(57)【要約】種々の実施形態では、発泡体が、エネルギーを貯蔵するために圧縮され、および／またはエネルギーを回収するために膨張させられる。液体と気体との間の熱交換を採用し、液体と気体とを混ぜ合わせ、水性発泡体を形成することによってシリンダ内の気体の等温（一定温度）膨張および圧縮に近似させ、液体の表面積を増加させ、気体との高速熱交換を促進し、したがって、電力密度を改善する、エネルギー貯蔵および回収システムの性能を改善する。熱エネルギーは、典型的には、液体および気体が発泡体として混ぜ合わせられるとき、気体がよりコンパクト形状（例えば、単一柱体）を有する液体と接触されるか、またはよりコンパクト形状（例えば、楕円体、これらが非常に小さい場合でも）を有するいくつかの塊に分割されるとき、より高速で交換される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーを回収する方法であって、該方法は、
第１の発泡体を第１のシリンダアセンブリまで移送することであって、該第１の発泡体は、第１の発泡体膨張比を有する、ことと、
該第１のシリンダアセンブリの中の該第１の発泡体を膨張させることであって、それによって、そこからエネルギーを回収する、ことと、
その後に、第２の発泡体を該第１のシリンダアセンブリと異なる第２のシリンダアセンブリまで移送することであって、該第２の発泡体は、該第１の発泡体膨張比よりも大きい第２の発泡体膨張比を有する、ことと、
該第２のシリンダアセンブリの中の該第２の発泡体を膨張させることであって、それによって、そこからエネルギーを回収する、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記膨張させた第２の発泡体を前記第２のシリンダアセンブリから排出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記膨張させた第２の発泡体の少なくとも気体部分が、周囲大気に排出される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
（ｉ）前記第１の発泡体を膨張させた後に、該膨張させられた第１の発泡体は、前記第１のシリンダアセンブリから排出され、（ｉｉ）前記第２の発泡体は、該膨張させられた第１の発泡体の少なくとも一部分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記膨張させられた第１の発泡体は、発泡体容器の中へ排出され、前記第２の発泡体を形成するために該発泡体容器の中で熱伝達液を循環させることをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の発泡体を膨張させた後に、該膨張させられた第１の発泡体の少なくとも一部分を気体成分と液体成分とに分離することと、
熱伝達液を該膨張させられた第１の発泡体の該気体成分に導入することによって、該第２の発泡体を形成することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記膨張させられた第１の発泡体の前記少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記膨張させられた第１の発泡体の前記少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記膨張させられた第１の発泡体の前記液体成分を貯蔵することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の発泡体の質量比は、前記第２の発泡体の質量比にほぼ等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の発泡体を膨張させる前に、該第１の発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の発泡体を膨張させる前に、該第２の発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の発泡体は、実質的に等温で膨張させられ、前記第２の発泡体は、実質的に等温で膨張させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
熱伝達液および圧縮された気体を混成することによって、前記第１の発泡体を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記圧縮された気体の中への熱伝達液の移送速度を制御することによって、前記第１の発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のシリンダアセンブリ内の圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記移送速度は、それに応答して制御される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の発泡体を膨張させることおよび前記第２の発泡体を膨張させることは両方とも、前記第１および第２のシリンダアセンブリに機械的に連結されるクランクシャフトを駆動させる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
エネルギーを貯蔵する方法であって、該方法は、
気体内に熱伝達液を分散させることであって、それにより、第１の発泡体膨張比を有する第１の発泡体を形成する、ことと、
第１のシリンダアセンブリ内で該第１の発泡体を圧縮することと、
その後に、第２の発泡体を該第１のシリンダアセンブリと異なる第２のシリンダアセンブリまで移送することであって、該第２の発泡体は、該第１の発泡体膨張比よりも小さい第２の発泡体膨張比を有する、ことと、
該第２のシリンダアセンブリ内で該第２の発泡体を圧縮することと、
該圧縮された第２の発泡体を該第２のシリンダアセンブリから排出することと、
該圧縮された第２の発泡体の少なくとも気体成分を貯蔵することと
を含む、方法。
【請求項２１】
前記気体は、ほぼ大気圧において空気を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のシリンダアセンブリ内で前記第１の発泡体を圧縮することに先立って、前記第１の発泡体を該第１のシリンダアセンブリまで移送することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記気体成分を貯蔵することに先立って、液体成分の少なくとも一部分を前記圧縮された第２の発泡体から分離することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記液体成分の少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記液体成分の少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記圧縮された第２の発泡体の少なくとも前記気体成分を貯蔵することは、該圧縮された第２の発泡体の該気体成分および液体成分の両方を貯蔵することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記気体成分と液体成分とは、同一の貯蔵リザーバ内に貯蔵される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
（ｉ）前記第１のシリンダアセンブリ内で前記第１の発泡体を圧縮した後に、該圧縮された第１の発泡体は、該第１のシリンダアセンブリから排出され、（ｉｉ）前記第２の発泡体は、該圧縮された第１の発泡体の少なくとも一部分を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記圧縮された第１の発泡体は、発泡体容器の中へ排出され、前記第２の発泡体を形成するために、熱伝達液を該発泡体容器の中へ導入することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の発泡体を圧縮した後に、該圧縮された第１の発泡体の少なくとも一部分を気体と液体成分とに分離することと、
熱伝達液を該圧縮された第１の発泡体の該気体成分の中へ導入することによって、前記第２の発泡体を形成することと
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
前記圧縮された第１の発泡体の前記気体成分の中へ導入された前記熱伝達液は、前記分離された圧縮された第１の発泡体の前記液体成分の少なくとも一部分を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記圧縮された第１の発泡体の少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記圧縮された第１の発泡体の少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記圧縮された第１の発泡体の前記液体成分を貯蔵することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の発泡体の質量比は、前記第２の発泡体の質量比にほぼ等しい、請求項２０に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の発泡体を圧縮する前に、該第１の発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２の発泡体を圧縮する前に、該第２の発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２の発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の発泡体は、実質的に等温で圧縮され、前記第２の発泡体は、実質的に等温で圧縮される、請求項２０に記載の方法。
【請求項４１】
前記気体中への前記熱伝達液の分散速度を制御することによって、前記第１の発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１のシリンダアセンブリ内の圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記分散速度は、それに応答して制御される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１の発泡体を圧縮し、前記第２の発泡体を圧縮するために、前記第１および第２のシリンダアセンブリに機械的に連結されるクランクシャフトを駆動させることをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の発泡体を形成することは、濾膜上に熱伝達液を噴霧することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項４５】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
圧縮によってエネルギーを貯蔵すること、または膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリと、
貯蔵リザーバと、
選択的に該シリンダアセンブリおよび該貯蔵リザーバに流動的に接続される混合チャンバであって、該混合チャンバは、（ｉ）気体および熱伝達液を該貯蔵リザーバから受容すること、（ｉｉ）発泡体を形成するために該気体を該熱伝達液と混合すること、および（ｉｉｉ）該発泡体を該シリンダアセンブリまで移送することを行う、混合チャンバと
を備え、
該混合チャンバは、（ｉ）気体を移送する第１の導管と、（ｉｉ）熱伝達液を移送する第１の導管と異なる第２の導管とによって、選択的に該貯蔵リザーバに流動的に接続される、システム。
【請求項４６】
前記混合チャンバ内に、前記発泡体の少なくとも１つの特性を変更する機構をさらに備える、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記機構は、濾膜または超音波エネルギー源のうちの少なくとも１つを備える、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記少なくとも１つの特性は、発泡体セルサイズまたは発泡体セルサイズ均一性のうちの少なくとも１つを含む、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４９】
発泡体生成機構をさらに備え、該発泡体生成機構は、前記混合チャンバの中の前記第１の導管または前記第２の導管のうちの少なくとも１つに連結される、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５０】
前記発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
第２のシリンダアセンブリをさらに備え、該第２のシリンダアセンブリは、前記シリンダアセンブリの圧力範囲と異なる圧力範囲にわたって、圧縮によってエネルギーを貯蔵すること、または膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行う、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５２】
膨張させられた気体を大気に排出する通気口をさらに備え、該通気口は、選択的に前記第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
制御システムをさらに備え、該制御システムは、前記シリンダアセンブリまたは前記混合チャンバのうちの少なくとも１つを制御して、該シリンダアセンブリの中において実質的等温圧縮または実質的等温膨張のうちの少なくとも１つを行う、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５４】
センサをさらに備え、該センサは、前記シリンダアセンブリまたは前記混合チャンバのうちの少なくとも１つの内部の圧力を検出し、前記制御システムは、該センサに応答する、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記制御システムは、前記検出された圧力に応答して、前記混合チャンバの中への熱伝達液の流量を制御する、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記第２の導管内において熱伝達液を移送する循環装置をさらに備える、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記循環装置は、変速ポンプを備える、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
（ｉ）前記シリンダアセンブリを２つのチャンバに分離する可動の境界機構と、
（ｉｉ）該境界機構の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトであって、該クランクシャフトは、前記境界機構に機械的に連結される、クランクシャフトと
をさらに備える、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５９】
前記クランクシャフトに連結されるモータ／発電機をさらに備える、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、または空洞のうちの少なくとも１つを備える、請求項４５に記載のシステム。
【請求項６１】
前記第１の導管はまた、液体を移送する、請求項４５に記載のシステム。
【請求項６２】
前記第２の導管はまた、気体を移送する、請求項４５に記載のシステム。
【請求項６３】
エネルギー貯蔵の方法であって、該方法は、
シリンダ内の発泡体を第１の圧力まで圧縮することと、
該圧縮された発泡体を貯蔵リザーバまで移送することであって、該圧縮された発泡体は、その中で、ほぼ該第１の圧力で気体成分と液体成分とに分離することと、
該液体成分の少なくとも一部分を該貯蔵リザーバから除去することと、
該液体成分の少なくとも一部分を該第１の圧力よりも低い第２の圧力で貯蔵することと
を含む、方法。
【請求項６４】
前記液体成分の少なくとも一部分を前記第２の圧力で貯蔵することに先立って、該液体成分の少なくとも一部分の圧力を減少させることによって、該液体成分の少なくとも一部分からエネルギーを回収することをさらに含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記回収されたエネルギーを用いて、クランクシャフトを駆動させることをさらに含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記クランクシャフトは、前記シリンダに機械的に連結される、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記発泡体を圧縮させることに先立って、熱伝達液と気体とを混成することによって、該発泡体を形成することをさらに含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６８】
前記発泡体は、選択的に前記シリンダに流動的に接続される発泡体容器の中で形成され、該発泡体容器は、圧力容器、パイプ、またはマニホールドのうちの少なくとも１つを備える、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記発泡体を形成することは、濾膜上に熱伝達液を噴霧することを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７０】
前記発泡体を圧縮させることに先立って、該発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７１】
前記気体中への熱伝達液の移送速度を制御することによって、前記発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項７２】
前記シリンダ内の圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記移送速度は、それに応答して制御される、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記貯蔵された液体成分の少なくとも一部分を気体と混成し、付加的な発泡体を形成することと、
該付加的な発泡体を圧縮することと
をさらに含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項７４】
前記発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項６３に記載の方法。
【請求項７５】
前記発泡体は、実質的に等温で圧縮される、請求項６３に記載の方法。
【請求項７６】
前記発泡体を圧縮することは、前記シリンダに連結されたクランクシャフトを駆動させることを含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項７７】
前記圧縮された発泡体は、重力に起因して、少なくとも部分的に分離する、請求項６３に記載の方法。
【請求項７８】
前記圧縮された発泡体は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、少なくとも部分的に分離される、請求項６３に記載の方法。
【請求項７９】
前記圧縮された発泡体は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、少なくとも部分的に分離される、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行う第１のシリンダアセンブリと、
選択的に該第１のシリンダアセンブリに流動的に接続される第１の発泡体容器であって、該第１の発泡体容器は、その中の第１の発泡体の中間貯蔵または形成のうちの少なくとも１つを行う、第１の発泡体容器と、
選択的に該第１のシリンダアセンブリに流動的に接続される第２の発泡体容器であって、該第２の発泡体容器は、その中の第２の発泡体の中間貯蔵または形成のうちの少なくとも１つを行う、第２の発泡体容器と、
選択的に、該第２の発泡体容器に流動的に接続される第２のシリンダアセンブリであって、該第２のシリンダアセンブリは、圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行い、該第２のシリンダアセンブリは、該第１のシリンダアセンブリの動作の圧力範囲と異なる動作の圧力範囲を有する、第２のシリンダアセンブリと、
選択的に該第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される第３の発泡体容器であって、該第３の発泡体容器は、その中の第３の発泡体の中間貯蔵または形成のうちの少なくとも１つを行う、第３の発泡体容器と
を備える、システム。
【請求項８１】
周囲大気への通気口をさらに備え、該通気口は、選択的に前記第３の発泡体容器に流動的に接続される、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８２】
圧縮された気体の貯蔵のための貯蔵リザーバをさらに備え、該貯蔵リザーバは、選択的に前記第１の発泡体容器に流動的に接続される、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８３】
再循環機構をさらに備え、該再循環機構は、発泡体または液体のうちの少なくとも１つを、前記第１の発泡体容器内の第１の場所から、該第１の場所と異なる該第１の発泡体容器内の第２の場所まで移送する、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８４】
前記第１の発泡体容器は、圧力容器、パイプ、またはマニホールドのうちの少なくとも１つを備える、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８５】
前記第２の発泡体容器は、圧力容器、パイプ、またはマニホールドのうちの少なくとも１つを備える、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８６】
前記第３の発泡体容器は、圧力容器、パイプ、またはマニホールドのうちの少なくとも１つを備える、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８７】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
（ａ）発泡体生成機構であって、該発泡体生成機構は、
噴霧チャンバと、
該噴霧チャンバを通して流動する気体の中へ液体を分散させる少なくとも１つの分散機構と、
該液体を含有するリザーバであって、該リザーバは、該少なくとも１つの分散機構に流動的に連結される、リザーバと
を備える、発泡体生成機構と、
（ｂ）該噴霧チャンバから発泡体を受容するマニホールドと、
（ｃ）選択的に該マニホールドに流動的に接続される少なくとも１つのシリンダアセンブリであって、該シリンダアセンブリは、その中における該発泡体の膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを行う、少なくとも１つのシリンダアセンブリと
を備える、システム。
【請求項８８】
循環機構をさらに備え、該循環機構は、前記噴霧チャンバを通して、気体の流動を少なくとも部分的に形成する、請求項８７に記載のシステム。
【請求項８９】
前記循環機構は、ファンを備える、請求項８８に記載のシステム。
【請求項９０】
循環機構をさらに備え、該循環機構は、液体を前記リザーバから前記少なくとも１つの分散機構まで循環させる、請求項８７に記載のシステム。
