率的に低減することができ、その結果、泡の形成を好ましく回避することができる。
図５０Ａの特定の態様において、液流バルブ５０３３および５０３４はソレノイドにより選択的に作動されるように示される。しかしながら、本発明は、液体注入のための特定のタイプのバルブを用いることに限定されない。本発明の態様による液体注入に適し得るバルブの例は、限定されることなく、ソレノイド作動バルブ、スプールバルブ、ゲートバルブ、シリンダー状バルブ、ニードルバルブ、またはポペットバルブを含む。
本発明での使用に適し得る他のバルブ構造の一例は、サーボループを含む音声コイル作動バルブである。このようなバルブ構造体の使用は、作動の速度プロファイルの制御に有用であり得る。例えば、停止前のプレート動作の終点における速度を低減し、その結果、バルブ要素における応力を軽減する。
バルブの緩和の他のアプローチが可能である。例えば、ある実施態様は、反対側の部材における隆起部に対応したエアクッション、ディンプル、シリンダー状ホールおよび／またはバルブ体または弁座における他のくぼみ形状を用い得る。それにより、弁座に近づいたときにバルブの可動要素の動作のエネルギーのいくらかを吸収する空気ばねを作り出す。
バルブが空気圧的に作動され得る他の態様に従えば、空気圧比例バルブの例が挙げられる。さらなる他の態様において、バルブは液圧的に作動され得、例えば高圧の液圧式バルブが用いられ得る。
ある態様において、特定の粒径の液滴を有する混合物を作り出すことが望まれ得る。いくつかの態様において、このような混合物の形成は、液体中に界面活性剤を含ませることにより促進され得る。用いられ得る界面活性剤の一例は、オクチルフェノキシポリエトキシエタノールであり、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００として知られている。
圧縮後、液体−気体混合物は出口バルブ５０２２および５０２７の各々を介して排気ボトル５０２３、高圧側導管５０２４、および液体が除去される分離機５０２６，５０２８に流される。バッフル分離機構造体５０２６は、流された気体−液体混合物から多量の液体を最初に除去するよう設計された第一の構造を採用する。このような構造の例は、一連の重ね合わせ板または流された混合物のための蛇行路を規定するバッフルを有し、水のまとまりのための大きな表面積を提供するチャンバーである。
図５０Ａの特定の態様において、最初のバッフル分離機構造体の後に直列して第二の分離機構造体５０２８（ここではサイクロン分離機）がある。それは、混合物からより少ない量の液体を除去するように設計される。本発明の態様は、以下に限定されることなく、この分離機構造体または特定のタイプの分離機構造体である。潜在的に用いられ得る分離機の例は、以下に限定されることなく、サイクロン分離機、遠心分離機、重力分離機、およびデミスター分離機（メッシュタイプのコアレッサー、ベーンパック、または他の構造体を利用する）を含む。種々の分離機の構造は、 “Ｇａｓ−Ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ”（Ｍ．Ｓｔｅｗａｒｔ，Ｋ．Ａｒｎｏｌｄ著，Ｇｕｌｆ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，２００８年）に記載され、これは全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
分離機５０２６および５０２８により混合物から除去された液体は、フロートバルブ５０２７および導管の各々を介して加圧水タンク５０３０に戻される。それは、圧力除去バルブおよびドレインバルブを含む。液体は加圧水タンクから、冷却のため熱交換器５０４４を介した移送ポンプ５０４２を利用し、その後、圧縮チャンバーへの再注入のためにマルチステージ水ポンプ５０３１により再利用される。
図５０Ａの液体循環システムはまた、バルブ５０４８を介して水供給タンク５０４６と選択的に流体連通している。このタンクは、ベースとなる水供給（例えば、地方自治体の水供給）からフィルター５０５０を介して加圧されていない水を受ける。この供給タンクからの水は、循環システムの水を最初に補充するように、または再補充するようにバルブ５０４８を介して選択的に流されてもよい。水供給タンク５０４６はまた、真空逃し弁およびドレインバルブを含む。
図５０Ａの特定の態様において、スプレーは、気流バルブを備えていないシリンダーの反対側の壁に配置される。スプレーは、液滴、ジェットまたはシートを作り出し、チャンバー内で熱エネルギーの交換を促進する１または２以上のオリフィスまたはノズルの配列を備え得る。これらのノズルまたはオリフィスは、一般的なマニフォールドと液体連通していてもよい。
本発明は、特定のタイプのスプレーを介したチャンバー内への液体導入に限定されない。本発明の実施態様による使用に適し得る可能なノズル構造のいくつかの例が、米国特許第３，６５９，７８７号明細書；米国特許第４，９０５，９１１号明細書；米国特許第２，７４５，７０１号明細書；米国特許第２，２８４，４４３号明細書；米国特許第４，０９７，０００号明細書；および米国特許第３，８５８，８１２号明細書に記載される。これらは全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
本発明の態様による液体を導入するために利用され得るスプレー構造の一タイプは、衝突スプレーである。このような衝突スプレー構造の例は、マサチューセッツ州グリーンフィールドのＢＥＴＥ Ｆｏｇ Ｎｏｚｚｌｅ社から購入可能なＰＪミスティングノズル（ＰＪ Ｍｉｓｔｉｎｇ Ｎｏｚｚｌｅ）である。ある態様において、液体スプレーは、所望の特性を有する液滴を形成するために、液流に加えて例えば音響エネルギーといったエネルギーを利用してもよい。
さらに他のタイプのスプレー構造が知られている。本発明の実施態様による使用に適し得るスプレー構造の例は、以下に限定されることなく、回転ディスクアトマイザー、静電アトマイザー、圧力旋回ノズル、ファンジェットノズル、インパクトノズル、および回転カップアトマイザーを含む。
ある態様において、複数のスプレーが、所望の特性を有するスプレーを作り出すために相互接触するように構成されてもよい。例えば、一つのノズルのスプレーは、隣接したノズルの空の部分を満たし得る。米国特許出願第６，２０６，６６０号明細書；米国特許出願２００４／０２４４５８０号明細書；および米国特許出願２００３／０１８０１５５号明細書には、スプレーの種々の構成が記載されており、これらは全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
本発明による態様は、液体を気体に導入するためのスプレーの使用に限定されない。他の態様によれば、本発明による圧縮気体エネルギー保存装置の１または２以上のステージは、気泡管の使用を介して液体を導入し得、それは図６に関連して前述した通りである。
高圧では液体の高い質量分率を実現させるよう液体の体積分率が大きくなり得るため、液滴−気体エアロゾルは維持されることが困難となり得る。代わりに、体積分率により“スラグ流”または“環状流”が生じ得る。
このようなスラグ流または環状流は、迅速な熱伝導をもたらさないという点において、好ましくないかもしれない。加えて、このようなスラグ流または環状流は、機械的な課題またはバルブ性能の低下をもたらし得る。
しかしながら、泡の形成において液体に気体を導入することは、不均一な流動を引き起こすことなく気体と液体とが接触する際の広い表面積を支持する。ある態様は、液体内に対流様の流れを作り出すスパージャーパターンを利用し得る。このような流れは、シリンダー内でより均一に泡を分布させることにより、泡中の気体と液体との間の熱移動率を向上させ得る。
図５０Ａの装置はさらに、コンピューター読み出し可能保存装置５０９４と電気的に連結されるコントローラー／プロセッサー５０９６を含み、それはどのようなデザインも取り得て、以下のものには限定されないが、半導体の原理、磁気保存原理もしくは光学保存原理に基づくものを含む。コントローラー／プロセッサー５０９６は、システム内の能動素子の領域と電気的に連結されるものとして示され、以下のものには限定されないがバルブ、ポンプ、チャンバー、スプレーおよびセンサーを含む。システムに用いられるセンサーの具体例は、以下のものには限定されないが、圧力センサー（Ｐ）、温度センサー（Ｔ）、体積センサー（Ｖ）、システムの入口に設置される湿度センサー（Ｈ）、およびバルブ若しくはピストンといった可動要素の状態またはシステムの他のパラメーターを表示する他のセンサーを含む。
後述の通り、１または２以上のシステム要素から受け取られる入力、およびもしかするとそれらの入力から計算される数値にも基づいて、コントローラー／プロセッサー９６は１または２以上の目的を達成するためにシステムの運転を動的に制御する。その目的は限定されることなく、圧縮の最大化若しくは制御された効率性、圧縮気体の形態でエネルギーを保存するための力の制御された消費、圧縮を実行する可動部材の予期される入力速度、可動部材と連結する回転シャフトの最大入力速度、可動部材と連結する回転シャフトの最大入力トルク、可動部材と連結する回転シャフトの最小入力速度、可動部材と連結する回転シャフトの最小入力トルク、マルチステージ装置（後述）の異なるステージでの最大の予期される水の温度上昇、またはマルチステージ装置の異なるステージでの最大の予期される空気の温度上昇を含む。
コンピューター読み出し可能保存媒体に存在するコードは、コントローラーまたはプロセッサーを指示するように構成されてもよい。それは、システムに種々のモードの作動を実行させる。例えば、図５０Ａは専用コンプレッサーとして作動するように構成された装置を示すが、これは本発明により必須とされない。他の態様が、専用膨張機として機能するように構成され得て、圧縮気体に保存されたエネルギーを、有効仕事を実行する力（例えば、電力グリッドへの電力の出力）に変換する。
図５０Ｂは、専用膨張機のこのような態様の簡略図を示す。図５０Ｂの態様は、チャンバーが高圧側で保存タンクから圧縮空気を受け取るように機能すること以外は、図５０Ａと同様の原理で運転される。ピストンロッドは、チャンバー内で気体の膨張に対応して動く。チャンバー内に注入された液体は、熱を膨張する空気に伝導させ、温度低下を低減させる。液体分離機（ここでは図示を簡略化するためにシングルユニットとして記述される）は、再循環のために液体を除去するように低圧側に設置され、膨張空気はシステムから流出される。
図５１は、本発明による圧縮気体保存システムにおける使用のための装置５００の他の態様の簡略化された概略図を示す。この他の態様は、圧縮または膨張を実行するように構成可能である。
具体的には、運転の一様式において、装置は、圧縮気体の形態でエネルギーを保存するように力を消費する。コンプレッサー／膨張機５１０２は、モーター／発電機５１３０から連結機構５１３２を介してエネルギーを受け取る。それは、バルブ５１１２を介して低圧側導管５１１０からチャンバー５１０８に収容された気体を圧縮するように部材５１０６の動作を駆動する。
圧縮の間、チャンバー内の気体は、温度上昇を経験する。この圧縮を熱力学的に効率良く進めるために、本発明の態様は、チャンバー内に液滴を噴霧することにより液体−気体混合物を作り出す。液体−気体混合物の液体成分は、圧縮下の気体から熱エネルギーを受け取り、それにより温度上昇の程度を軽減させる。
圧縮気体はその後、バルブ５１２２を介して高圧側導管５１２０および保存ユニット５１２６への分離機要素５１２４（多数の分離機を備えていてもよい）に流される。混合物から除去された液体は、容器５１２５に収容され（それは熱交換器５１５０を介したヒートシンク５１４０への露出により冷却され得る）、圧縮のための追加の気体を収容するチャンバーへの注入のためにポンプ５１３４により流される。
システム５１００の他の運転様式において、エネルギーは圧縮気体の膨張により回収される。コンプレッサー／膨張機５１０２は高圧側導管５１２０およびバルブ５１２２を介して保存ユニット５１２６から圧縮気体を受け取り、可動部材５１０６を動かすようにチャンバー５１０８において圧縮気体を膨張させる。膨張された空気は、バルブ５１１２および排気管としての低圧側導管５１１０を介して流される。モーター／発電機５１３０は発電機として運転され、可動部材の動作からエネルギーを受け取り、電力を出力する。
膨張の間、チャンバー内の気体は、温度低下を経験する。この膨張を熱力学的に効率良く進めるために、本発明の態様は、チャンバーに液滴を噴霧することにより液体−気体混合物を作り出す。液体−気体混合物の液体成分は、膨張下の気体に熱エネルギーを伝導させ、それにより温度低下の程度を軽減させる。
膨張の後、液体−気体混合物は、バルブ５１１２および低圧側導管５１１０を介して液体分離機５１１４に流される。混合物から除去された液体は、容器５１１５に収容され（それは熱交換器５１５２を介した熱源５１５４への露出により加熱され得る）、膨張のための付加的な圧縮気体を収容するチャンバー内への再注入のためにポンプ５１３４により流される。
図５１の特定の態様は、垂直の方向に動く単一ピストンを収納し、２つのバルブを備えるバルブアッセンブリーを介してアクセスされるシリンダーを示すが、本発明はこの特定の構成に限定されない。本発明による態様は、他の構成、例えば、前記に詳述したような、水平方向に可動しバルブおよび４つのバルブを備えるシリンダーアッセンブリーに収容される複動ピストンを利用してもよい。
前記に詳述したように、本発明によるエネルギーを保存および回収するためのシステムおよび方法の態様は具体的には、プロセッサーおよびコンピューター読み出し可能保存媒体を含むホストコンピューターを併用する実施に適する。このようなプロセッサーおよびコンピューター読み出し可能保存媒体は、装置に組み込まれてもよく、および／または外部の入力／出力装置を介して制御され若しくはモニターされてもよい。
図５２は、プロセッサー／コントローラーと、プロセッサー／コントローラーにより受け取られる種々の入力、プロセッサー／コントローラーにより実行される種々の機能、およびプロセッサー／コントローラーにより作られる種々の出力との関係を示す概略図である。示されるように、プロセッサーは、１または２以上の入力に基づき装置の種々の運転特性を制御し得る。このような運転パラメーターは限定されることなく、前記に詳述したように、気流バルブおよび液流バルブの開閉タイミングを含む。
前述した図２０−２０Ａは、本発明の態様による情報処理のための計算装置の簡略図を示す。この図は単なる例示であり、特許請求の範囲を限定するものではない。本技術分野の当業者は、多くの他の変形、修正および代用を認識するだろう。本発明による態様は、ブラウザのような単一のアプリケーションプログラムで実行され得る、または、クライアント−サーバ関係におけるワークステーション、パーソナルコンピューターもしくはリモート端末のような分散コンピューター環境における複数のプログラムとして実行され得る。
液体の水は、至るところに存在することと高い熱容量を有することから、熱エネルギーをヒートシンクまたは熱源と交換するのに通常用いられる一媒体である。しかしながら、液体の水の熱交換特性は、相の変化により制限され得る。
例えば、室温の液体の水は、気体への相変化を起こす前に、圧縮気体から熱を吸収し約８０℃以上の正の温度変化を経験し得る。しかしながら、室温の液体の水は、固体への相変化を起こす前に、膨張する気体に熱を移動させ約１５℃以下の負の温度変化を経験し得る。
得られる温度低下のより狭い範囲は、気体膨張のためのマルチステージ装置の一ステージの運転において制約となり得る。しかしながら、本発明の実施態様は熱交換媒体として液体の水の使用に限られない。種々の態様は、熱交換のための他の液体を利用することができ、本発明の範囲内に含まれ得る。例えば、プロピレングリコール溶液の凝固点は、存在するプロピレングリコールの相対量に依存して、液体の水の凝固点よりかなり低くなり得る。このような他の熱交換媒体は、例えば、高緯度または高い高度といった、純粋な液体の水の流動に適さない環境において利用され得る。
本発明の種々の態様において用いられ得る液体または成分の例は、限定されることなく、不凍剤、界面活性剤、沸点上昇剤、腐食剤、潤滑剤、形成剤、溶解された固体、および溶解された気体を含み得る。
前述の特定の態様は、気体が投入され外部環境に排気されるシステムを示す。このようなシステムの例は、大気の空気の圧縮および膨張に基づくものである。
しかしながら、本発明はこのような態様に限定されない。他の態様が閉鎖システムに示され得る。そこでは、圧縮のためにシステムに投入される気体は先の圧縮プロセスの間に排気されたものである。このようなシステムの一例では、圧縮気体が空気以外、例えば、ヘリウムまたは好適な熱容量を示す他の気体を含む。
開放システムまたは閉鎖システムにおいて本発明のある態様に従って圧縮され、膨張され、または圧縮および膨張される気体の例は、以下に限定されることなく下記を含む（ＡＳＨＲＡＥ＝アメリカ暖房冷凍空調学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｈｅａｔｉｎｇ， Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ，ａｎｄ Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ））。
（ＡＳＨＲＡＥ Ｎｏ．／名称／化学式／ＣＡＳ Ｎｏ．；利用可能な気体）
Ｒ−６００／ブタン／ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３／１０６−９７−８；Ｒ−６００ａ／イソブタン／ＣＨ（ＣＨ３）２ＣＨ３／７５−２８−５；
Ｒ−６０１／ペンタン／ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３／１０９−６６−０；
Ｒ−６０１ａ／イソペンタン／（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２ＣＨ３／７８−７８−４；
Ｒ−６１０／ジエチルエーテル／Ｃ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５／６０−２９−７；Ｒ−６１１／ギ酸メチル／Ｃ２Ｈ４Ｏ／１０７−３１−３；
Ｒ−６３０／メチルアミン／ＣＨ２ＮＨ２／７４−８９−５；Ｒ−６３１／エチルアミン／Ｃ２Ｈ５ＮＨ２／７５−０４−７；
Ｒ−７０２／水素／Ｈ２／１３３３−７４−０；Ｒ−７０４／ヘリウム／Ｈｅ／７４４０−５９−７；
Ｒ−７１７／アンモニア／ＮＨ３／７６６４−４１−７；Ｒ−７１８／水／Ｈ２Ｏ／７７３２−１８−５；Ｒ−７２０／ネオン／Ｎｅ／７４４０−０１−９；
Ｒ−７２８／窒素／Ｎ２／７７２７−３７−９；Ｒ−７３２／酸素／Ｏ２／７７８２−４４−７；Ｒ−７４０／アルゴン／Ａｒ／７４４０−３７−１；
Ｒ−７４４／二酸化炭素／ＣＯ２／１２４−３８−９；Ｒ−７４４Ａ／二酸化窒素／Ｎ２Ｏ／１００２４−９７−２；
Ｒ−７６４／二酸化硫黄／ＳＯ２／７４４６−０９−５；Ｒ−７８４／クリプトン／Ｋｒ／７４３９−９０−９；
Ｒ−１１１２ａ／１，１−ジクロロ−２，２−ジフルオロエチレン／Ｃ２Ｃｌ２Ｆ２／７９−３５−６；
Ｒ−１１１３／クロロトリフルオロエチレン／Ｃ２ＣｌＦ３／７９−３８−９；Ｒ−１１１４／テトラフルオロエチレン／Ｃ２Ｆ４／１１６−１４−３；
Ｒ−１１２０／トリクロロエチレン／Ｃ２ＨＣｌ３／７９−０１−６；
Ｒ−１１３０／シス−１，２−ジクロロエチレン／Ｃ２Ｈ２Ｃｌ２／１５６−５９−２；
Ｒ−１１３２／１，１−ジフルオロエチレン／Ｃ２Ｈ２Ｆ２／７５−３８−７；Ｒ−１１４０／クロロエチレン／Ｃ２Ｈ３Ｃｌ／７５−０１−４；
Ｒ−１１４１／フルオロエチレン／Ｃ２Ｈ３Ｆ／７５−０２−５；Ｒ−１１５０／エチレン／Ｃ２Ｈ４／７４−８５−１；
Ｒ−１２１６／ヘキサフルオロプロピレン／Ｃ３Ｆ６／１１６−１５−４；
ＮＡ／ヘキサフルオロプロペントリマー／（Ｃ３Ｆ６）３／６７９２−３１−０；Ｒ−１２７０／プロピレン／Ｃ３Ｈ６／１１５−０７−１；
Ｒ−１０／テトラクロロメタン／ＣＣｌ４／５６−２３−５；Ｒ−１１／トリクロロフルオロメタン／ＣＣｌ３Ｆ／７５−６９−４；
Ｒ−１２／ジクロロジフルオロメタン／ＣＣｌ２Ｆ２／７５−７１−８；
Ｒ−１２Ｂ１／ブロモクロロジフルオロメタン／ＣＢｒＣｌＦ２／３５３−５９−３；
Ｒ−１２Ｂ２／ジブロモジフルオロメタン／ＣＢｒ２Ｆ２／７５−６１−６；
Ｒ−１３／クロロトリフルオロメタン／ＣＣｌＦ３／７５−７２−９；Ｒ−１３Ｂ１／ブロモトリフルオロメタン／ＣＦ３Ｂｒ／７５−６３−８；
Ｒ−１４／テトラフルオロメタン／ＣＦ４／７５−７３−０；Ｒ−２０／トリクロロメタン／ＣＨＣｌ３／６７−６６−３；
Ｒ−２１／ジクロロフルオロメタン／ＣＨＦＣｌ２／７５−４３−４；Ｒ−２２／クロロジフルオロメタン／ＣＨＣｌＦ２／７５−４５−６；
Ｒ−２２Ｂ１／ブロモジフルオロメタン／ＣＨＢｒＦ２／１５１１−６２−２；Ｒ−２３／トリフルオロメタン／ＣＨＦ３／７５−４６−７；
Ｒ−３０／ジクロロメタン／ＣＨ２Ｃｌ２／７５−０９−２；Ｒ−３１／クロロフルオロメタン／ＣＨ２ＦＣｌ／５９３−７０−４；
Ｒ−３２／ジフルオロメタン／ＣＨ２Ｆ２／７５−１０−５；Ｒ−４０／クロロメタン／ＣＨ３Ｃｌ／７４−８７−３；
Ｒ−４１／フルオロメタン／ＣＨ３Ｆ／５９３−５３−３；Ｒ−５０／メタン／ＣＨ４／７４−８２−８；
Ｒ−１１０／ヘキサクロロエタン／Ｃ２Ｃｌ６／６７−７２−１；Ｒ−１１１／ペンタクロロフルオロエタン／Ｃ２ＦＣｌ５／３５４−５６−３；
Ｒ−１１２／１，１，２，２−テトラクロロ−１，２−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｆ２Ｃｌ４／７６−１２−０；
Ｒ−１１２ａ／１，１，１，２−テトラクロロ−２，２−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｆ２Ｃｌ４／７６−１１−９；
Ｒ−１１３／１，１，２−トリクロロトリフルオロエタン／Ｃ２Ｆ３Ｃｌ３／７６−１３−１；
Ｒ−１１３ａ／１，１，１−トリクロロトリフルオロエタン／Ｃ２Ｆ３Ｃｌ３／３５４−５８−５；
Ｒ−１１４／１，２−ジクロロテトラフルオロエタン／Ｃ２Ｆ４Ｃｌ２／７６−１４−２；
Ｒ−１１４ａ／１，１−ジクロロテトラフルオロエタン／Ｃ２Ｆ４Ｃｌ２／３７４−０７−２；
Ｒ−１１４Ｂ２／ジブロモテトラフルオロエタン／Ｃ２Ｆ４Ｂｒ２／１２４−７３−２；
Ｒ−１１５／クロロペンタフルオロエタン／Ｃ２Ｆ５Ｃｌ／７６−１５−３；Ｒ−１１６／ヘキサフルオロエタン／Ｃ２Ｆ６／７６−１６−４；
Ｒ−１２０／ペンタクロロエタン／Ｃ２ＨＣｌ５／７６−０１−７；
Ｒ−１２１／１，１，２，２−テトラクロロ−１−フルオロエタン／Ｃ２ＨＦＣｌ４／３５４−１４−３；
Ｒ−１２１ａ／１，１，１，２−テトラクロロ−２−フルオロエタン／Ｃ２ＨＦＣｌ４／３５４−１１−０；
Ｒ−１２２／１，１，２−トリクロロ−２，２−ジフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ２Ｃｌ３／３５４−２１−２；
Ｒ−１２２ａ／１，１，２−トリクロロ−１，２−ジフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ２Ｃｌ３／３５４−１５−４；
Ｒ−１２２ｂ／１，１，１−トリクロロ−２，２−ジフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ２Ｃｌ３／３５４−１２−１；
Ｒ−１２３／２，２−ジクロロ−１，１，１−トリフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ３Ｃｌ２／３０６−８３−２；
Ｒ−１２３ａ／１，２−ジクロロ−１，１，２−トリフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ３Ｃｌ２／３５４−２３−４；
Ｒ−１２３ｂ／１，１−ジクロロ−１，２，２−トリフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ３Ｃｌ２／８１２−０４−４；
Ｒ−１２４／２−クロロ−１，１，１，２−テトラフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ４Ｃｌ／２８３７−８９−０；
Ｒ−１２４ａ／１−クロロ−１，１，２，２−テトラフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ４Ｃｌ／３５４−２５−６；
Ｒ−１２５／ペンタフルオロエタン／Ｃ２ＨＦ５／３５４−３３−６；
Ｒ−Ｅ１２５／（ジフルオロメトキシ）（トリフルオロ）メタン／Ｃ２ＨＦ５Ｏ／３８２２−６８−２；
Ｒ−１３０／１，１，２，２−テトラクロロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｃｌ４／７９−３４−５；
Ｒ−１３０ａ／１，１，１，２−テトラクロロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｃｌ４／６３０−２０−６；
Ｒ−１３１／１，１，２−トリクロロ−２−フルオロエタン／Ｃ２Ｈ２ＦＣｌ３／３５９−２８−４；
Ｒ−１３１ａ／１，１，２−トリクロロ−１−フルオロエタン／Ｃ２Ｈ２ＦＣｌ３／８１１−９５−０；
Ｒ−１３１ｂ／１，１，１−トリクロロ−２−フルオロエタン／Ｃ２Ｈ２ＦＣｌ３／２３６６−３６−１；
Ｒ−１３２／ジクロロジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ２Ｃｌ２／２５９１５−７８−０；
Ｒ−１３２ａ／１，１−ジクロロ−２，２−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ２Ｃｌ２／４７１−４３−２；
Ｒ−１３２ｂ／１，２−ジクロロ−１，１−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ２Ｃｌ２／１６４９−０８−７；
Ｒ−１３２ｃ／１，１−ジクロロ−１，２−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ２Ｃｌ２／１８４２−０５−３；
Ｒ−１３２ｂＢ２／１，２−ジブロモ−１，１−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｂｒ２Ｆ２／７５−８２−１；
Ｒ−１３３／１−クロロ−１，２，２−トリフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ３Ｃｌ／４３１−０７−２；
Ｒ−１３３ａ／１−クロロ−２，２，２−トリフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ３Ｃｌ／７５−８８−７；
Ｒ−１３３ｂ／１−クロロ−１，１，２−トリフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ３Ｃｌ／４２１−０４−５；
Ｒ−１３４／１，１，２，２−テトラフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ４／３５９−３５−３；
Ｒ−１３４ａ／１，１，１，２−テトラフルオロエタン／Ｃ２Ｈ２Ｆ４／８１１−９７−２；
Ｒ−Ｅ１３４／ビス（ジフルオロメチル）エーテル／Ｃ２Ｈ２Ｆ４Ｏ／１６９１−１７−４；
Ｒ−１４０／１，１，２−トリクロロエタン／Ｃ２Ｈ３Ｃｌ３／７９−００−５；
Ｒ−１４０ａ／１，１，１−トリクロロエタン／Ｃ２Ｈ３Ｃｌ３／７１−５５−６；
Ｒ−１４１／１，２−ジクロロ−１−フルオロエタン／Ｃ２Ｈ３ＦＣｌ２／４３０−５７−９；
Ｒ−１４１Ｂ２／１，２−ジブロモ−１−フルオロエタン／Ｃ２Ｈ３Ｂｒ２Ｆ／３５８−９７−４；
Ｒ−１４１ａ／１，１−ジクロロ−２−フルオロエタン／Ｃ２Ｈ３ＦＣｌ２／４３０−５３−５；
Ｒ−１４１ｂ／１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン／Ｃ２Ｈ３ＦＣｌ２／１７１７−００−６；
Ｒ−１４２／クロロジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ３Ｆ２Ｃｌ／２５４９７−２９−４；
Ｒ−１４２ａ／１−クロロ−１，２−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ３Ｆ２Ｃｌ／２５４９７−２９−４；
Ｒ−１４２ｂ／１−クロロ−１，１−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ３Ｆ２Ｃｌ／７５−６８−３；
Ｒ−１４３／１，１，２−トリフルオロエタン／Ｃ２Ｈ３Ｆ３／４３０−６６−０３００；
Ｒ−１４３ａ／１，１，１−トリフルオロエタン／Ｃ２Ｈ３Ｆ３／４２０−４６−２３，８００；
Ｒ−１４３ｍ／メチルトリフルオロメチルエーテル／Ｃ２Ｈ３Ｆ３Ｏ／４２１−１４−７；
Ｒ−Ｅ１４３ａ／２，２，２−トリフルオロエチルメチルエーテル／Ｃ３Ｈ５Ｆ３Ｏ／４６０−４３−５；
Ｒ−１５０／１，２−ジクロロエタン／Ｃ２Ｈ４Ｃｌ２／１０７−０６−２；
Ｒ−１５０ａ／１，１−ジクロロエタン／Ｃ２Ｈ４Ｃｌ２／７５−３４−３；
Ｒ−Ｉ５１／クロロフルオロエタン／Ｃ２Ｈ４ＣｌＦ／１１０５８７−１４−９；
Ｒ−１５１ａ／１−クロロ−１−フルオロエタン／Ｃ２Ｈ４ＣｌＦ／１６１５−７５−４；
Ｒ−１５２／１，２−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ４Ｆ２／６２４−７２−６；
Ｒ−１５２ａ／１，１−ジフルオロエタン／Ｃ２Ｈ４Ｆ２／７５−３７−６；
Ｒ−１６０／クロロエタン／Ｃ２Ｈ５Ｃｌ／７５−００−３；
Ｒ−１６１／フルオロエタン／Ｃ２Ｈ５Ｆ／３５３−３６−６；
Ｒ−１７０／エタン／Ｃ２Ｈ６／７４−８４−０；
Ｒ−２１１／１，１，１，２，２，３，３−ヘプタクロロ−３−フルオロプロパン／Ｃ３ＦＣｌ７／４２２−７８−６；
Ｒ−２１２／ヘキサクロロジフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ２Ｃｌ６／７６５４６−９９−３；
Ｒ−２１３／１，１，１，３，３−ペンタクロロ−２，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ３Ｃｌ５／２３５４−０６−５；
Ｒ−２１４／１，２，２，３−テトラクロロ−１，１，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ４Ｃｌ４／２２６８−４６−４；
Ｒ−２１５／１，１，１−トリクロロ−２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ５Ｃｌ３／４２５９−４３−２；
Ｒ−２１６／１，２−ジクロロ−１，１，２，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ６Ｃｌ２／６６１−９７−２；
Ｒ−２１６ｃａ／１，３−ジクロロ−１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ６Ｃｌ２／６６２−０１−１；
Ｒ−２１７／１−クロロ−１，１，２，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ７Ｃｌ／４２２−８６−６；
Ｒ−２１７ｂａ／２−クロロ−１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ７Ｃｌ／７６−１８−６；
Ｒ−２１８／オクタフルオロプロパン／Ｃ３Ｆ８／７６−１９−７；
Ｒ−２２１／１，１，１，２，２，３−ヘキサクロロ−３−フルオロプロパン／Ｃ３ＨＦＣｌ６／４２２−２６−４；
Ｒ−２２２／ペンタクロロジフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ２Ｃｌ５／１３４２３７−３６−８；
Ｒ−２２２ｃ／１，１，１，３，３−ペンタクロロ−２，２−ジフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ２Ｃｌ５／４２２−４９−１；
Ｒ−２２３／テトラクロロトリフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ３Ｃｌ４／１３４２３７−３７−９；
Ｒ−２２３ｃａ／１，１，３，３−テトラクロロ−１，２，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ３Ｃｌ４／４２２−５２−６；
Ｒ−２２３ｃｂ／１，１，１，３−テトラクロロ−２，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ３Ｃｌ４／４２２−５０−４；
Ｒ−２２４／トリクロロテトラフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ４Ｃｌ３／１３４２３７−３８−０；
Ｒ−２２４ｃａ／１，３，３−トリクロロ−１，１，２，２−テトラフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ４Ｃｌ３／４２２−５４−８；
Ｒ−２２４ｃｂ／１，１，３−トリクロロ−１，２，２，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ４Ｃｌ３／４２２−５３−７；
Ｒ−２２４ｃｃ／１，１，１−トリクロロ−２，２，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ４Ｃｌ３／４２２−５１−５；
Ｒ−２２５／ジクロロペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／１２７５６４−９２−５；
Ｒ−２２５ａａ／２，２−ジクロロ−１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／１２８９０３−２１−９；
Ｒ−２２５ｂａ／２，３−ジクロロ−１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／４２２−４８−０；
Ｒ−２２５ｂｂ／１，２−ジクロロ−１，１，２，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／４２２−４４−６；
Ｒ−２２５ｃａ／３，３−ジクロロ−１，１，１，２，２−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／４２２−５６−０；
Ｒ−２２５ｃｂ／１，３−ジクロロ−１，１，２，２，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／５０７−５５−１；
Ｒ−２２５ｃｃ／１，１−ジクロロ−１，２，２，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／１３４７４−８８−９；
Ｒ−２２５ｄａ／１，２−ジクロロ−１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／４３１−８６−７；
Ｒ−２２５ｅａ／１，３−ジクロロ−１，１，２，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／１３６０１３−７９−１；
Ｒ−２２５ｅｂ／１，１−ジクロロ−１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ５Ｃｌ２／１１１５１２−５６−２；
Ｒ−２２６／クロロヘキサフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ６Ｃｌ／１３４３０８−７２−８；
Ｒ−２２６ｂａ／２−クロロ−１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ６Ｃｙ５１３４６−６４−６；
Ｒ−２２６ｃａ／３−クロロ−１，１，１，２，２，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ６Ｃｌ／４２２−５７−１；
Ｒ−２２６ｃｂ／１−クロロ−１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ６Ｃｌ／４２２−５５−９；
Ｒ−２２６ｄａ／２−クロロ−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ６Ｃｙ４３１−８７−８；
Ｒ−２２６ｅａ／１−クロロ−１，１，２，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ６Ｃｌ／３５９−５８−０；
Ｒ−２２７ｃａ／１，１，２，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ７／２２５２−８４−８；
Ｒ−２２７ｃａ２／トリフルオロメチル１，１，２，２−テトラフルオロエチルエーテル／Ｃ３ＨＦ７Ｏ／２３５６−６１−８；
Ｒ−２２７ｅａ／１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン／Ｃ３ＨＦ７／４３１−８９−０；
Ｒ−２２７ｍｅ／トリフルオロメチル１，２，２，２−テトラフルオロエチルエーテル／Ｃ３ＨＦ７Ｏ／２３５６−６２−９；
Ｒ−２３１／ペンタクロロフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２ＦＣｌ５／１３４１９０−４８−０；
Ｒ−２３２／テトラクロロジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ２Ｃｌ４／１３４２３７−３９−１；
Ｒ−２３２ｃａ／１，１，３，３−テトラクロロ−２，２−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ２Ｃｌ４／１１１２−１４−７；
Ｒ−２３２ｃｂ／１，１，１，３−テトラクロロ−２，２−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ２Ｃｌ４／６７７−５４−３；
Ｒ−２３３／トリクロロトリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ３Ｃｌ３／１３４２３７−４０−４；
Ｒ−２３３ｃａ／１，１，３−トリクロロ−２，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ３Ｃｌ３／１３１２２１−３６−８；
Ｒ−２３３ｃｂ／１，１，３−トリクロロ−１，２，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ３Ｃｌ３／４２１−９９−８；
Ｒ−２３３ｃｃ／１，１，１−トリクロロ−２，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ３Ｃｌ３／１３１２１１−７１−７；
Ｒ−２３４／ジクロロテトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／１２７５６４−８３−４；
Ｒ−２３４ａａ／２，２−ジクロロ−１，１，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／１７７０５−３０−５；
Ｒ−２３４ａｂ／２，２−ジクロロ−１，１，１，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／１４９３２９−２４−８；
Ｒ−２３４ｂａ／１，２−ジクロロ−１，２，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／４２５−９４−５；
Ｒ−２３４ｂｂ／２，３−ジクロロ−１，１，１，２−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／１４９３２９−２５−９；
Ｒ−２３４ｂｃ／１，２−ジクロロ−１，１，２，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／１４９３２９−２６−０；
Ｒ−２３４ｃａ／１，３−ジクロロ−１，２，２，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／７０３４１−８１−０；
Ｒ−２３４ｃｂ／１，１−ジクロロ−２，２，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／４０７１−０１−６；
Ｒ−２３４ｃｃ／１，３−ジクロロ−１，１，２，２−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／４２２−００−５；
Ｒ−２３４ｃｄ／１，１−ジクロロ−１，２，２，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／７０１９２−６３−１；
Ｒ−２３４ｄａ／２，３−ジクロロ−１，１，１，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／１４６９１６−９０−７；
Ｒ−２３４ｆａ／１，３−ジクロロ−１，１，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／７６１４０−３９−１；
Ｒ−２３４ｆｂ／１，１−ジクロロ−１，３，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ４Ｃｌ２／６４７１２−２７−２；
Ｒ−２３５／クロロペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ５Ｃｌ／１３４２３７−４１−５；
Ｒ−２３５ｃａ／１−クロロ−１，２，２，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ５Ｃｌ／２８１０３−６６−４；
Ｒ−２３５ｃｂ／３−クロロ−１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ５Ｃｌ／４２２−０２−６；
Ｒ−２３５ｃｃ／１−クロロ−１，１，２，２，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ５Ｃｌ／６７９−９９−２；
Ｒ−２３５ｄａ／２−クロロ−１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ５Ｃｌ／１３４２５１−０６−２；
Ｒ−２３５ｆａ／１−クロロ−１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ５Ｃｌ／６７７−５５−４；
Ｒ−２３６ｃｂ／１，１，１，２，２，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ６／６７７−５６−５；
Ｒ−２３６ｅａ／１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ６／４３１−６３−０；
Ｒ−２３６ｆａ／１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ６／６９０−３９−１；
Ｒ−２３６ｍｅ／１，２，２，２−テトラフルオロエチルジフルオロメチルエーテル／Ｃ３Ｈ２Ｆ６Ｏ／５７０４１−６７−５；
Ｒ−ＦＥ−３６／ヘキサフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ２Ｆ６／３５９−５８−０；
Ｒ−２４１／テトラクロロフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３ＦＣｌ４／１３４１９０−４９−１；
Ｒ−２４２／トリクロロジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ２Ｃｌ３／１３４２３７−４２−６；
Ｒ−２４３／ジクロロトリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ３Ｃｌ２／１３４２３７−４３−７；
Ｒ−２４３ｃａ／１，３−ジクロロ−１，２，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ３Ｃｌ２／６７４０６−６８−２；
Ｒ−２４３ｃｂ／１，１−ジクロロ−２，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ３Ｃｌ２／７０１９２−７０−０；
Ｒ−２４３ｃｃ／１，１−ジクロロ−１，２，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ３Ｃｌ２／７１２５−９９−７；
Ｒ−２４３ｄａ／２，３−ジクロロ−１，１，１−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ３Ｃｌ２／３３８−７５−０；
Ｒ−２４３ｅａ／１，３−ジクロロ−１，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ３Ｃｌ２／１５１７７１−０８−３；
Ｒ−２４３ｅｃ／１，３−ジクロロ−１，１，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ３Ｃｌ２／１４９３２９−２７−１；
Ｒ−２４４／クロロテトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ／１３４１９０−５０−４；
Ｒ−２４４ｂａ／２−クロロ−１，２，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ；
Ｒ−２４４ｂｂ／２−クロロ−１，１，１，２−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ／４２１−７３−８；
Ｒ−２４４ｃａ／３−クロロ−１，１，２，２−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ／６７９−８５−６；
Ｒ−２４４ｃｂ／１−クロロ−１，２，２，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ／６７４０６−６６−０；
Ｒ−２４４ｃｃ／１−クロロ−１，１，２，２−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ／４２１−７５−０；
Ｒ−２４４ｄａ／２−クロロ−１，１，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ／１９０４１−０２−２；
Ｒ−２４４ｄｂ／２−クロロ−１，１，１，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ／１１７９７０−９０−８；
Ｒ−２４４ｅａ／３−クロロ−１，１，２，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ；
Ｒ−２４４ｅｂ／３−クロロ−１，１，１，２−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ；
Ｒ−２４４ｅｃ／１−クロロ−１，１，２，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ；
Ｒ−２４４ｆａ／３−クロロ−１，１，１，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ；
Ｒ−２４４ｆｂ／１−クロロ−１，１，３，３−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ４Ｃｌ／２７３０−６４−５；
Ｒ−２４５ｃａ／１，１，２，２，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ５／６７９−８６−７ ５６０；
Ｒ−２４５ｃｂ／ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ５／１８１４−８８−６；
Ｒ−２４５ｅａ／１，１，２，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ５／２４２７０−６６−４；
Ｒ−２４５ｅｂ／１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ５／４３１−３１−２；
Ｒ−２４５ｆａ／１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ３Ｆ５／４６０−７３−１；
Ｒ−２４５ｍｃ／メチルペンタフルオロエチルエーテル／Ｃ３Ｈ３Ｆ５Ｏ／２２４１０−４４−２；
Ｒ−２４５ｍｆ／ジフルオロメチル２，２，２−トリフルオロエチルエーテル／Ｃ３Ｈ３Ｆ５Ｏ／１８８５−４８−９；
Ｒ−２４５ｑｃ／ジフルオロメチル１，１，２−トリフルオロエチルエーテル／Ｃ３Ｈ３Ｆ５Ｏ／６９９４８−２４−９；
Ｒ−２５１／トリクロロフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４ＦＣｌ３／１３４１９０−５１−５；
Ｒ−２５２／ジクロロジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ２Ｃｌ２／１３４１９０−５２−６；
Ｒ−２５２ｃａ／１，３−ジクロロ−２，２−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ２Ｃｌ２／１１１２−３６−３；
Ｒ−２５２ｃｂ／１，１−ジクロロ−２，２−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ２Ｃｌ２／１１１２−０１−２；
Ｒ−２５２ｄｃ／１，２−ジクロロ−１，１−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ２Ｃｌ２；
Ｒ−２５２ｅｃ／１，１−ジクロロ−１，２−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ２Ｃｌ２；
Ｒ−２５３／クロロトリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ／１３４２３７−４４−８；
Ｒ−２５３ｂａ／２−クロロ−１，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ；
Ｒ−２５３ｂｂ／２−クロロ−１，１，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ；
Ｒ−２５３ｃａ／１−クロロ−２，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ／５６７５８−５４−４；
Ｒ−２５３ｃｂ／１−クロロ−１，２，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ／７０１９２−７６−６；
Ｒ−２５３ｅａ／３−クロロ−１，１，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ；
Ｒ−２５３ｅｂ／１−クロロ−１，２，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ；
Ｒ−２５３ｅｃ／１−クロロ−１，１，２−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ；
Ｒ−２５３ｆａ／３−クロロ−１，３，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ；
Ｒ−２５３ｆｂ／３−クロロ−１，１，１−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ／４６０−３５−５；
Ｒ−２５３ｆｃ／１−クロロ−１，１，３−トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ３Ｃｌ；
Ｒ−２５４ｃｂ／１，１，２，２−テトラフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ４Ｆ４／４０７２３−６３−５；
Ｒ−２５４ｐｃ／メチル１，１，２，２−テトラフルオロエチルエーテル／Ｃ３Ｈ４Ｆ４Ｏ／４２５−８８−７；
Ｒ−２６１／ジクロロフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ５ＦＣｌ２／１３４２３７−４５−９；
Ｒ−２６１ｂａ／１，２−ジクロロ−２−フルオロプロパン／Ｃ３Ｈ５ＦＣｌ２／４２０−９７−３；
Ｒ−２６２／クロロジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ５Ｆ２Ｃｌ／１３４１９０−５３−７；
Ｒ−２６２ｃａ／１−クロロ−２，２−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ５Ｆ２Ｃｌ／４２０−９９−５；
Ｒ−２６２ｆａ／３−クロロ−１，１−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ５Ｆ２Ｃｌ；
Ｒ−２６２ｆｂ／１−クロロ−１，３−ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ５Ｆ２Ｃｌ；
Ｒ−２６３／トリフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ５Ｆ３；
Ｒ−２７１／クロロフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ６ＦＣｌ／１３４１９０−５４−８；
Ｒ−２７１ｂ／２−クロロ−２−フルオロプロパン／Ｃ３Ｈ６ＦＣｌ／４２０−４４−０；
Ｒ−２７１ｄ／２−クロロ−１−フルオロプロパン／Ｃ３Ｈ６ＦＣｌ；
Ｒ−２７１ｆｂ／１−クロロ−１−フルオロプロパン／Ｃ３Ｈ６ＦＣｌ；
Ｒ−２７２／ジフルオロプロパン／Ｃ３Ｈ６Ｆ２；
Ｒ−２８１／フルオロプロパン／Ｃ３Ｈ７Ｆ；
Ｒ−２９０／プロパン／Ｃ３Ｈ８／７４−９８−６；
Ｒ−Ｃ３１６／ジクロロヘキサフルオロシクロブタン／Ｃ４Ｃｌ２Ｆ６／３５６−１８−３；
Ｒ−Ｃ３１７／クロロヘプタフルオロシクロブタン／Ｃ４ＣｌＦ７／３７７−４１−３；
Ｒ−Ｃ３１８／オクタフルオロシクロブタン／Ｃ４Ｆ８／１１５−２５−３；
Ｒ−３−１−１０／デカフルオロブタン／Ｃ４Ｆ１０；
Ｒ−３２９ｃｃｂ／３７５−１７−７；
Ｒ−３３８ｅｅａ／７５９９５−７２−１；
Ｒ−３４７ｃｃｄ／６６２−００−０；
Ｒ−３４７ｍｃｃ／ペルフルオロプロピルメチルエーテル／Ｃ４Ｈ３Ｆ７Ｏ／３７５−０３−１；
Ｒ−３４７ｍｍｙ／ペルフルオロイソプロピルメチルエーテル／Ｃ４Ｈ３Ｆ７Ｏ／２２０５２−８４−２；
Ｒ−３５６ｍｃｆ／
Ｒ−３５６ｍｆｆｍ／
Ｒ−３６５ｍｆｃ／１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン／Ｃ４Ｈ５Ｆ５
ＦＣ−７２／テトラデカフルオロヘキサン／Ｃ６Ｆ１４／３５５−４２−０
Ｒ−４００ Ｒ−１２／Ｒ−１１４（６０／４０ ｗｔ％）二成分混合物
Ｒ−４０１Ａ Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ／Ｒ−１２４（５３／１３／３４）
Ｒ−４０１Ｂ Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ／Ｒ−１２４（６１／１１／２８）
Ｒ−４０１Ｃ Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ／Ｒ−１２４（３３／１５／５２）
Ｒ−４０２Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−２９０／Ｒ−２２（６０／２／３８）
Ｒ−４０２Ｂ Ｒ−１２５／Ｒ−２９０／Ｒ−２２（３８／２／６０）
Ｒ−４０３Ａ Ｒ−２９０／Ｒ−２２／Ｒ−２１８（５／７５／２０）
Ｒ−４０３Ｂ Ｒ−２９０／Ｒ−２２／Ｒ−２１８（５／５６／３９）
Ｒ−４０４Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１４３ａ／Ｒ−１３４ａ（４４／５２／４）
Ｒ−４０５Ａ Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ／Ｒ−１４２ｂ／Ｒ−Ｃ３１８（４５／７／５．５／４２．５）
Ｒ−４０６Ａ Ｒ−２２／Ｒ−６００ａ／Ｒ−１４２ｂ（５５／０４／４１）
Ｒ−４０７Ａ Ｒ−３２／Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ（２０／４０／４０）
Ｒ−４０７Ｂ Ｒ−３２／Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ（１０／７０／２０）
Ｒ．４０７Ｃ Ｒ−３２／Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ（２３／２５／５２）
Ｒ−４０７Ｄ Ｒ−３２／Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ（１５／１５／７０）
Ｒ−４０７Ｅ Ｒ−３２／Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ（２５／１５／６０）
Ｒ−４０８Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１４３ａ／Ｒ−２２（７／４６／４７）
Ｒ−４０９Ａ Ｒ−２２／Ｒ−１２４／Ｒ−１４２ｂ（６０／２５／１５）
Ｒ−４０９Ｂ Ｒ−２２／Ｒ−１２４／Ｒ−１４２ｂ（６５／２５／１０）
Ｒ−４１０Ａ Ｒ−３２／Ｒ−１２５ （５０／５０）
Ｒ−４１０Ｂ Ｒ−３２／Ｒ−１２５ （４５／５５）
Ｒ−４１１Ａ Ｒ−１２７０／Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ（１．５／８７．５／１１）
Ｒ−４１１Ｂ Ｒ−１２７０／Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ（３／９４／３）
Ｒ−４１２Ａ Ｒ−２２／Ｒ−２１８／Ｒ−１４２ｂ（７０／５／２５）
Ｒ−４１３Ａ Ｒ−２１８／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−６００ａ （９／８８／３）
Ｒ．４１４Ａ Ｒ−２２／Ｒ−１２４／Ｒ−６００ａ／Ｒ−１４２ｂ（５１／２８．５／４．０／１６．５）
Ｒ−４１４Ｂ Ｒ−２２／Ｒ−１２４／Ｒ−６００ａ／Ｒ−１４２ｂ（５０／３９／１．５／９．５）
Ｒ−４１５Ａ Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ（８２／１８）
Ｒ−４１５Ｂ Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ（２５／７５）
Ｒ−４１６Ａ Ｒ−１３４ａ／Ｒ−１２４／Ｒ−６００（５９／３９．５／１．５）
Ｒ−４１７Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−６００（４６．６／５０．０／３．４）
Ｒ−４１８Ａ Ｒ−２９０／Ｒ−２２／Ｒ−１５２ａ（１．５／９６／２．５）
Ｒ−４１９Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−Ｅ１７０（７７／１９／４）
Ｒ−４２０Ａ Ｒ−１３４ａ／Ｒ−１４２ｂ（８８／１２）
Ｒ−４２１Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ（５８／４２）
Ｒ−４２１Ｂ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ（８５／１５）
Ｒ−４２２Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−６００ａ（８５．１／１１．５／３．４）
Ｒ−４２２Ｂ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−６００ａ（５５／４２／３）
Ｒ−４２２Ｃ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−６００ａ（８２／１５／３）
Ｒ−４２２Ｄ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−６００ａ（６５．１／３１．５／３．４）
Ｒ−４２３Ａ Ｒ−１３４ａ／Ｒ−２２７ｅａ（５２．５／４７．５）
Ｒ−４２４Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−６００ａ／Ｒ−６００／Ｒ−６０１ａ（５０．５／４７／．９／１／．６）
Ｒ−４２５Ａ Ｒ−３２／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−２２７ｅａ（１８．５／６９．５／１２）
Ｒ−４２６Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１３４ａ／Ｒ−６００／Ｒ−６０１ａ（５．１／９３／１．３／．６）
Ｒ−４２７Ａ Ｒ−３２／Ｒ−１２５／Ｒ−１４３ａ／Ｒ−１３４ａ（１５／２５／１０／５０）
Ｒ−４２８Ａ Ｒ−１２５／Ｒ−１４３ａ／Ｒ−２９０／Ｒ−６００ａ（７７．５／２０／．６／１．９）
Ｒ−５００ Ｒ−１２／Ｒ−１５２ａ（７３．８／２６．２）
Ｒ−５０１ Ｒ−２２／Ｒ−１２（７５／２５）
Ｒ−５０２ Ｒ−２２／Ｒ−１１５（４８．８／５１．２）
Ｒ−５０３ Ｒ−２３／Ｒ−１３（４０．１／５９．９）
Ｒ−５０４ Ｒ−３２／Ｒ−１１５（４８．２／５１．８）
Ｒ−５０５ Ｒ−１２／Ｒ−３１（７８／２２）
Ｒ−５０６ Ｒ−３１／Ｒ−１１４（５５．１／４４．９）
Ｒ−５０７ Ｒ−１２５／Ｒ−１４３ａ（５０／５０）
Ｒ−５０８Ａ Ｒ−２３／Ｒ−１１６（３９／６１）
Ｒ−５０８Ｂ Ｒ−２３／Ｒ−１１６（４６／５４）
Ｒ−５０９Ａ Ｒ−２２／Ｒ−２１８（４４／５６）
本発明のある態様において、上述の気体の１または２以上の混合物はまた、圧縮、膨張、または圧縮および膨張の影響を受け得る。このような気体混合物の一例は、燃焼のために通常用いられる天然ガスである。
本発明のある態様によれば、有効仕事を実行するためのエネルギーは、ネットワークを介して流される圧縮気体（例えば天然ガス）の膨張により回収され得る。例えば、従来の“シティーゲート”または他の受動的圧力調節器は、気体を高圧から低圧に自由に膨張させることができる。生じた低圧の気体はより高いエントロピーを有し、そこから得られる仕事量はより少ない。
あるアプリケーションにおいて、気体において得られる仕事のこのロスを最小化することが求められ得る。このようなアプリケーションの例は、シティーゲートシステムを介した都市ガスの圧力（ｃｉｔｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）への天然ガスパイプラインにおけるガスの膨張の間生じる。
したがって、本発明の態様は、アクティブレギュレーターを含み得、それは気体が膨張する際にピストンまたは他の可動部材に対抗して機械的仕事を行う。その機械的仕事は、発電機を運転して電力を作り出すように、またはいくつかの他の機械的システムを駆動するように用いられ得る。
このように、図１３６に記載されるアクティブレギュレーター１３６００は、気体を自由に膨張させるよりもむしろ、ピストン１３６０２を駆動するように膨張する気体の圧力を用いる。このピストンの動きは同様に、有効仕事を供給するために利用され得る。例えば、図１３６の態様において、ピストンは発電機１３６０６を運転するようにクランクシャフト１３６０４を回転させて電力を作り出す。
プロセスの効率性を最大化するためおよび膨張の間気体中の水分を凍結させないために、膨張の間、気体に混合可能な液体が噴霧器１３６０７を介してシリンダー１３６０８内にスプレーされる。前述のように、この液体は熱をシリンダー内に伝導させ、膨張プロセスの温度を、例えばこの温度をほぼ一定にするように、制御する。
膨張された気体−液体混合物は、バルブ１３６１０を介してシリンダーから排気され、気体−液体分離機１３６１２を介して送られる。液体は、シリンダーに再びスプレーされる前に外気温近くまで戻されるように熱交換器１３６１４を介してポンプ１３６１３により送りこまれる。
ここに記載された特定の態様は、シングルステージにおいて圧縮または膨張を実行する。しかしながら、本発明による他の態様は、直列に配置された２以上の圧縮および／または膨張ステージを利用し得る。
例えば、機械的または液圧的アプローチ（それにより機械力がシステムに運ばれ、およびシステムから運ばれる）により無理なく提供され得るよりもより高い圧縮／膨張率が求められる場合、複数ステージが利用され得る。
図５３Ａは、３つのステージ（すなわち、第１ステージ５３２４ａ、第２ステージ５３２４ｂ、および第３ステージ５３２４ｃ）を有するタンク５３３２での保存のために空気を圧縮するマルチステージシステム５３２０の態様の顕著に簡素化された図を示す。１または２以上のステージを有するシステムも同様に構築され得る。図５３Ａのシステム５３２０に示されるように、マルチステージの態様において、一圧縮ステージの出力は、保存のための最終的な所望の圧力に到達するまで、さらなる圧縮のために次の圧縮ステージの入口に流されるなどされる。この方法において、気体は、複数のステージにおいて、一ステージのみでは達成するのが困難であった最終の圧力に圧縮され得る。
図５３Ｂは、本発明によるマルチステージの専用コンプレッサー装置５３００の一態様の図を示す。具体的には、図５３Ｂは、第１ステージ５３０２、第２ステージ５３０４、および保存ユニット５３３２を含むシステム５３００を示す。第１ステージ５３０２は、圧縮チャンバーモジュールＣ０１を介して分離機モジュールＢ１と流体連通している入口モジュールＡ０を備える。第１ステージ５３０２は、空気フィルター５３５０を介して圧縮のための空気を受け入れる。
第１ステージ５３０２は同様に、第２ステージ５３０４と流体連通しており、それは圧縮モジュールＣ１２を介して分離機モジュールＢ２と流体連通している入口モジュールＡ１を備える。第２ステージ５３０４は同様に、保存ユニット５３３２と流体連通している。
図５３ＢＡ、５３ＢＢおよび５３ＢＣは、図５３Ｂのマルチステージ圧縮装置の異なる要素モジュールの簡略図を示す。具体的には、入口モジュールＡｘは、導管５３１２を介してパルセーションダンパーボトル５３１４と流体連通している気体入口５３０６を備え、それは出口５３１６と流体連通している。
分離機モジュールＢｙが、図５３ＢＢに示される。分離機モジュールは、液体−気体分離機５３３２と流体連通している入口５３３０を備える。分離機により分離された液体は、液体容器５３３４に流れるように設定される。分離機からの気体は、分離機モジュールの出口５３３６に流れるように構成される。
ポンプ５３３８は、液体を、液体バルブ５３４１を介して容器から液体出口５３４０に流れるように構成される。液体バルブ５３４１は、分離機モジュールから圧縮モジュールの噴霧器構造体への液流を制御する役割を有する。液流バルブの作動は、ポンプおよび容器に、液体注入が行われていないときにチャンバー内に生じる圧力変動を生じさせない役割を有し得る。ある態様において、液流導管は、圧変化を軽減させるようにアキュムレーター構造体と連結していてもよい。
圧縮モジュールＣｘｙは図５３ＢＣに示される。圧縮モジュールの一態様の構造は前記に詳述される。具体的には、圧縮モジュールは、入口５３５２と流体連通しており、バルブ５３５６ａおよび５３５６ｂを介してシリンダー５３５４と流体連通している導管５３５０を備える。導管５３５８は、バルブ５３５７ａおよび５３５７ｂを介してシリンダー５３５４と流体連通しており、出口５３５９と流体連通している。
複動ピストン５３５５は、シリンダー５３５４内に配置される。複動ピストンは熱源（図示せず）と接続され、その動きによりシリンダー内に存在する気体が圧縮される。このような圧縮は概して、前記に示され記述される。
噴霧器５３４３は、液体を中に導入するようにシリンダーと液体連通している。噴霧器５３４３は、分離機モジュールの液体出口からの液体を受け取る。ある態様において、液流バルブと噴霧器との間の距離は、気体放出の機会を低減させるように最小化され得る。
マルチステージ専用コンプレッサー装置５３００の第１ステージ５３０２において、分離機モジュールＢ１の液体出口は、第１熱交換器Ｈ．Ｅ．０１を介して圧縮モジュールＣ０１と流体連通している。マルチステージ専用コンプレッサー装置５３００の第２ステージ５３０４において、分離機モジュールＢ２の液体出口は、第２熱交換器Ｈ．Ｅ．１２を介して圧縮モジュールＣ１２の液体入口と流体連通している。
図５３Ｂの態様は、液体の注入を促進するために、ステージにより作り出された圧力差を利用し得る。具体的には、図５３Ｂの態様は、分離された液体を有し、それは先のより低圧のステージの減じられた圧力を有する気流に戻されたものである。これにより、液体注入に必要とされる力、および液流においてポンプにより消費される力が低減される。
本発明による専用マルチステージコンプレッサー装置は、図５３Ｂに示される特定の態様に限定されない。具体的には、図５３の態様は分離された液体が個々のステージ内で気流中への再注入のために回収される装置を示すが、これは本発明には必要とされない。
図５３Ｃは、本発明による専用マルチステージコンプレッサー装置の他の態様を示す。この態様によるシステム５３６０において、第１ステージの圧縮チャンバー５３６２内に注入された液体は、続いて分離機５３６４により取り除かれ、その後次のステージの圧縮チャンバー５３６６への注入のために流される。この構成により、タンク５３６８内に最終的に分離された液体が集積する。図５３Ｃの態様は、圧縮気体のエネルギーが節約され、同じステージの圧縮チャンバーへの再注入のための液流により消費されないという点において利益を提供し得る。
図５３Ａ−Ｃは複数ステージにわたる圧縮を示すが、本発明の態様はこのアプローチに限定されない。本発明による他の態様はまた、ある量のエネルギーが圧縮気体から回収されるまで、複数ステージでの膨張を、さらなる膨張のための次の膨張ステージの入口に流される一膨張ステージの出力等で実行し得る。この方法において、エネルギーは、いくつかのステージで膨張された気体から回収され得て、それは一つのみのステージでの膨張により得るのは困難である。
図５４は、本発明によるマルチステージ専用膨張機装置の一態様の詳細な図を示す。具体的には、図５４は、保存ユニット５４３２、第１ステージ５４６２、および第２ステージ５４６４を含む装置５４６０を示す。第１ステージ５４６２は、膨張モジュールＥ３４を介して分離機モジュールＢ４と流体連通している入口モジュールＡ３を備える。第１ステージ５４６２は、保存ユニット５４３２から圧縮のための空気を受け取る。
第１ステージ５４６２は同様に、第２ステージ５４６４と流体連通している。第２ステージ５４６４は、膨張モジュールＥ２３を介して分離機モジュールＢ３と流体連通している入口モジュールＡ２を備える。第２ステージ５４６４は同様に、出口５４５７と流体連通している。
マルチステージ専用膨張機装置５４６０のある異なる要素モジュールがまた、前述の通り図５３ＢＡおよび５３ＢＢに示され得る。専用膨張機装置５４６０はさらに、図５４Ａに示される膨張モジュールＥＸＹを含む。
このような膨張モジュールの一態様の構造および運転は、前記に記載されてきた。具体的には、膨張モジュールは、入口５４５９と流体連通しており、バルブ５４６７ａおよび５４６７ｂを介してシリンダー５４５４と流体連通している導管５４５８を備える。導管５４５０は、バルブ５４６６ａおよび５４６６ｂを介してシリンダー５４５４と流体連通しており、出口５４５２と流体連通している。
複動ピストン５４５５は、シリンダー５４５４内に配置される。複動ピストンは、機械力をエネルギーに変換するための装置（図示せず）、例えば発電機と連結している。シリンダー内の空気の膨張により、ピストンが駆動される。このような膨張は概して、前記に示され記述される。
マルチステージ専用膨張機装置５４６０の第１ステージにおいて、分離機モジュールＢ４の液体出口は、第１熱交換器Ｈ．Ｅ．４３を介して膨張モジュールＥ３４のチャンバーと流体連通している。マルチステージ専用膨張機装置５４６０の第２ステージ５４６４において、分離機モジュールＢ３の液体出口は、第２熱交換器Ｈ．Ｅ．３２を介して膨張モジュールＥ２３のチャンバーと流体連通している。
本発明による専用マルチステージ膨張機装置は、図５４に示される特定の態様に限定されない。具体的には、図５４の態様は、分離された液体が個々のステージ内で気流中への再注入のために回収される装置を示すが、これは本発明により必須とされない。
図５５は、本発明による専用マルチステージ膨張機装置の他の態様を示す。この態様によるシステム５５００において、第１ステージの膨張チャンバー５５０２に注入された液体は、続いて分離機５５０４により分離され、その後次のステージの膨張チャンバー５５０６への注入のために流される。この構成により、タンク５５０８内に最終的に分離された液体を集積させる分離機５５０７が実現する。
図５５の実施態様は、圧力差に逆らって液体が注入されることを要求しない。図５４Ａの特定の態様において、分離された液体は、その前のより高圧のステージの高められた圧力を有する入口の気流中に戻される。反対に、図５５の態様は、分離された液体を有し（それは、次のステージに入れられる膨張気体中に流されたものである）、液流においてポンプによる消費される力を低減する。
これまで記載されたマルチステージ装置の態様は圧縮または膨張のいずれか一方に専用であったが、本発明による他の態様は、圧縮および膨張の両方を実行し得る。図５６は、このような２ステージ装置の一態様の簡略化された概略図を示し、それは圧縮と膨張の両方を実行し得る。
具体的には、図５６の態様は、圧縮および膨張の両方を実行し得るシステムを作り出すように、複数の構造の特性を組み合わせる。システム５６００の一つの特性は、三方バルブ５６０４を介するシステムのある要素との連結である。図５６は、圧縮モードにおいては実線として、膨張モードにおいては破線として、三方バルブの構成を示す。
システム５６００の一つの特性は、圧縮モードと膨張モードとの両方での導入のための液体を収容する同様の容器５６０５の使用である。具体的には、圧縮の間、容器５６０５は、その前のステージでの圧縮によりすでに高圧となっている気体に液体を注入するように利用される。膨張の間、容器５６０５は、第１ステージでの高圧の気体に気体を注入するように用いられる。圧縮および膨張の両方において通常用いられる混合チャンバーを有するマルチステージ装置において、これらの混合チャンバーへの入口の流れる気体の圧力は、所望の気体−液体混合物を達成するためにほぼ同値となるだろう。
システム５６００のさらなる他の特性は、１または２以上の寸法（ここでは寸法ｄの方向に）において長くされたパルセーションダンパーボトル５６０６の使用である。パルセーションダンパーボトル５６０６の長くされた形状により、隣接要素との流体連通のための導管を短くできる一方で、ボトルと隣接要素との間の複数の接続が可能となる。このボトルは、シングルステージの実施態様のボトルのために前述されたものと基本的には同様にパルセーションを減弱するように機能する。
図５６は、概略形態のみで長くされたパルセーションダンパーボトルを示す簡略図であり、長くされたボトルの形状は、このプロファイルまたは他の特定のプロファイルに限定されるように解釈されるべきではない。例えば、パルセーションダンパーボトルの他の態様は、１または２以上のローブまたは他の長くされた構造を含み得る。
圧縮モードにおける運転下では、気体は、入口５６５０を介してシステム５６００に入り、保存ユニット５６３２に流される前に、２つの連続する液体注入および圧縮ステージに露出される。分離された液体は、タンク５６３５に集積する。それは、次の再注入のために熱を節約するよう断熱され得て、膨張モードにおいて等温近くの膨張が達成される。
具体的に、膨張モードにおける運転下では、保存ユニット５６３２からの圧縮気体は、出口５６３４でシステム外に流される前に、２つの次の液体注入および膨張圧縮ステージに露出される。分離された液体は、タンク５６３６に集積し、圧縮モードにおいて等温近くの膨張を達成するように続いて再注入され得る。
図５６のシステムの実施態様において、異なるステージを通って分離された液流は、図５３Ｃ（専用コンプレッサー）および図５５（専用膨張機）の態様に類似した方法で、最終分離機での蓄積をもたらす。このような態様は液体容器を必要とし、それは生じる指向性の液流に適合するように、より大きいものとなる。これらの蓄積された液体は、システムの作動モードを逆転させることにより、元の容器に戻され得る。
図５７は、本発明の態様によるマルチステージ装置を示す簡略図である。それは、圧縮および膨張の両方を実行するように構成可能である。具体的には、システム５７００は、図５６の態様を修正したものを表し、それは、付加的な三方バルブ５７０２およびある分離機要素とある圧縮／膨張チャンバーとの間の付加的な導管を含む。さらに図５７は、圧縮モードにおいては実線として、膨張モードにおいては破線として、三方バルブの構成を示す。
図５７の態様は、いくつかの付加的なバルブおよび導管の複合体を提供するが、それはある要素を除外し得る。具体的には、圧縮と膨張とが同時に起こらず、それゆえに図５７の態様のすべての３つの熱交換器および３つのポンプの同時使用は必要とされないことを意味する。このように、図５６の態様では３つの熱交換器および３つのポンプを利用するのに対して、システム５７００は２つの熱交換器（Ｈ．Ｅ．１およびＨ．Ｅ．２）および２つのポンプ（５７０４）のみ利用する。
さらに、図５７の態様は、液体の循環をステージ内に限定する。その結果、液体の流れに関しては、液体が１つの容器には蓄積せず、液体容器は図５６の態様におけるものほど大きく作られる必要はない。加えて、図５７の態様は、ステージの各所での液体注入の実行において圧縮空気のエネルギーを浸食しない。
ある前述の態様は、圧縮または膨張を経験する気体への導入のための液体を流すように１または２以上のポンプの使用について記述した。ある実施態様において、１または２以上のこのようなポンプは、圧縮または膨張チャンバー内に存在する可動部材（例えばピストン）から独立して作動され得る。例えば、ポンプは電力を動力源とし得て、それはシステムの運転により生成されるものであってもよく、そうでなくてもよい。
前述の態様は、液体がポンプを利用したシステムを介して流されるといった態様を示したが、それは種々のタイプであってもよく、遠心分離式、ダイヤフラム式、または他の様式といった非容積移送式ポンプが含まれる。しかしながら、圧縮または膨張チャンバー内の圧力は概して変化するため、本発明のある態様は、膨張／圧縮チャンバーへの液流を提供するために容積移送式ポンプの使用による恩恵を受け得る。
したがって、図８５は、液体入りのシリンダー８５０４内で可動可能なピストン８５０２の形態における容積移送式ポンプが用いられている態様を示す。液体は、バルブ８５０８および導管８５０６を介してシリンダー８５０４から流され、圧縮および／または膨張チャンバー８５１０内の噴霧器８５０９に導かれる。
図８５の容積移送式ポンプは、所望の特性を有する液流をもたらし得る。具体的には、ピストン８５１４が動くにつれて、シリンダー８５１０内の圧力が変化する。ノズル８５０９に固定の圧力で液体が供給されているとしたら、ノズルにおける圧力差は、ピストンストロークの間変化し得る。
したがって、あるときは、圧力差は必要とされるものより高くなり得る（もしかするとエネルギーを浪費しているかもしれない）。一方で、圧力差が低くなりすぎる可能性がある（スプレーの効果を無くし、その結果コンプレッサーの効率性を減弱させる）。しかしながら、定容積型ポンプでノズルを駆動することで、圧力差は、コンプレッサーピストンで同期ポンプを制御することによりストロークの間中、所望の値で維持され得る。
圧縮の間、互いに一致して動くことはピストン８５１４および８５０２に有利となり得る。膨張の間、１８０°相がずれて動くことはピストンに有利となり得る。他の態様において、異なる位相角が適し得る。他の態様は、ポンプとコンプレッサー／膨張機要素との非同期作動により有効となり得る。
圧縮／膨張シリンダー内の変化する圧力の中でより均一な液流を提供するのに加えて、図８５の特定の態様は、利用可能なエネルギーを効率的に用い得る。具体的には、液体ポンプ８５００のピストン８５０２が圧縮／膨張シリンダーのピストン８５１４と同様の物理的連結機構８５１２（ここではクランクシャフト）により駆動されているため、エネルギーは第二のソースから消費されず、液流を駆動するために他の形態に変換されることを要する圧縮／膨張のオリジナルのエネルギーからも消費されない。
図８５の特定の態様はピストンポンプの形態における容積移送式ポンプからチャンバーに流される液体を示すが、これは本発明には必須とされない。ある態様は、液体を流すための容積移送式ポンプの他の形態を採用し得、それには限定されることなく、蠕動ポンプ、前進キャビティポンプ、ギアーポンプ、またはルーツタイプポンプが含まれる。
本発明によるシステムのある態様は、複数の液体ポンプを利用してもよい。例えば、図８６は、容積移送式マルチステージ水ポンプと流体連通している非容積移送式（遠心分離式）ポンプを含む圧縮システムの態様を示す。移送式ポンプからマルチステージ水ポンプへの液体の流動は、示されるように、移送式ポンプの周囲の比例積分微分（ＰＩＤ）ループを利用する。ＰＩＤループは、マルチステージ水ポンプへの目標値の圧力（または流速といった他のパラメーター）を維持するように構成される。
本発明のある態様はシステムを介して液体を流すためのポンプを採用し得るが、他の態様において、独立した液体ポンプ構造は必要とされなくてもよい。例えば、図８７は、圧縮または膨張チャンバー内の圧力を利用して液体が流される態様を示す。
具体的には、図８７において、容器８７００からの液体は、マルチステージシステム８７０８のステージ８７０６のチャンバー８７０４の噴霧器８７０２に流される。容器８７００は、気体を収容するヘッドスペース８７１０を含み、その圧力は液体を噴霧器に流す力を提供する。
具体的には、ヘッドスペース８７１０は、液流バルブネットワーク８７１４を介して他のステージ８７１２のチャンバーと選択的に気体連通している。液流バルブネットワーク８７１４は、コントローラーにより受け取った入力に基づき、正確に作動される。
他のステージ内の気体圧力が容器からチャンバー８７０４内に液体を流すのに十分であるくらい高い場合には、液流バルブネットワーク８７１４は、ヘッドスペース８７１２と他のステージとの間の気体連通を許容するように作動される。液流バルブネットワークを正確に制御することで、液体の流動に必要な圧力のみの運搬を許容でき、その結果、システム内のエネルギー全体を節約できる。
ある態様において、１または２以上の気流または液流バルブの機能は、可動部材それ自体により発揮され得る。例えば、パッシブポートバルブは通常、２ストローク内燃エンジンにおいて用いられる。これらのポートは、クランクケースからシリンダー（そこで燃焼が起こっている）への空気−燃料混合物の移動、およびシリンダーからの燃焼気体の排気を制御する。
図８４は、ピストン８４００の垂直の動きにより、チャンバー８４０４へのポート８４０２（ここでは圧縮チャンバーへの気流入口ポート）が選択的に妨げられ得る態様を示す。その結果、入口バルブとして効率的に機能する。このような構成は、通常の２ストロークエンジンの構造において採用されてきた。
いくつかのバルブ構造体の必要性を低減することにより、このような態様は、装置のデザインを簡素化し得、潜在的にコストおよびメンテナンスを軽減させる。あるバルブの必要性を取り除く態様はまた、例えば、混合チャンバーの上流で作られた水滴として、チャンバーへの液体の導入を促進し得る。具体的には、他の方法で生じ得る液滴の集まりに表面を提供する要素（例えば弁座、バルブプレート）を取り除くことにより、究極的には、圧縮／膨張の間熱交換のために導入される液体の質（体積、速度、水滴粒径の均一性、水滴の数等）を改善し得る。
図８４の態様は圧縮のためのチャンバー内への気流を制御するピストンの動きを示すが、本発明はこの特定の構成に限定されない。種々の態様は、チャンバーへの／からの液流、および／または膨張若しくは圧縮が起こっているチャンバーから出入りする気流を制御するようにピストンの動きを採用し得る。
さらに、図８４の特定の態様は対称な形状を有するピストンおよびチャンバーを示すが、これはまた本発明により必須とされない。他の態様において、死容積を最小化しおよび／またはチャンバー内の他のバルブの作動に適合させるといった目標を達成する一方で、ピストンおよびシリンダーの表面は材料の流動を許容するように成形され得る。
ポートバルブを用いる本発明の態様は、プレートおよびポペットバルブといった他のバルブタイプに対する１または２以上の可能性のある利益を示し得る。一つの可能性のある利益は、ポートバルブが可動部材それ自体を超えて動くパーツを欠き、それゆえより安価で信頼性が高くなるということである。ポートバルブを利用するシステムの他の可能性のある利益は、ポートバルブの開口部を顕著に大きいものとし得、高い流速を許容できるということである。
さらなる他の可能性のある利益は、気体が高速回転したり方向転換したりすることなくポートバルブを介して通過し得るということである。このような構成は、さらに流速を改善し得る。この構成はまた、気体−液体エアロゾル（例えば混合チャンバーの上流で作られ得る）が障害を最小にして通過できるようにし、それにより気体に取り込まれた液滴をより容易に維持できるようになる。
パッシブポートバルブは、ピストンまたは他の可動部材から独立して制御され得なくてもよい。もしポートバルブが可動部材から独立して制御されるとしたら、これは、例えばクランクシャフトまたは他の機構といった第二の連結機構を介して制御される第二のピストン（または他のタイプの可動部材）を用いることにより成し遂げられ得る。
例えば、図１３９はピストンアクチュエーター１３９０２、および圧縮／膨張チャンバー１３９０８と流体連通しているシリンダー状チャンバー１３９０６の側における１または２以上のポート開口部１３９０４を備えるシステム１３９００の簡略図を示す。ポート開口部１３９０４は、気体（または気体と液滴との混合物）を圧縮／膨張チャンバー１３９０８に導入するために用いられ得る。
ピストンアクチュエーターは、気体の圧縮または膨張に関与する可動部材１３９１０（例えばピストン）とは独立して、および可動部材１３９１０と反対の方向に動き得る。
いくつかの態様において、アクチュエーターピストンは、同様のクランクシャフトまたは可動部材を駆動する他の機構に接続された機械的連結機構を介して作動され得る。これらの態様において、アクチュエーターピストンおよび可動部材は、同調して動き、同時にＴＤＣに達する。
いくつかの態様において、アクチュエーターピストンのタイミングは、可動部材のそれから独立している。これにより、圧縮／膨張率および他のシステムパラメーターの制御が可能となる。
パッシブポートバルブを用いるいくつかの態様は、部分的にポートの開口部を塞ぐことができる可動式スライディングウィンドウを含み得る。これにより、制御されるべきポートを介して気体または気体−液体混合物が流動できる。このような流動制御により同様に、システムの力が“スロットル”されるようになり、これは作動の間増強されまたは減弱される。ある態様によれば、可動式スライディングウィンドウの位置は、コンピューターまたは機械的制御下にある独立した作動機構により調整され得る。
本発明に従ったある態様は複数のステージにおける注入のための液体を利用するが、これは必須とされない。例えば、特定のマルチステージの態様の１または２以上のステージは、液体の導入を全く利用しなくてもよい。このようなステージに適する可動部材は、前述のものに加えて、レギュラータービン、ブロワー、および遠心力ポンプを含む。
さらに、マルチステージ装置のある態様はステージ間で同様の液体の注入を利用し得るが、これは本発明により必須とされず、ある態様は異なるステージにおける異なる液体の注入を特徴とする。いくつかのこのような態様において、これらの液体はステージ間で完全に区別されて保持されていてもよく、例えば、独立した専用気体−液体分離機、容器、およびポンプを利用する。
しかしながら、他の態様によれば、１または２以上の成分を共有する異なる液体が種々のステージで注入され得る。このような態様において、液体の共通でない成分は分離され、共通の成分はステージ間で循環される。
例えば、いくつかの態様において、他の膨張ステージは水−プロピレングリコール溶液のような液体の注入を利用する一方で、１または２以上の膨張ステージは純水のような液体の注入を利用し得る。このような態様において、プロピレングリコールは、ステージ間で水を流す前に分離され得る。
さらに、前述の通り、シングルまたはマルチステージ装置のいくつかの態様は、圧縮および膨張の両方のための同じチャンバーを使用するように構成され得る。このような装置のある態様は、それらの特定の運転モードに依存して異なる液体を導入し得る。
本発明のある態様によれば、圧縮および膨張の間導入されるこれらの異なる液体は、ステージ内および／またはステージ間で独立して保持され得る。そして、異なる液体が共通の成分を共有する場合、液体−液体分離は、異なるステージの間または異なるモードで運転される同じステージ内で液体成分の循環を許容するように用いられ得る。
液体からの成分の分離を利用する本発明の態様は、図８８において一般的に記載され得、それは分離機構造体８８０２において気体から分離された液体を受け取る液流および分離ネットワーク８８００を含む。液流および分離ネットワーク８８００は、導管、バルブ、ポンプ、容器、熱交換器、アキュムレーター、フィルター、および分離機構造体から選択される種々の要素を備え得る（これらは適切な組み合わせで配置される）。ある態様において、このような液流および分離ネットワークは、図８７において前述された液流バルブネットワークと組み合わされ得る。
いくつかの態様において、シリンダーへのスプレーノズルを介した液体を駆動する原動力は、コンプレッサーまたは膨張機の動きにより作られる圧力差から生じ得る。図１３８は、例えばシステムといったものの態様１３８００の簡略図を示す。
圧縮の場合において、気体−液体分離機１３８０２を介して気体−液体混合物から分離された液体は、圧縮チャンバーに入る気体の圧力よりも高圧である。その結果、スプレーノズル１３８０４に圧力差が存在する。
いくつかの態様において、この差はノズルを介して圧力降下を克服するのに十分である。システムは、適切な圧力差を提供するように構成され得て、所望のスプレーを作り出すように液体がノズルに導入される。
いくつかの態様において、システムは、適切な圧力差を提供するように可変流動バルブ１３８０６で設計され得る。システムのある態様は、適切な圧力差を達成するためにシステムの成分および形状を適切に選択して設計され得る。
膨張が始まると、次の圧力が高いほうのステージから流れる気体−液体混合物は、シリンダー内容物よりも高い圧力を有するだろう。高圧気体１３８１０からのこの圧力差は、スプレーノズルを通って気体−液体分離機を介して気体から分離された液体を駆動するために用いられ得る（圧縮の場合は前述の通りである）。
前述のいくつかの態様は、圧縮または膨張の間シリンダーに液体スプレーを導入するためにスプレーノズル構造体を用いる。しかしながら、これは本発明に必須とされず、ある態様は他のタイプのスプレーシステムを利用し得る。
例えば、図１３７は、このような一態様の装置１３７００の簡略化された断面図を示す。具体的には、ピストンがＢＤＣ近くのとき、液体１３７０２は、液体入口１３７０８およびバルブ１３７１０を介して、ピストン１３７０４のトップとノズルプレート１３７０６との間の空間（ｖｏｌｕｍｅ）に導入される。
圧縮の間、ピストンがＢＤＣからＴＤＣへ駆動されるにつれて、ピストンはノズルプレートに逆らって液体空間（ｌｉｑｕｉｄ ｖｏｌｕｍｅ）を押す。ノズルプレートの動きは、シリンダー１３７２０の上部をノズルプレートに接続している圧縮性部材１３７１２（例えばスプリング）の力により対抗されている。
シリンダーにより生じている圧力とバネとの間の力の差は、ノズルプレートにおいてオリフィス（単純な開口部よりも複雑な内部空間を規定し得る）を介して液体を駆動する。これは、シリンダーの上部においてスプレーを作り出す。
膨張の間、反対の方向ではあるがその振る舞いは同様である。バネは、ＴＤＣ近くの膨張ストロークの初動時に圧縮される。バネが膨張するにつれ、それは液体空間（ｌｉｑｕｉｄ ｖｏｌｕｍｅ）にノズルプレートを押し下げ、スプレーを形成するようにオリフィスを介して液体のいくらかを駆動する。
本発明の態様は、ステージごとの圧縮または膨張チャンバーへの直接的な液体導入を必要としない。ある態様は、どのステージでも直接的な液体導入を利用しないか、またはいくつかのステージでのみ直接的な液体導入を利用し得る。直接的な液体導入を利用ないステージは、独立した混合チャンバーを介して圧縮／膨張チャンバーに導入された気体−液体混合物を有するステージを併用し得る。
ある態様は、スプレー以外のもの、例えば液体を介した泡状の気体により液体が気体に導入される１または２以上のステージを利用し得る。例えば、ある態様において、他の（典型的には高圧の）ステージは泡による液体導入を採用し得る一方で、いくつかの（典型的には低圧の）ステージは混合チャンバーまたは直接注入を利用した液体ミスト技術を採用し得る。
本発明による圧縮気体保存システムの態様は、いかなる特定のサイズにも限定されない。ある適用において、標準的な搬送容器といった特定の形状要因に収まることがシステムにとって有用であり得る。形状要因の他の例は、トラクター−トレイラーのリグのトレイラーの標準的なサイズ／重量である。それは潜在的に、運搬可能な適用におけるエネルギー保存システムの態様の使用を許容し得る。
いくつかの場合において、一人の人により組み立てられ得ることがシステムにとって有用であり得る。例えば、重量が５０ポンドまたはそれ未満である個々の要素から組み立てられるシステムである。いくつかの場合において、１日またはそれ未満で設置可能であることがシステムに求められ得る。
本発明の特定の態様は、１または２以上のステージの温度変化の制御を許容し得る。ある態様は、複数ステージにわたって気体の圧縮および／または膨張を許容し得る。そこでは、各ステージの気体にほぼ等しい温度変化が起こっている。
システムの設計において、設計者は、最初と最後の気体温度を選択し、他のシステムパラメーターを決定するためにシステム方程式を反復して解いてもよい。それは、所望のデルタ−Ｔを達成させる。
システムの運転において、圧縮または膨張ストロークの間の温度変化は、システムの設計者（または運営者）により選ばれる値（ｎｕｍｂｅｒ）であってもよい。この温度変化は、効率性を犠牲にし得る。デルタ−Ｔが高くなるにつれ力も高くなるが、効率性は低くなる。
いくつかの態様によれば、異なるステージでの気体温度のこのような実質的に等しい変化は、必ずしも等しい圧縮または膨張率を利用しないステージの各々で達成され得る。いくつかの態様において、ステージの圧縮率または膨張率は、動的に制御され得て、それは例えば圧縮および／または膨張チャンバーからの気体の吸気または排気に関与するバルブの作動のタイミングに基づく。
図５８は、本発明によるシングルステージシステム５８０１の一態様の簡略化されたブロック図を示す。図５８は、気体入口５８０５および圧縮気体保存ユニット５８０３に流体連通しているコンプレッサー／膨張機５８０２を示す。モーター／発電機５８０４は、コンプレッサー／膨張機５８０２に選択的に連結している。
運転の第一モードにおいて、エネルギーは圧縮気体（例えば空気）の形態で保存され、モーター−発電機５８０４はモーターとして運転される。モーター／発電機５８０４は外部源から電力を受け取り、コンプレッサー／膨張機５８０２をコンプレッサーとして機能させるために電力（Ｗｉｎ）を送る。コンプレッサー／膨張機５８０２は、入口圧力（Ｐｉｎ）の圧縮されていない気体を受け取り、ピストンとった可動部材を利用してチャンバー内で保存のためのより高い圧力（Ｐｓｔ）に気体を圧縮し、保存ユニット５８０３に圧縮ガスを流す。
運転の第二モードにおいて、圧縮気体に保存されたエネルギーが回収され、コンプレッサー−膨張機５８０２は膨張機として運転される。コンプレッサー／膨張機５８０２は、保存ユニット５８０３から保存された圧力Ｐｓｔで圧縮気体を受け取り、その後チャンバー内で圧縮気体をより低い出口圧力Ｐｏｕｔに膨張させる。この膨張は、モーター／発電機５８０４（発電機として機能している）と連結している可動部材を駆動する。コンプレッサー／膨張機からの出力（Ｗｏｕｔ）は、モーター／発電機５８０４に送られ、同様に電力グリッドに入力され消費され得る。
前述の気体を圧縮および減圧するプロセスは、いくらかの熱的および機械的ロスを経験し得る。しかしながら、これらのプロセスが、最小の温度変化で等温近くの条件で進むのであれば、熱的ロスは低減されるだろう。その結果、圧縮が最小の温度上昇（＋ΔＴｃ）で進むのであれば、熱的ロスは低減され、膨張が最小の温度下降（−ΔＴＥ）で進むのであれば、熱的ロスは低減されるだろう。
本発明の態様は、気体圧縮および／または膨張に関連する温度変化を最小化するようにしてもよい。複数のステージにわたるこうした圧縮／膨張を実行することにより、熱的ロスが生じる。このような複数のステージにわたる圧縮および膨張については、後述される。
図５８Ａは、マルチステージ圧縮−膨張装置の態様の簡略化された全体図を示す。図５８Ａは、気体入口５８０５および圧縮気体保存ユニット５８０３と流体連通しているコンプレッサー／膨張機５８０２を示す。モーター／発電機５８０４は、コンプレッサー／膨張機５８０２と選択的に連結している。
この態様において、コンプレッサー／膨張機５８０２は実際には、直列の流体連通により接続されている複数のステージ５８０２ａ〜ｃを備える。図５８Ａの特定の態様は３つのこういったステージを有するシステムを示すが、本発明の態様によれば２またはそれ以上の数のステージが用いられ得る。
圧縮モードの運転において、コンプレッサー／膨張機５８０２の各ステージは、より低圧で入口気体を受け取り、より高圧にその気体を圧縮し、次のより高圧のステージに圧縮気体を流すように（あるいは、最も高圧のステージの場合、保存ユニットに圧縮気体を流すように）構成される。したがって、図５８Ａは、ステージ５８０２ａにおいてＰｉｎからＰ１への第一の圧力上昇を経験し、ステージ５８０２ｂにおいてＰ１からＰ２への第二の圧力上昇を経験し、３番目のステージ５８０２ｃにおいてＰ２からＰｓｔへの最終の圧力上昇を経験する入口気体を示す。
各ステージにおいて、ある量の電力（ここではそれぞれＷｉｎ１、Ｗｉｎ２およびＷｉｎ３）は、モーターとして運転されているモーター／発電機５８０４から消費される。各ステージにおいても、圧縮気体の圧力上昇は、気体の温度上昇（ここではそれぞれ＋ΔＴ１、＋ΔＴ２および＋ΔＴ３）に対応する。
膨張モードの運転において、コンプレッサー／膨張機５８０２の各ステージは、より高圧で入口気体を受け取り、より低圧にその気体を膨張させ、次のより低圧のステージに膨張気体を流すように（あるいは、より低圧ステージの場合、システムの外に膨張気体を流すように）構成される。したがって、図５８Ａはまた、ステージ５８０２ｃにおいてＰｓｔからＰ３への第一の圧力低下を経験し、ステージ５８０２ｂにおいてＰ３からＰ４への第二の圧力低下を経験し、３番目のステージ５８０２ｃにおいてＰ４からＰｏｕｔへの最終の圧力低下を経験する保存気体を示す。システムから出力された圧力はもとの入口圧力と同じであってもよく、必ずしも同じでなくてもよいことが特徴である。
各ステージにおいて、ある量の電力（ここではそれぞれＷｏｕｔ３、Ｗｏｕｔ２およびＷｏｕｔ１）が生成され、発電機として運転されているモーター−発電機５８０４に出力される。各ステージにおいても、気体の圧力低下は、気体の温度低下（ここではそれぞれ−ΔＴ４、−ΔＴ５および−ΔＴ６）に対応する。
図５８Ａは各ステージがその先のステージおよびその後のステージと連結している装置を示すが、これは本発明には必須とされない。図５８Ｂは、ステージ５８８２ａ−ｃがバルブネットワーク５８８８と流体連通しているシステム５８８０の態様の簡略図を示す。その作動により、ステージ間の気流の選択的なルーティングが可能となる。このようにして、図５８Ｂの態様を利用して、１または２以上のステージが選択的に利用され、またはバイパスされる。それは特定のコンディションに依存する。例えば、保存タンクからの先の気体膨張は圧力を相対的に低い値まで下げるが、膨張の継続はすべてのステージにわたって実行されなくてもよい。同様に、より低圧への圧縮はすべてのステージで行われなくてもよく、バルブネットワークの使用により１または２以上のステージが選択的にバイパスされることが可能となる。
そして、図５８Ａ〜Ｂは各ステージで圧縮または膨張のいずれかを実行するように構成可能である装置を示すが、本発明はこのような態様に限定されない。本発明による装置の他の態様は、専ら圧縮のみまたは膨張のみを実行するマルチステージ装置となり得る。このような態様の簡略図は図５８Ｃにおいて示される。
本発明によるある態様において、各ステージにより経験される温度変化は、（プロセスが気体圧縮を含んでいても気体膨脹を含んでいても）実質的に等しくてもよい。ここで言及されるように、“実質的に等しい”の用語は、５００℃若しくはそれ未満、３００℃若しくはそれ未満、１００℃若しくはそれ未満、７５℃若しくはそれ未満、５０℃若しくはそれ未満、２５℃若しくはそれ未満、２０℃若しくはそれ未満、１５℃若しくはそれ未満、１０℃若しくはそれ未満、または５℃若しくはそれ未満異なる温度変化に言及する。１または２以上の特定のステージにより経験された温度変化は、単独または組み合わせて適用される１または２以上の技術を利用して、本発明の態様に従って制御され得る。
（圧縮率／膨張率の制御）
１または２以上のステージの温度は、ステージの圧縮率または膨張率を調整することにより実現され得る。複数ステージを備えるいくつかの態様によれば、ステージの圧縮率または膨張率は、互いに顕著に異なり得る。
圧縮、膨張、または圧縮および膨張を実行するためのマルチステージ装置の各ステージは、圧縮率および／または膨張率により特徴づけられるだろう。これらの圧縮率および／または膨張率は異なるステージで等しくてもよく、等しくなくてもよい。
ある態様において、各ステージにおいて行われる圧縮および／または膨張プロセスは、シリンダー内で可動であるピストンを利用して実行され得る。図５９−５９Ｂは、このような装置の全体図を示す。
具体的には、図５９は、圧縮および／または膨張ステージ５９００が壁５９０４を有するシリンダー５９０２を備えることを示す。ピストンロッド５９０６ｂに接続されたピストンヘッド５９０６ａを備える可動式ピストン５９０６が、シリンダー５９０２内に収容される。
ステージが圧縮を実行するように構成される場合には、ピストンロッドは連結機構を介してエネルギー源（図示せず）と物理的に連結している。それは実際にはクランクシャフトといった機械式のものであり得る。あるいは、エネルギー源とピストンロッドの間の連結機構は、実際には液圧式または空気圧式であってもよい。エネルギー源は、そこで空気を圧縮するようにシリンダー内のピストンの動きを駆動する。
ステージが膨張を実行するように構成される場合には、ピストンシャフトは連結機構を介して発電機（図示せず）と物理的に連結している。発電機は、連結機構を介して伝達されたピストンロッドの動きからエネルギーを生成する。
図５９は、圧縮／膨張ステージの態様の簡略化された全体図のみを示し、本発明はこの略図の特定の要素に限定されて理解されるべきではない。例えば、図５９は垂直方向に可動するピストンを示すが、これは必要とされず、種々の態様においてピストンは水平方向または他の方向に可動し得る。
また、図５９の特定の態様において、気流バルブ５９１０および５９１２はシリンダー５９０２の端壁に形成される。図５９Ａ−５９Ｂはまた、説明のためにシリンダーの端壁におけるバルブを示すが、バルブはチャンバーの他の場所に設置され得る。
バルブ５９１０は、弁座５９１０ｂから離れてバルブプレート５９１０ａを動かすように、ソレノイドといった要素５９１１により選択的に作動可能である。それにより圧縮および／または膨張チャンバー５９０８と低圧側５９１６の導管５９１４との間の流体連通が可能となる。バルブ５９１２は、弁座５９１２ｂから離れてバルブプレート５９１２ａを動かすように、ソレノイドといった要素５９１３により選択的に作動可能である。それにより圧縮および／または膨張チャンバー５９０８と高圧側５９２０の導管５９１８との間の流体連通が可能となる。
前述の通り、本発明の態様は、チャンバーに関連する特定の構造または構成を有するバルブでの使用に限定されない。前記でも言及された通り、本発明の態様は、往復運動するピストンを備える可動部材に限定されず、他の構造も用いられ得、それには限定されることなくスクリュー、クアシタービン（ｑｕａｓｉ−ｔｕｒｂｉｎｅｓ）、およびジェロータが含まれる。
図５９Ａは、ピストンヘッド５９０６ａがシリンダーのトップ（上死点−ＴＤＣ）へと動くステージ５９００を示す。図５９Ａは、ＴＤＣでピストンヘッド５９０６の上面とシリンダーの端壁との間にいくらかの量の死容積（Ｖｄｅａｄ）が存在することを示す。
本発明の特定の態様によれば、マルチステージコンプレッサー、膨張機、またはコンプレッサー／膨張機は、各ステージで温度変化に関するある基準に合致するように設計され得る。
図５９Ｂは、ピストンヘッド５９０６がシリンダーのボトム（下死点−ＢＤＣ）へ動くステージ５９００を示す。図５９Ｂは、２つの容積を示す。
ステージの全容積（Ｖｔｏｔａｌ）は、ピストンの上面とＢＤＣでのシリンダーの上壁との間で規定される。ステージの排気容積（Ｖｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）は、ＢＤＣでの上面とＴＤＣでの上面との間で規定される。死容積は、全容積と排気容積との間の差を表す：Ｖｄｅａｄ＝Ｖｔｏｔａｌ−Ｖｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ。
ステージ５９００の動きを定量化する値は、その圧縮率または膨張率であり、一般的にここではｒとして言及される。圧縮率または膨張率は、下記の式（１’）で表され得る。
ここで、膨張の間入口バルブが閉じまたは圧縮の間出口バルブが開く場合、Ｖｃｌｏｓｅｄはシリンダーの容積である。
膨張の場合において、容積ＶｃｌｏｓｅｄおよびＶｔｏｔａｌは、死容積に起因するばかりでなく、膨張ストロークの間ピストンがＢＤＣに到達する前の気体吸気バルブの閉鎖にも起因して、および排気ストロークの間ピストンがＴＤＣに到達する前の気体排気バルブの閉鎖にも起因して、互いに異なり得る。圧縮の場合において、Ｖｃｌｏｓｅｄは、死容積に起因するばかりでなく、圧縮ストロークの間ピストンがＴＤＣに到達する前の気体排気バルブの開口にも起因して、Ｖｔｏｔａｌとは異なり得る。
各ステージで等しい圧縮率または膨張率を有するマルチステージ膨張／圧縮装置において、ステージの圧縮率または膨張率ｒは、全体の圧縮率または膨張率のＮ乗根である。それは下記のように表される。

ここで、Ｒは全体の圧縮率または膨張率であり、Ｎはステージの数である。
これは、ステージ間で中間冷却（または中間加熱）が起こる理想形である。それは、圧縮気体または膨張気体の温度が次のステージに入る前に外気温に回復される場合である。式（２’）はまた、容積の非効率性を無視している。
すべてのステージの圧縮率または膨張率の結果がＲである以上、異なるステージは異なる圧縮率または膨張率を有し得る。それは、例えば下記の式で表されるように３ステージシステムにおけるものである。
マルチステージシステムにおいて、シリンダーチャンバーの相対的な排気量は、次の式により支配される。
Ｖｉはｉｔｈシリンダー装置の排気量容積であり、Ｖｆはシステムの全排気量である（それはすべてのシリンダー装置の排気量の合計である）。
本発明のある態様によれば、マルチステージ圧縮または膨張装置の各ステージは、膨張または圧縮ストロークの進行の間特定の温度変化で運転されるように構成され得る。このような態様の構造および運転は、物理量を単位として個々のステージのパフォーマンスを規定する一連の数学的関係を利用して達成され得る。このような一連の数学的関係の一例は、気体膨脹ステージに関連して式（５’）〜（１６’）において下記に示される。
圧縮または膨張の後の最終の気体温度、および圧縮または膨張の後の相関する最終の気体圧力は、多くの値に依存する。下記の式（６’，７’）は、ステージの圧力および温度のこれらの最終の値を表す。
このようなステージの圧力比は、下記のように表される。



Ｖｃｌｏｓｅｄは、吸気バルブが膨張の間閉まるとき、または排気バルブが圧縮の間開くときのシリンダーの容積である（Ｖｔｏｔａｌ／ｒ））。
Ｖｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔは、シリンダーの全排気量である。
ΔＴｇａｓ−ｌｉｑｕｉｄは、ストロークの終点の圧縮／膨張チャンバー内の気体と液体との間の温度差である。
γｅｆｆｅｃｔｉｖｅは、有効ポリトロープ指数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｔｒｏｐｉｃ ｉｎｄｅｘ）である。
後記で詳述する通り、γｅｆｆｅｃｔｉｖｅおよびΔＴｇａｓ−ｌｉｑｕｉｄの値は、値の数に依存する。これらの値に基づき、式（５’，６’，７’）は、シングル膨張ステージのために生じる温度変化を決定するために解かれ得る。
膨張率の制御は、いくつかの可能性のある方法で達成され得る。一つのアプローチにおいて、膨張率はＶｃｌｏｓｅｄを制御することにより決定され得る。例えば、Ｖｃｌｏｓｅｄは、バルブの作動のタイミングを介して制御され得、それは膨張のために圧縮気体がチャンバー内へ流れることに関連するものである。
したがって図６１Ａ〜Ｃは、ピストン６１０６が膨張ストロークを経験している膨張ステージ６１００を示す。図６１Ａは、下向きに動くピストン６１０６で閉じているバルブ６１１０、および膨張によるエネルギー回収のためにチャンバーに圧縮ガスを流すように開いているバルブ６１１２を示す。図６１Ｂにおいて、バルブ６１１２は、ピストンがＢＤＣの位置に到達する前に気体の吸気を中止するように閉じられる。その結果、このピストンストロークの間膨張され得る気体量Ｖｃｌｏｓｅｄに制限される。図６１Ｃは、気体量Ｖｃｌｏｓｅｄが膨張するにつれて、下向きに継続してピストンが動くことを示す。
したがって、バルブ６１１２が閉まるタイミングを調節することにより、シリンダー内で膨張される気体量が制限される。具体的には、図６１Ｂにおいてバルブ６１１２はピストンがＢＤＣに到達する前に閉じられるため、シリンダー内の気体の体積は制限され、膨張率およびステージにより経験される温度変化はまたそれに応じて制限される。
入口バルブ６１１２の作動のタイミングは、コントローラーまたはプロセッサーにより調節され得て、コントローラーとしては例えば前述の複数ステージにわたって繰り返し計算を実行するものが挙げられる。したがって、図６１Ａ−Ｃはコントローラー６１９６と電気的に連結されているようなバルブ６１１２の作動要素６１１１を示す。コントローラー４９６は同様に、コンピューター読み出し可能保存媒体６１９４と電気的に連結し、それはバルブ６１１２の作動を指示するための保存されたコードを有する。
前述の膨張率の調節は、システムにより保存されまたは放出されるエネルギー量を犠牲にし得る。具体的には、図６１Ｂ−Ｃにおける他の方法でシリンダー内に収容され得るよりも小さな体積の気体の膨張は、膨張中の気体によるピストンへの出力を低減させる。しかしながら、このようなエネルギーのロスは、所望の温度変化を達成するために求められ得、例えば、他のステージにより経験したものに一致したステージの温度変化をもたらす。
膨張チャンバーに導入された液体はまた、膨張率を変える役割を有し得る。水を中に含まないシリンダーは、ｒ＝Ｖｔｏｔａｌ／Ｖｃｌｏｓｅｄの膨張率を有する。水の容積Ｖｗａｔｅｒがシリンダーに導入されれば、膨張率はｒ＝（Ｖｔｏｔａｌ−Ｖｗａｔｅｒ）／（Ｖｃｌｏｓｅｄ−Ｖｗａｔｅｒ）となる。このように、膨張率はＶｗａｔｅｒに依存する。
式（５’，６’，７’）に戻って、γｅｆｆｅｃｔｉｖｅの値は、値の数から導かれる。γｅｆｆの計算は、式（８’）および（９’）に関連して論じられる。


φγは、ポリトロープの非均一性（ポリトロープ指数が圧縮／膨張チャンバーにおける液滴の非均一な分布に起因して増加するファクター）と定義される。

上記は、Ｒで除された気体の定圧熱容量と定義される。

上記は、液体の定圧熱容量と定義される。
ｍｒは、液体の気体に対する質量比と定義される。
Ｒは、気体定数と定義される。
式（６’，７’）に表されるΔＴｇａｓ−ｌｉｑｕｉｄの値はまた、変数の数から算出される。これは、式（１０’）−（１７’）に関連して論じられる。



上記は、気体と液体との間の体積熱伝導率である。
上記は、気体から液体への全体の熱伝導率である。
ｒｄｒｏｐｌｅｔ＝液滴の平均半径
ａｌｉｑｕｉｄ＝液体の割合
ｋｇａｓ＝気体の熱伝導率
ω＝回転速度
ｄＶ／ｄθ＝圧縮での変化／クランク角θでの膨張チャンバー容積

上記は、ヌセルト数である。
ａｇｒａｖｉｔｙ＝重力加速度
ρ＝密度
μ＝粘度
ｃｄｒａｇ＝水滴の抵抗係数（球体＝．４７）
上記は、プラントル数である。
式（５’，６’，７’）はまた、互い直列に配置された複数の膨張ステージの特性を決定するために用いられ得る。さらに後述の通り、式は、一つのステージによる出力された温度および圧力で、各ステージで解かれ得、それは連続するその次のステージに向けた式への入力として提供される。
加えて、マルチステージシステムにおける各ステージの特性を示す式（５’，６’，７’）は、個々のステージの構造および／または運転パラメーターを決定するために反復して解かれ得、それは互い直列に配置された場合の温度変化を表す。複数の膨張ステージに適用されるこれらの式の反復解法については、さらに後述される。
マルチステージ圧縮または膨張装置において質量流速、吸気圧力、および死容積が固定されている場合、圧縮／膨張ストロークの間の温度変化および圧縮率／膨張率は単一の自由パラメーターを表す。これは、一つを制御することで他も制御することである。したがって、各ステージを設計する際、式（５’）を用いて圧縮率／膨張率を選択することにより、圧縮または膨張ストロークの経過の間名目上は所望の温度変化がもたらされる。効果的な熱交換器を適切に選択することにより、各ステージが所望の温度変化を示すというように、マルチステージシステムを反復して設計することが可能となる。
式（５’）−（１６’）に関連して記載された種々の関係は、所定の膨張ステージに向けた出力を作り出すように利用され得る。具体的には、種々のタイプの式への入力は、膨張ステージにより経験された温度変化（ΔＴｇａｓ，ｆｉｎａｌ−ｉｎｉｔｉａｌ）と同様に、膨張ステージから排気された気体の温度および圧力（Ｔｇａｓ ｆｉｎａｌ，ｐｆｉｎａｌ）の形態において対応する出力を作り出す。
これらの出力（Ｔｇａｓ＿ｆｉｎａｌ１，ｐｆｉｎａｌ１）は同様に、式（５’，６’，７’）への最初の温度および圧力（Ｔｇａｓ＿ｉｎｉｔｉａｌ２，ｐｉｎｉｔｉａｌ２）を表す入力として提供され得、さらなる膨張のために膨張されたこの気体を受け取る次の膨張ステージの動作が計算される。ステージの圧力および温度の出力（Ｔｇａｓ＿ｆｉｎａｌ２，ｐｆｉｎａｌ２）は、第３の膨張ステージへの入力（Ｔｇａｓ＿ｉｎｉｔｉａｌ３，ｐｉｎｉｔｉａｌ３）として提供され得て、最終出力の温度および圧力（Ｔｇａｓ＿ｆｉｎａｌ３，ｐｆｉｎａｌ３）が作り出される。
計算において、システムの最初の温度および／若しくは圧力の値（Ｔｇａｓ＿ｉｎｉｔｉａｌ１，ｐｉｎｉｔｉａｌ＿１）、並びに／またはシステムの最終の温度および／若しくは圧力の値（Ｔｇａｓ＿ｆｉｎａｌ３，ｐｆｉｎａｌ３）は、あらかじめ決定され得る。例えば、入口気体の圧力および／または温度は、圧縮気体保存ユニットの最新の容積（後述の通り、圧縮気体が消費されるのに伴い変化し得る）により決定され得る。
他の例において、出口気体の圧力および／または温度は、排気される環境により決定され得る。例えば、海水面で外部環境に排気される空気は、１ＡＴＭ未満の出力圧力を有していなくてもよい。
他のファクターは計算を制約し得る。例えば、外気温での液体の水が熱交換に用いられる場合、一つのステージで経験される温度変化は、凍結を回避するために約１５℃よりも低くなり得ない。
加えて、マルチステージ圧縮システムにおける各ステージの特性を示す対応する式は、反復して解かれ得、互いに直列に配置された場合に実質的に等しい温度変化を示す個々のステージの設計または運転パラメーターが決定される。
各ステージが実質的に等しい温度変化を経験するコンディションを決定するように構成されたシステムは、コンピューター読み出し可能保存媒体と電気的に連結しているコントローラーを含み得る。それは、磁気的、光学的、および／または半導体の原理に基づき得る。このコンピューター読み出し可能保存媒体は、あるタスクを実行するためにプロセッサーを指示するように構成されたコードを保存する。
例えば、コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードは、計算に入力される最初の圧力および／または温度パラメーターをあらかじめ決定するようにコントローラーに指示し得る。コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードはまた、マルチステージシステム計算により出力される最終の圧力および温度パラメーターをあらかじめ決定するようにコントローラーに指示し得る。
コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードはさらに、各式への入力において存在するある変数をあらかじめ決定するようにコントローラーに指示し得る。例えば、これらのある変数は、圧縮の影響を受ける気体（例えば空気）の特性、および／または熱交換のために注入される液体（例えば水）の特性によりあらかじめ決定される。
コンピューター読み出し可能保存媒体に保存されたコードはさらに、各式への入力において存在する１または２以上の変数を決定するようにコントローラーに指示し得る。例えば、前の反復の結果は、特定の方法（方向、大きさ）で変化する入力変数を表し得、各ステージの所望の温度変化が作り出される。したがって、コンピューター読み出し可能保存媒体に存在するコードにより表現されるアルゴリズムに基づき、コントローラーは前の反復から入力の値を変化させ得る。共役勾配または最急降下といった標準的手法が用いられ得る。
実質的に等しい温度変化を示すステージのパラメーターを規定するための反復計算の良好な収束は、数的な分析手法に基づき決定され得る。このような解を得るためのこのような数的な分析の例は、限定されることなく、共役勾配、最急降下、レーベンバーグ−マルカート、ニュートン−ラフソン、ニューラルネットワーク、遺伝的アルゴリズム、または二分探索を含む。
ある態様によれば、式（５’−１６’）に基づく計算は、デザインプロセスの間実行され得、デザインのある不変パラメーターが固定される。他の態様によれば、前述の反復計算は、変化するコンディションを反映するように調整されたマルチステージシステムの特性により継続的に実行され得る。このような変化するコンディションの一例は、システムへの入口温度（Ｔｇａｓ−ｉｎｉｔｉａｌ）である。
具体的には、圧縮システムが一日中作動される場合、外の空気の温度は時間とともに変化し得る。この外の空気が圧縮への入口にある場合、その温度は時間とともに変化する（例えば、日中には温度が上昇し、夜間には低下する）。コントローラーは、この温度変化を検出し、計算への入力として提供するセンサーと電気的に連結し得る。コントローラーはまた、他の変化する特性の状態を検出する付加的なセンサーに連結し得る。
コントローラーは、気体圧縮システムの種々の要素と電気的に連結されていてもよい。計算結果に基づき、コントローラーは、等しい温度変化が異なるステージで維持されることを保証するようにシステム要素の運転を指示し得る。
例えば、ある態様において、コントローラーは圧縮チャンバーに気体を許容するのに関連するバルブを作動し得る。ある態様において、コントローラーは、膨張チャンバーからの気体を排気するのに関連するバルブ、および／または圧縮チャンバーに液体を流すのに関連するバルブを作動し得る。これらのバルブ要素の作動タイミングの制御は、個々のステージの圧縮率に影響を及ぼし得、その結果これらのステージにより経験される温度変化に影響を及ぼし得る。
式（１７’）は、Ｖｃｌｏｓｅｄに依存するＴｇａｓ＿ｆｉｎａｌを示す。
式（１８’）は、Ｖｃｌｏｓｅｄが圧縮率（ｒ）に関連して表され得ることを示す。
したがって、ステージの圧縮率は、圧縮ステージにより経験された温度変化の程度を決定し得る。このような圧縮率の制御は、いくつかの可能な方法で達成され得る。
一つのアプローチにおいて、圧縮率は、Ｖｃｌｏｓｅｄの制御により決定され得る。例えば、Ｖｃｌｏｓｅｄは、圧縮のためのチャンバーへの気体流入に関連するバルブの作動タイミングを介して制御され得る。
前述に類似した方法において、コントローラーは、気体圧縮システムの種々の要素と電気的に連結されていてもよい。計算結果に基づき、コントローラーは、等しい温度変化が異なるステージで維持されることを保証するようにシステム要素の運転を指示し得る。
例えば、ある態様において、コントローラーは、圧縮チャンバー内に気体を許容するのに関連するバルブを作動し得る。図６３Ａ−Ｃは、圧縮の場合におけるこのような入口バルブの作動の例を示す。具体的には、図６３Ａ−Ｂは、ピストン６３０６が圧縮前のストロークを経験する圧縮ステージ６３００を示し、図６３Ｃは、圧縮ストロークの最初の部分を示す。
図６３Ａは、下向きに動くピストン６３０６で閉じているバルブ６３１２、および圧縮のためのチャンバー内に気体を流動させるように開いているバルブ６３１０を示す。図６３Ｂにおいて、バルブ６３１０は、ピストンがＢＤＣに到達する前に気体の吸気を中止するように閉じられる。その結果、ピストンのストロークの後圧縮され得る気体量Ｖｃｌｏｓｅｄに制限される。図６３Ｃは、後の圧縮ストロークにおいて、気体量Ｖｃｌｏｓｅｄを圧縮するようにピストン６３０６が上向きに動くことを示す。
バルブ６３１０の閉鎖タイミングを調節することにより、シリンダー内で圧縮される気体の量が決定される。具体的には、図６３Ｂにおいてバルブ６３１０はピストンがＢＤＣに到達する前に閉められるため、圧縮のためのシリンダー内の気体の有効体積は制限され、ステージの圧縮率（ｒ）もまた制限される。
入口バルブ６３１０の作動タイミングは、コントローラーまたはプロセッサーにより調節され得る。したがって、図６３Ａ−Ｃは、コントローラー６３９６と電気的に連結しているようなバルブ６３１０の作動要素６３１１を示す。コントローラー６３９６は同様に、コンピューター読み出し可能保存媒体６３９４に電気的に連結され、それはバルブ６３１０の作動指示のための保存されたコードを有する。
圧縮モードにおける気体出口バルブの作動タイミングはまた、圧縮率を制御するように調節され得る。前述と同様の方法において、出口バルブの閉鎖は、圧縮チャンバー内でいくらかの残りの圧縮気体を保有するように調節され得る。その結果、圧縮のためのより多くの気体を吸気するように次のピストンストロークにおける（Ｖｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の完全な値未満にＶｃｌｏｓｅｄを低減させる。このようなバルブのタイミングはまた、圧縮率（ｒ）を低減するだろう。
前図に関連して前述されたのと同様の方法において、圧縮チャンバーに導入された液体はまた、圧縮率（ｒ）を変化させる役割を有し得る。中に水を含まないシリンダーは、ｒ＝Ｖｔｏｔａｌ／Ｖｃｌｏｓｅｄの圧縮率を有する。Ｖｗａｔｅｒの体積の水がシリンダーに導入されれば、圧縮率は、ｒ＝（Ｖｔｏｔａｌ−Ｖｗａｔｅｒ）／（Ｖｃｌｏｓｅｄ−Ｖｗａｔｅｒ）となる。このように、圧縮率は、Ｖｗａｔｅｒに依存する。
膨張機のパフォーマンスは、入力が制御パラメーターおよびセンサーデータを含み得、および出力がバルブ作動を含み得るアクティブ制御ループにより制御され得る。一態様において、制御入力は限定されることなく下記を含む。
Ｐｆ≡排気バルブの開口前まで膨張する最終の圧力
ΔＶｉ≡吸気の間の容積変化
ΔＶｅ≡排気後の容積変化
Ｓ≡クランクの回転速度（ＲＰＭ）
上記は、スプレーバルブが開かれた際のクランク角に等しい。
上記は、スプレーバルブが閉じられた際のクランク角に等しい。
Ｆ≡スプレーポンプの流速
センサーからの測定値は、限定されることなく下記を含む。
Ｐｉ≡入力圧力
ＰＯ≡出力圧力
上記は、ＴＤＣに関連するクランク角に等しい。
Ｔｉ≡平均入口温度
Ｔｆ≡平均排気温度
Ｗ≡膨張機による軸出力
一態様において、制御ループは下記の通り進行し得る。ＴＤＣからピストンが開始し、吸気バルブが開かれ、Ｐｉで気体を受け入れる。
ピストンがΔＶｉの容積を経験するまでピストンが動く際、吸気バルブは、開いたままである。これは、測定されたクランク角、並びに公知のピストンおよび連結機構の大きさより計算され得る。
この時点で、吸気バルブは閉じられ、気体は膨張し、シリンダー内の圧力が低下するにつれてピストンで仕事が行われる。シリンダー内の圧力がＰｆ以下に低下したとき、排気バルブが開けられる。これは、ＢＤＣの前、またはＢＤＣにおいて起こり得る。
排気バルブは、ＴＤＣ前のΔＶｅまで（測定されたクランク角から計算され得る）開いたままであり、ＴＤＣのとき排気バルブが閉じられる。ピストンはＴＤＣまで動き続け、サイクルは繰り返される。
スプレーは、この制御ループで制御され得る。いくつかの態様において、液体は、シリンダーに継続してスプレーされるのみである。
ある態様において、スプレーは、サイクルの一部の間ソレノイドバルブといった制御可能なバルブにより起動され得る。例えば、スプレーは、ＴＤＣからはクランク角Ａからクランク角Ｂまで変えられ得る。Ａは、０°，５°，１０°，４５°，９０°，１２０°，１８０°，２００°，２４０°，２７０°であってもよい。Ｂは、１８０°または３６０°であってもよく、これに２０°またはそれ以上プラスまたはマイナスしてもよい。
スプレーノズルへの圧力または流速は、制御され得る。これは例えば、スプレーポンプに接続された可変周波数駆動を制御することによりなされ得る。
システムの回転速度は、制御され得る。これは例えば、ピストンと機械的に連結している発電機における負荷を変化させることによりなされ得る。
運転コンディションに連動している制御入力パラメーターは、限定されることなく最終温度（Ｔｆ）または軸動力（Ｗ）を含む、特定の結果を導く。制御入力パラメーターと出力との間の関係は、物理的原理からモデル化され得、および／またはそれは制御されたテストの間測定され得、マップが作られる。このマップは、スムースな多次元サーフェス（ａ ｓｍｏｏｔｈ ｍｕｌｔｉ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）に近似するために内挿される。
膨張機の作動の間、特定の需要に合致するための特定の電力（Ｗ）の出力といった、ある目標となるパフォーマンスを達成することが求められ得る。作られたマップは、運転のための初期設定の制御値に到達するように用いられ得る。
運転の間、所望のパフォーマンスパラメーター（この場合、Ｗ）が測定される場合、マップの勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）は、測定値と目標値との間の差を低減または最小化する方向に制御パラメーターを変えるように用いられ得る。目標となるパフォーマンスの指標の例は、限定されることなく、出力、効率性（測定値から計算される）または他の指標の加重和を含む。
ある態様は、Ｔｆ＞Ｔｍｉｎといった制約に影響を受けるＴｉ−Ｔｆを最小化する指標を利用し得る。これは、液体の凝固点より高い温度を維持する間、膨張機からの高い効率性を得るように利用され得る。
制御ループを利用する膨張機のパフォーマンスは前述で記載されたが、本発明はこれらの特定の態様に限定されない。他の態様によれば、コンプレッサーのパフォーマンスは、入力が制御パラメーターおよびセンサーデータを含み得、および出力がバルブ作動を含み得るアクティブ制御ループにより制御され得る。
一態様において、制御入力は、限定されることなく下記を含む。
ΔＰｆ≡排気バルブが開く前のシリンダー内の最終圧力と排気バルブの他方の側における圧力（Ｐｏ）との間の差
ΔＰｉ≡吸気バルブが開く前のシリンダー内の最初の圧力と吸気バルブの他方の側における圧力（Ｐｉ）との間の差
ΔＶｉ≡吸気の間の容積変化
ΔＶｅ≡吸気後の容積変化
Ｓ≡クランクの回転速度（ＲＰＭ）

上記は、スプレーバルブが開いているときのクランク角に等しい。

上記は、スプレーバルブが閉じているときのクランク角に等しい。
Ｆ≡スプレーポンプの流速
センサーからの測定値は、限定されることなく下記を含む。
Ｐｉ≡入力圧力
Ｐｏ≡出力圧力
上記は、ＴＤＣに対応するクランク角に等しい。
Ｔｉ≡平均吸気温度
Ｔｆ≡平均排気温度
Ｗ≡膨張機による軸出力
態様において、制御ループは下記のように進行し得る。ピストンがＴＤＣで始まりシリンダー内の気体がある圧力Ｐでは、ピストンはＢＤＣの方に動き始める。
圧力がＰｉ−ΔＰｉよりも下回ると、吸気バルブが開かれる。これは、ＴＤＣの前またはＴＤＣの時であってもよい。
吸気バルブが閉められる時、ピストンがＢＤＣの方へ動く。ピストンヘッドがＴＤＣの方に戻るにつれて、シリンダー内の圧力は上昇しつつピストンは気体を圧縮する。
シリンダー内の圧力がＰｏ−ΔＰｆよりも高くなったときに、排気バルブは開かれる。これは、ＴＤＣの前またはＴＤＣの時であってもよい。
排気バルブがＴＤＣの前のΔＶｅまで（測定されたクランク角から計算されるように）開いたままになっており、ＴＤＣのときに排気バルブが閉められる。ピストンはＴＤＣの方に動き続け、サイクルは繰り返される。
スプレーはこの制御ループで制御され得る。いくつかの態様において、液体はシリンダーに継続的にスプレーされるのみである。
ある態様において、スプレーは、サイクルの一部の間（例えば、ソレノイドバルブといった制御可能なバルブによって）起動され得る。例えば、スプレーは、ＴＤＣからはクランク角Ａからクランク角Ｂまで変えられ得る。Ａは、０°，５°，１０°，４５°，９０°，１２０°，１８０°，２００°，２４０°，２７０°であってもよい。Ｂは、１８０°または３６０°であってもよく、それに２０°またはそれ以上プラスまたはマイナスしてもよい。
スプレーノズルへの圧力または流速は、例えばスプレーポンプに接続された可変周波数駆動を制御することにより、制御され得る。システムの回転速度は、例えばピストンと機械的に連結された発電機への負荷を変化させることにより、制御され得る。
運転条件と連動した入力パラメーターの制御は、最終温度（Ｔｆ）または軸動力（Ｗ）といった特定の結果をもたらす。制御入力パラメーターと出力との間の関係は、物理的原理からモデル化され得、またはそれは制御された試験の間測定され得、マップが作り出される。このマップは、スムースな多次元サーフェス（ａ ｓｍｏｏｔｈ ｍｕｌｔｉ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）に近似するために内挿され得る。
コンプレッサーの運転の間、特定の需要に合致するための特定の電力（Ｗ）の出力といった、ある目標となるパフォーマンスを達成することが求められ得る。上述の作られたマップは、装置の作動のための初期設定の制御値に最初に到達するよう用いられ得る。
運転の間、所望のパフォーマンスパラメーター（この場合、Ｗ）が測定されると、マップの勾配は、測定値と目標値との間の差を低減または最小化する方向に制御パラメーターを変えるように用いられ得る。目標となるパフォーマンスの指標は、出力、効率性（測定値から計算される）であってもよい。他の指標は、他の指標の加重和であってもよい。
他の指標は、Ｔｆ＞Ｔｍｉｎといった制約に影響を受けるＴｉ−Ｔｆを最小化し得る。この指標は、液体の沸点より低い温度を維持する間膨張機からの高い効率性を得るように利用され得る。
したがって、ステージの圧縮率は、圧縮ステージにより経験される温度変化の程度を決定し得る。このような圧縮率の制御は、いくつかの可能な方法において達成され得る。
一つのアプローチにおいて、圧縮率は、Ｖｃｌｏｓｅｄを制御することにより決定され得る。例えばＶｃｌｏｓｅｄは、圧縮のためのチャンバー内への気体流入に関連するバルブの作動タイミングを介して制御され得る。
コントローラーは、気体圧縮システムの種々の要素と電気的に連結し得る。反復計算の解の結果に基づき、コントローラーは、異なるステージで等しい温度変化が維持されることを保証するようにシステム要素の運転を指示し得る。
例えば、ある態様において、コントローラーは圧縮チャンバーに気体を許容するのに関与するバルブを作動し得る。図６３Ａ−Ｃは、圧縮の場合のこのような入口バルブの作動の例を示す。具体的には、図６３Ａ−Ｂは、ピストン６３０６が圧縮の前にストロークを経験する圧縮ステージ６３００を示し、図６３Ｃは、圧縮ストロークの初期部分を示す。
図６３Ａは、下方に動くピストン６３０６で閉じられたバルブ６３１２および圧縮のためのチャンバーに気体を流入させるように開かれたバルブ６３１０を示す。図６３Ｂにおいて、バルブ６３１０はピストンがＢＤＣに到達する前に気体の吸気を中止するように閉められる。その結果、次のピストンのストロークにおいて圧縮され得る気体量Ｖｃｌｏｓｅｄに制限される。図６３Ｃは、次の圧縮ストロークにおいて、ピストン６３０６が気体量Ｖｃｌｏｓｅｄを圧縮するように上方に動くことを示す。
バルブ６３１０の閉鎖タイミングを調整することにより、シリンダー内で圧縮される気体の量が決定される。具体的には、図６３Ａにおいてバルブ６３１０はピストンがＢＤＣに到達する前に閉められるため、圧縮のためのシリンダー内の気体の有効容積は制限され、ステージの圧縮率（ｃｒ）もまた制限される。
入口バルブ６３１０の作動タイミングは、コントローラーまたはプロセッサーにより調節され得る。したがって、図６３Ａ−Ｃは、コントローラー６３９６と電気的に連結しているようなバルブ６３１０の作動要素６３１１を示す。コントローラー６３９６は同様に、コンピューター読み出し可能保存媒体６３９４と電気的に連結しており、バルブ６３１０の作動指示のための保存されたコードを有する。
圧縮モードにおける気体出口バルブの作動のタイミングはまた、圧縮率を制御するために調節され得る。上述と同様の方法において、出口バルブの閉鎖は、圧縮チャンバー内にいくらかの残りの圧縮ガスを保持するように調節され得、圧縮のためにより多くの気体を吸気するように次のピストンストロークにおける（Ｖｄｉｓｐ）の全体の値よりも低い値にＶｃｌｏｓｅｄを低下させる。このようなバルブのタイミングはまた、圧縮率（ｃｒ）を低減させるだろう。
前述の図と関連して記載された前記と同様の方法において、圧縮チャンバーに導入された液体はまた、圧縮率（ｃｒ）を変えるよう機能し得る。中に水を含まないシリンダーは、ｃｒ＝Ｖｔｏｔａｌ／Ｖｃｌｏｓｅｄの圧縮率を有する。ある体積の水Ｖｗａｔｅｒがシリンダーに導入されると、圧縮率は、ｃｒ＝（Ｖｔｏｔａｌ−Ｖｗａｔｅｒ）／（Ｖｃｌｏｓｅｄ−Ｖｗａｔｅｒ）となる。このように圧縮率は、Ｖｗａｔｅｒに依存する。
上述のアプローチは、バルブ（入口／出口）のタイミングおよび／または液体注入の調節を利用した容積制御により圧縮率および／または膨張率を制御することに焦点を合わせた。しかしながら、これは本発明により必須とされず、他の態様は、圧縮率または膨張率に影響を及ぼす他の要素を調節することにより温度の制御を成し遂げ得る。
例えば、圧縮率または膨張率を変化させる他の技術は、機械的アプローチを利用し得る。このようなアプローチの例は限定されることなく、ピストンストロークの長さを変えること、またはチャンバーの死容積を変化させるようにプランジャーを操作することを含む。
所定のステージで生じる温度変化は、そのステージの速度を変化させることにより制御され得る。例えば、より低圧のステージは、等しい速度ならびに気体および液体の質量流速でのより高圧のステージよりも小さいΔＴを示し得る。
速度を増加させることおよび同じファクターにより排気量を低減させることは、等しい質量流速を与えるが（例えば、後のステージに対抗する）、より高いΔＴを与えるだろう。このようなステージのサイズは縮小され、コストが抑えられるだろう。
各ステージは、独立したクランク間または各ステージの可動部材を作動する他の連結機構間の、固定のギヤ比または可変のギヤ比のどちらか一方で、異なる速度で稼働し得る。あるいは、独立したモーター／発電機が各ステージまたはステージのグループに提供され得る。
１以上の速度が独立して制御可能であれば、これらの速度は、所望の作動パフォーマンスを達成するように動的に調節され得る。圧縮率／膨張率およびΔＴの値を制御するパラメーターを動的に調節する一つの方法は、加重入力（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｎｐｕｔｓ）の機能を利用することである。
ある態様において、これらの入力は限定されることなく、吸気圧力といった生のセンサーデータ、排気圧力、吸気温度、排気圧力、液体流速、気体流速、保存タンク圧力、およびモーター／発電機へのまたはモーター／発電機からの測定された電力を含み得る。これらの入力は、生のセンサーデータ、および電力需要の要求といった他のソース、ユーザの入力パラメーター、予想されるΔＴ、および予想される効率性に基づき算出される値を含み得る。
本発明により実質的に等しい温度変化を経験する圧縮または膨張の複数ステージを有する発明の態様は、いくつかの潜在的な利点を示し得る。一つの潜在的な利点は、システムの効率性を最大化する能力である。
上述の通り、圧縮および膨張は、最小の熱的ロスおよび最大の効率性で進行する。それらは、等温近くのコンディションで生じる。複数ステージにわたるこのような圧縮または膨張を効率良く実行するための装置の構造の問題は、各ステージで温度変化を同等にするよう要求することで単純化される。所定のこのコンディションで、マルチステージシステムの他の要素は、この一定の温度変化を最小化するように設計され得る。
さらに、効率的な作動に好ましい等温近くのコンディションを達成するために、マルチステージシステムの各ステージは、エネルギーを交換するように熱源または熱シンクと熱連通している。圧縮を実行するステージの場合、ステージは、加熱された気体から熱エネルギーを伝導させるためにヒートシンクと熱連通している。膨張を実行するステージの場合、ステージは、冷却された気体に熱エネルギーを伝導させるために熱源と熱連通している。
図６４Ａは、ステージ６４０２、６４０４および６４０６が異なる温度変化を示すように期待されるマルチステージシステム６４００のケースを示す。確実におよび効率良く熱エネルギーの必要量を交換するために、図６４Ａのシステムは通常、各ステージで異なる熱交換器６４０８，６４１０および６４１２を採用するだろう。さらに、循環する液体は異なる温度であるため、独立した循環システム（ポンプを含む）が、各々の熱交換器と関連する熱容量を有する各々の熱源またはシンクとの間で用いられるだろう。
しかしながら、各ステージが実質的に等しい温度変化を示すよう期待される場合、より単純な熱交換器のデザインが用いられ得る。図６４Ａは、このようなシステム６４５０を示し、そこでは、各ステージ６４５２、６４５４および６４５６が同じタイプのシェルチューブ型熱交換器６４５８と熱連通している。さらに、各熱交換器は各ステージで同量の熱エネルギーを交換するよう期待されるため、これらの熱交換器はシングルポンプ６４６０および熱シンクまたは熱源を有する一般的な循環システムをすべて共有し得る。このような構成は好ましく複数のポンプおよび流体導管ループの使用を排除し、その結果システムの複雑性および費用を軽減させる。
上述の通り、本発明による圧縮ガスシステムの要素は、図６５に一般的に記載されるように、１または２以上の連結機構を介して他の構造体と接続していてもよい。圧縮気体エネルギーシステム６５００と外部の要素との間のこのような連結機構は、機械式連結機構、液圧式連結機構、磁気的連結機構、電磁的連結機構、電気式連結機構または空気式連結機構といった物理的連結機構６５０２を含み得る。
本発明によるシステムの態様間の他の可能なタイプの連結機構は、熱的連結機構６５０４を含み、それは液体、気体または固体材料用の導管、導管、ポンプ、バルブ、スイッチ、再生器、および直交流熱交換器を含む熱交換器を備え得る。
図６５にさらに示されるように、本発明によるシステムの態様と外部の要素との間の他の可能なタイプの連結機構は、流体連結機構６５０６および通信連結機構６５０８を含む。前者の例は、気体相または液体相における材料の流動を含み、導管、バルブ、ポンプ、容器、アキュムレーター、ボトル、スプレー、および他の構造体を含み得る。
通信連結機構の例は、有線または光学的なファイバー連結機構６５１０ａおよび無線の通信ネットワーク６５１０ｂを含み、それは局地的に機能するか、または広い地域にわたって作動する。本発明の態様による使用に適し得る通信ネットワークの例は限定されることなく、イーサネット（登録商標）、ＣＡＮ、ＷｉＦｉ、ブルートゥース、ＤＳＬ、専用マイクロ波リンク、ＳＣＡＤＡプロトコル、ＤＯＥ’ｓ ＮＡＳＰＩｎｅｔ、ＤｏＤ’ｓ ＳＩＰＲＮｅｔ、ＩＥＥＥ８０２．１１，ＩＥＥＥ ８０２．１５．４，フレームリレー，非同期転送モード（ＡＴＭ），ＩＥＣ １４９０８，ＩＥＣ ６１７８０，ＩＥＣ ６１８５０，ＩＥＣ ６１９７０／６１９６８，ＩＥＣ ６１３３４，ＩＥＣ ６２０５６，ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．ｈｎ，ＳＯＮＥＴ，ＩＰｖ６，ＳＮＭＰ，ＴＣＰ／ＩＰ，ＵＤＰ／ＩＰ，高度メータインフラストラクチャおよびスマートグリッドプロトコルを含む。
所定の圧力である量の空気に存在する保存された仕事量および図６５のシステム６５００に保存された仕事量は、下記のように計算され得る。
値Ｗ／Ｖ０は、保存容器において単位体積当たり保存された仕事量を示す。これは、保存エネルギー密度である。このエネルギー密度は、下記の式を利用して決定され得る。

Ｗ＝保存された仕事
Ｖ０＝保存ユニットの容積
Ｐα＝開システムにおける外気圧、または閉システムにおける低い圧力
Ｐ０＝タンクにおける圧力
リットル（Ｌ）を単位にした容積からの、および気圧（ａｔｍ）を単位にした圧力からのこのエネルギー密度の表現は、換算係数の使用を要する。

Ｗ＝保存された仕事（ジュール）
Ｖ０＝保存ユニットの容積（Ｌ）
Ｐａ＝開システムにおける外気圧、または閉システムにおける低い圧力（ａｔｍ）
Ｐ０＝タンクにおける圧力（ａｔｍ）
したがって、標準的なコンディション下では下記の通りである。
Ｖ０＝１Ｌ
Ｐａ＝１ａｔｍ
Ｐ０／Ｐα≡ｒ