【請求項９１】
前記循環機構は、ポンプを備える、請求項９０に記載のシステム。
【請求項９２】
前記ポンプは、変速ポンプを備える、請求項９１に記載のシステム。
【請求項９３】
前記マニホールドに接続される弁をさらに備え、該弁は、少なくとも、該マニホールド内での発泡体の形成の間、該マニホールドから気体を排出する、請求項８７に記載のシステム。
【請求項９４】
前記噴霧チャンバと前記マニホールドとの間に配置される濾膜をさらに備え、それを通して、発泡体が該噴霧チャンバの中で分散された液体から該マニホールドの中で形成される、請求項８７に記載のシステム。
【請求項９５】
選択的に前記マニホールドに流動的に接続される分離チャンバをさらに備え、該分離チャンバは、その中に、発泡体を気体成分と液体成分とに分離する分離機構を備える、請求項８７に記載のシステム。
【請求項９６】
前記分離チャンバは、選択的に前記リザーバに流動的に接続される、請求項９５に記載のシステム。
【請求項９７】
前記分離機構は、超音波エネルギー源、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つを備える、請求項９５に記載のシステム。
【請求項９８】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
複数のシリンダ対であって、該複数のシリンダ対は各々、（ｉ）第１の圧力範囲にわたる膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを行う低圧シリンダと、（ｉｉ）該第１の圧力範囲と異なる第２の圧力範囲にわたる膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを行う高圧シリンダとを備え、少なくとも中間圧力において該第１の圧力範囲と重複する、複数のシリンダ対と、
該第１の圧力範囲内の低圧で発泡体を生成する第１の発泡体生成機構と、
該第２の圧力範囲内の高圧で発泡体を生成する、該第１の発泡体生成機構と異なる第２の発泡体生成機構と
を備える、システム。
【請求項９９】
前記低圧にある発泡体の中間貯蔵のためのマニホールドをさらに備え、該マニホールドは、選択的に（ｉ）前記複数の低圧シリンダ、および（ｉｉ）前記第１の発泡体生成機構に流動的に接続される、請求項９８に記載のシステム。
【請求項１００】
前記高圧にある発泡体の中間貯蔵のためのマニホールドをさらに備え、該マニホールドは、選択的に（ｉ）前記複数の高圧シリンダ、および（ｉｉ）前記第２の発泡体生成機構に流動的に接続される、請求項９８に記載のシステム。
【請求項１０１】
前記第１の発泡体生成機構は、（ｉ）液体を気体の中へ分散させる少なくとも１つの分散機構と、（ｉｉ）濾膜であって、発泡体が、該濾膜を通して該分散された液体から形成される、濾膜とを備える、請求項９８に記載のシステム。
【請求項１０２】
前記第２の発泡体生成機構は、液体を噴霧、散布、噴射、または撹拌することのうちの少なくとも１つを行う分散機構を備える、請求項９８に記載のシステム。
【請求項１０３】
前記中間圧力で発泡体を生成する第３の発泡体生成機構をさらに備える、請求項９８に記載のシステム。
【請求項１０４】
前記中間圧力での発泡体の中間貯蔵のためのマニホールドをさらに備え、該マニホールドは、選択的に（ｉ）前記複数の低圧シリンダ、（ｉｉ）前記複数の高圧シリンダ、および（ｉｉｉ）前記第３の発泡体生成機構に流動的に接続される、請求項１０３に記載のシステム。
【請求項１０５】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
エネルギーを貯蔵するための圧縮またはエネルギーを回収するための膨張のうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリであって、該シリンダアセンブリは、その中の第１の可動の境界機構と、該第１の可動の境界機構に連結された第１のロッドとを備える、シリンダアセンブリと、
該シリンダアセンブリ内に発泡体を導入する発泡体生成機構と、
熱伝達流体を該発泡体生成機構に圧送する圧送シリンダであって、該圧送シリンダは、その中の第２の可動の境界機構と、該第２の可動の境界機構に連結された第２のロッドとを備える、圧送シリンダと、
選択的に該シリンダアセンブリに流動的に接続される、圧縮された気体の貯蔵のための第１の貯蔵リザーバと、
選択的に該圧送シリンダに流動的に接続される、熱伝達流体の貯蔵のための第２の貯蔵リザーバと
を備える、システム。
【請求項１０６】
前記第１の貯蔵リザーバと前記第２の貯蔵リザーバとは、同一である、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０７】
前記第１の貯蔵リザーバと前記第２の貯蔵リザーバとは、異なる、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０８】
前記熱伝達流体を熱的に調整する熱伝達サブシステムをさらに備える、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１０９】
前記熱伝達サブシステムは、熱交換器を備える、請求項１０８に記載のシステム。
【請求項１１０】
前記第１および第２のロッドは、該第１および第２のロッドの往復運動を回転運動と相互変換する機構に機械的に連結される、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１１１】
前記機構は、クランクシャフトを備える、請求項１１０に記載のシステム。
【請求項１１２】
前記クランクシャフトは、前記第１のロッドと第２のロッドとを固定位相関係に維持する、請求項１１１に記載のシステム。
【請求項１１３】
前記発泡体生成機構は、前記シリンダアセンブリの内部に配置される、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１１４】
前記発泡体生成機構は、前記シリンダアセンブリの外部に配置され、導管を介して、そこに接続される、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１１５】
前記発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１１６】
前記第１の貯蔵リザーバは、前記第２の貯蔵リザーバが流体を貯蔵する圧力と異なる圧力で流体を貯蔵する、請求項１０５に記載のシステム。
【請求項１１７】
エネルギーを貯蔵および回収する方法であって、該方法は、
貯蔵リザーバから、選択的にそこに流動的に接続される混合チャンバまで、圧縮された気体を移送することと、
該混合チャンバの中で、該圧縮された気体および熱伝達流体を含む第１の発泡体を形成することと、
該混合チャンバからシリンダまで該第１の発泡体を移送することと、
該シリンダの中の該第１の発泡体を膨張させることであって、それにより、そこからエネルギーを回収する、ことと、
該膨張させられた第１の発泡体を該シリンダから除去することと、
第２の発泡体を該シリンダの中へ導入することと、
該シリンダの中の該第２の発泡体を圧縮することであって、それにより、その中にエネルギーを貯蔵することと、
該圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を該貯蔵リザーバまで移送することであって、該移送は、該混合チャンバを迂回する、ことと
を含む、方法。
【請求項１１８】
前記第１の発泡体を膨張させる前に、該第１の発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
前記膨張させられた第１の発泡体を前記シリンダから除去することは、該膨張させられた第１の発泡体の気体成分を周囲大気に排出することを含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２０】
前記膨張させられた第１の発泡体を前記シリンダから除去することは、該膨張させられた第１の発泡体を第２のシリンダまで移送することを含み、該第２のシリンダの中で該膨張させられた第１の発泡体を膨張させることをさらに含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２１】
前記膨張させられた第１の発泡体を気体成分と液体成分とに分離することをさらに含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２２】
前記膨張させられた第１の発泡体は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して分離される、請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２３】
前記膨張させられた第１の発泡体は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】
前記膨張させられた第１の発泡体の液体成分を貯蔵することをさらに含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２５】
前記第１の発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２６】
前記圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を前記貯蔵リザーバまで移送することは、該圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分の気体成分を該貯蔵リザーバまで移送することを含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２７】
前記圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を前記貯蔵リザーバまで移送することは、該圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分の気体成分および液体成分の両方を該貯蔵リザーバまで移送することを含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２８】
前記圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分は、前記シリンダと前記貯蔵リザーバとの間の迂回接続を介して、該貯蔵リザーバまで移送される、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１２９】
弁が、前記圧縮された第２の発泡体の前記混合チャンバの中への流入を、前記貯蔵リザーバまでの移送の間、実質的に防止する、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３０】
前記圧縮された第２の発泡体の第２の部分は、前記混合チャンバを介して、前記シリンダから前記貯蔵リザーバまで移送される、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３１】
前記第１の発泡体は、実質的に等温で膨張させられ、前記第２の発泡体は、実質的に等温で圧縮される、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１３２】
前記シリンダは、その中にピストンを備え、該シリンダの中で前記第１の発泡体を膨張させることは、（ｉ）該ピストンに機械的に連結される機構、または（ｉｉ）該シリンダに連結される油圧システムのうちの少なくとも１つを駆動させる、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１３３】
前記第１の発泡体を膨張させることは、前記機構を駆動させ、該機構は、クランクシャフトを備える、請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
前記第１の発泡体を形成することは、熱伝達液を該混合チャンバの中へ移送することを含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１３５】
前記混合チャンバの中への前記熱伝達液の移送速度を制御することによって、前記第１の発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記シリンダまたは前記混合チャンバのうちの少なくとも１つの内部での圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記移送速度は、それに応答して制御される、請求項１３５に記載の方法。
【請求項１３７】
エネルギーを回収する方法であって、該方法は、
貯蔵リザーバ内で、圧縮された気体および熱伝達流体を含む第１の発泡体を形成することと、
該第１の発泡体をシリンダまで移送することと、
該シリンダの中で該第１の発泡体を膨張させることであって、それにより、そこからエネルギーを回収する、ことと、
該膨張させられた第１の発泡体を該シリンダから除去することと、
該シリンダの中の第２の発泡体を圧縮することであって、それにより、その中にエネルギーを貯蔵することと、
該圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を該貯蔵リザーバの中に貯蔵することと
を含む、方法。
【請求項１３８】
前記第１の発泡体を形成することは、前記貯蔵リザーバ内において、熱伝達流体と圧縮された気体とを発泡体生成機構を介して混合することを含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１３９】
前記発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項１３８に記載の方法。
【請求項１４０】
熱伝達液を前記貯蔵リザーバの領域から前記発泡体生成機構まで循環させることをさらに含む、請求項１３８に記載の方法。
【請求項１４１】
前記熱伝達液は、前記貯蔵リザーバの外側で循環させられる、請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４２】
前記第１の発泡体を膨張させる前に、該第１の発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４３】
前記膨張させられた第１の発泡体を前記シリンダから除去することは、該膨張させられた第１の発泡体の気体成分を周囲大気に排出することを含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４４】
前記膨張させられた第１の発泡体を気体成分と液体成分とに分離することをさらに含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４５】
前記膨張させられた第１の発泡体は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項１４４に記載の方法。
【請求項１４６】
前記膨張させられた第１の発泡体は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項１４５に記載の方法。
【請求項１４７】
前記膨張させられた第１の発泡体の液体成分を貯蔵することをさらに含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４８】
前記膨張させられた第１の発泡体の前記液体成分は、前記貯蔵リザーバの中に貯蔵される、請求項１４７に記載の方法。
【請求項１４９】
前記第１の発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１５０】
前記圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を前記貯蔵リザーバの中に貯蔵することは、該圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分の気体成分を貯蔵することを含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１５１】
前記圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を前記貯蔵リザーバの中に貯蔵することは、該圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分の気体成分および液体成分の両方を貯蔵することを含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１５２】
前記膨張させられた第１の発泡体を前記シリンダから除去することは、該膨張させられた第１の発泡体を第２のシリンダまで移送することを含み、該第２のシリンダの中で該膨張させられた第１の発泡体を膨張させることをさらに含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１５３】
前記第１の発泡体は、実質的に等温で膨張させられ、前記第２の発泡体は、実質的に等温で圧縮される、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１５４】
前記シリンダは、その中にピストンを備え、該シリンダの中で前記第１の発泡体を膨張させることは、（ｉ）該ピストンに機械的に連結される機構、または（ｉｉ）該シリンダに連結される油圧システムのうちの少なくとも１つを駆動させる、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１５５】
前記第１の発泡体を膨張させることは、前記機構を駆動させ、該機構は、クランクシャフトを備える、請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５６】
エネルギーを貯蔵および回収する方法であって、該方法は、
気体をシリンダの中へ移送することと、
熱伝達液を該シリンダの中へ移送することであって、それにより、その中において該気体と混合させ、該気体および該熱伝達液を含む発泡体を形成する、ことと、
該シリンダ内において、エネルギーを貯蔵するために該発泡体を圧縮すること、またはエネルギーを回収するために該発泡体を膨張させることのうちの少なくとも１つのことと、
該圧縮または膨張させられた発泡体を該シリンダから排出することと
を含む、方法。
【請求項１５７】
気体が、貯蔵リザーバから前記シリンダの中へ移送される、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１５８】
前記熱伝達液は、前記貯蔵リザーバから前記シリンダの中へ移送される、請求項１５７に記載の方法。
【請求項１５９】
前記気体および前記熱伝達液は、異なる入口を介して前記シリンダの中へ移送される、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１６０】
前記発泡体が圧縮され、該圧縮された発泡体の少なくとも一部分を貯蔵リザーバ内に貯蔵することをさらに含む、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１６１】
前記圧縮された発泡体の少なくとも一部分を前記貯蔵リザーバ内に貯蔵することは、該圧縮された発泡体の気体成分を貯蔵することを含む、請求項１６０に記載の方法。
【請求項１６２】
前記圧縮された発泡体の少なくとも一部分を前記貯蔵リザーバ内に貯蔵することは、該圧縮された発泡体の気体成分および液体成分の両方を貯蔵することを含む、請求項１６０に記載の方法。
【請求項１６３】
前記シリンダ内への前記熱伝達液の移送速度を制御することによって、前記発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１６４】
前記シリンダ内の圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記移送速度は、それに応答して制御される、請求項１６３に記載の方法。
【請求項１６５】
前記発泡体が膨張させられ、該膨張させられた発泡体を前記シリンダから排出することは、該膨張させられた発泡体の気体成分を周囲大気に排出することを含む、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１６６】
前記発泡体が膨張させられ、該膨張させられた発泡体を該シリンダから排出することは、該膨張させられた発泡体を第２のシリンダまで移送することを含み、該第２のシリンダの中で該膨張させられた発泡体を膨張させることをさらに含む、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１６７】
前記発泡体が膨張させられ、該膨張させられた発泡体を気体成分と液体成分とに分離することをさらに含む、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１６８】
前記膨張させられた発泡体は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項１６７に記載の方法。
【請求項１６９】
前記膨張させられた発泡体は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項１６８に記載の方法。
【請求項１７０】
前記発泡体が膨張させられ、該膨張させられた発泡体の液体成分を貯蔵することをさらに含む、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１７１】
前記発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１７２】
前記発泡体は、実質的に等温で膨張または圧縮される、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１７３】
前記発泡体が膨張させられ、前記シリンダは、その中にピストンを備え、該発泡体を膨張させることは、（ｉ）該ピストンに機械的に連結される機構、または（ｉｉ）該シリンダに連結される油圧システムのうちの少なくとも１つを駆動させる、請求項１５６に記載の方法。
【請求項１７４】
前記発泡体を膨張させることは、前記機構を駆動させ、該機構は、クランクシャフトを備える、請求項１７３に記載の方法。
【請求項１７５】
エネルギーを貯蔵および回収する方法であって、該方法は、
複数の離散段階において、エネルギーを貯蔵するために気体を圧縮すること、またはエネルギーを回収するために気体を膨張させることのうちの少なくとも１つを行うことであって、各段階は、異なる圧力範囲にわたって行われる、ことを含み、
（ｉ）該段階のうちの１つの段階の間に、熱が、該気体と該気体の中へ導入される第１の熱伝達流体の離散液滴との間で交換され、（ｉｉ）該段階のうちの別の１つの段階の間に、熱が、該気体と第２の熱伝達流体との間で交換され、該気体と該第２の熱伝達流体とは組み合わされて発泡体を形成する、方法。
【請求項１７６】
前記段階のうちの前記別の１つの段階の間の前記圧縮または膨張のうちの少なくとも１つの後に、前記発泡体の少なくとも一部分を気体成分と液体成分とに分離することをさらに含む、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１７７】
前記発泡体の少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項１７６に記載の方法。
【請求項１７８】
前記発泡体の少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項１７７に記載の方法。
【請求項１７９】
前記気体が圧縮され、その後に、該気体を貯蔵リザーバの中に貯蔵することをさらに含む、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１８０】
前記気体が膨張させられ、その後に、該気体を周囲大気に通気させることをさらに含む、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１８１】
前記第１の熱伝達流体と第２の熱伝達流体とは、同一の液体を含む、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１８２】
前記第２の熱伝達流体は、発泡性添加剤を含む、請求項１８１に記載の方法。
【請求項１８３】
前記第１の熱伝達流体の離散液滴は、噴霧によって、前記気体の中へ導入される、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１８４】
前記第１の熱伝達流体の離散液滴と前記気体との間の熱交換は、前記段階のうちの１つの段階の間の前記膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを実質的に等温にする、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１８５】
前記気体と前記第２の熱伝達流体との間の前記発泡体内での熱交換は、前記段階のうちの前記別の１つの段階の間の前記膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを実質的に等温にする、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１８６】
前記段階のうちの前記別の１つの段階の間の前記膨張または圧縮のうちの少なくとも１つは、シリンダ内で行われる、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１８７】
前記シリンダ内で前記気体を前記第２の熱伝達流体と混合することによって、前記発泡体を生成することをさらに含む、請求項１８６に記載の方法。
【請求項１８８】
（ｉ）前記シリンダの外側で前記気体を前記第２の熱伝達流体と混合することによって、前記発泡体を生成することと、（ｉｉ）該発泡体を該シリンダの中へ移送することとをさらに含む、請求項１８６に記載の方法。
【請求項１８９】
前記発泡体が前記シリンダに流入する前に、該発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項１８８に記載の方法。
【請求項１９０】
前記気体が膨張させられ、前記シリンダはその中にピストンを備え、該シリンダの中で気体を膨張させることは、（ｉ）該ピストンに機械的に連結される機構、または（ｉｉ）該シリンダに連結される油圧システムのうちの少なくとも１つを駆動させる、請求項１８６に記載の方法。
【請求項１９１】
前記気体を膨張させることは、前記機構を駆動させ、該機構は、クランクシャフトを備える、請求項１９０に記載の方法。
【請求項１９２】
前記発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項１９１に記載の方法。
【請求項１９３】
前記発泡体を形成することは、前記第２の熱伝達流体を前記気体の中へ移送することを含む、請求項１７５に記載の方法。
【請求項１９４】
前記第２の熱伝達流体の移送速度を制御することによって、前記発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項１９３に記載の方法。
【請求項１９５】
前記段階のうちの少なくとも１つの段階内での圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記移送速度は、それに応答して制御される、請求項１９４に記載の方法。
【請求項１９６】
エネルギーを貯蔵および回収する方法であって、該方法は、
シリンダ内で２つの異なるプロセスを行うことであって、該プロセスは、（ｉ）エネルギーを貯蔵するために気体を圧縮することと、（ｉｉ）エネルギーを回収するために気体を膨張させることとを含む、ことと、
該プロセスのうちの一方のプロセスの間に、該気体と熱を交換することであって、該交換することは、第１の熱伝達流体の離散液滴をそこに導入することによる、ことと、
該プロセスのうちの他方のプロセスの間に、該気体と熱を交換することであって、該交換することは、該気体を第２の熱伝達流体と混合させて発泡体を形成することによる、ことと
を含む、方法。
【請求項１９７】
前記プロセスのうちの他方のプロセスの後に、前記発泡体の少なくとも一部分を気体成分と液体成分とに分離することをさらに含む、請求項１９６に記載の方法。
【請求項１９８】
前記発泡体の少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項１９７に記載の方法。
【請求項１９９】
前記発泡体の少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項１９８に記載の方法。
【請求項２００】
気体を圧縮した後に、該気体を貯蔵リザーバの中に貯蔵することをさらに含む、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２０１】
気体を膨張させた後に、該気体を周囲大気に通気させることをさらに含む、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２０２】
前記第１の熱伝達流体と第２の熱伝達流体とは、同一の液体を含む、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２０３】
前記第２の熱伝達流体は、発泡性添加剤を含む、請求項２０２に記載の方法。
【請求項２０４】
前記第１の熱伝達流体の離散液滴は、噴霧によって、前記気体の中へ導入される、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２０５】
前記第１の熱伝達流体の離散液滴と前記気体との間の熱交換は、前記プロセスのうちの一方のプロセスを実質的に等温にする、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２０６】
前記気体と前記第２の熱伝達流体との間の前記発泡体内での熱交換は、前記プロセスのうちの他方のプロセスを実質的に等温にする、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２０７】
前記発泡体は、前記シリンダの内部で前記気体を前記第２の熱伝達流体と混合することによって形成される、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２０８】
前記発泡体は、前記シリンダの外部で前記気体を前記第２の熱伝達流体と混合することによって形成され、該発泡体を該シリンダの中へ移送することをさらに含む、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２０９】
前記発泡体が前記シリンダに流入する前に、該発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性のうちの少なくとも１つを変更することをさらに含む、請求項２０８に記載の方法。
【請求項２１０】
前記シリンダは、その中にピストンを備え、該シリンダ内の気体を膨張させることは、（ｉ）該ピストンに機械的に連結される機構、または（ｉｉ）該シリンダに連結される油圧システムのうちの少なくとも１つを駆動させる、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２１１】
前記気体を膨張させることは、前記機構を駆動させ、該機構は、クランクシャフトを備える、請求項２１０に記載の方法。
【請求項２１２】
前記発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２１３】
前記気体の中への前記第２の熱伝達流体の移送速度を制御することによって、前記発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項１９６に記載の方法。
【請求項２１４】
前記気体の圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記移送速度は、それに応答して制御される、請求項２１３に記載の方法。
【請求項２１５】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリと、
選択的に該シリンダアセンブリに流動的に接続される貯蔵リザーバと、
選択的に該シリンダアセンブリおよび該貯蔵リザーバに流動的に接続される混合チャンバであって、該混合チャンバは、（ｉ）該貯蔵リザーバから気体を受容すること、（ｉｉ）発泡体を形成するために該気体を熱伝達液と混合させること、および（ｉｉｉ）該発泡体を該シリンダアセンブリまで移送することを行う、混合チャンバと、
選択的に該シリンダアセンブリを、直接的に該貯蔵リザーバに流動的に接続する迂回導管であって、該迂回導管は、該混合チャンバを横断せずに、該シリンダアセンブリから該貯蔵リザーバまで気体または発泡体のうちの少なくとも１つを移送する、迂回導管と
を備える、システム。
【請求項２１６】
前記混合チャンバは、（ｉ）気体を移送する第１の導管、および（ｉｉ）熱伝達液を移送する、第１の導管と異なる第２の導管によって、選択的に前記貯蔵リザーバに流動的に接続される、請求項２１５に記載のシステム。
【請求項２１７】
前記混合チャンバ内に、前記発泡体の少なくとも１つの特性を変更する機構をさらに備える、請求項２１５に記載のシステム。
【請求項２１８】
前記機構は、濾膜または超音波エネルギー源のうちの少なくとも１つを備える、請求項２１７に記載のシステム。
【請求項２１９】
前記少なくとも１つの特性は、発泡体セルサイズまたは発泡体セルサイズ均一性のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１７に記載のシステム。
【請求項２２０】
前記混合チャンバの中に発泡体生成機構をさらに備える、請求項２１９に記載のシステム。
【請求項２２１】
前記発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項２２０に記載のシステム。
【請求項２２２】
第２のシリンダアセンブリをさらに備え、該第２のシリンダアセンブリは、前記シリンダアセンブリの圧力範囲と異なる圧力範囲にわたる圧縮によって、エネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行う、請求項２１９に記載のシステム。
【請求項２２３】
膨張させられた気体を大気に排出する通気口をさらに備え、該通気口は、選択的に前記第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される、請求項２２２に記載のシステム。
【請求項２２４】
制御システムをさらに備え、該制御システムは、前記シリンダアセンブリまたは前記混合チャンバのうちの少なくとも１つを制御して、該シリンダアセンブリの中で実質的等温圧縮または実質的等温膨張のうちの少なくとも１つを行う、請求項２１５に記載のシステム。
【請求項２２５】
前記シリンダアセンブリまたは前記混合チャンバのうちの少なくとも１つの内部の圧力を検出するセンサをさらに備え、前記制御システムは、該センサに応答する、請求項２２４に記載のシステム。
【請求項２２６】
前記制御システムは、前記検出された圧力に応答して、前記混合チャンバの中への熱伝達液の流量を制御する、請求項２２５に記載のシステム。
【請求項２２７】
熱伝達液を前記混合チャンバまで移送する循環装置をさらに備える、請求項２１５に記載のシステム。
【請求項２２８】
前記循環装置は、変速ポンプを備える、請求項２２７に記載のシステム。
【請求項２２９】
（ｉ）前記シリンダアセンブリを２つのチャンバに分離する可動の境界機構と、
（ｉｉ）該境界機構に機械的に連結される、該境界機構の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと
をさらに備える、請求項２１５に記載のシステム。
【請求項２３０】
前記クランクシャフトに連結されるモータ／発電機をさらに備える、請求項２２９に記載のシステム。
【請求項２３１】
前記貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、または空洞のうちの少なくとも１つを備える、請求項２１５に記載のシステム。
【請求項２３２】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリと、
選択的に該シリンダアセンブリに流動的に接続される貯蔵リザーバと、
該貯蔵リザーバ内において、気体および熱伝達液を含む発泡体を生成する発泡体生成機構と
を備える、システム。
【請求項２３３】
前記貯蔵リザーバと前記シリンダアセンブリとの間に、前記発泡体の少なくとも１つの特性を変更する機構をさらに備える、請求項２３２に記載のシステム。
【請求項２３４】
前記機構は、濾膜または超音波エネルギー源のうちの少なくとも１つを備える、請求項２３３に記載のシステム。
【請求項２３５】
前記少なくとも１つの特性は、発泡体セルサイズまたは発泡体セルサイズ均一性のうちの少なくとも１つを含む、請求項２３３に記載のシステム。
【請求項２３６】
前記発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項２３２に記載のシステム。
【請求項２３７】
第２のシリンダアセンブリをさらに備え、該第２のシリンダアセンブリは、前記シリンダアセンブリの圧力範囲と異なる圧力範囲にわたる圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行う、請求項２３２に記載のシステム。
【請求項２３８】
膨張させられた気体を大気に排出する通気口をさらに備え、該通気口は、選択的に前記第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される、請求項２３７に記載のシステム。
【請求項２３９】
制御システムをさらに備え、該制御システムは、前記シリンダアセンブリを制御して、その中で実質的等温圧縮または実質的等温膨張のうちの少なくとも１つを行う、請求項２３２に記載のシステム。
【請求項２４０】
前記シリンダアセンブリ内の圧力または温度のうちの少なくとも１つを検出するセンサをさらに備え、前記制御システムは、該センサに応答する、請求項２３９に記載のシステム。
【請求項２４１】
熱伝達液を前記発泡体生成機構まで移送する循環装置をさらに備える、請求項２３２に記載のシステム。
【請求項２４２】
前記循環装置は、変速ポンプを備える、請求項２４１に記載のシステム。
【請求項２４３】
導管をさらに備え、該導管は、選択的に前記貯蔵リザーバの底部領域を前記発泡体生成機構と流動的に接続する、請求項２３２に記載のシステム。
【請求項２４４】
前記導管は、前記貯蔵リザーバの外部に延在する、請求項２４３に記載のシステム。
【請求項２４５】
（ｉ）前記シリンダアセンブリを２つのチャンバに分離する可動の境界機構と、
（ｉｉ）該境界機構に機械的に連結される、該境界機構の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと
をさらに備える、請求項２３２に記載のシステム。
【請求項２４６】
前記クランクシャフトに連結されるモータ／発電機をさらに備える、請求項２４５に記載のシステム。
【請求項２４７】
前記貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、または空洞のうちの少なくとも１つを備える、請求項２３２に記載のシステム。
【請求項２４８】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリと、
貯蔵リザーバと、
該シリンダアセンブリ内に配置される、該シリンダアセンブリ内の気体の中への熱伝達液の導入を介して発泡体を生成する発泡体生成機構と
を備え、
該シリンダアセンブリは、（ｉ）気体を移送する第１の導管、および（ｉｉ）熱伝達液を該発泡体生成機構まで移送する、第１の導管と異なる第２の導管によって、選択的に該貯蔵リザーバに流動的に接続される、システム。
【請求項２４９】
前記発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項２４８に記載のシステム。
【請求項２５０】
前記シリンダアセンブリの圧力範囲と異なる圧力範囲にわたる圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行う第２のシリンダアセンブリをさらに備える、請求項２４８に記載のシステム。
【請求項２５１】
膨張させられた気体を大気に排出する通気口をさらに備え、該通気口は、選択的に前記第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される、請求項２５０に記載のシステム。
【請求項２５２】
制御システムをさらに備え、該制御システムは、前記シリンダアセンブリを制御して、その中において実質的等温圧縮または実質的等温膨張のうちの少なくとも１つを強制する、請求項２４８に記載のシステム。
【請求項２５３】
前記シリンダアセンブリ内の圧力または温度のうちの少なくとも１つを検出するセンサをさらに備え、前記制御システムは、該センサに応答する、請求項２５２に記載のシステム。
【請求項２５４】
前記制御システムは、前記検出された圧力に応答して、前記発泡体生成機構を介して熱伝達液の流量を制御する、請求項２５３に記載のシステム。
【請求項２５５】
前記第２の導管内で熱伝達液を移送する循環装置をさらに備える、請求項２４８に記載のシステム。
【請求項２５６】
前記循環装置は、変速ポンプを備える、請求項２５５に記載のシステム。
【請求項２５７】
（ｉ）前記シリンダアセンブリを２つのチャンバに分離する可動の境界機構と、
（ｉｉ）該境界機構に機械的に連結される、該境界機構の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと
をさらに備える、請求項２４８に記載のシステム。
【請求項２５８】
前記クランクシャフトに連結されるモータ／発電機をさらに備える、請求項２５７に記載のシステム。
【請求項２５９】
前記貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、または空洞のうちの少なくとも１つを備える、請求項２４８に記載のシステム。
【請求項２６０】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリと、
該シリンダアセンブリ内に第１の熱伝達液の離散液滴を導入する噴霧機構であって、該導入することにより、気体と該第１の熱伝達液の該離散液滴との間の熱交換を行う、噴霧機構と、
該噴霧機構から離散し、発泡体の生成または該シリンダアセンブリ内への導入のうちの少なくとも１つを行う発泡体生成機構であって、該発泡体は、気体および第２の熱伝達液を含む、発泡体生成機構と
を備える、システム。
【請求項２６１】
前記第１の熱伝達液と第２の熱伝達液とは、同一の液体を含む、請求項２６０に記載のシステム。
【請求項２６２】
前記第２の熱伝達液は、発泡性添加剤を含む、請求項２６１に記載のシステム。
【請求項２６３】
前記噴霧機構は、噴霧ヘッドまたは噴霧ロッドのうちの少なくとも１つを備える、請求項２６０に記載のシステム。
【請求項２６４】
前記発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項２６０に記載のシステム。
【請求項２６５】
圧縮された気体の貯蔵のための貯蔵リザーバをさらに備え、該貯蔵リザーバは、選択的に前記シリンダアセンブリに流動的に接続される、請求項２６０に記載のシステム。
【請求項２６６】
前記貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、または空洞のうちの少なくとも１つを備える、請求項２６５に記載のシステム。
【請求項２６７】
膨張させられた気体を周囲大気に排出する通気口をさらに備え、該通気口は、選択的に前記シリンダアセンブリに流動的に接続される、請求項２６０に記載のシステム。
【請求項２６８】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
各々の異なる圧力範囲にわたって、圧縮によってエネルギーを貯蔵することまたは膨張によってエネルギーを回収することのうちの少なくとも１つを行う複数のシリンダアセンブリと、
選択的に該シリンダアセンブリのうちの１つに流動的に接続される噴霧機構であって、該噴霧機構は、その中に第１の熱伝達液の離散液滴を導入する、噴霧機構と、
選択的に該シリンダアセンブリのうちの異なる１つに流動的に接続される発泡体生成機構であって、該発泡体生成機構は、その中に気体および第２の熱伝達液を含む発泡体を生成またはその中に導入することのうちの少なくとも１つを行う、発泡体生成機構と
を備える、システム。
【請求項２６９】
前記第１の熱伝達液と第２の熱伝達液とは、同一の液体を含む、請求項２６８に記載のシステム。
【請求項２７０】
前記第２の熱伝達液は、発泡性添加剤を含む、請求項２６９に記載のシステム。
【請求項２７１】
前記噴霧機構は、噴霧ヘッドまたは噴霧ロッドのうちの少なくとも１つを備える、請求項２６８に記載のシステム。
【請求項２７２】
前記発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項２６８に記載のシステム。
【請求項２７３】
圧縮された気体の貯蔵のための貯蔵リザーバをさらに備え、該貯蔵リザーバは、選択的に前記シリンダアセンブリのうちの１つに流動的に接続される、請求項２６８に記載のシステム。
【請求項２７４】
前記貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、または空洞のうちの少なくとも１つを備える、請求項２７３に記載のシステム。
【請求項２７５】
膨張させられた気体を周囲大気に排出する通気口をさらに備え、該通気口は、選択的に前記シリンダアセンブリのうちの１つに流動的に接続される、請求項２６８に記載のシステム。
【請求項２７６】
エネルギー回収の方法であって、該方法は、
圧送シリンダ内でピストンを駆動させることであって、該駆動させることにより、熱伝達液をそこから発泡体生成機構まで移送する、ことと、
圧縮された気体をシリンダアセンブリまたは該発泡体生成機構まで移送することと、
該発泡体生成機構を介して、（ｉ）該熱伝達液を該圧縮された気体と混成することによって発泡体を形成すること、および（ｉｉ）該発泡体を該シリンダアセンブリ内に導入することと、
該シリンダアセンブリ内で該発泡体を膨張させることであって、該膨張は、該シリンダアセンブリ内のピストンを駆動させる、ことと、
該膨張させられた発泡体の少なくとも一部分を該シリンダアセンブリから排出することと
を含む、方法。
【請求項２７７】
前記圧縮された気体は、第１の貯蔵リザーバから前記シリンダアセンブリまで移送される、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２７８】
熱伝達液を第２の貯蔵リザーバから前記圧送シリンダまで移送することをさらに含む、請求項２７７に記載の方法。
【請求項２７９】
前記第１の貯蔵リザーバと第２の貯蔵リザーバとは、同一である、請求項２７８に記載の方法。
【請求項２８０】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分を気体成分と液体成分とに分離することと、
該液体成分を前記第１の貯蔵リザーバまで移送することと
をさらに含む、請求項２７９に記載の方法。