Ｗ／Ｖ０の逆数は、所定のエネルギー量を保存するために必要とされるタンクの容積を示す。この式は、下記に従ってＬ／ｋＷ・ｈを単位として表現され得る。

１ジュール＝１Ｗ・ｓ
３６００ジュール＝１Ｗ・ｈ
３６００キロジュール＝１ｋＷ・ｈ
これは、所定の典型的な圧力で下記の結果をもたらす。
効率性の結果は、下記のように上記の式の代替としてもたらされる。
ｅ＝システムの一方向の効率性
したがって、０．８の効率性（ｅ）で３００ａｔｍの保存圧力（Ｐ０）から、１ａｔｍの最終圧力（Ｐａ）に圧縮された空気を回収するシステムにおいて、値Ｖ０／Ｗ＝３１．４５（Ｌ／ｋＷ・ｈ）である。
本発明の態様によるシステムの、圧縮気体の形態で保存されたエネルギーを早急に回収する能力は、種々の役割に潜在的に適するこのようなシステムを提供し得る。いくつかのこのような役割は、１または２以上のエンドユーザに電力を供給するのに関連するネットワーク内でのエネルギーシステムの配置を含む。このようなネットワークはまた、電力グリッドとして後述で言及される。
文献“Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｇｒｉｄ：Ｂｅｎｅｆｉｔｓ ａｎｄ Ｍａｒｋｅｔ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｇｕｉｄｅ：Ａ Ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ＤＯＥ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｐｒｏｇｒａｍ”（Ｊｉｍ Ｅｙｅｒ＆Ｇａｒｔｈ Ｃｏｒｅｙ，レポートＮｏ．ＳＡＮＤ２０１０−０８１５，サンディア国立研究所，２０１０年２月）は、全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
図６６は、電力の生成、送電、分配および消費のためのネットワークの実施態様の全体的な説明を示す。図６６に示される態様は、実際の電力ネットワークを実質的に簡略化したものを表し、本発明を限定するように理解されるべきではない。
電力分配ネットワーク６６０１は、送電層６６０４と電気的に接続している発電層６６０２を備える。送電層からの電力は、分配層６６０５を介して、消費層６６０８の個々のエンドユーザ６６０６に到達するように流される。電力分配ネットワークのこれらの各層は同様に記載される。
発電層６６０２は、ネットワークへのバルク量での電力を作り出すのに関連する複数の個別の発電資産６６１０ａ，６６１０ｂを備える。このような発電資産６６１０ａ、６６１０ｂの例は、石炭火力発電所、天然ガス火力発電所、石油火力発電所といった化石燃料を燃焼させる従来型の発電所を含み得る。従来型の発電所の他の例は、化石燃料を燃焼させない水力発電所および原子力発電所を含む。発電資産のさらなる他の例は、例えば自然の温度差を利用するもの（例えば、地温勾配および海洋深度による温度勾配）、風力タービン、または太陽エネルギー捕集装置（例えば、太陽電池（ＰＶ）アレイおよび太陽熱発電所）といった他のエネルギー源を含む。
発電層の資産は概して、送電層に比して相対的に低い電圧（＜５０ｋＶ）で交流電流の形態で電力を送る。この電力はその後、ルーティングのために送電層に送られる。具体的には、発電資産と送電層との間の接続部分はこの先、バスバー６６１２として言及される。
送電層は、送電ライン６６２２に沿って種々のポイントに設置された各々の変圧器要素６６２０ａおよび６６２０ｂを備える。昇圧器６６２０ａは、発電資産および対応するバスバーに隣接して設置され、送電ラインでの効率的な送電のために電圧を上げる役割を有する。送電層に存在する電圧の例は、数百ｋＶのオーダーであってもよい。
送電ラインのもう一方の端で、降圧器６６２０ｂは、最終的にはエンドユーザへの分配のために電圧を下げる役割を有する。送電層の降圧器による出力は低い数十ｋＶの電圧範囲であってもよい。
図６６は、高度に簡略化された形態での送電層を示し、電力の送電は実際には、送電変電器６６６５により画定されるステージで、異なる電圧でのいくつかのステージを利用して行われ得る。このような送電変電器は、送電ライン６６２２と第二送電ライン６６６３との間の接続部分に存在し得る。
分配層は送電層から電力を受け取り、その後この電力をエンドユーザに運ぶ。いくらかのエンドユーザ６６０６ａは、第一の変電器６６３０ａから相対的に高い電圧を直接受け取る。第一の変電器は、電圧を例えば１２，０００Ｖといった第一の分配電圧にさらに下げる役割を有する。
他のエンドユーザは、第二の変電器６６３０ｂからより低い電圧を受け取る。フィーダーライン６６３２は第一の変電器を第二の変電器に接続し、さらに、第一の分配電圧をメーター６６３４でエンドユーザに送られる最終の電圧に下げる。このような最終の電圧の一例は、１２０Ｖである。
図６６は、電力の生成、送電、分配、および消費において用いられ得る電力ネットワークの物理的要素の概要を提供する。それは、公共インフラストラクチャーの重要な部分を形成し、多数の区別し得る地理的および政治的な団体からの協力を必要とするため、このような電力ネットワークは（地域の、国家の、国際的な）多くのレベルで高度に調整される。
したがって図６６はまた、異なる監督官庁による種々のネットワーク要素の規制を区分するための骨組みを提供する。例えば、電力ネットワークの要素は、電力ネットワークの発電層、送電層、分配層、または消費層の資産としての区分に基づき規制され得る。このような規制区分は、電力ネットワーク内で一体化されているエネルギー保存システムの特性を決定するのに重要な役割を果たし得る。
本発明のある態様によれば、圧縮気体システムは電力供給ネットワークの発電層内で統合され得る。ある態様において、圧縮気体から回収されたエネルギーは、短い期間安定した電力を供給し得る。いくつかの態様において、圧縮気体から回収されたエネルギーは、ウィンドファームといった再生可能なエネルギー源を含む発電資産からの可変の出力を平準化または均等化するように電力を供給し得る。
図６６の電力ネットワークの発電層の種々の資産は、作られるべき電力の種類の観点から分類され得る。例えば、ベースロード発電資産は典型的には、最も安価でエネルギーを作り出すように構成された装置を備える。このようなベースロードパワー発電資産は概して、最も高い効率性および経済性を提供するために全力で連続的に運転される。典型的なベースロード発電資産の例は、原子力発電所、石炭発電所または石油火力発電所といった大型の発電所を含む。
負荷追従発電資産は概して、例えばオン／オフにされることによりまたは増強若しくは低減された能力で運転することにより、時間の経過とともに変化する需要に対応可能な装置を備える。このような負荷追従発電資産の例は、限定されることなく蒸気タービン発電所および水力発電所を含む。
負荷追従発電資産は、最低３０分前の事前通知で、変化する需要に合致するために付加的な電力を提供するように要求され得る。負荷追従発電資産は典型的には全力で継続的に運転しないため、それらは非効率的に機能し、それらの電力は概してベースライン発電資産から得られる電力よりも高価となる。
発電資産の第３のタイプは、ピーク発電資産である。ピーク発電資産は、最も高いレベルの需要に合致するように断続的に利用される。ピーク発電資産は、比較的間際の通知で運転することができるが、効率性は低減されそれに対応してより高価となる。天然ガスタービンは、ピーク発電資産として典型的に用いられる装置の一例である。他の例は、ディーゼル発電機である。
それらは比較的間際の通知で電力を供給することができるが、ピーク発電資産でさえも電力ネットワークの需要に合致する必要な量および質の電力を作り出し得る前にいくらかのリードタイムを要する。このような電力の質の要件の例は、所定の許容範囲内での電圧の持続、および出力の頻度をすでにネットワークに存在する頻度に同調させる必要性を含む。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムの態様は過去に、米国特許仮出願第６１／２２１，４８７号明細書、米国特許仮出願第６１／２９４，３９６号明細書、および米国特許出願第１２／６９５，９２２号明細書で記載されており、この出願は全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。米国特許仮出願第６１／３５８，７７６号明細書（代理人整理番号８００ＫＴ−００１３００ＵＳ）も全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
このような圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一つの潜在的な特徴は、比較的安定した形態で保存されたエネルギーを提供するように間際の通知で利用できることである。具体的には、圧縮気体は、大きな容積を有する保存ユニット内で高められた圧力で維持され得る。このような保存構造体の例は限定されることなく、タンク、廃鉱若しくは油井といった人工の構造物、または洞窟、岩塩ドーム、若しくは他の多孔質の地物といった自然発生した地質学的な構造物を含む。
需要に応じて、圧縮気体の形態で保存されたエネルギーは、保存ユニットと膨張機装置との間の流体連通をもたらすように気流バルブを作動することにより利用可能とされ得る。この単純なバルブ作動により、圧縮気体におけるエネルギーは機械的または電気的な形態に早急に変換され得る。
例えば、後述のようにチャンバー内での圧縮気体の膨張は、それに配置されたピストンを駆動する役割を有し得る。ピストンは電力を作り出すように発電機と機械的に連結し得る。このような構成により、安定的な電力が早急に作り出され得る。燃焼エンジンのウォームアップ時間が無いという性質が要求されるためである。空気中のエネルギーは即座に利用可能であり、全電力を供給するようにシステムの慣性を克服することのみを必要とする。それは数秒で十分である。
圧縮気体の形態で保存されたエネルギーのこのような即座の利用可能性は、燃焼型装置とは著しく対照的であり、そこでは安定的な出力はマテリアルの複数の流動の調節により成し遂げられ得るのみである。例えば、天然ガスタービンの安定的な運転は、空気および天然ガスの流動を正確に制御することにより、これらの流動を混合することにより、および実質的に変化しないコンディション下で混合物を燃焼させることによりなされ得るのみである。安定的で確実な出力を作り出すためのガスタービンの運転はまた、燃焼により生じる熱の注意深い管理を必要とし、回転するタービン翼の形態での機械的エネルギーに変換された膨張気体が作り出される。
実行するよう要求される特定の役割に依存して、発電資産はあるパフォーマンス特性で運転し得る。このようなある特性は、図６２の表に記載される。
ある実施態様によれば、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、発電資産に物理的に併設され得、一般的なバスバーを介して電力ネットワークと電気的に連結し得る。あるいは、発電資産ならびにエネルギー保存および回収システムは同様の送電ラインを介して電力ネットワークと電気的に連結し得る。
本発明による圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、事実上可変である再生可能なエネルギー源の出力を均等化するように電力ネットワークの発電層に組み込まれ得る。例えば、風力タービンの出力は、吹いている風の量により規定される。風速は比較的短期間で上がったり下がったりし、それに対応して出力が上がったり下がったりする。同様に、太陽エネルギー捕集装置の出力は、利用可能な太陽光の量により規定され、それは雲量といった要因に依存して比較的短時間で変化し得る。
しかし従来、電力ネットワークは、石炭燃料発電所といったエネルギー源に依存してきた。それは実質的に一定であり、時間的に制御可能である出力を提供する。再生可能なエネルギー源と電力ネットワークにより伝統的に依存されたエネルギー源との間のこの違いは、事実上断続的および／または可変であるソーラーパワーおよび風力といった再生可能なエネルギー源の採用に障壁をもたらし得る。
それゆえ、本発明の圧縮気体エネルギー保存および回収システムの態様は、電力ネットワークへの出力を均等化するために、再生可能なエネルギー源と組み合わされ得る。図６７は、このような均等化機能の簡略図を示す。
例えば、図６７の時間において、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、再生可能な他のエネルギー源の可変出力と固定値Ｚとの間の差を補うのに十分な出力を提供する。この固定値は例えば、発電資産の所有者とネットワーク運営者との間の契約の期間に基づき決定され得る。
さらに、図６７の点Ｂで始まる時間において、再生可能な発電資産により提供されるエネルギーは、例えば風の完全喪失または接近する暴風雨前線に基づき急激に落ち込む。このような状況下では、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、Ｂより先の時間、エネルギーを供給するように構成され得る。それは、他の発電資産がより長い時間にわたって置換エネルギーの範囲に増やされ得るまでである。
ある態様において、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、増強プロセスを始めるために置換発電資産に情報を伝達するように構成され得る。このような情報は、インターネットまたはスマートグリッドといった広域ネットワークにより伝達され得、そこでは圧縮気体エネルギー保存および回収システムは置換発電資産と物理的に併設されない。
具体的には、圧縮気体エネルギー保存および回収システムの態様の電力ネットワークへの組み込みはまた、図６６に示される。ある態様によれば、圧縮気体エネルギー保存および回収システム６６４０ｂは、電力発電資産６６１０ａまたは６６１０ｂとして同じ送電ラインに配置された発電層に組み込まれ得る。他の態様において、本発明による圧縮気体エネルギー保存および回収システム６６４０ａは、場合によっては同様のバスバーの後方に、電力発電資産と物理的に併設され得る。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムを電力発電資産とともに設置することは、ある利益をもたらし得る。一つのこのような潜在的な利益は、より効率的な作動を許容することにより得られる費用の優位性である。
例えば、ある態様において、圧縮気体エネルギー保存および回収システムのコンプレッサー要素は、物理的連結機構６６４１を介して電力発電資産の可動部材と物理的に連結し得る。前述のように、特定の態様において、ガスタービンまたは風力タービンの回転翼は、機械的、液圧的、または空気圧的連結機構を介して圧縮気体エネルギー保存および回収システムのコンプレッサーと物理的に連結し得る。
このような連結機構によりもたらされる直接的な物理的連結により、電力はこれらの要素間をより効率的に移動し得る。それにより、動力の電気的な形態への変換に関連するロスを回避できる。この方法において、運転されるガスタービンまたは風力タービンからの動力は、出力の均等化または増強カバレッジの役割において、後の回収のための圧縮気体を保存するように利用され得る。
さらに、圧縮気体エネルギー保存および回収システムの発電資産との併設は、エネルギー流動の他の形態間の効率的な連結をもたらし得る。例えば、エネルギー保存システムのある態様は、熱リンク６６４２を介して、併設された発電資産と熱連通し得る。いくつかの態様において、圧縮気体エネルギー保存システムによる圧縮気体の膨張の効率性は、発電資産から接続されている熱を利用して亢進され得る。
この方法において、太陽熱発電所からの廃熱は、エネルギー保存システムのチャンバーにおける気体膨張を増強するように活用され得る。ある環境下において、システムと太陽熱発電所は併設され得る。他の態様において、圧縮気体は、引き延ばされた導管を介して発電資産にもたらされ得る。
エネルギー保存システムを発電資産と併設することはまた、液体タンク６６４４を介したこれらの要素間での実際の液体連通を提供し得る。例えば、エネルギー保存システムがガスタービン発電機と併設される場合、液体リンクは、システムにより保存された圧縮気体が燃焼のためのこのようなガスタービンに直接流されることを許容し、それによりガスタービン運転の効率性が向上する。
エネルギー保存システムを電力発電資産と併設することにより実現され得る他の可能性のある利点は、従来の装置を活用しないでできるということである。例えば、従来の発電資産は典型的には、すでに機械的エネルギーを電力に変換するための発電機を含む。本発明による圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、気体膨張からの動作を電力に変換するための同様の発電機要素を利用し得る。同様に、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、電力をネットワークに伝えるために、電力発電資産の従来のネットワーク（バスバー）との連結を利用し得る。
ネットワークの発電層におけるバスバーの後方にエネルギー保存システムを設置することにより実現され得るさらにもう一つの可能性のある利点は、規制制度の結果もたらされる形態である。発電層の一端として、エネルギー保存システムのネットワークとの接続は、比較的単純であり限られている。具体的には、エネルギー保存システムは単一の接続部分を介してネットワークと接続し、その強度および接続部分を介した電力の流れの方向は、発電機およびエネルギー保存システムの期待される運転に基づくだろう。
エネルギー保存システムを電力発電資産と併設することはさらに、２つの要素間の協調的な動作を促進し得る。具体的には、圧縮気体エネルギー保存システム６６４０ａと、併設された発電資産との間の接続リンク６６５０は事実上局地的であってもよく、それゆえにより大きなエリアネットワークよりも潜在的に速く、確実である。
エネルギー保存システムと発電資産との間のこのような近接は、保存システムからネットワークに出力される電力と、発電資産からネットワークに出力される電力との間のシームレスな移動を促進する一助となり得る。出力を均等化する役割において、エネルギー保存システムと他の断続的なエネルギー源との間の近接近は、即座に変化するコンディションにおいて力を作り出すために保存システムによる早急でスムースな介在を促進し得る。
ある状況下では所望されるが、本発明による圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、電力発電資産と物理的に併設されることを必要としない。具体的には、インターネットといった広域ネットワークにおける通信の高められた信頼性は、ネットワークの異なる要素間の近接近の必要性を低減させた。
したがって、図６６はまた、電力発電資産６６１０ａとして同じ送電ラインに置かれた圧縮気体エネルギー保存および回収システム６６４０ｂの実施態様を示す。システム６６４０ｂおよび電力発電資産６６１０ａは、有線または無線のネットワークリンク６６５７と効果的に連結し得る。
例えば、本発明の態様による圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一つの潜在的な役割は、ガバナーレスポンスメカニズムを提供することである。それは、別な点で他のエネルギー源のある形態から不足している。具体的には、（蒸気タービンといった）液体の流れを伴う従来の電力発電機は、発電機の測定速度を液流バルブとリンクさせるガバナー装置を含む。ガバナーは、ネガティブフィードバックを提供する形で運転され得、例えば、操作速度が遅すぎるときには液流を促進するようにバルブを開け、操作速度が速すぎるときには液流を制限するようにバルブを閉める。
このような発電機は、自動発電制御（ＡＧＣ）能を有するように設計され得る。振動数、電圧を安定化するように、または他の補足的な目的のために付加的な力が必要とされる場合、ＡＧＣにより、出力における増加または減少を要求するシステムオペレーターからのメッセージがガバナーに直接的に転送され得る。このシグナルは、ガバナー自体の速度および他のコンディションの決定に先んじる。
しかしながら、ある電力発電資産は、本来備わっているＡＧＣ能を欠く。例えば、風力タービンによる出力量は、風によるタービン翼の回転速度に基づく。このような回転は、付加的な電圧を供給するための、ガバナーの動作による従来の方法においては加速され得ない。
太陽エネルギーのある形態はまた、本来備わっているガバナーレスポンスメカニズムを欠き得る。例えば、光起電力電池または太陽熱システムの配列から得られるエネルギー量は、典型的には太陽光により影響を受け、付加的な電力に対する需要に合致するように必ずしも即座に増やされなくてもよい。
したがって、本発明による圧縮気体エネルギー保存および回収システムのいくつかの態様は、電力ネットワークの非ガバナー発電資産と組み合わされ得る。このような保存システムは、発電資産にＡＧＣ能を与え、およびシステムオペレーターによる電力安定化の要求に反応して即座により多くの電力を自動的に出力して、本質的にガバナーの代わりを努め得る。このような構成は、従来の電力グリッドインフラ内の他のエネルギー源の統合を促進し、エネルギー保存システムの他の電力発電資産との物理的併設を必ずしも必要としないだろう。
このような発電資産と異なる場所にエネルギー保存システムを置くことは、ある環境下では利益となり得る。例えば、再生可能なエネルギー源の部分は、風力または太陽光といった天然資源を利用することにより大きく影響を受ける。結果として、このような他の発電資産は、遠隔地に置かれ得るが、圧縮気体エネルギー保存および回収システムといった併設される要素の調査および維持の費用を増加させる。付加的なコストは、遠隔地から必要とされる場所までの電力の移送に関連し得る。したがって、よりアクセスしやすい場所にエネルギー保存システムを提供することは、運転のコストパフォーマンスを向上させ得る。
発電資産と異なる場所に圧縮気体エネルギー保存および回収システムを置くことはまた、それにより高い柔軟性を与え得る。具体的には、このような遠隔地に置かれたエネルギー保存システムの運転は、必ずしもいかなる特定の発電資産に頼らなくてもよい。このように、図６６の圧縮気体エネルギー保存および回収システム６６４０ｂは、発電資産６６１０ａ、発電資産６６１０ｂ、またはこれらの両方の増強時期をカバーするために、ネットワークに直ちに電力を供給し得る。
図６８は、本発明の態様に従った圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様の簡略化されたブロック図を示す。具体的には、圧縮気体エネルギー保存および回収システム６８０１は、気体入口６８０５と流体連通し、および圧縮気体保存ユニット６８０３と流体連通するコンプレッサー／膨張機（Ｃ／Ｅ）６８０２を備える。
図６８は、コンプレッサー／膨張機６８０２が連結機構６８０７を介してモーター／発電機（Ｍ／Ｇ）６８０４を選択的に物理的に連結していることを示す。運転の第一モードにおいて、モーター／発電機６８０４はエネルギーを圧縮気体（例えば空気）の形態で保存されることを許容するようにモーターとして作動する。モーター／発電機６８０４は、外部電源から電力を受け取り、コンプレッサー／膨張機６８０２をコンプレッサーとして機能させるようにその電力を伝達する。モーター／発電機６８０４のための一つの可能性のある電力源は、ライン６８８１を介して電力グリッド６８１４の分配層の変電機６８８２と電気的に連結しているメーター６８８０である。後述に詳細に記載されるように、電力グリッド６８１４は電力に加えて情報を保有するスマートグリッドであってもよい。
圧縮において、モーター／発電機６８０４は同様に、連結機構６８０７を介してコンプレッサー／膨張機６８０２に電力を伝え、コンプレッサー／膨張機６８０２がコンプレッサーとして機能するのを許容する。コンプレッサー／膨張機６８０２は、入口６８０５から気体を受け取り、気体を圧縮し、圧縮気体を保存ユニット６８０３に流動させる。
図６８はまた、システム６８０１はまた風力タービンといった第一の（可変の）他のソース６８１０からエネルギーを受け取るように構成され得ることを示す。ここで、コンプレッサー／膨張機６８０２は、連結機構６８２０を介して風力タービン６８１０と物理的に連結されるように示される。この連結機構は同様に、機械式、液圧式、または空気圧式であってもよい。
連結機構６８２０により利用可能となる風力タービンの回転翼とコンプレッサー／膨張機との間の直接的な連結は、少ないエネルギーロスで圧縮気体としての十分なエネルギー保存を可能にし得る。風力タービン−圧縮気体保存システムの組み合わせの態様は、同時係属中の米国特許出願第１２／７３０，５４９号明細書に記載され、これは全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。ある態様において、エネルギー保存システムおよび他のエネルギー源は、物理的連結機構６８２１により示されるように、一般的な発電機を共有し得る。
ある態様において、他のエネルギー保存源は、独立した発電機を含み、モーターとして運転しているモーター／発電機６８０４に電力を供給するように連結機構６８８３を介して電気的な形態でエネルギーを提供し得る。ある態様において、風力タービンにおける独立した発電機は、連結機構６８８３を介してモーター／発電機６８０４と電気的に連結し得る。
図６８はさらに、圧縮気体エネルギー保存および回収システム６８０１はまた油または天然ガスのパイプラインといった第二の（送付可能な）ソース６８５０からエネルギーを受け取るように構成され得ることを示す。システムは、電力を供給するという契約上の責務を果たすために、この送付可能なエネルギー源６８５０を利用し得る。それは例えば、前の運転が保存された圧縮気体供給を使い果たした場合である。
具体的には、送付可能なソース６８５０からのエネルギーは、天然ガスタービン、ディーゼルモーター、またはガスモーターといった要素６８６４により消費され得、モーター／発電機６８０４を発電機として運転するように連結機構６８２２を介して駆動し、その結果グリッドに（例えばピークの需要の間）出力するための電力を生成する。他のエネルギー源６８５０からのエネルギーはまた要素６８６４により消費され得、コンプレッサー／膨張機６８０２をコンプレッサーとして運転するように連結機構６８８５を介して駆動し、その結果、例えばオフピークの需要の間エネルギー回収のために気体を圧縮する。
要素６８６４はまた、熱交換器６８６０を介して熱源６８６２と熱連通し得る。この方法において、要素６８６４の運転による熱エネルギーは、圧縮気体からのエネルギー回収の間膨張の効率性を向上させ得る。
要素６８６４がタービン（例えばガスタービン）である場合、ある態様において、それは燃焼プロセスの間保存ユニットからの圧縮気体の膨張を利用し得る。したがって、図６８は、液体導管６８７６およびバルブ６８７８を介して圧縮気体保存ユニット６８０３と選択的に流体連通している要素６８６４を示す。この方法において燃焼のために圧縮気体を利用することは、圧縮気体において保存されたエネルギーの非常に効率的な回収を許容し得る。
ある態様において、コンプレッサー／膨張機６８０２は、独立したコンプレッサーおよび独立した膨張機を備え得、それは熱エンジンとしてともに運転されるために配置されるように構成される。このような態様において、熱源６８６２からの熱は、気体保存ユニット６８０３が枯渇した後もモーター／発電機６８０４を駆動するように用いられ得る。
ある態様において、エネルギー保存および回収システム６８０１はまた他の設備６８７０と併設されてもよく、それは電力の大規模な消費者であってもよい。このような設備の例は、限定されることなく、工場（半導体工程設備を含む）といった製造センター、データセンター、病院、ポート、空港、および／またはショッピングモールといった大規模小売施設を含む。
電力は独立したチャンネル６８７４を介してシステム６８０１と設備６８７０との間で送られ得るが、設備６８７０およびエネルギー保存および回収システム６８０１は、電力グリッドとの一般的な接続部分（例えばメーター）を共有していてもよい。電力はチャンネル６８７４を介してエネルギー保存および回収システムから設備に直接的に送られ得、連続電力供給（ＵＰＳ）として機能し、または設備が、限定されることなくピークシェービング、負荷均等化、および／または需要応答を含む目標を達成するのを許容する。例えば熱的な、液体による他のリンク（ここでは示されない）および／または接続は、設備とエネルギー保存システムとの間に存在し得、例えば温度制御をもたらす。
第二の運転モードにおいて、圧縮気体において保存されたエネルギーは回収され、コンプレッサー／膨張機６８０２は膨張機として運転される。コンプレッサー／膨張機６８０２は圧縮気体を受け取り、この圧縮気体に膨張をもたらし、連結機構６８０７を介して発電機として機能しているモーター／発電機６８０４と連結している可動部材を駆動する。モーター／発電機からの電力は、バスバー６８７２および消費のための送電ライン６８１２を介して電力グリッドに出力され得る。
前述のように、圧縮または膨張を経験する気体は、いくらかの温度変化を経験する傾向にある。具体的には、気体は圧縮される際には温度が上昇し、膨張する際には温度が下がる傾向にある。
前述のように気体を圧縮および減圧するプロセスは、いくつかの熱的ロスおよび機械的ロスを経験し得る。しかしながら、これらのプロセスは、最小の温度変化で等温近くのコンディションで進行するのであれば、低減された熱的ロスを生じるだろう。このような等温近くの圧縮および／または膨張は、限定されることなく熱交換を実行するための液体注入を含む１または２以上の技術を利用して達成され得る。
したがって、システム６８０１のコンプレッサー／膨張機装置６８０２は、１または２以上の熱交換器６８６０と流体連通しており、それはヒートシンクまたは熱源６８６２と選択的に熱連通し得る。運転の圧縮モードにおいて、熱交換器はヒートシンクとの熱連通中に置かれ、それは例えば、熱交換器を冷却するために空気を吹き込むファンがある環境である。運転の膨張モードにおいて、熱交換器は熱源との熱連通中に置かれ、それは例えば、大気温度または廃熱のソースである。熱源は、エネルギー源６８５０を利用して要素６８６４により生成された熱を受け取り保存するように構成された池のような構造となり得る。
図６８の特定の態様は圧縮気体を利用するシステムの形態でのエネルギー保存および回収システムを示すが、本発明はこのようなシステムに限定されない。本発明の他の態様は、電力供給ネットワークの発電資産として、同じバスバーの後方に置かれた、または同じ送電ラインに接続しているエネルギー保存および回収システムの他の形態を利用し得る。このような他のタイプのエネルギー保存および回収システムの例は、限定されることなく、揚水式水力発電、フライホイール、バッテリー、ウルトラキャパシター、熱的保存、化学的保存、浸透圧保存、または超伝導リングを含む。
システム６８０１の種々の要素は、中央コントローラーまたはプロセッサー６８９６と連結しており、それは同様にコンピューター読み出し可能保存媒体６８９４と電気的に連結している。中央コントローラーまたはプロセッサー６８９６はまた、ノード６８１８と６８２８との間の有線接続６８１６および／または無線リンクを介して電力グリッド６８１４（例えばスマートグリッド）を連結し得る。中央コントローラーまたはプロセッサー６８９６はまた、例えばインターネット６８２２といった他の情報源と連結し得る。
コンピューター読み出し可能保存媒体６８９４に保存された計算機コードの形態での指示に基づき、コントローラーまたはプロセッサー６８９６はシステム６８０１の種々の要素を制御するように運転され得る。この制御は、システムにおける種々のセンサーから受け取ったデータ、データから算出された値、および／または併設されたソースまたは外部ソースを含む種々のソースからコントローラー若しくはプロセッサー６８９６により受け取った情報に基づき得る。
ある態様において、システムのコントローラーは、発電資産から受け取った指示に基づき運転を開始するように構成され得る。例えば、圧縮気体保存および回収システムは、再生可能なエネルギー発電資産からの断続的な出力を均等化するように電力を供給し得る。このような環境下では、コントローラーは、再生可能なエネルギー発電資産からの可変のまたは断続的な出力を示すシグナルを受け取るように、およびそれに応じて十分な量の電力を生成するように構成され得る。
ある態様において、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、発電資産にシグナルを送り得る。例えば、機能の均等化に携わるシステムは、再生可能なエネルギー発電資産からの長期間の出力ロス（曇天または風力のロスによる）の指示を受け取り得る。このようなイベントの検出において、システムコントローラーは、より長期間のタイムフレームにおいて十分な電力のカバレッジを提供するために他の発電資産に指示するシグナルを送るよう構成され得る。
図６８Ａは、実施態様に従った圧縮／膨張システムの組み合わせ運転の種々のシステムパラメーターを示す簡略化されたブロック図である。図６８Ａは、圧縮下ではモーター／発電機６８０４は外部のソースから電力を受け取り、コンプレッサー／膨張機６８０２をコンプレッサーとして機能するようにその電力（Ｗｉｎ）を送ることを示す。コンプレッサー／膨張機６８０２は、入口圧力（Ｐｉｎ）で圧縮されていない気体を受け取り、ピストンといった可動要素を利用してチャンバー内で保存のためのより大きな圧力（Ｐｓｔ）に気体を圧縮し、圧縮気体を保存ユニット６８０３に流動させる。
図６８Ａはまた、運転の第二モードにおいて圧縮気体に保存されたエネルギーが回収され、コンプレッサー−膨張機６８０２が膨張機として運転されることを示す。コンプレッサー／膨張機６８０２は、保存ユニット６８０３から保存された圧力Ｐｓｔで圧縮気体を受け取り、その後圧縮気体がチャンバーにおいてより低い出口圧力Ｐｏｕｔに膨張することを許容する。この膨張は、発電機として機能するモーター／発電機６８０４と連結している可動部材を駆動する。コンプレッサー／膨張機からの、モーター／発電機６８０４に送られた出力（Ｗｏｕｔ）は同様に、電力グリッドに入力され、消費され得る。
図６８Ａはまた、圧縮気体保存および回収システムと他の要素との間の可能性のある物理的な連結機構、流体的な連結機構、接続連結機構、および／または熱的連結機構の存在を示す。
図６８および図６８Ａは組み合わせたコンプレッサー／膨張機（Ｃ／Ｅ）および組み合わせたモーター／発電機（Ｍ／Ｇ）を有する圧縮気体保存および回収システムの態様を示すが、これは本発明により必須とされない。図６８Ｂは、独立した専用コンプレッサー要素６８８６および専用膨張機要素６８８８を各々利用する他の態様を示す。これらは各々、独立した専用モーター要素６８８７および専用発電機要素６８８９と連結している。ある態様において、これらの要素は単一の一般的な連結機構を介して物理的に連結され得る。他の態様において、これらの要素は複数の連結機構を介して物理的に連結され得る。さらの他の態様において、モーター６８８７および発電機６８８９は単一のモーター／発電機ユニットに組み合わされ得る。
他と同様にこの態様においても、圧縮気体の膨張から回収されたエネルギーは、電気的エネルギーとしてシステムから送られることを必須としない。作動のあるモードにおいて、膨張する気体に由来するエネルギーの全量は、例えば温度制御（例えば加熱または冷却）および／またはコンプレッサーによるより多くの気体の圧縮といった、他の目的のために消費され得る。
図６８Ｃは、本発明の態様による圧縮気体保存および回収システムの他の態様の簡略化されたブロック図を示す。図６８Ｃの態様において、専用コンプレッサー（Ｃ）６８８６、専用膨張機（Ｅ）６８８８、専用モーター（Ｍ）６８８７、および専用発電機（Ｇ）６８８９は、マルチノードギヤシステム６８９９を介してすべてが互いに選択的に物理的に連結している。このようなギヤシステムの態様は、米国特許出願第１２／７３０，５４９号明細書に記載された遊星ギヤシステムであり、これは全ての目的のためにその内容の全てが参照によって本出願に取り込まれる。
前述の図３３Ａ−ＡＡに示したように、遊星ギヤシステムといったマルチノードギヤシステムは、すべての連結機構を同時に、減法的または加法的な方法で作動させ得る。例えば、風が吹いている場合、タービン連結機構からのエネルギーは、発電機への連結機構とコンプレッサーへの連結機構との両方を駆動するように分配され得る。他の例において、風が吹いておりエネルギー需要が高い場合、遊星ギヤシステムは、風力タービン連結機構の出力を膨張機連結機構の出力と組み合わせ、発電機への連結機構を駆動する。
さらに、マルチノードギヤシステムはまた、すべての連結機構よりも少ない動きを提供するように構成され得る。例えば、シャフト３３６８が回転できない場合、図３３Ａのシャフト３３４１の回転は、シャフト３３６２の回転をもたらし得、その反対も然りである。同様に、シャフト３３４１の回転はシャフト３３６８のみの回転をもたらし得、その反対も然りであり、またはシャフト３３６２の回転はシャフト３３６８のみの回転をもたらし得、その反対も然りである。この構成は、機械的エネルギーがシステムの二要素間だけで選択的に伝達されることを可能にする。それは例えば、風量タービンが固定のものであり、モーターの出力に基づきコンプレッサーを作動するように所望される場合である。
本発明のある態様は、システムの異なる要素間で機械的エネルギーを移動させるように遊星ギヤシステムシステムを好ましく採用し得る。具体的には、このような遊星ギヤシステムシステムは、種々のモードの運転における連結機構間の異なる相対的な動作を提供する柔軟性を与え得る。
図６８Ｃはマルチノードギヤシステムを有する態様を示すが、これは本発明により必須とされない。他の態様において、システムの種々の要素は、個々の物理的連結機構を介して、またはすべての他の要素より少ない数の要素を共有された物理的連結機構を介して、互いに物理的に連結され得る。
ある態様において、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、圧縮および／または膨張の間熱交換を促進するように液体の注入を利用してもよい。このような熱交換は、圧縮および／または膨張のプロセスの間温度が制御されたコンディション（例えば等温近く）に維持されるようにし得、その結果対応するエネルギーの保存および回収効率が向上する。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムの電力ネットワークの発電層への組み込みは、他では増強時間のために無駄にされ得る役割において、存在する発電資産を利用されるようにし得る。例えば、発電資産の潜在的な役割はエネルギー市場に電力を売ることである。
一つのこのような市場では、１時間以上のタイムフレームの間需要と供給のバランスを取るようにエネルギーの販売を行う。このような態様は、存在する発電資産を需要の短期間での変動に合致させるために、ほぼリアルタイムで保存システムから電力を送り得る。これらの変動は自然的な要因により生じ得、例えば可変の再生可能なエネルギー源（例えば風力基地）により供給される電力量の変化である。変動はまた人工的な要因によっても生じ得、例えばエネルギー市場による料金スケジューリングの変動である。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムのある態様は、タイムフレームよりも長い間、例えば一日に卸のエネルギー市場に電力を売るために発電資産の増強を促進するように構成され得る。したがって、本発明のエネルギー保存システムの他の潜在的な役割は、発電資産による一日での裁定取引（ｂｕｌｋ ｉｎｔｒａｄａｙ ａｒｂｉｔｒａｇｅ）を促進することであってもよい。
このような役割において、発電資産は、卸の電力が高価である場合に、販売用のエネルギーを増強し提供するために機能するだろう。圧縮気体エネルギー保存システムの存在は、発電資産にこのような一日での裁定取引（ｂｕｌｋ ｉｎｔｒａｄａｙ ａｒｂｉｔｒａｇｅ）の機会に即座に反応することを許容するだろう。
保存システムからの電力は（および後に増強後の発電資産からの電力により置き換えられる）、卸のエネルギー市場に売られ得る。このような圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、独立系発電事業者（ＩＰＰ）、自家発電、または他の何らかの小売供給事業者（ＬＳＥ）により所有され作動され得る。
発電資産（その増強が圧縮気体エネルギー保存および回収システムによりカバーされる）の他の潜在的な役割は、再生可能なエネルギーの日周の均等化を実行することである。具体的には、このような発電資産の早急な反応時間は、負荷および送電の有用性によりよくマッチさせるために、変化する再生可能なエネルギー源から即座に需要に切り替えることを可能にするだろう。例えば、風がおさまった場合、圧縮気体からのエネルギーは、ガスタービンが再生可能なエネルギー供給のロスをカバーするように増強されるまで、電力ネットワークを乗り切ることができる。これは、再生可能なエネルギーの信頼性を向上させ、それゆえ再生可能なエネルギーの価値を向上させるだろう。
前述は、回収された電力が卸のエネルギー市場に売られるところの発電資産に分類されるシステムに関連するが、本発明はこのような役割を果たすことに限定されない。他の態様において、エネルギー保存および回収システムは、他のタイプの市場にエネルギーを売ることができ、それは本発明の範囲内に含まれ得る。
圧縮気体から回収された電力を売るためのこのような他の市場の例は、付帯的なサービス（ａｎｃｉｌｌａｒｙ ｓｅｒｖｉｃｅｓ）（Ａ／Ｓ）市場である。大まかに言って、付帯的なサービス（ａｎｃｉｌｌａｒｙ ｓｅｒｖｉｃｅｓ）市場は概して、エンドユーザによる消費以外の目的でネットワークに電力を売ることを意味する。このような目的は、完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）、ネットワークの安定性、および提供される電力の質の維持を含む。
付帯的なサービス（ａｎｃｉｌｌａｒｙ ｓｅｒｖｉｃｅｓ）市場にエネルギーを提供する能力（最大能力）は通常、市場価格で、一日より短い期間で売られる。独立電力管理機構（ＩＳＯ）は、このような能力を準備しておくための能力コストを支払う。
現実のエネルギー自体は、ある期間電力を提供するようにネットワークからの要求に応じて売られる。これが起こると、システムの所有者に、販売されたエネルギーの市場価格が支払われる。
一つの付帯的な（ａｎｃｉｌｌａｒｙ）市場は、ネットワークを作動するために必要とされるリザーブを提供する能力を維持するために存在する。それは、ネットワークの運営者が、ネットワークが将来の需要に合致できることを保証するために、現状の需要以上の電力量を供給することができるよう要求されることである。このようなリザーブは典型的には、過剰供給の割合として算出される。
リザーブの一形態は、偶発的なリザーブである。偶発的なリザーブは、予期されないが考慮される必要のある、あるイベント（偶発事件）に反応して比較的短期間で電力ネットワークにより要求される。このような可能性のある偶発事件の例は、送電層の要素（例えば送電ライン）の不具合、予期しない需要の高まり、または即座に発電要素の出力をシャットダウンする若しくは減らす必要性を含む。
偶発的なリザーブの一形態は、スピンニングリザーブである。このようなスピンニングリザーブは典型的には、極めて即座に利用可能である。スピンニングリザーブは伝統的に、発電ユニットからの出力を増加させる形態をとっており、それは能力以下で、またはある顧客へのサービスの途絶により作動している。このようなリザーブは、“スピンニング”と呼ばれる。即座に需要を満たすためには、発電資産はすでにオンラインにあり、ネットワークの休止と同期する方法（“スピンニング”）で運転し得るからである。
偶発的なリザーブの一形態は、スタンディングリザーブである。スタンディングリザーブは、発電要素がまだ同期的にオンラインとなっていない場合に、スピンニングリザーブよりも長いリードタイムで利用可能である。スタンディングリザーブはまた、対応するより長い期間、ある顧客へのサービスを途絶させる形態をとり得る。
ある態様において、存在する発電資産（その増強時間が本発明による圧縮気体エネルギー保存および回収システムによりカバーされる）は、偶発的なリザーブを提供するように機能し得る。このような発電資産は、ある期間サービス提供者により要求される偶発的な必要電力量を提供する能力を有するだろう。増強カバレッジのための種々の可能性のある役割は、上述にまとめられる。
（付記１）
圧縮気体がチャンバー内に置かれた可動部材を駆動するように膨張することを許容する工程と、
前記可動部材の動作から電力を生成する工程と、
電力ネットワークの発電資産の増強期間に前記電力ネットワークに電力を供給する工程と、
を含む方法。
（付記２）
電力がバスバーを介して前記電力ネットワークに供給され、前記発電資産が前記バスバーを介して前記電力ネットワークと電気的に連結している、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記３）
電力が発電機を介して前記電力ネットワークに供給され、前記発電資産が前記発電機と物理的に連結している、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記４）
電力が前記電力ネットワークの送電ラインに供給され、前記発電資産が前記送電ラインと電気的に連結している、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記５）
前記発電資産がガスタービン発電機、蒸気タービン発電機、またはディーゼル発電機を備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記６）
圧縮気体を前記発電資産と熱連通するように置く工程をさらに含む付記１に記載の方法。
（付記７）
前記発電資産を前記圧縮気体のソースと流体連通するように置く工程をさらに含む付記１に記載の方法。
（付記８）
前記可動部材を前記発電資産と物理的に連結するように置く工程をさらに含む付記１に記載の方法。
（付記９）
前記可動部材を前記発電資産と電気的に連結するように置く工程をさらに含む付記１に記載の方法。
（付記１０）
圧縮気体がチャンバー内に置かれた可動部材を駆動するように膨張することを許容する工程と、
前記可動部材の動作から電力を生成する工程と、
電力ネットワークの発電資産の断続的な出力を均等化するように前記電力ネットワークに電力を供給する工程と、
を含む方法。
（付記１１）
電力がバスバーを介して前記電力ネットワークに供給され、前記発電資産が前記バスバーを介して前記電力ネットワークと電気的に連結している、
ことを特徴とする付記１０に記載の方法。
（付記１２）
電力が発電機を介して前記電力ネットワークに供給され、前記発電資産が前記発電機と物理的に連結している、
ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１３）
電力が前記電力ネットワークの送電ラインに供給され、前記発電資産が前記送電ラインと電気的に連結している、
ことを特徴とする付記１０に記載の方法。
（付記１４）
前記発電資産が再生可能なエネルギーの発電資産を備える、
ことを特徴とする付記１０に記載の方法。
（付記１５）
前記再生可能なエネルギーの発電資産が風量タービンまたは太陽エネルギーハーベスタを備える、
ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記１６）
圧縮気体を前記発電資産と熱連通するように置く工程をさらに含む付記１０に記載の方法。
（付記１７）
前記発電資産を前記圧縮気体のソースと流体連通するように置く工程をさらに含む付記１０に記載の方法。
（付記１８）
前記可動部材を前記発電資産と物理的に連結するように置く工程をさらに含む付記１０に記載の方法。
（付記１９）
前記可動部材を前記発電資産と電気的に連結するように置く工程をさらに含む付記１０に記載の方法。
（付記２０）
チャンバー内の気体の膨張に応ずる、前記チャンバー内に収納された可動部材を有する前記チャンバーと、
前記可動部材と物理的に連結し、および電力ネットワークの送電層と電気的に連結している発電機と、
前期発電機が発電資産の増強期間の間前記電力ネットワークに電力を供給するように、前記チャンバーに選択的に流体連通するように構成された圧縮気体保存ユニットと、
を備える装置。
（付記２１）
前記発電機および前記発電資産が一般的なバスバーを介して前記送電層と電気的に連結している、
ことを特徴とする付記２０に記載の装置。
（付記２２）
前記発電資産が電力を生成するように前記発電機と物理的に連結している、
ことを特徴とする付記２０に記載の装置。
（付記２３）
前記発電機および前記発電資産が一般的な送電ラインを介して前記送電層と電気的に連結している、
ことを特徴とする付記２０に記載の装置。
（付記２４）
前記チャンバーと前記発電資産との間に熱的連結機構をさらに備える付記２０に記載の装置。
（付記２５）
前記圧縮気体保存ユニットと前記発電資産との間に液体連結機構をさらに備える付記２０に記載の装置。
（付記２６）
前記発電資産がガスタービンを備える、
ことを特徴とする付記２５に記載の装置。
（付記２７）
前記圧縮気体保存ユニットと流体連通しているコンプレッサーをさらに備える付記２０に記載の装置。
（付記２８）
前記発電資産と前記コンプレッサーとの間の物理的連結機構をさらに備える付記２７に記載の装置。
（付記２９）
前記可動部材と電気的に連結し、および前記発電資産と電気的に連結しているコントローラーをさらに備える付記２７に記載の装置。
（付記３０）
チャンバー内の気体の膨張に応ずる、前記チャンバー内に収納された可動部材を有する前記チャンバーと、
前記可動部材と物理的に連結し、および電力ネットワークの送電層と電気的に連結している発電機と、
前期発電機が発電資産の断続的な出力を均等化するために前記電力ネットワークに電力を供給するように、前記チャンバーに選択的に流体連通するように構成された圧縮気体保存ユニットと、
を備える装置。
（付記３１）
前記発電機および前記発電資産が一般的なバスバーを介して前記送電層と電気的に連結している、
ことを特徴とする付記３０に記載の装置。
（付記３２）
前記発電資産が前記発電機と物理的に連結している、
ことを特徴とする付記３１に記載の装置。
（付記３３）
前記発電機および前記発電資産が一般的な送電ラインを介して前記送電層と電気的に連結している、
ことを特徴とする付記３０に記載の装置。
（付記３４）
前記圧縮気体保存ユニットと流体連通しているコンプレッサーをさらに備える付記３０に記載の装置。
（付記３５）
前記発電資産と前記コンプレッサーとの間の物理的連結機構をさらに備える付記３０に記載の装置。
（付記３６）
前記発電資産がガスタービンを備える、
ことを特徴とする付記３５に記載の装置。
（付記３７）
前記チャンバーと前記発電資産との間に熱的連結機構をさらに備える付記３０に記載の装置。
（付記３８）
前記可動部材と電気的に連結し、および前記発電資産と電気的に連結しているコントローラーをさらに備える付記３０に記載の装置。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、メーターの後方にあるエンドユーザとともに、電力供給ネットワークの範囲内に包含され得る。そのようなエネルギー保存および回収システムは、電力供給および／または温度調節の役割に機能し得る。ある態様においては、圧縮気体の膨張から回収されるエネルギーは、エンドユーザを冷却するために用いられ得る。いくつかの態様によれば、気体の圧縮から生成される熱が、加熱のために用いられ得る。電力供給として機能する際、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、エンドユーザのために無停電電源供給（ＵＰＳ）として機能し得て、および／または、エンドユーザにピークシェービングを実行させる、および／または、需要反応プログラムに参加させる、ように電力を供給するために機能し得る。
本発明の態様によれば、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、エンドユーザのメーターの後方にある電力供給ネットワークの範囲内に包含され得る。ある態様においては、気体の圧縮によって生み出されたエネルギー、もしくは気体の膨張から（および、他の熱源からおそらく補完される）回収されたエネルギーは、エンドユーザの温度調節（たとえば、冷却および／または加熱）をもたらすように用いられ得る。
そのような温度調節機能のためのいくつかのパラメーターの例が、図６０として示される表に記載されている。
ある態様においては、消費層内部に位置する圧縮気体エネルギー保存システムは、エンドユーザの完全もしくは部分的な必要性を満たすように電力供給をもたらし得る。そのような電力供給役割の例は、以下に限定されるものではないが、無停電電源供給（ＵＰＳ）として、エンドユーザに日々の取引に携わせる電力供給（すなわち、低価格の際におけるネットワークからの日々の電力の購買）として、エンドユーザを需要反応プログラムに参加させる電力供給として、エンドユーザに歴史的なピーク水準以下に消費を低減させる電力供給として、および／または、変動期の間に電力を供給する電力供給として、もしくは、たとえば、風力タービンもしくは太陽電池（ＰＶ）アレイのような再生可能エネルギー源からの間欠的な供給として、機能することを含む。
そのような電力供給機能のいくつかのパラメーターの例が図６２として示される表に記載される。
小さなエンドユーザの例は、個人住宅もしくは小企業を含む。中規模エンドユーザの例は、たとえば、病院、オフィスビル、大規模店舗、工場、もしくはデータ保存センターのような、より多くの電力を消費し、および／または、温度調節をするユーザを含む。大規模エンドユーザは、たとえば、ショッピングモール、居住分譲地、学問または管理キャンパス、もしくは、たとえば空港、港、鉄道のような交通の要衝などの複数の個別の団体に占められるユーザを含み得る。
図６６は、圧縮気体保存システムの様々な態様の電力ネットワークへの包含を示す。図６６は、ある態様においては、圧縮気体エネルギー保存および回収システム６６４０ａが、エンドユーザ６６０６ａとともにあるメーター６６３４ａの後方にある消費層に包含され得る。そのような構成においては、複数の異なるタイプの連結機構６６５０（以下に限定されるものではないが、物理的、熱的、電気的、流体的、および／または通信を含む）が、エンドユーザと、エネルギー保存および回収システムとの間に存在し得る。
図６６はまた、他の態様において、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システム６６４０ｂは、エンドユーザ６６０６ｂと、１つ以上の局所電源６６５５との両方を備えるメーター６６３４ｂの後方に併設され得る。そのような局所電源の例は、以下に限定されるものではないが、風力タービン、および、屋上太陽電池（ＰＶ）アレイおよび／または太陽熱システムのような太陽エネルギー利用装置を含む。そのような構造においては、複数の異なるタイプの連結機構６６５０（以下に限定されるものではないが、物理的、電気的、通信、熱的、および／または流体的）は、エンドユーザとエネルギー保存および回収システムとの間、エンドユーザと局所発電機との間、および／または、エネルギー保存および回収システムと局所電源との間に存在し得る。
図６９は、本発明の一態様に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様の簡素化されたブロック図を示す。具体的には、圧縮気体保存および回収システム６９０１は、エンドユーザ６９５０およびメーター６９９２と電気的に連結するように構成されたモーター／発電機（Ｍ／Ｇ）６９０４を備える。
モーター／発電機（Ｍ／Ｇ）６９０４は、物理的な連結機構６９２１およびクラッチ６９２２を通して、専用コンプレッサー（Ｃ）６９０２と選択的に物理的に連結する。モーター／発電機（Ｍ／Ｇ）６９０４はまた、連結機構６９２３およびクラッチ６９２４を通して、専用膨張機（Ｅ）６９０５と選択的に物理的に連結する。
専用コンプレッサー（Ｃ）６９０２は気体入口６９０３と選択的に流体連通する。専用コンプレッサーの気体出口６９４７は、逆流熱交換器６９２８および一方向バルブ６９０９を通して、圧縮気体保存ユニット６９３２と選択的に流体連通する。
ある態様においては、圧縮気体保存ユニット６９３２は、熱源と選択的に連通し得る。たとえば、圧縮気体保存ユニットは、太陽と熱連通するように位置どられ得て、日中の間にそれが太陽エネルギーを吸収する。ある態様においては、保存ユニットは、たとえば暗く着色された塗料のような熱エネルギーの吸収を促進する材料で覆われ得る。
ある態様においては、圧縮気体保存ユニットは、たとえばガラスのような視覚的に透明な障壁の背後で太陽と熱連通するように位置どられ得る。障壁が太陽光から赤外線放射（ＩＲ）を捕まえるのに役立ち得ることによって、日中における圧縮気体の加熱をさらに強化する。
専用膨張機（Ｅ）の気体入口６９４９は、逆流熱交換器６９２８および一方向バルブ６９１１を通して、圧縮気体保存ユニット６９３２と選択的に流体連通する。専用膨張機は、気体出口６９０７と選択的に流体連通する。
上述のように、本発明の態様は、制御された温度範囲の条件下での気体の圧縮および膨張を利用する効率的なエネルギー保存および回収を実現するために導入される液体との熱交換を用いる。ある態様においては、これらの制御された温度条件は、近等温での気体の圧縮もしくは膨張に至り得る。
システム内部に現存する熱エネルギーは、さまざまな熱的連結機構を通して伝達され得る。本発明の態様に係る熱的連結機構は、ある物理的位置から他の物理的位置への熱エネルギーの伝導を可能にする様々な組み合わせで構成される１つ以上の要素を備え得る。熱的連結機構の可能な要素の例は、以下に限定されるものではないが、液流導管、気流導管、ヒートパイプ、熱交換器、環状ヒートパイプ、および熱サイフォンを含む。
たとえば、専用コンプレッサーは、熱的連結機構６９６１を通して熱シンク６９６２と選択的に熱連通し得る。この熱的連結機構によって、圧縮気体から、温かさの形態で、熱エネルギーの伝導が可能になり得る。
専用膨張機は、熱的連結機構６９６４を通して、熱源６９８８と選択的に熱連通し得る。この熱的連結機構によって、膨張気体から、冷たさの形態で熱エネルギーの伝導が可能になり得る。
専用コンプレッサーは、圧縮気体から温かさの形態で熱エネルギーを伝導するように構成された熱的連結機構６９６３を含む。温かさの形態でのこの熱エネルギーは、選択的に、スイッチ６９８４を通してシステム外へ流出され得るか、もしくは熱的連結機構６９８２を通してエンドユーザに流れ得る。ある態様においては、熱的連結機構６９８２は、圧縮気体それ自身の形態で熱を運び得る。ある態様においては、熱的連結機構は、圧縮気体と熱を交換してきた流体の形態で熱を運び得る。
専用膨張機は、膨張気体から冷たさの形態で熱エネルギーを伝導するように構成された熱的連結機構６９７３を含む。冷たさの形態でのこの熱エネルギーは、選択的に、スイッチ６９８１を通してシステムから流出され得るか、もしくは熱的連結機構６９８０を通してエンドユーザに流れ得るかのどちらかである。ある態様においては、熱的連結機構６９７３は、膨張気体それ自体の形態で冷たさを運び得る。ある態様においては、熱的連結機構は、膨張気体と熱を交換してきた液体の形態で冷たさを運び得る。
ある態様においては、熱的連結機構６９８０および６９８２は、エンドユーザにおいて、現存する暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムと調和するように構成され得る。そのような標準的なＨＶＡＣシステムの例は、以下に限定されるものではないが、以下の製造者から利用可能なものを含む。ＡＡＯＮ、Ａｄｄｉｓｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ａｌｌｉｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ Ｂａｒｄ、Ｂｕｒｎｈａｍ、Ｃａｒｒｉｅｒ、Ｃｏｌｅｍａｎ、Ｃｏｍｆｏｒｔｍａｋｅｒ、Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｈｅｉｌ、Ｌｅｎｎｏｘ、Ｎｏｒｄｙｎｅ、Ｐｅａｋｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ、Ｒｈｅｅｍ、Ｔｒａｎｅ、およびＹｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ。
典型的なタイプの家庭用ＨＶＡＣシステムは、空調装置、熱ポンプ、一体型ガス・電気、一体型熱ポンプ、一体型空調装置、一体型二元燃料、空気ハンドラ、および炉を備え得る。典型的なタイプの業務用ＨＶＡＣシステムは、Ｐｕｒｏｎ（登録商標）冷媒を用いる一体型屋上ユニットを含む一体型室外ユニット、Ｒ−２２冷媒を用いる一体型屋上ユニット、および１００％屋外専用空気ユニットを備え得る。屋内で一体化される業務用ＨＶＡＣシステムは、屋内内蔵式ユニット、水熱源ヒートポンプ、および一体型ターミナル空調装置を含む。
業務用ＨＶＡＣシステムはまた、一体型スプリットシステムの形態でもあり得る。例は、スプリットシステム（６から１３０トン）、スプリットシステム（１．５から５トン）、コンデンサー、ダクトフリーシステム、炉、およびコイルを含む。
冷却装置の例は、以下に限定されるものではないが、空冷冷却装置、水冷冷却装置、コンデンサーレス冷却装置を含み、コンデンサーおよび他の冷却要素を含み得る。
空気側の装備は、以下に限定されるものではないが、エアハンドラ、エアターミナルコイル、ファンコイル、熱／エネルギー回収ユニット、誘導ユニット、地下空気分配システムおよびユニット通風機を含む。熱的装備の例は、以下に限定されるものではないが、ボイラーおよび炉を含む。
多くの態様において、熱的連結機構は、流体の流れの環（ｌｏｏｐ）もしくは環（ｃｉｒｃｕｉｔ）の一部である流体導管を備え得る。ある態様においては、エンドユーザの直接的または間接的な熱によって冷却された（または、エンドユーザの直接的または間接的な冷たさによって加熱された）流体がシステムに戻り得る。
そのため、ある態様においては、コンプレッサーから出てきた加熱された液体は、ヒートシンク（熱を必要とするエンドユーザであり得る）に露出された後でコンプレッサーに循環されて戻り得る。同様に、膨張機から出てきた冷却された液体は、熱源（冷却を必要とするエンドユーザであり得る）に露出された後で膨張機に循環されて戻り得る。両方のケースにおいて、熱的露出は、１つ以上の熱交換構造を通して起こり得る。
ある態様においては、膨張機から出てきた冷却された気体は、冷却を要するエンドユーザの形態で熱源に露出された後でコンプレッサーに循環されて戻り得る。同様に、コンプレッサーから出てきた加熱された気体は、加熱を要するエンドユーザの形態でヒートシンクに露出された後で膨張機に循環されて戻り得る。そのような場合、熱的露出は、１つ以上の熱交換構造を通して起こり得る。
さらに、熱的連結機構は単一の要素を備えなくてもよい。さまざまなタイプの熱交換器を用いて、液管を通して流れる液体から、気体管を通して流れる気体に（もしくはその逆に）、熱エネルギーが伝導され得る。そのような熱交換器は、もともとの熱交換の場所からエンドユーザの内部にまで範囲をもつ様々な異なる位置に配置され得る。ある態様においては、熱的連結機構の１つ以上の構成要素がヒートパイプを備え得て、そこで流体が気体と液体との間で相を変える。
図６９Ａ〜Ｄは、熱的連結機構がエンドユーザと調和し得る様々な方法を例証する簡素化された図である。図６９Ａは、熱的連結機構６９５７が冷たい液体を運ぶことを特徴とし、エンドユーザ構成要素６９５０が熱的連結機構における冷たさが空気に伝導されることを特徴とする熱交換器６９５１を備える態様を示す。
いくつかの態様においては、空気はプレナム６９５２を通して動き、その後、エアダクトカップリング６９５３に入る。ある態様においては、空気は、熱交換器からカップリングに直接動く。
次に、冷たい空気が、ある工業標準に合致するように設計され得る、暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システム６９５４に入る。熱交換器を通ってその通路によって暖められた液体は、連結機構６９５５を介してエンドユーザ構成要素６９５０に存在する。ある態様においては、この連結機構は、暖められた液体をシステムに循環して戻し得る。
本発明は、図６９Ａに示す具体的な態様に限定されない。たとえば、ある態様においては、熱の流れが逆向きであり得る。連結機構６９５５は、熱い液体を熱交換器に運び、空気をエアプレナム内で暖め得る。次に、熱い空気は、ＨＶＡＣシステムと接続されたエアダクトを通して伝えられる。熱交換器を通ってその通過の間に冷却された液体は、熱的連結機構６９５７を介してエンドユーザ構成要素６９５０に存在する。
図６９Ｂは他の態様を示し、その態様においては、上述したように、熱的連結機構６９５７が冷たい空気を運び、エンドユーザ構成要素６９５０が、ＨＶＡＣシステム６９５４に繋がるエアダクトカップリング６９５３と、ＨＶＡＣシステム６９５４から熱的連結機構６９５５までＨＶＡＣシステムによって拒絶された暖かい空気を運ぶエアダクトカップリング６９５６と、を備える。
代わる代わる熱的連結機構６９５５が熱い空気を運び、エンドユーザ構成要素６９５０が、上述のようなＨＶＡＣシステムに繋がるエアダクトカップリングと、ＨＶＡＣシステムから熱的連結機構６９５７へのエアダクトカップリングと、を備える。この連結機構６９５７は、ＨＶＡＣシステムによって拒絶された冷却された空気を運ぶ。
図６９Ｃは他の態様を示し、その態様においては、熱的連結機構６９５７が冷たい空気を運び、エンドユーザ構成要素６９５０が、上述のようにＨＶＡＣシステム６９５４に繋がるエアダクトカップリング６９５３に接続された除湿器６９５８と、ＨＶＡＣシステムから熱的連結機構６９５５までのエアダクトカップリング６９５６と、を備える。連結機構６９５５は、ＨＶＡＣシステムによって拒絶された暖かい空気を運ぶ。
図６９Ｄはさらなる他の態様を示し、その態様においては、熱的連結機構６９５７が冷たい液体を運び、エンドユーザ構成要素６９５０がパイプカップリング６９５９を備える。
パイプカップリングは、たとえばスーパーマーケットにある冷蔵ケースのような冷却機器（ｃｈｉｌｌｅｒ ｌｏａｄ）６９９９に接続される。冷却機器を通して通路によって暖められた液体はパイプカップリングを通過し、熱的連結機構６９５５を介してエンドユーザ構成要素６９５０を出る。
上述のように、本発明の態様は、熱エネルギーを伝えるためにガスダクトコネクションを用い得る。たとえば、図６９Ａの態様の熱交換装置は、エアダクトコネクションを介して、プレナムを通して、ＨＶＡＣシステムに熱いもしくは冷たい空気を伝え得る。図６９Ｂの態様においては、熱的連結機構は、エアダクトコネクションを介して、ＨＶＡＣシステムに、熱いもしくは冷たい空気を直接伝えるように構成され得る。図６９Ｃの態様においては、熱的連結機構は除湿器に冷たい空気を供給するように構成され得て、エアダクトコネクションを介してＨＶＡＣシステムに接続され得る。熱的連結機構は、エアダクトコネクションを介して、ＨＶＡＣシステムから熱い空気を受け取るように構成され得る。
本発明の態様に係るそのようなガスダクトコネクションは、以下のダクトコネクション構成要素のうち１つ以上から形成される配管を備え得る。液体封止材を含む配管封止材、マスチック、ガスケット、テープ、ヒートアプライド（ｈｅａｔ ａｐｐｌｉｅｄ）材料、マスチックおよび埋め込み構造組み合わせ（ｆａｂｒｉｃ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）。そして、以下に限定されるものではないが、スタンディング駆動スリップ（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｄｒｉｖｅ ｓｌｉｐ）、スタンディングＳ（ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｓ’ｓ）、コンパニオンアングル（ｃｏｍｐａｎｉｏｎ ａｎｇｌｅ）、フランジ目地補強、スリップオンフランジ目地補強、スタンディング継目目地補強、および溶接フランジ目地補強を含む旋回目地補強を備え得る。そして、以下に限定されるものではないが、非金属ダクトクランプ、メタルクランプ、カラー（スピンイン、張り出し（ｆｌａｒｅｄ）、蟻継ぎ（ｄｏｖｅｔａｉｌ）、スピンイン円錐、スピンイン直線、４インチスリーブ、および最低２インチのダクトにおけるカラー）を含むフレキシブルダクトコネクタを備え得る。そして、以下に限定されるものではないが、タイプｒｅ１：半径エルボ（ｒａｄｉｕｓ ｅｌｂｏｗ）、タイプｒｅ２：ベーン付スクエアスロートエルボ（ｓｑｕａｒｅ ｔｈｒｏａｔ ｅｌｂｏｗ）、タイプｒｅ３：ベーン付半径エルボ，タイプｒｅ４：ベーン付４スクエアスロートエルボ（４ ｓｑｕａｒｅ ｔｈｒｏａｔ ｅｌｂｏｗ）、タイプｒｅ５：二重半径エルボ（ｄｕａｌ ｒａｄｉｕｍ ｅｌｂｏｗ）、タイプｒｅ６：マイターエルボ、タイプｒｅ７：４５°スロート（ｔｈｒｏａｔ）、４５°ヒール（ｈｅｅｌ）、タイプｒｅ８：４５°スロート、半径ヒール（ｒａｄｉｕｓ ｈｅｅｌ）、タイプｒｅ９：４５°スロート、９０°ヒール，タイプｒｅ１０：半径スロート、９０°ヒールを含むフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）を備え得る。
配管は、鈑金・空調契約業者協会（ＳＭＡＣＮＡ）のＨＶＡＣ配管工事基準：金属およびフレキシブル（２００５）の基準に適合し得て、全ての目的のためにその全てがここに参照として包含される。
本発明の態様に係る様々なタイプの配管が、低圧から、１０００パスカルと同じ圧力までの圧力範囲にわたる気体を運ぶために用いられ得る。ある態様においては、配管は亜鉛メッキ鋼を備え得る。その配管は、鋼板、亜鉛被覆（溶融亜鉛メッキ）、Ｇ９０亜鉛被覆の一般要求事項のためのＡＳＴＭ Ａ５２５の仕様に決められている質を備える。
ある態様においては、配管は、らせん、円形、および平たい楕円形の配管およびフィッティングを備え得る。ある態様においては、配管は、らせん配管を備え、製造者が出版する寸法公差基準で校正され得る。３５０ｍｍ（１４インチ）以上のらせん配管は、追加された強度および剛性に波形をつけ得る。らせん継ぎ目のずれはフラット継ぎ目によって抑制され、らせん継ぎ目に沿うような間隔のくぼみが機械的に形成され得る。
いくつかの態様においては、配管は製造されたフランジ配管ジョイントを含み得て、その例は以下に限定されるものではないが、ガスケット式のテンションリング、もしくは補強フランジおよびガスケットタイプを含む。承認基準の例は、以下に限定されるものではないが、ダクトメイト（ＤＵＣＴＭＡＴＥ）、ネクサス（ＮＥＸＵＳ）、およびマクギルエアフローフランジ／フープコネクタ（ＭｃＧｉｌｌ Ａｉｒｆｌｏｗ Ｆｌａｎｇｅ／Ｈｏｏｐ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）、スパイラルメイト（ＳＰＩＲＡＬＭＡＴＥ）、もしくはオーバルメイト（ＯＶＡＬＭＡＴＥ）を含む。
様々な封止剤が用いられ得る。ある封止剤のタイプは水性ポリマーで、不燃性の高速配管封止化合物を用いる。ＮＦＰＡ９０Ａおよび９０Ｂの要求を満たし得る封止剤もある。封止剤は耐油性であり得る。封止剤は、ＵＬクラス１にリストアップされたものであり得る。
封止剤は、−７℃から＋９３℃まで（２０°Ｆから＋２００°Ｆまで）の温度範囲を有し得る。封止剤用の承認基準は、ＤＹＮ−Ｏ−ＳＥＡＬ（−４０°Ｆから＋２００°Ｆまで）、フォスター３２−１７、およびフォスター３２−１９を含む。
さまざまなテープが用いられ得る。一つの例がＰＶＣ処理で、不燃性の、目の粗い（ガーゼ）繊維ガラステープである。テープはＵＬにリストアップされ得る。
ある態様においては、テープは５０ｍｍ（２．５インチ）の幅を有し得る。承認基準は、ＤＵＲＯＤＹＮＥ ＦＴ−２、およびＨＡＲＤＣＡＳＴ ＦＳ−１５０を含む。
配管は、多くの方法で取り付けられ得る。配管は、ＳＭＡＣＮＡの基準に従って取り付けられ得る。
圧力構造（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）がある態様において用いられ得る。低圧配管構造分類が以下の表に与えられる。
配管構造、シートゲージ、補強および支持の等級は機能に従い得て、以下のように述べられる。
・ファンの吐出側からの給気配管：７５０パスカル（３ ｉｎ ＷＧ）等級。
・ファンの吸い込み側の戻り空気配管：２５０パスカル（１ ｉｎ ＷＧ）等級。
・ファンの吐出側の排気配管：２５０パスカル（１ ｉｎ ＷＧ）等級。
・ファンの吸い込み側の排気配管：５００パスカル（２ ｉｎ ＷＧ）等級。
低圧配管の封止等級は以下の表に従い得る。
配管封止の構造は以下のようになり得る。
・ファンの吐出側からの給気配管：封止分類Ａ。
・ファンの吐出側の戻り空気配管：封止分類Ｂ。
・ファンの吸い込み側の戻り空気配管：封止分類Ｂ。
・ファンの吐出側の排気配管：封止分類Ｂ。
・ファンの吸い込み側の排気配管：封止分類Ｂ。
本発明に係る態様はフレキシブル配管を用い得る。そのようなフレキシブル配管用に適用される基準は、以下に限定されるものではないが、以下の最新版を含む。
・ＵＬ１８１。
・全米防火協会（ＮＦＰＡ）９０Ａおよび９０Ｂ。
・フレキシブル配管用のＳＭＡＣＮＡ設置基準。
本発明に係って用いられるフレキシブル配管の態様は、最大延焼レーティングが２５であり、最大煙蔓延レーティングが５０であり得る。
本発明に係って用いられるフレキシブル配管の態様は、工場で組み立てられた半剛体で絶縁されていないアルミニウム配管を備え得る。フレキシブル配管はらせん状に巻かれ、三重シーム継ぎと機械的に接続され得る。配管間のその継ぎ目は、連続的な気密で漏れ防止されたジョイントを形成し得る。配管はＵＬクラス１にリストアップされ得る。
ある態様においては、フレキシブル配管は以下の運転特性の１つ以上を示し得る。
・約２５００パスカルの最大正圧（１０ ｉｎ ＷＧ）。
・約２５０パスカルの最大負圧（１ ｉｎ ＷＧ）。
・約２０．３ｍ／秒（４０００フィート／分）の最大気体速度。
・約−５０℃から３２０℃（−６０°Ｆから６００°Ｆ）の温度範囲。
いくつかの態様によれば、断熱フレキシブル配管が用いられ得る。ある態様は、工場で組み立てられた半剛体断熱アルミニウム配管を備え得る。断熱フレキシブル配管はらせん状に巻かれ、三重シーム継ぎと機械的に接続され得る。断熱フレキシブル配管は、連続的な気密で漏れ防止されるジョイントを形成するように継ぎ目を用い得る。断熱フレキシブル配管は、リストアップされたＵＬクラス１であり得る。断熱フレキシブル配管は、（ポリエチレンスリーブ）防湿材によって覆われた２５ｍｍ（１インチ）の工場で被覆された繊維ガラス断熱であり得る。
ある態様においては、断熱フレキシブル配管は、以下の性能特性の１つ以上を示し得る。
・約０．２４ Ｂｔｕ／ｈ／ｆｔ２°Ｆ以下の最小熱的損失／利得。
・約２５００パスカルの最大正圧（１０ ｉｎ ＷＧ）。
・約２５０パスカルの最大負圧（１ ｉｎ ＷＧ）。
・約２０．３ｍ／秒（４０００フィート／分）の最大気体速度。
・約−４０°Ｆから２５０°Ｆの間の気体温度範囲。
本発明の態様に係るフレキシブル配管は、約３ｍ（１０フィート）以下である、天井コンセントを供給するフレキシブル配管の長さで設置され得る。ある態様においては、封止化合物および／またはテープが、鋼板とフレキシブル配管との間の接続ポイントで用いられ得る。さらなる機械的接続が鋼板ネジを用いてなされ得る。フレキシブル配管のさまざまな態様は、１つの配管の直径よりも大きな中心線半径を有するカーブを有し得る。
ある態様においては、熱エネルギーは、液体を運ぶように構成された連結機構を用いて伝導され得る。たとえば、図６９Ａの態様は、熱交換装置を通して、冷たい液体および熱い液体を運ぶように構成された熱的連結機構を含む。図６９Ｄの態様は、液体配管接続を介して、冷却装置に冷たさおよび／または熱を直接的に運ぶように構成された熱的連結機構を用いる。
本発明の態様に係るそのような液体配管接続は、１つ以上の構成要素から形成され得て、以下に限定されるものではないが、たとえばフィッティングのようなパイプ封止材（銅、黒管、黄銅、亜鉛メッキ鋼板、もしくはＰＶＣから形成され得る）、ニップル（銅、黒管、黄銅、亜鉛メッキ鋼板、もしくはＰＶＣから形成され得る）、ハブなしカップリング（ｎｏ ｈｕｂ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）、パイプクランプ、およびパイプハンガーインサート（ｐｉｐｅ ｈｕｎｇｅｒ ｉｎｓｅｒｔ）を含む。
様々なタイプの鋼管が、液体配管のために用いられ得る。例は、スケジュール４０に従うＮＰＳ ２ およびそれ以下で継ぎ目なし、スケジュール４０に従うＮＰＳ ２ １／２〜３の継ぎ目なしもしくは電気抵抗溶接（ＥＲＷ）、およびスケジュール４０に従うＮＰＳ ４〜８のＥＲＷを含む。適用規格は、ＡＳＴＭ Ａ５３もしくはＡ１３５のグレードＢを含む。
様々なジョイントが、液体配管パイプを接続するために用いられ得る。スレッドジョイントの例は、ＡＮＳＩ Ｂ１．２０．１標準に準拠して化合物を結合させるテーパー状配管スレッドとテフロン（登録商標）テープもしくは粉末鉛ペーストを用いるＮＰＳ ２およびそれ以下、もしくはＡＳＭＥ Ｂ１６．３９標準に準拠する黒可鍛鉄、ブロンズフェース、グランドジョイントを備えるユニオンである。ＮＰＳ ２およびそれ以上のスレッドジョイントもまた用いられ得る。
溶接ジョイントもまた液体配管パイプを接続するために用いられ得る。溶接ジョイントの例は、ＡＮＳＩ Ｂ１６．１１標準に準拠するソケット溶接フィッティングを用いるＮＰＳ ２およびそれ以下を含む。ＮＰＳ ２ １／２およびそれ以上のためのジョイントは、ＣＳＡ Ｗ４７．１−１９８３に従う平面座フランジ、ＡＮＳＩ Ｂ１８．２．１、Ｂ２．２．２に従うフランジボルトおよびナット、およびフランジガスケットを含み、ガスケットはＡＮＳＩ Ｂ１６．２１、Ｂ１６．２０、Ａ２１．１１に準拠する１．６ｍｍ（１／１６インチ）厚さの弾性シートもしくは他の好適な材料である。
溝付きジョイントもまた液体配管パイプを接続するために用いられ得る。溝付きジョイントの例は、ＥＰＤＭガスケットを有する固定カップリングを備えた機械的ロールジョイント（ｊｏｉｎｔ ｒｏｌｌｅｄ）もしくは溝彫り基準（ｃｕｔ ｇｒｏｏｖｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄ）を用いるＮＰＳ ２ １／２およびそれ以上を含む。承認基準はＶｉｃｔａｕｌｉｃおよびＧｒｕｖｌｏｃｋを含む。適用規格はＣＳＡ Ｂ２４２−Ｍ１９８０である。
様々なタイプのフィッティングが、約１０３５キロパスカル（１５０ｐｓｉ）までの圧力を経験することを予期される液体配管のために用いられ得る。この圧力範囲内でのＮＰＳ ２およびそれ以下のためのスレッドフィッティングは、ＡＮＳＩ Ｂ１６．３標準に準拠するクラス１５０のスレッド可鍛鉄、およびＡＳＭＥ Ｂ１６．３９標準に準拠する黒可鍛鉄、ブロンズフェース、グランドジョイントのユニオンを含む。
１０３５キロパスカル（１５０ｐｓｉ）までの圧力を経験することを予期される液体配管のための溶接フィッティングは、クラス１５０の鍛鋼、平面座パイプフランジ、溶接首（ｗｅｌｄ ｎｅｃｋ）または差し込み、もしくは鍛鋼突き合わせ溶接タイプを含み、配管に合うような壁厚を有するＮＰＳ ２ １／２およびそれ以上である。承認基準は、Ｗｅｌｄｂｅｎｄ、Ｔｕｂｅ Ｔｕｒｎｓ、およびＢｏｎｎｅｙ Ｆｏｒｇｅを含む。適用規格は、ＡＮＳＩ Ｂ１６．５である。
１０３５キロパスカル（１５０ｐｓｉ）までの圧力を経験することを予期される液体配管のための溝付きフィッティングは、ＡＳＴＭ Ａ４７−７７標準に準拠する可鍛鉄を用いるか、ＡＳＴＭ Ａ５３６−８０標準に準拠する延性鉄を用いる、ＮＰＳ ２ １／２およびそれ以上を含む。承認基準は、ＶｉｃｔａｕｌｉｃおよびＧｒｕｖｌｏｃｋを含む。
様々なタイプのフィッティングが、約２０７０キロパスカル（３００ｐｓｉ）までの圧力を経験することを予期されて液体配管のために用いられ得る。ＮＰＳ ２およびそれ以下のスレッドフィッティングは、ＡＮＳＩ Ｂ１６．３標準に従うクラス３００のスレッド可鍛鉄を用い得る。
溶接フィッティングもまた、より高い圧力を経験することを予期されて配管のために用いられ得る。ＮＰＳ ２およびそれ以下用には、ＡＮＳＩ １６．１１標準に準拠するＢｏｎｎｅｙ ＦｏｒｇｅおよびＡｎｖｉｌ（Ｇｒｉｎｎｅｌｌ）の承認規格とともに、クラス３００の鍛鋼の溶接フィッティングが用いられ得る。クラス３００の鍛鋼、ブロンズフェース、ＭＳＳ−ＳＰ−８３標準に従うグランドジョイントを備えるユニオンもまた用いられ得る。
ＮＰＳ ２ １／２およびそれ以上用には、クラス３００の鍛鋼、平面座パイプフランジ、溶接首もしくは差し込みが用いられ得る。配管に合うような壁厚を有する鍛鋼突き合わせ溶接タイプもまた用いられ得る。承認基準は、Ｗｅｌｄ Ｂｅｎｄ、Ｔｕｂｅ Ｔｕｒｎｓ、およびＢｏｎｎｅｙ Ｆｏｒｇｅを含む。適用規格は、ＡＮＳＩ Ｂ１６．５を含む。
溝付きフィッティングもまた、この圧力範囲のために用いられ得る。ＮＰＳ ２ １／２およびそれ以上は、ＡＳＴＭ Ａ４７−７７標準に準拠する可鍛鉄を用い得るか、もしくはＡＳＴＭ Ａ５３６−８０標準に準拠する延性鉄を用い得る。承認基準は、ＶｉｃｔａｕｌｉｃおよびＧｒｕｖｌｏｃｋを含む。
溶接分岐接続フィッティングもまた、全ての配管サイズのために、より高い圧力用に用いられ得る。分岐フィッティングが溶接されるパイプラン（ｐｉｐｅ ｒｕｎ）の最小厚さである壁厚とともに、これらのフィッティングが鍛鋼であり得る。承認基準は、Ｂｏｎｎｅｙ Ｆｏｒｇｅ ”Ｏ−ｌｅｔ”フィッティング、およびＡｎｖｉｌ（Ｇｒｉｎｎｅｌｌ）”Ａｎｖｉｌｅｔ”フィッティングを含む。フィッティングは、ＡＮＳＩ Ｂ３１．１標準に準拠し得る。
様々なバルブのタイプが加熱および冷却のために用いられる液体配管に用いられ得る。ゲートバルブは、約１０３５キロパスカル（１５０ｐｓｉ）までの圧力用に用いられ得る。ＮＰＳ２およびそれ以下用に、ブロンズボディ、スクリューボンネット、ソリッドウェッジディスクを備えるクラス１５０の上昇弁棒とバルブがはんだ付けされ得る。承認基準はＫｉｔｚ ４４である。
この圧力範囲においては、スレッドゲートバルブもまた用いられ得て、それは、ブロンズボディ、スクリューボンネット、ソリッドウェッジディスクを備えるクラス１５０の上昇弁棒を備え得る。承認基準はＫｉｔｚ ２４である。ＮＰＳ ２およびそれ以下用のスレッドバルブは、ＭＳＳ ＳＰ−８０標準および／またはＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ Ｂ１６．３４標準に準拠し得る。
ＮＰＳ ２ １／２およびそれ以上用に、フランジゲートバルブがこの圧力範囲において用いられ得て、それは、全面座フランジ、鋳鉄ボディ、ブロンズトリム、ソリッドウェッジディスク、ボルテッドボンネット、ＯＳ＆Ｙを備えるクラス１２５の上昇弁棒を含む。承認基準はＫｉｔｚ ７２である。フランジゲートバルブは、ＭＳＳ ＳＰ−７０標準および／またはＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ Ｂ１６．５標準に準拠し得る。
２０７０キロパスカル（３００ｐｓｉ）までの圧力用に、ボールバルブが用いられ得る。ＮＰＳ ２およびそれ以下用に、そのようなボールバルブははんだ付けされるか、ねじ山をつけられる。はんだ付けされたボールバルブは、最低６００ｐｓｉ ＷＯＧの２つのブロンズもしくは黄銅のボディ、フルポートのクロムめっきブロンズもしくはステンレス鋼ボール、ＰＴＦＥシートおよびシール、耐噴出弁棒を備え得る。承認基準は、Ｋｉｔｚ ５９である。スレッドボールバルブは、最低６００ｐｓｉ ＷＯＧの２つのブロンズもしくは黄銅のボディ、フルポートのステンレス鋼ボール、ＰＴＦＥシートおよびシール、耐噴出弁棒を備え得る。承認基準は、Ｋｉｔｚ ５８である。そのようなボールバルブは、ＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ Ｂ１６．３４標準に準拠し得る。
ＮＰＳ ２ １／２〜１２用には、バタフライバルブが用いられ得る。そのようなバタフライバルブの一例は、溝が彫られており、長首構造の可鍛もしくは延性鉄ボディ、アルミニウムブロンズディスク、９３℃（２００°Ｆ）の作業温度のためのＥＰＤＭグレード”Ｅ”のライナーを備えたクラス１５０である。承認基準は、Ｖｉｃｔａｕｌｉｃシリーズ３００である。バルブは、ＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ Ｂ１６．３４標準もしくはＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ Ｂ１６．５標準に準拠し得る。
４１００キロパスカル（６００ｐｓｉ）までの圧力用には、ボールバルブが用いられ得る。ＮＰＳ ２〜４用に、ボールバルブは溝が彫られており、６００ｐｓｉ ＷＯＧ、延性鉄ボディ、ステンレス鋼のボールおよび弁棒、スタンダードポート、特定されたロックシールド、ＴＦＥシートおよびシールを備え得る。承認基準は、Ｖｉｃｔａｕｌｉｃシリーズ７２１およびＧｒｕｖｌｏｋである。ボールバルブは、ＭＳＳ ＳＰ−７０標準もしくはＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ Ｂ１６．５標準に準拠し得る。
１０３５キロパスカル（１５０ｐｓｉ）までの圧力用に、スイングチェックバルブが用いられ得る。ＮＰＳ ２およびそれ以下は、はんだ付けもしくはスレッド付のスイングチェックバルブを用い得る。はんだ付けされたスイングチェックバルブは、Ｋｉｔｚ ３０−の承認基準とともに、クラス１５０で、Ｙパターンブロンズボディ、ブロンズスイングディスク、インテグラルシート、スクリューインキャップ（ｓｃｒｅｗ ｉｎ ｃａｐ）であり得る。スレッドスイングチェックバルブは、Ｋｉｔｚ ２９の承認基準とともに、クラス１５０で、Ｙパターンブロンズボディ、ブロンズスイングディスク、インテグラルシート、スクリューインキャップであり得る。そのようなはんだ付けされた、もしくはスレッドのスイングチェックバルブは、ＭＳＳ ＳＰ−８０標準および／またはＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ Ｂ１６．３４標準に準拠し得る。
ＮＰＳ ２ １／２およびそれ以上は、全面座フランジ、鋳鉄ボディ、再生可能ブロンズシートリング、ブロンズスイングタイプディスクを備えるクラス１２５のフランジスイングチェックバルブを用い得る。承認基準は、Ｋｉｔｚ ７８を含む。そのようなフランジスイングチェックバルブは、ＭＳＳ ＳＰ−７１標準および／またはＡＮＳＩ／ＡＳＭＥ Ｂ１６．５標準に準拠し得る。
本発明のある態様に係るシステムからの熱的連結機構は、冷蔵装置と連結し得る。そのような冷蔵構成要素は、構成要素の評価を確立するために性能試験に用いられる、カナダ規格協会（ＣＳＡ）標準Ｂ５２、ＡＲＩ、ＡＳＭＥおよびＡＳＨＲＡＥの規約および標準に準拠し得る。
冷蔵構成要素の一例は冷蔵チューブである。ハロゲン冷媒が用いられる場合、工場で清浄化され封止されたシームレスのＡＣＲ銅がチューブのために用いられ得る。そのようなチューブは、ＡＳＴＭ Ｂ２８０標準に準拠し得る。
フィッティングは、冷蔵構成要素の他の例である。フィッティング用には、長径タイプのエルボおよび返しベンドが用いられ得る。これらのフィッティングは、鍛錬（ｗｒｏｕｇｈｔ）銅もしくは鍛造（ｆｏｒｇｅｄ）黄銅のはんだタイプから形成され得る。フィッティングは、ＡＳＭＥ Ｂ１６．２２標準に準拠し得る。
ジョイントは、冷蔵構成要素のさらなる他の例を表す。ある態様は、銅フィッティングと接続された銅配管を利用し得る。そのようなジョイント用の材料の例は、以下に限定されるものではないが、ＳＩＬ−ＦＯＳ−１５ リン−銅−銀合金を含み、ＣＳＡ Ｂ５２標準に準拠し得る。
ある態様は、黄銅フィッティングを用い得る。そのようなフィッティングは、ＣＳＡ Ｂ５２標準に準拠する、２５００ ＰＳＩ はんだを備え得る。
いくつかの態様における装備または付属品への接続は９５−５はんだを用いて実現され得て、ＣＳＡ Ｂ５２標準に準拠し得る。
ある態様においては、フレキシブル接続部品が用いられ得る。本発明に係るいくつかの態様は、シームレスフレキシブルブロンズホースを備えるフレキシブル接続部品を用い得る。本発明のいくつかの態様は、より大きさサイズ向けに、編組被覆のブロンズワイヤを備えるフレキシブル接続部品を用い得る。接続部品はＣＳＡ Ｂ５２標準に準拠し得る。
ある態様によれば、冷蔵配管は、以下のように取り付けられ得る。もし、汚れ、やすり粉、もしくは目に見える湿気が存在するならば、冷蔵配管のそれぞれの長さは、冷凍機油に浸された布で拭かれ得る。ジョイントを組み立てる際を除いて、配管の端は封止されたままであり得る。エルボおよびフィッティングは最小限に保たれる。水平配管搬送気体は、流れの方向に１：２４０に近づけられる。ラインは８フィート以下の間隔で支持されるか、固定され得る。
適切な場所で、拡張スイングジョイント、配管ガイド、およびアンカーが設けられ得る。冷蔵配管と接する際、配管ガイドおよびアンカーは銅でメッキされ得る。
アンカーは建物の構造を適切に固定し得る。振動エリミネーターは、冷蔵配管と同じ寸法の”アナコンダ（Ａｎａｃｏｎｄａ）”であり得る。
液体ラインフィルター乾燥機および点検窓は、冷蔵配管および重量に適合し、製造者推奨に従った寸法および能力の”Ｓｐｏｒｌａｎ”であり得る。吸い込みラインＰトラップはそれぞれの蒸発器の基部に、水平方向に５０フィートごと、垂直方向に２０フィートごとに設けられ得る。ソレノイドバルブは、能力に適合するような寸法の”Ｓｐｏｒｌａｎ”となるだろう。そして、磁気コイル電圧が制御システムと調和され得る。複数のランが取り付けられる時、配管は最低６インチにまで広がり、膨張および収縮を可能とし得る。
”ＨＹＤＲＡＺＯＲＢ”または”ＣＵＳＨ−Ａ−ＣＬＡＭＰ”のゴムグロメットが、ラインの擦れを抑制するために配管とクランプとの間に用いられ得る。１．７メートル（５フィート）以上の垂直立ち上がりが吸い込みラインで起こる場合、立ち上がりは次の水平吸い込みの上部に接続され得る。スクリューおよびフランジ式のジョイントは、蝋付けフォーマットが利用可能ではない装備の接続に限定され得る。
配管を濡らす時、乾燥窒素が配管内に出てくるかもしれない。フレキシブル配管振動分離機およびスタブコネクタが、６２０℃（１１４８°Ｆ）以下で融解する合金を用いて、封止された密閉コンプレッサーに蝋付けされ得る。
２つの排出フィッティングが設けられ得る。１つは吸い込みラインフィルターの入口側にある吸い込みライン内にあり得て、１つはフィルター乾燥機の出口側にある液体ラインにあり得る。液体ライン中の接続部は、充填バルブとして機能するように弁で調節され得る。接続部は少なくとも１／４インチであるべきである。ＣＳＡ Ｂ５２の最新版に準拠して、圧力除去装置が開放され得る。
漏れおよび圧力のテストは以下のように行われ得る。漏れテストは、システムを空にする前に行われ得る。高圧側で２０７０キロパスカル（３００ｐｓｉ）のゲージ圧力および低圧側では１０５０キロパスカル（１５０ｐｓｉ）で、テストはＣＳＡ Ｂ５２の最新版に準拠し得る。乾燥窒素が圧力を上昇させるために用いられ得る。装置は、乾燥窒素とともに、高圧側および低圧側におけるテスト圧力を処理するように組み立てられ得る。石鹸溶液、もしくは、たとえば”ＳＮＯＯＰ”のような専用の漏れ検知キット、もしくは蛍光トレーサーを用いて、漏れがテストされ得る。
図６９に戻り、湿度（Ｈ）、体積（Ｖ）、温度（Ｔ）、および圧力（Ｐ）、およびバルブ状態センサーのような他のセンサー（Ｓ）を含むさまざまなタイプのセンサーが、システム中の様々な場所に配置され得る。これらのセンサーは中央コントローラー６９９６と電気的に連結され得る。
具体的には、システム６９０１の様々な要素が中央コントローラーもしくはプロセッサー６９９６と連結され、同様に、コンピューター読み出し可能保存媒体６９９４を電気的に連結する。コンピューター読み出し可能保存媒体６９９４に保存された計算機コードの形態での指示に基づいて、コントローラーもしくはプロセッサー６９９６はシステム６９０１のさまざまな要素を制御するように運転され得る。この制御は、システム内のさまざまなセンサーから受信されるデータ、そのデータから算出される数値、および／または、併置された源（たとえば、以下で議論されるエンドユーザもしくは併置されたエネルギー発電機）を含み、またはインターネットもしくはスマートグリッドなどの外部源からの、さまざまな源からコントローラーもしくはプロセッサー６９９６によって受信される情報、に基づき得る。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムの運転がここに述べられる。上述のように、ある機能において、たとえば空調および／または加熱の形態で、本システムは温度制御をエンドユーザに提供する。この冷却または加熱は、エンドユーザと、専用コンプレッサーおよび専用膨張機と、の間に設けられた熱的連結機構を通して実現される。
具体的には、保存ユニットに保存されている圧縮気体は、一方向バルブ６９１１を通して専用膨張機に流れ得る。基礎的な熱力学の原理によれば、膨張機の内部で膨張に耐える圧縮気体は、温度における低下を経験する傾向にあるだろう。この気体膨脹プロセスからの熱エネルギーのこの流れは、熱的連結機構６９８０およびスイッチ６９８１を通してエンドユーザを冷却するように用いられ得る。
具体的には、冷却の熱力学効率は、近等温の条件下で気体膨脹を行うことによって高められ得て、低減された熱的損失とともに温度における最低限の変化に至る。ある態様においては、そのような近等温の条件は、膨張中の気体と、膨張中の気体内部に存在する液体（たとえば、水または油）との間での熱交換を用いて得られ得る。具体的には、液滴によって利用可能となる大きな表面積と組み合わされた、液体の比較的高い熱容量によって、液体から膨張中の気体への効率的な熱の伝導が可能となる。膨張されたエアロゾルからの分離後、膨張中の気体への熱の伝導によって冷却された液体が、同様に、冷却機能を実行するためにエンドユーザとの熱的連結機構を通して流れ得る。
図６９に示され、述べられた具体的な態様は、圧縮気体からのエネルギーの保存および回収に焦点を当てているが、これは本発明によって必須とはされていない。本発明に係る他の態様は、上述のように、発電層内部の位置どりに関連するエンドユーザとともにメーターの後方に位置するエネルギー保存システムの他の形態を用い得る。
図６９に示される圧縮気体エネルギー保存および回収システムの態様は、ある側面において、図２８の冷蔵装置の態様とは異なる。たとえば、図２８の冷蔵装置は、単一のコンプレッサー／膨張機ユニットにおけるコンプレッサーおよび膨張機を接続する。
また、図２８の冷蔵装置は、圧縮されている気体を保存するための構造の設備なしに示されている。しかしながら、図２８に関連して説明されるように、そのような装置は、たとえば気体保存ユニットを含むように、ポイントＡにおいて容易に修正され得る。
図２８に示すような冷蔵装置はまた、個別の電力発生能力が不足している。しかしながら、他の態様において、コンプレッサー／膨張機ユニットの膨張機要素は、電力を供給する発電機と物理的に連結されるように容易に配置され得る。そのような発電は、１）後の使用のための圧縮気体を保存する能力が存在する、および／または、２）膨張機がその動力出力の規模を増加させるために外部熱源と熱連通する、場合に、有用であり得る。
しかしながら、それらの相違にもかかわらず、図２８の冷蔵システムと図６９のエネルギー保存および回収システムとが同様の原理を用いて運転されると理解されている。具体的には、両方が、膨張された気液混合物から分離された液体を用い、温度制御機能を実行している。
上記の図２８〜３２は、冷却を供給するための気体膨脹の効果に焦点を当ててきた。しかしながら、本発明はこの応用に限定されず、他の態様が加熱効果をもたらし得る。
基礎的な熱力学の原理によれば、コンプレッサー内部で圧縮に耐えている気体は、温度における上昇を経験する傾向にある。そのため、上述のエアロゾル冷却に類似した方法で、圧縮気体への露出によって加熱されてきた注入液体が、エンドユーザを加熱するために、スイッチ６９８１および熱的連結機構６９８０を通して、分離され、流れ得る。
前述の議論は、温度制御のための圧縮気体エネルギー保存および回収システムの使用に焦点を当ててきたが、本発明の態様はこの応用に限定されない。具体的には、専用膨張機内部での気体の膨張は、電力を供給するために利用され得る物理的な仕事に至り得る。
ここで、図６９に戻り、専用膨張機６９０５が、連結機構６９２３と物理的に連結している可動部材を含み得る。
図６９の態様と相まって説明される、図５０Ｂの専用膨張機の詳細図は、気体の膨張が可動部材を駆動し、たとえば図６９の連結機構６９２３のような連結機構に物理的なエネルギーを出力し得ることを示唆する。機械的、液圧的、空気圧的な形態における、この物理的なエネルギーは、多くの方法で用いられ得る。
たとえば、連結機構６９２３におけるエネルギー出力は第２の連結機構６９２１に伝達され、専用コンプレッサー６９０２内部に配置される第２の可動部材を駆動し得る。この方法においては、保存ユニットに気体を圧縮し、流す第２の可動部材の作動は、膨張のために利用可能な圧縮気体の供給を再補給するために機能し得る。
図６９の具体的な態様は、連結機構６９２１および６９２３を別個で異なるものとして示しているが、これは本発明によって必須ではない。ある態様においては、連結機構６９２１および６９２３は、たとえば可動部材としての往復ピストンの間の共通クランクシャフトのような同じ構造であり得る。そのような構造は、保存ユニットへ圧縮気体を供給する目的のための膨張機要素とコンプレッサー要素との間での効率的なエネルギー移送を容易にし得る。
ある運転モードにおいて、膨張機によって駆動される連結機構６９２３からのエネルギーは、システム内部に最初に維持され得る。具体的には、圧縮気体から回収されたエネルギーは、冷却のため、および／または、圧縮気体の供給を再補給するために用いられるだろう。次に、モーター／発電機からの出力となるネット電力はないだろう。
しかしながら、他の運転機能が、電力供給として機能する圧縮気体保存システムを必要とし得る。そのため、あるアプリケーション（以下に限定されないが、ＵＰＳ、ピークシェービング、需要応答プログラム、および再生可能平準化を含む）においては、メーターを迂回することによって、圧縮気体保存システムがエンドユーザに直接電力を供給し得る。そのような１つ以上の電力供給アプリケーションにおいて、圧縮気体エネルギー保存システムは、たとえば、移送がエンドユーザへの断絶なくスムースな方法で圧縮空気システムからエネルギーを引き出し得るパワーエレクトロニクスモジュールおよび短期エネルギー保存（たとえば、バッテリーの形態で）のような追加の構成要素を含み得る。
他のアプリケーションにおいては、本システムはメーターを通して電力ネットワークに電力を戻し得る。たとえば、分散発電（ＤＧ）構造においては、電力ネットワークはメーターを通して戻ってきた電力を受け取るように構成される。この方法においては、圧縮気体の膨張によって駆動される発電機による電気的出力が、電力ネットワーク、およびこの電力の供給に報いるエネルギー保存システムの運営者にフィードされ得る。
そのようなスキームがピーク需要の時に特別な長所であり得て、そこでＤＧからネットワークへ寄与された戻り電力が追加の負荷を満たし得る。そのようなスキームはまた、ネットワークに弾力性を与え得て、自然災害またはテロリストの攻撃のような出来事に起因する広範囲のネットワーク停止に対応して、ＤＧから電気グリッドの一時的な局所アイランドを形成させることができる。
本システム６９０１のさまざまな要素は中央コントローラーもしくはプロセッサー６９９６と連結し、同様に、コンピューター読み出し可能保存媒体６９９４と電気的に連結する。コンピューター読み出し可能保存媒体６９９４に保存された計算機コードの形態での指示に基づいて、コントローラーもしくはプロセッサー６９９６は、システム６９０１のさまざまな要素を制御するために運転され得る。この制御は、システム内のさまざまなセンサーから受信されるデータ、そのデータから算出される数値、および／または、併置された源（たとえば、以下で議論されるエンドユーザもしくは併置されたエネルギー発電機）を含み、もしくはインターネットやスマートグリッドなどの外部源からの、さまざまな源から、コントローラーもしくはプロセッサー６９９６によって受信される情報に基づき得る。
ある態様においては、本システムのコントローラーは、エンドユーザから受信される指示に基づいて運転を開始するように構成され得る。たとえば、エンドユーザが電力ネットワーク運営者からの需要応答のための要請を受け入れる場合、同様に、エンドユーザは、需要応答時期をカバーするために必要な電力を供給する保存システムのための必要性を示唆するコントローラーへの信号を伝達し得る。
他の態様においては、圧縮気体保存および回収システムが、エンドユーザもしくは外部源（たとえばインターネット）から信号を受け取り、温度条件における現実の、もしくは切迫した変化を示唆し得る。それに応じて、コントローラーは、より大きな冷却効果とともにシステムを運転するように指示し得る。
ある態様においては、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、信号をエンドユーザに伝達し得る。たとえば、圧縮気体の利用可能な供給が枯渇に向かっている場合、エネルギー保存システムは、その温度を維持するために、グリッドを通してネットワークから追加の電力を引き出すためにエンドユーザのための必要性を示唆する、エンドユーザへのメッセージを送信し得る。
メーターの後方にエネルギー保存システムを位置づけることによって実現され得る潜在的な利点は、規制管理の結果的な形態である。消費層の一部として、ネットワークとのエネルギー保存システムの接触は比較的単純であり、限られている。具体的には、最終的なメーター接続の場合において、消費およびさらには出力のパターンに基づいて推定され得るインターフェースを通して電力の流れの規模および方向とともに、本システムが単一のインターフェース（メーター）を通したネットワークと交わることが予期される。そのため、本発明の態様に係る、メーターの後方に位置する圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、通常の家庭用電気製品と類似してみなされ得て、たとえば、発電、伝送、および分散の層のような電力ネットワークの他の層の要素を調節する規制の影響下にはない。
エンドユーザとエネルギー保存システムとが同じ場所にあることは、２つの存在間での組み立てられた動きをさらに高め得る。具体的には、圧縮気体エネルギー保存システム６４４０ａと、同じ位置にあるエンドユーザとの間の通信リンクは本質的に局所的であり得て、それゆえに広域通信ネットワークよりも潜在的により早く、より信頼性がある。
さまざまな電力供給機能（すなわち、ＵＰＳ、ピークシェービング、需要応答、再生可能平準化）のうちのいずれか１つにおいて、エネルギー保存システムとエンドユーザとの間のそのような密接な近接は、ネットワークによって供給される電力のエンドユーザの消費と、保存システムから供給される電力のエンドユーザの消費との間の継ぎ目のない移送を容易にするために役立ち得る。
図６９に示す態様は、輪郭に示される１つ以上の任意の特徴を含み得る。たとえば、ある態様においては、膨張機の気体出口は、コンプレッサーの気体入口と流体連通している。そのような態様によってもたらされる閉鎖系流体ループ６９８５は、多くの潜在的な利点を提供し得る。１つが気体の維持であることによって、熱交換を高めるより高い熱容量を有する、より多くの外来の気体（たとえばヘリウムまたは高密度気体）の使用が可能になる。
図６９の態様の他の任意の特徴は、膨張機６９０５と、たとえば太陽もしくは近隣の設備または工業プロセスによって発せられる熱のような外部熱源６９８７との間の可能な熱的連結機構６９８６、もしくは図７０に関連して以下に議論される局所電源である。具体的には、そのような外部熱源からの熱エネルギーは、圧縮気体の膨張からのエネルギーの回収の効率を高めるために用いられるように捕捉され得る。追加の熱の源に関する本発明に係る圧縮気体保存および回収システムの使用は、米国特許仮出願第６１／２９４，３９６号明細書に詳細が述べられており、全ての目的に対して、ここにその内容が参照によって包含される。
ある態様においては、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの運転は、概日周期の熱的な局面と調和し得る。そのような運転の一例がここに述べられる。
図６９を再び参照すると、この例においては、エンドユーザは、日中の温度と夜間の温度との間に比較的大きな差をもたらす気候に位置する大きなオフィスビルを備える。夕方や、週末の間、オフィスビルはほとんど空であり、電力ネットワークに最小限の負荷をもたらし、最低限の温度を維持するためにいくぶんかの電力を消費する。
しかしながら、平日の午前７時から午後７時までの間、オフィスビルは労働者で占められ、電力ネットワークに大きな負荷をもたらし、その相当の構成要素が冷却に向けられる。他のユーザからの需要のため、この時間帯の電力料金は高い。加えて、供給される電力のためにビルに課金される料金は、過去の使用ピークに基づき得る。
そのため、電力費を低減するために、オフィスビルは、そのメーターの後方に、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムを包含し得る。そのようなシステムは、温度調節と電力供給の役割の両方に機能し得る。
たとえば、オフピーク時間には、本システムは、ネットワークからのエネルギーを消費し、保存ユニット内に圧縮気体を保存するためにコンプレッサーを運転し得る。そのような圧縮によって生成された熱が加熱のために用いられ得ることによって、電力ネットワークからその目的のためにエネルギーを引き出すオフィスビルのためのニーズを未然に防ぎ得る。
しかしながら、エネルギーがあまり高くないオフピークの時間帯には、エネルギー保存のためのシステムの電力消費は、潜在的にさらに大きく経済的に重要である。この保存されたエネルギーは、ピーク需要期の間に、オフィスビルによってもたらされる負荷を低減（もしくは除去さえも）するために後に回収され得る。
具体的には、エネルギー保存および回収システムは、ピーク需要の時間帯に、圧縮気体を保存ユニットから膨張機に流し得る。そのような運転は、少なくとも２つの理由で電力ネットワークへのオフィスビルの負荷を低減するだろう。
第１に、オフィスビル内部の温度が高いと予期される時に、気体膨張は日中に冷却効果を提供し得る。気体膨張によるそのような冷却が、さもなければビルの温度を制御するためにネットワークから引き出されるだろう負荷の一部を取り除くだろう。
第２に、いくぶんかの負荷を取り除くことに加えて、気体膨張によって生み出される電力もまた、負荷のタイミングを低需要の時期に有利にシフトし、さらにコストを低減し得る。保存されたエネルギーは、より低い電力料金の時に電力ネットワークから既に引き出されている。後の回収から利用可能になるエネルギーは、そのより低い価格で利用可能であることによって、エネルギーの有効原価を低減する。
さらに、日中に自然に利用可能な太陽エネルギーは、冷却効果、および／または、保存された圧縮空気から供給される電力を高めるために容易に用いられ得る。たとえば、圧縮気体保存ユニットは太陽と熱連通するように配置され得る。太陽からの熱エネルギーは保存ユニット内部の気体を加熱し、内部に保存され、気体の膨張にかかる回収のために利用可能な、エネルギーの総量を増加させ得る。
加熱中の保存気体と別個に、または関連して、太陽からのエネルギーはまた、膨張中の気体への注入用の液体を加熱するためにも用いられ得る。具体的には、熱エネルギーは、気液混合物の次の膨張を分離される液体を加熱するように繋がり得る。上述のように、この液体は、近等温条件下での膨張中の気体への熱の伝導によって冷却されてくるだろう。エネルギー回収の典型的な時間帯に、気体および液体を加熱するための日光の天然な供給は、概日周期に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの運転に役立つ。
本発明の態様に係るエネルギー保存によって提供される負荷低減および負荷シフトは、過去のピーク以下に現在の負荷を下げることによって、さらにコストを低減し得る。具体的には、以前のピーク負荷の大部分を備える冷却コストの除去もしくは低減が、現在の負荷がそれらのピークを超えないことを確実にすることによって、罰金または追加料金を防ぎ得る。
要約すれば、概日周期と調和するエネルギー保存システムの運転は、少なくとも２つの別個の基本原理に基づく、低減されたコストをもたらし得る。第１に、膨張によるエネルギー回収と関連する冷却が日中の温暖さと同時に起こり、圧縮によるエネルギー保存と関連する加熱が夜間の冷涼さと同時に起こるので、エネルギー保存および回収が温度制御と関連するいくぶんかの負荷を除去し得る。
第２に、エネルギー保存および回収は、電力ネットワークにかかる負荷を、比較的高価な電力のピーク期から、比較的安価な電力のオフピーク期にシフトし得る。そのような負荷シフトは消費された電力に課金される大部分の料金を低減する観点から理解され、また、特定のユーザによる需要がある過去のピークを考慮して課金される料金の観点からも理解され得る。
ある状況においては、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、圧縮と膨張とを同時に行うシステムコントローラーによって構成され得る。そのような運転モードにおいては、圧縮された気体の全部または一部が、冷却および／または電力を供給するために、ただちに膨張され得る。
そのような運転モードは、さまざまな条件によって起こされ得る。たとえば、保存された圧縮気体は枯渇に近づき得るが、温度制御はまだ必要とされる。他の例においては、継続的な電力の供給が、ピーク負荷をぎりぎりで乗り切る、または電力を供給するための契約関係の条件を満たす（すなわち、圧縮気体の供給が使い果たされる場合でさえ電力を供給すること）ために必要とされ得る。他の例においては、ネットワークから利用可能である電力コストは低く、コスト効率を基礎にエネルギー保存を正当化する。
同時の圧縮と膨張を含むそのようなモードにおける運転はある効率ももたらし得る。具体的には、図２８と関連して上述されたように、熱交換器を通した、保存ユニットへの、および保存ユニットからの、同時に起こる気体の流れによって、これらの気流間での熱エネルギーの伝導が可能になる。
図７１として表される表は、システム運転の異なるモードを要約する。
図６６に戻り、ある態様においては、エネルギー保存システムとエンドユーザとが、同じメーターの後方に、局所的なエネルギー源と併置され得る。そのような局所的なエネルギー源の可能な例は、屋上ＰＶアレイ、太陽熱システム、風力タービン、もしくはエンドユーザの天然ガスの供給と流体連通するガスマイクロタービンを含む。
それに沿って、図７０は、本発明の一態様に係る圧縮気体保存および回収システム７００１の一態様の簡素化されたブロック図を示し、エンドユーザ７０５０および局所電源７０７０をメーターの後方に併置する。図７０の態様において、専用コンプレッサー（Ｃ）７００２、専用膨張機（Ｅ）７００５、専用モーター（Ｍ）７００４、および専用発電機（Ｇ）７００３の全てが、マルチノードギヤシステム７０９９を通してお互いに選択的に物理的に連結している。
そのようなギヤシステムの一態様が、米国特許出願第１２／７３０，５４９号明細書および図３３Ａ〜３３ＡＡと関連して上述される遊星歯車システムである。具体的には、マルチノードギヤシステム７０９９は、３つの回転連結機構（たとえば、連結機構３３４１、３３６２および３３６８）と機械的に連結する。これらの連結機構のそれぞれは、たとえば、風力タービン、発電機、モーター、モーター／発電機、コンプレッサー、膨張機、もしくはコンプレッサー／膨張機のような局所的エネルギー源などの、システムの他の様々な要素と物理的に連結し得る。
マルチノードギヤシステム７０９９は、減法的もしくは加法的な方法において、同時に、連結機構の全ての動作を可能にし得る。たとえば、風が吹く場合、タービン連結機構からのエネルギーは、発電機への連結機構およびコンプレッサーへの連結機構の両方を駆動するように分配され得る。他の例においては、風が吹き、エネルギー需要が大きい場合には、遊星歯車システムは、膨張機連結機構の出力と組み合わせられる風力タービン連結機構の出力に、発電機への連結機構を駆動させるようにする。
さらに、遊星歯車システムはまた、連結機構の全てよりも少ない動作に適応するように構成される。たとえば、図３３Ａ〜３３ＡＡの具体的な態様のシャフト３３４１の回転はシャフト３３６２の回転に至り得るし、その逆も成り立ち、その場所でシャフト３３６８の回転が防止される。同様に、シャフト３３４１の回転はシャフト３３６８のみの回転に至り得るし、その逆も成り立つ。もしくは、シャフト３３６２の回転はシャフト３３６８のみの回転に至り得るし、その逆も成り立つ。たとえば、風力タービンが安定していて、モーターの出力に基づいてコンプレッサーを運転することが望まれている場合、この構成によって、機械エネルギーはシステムの２つの要素のみの間で選択的に連結され得る。
本発明のある態様は、本システムの異なる要素間での機械エネルギーの移送を可能にするように、遊星歯車システムのようなマルチノードギヤシステムを好適に用い得る。具体的には、そのような遊星歯車システムは、図７２に記載される様々な運転のモードにおける連結機構間の異なる相対的な動作に適応する柔軟性をもたらし得る。
図７０に戻り、その図はマルチノードギヤシステムを示すが、これは本発明によって必須とはされない。他の態様においては、本システムの様々な要素が、個々の物理的連結機構を通して、もしくは他の要素の全てよりも少なく共有された物理的連結機構を通して、お互いに物理的に連結され得る。
図７０は、局所電源を、連結機構７０８０を通して任意にマルチノードギヤと物理的に連結するものとして示す。この構造によって、さらに大きな電力を生み出すために、局所電源から、および膨張機からの物理的なエネルギーが組み合わせられ得る。この構造によってもまた、電力を生み出すために、局所電源および膨張機が、存在する資産（同様の発電機構造）を別個に用いることができる。
図７０はまた、局所的な発電機が、電気的連結機構７０８２を通して、エンドユーザもしくはメーターと選択的に連結し得ることをも示す。ＰＶアレイのケースがそうであるように、そのような連結機構は、局所エネルギー源が電力を直接的に出力する場合に用いられ得る。
図７０はまた、局所的な発電機が、熱的連結機構７０７２および７０７４をそれぞれ通して、エンドユーザおよび／または膨張機と熱連通し得ることも示す。たとえば、太陽熱システムおよび燃焼ガスマイクロタービンのケースがそうであるように、局所エネルギー源が熱の形態で直接的にエネルギーを出力する場合に、そのような連結機構が用いられ得る。
マルチノードギヤおよび／または物理的、熱的、流体的、および電気的な連結機構の他の形態によってもたらされる柔軟性によって、図７２の表に要約されるモードにおける本システムの運転が可能になる。
図７０に示すように局所電源を備える圧縮気体エネルギー保存および回収システムの位置は、本システムに、多くの可能性のある役割において機能する能力を与え得る。一つの役割においては、たとえば屋上ソーラー（ＰＶおよび／または太陽熱）もしくは風力タービンのような１つ以上の局所的なエネルギー源を組み合わせるエネルギー保存ユニットが、エンドユーザのエネルギー需要の全てを潜在的に満たし得る。安全および／または経済の理由で望まれ得るように、これによって、エンドユーザは完全にグリッドを操作することができるだろう。
他の役割は、風力タービン、ＰＶアレイ、または太陽熱システムのような再生可能エネルギー源による出力である断続的な電力を平準化することである。たとえば、ＤＧスキームにおいては、局所的な代替電源の所有者はネットワーク運営者との接触を開始し、電力をグリッドに戻し得る。しかしながら、日光や風のようなある天然資源の断続的な性質によって、一定の電力供給をもたらす契約義務を満たすことは困難であり得る。
しかしながら、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムが併設されることによって、局所的エネルギー源の所有者は、定期的に電力を供給し得る。具体的には、圧縮気体の形態でシステムによって保存されたエネルギーは、風または太陽のような天然資源の一時的な不足に起因する出力における差（ｇａｐ）を埋め合わせるために必要なものとして回収され得る。そのため、本システムからのエネルギーは、局所的な代替エネルギー源による電力出力を平準化するために役立ち、メーターによって電力ネットワークに最終的に出力される電力が実質的に一定となるだろう。半日ぶんよりも大きな能力を有し、毎日再補給することができる圧縮気体エネルギー保存および回収システムによって、天然資源の欠乏の長い時間にわたる平準化を可能とするだろう。
図７０の態様のように、局所電源を備える圧縮気体エネルギー保存および回収システムの位置は、ある利点をもたらし得る。そのような潜在的な利点の一つが、より効率的な運転を可能にすることによってもたらされるコスト面の長所である。
たとえば、ある態様においては、圧縮気体エネルギー保存および回収システムのコンプレッサー要素は、連結機構およびギヤを通して、局所電源の可動部材と物理的に連結し得る。そのため、一態様においては、屋上風力タービンの回転ブレードが、機械的、液圧的、または空気圧的な連結機構を通して、圧縮気体エネルギー保存システムのコンプレッサーと物理的に連結し得る。そのような連結機構によってもたらされる直接的な物理的連結により、電力が、局所源とコンプレッサー要素との間をより効率的に移送されるようになることによって、力を、電気のような中間形態に変換しなければならないことに関連する損失を避け得る。この方法において、風力タービンまたはガスマイクロタービンを運転することによって生み出される物理的な仕事は、温度制御または電力供給役割における後の回収のための圧縮気体を保存するように取り入れられ得る。
さらに、局所電源と圧縮気体保存および回収システムとが併設されることによって、他の形態のエネルギーフローの効率的な伝達が可能になり得る。たとえば、エネルギー保存システムのある態様は、熱的連結機構を通して、一緒にあるエネルギー源と熱連通し得る。そのため、いくつかの態様においては、圧縮気体エネルギー保存システムによる圧縮気体の膨張効率は、熱エネルギーの局所源から伝導される熱を用いることで高められ得る。熱エネルギーの局所源は概して図７０における参照番号７０７９で指定される。他の源からの熱を利用する圧縮気体エネルギー保存および回収システムの運転は米国特許仮出願第６１／２９４，３９６号明細書において説明され、全ての目的のためにその全ての内容がここに参照として包含される。
ある状況下では、局所電源は、たとえば、屋上ＰＶおよび／または太陽熱システム、マイクロタービン、ディーゼル発電機、もしくは他の局所電源のような発電機でもあり得る。この方法において、そのような電源からの熱エネルギーは、併置するエネルギー保存システムのチャンバー内での気体膨張を増進させるために活用され得る。
エネルギー保存および回収システムを発電資産と併置することによっても、流体連結機構を通したこれらの要素間の流体連通が可能になり得る。たとえば、エネルギー保存システムがマイクロタービンと併置される場合、流体連結によって、システムによって保存された圧縮気体が燃焼のためにそのようなマイクロタービンに直接流れることによって、マイクロタービンの運転効率を高め得る。同様に、太陽熱システムによって暖められた液体は同じようになり得るか、もしくは、熱を膨張中の圧縮気体に伝導するために用いられる液体と熱連通し得る。
エネルギー保存システムと発電資産とを併置することによって実現され得る他の可能性のある利点は、現存する設備を平準化する能力である。たとえば、ディーゼル発電機またはマイクロタービンのような現存する局所電源は、機械エネルギーを電力に変換する発電機を既に含み得る。本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの一態様は、気体膨張から生じる動きを電力に変換する同様の発電要素を用い得る。同様に、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、たとえばネットのメーター測定および／または分散発電スキームにおける、電力を電力ネットワークと繋げるためにネットワーク（メーター）との間のエンドユーザの現存する調和を用い得る。
図７０に戻り、システム７００１の様々な要素が中央コントローラーまたはプロセッサー７０９６と連結し、同様に、コンピューター読み出し可能保存媒体７０９４と電気的に連結する。中央コントローラーまたはプロセッサー７０９６はまた、１つ以上の情報源と連結し、それは内部または外部にあり得る。内部情報源の例は様々なシステムセンサーを含む。外部情報源の例は以下に限定されるものではないが、スマートグリッド、インターネット、もしくはＬＡＮを含む。
以上に示されるように、コンピューター読み出し可能保存媒体７０９４に保存された計算機コードの形態での指示に基づいて、コントローラーまたはプロセッサー７０９６は運転され、システム７００１の様々な要素を制御し得る。この制御は、システム内のさまざまなセンサーから受信されるデータ、そのデータから算出される数値、および／または、併置されたエンドユーザまたは外部源のような源からコントローラーもしくはプロセッサー６９９６によって受信される情報、に基づき得る。
本発明の態様によれば、気体圧縮および／または膨張システムは、たとえばスマートグリッドのような１つ以上の外部源から受信されるデータに応答して運転されるように構成され得る。外部情報に基づいて、コントローラーまたはプロセッサーは、特定の方法でシステム要素の運転を制御し得る。受信され得るそのような外部情報の例は以下に限定されるものではないが、現在の電力料金、将来予期される電力料金、現在の電力需要の状態、将来の電力需要の状態、気象条件、および、過密の存在や可能性のある停電を含む電力グリッドの状態に関する情報、を含む。
以下に説明されるように、本発明の態様に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムの運転は、コントローラーまたはプロセッサーによって受信される情報に基づき得る。ある状況においては、システムの運転は、受信される情報に基づいて中止され得る。たとえば、受信された情報が電力の高い需要を示唆する場合、グリッド上の負荷を低減するために、空気を圧縮するシステムの運転がコントローラーによって中断され得る。
あるいは、システムコントローラーまたはプロセッサーによって受信されるエネルギーはシステムの運転の開始に至り得る。システムの一態様は無停電電源供給（ＵＰＳ）の役割を機能に有し得て、工業プロセス（たとえば半導体組み立て工場）、交通ノード（たとえば、港、空港または電化された列車のシステム）、もしくはヘルスケア（病院）、もしくはデータ保存（サーバーファーム）のような、停電が有害な結果を有する場所では、それが、あるアプリケーションに継続的にエネルギーを提供するように構成される。そのため、グリッドからの電力の差し迫った減少（電力供給一時停止）や損失（停電）のどちらか、もしくはそのような出来事の危険性でさえ、を示す情報の受信が、プロセッサーまたはコントローラーに、連続的な方法で必要な電力を供給するために、圧縮気体エネルギー保存および回収システムを運転するように指示させ得る。
ある状況下では、コントローラーまたはプロセッサーに供給される情報が、たとえば圧縮モード、膨張モード、もしくは組み合わされた圧縮および膨張モードのような特定のモードにおける圧縮気体保存および回収システムの運転を決定し得る。ある状況下では、コントローラーによって受信された情報が低減された電力費を示し、低コストでエネルギーを保存するために、エネルギー保存および回収システムに、圧縮モードで運転させ得る。
さらに、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、概して、エネルギー保存／回収の効率と、所定の期間にわたって保存され／生み出される電力量との間のなんらかのバランスを取りながら運転される。たとえば、特定の体積増加における圧縮気体の膨張に基づいて最大効率で電力を生み出すように装置は設計され得る。他の体積増加の膨張は、より大きな電力出力に至り得るが、低い効率においてである。同様に、特定の範囲の外側での体積における気体体積の圧縮は、保存のための圧縮気体の形態での低い効率でのエネルギー変換に至り得る。
ある状況下においては、本発明に係るシステムの態様は、最適化された効率の条件下で運転され得る。たとえば、グリッドが通常の価格および／または電力需要を示す場合、コントローラーは、システムの構成要素に、最大効率で気体を圧縮または膨張させるように運転するように指示し得る。
あるいは、グリッド、もしくはインターネットのような他の源から受信された情報に基づいて、コントローラーまたはプロセッサーは、システムに、最大効率から外れた条件下で運転するように指示し得る。そのため、スマートグリッドが比較的低い電力料金を示す場合（たとえば、平日午前７時から午後５時の間のピーク需要の外側）、プロセッサーまたはコントローラーは、料金が低い間にエネルギー保存のため、より多くの電力量を消費するように算出された方法で、気体の圧縮を指示し得る。
ある態様によれば、エネルギー保存および回収システムの運転に関連する情報は、外部源から継続的に利用可能であり得る。そのような状況においては、コンピューター読み出し可能保存媒体に存在するコードが、情報の利用可能性もしくは情報における変化を検知するように外部源を積極的にモニターし、次にシステムの要素にそれに従って運転するよう指示するように、システムプロセッサーまたはコントローラーに指示し得る。
いくつかの態様においては、関連情報は、外部源から、エネルギー保存および回収システムのコントローラーに、積極的に伝達され得る。そのような積極的な伝達の一例は、需要応答システムの要請である。
具体的には、ある態様において、保存システムのプロセッサーまたはコントローラーは、電力グリッドの運営者から、需要応答システムの一部として、ピーク時の需要を低減するために積極的な要請を受信し得る。そのため、コントローラーまたはプロセッサーは、そのような需要応答システムの一部として、グリッド上にあるエンドユーザの低減された負荷を埋め合わせるために十分な電力を出力するよう、システムの運転に指示し得る。
受信された情報が比較的低い電力料金を示すとき（たとえば真夜中のように）、プロセッサーまたはコントローラーは、より多くの電力量を消費するように算出された方法で気体の圧縮を指示し得る。たとえば、料金が低い間に大きな体積増加における気体の圧縮。そのような場合においては、そのような圧縮の不効率に関連する追加のコストは、圧縮を実行するために利用可能なエネルギーの低いコストによって相殺され得る。
現在の需要以外の要因は、エネルギーが購買され、および販売される時期に影響し得る。たとえば、将来の電力需要または将来の料金は、装置の運転の条件を決定する際に、コントローラーまたはプロセッサーによって考慮され得る。
そのため、エネルギーの将来価格がきわめて高いことが予期される状況下では、コントローラーまたはプロセッサーは、特定の方法でシステムを運転し得る。この一例が熱波であり得て、その際には、気象予報に基づいて需要が急上昇することが予期される。そのような予期を考慮して、コントローラーまたはプロセッサーは、システムに、予期される需要の急上昇に先がけて、追加の気体を圧縮するよう運転することによって（おそらくは低い効率で）、将来の条件に備えるように指示し得る。
システム運転に潜在的に影響を及ぼす他の要因は、電力ネットワーク運営者とエンドユーザとの間の特定の契約条項を含む。そのような条項は、特定の期間にわたって求められる最大負荷（および／または分散発電スキームにおける最小電力出力）と、漸増的もしくは段階的な追加、罰金、および電力の出力または消費のための乗数を含み得る。これらの契約条項との適合または相違は、コントローラーまたはプロセッサーによるエネルギー保存および回収システムの運転を指示する際における重要な要因となり得る。
そのため、ある態様においては、コントローラーまたはプロセッサーは、装置を運転する際に、そのような契約条項を考慮に入れ得る。たとえば、エンドユーザとグリッド運営者との間の契約が、特定の期間にわたってネットワークからユーザによって引き出され得る最大負荷を規定し得る。そのため、この基準量が超えられる危険にある場合、コントローラーまたはプロセッサーは、より高い電力出力およびより低い効率の条件下で、契約義務の達成を確実にするように、システムの運転に指示し得る。
システムの運転に潜在的に影響を与えるさらなる他のタイプの情報は、電力グリッドへのエネルギー源の予期される利用可能性である。たとえば、受信された情報が、ネットワークにエネルギーを供給する既知の太陽エネルギーファームの位置における将来の曇天条件の予報を示す場合、装置のプロセッサーまたはコントローラーは、本システムに、低効率で圧縮し、後に予期されるより高いエネルギー価格に先だって多量の圧縮気体を保存するように指示し得る。
システムのコントローラーまたはプロセッサーによって考慮され得るさらなる他のタイプの情報は、他の電力源の潜在的な利用可能性である。たとえば、図７０のシステムは、複数の源から異なる形態でエネルギーを受け取るように構成される。具体的には、本システムは、グリッドそれ自体から、または屋上太陽電池アレイのような局所的なエネルギー源の運転から、直接、電力の形態でエネルギーを受け取り得る。本システムは、たとえば、近接して位置する風力タービンまたはマイクロタービンのような局所源から、物理的形態で（機械的、液圧液、または空気圧的に）エネルギーを受け取り得る。本システムは、たとえば、太陽熱装置のような局所源から熱的形態でエネルギーを受け取り得る。
そのため、好適な風況に関する情報が現地の発電所から得られた場合、風力タービンからの直接的な力の準備の利用可能性のために、コントローラーまたはプロセッサーは、本システムに、圧縮気体を保存するために圧縮運転をするように指示し得る。風の低減の下、この圧縮気体に保存されたエネルギーは、エンドユーザに直接、またはネットワークを通してグリッドに、または両方に、電力を出力するように圧縮モードで運転することによって後に回収され得る。好適な太陽条件からのエネルギーが、気体の圧縮のためのエネルギーを供給する場合、同様の状況が存在し得る。
ある状況下では、好適な太陽条件は、膨張の状態でのシステムの運転に至り得る。たとえば、好適な太陽条件によって、太陽熱装置からの熱の伝導は、膨張中の気体からの電力出力を高め、または、膨張中の気体からのエネルギー回収効率を高め得る。
ある態様においては、局所的なエネルギー源は、天然ガスがフィードされるマイクロタービンのように、非再生可能であり得る。そのため、保存ユニットにおける圧縮気体の供給が前の圧縮活動によって使い果たされ、電力がまだ求められている場合、コントローラーは、発電所に、グリッド（すなわち天然ガス分配ネットワーク）以外のエネルギー源から電力を消費する局所的なマイクロタービンの運転から電力を生み出すように指示し得る。
エネルギー保存システムのコントローラーまたはプロセッサーに利用可能であり得るさらなる他のタイプの情報は、電力グリッドにおける過密のプロファイルを含む。そのため、グリッドのある局所的な地域を通して電力を移送する際に困難（または予期される将来的な困難性）を示す情報が受信される場合、それに沿って、プロセッサーまたはコントローラーはシステムの運転を指示し得る。
たとえば、グリッド過密情報の予期される時期よりも前に、コントローラーまたはプロセッサーは、本システムを、特定のグリッドノードを通して移送されるエネルギーを保存するように構成し得る。後に、本システムは、需要に見合うように、ノードの混雑しない側にこの電力を出力するように膨張モードで運転するように指示され得る。
システムのコントローラーまたはプロセッサーによって受信される情報は個別の形態を取り得る。いくつかの態様においては、たとえば、米国国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）によって開発されたスマートグリッド相互運用標準に準拠して、コントローラーは電力グリッドから直接情報を受信し得る。以下の文献が全ての目的のためにここに参照によって包含される。２０１０年１月付の”ＮＩＳＴ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ａｎｄ Ｒｏａｄｍａｐ ｆｏｒ Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ， Ｒｅｌｅａｓｅ １．０＊”と、Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ａｄｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（２００８年１２月）の”ＳｍａｒｔＧｒｉｄ： Ｅｎａｂｌｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｃｏｎｏｍｙ”。スマートグリッドのような利用可能であることが予期される情報は以下に限定されるものではないが、現在の電力価格、予測される将来の電力価格、計測された電力消費の測定値または消費の過去のピークを含む電力グリッドへの出力、グリッド過密の示唆、グリッドの電力供給一時停止、もしくはグリッドの停電を含む。
コントローラーもしくはプロセッサーはまた、スマート電力グリッドに渡って直接的に利用可能として以外の情報に基づいてシステムを構成し得る。たとえば、いくつかの態様によれば、コントローラーは、以下に限定されるものではないが、天気予報、または、電力もしくは電力の発生において用いられる石炭や石油のような商品の長期的な将来価格を含む、システム運転に影響を与え得る、インターネットを通した他のタイプの情報を受信し得る。そのような情報に基づいて、コントローラーもしくはプロセッサーはまた、本システムの運転または非運転、本システムの運転のモード、および／または、消費された電力または所定の期間にわたる出力に対する効率のバランスも制御し得る。
他の可能な情報源は、特定のユーザによる電力グリッドの現在および過去の電力消費を示すメーターである。たとえば、ある態様においては、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、コンビナートのような電力の大消費者であるエンドユーザと同じ場所にあり得る。その場所のための電力計から受信される情報に基づいて、コントローラーまたはプロセッサーは、ある方法で運転される本システムを構成し得る。そのような情報の一例が、エンドユーザにとっての過去のピーク負荷データである。
エンドユーザの予期される電力需要は、エネルギー保存および回収システムを制御する根拠として用いられ得る情報の他の例である。たとえば、産業設備が、高められたまたは低くなった能力で運転することが予期される場合、その情報がシステム運転を決定するために用いられ得る。
外部源からの情報に加え、コントローラーまたはプロセッサーもまた、システムへの内部情報を受信する。そのような内部情報は、システム内部の物理的なパラメーターを測定するように構成されたセンサーからのデータを含み得て、以下に限定されるものではないが、バルブの状態、温度、圧力、体積、湿度、液体および気体の流速、および、ファン、ポンプ、ピストン、ピストンと連結するシャフトのようなシステム内部の可動部材の速度およびトルクを含む。コントローラーまたはプロセッサーに供給され得る内部情報の他の例は、以下に限定されるものではないが、ポンプまたはファンのようなモーターの運転によって引き出される電力を含む。
もっとも広い意味においては、コントローラーまたはプロセッサーは、システムがとにかく運転するかどうかを決定するためにシステム要素の機能を制御し得る。そのような要素の一例は、圧縮気体保存ユニットとコンプレッサー／膨張機との間のバルブである。このバルブの閉鎖は、圧縮モードにあるシステムの運転が、保存ユニットに気体を流すことを防止するだろう。このバルブの閉鎖はまた、膨張モードにあるシステムの運転が、エネルギー回収のため保存ユニットから気体を流すことを防止するだろう。そのため、保存ベッセル内部の圧力が圧縮気体はほぼ枯渇していることを示唆する場合、経済的に好適な条件下で条件が気体供給の補充を可能にするまで、コントローラーまたはプロセッサーはシステムの運転を中止し得る。
システムが運転している時、コントローラーまたはプロセッサーはシステム要素を制御し、運転モードを決定し得る。この種のシステム要素の一例は、三方バルブのようなバルブである。そのようなバルブの状態は、特定の運転モードに対応する方法でシステム内部の液体または気体の流れを制御するようにコントローラーによって制御され得る。そのため、保存ベッセル内部の圧力が、圧縮気体はほぼ枯渇していることを示す場合、コントローラーまたはプロセッサーは、圧縮モードにあるシステムの運転を指示し、気体供給を補充し得る。
コントローラーもしくはプロセッサーはまた、システムの要素を制御し、特定の運転モード内部の運転方法を決定し得る。たとえば、コンプレッサー／膨張機の運転の効率は、圧縮または膨張される気体の体積増加に依存し得る。
コントローラーによるシステム要素の運転の制御は、出力電力または効率に加えて、もしくは代わりに、検討事項に基づき得る。たとえば、いくつかのアプリケーションにおいては、本システムは温度制御機能に役立ち、加熱または冷却の能力の形態で配送可能な量を供給し得る。そのような状況下では、そのような温度制御のために用いられ得るシステムからの気体および／または液体の出力の終点温度を決定するために、１つ以上のステージにおける液体の注入または非注入、１つ以上のステージにおける液体導入の条件、１つ以上のステージの圧縮比または膨張比、および他のパラメーターのようなシステム運転パラメーターを、コントローラーが制御し得る。
システム運転のそのような検討事項の他の例はコストである。たとえば、条件は圧縮を当然のこととするが、電力グリッドから利用可能であるエネルギー価格が比較的高い場合に、より小さな体積増加において気体を圧縮するコントローラーによるバルブの作動が、コントローラーによって指示され得る。他の例においては、条件が膨張を当然のこととするが、電力グリッドに供給されるエネルギー価格が比較的低い場合に、気体がより小さな体積増加において膨張されるように、コントローラーによるバルブの開放がコントローラーによって指示され得る。
圧縮気体の保存用の利用可能な収容能力は、システム運転において検討され得る他の要因である。たとえば、保存ユニットがその収容能力ぎりぎりになる、より小さな体積増加における圧縮に向けて、バルブタイミングが制御され得る。他の状況下では、保存ユニットが枯渇する寸前になる、より小さな体積増加における膨張に向けて、バルブタイミングが制御され得る。
コントローラーによってシステム要素を運転する際におけるさらなる他の可能な検討事項は、マルチステージ装置の個々のステージ間の動作の調整である。そのため、複数のステージを備える態様においては、それらのステージ間での効果的な調整を可能にするために、あるシステム要素がコントローラーによって運転され得る。
一例は、圧縮／膨張チャンバーへの入口または出口バルブの作動のタイミングであり、複数のステージにわたる効果的な運転を可能にするために、コントローラーによって制御され得る。ステージ間での液体の流れに関与するバルブの作動のタイミングは、システムのコントローラーによって制御され得る運転パラメーターの他の例である。
さらに、いくつかの態様においては、あるシステムの個々のステージが中間構造を通してお互いに流体連通し得る。中間構造は以下に限定されるものではないが、圧力セル（たとえば、図４の態様において）、熱交換器（たとえば、図１０の態様において）、バルブ／バルブネットワーク（たとえば、図５８Ｂ〜Ｃの態様において）、気体ベッセル、気液分離機、および／または液体タンクを含む。そのような態様においては、そのような中間構造に向けての、および／または、中間構造からの、材料の流れを支配する要素が、システム運転を調整するために、システムコントローラーによって制御され得る。いくつかの場合においては、それらのステージ間でバルブによって経験される圧力差を最小化するために、様々なステージにおける環状可動部材の相対位相を制御することが長所となり得る。
ある態様においては、より暖かい外気と膨張チャンバー（もしくはそれと熱連通する熱交換器）との間の熱エネルギーの伝導は、濃縮によって液体の水の形態に至り得る。そのような液体の水は、ある用途（たとえば、飲用または灌漑用）に利用可能であり得て、それゆえ、システムによって配送可能であるさらなる他のタイプの材料をもたらし得る。液体の水はまた、本発明に係るシステムの態様に由来するエネルギーを用いて実行される海水脱塩からも利用可能であり得る。
そのため、ある態様においては、プロセッサーまたはコントローラーは、システムによって配送可能である液体の水の量に基づいて、システムの運転を制御するように構成され得る。配送可能なものの他の形態の例は、以下に限定されるものではないが、電力、圧縮気体の流れ、二酸化炭素、冷却能力、および加温能力を含む。
（付記１）
逆流熱交換器を通して保存ユニットから膨張チャンバーに圧縮気体を流す工程と、
前記膨張チャンバー内部で膨張中の気体と熱を交換するために液体スプレーを導入する工程と、
前記気体の膨張に応答して前記膨張チャンバー内の部材の移動によって作動される連結機構を通して発電機を駆動する工程と、
前記発電機から電力ネットワークのエンドユーザに電力を流す工程と、
液体を、前記気体の次の気体膨張から分離する工程と、
エンドユーザを冷却するために分離された前記液体を流す工程と、
を含み、
前記エンドユーザが、前記発電機と前記膨張チャンバーとを備え、メーターの後方に位置する、方法。
（付記２）
前記スプレーが液体の水を含み、膨張中の前記気体が空気を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記３）
前記部材がピストンを備え、前記連結機構が機械的連結機構を備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記４）
平日の午前７時と午後７時との間に実行される、付記１に記載の方法。
（付記５）
前記メーターの後方にも位置する局所的な電力源からの物理的エネルギーを備える発電機を駆動する工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記６）
前記局所的な電力源がタービンを備え、前記物理的なエネルギーがシャフトの回転を備える、
ことを特徴とする付記５に記載の方法。
（付記７）
局所的なエネルギー源と熱連通する膨張中の前記気体を配置する工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記８）
前記局所的なエネルギー源が太陽熱装置を備える、
ことを特徴とする付記７に記載の方法。
（付記９）
圧縮チャンバー内部で圧縮される追加の気体と熱を交換する第２の液体スプレーを導入する工程と、
前記第２の液体を、圧縮された前記追加の気体から分離する工程と、
圧縮された前記気体が前記保存ユニットから前記膨張チャンバーに流れる間に、圧縮された前記追加の気体を、前記逆流熱交換器を通して前記保存ユニットに流す工程と、
をさらに含む付記１に記載の方法。
（付記１０）
モーターによって駆動される第２の部材の動作によって、前記圧縮チャンバー内部で前記追加の気体を圧縮する工程、
をさらに含む付記９に記載の方法。
（付記１１）
前記モーターが、前記メーターの後方にも位置する局所的な電力源によって、少なくとも一部が電力供給される、
ことを特徴とする付記１０に記載の方法。
（付記１２）
前記モーターが、太陽電池アレイを備える前記局所的な電力源からの電力によって駆動される、
ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１３）
前記モーターが、前記局所的な電力源からの物理的なエネルギーによって駆動される、
ことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１４）
コントローラーによって発せされた指示に応答して、前記圧縮気体が前記保存ユニットから流れる、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１５）
前記コントローラーが、前記電力ネットワークから受信される情報に基づいて前記指示を発する、
ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記１６）
前記情報が需要応答要請を含む、
ことを特徴とする付記１５に記載の方法。
（付記１７）
前記情報が、前記メーターを通した電力の供給における中断を示唆する、
ことを特徴とする付記１５に記載の方法。
（付記１８）
前記コントローラーが、前記エンドユーザから受信された情報に基づいて前記指示を発する、
ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記１９）
前記情報が、前記エンドユーザの温度を含む、
ことを特徴とする付記１８に記載の方法。
（付記２０）
前記情報が、前記エンドユーザによる、増大した電力需要を含む、
ことを特徴とする付記１８に記載の方法。
（付記２１）
前記メーターの後方にも位置する局所的なエネルギー源から受信される情報に基づいて、前記コントローラーが前記指示を発する、
ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記２２）
前記情報が、前記局所的なエネルギー源からの電力の利用可能性を含む、
ことを特徴とする付記１８に記載の方法。
（付記２３）
第１の液体分離機と逆流熱交換器とを通って、圧縮気体保存ユニットと選択的に流体連通する出口を有する圧縮チャンバーと、
前記圧縮チャンバーと液体連通する第１の液体噴霧器と、
前記圧縮チャンバー内部に配置され、モーターと物理的に連結する、第１の可動部材と、
前記逆流熱交換器を通って、前記圧縮気体保存ユニットと選択的に流体連通する入口を有する膨張チャンバーと、
前記膨張チャンバーと液体連通する第２の液体噴霧器と、
前記膨張チャンバーの出口と流体連通する第２の液体分離機と、
前記膨張チャンバー内部に配置され、発電機と物理的に連結する、第２の可動部材と、
前記第２の液体分離機とエンドユーザとの間の熱的連結機構と、
を備え、
前記エンドユーザが、前記モーターと前記発電機とを備え、メーターの後方に位置する、装置。
（付記２４）
前記発電機が、モーター／発電機を備える、
ことを特徴とする付記２３に記載の装置。
（付記２５）
前記第１の可動部材と前記第２の可動部材とが、共通の連結機構を通して、前記モーター／発電機と物理的に連結する、
ことを特徴とする付記２４に記載の装置。
（付記２６）
前記第１の可動部材が機械的連結機構を通して前記モーターと物理的に連結し、前記第２の可動部材が前記機械的連結機構を通して前記発電機と物理的に連結する、
ことを特徴とする付記２３に記載の方法。
（付記２７）
前記機械的連結機構が回転シャフトを備える、
ことを特徴とする付記２６に記載の装置。
（付記２８）
前記機械的連結機構が遊星歯車機構を備える、
ことを特徴とする付記２６に記載の装置。
（付記２９）
前記遊星歯車機構が、前記メーターの後方に位置する局所的なエネルギー源とさらに機械的に連結する、
ことを特徴とする付記２８に記載の装置。
（付記３０）
前記モーターが局所的なエネルギー源と電気的に連結する、
ことを特徴とする付記２３に記載の装置。
（付記３１）
前記第１の可動部材が固体ピストンを備え、前記第２の可動部材が第２の固体ピストンを備える、
ことを特徴とする付記２３に記載の装置。
（付記３２）
情報源と、前記モーター、もしくは、前記膨張チャンバーへの気体入口フローバルブと、電気的に連結するコントローラーをさらに備える付記２３に記載の装置。
（付記３３）
エンドユーザを備える電力供給ネットワークのメーターの後方に配置される発電機と、
チャンバーと選択的に流体連通する圧縮気体保存ユニットと、
前記チャンバー内部に配置され、前記チャンバー内部で膨張する気体に応答して動くように構成された部材と、
液体分離機を通して前記気体チャンバーと流体連通する気体出口と、
前記液体分離機から前記気体チャンバーに液体を注入するように選択的に構成された噴霧器と、
前記液体分離機と前記噴霧器との間の流体連結機構と、
前記液体分離機と前記エンドユーザとの間の熱的連結機構と、
を備え、
前記部材が前記発電機と選択的に物理的に連結する、
システム。
（付記３４）
前記熱的連結機構が、熱源と熱連通する前記液体分離機からの液体を選択的に配置するように構成された、
ことを特徴とする付記３３に記載のシステム。
（付記３５）
前記エンドユーザを備える前記電力供給ネットワークの前記メーターの後方に配置されるモーターと、
前記チャンバーと前記圧縮気体保存ユニットとの間に配置される第２の液体分離機と、
前記第２の液体分離機と前記エンドユーザとの間の第２の熱的連結機構と、
をさらに備え、
前記モーターが、前記チャンバー内部の気体を圧縮する前記部材と選択的に物理的に連結し、
前記噴霧器が、前記第２の液体分離機から前記気体チャンバーに液体を注入するように選択的に構成された、
付記３３に記載のシステム。
（付記３６）
前記第２の熱的連結機構が、ヒートシンクと熱連通する前記第２の液体分離機からの液体を選択的に配置するように構成された、
ことを特徴とする付記３５に記載のシステム。
（付記３７）
前記エンドユーザを備えた前記電力供給ネットワークの前記メーターの後方に配置された局所的なエネルギー源と、
前記局所的なエネルギー源と前記モーターとの間の物理的連結機構と、前記局所的なエネルギー源と前記モーターとの間の電気的連結機構と、前記局所的なエネルギー源と前記噴霧器によって噴霧された前記液体分離機からの液体との間の熱的連結機構と、を備える連結機構と、
をさらに備える付記３５に記載のシステム。
（付記３８）
前記部材と、前記モーターと、前記発電機と、前記連結機構とが、共通のギヤに物理的に連結する、
ことを特徴とする付記３７に記載のシステム。
（付記３９）
前記モーターと前記発電機とが、モーター／発電機を備える、
ことを特徴とする付記３５に記載のシステム。
上述の態様は電力供給ネットワークの生成または消費層の内部の圧縮気体システムの位置に関連しているが、本発明はそのような役割に限定されるものではない。圧縮気体システムの態様はネットワークの送電または分配層の内部にも位置し得て、本発明の範疇に入り得る。
したがって、図６６は、送電層内部に位置する圧縮気体エネルギー保存システム６６９０の一態様を示す。システム６６９０は１つ以上の連結機構６６６１を通して送電の変電所６６６５と連結する。ある態様においては、エネルギー保存システムは、１つ以上の電気的連結機構を通して、送電層の変圧器と連結し得る。
電力供給ネットワークの送電層内部のシステム６６９０の配置によって、多くの可能な機能を実行することが可能となる。たとえば、電力ネットワークの分配層および特に送電層の資産の追加もしくはさらには改修のコストは、規制、環境および安全の懸念のために、比較的高くなり得る。
そのため、本発明に係るエネルギー保存システムのある態様は、送電層内部で統合され、送電線の改修を延期または拒否さえし得る。たとえば、あるエネルギー保存システムは、ピーク時期に大きな使用を経験する送電線の送電の変電所の近くに位置し得る。そのような役割においては、エネルギー保存システムによって、電力の送電の時間をそのようなピーク時期からずらすことが可能となり得る。
ある態様においては、送電層（または以下に述べられる分配層）に用いられる圧縮気体エネルギー保存システムは、物理的に持ち運び可能であり得る。たとえば、そのようなシステムは、フラットベッドトラック、トラクタートレーラー、またはコンテナの上に位置し得るし、送電層または分配層の内部の混雑の適切な予測点の近傍に移動され得る。
送電資産を通して運ばれる大量の電力のため、電力保存システムのそのような態様は、電力を保存するための大きな容量を有することを必要とし得る。さらに、保存システムが日常的に混雑を緩和するために据えられている場合、その能力は多くの時間にわたる需要を満たすことができ、一日にわたって再生が可能であるに違いない。
送電層における混雑が時間や分のオーダーで比較的長い期間にわたり特徴づけられ得る一方、送電の混雑の異なる形態がより短い期間で起こり得る。たとえば、ある運転限界が、不確実な要因の下での装備の信頼性の懸念に基づいた送電資産に課され得る。
それゆえに、短期間の送電能力は、送電線の実際の能力から離れて、そのような限界によって制約され得る。そのため、送電層内部に包含されるエネルギー保存および回収システムの他の潜在的な役割は、短い期間に電力を導入することによって、送電信頼性における限界を効果的に緩和することである。そのようなエネルギー保存システムは、約１秒から約１５分以上までの時間、急に、送電ネットワーク内部の戦略上の立地に電力を投入するように構成され得る。
送電層内部に包含されるエネルギー保存および回収システムのさらなる他の可能な役割は、限定された送電アクセスをもたらす可変エネルギーの再生可能な源を支えることである。たとえば、大きな風力は、比較的低い能力の現存する高圧送電線によってのみ提供される地理的に離れた地域に見られ得る。
しかしながら、本発明に係るエネルギー保存および回収システムの一態様の包含によって、これらの現存する送電線が、そのような発電資産によって発生された電力を運ぶことが可能になり得る。たとえば、発電資産によって出力された電力の一部または全部を保存するように保存システムが運転され、現存する能力が送電層で利用可能となるまで、送電が延期されることを可能にし得る。
そのような送電の延期は、もしそうしなければネットワークに出力され得ないだろう電力の浪費を防止し得る。さらに、保存システムによって可能となる送電の延期によって、対応する送電リンクが完全に改修されて最大出力能力を扱う前に、再生可能発電資産が使われるようになり得る。
エネルギー保存および改修システムのさらなる他の可能性のある役割は、送電線の電圧維持をもたらすことである。具体的には、電圧維持は、ある許容限度の範囲内で電圧を維持するために、ネットワークに電力を投入または吸収することを含む。
たとえば、無効電力（ＶＡＲ）は別個の源から起こり得るネットワークにおける電力の形態であり、そのもっとも共通するところは１つ以上の誘電発電機の存在である。無効電力はエンドユーザによる直接的な消費用には利用可能ではないが、それでもなお、所定の範囲内での電圧および電力の安定性を維持するために、無効電力が電力ネットワークの運営者によって提供されなければならない。
無効電力を制御する電圧制御を提供することは、概して、１秒以内の反応時間での電力の投入を含む。そのため、電圧制御は、伝統的には、コンデンサーバンク、静止型無効電力補償装置（ＳＶＣｓ）、または同期コンデンサーのようなデバイスによって提供されてきた。これらのデバイスは容量性抵抗をもたらす機能を有し、局所的な電圧レベルを上昇させるために無効電力を投入する。
そのため、本発明に係るエネルギー保存システムのある態様が戦略的な立地でネットワークに無効電力を供給するために送電層内部に包含され得ることによって、最終的にエンドユーザによって消費され得る有効電力を提供するために発電資産の制限を解く。そのような電圧維持は概して１秒以下の反応時間で供給される電力を必要とするため、本発明に係る保存システムの態様は、必要とされる反応時間にわたって電力を供給する能力がある、コンデンサーバンクまたは他の即答性の構造と接続され得る。
本発明に係るエネルギー保存および回収システムの態様もまた、電力ネットワークの分配層内部に包含され得る。一つの役割において、そのようなエネルギー保存および回収システムは、変電所へのピーク負荷を低減し、バックアップ機能を実行するように機能し得る。
図６６に上述したように、分配の変電所は、エンドユーザに電力を送る分配層内部に戦略的に設置される。人口が増加するにつれて、これらの変電所は全体的なより大きな負荷を経験し、概してピーク負荷におけるさらなるより大きな増加を経験する。
分配の変電所の設計はピーク需要を満たす必要条件によって制約され、そのため負荷の増大は、もしなければ必要とされるだろう一般的な負荷よりも頻繁に変電所の改修または置換を指示し得る。それゆえ、ある態様においては、圧縮気体エネルギー保存および回収システムがそのようなピーク負荷を低減するために分配層内部に配置され得ることによって、高額な費用がかかる分配の変電所の改修または置換を実行するための必要性を延期する。
そのため、図６６は、分配層内部に配置された圧縮気体エネルギー保存システムの一態様を示す。具体的には、圧縮気体システム６６８０ａは、１つ以上の連結機構６６６７を通して、第１の分配層の変電所６６３０ａと連結する。圧縮気体システム６６８０ｂは、１つ以上の連結機構６６６９を通して、第２の分配層の変電所６６３０ｂと連結する。ある態様においては、圧縮気体システムは、電気的な連結機構を通して、分配層の変圧器と連結され得る。分配層の電圧と一致する電圧を出力するように発電機が構成されている態様においては、システムは、分配層と直接的に電気的に連結し得る。
たとえば、分配層内部に配置される保存システムの一態様は、オフピーク時に電力を保存するように構成され得る。ピーク時には、保存システムは分配層に電力を投入するだろう。戦略的なポイントへの電力のそのような投入は、１つ以上の分配の変電所によって経験されるピーク負荷を低減し得る。変電所の過去のピーク負荷は増加しないので、分配の変電所を改修する必要性は、将来になるまで延期され得る。
本発明に係る保存システムの態様によってもたらされるピーク負荷における減少は、さらなる他のコスト低減に至り得る。たとえば、ピーク負荷における低減が変電所要素への負荷における対応する減少に至り得ることによって、長期間にわたって信頼性を向上する。
分配層の変電所におけるピークレベルを低減する際に保存システムによって演じられる役割は、それらの保存システムの特性を決定し得る。たとえば、主要変電所をバックアップするために配置される保存システムは、分配ネットワークにおける位置と釣り合いが取れる比較的高い電圧を出力するために必要とされ得る。
加えて、保存システムは全負荷を背負うよりはむしろピーク負荷を低減することのみを必要とするので、そのようなシステムの保存能力は他の役割と比較して、より小さくなり得る。システムの保存能力はまた、特定の高需要の時間に対応するその運転の相対的な希有性によっても指示され得る。
第１の分配層内部に位置することの代わりに、または加えて、本発明に係る圧縮気体保存システムの態様は、第２の分配層の内部に配置され得る。そのような役割においては、保存システムは、装備の改修を延期し、装備の摩耗を低減する、という同様の利点をもたらすだろう。
さらに、第２の分配層においてエネルギー保存システムを配置することは、他の潜在的な利点をもたらし得る。たとえば、そのような保存システムは、万一、電力供給一時停止、計画停電、全面停電の場合には、消費者へのエネルギーバックアップの源を提供し得る。そのような地域エネルギー供給の分散化された性質はまた電力ネットワークの安全性を高め、ネットワークのいくつかのノードの欠陥から生じる電力の完全な損失を防止し得る。
分配層内部にエネルギー保存を配置することはまた、より大きなネットワークの欠陥に付随することを特徴とする「アイランディング」を容易にし得て、グリッドの小区分は独立して「アイランド」として強化され得る。そして、最終的にはより大きなグリッドとして一緒に連結されたものが再構築される。そのような「アイランディング」技術はグリッドにおける摩耗を低減し、ユーザが完全に電力なしである時間の量を減少させ得る。
第２の分配に包含されるエネルギー保存システムはまた、エンドユーザに配置されるマルチプル分散発電（ＤＧ）装置から電力ネットワークへの出力のバランスを取る機能を有し得て、その例は、屋上太陽（ＰＶおよび／または太陽熱）もしくは風を含む。そのような役割において、エネルギー保存システムのコストの負荷は、単一のユーザよりも、ユーザの共同体に分配され得る。
地域エネルギー供給の一部として第２の分配層内部のエネルギー保存および回収システムを提供することもまた、分配の損失を低減することによって効率を向上させ得る。なぜなら、保存場所は負荷に近いところに位置され、移動距離とそれゆえに起こる損失を低減するからである。
電圧維持は、分配層内部に配置された本発明に係るエネルギー保存システムのさらなる他の潜在的な役割を示す。そのような電圧維持機能は送電層と関連して上述されている。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムのいくつかの態様は、分配層と特定の関連がある電圧維持をもたらし得る。たとえば、圧縮気体エネルギー保存システムは、田舎の地理的領域を扱う広いエリアにわたって広がる第２の分配層に沿った点における電圧レベルを上げるのに役立ち得る。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムの態様は、他の局所的な役割に適合し得る。たとえば、大口の電力需要者である設備は、広い地理的領域にわたって拡大し得るし、共通のメーターを使わないかもしれない（それによって、上述のように、それらと、単一のエンドユーザと、を区別する）。そのような設備の例は、空港、港、鉄道の線路などの交通ハブを含み得る。
そのような設備に近い分配層内のエネルギー保存システムを提供することは、ピーク時におけるそれらの需要を低減するのに役立ち得る。さらに、そのような分配層におけるエネルギー保存システムの使用はまた、安全のために利点があり、万一の自然災害またはテロリストの攻撃の際にもそれらの重要な設備に供給される電力の完全性を保証し得る。
上記に詳細を示したように、本発明に係るシステムの様々な態様は圧縮気体エネルギー保存システムに関連し、その運転はコントローラーまたはプロセッサーによって受信された情報に基づいて制御される。ある態様においては、コントローラーによって受信された情報は、システムを運転する、もしくは運転を停止するかを決定するための根拠として機能し得る。いくつかの態様においては、情報は、圧縮モードまたは膨張モードにおけるシステムの運転を決定するために用いられ得る。いくつかの態様においては、コントローラーによって受信された情報は、エネルギーの保存または回収の間に消費される、または出力される、電力に対してのシステム運転の効率を決定するためにさらに用いられ得る。コントローラーによって受信される情報は、以下に限定されるものではないが、電力グリッド上のエネルギーの現在価格、電力グリッド上のエネルギーの予期される将来価格、電力グリッドへの電力の購入または販売に影響を与える契約条項、他の源から電力グリッドへのエネルギーの供給レベル、気象情報、および／またはシステムもしくは併置された設備の計測履歴を含む。
（付記１）
圧縮気体エネルギー保存および回収システムのコントローラーに外部源から情報を受信させる工程と、
前記情報の受信に対応して前記コントローラーにシステムの要素を制御させて、
前記システムの運転または非運転、
圧縮モードまたは膨張モードにおける前記システムの運転、
気体圧縮によるエネルギー保存の効率もしくは気体膨張によるエネルギー回収の効率、
前記システムによって消費される電力量、または、
前記システムによって生み出される配送可能な材料の量
から選択される少なくとも１つのシステム特性を決定する工程と、
を含む方法。
（付記２）
外部からの前記情報が電力グリッド上の電力の現在価格もしくは将来価格を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記３）
電力の現在価格もしくは電力の将来価格が前記電力グリッドから受信される、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記４）
外部からの前記情報が、電力グリッドへの電力の購入もしくは販売に影響を与える契約条件を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記５）
前記要素が、前記圧縮モードもしくは前記膨張モードにおいて、前記システムを通して気体を流すように作動可能なバルブを備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記６）
前記バルブは、前記圧縮モードにおける第１の通路において、もしくは、前記膨張モードにおける第２の通路において、前記システムを通して気体を流すように構成された三方バルブを備える、
ことを特徴とする付記５に記載の方法。
（付記７）
前記要素は、チャンバー内部の圧縮もしくは膨張用の気体の増加体積を収容するように作動可能なバルブを備え、
前記バルブの作動のタイミングは、前記増加体積の規模を制御するように調節される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記８）
前記要素が、前記チャンバー内部の圧縮もしくは膨張に影響を受ける気体体積をチャンバーから排気するように作動可能なバルブを備え、
前記バルブの作動のタイミングは、排気の時に前記チャンバー内部に残存している圧力を制御するように調節される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記９）
前記要素が、前記システムによる気体の圧縮もしくは膨張の効率を変化させるように制御される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１０）
前記要素が、気体を圧縮する前記システムによって消費された電力量を変化させるように制御される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１１）
前記要素が、圧縮気体の膨張に関して前記システムによって出力された電力量を変化させるように制御される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１２）
前記配送可能な材料は、電力、水、もしくは圧縮された二酸化炭素ガスを含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１３）
前記コントローラーが、前記システムの内側から受信される追加の内部情報に基づいて前記要素を制御する、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１４）
前記追加の内部情報が圧縮気体保存ユニット内の圧力を含む、
ことを特徴とする付記１３に記載の方法。
（付記１５）
前記エネルギー保存および回収システムが複数のステージを備え、前記要素が前記複数のステージの２つの間での運転を調和するように制御される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１６）
前記エネルギー保存および回収システムが複数のステージを備え、前記要素が、用いられるステージの数を決定するように制御される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１７）
前記エネルギー保存および回収システムが電力グリッドと連結し、
前記情報が、
前記電力グリッドの運営者からの需要応答、
前記グリッドからの前記システムによって消費された電力の過去のピーク、
前記電力グリッドにかかる負荷の表示、
前記電力グリッドから利用可能な低減された電力の表示、
もしくは、前記電力グリッドの混雑の表示、
を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１８）
前記エネルギー保存および回収システムが、併置された設備と共有するメーターを通して、電力グリッドと連結し、
前記情報が、前記メーターにおける前記グリッドから消費される電力の過去のピークを含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１９）
前記エネルギー保存および回収システムが可変出力を有する代替エネルギー源と併置され、
前記情報が、前記代替エネルギー源の出力を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記２０）
前記情報が気象情報を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記２１）
圧縮気体エネルギー保存および回収システムの要素と電気的に連結し、外部情報源とも電気的に連結する、コントローラーと、
前記コントローラーに、前記外部情報源から受信された情報に応答して前記要素を制御するように、指示するように構成された、内部に保存されたコードを有するコンピューター読み出し可能保存媒体と、
を備え、
前記コードが、
前記システムの運転もしくは非運転、
圧縮モードもしくは膨張モードにおける前記システムの運転、
気体圧縮によるエネルギー保存の効率もしくは気体膨張によるエネルギー回収の効率、
前記システムによって消費された電力量、
もしくは、前記システムによって生み出された配送可能な材料の量、
から選択される少なくとも１つのシステム特性を決定する前記要素を制御するように構成された、装置。
（付記２２）
前記要素が、前記圧縮モードもしくは前記膨張モードにおいて前記システムを通して気体を流すように作動可能なバルブを備える、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記２３）
前記バルブは、前記圧縮モードにおける第１の通路において、もしくは、前記膨張モードにおける第２の通路において、前記システムを通して、気体を流すように構成された三方バルブを備える、
ことを特徴とする付記２２に記載の装置。
（付記２４）
前記要素は、チャンバー内部の圧縮もしくは膨張用の気体の増加体積を収容するように作動可能なバルブを備え、
前記バルブの作動のタイミングは、前記増加体積の規模を制御するように調節される、
ことを特徴とする付記２３に記載の装置。
（付記２５）
前記コードが、前記システムによる気体の圧縮もしくは膨張の効率を変化させる前記要素を制御するように前記コントローラーに指示するように構成された、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記２６）
前記コードが、気体を圧縮する前記システムによって消費される電力量を変化させる前記要素を制御するように前記コントローラーに指示するように構成された、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記２７）
前記コードが、圧縮気体の膨張に関して前記システムによって出力された電力量を変化させる前記要素を制御するように前記コントローラーに指示するように構成された、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記２８）
前記コードが、電力、水、もしくは圧縮された二酸化炭素ガスを含む前記配送可能な材料の量を変化させるように前記コントローラーに指示するように構成された、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記２９）
前記コントローラーが、前記システムの内部から受信される追加の内部情報に基づいて前記要素を制御するようにさらに構成された、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３０）
前記追加の内部情報は、圧縮気体保存ユニット内の圧力を含む、
ことを特徴とする付記２９に記載の装置。
（付記３１）
前記エネルギー保存および回収システムが複数のステージを備え、前記要素が前記複数のステージの２つの間での運転を調和するように制御される、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３２）
前記エネルギー保存および回収システムが複数のステージを備え、前記要素が、用いられるステージの数を決定するように制御される、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３３）
前記コードが、電力グリッド上の電力の現在価格もしくは将来価格を含む前記情報の受信に基づいて、前記要素を制御するように前記コントローラーに指示するように構成された、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３４）
前記コントローラーが、電力グリッドからの情報を受信するように構成された、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３５）
前記コードが、電力グリッドからの電力の販売もしくは購入に影響を与える契約条件の受信に基づいて、前記要素を制御するように前記コントローラーに指示するように構成された、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３６）
前記エネルギー保存および回収システムが電力グリッドと連結し、
前記情報が、
前記電力グリッドの運営者からの需要応答、
前記システムによって前記グリッドから消費された電力の過去のピーク、
前記電力グリッドにかかる負荷の表示、
前記電力グリッドから利用可能な低減された電力の表示、
もしくは、前記電力グリッドの混雑の表示、
を含む、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３７）
前記エネルギー保存および回収システムが、併置された設備と共有するメーターを通して、電力グリッドと連結し、
前記情報が、前記メーターにおける前記グリッドから消費される電力の過去のピークを含む、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３８）
前記エネルギー保存および回収システムが可変出力を有する代替エネルギー源と併置され、
前記情報が、前記代替エネルギー源の出力を含む、
ことを特徴とする付記２１に記載の装置。
（付記３９）
前記情報が気象情報を含む、
ことを特徴とする付記３８に記載の装置。
本発明の態様はエアロゾルサイクル冷却を用いるシステムおよび方法に関する。
蒸気圧縮空調装置は、単純であり、効率的であり、安価であり、効果的である。残念なことに、標準的な冷媒の使用は強力な温室効果ガスを放出し得る。エアロゾル冷却サイクルと呼ばれる新しい熱力学サイクルを用いることでＧＨＧの放出を取り除きつつ、本発明に係る態様は、蒸気圧縮システムの効率と一致もしくは上回り得る。
本発明に係る態様はいくつかの点で、熱を伝導するために用いられる気体の等温圧縮および膨張を用いるスターリングサイクルに類似するサイクルを用い得る。いくつかのアプローチによれば、微細で高密度な液体スプレーが、圧縮中および膨張中の気体に直接注入され得る。非常に高い熱容量と界面の表面積と、を有するこのスプレーは、作用気体と、暖気・寒気熱交換器との間で熱を素早く捕捉し、伝導し得る。気液エアロゾルの１つの選択肢は水および空気（ヘリウムが気体の他の選択肢である）であり、その使用によってはＧＨＧの放出は起きないだろう。
伝統的な蒸気圧縮デバイスと比較して軽い重さのため、気体冷却サイクルが伝統的に航空機に用いられてきた（Ｎａｇ，Ｐ．，”Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，” Ｔａｔａ−ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ，２ｎｄ Ｅｄ．，１９９５参照）。これらのシステムで実行される断熱圧縮および膨張のために気体冷却サイクルは低いＣＯＰを有し、そのため、伝統的な冷却ユニットには不向きである。
高まる注目を得つつある技術がスターリングサイクルクーラーである。現在、小容量のスターリングサイクル冷却システムが商業的に利用可能である。これらのシステムの可能性のある短所は、冷却負荷における大きな変化のために設計することが難しいことである。また、スターリング冷蔵庫は起動から所望の温度に達するまでに長い時間がかかるかもしれず、特定の電力が低く、システムの大きなサイズに至り得る（Ｏｒｇａｎ，Ａ，Ｊ．，”Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｔｉｒｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅ，”Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＵＫ．参照）。
理論的には、理想的なスターリングサイクルを稼働する空調設備はＦＯＡに設定された目標値（関心１ａの領域）に到達し得る。しかしながら、現実には、時代遅れに製作された「スターリング」空調装置が、理想的なスターリングサイクルに合理的にさえ近づくことはなく、極端に高い効率を必要とし、膨張および圧縮プロセスの間、気体に向けて、および気体から、熱を素早く伝導する。これを実行することの失敗によって、現存するスターリングサイクルシステムの圧縮および膨張プロセスがほぼ断熱となり、大きな熱力学的損失および限られた電力密度に至る。
そのため、本発明の態様はエアロゾル冷却サイクルを用い得る。そのような態様は、ほぼ等温で気体を圧縮および膨張させる能力をもち得る（すなわち、ほんのわずかな温度変化で）。これは、微細で、高密度で、高熱容量な液体スプレーを、圧縮中および膨張中の気体に取り込むことによって実現され得る。スプレーの熱容量は気体の熱容量をそのようにして支配し、圧縮の他の顕著な温度上昇（および膨張中の下降）はほんの数度にまで低減され得る。
そのため、エアロゾル冷却サイクルのような稼働中の高効率空調装置が開発され得る。
図７３はある態様に係る簡素化された図面を示す。本システムは、モーター（７３０１）と、往復ピストンコンプレッサー（７３０２）と、膨張機（７３０３）と、高温側および低温側空冷液体熱交換器（７３０４および７３０５）と、２つのポンプ（７３０６および７３０７）と、２つの気液分離機（７３０８および７３０９）と、チェックバルブ（７３１０および７３１１）と、ソレノイドバルブ（７３１２から７３１５）と、逆流熱交換器（７３１６）と、を備える。
エアロゾルサイクルの一態様の詳細は以下のとおりである。
１．冷たい気体（〜５５°Ｆ）が往復チャンバー（７３０３）内で膨張し、内部に取り込まれた液体スプレーから熱を引き出す。両方が４５°Ｆ以下で膨張機を出る。抽出された仕事は、コンプレッサー（７３０２）およびポンプ（７３０６および７３０７）に再投入される。
２．冷たいエアロゾル内の液体は気体から分離され（分離機７３０９を介して）、液体蒸気に回収され、熱交換器（７３０５）に送られ、吸気気流を５５°Ｆ以下まで冷却し、それから循環されて膨張中の気体にもう一度噴霧される。
３．冷たく液体を含まない気体は逆流熱交換器（７３１６）を通り、暖かく液体を含まない気体の流れとぶつかる。冷たい気体は、定圧の下、外気温（１０５°Ｆ以下）よりわずかに上の温度まで加熱される。
４．暖かい液体が暖かい気体に噴霧され、次に圧縮される（コンプレッサー７３０２内で）。コンプレッサーは膨張機によっていくぶん駆動され、電気モーター（７３０１）によっていくぶん駆動される。圧縮熱はエアロゾルに引き出される。両方が１１５°Ｆ以下でコンプレッサーから出る。
５．暖かい液体は気体から分離され（分離機７３０８を介して）、蒸気に回収され、熱交換器（７３０４）に送られ、熱を捨てることによって外気温にまで冷却され、その後回収され、圧縮中の気体にもう一度噴霧される。
６．暖かく液体を含まない気体は逆流熱交換器（７３１６）を通り、冷たく液体を含まない気体の流れとぶつかる。暖かい気体は、定圧の下、空調設備の排気温度（〜４５°Ｆ）のわずか下まで冷却される。気体は膨張機に流れ、冷たい液体に取り込まれ、サイクルが続く。
伝統的な冷却サイクルにおいては、我々の構造におけるコンプレッサーが気体（空気またはヘリウム）を圧縮し、それを加熱するにつれて、その熱は熱交換器を介して外気に廃熱される。しかしながら、本発明に係るサイクルのある態様においては、バルク相転移は起こらなくてもよい。温度変化はほぼ全て顕熱の伝導によるものである。さらに、圧縮の熱は、圧縮シリンダーに噴霧される水滴によってほぼ完全に吸収される。加熱された滴は圧縮ストロークの終点においてシリンダーから排気され、次に、圧縮空気から分離される。それが、廃熱するために熱交換器を通して送り込まれた加熱液体である。
サイクルの膨張側は圧縮側の鏡像である。とはいえ、気体の膨張がピストンを駆動し、同様に、コンプレッサーを駆動する同じシャフトを駆動する、という点に言及する。これは、気体の自由膨張のエネルギーが損なわれる標準スロットルバルブと比較して効率を向上させる。
内燃エンジンにみられるのと同様に往復ピストン機構によって、作動中の圧縮／膨張チャンバー内に直接噴霧することが可能になり得る。タービンベースコンプレッサーは、液滴と気体との均一の混合を可能にする正しい配置を欠き得る。
目標とする仕様のため（６０％の相対湿度を有する７５°Ｆの建物温度、相対湿度１００％で５５°Ｆの排気温度、９５°Ｆの外気温）、もし多くの寄生損失が制御され得るならば、４を超える性能係数（ＣＯＰ）が合理的なコストで達成され得る。もし電気モーターと、付随する駆動効率が９５％であるならば、コンプレッサー機構および膨張機機構の効率は往復で７９％を超え得る。もし高品質機械構成部品が用いられ、もし、圧縮中、膨張中、および熱交換器を通しての温度変化が約１０°Ｆまでに維持され得るならば、このレベルの効率が達成され得る。
対照的に、従来型の断熱コンプレッサーおよび膨張機は、同様の運転条件下で、１００°を超えるΔＴを有し得る。本発明の態様に係る近等温技術が所望の冷却効率を達成し得る。
本発明に係る態様は液体スプレーシステムを用い得る。具体的には、圧縮ストロークの間の固定された小さな温度上昇（および、膨張ストロークの間の温度降下）を維持する能力が、システムの効率を実行するのに役立ち得る。液体スプレーは圧縮中に熱を吸収し、膨張中に熱を加え得る。その高い熱容量のため、液体の最も良い選択は水である。必要とされる熱伝導比を達成するために、スプレーは非常に密度が高くなり得る。すなわち、水の体積分率は少なくとも、０．２５％であり得る。加えて、気体−水エアロゾルは、ホットスポットまたはコールドスポットを避けるように、圧縮および膨張チャンバー内に均一に分配され得る。
ノズルおよびスプレーマニフォールドが設計され得て、それらの性能は計算流体力学（ＣＦＤ）のツールを用いてシミュレーションされ、次に、組み立てられて、レーザー画像および粒子画像流速測定システム（ＰＩＶ）を用いてノズルを検査する。
スプレーシステムの態様は、シリンダーヘッドを介して圧縮および膨張シリンダーに水を直接注入する。課題は、約１リットルの排気量のシリンダーのヘッドに十分に適合するようにスプレーシステムを小型化することである。
本発明の態様は、コンプレッサーおよび膨張機の機構を包含し得る。原理的には、さまざまなコンプレッサーまたは膨張機の技術がこのアプリケーションのために用いられ得る。
実際には、運転中に高密度の水スプレーを注入する必要性がこの態様を決定し得る。往復ピストン機構が用いられ得る。そのようなアプローチが、もっともよい配置、もっとも高い柔軟性、および適切な速度や機械的な効率だけでないものをもたらし得る。
往復機構は、既製のコンプレッサーを改良することによって設計され得る。特注のシリンダーヘッドが噴霧システムに適応する。その機構は耐水性であり得て、特注の材料および完全な被覆の使用を含み得る。例は、露出面用のニッケルポリマーおよびＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）、グラファイト系ＰＴＦＥピストンリング、黄銅ノズル、およびステンレス鋼バルブ構成部品を含む。
本発明に係る態様は逆流熱交換器を用い得る。逆流熱交換器の性能は所望のシステム効率の達成を決定し得る。１２０ｐｓｉ以上の内部圧力に耐える能力とともに、熱交換器のそれぞれの終点における流入および流出の気流の間の低いΔＴ（約１０°Ｆ）が用いられ得る。
第２に、高温気流が冷却される時、結露が逆流熱交換器内で起こり得る。高温気体が逆流熱交換器より前に分離機を離れる時、それは湿気で飽和され得る。熱交換器を通しての圧力降下は低くなり得て、そのため、空気中の湿気のなかには熱交換器内部で液化し得るものもある。水はこのシステム内の閉ループ内に高圧のまま残るので、復水は回収され、システム内に再注入され得る。
逆流熱交換器のモデリングは、高圧での湿度属性値を含む。現存するソフトウェアは２７バールの圧力までの湿り空気の熱力学属性を提供する。湿度的アルゴリズムは、凝縮も起こる冷却水コイルを通過する湿り空気を設計するために用いられるだろう。
用いられる作用気体が空気である場合、それは、直ちに膨張機に循環されるよりもむしろ、圧縮に続く好適な圧力ベッセルに保存され得る。電力を供給するために用いられる電気が安価である時、これによって、システムは夜間に充電され得る。冷たさは後に（概して、空調が必要とされ、電気がより高価だろう翌日に）供給され得る（消費されるさらなる電力なしに）。
本発明に係る態様は「開放型の」構造を有し得る。すなわち、空気は周囲からコンプレッサーに引かれ、膨張機から周囲に排気されるだろう。
本発明に係る態様は、経済的であり、かつ、温室効果ガスを使用せずに性能係数４をもたらし得る空調システムを開発し得る。ある構成部品（例：近等温コンプレッサーおよび膨張機、および逆流熱交換器）が製作され、個々にテストされ、（適切な解析とシミュレーションが完了した後）システムに統合され得る。
熱力学的モデリングは以下のように進められる。このデバイスのアプリケーションは高性能空調システムとしてである。潜在的で顕著な冷却が、冷却された水コイル（低温側熱交換器）で起こり得る。それゆえ、正確な性能モデリングは、空気側での適切な湿化プロセスを含み得る。
性能は一連の設計パラメーターで測定されるだろうが、設計外の条件での運転が季節ごとの性能を試算するために重要であり得る。パラメーターの研究は、さまざまな屋内および屋外の環境条件におけるシステムの性能をシミュレーションする熱力学的／湿度的なモデルを用いることで行われ得る。
さまざまな態様のための他の可能性のあるアプリケーションは、安定状態にある熱力学モデルを用いて調査され得る、内部熱水加熱を補助するシステムの使用、および／または熱ポンプとしての使用を含む。これらの代替アプリケーションは、元の設計で特定されるよりは、追加または異なる熱交換器を用い得る。もし高温側からのいくぶんもしくは全ての熱が内部の熱水を加熱するために用いられ、もしシステムが熱ポンプを風に当てるための空気として用いられるならば、熱力学的シミュレーションもまた、システム性能の効果を決定するように行われ得る。
構成部品のモデリングは以下のように行われ得る。２つの問題がこのアプリケーションにおける既製の熱交換器の使用を妨げている。１つめは主要熱交換器の全てにおける高圧の使用である。管の壁厚は、直面する高圧のために適切な安全を提供するように通常用いられる数値よりも高くなければならないかもしれない。
２つめに、高温気流が冷却されるとき、湿気の凝縮が逆流熱交換器内で起こり得る。高温気体が逆流熱交換器より前に分離機を離れる時、それは湿気でほぼ飽和されているだろう。熱交換器を通した圧力低下が低くなると予測されており、そのため、空気中の湿気のなかには熱交換器内で凝縮するものもある。このシステム内の閉ループ内で全ての水は高圧のまま残存するので、復水は回収されシステム内に再注入されなければならない。
逆流熱交換器のモデリングは高圧での湿度属性を必要とする。現存するソフトウェアが２７バールまでの圧力における湿り空気の熱力学特性を提供する。従来型の湿度的アルゴリズムは、凝縮も起こり得る冷却水コイルを通過する湿り空気を設計するために用いられるだろう。従来型の熱伝導および流体力学の原理およびモデルが、システム内部の湿り空気および水の両方に、および、システム外の湿り空気内での修正なしに適用されることが予期されている。
構成部品は以下のように設計され得る。熱交換器の設計要件は、構成部品のモデリングの結果から決定され得る。構造は、３つのメイン熱交換器、２つの気流と、熱水および冷水コイルと、の間にある逆流熱交換器のそれぞれの一連の仕様を備え得る。仕様は、熱伝導負荷、流速、圧力比および圧力降下、最大寸法と重量を含み得る。コンパクトな設計要求が追加の困難を課し得る。
データ収集およびシステム設計は以下のようにされ得る。高圧環境に適応可能な適切なセンサーが、データ収集のためのソフトウェアおよびハードウェアとともに、システムを作成するために用いられ得る。
試験設備は、システム内の高温側および低温側熱交換器の両方に接近する空気のための安定した空気温度および湿度条件を維持することが可能な２つの周囲のチャンバーを含み得る。データの大半は低温側で収集され、システムにおける冷却負荷を決定する。熱交換器の空気側および水側の両方での熱伝導率が得られ得る。水側の測定値が、湿り空気側の測定値よりも正確であることが可能である。正確な電力測定値も得られ、システムのＣ．Ｏ．Ｐ．が決定されるだろう。
熱交換器の構造をテストする設備は以下のようであり得る。２つの別個の測定システムが可能である。１つは逆流熱交換器をテストするためのものである。
この設備においては、湿り空気が、コンプレッサー／膨張機の高温側および低温側の両方に気液分離機を出ることが予測される条件で提供され得る。熱交換器の両側に、および、両側から流れる湿り空気の温度、圧力、湿度の数値および流速が測定され得る。加えて、復水の温度および流速もモニターされ得る。
熱水および冷水コイルが既知の空気の流速を提供可能で、トンネル内で空気を暖め、湿らせ得る設備内でテストされ得る。設備は冷水コイルを測定することが可能であり得て、そこでは空気が暖められ、湿らされなければならない。建物の冷水を用いることで、熱が気流から除去される必要がある時には、熱水コイルをテストする冷却能力が設計され得る。これらのテストにおける空気の流速は、この設備内で通常行われるＡＳＨＲＡＥフィルターテストで要求されるよりも低い。そのため、存在するノズルよりも低い範囲での流れを測定する新しい気流ノズルが正確な流れの測定のために仕様書に含められ得る。計装が両方の設備に据え付けられ、自動データ収集システムに接続される。システム性能確認テストが行われ得る。
近等温圧縮および膨張を用い、このシステムのための技術を開発し、基礎とすることによって、新しいサイクルの熱力学的解析がなされてきた。この作業は、高価ではなく、効率的なエネルギー保存システムを生み出す同様の技術を用いる取り組みから生じた。
質量流量および液滴粒径で、液体を圧縮および膨張チャンバーに導入する噴霧ノズルおよび制御システムが研究されてきた。これらのスプレーシステムは、粒子速度画像およびＣＦＤの解析を用いて特徴づけられ得る。
図２９は、高い圧縮比に適切な、非常に均一な液滴分布をもたらす中空円錐ノズルの速度場を示す。図３０はファンノズルのＣＦＤシミュレーションであり、大きな質量流量をもたらし、作用ガス内に均一にスプレーを取り込むようにマニフォールド内に容易に配置され得る。
図７４は、圧縮比が３２である２つの圧縮サイクルにわたっての質量加重平均温度のグラフ図である。比較のために、スプレーなしの平均温度がプロットされている。図７４Ａは、極端に高い圧縮比３２である気体圧縮のＣＦＤシミュレーションからの、上死点におけるケルビン温度の疑似カラー図である。ストローク毎に注入される水の量は、その体積の約０．６％である。
（Ｒ＆Ｄの進行）
圧縮気体を用いる空調が過去において積極的に追い求められていなかった理由の一つは、従来型の（断熱）圧縮／膨張サイクルの熱効率が非常に低かったことである。たとえば、１気圧から２００気圧まで断熱圧縮し、膨張させて１気圧まで戻す往復の効率は約３０％である。加えて、気体の温度における変化（圧縮／膨張されている時）は、圧縮比を約３．５までに制限し、圧縮または膨張サイクルのための複数のステージを必要とすることによって、効率をさらに低下させる。
そのようなシステムの性能を示すために、水滴をコンプレッサーに噴霧することによって温度変化ΔＴが２０℃以下に維持されている間、空気を気圧まで圧縮する計画を我々はたてている。我々の圧力の基準は、約２５Ｗｈ／リットルのエネルギー密度を得るために設定され、それはシステムを実用にするために十分に高いものである。以下に説明されるように、ΔＴの基準は、目標値である往復熱効率９０％によって設定される。
（システムの熱効率）
図７５はエネルギー保存システム用に用いられる熱力学サイクルの一態様を示す。プロセス１−２’の間、ＬＳＥによって開発されている独自の水スプレー技術を用いる等温コンプレッサーを用いて、約２００気圧の高圧まで空気が圧縮される。伝統的な断熱コンプレッサーは約３．５の圧縮比を実現するにすぎない一方、現存する実験データは、圧縮比３０が等温圧縮に用いられ得ることを示唆している（Ｃｏｎｅｙ ｅｔ．ａｌ．，”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｕｓｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｑｕａｓｉ−ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ”，Ｉｎｔ．Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ Ｅｎｇ．Ｃｏｎｆ．，Ｊｕｌｙ １６−１９，２００２参照）。大きな等温圧縮比のおかげで、高圧（２００気圧を超えて）が、２つのステージのみを用いることによって実現され得る。この圧縮エネルギーは、数分か、何時間も続けて、のどちらかでタンクに保存される。大規模な数メガワットの電力系統においては、このエネルギーが数時間で保存されると思われ得る。この時間の間、タンクに保存される空気はいくぶん熱を失い、一定の体積で外気温に戻るだろう。保存されたエネルギーが必要とされる時、等温条件下で空気を膨張させる水スプレー技術をも用いるプロセス２−３に沿って、圧縮空気が膨張して元に戻される。
（熱力学的解析）
このシステムの実現可能性を示す基礎的な熱力学的計算がこのセクションで示される。システムに注入される水量は、温度がおおよそ一定に維持されるのに十分であるべきである。エネルギー移送は、ＴｄＳ＝ｄＨ−ＶｄＰの関係式で表され得る。数百ミクロンのサイズの水滴にとって、熱伝導率は非常に早く、空気および水滴によって得られる高速の熱平衡に至る。開発されている独自のスプレー技術に関する以下のセクションにおける説明は、合計エネルギーの比較的小さな比率を適用することによって、小さな液滴粒径が容易に可能であることを明確に示す。そのため、空気と水とが同じ温度であることが仮定される。それゆえ、我々は、ｄＨ＝ＣｐａｄＴ＋ｍｗＣｐｗｄＴを有する。ここで、ｍｗは空気の質量あたりの水の質量である。ＣｐａとＣｐｗは、それぞれ、空気と水の熱容量である。我々はここで、（Ｃｐａ＋ｍｗＣｐｗ）ｄＴ／Ｔ＝ＲｄＰ／Ｐと書き得る。上記方程式を積分することは以下の関係式に至る。