【請求項２８１】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項２８０に記載の方法。
【請求項２８２】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項２８１に記載の方法。
【請求項２８３】
前記第２の貯蔵リザーバは、前記第１の貯蔵リザーバと別個であり、かつ異なる、請求項２７８に記載の方法。
【請求項２８４】
前記第１の貯蔵リザーバ内の貯蔵圧力は、前記第２の貯蔵リザーバ内の貯蔵圧力よりも高い、請求項２８３に記載の方法。
【請求項２８５】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分を気体成分と液体成分とに分離することと、
該液体成分を前記第２の貯蔵リザーバまで移送することと
をさらに含む、請求項２８３に記載の方法。
【請求項２８６】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項２８５に記載の方法。
【請求項２８７】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項２８６に記載の方法。
【請求項２８８】
前記熱伝達液の前記発泡体生成機構への流入に先立って、該熱伝達液を熱的に調整することをさらに含む、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２８９】
前記発泡体生成機構は、前記シリンダアセンブリ内に配置される、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２９０】
前記発泡体生成機構は、前記シリンダアセンブリの外部に配置され、導管によってそこに接続される、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２９１】
前記圧送シリンダと前記シリンダアセンブリ内の前記ピストンとは、同時に駆動される、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２９２】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分を気体成分と液体成分とに分離することをさらに含む、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２９３】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項２９２に記載の方法。
【請求項２９４】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項２９３に記載の方法。
【請求項２９５】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分を前記シリンダアセンブリから排出することは、該膨張させられた発泡体の気体部分を周囲大気に排出することを含む、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２９６】
前記膨張させられた発泡体の少なくとも一部分を前記シリンダアセンブリから排出することは、そのさらなる膨張のために、該膨張させられた発泡体またはその気体部分を第２のシリンダアセンブリまで移送することを含む、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２９７】
前記発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２９８】
前記発泡体生成機構への前記熱伝達液の移送速度を制御することによって、前記発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項２７６に記載の方法。
【請求項２９９】
前記シリンダまたは前記発泡体生成機構のうちの少なくとも１つの内部の圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記移送速度は、それに応答して制御される、請求項２９８に記載の方法。
【請求項３００】
エネルギー貯蔵の方法であって、該方法は、
圧送シリンダ内でピストンを駆動させることであって、それにより、熱伝達液をそこから発泡体生成機構まで移送する、ことと、
気体をシリンダアセンブリまたは該発泡体生成機構まで移送することと、
該発泡体生成機構を介して、（ｉ）該熱伝達液を圧縮された気体と混成することによって発泡体を形成すること、および（ｉｉ）該発泡体を該シリンダアセンブリ内に導入することと、
該シリンダアセンブリ内のピストンを駆動させることであって、それにより、該シリンダアセンブリ内の発泡体を圧縮する、ことと、
該圧縮された発泡体の少なくとも一部分を該シリンダアセンブリから排出することと
を含む、方法。
【請求項３０１】
前記圧縮された発泡体の少なくとも一部分を前記シリンダアセンブリから排出することは、該圧縮された発泡体を第１の貯蔵リザーバまで移送することを含む、請求項３００に記載の方法。
【請求項３０２】
前記圧縮された発泡体の少なくとも一部分を前記シリンダアセンブリから排出することは、該圧縮された発泡体の気体成分を第１の貯蔵リザーバまで移送することを含む、請求項３００に記載の方法。
【請求項３０３】
前記圧縮された発泡体の少なくとも一部分を前記シリンダアセンブリから排出することは、該圧縮された発泡体の液体成分を第２の貯蔵リザーバまで移送することを含む、請求項３０２に記載の方法。
【請求項３０４】
前記第１の貯蔵リザーバと第２の貯蔵リザーバとは、同一である、請求項３０３に記載の方法。
【請求項３０５】
前記第２の貯蔵リザーバは、前記第１の貯蔵リザーバと別個であり、かつ異なる、請求項３０３に記載の方法。
【請求項３０６】
前記第１の貯蔵リザーバ内の貯蔵圧力は、前記第２の貯蔵リザーバ内の貯蔵圧力よりも高い、請求項３０５に記載の方法。
【請求項３０７】
前記熱伝達液の前記発泡体生成機構への流入に先立って、該熱伝達液を熱的に調整することをさらに含む、請求項３００に記載の方法。
【請求項３０８】
前記発泡体生成機構は、前記シリンダアセンブリ内に配置される、請求項３００に記載の方法。
【請求項３０９】
前記発泡体生成機構は、前記シリンダアセンブリの外部に配置され、導管によってそこに接続される、請求項３００に記載の方法。
【請求項３１０】
前記圧送シリンダおよび前記シリンダアセンブリ内の前記ピストンは、同時に駆動される、請求項３００に記載の方法。
【請求項３１１】
前記圧縮された発泡体の少なくとも一部分を気体成分と液体成分とに分離することをさらに含む、請求項３００に記載の方法。
【請求項３１２】
前記圧縮された発泡体の少なくとも一部分は、機械的分離または超音波エネルギーの印加のうちの少なくとも１つを介して、分離される、請求項３１１に記載の方法。
【請求項３１３】
前記圧縮された発泡体の少なくとも一部分は、ブレード、剪断力、バッフル、または遠心分離のうちの少なくとも１つによる機械的分離を介して、分離される、請求項３１２に記載の方法。
【請求項３１４】
気体が、周囲大気から前記シリンダアセンブリまたは前記発泡体生成機構まで移送される、請求項３００に記載の方法。
【請求項３１５】
第２のシリンダアセンブリ内での気体の圧縮後に、該気体が、該第２のシリンダアセンブリから前記シリンダアセンブリまたは前記発泡体生成機構まで移送される、請求項３００に記載の方法。
【請求項３１６】
前記発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択される、請求項３００に記載の方法。
【請求項３１７】
前記発泡体生成機構への前記熱伝達液の移送速度を制御することによって、前記発泡体の空隙率を制御することをさらに含む、請求項３００に記載の方法。
【請求項３１８】
前記シリンダまたは前記発泡体生成機構のうちの少なくとも１つの内部の圧力または温度のうちの少なくとも１つを感知することをさらに含み、前記移送速度は、それに応答して制御される、請求項３１７に記載の方法。
【請求項３１９】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
エネルギーを貯蔵するための圧縮またはエネルギーを回収するための膨張のうちの少なくとも１つを行う第１のシリンダアセンブリであって、該第１のシリンダアセンブリは、（ｉ）第１のシリンダ、（ｉｉ）少なくとも部分的に該第１のシリンダ内に配置される、該第１のシリンダからの熱伝達流体を循環させる第１の圧送機構と、（ｉｉｉ）熱伝達流体を気体と混成して発泡体を形成し、該第１のシリンダ内に該発泡体を導入する第１の発泡体生成機構とを備える、第１のシリンダアセンブリと、
エネルギーを貯蔵するための圧縮またはエネルギーを回収するための膨張のうちの少なくとも１つを行う第２のシリンダアセンブリであって、該第２のシリンダアセンブリは、（ｉ）第２のシリンダ、（ｉｉ）少なくとも部分的に該第２のシリンダ内に配置され、選択的に該第１の発泡体生成機構に流動的に接続される、該第２のシリンダからの熱伝達流体を循環させる第２の圧送機構と、（ｉｉｉ）熱伝達流体を気体と混成して発泡体を形成し、該第２のシリンダ内に該発泡体を導入する第２の発泡体生成機構であって、該第２の発泡体生成機構は、選択的に該第１の圧送機構に流動的に接続される、第２の発泡体生成機構とを備える、第２のシリンダアセンブリと
を備える、システム。
【請求項３２０】
前記第１の圧送機構は、
前記第１のシリンダ内に配置され、該第１のシリンダを２つの区画に分離する第１のピストンと、
該第１のピストンに連結され、第１のキャビティを備える第１のピストンロッドと、
少なくとも部分的に該第１のキャビティの中に配置され、該第１のシリンダの少なくとも一部分を通って延在する第１の中空管と
を備え、
該第１の中空管と該第１のピストンロッドとの間の相対運動は、該第１のキャビティの中へおよび外に熱伝達流体を循環させる、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３２１】
前記第２の圧送機構は、
前記第２のシリンダ内に配置され、該第２のシリンダを２つの区画に分離する第２のピストンと、
該第２のピストンに連結され、第２のキャビティを備える第２のピストンロッドと、
少なくとも部分的に該第２のキャビティの中に配置され、該第２のシリンダの少なくとも一部分を通って延在する第２の中空管と
を備え、
該第２の中空管と該第２のピストンロッドとの間の相対運動は、該第２のキャビティの中へおよび外に熱伝達流体を循環させる、請求項３２０に記載のシステム。
【請求項３２２】
前記第１および第２のピストンロッドは、共通クランクシャフトに機械的に連結される、請求項３２１に記載のシステム。
【請求項３２３】
第１の熱交換サブシステムをさらに備え、該第１の熱交換サブシステムは、前記第１の発泡体生成機構まで循環する熱伝達流体を熱的に調整する、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３２４】
前記第１の熱交換サブシステムは、熱交換器を備える、請求項３２３に記載のシステム。
【請求項３２５】
前記第１の熱交換サブシステムは、前記第１の発泡体生成機構および前記第２の圧送機構に流動的に接続される、請求項３２３に記載のシステム。
【請求項３２６】
第２の熱交換サブシステムをさらに備え、該第２の熱交換サブシステムは、前記第２の発泡体生成機構まで循環する熱伝達流体を熱的に調整する、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３２７】
前記第２の熱交換サブシステムは、熱交換器を備える、請求項３２６に記載のシステム。
【請求項３２８】
前記第２の熱交換サブシステムは、前記第２の発泡体生成機構および前記第１の圧送機構に流動的に接続される、請求項３２６に記載のシステム。
【請求項３２９】
気体または熱伝達流体のうちの少なくとも１つの貯蔵のための第１の貯蔵リザーバをさらに備え、該第１の貯蔵リザーバは、選択的に、前記第１および第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３３０】
気体または熱伝達流体のうちの少なくとも１つの貯蔵のための第２の貯蔵リザーバをさらに備え、第２の貯蔵リザーバは、選択的に前記第１および第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される、請求項３２９に記載のシステム。
【請求項３３１】
前記第１の貯蔵リザーバの貯蔵圧力は、前記第２の貯蔵リザーバの貯蔵圧力よりも高い、請求項３３０に記載のシステム。
【請求項３３２】
前記第１または第２の貯蔵リザーバのうちの少なくとも１つは、選択的に前記第１または第２の圧送機構のうちの少なくとも１つに流動的に接続される、請求項３３０に記載のシステム。
【請求項３３３】
前記第１の発泡体生成機構は、前記第１のシリンダ内に配置される、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３３４】
前記第１の発泡体生成機構は、前記第１のシリンダの外部に配置され、導管を介してそこに接続される、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３３５】
前記第２の発泡体生成機構は、前記第２のシリンダの内部に配置される、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３３６】
前記第２の発泡体生成機構は、前記第２のシリンダの外部に配置され、導管を介してそこに接続される、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３３７】
前記第１の発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３３８】
前記第２の発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、またはスパージャーのうちの少なくとも１つを備える、請求項３１９に記載のシステム。
【請求項３３９】
エネルギー回収システムを利用するエネルギー回収の方法であって、該エネルギー回収システムは、（ｉ）第１のシリンダ、第１の圧送機構、および第１の発泡体生成機構を備える第１のシリンダアセンブリと、（ｉｉ）第２のシリンダ、第２の圧送機構、および第２の発泡体生成機構を備える第２のシリンダアセンブリとを備え、該方法は、
該第１のシリンダアセンブリを用いて膨張行程を行うことであって、該膨張行程は、（ｉ）該第１の発泡体生成機構において、熱伝達流体および気体を混成することであって、それにより、発泡体を形成する、ことと、（ｉｉ）該第１のシリンダ内で該発泡体を膨張させることと、（ｉｉｉ）該第１の圧送機構内に熱伝達流体を導入することとを含む、ことと、
その間に、該第２のシリンダアセンブリを用いて排気行程を行うことであって、該排気行程は、（ｉ）発泡体またはその気体成分を該第２のシリンダから排出することと、（ｉｉ）該第２の圧送機構を用いて、熱伝達流体を該第１の発泡体生成機構に圧送することとを含む、ことと
を含む、方法。
【請求項３４０】
前記第２のシリンダアセンブリを用いて膨張行程を行うことであって、該膨張行程は、（ｉ）前記第２の発泡体生成機構において、熱伝達流体および気体を混成することであって、それにより、第２の発泡体を形成する、ことと、（ｉｉ）前記第２のシリンダ内で前記第２の発泡体を膨張させることと、（ｉｉｉ）前記第２の圧送機構内に熱伝達流体を導入することとを含む、ことと、
その間に、前記第１のシリンダアセンブリを用いて排気行程を行うことであって、該排気行程は、（ｉ）発泡体またはその気体成分を前記第１のシリンダから排出することと、（ｉｉ）前記第１の圧送機構を用いて、熱伝達流体を該第２の発泡体生成機構に圧送することとを含む、ことと
をさらに含む、請求項３３９に記載の方法。
【請求項３４１】
前記排気行程は、前記第１の発泡体生成機構に流入する前に、前記第２の圧送機構を用いて圧送される前記熱伝達流体を熱的に調整することを含む、請求項３３９に記載の方法。
【請求項３４２】
前記熱伝達流体を熱的に調整することは、該熱伝達流体を加熱することを含む、請求項３４１に記載の方法。
【請求項３４３】
エネルギー回収システムを利用するエネルギー貯蔵の方法であって、該システムは、
（ｉ）第１のシリンダ、第１の圧送機構、および第１の発泡体生成機構を備える第１のシリンダアセンブリと、（ｉｉ）第２のシリンダ、第２の圧送機構、および第２の発泡体生成機構を備える第２のシリンダアセンブリと
を備え、該方法は、
該第１のシリンダアセンブリを用いて圧縮行程を行うことであって、該圧縮行程は、（ｉ）該第１のシリンダ内で該第１の発泡体生成機構によって生成される発泡体を圧縮することと、（ｉｉ）該第１の圧送機構を用いて熱伝達流体を該第２の発泡体生成機構に圧送することとを含む、ことと、
その間に、該第２のシリンダアセンブリ内で圧縮行程を行うことであって、該圧縮行程は、（ｉ）該第２のシリンダ内で該第２の発泡体生成機構によって生成される第２の発泡体を圧縮することと、（ｉｉ）該第２の圧送機構を用いて熱伝達流体を該第１の発泡体生成機構に圧送することとを含む、ことと
を含む、方法。
【請求項３４４】
前記第１のシリンダアセンブリを用いて吸気行程を行うことであって、該吸気行程は、（ｉ）前記第１のシリンダ内に気体を受容することと、（ｉｉ）前記第１の圧送機構内に熱伝達流体を導入することとを含む、ことと、
その間に、前記第２のシリンダアセンブリを用いて吸気行程を行うことであって、該吸気行程は、（ｉ）前記第２のシリンダ内に気体を受容することと、（ｉｉ）前記第２の圧送機構内に熱伝達流体を導入することとを含む、ことと
をさらに含む、請求項３４３に記載の方法。
【請求項３４５】
前記第１のシリンダアセンブリの前記圧縮行程は、前記第２の発泡体生成機構に流入する前に、前記第１の圧送機構を用いて圧送される前記熱伝達流体を熱的に調整することを含む、請求項３４３に記載の方法。
【請求項３４６】
前記熱伝達流体を熱的に調整することは、前記熱伝達流体を冷却することを含む、請求項３４５に記載の方法。
【請求項３４７】
前記第２のシリンダアセンブリの前記圧縮行程は、前記第１の発泡体生成機構に流入する前に、前記第２の圧送機構を用いて圧送される前記熱伝達流体を熱的に調整することを含む、請求項３４３に記載の方法。
【請求項３４８】
前記熱伝達流体を熱的に調整することは、該熱伝達流体を冷却することを含む、請求項３４７に記載の方法。
【請求項３４９】
効率的電力需要応答のためのシステムであって、該システムは、
第１の電力需要レベルまでの需要に応答して電力を供給する第１のエネルギー貯蔵システムと、
該第１のエネルギー貯蔵システムに接続される、該第１の電力需要レベルを上回る需要に応答して電力を供給する第２のエネルギー貯蔵システムと、
該第１または第２のエネルギー貯蔵システムのうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を熱的に調整し、それによって、該第１および第２のエネルギー貯蔵システムの集合効率を増加させる熱交換サブシステムと
を備える、システム。
【請求項３５０】
前記第１のエネルギー貯蔵システムは、バッテリ、フライホイール、またはウルトラキャパシタのうちの少なくとも１つを備える、請求項３４９に記載のシステム。
【請求項３５１】
前記第２のエネルギー貯蔵システムは、圧縮気体エネルギー貯蔵システムを備え、該圧縮気体エネルギー貯蔵システムは、圧縮された気体を膨張させることによって電力を供給する、請求項３４９に記載のシステム。
【請求項３５２】
前記第１および第２のエネルギー貯蔵システムは、送電網と並列に接続される、請求項３４９に記載のシステム。
【請求項３５３】
前記第１の電力需要レベルは、約５００ｋＷである、請求項３４９に記載のシステム。
【請求項３５４】
前記熱交換サブシステムは、前記第１のエネルギー貯蔵システムから熱エネルギーを回収し、該第１のエネルギー貯蔵システムは、前記第２のエネルギー貯蔵システム内で、（ｉ）膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを受ける気体を熱的に調整する、または気体と混成して発泡体を形成する熱伝達流体、（ｉｉ）膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを受ける気体または発泡体、または（ｉｉｉ）膨張に先立って、貯蔵リザーバの中に貯蔵される気体または発泡体のうちの少なくとも１つを熱的に調整する、請求項３４９に記載のシステム。
【請求項３５５】
前記熱交換サブシステムは、前記第１のエネルギー貯蔵システムと関連付けられた第１の熱交換器と、前記第２のエネルギー貯蔵システムと関連付けられた第２の熱交換器とを備え、該第２のエネルギー貯蔵システムは、（ｉ）該第１の熱交換器と別個であり、（ｉｉ）選択的に該第１の熱交換器に流動的に接続可能である、請求項３４９に記載のシステム。
【請求項３５６】
前記第１の熱交換器は、第１のラジエータまたは第１の蓄熱井戸のうちの少なくとも１つに流動的に接続され、前記第２の熱交換器は、第２のラジエータまたは第２の蓄熱井戸のうちの少なくとも１つに流動的に接続される、請求項３５５に記載のシステム。
【請求項３５７】
電力送達の方法であって、該方法は、
時変電力需要レベルを検出することと、
該電力需要レベルが閾値レベル以下であるとき、第１のエネルギー貯蔵システムから電力を供給することと、
該電力需要レベルが閾値レベルを上回るとき、第２のエネルギー貯蔵システムから電力を供給することと、
該第１または第２のエネルギー貯蔵システムのうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を熱的に調整し、それによって、該第１および第２のエネルギー貯蔵システムの集合効率を増加させることと
を含む、方法。
【請求項３５８】
電力は、前記電力需要レベルが前記閾値レベル以下にあるときにのみ、前記第１のエネルギー貯蔵システムから供給される、請求項３５７に記載の方法。
【請求項３５９】
電力は、前記電力需要レベルが前記閾値レベルを上回るときにのみ、前記第２のエネルギー貯蔵システムから供給される、請求項３５７に記載の方法。
【請求項３６０】
前記第１または第２のエネルギー貯蔵システムのうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を熱的に調整することは、該第１のエネルギー貯蔵システムから熱エネルギーを回収することと、該回収した熱エネルギーを用いて該第２のエネルギー貯蔵システムの少なくとも一部分を熱的に調整することとを含む、請求項３５７に記載の方法。
【請求項３６１】
前記第２のエネルギー貯蔵システムの少なくとも一部分を熱的に調整することは、（ｉ）膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを受ける気体を熱的に調整する、または気体と混成して発泡体を形成する熱伝達流体、（ｉｉ）膨張または圧縮のうちの少なくとも１つを受ける気体または発泡体、または（ｉｉｉ）膨張に先立って、圧縮気体リザーバ内に貯蔵された気体または発泡体のうちの少なくとも１つを熱的に調整することを含む、請求項３６０に記載の方法。
【請求項３６２】
電力は、前記第１および第２のエネルギー貯蔵システムから共通バスラインを経由して供給される、請求項３５７に記載の方法。
【請求項３６３】
前記第２のエネルギー貯蔵システムから電力を供給することは、気体または発泡体のうちの少なくとも１つを膨張させて、そこからエネルギーを回収することを含む、請求項３５７に記載の方法。
【請求項３６４】
動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法であって、該動力装置は、該エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリを備え、該方法は、