ここで、ｎ＝（１−Ｒ／（Ｃｐａ＋ｍｗＣｐｗ））−１である。圧縮中になされる仕事は以下のように示され得る。

エネルギー保存システムの効率は以下のように定義され得る。
水の体積分率に対する効率のプロットが図７６Ａに示される。図７６Ａは、圧縮中に異なる液滴粒径がシリンダーに噴霧される時の、往復のエネルギー保存サイクルの理想的な熱効率（圧縮比１４．１、２０Ｈｚにおける）を示す。
理想的な往復熱効率９０％を得るために、１００μｍの液滴の形態での、コンプレッサー内に、最大２．５％の量の水を噴霧することが必要とされることが示される。図７６Ａに示すように、この量の水を噴霧することは、圧縮／膨張の間の温度上昇／下降を約ΔＴ＝２０Ｋまでに抑える。
図７６Ｂは、水体積分率における増加を伴う排出空気の温度を示す。１気圧における水の初期体積分率の機能として、図７６Ｂは、圧縮比１４．１、２０Ｈｚでの圧縮中の空気の温度上昇（ΔＴ）を示す。
１００μｍの液滴が噴霧される時、２．５％の水体積分率において、排出空気の温度における上昇は２０°以下である。相対的に、水が用いられない時、温度上昇は１０００Ｋを超える。
（空気と水滴との間の熱交換のタイムスケール）
現在のコンプレッサーシステムにとって、Ｐｒが０．７以下であると仮定され得て、理論的および実験的に算出された注入速度に基づいて、Ｒｅが１００以下であると理解され得る。そのため、Ｎｕ＝ｈｄｐ／ｋ＝７．３３である。平均１００ミクロンの液滴と空気伝導率ｋ＝０．０２７Ｗ／ｍ／Ｋを仮定すると、我々は、熱伝導係数’ｈ’として、２０００Ｗ／ｍ２／Ｋを有する。球状の水滴と空気との間の熱伝導は、ｍａＣｐａｄＴａ／ｄｔ＝ｈＡｐ（Ｔａ−Ｔｗ）と記載され得る。ここで、ｍａは１つの液滴を取り囲む空気の質量である。ＴａとＴｗとは、それぞれ、空気の温度と、水滴の温度である。Ａｐは液滴の表面積である。注入された上記の水の質量の算出から、我々は、ｍａ＝０．５ｍｄを有し、ここで、ｍｄは液滴の質量である。この熱伝導プロセスと関連するタイムスケールは、τ＝ｍａＣｐａ／ｈＡｐとして与えられ、１００ミクロンの液滴にとっては、約１ミリ秒となる。これは、圧縮プロセスのタイムスケールよりも、際だって早い（コンプレッサーは約１２００ＲＰＭの回転速度で運転される）。
（等温コンプレッサーのＣＦＤ解析）
圧縮比９での等温コンプレッサーの計算流体力学（ＣＦＤ）の解析が行われている。動的な再度のかみあいに沿った複雑な多重フローのシミュレーションモデルが、気相と水相との間の複雑な相互作用をシミュレートするために用いられている。２つの相にとっての、別個の、エネルギー、運動量および体積の保存方程式が解かれる。
図７７は、排気バルブの開放の直前にくる、シリンダーヘッドに近い位置における上死点での温度（Ｋ）を示す。そのシミュレーションにおいては、水滴の、跳ね返り、滑り、粘着の効果により、かなりの量の水の蓄積が壁に沿って観察される。概して、水体積分率が高い領域では温度が低く、低い水体積分率が存在する中核においては温度が高い。
図７８は、水スプレーあり、および、水スプレーなしでの温度変化を示す。図７８は、水スプレーあり、および、水スプレーなしでの、クランク回転に対するシリンダー内の質量平均空気温度（Ｋ）のＣＦＤ予測を示す。
１秒あたり０．４リットルで噴霧された（１ストロークあたり２０ｃｃ）２００μｍの液滴の存在下での温度上昇がわずか約２５Ｋである一方、水スプレーなしでの気体の平均温度は約２７０Ｋ上昇するだろう。これらの結果は理論的解析を確認し、提案されたアプローチの有効性を明確に示す。
（他の損失）
等温圧縮／膨張サイクルによって際だって低減される熱的不効率に加えて、効率における減少に至る他の損失がある。そのような源は既に特定されており、ここに要約される。
（モーターおよび電気構成部品の損失：約５％と推定される。）
より高い効率の構成部品がより高いコストで購買され得る。
（バルブ損失：約２．７％と推定される。）
バルブを通る流量と圧力低下とは以下の式で関連づけられる。
我々は空気および水の流速を知っているので、圧力低下を以下の式で算出できる。
空気および水の典型的な速度はバルブ近くで１０ｍ／秒の範囲である。

ついで、気相と水相とで別々に損失が算出される：ＫＪ／ｋｇ−ｏｆ−ａｉｒの単位における気流の損失は以下の式で表され、約１．２５ｋＪ／ｋｇであると算出される。
ｋＪ／ｋｇ−ｏｆ−ａｉｒの単位における水流によるバルブ損失は以下の式で表され、約３．７５ｋＪ／ｋｇであると算出され、４５６ｋＪ／ｋｇの発電された総電力の約１．１％である。
（摩擦および連結の損失）
そのような損失は、主に、シリンダー内部のピストンの動き、および、ピストンリングを通した圧縮空気の漏れによる。摩擦および連結の合計損失は、ピストンリングあたり４ｐｓｉと推定される。
（噴霧の損失：約０．１６％と推定される。）
この電力損失は、ノズルにかかる圧力差と、ノズルを通した流速とに基づいて推定された。パーセンテージ損失は、（ΔＰｎｏｚｚｌｅＱｗａｔｅｒｍｒ／ρｗａｔｅｒ）／（ＲＴｌｎ（Ｐ２／Ｐ１））を用いて推定される。
（噴霧システム）
上述の解析によって設定される噴霧基準を満たすために、比較的低い圧力差（５０ｐｓｉ未満）および比較的大きな流速（１００ｃｃ／秒未満）で運転し、比較的短い崩壊長さで小さな液滴（１００ミクロン未満）を生成する噴霧システムが設計され得る。噴霧ノズルはシリンダー内に比較的均一な噴霧を生み出し得て、浅い角度（シリンダーヘッドに対して）で噴霧すべきで、小さいもしくはゼロの死容積を引き出すはずである。それから、ノズルは製造するのにも容易であるべきであり、キャビテーション効果を除去／低減するべきである。
ノズルは、我々のシリンダーに適合するのに十分に小さく、確実で安価に複製するのに十分に単純であるように設計されてきている。ノズルの開発は継続されている。いくつかの予備の実験的および計算的なテストが以下である。
図３０および７９〜８２ｂは、我々が実験したノズル構造のいくつかのＣＦＤシミュレーションを示す。図７９は、２Ｄにおけるジェット崩壊の多相流れシミュレーションを示す。図３０は、独自のＬＳＥノズルのうちの１つから放出される水スプレーのＣＦＤシミュレーションを示す。図８０は、開発された角錐ノズルから放出される水スプレーのＣＦＤシミュレーションを示す。
ＣＦＤシミュレーションで、我々は、ノズルの内部流構造を予測し、形成されたシートの発散角を予測することができる。我々はまた、崩壊長さおよび崩壊機構のおおまかな推測を得ることができる。次に、我々は、科学論文に出版された半経験的相関に沿って得られた情報を用い、崩壊長さおよび液滴粒径の、より正確な数値を予測する。
図８１ａは、粒子画像流速測定（ＰＩＶ）システムを用いて得られる液滴の実験写真を示し、液体シートの崩壊および噴霧化を示す。液滴粒径の分布の測定値もまた、図８１ｂにプロットされる。
実験準備はデュアルキャビティＮｄを含む。５３２ｎｍの波長で２つの連続的な５０ｍＪ ４ｎｓレーザーパルスで視野を照射する能力をもつＹａｇレーザー（Ｓｏｌｏ ＩＩＩ−１５，Ｎｅｗ Ｗａｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）。この準備によって、我々は、落下速度の空間的分布を測定できる。
（コスト解析）
２０Ｈｚでの運転（１２００ＲＰＭ、２つの動力ストローク）、および２００気圧タンクから１気圧まで空気を膨張させる際における９０％の効率を仮定すると、我々のシステムの定格は、以下の関係式を用いて、７．７５ｋＷ／リットル−ｏｆ−ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔと推定される。
我々は、トラックディーゼルエンジンを、我々が提案するコンプレッサー／膨張機の主要な（量産の）コストを推定するために、モデルとして用いた。ディーゼルエンジン内の圧力値は我々のシステムにおける圧力と似ているので（〜２００気圧）、これは直感的に合理的である。４ストロークでの２４００ＲＰＭ（我々のシステムと同じ動力ストローク）におけるディーゼルエンジンの定格は、以下の式を用いて約１６ｋＷ／リットル−ｏｆ−ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔであると推定される。
１００馬力（〜７５ｋＷ）のトラックディーゼルエンジンが約６０００ドルであると仮定すると、我々のコンプレッサー／膨張機の量産の資本コストは約＄１６５／ｋＷである。以下の表は、資本コストの推定を要約し、他の項目のコストを含む。
（ＣＯＰ）
目標となる条件下、多くの商用空調ユニットは性能係数３．５で運転されている。我々のシステムはＣＯＰ４．２５を目標とする。我々の解析の要約が以下である。
図３２Ａはサイクル全体を通して流れる仕事と熱を示す電力フローグラフ図である。全ての電力値は、グリッドから流れる電力に正規化されている。まず、１ｋＷの電力は、９７％の効率でモータードライブを通して処理され、９５％の効率のモーターに続く。これはモーターシャフトを通過し、摩擦として、その電力の０．５％を失う。このシャフトがコンプレッサーを駆動させる。コンプレッサーはいくつかの不効率の源を有する。噴霧、漏れ、機械的、および熱的。
水対ヘリウムの質量比が１０：１の際、噴霧による損失は、システムを通して循環される仕事のわずか１％にすぎない。往復コンプレッサーまたは膨張機の機械的および漏れの損失は概して９５％である。しかしながら、摩擦損失は、バルブアクチュエーター、オリフィス摩擦、およびパイプ損失およびピストンリングに集中する。これらの摩擦損失のうち、圧力が増すにつれて直線的に増加するものはなく、バルブ／パイプ損失はヘリウムのような軽い気体で低い。圧縮比２．７１で、運転は２５バールに内部的に加圧され得る。これらの機械効率は合計で９５．６％以上に維持され得る。
熱的損失がある。コンプレッサーおよび膨張機の動的熱性能が解析されており、小規模において、解析的境界、計算結果、およびいくつかの実験結果に至っている。気体はより低い温度であるので、膨張においてなされる仕事は圧縮においてなされる仕事より小さい。気体と液体との間の温度差が５°Ｆ以下である限りにおいて、示される温度に対して、膨張効率は９２．７％であり、圧縮効率は９８％であり、我々の実験および計算結果に従って獲得可能である。
（サイズ）
１２００ＲＰＭおよび１５０psiで運転される１トンシステムに対して、我々は、１馬力の電動モーター、合計排気量３５０ｃｃの２つの往復ピストン、および約１５平方メートルの界面の表面積を有するファン冷却熱交換器を必要とする。これらの構成部品を所望のフォームファクター（１．５フィート×１フィート×９インチ）に収めることは困難ではあるが、実現可能であり得る。
（寿命）
目標仕様である１４年間にわたって、ほとんどメンテナンスをせずに、またはメンテナンス無しで作動することが、構造における構成部品は合理的に期待され得る。そして、他の同様のシステムにおいてそのようにされている。水は多くの金属を腐食するので、寿命に影響を及ぼす１つの要因は、コンプレッサーおよび膨張機シリンダーにおける水の使用を含む。スライディングシール、弁座、摩耗表面、およびファスナーにとって、長寿命でもある耐水性のマテリアルが有用である。本発明に係る構造は、アルミニウム成分、ニッケル−ポリマーコーティング、およびＰＴＦＴスライディング成分を用い得る。
（コスト）
１トンあたり＄１０００の目標に到達するために、近等温圧縮および膨張シリンダーのコストエンジニアリングがなされ得る。排気量３５０ｃｃの往復空気コンプレッサーポンプは約＄３７０で販売される。本発明に係る態様は、カスタムバルブ、プラススプレーノズル、ポンプおよび気水分離機を用いて、コンプレッサーと膨張機との両方を運転し得る。それらの構成部品の合計コストが＄５００までに抑えられ得るならば、それは、１馬力モーターのために約＄１５０、３つの熱交換器のそれぞれのために＄１００、および、筐体と制御のために＄５０を残す。
（拡張可能性）
我々の構造は単純な往復ピストン機構に基づいているため、おそらく１００ワットから１０ＭＷまで適宜規模を大きくされ得る。より大きなユニットはより低いトン当たりコストを有するだろう。
約８気圧までの近等温圧縮が示され得る。我々は以下を含み得るステージを予期する：
１．低圧（約１０気圧）における近等温空気圧縮と膨張との両方を示し、それは低密度エネルギー保存をともに可能にする。
２．高圧（約２００気圧）での近等温圧縮および膨張を示す。これによって、非常に普遍的な応用可能なエネルギー保存ができる。
３．効率を上げるオープンアキュムレーターおよびコストを低減する混合空気タンクを含む統合システムを示す。
４．上記の３で示された技術のコスト的に有効な実装のために具体的に設計されたカスタムエンジンブロックおよび他の構成部品を開発する。
５．上記の４で開発された構成部品のための道具を組み立て、試験的な生産設備を設立する。
６．試験的なエネルギー保存ユニットの最初の稼働を行い、それらを試験設備に展開する。
７．フル生産に向けて道具を使う。
上述された最初の３つのフェーズがここで提案されているものであり、プロジェクトの１年目、２年目、３年目におおよそ対応する。もしプロジェクトの目標が満たされれば、技術の能力は商業的進展のための完全な準備がされている。配送可能なプロジェクトの最終試作品は、グリッドから電力を得て、適切な安全規定を完全に満たすことができる空気タンク内に無限に保存し、保存された電力をグリッド標準に配送することができるだろう。これは、多くの現存するエネルギー保存アプリケーションのために求められている基礎的な能力である（例：建物用の需要シフトおよび周波数調整）。
フェーズ４は商業化のために具体的になされる最初のステップである。これは、大部分、コスト工学および品質工学に焦点を当てた製造エンジニアリングフェーズである。我々は最初の製品が１００ｋＷ規模（我々がここに試作している規模）であることを期待する。そのようなシステムは、工業的規模で多くのアプリケーションを有するだろう（建物のための需要シフト、バックアップ電力、変電所における”アイランディング”、大きな太陽電池アレイ用の保存、等）。
最初の製品を市場にもたらすために必要とされる投資が、道具、試験的な生産在庫、試験的なテスト、小規模生産に対する道具の改良、および最初の生産在庫のコストをほとんどカバーするだろう。フル生産が開始される前に、いくつかの発注書が既に進行中だろうことが期待され、在庫および売掛のための従来型の資金繰りを容易にするだろう。ベンチャーキャピタル投資が、もっともありえる道具や試験的生産のための資金源だろう。それは、小さなエンジンを作るコスト、おそらく＄２５Ｍ〜＄５０Ｍ、に匹敵しそうである。
上記態様は液滴の噴霧を通した熱交換のための液体の導入を述べているが、本発明はこのアプローチに限定されるものではない。ある態様によれば、たとえば、気泡管またはスパージャーを用いて、液体を通して気体を泡立てることによって、１つ以上のステージに液体が導入され得る。泡立てを利用するそのような液体導入は、熱交換を均一にするに至る、液滴と気体との間の均質な相互作用が得られるのが難しいかもしれない高圧で、とりわけ好適化され得る。
および、上述の態様は冷媒が気相に残るサイクルを用いる冷却を説明しているが、本発明はまた、そのようなアプローチに限定されるものではない。本発明のいくつかの態様に係る冷却は、冷媒の相が液体から気体に変化し、再び戻るサイクルを用い得る。
たとえば、図８２は、本発明に係る冷却システムの別の態様のきわめて簡素化された図を示す。システム８２００は、液体から気体へと相を変化し、再び液体に戻るように構成された材料を、冷媒として用いる。以下に述べられるように、冷媒による相転移は蒸発器８２０２内における冷却のため、熱を吸収し、取り除き、その後、濃縮器８２０４においてこの吸収された熱を解放するのに役立つ。
循環冷媒がコンプレッサー（Ｃ）８２０６に気体として入り、そこで高圧に圧縮される。本発明の態様によれば、ポンプ８２１２および熱交換器８２１４を通してタンク８２１０と流体連通する噴霧器８２０８（もしくは気泡器）を通して、低温の液体がこの圧縮中に気体に導入され得る。この導入された液体が、圧縮気体との熱交換を行うのに役立ち、気体の温度変化を低減し、上記に詳細が説明された熱力学効率を向上させる。
導入された液体は、冷媒それ自体と同じであってもよいし、そうでなくてもよい。本発明の様々な態様に係る導入に適し得る液体のリストはこの文章のどこかに記載されている。
圧縮の後、導入された液体は、気液分離機８２１６を用いて圧縮気体から分離され、上述の具体的な構造のいずれかとなり得る。その後、この分離された液体はタンク８２１０に流れる。
それから、分離された圧縮気体は濃縮機８２０４に流れ、そこで圧縮気体は熱交換し、熱シンク８２２０への露出により冷却されることによって、液相に変化する。濃縮された液体からの熱は熱シンクによって取り除かれる。
次に、濃縮された液体冷媒は、急速な圧力低下に耐えるスロットルバルブ（ＴＶ）８２３２を通って流れる。圧力におけるその減少は、液体冷媒のいくつかの部分の蒸発を引き起こし、気体と液体との混合物に至る。この蒸発が、所望の冷却温度以下に、気液混合物の温度を下げる。
ついで、冷たい気液混合物が蒸発器８２０２に送られる。ユーザ８２３０（ここでは単に住居として示される）からの熱（概して空気の形態で）が冷たい気液混合物と交わる。ユーザからの空気の熱が冷たい溶媒混合物の液体成分を蒸発させることによって冷却される。
最後に、蒸発器からの冷媒気体がコンプレッサーに戻り、サイクルが再び始まる。
図８２に示すような冷却サイクルにおける圧縮中に熱交換を行う液体の導入は、より近等温で圧縮することによって、より効率的に圧縮を行うのに役立つ。この向上された効率が、ＣＯＰ（性能係数）を実質的に上昇させる。
本発明の態様は、１つ以上の望ましい特徴を発揮する圧縮気体エネルギー保存システムに関する。そのようなシステムは、効率的であり（往復で８０％）、費用対効果が高く（システムコストは＄１００ｋＷｈ未満）、素早く立ち上がる（ｒａｍｐａｂｌｅ）（１０分未満）であり得る。エネルギー保存は転換技術を明確に意味する。具体的な態様は、圧縮および膨張の間、高圧における熱伝導を容易にする水スプレーを用い得る。
本発明の態様に係る効率的で費用対効果の高いエネルギー保存技術は、圧縮空気を保存媒体として用いる。現存する圧縮空気エネルギー保存技術（ＣＡＥＳ）と異なり、本発明の態様はどこにでも配置され得て、非常に効率的であり、運転するために化石燃料を必要としない。
本発明に係る態様は、近等温で空気を圧縮および膨張する能力をもたらす。等温運転は効率を大きく向上させるが、とりわけ高い電力密度において、事前に獲得することが難しいことが証明されている。本発明の態様は、圧縮中または膨張中の空気に水スプレーを直接注入する。これが圧縮熱を吸収し、必要とされる仕事を減少させる（および、膨張中に熱を加え、回収された仕事を増加させる）。ほぼ一定の運転温度によって、より高い圧縮比、より大きな速度、より低いコストでの運転が可能になり、膨張中に化石燃料を燃焼させる必要性を取り除くことができる。
概念的には単純であるが、熱伝導を容易にした水スプレーは際だった工学的挑戦を意味する（高圧においては特に）。本発明に係る態様は、科学論文に報告されてきたよりも１０倍まで高い速度で、圧縮チャンバーから（膨張チャンバーへ）熱を伝導し得る。
本発明に係る態様は、圧縮空気を保存媒体として用いる実用的な実用規模のエネルギー保存に関する。我々が提案する技術はどこでも配置され得て、高い効率であり、運転するために化石燃料を必要としない。
本発明に係る態様の焦点は、近等温で空気を圧縮および膨張させる能力である。等温圧縮は効率を大きく上昇させるが、とりわけ大きな電力密度においては得ることが難しいことが証明されてきている。本発明の態様に係る１つのアプローチは、熱交換を容易にするために、水滴を、圧縮および膨張チャンバーに直接噴霧することである。
個々の役割が、商業規模でこの技術を実証するために用いられる。解析およびモデリングが、システム内で起こる熱力学的、機械的、音響的、および液圧的なプロセスの数学的モデルを精査し、拡張するために用いられ得る。
水スプレーの流体力学もまたモデル化され得る。例は、ノズルを通しての流れ、液滴崩壊、シリンダー壁の腐食、および空気での二相流を含む。
コンプレッサーの開発が以下に述べられ得る。１００ｋＷ規模の気体コンプレッサーが改良されて、膨張機として反対向きに運転し、熱伝導を容易にする水スプレーを一体化し得る。単一ステージは低圧（３００ｐｓｉ）において試作され得て、次に、第２ステージを追加して、３０００ｐｓｉ以上に到達し得る。第２ステージ用の事前混合チャンバーおよびカスタムバルブは、高圧における水の高い体積分率を可能にするように設計され得る。
（現存するグリッドスケールエネルギー保存技術）
グリッドエネルギー保存は、今日、揚水発電および圧縮空気（ＣＡＥＳ）という２つの技術によって支配されている。これらの技術は、空気と水という２つの流体の移送または圧縮を介して運転される。空気および水はいつも極めて安価である。課題は、システムを作る際において、効率的に、拡張可能に、および柔軟にシステムを使うことである。
本発明に係る態様は、圧縮空気を保存媒体として用いるエネルギー保存技術に関する。調査報告書は、圧縮空気は、費用対効果の高いグリッド規模のエネルギー保存のためのもっともよい機会をもたらし、おそらくはＦＯＡによって規定された挑戦的なコスト目標（＄１００／ｋＷｈ未満）を満たす唯一の実行可能な方向である、と結論づけてきた。
現存する圧縮空気エネルギー保存（ＣＡＥＳ）は、空気を圧縮するために、電動モーターによって運転される圧縮タービンを用いる。いままで実行されたシステムにおいては、圧縮空気は、それが必要とされるまで、地下の岩塩ドームに保存されている。圧縮空気は、電力供給の間、膨張タービンを運転するために用いられる。
しかしながら、空気は膨張中に大きく冷却され、獲得され得るエネルギーの量を制限するため、それが膨張タービンに入る前に、天然ガスが燃やされて、気流を加熱する。これは、本質的に、圧縮と膨張との間における時間遅延とともに運転される天然ガス燃焼タービンである。
２つのＣＡＥＳシステムが運転中にもかかわらず、費用および効率の検討、および、運転する化石燃料の燃焼の必要性のために、評判が良い技術であるとは証明されていない。
（近等温圧縮空気エネルギー保存）
現存するＣＡＥＳシステムの短所を解決するように提案するいくつかのプロジェクトが進行中である。その目的は、化石燃料の燃焼を伴う補給のための必要性なしに、もっぱら空気の膨張からだけ電力を供給する圧縮空気エネルギー保存を進展させることである。
この新しい圧縮空気技術は、近等温（断熱よりはむしろ）圧縮および膨張を用いる。もし圧縮中に発生する熱が圧縮ストローク中にシステムから取り除かれるならば、より少ない仕事が気体を圧縮するために必要とされることは、熱力学においては（以下の予備結果を参照）、基本的な結果である。同様に、もし熱が膨張中に加えられるならば、より多くの電力が生成される。
もし温度が運転中に一定に保たれるならば、理論的には、エネルギー保存の効率は１００％に近づき得る。実際には、可能性のある損失の多くの要因がある（摩擦、圧力降下、電気・機械的変換損失等）。それでもなお、８０％に近づく往復効率が達成可能であり得る。
圧縮中に圧縮チャンバーから移送され、膨張中に加えられる、熱を伴った、近等温性能を実現するためのいくつかのアプローチがある。これは非常にゆっくりと運転することによってなされ得るので、チャンバーの壁を通して熱が伝わるための時間がある。そのようなシステムは拡大縮小の困難を有し、ゆっくりと運転され、システムの電力密度を制限し得る（それゆえに、そのコストを増大させ得る）。
あるいは、熱交換器は圧縮チャンバーに包含され得る。そして、このアプローチは、Ｌｅｍｏｆｏｕｅｔ，Ｓ．の”Ｅｎｅｒｇｙ Ａｕｔｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｈｙｄｒｏ−Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｓｔｏｒａｇｅ"，
http://www.petisdejeunersvaud.ch/fileadmin/user_upload/Petis_dejeuners/EnAirys_Powertech_20081121.pdf.によって用いられている。
（近等温空気圧縮および膨張用の水スプレー機構）
本発明に係る態様はさらに異なるアプローチをとり得る。具体的には、高い熱容量を有する液体（水のような）が、圧縮および膨張中に空気に噴霧される。水は空気よりも、単位体積あたり、より多くの熱を吸収し得るので、プロセスを近等温に維持するためには少量で十分である。そして、水スプレーは熱交換のためのそのようなより広い表面積をもたらすので、多くの熱が非常に素早く伝導され得る。
本発明の態様に係るそのような液体注入によって、コンプレッサー／膨張機機構は高いＲＰＭで運転されることが可能となる。システムが早く動けば動くほど、所定のシステムコストに対して、より多くの電力を供給し得る。
水スプレーの熱伝導能力を最大限に利用するために、機械的構成要素が高速運転可能であるべきである。しかしながら、近等温空気圧縮に用いる以前から知られている技術が、電力を供給するために、液圧シリンダーおよび液圧モーター／ポンプを用いる。試作品にしやすいが、液圧の使用は、運転速度を顕著に制限する。ここで関心のある規模においては、機械的システム（たとえば、本発明の態様に係る往復ピストンおよびクランクシャフトを用いて）は、液圧回路よりも早く運転し得る。
熱交換を容易にする水スプレーの問題は高圧でより難しい。しかしながら、高圧は、高い効率および小さな空気保存用面積を得るために重要であり得る。そのため、本発明の態様は、目標圧力の２００気圧で圧縮を近等温に維持するために、科学論文に今まで報告されてきたよりも、水−空気のより高い体積分率を用い得る。これは、スプレーの密度および均一性を得るための、専用ノズル、バルブ、およびスプレーマニフォールドの構造を含み得る。
本発明の態様は、自動車エンジンそっくりの往復機械ピストンを用い得る。クランクシャフト、ベアリング、および潤滑システムを用いる機械ピストンの構造は、エンジニアにとって、液圧の構造よりもかなり困難であり得る。しかしながら、このアプリケーションにとって、本発明に係る態様は、同じ排気量に対して１０倍の液圧の運転速度を実現し得る。そのため、そのようなシステムは、同程度のコストに対してかなり多くの電力を供給し得る。空気コンプレッサーおよび自動車エンジンは、この理由で、液圧よりもむしろ往復ピストンを用いる。追加された往復機構の複雑さによって、水スプレーの熱伝導能力をフルに活用することが可能となる。
本発明の態様は、素早く増加し（たとえば１分以内に）、少なくとも１時間に２０ｋＷを超える電力を供給し得る効率的なエネルギー保存システムに関連し得る。試作システムは、２００気圧までの圧力で近等温運転するように改良された、商業用往復コンプレッサーである。従来のコンプレッサーは、概してより低い圧力（約３．５気圧）で運転されている。
（コンプレッサー／膨張機）
全体の空気圧縮／膨張プロセス（ＬＳＥ）用の熱力学モデルを作るために、以下の予備実験セクションに記載された現在の構造は、水蒸発の効果、連続的な噴霧の効果、境界層の効果、および乱流混合効果を含むように改良され得る。システムの挙動に対する閉形式の境界が見出され、具体的な構造および運転条件用の詳細な数値を決定するために数値法が用いられ得る。
計算流体力学（ＣＦＤ）を用いて、高圧で動くピストンを伴うシリンダー内での水スプレーの挙動をモデル化するために、新しいノズルの構造（たとえば、以下の予備実験セクションに記載されるように）がＣＦＤを用いてモデル化され、スプレーの密度および均一性を向上させ得る。求める最も実りの多い設計手段を決定する際にＣＦＤ解析が役立つことが証明されてきている。
シリンダーモデルにおけるノズルマニフォールドが、内径／ストローク比の範囲および関心のある圧力にわたってモデル化され得る。高圧（１００気圧以上）での噴霧システムのモデルは、得られている高い噴霧密度を反映する特定の値であり得る。
ＣＦＤモデルの個別のセットは、バルブ内への、およびバルブからの流れをシミュレートするように進められ得る。バルブ流を最適化することは体積効率を向上させ得る。バルブ構造における他の検討事項は、混合物がバルブオリフィスを通過するにつれて、事前混合チャンバー内の気流に噴霧された水滴が空気に取り込まれたまま維持されることを確実にすることである。
いくつかのモデル化が、ピストンの動作と跳ね返りの効果が関連し得ることを示す。これらは、とりわけ高い圧力でさらに発達され得る。上述のモデリングは、たとえば、ＡＮＳＹＳ Ｆｌｕｅｎｔソフトウェアパッケージを用いてなされ得る。
２００気圧以上の圧力で、極めて均一な１０％近い水の体積分率を生み出す能力のある噴霧システムが開発中である。高圧シリンダーは小さなボアを有しており、低圧シリンダーに用いられる直接注入構造（ノズルがシリンダーに直接注入する場合）は非現実的であるようだ。必要とされるノズルの数のための余地がないだろう。
シリンダーの上流にある事前混合チャンバーが用いられ得る。そのような混合チャンバーにおいては、空気に対する水の適切な体積分率が生まれ、それからシリンダーへの吸気バルブを通過する。ＣＦＤが、有効なチャンバー配置およびノズル分布を設計するために用いられ得る。
高密度の空気−水エアロゾルが通過できる大きな流量係数のバルブが開発中である。上述のように、課題は、液滴を浮遊状態で維持しつつ、事前混合チャンバーからシリンダーに高密度の空気−水滴混合物を移動させることである。
さまざまなバルブ配置が可能である。１つは、流れに方向変化を求めない大きな円筒オリフィスを有する回転バルブである。２つめの配置は、多くの２ストロークエンジンに見られ得るように、シリンダー壁内に、ポートまたは一群のポートを用いる。
第２の配置においては、ピストンが動くにつれて、ピストン自体が開閉する。ポートの配置に関する１つの課題は、圧縮（ポートが下死点においてピストンの上部の直上に位置され得る場合）および膨張（ポートが上死点近傍に配置され得る場合）の両方に対してポートを作動させることであり得る。
ある態様は、シリンダー内の死容積を管理するために液体の水を用い得る。近等温の圧縮および膨張によって、高い圧縮比が、そのような比を非現実的にするだろう大きな温度変化なしに実現され得る。しかしながら、死容積（ピストンが上死点にある時、カバーされないまま残るシリンダー容積の部分）が大きすぎなければ、高い圧縮比もしくは膨張比が実現されるのは困難であり得る。従来の気体コンプレッサーにおいては、たとえば、死容積は２５％であり、圧縮比を４までに制限している。
本発明に係る態様は２０以上の圧縮比を実現し得る。注意深く設計されたピストン／シリンダー／バルブ組立を用いること、および／または、デッドスペースの多くを満たす水の使用によって、これが実現され得る。
後者を伴い、ちょうどよい体積の水が、運転中、シリンダーに維持されることによる方法は、実現するのが困難であり得る。この課題を解決することは、バルブ構造およびフィードバックベースの制御を伴うモデリングおよび実験を含み得る。
本発明の態様は、空気コンプレッサー／膨張機内における水スプレーの最適化制御を発揮するように求め得る。コンプレッサー／膨張機の性能（効率および出力）は、水スプレーのタイミングおよび量に依存し得る。
概して、多くの水が噴霧されるほど、圧縮／膨張をよりよく等温化することができる。しかしながら、水スプレーはまたコストを被る（例：圧力低下）。
そのため、プロセスを等温化する目標を満たしつつ、より少ない水を注入することが、戦略を決定するのに有益であり得る。最適のタイミングおよび量を決定するために十分な正確さをもたらし得る解析モデルは、すぐには利用可能にはならないかもしれない。制御アプローチを学ぶことが、繰り返される実験を通して用いられるかもしれず、最適化制御戦略が達成されるだろう。正式には、そのようなアプローチは、自己最適化制御またはアプローチを求める極値、と名付けられる。
本発明の態様は、スプレーシステム、バルブ、死容積管理システム、および噴霧制御最適化を、高い圧縮比を可能にする単一シリンダーコンプレッサー／膨張機内に統合し得る。単一シリンダーは、制御可能なΔＴで、１０〜２０以上の気圧において、コンプレッサーまたは膨張機として運転されるように構成され得る。システム性能が特徴づけられ、解析モデルと比較され得る。
ある態様は、１００気圧以上の能力を持つマルチステージコンプレッサーを用い得る。ある態様においては、コンプレッサー／膨張機は、２つのシリンダーで仕事するように構成され得る。いくつかの態様によれば、水スプレーシステムは第２のステージのより高い圧力を用いて、より低い圧力のシリンダーのノズルを通して水スプレーを送り得る。熱交換器システムはシリンダーを支持するように構成され、両方のステージにおいて等しいΔＴを維持するように噴霧システムを管理し得る。
（予備実験）
（近等温圧縮および膨張）
空気は安価な保存媒体である。急速な熱伝導によって、効果的なエネルギー保存が可能になり得る。微細で、高密度で、均一に噴霧された水によって、熱伝導は以前に試行されたものよりも良くなり得るだろう。
水は空気よりも大きな体積熱容量を有する（３２００倍以上）。そのため、圧縮空気内にスプレーとして懸下された小さな容積の水でさえ、際だった温度変化に耐えることなしに、膨大な圧縮熱を吸収し、および、同様に膨張熱を供給し得る。
詳細な解析的および数式的な熱力学的解析（以下参照）が、熱力学的性能の解析的な上限および下限を生む。数式的なシミュレーションがそれらの限度を確認した。
様々なアプローチを用いて、空気の効果的な膨張が実現され得る。水スプレーの注入が熱伝導を向上させ得るが、現存する空気モーターが際だった「自由」膨張を引き起こし、有益な仕事をすることなく保存されたエネルギーを浪費する。
そのため、本発明のある態様は、効率を回復するだろう「制御パルス」バルブタイミング戦略を用い得る。このバルブタイミング戦略は、特定の時間に対する膨張プロセスの開始時にバルブを開放し、その後でバルブを閉鎖するだろう。膨張が完了した時に内部圧がより低いステージの圧力または大気圧と等しくなり、全ての利用可能なエネルギーが引き出されるように、これは十分な空気を収容するだろう。
（ａ）「制御パルス」バルブ戦略が自由膨張による不効率性を防ぐだろうこと（ｂ）近等温圧縮および膨張が両方とも可能で、効率的なエネルギー保存を可能にすること、を例証するために、流体ピストンのコンセプトを用いて小さな試作品が作られた。流体を空気に噴霧しようとすることなく、空気が、ピストンの代わりに液圧流体によって変位された。ドライブ、制御板、および圧力セルは自家製であった。ソレノイドバルブ、液圧モーター、および液圧流体用の１ガロンの植物油を用いることによって、完全な等温システムの８８％の熱効率を示した空気モーターが作られた。
この試作システムを通しての構成部品、コスト、および寄生損失が追いつめられ、可能なところで除去された。たとえば、液体ピストンまたは他の液圧システムが高エネルギー密度、低コスト、および高効率を実現するために苦労するだろうことが認識されていた。高エネルギー密度は高いＲＰＭを必要とするが、素早く動き回る液体の運動量および摩擦が、安定で、頑強で、効率的なシステムを作ることを困難にし得る。そのような膨大な量の液体を動かすことに関連する流体摩擦が、効率を、かなりの量（一方向につき５％以上と見積もられる）低くするだろう。
加えて、圧縮および膨張の間、圧力が変化し、その最大効率点で液圧モーター／ポンプを連続的に動かし得る。利用可能な効率曲線に基づいて、一方向につき５％以上で再び効率が低くなり得る。
そのため、たとえば、シリンダー内において往復ピストンを用いることによって、圧縮および膨張への機械的アプローチが好適であり得る。
水スプレーは、表面の全てを冷却すること、スライド部品における摩耗を低減することといった伝統的な技術的問題を緩和し得る。たとえば、大手製造業者が３．５を超える圧縮比を有し得ないコンプレッサーを製作する。発生する高温が材料に余計に応力を与えるだろう。この制限が水スプレーの使用によって除かれる。
加えて、コンプレッサーおよびエンジンの容積効率および圧縮比を減少させる「死容積」を塞ぐので、水がシリンダーヘッドおよびバルブアッセンブリーの到達しにくい隙間にアクセスし得る。たとえば、伝統的な往復技術では、１気圧の空気を２００気圧まで圧縮するために４ステージを要するだろう。本発明に係る態様は２ステージでこれを実現し得る。
可変周波数駆動のコストおよび非効率性が、改善の他の可能な源である。負荷制御付の同期電動発電機が代わりに使用され、コンプレッサー／膨張機上でバルブパルスの長さを制御し得る。そのようなアプローチは、リアルタイムで、増加もしくは減少した電力と引き換えに効率をトレードオフし得る。
ある態様においては、スプレーシステムは以下の性能基準を満たし得る：比較的短い崩壊長さで、比較的低い圧力差で（５０ｐｓｉ未満）、比較的大きな流速で（１００ｃｃ／秒未満）、小さな液滴（１００マイクロン未満）を生成し得る。スプレーシステムはシリンダー内部に比較的均一なスプレーをもたらし得る。噴霧ノズルの構造は小さいもしくはゼロの死容積を導入し、比較的製造しやすく、キャビテーション効果を除外／低減し得る。
小さな圧力差を必要とする水流を噴出し得るノズルが知られている。大きな圧力差で非常に微細なミストを噴出し得る他のノズルの構造も知られている。しかしながら、所望のパラメーターと一致することができる既知のノズルは出現していない。
そのため、本発明に係る態様は新しいノズルの構造を用い得る。図７９は二次元のＣＦＤシミュレーションの噴流の崩壊のモデルを示す。赤の領域が液体であり、青の領域が空気である。
図８０は、ノズル構造から発せられる水スプレーのＣＦＤシミュレーションを示す。赤色は完全に液体を示し、青が空気を示す。図８０はＬＳＥによって開発された角錐ノズルから発せられた水スプレーのＣＦＤシミュレーションを示す。赤色は液体スプレーを示し、青は空気を示す。図８１ａはノズルの一態様からの液体シートの崩壊および噴霧化を示す。図８１ｂはノズルの一態様からの液滴寸法の分布を示す。
本発明の態様に係るノズル構造は望ましい特性を発揮し得る。ノズル構造は、わずか５０ｐｓｉの圧力低下で、大きな流速（１００ｃｃ／秒）で、我々のシリンダーに適合するために十分に小さく、確実かつ安価に再現するのに十分に単純な短い、崩壊長さ（１インチ以下）で、水滴を１００マイクロン以下に噴霧化し得る。
圧縮／膨張シリンダーおよびバルブのモデルを伴うノズルモデルの組み合わせは、全体の圧縮／膨張プロセスの完全なＣＦＤモデルをもたらす。これは、表面の水の薄膜を通して壁に対してしぶきを上げる液滴をモデル化するために用いられてきており、ピストンが動き、バルブが開閉するにつれてメッシュが動的に変形し、近接して密集した液滴の効果のモデルを包含し、それに利用可能である極端に高い体積比を持つ。
圧縮比９の排気量と、わずか１秒の１／２０しか要しないストロークを伴うシステムのシミュレーションは、３００Ｋから５７０Ｋまで上昇するだろう、水スプレーなしでの気体の平均温度を示す。一方、１秒あたり０．４リットル（ストロークあたり２０ｃｃ）での２００マイクロンの液滴のスプレーの存在下で温度が上昇する。
図８３はスプラッシュモデルを伴う、および伴わないＣＦＤシミュレーションからの、クランク回転に対するシリンダー内の質量平均空気温度（Ｋ）を示す。図７７は、排気バルブの開放にすぐに進む温度（Ｋ）を示す。
熱力学的解析は３つの部分に進む。第１に、圧縮または膨張プロセスの熱挙動が計算され、水が空気と完全に熱平衡になった場合、混合物と周囲との間の熱伝導は無視でき、温度が十分に低いので、飽和蒸気圧もまた低く、そのため、相変化が無視され得た。周囲と混合物との間の熱交換がない状態で、プロセスは、断熱圧縮または断熱膨張プロセスと同様であった。しかしながら、空気と密接に熱接触する水の存在が、空気１モルあたりの「有効」熱容量を増加させる。
理想気体の断熱圧縮もしくは断熱膨張においては、プロセスは、ｐＶγ＝一定、に従う。このとき、以下の関係が成り立つ。

ここで、ｃｐおよびｃｖは定圧および定量の下でのモル熱容量であり、Ｒはモル気体定数である。
さらに、ｐＶ＝ｎＲＴなので、温度は以下の式で表される。
γが以下の関係式によって置き換えられる場合を除いて、空気と水との混合物の圧縮または膨張に対してこれは真実である。

ここで、ｃｖ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅは気体１モルあたりの、定量下での、気体および液体の合計熱容量である。
水スプレーが釣り合って増加するにつれて、ｃｖ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅが増加し、ｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅが近づく。そのため、上に与えられた温度に対する表現によって、プロセスを通した温度はほぼ一定となる。
熱力学的解析の２つめの部分は、液滴および空気が即座には熱平衡にならないという真実を考慮する上記解析結果を拡大適用した。第１に、プロセス中に出入りする最大シャフト動力の方程式が決定された。これによって、プロセス中にそれまで獲得された水と空気との間の最大温度差の方程式を見出し得る。
同様に、これによって、圧縮または膨張中の温度変化をわずかに過大評価するように見え得るバウンディングプロセスの生成が可能となる。このバウンディングプロセスはまた、圧縮のために必要とされる仕事を過大評価し、膨張のためになされる仕事を過小評価する。空気と水とが連続的に熱平衡であり、獲得された最大温度差によって初期状態から既に暖められるか冷却されるかされている、と仮定される。
次に、このプロセスは、上述の平衡プロセスとして進められる。これらの数値はお互いに従属するが、代数的に解かれ得る。この仕事は、我々に、圧縮および膨張プロセス中に獲得されるΔＴに関する解析限界およびスケーリング則と、熱効率における下限を与える。
本発明に係るシステムの態様は、他のエネルギー保存システムと比較して、ある所望の特性をもたらし得る。たとえば、蓄電池と異なり、空気コンプレッサーのサイクル寿命は無限である。
圧縮気体エネルギー保存（ＣＡＥＳ）システムのコストは２つのコストの合計である。圧縮／膨張機構のコスト（この機構は電力を生み出すので、ｋＷあたりのコスト）と空気保存システムのコスト（それはエネルギーを保存するので、ｋＷｈあたりのコスト）。本発明の態様は、＄４００／ｋＷのコストと、＄８０／ｋＷｈの設置コストを目標とし得る（地下保存は利用可能ではないと仮定）。１２時間の保存を伴うシステム用には、コストは＄１１３／ｋＷｈと考えられ得る。しかしながら、２６時間の保存を伴うシステム（アラバマ州マッキントッシュのＣＡＥＳプラントの保存時間）は、わずか＄９５／ｋＷｈのコストですむだろう。
往復エンジンは成熟した技術である。トラックディーゼルエンジンは概して約＄１００／ｋＷのコストがかかる。そのコストには（同程度の電力密度を仮定する）、モーター−発電機、電力工学、および他の構成要素が含まれるだろう。＄４００／ｋＷの目標を満たすことは、大規模生産にとっては極めて実現可能である。
２００気圧で空気を保存できる従来型の鉄タンクは約＄１２５ｋＷｈのコストがかかる（バルブを含む）。これに、マニフォールド、接続ホース、筐体、ゲージ、およびコネクターのコストが追加されるはずである。また、圧縮空気から電力を供給する際における不効率さを考慮して余剰能力が必要とされる。もし片道の効率が９０％であれば、約１．１ｋＷｈの保存能力は、１．０ｋＷｈを供給し得る。＄１５０／ｋＷｈのコストは、入手可能な技術のようであり得る。
タンクが、通常の１．６メートルの代わりに１６メートルの長さで作られると、閉鎖されたタンクを回転させるコストは、バルブおよびホースのコストに伴って減少し得る。天然ガスパイプラインのパイプまたは井戸ケーシングのパイプから始めることは、他の可能なアプローチである。
定格出力における運転時間は、より多くの保存タンクを追加することによって無限に拡大され得る。少なくとも１時間運転するのに十分なタンクが追加され得る（すなわち、合計保存の約１００ｋＷｈ）。
本発明に係る態様はまた、長いサイクル寿命ももたらし得る。圧縮空気エネルギー保存システムが機械的であり、電気化学的ではないため、その性能は蓄電池がなるのと同様には低下しない。適切にメンテナンスされると、気体コンプレッサーは３０年間連続で運転可能である（１１，０００概日周期）。
本発明に係る態様はまた、高い往復効率をももたらし得る。従来のＣＡＥＳシステムはわずか５０％を超える効率である。８０％の往復効率が等温システムにおいては理論的に可能である。通常運転の下での７５％効率は、より現実的な目標であり得る。もし低品位熱（廃熱のような）が利用可能であれば、９０％以上の効率が実現可能であり得る。
圧縮熱が失われているので、現在のＣＡＥＳシステムにおける効率が制限される。近等温運転は１００％に近い熱効率をもたらす。
しかしながら、最小化され得る多くの寄生損失がある。そのような寄生損失の例は、以下に限定されるものではないが、体積損失（吸気ストローク中は空気でシリンダーを満たし、排気ストローク中は空にする能力）、モーター／発電機効率、シリンダーに水を噴霧するために用いられる電力、熱交換器のファン、および摩擦を含む。たとえば、体積効率に対しては、シリンダー内の死容積のほとんどを満たす適切な水量が維持されるべきである。
滞留時間に関しては、充電モードから放電モードへの変更は、いくつかのバルブの状態を切り替える問題である。エンジンは同じ方向に回転し続ける。これはほぼ即座に起こるべきである。
拡張可能性に関しては、一態様においては、４つの全てのシリンダーが取り付けられる時に、約１ＭＷで運転し得る枠組みにシステムがあり得る。運転は、初めは１００ｋＷであり得るが、いったん基本的な目標が達成されると、拡大し得る。
拡大に関連する１つの潜在的な技術的課題は、高圧における効率的な運転を含む。３０００ｐｓｉ以上が倉庫の設置面積およびコストを低減するために望ましいかもしれない。それらの圧力において、大きくて十分な水の体積分率を維持することが目的である。
本発明に係る態様によってもたらされるさらなる他の可能性のある利点は内部損失の低減である。具体的には、現存するＣＡＥＳシステムは圧縮空気を地下に保存する。用いられている地質のタイプ次第で、損失は顕著であり得る。鉄または複合材料タンク内での地上保存にとって、実用的な目的にとっては、適切な長期間にわたって保存されるエネルギーにおける損失はゼロである。
安全に関しては、機械的な構成要素および圧力ベッセルが、適切な技術コードに完全に準拠し得る。さらに、多くの態様において、システムは、単なる空気や水を使うように、無毒の物質を用いる。
本発明の態様は３０年以上耐用し得て、頑丈な往復気体コンプレッサーに特有である。どんなエンジンとも同様に、定期的なメンテナンスが必要とされる。ピストンリング、パッキン、フィルターおよび潤滑油は周期的に交換することが求められる。
シリンダー内における水の使用が腐食源をもたらす。ＤＬＣ、ニッケル／ポリマー、および他の材料のようなあるコーティングが、腐食に対する長期間の保護をもたらし得る。
上述のように、保存ユニット内にある圧縮気体は、エネルギー保存の他の目的にも役立ち得る。たとえば、上述のように、ある態様においては、膨らんだ構造の形状および完全性を維持するのに役立つ圧縮気体によって及ぼされる力を伴って、圧縮気体が物理的な支持機能を果たし得る。そのような膨らんだ構造の例は、以下に限定されるものではないが、柱、壁、屋根のような建築要素、および／または、浮き、ブイ、はしけ、もしくは船の船体のような浮遊要素を含む。
上述もされているように、圧縮気体を保存するように構成された膨張可能支持部材の構造は、圧縮気体によってもたらされる膨張力を最大限に利用するように設計され得る。そのような構造の一例は、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＥＣＣＯＭＡＳ２００４）において、Ｍａｕｒｏ Ｐｅｄｒｅｔｔｉによる”ＴＥＮＳＡＩＲＩＴＹ（商標）”において述べられ、全ての目的のためにここに参照として包含される。ＴＥＮＳＡＩＲＩＴＹ（商標）は、座屈に対する圧縮要素を安定化するために低圧空気を用いる軽量構造コンセプトを述べる。
そのようなアプローチによって、追加の圧縮部材の包含または配置が、他の方向からの荷重に対抗し得る。ある態様においては、後端キャップが用いられつつ、繊維が膨張部材の周囲にらせん状に配置され得る。そのような構造は、内部圧への抵抗、膨張座屈モードへの抵抗、および／または、圧縮膨張部材への／からの力の分布をもたらす。
ある態様においては、圧縮気体保存ユニットの形状、材料構成、および／または位置が、物理的支持をもたらすその機能に基づき、少なくとも一部において選択され得る。ある態様においては、圧縮気体によってもたらされる追加の安定力によって、支持部材における、ある公差の緩和が可能になり得る。
たとえば、圧縮気体保存ユニットとして構成された風力タービン支持構造の例に再び戻り、圧縮気体によって発揮される力によって、タワーの壁を薄くすることができ得る。同様に、風力タービンの荷重に耐えるよりもむしろ、そのようなタワーにおけるかなりの割合の材料がタワーそれ自体を支持することにもっぱら向けられ得るので、これは、構造の全体の重量およびコストを低減する累積的な効果を有し得る。
膨張可能支持構造の設計は、潜在的な故障モードをも考慮に入れ得る。たとえば、風力タービン支持タワーの全体強度のかなりの部分が、回転ブレードのトルクに対抗するために十分な力をもたらすことにもっぱら向けられ得る。圧縮気体の損失に潜在的に繋がる問題が万一起こった時には、タービンの回転がすみやかに停止されることによって、このトルクに抵抗する支持構造の必要性を緩和する。もちろん、膨張されていない状態においてでさえ、支持タワーは、タービンの重量に耐える十分な力をもたらし、卓越風に対して回転しないタービンによってもたらされる牽引力に対抗する、ことが求められ得る。
本発明のある態様は、圧縮または膨張チャンバー内部で液体を気体に注入し得る液体噴霧ノズルに関する。いくつかの態様によれば、液体噴霧ノズルは一体成形からの材料の選択的および精密な除去によって形成され、狭いファン型出力スロットと流体連通する速度上昇領域を形成する。ある態様の液体噴霧ノズルは、お互いに係合する２つ以上の部品の接面に対向する凹部の間に画定され得る。それらの係合よりも前に対向面へのアクセスを利用可能にすることによって、たとえば整合により、そのような複数部品の態様が内部形状の正確な画定を容易にし得る。
図８９は、本発明の一態様に係る液体注入噴霧器を画定するスペースの簡素化された断面図を示す。スペース８９０２は、たとえばマニフォールドまたは液流バルブのような液体の圧力源８９０６と流体連通する入口８９０４ａを有する深部領域８９０４を備える。深部領域８９０４は円形断面を有するシリンダー形状であり得るし、または、他の形状の断面を有する改良されたシリンダーであり得る。
深部領域８９０４の第２端８９０４ｂは、深さが変化する速度増強領域８９０８側に開いており、注入された液体を受け取るように構成されたスペース（チャンバー）８９１０の手前で終わる。たとえば気体圧縮／膨張チャンバーのような液体が注入されるスペース８９１０側に開いている出口８９１２ａに到達する速度増強領域８９０８を通って、浅いファン型スロット領域８９１２が深部領域８９０４の第２端８９０４ｂから広がる。図８９に示す具体的な態様においては、これもしくは他の特定の角度関係が本発明によって必須とはされていないものの、ファン型スロット領域のそのサイドが、お互いに対して約１２０°の角度を画定する。
図８９の矢印は、スペースを通って流れる液体の通路の一般化された描写を示す。加圧された液体は、比較的直線的な流路内の円筒領域に向けて入口８９０４ａに入る。次に、流れる液体が領域８９１２の減少した断面積におけるくびれを経験するにつれて、液体は速度における上昇に耐える。最後に、加圧された液体がファン型スロット領域８９１２を通過するにつれて、液体はファン型軌跡に排出される。領域８９０８の形状は、領域８９０８と８９１２との間の境界に実質的に垂直である液体の速度ベクトルを変化させるのに役立つ。
ある態様においては、液体注入ノズルを画定するスペースは、たとえば金属のような一体成形の材料で形成され得る。図９０Ａは、一体成形の材料で組み立てられた一態様の、入口側からの、簡素化された端面図を示す。図９０Ｂは、図９０Ａの９０Ｂ−９０Ｂ’の線に沿った簡素化された断面図を示す。図９０Ｃは、ノズルの出口側からの簡素化された端面図を示す。
図９０Ａのノズル９０００の態様は、ノズル内への液体の流れを受け取るように構成された第１の入口部分９００２を備える。ある態様においては、この第１の入口部分は、直径Ｄを有するドリルビットまたはエンドミルを用いて金属塊を機械加工することによって容易に形成され得る。
同様に、第１の入口部分９００２は、図８９と関連して説明された、深部部分に対応する中間部分９００４と連通する。中間部分は方向変化部分９００６側に開いていて、半球状の形状であり、速度上昇部分９００８であり得る。
ある態様においては、入口に挿入され、塊の出口側に到達する手前で止まる、直径Ｄ’を有するボールエンドミルを用いて金属塊を機械加工することによって、中間部分と方向変化部分とが同時に容易に形成され得る。
最後に、中間部分９００４と方向変化部分９００６とは、狭スロット領域９００８を通して、出口と流体連通している。狭スロット領域９００８は、出口側から金属塊を機械加工することによって容易に形成され得る。ある態様においては、半径ｒおよび厚さｔの刃を有する切断のこぎりを用いて、狭スロット領域が加工され得る。
本発明に係る態様は、図９０Ａ〜９０Ｃに示される具体的な形状に限定されるものではない。たとえば、スロット部分は、部分９００２および９００４によって画定される長軸Ａに平行な角度で延びるものとして示されているが、これは必須とされていない。
図９１Ａ〜９１Ｅは、別の態様の異なる簡素化された図を示し、スロットが、入口部分および中間部分の軸と垂直に形成されていることを特徴とする。図９１Ａは、入口の奥行きからの簡素化された端面図を示す。図９１Ｂは、図９１Ａの９１Ｂ−９１Ｂ’の線に沿った簡素化された断面を示す。図９１Ｃは、図９１Ａの図の反対側の端から見た簡素化された図を示す。図９１Ｄは、出口の奥行きからの側面図を示す。図９１Ｅは、他の側面図を示す。
具体的には、図９１Ａ〜９１Ｅの他の態様は、より狭い頭部９１５２と、より広い胴体部９１５４を含むように形成されてきた材料塊９１５０を圧延することによって形成されるノズルを特徴づける。胴体部は、入口スペース９１５６の全体と、中間スペース９１５８の一部と、を包含する。頭部は、中間スペース９１５８の残りの部分と、方向変化スペース９１６０と、狭出口スロット９１６２と、を包含する。
図９１Ａ〜９１Ｅのノズル構造は、図９０Ａ〜９０Ｃに関連して上述された圧延技術を用いて、入口スペースおよび中間スペースを形成することによって加工され得る。また、たとえば、図９１Ｄに示すように厚さｔを有する切断のこぎりを用いて、露出された頭部のサイドを圧延することによってスロットが形成され得る。図面は中間スペース９１５８の直径にわたってのスロット切断を示すが、これは必須ではなく、スロットは、より浅くても切断されてもよいし、より深くて切断されてもよい。
この具体的な態様は軸Ａに対して９０°の角度で切断されるスロットを示すが、これは必須ではない。ある態様においては、出口スロットの角度は９０°以外で傾き得る。スロット形成の際に道具に関連して部品の幾何学的配置を画定することによって、これが達成され得る。
図９２Ａ〜９２Ｅは他の態様の異なる簡素化された図を示し、スロットが入口部分および中間部分の軸に対してある角度で形成されたことを特徴とする。図９２Ａは入口の奥行き側から見た簡素化された端面図を示す。図９２Ｂは、図９２Ａの９２Ｂ−９２Ｂ’の線に沿った簡素化された断面を示す。図９２Ｃは、図９２Ａの図面の反対側の端から見た簡素化された図面を示す。図９２Ｄは、出口の奥行き側から見た側面図を示す。図９２Ｅは、他の側面図を示す。
具体的には、図９２Ａ〜９２Ｅの他の態様は、速度上昇領域９２８４に近接する傾斜ショルダー面９２８２を含むように形成されてきた材料塊９２８０を圧延することによって形成されるノズルを特徴づける。
図９２Ａ〜９２Ｅのノズル構造は、図９２Ａ〜９２Ｃに関連して上述された圧延技術を用いて、入口スペースおよび中間スペースを形成することによって加工され得る。たとえば、切断のこぎり機械加工ツールを用いて、その表面に垂直な傾斜面を圧延することによって、スロットが形成され得る。スロットを形成するために用いられ得る他の機械加工技術は放電加工（ＥＤＭ）である。入口スペースの軸に対する傾斜面の幾何学的配置のおかげで、生じるスロットもまた、入口スペースに対して曲げられている。
上記態様は一体成形物から形成されたノズル構造を説明しているが、本発明はそのような構造に限定されるものではない。他の態様においては、液体注入ノズルを形成するスペースの１つ以上の部分が、係合されたプレートの対向面における凹部によって画定され得る。図９３は、そのようなプレート９３００の斜視図であり、噴霧器の構造の半分を形成する凹部９３０４を画定する端面９３０２を示し、出口９３０６ａを有する浅い台形状のスロット凹部９３０６を含む。
図９３Ａは、図９３のプレートの対応する上面図を示す。図９３Ｂは、図９３のプレートの対応する側面図を示す。
図９３および図９３Ｂはまた、プレートの側面に存在する孔９３０７を示す。これらの孔は、ボルトまたは他の構造を用いて、プレートを、マニフォールドまたは他の流体源に物理的に固定するために用いられ得る。
図９３〜９３Ｂは、端面９３０２から延びる突起９３０８をさらに示す。これらの突起が第２のプレートに存在する対応する開口部と係合するように構成されることによって、噴霧器を画定するためにプレートの位置合わせされた係合が可能となる。
具体的には、図９４は、第１のプレートと係合するように構成された第２のプレートの一態様の斜視図である。図９４は、平面開口部を画定し、噴霧器の構造の他の半分を形成する半円筒形状の凹部９４０４を画定するプレート９４００の表面９４０２を示す。端面９４０２はまた、第２のプレートの表面からの対応する突起を受け取るようにサイズを決められた孔９４１０を含む。プレートの側面における孔９４０７は、ボルトまたは同様の構造を用いて、プレートを、マニフォールドまたは他の流体源に物理的に固定するために用いられ得る。
図９５は、噴霧器から液体を受け取るように構成されたチャンバーの斜め側から見た、組み立てられた噴霧器の構造の一態様の図を示す。図９５は、細長い孔９５００としてみえる台形状のスロット部分の開口部のみと係合されたプレート９３００および９４００を示す。
図９６は、マニフォールドのような噴霧器への加圧された液体源の斜めから見た、図９５の組み立てられた噴霧器の構造の態様の図面を示す。図９６は、円９６００としてみえる円筒状凹部に向けて開口する平面と係合されたプレート９３００および９４００を示す。
本発明のある態様に係るノズルは、ファン型スプレーを生むことによって、ある利点をもたらし得る。たとえば、ある態様においては、気体との熱交換を効果的に行うために、液体がチャンバーに注入され得る。そのような液体−気体熱交換は、熱力学的に効果的な条件下において、気体の圧縮、または圧縮気体の膨張を実現する際に役立ち得る。
具体的には、熱交換量は気体に露出される液体の表面積に依存する。ファン型領域にわたって注入された液体の所定量を供給することが、液体が流れるにつれて薄くなる液体のシートをもたらし、結局、個々の液滴に崩壊する。大きな体積にわたって均一に分布される小さな粒径の液滴を供給することが望ましくあり得る。同様に、より小さな粒径の液滴は、より大きな表面積をもたらし、高められた熱交換特性をもたらす。
従来型の噴霧ノズル構造を用いると、スプレーの端に存在する液体は、ファンスプレーの中心部にある液滴に対して、より大きなサイズの液滴にまとまって残る傾向があるかもしれない。端部におけるそのようなより大きな液滴の存在は、気体との熱交換のために利用可能な液体の表面積を望ましくなく低下させ得る。これは、液体−気体熱交換の効率を低下させるだろう。
しかしながら、上述のような本発明の態様に係る噴霧ノズルの構造の使用によって、ファンスプレーの端において、より大きな液滴が、より少なくなり得る。具体的には、図９７は、方向変化領域（半球領域）の端から現れる液体が、狭いスロットの限られた体積の中で、より長い距離を横切らなければならないことを示す。方向変化領域の中心部から現れる液体によって得られる、スロットを通してのより短い流路Ｘと比較して、狭いスロットを通してのより長いこの流路Ｘ’は、ファンスプレーの端にある液体に、より小さな流速を経験させるはずであり、スプレーの中心部における液体量に対する、スプレーの端に存在する液体量を減少させる。同様に、この、より低い流速は、崩壊前に液体シートの相対的な厚さを減少させ、それゆえに、図９８に示すように、スプレーの端における液滴の粒径および数を減少させるはずである。
本発明に係る噴霧器の構造のいくつかの態様によってもたらされる一つの潜在的利点は、比較的製造が容易なことである。具体的には、噴霧器を形成する凹部が、ともに係合される対向面の間に画定されている。プレートの係合の前に、それらのそれぞれの表面が露出され、そのために設計者および機械加工ツールに容易にアクセス可能となり、所望の形状を有する凹部の組み立てを容易にする。
本発明に係るある態様の複数部品構造もまた、複数の噴霧器を用いることで、より複雑な装置の組み立てを容易にする。具体的には、それらの組み立ての前に、プレートの表面へのアクセスによって、複数の凹部が、同じ表面にお互いに隣接して形成され得る。複数のそのような凹部をも有する１つ以上のプレートとプレートとのそれに続く係合によって、複数の噴霧器を有する構造の形成が可能となる。
さらに、プレート表面における凹部の形状は比較的単純であり、適切な精密さをもって作るのが容易であり得る。たとえば、ある圧延ツールによって、１００マイクロン、５０マイクロン、または２５マイクロン以下の特徴さえも伴って形状の組み立てが可能となる。そのような精密な小さな寸法を伴うノズルの製造は、デバイスを通した液体の流れの注意深い制御を可能にする。
図９３〜９３Ｂに示すようなある態様においては、１つのプレートは、半球状の端を有する円筒形状の凹部の半分を画定する平面開口部を伴う表面を有し得る。適切なプロファイルを有する機械加工ツールを用いて、そのような形状が、高い精度および小さな寸法公差をもって容易に形成され得る。
他のプレートの対向面に形成される凹部の形状はいくぶん複雑であり、球形または他の形状の方向変化領域と接する浅い台形スロット部分をも含む。しかしながら、従来の圧延技術を使うことで、そのような形状のより複雑な組み合わせでさえ、高い精度および小さな寸法公差で、容易に形成され得る。
図８９〜９６はスプレー構造の最適な具体的態様を示し、本発明を限定するものとしてみなされるべきではない。他の態様は、図面に示されるものとは異なる特有の相対寸法を用い得て、本発明の範疇に入る。
本発明に係る噴霧器のさらなる他の態様は、上記で示され、説明された具体的な態様のそれらとは異なって形取られた凹部から形成され得る。たとえば、台形状凹部の側面間の相対角度は１２０°に限定されず、特定のアプリケーションに多かれ少なかれ従属し得て、異なる角度を有する液体のファンスプレーに至り得る。角度を大きくすることは、崩壊長さを短くし、液滴の粒径に影響を与え得る。
他の態様に従って、凹部の他の構成が可能である。たとえば、上記態様は、入口の内径軸と垂直の角度または平行の角度のどちらかで液体を排出するように向けられるスロットの特徴を示すが、これは本発明によって必須ではない。
図９９Ａ〜Ｄは、本発明に係るノズル構造９９００の他の態様を示し、出口９９０２ａを有するスロット部分９９０２が、係合されたプレート９９０４および９９０６の側面９９０４ａおよび９９０６ａによって画定される平面に対してわずか１５°の角度の方向を向いていることを特徴とする。直角以外の形状でプレートもしくはプレートの部分を形成することによってこれが実現され、それらの対向した係合する端面９９０４ｂおよび９９０６ｂがプレートのそれぞれの側面９９０４ａおよび９９０４ｂと垂直とならない。
そのため、図９９Ａ〜Ｄに示す具体的な態様においては、平面開口部９９１０を画定する部分球状凹部９９０８が三角形状プレート９９０６に形成され、非平面開口部９９１４を画定する凹部９９１２が、その三角形状プレートと合う表面を有するプレート９９０４に形成される。
図９９Ａ〜Ｄはまた、プレートを一緒に固定するために用いられ得る、ねじまたはボルトを受け取り得る内径９９１６への開口部だけでなく、液体入口開口部９９１５をも示す。
それぞれのプレートにおける凹部の形状がお互いに対して実質的に対称ではないという点において、図９９Ａ〜Ｄの具体的な態様は、前の多部品の態様とは異なる。すなわち、プレート９９０４内の凹部９９１２が、入口開口部９９１５から非平面開口部およびスロットまで至る円筒形状の管を画定しつつ、プレート９９０６内の凹部９９０８は部分球状部分を画定する。しかしながら、この場合も、組み立て前の圧延技術によって、これらの凹部は比較的単純に形成され、別個のプレートに容易に形成される。
上述のノズルの態様は、お互いに対して合う２つのプレートの対向面の間で画定されるが、本発明はこの具体的なアプローチに限定されない。第１の部品を第２の部品に挿入することによって、本発明に係る他の態様が作られ得て、挿入された部品の対応面がノズルを画定する。
たとえば、図１００Ａ〜Ｊは、第２の部品１０００４内に存在する開口部１０００３内部の第１の部品１０００２の挿入によって形成される、ノズル構造１００００の他の態様の様々な図を示す。第１の部品内の孔１０００８および第２の部品内の孔１００１０を通って嵌合されるボルト１０００６を用いて、２つの部品１０００２と１０００４とが一緒に固定される。ボルト１０００６は末端部品１０００６ａを含む。ワッシャー１０００５は第２の部品１０００４の表面１０００４ｂ上に位置し、第１の部品１０００２はワッシャー上に位置する。
図１００Ｈの断面部に示すように、噴霧される液体の流れは図示される矢印で表される。この液体は、第２の部品１０００４に存在するオリフィス１００２１（合計で１２個）を通って流れる。
次に、矢印で示すように、流れる液体は領域１０００７で方向を変える。そのため、領域１０００７は、ノズル構造のこの態様の方向変化部分に相当する。
ついで、第１および第２の部品それぞれによってもたらされる対向面１０００２ａおよび１０００４ａの間で画定される通路１０００９を通って、この液体は流れる。通路１０００９は、通路１００２１よりも、流入液体へのより小さな断面積をもたらすので、液体の速度が上昇する。
また、それぞれの表面１０００２ａおよび１０００４ａはお互いに異なる角度で傾いている（表面１０００４ａが３０°の角度で傾いている一方、表面１０００２ａは１５°の角度で傾いている）。図１００Ｊに示すように、液体が通路１０００９を通って流れるように、この配置は、実質的に同じ断面積をもたらすように調整される。具体的には、速度上昇部分を形成する通路１０００９への入口１０００９ａの断面積Ａは、その通路の出口を形成する段差１００２０の断面積Ａ’と実質的に等しい（もしくは、より適切に言えば、いくぶん大きい）。
ノズルの速度上昇部分への入口および出口の相対断面積に基づいて、図１００Ａ〜Ｊの態様の構成は、液体によって経験される圧力低下の規模を低下させ得る。このように、ノズルから現れる液体の中空円錐形シートを作る速度ベクトルプロファイルを導きつつ、図１００Ａ〜Ｊの態様の構成はキャビテーションの発生を望ましく低下し得る。
次に、加圧された流れる液体は、最終的に、狭い段差１００２０を通って、通路１０００９およびノズルから出る。図１００Ｈはここでは縮尺に従っておらず、段差１００２０の幅は例証の目的で拡大されている。
図１００Ａ〜Ｊに示すノズル構造の態様の性能の１つの潜在的な利点は、それが中空円錐パターン内での噴霧をもたらすことである。そのようなパターンによってもたらされる端がないことが、ファンスプレーよりも、液滴の粒径の、より均一な分布をもたらし得る。また、中空円錐噴霧パターンは、より大きな体積にわたって液体を分布させる。
図１００Ａ〜Ｊに示すノズルは、熱交換のために望ましい粒径の液滴の生成に好適である配置を示す。具体的には、ノズルの段差１００２０はこの態様においては２５μｍである。この段差１００２０は、ワッシャー１０００５の厚さによって、少なくとも一部分において決定され得る。
図１００Ａ〜Ｊの構造において、段差１００２０の出口側に隣接する第２の部品１０００４の表面は凹んでいる。コアンダ効果に帰する液体スプレーの偏向を避ける際に、この凹部は有用であり得る。ある態様によれば、コアンダ効果を防ぐために、第１の（挿入）部品のサイドが凹んでいるか傾斜していてもよい。他の態様においては、流れの方向を迂回させるまたは変えるために、コアンダ効果が当てにされ得る。
５０ｐｓｉｇの水圧において、０．４１ガロン／分（２５．９３（ｍｌ／秒））の体積流量率がストップウォッチおよび目盛り付のシリンダーで測定された：０．４１ガロン／分；２５．９３（ｍｌ／秒）。以下の表は、２つの異なる圧力における図１００Ａ〜Ｊのノズルを通る流れる液体の結果の簡潔な要約を表す。
この表は液滴の粒径の２つの測定値を含む。数量Ｄ３２（ザウター平均径またはＳＭＤとしても知られている）は、その径が測定された液滴の表面積に対する体積の平均比を表す仮想の液滴を伴う噴霧を定量化する。
数量ＤＶ５０は、液滴の５０％がより小さい液滴の径をもたらす。数量ＤＶ９０は、液滴の９０％がより小さい液滴の径をもたらす。
１．９４インチの視野でなされる測定（３回目および４回目を含む）に対しては、小さな液滴は認識されなかった。そのため、液滴の粒径の統計は、全ての液滴を反映していないかもしれない。
図１０１Ａ〜Ｃに示すように、ノズル性能を評価するための実験用の配置が作られた。５０ＰＳＩＧおよび１００ＰＳＩＧの水圧がテストされた。
図１００Ａ〜Ｊのノズルは大きな流速を示すので、ノズルが噴霧している時、約８〜１０ＰＳＩの間の水圧低下が起こる。そのため、ノズルによって経験される実際の水圧は約４２〜５０ＰＳＩＧおよび９０〜１００ＰＳＩＧであり得る。
ノズルの２つの内面が異なる角度（３０°および１５°）を示すので、テスト前の出口における水シートの角度はわからなかった。図１０１Ｃに示すように、その装置においては、ノズル表面に対して２２．５°の平均角が用いられる。
測定から算出された水シートとノズル表面との間の角度は３０°である。これは、水シートは３０°の表面にならうことを示す。
図１０１Ａは視野（ＦＯＶ）座標を示す。図１０１Ｂに示すように、典型的な測定平面（ｚ＝０）に加えて、より多くのテスト（ｒｕｎｓ）が異なるｚ位置で行われてきた。これは、噴霧層の厚さおよび噴霧角を決定するためであった。
図１０２〜１１２Ｂは、１００ＰＳＩＧの水圧における、図１００Ａ〜Ｊのノズルを通した噴霧の結果を示す。図１０２は、２つの瞬間影絵像からの全体的な流れの構造を示す。２つの像は同時には取られなかった。白線は、１．１５インチの崩壊長さを示す。
以下の表は、３００の瞬間速度場を伴うテスト１およびテスト４の平均速度を示す。
図１０３はテスト１およびテスト４の平均速度ベクトルを示す。図１０４はテスト１およびテスト４のＲＭＳ速度ベクトルを示す。
テスト１から生じる液滴の粒径がここで説明される。崩壊長さは１．１５インチであり、視野は１．９４インチである。テスト１のＦＯＶの２／３まで噴霧が崩壊しないので、液滴粒径の解析はｘ＝−１．６４インチ〜−２．２４インチまでのみで行われる。
図１０５は、テスト１からの認識された液滴を伴う１つの瞬間の像を示す。液滴のいくつかのみが示される。残りの液滴は小さすぎて認識されないか、焦点外である。
小さな液滴は認識されないので、液滴粒径の統計は完全には正確ではない。しかしながら、これらの液滴粒径の統計が以下の表に示され、大きな液滴の分布についての見解をもたらす。
図１０６は、テスト１の液滴粒径のヒストグラム図を示す。
テスト４から生じる液滴粒径がここで説明される。図１０７は、テスト４からの認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。液滴のいくつかのみが示され、残りの液滴は小さすぎて認識されないか、焦点外である。
また、小さな液滴の認識の欠如は、液滴粒径の統計の全体的な正確性に影響する。しかしながら、以下の表におけるこれらの液滴粒径の統計を示す目的は、大きな液滴の分布の感覚をもたらすことである。
図１０８は、液滴粒径の対応するヒストグラム図を示す。
テスト５〜１５および２５〜２７から生じる液滴粒径がここで説明される。図１０９Ａは、テスト１２（ｚ＝７ｍｍ）の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示し、図１０９Ｂは、テスト１４（ｚ＝９ｍｍ）の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。ある液滴しか認識されず、残りの液滴は小さすぎて認識されないか、焦点外である。
図１１０Ａはテスト１２の液滴粒径のヒストグラム図を示す。図１１０Ｂはテスト１４のヒストグラム図を示す。
以下の表はテスト５〜１５および２５〜２７の液滴粒径の統計を示す。
図１１１Ａは、テスト５〜１５および２５〜２７の、ｚ軸に沿った液滴粒径の分布を示す。図１１１Ｂは、シート角の観点から同じデータを示す。
図１１２Ａは、テスト５〜１５および２５〜２７の、各ｚ位置において認識された液滴の数を示す。図１１２Ｂは、シート角の観点から同じデータを示す。
図１１２Ａ〜Ｂは、Ｄ３２の線がｚ＝７ｍｍ（シート角度が２７．７°）まで増加し続けて、ｚ＝８〜１０ｍｍ（２８．５°〜３０°のシート角度）で安定化することを示す。そのため、液滴粒径によって画定されるシート厚は２０ｍｍより大きい。
図１１２Ａ〜Ｂはまた、認識された液滴の数は４ｍｍ（シート角度２５．５°）でピークを迎え、画定される結果的なシート厚は１０ｍｍより大きいだろうということを示す。たとえ液滴の数がｚ＝４〜１０ｍｍまで小さく増加するとしても、より多くの水を含む大きな液滴粒径のために、この層が重要であり得る。
図１１３〜１２３Ｂは、５０ＰＳＩＧ水圧における、図１００Ａ〜Ｊのノズルを通しての噴霧の結果を示す。図１１３は、２つの瞬間影絵像からの全体的な流体の構造を示す。２つの像は同時にはとられなかった。白線は１．４インチの崩壊長さを示す。
以下の表は、３００の瞬間速度場を伴う、テスト２および３からの平均速度を示す。
流れがスムースすぎてＰＩＶ解析には理想的ではないので、テスト２の速度場は正確性を欠いているかもしれない。テスト２および３からの平均およびＲＭＳ速度ベクトル場は、図１１４および１１５にそれぞれ示されている。
テスト２の視野は１．９４インチであり、崩壊長さは１．４インチである。テスト２の噴霧はその視野の２／３まで崩壊しないので、液滴粒径の解析はｘ＝−１．６４インチから−２．２４インチまでのみで行われる。
図１１６は、テスト２からの認識された液滴を伴う、ある瞬間の像を示す。前に示したように、ある液滴しか認識されない。残りの液滴は小さすぎて認識されないか、焦点外である。
小さな液滴の認識の欠如は、液滴粒径の統計の正確性に影響を及ぼし得る。しかしながら、これらの統計を示す目的は、大きな液滴の分布のいくつかの見解をもたらすことである。
以下の表はテスト２からの液滴粒径の統計を示す。
図１１７は、液滴粒径の対応するヒストグラム図を示す。
図１１８は、テスト３からの、認識された液滴を伴う、ある瞬間の像を示す。ここでも、ある液滴のみが認識された滴であり、残りの液滴は小さすぎて認識されないか、焦点外である。これは液滴粒径の統計に影響を及ぼすが、これらは以下の表に示され、大きな液滴の分布についての見解をもたらす。
図１１９は、テスト３からの、液滴粒径の対応するヒストグラムを示す。
図１２０は、テスト２０の認識された液滴を伴う、ある瞬間の像であり、液滴のいくつかしか認識されない。残りの液滴は小さすぎて認識されないか、焦点外である。
以下の表は、テスト１６〜２４の液滴粒径の統計を示す。
図１２１は、テスト２０からの、対応する液滴粒径のヒストグラム図を示す。
図１２２Ａは、ｍｍの観点で、テスト１６〜２１および２２〜２４について、ｚ軸に沿った液滴粒径の分布をプロットする。図１２２Ｂは、シート角度の観点で、この液滴粒径の分布データをプロットする。
図１２３Ａは、テスト１６〜２４の各ｚ位置における、認識された液滴の数を示す。図１２３Ｂは、シート角度の観点で、同じデータを示す。
Ｄ３２と、認識された液滴の数との両方の線は、ｚ＝４ｍｍ（シート角度２５．５°）において平坦な漸近線に至る。そのため、シート厚もまた２０ｍｍ以上より大きい。
１００ｐｓｉｇの水圧で観察される結果と対照的に、ｘ方向にシフトされた最後の３つのテストは、シフトのないテストとは異なる。これは、より低い水圧（５０ｐｓｉｇ）のケースが、より小さな円錐角、間隙を介して比較的より均一な液滴粒径の分布、および、より大きな液滴粒径の１つ以上に至り得ることを意味する。
図１００Ａ〜Ｊに示されるノズル構造によってもたらされる１つの可能性のある利点は、シリンダーに突き出る機構がないことである。具体的には、スロットの開口部はチャンバーの壁と同一平面にあるので、ノズルは、それを収めるためにシリンダー内部に追加の死容積を設ける必要がない。より小さな死容積は、大きな圧縮または膨張比を生むために好適である。
図１００Ａ〜Ｊに示すノズル構造の他の可能性のある利点は、組み立ての容易さである。具体的には、プレートの係合よりも前に、プレートの対向面に存在するノズルを画定する対をなす凹部は、複雑な形状においてでさえ、精密さをもって容易に機械加工される。
上述のように、本発明に係る噴霧器の態様は、液滴を加圧気体に注入する際における使用にとりわけ適し得る。いくつかの態様において、この加圧気体は、圧縮を経験するか、もしくは、膨張に耐え得る。ある態様においては、熱交換を行う目的で液体を加圧気体に注入するように、噴霧器は構成され得る。
本発明の態様は、液体の水滴の加圧気体への注入に好適であり得る。いくつかの態様において、気体は空気であり得る。
本発明に係る噴霧器の態様は、圧縮および／または膨張が起こっているチャンバー内部に存在する圧縮気体に水を注入することに好適であり得る。そのようなチャンバーの一例が、固体ピストンのような往復部材を収納するチャンバーである。他の例は、ねじのような可動部材を収納するチャンバーである。本発明に係る噴霧器の態様がおそらく用いられ得る装置の他の例は、以下に限定されるものではないが、タービン、マルチローブブロワー、ベーンコンプレッサー、ジェロータ、およびクアシタービン（ｑｕａｓｉ−ｔｕｒｂｉｎｅｓ）を含む。
本発明に係る噴霧器の構造の態様は、液体バルブ構造を通して液体の加圧された流れを受け取るように構成され得る。加圧された液体を噴霧器構造に流すのに適しているそのような液体バルブ構造の例は、以下に限定されるものではないが、ソレノイド作動バルブ、スプールバルブ、ポペットバルブ、またはニードルバルブを含む。液流バルブは、機械力、磁力、電磁気力、空気圧力、液圧力によって作動され得る。
ある態様においては、噴霧器構造は、マニフォールド構造を通して液体の加圧された流れを受け取るように構成され得る。いくつかの態様においては、噴霧器構造は、その一部が他の噴霧器と共有され得る別個の導管を通して、バルブから液体の加圧された流れを受け取るように構成され得る。
ある態様においては、噴霧器構造を液流バルブに接続する導管は、可能な限り短くされ得る。バルブが閉じられている時に気体が抜けるため、そのような構造は、導管内に形成する泡に関連する潜在的な課題を減らすのに役立ち得る。噴霧器を通して流れる液体を受け取るチャンバー内に存在する低圧を伴って、加圧された形態でバルブに供給されている液体のために、そのような気体抜けが起こり得る。
ある態様においては、本発明の一態様に係る噴霧器構造は、同じチャンバーとも流体連通する第２の噴霧器に関連して配置され得る。いくつかの態様においては、噴霧器の寸法は同じであり得るが、それらは特定の方法においてお互いに関連して同じ方向を向き得る。
たとえば、図１００Ａ〜Ｊの態様においては、挿入部は、挿入部の上部の平面に対して１５°の角度をもつ表面を含み、それは圧縮および／または膨張チャンバーの壁と同じであり得る。ある態様において、２つ以上の噴霧器が、特定の方向に対して、一貫した方法で方向づけされるそれらの出口スロットを有し得る。ある態様によれば、この方向は、噴霧器、および／または、チャンバー内部の可動部材の動作の方向、に対しての気体入口バルブの位置のような要因によって影響され得る。
ここまで述べられているように本発明の態様は、圧縮気体と熱交換を行うために液体スプレーを注入する際に用いられる噴霧器構造に関する。しかしながら、噴霧器構造がある特定のアプリケーションにおける使用に限定されず、液体が気体に導入される場合に用いられ得ることが好ましい。
以下の付記項はノズルの態様に関する。
（付記１）
第１の部品と、
第２の部品と
前記第１の部品を前記第２の部品に固定し、前記第１の部品と前記第２の部品との間にスペースを画定するように構成された固定部材と、
を備え、
前記固定部材が、
液体源から受け取られる液体の方向を変更し、前記液体を第１の断面積を有する方向変化部分の出口に流すように構成された前記方向変化部分と、
第２の断面積を有する入口を通して前記方向変化部分の出口から液体を受け取るように構成された速度上昇部分と、
前記速度上昇部分と流体連通し、第３の断面積を有する出口と、
を備え、
前記速度上昇部分が、前記速度上昇部分の入口から流れる液体の速度を加速するように構成され、
前記第２の断面積が前記第１の断面積よりも極めて小さく、前記第３の断面積とほぼ同じもしくはわずかに大きい、
ことを特徴とする液体噴霧ノズル。
（付記２）
前記第１の部品が、前記第２の部品の開口部の内部に挿入されるように構成された、
ことを特徴とする付記１に記載の液体噴霧ノズル。
（付記３）
前記開口部の周縁が略円形である、
ことを特徴とする付記２に記載の液体噴霧ノズル。
（付記４）
前記固定部材がスレッド付ボルトを備える、
ことを特徴とする付記２に記載の液体噴霧ノズル。
（付記５）
前記スレッド付ボルトが薄ナット内のスレッドによって受け止められる、
ことを特徴とする付記４に記載の液体噴霧ノズル。
（付記６）
前記スレッド付ボルトが前記第１の部品内のスレッドによって受け止められる、
ことを特徴とする付記４に記載の液体噴霧ノズル。
（付記７）
前記第１の部品と前記第２の部品との間に配置されるスペーサーをさらに備える、付記２に記載の液体噴霧ノズル。
（付記８）
前記固定部材がスレッド付ボルトを備え、前記スペーサーがワッシャーを備える、
ことを特徴とする付記７に記載の液体噴霧ノズル。
（付記９）
前記出口に近接する前記第２の部品の上面の第１の領域が凹部を画定する、
ことを特徴とする付記２に記載の液体噴霧ノズル。
（付記１０）
前記第２の部品への前記第１の部品の挿入によって、前記第１の部品の上面が、前記第１の領域の外側に位置する前記第２の部品の前記上面の第２の領域と同一平面上にある、
ことを特徴とする付記９に記載の液体噴霧ノズル。
（付記１１）
前記出口から流れた前記液体が、約１０〜５０μｍの間のザウター平均径を示す、
ことを特徴とする付記１に記載の液体噴霧ノズル。
（付記１２）
前記出口から流れた前記液体が、１秒あたり約０．０１リットルと２０リットルとの間の流速を示す、
ことを特徴とする付記１に記載の液体噴霧ノズル。
（付記１３）
前記速度上昇部分の軸が、前記第１の部品の上面と前記第２の部品の上面とに対して垂直以外の角度で傾いている、
ことを特徴とする付記１に記載の液体噴霧ノズル。
（付記１）
第１の部品と第２の部品との間に画定されるスペースを通して、液体源から、可動部材を収納するチャンバーに液体を流す工程を含み、
前記スペースが、
液体源から受け取られる液体の流れ方向を変更し、前記液体を第１の断面積を有する方向変化部分の出口に流すように、構成された前記方向変化部分と、
第２の断面積を有する入口を通して前記方向変化部分の出口から液体を受け取るように構成された速度上昇部分と、
前記速度上昇部分および前記チャンバーと流体連通する出口と、
を備え、
前記速度上昇部分が、前記速度上昇部分の入口から流れる液体の速度を加速するように構成され、
前記出口が第３の断面積を有し、
前記第２の断面積が前記第１の断面積よりも極めて小さく、前記第３の断面積とほぼ同じもしくはわずかに大きい、
ことを特徴とする方法。
（付記２）
前記チャンバー内部の圧縮気体の膨張の間、前記液体が前記スペースを通って前記チャンバーに流れる、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記３）
前記可動部材によって、前記チャンバー内部の気体の圧縮の間、前記液体が、前記スペースを通って、前記チャンバーに流れる、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記４）
前記チャンバーへの気体の流入の間、前記液体が、前記スペースを通って、前記チャンバーに流れる、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記５）
前記第１の部品が前記第２の部品の開口部内部に挿入される、
ことを特徴とする付記１に記載の液体噴霧ノズル。
（付記６）
前記方向変化部分と、前記速度加速部分と、前記出口とが、ドーナツ形状を備える、
ことを特徴とする付記５に記載の液体噴霧ノズル。
本発明に係る態様は、可動部材の動作の方向、または、気体の流入の方向、に対する、特定の方向における液体の注入に限定されるものではない。たとえば、図５０Ａ〜Ｂの具体的な態様は、液体噴霧器がシリンダーの側壁に位置するバルブ構造を伴って、シリンダーの反対側の端壁に位置することを特徴づける。
これらの態様の構造においては、噴霧器の位置のために、液体は、ピストンの動作と平行な方向に、チャンバーに向けて注入され得る。そのような配向性が、気体と、注入された液体と、の間の相互作用を促進し、所望の特性を有する液体−気体混合物を形成し得る。
これらの態様においては、液体注入の方向は、チャンバーの側壁に位置する気流バルブを通して、気体の流入方向と必ずしも実質的に一致しない。そのような配向性が、気体と、注入された液体と、の間の相互作用を促進し、所望の特性を有する液体−気体混合物を形成し得る。
図５１の具体的な態様は、バルブ構造が他の側壁に位置しつつ、シリンダーの反対側の側壁に噴霧器が位置することを示す。そのため、液体注入の方向は、チャンバーへ流れる気体の方向（圧縮または膨張モードにおいて）、または、チャンバー内部のピストンの動作の方向のいずれかと、必ずしも実質的に平行ではないかもしれない。液体注入の方向と、流入気流またはピストン動作の方向と、の間のそのような一致の欠如が、気液混合、および所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進し得る。
しかしながら、他の態様においては、液体は、チャンバーへの流入気流の方向と実質的に一致する方向でチャンバーに注入され得る。液体注入のそのような方向性が、所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進し得る。
たとえば、図５０Ａ〜Ｂおよび図５１の態様が、液体噴霧器の位置とは異なるチャンバーの壁に配置されたものとして低圧側バルブおよび高圧側バルブを示すが、これは本発明によって必須とされない。図１２４は、噴霧器１２４３８とバルブ１２４１２および１２４２２とが、チャンバー１２４０８の同じ側壁１２４０８ｂに位置することを特徴とする他の態様を示す。
図１２４の態様においては、三方バルブ１２４３６がポンプ１２４３４と噴霧器１２４３８との間に設けられ、液体の流れを、低圧側バルブ１２４１２に隣接するチャンバーの側壁に位置する特定の噴霧器に、または、高圧側バルブ１２４２２に隣接するチャンバーの側壁に位置する噴霧器に、運転モードに従って、選択的に方向づける。そのようなバルブがどの方向においてもバルブを通して流れを塞ぐようにも構成され得ることによって、液体が導入されていない時に、チャンバー内における圧力変化から、液体循環システムを分離し得る。
図１２４の態様は、圧縮モードもしくは膨張モードのいずれかにおいて、噴霧器が、チャンバーへの気流の方向と実質的に一致する方向に液滴を注入するように向かわせ得るということにおける利点をもたらし得る。液体注入の方向と気流の方向との間のそのような一致が、所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進し得る。
図１２４の態様は、噴霧器が、圧縮または膨張の間、チャンバー内部の可動部材の動作の方向と実質的に平行ではない方向に液滴を注入するように向かわせ得るということにおける利点をもたらし得る。液体注入の方向とピストン動作の方向との間のそのような一致の欠如が、所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進し得る。
図１２４の態様はそれぞれのバルブの上のチャンバーの側壁に位置する噴霧器を示すが、この特定の構造は本発明によって必須とされるものではなく、変形が可能である。たとえば、図１２４Ａは、チャンバー内部からの側壁１２４５０の図を示し、バルブプレート１２４５４を含むバルブ１２４５２を示す。図１２４Ａは、バルブを取り囲み、複数の軌跡における液体を流入気流に注入するように構成された、複数の噴霧器１２４５６を示す。
ある態様においては、噴霧器は、バルブを通して、気流の方向に実質的に平行な方向に液体を注入するように構成され得る。他の態様においては、１つ以上の噴霧器が、バルブを通して、流れの方向と実質的に平行ではない方向に液体を注入するように構成され得る。そのような態様においては、噴霧器の出口は、お互いに対して一様な形状で配置されてもよいし、非一様な形状で配置されてもよい。
上述の態様は、圧縮または膨張チャンバーの単一壁または反対側の壁に位置する噴霧器を示すが、本発明はそのような構造に限定されるものではない。たとえば、図１２５は、噴霧器が、チャンバーの端壁と隣接する側壁との両方に位置することを特徴とする他の態様を示す。ある態様においては、噴霧器がマニフォールドと共通の液体連通しつつ、チャンバー１２５０８の様々なサイドの周囲に広がる液体マニフォールド１２５７０を設けることによって、そのような構造が容易になり得る。図１２５の図は断面のみを示し、そのため、ある態様においては、液体マニフォールドは紙の平面からも伸び、他のチャンバーの壁に位置する噴霧器との流体連通を可能にし得る。
図１２６はさらなる他の態様を示し、噴霧器１２６３８とバルブ１２６１２および１２６２２のそれぞれとがチャンバー１２６０８の同じ（端）壁１２６０８ａに位置することを特徴とする。バルブに対する噴霧器のそのような配置によって、潜在的に、同じ噴霧器の使用が、圧縮および膨張の両方の間に液体を注入することを可能にする。これは、圧縮および膨張用の別個の噴霧器の設計および設置の必要性を排除し得て、圧縮または膨張専用の噴霧器のそれぞれ一式に、液体を送るための追加のバルブおよび導管の複雑さをも排除するだろう。
図１２６の具体的な態様はバルブ間に配置された噴霧器を示すが、これは必須ではない。他の態様においては、図１２４Ａに示すのと同様の方法で、噴霧器がバルブを取り囲み得る。
図１２６に示すように、バルブ１２６３６は噴霧器とポンプとの間に配置され、液体が導入されない時にチャンバー内で起こる圧力変化から流体循環システムを分離し得る。
図１２６の態様は、噴霧器がチャンバーへの気流の方向と実質的に一致する方向に液滴を注入するように向けられるという利点をもたらし得る。液体注入の方向と気流の方向との間のそのような一致が、所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進し得る。
図１２６の態様はまた、圧縮または膨張の間にチャンバー内部の可動部材の動作の方向と実質的に一致する方向に液滴を注入するように噴霧器が向けられるということにおける利点をもたらし得る。液体注入の方向とピストン動作の方向との間のそのような一致もまた、所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進し得る。
図１２６の態様はある潜在的な利点をもたらし得るが、それは、チャンバーの端壁における比較的狭い領域内部に多くの要素（バルブ、バルブアクチュエーター、複数の噴霧器および液体導管）を位置する。狭いスペース内部への要素のそのようなまとまりが、装置の設計、建設、検査、および／またはメンテナンスに影響を及ぼし得る。
しかしながら、それは概して気体入口バルブに対する噴霧器の配置であり、液体−気体混合物の性質を決定する際に重要である。具体的には、圧縮／膨張プロセスの間の熱交換のために、液体が流入気体に注入される。圧縮または膨張は流入気流と同時であり得るので、流入気体と液体スプレーとの間の急速な相互作用を促進する方法で噴霧器を配置することが望ましくあり得る。
一方、出口バルブに対する液体噴霧器の配置はそれほど重要ではないかもしれない。なぜなら、圧縮または膨張の間の熱エネルギーの交換が既に行われた時点で、出口バルブは液体−気体混合物を排気するためだけに用いられるからである。
そのため、本発明のある態様は、気流制御専用の単一バルブに対して向いている噴霧器を通して、液体を、圧縮および／または膨張モードにおいて、チャンバーに導入し得る。図１２７はそのような態様の簡素化された模式図を示し、入口バルブ１２７１２がチャンバー１２７０８の端壁１２７０８ａに配置されていることを特徴とする。
図１２７の態様においては、複数の噴霧器１２７３８もまた、入口バルブ１２７１２周囲の端壁１２７０８ａに配置される。これらの噴霧器は、ポンプ１２７３４から液体を受け取るように構成された共通の液体マニフォールド１２７７０と流体連通する。出口バルブ１２７２２は、チャンバーの側壁１２７０８ｂ内に設けられる。
噴霧器の入念な設計および入口バルブに対するそれらの配置によって、液体がチャンバーに導入され、所望の特性（たとえば、液滴粒径、液滴分布の一様性、液体体積分率、温度、および圧力）を有する液体−気体混合物に至り得る。そして、同じバルブが圧縮および膨張モードの両方において気体を入れるために用いられるので、所望の特性を有する液体−気体混合物がそれぞれの場合において生産され得る。
液体が導入される条件は、膨張の場合に対して、圧縮の場合では異なり得る。たとえば、圧縮の間は、より低い圧力を有する気流に液体が導入される。膨張の間は、より高い圧力を有する圧縮気流に液体が導入される。
そのため、図１２７の態様においては、ある要素の運転パラメーターが制御され、所望の特性を有する液体−気体混合物を生成し得る。変化し得るパラメーターの一例は、液体がチャンバーに導入される速度である。そのような速度パラメーターは、ポンプ速度、および／または噴霧器の寸法、および／または、たとえば、内径、長さ、および巻きの数／角度のような、噴霧器に繋がる導管の特性のような変数によって影響され得る。ある態様においては、噴霧器は、液体の速度を制御するように調節可能な寸法を伴うオリフィスを有するノズルを備え得る。ある態様においては、噴霧器に繋がる導管の特性は変化し得る（たとえば、液流の通路を変えるバルブの作動によって）。
ある態様において、液体の圧力が変化し得る。たとえば、ポンプの運転の特性（たとえばポンプ速度）を変えることによって、これはなされ得る。ある態様においては、液圧がバルブの操作によって変化し、高速における液流の破裂によって周期的に解放される圧力蓄積が起こり得る。
液滴の粒径もまた、異なる圧力の気流とのその相互作用に影響を及ぼし得る。たとえば、より大きな粒径の液滴は、圧縮された気体の体積により深く浸透することができ得る。そのため、ある態様においては、膨張の場合に対して、圧縮用には異なる液滴粒径を生むように噴霧器が設計され得る。
図１２７の態様は、チャンバーへの気流の方向と実質的に一致する方向に液滴を注入するように噴霧器が向けられ得ることにおける利点をもたらし得る。これらの噴霧器もまた、圧縮または膨張の間のチャンバー内部の可動部材の動作の方向と実質的に一致する方向に液滴を注入するように向けられる。
液体注入および気流の方向とピストン動作の方向との間のそのような一致が、所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進し得る。しかしながら、本発明の態様は、気流またはピストン動作に対する、どの特定の方向における液流に限定されるものではない。
そのため、図１２８は、入口バルブ１２８１２がチャンバー１２８０８の側壁１２８０８ａに配置され、噴霧器１２８３８がチャンバーの端壁１２８０８ｂに配置されることを特徴とする他の態様を示す。この態様においては、液体注入の軌跡は、チャンバーへの流入気体の方向と実質的に一致しない。そのような態様は、所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進し得る。
図１２９はさらなる他の態様を示し、噴霧器１２９３８が、流入気流の方向およびピストン動作の方向に対して異なるように向けられた複数のチャンバー壁に配置されたことを特徴とする。圧縮チャンバーまたは膨張チャンバーの複数のサイドの周囲に広がる液体マニフォールド１２９７０の使用によって、そのような構造が容易になり得る。図１２９の図面は断面のみを示し、そのため、ある態様においては、液体マニフォールドは紙の平面からも伸び、チャンバーの他の壁に位置する噴霧器との流体連通をも可能にし得る。
本発明の態様は、図１００Ａ〜Ｊに示される具体的な液体ノズル注入構造に限定されるものではない。たとえば、本発明は、この、または他の特定のサイドの数を有する挿入部に限定されるものではないが、図８０は、挿入部が直角のピラミッド形状を有するノズルのさらなる他のタイプの噴霧プロファイルを示す。
図１３３Ａ〜Ｇは、ノズル構造のさらなる他の態様の他の態様を示す。このノズル構造においては、第１の部品１３３０２が、第２の部分１３３０４の開口部１３３０３内部に挿入される。第２の部品の開口部１３３０８にねじ切りされたボルト１３３１０を用いることによって、その部品が固定される。ボルト１３３１０の背部は、薄ナット１３３０６を用いて第２の部品１３３０４の背部に固定される。
ワッシャー１３３０５は、第２の部品１３３０４の表面１３３０４ｂ上に配置される。第１の部品１３３０２はワッシャー上に配置される。
図１３３Ｆの断面図に示すように、噴霧される液体の流れは図示の矢印で示される。この液体は、第２の部品１３３０４に存在するオリフィス１３３２１（ここでは１２個ある）を通って流れる。
次に、第１の部品および第２の部品それぞれによってもたらされる対向面１３３０２ａと１３３０４ａとの間で画定される通路１３３０９を通って液体が流れる。通路１３３０９が流入液体に対して、より狭い断面積をもたらすので、液体の速度が上昇する。
また、表面１３３０２ａと１３３０４ａのそれぞれがお互いに対して異なる角度で傾いている（表面１３３０４ａが３０°の角度で傾いている一方、表面１３３０２ａは１５°の角度で傾いている）。図１００Ａ〜Ｊのノズルの態様と同様、液体が通路１３３０９を流れる間、実質的に同じ断面積を有するようにこの配置が配列されることによって、ノズルから出る液体の中空円錐シートを生むように速度ベクトルプロファイルを誘起しつつ、キャビテーションの発生を減少させる。
次に、加圧された流れる液体が、狭い段差１３３２０を通って、最終的に、通路１３３０９およびノズルから出る。図１３３Ｆはここでは縮尺通りには描かれておらず、段差１３３２０の幅は例証の目的のために大きく描かれている。
図１３３Ａ〜Ｇに示すノズルは、熱交換のための所望の粒径の液滴の生成に好適な配置を示す。具体的には、ノズルの段差１３３２０はこの態様においては２５μｍである。この段差１３３２０は、少なくとも一部において、ワッシャー１３３０５の厚さによって決定され得る。
図１３３Ａ〜Ｇの構造において、段差１３３２０の出口側に隣接する第２の部品１３３０４の表面は、第１の凹部１３３３０および第２の凹部１３３４０を有する。これらの凹部は、コアンダ効果に帰する液体噴霧の通路における偏向を防ぐ際に役立ち得る。
図１３３Ａ〜Ｇのノズル構造の態様は、ある可能な利点をもたらし得る。たとえば、第２の部品における凹部の丁寧な使用および第１の部品を作る際における材料の厚さによって、第１の部品の上面は、第２の部品の上面とぴったり重なり得る。これによって、第１の部品がチャンバーに飛び出ることが抑制され、死容積が減少する。
図１３３Ａ〜Ｇのノズルの態様の他の可能な利点は、振動および液体の流れの条件下で、第１の部品と第２の部品とを一緒に固定する能力である。具体的には、これら２つの部品はボルトによって一緒に固定され、同様に、薄ナットによって第２の部品に対して固定され、ノズルの運転条件下で、ボルトのゆるみに耐える。
本発明に係るノズル構造は、上述の具体的な態様に限定されるものではない。たとえば、図１００Ａ〜Ｊおよび図１３３Ａ〜Ｇは、第２の部品の表面に垂直に向いている軸を有する（１２個の）内径の配列を伴う第２の部品を有するノズルを示すが、これは本発明によって必須とはされない。
他の態様によれば、たとえば、表面の法線に対して一定の角度でオフセットするように、内径の軸は異なって向き得る。そのような構造は、ノズルから流れる液体への渦をもたらし得る。そのような液体の渦の流れは、利点のある特性を示し得て、以下に限定されるものではないが、減少した崩壊長さを含む。
さらに、特定のノズルの運転特性は、要素間の相対寸法における相違によって決定され得る。たとえば、図１３４Ａは、ノズル１３４０６の２つの部品１３４０２および１３２０４の間に形成される段差領域１３４００の拡大図を示す。
液体は、部品１３４０２の端と１３４０４の端との間に形成された平面に略垂直な角度で、ノズルから流れ出る。そのため、これらの部品の相対長さを変更することは噴霧角度に影響を及ぼし得る。
図１３４Ｂは、図１３４Ａの態様と比較して短い第１の部品１３４０２の長さＬを有する他の態様を示す。図１３４の態様と比較して、この寸法の変化は、ノズルの表面の平面に対する流れ角度Ａにおける対応する増加に至る。
図１３４Ｃは、図１３４Ａの態様と比較して長い第１の部品１３４０２の長さＬを有する他の態様を示す。図１３４の態様と比較して、この寸法の変化は、ノズルの表面の平面に対する流れ角度Ａにおける対応する減少に至る。
本発明に係る噴霧ノズルの態様は特定の性能特性を示し得る。１つの性能特性が液滴粒径である。
液滴粒径は、ＤＶ５０、ザウター平均粒径（ＳＭＤ、Ｄ３２、ｄ３２またはＤ［３，２］とも呼ばれる）もしくは他の測定方法を用いて測定され得る。本発明に係るノズルの態様は、約１０〜２００μｍの間の範囲内のＳＭＤを有する液滴を生み出し得る。本発明に係るノズルの態様によって生み出される液滴粒径の例は、以下に限定されるものではないが、約２００ミクロン、１５０ミクロン、１００ミクロン、５０ミクロン、２５ミクロン、および１０ミクロンのＳＭＤを有するそれらを含む。
本発明の態様に係る液体噴霧ノズルの他の性能特性は流速である。本発明に係る態様は、１秒あたり２０リットルと０．０１リットルとの間の流速をもたらす。本発明に係るノズルの態様の流速の例は、１秒あたり、２０、１０、５、２、１、０．５、０．２５、０．１、０．０５、０．０２および０．０１リットルである。崩壊長さ、噴霧パターン、噴霧円錐角、ファン角度、表面との角度（ファンスプレー用）、液滴の空間分布。
本発明の態様に係る液体噴霧ノズルの他の性能特性は崩壊長さである。本発明に係るノズルの態様による液体の出力は、約１〜１００ｍｍの間の崩壊長さを示し得る。本発明に係るノズルからの液体の噴霧の崩壊長さの例は、１００、５０、２５、１０、５、２および１ｍｍを含む。
本発明に係るノズルの例は、異なるタイプの噴霧パターンをもたらし得る。本発明に係るノズルの態様によってもたらされ得る噴霧パターンの例は、以下に限定されるものではないが、中空円錐、中実円錐、流れ、単一ファン、および複数ファンを含む。
本発明に係るノズルの態様は、約２０〜１８０°の間の噴霧円錐角をもたらし得る。そのような噴霧円錐角の例は、以下に限定されるものではないが、２０°、２２．５°、２５°、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、１５０°および１８０°を含む。
本発明に係るノズルの態様は、約２０〜３６０°の間の噴霧ファン角度をもたらし得る。そのようなファン角度の例は、以下に限定されるものではないが、２０°、２２．５°、２５°、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、１８０°、２２５°、２７０°、３００°、３３０°もしくは３６０°を含む。本発明の態様によってもたらされ得る、表面に対するファン噴霧角度の例は、以下に限定されるものではないが、９０°、８０°、６０°、４５°、３０°、２２．５°、２０°、１５°、１０°、５°もしくは０°を含む。
液滴空間分布は、本発明の態様に係る液体噴霧ノズルの他の性能特性を表す。液滴空間分布を測定する１つの方法は、シートからそれるほとんどの液滴を含む、シートまたは円錐の断面の角度を測定することである。本発明の態様に係るノズル構造において、この角度は０〜９０°の間であり得る。本発明の態様によってもたらされ得るそのような角度の例は、以下に限定されるものではないが、０°、１°、２°、５°、７．５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、４５°、６０°、７５°もしくは９０°を含む。
本発明のある態様によれば、熱交換を有効に行うためにチャンバーに導入される液体の量を制御することが重要であり得る。理想的な量は多くの要因次第であり、気体および液体の熱容量、圧縮または膨張の間の温度における所望の変化を含み得る。
導入される液体の量もまた、噴霧ノズルによって形成される液滴粒径次第であり得る。導入される液体の量の１つの測定は、チャンバー内の気体のモル数に対する、全ての液滴の合計表面積の比である。ｍ２／モルで表されるこの比は、約１から２５０かそれ以上までの範囲を取り得る。本発明の態様における使用に好適であり得るこの比の例は、１、２、５、１０、１５、２５、３０、５０、１００、１２５、１５０、２００もしくは２５０を含む。
あるノズル構造は、個別のノズルの組み立てを容易にし得る。あるノズル構造によって、お互いに近い所定の表面における複数のノズルの配置も可能となり、性能が向上し得る。
たとえば、図１３０Ａは、シリンダーの同一の壁に存在する多くのノズル１３０１０の噴霧軌跡を示す。ある領域１３０１２において、２つかさらに多いノズルからの液体の噴霧がお互いに重なり合う。この重なり合いが、液体噴霧滴がお互いに衝突する可能性をもたらすことによって、熱交換のためにそれらをさらに細かく崩壊させる。
複数の噴霧ノズルの組み立ておよび配置における柔軟性は、性能に対する追加の向上をもたらし得る。たとえば、ある態様においては、ピストンの動作の方向および／または気体の流入の方向に対するスプレー構造の次元軸の方向は、他のスプレー構造に対して一様であってもよいし、非一様であってもよい。
そのため、ある態様においては、スプレー構造の次元軸は、一定の様式で気流の方向とお互いにオフセットされ得て、それらは組み合わされ、渦のようなバルク効果が起こる。他の態様においては、気体と液滴との間の相互作用を促進するように算出された様式で、スプレー構造の次元軸が、ある方向に対して非一様に向き得る。そのような相互作用が、結果として生じる混合物の均一性と、混合物の気体と液体との間の熱交換の結果として生じる特性と、を向上させ得る。
ある態様においては、１つ以上の噴霧ノズルがスプレーの一部を方向づけるように意図的に向けられ、チャンバーの壁に対して衝突し得る。そのような衝突は、短い距離にわたり、噴霧をより小さい液滴にさらに砕くのに役立ち得る。
図１３０Ｂは、液体スプレーの、より小さいサイズの液滴への崩壊を高めるように設計されたさらなる他のアプローチを示す。この態様においては、ノズル１３０２０は、チャンバーの壁に対して衝突するファンスプレーをもたらすように設計される。変換器１３０２４からの音波もしくは超音波エネルギー１３０２２もまた、チャンバーの壁に衝突し、チャンバー壁に振動を引き起こす。
この振動は液体衝突の効果的な位置または角度を変え、それゆえに振動壁からの液体の反射の位置または角度を変える。同様に、そのような反射が所定量の液体スプレーを、より広い面積にわたって、さらに分配するのに役立つことによって、それをより小さな液滴に砕き、熱交換を効果的に行う。
本発明は図１３０Ｂに示す特定の態様に限定されるものではない。具体的には、この図は、超音波変換器を、チャンバーの外側に配置されたものとして示すが、その代わりもしくはそのような外部配置と関連して、音波変換器がチャンバー内部に配置され得る。
また、この態様は、音波または超音波変換器によって間接的にエネルギーを与えられる表面に衝突する液体を説明するが、これは必須ではない。ある態様によれば、液体は、音波または超音波変換器の表面と直接的に相互作用し得る。変換器の中には、圧電性、電磁性、磁歪性のタイプもある。
噴霧器が液体を導入するように構成される方向は、必ずしも、ノズルが形成されるチャンバー壁に垂直ではない。たとえば、図１００Ａ〜Ｊの態様においては、出口スロットはチャンバー壁の法線に対して大きな角度で傾いている。
噴霧器の次元軸は、流入気体がチャンバーに流れる（圧縮もしくは膨張）方向に向けて、もしくは、離れるように、傾いて位置し得る。液体導入のこの方向もまた、圧縮または膨張における液体の導入の間、ピストンの動作の方向に向けて、もしくは、離れるように、傾いて位置し得る。
液体がピストンヘッドまたは他のいくつかの固体表面にぶつかる前に、そのような噴霧の傾きは、注入された液体の通路を効果的に拡大するのに役立ち得る。そのようなより長い通路は、効果的な熱交換のために好適な所望のより小さな粒径（ゆえにより大きな表面積）を有する個々の液滴に、液体を砕くためのより長い時間をもたらす。ピストンストロークの全体長さが、噴霧された液体の崩壊長さに対して短い構造において、これは大きな意義があり得る。
前の態様は、チャンバーを、壁内部に画定された簡素化された内部空間として表現してきた。しかしながら、ある態様においては、チャンバーの内部は、より複雑なプロファイルを示し得る。
たとえば、図１３１は、ピストンヘッド１３１０６ａおよびピストンシャフト１３１０６ｂを備える複動ピストンを収容する圧縮または膨張チャンバーの一態様の簡素化された断面図を示す。ピストンヘッドは２つのチャンバー１３１０８および１３１０９を画定し、バルブ開口部１３１１１および１３１２３と、バルブ開口部１３１１２および１３１２２とをそれぞれ通って、外部導管と流体連通している。
図１３１は、２つの極端な位置１３１３０および１３１３２におけるピストンヘッドの位置を破線で示す。これらの位置において、ピストンヘッドは、気体が通過することが予期されるバルブ開口部の一部を覆う。
図１３１はまた、チャンバーの端壁１３１０８ａおよび１３１０９ａがバルブ開口部に近接するそれぞれの凹部１３１０８ｂおよび１３１０９ｂを含むことをも示す。これらの凹部によってもたらされる内部空間１３１０８ｃおよび１３１０９ｃは、位置１３１３０および１３１３２におけるピストンによってそれらが部分的に妨害されるとき、バルブ開口部を通して気体の流れを収容し得る。
そのため、ある態様においては、所望の特性を有する液体−気体混合物の形成を促進するために、液体噴霧器が内部チャンバー空間に対して明確に向き得る。たとえば、図１３１の態様においては、噴霧器１３１３８は端壁に明確に向き、バルブ開口部を通して入る気流の予期される通路における空間１３１０８ｃおよび１３１０９ｃに液滴を導入し得る。
図１３１の具体的な態様は、特定の内部プロファイルを有するチャンバーを示すが、本発明は、このタイプもしくは他のタイプのチャンバーへの液体の注入に限定されるものではない。たとえば、図１３２は、複動ピストンを収容する他のチャンバーの断面図を示す。
図１３２の態様においては、ピストンヘッド１３２０６ａは、凹形状を示すチャンバーの対応する端壁を伴う、凸形状を示す。そのため、図１３２は、凸形状のピストンヘッドと凹状の壁形状との間に画定される空間に液体を注入するように端壁に配置された噴霧器１３２３８を示す。
図１３１および図１３２の具体的な態様は、水平方向に移動可能な可動部材を有するチャンバーへの液体の注入を示す。そのため、本発明の態様は特定の軸に沿った液体の注入に限定されず、水平方向または垂直方向へのピストンの動作の方向を有するチャンバーへ液体が注入され得る。
ある態様においては、液体の直接注入は、気体の圧縮もしくは膨張のプロセスの間に起こる条件を変えることを考慮に入れてもよい。そのような変化条件の一例は温度である。
具体的には、気体の加熱は、圧縮ストロークにわたって一定の速度では行われない。それどころか、圧力がより高い水準にまで高まるにつれて、加熱はストロークの終点で増大する。そのため、近等温条件下で圧縮を行うためには、ある範囲内で温度を維持するように、より大きな熱交換量が圧縮ストロークの終点近くで必要になり得る。同様に、より大きなこの熱交換量がストロークの終点近くにおける液体の追加量の導入を必要とし得て、それは液体導入装置の特定の配置を用いて実現され得る。
単独もしくは組み合わせで、導入される液体の有効量は様々な方法で制御され得る。たとえば、噴霧器は寸法の面で小さくても大きくてもよく、数量の面で少なくても多くてもよいことによって、注入される液体の量を減少させる。二者択一的に、もしくはこれらの要因の組み合わせで、小さなもしくは大きな速度で流れる液体を噴霧器が受け取り得て、液体は比較的小さなもしくは大きな流速で注入される。
さらに、二者択一的に、もしくは上記要因の組み合わせで、噴霧器は異なる粒径の液滴を生成するように構成され得る。そのような異なる粒径の液滴は、熱交換のための、より小さいもしくはより大きな表面積をもたらし得て、それゆえに、より小さな有効体積を示し得る。
上記記述は圧縮ストロークにわたって起こる温度における変化に焦点を当てているが、他の条件もまた変化し得る。たとえば、変化条件の他の例は圧力である。具体的には圧縮プロセスの最初のステージの間、気体の圧力はより低く、気体中の水滴の浸透および混合が可能である。それに対して、圧縮ストロークの終点においては、気体の圧力はより大きい。気体の圧力および／または気体の密度は注入される液体の推進力に抵抗するので、この変化した圧力条件は液体を排出するのに役立ち、液滴と気体との間の相互作用を抑制し得る。
特定の装置の構造がこの効果を考慮に入れ得る。たとえば、チャンバーのＢＤＣ位置において圧縮される空気はもっとも低い圧力であることが期待され、気体と注入された液体との間の相互作用および混合を促すだろう。そのため、この態様においては、上述の１つ以上のアプローチを用いて、この位置にある噴霧器が、最大の有効液量を注入するように構成され得る。
上記の例は圧縮ストロークの間に起こる温度および圧力における変化に焦点を当てているが、容積は他のさらなる変化条件の例を示す。具体的には、圧縮プロセスの最初のステージの間、大きな容積にわたって気体が分配され、気体と相互作用するために噴霧器の位置のためのより大きな空間がもたらされる。それに対して、圧縮ストロークの終点においては、気体はより小さな容積に閉じこめられ、液体を注入するために噴霧器にとって利用可能な空間を減少させる。さらに、上述の１つ以上の液体導入要因が、チャンバー内の適切な位置における熱交換のための有効液体体積をもたらすように用いられ得る。
本発明の態様に係る液体の導入を用いる装置の構造は、液体注入のタイミングを考慮に入れるべきである。たとえば、液体注入は圧縮ストロークの始点で起こり得るが、ある態様によれば、ピストンの直前のストロークの間に空気がチャンバー内に流れる際にも、液体注入が起こり得る。
そのようなアプローチが、液体注入システムのための所望の構造を変化させ得る。たとえば、ピストンストロークの方向に沿った様々な位置よりもむしろ、検討事項は流入気体に対しての噴霧器の方向づけとなり得る。吸気バルブに近い大きな有効体積を注入するように構成されたそのような噴霧器の位置は、圧縮よりも前にチャンバーを満たすよう流れる気体との液滴の相互作用として気液混合を促進し得る。もちろん、ある態様においては、チャンバーが気体で満たされた後、ピストンが圧縮中にＴＤＣに向けて動いている間でさえ、液体は直接的に注入され続けられ得る。
液体注入システムの他の構造は、膨張のケースに適切であり得る。そこで、ストロークにおけるピストンの位置と、温度および圧力との間の関係が、圧縮に関連して示されたものと同じであるが、これらの条件はそのうちに反対方向に変化する。また、圧力および温度の特定の数値は、膨張および圧縮の間で異なり得る。そのため、膨張の前後における気体と注入液体との間の最適な熱交換を実現するために、注入システムの相対構成が異なり得る。
現在のところ記述された具体的な態様は、例証の目的のためのみに提供されたものであり、本発明はそれらに限定されるべきではない。たとえば、上述のチャンバーの多くはチャンバーに向けて、およびチャンバーから気体を流すために２つ以上のポートを用いているが、これは本発明によって必須とされない。
別の態様によれば、圧縮および／または膨張モードにおいて、圧縮および／または膨張チャンバーは、チャンバーに向けて、および、チャンバーから気体を流すために用いられる単一のポートを有し得る。ポートを通るそのような気流は単一のバルブによって制御され、そのバルブは気体を入れるように開かれ、閉じられ、その次にチャンバーから（圧縮された、もしくは膨張された）気体を流すために開放され得る。
圧縮気体もしくは膨張気体を適切に送るために、この単一ポートが、三方バルブもしくはバルブネットワークを通して高圧側もしくは低圧側の適切な導管と連結され得る。単一のポートおよび対応する気流バルブのみを有するそのような構造の使用が、デバイスの構造を簡素化し、実質的にコストを低減し得る。
また、上述の態様のいくつかはチャンバーの壁を通して注入される液体を用いるが、これもまた本発明によって必須とされない。別の態様においては、たとえば、固体ピストンヘッド、ピストンロッド、および／または薄膜内のオリフィスを用いて、可動部材を通って液体が導入され得る。
以下の付記項は膨張に関連する。
（付記１）
内部に配置された可動部材を有するチャンバーを設ける工程と、
ポートを通して前記チャンバーに圧縮気体を流す工程と、
前記チャンバーに液体を導入する工程と、
前記液体の燃焼の非存在下で、前記液体の存在下において圧縮気体を膨張させ、前記可動部材を動作させる工程と、
前記可動部材と物理的に連結する連結機構から出力を発生させる工程と、
を含む方法。
（付記２）
前記液体を導入する前記工程が、前記液体の液滴を噴霧する工程を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記２ａ）
前記チャンバー内の気体のモル数と前記液滴の合計表面積との比が約１〜２５０ｍ２／モルである、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記３）
前記液体を導入する前記工程が、前記液体を通して前記圧縮気体を泡立たせる工程を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記４）
前記出力が、前記可動部材の動作によって回転されるシャフトの回転から生成される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記５）
前記物理的な連結が、液圧連結も空気圧連結も含まない、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記６）
前記物理的な連結が、機械的連結、磁気的連結、電磁気的連結、および／または静電気的連結を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記７）
前記可動部材が、固体ピストンもしくはねじを備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記８）
前記連結機構がクランクシャフトを備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記９）
前記チャンバーへの前記圧縮気体の流れの方向と略平行以外の方向に、前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１０）
前記可動部材の動作の方向と略平行以外の方向に、前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１１）
前記液体が、前記ポートを画定する前記チャンバーの壁を通して導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１２）
前記液体がマニフォールドを通して導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１３）
前記液体がバルブを通して導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１４）
前記チャンバーから気液混合物を流す工程と、
前記気液混合物から、前記液体の少なくとも一部分を分離する工程と、
をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記１５）
前記気液混合物が、前記ポートを通ることなく、前記チャンバーから流れる、
ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記１６）
前記チャンバーへの前記圧縮気体の流れの間に前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１７）
前記圧縮気体の膨張の間に前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１８）
出力を発生させる前記工程が、電力を発生させる工程を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１９）
出力を発生させる前記工程が、機械力を発生させる工程を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記２０）
前記チャンバーを伴う熱的連結機構を通してエンドユーザを冷却する工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
以下の付記項は圧縮に関連する。
（付記１）
内部に配置された可動部材を有するチャンバーを設ける工程と、
ポートを通して前記チャンバーに気体を流す工程と、
前記チャンバーに液体を導入する工程と、
連結機構と物理的に連結する可動部材の動作によって、液体の存在下で前記気体を圧縮する工程と、
前記チャンバーから前記圧縮気体を流す工程と、
を含む方法。
（付記２）
前記液体を導入する前記工程が、前記液体の液滴を噴霧する工程を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記２ａ）
前記チャンバー内の気体のモル数と前記液滴の合計表面積との比が約１〜２５０ｍ２／モルである、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記３）
前記液体を導入する前記工程が、前記液体を通して前記気体を泡立たせる工程を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記４）
前記可動部材がシャフトの回転によって動かされる、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記５）
前記物理的な連結が、液圧連結も空気圧連結も含まない、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記６）
前記物理的な連結が、機械的連結、磁気的連結、電磁気的連結、および／または静電気的連結を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記７）
前記可動部材が、固体ピストンもしくはねじを備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記８）
前記連結機構がクランクシャフトを備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記９）
前記チャンバーへの前記気体の流れの方向と略平行以外の方向に、前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１０）
前記可動部材の動作の方向と略平行以外の方向に、前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１１）
前記液体が、前記ポートを画定する前記チャンバーの壁を通して導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１２）
前記液体がマニフォールドを通して導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１３）
前記液体がバルブを通して導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１４）
前記チャンバーから気液混合物を流す工程と、
前記気液混合物から、前記液体の少なくとも一部分を分離する工程と、
をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記１５）
前記気液混合物が、前記ポートを通ることなく、前記チャンバーから流れる、
ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記１６）
前記チャンバーへの前記気体の流れの間に前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１７）
前記気体の圧縮の間に前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１８）
前記チャンバーへの前記気体の流れの間、および、前記気体の圧縮の間に、前記液体が導入される、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１９）
前記チャンバーを伴う熱的連結機構を通してエンドユーザを加熱する工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
以下は装置の付記項である。
（付記１）
内部に配置された可動式の第１の部材を有する第１のチャンバーと、
前記第１のチャンバーに液体を導入するように構成された第１の要素と、
前記第１のチャンバー内部で気体を圧縮するために前記第１の要素と物理的に連結する連結機構と、
内部に配置された可動式の第２の部材を有する第２のチャンバーと、
前記第２のチャンバーに液体を導入するように構成された第２の要素と、
可動式の前記第１の部材によって前記第１のチャンバーで圧縮された気体の流れと、前記第２のチャンバーで膨張された気体の流れと、を受け取るように構成された向流式熱交換器と、
前記第２のチャンバーとエンドユーザとの間の熱導管と、
を備える装置。
（付記２）
前記向流式熱交換器からの圧縮気体の流れを受け取るように構成され、保存された圧縮気体を前記第２のチャンバーへ流すように構成された、圧縮気体保存ユニットをさらに備える、付記１に記載の装置。
（付記３）
可動式の前記第２の部材が、前記連結機構と物理的に連結している、
ことを特徴とする付記１に記載の装置。
（付記４）
前記第２の部材が熱源と熱連通している、
ことを特徴とする付記３に記載の装置。
（付記５）
可動式の前記第２の部材が、発電機と物理的に連結している、
ことを特徴とする付記４に記載の装置。
（付記６）
可動式の前記第２の部材が、発電機と物理的に連結している、
ことを特徴とする付記１に記載の装置。
（付記７）
可動式の前記第２の部材が、前記連結機構を通して、前記発電機と物理的に連結している、
ことを特徴とする付記６に記載の装置。
（付記８）
前記連結機構が回転シャフトを備える、
ことを特徴とする付記７に記載の装置。
（付記９）
前記連結機構が、マルチノードギヤシステムを備える、
ことを特徴とする付記７に記載の装置。
（付記１０）
前記第１の要素および／または前記第２の要素が、噴霧器またはスパージャーから選択される、
ことを特徴とする付記７に記載の装置。
（付記１）
チャンバーへの液体の流れを制御する方法であって、
気体源と気体連結するポートを有するシリンダーを設ける工程と、
前記シリンダー内部に可動式の第１のピストンを設ける工程と、
前記シリンダー内部に、前記ポートを選択的に閉鎖する可動式の第２のピストンを設ける工程と、
を含む方法。
（付記２）
前記第２のピストンの動作が、前記第１のピストンの動作と同期される、
ことを特徴とする付記１に記載のチャンバーへの液体の流れを制御する方法。
（付記３）
前記第２のピストンの動作が、共通連結機構を用いて、前記第１のピストンの動作と同期される、
ことを特徴とする付記２に記載のチャンバーへの液体の流れを制御する方法。
（付記４）
前記共通連結機構が、共通機械的連結機構を備える、
ことを特徴とする付記３に記載のチャンバーへの液体の流れを制御する方法。
（付記５）
前記共通機械的連結機構がクランクシャフトを備える、
ことを特徴とする付記４に記載のチャンバーへの液体の流れを制御する方法。
（付記６）
前記第１のピストンの動作中に前記シリンダーに液体を供給する工程をさらに含む、付記１に記載のチャンバーへの液体の流れを制御する方法。
（付記７）
前記第１のピストンの動作が前記シリンダー内部の気体を圧縮する、
ことを特徴とする付記６に記載のチャンバーへの液体の流れを制御する方法。
（付記８）
前記第１のピストンの動作が、前記シリンダー内部の圧縮気体の膨張に応えるものである、
ことを特徴とする付記６に記載のチャンバーへの液体の流れを制御する方法。
（付記９）
気体の圧縮用または膨張用の装置であって、
ポートを有し、気体を包含するように構成されたチャンバーと、
前記チャンバー内部に配置された可動部材と、
前記ポートと流体連通し、気流の体積効率を高めるために前記ポートを通って前記気流の共振特性に同調される特性を有する、導管と、
を備える装置。
（付記１０）
前記特性が、前記ポートと前記気流の入口との間の前記導管の長さを含む、
ことを特徴とする付記９に記載の気体の圧縮用または膨張用の装置。
（付記１１）
前記特性が、前記ポートと前記気流の出口との間の前記導管の長さを含む、
ことを特徴とする付記９に記載の気体の圧縮用または膨張用の装置。
（付記１２）
前記特性が前記導管の断面積を含む、
ことを特徴とする付記９に記載の気体の圧縮用または膨張用の装置。
（付記１３）
前記特性が、前記ポートと気体源との間の前記導管の通路の長さを含む、
ことを特徴とする付記１に記載の気体の圧縮用または膨張用の装置。
（付記１４）
前記気流が、前記チャンバー内の前記可動部材によって圧縮された気体を含む、
ことを特徴とする付記９に記載の気体の圧縮用または膨張用の装置。
（付記１５）
前記共振特性が、前記チャンバーからの出口流量バルブの作動タイミング、および／または、前記導管からの出口流量バルブの作動タイミング、から決定される、
ことを特徴とする付記１４に記載の気体の圧縮用または膨張用の装置。
（付記１６）
前記気流が圧縮気体を含む、
ことを特徴とする付記９に記載の気体の圧縮用または膨張用の装置。
（付記１７）
前記共振特性が、前記ポートに近接する前記導管の第１端に位置するチャンバー流量バルブの作動タイミング、および／または、前記第１端と反対側にある前記導管の第２端に位置する流量バルブの作動タイミング、から決定される、
ことを特徴とする付記１６に記載の気体の圧縮用または膨張用の装置。
（付記１８）
第１の部品と、
第２の部品と、
前記第１の部品を前記第２の部品に固定し、前記第１の部品と前記第２の部品との間にスペースを画定するように、構成された固定部材と、
を備え、
前記固定部材が、
液体源から受け取られる液体の流れを変更し、前記液体を第１の断面積を有する方向変化部分の出口に流すように、構成された前記方向変化部分と、
第２の断面積を有する入口を通して前記方向変化部分の出口から液体を受け取るように構成された速度上昇部分と、
前記速度上昇部分と流体連通し、第３の断面積を有する出口と、
を備え、
前記速度上昇部分が、前記速度上昇部分の入口から流れる液体の速度を加速するように構成され、
前記第２の断面積が前記第１の断面積よりも極めて小さく、前記第３の断面積とほぼ同じまたはわずかに大きい、
ことを特徴とする液体噴霧ノズル。
（付記１９）
前記第１の部品が、前記第２の部品の開口部の内部に挿入されるように構成された、
ことを特徴とする付記１８に記載の液体噴霧ノズル。
（付記２０）
液滴の噴霧をもたらすように構成され、
前記チャンバー内の気体のモル数と前記液滴の合計表面積との比が、約１〜２５０ｍ２／モルである、
ことを特徴とする付記１８に記載の液体噴霧ノズル。
電力供給ネットワークの発電層の内部に組み込まれた圧縮気体エネルギー保存システムは、短期間にわたって安定的な電力を供給するために用いられ得て、天然ガスタービンのような発電資産の起動時間をカバーする。圧縮気体エネルギー保存システムは発電資産と物理的に併置され得て、共通のブスバーを介して電力供給ネットワークと電気的に通信し得る。あるいは、発電資産およびエネルギー保存システムが、共通の送電線を介して電力供給ネットワークと電気的に通信し得る。
図１４２は、電力の発電、送電、分配および消費のためのネットワークの一態様の包括的な記述を表す。図１４２に示される態様は、実際の電力ネットワークの実質的な単純化を表し、本発明を限定するものとして理解されるべきではない。
電力分配ネットワーク１４２０１は、送電層１４２０４と電気的に通信する発電層１４２０２を備える。送電層からの電力は分配層１４２０５を通って流れ、消費層１４２０８の個々のエンドユーザ１４２０６に達する。電力分配ネットワークの「これらの層のそれぞれが以下に順々に説明される。
発電層１４２０２は、ネットワーク上に大量の電力を生み出すことに関与する複数の個々の発電資産１４２１０ａおよび発電資産１４２１０ｂを備える。そのような発電資産１４２１０ａおよび発電資産１４２１０ｂの例は、石炭火力発電所、天然ガス火力発電所または石油火力発電所のような化石燃料を燃焼させる従来型の発電所を含み得る。従来型の発電所の他の例は、化石燃料を消費しない水力発電所や原子力発電所を含む。発電資産のさらなる他の例は、たとえば、風力タービン、または、太陽電池（ＰＶ）アレイや太陽熱発電所のような太陽エネルギーを集める装置のような代替エネルギー源を含む。
発電層の資産は、概して、送電層と比べて比較的低い電圧（５０ｋＶ未満）の交流電流の形態で電力を配送する。ついで、経路指定のために、この電力が送電層にフィードされる。とりわけ、発電資産と送電層との間のインターフェイスは、ここでブスバー１４２１２と呼ばれる。
送電層は、送電線１４２２２に沿った数個のポイントに配置された、個々の変圧要素１４２２０ａおよび１４２２０ｂを備える。昇圧変圧器１４２２０ａは発電資産および対応するブスバーの近くに位置し、送電線全体にわたる効率的な通信のために電圧を上昇させる機能を有する。送電層にある電圧の例は、数１００ｋＶのオーダーであり得る。
送電線の他端では、降圧変圧器１４２２０ｂが、分配用に、最終的には個々のエンドユーザ用に電圧を降下させる機能を有する。送電層の降圧変圧器による出力は、１０ｋＶ代の前半の電圧範囲であり得る。
図１４２は、送電層を極めて簡素化された形態で表す。実際、異なる電圧でいくつかのステージを用いて送電が実際に行われ得て、該ステージは送電層の変電所によって境界線が引かれる。
分配層１４２０５は送電層から電力を受け取り、ついで、この電力をユーザに分配する。ユーザの中には、一次変電所１４２３０ａから直接、比較的高い電圧を受け取るものもいる。一次変電所は、たとえば１２０００ボルトのような一次分配電圧まで電圧をさらに降下させる機能を有する。
二次変電所１４２３０ｂから、より低い電圧を受け取るユーザもいる。送電線１４２３２は一次変電所と二次変電所とを繋ぎ、二次変電所は、一次分配電圧を、メータ１４２３４でエンドユーザに分配される最終電圧までさらに下降させる機能を有する。そのような最終電圧の例は１２０ボルトである。
図１４２は、電力の発電、送電、分配および消費において用いられ得る電力ネットワークの物理的要素の一般的な記述をもたらす。それは公衆インフラの必要不可欠な要素を形成し、多数の明確な地域的かつ政治的な団体からの協力を必要とするため、そのような電力ネットワークは多くのレベル（地域的、国家的、国際的）で高度に制御される。
図１４２はまた、異なる制御機関による個々のネットワーク要素の制御を分類するフレームワークをももたらす。たとえば、電力ネットワークの要素は、発電層、送電層、分配層または消費層の資産としてのその分類に基づいて制御され得る。そのような制御分類は、電力ネットワーク内部で統一されるエネルギー保存システムの特性を決定する際に重要な役割を果たし得る。
図１４２の電力ネットワークの発電層の個々の資産は、生成される電力のタイプを単位として分類され得る。たとえば、ベースロード発電資産は、概して、最安値でエネルギーを生み出すように構成された装置を備える。もっとも大きな効率および経済性を得るために、そのようなベースロード発電資産は、概して、連続的にフル出力で運転される。典型的なベースロード発電資産の例は、原子力発電所、石炭火力発電所、または、石油火力発電所のような巨大発電所を含む。
負荷追従発電資産は、概して、たとえば、スイッチをオン／オフすること、または、高められた能力または低められた能力において運転することによって、時間による需要の変化により反応することができる装置を備える。そのような負荷追従発電資産の例は、燃焼タービン、蒸気タービン、ディーゼルおよび水力による発電所を含むが、それらに限定されるものではない。
１秒から５秒の間である電力需要変化の間隔に合わせた連続的な需要シフトに合致するように、負荷追従発電資産は、追加の電力を生み出すこと、または、電力出力を減少させることが求められ得る。概して、負荷追従発電資産の運転効率は最大能力に対して最適化され得る。しかしながら、負荷追従発電資産は概して最大能力で連続的に運転されないので、それらはあまり効率的ではなく機能し得て、かつ、それらの電力はベースライン発電資産から利用可能である電力よりも高価であり得る。
発電資産の第三のタイプはピーク発電資産である。ピーク発電資産は、最も大きな需要レベルを満たすように時折利用される。ピーク発電資産は比較的突然の通知に対して運転され得るが、効率は低く、それに対応するようにより多くの出費を伴う。天然ガスタービンは、ピーク発電資産として典型的に用いられる装置の一例である。ディーゼル発電機はピーク発電資産の別の例である。
それらは比較的突然の通知に対して電力を生み出し得る一方、電力ネットワークの要求を満足するために必要な電力量および電力品質を生み出し得る前に、ピーク発電資産でさえもいくぶんかのリードタイムを必要とする。そのような電力品質の例は、所定の許容範囲内での電圧や周波数の安定性や、出力周波数をネットワーク上に既に存在する周波数と同期させる必要性を含む。
ネットワークの必要性に達するための発電資産に対して必要な起動時間は、ピーク需要におけるそれらの使用、または、負荷追従装置を制限し得る。たとえば、追加電力を供給する必要性のために、あるエネルギー市場はほんの数分またはさらに短い事前通知をし得る。この通知期間を超える起動時間を有する発電資産は、そのようなエネルギー市場にエネルギーを販売することができないかもしれず、その利益性を制限し得る。
圧縮気体エネルギー保存システムの態様は米国特許仮出願第６１／２２１４８７号明細書および米国特許出願第１２／６９５９２２号明細書に以前記載されており、それらの全体が全ての目的に対して本明細書に包含される。
そのような圧縮気体エネルギー保存システムのある潜在的な特徴は突然の通知に対するそれらの利用可能性であり、比較的安定した形態に保存されるエネルギーをもたらす。とりわけ、圧縮気体は、大きな容量を有する保存ユニット内部において、高められた圧力下で保持され得る。そのような保存構造の例は、タンクまたは廃坑または使われていない油井のような人造構造、洞窟、塩のドームまたは他の多孔質の地物のような自然発生する地形を含むが、これらに限定されるものではない。
要求に応じて、保存ユニットと膨張装置との間の流体連通をもたらすために気体フローバルブを作動させることによって、圧縮気体の形態で保存されているエネルギーが取り出され得る。この単純なバルブ作動によって、圧縮気体内のエネルギーの、機械的形態または電気的な形態への急速な変換が可能になる。
たとえば、後述されるように、チャンバー内部の圧縮気体の膨張は、その内部にも配置されたピストンを駆動するために機能し得る。ピストンは発電機と機械的に連結され、電力を生み出し得る。燃焼エンジンの暖機運転時間という特徴が求められないため、そのような構造によって、安定的な電力が急速に発電され得る。空気中のエネルギーがすぐに利用可能となり、必要なことは全開の電力を配電するために該システムの慣性を克服することのみである。数秒間あれば十分である。
圧縮気体の形態で保存されたエネルギーのそのような入手容易性は燃焼タイプの装置と大いに異なっており、そこで、材料の複数のフローの制御に基づいて安定的な電力出力が得られ得るのみであり、発電機における熱応力および疲労を制限するために出力急昇率が必要となり得る。たとえば、実質的に変化しない条件の下での空気および天然ガスの流量、これらのフローの混合、および、混合物の点火に対する正確な制御を実行することと、ユニットにおいて熱応力を注意深く制御することによってのみ、天然ガスタービンの安定的な運転が起こり得る。安定的で信頼性の高い出力を生み出すためのガスタービンの運転もまた燃焼に由来する熱の注意深い管理を必要とし、回転するタービンブレードの形態での機械的エネルギーに変換される膨張気体を生み出す。
それゆえに、ある態様においては、圧縮気体エネルギー保存および回収システムが短期間にわたる安定的な電力を生み出すために用いられ得ることによって、発電資産を起動させるために必要とされる時間をカバーし得る。特定の態様においては、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、１０分かそれ未満の事前通知によって安定的な電力を供給し、１時間から２時間未満のガスタービンというピーク発電資産の起動時間をカバーし得る。
以下、発電資産が様々な状況下で作動するために必要とされる時間特性の定数をリストアップしたものである。実際には、これらの時間は、特有の発電機の特性であるだけでなく、必要とされる所望の供給の関数でもあり、それゆえに、拘束力のある制限というよりはむしろ、ガイドラインとみなされるべきである。その能力および出力は状況に応じたものであり、分単位から時単位までの範囲をもつ期間とともに、数百キロワットから数十メガワットまで変化し得る。
・ピーク
起動までの時間：１時間以上
出力：状況次第、１〜１００メガワット
能力：２〜２００メガワット時
・負荷追従
起動までの時間：１〜５秒間の連続的な段階
出力：１〜１００メガワット
能力：０．５〜５０メガワット時
・運転予備
起動までの時間：１〜１０分間
出力：１０〜１００メガワット
能力：２０〜５００メガワット時
・運転準備予備
起動までの時間：〜１時間
出力：１０〜１００メガワット
能力：２０〜５００メガワット時
図１４２は、圧縮気体保存システムの本発明の態様に係る電力ネットワークへの包含を示す。ある態様においては、圧縮気体保存および回収システム１４２４０ｂは、同一の送電線に沿って配置された発電資産１４２１０ａおよび１４２１０ｂとしての発電層に包含され得る。他の態様においては、本発明に係る圧縮気体保存および回収システム１４２４０ａは、おそらくは同一のブスバーの後方で、発電資産と物理的に併置され得る。
圧縮気体保存および回収システムを発電資産と併置することによって、ある利点がもたらされ得る。エネルギー保存システムの発電資産との併置によって実現され得る可能性のある利点の一つは、現存する装備を利用することができることである。たとえば、ネットワークに電力を連結するために、圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、ネットワークと発電資産との現存する境界線（ブスバー）を活用し得る。
エネルギー保存システムと発電資産との併置によって、２つの要素間の連動された動作がさらに高められる。具体的には、圧縮気体エネルギー保存システム１４２４０ａと併置された発電資産との間の通信リンク１４２５０が本質的に局所的であり得て、およびそれゆえにより大きなエリアのネットワークよりも潜在的により高速かつ信頼性が高くなり得る。
ある態様によれば、圧縮気体の保存から回収された電気は安定的な電力を供給するために用いられ、発電資産が起動するために必要とされる時間をカバーし得る。それゆえに、エネルギー保存システムと発電資産との間の密接な近接が、保存システムからネットワークへの出力である電気から、発電資産からネットワークへの出力である電気への継ぎ目のない送電を容易にするのに役立ち得る。
ある状況下では望ましいものの、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存システムは発電資産と物理的に併置されることは必要とされていない。具体的には、インターネット、または、電力リモート監視・制御（ＳＣＡＤＡ）システムのような広域エリアネットワークにわたる通信の増加した信頼性が、ネットワークの異なる要素間の密接な近接に対する必要性を低減している。
それゆえに、図１４２はまた、発電資産１４２１０ａとしての同一の送電線に沿って配置された圧縮気体エネルギー保存および回収システム１４２４０ｂの態様をも示す。システム１４２４０ｂおよび発電資産１４２１０ａは、有線または無線のネットワークリンク１４２５７にわたって効果的に通信し得る。
発電資産とは異なる位置にエネルギー保存システムをそのように配置することは、ある状況下で有利になり得る。たとえば、発電資産と異なる位置に圧縮気体エネルギー保存システムを配置することによって、より大きな柔軟性が与えられ得る。
とりわけ、そのように離れて位置するエネルギー保存システムの運転は、いかなる特定の発電資産も結びつけられる必要はないだろう。そのため、発電資産１４２１０ａ、発電資産１４２１０ｂ、またはこれらの両方のための起動時間にわたってのカバーをもたらすために、図１４２の圧縮気体エネルギー保存および回収システム１４２４０ｂはネットワークにすぐに電力を供給することもあり得る。
図１４３は、本発明に係る圧縮気体保存システムの一態様の簡素化されたブロック図を示す。具体的には、圧縮気体保存および回収システム１４３０１は、気体入口１４３０５および圧縮気体保存ユニット１４３０３と流体連通している圧縮機／膨張機（Ｃ／Ｅ）１４３０２を備える。
ある態様においては、圧縮気体保存ユニット１４３０３は、２００気圧で保存することが可能で、かつ、バルブに装着される、約１．６メートルの長さを有する鉄製のタンクを備え得る。いくつかの態様においては、約１６メートルの長さを有する、より大きな鉄製のタンクを用い得て、それは、閉鎖されたタンクを首部まで回転させるコスト、および、バルブのコストをも低減し得る。本発明の態様は、保存用に、より大きな人造または地質的な地物をその代わりに用い得る。
図１４３は、圧縮機／膨張機１４３０２が連結機構１４３０７を介してモーター／発電機（M／G）１４３０４と選択的に物理的に連結することを示す。連結機構１４３０７はいくつかの種類があってもよく、機械的、油圧的、空圧的、磁力的または電磁気的を含む。
運転の最初のモードにおいては、モーター／発電機１４３０４がモーターとして運転されることによって、エネルギーが圧縮気体（たとえば空気）の形態で保存され得る。モーター／発電機１４３０４は外部源から電力を受け取り、電力を伝えて、圧縮機／膨張機１４３０２を圧縮機として機能させる。
モーター／発電機１４３０４用の可能な一つの電力源は、ライン１４３８１を介して電力グリッド１４３１４の分配層の変電所１４３８２と電気的に連結するメータ１４３８０である。ある態様においては、電力グリッド１４３１４は、電力に加えて、情報を含むスマートグリッドであってもよい。
運転の圧縮モードにおいては、同様に、モーター／発電機１４３０４が連結機構１４３０７を介して圧縮機／膨張機１４３０２に電力を伝達し、それによって、圧縮機／膨張機１４３０２が圧縮機として機能することが可能になる。圧縮機／膨張機１４３０２は、入口１４３０５から気体を受け取り、気体を圧縮し、圧縮気体を保存ユニット１４３０３に流す。
膨張モードにおいては、圧縮気体が、保存ユニット１４３０３から、膨張機として運転されている圧縮機／膨張機１４３０２に流れる。圧縮気体の膨張によって連結機構１４３０７の作動が起こり、それがモーター／発電機１４３０４を駆動させ、発電機として機能させる。発電機として運転されているモーター／発電機１４３０４からの電気出力は、ブスバー１４３７２および送電線１４３１２を通って、電力グリッド１４３１４に流れる。
圧縮機／膨張機１４３０２内部で圧縮または膨張する気体は、いくぶんかの温度変化を経験する傾向にある。具体的には、気体が圧縮されるにつれて気体は温度が上昇する傾向にあり、気体が膨張するにつれて気体は温度が下降する傾向にある。
上述のような気体を圧縮および減圧する工程は、いくぶんかの熱的損失および機械的損失を経験し得る。しかしながら、これらの工程は最小限の温度変化で近等温条件において行われる場合、これらの工程は低減された熱的損失とともに起こるだろう。
それゆえに、システム１４３０１の圧縮機／膨張機１４３０２は、ヒートシンクまたは熱源１４３６２と選択的に熱連通し得る１つ以上の熱交換器１４３６０と流体連通する。運転の圧縮モードにおいては、熱交換器は、ヒートシンク、たとえば風を吹き付けて熱交換器を冷却するファン、と熱連通する状態に置かれる。運転の膨張モードにおいては、熱交換器は、熱源、たとえば、環境大気温度または廃熱源、と熱連通する状態に置かれる。
図１４３はさらに、圧縮気体エネルギー保存システム１４３０１が、発電資産１４３６４、たとえば、天然ガスタービンまたはディーゼル発電機、と併置されさえ得ることをも示す。この併置された発電資産は、石油または天然ガスのパイプラインのような出力調整可能なエネルギー源を利用し得る。
具体的には、出力調整可能な源１４３５０からのエネルギーは、天然ガスタービンまたはディーゼル発電機のような発電資産１４３６４によって消費され、電気を産み出し、電力グリッドに供給し得る。この電気は、図示されるように、ブスバー１４３７２および送電線１４３１２を通って、消費のために電力グリッドに流れ得る。
システム１４３０１の個々の要素は、中央コントローラまたはプロセッサ１４３９６と連結し、それは同様にコンピュータ読み出し可能保存媒体１４３９４と電気的に連結する。中央コントローラまたはプロセッサ１４３９６はまた、ノード１４３１８と１４３２８との間の有線コネクション１４３１６および／または無線リンクを通して、電力グリッド１４３１４（たとえばスマートグリッド）と連結し得る。中央コントローラまたはプロセッサ１４３９６はまた、他の情報源、たとえばインターネット１４３２２、とも連結し得る。
コンピュータ読み出し可能保存媒体１４３９４に保存されたコンピュータ信号の形態での指示に基づいて、コントローラまたはプロセッサ１４３９６は、システム１４３０１の個々の要素を制御するように運転され得る。この制御は、システム内のさまざまなセンサから受け取られたデータ、そのデータから算出された数値、および／または、併置された源または外部源からコントローラまたはプロセッサ１４３９６によって受け取られる情報に基づき得る。
ある態様においては、圧縮気体エネルギー保存システムのコントローラが、発電資産から受け取られる指示に基づいた運転を開始するように構成され得る。たとえば、発電資産が起動し始めるような指示を受け取ると、今度は、起動時間をカバーするために、圧縮気体エネルギー保存システムが必要な電力をもたらす必要性を示す信号をコントローラに伝達し得る。
ある態様においては、圧縮気体エネルギー保存システムが、発電資産に信号を伝達し得る。たとえば、事象（追加の電力の積み上げを必要とする気象条件のような）の検出によって、システムコントローラは発電資産の起動を指示する信号を伝達し、より長い時間にわたる十分な電力カバレッジをもたらすように構成され得て、圧縮気体エネルギー保存システムが起動時間にわたって必要なカバレッジをもたらす。
図１４３は、組み合わせられた圧縮機／膨張機（Ｃ／Ｅ）および組み合わせられたモーター／発電機（Ｍ／Ｇ）を有する圧縮気体保存および回収システムの一態様を示すが、これは本発明によって必須とされるものではない。別の態様においては、分離された専用のモーター要素および発電機要素のそれぞれと連結する、分離された専用の圧縮機要素および膨張機要素が用いられ得る。ある態様においては、これらの要素は、単一の共通連結機構を介して物理的に連結し得る。他の態様においては、これらの要素は、複数の連結機構を介して物理的に連結し得る。
電力ネットワークの発電層への圧縮気体エネルギー保存および回収システムの包含によって、そうでなければそれらの起動時間によって除外され得る役割で現存する発電資産が用いられ得る。たとえば、発電資産にとっての潜在的な役割は、電力をエネルギー市場に売却し得ることである。
そのような市場の一つが、１時間以上の期間にわたって需要と供給とをバランスさせるためのエネルギー売却である。現存の発電資産が需要における短期間のばらつきに対応できるようにするために、そのような態様では、ほぼリアルタイムで保存システムから電力が送り出され得る。これらのばらつきは、たとえば、可変な再生可能エネルギー源（風力発電所のような）によって供給される電力の総量における変化のような自然の原因に起因し得る。ばらつきはまた、たとえば、エネルギー市場によって計画される料金変化のような人工的な原因にも起因し得る。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムのある態様は発電資産の起動を容易にするように構成され、たとえば１日以内のようなより長い期間にわたってエネルギー卸売市場へ電力を売却し得る。そのため、本発明のエネルギー保存システムに対する別の潜在的な役割は、発電資産による大量の日中鞘取を促進し得ることである。
そのような役割においては、卸売電力が高い時には、発電資産は起動するために機能し、売却用の電力を生み出すだろう。圧縮気体エネルギー保存システムの存在によって、発電資産が、そのような大量の日中鞘取の機会に対する突然の知らせに対応し得る。
保存システムからの（および、起動後に発電資産からの電力によって後に置換される）電力は、電力卸売市場に売却され得る。そのような圧縮気体エネルギー保存および回収システムは、独立系発電事業者（ＩＰＰ）、発電ユーティリティ、または、いくつかの他の小売事業者（ＬＳＥ）によって、所有され、運営され得る。
圧縮気体エネルギー保存および回収システムによって起動時間がカバーされる発電資産の別の潜在的な役割は、昼間の再生可能エネルギーの平準化を実行することであり得る。とりわけ、そのような発電資産の早い反応時間によって、需要が、需要を満足するのに必要なものとして素早く変えられ得るだろう。
上記記載はその回収された電力が電力卸売市場で売却される発電層に属するものとして分類されるシステムに関連しているが、本発明はそのような役割を実行するものに限定されるものではない。別の態様によれば、エネルギー保存および回収システムは他のタイプの市場にエネルギーを売却することも可能であり、それも本発明の範疇に入る。
圧縮気体から回収された電力を売却するそのような代わりの市場の例は、アンシラリーサービス（Ａ／Ｓ）市場である。大まかに言うと、アンシラリーサービス市場は、概して、エンドユーザによる消費以外の目的用のネットワークへの電力の売却を表す。そのような目的は、ネットワークの一貫性および安定性を維持すること、および、そこにもたらされる電力の品質を維持することが含まれる。
アンシラリーサービス市場にエネルギーを与える能力（キャパシティ）は、通常、市場価格における、１日間よりも短い時間の売却である。独立電力管理機構（ＩＳＯ）は、そのようなキャパシティを保有するキャパシティコストを支払っている。
実際のエネルギーそれ自体は、ある期間にわたって電力を供給するようなネットワークからの指示に対応して売却される。これが起こると、システムの所有者に、売却されたエネルギーの市場価値が支払われるだろう。
あるアンシラリーサービス市場は、ネットワークを運転するために必要とされる必須のリザーブを供給するキャパシティを維持するために存在する。すなわち、ネットワークが将来の需要を満足することができることを保証するために、ネットワークの運営者は、現在の需要を超えるおよびそれ未満の電力量を供給し得ることが求められる。そのようなリザーブは、典型的には、供給過剰率として算出される。
リザーブの一形態は、不測の事態に対するリザーブである。不測の事態に対するリザーブは、期待はされていないが計画されることが必要なある事象（不測の事態）に対する比較的突然の通知で電力ネットワークによって要求される。そのような不測の事態の例は、送電層の要素（たとえば送電線）の欠陥、予測していない需要上昇、または、突然の通知で発電要素の出力を停止または低減する必要性を含む。
不測の事態に対するリザーブの一形態は運転予備力である。そのような運転予備力は典型的には極端な突然の通知に対して利用可能である。運転予備力は、伝統的に、キャパシティ未満で運転する、または、ある顧客へのサービスの中断による発電ユニットからの出力上昇の形態をとってきた。突然の通知に対する需要を満たすために、発電資産は、ネットワークの残りと同期する方法で（「ｓｐｉｎｎｉｎｇ」）既にオンラインで運転され得るため、そのようなリザーブは「運転予備（ｓｐｉｎｎｉｎｇ）」と呼ばれる。
不測の事態に対する蓄えの別の形態は待機中リザーブである。発電要素がまだオンラインで同期（ｓｐｉｎｎｉｎｇ）されてないと、運転予備よりも長いリードタイムで待機中リザーブが利用可能になる。待機中リザーブはまた、それに対応する、より長い通知期間をもって、ある顧客へのサービス中断の形態をもとり得る。
ある態様においては、本発明に係る圧縮気体エネルギー保存および回収システムによって起動時間がカバーされる現存の発電資産が、不測の事態に対するリザーブを供給する機能を有し得る。そのような資産は、サービス供給者によって必要とされる期間にわたる不測の事態の際の必要な電力量を供給するキャパシティを有するだろう。起動時間に対する様々な役割が上記に要約されている。
（付記１）
圧縮気体を膨張させて、チャンバー内部に位置する可動部材を駆動させる工程と、
前記可動部材の動作から電気を発生させる工程と、
電力ネットワークの発電資産の起動時間にわたり、前記電力ネットワークに前記電気を供給する工程と、
を含む方法。
（付記２）
前記電気がブスバーを介して前記電力ネットワークに供給され、かつ、前記発電資産が前記ブスバーを介して前記ネットワークと電気的に連結する、
ことを特徴とする付記１に記載の方法
（付記３）
前記電気が発電機を介して前記電力ネットワークに供給され、かつ、前記発電資産が前記発電機と物理的に連結する、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記４）
前記電気が前記電力ネットワークの送電線に供給され、かつ、前記発電資産が前記送電線と電気的に連結する、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記５）
前記発電資産が、ガスタービンまたはディーゼル発電機を備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記６）