該動力装置の中で気体を圧縮することと、
圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、熱伝達液を蓄熱井戸から該気体の中へ導入することであって、該熱伝達液は、圧縮の間に、該気体から熱エネルギーを吸収する、ことと、
該熱伝達液の少なくとも一部分を該蓄熱井戸に戻し、その中に該熱エネルギーを貯蔵することと、
その後に、該動力装置の中で気体を膨張させることと、
膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、熱伝達液を該蓄熱井戸から該気体の中へ導入することであって、該気体は、膨張の間に、該熱伝達液から熱エネルギーを吸収することと
を含む、方法。
【請求項３６５】
前記熱伝達液は、該熱伝達液を前記気体の中へ噴霧することによって、該気体の中へ導入される、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３６６】
前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、前記熱伝達液および前記気体を含む、発泡体を形成する、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３６７】
前記熱伝達液の少なくとも一部分を前記蓄熱井戸に戻すことに先立って、前記発泡体の少なくとも一部分を気体と熱伝達液とに分離することをさらに含む、請求項３６６に記載の方法。
【請求項３６８】
圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記熱伝達液を導入することは、前記圧縮を実質的に等温にする、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３６９】
膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記熱伝達液を導入することは、前記膨張を実質的に等温にする、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３７０】
前記動力装置によって産生された廃熱エネルギーを前記蓄熱井戸の中に貯蔵することをさらに含む、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３７１】
前記蓄熱井戸と周囲環境との間で熱エネルギーを交換することをさらに含む、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３７２】
熱エネルギーは、前記動力装置が圧縮または膨張のいずれも行っていない間に、前記蓄熱井戸と周囲環境との間で交換される、請求項３７１に記載の方法。
【請求項３７３】
圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記気体の中へ導入される前記熱伝達液の温度は、周囲温度を下回る、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３７４】
膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記気体の中へ導入される前記熱伝達液の温度は、周囲温度を上回る、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３７５】
圧縮後に、圧縮された気体を貯蔵することをさらに含み、貯蔵された圧縮気体は、膨張の間に膨張させられる、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３７６】
圧縮された気体を貯蔵することは、熱伝達流体を高温において貯蔵することをさらに含む、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３７７】
前記貯蔵された熱伝達流体を前記蓄熱井戸まで移送し、それによって、その中に熱エネルギーを貯蔵することをさらに含む、請求項３７６に記載の方法。
【請求項３７８】
膨張後に、膨張させられた気体を大気に通気することをさらに含む、請求項３６４に記載の方法。
【請求項３７９】
熱伝達流体を中に含有する蓄熱井戸と併用するように構成されているエネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
シリンダアセンブリを備える動力装置であって、該シリンダアセンブリは、その中において、エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを行う、動力装置と、
該圧縮または膨張のうちの少なくとも１つに先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、熱伝達液を該気体の中へ導入する機構であって、該機構は、該蓄熱井戸への選択的流体接続のために構成されている、機構と、
該気体の中へ導入される熱伝達液を該蓄熱井戸の中へ選択的に戻す導管と、
該動力装置および該蓄熱井戸に熱的に接続される、廃熱エネルギーを該動力装置から該蓄熱井戸まで移送する廃熱熱交換システムと
を備える、システム。
【請求項３８０】
環境熱交換システムをさらに備え、該環境熱交換システムは、前記蓄熱井戸および周囲環境へ熱接続するように構成されている、請求項３７９に記載のシステム。
【請求項３８１】
制御システムをさらに備え、該制御システムは、（ｉ）前記動力装置の動作状態を感知し、および（ｉｉ）該動力装置が気体の膨張または圧縮のいずれも行っていないときのみに、該環境熱交換システムを動作させる、請求項３８０に記載のシステム。
【請求項３８２】
圧縮された気体の貯蔵のためのリザーバをさらに備え、該リザーバは、選択的に前記動力装置に流動的に接続される、請求項３７９に記載のシステム。
【請求項３８３】
前記リザーバは、前記蓄熱井戸に選択的に流体接続して、その間に熱伝達液の流動を可能にするように構成されている、請求項３８２に記載のシステム。
【請求項３８４】
膨張させられた気体を大気に通気する通気口をさらに備え、該通気口は、選択的に前記動力装置に流動的に接続される、請求項３７９に記載のシステム。
【請求項３８５】
動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法であって、該動力装置は、エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリを備え、該方法は、
該動力装置の中で気体を圧縮または膨張させることのうちの少なくとも１つと、
該圧縮または膨張のうちの少なくとも１つに先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ｉ）第１の温度で蓄熱井戸から熱伝達液を引き出すこと、（ｉｉ）該熱伝達液を熱的に調整し、それによって、前記第１の温度と異なる第２の温度にすること、および（ｉｉｉ）該熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ導入して、それと熱を交換させることと
を含む、方法。
【請求項３８６】
前記気体と前記熱的に調整された熱伝達液との間の熱交換は、前記圧縮または膨張のうちの少なくとも１つを実質的に等温にする、請求項３８５に記載の方法。
【請求項３８７】
前記熱的に調整された熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ噴霧することを含む、請求項３８５に記載の方法。
【請求項３８８】
前記熱的に調整された熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱伝達液および該気体を含む発泡体を形成する、請求項３８５に記載の方法。
【請求項３８９】
前記圧縮または膨張のうちの少なくとも１つの後に、前記発泡体の少なくとも一部分を気体と熱伝達液とに分離することをさらに含む、請求項３８８に記載の方法。
【請求項３９０】
前記熱伝達液を熱的に調整することは、該熱伝達液と、前記蓄熱井戸から離散し、それに流動的に接続されない第２の蓄熱井戸との間の熱エネルギーの移送を含む、請求項３８５に記載の方法。
【請求項３９１】
前記動力装置によって産生された廃熱エネルギーを前記第２の蓄熱井戸の中に貯蔵することをさらに含む、請求項３９０に記載の方法。
【請求項３９２】
前記第２の蓄熱井戸と周囲環境との間で熱エネルギーを交換することをさらに含む、請求項３９０に記載の方法。
【請求項３９３】
熱エネルギーは、前記動力装置が圧縮または膨張のいずれも行っていない間に、前記第２の蓄熱井戸と周囲環境との間で交換される、請求項３９２に記載の方法。
【請求項３９４】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを中で行うシリンダアセンブリを備える動力装置と、
該圧縮または膨張のうちの少なくとも１つに先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、熱伝達液を該気体の中へ導入する機構と、
選択的に該機構に流動的に接続される、熱伝達液を中に含有する蓄熱井戸と、
該蓄熱井戸から該動力装置に流動する熱伝達液を熱的に調整するために、該蓄熱井戸と該動力装置との間に接続される熱交換器と、
該熱交換器と関連付けられ、該蓄熱井戸から離散している、該熱伝達流体からの熱エネルギーを貯蔵するか、またはそこに熱エネルギーを供給することのうちの少なくとも１つを行う第２の蓄熱井戸と
を備える、システム。
【請求項３９５】
前記気体の中へ導入された熱伝達液を前記蓄熱井戸に戻す導管をさらに備える、請求項３９４に記載のシステム。
【請求項３９６】
前記動力装置から前記第２の蓄熱井戸まで廃熱エネルギーを移送する廃熱熱交換システムをさらに備え、該廃熱交換システムは、該動力装置および該第２の蓄熱井戸に熱的に接続される、請求項３９４に記載のシステム。
【請求項３９７】
前記第２の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続される環境熱交換システムをさらに備える、請求項３９４に記載のシステム。
【請求項３９８】
前記熱交換器は、前記第２の蓄熱井戸内に配置される、請求項３９４に記載のシステム。
【請求項３９９】
動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法であって、該動力装置は、エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリを備え、該方法は、
該動力装置の中で気体を圧縮または膨張させることのうちの少なくとも１つと、
該圧縮または膨張のうちの少なくとも１つに先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ｉ）第１の温度において、第１の蓄熱井戸から熱伝達液を引き出すこと、および（ｉｉ）該熱伝達液を該気体の中へ導入して、それと熱を交換することであって、該熱交換は、該熱伝達液を該第１の温度と異なる第２の温度にさせる、ことと、
該第２の温度において該第１の蓄熱井戸から離散しており、それに流動的に接続されない第２の蓄熱井戸まで熱伝達液を移送することと
を含む、方法。
【請求項４００】
前記気体と前記熱伝達液との間の熱交換は、前記圧縮または膨張のうちの少なくとも１つを実質的に等温にする、請求項３９９に記載の方法。
【請求項４０１】
前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、前記熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ噴霧することを含む、請求項３９９に記載の方法。
【請求項４０２】
前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱伝達液および該気体を含む発泡体を形成する、請求項３９９に記載の方法。
【請求項４０３】
熱伝達液を前記第２の蓄熱井戸まで移送することに先立って、前記発泡体の少なくとも一部分を気体と熱伝達液とに分離することをさらに含む、請求項４０２に記載の方法。
【請求項４０４】
前記動力装置によって産生された廃熱エネルギーを前記第２の蓄熱井戸の中に貯蔵することをさらに含む、請求項３９９に記載の方法。
【請求項４０５】
周囲環境と、前記第１の蓄熱井戸または前記第２の蓄熱井戸のうちの少なくとも１つとの間で熱エネルギーを交換することをさらに含む、請求項３９９に記載の方法。
【請求項４０６】
熱エネルギーは、前記動力装置が圧縮または膨張のいずれも行っていない間に、周囲環境と交換される、請求項４０５に記載の方法。
【請求項４０７】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つをその中で行うシリンダアセンブリを備える動力装置と、
該圧縮または膨張のうちの少なくとも１つに先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、熱伝達液を該気体の中へ導入する機構と、
選択的に該機構に流動的に接続される、（ｉ）第１の温度において熱伝達液を中に含有する第１の蓄熱井戸と、（ｉｉ）該第１の温度と異なる第２の温度において熱伝達液を中に含有する、該第１の蓄熱井戸から離散している第２の蓄熱井戸と、
（ｉ）圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ａ）該第１の蓄熱井戸から該気体の中まで、および（ｂ）該動力装置から第２の蓄熱井戸の中までの熱伝達液の経路を指定し、（ｉｉ）膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ａ）該第２の蓄熱井戸から該気体の中まで、および（ｂ）該動力装置から該第１の蓄熱井戸の中までの熱伝達液の経路を指定する制御システムと
を備える、システム。
【請求項４０８】
廃熱エネルギーを前記動力装置から前記第２の蓄熱井戸まで移送する廃熱熱交換システムをさらに備え、該動力装置および該第２の蓄熱井戸に熱的に接続される、請求項４０７に記載のシステム。
【請求項４０９】
環境熱交換システムをさらに備え、該環境熱交換システムは、前記第１の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続される、請求項４０７に記載のシステム。
【請求項４１０】
環境熱交換システムをさらに備え、該環境熱交換システムは、前記第２の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続される、請求項４０７に記載のシステム。
【請求項４１１】
動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法であって、該動力装置は、エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリを備え、該方法は、
該動力装置の中で気体を圧縮または膨張させることのうちの少なくとも１つと、
該圧縮または膨張のうちの少なくとも１つに先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ｉ）第１の温度においてリザーバから熱伝達液を引き出すこと、（ｉｉ）該熱伝達液を熱的に調整し、それによって、該第１の温度と異なる第２の温度にすること、および（ｉｉｉ）該熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ導入して、それと熱を交換させることと
を含み、
該熱伝達液を熱的に調整することは、該熱伝達液と、第３の温度を有する第１の蓄熱井戸から第２の蓄熱井戸まで流動する熱貯蔵液体との間で熱エネルギーを交換することを含み、該第２の蓄熱井戸は、（ｉ）第１の蓄熱井戸から離散しており、（ｉｉ）該第３の温度と異なる第４の温度を有する、方法。
【請求項４１２】
前記熱伝達液および前記熱貯蔵液体は、該熱伝達液を熱調整することの間、混合しない、請求項４１１に記載の方法。
【請求項４１３】
前記気体と前記熱的に調整された熱伝達液との間の熱交換は、前記圧縮または膨張のうちの少なくとも１つを実質的に等温にする、請求項４１１に記載の方法。
【請求項４１４】
前記熱的に調整された熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ噴霧することを含む、請求項４１１に記載の方法。
【請求項４１５】
前記熱的に調整された熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱伝達流体および該気体を含む発泡体を形成する、請求項４１１に記載の方法。
【請求項４１６】
前記圧縮または膨張のうちの少なくとも１つの後に、前記発泡体の少なくとも一部分を気体と熱伝達液とに分離することをさらに含む、請求項４１５に記載の方法。
【請求項４１７】
エネルギー貯蔵および回収システムであって、該システムは、
エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを中で行うシリンダアセンブリを備える動力装置と、
該圧縮または膨張のうちの少なくとも１つに先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、熱伝達液を該気体の中へ導入する機構と、
選択的に該機構に流動的に接続される、熱伝達液を中に含有するリザーバと、
該リザーバから該動力装置に流動する熱伝達液を熱的に調整するために、該リザーバと該動力装置との間に接続される熱交換器と、
該熱交換器と関連付けられ、該リザーバに流動的に接続されない、（ｉ）第１の温度において熱貯蔵液体を含有する第１の蓄熱井戸と、（ｉｉ）該第１の温度と異なる第２の温度において熱貯蔵液体を含有する第２の蓄熱井戸であって、該第１の蓄熱井戸と第２の蓄熱井戸との間の熱貯蔵液体の流動は該熱伝達流体を熱的に調整する、第２の蓄熱井戸と
を備える、システム。
【請求項４１８】
導管をさらに備え、該導管は、前記気体の中へ導入される熱伝達液を前記リザーバに戻す請求項４１７に記載のシステム。
【請求項４１９】
前記動力装置から前記第２の蓄熱井戸まで廃熱エネルギーを移送する廃熱交換システムをさらに備え、該廃熱交換システムは、該動力装置および該第２の蓄熱井戸に熱的に接続される、請求項４１７に記載のシステム。
【請求項４２０】
環境熱交換システムをさらに備え、該環境熱交換システムは、前記第１の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続される、請求項４１７に記載のシステム。
【請求項４２１】
環境熱交換システムをさらに備え、該環境熱交換システムは、前記第２の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続される、請求項４１７に記載のシステム。
【請求項４２２】
動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法であって、該動力装置は、エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリを備え、該方法は、
該動力装置の中で気体を圧縮することと、
該圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ｉ）第１の温度において液体リザーバから熱伝達液を引き出すこと、および（ｉｉ）該熱伝達液を該気体の中へ導入し、それと熱を交換し、該熱交換は、該熱伝達液を該第１の温度よりも高い第２の温度にすることと、
該第２の温度における該熱伝達液および該圧縮された気体の両方を圧縮気体貯蔵部まで移送することと
を含む、方法。
【請求項４２３】
前記気体と前記熱伝達液との間の熱交換は、前記圧縮を実質的に等温にする、請求項４２２に記載の方法。
【請求項４２４】
前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、前記熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ噴霧することを含む、請求項４２２に記載の方法。
【請求項４２５】
前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱伝達液および該気体を含む発泡体を形成する、請求項４２２に記載の方法。
【請求項４２６】
前記第２の温度における前記熱伝達液および前記圧縮された気体の両方を圧縮気体貯蔵部まで移送することは、該発泡体を該圧縮気体貯蔵部まで移送することを含む、請求項４２５に記載の方法。
【請求項４２７】
圧縮された気体を前記圧縮気体貯蔵部から前記動力装置まで移送することと、
該圧縮された気体を該動力装置の中で膨張させることと、
該膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ｉ）第３の温度において該圧縮気体貯蔵部から熱伝達液を引き出すこと、および（ｉｉ）該熱伝達液を該気体の中へ導入して、それと熱を交換し、該熱交換が該熱伝達液を該第３の温度よりも低い第４の温度にすることと、
該熱伝達液を該液体リザーバまで移送することと
をさらに含む、請求項４２２に記載の方法。
【請求項４２８】
前記気体と前記熱伝達液との間の熱交換は、前記膨張を実質的に等温にする、請求項４２７に記載の方法。
【請求項４２９】
膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、前記熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ噴霧することを含む、請求項４２７に記載の方法。
【請求項４３０】
膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱伝達液および該気体を含む発泡体を形成する、請求項４２７に記載の方法。
【請求項４３１】
前記熱伝達液を前記液体リザーバまで移送することに先立って、前記発泡体の少なくとも一部分を気体と熱伝達液とに分離することをさらに含む、請求項４３０に記載の方法。
【請求項４３２】
前記動力装置によって産生された廃熱エネルギーを前記圧縮気体貯蔵部の中に貯蔵することをさらに含む、請求項４２２に記載の方法。
【請求項４３３】
周囲環境と前記圧縮気体貯蔵部との間で熱エネルギーを交換することをさらに含む、請求項４２２に記載の方法。
【請求項４３４】
熱エネルギーは、前記動力装置が圧縮または膨張のいずれも行っていない間に、周囲環境と交換される、請求項４３３に記載の方法。
【請求項４３５】
動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法であって、該動力装置は、エネルギーを貯蔵するための気体の圧縮またはエネルギーを回収するための気体の膨張のうちの少なくとも１つを行うシリンダアセンブリを備え、該方法は、
該動力装置の中で気体を圧縮することと、
該圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ｉ）第１の温度において第１の蓄熱井戸から熱伝達液を引き出すこと、および（ｉｉ）該熱伝達液を該気体の中へ導入して、それと熱を交換し、該熱交換は、該熱伝達液を該第１の温度よりも高い第２の温度にすることと、
該圧縮された気体を圧縮気体貯蔵部まで移送することと、
該第２の温度において該熱伝達液を該圧縮気体貯蔵部または該第１の蓄熱井戸から離散している第２の蓄熱井戸のうちの少なくとも１つまで移送することと
を含む、方法。
【請求項４３６】
圧縮された気体を前記圧縮気体貯蔵部から前記動力装置まで移送することと、
該動力装置の中で該圧縮された気体を膨張させることと、
該膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、（ｉ）該圧縮気体貯蔵部または該第２の蓄熱井戸のうちの少なくとも１つから熱伝達液を引き出すこと、（ｉｉ）該熱伝達液を該気体の中へ導入して、それと熱を交換することと、
該熱伝達液を該第１の蓄熱井戸まで移送することと
をさらに含む、請求項４３５に記載の方法。
【請求項４３７】
前記動力装置の中で前記圧縮された気体を膨張させることは、該圧縮された気体を第１の段階および第２の段階において各々異なる圧力範囲にわたって膨張させることを含む、請求項４３６に記載の方法。
【請求項４３８】
（ｉ）熱伝達液は、前記第１の段階において、膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて前記圧縮気体貯蔵部から引き出され、および（ｉｉ）熱伝達液は、前記第２の段階において、膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて前記第２の蓄熱井戸から引き出される、請求項４３７に記載の方法。
【請求項４３９】
前記膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記気体と前記熱伝達液との間の熱交換は、前記膨張を実質的に等温にする、請求項４３６に記載の方法。
【請求項４４０】
膨張に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、前記熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ噴霧することを含む、請求項４３６に記載の方法。
【請求項４４１】
前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱伝達液および該気体を含む発泡体を形成する、請求項４３６に記載の方法。
【請求項４４２】
前記熱伝達液を前記第１の蓄熱井戸まで移送することに先立って、前記発泡体の少なくとも一部分を気体と熱伝達液とに分離することをさらに含む、請求項４４１に記載の方法。
【請求項４４３】
前記動力装置の中で気体を圧縮することは、該気体を第１の段階および第２の段階において各々異なる圧力範囲にわたって圧縮することを含む、請求項４３５に記載の方法。
【請求項４４４】
（ｉ）熱伝達液は、前記第１の段階において、圧縮後またはその間に前記圧縮気体貯蔵部まで移送され、および（ｉｉ）熱伝達液は、前記第２の段階において、圧縮後またはその間に、前記第２の蓄熱井戸まで移送される、請求項４４３に記載の方法。
【請求項４４５】
圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおける、前記気体と前記熱伝達液との間の熱交換は、該圧縮を実質的に等温にする、請求項４３５に記載の方法。
【請求項４４６】
圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、前記熱的に調整された熱伝達液を該気体の中へ噴霧することを含む、請求項４３５に記載の方法。
【請求項４４７】
圧縮に先立って、またはその間のうちの少なくとも１つにおいて、前記熱伝達液を前記気体の中へ導入することは、該熱伝達液および該気体を含む発泡体を形成する、請求項４３５に記載の方法。
【請求項４４８】
前記第２の温度において、前記熱伝達液を前記圧縮気体貯蔵部または前記第１の蓄熱井戸から離散している第２の蓄熱井戸のうちの少なくとも１つまで移送する前に、前記発泡体の少なくとも一部分を気体と熱伝達液とに分離することをさらに含む、請求項４４７に記載の方法。
【請求項４４９】
前記第２の蓄熱井戸の中に、前記動力装置によって産生される廃熱エネルギーを貯蔵することをさらに含む、請求項４３５に記載の方法。
【請求項４５０】
周囲環境と、前記第１の蓄熱井戸または前記第２の蓄熱井戸のうちの少なくとも１つとの間で熱エネルギーを交換することをさらに含む、請求項４３５に記載の方法。
【請求項４５１】
熱エネルギーは、前記動力装置が圧縮または膨張のいずれも行っていない間に、周囲環境と交換される、請求項４５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６１／４８６，９３７号（２０１１年５月１７日出願）、米国仮特許出願第６１／４８９，７６２号（２０１１年５月２５日出願）、米国仮特許出願第６１／５１２，９８１号（２０１１年７月２９日出願）、米国仮特許出願第６１／５６９，５２８号（２０１１年１２月２１日出願）、米国仮特許出願第６１／６０１，６４１号（２０１２年２月２２日出願）、および米国仮特許出願第６１／６２０，０１８号（２０１２年４月４日出願）の利益および優先権を主張する。これらの出願の各々についての開示全体は、本明細書に参照することによって援用される。
【０００２】
（連邦政府支援研究に関する記述）
本発明は、ＮＳＦにより付与されたＩＩＰ−０９２３６３３およびＤＯＥにより付与されたＤＥ−ＯＥ００００２３１のもとの政府支援によってなされた。政府は、本発明に特定の権利を有する。
【０００３】
（発明の分野）
種々の実施形態では、本発明は、空気圧、油圧、発電、およびエネルギー貯蔵に関し、より具体的には、エネルギー貯蔵および回収のための空気圧、空気圧／油圧、および／または油圧シリンダを使用するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
（背景）
圧縮された気体の形態におけるエネルギーの貯蔵は、長い歴史があり、その構成要素は、徹底的な検査を受け、信頼性がある傾向にあり、長寿命を有する。圧縮気体または圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）の一般的原理は、生成されたエネルギー（例えば、電気エネルギー）が、気体（例えば、空気）を圧縮するために使用され、したがって、元々のエネルギーを圧力ポテンシャルエネルギーに変換するというものである。本ポテンシャルエネルギーは、適切な機構に連結された気体膨張を介して、有用形態（例えば、電気に戻される）において、後に回収される。圧縮気体エネルギー貯蔵の利点として、低比エネルギーコスト、長寿命、低保守、合理的エネルギー密度、および良好な信頼性が挙げられる。
【０００５】
気体塊が、その環境と同一の温度であって、膨張が、気体とその環境との間の熱交換速度に対して、ゆっくり生じる場合、気体は、膨張するにつれて、ほぼ一定温度を維持するであろう。本プロセスは、「等温」膨張と称される。所与の温度で貯蔵されるある量の高圧気体の等温膨張は、「断熱膨張」（すなわち、例えば、膨張が、高速でまたは断熱チャンバ内で生じるため、気体とその環境との間で熱が交換されない膨張）より約３倍の仕事を回収する。気体はまた、等温でまたは断熱的に圧縮され得る。
【０００６】
圧縮、貯蔵、および膨張の理想的等温エネルギー貯蔵サイクルは、１００％の熱力学的効率を有するであろう。理想的断熱エネルギー貯蔵サイクルもまた、１００％の熱力学的効率を有するであろうが、断熱アプローチには、多くの実践的不利点がある。これらとして、システム内のより高い温度および圧力極値の産生、貯蔵期間の間の熱損失、ならびにそれぞれ、膨張および圧縮の間の環境（例えば、熱電併給）熱源および吸熱を利用することの不安定性が挙げられる。等温システムでは、断熱アプローチの難点を解決するために、熱交換システムの追加コストがかかる。いずれの場合も、気体を膨張させることに由来する機械的エネルギーが、通常、使用前に、電気エネルギーに変換されなければならない。
【０００７】
ほぼ等温気体圧縮および膨張を利用する、圧縮された気体の形態におけるエネルギーを貯蔵するための効率的および新規設計は、２００９年４月９日出願の特許文献１（第’２０７号特許）および２０１０年２月２５日に出願の特許文献２（第’１５５号特許）に図示および説明されており、その開示は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。第’２０７号および第’１５５号特許は、要求に応じて、電気エネルギーを生成するために、広圧力範囲にわたって、段階的シリンダおよび増圧器内で気体を等温で膨張させるためのシステムおよび技法を開示している。気体を膨張させることに由来する機械的エネルギーは、電気を産生する、油圧ポンプ／モータサブシステムを駆動させるために使用されてもよい。第’２０７号および第’１５５号特許に開示されるもの等のシステムおよび方法において採用され得る、油圧−空気圧の増圧のためのシステムおよび技法は、２０１０年９月１０日に出願の特許文献３（第’６７８号特許）に図示および説明され、その開示は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【０００８】
第’２０７号および第’１５５号特許に開示されるシステムでは、往復機械運動が、シリンダ内の気体の膨張によって、貯槽からのエネルギーの回収の間に、産生される。本往復運動は、例えば、第’６７８号特許ならびに２０１１年２月１４日に出願の特許文献４（第’８４２号特許）に開示され、その開示は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれるような種々の技法によって、電気に変換されてもよい。エネルギーを貯蔵する（すなわち、エネルギーを使用して、気体を貯蔵リザーバ内に圧縮する）またはエネルギーを産生する（すなわち、貯蔵リザーバからの気体を膨張させ、エネルギーを放出する）ことのいずれかのためのそのようなシステムの能力は、電気および空気圧機械の原理を適切に熟知したいかなる人にも明白となるであろう。
【０００９】
熱交換液体を気体と混ぜ合わせることによって、気体の等温膨張および圧縮に近似する、エネルギー貯蔵システムの電力密度（体積または質量ベース）は、システムの体積（ｍ３）または質量（ｋｇ）のいずれかによって除算される、システムが貯蔵された形態に変換するか、または貯槽から抽出するかのいずれかを行うことができる、最大持続電力（キロワット、ｋＷ）として定義され得る。エネルギー貯蔵システムの電力密度（体積または質量ベースのいずれか）は、したがって、ｋＷ／ｍ３またはｋＷ／ｋｇの単位を有し得る。より高い電力密度を有するエネルギー貯蔵システムは、一般に、より低い電力密度を伴う、その他の点では同等であるシステムよりエネルギーの経済的貯蔵および回収が可能となるであろう。すなわち、システムの寿命にわたって平均されると、その使用は、貯蔵および回収キロワット時あたり数セント（¢／ｋＷｈ）しか要求しないであろう。
【００１０】
電力密度は、いくつかの技法によって、増加され得る。そのような技法の１つは、熱エネルギーが熱交換液体および気体によって交換される速度を増加させることである。熱交換液体と気体との間の高速熱交換を達成するための技法の１つは、霧または雨状の液滴として、気体を通して液体を噴霧することであって、これは、コンパクト形状、例えば、単一柱体または球体における液体の同一の体積の表面積と比較して、液体の所与の体積の表面積を増加させる傾向にある。しかしながら、多くの用途では、さらにより高速の熱交換が、望ましいが、ますます小さくなる熱交換液滴サイズ（すなわち、熱交換表面積増加のため）は、達成が困難または非実践的であり得る。したがって、熱交換流体と、圧縮気体エネルギー貯蔵および回収システム内で圧縮および／または膨張させられることになる、あるいはそれが行われている、気体との間のより高速の熱交換のためのシステムおよび技法の必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７，８３２，２０７号明細書
【特許文献２】米国特許第７，８７４，１５５号明細書
【特許文献３】米国特許第８，０３７，６７８号明細書
【特許文献４】米国特許第８，１１７，８４２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態は、液体と気体との間の熱交換を採用し、液体および気体を混ぜ合わせ、水性発泡体を形成することによって、シリンダ内の気体の等温（一定温度）膨張および圧縮に近似させ、液体の表面積を増加させ、気体との高速熱交換を促進し、したがって、電力密度を改善する、エネルギー貯蔵および回収システムの性能を改善する。熱エネルギーは、典型的には、液体および気体が、発泡体として混ぜ合わせられるとき、気体が、よりコンパクト形状（例えば、単一柱体）を有する液体と接触される、またはよりコンパクト形状（例えば、楕円体、これらが非常に小さい場合でも）を有するいくつかの塊に分割されるときより高速で交換される。加速された熱交換は、前述のように、気体の等温膨張および圧縮に近似する、エネルギー貯蔵および回収システムにおいて、有利である（例えば、より高いシステム電力密度を支援する）。本発明の実施形態は、発泡体の特性（例えば、泡（すなわち、「発泡体セル」）サイズ、空隙率）が、システムの動作の間、変更されることを可能にし、本明細書で以下に詳述される利点をもたらす。本明細書では、発泡体の空隙率（「気体率」とも称される）は、気体によって占有される、発泡体の所与の体積の比率として定義される。
【００１３】
水性発泡体は、大きな体積率の気体が、連続液体マトリクス全体を通して、泡またはセルとして分散されている、２相系（すなわち、気体および液体の両方を特徴とする系）である（Ｊ．Ｂ．Ｗｉｎｔｅｒｂｕｒｎ  ａｎｄ  Ｐ．Ｊ．Ｍａｒｔｉｎ，“Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｆｏａｍ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ，”Ａｓｉａ−Ｐａｃ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．２００９：４：１８４−１９０に論じられ、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように）。これらの気泡は、典型的には、混合された界面活性剤、すなわち、本質的に、優先的に液体−気体界面に蓄積する、表面活性両親媒性分子から成る、またはそれを含む、物質によって安定化される、液体膜によって含有される。これらの液体膜は、典型的には、その接合点において相互接続され、発泡体構造全体を通して連続液相を形成する。特定の発泡体の構造は、その液体率に応じて変動する。発泡体は、適宜、２つの広い分類に分割され得る。「湿潤発泡体」は、本質的に、厚い液体膜によって分離される、ほぼ球状泡から成る。湿潤発泡体における完全球状最密気泡の極限では、その幾何学形状は、発泡体内の空隙率が、体積あたり約０．７４であることを決定付ける。約０．７４を上回る空隙率を伴う発泡体は、「乾燥発泡体」であって、多面体気体セルが、薄い液体薄層（すなわち、壁または薄膜）によって分離される。本発明の実施形態は、湿潤および／または乾燥水性発泡体を利用する。
【００１４】
本発明の実施形態では、空気圧圧縮機−膨張機シリンダ（本明細書では、「シリンダ」と称される）は、摺動可能に配置されるピストンによって、２つのチャンバに分割され、そのうちの少なくとも１つ（本明細書では、「空気チャンバ」と称される）は、気体または気体液体混合物（例えば、発泡体）を含有してもよい。膨張または圧縮されることになる気体が、空気チャンバ内に導入されてもよい。液体（本明細書では、「熱交換液体」と称される）もまた、空気チャンバ内に導入されてもよい。力が、空気チャンバ内の流体またはシリンダと整合されたロッドによって、ピストンに付与され、シリンダの一端における好適なポートを通過し、シリンダの外部の機械的デバイス（例えば、クランクシャフト）に接続され得る。
【００１５】
本発明の一実施形態では、液体および気体は、混ぜ合わせられ、気体が膨張または圧縮されることになる、シリンダ外部のチャンバまたは容器内に発泡体（すなわち、液体および気体が、「発泡化」される）を形成する。特に、液体は、撹拌、噴霧、または別様にエネルギー的に修正されると、空気（または、別の好適な気体）との発泡化を促進するために使用されてもよい。そのような液体の実施例は、例えば、２％〜５％のある添加剤（例えば、界面活性剤）を含有する水であって、そのいくつかは、２０１１年４月８日に出願の米国特許出願第１３／０８２，８０８号（第’８０８号出願）に説明されており、その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。発泡体は、好適な機構（例えば、弁付きポート）を通して、シリンダの空気チャンバに収容される。気体と液体との間の熱エネルギーの交換は、気体および液体が、相互に接触すると常に生じるが、発泡化によって、気体および液体が相互に接触する表面積を増加させると、より高速で生じる。種々の動作状態では、シリンダの空気チャンバは、発泡体を含有しなくてもよく、発泡体で充填されてもよく、または発泡体で実質的に充填されてもよい。
【００１６】
本発明の種々の実施形態では、液体および気体が発泡化される、チャンバまたは容器は、高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉ）における気体のための貯蔵リザーバである。発泡体から分離する傾向にある液体は、リザーバの底部に蓄積し得、貯蔵リザーバ内において、発泡体の量を維持または再生成するために、噴霧ヘッドまたは他の発泡体生成機構を通して、リザーバ内に再循環されてもよい。
【００１７】
本発明の種々の実施形態では、所望の温度（例えば、比較的に低温または比較的に高温）における発泡体（または、発泡体の分離された液体成分）が、その中にエクセルギーを貯蔵するために、ある容器内に流用されてもよい。本明細書では、システムのエクセルギー、例えば、容器の流体内容物は、システムを環境と熱平衡にすることによって、理想的に行われ得る、最大仕事である。本明細書では、比較的に低温または高温液体が、エクセルギーを貯蔵する目的のために貯蔵される、容器は、「蓄熱井戸」と称される。
【００１８】
本発明の種々の実施形態では、液体および気体は、噴霧、排気、散布、充填層または固体発泡体を通した通過、噴射、懸濁液滴の噴霧、および／または発泡体を産生するための他の機構を採用し得る、本明細書では、「混合チャンバ」と称される、専用デバイス内で発泡化される。本明細書で利用されるように、「スパージャー」は、液体および／または発泡体（典型的には、より高液体内容物発泡体）の中へ発泡体（典型的には、より低液体内容物発泡体）および／または気体を導入し、それによって発泡体を産生するための機構である。
【００１９】
ある実施形態の種々の動作状態では、発泡体は、発泡体の液体および気体成分を分離する目的のために、容器またはチャンバ（例えば、貯蔵リザーバと混合チャンバとの間、またはあるシリンダの空気チャンバと別のシリンダの空気チャンバとの間を連通する流体路内に設置される）に指向されてもよい。そのような容器またはチャンバは、本明細書では、「セパレータ」と称される。発泡体の部分的または実質的全体分離は、セパレータ、シリンダ、混合チャンバ、貯蔵リザーバ、および他の構成要素（例えば、管類）内で生じてもよい。セパレータまたは他の構成要素内で発泡体から分離される液体は、熱交換器を通過し、その温度を変更される、あるいは別様に処置または処理され、システムの別の部分（例えば、混合チャンバ）内における発泡体の生成に再指向されてもよい。
【００２０】
流体発泡体は、１つ以上の濾膜、篩、または固体発泡体（それら全て、本明細書では、「濾膜」と称される）を通過し、発泡体品質（例えば、泡均一性、平均泡サイズ）が制御されてもよい。そのような濾膜は、種々の動作状態において、泡サイズの変更を可能にするように構築されてもよい。例えば、実質的に接触する、２つの穿孔されたプレートが相互に対して摺動させられ、種々に定寸された泡の通過を可能にするように、その穿孔を整合または不整合させてもよい。流体発泡体はまた、発泡体内のセル（泡）のサイズおよび均一性に影響を及ぼすために、音響振動（例えば、超音波）を用いて、励起されてもよい（例えば、混合チャンバ内で）。
【００２１】
種々の動作状態では、気体または気体液体混合物は、混合チャンバの周囲を迂回されてもよい。例えば、気体が貯槽から膨張させられているとき、弁およびパイプ類は、発泡化のために、気体を混合チャンバに通過させるように構成されてもよい。しかしながら、気体が貯槽の中へ圧縮されているとき、圧縮された気体または発泡体は、混合チャンバを通してではなく、迂回路（例えば、パイプ）を通して経路指定されてもよい。迂回路を通した気体の経路指定は、一般に、混合チャンバを通して経路指定するより少ないエネルギーを消失し、したがって、システム効率を改善するであろう。
【００２２】
本発明の種々の実施形態では、シリンダ外での発泡体生成の代替として、またはそれに加えて、発泡体は、例えば、噴霧ヘッドまたは他の発泡体生成デバイスを通したシリンダの空気チャンバ内への液体の直接注入によって生成されてもよい。
【００２３】
本発明の種々の実施形態では、発泡体は、シリンダの空気チャンバ内において、音響振動（例えば、超音波）を用いて励起され、発泡体の気体と液体成分との間の熱交換を加速させてもよい。音響振動は、種々の機構（例えば、泡またはセルの液体−気体界面に設定された表面波、あるいは薄層およびプラトー境界を通る流動の増加）を通して、発泡体の気体と液体成分との間のそのような熱交換を加速させ得る。
【００２４】
本発明の種々の実施形態は、以下の構成要素のうちの１つ以上を含んでもよい：混合チャンバ、セパレータ、迂回路、濾膜、超音波発生器、異なる圧力範囲にわたって動作する２つ以上のシリンダのアセンブリ、および他の構成要素。米国特許第７，８０２，４２６号（第’４２６号特許）に説明され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、圧縮または膨張のいずれかを受ける圧縮性流体（例えば、気体または発泡体）は、シリンダ外部の熱交換サブシステムを通して、継続的に、または分割して、指向されてもよい。熱交換サブシステムは、環境への熱の放出（圧縮を受ける流体を冷却するため）または環境からの熱の吸収（膨張を受ける流体を加温するため）のいずれかを行う。再び、等温プロセスは、本熱交換速度の慎重な選択を介して、近似されてもよい。
【００２５】
概して、本明細書に説明されるシステムは、高効率を伴う、完全サイクルエネルギー貯蔵システムの一部分として、膨張モードおよび逆圧縮モードの両方において動作されてもよい。例えば、システムは、圧縮機および膨張機の両方として動作され、圧縮された気体のポテンシャルエネルギーの形態において、電気を貯蔵し、圧縮された気体のポテンシャルエネルギーから電気を産生してもよい。代替として、システムは、独立して、圧縮機または膨張機として、動作されてもよい。
【００２６】
本発明の実施形態は、典型的には、圧縮された気体を利用する、エネルギー貯蔵システム内で利用されてもよい。圧縮気体エネルギー貯蔵システムでは、気体は、高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉ）で貯蔵される。本気体は、第１の区画（または、「チャンバ」）と、シリンダ内に摺動可能に配置されるピストンによって（または、別の境界機構によって）分離される第２の区画とを有するシリンダ内へ膨張させられてもよい。シャフトがピストンに連結され、シリンダの第１の区画および／または第２の区画を通して、かつシリンダの後端キャップを越えて延在してもよく、伝送機構が、第’６７８号および第’８４２号特許に説明されるように、シャフトの往復運動を回転運動に変換するために、シャフトに連結されてもよい。さらに、モータ／発電機が、伝送機構に連結されてもよい。代替として、または加えて、シリンダのシャフトは、第’８４２号特許に説明されるように、１つ以上の線形発電機に連結されてもよい。
【００２７】
また、第’８４２号特許に説明されるように、所与の時間内において、所与の量の気体を膨張させることによって産生される力の範囲は、複数の直列に接続されたシリンダ段階の追加を通して低減され得る。すなわち、高圧リザーバからの気体が、第１の高圧シリンダのチャンバの１つ内で膨張させられるにつれて、第１のシリンダの他のチャンバからの気体は、第２のより低圧のシリンダの膨張チャンバへ指向される。本第２のシリンダのより低圧のチャンバからの気体は、環境に通気されるか、またはさらにより低い圧力で動作する、第３のシリンダの膨張チャンバに指向されるかのいずれかであってもよい。第３のシリンダは、同様に、第４のシリンダに接続され得る等となる。