前記発電資産と電気的に連結する前記可動部材を配置する工程をさらに含む、付記１に記載の方法。
（付記７）
チャンバーの内部の気体の膨張に対応して可動する部材をその内部に配置させる前記チャンバーと、
前記可動部材と物理的に連結し、かつ、電力ネットワークの送電層と電気的に連結する発電機と、
発電資産の起動時間中に前記発電機が前記電力ネットワークに電気を供給するように、前記チャンバーと選択的に流体連通するように構成された圧縮気体保存ユニットと、
を備える装置。
（付記８）
前記発電機および前記発電資産が、共通のブスバーを介して、前記送電層と電気的に連結する、
ことを特徴とする付記７に記載の装置。
（付記９）
前記発電機および前記発電資産が、共通の送電線を介して、前記送電層と電気的に連結する、
ことを特徴とする付記７に記載の装置。
（付記１０）
前記発電資産が、天然ガスタービンまたはディーゼル発電機を備える、
ことを特徴とする付記７に記載の装置。
（付記１１）
前記可動部材と物理的に連結し、かつ、前記発電資産と電気的に連結するコントローラをさらに備える、付記７に記載の装置。
電力グリッドを伴う、本発明に係るシステムの一態様の運転は、制御アルゴリズムに基づいて、入力を受け取り、かつ、出力を生み出す中央プロセッサによって調整され得る。そのような運転の一例が、図１４７〜１４７Ａと関連して以下に記載される。
図１４７は、時間に対する、電力供給ネットワークの個々の要素の電力出力をグラフ化したものである。第一の要素は再生可能エネルギー源（たとえば風力発電）であり、その出力は自然力次第で可変である。第二の要素は、本発明の一態様に係るシステムである。
その電力出力が図１４７に示される第三の要素は短期発電資産である。そのような短期発電資産は突然の通知に対して電力を供給するように構成され得るが、効率が低い、および／または、比較的コストが高い。そのような短期発電資産の一例はディーゼル発電機であり、または別のエネルギー保存装置でさえある。
その電力出力が図１４７に示される第四の要素は長期発電資産である。そのような長期発電資産は、比較的低いコストで効率的な電力を供給するように構成され得るが、より長い期間の通知を必要とする。そのような長期発電資産の一例は、天然ガスタービンである。
利用可能な資源の効率的な活用を保証しつつ、ネットワークへの安定的な電力供給を維持するために、これらの個々の要素の運転は中央プロセッサによって調整され得る。図１４７Ａは、電力供給ネットワークおよびエネルギー保存装置と電気的に連結されたプロセッサ１４７０２を備えるシステム１４７００の一例の簡素化された図を示し、該システムは、プロセッサと電気的に連結するコンピュータ読み出し可能保存媒体１４７０４をさらに備え、プロセッサに、
−電力供給ネットワークの負荷における予期できる変化、または、電力供給ネットワークに対して利用可能な発電キャパシティにおける変化に関連する入力１４７０６を受け取らせ、
−制御アルゴリズムに従う入力を処理させ、
−エネルギー保存装置に自動的に電気的な出力を発するように運転させるか、エネルギー保存装置に電気的な出力を発するように運転させる指示を出すように操作者に薦める第一の信号１４７０８と通信させ、
−電力供給ネットワークの発電資産の起動を自動的に起こさせるか、電力供給ネットワークの発電資産の起動を指示するように操作者に薦める第二の信号１４７１０と通信させる、
ように構成された信号をその内部に保存させる。
ある態様によれば、たとえば需要応答指令のように、入力は電力供給ネットワークから発せられ得る。いくつかの態様においては、入力はメータから発せされ得て、たとえば、歴史的なピークに近づきつつある、または、超えつつある消費量を示す。
ある態様においては、入力は、電力供給ネットワークの再生可能発電資産における風力エネルギーまたは太陽エネルギーにおける予測可能な変化であり得る。入力は、変化する負荷を示す大気温度変化を備えてもよいし、または、電力供給ネットワークの乱れを予測する天候の乱れを備えてもよい。
ある態様においては、エネルギー保存装置は、電力供給ネットワークのメータの後方に位置する消費者に直接的に電力を出力するように構成され得る。特定の態様によれば、たとえば、変圧器を介して分配層または送電層に向けて、または、ブスバーを介して発電層に向けて、電力供給ネットワークに電力を出力するようにエネルギー保存装置が構成され得る。
ある態様においては、エネルギー保存システムは、エネルギーを、たとえば電池またはコンデンサーバンクのような電気的な形態で保存し得る。いくつかの態様においては、クランクシャフトのような物理的連結機構を駆動させるために、液体が存在する圧縮気体の膨張から電気力を発生させるようにエネルギー保存装置が構成される。特定の態様は回転運動による噴霧によって液体を導入し、続いてたわみ曲面への衝突が起こり得る。
いくつかの態様によれば、コンピュータ読み出し可能保存媒体はその内部に保存されたプログラムをさらに含み、そのプログラムは、プロセッサに、発電資産の起動の完了を示す信号１４７１４に応答して、エネルギー保存装置の運転を自動的に停止させるか、エネルギー保存装置の運転の停止を指示するよう操作者に薦める信号１４７１２と通信し得る。
特定の態様に係るシステムは、その内部に保存されたプログラムをさらに含むコンピュータ読み出し可能保存媒体を有し、そのプログラムは、エネルギー保存装置の補充を自動的に引き起こすか、エネルギー保存装置の補充を操作者に指示するように薦める信号１４７１６と通信し得る。
図１４７に示される具体的な例に戻ると、時間間隔Ａに対して、再生可能エネルギー源は、期待範囲Ｒの範囲内で変化する電力出力を供給する。この同じ時間間隔Ａに対して、本発明に係るシステムは、この可変な電力出力に対して補償する十分な電力を供給し、それによってレベルＺに電力を維持する。ここで、Ｚは、グリッド上の合計電力、または、その合計電力の一部（たとえば、契約によって規定された風力発電所からの電力取引）を表す。それゆえに、時間間隔Ａに対して、短期発電資産も長期発電資産も用いることが必要とされない。
時刻Ｂにおいて、中央プロセッサは、再生可能発電資産からの長期にわたる電力損失を示唆する情報を受け取る。たとえば、再生可能発電資産は、実質的な風の損失の歴史的傾向に合致する変化した風速のパターンを示す情報と通信し得る。そのような歴史的傾向はまた、一年のうちの時期、一日のうちの時刻、風力タービンの具体的な地理的位置、および、現在および将来の気象活動の気象学的モデルのようなほかの要因によっても影響され得る。予測可能な風力モデルの可能なソースの一つは、ニューヨーク州オルバニー市にあるＴｒｕｅ Ｗｉｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＬＬＣである。
それゆえに、時刻Ｂにおいて、プロセッサは短期発電資産に信号を送り、その信号が、再生可能発電資産の起動を置き換えるのに十分な電力を供給するために、短期発電資産の起動開始を指示する。そのような起動は瞬間的ではないので、短期発電資産の起動時間をカバーするために、プロセッサもまた圧縮気体保存システムに通知して、その出力を維持または増加さえすることを望む。
時刻Ｃにおいて予測されるように、風速は閾値Ｔ未満に低下し、それ以下では風力タービンから電力は生まれない。このＣ点においては、圧縮気体保存システムが全体負荷Ｚを引き受けている。
電力を供給する、本発明の一態様に係るシステムの能力は、その発電機のサイズ、その保存キャパシティのサイズ、および、その現存する保存キャパシティの現在の状態を含む１つ以上の因子によって、最終的には制限され得る。加えて、該システムは、長期発電資産から利用可能であるよりも高くなるかもしれないあるコストで電力を供給し得る。これらの情報はプロセッサへの入力として利用可能である。それに応じて、時刻Ｃにおいて、プロセッサは長期発電資産に通知し、長期にわたる負荷を満たすようにオンラインになるように準備する。
時刻Ｄにおいて、短期発電資産が暖機運転し、オンラインになり、急速に発電し始めて、時刻Ｅまでにフルの需要を満たす。時刻Ｄから時刻Ｅまでの期間にわたって、圧縮気体保存システムは、それに対応してその出力を減少させる。
時刻Ｆまで長期発電資産に対する引き延ばされた起動時間が達し、その資産もまたオンラインになり、負荷を満たすように増加中の電力を供給し始める。ＦからＧまでの期間にわたって、短期発電資産はそれに対応してその出力を減少させる。
図１４７の移り変わり（主に再生可能エネルギー源からの電力を受け取るグリッドから、長期発電資産からの電力を受け取るグリッド）は、個々のソースから受け取られる情報に基づいて、中央プロセッサによって調整される。ネットワークにおける電力の安定性を危うくすることなく、所望の効率をもって、利用可能な資源からこの移り変わりが実現される。
図１４７に示される具体的な移り変わりは極めて簡素化された場合を表す。たとえば、どんなときでも、異なるタイプの複数の発電資産（すなわち、可変（再生可能）、ベースライン、ピーク、負荷追従）が需要を満たすように電力を供給するだろう。さらに、複数の保存装置がネットワーク内の異なるポイントに分散され、２つ以上の保存装置が、いかなるポイントであっても時間内に需要を満たすように用いられるだろう。
図１４７に示される特有の状況もまた、それが需要を満たす資源の起動のみを示すという点で簡素化されている。これらの事象の変形においては、継続する信頼に足る供給を示唆するように風速が予期せずに増すかもしれない。そのような状況においては、この新たに受け取られた情報に基づいて、プロセッサは、発電資産の起動の一時停止、または、再生可能エネルギーの現在利用可能な信頼に足る供給を提供する他のステップを指示する／薦めるかもしれない。
図１４７に示される状況は、全体の負荷が変化しないものとして示されているという点で簡素化されている。実際には、グリッドにおける負荷は、予測可能（例：毎日のパターン、計画保全）および予測不可能（嵐による損傷、計画以外の保全）の両方であるようなやり方で、時間とともに変化を経験するだろう。そのような変化する条件（変化する入力の形態で）に急速に応答するプロセッサの能力は、意思決定プロセスにおいて操作者を補助し得る。
図１４７の状況は、それが事象のある特定の繋がり（再生可能な資源から利用可能な発電キャパシティの損失）のみを表すという点で簡素化されている。無数の他の事象がもちろんあり得て、以下を含むが、それによって限定されない因子によって影響を受ける。
・気象パターン
・需要のパターン
・エネルギー価格構造／取り決め
・送電資産および／または分配資産の利用可能性
・他の相互接続されたグリッドの条件
もちろん、本発明は、再生可能エネルギー源とともに、または、特定のエネルギー保存システムとともに用いるように限定されない。むしろ、本発明の態様は、中央プロセッサを用いて、異なるタイプのエネルギー保存と活動とを調整するように電力供給ネットワークの個々の資産を制御し（または、ユーザに制御の決定を薦め）、その圧縮気体は一例にすぎない。そのため、別の態様によれば、たとえば変化する需要を満たすように、電池を備える保存システムと非再生可能発電資産とを一体化するように制御アルゴリズムを実行するかもしれない。
中央プロセッサによって実行されるそのような制御アルゴリズムへの入力の例は、以下を含むが、以下に限定されるものではない。
・現存負荷／予期される将来負荷
・発電資産からの電力価格
・発電資産の起動時間
・利用可能な保存キャパシティ
・保存再充電の必要性
・発電資産の状態（すなわち、運転予備、待機）
・電力の市場価格（卸売、アンシラリーサービス（Ａ／Ｓ））
・再生可能電力源の状態（すなわち、現在の気象条件／将来の気象条件）
・送電キャパシティ
制御アルゴリズムに対する入力に基づいて操作者に実行させるまたは薦められる決定の例は、以下を含むが、以下に限定されるものではない。
・発電資産を起動すること／停止すること
・保存装置を放電すること／充電すること
・送電経路／分配経路を替えること
・卸売市場またはアンシラリーサービス市場から電力を購入すること
・需要を減少させること／シフトすること
需要の減少／シフトに関連して、ブスバーまたは変圧器を通してネットワークに電気を実際に出力することなく、エネルギー保存装置はこの機能を実行し得る。とりわけ、メータの後方に位置し、エンドユーザと一緒にあるエネルギー保存装置は、出力電力を（電気的形態または他の形態で）、そのエンドユーザに直接出力し得る。保存デバイスからのそのような電力出力は、グリッドから消費者によって引き出される電気を効果的に置き換え、それによって、電力供給ネットワークにおける負荷を低減する。
（付記１）
電力供給ネットワークおよびエネルギー保存装置と電気的に連絡するプロセッサと、
前記プロセッサと電気的に連絡するコンピュータ読み出し可能保存媒体と、
を備えるホストコンピュータを備え、
前記コンピュータ読み出し可能保存媒体が、その内部に、
気象条件に基づいた入力を受け取り、
制御アルゴリズムに従う入力を処理し、
前記処理に基づいて、信号を送り、前記エネルギー保存装置を自動的に運転させて電力を出力するか、前記エネルギー保存装置に運転して電力を出力する指示を出すように操作者に薦める、
ことをプロセッサにさせるように構成されたプログラムを有する、
システム。
（付記２）
前記入力が、前記電力供給ネットワークの再生可能発電資産における風力プロファイルの予測される変化を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記３）
前記入力が、前記電力供給ネットワークの再生可能発電資産における太陽エネルギープロファイルの予測される変化を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記４）
前記入力が、前記電力供給ネットワークにおける増大する負荷を予測する大気温度変化を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記５）
前記入力が、前記電力供給ネットワークの乱れを予測する天候の乱れを備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記６）
前記コンピュータ読み出し可能保存媒体が、その内部に保存された、前記電力ネットワークの他の発電資産を自動的に起動させるか、前記他の発電資産の起動を指示することを操作者に薦める第二の信号と通信するプログラムをさらに含む、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記７）
前記コンピュータ読み出し可能保存媒体が、その内部に保存された、前記他の発電資産の起動の完了を示唆する第四の信号に応答して、前記エネルギー保存装置の運転を自動的に停止するか、前記エネルギー保存装置の運転の停止を指示することを操作者に薦める第三の信号とプロセッサに通信させるプログラムをさらに含む、
ことを特徴とする付記６に記載のシステム。
（付記８）
前記コンピュータ読み出し可能保存媒体が、その内部に保存された、前記エネルギー保存装置の補充を自動的に引き起こすか、前記エネルギー保存装置の補充を支持することを操作者に薦める第二の信号と通信するプログラムをさらに含む、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記９）
前記エネルギー保存装置が、前記電力供給ネットワークに電力を出力するように構成された、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記１０）
前記エネルギー保存装置が、ブスバーを介して、前記電力供給ネットワークに電力を出力するように構成された、
ことを特徴とする付記９に記載のシステム。
（付記１１）
前記エネルギー保存装置が、変圧器を介して、前記電力供給ネットワークに電力を出力するように構成された、
ことを特徴とする付記９に記載のシステム。
（付記１２）
前記エネルギー保存装置が、前記電力供給ネットワークのメータの後方にある消費者に電力を直接出力するように構成された、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
本発明に係る装置、方法およびシステムの態様によって、異なるエネルギー形態の間での変換が可能となり得る。たとえば、図１４４Ａ〜図１４４Ｃは、システムの一態様の図を示す。図１４４Ａは、上述されたような１つ以上の特徴を有するシステム１４４０２への、異なるエネルギータイプの入力１４４００を示す。図１４４Ａはまた、該システムからの、それに対応する、様々な形態におけるエネルギーの出力１４４０４をも示す。図１４４Ａはさらに、入力と出力との間の、保存ユニット１４４０５内の圧縮気体の選択的な保存をも示す。
本発明に係る圧縮／膨張システムの特定の態様は、少なくとも図１、１０、２２、２４、４２および５０に関連して既に示され、記載されている。図１４４Ｂは、エネルギー源１４４１０およびエネルギーの行き先１４４１２と連通するそのようなシステム１４４０２（選択的な圧縮気体保存１４４０５を含む）の一般的な記載を示す。
具体的には、エネルギー源１４４１０と、システム１４４０２と、エネルギーの行き先１４４１２とは、熱ネットワーク１４４５０を介して熱連通している。そのようなネットワークは熱エネルギーを伝達し、液体流パイプ、気体流パイプ、熱パイプ、絶縁パイプ、熱交換器（向流式熱交換器を含む）、ループ熱パイプ、熱サイフォン、熱源およびヒートシンクのような要素を備え得る。図１４４Ｂは、具体的には、熱源１４４５２およびヒートシンク１４４５４を含む熱ネットワークを示し、それらは低品位熱源および外部環境をそれぞれ備える。
図１４４Ｂはまた、流体ネットワーク１４４６０と連通しているエネルギー源１４４１０、システム１４４０２およびエネルギーの行き先１４４１２をも示す。そのようなネットワークが、気体、液体、および／または、それらの混合物を含む流体を伝送し、かつ、タンクまたは容器、液体流パイプ、気体流パイプ、ポンプ、排気口、液体流バルブ、気体流バルブ、スイッチ、液体噴霧機、気体スパージャー、混合機、アキュムレーターおよび分離機のような要素を備え得る。
さまざまなタイプの分離機が上述されている。特定の態様に従って、気液分離機および／または液体−液体分離機が用いられ得る。気液分離機の構造の例は、垂直型、水平型、球形型を含む。分離機の液体収集部は、ダイバータ（ｄｉｖｅｒｔｅｒ）バッフル、接線（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）バッフル、遠心分離機、エルボ、波よけ堤、渦防止装置、消泡プレート、静水井およびミスト抽出機のような要素を含み得る。
図１４４Ｂはさらに、物理的ネットワーク１４４７０と連通しているエネルギー源１４４１０と、システム１４４０２と、エネルギーの行き先１４４１２とを示す。そのようなネットワークは物理的なエネルギーを伝達し、かつ、シャフト（クランクシャフトを含む）のような、直線運動から回転運動への／回転運動から直線運動への変換をするように構成された機械的な要素を備え得る。物理的ネットワークの機械的構成要素の他の例は、ネジ、ピストン、ギア（遊星ギアのような多ノードギアシステムを含む）およびモーターを含む。
物理的ネットワークはまた、ピストン、アキュムレーター、気体チャンバー、液体チャンバー、気体管、液体管、油圧モーター、水圧減速装置、空圧モーターおよび他の既知のものを含む油圧要素または空圧要素を備え得る。
最後に、図１４４Ｂは、電気的ネットワーク１４４８０に連結するエネルギー源１４４１０と、システム１４４０２とエネルギーの行き先１４４１２とを示す。そのようなネットワークが電気的エネルギーを伝達し、かつ、抵抗、トランジスタ、キャパシタ、インダクタ、変圧器、電池、絶縁体、ダイオード、増幅器、電源、バスライン、メータ、ブスバー、フィルター、電力調整装備、および、いかなる他の無数の既知の電気的な構成要素のような要素を備え得る。
図１４５Ａは、本発明に係る一装置の一態様の簡素化された模式図を示し、それは異なる機能を提供するように様々な構造に配置され得る。具体的には、図１４５Ａは、モーター／発電機１４５６０に連結された共通のクランクシャフト１４５６２に接続されたそれぞれのピストン１４５８０、１４５８２のロッド１４５６４、１４５６６を有する２つのシリンダー１４５０２、１４５０４を備えるシステム１４５００を示す。
図１４５Ａは、入口バルブ１４５７０、１４５７４をそれぞれ有するそれぞれのシリンダーを示し、それは気体−気体熱交換器１４５１４、１４５１８のそれぞれを通って流れる気体を受け取る。それぞれのシリンダーはまた、気液分離機１４５５６、１４５５８と連通するそれぞれの出口バルブ１４５７２、１４５７６をも含む。これらの気液分離機は、気体−気体熱交換器１４５１６、１４５２０のそれぞれと気体連通する。
既に詳述されているように、気液分離機は気液熱交換器１４５２２、１４５２４のそれぞれと液体連通し、ついで、ノズル１４５５４、１４５５２のそれぞれ（および選択的に液体ポンプおよび／または液体流バルブ）を通してシリンダー１４５０２、１４５０４のそれぞれを液体連通する。
図１４５Ａはさらに、気体パイプおよび多方向バルブ１４５０６、１４５０８、１４５１０および１４５１２を介して、お互いに、保存タンクと、システムの様々なポートと選択的に流体連通しているシリンダーをも示す。シリンダー入口バルブおよびシリンダー出口バルブの操作に加えて、そのような多方向バルブの操作は、コンピュータ読み出し可能保存媒体１４５９２に存在するプログラムに基づいて中央プロセッサによって調整され得る。
たとえば、図１４５ＢＡは、図１４５Ａの装置の異なる構成を示す表である。図１４５ＢＡの表はさらに、異なる構成における、システム要素と、個々の熱ノード１４６２５、１４５２８、１４５３０、１４５３２、１４５３４、１４５３６および１４５４０との間の相互関係をも示唆する。そのような熱ノードは、その表にさらに十分に示されているように、１つ以上の外部熱源、または、１つ以上の外部ヒートシンクを備え得る。考えられるそのような外部熱源の例は、以下に限定されるものではないが、熱ソーラー構造、地熱現象および近接熱放射工業プロセスを含む。考えられるそのような外部ヒートシンクの例は、以下に限定されるものではないが、環境（とりわけ、高地および／または高緯度）や地熱（雪または水の深さによる熱勾配）を含む。
図１４５ＢＢ〜ＢＧは、様々な構造における図１４５Ａの装置を通る気体の流れの極めて簡素化された記述である。たとえば、構造１においては、（図１４５ＢＢ）両方のシリンダーが圧縮機として作用する。気体は、周囲、タンク、または、別の低圧ステージから吸引される。ついで、圧縮中または圧縮前に液体を空気に噴霧することによって、気体は近等温で圧縮される。シリンダーに導入される液体の量が、圧縮気体の排出温度を制御する。加熱された圧縮気体がタンクまたは第二ステージに入る前または後に、加熱された圧縮気体から熱が取り出され得る。
構造２においては（図１４５ＢＣ）、両方のシリンダーが膨張機として作用する。タンクおよび／または他の圧縮気体のソース（たとえばより高圧なステージ）からシリンダーへ向けて圧縮気体がフィードされる。圧縮気体の圧力が、それと連通する物理的連結機構および／または発電機を駆動させる。直接的または間接的に、空調、冷蔵または冷却用に用いられ得る冷却気体および冷却液体をこのプロセスが生み出す。
構造３（図１４５ＢＤ）においては、１つのシリンダーが圧縮機として作用し、もう１つのシリンダーが膨張機として作用する。作用気体は閉鎖ループ内にある。気体は圧縮機内で圧縮され、高温気体と高温液体とを生み出す。ついで、圧縮気体は膨張機にフィードされる。膨張機に噴霧される液体、または圧縮気体は、外部熱源によって予熱され得て、正味の配送可能な機械的エネルギーを生成する。膨張機は、圧縮機を駆動させ、様々な形態でのエネルギー（例：電気的エネルギー／機械的エネルギー／油圧的エネルギー／空圧的エネルギー）を生成するために必要とされる動力を生み出す。
構造３においては、向流式熱交換器を通して気体が流れ得る。圧縮気体を予熱し、かつ、膨張気体を冷却するために向流式熱交換器が用いられ得る。
構造４においては（図１４５ＢＥ）、１つのシリンダーが圧縮機として作用し、もう１つのシリンダーが膨張機として作用する。気体は、周囲、タンク、または、別のステージから吸引される。ついで、気体は近等温で圧縮される。加熱された圧縮気体から熱が取り出され得るし、または、気体が膨張機にフィードされる前に追加の熱が気体流に加えられ得る。膨張機に噴霧される液体は、外部熱源によって予熱され得る。圧縮機を駆動させ、かつ、１つ以上の形態で（例：電気的エネルギー／機械的エネルギー／油圧的エネルギー／空圧的エネルギー）出力エネルギーを生成するために必要とされる動力を膨張機は生み出す。
本発明のある態様は、連続的な上記構造のいずれかで運転されてもよいし、または、断続的に構造と構造との間を切り替えてもよい。たとえば、構造間のそのような断続的な運転は、たとえば、特定の時間に保存ユニットから、および／または、保存ユニットに気体が流れるように、多方向バルブの状態にわたって電気的制御を必要とし得る。
さらに、本発明の態様に係るシステムは、上記構造の組み合わせで運転され得る。たとえば、図１４５ＢＦは、圧縮機と熱エンジン機能とを組み合わせる代替構造における、図１４５Ａのシステムを介した気体の流れの簡素化された図を示す。
あるそのような組み合わせられた構造においては、複数の入力を組み合わせる、または、複数の出力を生み出すように多方向バルブが構成され得る。図１４５ＢＦの組み合わせられた構造においては、多方向バルブの一つが、膨張機として作用する（右側の）シリンダーにだけでなく、保存タンクにも圧縮気体を出力する。
図１４５ＢＧは、膨張機と熱エンジン機能とを組み合わせる代替構造における、図１４５Ａのシステムを通した気体の流れの簡素化された図を示す。この構造においては、多方向バルブの一つが、圧縮機として作用する（左側の）シリンダーからだけでなく、保存タンクからも圧縮気体を受け取る。右側のシリンダーは、圧縮気体のこの組み合わせられた量の膨張からエネルギーを回収する機能を有する。
気体の流路が空いている構造の組み合わせを図１４５ＢＦ〜ＢＧは示すが、本発明の態様は本アプローチに限定されるものではない。図１４５ＢＣのタイプにおけるように、閉鎖回路内図の気体流と組み合わせられて、別の態様が、保存からの／保存へ向かう圧縮気体の流れを用い得る。
構造のある態様においては、始動装置が圧縮機の作動を起動するために用いられ得る。
本発明の態様は、大気圧までの圧縮気体の膨張に限定されるものではなく、ある状況下においては、気体は大気圧未満まで膨張され得る。本発明のさらなる態様は、大気温度から気体を圧縮することに限定されるものではなく、いくつかの状況下においては、圧縮のための入口ガスが大気温度未満であってもよい。
さらに、本発明は、図１４５Ａに示される具体的な装置に限定されるものではなく、変形が可能である。たとえば、いくつかの態様においては、追加の熱交換器とともに、または、熱交換器なしでシステムが運転され得る。特定の態様においては、１つ以上の同様のシステムと並列または直列に該システムが運転され得る。
また、図１４５Ａの特定の態様は２つのシリンダーが位相の不一致として運転されていることを示しているが、これは必須ではない。別の態様によれば、シリンダーは、お互いに同位相、および／または、他のステージと同位相で運転され得る。
１つ以上の様々な異なるネットワークと、システムの態様との接続によって、個々の源と行き先との間にエネルギーが流れ、異なる形態に変換され得る。図１４５Ｃ〜ＥＢの表は、そのようなエネルギー変換のプロセスおよび経路の例を示す。
熱エンジンとして作用し、かつ、熱エネルギーの形態で入力を受け取る本発明の態様は、ランキンサイクルを当てにする従来の型を置換する、または、補うように用いられ得る。たとえば、本発明に係る一態様は、ランキンサイクル蒸気タービンの代わりに、または、ランキンサイクル蒸気タービンに加えて、燃焼ベースの発電所または原子力ベースの発電所と組み合わせられ得る。
システムは、いかなる単一の形態にあるエネルギーを受け取るまたは出力することに限定されるものではない。むしろ、異なる形態の入力エネルギーを組み合わせる、および／または、多数の異なる形態に出力エネルギーを分ける能力をシステムは含み得る。図１４６に、そのような分配が簡素化された形態で記述されている。
具体的には、圧縮気体、加熱気体／液体、冷却気体／液体、物理的エネルギー、および／または、電気的エネルギーの形態における入力が組み合わせられ、示されるように、最終的には圧縮気体の形態におけるエネルギーを生み出し得る。選択的に、この圧縮気体は保存され、後で回収され得る。
圧縮気体の膨張においては（すぐのステージか、いくぶん間が空いた次のステージ）、そこから解放されたエネルギーは、複数の形態の出力間で分配され得る。たとえば、非熱的形態に対する熱的形態で解放されたエネルギー間で分配は起こり得る。たとえば注入される液体量によって、膨張気体によって経験される温度変化の規模を制御することによって、そのような分配が決定され得る。
ある状況下では（熱波のような）、熱的形態における大量のエネルギーが望ましくなり得る。それゆえに、圧縮気体は、実質的に非等温で膨張して、結果物として生じた冷却気体がユーザからの熱を吸収するために用いられ得る。熱交換のために膨張チャンバーに導入される液体量を制御することによって、そのような非等温膨張が実現され得る。
反対に、大量の非熱的出力が望まれるところでは、等温条件または近等温条件の下で膨張が起こり得る。そのようなエネルギー回収は、高い効率でのエネルギー回収に結びつくだろう。気体と、注入された液体との間の熱の移送によって、熱エネルギーが、液体の形態での出力となり得る。
さらなる別の分配は非等温エネルギーである。図１４６に示すように、電気的形態における出力と、機械的／油圧的／空圧的形態における出力との間で、非温度エネルギーが分配され得る。たとえば、回転シャフトまたは他の物理的連結機構は、いくぶんかの非熱出力エネルギーに電気を起こすために発電機を駆動させるギアシステム（たとえば、遊星ギアシステムのような多ノードギアシステム）と連結し得る。
図１４６は、ここで、熱エネルギーのさらなる別の分配を示す。具体的には、加熱気体および／または液体および／または冷却気体および／または液体の間で、膨張気体からの該熱エネルギーが分配され得る。異なる出力間での気体膨張からの結果であるエネルギーの分配は、図１４５ＢＡ〜ＥＢと関連して、存在する個々の経路に関して実現され得る。
上述の記載のある態様は、電力の保存、生成および変換を強調してきたが、本発明の態様に係るシステムの主な強調は、グリッドからの電力の低減された消費という追加された利点を伴う温度制御であり得る。そのような節約は、１）気体および／または分離された液体の冷却中／加熱中の電力を利用することによって、および／または、２）価格や需要のような経済的要因を利用する気体の保存および膨張をタイムシフトすることによって、実現され得る。
（付記１）
第一のタイプのエネルギーを受け取る工程と、
注入された液体の存在下での圧縮気体の膨張を利用し、前記第一のタイプのエネルギーを第二のタイプのエネルギーに変換する工程と、
を含む方法。
（付記２）
前記第一のタイプのエネルギーが前記圧縮気体を生成するために用いられるエネルギーを含み、かつ、前記第二のタイプのエネルギーが前記圧縮気体の形態での冷却を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記３）
前記第一のタイプのエネルギーが前記圧縮気体を生成するために用いられるエネルギーを含み、かつ、前記第二のタイプのエネルギーが前記圧縮気体によって冷却された前記注入された液体の形態での冷却を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記４）
前記第一のタイプのエネルギーが、機械的エネルギー、油圧的エネルギーまたは電気的エネルギーから選択される、
ことを特徴とする付記１または２に記載の方法。
（付記５）
前記第一のタイプのエネルギーが前記膨張中の気体に印加された熱を含み、かつ、前記第二のタイプのエネルギーが前記膨張中の気体によって冷却される前記注入された液体の形態における冷却を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記６）
前記第一のタイプのエネルギーが前記膨張中の気体に印加された熱を含み、かつ、前記第二のタイプのエネルギーが前記膨張中の気体の形態における冷却を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記７）
前記第一のタイプのエネルギーが前記膨張中の気体に印加された熱を含み、かつ、前記第二のタイプのエネルギーが物理的エネルギーである、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記８）
前記注入された液体の温度を上昇させることによって、前記熱が前記膨張中の気体に印加される、
ことを特徴とする付記５乃至７に記載の方法。
（付記９）
前記物理的エネルギーの少なくとも一部を電気的エネルギーに変換する工程をさらに含む、付記７に記載の方法。
（付記１０）
内部に可動式に配置された第一のピストンを有する第一のシリンダーと、
内部に可動式に配置された第二のピストンを有する第二のシリンダーと、
前記第一のシリンダーと前記第二のシリンダーとの間に向流式熱交換器を備える気体流ネットワークと、
前記第一のピストンおよび前記第二のピストンによって気体が圧縮される圧縮構造と、
前記第一のピストンおよび前記第二のピストンを駆動させることによって圧縮気体が膨張される膨張構造と、
前記第一のピストンおよび前記第二のピストンのうちの一方によって気体が圧縮される組み合わせ構造と、
を備え、
前記気体流ネットワークが、上記構造のうちの一つにおいて作動可能な複数の多方向バルブをさらに備え、
膨張中の気体が、前記第一のピストンまたは前記第二のピストンのうちのもう一方を駆動する、
装置。
（付記１１）
前記圧縮構造において、前記気体流ネットワークが、圧縮気体を保存ユニットに流すように構成された、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１２）
前記膨張構造において、前記気体流ネットワークが、圧縮気体を保存ユニットから流すように構成された、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１３）
前記組み合わせ構造において、前記気体流ネットワークが、圧縮気体を保存ユニットに流すように構成された、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１４）
前記組み合わせ構造において、前記気体流ネットワークが、圧縮気体を保存ユニットから流すように構成された、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１５）
前記組み合わせ構造において、前記気体流ネットワークが、膨張気体を出口に流すように構成された、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１６）
前記組み合わせ構造において、前記気体流ネットワークが、前記第一のシリンダーまたは前記第二のシリンダーのうちの一方において膨張した気体を、前記第一のシリンダーまたは前記第二のシリンダーのうちのもう一方に向けて流すように構成された、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１７）
前記組み合わせ構造において、前記気体流ネットワークが、前記向流式熱交換器を介して気体を流すように構成された、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１８）
前記第一のピストンおよび前記第二のピストンが、共通のクランクシャフトと機械的に連結している、
ことを特徴とする付記１０に記載の装置。
（付記１９）
前記共通のクランクシャフトと連結する発電機をさらに備える、付記１８に記載の装置。
（付記２０）
前記共通のクランクシャフトと連結するモーターをさらに備える、付記１８に記載の装置。
上述したように、本発明の１つ以上の態様は熱交換器構造を利用し得る。そのような熱交換器は、同一の状態にある材料（例：気体−気体熱交換器）間での熱交換を実行し得る。異なる状態にある材料（例：気液熱交換器）間での熱交換を実行し得る熱交換器もある。
図１８１は、本発明に係るエネルギーシステムに統合され得る熱交換器のタイプの一例の図を示す。たとえば、図１８１の熱交換器は、図１４５Ａに示す１つ以上の気体−気体熱交換器または気液熱交換器として用いられ得る。
図１８１は、熱交換器／熱ノードとして機能し得る、本発明に係る装置１８１００の一態様の簡素化された模式図を示す。図１８１の態様は、２つのステージ間（異なる圧力となり得る）、または、１つまたは２つの液体流と、１つ／２つの気体流との間の効果的な熱交換をもたらす。図１８１の態様はまた、外部熱源（例：太陽熱、地熱、燃料バーナー）またはヒートシンク（例：氷／雪）との効果的な熱交換をも可能にする。
装置１８１００の運転は以下のように進められ得る。１つまたは複数のノズル１８１０１を用いて、液体がチャンバー１８１２０に噴霧される。それは噴霧シャワー１８１１４を形成する。液体は、ドレイン配管１８１０３からチャンバーに向けて排出される。
１つまたは複数のノズル１８１０２を用いて、液体はチャンバー１８１２１に噴霧される。それは噴霧シャワー１８１１５を形成する。液体はドレイン配管１８１０４からチャンバーに向けて排出される。
チャンバー１８１２０においては、気体が気体ポート１８１０６から入り、噴霧シャワー１８１１４と熱交換し、気体ポート１８１０５を通って排出される。液滴落下に関連する気体のそのような向流の動き（例：ポート１８１０６からポート１８１０５への気体流）が熱交換を強め、気体流の圧力低下を導く。さらに、この構造においては、噴霧液滴の運動量と同様に、重力も、チャンバーからの液体の排出を強める。
別の構造においては、気体はポート１８１０５からチャンバーに向けてフィードされ、ポート１８１０６から排出され得る。気体と液体のそのような一緒の流れ（例：ポート１８１０５からポート１８１０６への気体流）は気体の圧力を上昇させ、気体流を強め得る。
瞬間の構造においては、気体は、気体ポート１８１０７からチャンバー１８１２１に入り、噴霧シャワー１８１１５と熱交換し、気体ポート１８１０８を通って排出される。液滴落下に関連する気体のそのような向流の動き（例：ポート１８１０７からポート１８１０８への気体流）が熱交換を強め、気体流の圧力低下を導く。さらに、この構造においては、噴霧液滴の運動量と同様に、重力も、チャンバーからの液体の排出を強める。
別の構造においては、気体はポート１８１０８からチャンバーに向けてフィードされ、ポート１８１０７から排出され得る。気体と液体のそのような一緒の流れ（例：ポート１８１０８からポート１８１０７への気体流）は気体の圧力を上昇させ、気体流を強め得る。
瞬間の構造においては、熱の流れの方向は以下の通りである。高温／低温噴霧液滴が気体によって冷却／加熱されている間、チャンバー１８１２０にフィードされた気体は液体噴霧液滴によって加熱／冷却される。冷却／加熱された液体はポート１８１０３を通して排出され、チャンバー１８１２１に向けて噴霧される。ついで、噴霧された液体が、チャンバー１８１２１にフィードされた気体を冷却／加熱する。液滴はこのプロセスにおいて加熱／冷却され、チャンバー１８１２０にフィードバックされる。
追加の熱エネルギーは、熱ノード１８１３１および１８１３２を介して、液体にフィードされる、または、液体から受け入れられないこともあり得る。この一例が、チャンバーに噴霧される前に液体を加熱する外部ヒーター（例：燃料バーナー、太陽熱、地熱）である。他の例は、システムに噴霧される前に液体を冷却する外部クーラー（例：深海低温ヒートシンク、雪／氷による熱交換）である。
気体流が飽和している場合、液体サイクルは閉鎖サイクルであり得る。追加の／補充中の液体は、流体連結機構１８１４１および１８１４２を介してシステムにフィードされ、蒸発した、漏れた、持ち出された液体を補い得る。
液体サイクルは、部分的に／完全に開放であってもよい。完全な開放サイクルでは、液体は液体連結機構１８１４１／１８１４２から入り、チャンバー１８１２０／１８１２１に噴霧され、ポート１８１０３／１８１０４を通して排出され、次に、液体連結機構１８１３２／１８１３１を通して放出される。
部分的な開放サイクルでは、外部流体が、循環している液体と組み合わせられる。そのような混合によって、追加の熱エネルギーの導入が可能になり、熱が、循環している液体から受け入れられないことが可能になり、および／または、循環している液体を加圧し得る。
２つのチャンバーの液体サイクルは分離され得る。そのような分離によって、異なる液体をチャンバーに噴霧することが可能になる。異なる液体の使用は、運転温度の範囲を効果的に調整し得る。
熱ノード／流体連結機構は、お互いに熱／流体を交換し得る。たとえば、流体連結機構１８１４３によって、熱ノード１８１３１と１８１３２との間の熱的コミュニケーションが可能になる。
２つの気体の間の直接的な混合がない場合もある。チャンバー１８１２０および１８１２１内の気体の圧力は異なっていてもよい。気体と液体との間の十分な交流を得るために、ポンプ／タービンが液圧を適切に変化させる必要があり得る。
油圧ポンプ１８１１１および１８１１２は、移送式ポンプまたは遠心分離機であり得る。ポンプは２つの分離されたモーターを有してもよいし、１つのモーター１８１５０を共有してもよい（図示されるように）。
あるチャンバー（例：チャンバー１８１２０）内の圧力が他のチャンバー（例：チャンバー１８１２１）内の圧力よりもはるかに高い場合、動力は、低圧チャンバーから高圧チャンバーへの液体を加圧する必要があり得る。しかしながら、加圧された液体が低圧チャンバーにフィードされる前に、加圧液体からエネルギーが回収され得る。
タービン（例：ポンプ／タービン１８１１２）は、機械的／電気的エネルギーを生成し得る。本タービンは連結機構１８１１３を介してポンプ／タービン１８１１１に機械的に連結され、ポンプモーターにかかる負荷を減少させ得る、または、たとえばモーター１８１５０がモーター／発電機を備える場所で電気的エネルギーを生成するために用いられ得る。
本発明にかかるある態様は、噴霧される液体を回収し得る。それゆえに、図１８１の装置は、図示されるような液体管を伴う気液分離機１８１５１−１８１５４を含む。
さまざまなあり得る運転のモードが図１８１Ａの表に記載される。ある態様においては、この装置は、気体清浄機／フィルターとしても用いられ得る。噴霧された液体シャワーが、気体から、ダスト／固体粒子／懸濁または溶かされた液滴を除去し得る。たとえば、ダスト粒子が噴霧された液体シャワーに溶かされ、ポート１８１０３および１８１０４を通して排出され得る。
本発明に係る装置の態様はまた、液体状態にある材料と気体状態にある材料との間の質量を移送するため、および／または、そのような材料間の化学反応を誘起または強めるためにも用いられ得る。たとえば、本態様は、空気を加湿するまたは空気を除湿するために用いられ得る（例：水に塩を添加することによって）。別の可能な応用は、酸素を水中に移送する、または、化学処理のために化学物質を空気／水に添加することである。
本発明の態様に係る装置は、物理的な摩耗条件による劣化や、また、たとえば水への露出のような化学的な腐食による劣化による影響を受け得る。ある態様においては、被覆の使用、および／または、耐食添加剤の使用を通した特定材料からの構成の組み立てによって、そのような劣化が低減または防止され得る。
さまざまなタイプの耐食材料が本発明の態様において用いられる液体に添加され得る。例は、アノード抑制剤およびカソード抑制剤を含むが、これらに限定されるものではない。具体的なアノード抑制剤のリストは、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩化物（ＡＤＢＡＣ）、ヘキサミン、ベンゾトリアゾール、フェニレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、ポリアニリン、亜硝酸ナトリウムを含む亜硝酸塩、桂皮アルデヒド、亜鉛酸化物を含む金属酸化物、アルデヒドおよびアミン（イミン）の縮合生成物、揮発性アミン、クロム酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩、ヒドラジン、アスコルビン酸、殺菌剤および殺生物剤を含むが、これらに限定されるものではない。
さらに、多数の異なるタイプの材料が、物理的摩耗および／または化学的腐食に対する耐性をもたらし得る。装置の１つ以上の構成要素が、そのような材料から、全部または一部組み立てられ得る。例は、ステンレス鋼（構成材料または被覆のいずれかとして）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被覆、および複合材料を含む。
概して、複合材料は、連続相（通常マトリクスと呼ばれる）および強化相を含む。マトリクスとしてのセラミック材料を有する複合材料はセラミックマトリクス複合材料（ＣＭＣ）として知られる。マトリクスとしての金属材料を有する複合材料は金属マトリクス複合材料（ＭＭＣ）として知られる。マトリクスとしてのポリマーを有する複合材料はポリマーマトリクス複合材料（ＰＭＣ）として知られる。
ＰＭＣは熱可塑性材料を備え得て、その例は、ポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン、およびポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）を含むが、これらに限定されるものではない。ＰＭＣはまた熱硬化性材料をも備え得て、その例は、ポリエステル、エポキシ、およびフェノール類を含むが、これらに限定されるものではない。
複合材料の強化相は、粒子および／または繊維を備え得る。繊維の例が以下に示され、さまざまな長さを有し得る。そのような繊維は織物としての長さに対して一方向に配置されるか、または、長さ方向に対して不規則に配置され得る。強化相は、結果物としての複合材料の強度／剛性を向上させる、および／または、材料の耐クリープ性を向上させる機能を有し得る。
複合材料のさまざまな構成成分が材料に対する所望の特性をもたらし得て、それは、腐食を低減すること、耐摩耗性を向上させること、熱伝導率を変えること、および、摩擦係数を低下させることおよび／または転移膜を形成することによって内部潤滑を高めることを含むが、これらに限定されるものではない。
本発明の態様において有用であり得る複合材料の被覆用の可能性のある候補の具体的名例は、強化用、潤滑用、および／または耐食性のような他の目的用の、マトリクスの一部としての構成成分として以下の１つ以上を含み得る。
・グラファイトおよび／またはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を含む炭素含有材料。
・ニッケル、ホウ素、および／または、ＮｉＢ、Ｎｉ２Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、Ｎｉ４Ｂ３、Ｎｉ３Ｂ２、ＮｉＢ２、ＮｉＢ１２、Ｎｉ２Ｂ３、ＮｉＢを含むが、これらに限定されないホウ化ニッケル。
・ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を含むポリエチレン、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥＫ）、ポリ（フェニレン硫化物）（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、脂肪族ポリケトン（ＡＰＫ）、ポリエステル、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）。
・黄銅、ＣｕＯ、ＣｕＳおよび／またはＣｕＦ２を含むがこれらに限定されない銅化合物のような銅含有材料。
・ＴｉＯ２、ＺｒＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３を含むがこれらに限定されない金属酸化物。
・アラミド繊維（ＡＦ）、炭素繊維（ＣＦ）、玄武岩繊維（ＢＦ）、およびガラス繊維強化（ＧＦＲ）材料を含むガラス繊維（ＧＦ）を含むがこれらに限定されない、様々な長さの繊維。
・ＭｏＳ２を含むがこれらに限定されないモリブデン含有材料。
耐摩耗性／耐食性をもたらすことに加えて、複合材料は、本発明に係る態様における他の使用に供され得る。たとえば、ある態様においては、気体貯蔵器が複合材料を備え得る。そのような複合材料の一例は、金属線または玄武岩繊維の形態における強化相を含み得る。高圧で気体を貯蔵する能力を維持しつつ、そのような複合材料が貯蔵タンクの重量およびコストを低減し得る。
他の技術もまた、貯蔵ユニットの性能を向上させるために用いられ得る。たとえば、ある態様は、気体膨張からのエネルギーを利用して、液体流を貯蔵タンクに運び得て、そのことによって、気体が貯蔵タンク内部に流れる時に、貯蔵タンク内における略一定の圧力を維持する。
従来、膨張中は、貯蔵された気体は所定の圧力から始まり、システムが作動し、気体供給が激減するにつれて、圧力は時間とともに減少する。しかしながら、気体圧力が降下するとともに、システムの効率が減少する。
一方、図１４１は、この不効率を防止するために用いられ得るシステムの一態様の簡素化された図を示す。具体的には、システム１４１００においては、膨張中に解放される空気量を穴埋めするためにタンクに液体を注入することによって効率が向上される。この方法においては、気体供給が激減しても、タンク内の圧力はおおよそ一定のままである。
ある態様においては、膨張中の気体によって駆動される可動部材１４１０８（ここでは往復ピストン）の動作によって作動される同一の連結機構２０３０６（ここではクランクシャフト）によってポンプ１４１０４が駆動され得る。ある態様においては、このポンプは、気体膨張／圧縮装置１４１１０に似た構成要素（例：シリンダー、ピストン、バルブ）を特徴づけ得る。
気体圧縮の間は、逆のメカニズムが用いられる。すなわち、圧縮気体が膨張機／圧縮機１４１１０から加えられるにつれて、気体貯蔵タンク１４１０２から液体が除去される。タンクから除去された液体は高圧であり、ピストン１４１１２および油圧モーターとして作動する連結機構を駆動するために用いられ、流入気体を圧縮するために必要な動力の量を減少し得る。
本発明に係るある態様は、貯蔵ユニット内部の圧力を安定させる気体を流す空圧原理によって作動するポンプ／モーター要素を特徴づけ得る。貯蔵ユニットは、２つの区画を画定する可動式の壁を含み得る。
（付記１）
チャンバーの内部で膨張する、気体貯蔵ユニットからの気体に応答して可動する部材をその内部に配置する、前記気体貯蔵ユニットと選択的に流体連通する前記チャンバーと、
前記気体貯蔵ユニットと選択的に圧力連通するポンプと、
前記部材と前記ポンプとの間の連結機構と、
を備え、
前記チャンバー内部で膨張する気体が前記ポンプを駆動し、前記気体貯蔵ユニット内部の圧力を安定化する、
ことを特徴とするシステム。
（付記２）
前記部材がピストンを備え、前記連結機構が、往復ピストンの動作をシャフトのトルクに変換するように構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記３）
前記連結機構がクランクシャフトを備える、
ことを特徴とする付記２に記載のシステム。
（付記４）
前記チャンバー内部で膨張する気体に液体を注入するように構成された要素をさらに備える、付記２に記載のシステム。
（付記５）
前記連結機構が、発電機と連結する、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記６）
前記ポンプが、前記気体貯蔵ユニットに液体を流すように構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
本発明のいくつかの態様は、暖かさの形態での流入熱エネルギーを、冷たさの形態での流出熱エネルギーに変換し得るある装置を利用し得る。そのような装置の一例が吸収式冷凍機であり、液体吸着剤（たとえば、アンモニアまたは臭化リチウム水溶液）によって取り込まれた湿気によって、温度の低下がもたらされる（冷却）。脱着は逆のプロセスであり、暖かさの形態での流入熱エネルギーの活用が液体吸着剤を解放し、それによって液体吸着剤を再生成し、次の冷却サイクルが可能となる。液体吸着剤は、熱交換用に注入される同一の液体であってもよいが、同じである必要はない。別の態様も吸着プロセスを用い得て、吸着剤は液体よりも固体材料（例：シリカ）である。
本発明のある態様によれば、効率的な熱交換によって望ましい大きな表面積を示す小さな液滴が、圧縮中または膨張中の気体に導入され、旋回液体流と、偏向板上での衝突と組み合わせるノズル設計を用い得る。図１４８ＡＡ〜Ｂは、液滴形成に関するそのような構造の効果を模式的に示すさまざまな図を示す。
具体的には、本発明の特定の態様は、第一の（旋回）構造１４８０４に存在するらせん形の経路１４８０２を用いて水を流す旋回動作をもたらす。この旋回動作が、第二の（偏向）構造１４８１０の軸棒、ここでは首部１４８０８の周囲の流線型の水流１４８０６を生み出す。
そのようならせん状の経路の数は特定の態様ごとに変わり得る。たとえば、図１４８ＡＡの態様はそのようならせん状の経路が４つ有する構造を示すが、これは必須ではない。たとえば図１４８ＡＢ〜ＡＥに示される別の態様は、異なる数（２つ）のらせん状の経路を特徴づけ得る。
図１４８ＡＢ〜ＡＥは、本発明の態様に係る旋回ノズルを通した液体の例示的な流路を示すさまざまな図を示す。具体的には、液体の流路は最初に、挿入部（図１４８ＡＤ〜ＡＥにおける点ＡおよびＡ’）の裏面１４８０４ａに存在する凹部１４８０１に入る。ついで、液流は挿入部の周縁部を固定された半径でらせん状の経路１４８０２をたどり、らせん状の経路（図１４８ＡＤ〜ＡＥにおける点ＢおよびＢ’）から出てくる。この距離にわたって、流れる液体は角運動量を得る。
その後、液体の流路は、偏向板の首部と、本体の周囲の材料との間（図１４８ＡＤ〜ＡＥにおける点ＣおよびＣ’）に画定されるドーナツ型をした出口開口部１４８２０に移動する。それぞれの流路のセグメント（Ｂ−Ｃ、Ｂ’−Ｃ’）にわたって、ドーナツ型をした出口開口部の減少した半径方向距離によって、らせん状の経路の出口の半径方向の距離に対して、液体は角速度成分を得る。
さらに、らせん状の経路によって前にもたらされる現存する角運動量の保存によって、セグメント（Ｂ−Ｃ、Ｂ’−Ｃ）にわたって、流路の半径が減少するにつれて、角速度成分が増加する。この増加する接線速度成分が、液流を直線にし、偏向板の首部の周囲を旋回させ、出口開口部から出るのに役立つ。
ドーナツ状の出口開口部から出る際、偏向板１４８１０の表面１４８１０ａに到達するまで液体は直線方向に進む。この偏向面（図１４８ＡＤ〜ＡＥにおける点ＤおよびＤ’のそれぞれ）に衝突する際、液流は、偏向板の表面にわたって移動し続ける。
具体的には、図１４８Ｂは、偏向板構造の表面１４８１２上での旋回液流による衝突が、表面１４８１２の全体（固体境界面と空気との間）にわたって水の薄膜１４８１４に広がることを示す。この膜は、それが偏向板の端に達するにつれて、より薄くなる。最終的にはこの膜は偏向板から出て、細かく砕けて小さな液滴１４８１６になる。
図１４８ＣＡ〜ＣＢは、ノズル本体１４９５２の対応するキャビティ１４９５０内部に位置する、第一の（旋回）構造１４８０４および第二の（偏向）構造１４９１０のそれぞれの組立図および拡大図を示す。
図１４８Ａ〜Ｂの方法で旋回流を示すノズル設計によってもたらされる一つの潜在的な長所は、ノズルを通して液体を移動させるために必要とされるエネルギー量の減少である。具体的には、近直角で偏向面に衝突するよりもむしろ（図１００Ａ〜Ｊのノズル態様を伴うケースのように）、旋回液流は、より大きな角度で偏向面に衝突する。これによって、流れる液体にもたらされる運動量変化の大きさが低減され、それゆえに対応するエネルギー損失も低減される。
偏向板上での衝突と組み合わせられる液体の回転運動に由来する短い崩壊長さが、多くの有益な効果をもたらし得る。そのような効果の一つが、ピストンヘッドまたはシリンダー壁のような固体表面にぶつかる前に、結果物として生じる小さな液滴が圧縮中または膨張中の気体にさらされる時間を長くするということである。そのような長い時間にわたる露出によって、圧縮中または膨張中の気体とのより大きな熱交換の機会をもたらす。
短い崩壊長さの別の潜在的な長所は、液滴と気体との均一な混合を望ましくなく妨害し得る、シリンダー内部の局所的な圧力差の低減である。たとえば、連続的なシートの形態における液体は、気体の自由な循環に対する障壁として機能し、局所的な圧力差の急速な平衡を妨げ得る。
いくつかの場合、連続的な液体シートの存在が、シリンダーヘッド近傍における低圧ポケットの形成を促し得る。これらの低圧ポケットは、順々に、シリンダー壁に向かう液体を引き込み、さらなる崩壊を抑制し、かつ壁に沿った液滴の再凝集さえ引き起こし得る。両方の効果ともに、気液熱交換を促進する観点からは望ましくない。
それに対して、本発明の態様は、液流に回転運動をもたらすことと、偏向面への液流の衝突と、の両方によって、連続的な液体シートの安定性を壊そうとする。結果的に生じる小さな液滴は、気体の自由流に対する障壁を形成せず、平衡化を促し、局所的な圧力差を解決する。
本発明に係るノズルの態様によって、従来のアトマイザーを超えるある長所がもたらされ得る。たとえば、そのような従来の設計は、概して、ノズルの固体壁の間に非常に薄い液体シートを形成する。しかしながら、２つの固体壁の間のそのような薄膜を形成することによって、たとえば、機械加工、ノズルの目詰まり、および／または、圧力降下に関してのいくつかの困難がもたらされ得る。加えて、そのような従来のノズルのシート厚さおよび液滴粒径は、幾何学的な寸法および機械加工の許容差に対して敏感であり得る。
さらに、本発明に係るノズルの態様はまた、従来の旋回アトマイザー設計を超える、ある長所をもたらし得る。たとえば、従来の旋回アトマイザーにおいては、旋回運動が、液体の内壁への付着を引き起こす。ついで、出口オリフィスにおける固体境界面と空気との間で液体が薄く伸ばされる。
いったんシートがそのような従来の旋回アトマイザーのオリフィスから出ると、それは薄い液体シートの中空の円錐を形成し、それは砕けて細かな液滴になる。しかしながら、従来の旋回ノズルの円錐角は概して小さい（１００°未満）。それに対して、上述の態様における偏向板の組み込みは円錐角を増加させ得る。
多くの旋回ノズル設計が作られ、それらの性能が試験された。図１４９Ａ〜ＤＢは、全体的な旋回ノズルのさまざまな図面を示す。具体的には、旋回ノズルは、内側に角度をつけられた表面１４９０３を含む本体１４９０２を備え、および、それは第一のより大きな入口開口部１４９０６を有するキャビティ１４９０４を画定し、および、第二のより小さな出口開口部１４９０８を画定する。らせん形の（ｈｅｌｉｃａｌ）流路１４９１４と流体連通する刻み目１４９１２を有する裏面１４９０９を特徴づける旋回挿入部１４９１０がキャビティ１４９０４内部に位置する。
図１４９ＤＡ〜ＤＢは、旋回挿入部の表面１４９１１の異なる図面を示す。具体的には、図１４９ＤＡ〜ＤＢは、らせん形の（ｓｐｉｒａｌ）流路と流体連通する出口開口部１４９１３を備えるこの表面１４９１１を示す。表面１４９１１は、さらに凹部１４９１５を備え、その角度を有する表面１４９１７は、対向する、本体１４９０２の角度を有する内面１４９０３と組み合わせられ、速度上昇部分１４９６０を画定する。
具体的には、液流は、挿入部および本体によってもたらされる対向する表面１４９１７および１４９０３の間に画定される通路１４９６０を通って流れる。通路１４９６０によって、流入液体に対して、らせん形の（ｓｐｉｒａｌ）流路１４９１４よりも小さな断面積がもたらされるので、液体の流速が大きくなる。
加えて、らせん形の流路は、出口開口部１４９０８よりも大きな、軸からの半径方向の距離を有する。それゆえに、接線方向の運動量保存に基づき、それが出口開口部１４９０８に向かって動くにつれて、液体の接線方向の速度が増す。
加えて、表面１４９１７および１４９０３のそれぞれが、お互いに異なる角度で傾いている。具体的には、この具体的な態様においては、表面１４９０３は１５°の角度で傾く一方、表面１４９１７は３０°の角度で傾く。
この形状は、液体が通路１４９６０を通って流れるにつれて、より小さな断面積をもたらすように配置される。具体的には、速度上昇部分の入口の断面積は、速度上昇部分の出口を形成する間隔の断面積よりも、略小さい。
ノズルの速度上昇部分への入口および出口の相対的な断面積に基づいて、図１４９Ａ〜ＤＢの態様の構造は、液体によってもたらされる圧力降下の大きさを低減する。そのような低減された圧力降下は、液体がノズルを通るようにするのに必要とされるエネルギー量を、望ましく低減し得る。加えて、本構造は、ノズルから出る液体の中空円錐シートを作るような速度ベクトルプロファイルを引き起こしつつ、キャビテーションの発生を望ましく低減し得る。
態様１〜８で行われた実験は、ノズルのさまざまな態様の性能が、幾何学的寸法および機械加工の許容差にそれほど強く敏感ではないことを示す。固定された圧力でノズルを通る流速は、らせん形の（ｈｅｌｉｃａｌ）流路の数に左右される。
傾いている表面１４９２２を有する偏向板１４９２０を支持する首部１４９１８を備える偏向挿入部１４９１６が、旋回挿入部１４９１０内の開口部１４９２４を通して配置される。本体１４９０２、および、噴霧液滴を生成するそれらの挿入部１４９１０、１４９１６を通る液体の流れが、図１４８ＡＡ〜ＣＢと関連して上述されるように概して発生する。
図１４９Ａ〜Ｂは、多くの構成要素を用いるキャビティ内部に固定されている挿入部１４９１０、１４９１６を示す。具体的には、旋回挿入部１４９１０は、ブラケット１４９３０およびそれに対応するピン１４９３２を活用する本体１４９０２に固定される。ブラケットの補完的な前側の機構と結合するように構成される、盛り上がったまたは凹んだ後側の機構（ここでは図示せず）によって、旋回挿入部１４９１０の回転が防がれ得る。
偏向挿入部１４９１６は、旋回挿入部とのネジによる係合によって固定され、ロックナット１４９４０を用いて定位置に固定される。偏向挿入部１４９１６と本体１４９０２との間の相対的な間隔は、このネジによる係合によって調整され得る。そのような相対的な間隔が、たとえば、液体が出る隙間の寸法を決定し得る。
さらに、ノズル設計は、本体と挿入偏向挿入部１４９１６との間の間隔を調整するための第二の機構をもたらす。具体的には、固定された厚さを有するシム１４９４２（ここでは４つのワッシャー）が、偏向挿入部１４９１６および旋回挿入部１４９１０を備える部品の本体に対する位置を調整するために用いられ得る。
その内部に固定される挿入部１４９１０、１４９１６を有する本体１４９０２は、マニフォールド１４９５０からの液流を受け取り得る。このマニフォールドは、ねじ１４９５４を用いる本体１４９０２内の孔１４９５２に固定され得る。
本発明に係る噴霧ノズルの態様は、具体的な性能特徴を発揮し得る。性能特徴の一つが液滴粒径である。
液滴粒径は、ＤＶ５０、ザウター平均粒子径（ＳＭＤ、Ｄ３２、ｄ３２またはＤ［３，２］とも呼ばれる）、または、他の測定単位を用いて測定され得る。本発明に係るノズルの態様は、約１０〜３００ミクロンの範囲内のＳＭＤを有する液滴を生成し得る。本発明に係るノズルの態様によって生成される液滴粒径の例は、約３００ミクロン、２５０ミクロン、２００ミクロン、１５０ミクロン、１００ミクロン、５０ミクロン、２５ミクロン、１０ミクロンのＳＭＤを有するものを含むが、これらに限定されるものではない。
本発明の態様に係る液体噴霧ノズルの別の性能特徴は流速である。本発明に係る態様は、約２０リットル／秒と約０．０１リットル／秒との間の流速をもたらし得る。本発明に係るノズルの態様の流速の例は、２０、１０、５、２、１、０．５、０．２５、０．１、０．０５、０．０２および０．０１リットル／秒である。
本発明の態様に係る液体噴霧ノズルの別の性能特徴は崩壊長さである。本発明に係るノズルの態様による液体の量は、約１ｍｍと約１００ｍｍとの間の崩壊長さを示し得る。本発明に係るノズルからの液体の噴霧の崩壊長さの例は、１００、５０、２５、１０、５、２および１ｍｍを含む。
本発明に係るノズルの態様は、異なるタイプの噴霧パターンを生成し得る。本発明に係るノズル態様によって生成され得る噴霧パターンの例は、中空円錐、中実円錐、流線型、シングルファンおよび複数ファンを含むが、これらに限定されるものではない。
本発明に係るノズルの態様は、約２０°と約１８０°との間の噴霧円錐角をもたらし得る。そのような噴霧円錐角の例は、２０°、５０°、９０°、１２０°、１４０°、１５０°、１５５°、１６０°、１６５°、１７０°、１７５°および１８０°を含むが、これらに限定されるものではない。
液滴のらせん状分布は、本発明の態様に係る液体噴霧ノズルの別の性能特徴を示す。液滴のらせん状分布を測定するための方法の一つは、シートから逸れる液滴のほとんどを含むシート断面または円錐断面の角度を測定することである。本発明の態様に係るノズル設計においては、この角度は０°と９０°との間であり得る。本発明の態様によっておそらくもたらされるそのような角度の例は、０°、１°、２°、３°、４°、５°、７．５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、４５°、６０°、７５°または９０°を含むが、これらに限定されるものではない。
本発明のある態様によれば、熱交換を効果的に行うためにチャンバーに導入される液体の量を調節することが重要であり得る。理想的な量は、気体および液体の熱容量を含む多くの因子、および、圧縮中または膨張中の温度の望ましい変化に左右され得る。
導入される液体の量はまた、噴霧ノズルによって形成される液滴粒径に左右され得る。導入される液体の量の測定の一つは、チャンバー内の気体のモル数に対する、全液滴の合計表面積の比である。平方メートル／モルで表されるこの比は、約１から２５０以上の範囲となり得る。本発明の態様における使用に好適であり得るこの比の例は、１、２、５、１０、１５、２５、３０、５０、１００、１２５、１５０、２００または２５０を含む。
図１４９ＣＡ〜ＣＢは、特定の寸法を含むノズル設計の全体図を示す。具体的な旋回ノズル設計が、以下の表に示されるそれらの寸法の変動を表す。
（旋回ノズル態様１〜８）
Ｄ４＝１２．７ｍｍ、Ａ１＝１５°、Ａ２＝３０°、Ｌ６＝４．５７ｍｍ、Ａ７＝９．１×１０−７ｍ２、らせんピッチ＝２０ｍｍ／ターン
態様３、５〜８のノズル設計においては、図１４９ＣＡの破線で示されるように、寸法Ｄ３によって表される最も広い点の後で、偏向板はある角度でテーパーを有する。このテーパーは、コアンダ効果に寄与する水曲がり（ｗａｔｅｒ ｂｅｎｄｉｎｇ）だけでなく、滴下も低減する。
これらの態様のいくつかをテストする手順が以下に詳細に記載される。態様１の性能を評価する際には、ストップウォッチおよびメスシリンダーを用いて累積体積を測定することによって、流速が圧力に比例した。結果は、圧力が１３２．５ｐｓｉｇの時に流速が７５．９４ミリリットル／秒、圧力が１８０ｐｓｉｇの時に流速が８９．２ミリリットル／秒であった。
ノズル性能を評価するための実験の設定が図１５０Ａ〜Ｂに示されるように作られた。図１５０Ｃは、座標系および視野の簡素化された図を示し、寸法は正確ではない。
テストされた１０５ＰＳＩＧおよび２０５ＰＳＩＧの水圧でさまざまなテストが行われた。ノズル表面とｘ−ｙ平面との間の角度は、本テストにおいては１３．２°である。以下の表は、さまざまな実験に対するテスト条件を要約する。
以下の表はノズル態様１の性能を要約する。
テスト番号３および４に関しては、小さな液滴の認識の不足が、液滴粒径分布の信頼性を減少させ得る。
図１５１は、２０５ＰＳＩＧの圧力における態様１の噴霧の構造を示す。具体的には、図１５１は、同時には撮影されなかった２つの瞬間影像に由来する全体的な流れの構造を示す。
２０５ＰＳＩＧの圧力における態様１の速度場が以下の表に記載され、それは３００の瞬間速度場を伴うテスト番号３および６からの平均速度を示す。
図１５２Ａは、テスト番号３および６からの２０５ＰＳＩＧの平均速度ベクトルを示す。線は、ｘ＝−３．１ｍｍである図１５３における速度プロファイルの位置を示す。図１５２Ｂは、テスト番号３および６からの２０５ＰＳＩＧのＲＭＳ速度ベクトルを示す。
図１５３は、テスト番号３におけるｘ＝−３．１ｍｍに沿った速度の大きさのプロファイルを示す。Ｙポジション（ｍｍ）は横軸に沿ってプロットされる。速度の大きさ（ｍ／秒）は縦軸に沿ってプロットされる。赤い線は平均速度であり、緑の線はＲＭＳ速度である。
以下に示すように、態様１における２０５ＰＳＩＧの圧力において液滴粒径が解析された。テスト番号３に関しては、ＦＯＶの下半分のみによって、液滴粒径の解析が行われた。
図１５４Ａは、テスト番号３から認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円および破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１５４Ｂは液滴粒径のヒストグラムを示す。
以下の表は液滴粒径の統計を示す。
小さな液滴が認識されない一方、これは、大きな液滴の分布に関するいくつかのアイデアを与える。
図１５５Ａは、テスト番号６から認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。
図１５５Ｂは液滴粒径のヒストグラムを示す。以下の表は液滴粒径の統計を示す。
繰り返しになるが、小さな液滴が認識されない一方、これは、大きな液滴の分布に関するいくつかのアイデアを与える。
テスト番号７〜１０における液滴粒径も解析された。図１５６Ａは、テスト番号７（ｚ＝０ｍｍ、シート角度＝１３．２°）の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１５６Ｂは、テスト番号７の液滴粒径のヒストグラムを示す。
以下の表はテスト番号７〜１０の液滴粒径の統計を示す。
図１５７は、テスト番号７〜１０のｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布を示す。Ｄ３２のラインおよび液滴ラインの数は、ｚ＝０ｍｍ（シート角度：１３．２°）で最大に達する。液滴ラインの数に由来する半値全幅（ＦＷＨＭ）によって定義されるシート厚さは約５．６ｍｍである。
上述のように、ノズル態様１もまた、１０５ＰＳＩＧという低い方の圧力でテストされた。図１５８は、同時には撮られなかった２つの瞬間影像からの流れの構造を示す。
態様１のノズル設計のより低い圧力のテスト番号４および５に関する速度場が以下に表に示される。
テスト番号４および５の平均速度場およびＲＭＳ速度場が図１５９Ａに示される。赤い線は、ｘ＝−３．１ｍｍにおける形状Ｑ内の速度プロファイルの位置を示す。図１５９Ｂは、テスト番号４および５のＲＭＳ速度ベクトルを示す。
図１６０は、テスト番号４におけるｘ＝−３．１ｍｍのラインに沿った速度の大きさのプロファイルをプロットする。Ｙの位置（ｍｍ）は横軸に沿ってプロットされる。速度の大きさ（ｍ／秒）は、縦軸に沿ってプロットされる。赤い線が平均速度であり、緑の線がＲＭＳ速度である。
以下に示すように、態様１における１０５ＰＳＩＧという低い方の圧力で液滴粒径が解析された。テスト番号４に関しては、ＦＯＶの下半分のみによって、液滴粒径の解析が行われた。
図１６１Ａは、テスト番号４の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１６１Ｂは、液滴粒径のヒストグラムを示す。
以下の表は、テスト番号４の統計結果を示す。
繰り返しになるが、小さな液滴が認識されない一方、これは、大きな液滴の分布に関するいくつかのアイデアを与える。
図１６２Ａは、テスト番号５の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１６２Ｂは、液滴粒径のヒストグラムを示す。
以下の表は、テスト番号５の統計結果を示す。
繰り返しになるが、小さな液滴が認識されない一方、これは、大きな液滴の分布に関するいくつかのアイデアを与える。
テスト番号１１〜１９における液滴粒径もまた解析された。図１６３Ａは、テスト番号１５（ｚ＝４ｍｍ、シート角度＝１６．２°）の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１６２Ｂは、テスト番号１５の液滴粒径のヒストグラムを示す。
以下の表はテスト番号１１〜１９の液滴粒径の統計を示す。
図１６４は、テスト番号１１〜１９のｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布を示す。Ｄ３２のラインおよび液滴ラインの数は、ｚ＝４ｍｍ（シート角度１６．２）で最大に達する。液滴ラインの数に由来する半値全幅（ＦＷＨＭ）によって定義されるシート厚さは８．３ｍｍである。
態様１のノズルに関する水圧に対する出口速度が図１６５にプロットされる。以下の表は、水圧に対する出口速度を列挙する。
上述のように、ノズル設計の第二の態様（態様２）は態様１と似た特徴を有したが、いくつかの異なる寸法を有する。この態様２の性能を評価する際には、ストップウォッチおよびメスシリンダーを用いて累積体積を測定することによって、流速が圧力に比例した。結果は、圧力が６１ｐｓｉｇの時に流速が３３．０５ミリリットル／秒、圧力が１０５ｐｓｉｇの時に流速が４３．８７ミリリットル／秒、圧力が２００ｐｓｉｇの時に流速が６０．４３ミリリットル／秒であった。
ノズル性能を評価するための実験の設定が図１６６Ａ〜Ｂに示されるように作られた。図１６６Ｃは、座標系および視野の簡素化された図を示し、寸法は正確ではない。
テストされた１００ＰＳＩＧおよび２００ＰＳＩＧの水圧でさまざまなテストが行われた。ノズル表面とｘ−ｙ平面との間の角度は、本テストにおいては１６°である。以下の表は、さまざまな実験に対するテスト条件を要約する。
以下の表は、ノズル態様２の性能を要約する。
括弧内の数値は別の数値を示す。
図１６７は、２００ＰＳＩＧの圧力における態様２の噴霧の構造を示す。具体的には、図１６７は、同時には撮られなかった２つの瞬間影像からの全体的な流れの構造を示す。
２００ＰＳＩＧの圧力における態様２の速度場が以下の表に記載され、それは、３００の瞬間速度場を伴うテスト番号２および３の平均速度を示す。
図１６８Ａは、テスト番号２および３の平均速度ベクトルを示す。線は、図１６９における速度プロファイルのｘ＝−３．１ｍｍにおける位置を示す。図１６８Ｂは、テスト番号２および３のＲＭＳ速度ベクトルを示す。
図１６９は、テスト番号２におけるｘ＝−３．１ｍｍのラインに沿った速度の大きさのプロファイルを示す。Ｙの位置（ｍｍ）は横軸に沿ってプロットされる。速度の大きさ（ｍ／秒）は縦軸に沿ってプロットされる。赤い線は平均速度であり、緑の線はＲＭＳ速度である。
以下に示すように、態様２における２００ＰＳＩＧの圧力で液滴粒径が解析された。テスト番号２および３に関しては、ＦＯＶ測定は液滴粒径解析に好適ではなく、そのために報告されていない。
図１７０Ａは、テスト番号８（ｚ＝３ｍｍ、シート角度＝１８．３°）の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１７０Ｂは、テスト番号８の液滴粒径のヒストグラムを示す。
図１７１Ａは、テスト番号１１（ｚ＝６ｍｍ、シート角度＝２０．５°）の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１７１Ｂは、テスト番号１１の液滴粒径のヒストグラムを示す。
以下の表は、テスト番号５〜１５の液滴粒径の統計を示す。
図１７２は、テスト番号５〜１５のｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布を示す。液滴ラインの数はｚ＝３ｍｍ（シート角度は１８．３°）で最大に達する。液滴ラインの数に由来する半値全幅（ＦＷＨＭ）によって定義されるシート厚さは約１０．２ｍｍである。Ｄ３２のラインからのシート角度およびＦＷＨＭは２０．５°および１８ｍｍである。
プロファイルが測定データから遠く離れて延ばされなければならないので、Ｄ３２のラインからのシート厚さ決定の正確さは減少し得る。シートの中心から遠く離れた液滴はそれほど多くないかもしれないので、Ｄ３２のラインから決定されるシート厚さは有用ではないかもしれない。
上述のように、ノズル態様２もまた、１００ｐｓｉｇという低い方の圧力でテストされた。図１７３は、同時に撮られなかった２つの瞬間影像からの流れの構造を示す。
以下の表は、３００の瞬間速度場を伴うテスト番号１および４の平均速度を示す。
図１７４Ａは、テスト番号１および４の１００ＰＳＩＧの平均速度ベクトルを示す。赤い線は図１７５におけるｘ＝−３．１ｍｍにおける速度プロファイルの位置を示す。図１７４Ｂは、テスト番号１および４の１００ＰＳＩＧのＲＭＳ速度ベクトルを示す。
図１７５は、テスト番号１におけるｘ＝−３．１ｍｍのラインに沿った速度の大きさのプロファイルを示す。速度の大きさ（ｍ／秒）は縦軸にプロットされる。赤い線は平均速度であり、緑の線はＲＭＳ速度である。
以下に示すように、態様２における１００ＰＳＩＧの圧力における液滴粒径が解析された。テスト番号１および４に関して、大きなＦＯＶは液滴粒径解析には好適ではなく、そのため、それらは報告されていない。
図１７６Ａは、テスト番号２０（ｚ＝６．５ｍｍ、シート角度＝２０．９°）の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１７６Ｂは、テスト番号２０の液滴粒径のヒストグラムを示す。
図１７７Ａは、テスト番号２２（ｚ＝９．５ｍｍ、シート角度＝２３．１°）の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は、小さすぎて認識されないか、視野外である。図１７７Ｂは、テスト番号２２の液滴粒径のヒストグラムを示す。
以下の表はテスト番号１６〜２６の液滴粒径の統計を示す。
図１７８は、テスト番号１６〜２６のｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布を示す。液滴ラインの数はｚ＝６．５ｍｍ（シート角度は２０．９°）で最大に達する。液滴ラインの数に由来する半値全幅（ＦＷＨＭ）によって定義されるシート厚さは１３．８ｍｍである。Ｄ３２のラインからのシート角度およびＦＷＨＭは約２２〜２３°および２６ｍｍである。
繰り返しになるが、プロファイルが測定データから遠く離れて延ばされなければならないので、Ｄ３２のラインからのシート厚さ決定の正確さは減少し得る。シートの中心から遠く離れた液滴はそれほど多くないかもしれないので、Ｄ３２のラインから決定されるシート厚さは有用ではないかもしれない。
前述のように、他のノズル設計の態様がテストされた。図１７９Ａ〜１７９Ｃは、態様３のノズル設計をテストする実験の設定を示す。図１７９Ｄ〜Ｅは、図１７９Ａ〜Ｃの態様３のノズル設計のテストのｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布をプロットする。以下の表は、態様３のノズルの性能特徴を示す。
図１７９Ｆは、ノズル態様３の噴霧の速度の大きさ軌跡を示すモデリングの結果である。
図１８０Ａ〜１８０Ｃは、態様４のノズル設計をテストする実験の設定を示す。図１８０Ｄ〜Ｅは、図１８０Ａ〜Ｃの態様４のノズル設計のテストのｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布をプロットする。以下の表は、態様４のノズルの性能特徴を示す。
図１８２Ａ〜１８２Ｃは、態様５の旋回ノズル設計をテストする実験の設定を示す。図１８３Ａ〜Ｂは、図１８２Ａ〜Ｃのノズル設計のテストのｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布をプロットする。以下の表は、態様５のノズルの性能特徴を示す。
図１８４Ａ〜１８４Ｃは、態様６の旋回ノズル設計をテストする実験の設定を示す。図１８５Ａ〜Ｂは、図１８４Ａ〜Ｃのノズル設計のテストのｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布をプロットする。以下の表は、態様６のノズルの性能特徴を示す。
図１８６Ａ〜１８６Ｃは、態様７の旋回ノズル設計をテストする実験の設定を示す。図１８７は、図１８６Ａ〜Ｃのノズル設計のテストのｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布をプロットする。以下の表は、態様７のノズルの性能特徴を示す。
図１８８Ａ〜１８８Ｃは、態様８の旋回ノズル設計をテストする実験の設定を示す。態様８の性能を評価する際には、ストップウォッチおよびメスシリンダーを用いて累積体積を測定することによって、流速が圧力に比例した。結果は、圧力が１０２ｐｓｉｇの時に流速が２８．３６ミリリットル／秒、圧力が２００ｐｓｉｇの時に流速が４２．３３ミリリットル／秒であった。
図１８９Ａは、図１８８Ａ〜Ｃのノズル設計の高圧テストのｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布をプロットする。図１８９Ｂは、図１８８Ａ〜Ｃのノズル設計の低圧テストのｚ軸（シート角度に関して）に沿った液滴粒径分布をプロットする。以下の表は、態様８のノズルの性能特徴を示す。
以下の表は、テストされた旋回ノズルの態様の性能特性を列挙する（「＃」はノズル態様）。
＊態様１は、１８０ｐｓｉｇ（８９．２ミリリットル／秒）および１３２．５ｐｓｉｇ（７５．９４ミリリットル／秒）で測定された。
個々の態様１〜８の旋回ノズル設計によって発揮される性能は、いくつかの点において異なる。たとえば、態様２のノズル設計においては、液滴の数およびＤ３２のラインから決定されるシート幅およびシート角度がわずかに異なる。態様１の設計においては、液滴の数およびＤ３２のラインはほぼ重なり合っている。
図１９０Ａ〜Ｃは、態様７および８の設計に関する、シート角度に対する液滴の特徴（Ｄ３２、数およびＱ）の３つの測定値をプロットする。
本発明の特定の態様に係る旋回ノズルは、図１００Ａ〜Ｊのノズル設計とは、いくつかの点で異なり得る。たとえば、旋回ノズル設計は、非旋回ノズルの寸法よりも実質的に大きい最小寸法を用い得る。たとえば、図１００Ａ〜Ｊのノズル設計における最も狭い隙間が２５ミクロンである一方、旋回設計のノズルにおける最も狭い隙間は１桁大きくなり得る。
本発明の態様に係る旋回ノズル設計のそのような寸法によって、多くの潜在的な長所がもたらされ得る。ノズルのより広い寸法によって、液体に溶解した材料による目詰まりの影響を受けにくくなるように、そのような潜在的な長所の一つはより信頼性の高い操作である。また、最も小さな幾何学的な寸法が比較的大きいので、製造性が機械加工の許容差に対してあまり敏感ではない。
本発明のいくつかの態様によってもたらされる別の潜在的な長所は、シリンダーヘッドの閉鎖空間において価値のある、より短い崩壊長さをもたらすことである。いくつかの態様のさらに別の潜在的な長所は、移動中の液体シートの裏側における空気の循環を抑制することである。
本発明の態様によってもたらされるさらに別の潜在的な長所は、もたらされる円錐角度の比較的大きなサイズ（約１６０°）である。これは、従来の旋回ノズル（約１００°または約１００°くらいまで）よりも大きい。
非旋回ノズルの場合、円錐角度は、機械加工性能によって決定／限定され得る。従来の旋回ノズルの場合、円錐角度は、出口における軸速度に対する出口における接線方向の速度の比に主に従属する。いくつかのモードにおいては、表面張力が円錐角度を減少させ得る。
ある程度は大きな圧力差よりもむしろ角運動量を利用することで流速が上昇するので、より大きな最小寸法が旋回ノズル設計に対して利用可能であり得る。具体的には、偏向板の首部によって画定される中心軸に向かって、らせん状の流路によって流れが動き、流れの半径方向の距離がより小さくなる。同様に、角運動量保存が、半径方向の距離を減少させることで角速度が上昇することを示す。
旋回ノズル設計におけるいくつかの相対的な寸法が、望ましい性能特徴を得るために調節され得る。たとえば、図１４８Ｄは、旋回ノズルの速度上昇部分の拡大された断面を示す。
図１４８Ｄに示すように、らせん状の流路の面積Ａ’’は、旋回挿入部と本体のキャビティとの間の入口速度上昇部分において画定される面積Ａよりも小さい。面積Ａ’’およびＡは両方とも大きく、図１００Ａ〜Ｊのノズル設計と比較して速度の大きさが比較的小さいので、この面積差はそれほど大きなキャビティには繋がらない。速度上昇部分において流れが複数回旋回するので、摩擦損失を低減するために面積Ａが大きくなるように設計される。
図１４８Ｄはまた、速度上昇部分の出口の面積Ａ’もまた速度上昇部分の入口の面積Ａよりも小さいことを示す。速度の半径方向成分および接線方向成分が同じ桁となるので、これは半径方向の速度を大きくし、流れをより流線的にする。
上述のように、本発明の態様は、液体の水を用いて熱交換を行うことに限定されるものではない。別の態様においては、他の材料が用いられ得る。
たとえば、別の熱交換材料に関する潜在的に望ましい特性の一つが、水の凝固点未満への凝固点の延長である。熱交換材料がより低い温度で固体状態にとどまることが可能となることによって、態様によって、より広い範囲の温度にわたって膨張する気体への熱の移送が可能になる。
そのような液体の候補の一つが、プロピレングリコール／水の混合物である。さまざまなそのような混合物の凝固点が以下の表に示される。
図１９１Ａ〜１９１Ｃは、水、５（重量）％プロピレン／水の混合物、１０（重量）％プロピレン／水の混合物、２０（重量）％プロピレン／水の混合物、または、４０（重量）％プロピレン／水の混合物のうちの一つを含む液体を２００ｐｓｉｇで流すために用いられる態様８の旋回ノズル設計をテストするための実験の設定を示す。
以下の表は、以下の異なる液体を噴霧するために用いられる態様８のノズルの性能特徴を示す。
ＷＡＴ＝水道水（２００ｐｓｉｇにおいて）
ＷＡＴ３＝水道水を繰り返す（２００ｐｓｉｇにおいて）
ＷＡＴ３−１＝水道水を繰り返す（１００ｐｓｉｇにおいて）
ＷＡＴ３−３＝水道水を繰り返す（３００ｐｓｉｇにおいて）
Ｐ０５＝５％プロピレングリコール／９５％水（重量比）（２００ｐｓｉｇにおいて）
Ｐ１０＝１０％プロピレングリコール／９０％水（重量比）（２００ｐｓｉｇにおいて）
Ｐ２０＝２０％プロピレングリコール／８０％水（重量比）（２００ｐｓｉｇにおいて）
Ｐ２０−１＝２０％プロピレングリコール／８０％水（重量比）（１００ｐｓｉｇにおいて）
Ｐ２０−３＝２０％プロピレングリコール／８０％水（重量比）（３００ｐｓｉｇにおいて）
Ｐ４０＝４０％プロピレングリコール／６０％水（重量比）（２００ｐｓｉｇにおいて）
Ｐ２０Ｔ０５＝２０％プロピレングリコール／５％トリトンＸ／７５％水（重量比）（２００ｐｓｉｇにおいて）
図１９２Ａ〜Ｃは、それぞれの異なるポリプロピレングリコール液体の液滴粒径分布の３つの測定値をプロットする。図１９３Ａ〜Ｃは、異なる圧力における水のテストのｚ軸に沿った（シート角度に関して）液滴粒径の分布をプロットする。図１９４Ａ〜Ｃは、異なる圧力における異なる液体のテストのｚ軸に沿った（シート角度に関して）液滴粒径の分布をプロットする。図１９５Ａ〜Ｂは、界面活性剤（ＴＲＩＴＯＮＸ１００）を含む液体に関する液滴粒径をプロットする。
図２００は、異なる液体に関する、圧力に対するノズル流速をプロットする。これらの結果は、図１９２Ｂに存在する影像の結果と略一致する。
上述の旋回ノズル設計の噴霧特徴は、分離偏向板要素を欠いている旋回ノズルと比較され得る。以下の図２０１Ａ〜ＬＢは、そのような態様を記載する。具体的には、以下に要約されるような寸法が示された偏向板を欠く態様（そこでは、前面における領域が、偏向板の幹（ｓｔｅｍ）を収容するように事前に設計される）が中実かつ平面であった。
Ｄ１＝１．９７ｍｍ、Ｄ４＝１２．７ｍｍ
Ａ１＝１５°、Ａ２＝３０°、Ｌ６＝４．５７ｍｍ、Ａ７＝９．１×１０−７ｍ２
らせんピッチ＝２０ｍｍ／ターン、らせんの数＝４
図２０１Ａは、このノズルをテストする実験の設定の簡素化された図面を示す。９５ｐｓｉｇにおける本構造でのストップウォッチおよびメスシリンダーによって測定された体積流量率は０．４５４ガロン／分、すなわち２８．６２ミリリットル／秒であった。以下の表が結果を要約する。
以下の表は、さまざまなテストに関するテスト条件を表す。
図２０１Ｂ〜Ｃのそれぞれは、同時には撮られなかった２つの瞬間影像からの全体的な流れの構造を示す。赤い線は０．７４インチの崩壊長さを示す（０．６９インチと０．７８インチとの平均）。噴霧は、７２．７°の円錐角度を伴う円錐である。図２０１Ｂが直線状の円錐のエッジを備える噴霧構造を示す一方、図２０１Ｃは波状の円錐のエッジを備える噴霧構造を示す。
以下の表は、３００の瞬間速度場を伴うテスト番号１および２の平均速度を示す。
図２０１Ｄは、テスト番号１および２の平均速度ベクトルを示す。図２０１Ｅは、テスト番号１および２の１００ＰＳＩＧのＲＭＳ速度ベクトルを示す。
図２０１ＦＡ〜ＦＤは、テスト番号１におけるいくつかのラインに沿った速度の大きさのプロファイルを示す。具体的には、図２０１ＦＡはこれらのラインの定義を示す。図２０１ＦＢは、図１９ＸＦＡにおける「ｙ」の数値を表す横軸を伴って、ｘ＝−５ｍｍからｘ＝−８ｍｍの平均にわたっての速度の大きさを示す。図２０１ＦＣは、図２０１ＦＡにおける「ｙ」の数値を表す横軸を伴って、ｘ＝１０ｍｍからｘ＝１５ｍｍにわたっての速度の大きさを示す。図２０１ＦＤは、２つの点（ｘ、ｙ）［ｍｍ］：（−３、０）および（−３３、−２５）を通るラインに沿った速度の大きさをプロットし、その横軸は図２０１ＦＡにおける「ｘ」の数値であり、その一番下のライン（ｂｏｔｔｏｍ ｌｉｎｅ）はＲＭＳ速度であり、その一番上のラインは平均速度である。
さまざまなテストにおける液滴粒径が以下のように解析された。テスト番号１においてはＦＯＶの１／４のみから液滴粒径の解析が行われる。図２０１ＧＡは、認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。青い円／破線は認識された液滴を示す。残りの液滴は小さすぎて認識されないか、視野の外であり、それは液滴粒径の解析の正確性に影響を与え得る。しかしながら、大きな液滴の分布のアイデアをもたらすこれらの統計が含まれている。具体的には、図２０１ＧＢは液滴粒径のヒストグラムを示し、以下の表は液滴粒径の統計を示す。
図２０１ＨＡは、テスト番号２の認識された液滴を伴うある瞬間の像を示す。小さな液滴は認識されていないが、大きな液滴の分布のアイデアをもたらす液滴粒径統計が含まれていることを述べる。図２０１ＨＢは液滴粒径のヒストグラムを示す。以下の表は液滴粒径の統計を示す。
テスト番号６〜１２は、画像化ウィンドウにおける霧によって影響を受ける。それゆえに、これらのテストの結果は含まれていない。
図２０１ＩＡ〜ＫＢは、認識された液滴のそれぞれのヒストグラムとともに、テスト番号３〜５の液滴粒径の認識された液滴を伴う瞬間の像を示す。以下の表は、これらのテストに関する統計的な結果をもたらす。
（付記１）
水流に角運動量を与えるように構成された第一の要素と、
前記角運動量を含む前記水流を偏向させるように構成された、平面の表面を有する第二の要素と、
を備える液体噴霧ノズル。
（付記２）
前記第一の要素が、らせん状の流路を流体連通する入口を備える、
ことを特徴とする付記１に記載の液体噴霧ノズル。
（付記３）
前記入口が、前記らせん状の流路と流体連通する刻み目をさらに備える、
ことを特徴とする付記２に記載の液体噴霧ノズル。
（付記４）
前記刻み目が、球体の一部分に対応するプロファイルを示す、
ことを特徴とする付記３に記載の液体噴霧ノズル。
（付記５）
前記第一の要素が第三の要素のキャビティの内部に位置し、前記らせん状の流路が、前記第一の要素の側面における凹部と、前記キャビティの第一の壁領域との間に画定される、
ことを特徴とする付記２に記載の液体噴霧ノズル。
（付記６）
前記らせん状の流路が出口と流体連通し、
前記キャビティの第二の壁領域が、前記出口の断面積よりも大きな入口断面積を有する速度上昇部分を画定する、
ことを特徴とする付記５に記載の液体噴霧ノズル。
（付記７）
前記出口が環状体である、
ことを特徴とする付記６に記載の液体噴霧ノズル。
（付記８）
前記第二の要素が、前記第一の要素におけるボアを通して挿入される首部を備える、
ことを特徴とする付記２に記載の液体噴霧ノズル。
（付記９）
前記らせん状の流路と前記環状体との間の減少した半径方向の距離によって、前記液体流の増加する角速度成分がもたらされる、
ことを特徴とする付記８に記載の液体噴霧ノズル。
（付記１０）
前記増加する角速度成分が、前記首部の周囲を旋回し、前記出口から外に出る前記液体流を流線型にする、
ことを特徴とする付記８に記載の液体噴霧ノズル。
（付記１１）
前記第一の要素および前記第二の要素が、ねじ止め係合している、
ことを特徴とする付記８に記載の液体噴霧ノズル。
（付記１２）
液体流に角運動量を与える工程と、
表面への衝突によって、前記角運動量を含む前記液体流を偏向させる工程と、
を含む液体を噴霧する方法。
（付記１３）
前記液体流をらせん状の流路を通して移動させることによって、前記角運動量が与えられる、
ことを特徴とする付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記偏向させる工程よりも前に、前記液体流の角速度成分を増加させる工程をさらに含む、付記１２に記載の方法。
（付記１５）
前記増加する接線方向の速度成分が、前記表面を支持する首部の周囲を旋回する前記液体流を流線型にする、
ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記１６）
前記液体流が、徐々に狭くなる断面を有する通路を通って移動するようにされる、
ことを特徴とする付記１４に記載の方法。
（付記１７）
狭くなった前記断面が、キャビティの壁と、前記キャビティの内部の挿入部との間に画定される、
ことを特徴とする付記１６に記載の方法。
（付記１８）
前記通路への入口が、前記通路の出口の断面積よりも大きな断面積を有する、
ことを特徴とする付記１６に記載の方法。
ある態様によれば、シリンダーに注入される液体流内のエネルギー（旋回ノズルを通過しようとしまいと）は、気体流と関連するエネルギー損失を低減するのに役立ち得る。たとえば、図１９６は、気体吸入ステージにおける本発明に係るシリンダー１９６００の一態様を示す。具体的には、管１９６０２を通って流れる液体は高速でノズル１９６０４を通って噴霧されシリンダーに入る。今度は、この噴霧された液体の力による気体の変位が、ノズルの近傍における低圧領域１９６０６を生み出す。
図１９６は、ノズルを伴うシリンダーヘッド内の気体流バルブ１９６０８の位置を示す。気体流バルブ１９６０８が、注入された液体によって生み出される低圧領域１９６０６の近傍に存在することによって、流入気体は低減されたエネルギー消費とともにシリンダーに入るように促進され、それによってシステムの効率が上昇する。
前述のように、本発明に係るシステムの態様は、電力の他の源と併置され得る。そのような他の電力源の例は、太陽電池、燃料電池、および、バッテリー（プラグインハイブリッド自動車バッテリーのような自動車バッテリーを含む）を含むが、これらに限定されるものではない。
本発明の態様は、電力の生成と協働する適切な電力調整を利用し得る。そのような電力調整電子機器の例は、可変電圧可変周波数制御（ＶＦＤｓ）、コンデンサーバンク、および、無効電力補償装置を含むが、これらに限定されるものではない。
図１９７は、膨張機１９７０１および発電機１９７０３を備える、本発明のシステム１９７００の一態様を示し、それは、ＶＦＤ１９７０２の形態で電力調整電子機器と相互に作用するように構成される。具体的には、エンドユーザ１９７０４およびシステム１９７００は、ＶＦＤ１９７０２を介してメータ１９７０６と通信する。
よく知られているように、ＶＦＤは、入力三相交流が高い直流電圧（直流バス）に整流する第一の部分と、可変周波数および可変電力において直流電圧が三相交流に変換される第二の部分と、を備え得る。後のプロセスにおいて、その三相交流はモーター／発電機に印加される。モーターが荷重を駆動する場合、それは直流バスからその電力を取り出す。モーターが発電機として駆動される場合、それは直流バスに電力をフィードバックする。
ＶＦＤの存在は、メータの裏側における力率を向上させるのに役立ち得る。さらに、ＶＦＤによって提供されるこのより高い力率の電気がメータを通ってフィードバックされ（たとえば、分散型発電装置において）、グリッドそれ自体の安定性を向上させる。
ある態様においては、ＶＦＤは、アクティブフロントエンドフィルター要素を含み得る。そのようなアクティブフロントエンドフィルター要素は、メータを通ってグリッドに戻されるいかなる電力とも同様に、メータの裏側にある電力量をさらに増やすのに役立ち得る。具体的には、フロントエンドフィルター要素は、システムによる、または、エンドユーザによるエネルギー消費に関連する高調波を低減し得る。
ある態様においては、本発明のＶＦＤは、回生発電要素を含み得る。回生能力を伴うそのようなＶＦＤはさらに回生ユニットを含み、それは直流バスから電力を取り出し、回線周波数でそれを三相交流に変換し、グリッドにフィードバックし得る。これによって、ＶＦＤが回生駆動部となる。
システムは、グリッドからの電力と、モーター／発電機において機械的な動力に変換し、その後、グリッドにおいて機械的な動力を交流電源に変換し戻し得るので、機械的なシステムがフライホイールのような内在する貯蔵部を有する場合、それはエネルギー貯蔵システムとして作動する能力を有する。加えて、直流バス（たとえば、コンデンサーまたはバッテリー）上にいくつかの貯蔵部があり得る。
このシステムはグリッドと電力負荷との間に置かれるので、それは、グリッドからの電気機器（概してモーター）によって生成されるいかなる高調波をも孤立させる。しかしながら、それはそれ自身の高調波を生成し得るが、これらは概して高周波数であり、かなり容易に除去される。
向上した電力品質は別として、回生ＶＦＤを用いるそのような態様によって、向上した効率というさらなる長所がもたらされ得る。たとえば、エンドユーザおよび／またはエネルギーシステムは、エネルギー需要が循環的である１つ以上の装置を有し得る。そのような装置においては、物理的なエネルギーまたは慣性エネルギーの形態でのサイクルの残りに存在する余分なエネルギーとともに、サイクルの半分において、数秒間／数分間にわたって電力がグリッドから消費され得る。
従来、この余分なエネルギーは廃棄されており、それによって効率が低下していた。しかしながら、本発明の一態様によれば、回生ＶＦＤがエネルギー（物理的／慣性）を保存し、消費コストだけを低減するというよりはむしろ需要コストを低減するように再び供給するようにインストールされ得る。本発明に係るシステムの態様は、全体的なエネルギー消費および需要を低減するために、この循環式電力需要と適合するように設計され得る。
上述のように、電力調整電子機器（たとえばＶＦＤ）と連結された、本発明に係るシステムの使用によって、向上した電力品質の形態における潜在的な長所がもたらされる。たとえば、ほとんどのエンドユーザの施設が電力を消費し、余分な加熱およびそれゆえのユーティリティ供給装置のオーバーサイズに繋がる低い力率と高調波を引き起こす。また、本発明に係るシステムの運転開始または運転休止に関連する期間が、安定性が低く、より低い品質の電力の生成と関連し得る。
本発明のシステムとともにＶＦＤのような電力調整電子機器を配置することによって両方の問題が解決され、ほぼ均一な力率を伴う高品質電力およびエンドユーザによる消費の低い高調波がもたらされ得る。そのような高品質電力は、エンドユーザ内部に位置するさまざまな装置の効率的な運転にとって必要であり得る。
さらに、ＶＦＤによってもたらされる高品質電力は、グリッドの安定性の観点からも望ましい。分散型（ＤＧ）発電装置においては、高品質電力がメータを通してグリッドにフィードバックされ、グリッドを安定化させるのに役立ち得る。他の装置においては、本発明に係るシステムを伴うＶＦＤの使用が、たとえば、ブスバーを通して発電層への高品質電力を供給することによって、または、変電所を通して送電層または分配層へ高品質電力を供給することによって、他のグリッド層を安定化させるのに役立ち得る。
図１９７に示される特定の態様がメータの裏側に配置されるシステムおよび電力調整電子機器を示すが、これは本発明にとって必須ではない。別の態様によれば、システムおよび関連する電力調整電子機器は他のグリッドの位置に配置され得て、本発明の範疇にとどまる。
この例の一つが、システムが分配変電所の変圧器の後方に配置されるものである。そのような態様は、変電所に既に存在する電力調整電子機器（たとえばコンデンサーバンク）を活用し得る。さらに、システムのそのような態様は、コンデンサーバンク内に保存された電力の急な利用可能性によって、かなり直前の通知でグリッドに電力を供給し得る。
本発明に係るある態様は、需要負荷（ｋＷからＭＷ）を満たすために、並列に接続された複数のシステムを必要とし得る。そのような態様は、必要に応じてスイッチがオン／オフされる個々のユニットを必要とし得る。
しかしながら、それぞれのユニットに対しての個別のＶＦＤの費用を負担するよりはむしろ、本発明の態様は、ＶＦＤリソースの最大限の利用を可能にするスイッチング機構を用い得る。これは図１９８の態様に示され、そこでは、複数のシステム１９８００ａ−ｃが電力グリッドとともにインターフェイス１９８０２（メータ、ブスバー、または変圧器）の向こう側に配置される。
システムのそれぞれは、スイッチ１９８０４を介して、インターフェイスと直接的に選択的に連通する、または、ＶＦＤ１９８０３を介してインターフェイスと選択的に連通する。それぞれのシステムが連続して動作を求められるので、それは最初にＶＦＤを通してインターフェイスに電力を供給し、電力品質を向上させる。より高い品質の電力の安定化された出力に達すると、その電力を直接インターフェイスに供給するようにスイッチがルートを再構築し、それによってＶＦＤを解放し、作動された別のユニットの出力を受け取る。負荷が低下するにつれて逆のプロセスが起こり、負荷が安定状態の出力未満に落ちると、スイッチは引き続いてＶＦＤを介してユニットの出力を送る。
上述の議論は電力調整のためのＶＦＤの使用に焦点を当てているが、本発明はこのアプローチに限定されるものではない。別の態様はＶＦＤを必要としない電力調整への他のアプローチを利用し得て、本発明の範疇にとどまる。たとえば、ある態様は、電力調整を実現するために、エネルギー保存／回収／変換システムそれ自体の特徴を用い得る。
図１９９は、エンドユーザ１９９０３とともにメータ１９９０２の向こう側に配置されたシステム１９９００を備えるそのような態様の一つを示す。図１９９は、システム１９９００とエンドユーザ１９９０３との間に存在するさまざまな連結機構１９９０４、１９９０６を示す。これらの連結機構は、前述のように、実際には、流体的であってもよいし、機械的であってもよいし、熱的であってもよい。
図１９９はまた、三相配線システム１９９１０の形態における、エンドユーザ、システム、メータの間の電気的連結機構をも示す。よく知られているように、この連結機構におけるそれぞれの配線１９９１０ａ、１９９１０ｂ、１９９１０ｃは、他の配線に対して１２０°異なる位相の電気的信号を運ぶように構成される。配線の間で負荷が均一に分配されたところで（同じ増幅を有する３つの信号によって反射されるように）、負荷が「平衡」であると言われる。
しかしながら、エンドユーザによる電力の消費の方法が負荷をアンバランスにし得る。たとえば、これはエンドユーザにおける単一負荷モーターの運転に起因し得る。負荷バランスを維持することは、たとえばオフィスビルや工場のようなエンドユーザによる装置の多様性によって、より困難となる。
ある装置においては、本発明の一態様に係るエネルギーシステムが、エンドユーザのみに電力を供給するようにメータの向こう側に配置される。そのような態様のいくつかにおいては、エネルギーシステムは、エンドユーザによって消費されている負荷と一致する相応の負荷を作り出すことが期待され得る。
しかしながら、ある装置においては、本発明の一態様に係るエネルギーシステムは、エンドユーザに供給することと、インターフェイスを介して電力供給ネットワークに電力を戻すことの両方が期待され得る。そのような場合、メータは平衡化された負荷をみることが「期待」され、この平衡化された状態からの偏差が、全体のグリッドの電力品質を低下させる働きを有する。電力がメータの背後からグリッドに戻される場合に、この効果はより一層重要となる（分散型発電の場合においてのように）。
そのため、本発明の態様によれば、メータの奥側の負荷は、エネルギー貯蔵／回収／変換システムの効果によって再平衡され得る。たとえば、システムの１つ以上の機能を動かすために負荷が電力供給から引き出され得て、その機能は、水の加熱、圧縮、および／または液体汲み上げを含むが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
電力供給ネットワークを伴うインターフェイスと、
その内部に配置されたピストンと、液体導入要素と、を有する気体膨張シリンダーを備えるシステムと、
前記インターフェイスおよび発電機と連結する電力調整電子機器と、
を備え、
前記ピストンが前記発電機と物理的に連結する、システム。
（付記２）
前記電力調整電子機器が、可変電圧可変周波数制御（ＶＦＤ）を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記３）
前記ＶＦＤが回生構成要素を備える、
ことを特徴とする付記２に記載のシステム。
（付記４）
前記ＶＦＤがアクティブフロントエンドフィルターを備える、
ことを特徴とする付記２に記載のシステム。
（付記５）
前記インターフェイスがメータを備える、
ことを特徴とする付記２に記載のシステム。
（付記６）
前記電力調整電子機器がコンデンサーバンクを備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記７）
前記インターフェイスが、分配システムの変圧器である、
ことを特徴とする付記６に記載のシステム。
（付記８）
前記電力調整電子機器が無効電力補償器を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記９）
前記ピストンが、クランクシャフトを介して、発電機と物理的に連結する、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記１０）
前記ピストンが、油圧連結機構を介して、発電機と物理的に連結する、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記１１）
前記発電機と前記電力調整電子機器との間か、直接的に前記発電機と前記インターフェイスとの間か、を選択的に連結することが可能なスイッチをさらに備える、付記１に記載のシステム。
（付記１）
液体噴霧の存在下でシリンダーの内部で気体を膨張させ、前記シリンダーの内部に配置されたピストンを動作させる工程と、
物理的連結機構を介して、前記動作するピストンに発電機を駆動させる工程と、
電力調整電子機器を通して、前記発電機の出力を、電力供給ネットワークを伴うインターフェイスに流す工程と、
を含む方法。
（付記２）
前記電力調整電子機器が、力率を向上させるように構成された可変電圧可変周波数制御（ＶＦＤ）を備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記３）
前記ＶＦＤが、高調波を低減するように構成されたアクティブフロントを含む、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記４）
前記ＶＦＤが、循環出力に寄与するエネルギー損失を低減するように構成された回生構成要素を含む、
ことを特徴とする付記２に記載の方法。
（付記５）
前記電力調整電子機器がコンデンサーバンクを備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記６）
前記コンデンサーバンクが、分配変電所の電力品質を向上させるように構成される、
ことを特徴とする付記５に記載の方法。
（付記７）
前記電力調整電子機器が無効電力補償器を備える、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記８）
前記動作するピストンが、クランクシャフトを介して前記発電機を駆動させる、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記９）
前記動作するピストンが、油圧連結機構を介して前記発電機を駆動させる、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
（付記１０）
前記出力が、スイッチを介して、前記発電機から、前記電力調整電子機器に流れる、
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
本発明のある態様は、圧縮気体へのエネルギーを移送する／圧縮気体からエネルギーを移送する往復ピストンを用いる装置に焦点を当てているが、本発明は、これ、または、いかなる特定の構造にも限定されるものではない。別の態様は本目的のために他のタイプの可動構造を用い得て、それは、ネジ、タービン、準タービン、マルチローブブロワー、ジェロータ、ベーンコンプレッサー、および、遠心／軸流コンプレッサーを含むが、これらに限定されるものではない。
本特許出願を通して述べられているように、本発明の態様は、液体（例：バブリングまたは噴霧によって）を、圧縮気体または膨張中の気体に導入し得る。しかしながら、圧縮中は大気から空気を得て、膨張中は大気に空気を排出する開放系においては、飽和空気が出口に向かうにつれて、導入された液体は徐々に離れ得る。
本発明のある態様によれば、導入された液体が水である場合、その液体は、濃縮によって大気から再補充され得る。そのため、本発明のいくつかの態様は、システム内部のさまざまな位置に配置される１つ以上の濃縮要素を含み得る。概して、濃縮された水は大気圧なので、濃縮は多ステージシステムにおける最低圧力ステージにおいて起こるだろう。
図１４００２は、大気から水を回収するように構成されたそのようなシステム１４０００の一態様を示す。膨張機１４００２内での膨張中に存在するいくぶんかのΔＴに繋がる条件下でシステムが運転される。このΔＴはより大きく、システムはあまり効率的ではなく運転され得る一方で（およびそれゆえに、膨張中、噴霧水は通常よりも冷たい）、この減少した効率は、以下に述べるように追加の液体を生成する必要性によって相殺され得る。
前述のように、膨張によって冷却された水は、分離され、回収され、濃縮機１４００４に運ばれる。この濃縮機は流れた液体を大気に露出させ、それは水を温めるための熱源として機能する。濃縮機コイル１４００６を通って流れる冷水によって、大気中の水蒸気がコイル上で濃縮され、回収器１４００８に滴り落ちる。
ついで、容器が所望のレベルまで満たされるまで、濃縮機を介して回収された水は、バルブ１４０１０によって、噴霧またはバブリングによって導入された水を保持する容器１４０１２に加えられ得る。これはおそらく周期的にするだけでよいだろう。
図１４０に示される特定の態様は濃縮機を通して冷却された液体を流すが、これは本発明にとって必須ではない。別の態様によれば、大気からの水の濃縮に繋がるために、膨張によって冷却された気体は、再回収された冷却水のかわりに（または加えて）、濃縮機を通って流れ得る。
また、図１４０に示される特定の態様は液体用の単一の熱交換器としての濃縮機を示すが、これもまた必須ではない。本発明に係る別の態様は、大気からの濃縮による液体水の生成のためよりもむしろ、その機能のために最適化された追加の熱交換器の構造を含み得る。
さらに、図１４０の特定の態様は、気液分離機から分離された要素である濃縮機を示すが、本発明はまた、そのような構造に限定されるものではない。別の態様によれば、濃縮を実行する流入する気液混合物とともに、気液分離機それ自体が濃縮機として作動し得る。
上述の記載は気体膨張から起こる濃縮に焦点を当てているが、本発明はこれらのアプローチに限定されるものではない。別の態様によれば、濃縮は他のメカニズムによっても実現され得て、それは、等温気体圧縮、または、気体を吸湿材料と接触させることを含むが、これらに限定されるものではない。
本発明の態様によって、システムが、たとえば砂漠または乾燥した領域のような豊富な水供給がない場所に置かれ得る。次に続く気液分離による液体の回収によって、液体供給が保たれ得る。システム内の異なる場所への回収された液体の移送は、（たとえば、汲み上げによって）、および／または、（たとえば、圧縮と膨張との間での運転モードを切り替えることによる）システムの内在的運転によって能動的に実現され得る。
さらに、注入された液体用のソースとしての濃縮の利用は、固体ピストンまたは機械的連結機構を用いるシステムに限定されるものではない。濃縮による液体生成が、液体の導入を利用する他のタイプの圧縮気体貯蔵技術に適用され得る。
（付記１）
その内部で膨張する気体に応答して可動する、その内部に配置された部材を有するチャンバーと、
前記チャンバーの内部で膨張する前記気体に液体を注入する要素と、
前記チャンバーの出口と流体連通し、温度差に基づいて、大気連結機構から液体水を濃縮する大気と熱連通する濃縮機と、
を備え、
前記濃縮機が前記要素と液体連通する、システム。
（付記２）
前記部材がピストンを備え、かつ、前記システムが往復ピストン運動をシャフトトルクに変換するように構成された連結機構をさらに備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記３）
前記連結機構がクランクシャフトを備える、
ことを特徴とする付記２に記載のシステム。
（付記４）
前記濃縮機が気液分離機を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記５）
前記濃縮機が、気液分離機を介して前記出口と流体連通する、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記６）
前記濃縮機が、前記気液分離機と液体連通する、
ことを特徴とする付記５に記載のシステム。
（付記７）
前記要素が、噴霧器またはバブラーを備える、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記１）
電力供給ネットワークおよびエネルギー保存装置と電気的に連結するプロセッサを備えるホストコンピュータを備え、
前記ホストコンピュータが、
前記プロセッサと電気的に連結するコンピュータ読み出し可能保存媒体をさらに備え、
前記プロセッサに、
前記電力供給ネットワークの負荷における予測できる変化、または、前記電力供給ネットワークに利用可能な生成能力における変化に関連する入力を受信させ、
制御アルゴリズムによって前記入力を処理させ、
自動的に前記エネルギー保存装置に電力を出力するように運転させるか、操作者に前記エネルギー保存装置に電力を出力するように運転する指示をするように薦めるかする第一の信号と通信させ、
自動的に前記電力供給ネットワークの発電資産を起動させるか、操作者に前記電力供給ネットワークの発電資産を起動させる指示をするように薦めるかする第二の信号と通信させる、
ように構成されたその内部に保存された信号を有する、システム。
（付記２）
前記入力が、前記電力ネットワークの再生可能な発電資産における風力エネルギーまたは太陽エネルギーにおける予測できる変化、変更された負荷を示す環境温度変化、または、前記電力供給ネットワークを妨害する予測できる天候異常から選択される、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記３）
前記コンピュータ読み出し可能保存媒体が、プロセッサに、前記発電資産の増大の完了を示す第四の信号に応答して、自動的に前記エネルギー保存装置の運転を中止させるか、前記人間の操作者に前記エネルギー保存装置の運転を中止する指示をするように薦めるかする第三の信号と通信させるような、その内部に保存された信号をさらに含む、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記４）
前記コンピュータ読み出し可能保存媒体が、自動的に前記エネルギー保存装置の補充をさせるか、前記人間の操作者に前記エネルギー保存装置の補充を指示するように薦めるかする第三の信号と通信させるような、その内部に保存された信号をさらに含む、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記５）
前記エネルギー保存装置が、前記電力供給ネットワーク上の前記電力を出力するように構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記６）
前記エネルギー保存装置が、前記電力供給ネットワークの送電層の前記電力を出力するように構成される、
ことを特徴とする付記５に記載のシステム。
（付記７）
前記エネルギー保存装置が、前記電力供給ネットワークの分配層の前記電力を出力するように構成される、
ことを特徴とする付記５に記載のシステム。
（付記８）
前記エネルギー保存装置が、電気的形態におけるエネルギーを保存するように構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記９）
前記エネルギー保存装置が、圧縮気体の膨張から前記電力を生成するように構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記１０）
前記エネルギー保存装置が、前記圧縮気体の膨張によって駆動される機械的連結機構と連結する発電機から前記電力を生成するように構成される、
ことを特徴とする付記９に記載のシステム。
（付記１１）
機械的連結機構がクランクシャフトを備える、
ことを特徴とする付記１０に記載のシステム。
（付記１２）
前記圧縮気体の前記膨張が液体の存在下で起こる、
ことを特徴とする付記１０に記載のシステム。
（付記１３）
前記液体が回転運動によって噴霧され、その後に偏向表面への衝突が起こる、
ことを特徴とする付記１２に記載のシステム。
（付記１４）
前記入力が前記電力供給ネットワークから発生する、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記１５）
前記入力が需要応答指令を備える、
ことを特徴とする付記１４に記載のシステム。
（付記１６）
前記エネルギー保存装置が、前記電力供給ネットワークのメータの向こう側に位置する消費者に直接電力を出力するように構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のシステム。
（付記１７）
前記入力が、歴史的ピークに近づくまたは超える、前記電力供給ネットワークからの消費者の消費量を示す、
ことを特徴とする付記１６に記載のシステム。
（付記１８）
前記入力が前記電力供給ネットワークから発生する、
ことを特徴とする付記１７に記載のシステム。
（付記１９）
前記入力が前記メータから発生する、
ことを特徴とする付記１８に記載のシステム。