【００２８】
本原理は、特定の用途に好適にするために、３つ以上のシリンダに拡張されてもよい。例えば、リザーバ圧力の所与の範囲に対するより狭い出力範囲は、例えば、約３，０００ｐｓｉｇ〜約３００ｐｓｉｇで動作する第１の高圧シリンダと、例えば、約３００ｐｓｉｇ〜約３０ｐｓｉｇで動作する、第２のより大きな体積であって、より低圧のシリンダとを有することによって達成される。２つの膨張シリンダが使用されるとき、いずれかのシリンダ内の圧力の範囲（したがって、いずれかのシリンダによって産生される力の範囲）は、単一膨張シリンダによって被られる、例えば、約１００：１〜約１０：１の圧力（または、力）の範囲に対する平方根として低減される（第’８４２号特許に記載されるように）。さらに、第’６７８号特許に記載されるように、Ｎ個の適切に定寸されたシリンダは、元々の動作圧力範囲ＲをＲ１／Ｎまで低減させることができる。このように段階的にされた任意のＮ個のシリンダ群（Ｎ≧２）は、本明細書では、シリンダ群と称される。
【００２９】
本発明の実施形態は、比較的に高圧にある液体、例えば、シリンダアセンブリ内の等温膨張および圧縮に近似させるために使用される、液体噴霧および／または水性発泡体の産生のための液体を効率的に循環させるために、容積型ポンプの使用を提供し、全体的エネルギー貯蔵およびエネルギー回収プロセスの効率に利得をもたらす。そのような容積型ポンプは、管内ピストン型ポンプ、回転式容積型ポンプ（例えば、スクリューポンプ、一軸ネジポンプ）、または他のタイプのポンプであってもよい。２０１１年１月１９日に出願の米国特許出願第１３／００９，４０９号（第’４０９号出願）に開示され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、高圧流体の効率的循環は、ピストンの片側の流体を他側の流体から分離する、ピストンまたは他の機構を含有する流体充填チャンバを有する、往復運動複動式容積型ポンプ等の高入口圧力低差圧ポンプを使用して、あるいはスクリューポンプ、一軸ネジポンプ、または他の回転式容積型ポンプを使用して、達成されてもよい。
【００３０】
本発明の種々の実施形態は、回転式容積型ポンプ（例えば、スクリューポンプ）を使用して、既に高圧（例えば、約１，０００重量ポンド毎平方インチ［ｐｓｉｇ］〜約３，０００ｐｓｉｇ以上）にある流体の幾分より高い圧力（例えば、入力圧力より約５０ｐｓｉｇ高い）へのエネルギー効率的圧送を可能にする。そのようなポンプの有用用途として、（１）加圧された気体を貯蔵する容器内への発泡体、発泡化液体、または液体噴霧の導入（結果として生じる発泡体または噴霧は、気体へまたはそこからの熱の伝達を可能にする）、（２）加圧された気体を含有するチャンバ内への発泡体、発泡化液体、または液体噴霧のエネルギー効率的導入（発泡体、発泡化液体、または噴霧は、チャンバ内の気体のほぼ等温膨張または圧縮を可能にする）が挙げられるが、それらに限定されない。
【００３１】
本明細書では、スクリューポンプは、流体を圧縮するために、１つ以上のスクリューを採用する、容積型ポンプである。「容積型ポンプ」は、ある体積の流体を捕捉し、次いで、その流体を移動（変位）させ、可能性として、そうすることによって、圧縮する、任意のデバイスであって、「スクリュー」は、その長さに沿って延設された螺旋リッジまたはネジ山を伴う、ロッドである。典型的には、スクリューポンプでは、スクリューは、流体の１つ以上のほぼ渦巻形状の体積が、スクリューの表面と相補的表面との間に捕捉されるように、１つ以上の補助構成要素（例えば、筐体、または１つ以上の他のスクリュー）によって画定される、相補的表面と噛合する。スクリューが周回するにつれて、流体は、スクリューの一端に収容され、ほぼ渦巻形状の体積内に捕捉され、スクリューに沿って、縦方向に移動される一方、可能性として、圧縮を受け、スクリューの他端において、放出または排出される。スクリューのピッチが縦方向に変化する、スクリューポンプでは、スクリューと相補的表面との間に捕捉される流体の体積は、スクリューに沿って縦方向に移動するにつれて、圧縮される。流体を圧縮するスクリューポンプは、典型的には、スクリュー圧縮機と称される。単一スクリュー、二重スクリュー、および三重スクリューポンプを含む、種々の設計のスクリューポンプおよび圧縮機、ならびにそのようなポンプおよび圧縮機の特性および特徴は、圧縮機およびポンプの原理を適切に熟知した人には公知であろう。本明細書では、用語「スクリューポンプ」は、概して、二重または三重スクリュータイプのスクリュー圧縮機を指すが、Ｗｅｎｄｅｌｋｏｌｂｅｎポンプ、螺旋捻転型ルーツポンプ、および偏心スクリューポンプを含むが、それらに限定されない、他のタイプのスクリューポンプまたは回転式容積型ポンプの使用もまた、想定され、本発明の範囲内である。
【００３２】
流体を圧縮可能なスクリューポンプが、原則として、膨張機として逆に動作されてもよいことは、圧縮機およびポンプの原理を適切に熟知した人には明白となるであろう。そのような逆動作では、比較的に高圧にある流体は、旋回するスクリューの一端に収容され、スクリューと相補的表面との間のほぼ渦巻形状の体積内に捕捉され、捕捉された体積が膨張するにつれて、回転するスクリューに沿って、縦方向に移動される。本流体は、収容された圧力より低い圧力では、収容された端部と反対のスクリュー端から排出される。
【００３３】
本発明の実施形態はまた、前置圧縮機によって、圧縮モードにおけるシリンダ群の入口チャンバ内の最小または開始圧力を増加させるステップを提供する。２０１１年５月１８日に出願の米国特許第８，１０４，２７４号（第’２７４号特許）に開示され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、シリンダ群の入口チャンバに先立った、空気の事前圧縮が、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの電力密度を増加させるために使用されてもよい。加えて、大気圧を上回る圧力におけるシリンダ群からの気体の通気は、電力密度を増加させ得る。通気された過圧気体の中に残留する本ポテンシャルエネルギーの少なくとも一部分は、膨張機デバイス内で回収されてもよい。開始圧力が、前置圧縮機によって増加される種々の実施形態では、前置圧縮機は、ターボ形送風機（例えば、半径方向遠心性、軸方向）あるいは容積型送風機（例えば、ローブ型）またはポンプ（例えば、スクリューポンプ）を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。シリンダ群の通気圧が、過圧である、種々の実施形態では、膨張機は、第２の一方向性デバイスまたは双方向性に動作される前置圧縮機と同一のデバイスを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。膨張機として使用され得る、そのようなデバイスの実施例として、ターボ形膨張機（例えば、半径方向遠心性、軸方向）ならびに容積型膨張機（例えば、ピストン型）およびポンプ／モータ（例えば、スクリューポンプ／モータ）が挙げられる。
【００３４】
例えば、スクリューポンプが、前置圧縮機として動作されるとき、その仕事は、ポンプを通過する流体を圧縮するように行われる。本エネルギーは、ポンプ外部の機構（例えば、電気モータ）によって供給される。例えば、スクリューポンプが、膨張機として動作されるとき、気体は、ポンプおよびポンプが取り付けられる任意の機構（例えば、電気発電機）に仕事を行う。さらに、圧縮機として動作されるスクリューポンプ内（または、圧縮に先立って、発泡体の完全破壊（すなわち、分離）を回避するために十分な容量を伴う、任意の他の前置圧縮機内）の気体の圧縮は、スクリューポンプの吸気時および／またはその前に、および／またはスクリューポンプ自体内に、気体の圧縮の間、スクリューポンプ内の流体の捕捉された渦巻形状の体積を部分的または実質的に充填する、発泡体または発泡化液体の導入によって、実質的に等温で生じさせられてもよい。発泡化液体は、気体の実質的等温圧縮を産生するために、圧縮を受けることに先立って、気体と組み合わされてもよい。同様に、膨張機として動作されるスクリューポンプ内（または、膨張に先立って、発泡体の完全破壊を回避するために十分な容量を伴う、任意の他の膨張機内）の気体の膨張も、スクリューポンプの吸気時および／またはその前に、および／またはスクリューポンプ自体内に、気体の膨張の間、スクリューポンプ内の流体の捕捉された渦巻形状の体積を部分的または実質的に充填する、好適な量の発泡体または発泡化液体の導入によって、実質的に等温で生じさせられてもよい。熱交換液体の液滴（例えば、スクリューの表面または相補的表面内の穿孔を通して導入される）は、スクリューポンプ内の気体の実質的等温圧縮または膨張をもたらすために、発泡体と組み合わされてもよく、または発泡体の代わりに採用されてもよい。前置圧縮機または後置膨張機と使用されるポンプでは、実質的等温動作は、エネルギー貯蔵システムの全体的効率を増加させ得る。
【００３５】
シリンダ群の入口チャンバ内の最小または開始圧力を増加させることは、典型的には、シリンダ群内で生じるケージ圧の範囲（したがって、シリンダ群によって付与される力の範囲）を減少させる。ケージ圧範囲は、事前圧縮の程度に正比例して減少される。例えば、事前圧縮されていない入口圧力約１ｐｓｉｇおよび最大圧力約２，５００ｐｓｉｇを有するシステムに対して、ケージ圧の範囲は、約２５００：１である。事前圧縮された入口圧力約５ｐｓｉｇおよび最大圧力約２，５００ｐｓｉｇを有する、その他の点では同じシステムに対して、ケージ圧の範囲は、その５分の１である（すなわち、約５００：１）。
【００３６】
加えて、初期圧力における入口チャンバ内の空気の質量は、約絶対圧力の比（例えば、圧縮または膨張のポリトロープ係数に応じて、約１９．７ｐｓｉａ／１４．７ｐｓｉａ）だけ、事前圧縮されたシステム対事前圧縮されていないシステム内において増加される。したがって、単一圧縮行程が、事前圧縮を伴うシステム内において、事前圧縮を伴わないシステムと同一の時間量がかかる場合、出力圧力（例えば、約２，５００ｐｓｉｇ）において、比例してより多くなる貯蔵されたエネルギー量を表す、より多くの質量の圧縮された空気が、所与の時間間隔において産生される。言い換えると、所与のシリンダによる単一完全圧縮の間、より高い圧縮力が、事前圧縮によって達成される。
【００３７】
いくつかの送風機およびポンプ（例えば、スクリューポンプ）が、膨張機として、逆に動作されてもよいことは、圧縮機およびポンプの原理を熟知した人には明白となるであろう。すなわち、例えば、比較的に高圧にある流体は、旋回するスクリューの一端に収容され、スクリューと相補的表面との間のほぼ渦巻形状の体積内に捕捉され、捕捉された体積が膨張するにつれて、回転するスクリューに沿って、縦方向に移動される。本気体は、収容された圧力より低い圧力では、収容された端部と反対のスクリュー端から排出される。膨張機として動作される、スクリューポンプ内の気体の膨張は、スクリューポンプの吸気時および／またはその前に、および／またはスクリューポンプ自体内に、気体の膨張の間、スクリューポンプ内の流体の捕捉された渦巻形状の体積を部分的または実質的に充填する発泡体または発泡化液体の導入によって、実質的に等温で生じさせられてもよい。
【００３８】
類似推論によって、システムが、圧縮機としてではなく、膨張機として動作されるとき、シリンダ群の出口圧力を大気圧を有意に上回らせることによって、より高い膨張力が、達成されることは、圧縮機およびポンプの原理を熟知した人には明白となるであろう。さらに、気体が仕事を行うデバイス（例えば、スクリュー−ポンプ膨張機）を通して、本過圧出口気体を膨張させることは、出口気体のポテンシャルエネルギーの一部を仕事に変換させる。本仕事の回収は、エネルギー貯蔵システムの全体的効率を増加させる。
【００３９】
ある量の気体の各圧縮または膨張（そのような圧縮または膨張は、本明細書では、「気体プロセス」と称される）は、概して、３つのタイプのうちの１つである：（１）断熱、その間、気体は、その環境と熱を交換せず、その結果、温度を上昇または降下させる、（２）等温、その間、気体は、一定温度のままであるように、その環境と熱を交換する、（３）ポリトロープ、その間、気体は、その環境と熱を交換するが、その温度は、一定のままではない。完全断熱気体プロセスは、一部の熱が、常時、任意の気体塊およびその環境との間で交換される（理想的断熱体および反射体は、存在しない）ため、実践的ではない。完全等温気体プロセスは、ある量の気体とその環境の一部（例えば、液体塊）との間を流動する熱に対して、非ゼロ温度差異が、気体とその環境との間に存在しなければならない、例えば、気体は、熱が液体に伝導され得るために、圧縮の間、加熱させられなければならないため、実践的ではない。故に、実世界の気体プロセスは、典型的には、ポリトロープであるが、それらは、断熱または等温プロセスに近似し得る。
【００４０】
理想気体の法則は、質量ｍ、圧力ｐ、体積Ｖ、および温度Ｔを有する所与の量の気体に対して、ｐＶ＝ｍＲＴであって、式中、Ｒは、気体定数（空気に対して、Ｒ＝２８７Ｊ／Ｋ・ｋｇ）であるとしている。等温プロセスに対して、Ｔは、プロセス全体を通して一定であって、したがって、ｐＶ＝Ｃであって、式中、Ｃは、ある定数である。
【００４１】
ポリトローププロセスに対して、熱力学の科学を熟知した人には明白となるように、プロセス全体を通して、ｐＶｎ＝Ｃであって、式中、ポリトロープ指数と称される、ｎは、概して、１．０〜１．６のある定数である。ｎ＝１に対して、ｐＶｎ＝ｐＶ１＝ｐＶ＝Ｃであって、すなわち、プロセスは等温である。一般に、ｎが１に近いプロセス（例えば、１．０５）は、ほぼ等温と見なされ得る。
【００４２】
断熱プロセスに対して、ｐＶγ＝Ｃであって、式中、断熱係数と称されるγは、一定圧力ＣＰにおける気体の熱容量と、一定体積ＣＶにおけるその熱容量の比に等しい、すなわち、γ＝ＣＰ／ＣＶである。実際は、γは、圧力に依存する。空気に対して、断熱係数γは、典型的には、１．４〜１．６である。
【００４３】
本明細書では、我々は、「実質的に等温」気体プロセスをｎ≦１．１を有するものとして定義する。本明細書に説明されるシリンダ内で行われる気体プロセスは、好ましくは、ｎ≦１．０５を伴って実質的に等温である。本明細書では、シリンダアセンブリまたは貯蔵容器内で生じる気体プロセスが、「等温」として説明される場合、常に、本単語は、用語「実質的に等温」と同意語である。
【００４４】
所与の量の気体の圧縮または膨張において行われる仕事量は、ポリトロープ指数ｎに伴って、実質的に変動する。圧縮に対して、行われる最低仕事量は、等温プロセスに対するものであって、最高仕事量は、断熱プロセスに対するものであって、膨張に対しては、その逆となる。故に、典型的には、本明細書に説明される圧縮気体エネルギー貯蔵システム内で生じるような気体プロセスに対して、断熱、等温、および実質的に等温気体プロセスによって達成される最終温度は、そのようなシステムの運用性および効率に実践的影響を及ぼすほど異なる。同様に、断熱、等温、および実質的に等温気体プロセスの熱効率も、そのようなエネルギー貯蔵システムの全体的効率に実践的影響を及ぼすほど異なる。例えば、初期温度２０℃および初期圧力０ｐｓｉｇ（大気圧）から最終圧力１８０ｐｓｉｇへのある量の気体の圧縮に対して、気体の最終温度Ｔは、等温プロセスに対して、ちょうど２０℃、断熱プロセスに対して、約２９５℃、ポリトロープ指数ｎ＝１．１（ｎ＝１の等温の場合よりｎが１０％増加）を有するポリトロープ圧縮に対して、約９５℃、およびポリトロープ指数ｎ＝１．０５（ｎ＝１の等温の場合よりｎが５％増加）を有するポリトロープ圧縮に対して、約６０℃となるであろう。別の実施例では、１８０ｐｓｉｇにおける貯蔵リザーバ内への気体の圧縮を含む、初期温度２０℃および初期圧力０ｐｓｉｇ（大気圧）から最終圧力約１８０ｐｓｉｇへの１．６ｋｇの空気の圧縮に対して、等温圧縮は、約３５５キロジュールの仕事を要求し、断熱圧縮は、約５２０キロジュールの仕事を要求し、およびポリトロープ指数ｎ＝１．０４５を有するポリトロープ圧縮は、約３７５キロジュールの仕事を要求する。すなわち、ポリトロープ圧縮は、等温プロセスより約５％多く仕事を要求し、断熱プロセスは、等温プロセスより約４６％多く仕事を要求する。
【００４５】
実験的にｎを式ｐＶｎ＝Ｃに適合させることによって、本明細書に説明されるようなシリンダアセンブリ内で生じる気体プロセスのポリトロープ指数ｎを推定することが可能であって、例えば、シリンダ内の圧縮または膨張の間の気体の圧力ｐおよび体積Ｖは両方とも、ピストン位置、既知のデバイス寸法、および圧力変換器測定からの時間の関数として測定され得る。さらに、理想気体の法則によって、シリンダ内の温度は、シリンダ内に位置し、その流体内容物と接触する、変換器（例えば、熱電対、抵抗熱検出器、サーミスタ）による直接測定の代替として、ｐおよびＶから推定されてもよい。多くの場合、体積および圧力を介した温度の間接測定は、温度変換器からのより遅い点測定より高速であって、かつより忠実に体積全体を表し得る。したがって、本明細書に説明される温度測定および監視は、直接、１つ以上の変換器を介して、または前述のように、間接的に、行われてもよく、「温度センサ」は、温度、例えば、体積、圧力、および／またはピストン位置センサの間接測定のためのそのような１つ以上の変換器および／または１つ以上のセンサのうちの１つであってもよい。
【００４６】
圧縮された気体中のポテンシャルエネルギーを機械および電気エネルギーに変換するための前述のアプローチは全て、適切に設計される場合、圧縮された気体中のポテンシャルエネルギーとして、電気エネルギーを貯蔵するように、逆に動作され得る。本記述の正確性は、電気機械の原理、電力工学、空気圧、および熱力学の原理を適切に熟知したいかなる人にも明白となるであろうため、エネルギーを貯蔵すること、および貯槽からそれを回収するためのこれらの機構の動作は、各実施形態に対して説明されないであろう。しかしながら、そのような動作は、想定され、本発明の範囲内であって、過度の実験を伴わずに、簡単に実現され得る。
【００４７】
本明細書に説明されるシステム、および／または発泡体ベースの熱交換、液体−噴霧熱交換、および／または外部気体熱交換を採用する、他の実施形態は、２０１０年１月２０日に出願の米国特許第７，９５８，７３１号（第’７３１号特許）に説明され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、熱電併給の目的のために、その熱交換機構を介して、熱エネルギーを引き出す、または外部システム（図示せず）に送達してもよい。
【００４８】
本明細書に説明される圧縮空気エネルギー貯蔵および回収システムは、好ましくは、密閉されたコンテナ内の気体の捕捉された体積を圧縮および膨張させるシステム（すなわち、「閉鎖」システム）ではなく、「開放」システム、すなわち、圧縮のために、周囲大気から空気を取り込み、膨張後、周囲大気に通気を戻すシステムである。本明細書に説明されるシステムは、概して、気体の圧縮および膨張を介した、エネルギーの貯蔵および回収のための１つ以上のシリンダアセンブリを特徴とする。システムはまた、（ｉ）圧縮後の圧縮された気体の貯蔵およびその膨張用の圧縮された気体の供給のためのリザーバと、（ｉｉ）膨張後の膨張させられた気体の大気への排出および圧縮用の気体の供給のための通気口とを含む。貯蔵リザーバは、例えば、１つ以上の圧力容器（すなわち、剛性外部を有してもよく、または膨張可能であってもよく、金属またはプラスチック等の種々の好適な材料から形成されてもよく、かつ圧力容器のためのＡＳＭＥ規格内にあってもよく、またはそうでなくてもよい、圧縮された気体のためのコンテナ）、パイプ（すなわち、流体導管としても機能する、および／または定格され得、その直径を大幅に超える長さ（例えば、＞１００×）を有し、かつ圧力容器のためのＡＳＭＥ規格内にない、圧縮された気体のための剛性コンテナ）、または空洞（すなわち、典型的には、地下に位置する、自然に生じる、または人工的に作成されたキャビティ）を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。開放システムは、典型的には、閉鎖システムと比較して、優れたエネルギー密度を提供する。
【００４９】
さらに、本明細書に説明されるシステムは、有利には、再生可能エネルギー源、例えば、風力および太陽エネルギーの活用および回収のために利用されてもよい。例えば、気体の圧縮の間に貯蔵されたエネルギーは、例えば、風力または太陽エネルギーの断続的再生可能エネルギー源から生じてもよく、エネルギーは、断続的再生可能エネルギー源が、機能していない（すなわち、活用可能エネルギーを産生していない、または公称レベル未満でエネルギーを産生しているかのいずれかである）とき、気体の膨張を介して、回収されてもよい。したがって、本明細書に説明されるシステムは、そのようなシステムによって生成される再生可能エネルギーを貯蔵するために、例えば、太陽パネルまたは風力タービンに接続されてもよい。
【００５０】
一側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを回収する方法を特徴とする。第１の発泡体膨張比を有する第１の発泡体は、第１のシリンダアセンブリに移送され、第１の発泡体は、第１のシリンダアセンブリ内で膨張させられ、それによって、そこからエネルギーを回収する。その後、第２の発泡体は、第１のシリンダアセンブリと異なる第２のシリンダアセンブリに移送される。第２の発泡体は、第１の発泡体膨張比より大きい第２の発泡体膨張比を有する。第２の発泡体は、第２のシリンダアセンブリ内で膨張させられ、それによって、そこからエネルギーを回収する。第１および第２のシリンダアセンブリは、好ましくは、気体および／または発泡体の膨張（および、可能性として、圧縮）のために利用される、単一動力装置の一部である。
【００５１】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。膨張させた第２の発泡体は、第２のシリンダアセンブリから排出されてもよい。膨張させた第２の発泡体の少なくとも気体部分は、周囲大気に排出されてもよい。第１の発泡体を膨張させた後、膨張させられた第１の発泡体は、第１のシリンダアセンブリから排出されてもよい。第２の発泡体は、膨張させられた第１の発泡体の少なくとも一部分（例えば、気体部分または発泡体部分）を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。膨張させられた第１の発泡体は、発泡体容器の中へ排出されてもよく、熱伝達液が、発泡体容器内に導入され、第２の発泡体を形成してもよい。第１の発泡体を膨張させた後、膨張させられた第１の発泡体の少なくとも一部分は、気体成分と液体成分とに分離されてもよい。分離は、機械的分離（例えば、１つ以上のブレード、１つ以上の剪断力、１つ以上のバッフル、および／または１つ以上の遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２の発泡体は、熱伝達液を膨張させられた第１の発泡体の気体成分の中へ導入することによって、形成されてもよい。膨張させられた第１の発泡体の液体成分は、（例えば、貯蔵リザーバ内に）貯蔵されてもよい。第１の発泡体の質量比は、第２の発泡体の質量比にほぼ等しくてもよい。第１の発泡体の平均セルサイズおよび／またはセルサイズの均一性は、第１の発泡体を膨張させる前に、変更されてもよい。第２の発泡体の平均セルサイズおよび／またはセルサイズの均一性は、第２の発泡体を膨張させる前に、変更されてもよい。第１の発泡体の発泡体質量比および／または第２の発泡体は、１〜４の範囲から選択されてもよい。第１の発泡体および／または第２の発泡体は、実質的に等温で膨張させられてもよい。第１の発泡体は、熱伝達液および圧縮された気体を混ぜ合わせることによって、形成されてもよい。第１の発泡体の空隙率は、圧縮された気体中への熱伝達液の移送速度を制御することによって、制御されてもよい。第１のシリンダアセンブリ内の圧力または温度が、感知されてもよく、移送速度は、感知された圧力および／または温度に応答して、制御されてもよい。第１の発泡体を膨張させるステップおよび第２の発泡体を膨張させるステップは両方とも、第１および第２のシリンダアセンブリに機械的に連結されるクランクシャフトを駆動させてもよい。