Claims (40)

  1. 第一のチャンバーの内部で圧縮された、または、膨張する気体との気液熱交換をもたらすように構成される第一の可逆的気体圧縮機／膨張機を供給する工程と、
    第二のチャンバーの内部で圧縮された、または、膨張する気体との気液熱交換をもたらすように構成される第二の可逆的気体圧縮機／膨張機を供給する工程と、
    前記第一の可逆的気体圧縮機／膨張機と、前記第二の可逆的気体圧縮機／膨張機と、圧縮気体保存ユニットと、向流式熱交換器との間の選択的な流体連通を可能にする気体管および気体バルブのネットワークを供給する工程と、
    を含み、
    前記気体管および気体バルブのネットワークが以下のモード、
    入力エネルギーが空圧的な形態に変換されるように、前記第一の可逆的気体圧縮機／膨張機が圧縮気体を前記圧縮気体保存ユニットに流す圧縮機として運転され、かつ、前記第二の可逆的気体圧縮機／膨張機が圧縮気体を前記圧縮気体保存ユニットに流す圧縮機として運転されるエネルギー保存モードと、
    入力空圧エネルギーが他のエネルギー形態に変換されるように、前記第一の可逆的気体圧縮機／膨張機が前記圧縮気体保存ユニットから圧縮気体を受け取る膨張機として運転され、かつ、前記第二の可逆的気体圧縮機／膨張機が前記圧縮気体保存ユニットから圧縮気体を受け取る膨張機として運転するエネルギー回収モードと、
    入力熱エネルギーが他のエネルギー形態に変換されるように、前記第一の可逆的気体圧縮機／膨張機が、膨張機として運転される前記第二の可逆的気体圧縮機／膨張機に、前記向流式熱交換器を通して圧縮気体を流す圧縮機として運転される熱エンジンモードと、
    のうちの一つにおいて選択的に操作可能である方法。
  2. 液滴を前記第一のチャンバーおよび／または前記第二のチャンバーに注入することによって気液熱交換がもたらされる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 液滴を上流の混合チャンバーに注入することによって気液熱交換がもたらされる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 往復運動によって、気体が前記第一の可逆的圧縮機／膨張機の内部で圧縮される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記第一の可逆的圧縮機／膨張機が往復固体ピストンを備える、
    ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 前記第一の可逆的圧縮機／膨張機が、往復油圧流体をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
  7. 回転運動によって、気体が前記第一の可逆的圧縮機／膨張機の内部で圧縮される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 前記第一の可逆的圧縮機／膨張機がタービンを備える、
    ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 前記熱エンジンモードにおいて、前記気体管および気体バルブのネットワークが、前記第一の可逆的圧縮機／膨張機から、前記圧縮気体保存ユニットに大量の圧縮気体を流すように選択的に操作可能である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 前記熱エンジンモードにおいて、前記気体管および気体バルブのネットワークが、前記圧縮気体保存ユニットから、前記第二の可逆的圧縮機／膨張機に大量の圧縮気体を流すように選択的に操作可能である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 前記第一の可逆的圧縮機／膨張機および前記第二の可逆的圧縮機／膨張機が、機械的連結機構と連結している、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 前記機械的連結機構が回転シャフトを備える、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 前記回転シャフトがクランクシャフトを備える、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 前記エネルギー回収モードまたは前記熱エンジンモードにおいて、前記膨張する気体の力を強めるように熱エネルギーを加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  15. 前記エネルギー回収モードまたは前記熱エンジンモードにおいて、前記膨張する気体と熱を交換する液体をＨＶＡＣシステムに流す工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  16. 前記エネルギー保存モードまたは前記熱エンジンモードにおいて、前記第一の可逆的圧縮機／膨張機から流れる圧縮気体から液体を分離する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  17. 絶縁容器の中に分離された前記液体を保存する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記エネルギー保存モードまたは前記熱エンジンモードにおいて、前記第一の可逆的圧縮機／膨張機に気体を圧縮させるようにタービンからのエネルギーを伝える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  19. 前記タービンが風力タービンを備える、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  20. 前記タービンが燃焼タービンを備える、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  21. 第一のチャンバーの内部で圧縮された、または、膨張する気体との気液熱交換をもたらすように構成される第一の可逆的気体圧縮機／膨張機と、
    第二のチャンバーの内部で圧縮された、または、膨張する気体との気液熱交換をもたらすように構成される第二の可逆的気体圧縮機／膨張機と、
    前記第一の可逆的気体圧縮機／膨張機と、前記第二の可逆的気体圧縮機／膨張機と、圧縮気体保存ユニットと、向流式熱交換器との間の選択的な流体連通を可能にする気体管および気体バルブのネットワークと、
    を備え、
    前記気体管および気体バルブのネットワークが以下のモード、
    入力エネルギーが空圧的な形態に変換されるように、前記第一の可逆的気体圧縮機／膨張機が圧縮気体を前記圧縮気体保存ユニットに流す圧縮機として運転され、かつ、前記第二の可逆的気体圧縮機／膨張機が圧縮気体を前記圧縮気体保存ユニットに流す圧縮機として運転されるエネルギー保存モードと、
    入力空圧エネルギーが他のエネルギー形態に変換されるように、前記第一の可逆的気体圧縮機／膨張機が前記圧縮気体保存ユニットから圧縮気体を受け取る膨張機として運転され、かつ、前記第二の可逆的気体圧縮機／膨張機が前記圧縮気体保存ユニットから圧縮気体を受け取る膨張機として運転するエネルギー回収モードと、
    入力熱エネルギーが他のエネルギー形態に変換されるように、前記第一の可逆的気体圧縮機／膨張機が、膨張機として運転される前記第二の可逆的気体圧縮機／膨張機に、前記向流式熱交換器を通して圧縮気体を流す圧縮機として運転される熱エンジンモードと、
    のうちの一つにおいて選択的に操作可能である装置。
  22. 液滴を前記第一のチャンバーに注入することによって気液熱交換をもたらすノズルをさらに備える、請求項２１に記載の装置。
  23. 液滴を上流の混合チャンバーに注入することによって気液熱交換をもたらすノズルをさらに備える、請求項２１に記載の装置。
  24. 前記第一のチャンバーの内部の気体を圧縮する往復部材をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
  25. 前記往復部材が固体ピストンを備える、
    ことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
  26. 前記往復部材が油圧流体を備える、
    ことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
  27. 前記第一のチャンバーの内部において気体を圧縮する回転部材をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
  28. 前記回転部材がタービンを備える、
    ことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
  29. 前記熱エンジンモードにおいて、前記気体管および気体バルブのネットワークが、前記第一の可逆的圧縮機／膨張機から、前記圧縮気体保存ユニットに大量の圧縮気体を流すように選択的に操作可能である、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  30. 前記熱エンジンモードにおいて、前記気体管および気体バルブのネットワークが、前記圧縮気体保存ユニットから、前記第二の可逆的圧縮機／膨張機に大量の圧縮気体を流すように選択的に操作可能である、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  31. 前記第一の可逆的圧縮機／膨張機および前記第二の可逆的圧縮機／膨張機が、機械的連結機構と連結している、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  32. 前記機械的連結機構が回転シャフトを備える、
    ことを特徴とする請求項３１に記載の装置。
  33. 前記回転シャフトがクランクシャフトを備える、
    ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
  34. 前記エネルギー回収モードまたは前記熱エンジンモードにおいて、前記膨張する気体の力を強めるように熱エネルギーを受け取る熱源と熱連通する熱ノードをさらに備える、請求項２１に記載の装置。
  35. 前記膨張する気体と熱を交換する液体からの熱エネルギーをＨＶＡＣシステムに送る熱ノードをさらに含む、請求項２１に記載の装置。
  36. 前記エネルギー保存モードまたは前記熱エンジンモードにおいて、前記第一の可逆的圧縮機／膨張機から、圧縮された気液混合物を受け取るように構成される気液分離機をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
  37. 前記気液分離機から分離された液体を受け取る絶縁容器をさらに備える、請求項３６に記載の装置。
  38. 前記第一の可逆的圧縮機／膨張機に気体を圧縮させるようにタービンからのエネルギーを受け取るように構成される連結機構をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
  39. 前記連結機構が機械的連結機構を備える、
    ことを特徴とする請求項３８に記載の装置。
  40. 前記連結機構が回転シャフトを備える、
    ことを特徴とする請求項３８に記載の装置。
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