【００５２】
別の側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵する方法を特徴とする。熱伝達液が、気体（例えば、ほぼ大気圧にある空気）の中へ分散され、第１の発泡体膨張比を有する第１の発泡体を形成する。第１の発泡体は、第１のシリンダアセンブリ内で圧縮される。その後、第２の発泡体は、第１のシリンダアセンブリと異なる第２のシリンダアセンブリに移送される。第２の発泡体は、第１の発泡体膨張比より小さい第２の発泡体膨張比を有する。第２の発泡体は、第２のシリンダアセンブリ内で圧縮され、圧縮された第２の発泡体は、第２のシリンダアセンブリから排出される。圧縮された第２の発泡体の少なくとも気体成分は、（例えば、貯蔵リザーバ内に）貯蔵される。
【００５３】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第１の発泡体は、第１のシリンダアセンブリ内における第１の発泡体の圧縮に先立って、第１のシリンダアセンブリに移送されてもよい。液体成分の少なくとも一部分は、気体成分を貯蔵するステップに先立って、圧縮された第２の発泡体から分離されてもよい。分離は、機械的分離（例えば、１つ以上のブレード、１つ以上の剪断力、１つ以上のバッフル、および／または１つ以上の遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された第２の発泡体の気体成分および液体成分は両方とも、貯蔵されてもよい（すなわち、同一の貯蔵リザーバ内でともに、または別個のリザーバ内で別個に）。第１のシリンダアセンブリ内で第１の発泡体を圧縮後、圧縮された第１の発泡体は、第１のシリンダアセンブリから排出されてもよい。第２の発泡体は、圧縮された第１の発泡体の少なくとも一部分（例えば、気体部分または発泡体部分）を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された第１の発泡体は、発泡体容器（例えば、圧力容器、パイプ、またはマニホールド）の中へ排出されてもよい。熱伝達液が、発泡体容器内に導入され、第２の発泡体を形成してもよい。第１の発泡体を圧縮後、圧縮された第１の発泡体の少なくとも一部分は、気体成分と液体成分とに分離されてもよい。分離は、機械的分離（例えば、１つ以上のブレード、１つ以上の剪断力、１つ以上のバッフル、および／または１つ以上の遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２の発泡体は、熱伝達液を圧縮された第１の発泡体の気体成分の中へ導入することによって、形成されてもよい。圧縮された第１の発泡体の気体成分の中へ導入された熱伝達液は、分離された圧縮された第１の発泡体の液体成分の少なくとも一部分を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された第１の発泡体の液体成分は、（例えば、貯蔵リザーバ内に）貯蔵されてもよい。第１の発泡体の質量比は、第２の発泡体の質量比にほぼ等しくてもよい。第１の発泡体の平均セルサイズおよび／またはセルサイズの均一性は、第１の発泡体を圧縮する前に、変更されてもよい。第２の発泡体の平均セルサイズおよび／またはセルサイズの均一性は、第２の発泡体を圧縮する前に、変更されてもよい。第１の発泡体のおよび／または第２の発泡体発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。第１の発泡体および／または第２の発泡体は、実質的に等温で圧縮されてもよい。第１の発泡体の空隙率は、気体中への熱伝達液の分散速度を制御することによって、制御されてもよい。第１のシリンダアセンブリ内の圧力または温度が、感知されてもよく、分散速度は、感知された圧力および／または温度に応答して、制御されてもよい。クランクシャフトは、第１の発泡体および第２の発泡体を圧縮するように駆動されてもよい。クランクシャフトは、第１および第２のシリンダアセンブリに機械的に連結されてもよい。第１の発泡体を形成するステップは、濾膜上に熱伝達液を噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００５４】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。システムは、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、および／または膨張によってエネルギーを回収するためのシリンダアセンブリと、貯蔵リザーバと、（ｉ）気体および熱伝達液を貯蔵リザーバから受容し、（ｉｉ）気体を熱伝達液と混合して、発泡体を形成し、（ｉｉｉ）発泡体をシリンダアセンブリに移送するための混合チャンバとを含む。混合チャンバは、選択的に、シリンダアセンブリおよび貯蔵リザーバに流動的に接続される。混合チャンバは、気体を移送するための第１の導管（加えて、液体を移送し得るが、典型的には、貯蔵リザーバの実質的に気体で充填された領域に接続される）および熱伝達液を移送するための第１の導管と異なる第２の導管（加えて、気体を移送し得るが、典型的には、貯蔵リザーバの実質的に液体で充填された領域に接続される）によって、選択的に、貯蔵リザーバに流動的に接続される。
【００５５】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。混合チャンバは、発泡体の少なくとも１つの特性（例えば、発泡体セルサイズおよび／または発泡体セルサイズ均一性）を変更するための機構を含んでもよい。機構は、濾膜および／または超音波エネルギー源を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体生成機構は、混合チャンバ内の第１の導管および／または第２の導管に連結されてもよい。発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。システムは、シリンダアセンブリの圧力範囲と異なる圧力範囲にわたって、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、または膨張によってエネルギーを回収する、第２のシリンダアセンブリを含んでもよい。膨張させられた気体を大気に排出するための通気口は、選択的に、第２のシリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。制御システムは、シリンダアセンブリおよび／または混合チャンバを制御し、シリンダアセンブリ内で実質的等温圧縮および／または実質的等温膨張を強制してもよい。センサが、シリンダアセンブリおよび／または混合チャンバ内の圧力を検出してもよく、制御システムが、センサに応答してもよい。制御システムは、検出された圧力に応答して、混合チャンバ内への熱伝達液の流量を制御してもよい。循環装置（例えば、変速ポンプ）は、第２の導管内の熱伝達液を移送してもよい。可動の境界機構は、シリンダアセンブリを２つのチャンバに分離してもよい。クランクシャフトは、境界機構に機械的に連結されてもよく、境界機構の往復運動を回転運動に変換してもよい。モータ／発電機は、クランクシャフトに連結されてもよい。貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、および／または空洞を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００５６】
付加的側面では、本発明の実施形態は、エネルギー貯蔵の方法を特徴とする。発泡体は、シリンダ内で第１の圧力まで圧縮される。圧縮された発泡体は、貯蔵リザーバに移送され、そこで、少なくとも部分的に、ほぼ第１の圧力において、気体成分と液体成分とに分離する。液体成分の少なくとも一部分は、貯蔵リザーバから除去され、第１の圧力より低い第２の圧力において、貯蔵される。
【００５７】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第２の圧力において、液体成分の少なくとも一部分を貯蔵するステップに先立って、エネルギーは、その圧力を低下させることによって、液体成分の少なくとも一部分から回収されてもよい。クランクシャフトは、回収したエネルギーを用いて駆動されてもよい。クランクシャフトは、シリンダに機械的に連結されてもよい。発泡体を圧縮させるステップに先立って、発泡体は、熱伝達液および気体を混ぜ合わせることによって、形成されてもよい。発泡体は、選択的に、シリンダに流動的に接続される、発泡体容器内に形成されてもよい。発泡体容器は、圧力容器、パイプ、および／またはマニホールドを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体を形成するステップは、濾膜上に熱伝達液を噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体を圧縮させるステップに先立って、発泡体の平均セルサイズまたはセルサイズの均一性は、変更されてもよい。発泡体の空隙率は、気体中への熱伝達液の移送速度を制御することによって、制御されてもよい。シリンダ内の圧力および／または温度が、感知されてもよく、移送速度は、それに応答して、制御されてもよい。貯蔵された液体成分の少なくとも一部分は、気体と混ぜ合わせられ、次いで、圧縮され得る、付加的発泡体を形成してもよい。発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。発泡体は、実質的に等温で圧縮されてもよい。発泡体を圧縮するステップは、シリンダに連結されたクランクシャフトを駆動させるステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された発泡体は、少なくとも部分的に、重力のため、分離し得る。圧縮された発泡体は、少なくとも部分的に、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、分離されてもよい。
【００５８】
別の側面では、本発明の実施形態は、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、および／または膨張によってエネルギーを回収するための第１および第２のシリンダアセンブリを含む、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。第２のシリンダアセンブリは、第１のシリンダアセンブリの動作の圧力範囲と異なる動作の圧力範囲を有する。その中の第１の発泡体の中間貯蔵または形成のうちの少なくとも１つのための第１の発泡体容器は、選択的に、第１のシリンダアセンブリに流動的に接続される。その中の第２の発泡体の中間貯蔵または形成のうちの少なくとも１つのための第２の発泡体容器は、選択的に、第１のシリンダアセンブリおよび第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される。その中の第３の発泡体の中間貯蔵または形成のうちの少なくとも１つのための第３の発泡体容器は、選択的に、第２のシリンダアセンブリに流動的に接続される。
【００５９】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。周囲大気への通気口は、選択的に、第３の発泡体容器に流動的に接続されてもよい。圧縮された気体（例えば、気体として、または発泡体の一部分として）の貯蔵のための貯蔵リザーバは、選択的に、第１の発泡体容器に流動的に接続されてもよい。システムは、第１の発泡体容器内の第１の場所から、第１の場所と異なる第１の発泡体容器内の第２の場所に、発泡体および／または液体を移送するための再循環機構を含んでもよい。第１の発泡体容器は、圧力容器、パイプ、またはマニホールドのうちの少なくとも１つを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２の発泡体容器は、圧力容器、パイプ、またはマニホールドのうちの少なくとも１つを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第３の発泡体容器は、圧力容器、パイプ、またはマニホールドのうちの少なくとも１つを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００６０】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、発泡体生成機構、マニホールド、および選択的に、マニホールドに流動的に接続される、その中の発泡体の膨張および／または圧縮のための少なくとも１つのシリンダアセンブリを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。発泡体生成機構は、噴霧チャンバ、噴霧チャンバを通して流動する気体の中へ液体を分散させるための少なくとも１つの分散機、および少なくとも１つの分散機構に流動的に連結される、液体を含有するためのリザーバを含む、または本質的にそれから成る。マニホールドは、噴霧チャンバから発泡体を受容する。
【００６１】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。循環機構（例えば、ファン）が、少なくとも部分的に、噴霧チャンバを通る気体の流動を形成してもよい。別の循環機構（例えば、変速ポンプ等のポンプ）は、リザーバから少なくとも１つの分散機構に液体を循環してもよい。少なくとも、マニホールド内での発泡体の形成の間、マニホールドから気体を排出するための弁は、マニホールドに接続されてもよい。それを通して、発泡体が、噴霧チャンバ内に分散された液体から、マニホールド内で形成される、濾膜は、噴霧チャンバとマニホールドとの間に配置されてもよい。分離チャンバは、選択的に、マニホールドに流動的に接続されてもよい。分離チャンバは、その中に、発泡体を気体成分と液体成分とに分離するための分離機構を備えてもよい。分離チャンバは、選択的に、リザーバに流動的に接続されてもよい。分離機構は、超音波エネルギー源、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００６２】
ある側面では、本発明の実施形態は、複数のシリンダ対、第１の圧力範囲内の低圧において、発泡体を生成するための第１の発泡体生成機構、および第２の圧力範囲内の高圧において、発泡体を生成するための第１の発泡体生成機構と異なる第２の発泡体生成機構を含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。各シリンダ対は、（ｉ）第１の圧力範囲にわたる膨張および／または圧縮のための低圧シリンダと、（ｉｉ）第１の圧力範囲と異なり、少なくとも、中間圧力において、第１の圧力範囲と重複する、第２の圧力範囲にわたる膨張および／または圧縮のための高圧シリンダとを含む、または本質的にそれから成る。
【００６３】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。低圧にある発泡体の中間貯蔵のためのマニホールドは、選択的に、（ｉ）複数の低圧シリンダと、（ｉｉ）第１の発泡体生成機構とに流動的に接続されてもよい。高圧にある発泡体の中間貯蔵のためのマニホールドは、選択的に、（ｉ）複数の高圧シリンダと、（ｉｉ）第２の発泡体生成機構とに流動的に接続されてもよい。第１の発泡体生成機構は、（ｉ）液体を気体の中へ分散させるための少なくとも１つの分散機構と、（ｉｉ）それを通して、分散された液体から発泡体が形成される、濾膜とを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２の発泡体生成機構は、液体を噴霧、散布、噴射、または撹拌するステップのうちの少なくとも１つのための分散機構を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。システムは、中間圧力において、発泡体を生成するための第３の発泡体生成機構を含んでもよい。中間圧力における発泡体の中間貯蔵のためのマニホールドは、選択的に、（ｉ）複数の低圧シリンダ、（ｉｉ）複数の高圧シリンダ、および（ｉｉｉ）第３の発泡体生成機構に流動的に接続されてもよい。
【００６４】
別の側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵するための圧縮および／またはエネルギーを回収するための膨張用のシリンダアセンブリと、シリンダアセンブリ内に発泡体を導入するための発泡体生成機構と、熱伝達流体を発泡体生成機構に圧送するための圧送シリンダと、第１の圧縮された気体の貯蔵のための貯蔵リザーバと、熱伝達流体の貯蔵のための第２の貯蔵リザーバとを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。シリンダアセンブリは、その中の第１の可動の境界機構と、第１の可動の境界機構に連結された第１のロッドとを含む。圧送シリンダは、その中の第２の可動の境界機構と、第２の可動の境界機構に連結された第２のロッドとを含む。第１の貯蔵リザーバは、選択的に、シリンダアセンブリに流動的に接続される。第２の貯蔵リザーバは、選択的に、圧送シリンダに流動的に接続される。
【００６５】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第１の貯蔵リザーバおよび第２の貯蔵リザーバは、同一のリザーバであってもよく、または異なる（すなわち、離散）リザーバであってもよい。熱伝達サブシステムは、熱的に熱伝達流体を調整してもよく、熱交換器を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１および第２のロッドは、第１および第２のロッドの往復運動を回転運動と相互変換するための機構に機械的に連結されてもよい。本機構は、クランクシャフトを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。クランクシャフトは、第１および第２のロッドを固定位相関係に維持してもよい。発泡体生成機構は、シリンダアセンブリ内に配置される、またはシリンダアセンブリ外に配置され、導管を介して、そこに接続されてもよい。発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１の貯蔵リザーバは、第２の貯蔵リザーバが流体を貯蔵する圧力と異なる圧力で流体を貯蔵してもよい。
【００６６】
付加的側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵および回収する方法を特徴とする。圧縮された気体は、貯蔵リザーバから、選択的に、そこに流動的に接続される、混合チャンバに移送される。混合チャンバ内では、圧縮された気体および熱伝達流体を含む、または本質的にそれから成る、第１の発泡体が、形成される。第１の発泡体は、混合チャンバからシリンダに移送される。第１の発泡体は、シリンダ内で膨張させられ、そこからエネルギーを回収する。膨張させられた第１の発泡体は、シリンダから除去される。第２の発泡体は、シリンダ内に導入され、シリンダ内で圧縮され、その中にエネルギーを貯蔵する。圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分は、貯蔵リザーバに移送され、移送は、混合チャンバを迂回する。
【００６７】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第１の発泡体の平均セルサイズおよび／またはセルサイズの均一性は、第１の発泡体を膨張させる前に、変更されてもよい。膨張させられた第１の発泡体をシリンダから除去するステップは、膨張させられた第１の発泡体の気体成分を周囲大気に排出するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。膨張させられた第１の発泡体をシリンダから除去するステップは、膨張させられた第１の発泡体を第２のシリンダに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよく、そこで、さらに膨張させられてもよい。膨張させられた第１の発泡体は、気体成分および液体成分に分離されてもよい。膨張させられた第１の発泡体は、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、分離されてもよい。膨張させられた第１の発泡体の液体成分は、貯蔵されてもよい。第１の発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を貯蔵リザーバに移送するステップは、圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分の気体成分を貯蔵リザーバに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を貯蔵リザーバに移送するステップは、圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分の気体成分および液体成分の両方を貯蔵リザーバに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分は、シリンダと貯蔵リザーバとの間の迂回接続を介して、貯蔵リザーバに移送されてもよい。弁は、実質的に、貯蔵リザーバへの移送の間、混合チャンバ内への圧縮された第２の発泡体の流入を防止してもよい。圧縮された第２の発泡体の第２の部分は、混合チャンバを介して、シリンダから貯蔵リザーバに、移送されてもよい。第１の発泡体および／または第２の発泡体は、実質的に等温で膨張させられる。シリンダは、その中にピストンを含んでもよく、シリンダ内の第１の発泡体を膨張させるステップは、（ｉ）ピストンに機械的に連結される機構および／または（ｉｉ）シリンダに連結される油圧システムを駆動させてもよい。第１の発泡体を膨張させるステップは、本機構を駆動させてもよく、本機構は、クランクシャフトを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１の発泡体を形成するステップは、熱伝達液を混合チャンバの中へ移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１の発泡体の空隙率は、混合チャンバ内への熱伝達液の移送速度を制御することによって、制御されてもよい。シリンダおよび／または混合チャンバ内の圧力および／または温度が、感知されてもよく、移送速度は、それに応答して、制御されてもよい。
【００６８】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを回収する方法を特徴とする。圧縮された気体および熱伝達流体を含む、または本質的にそれから成る、第１の発泡体は、貯蔵リザーバ内で形成され、シリンダに移送される。第１の発泡体は、シリンダ内で膨張させられ、そこからエネルギーを回収し、膨張させられた第１の発泡体は、シリンダから除去される。第２の発泡体は、シリンダ内で圧縮され、その中にエネルギーを貯蔵し、圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分は、貯蔵リザーバ内に貯蔵される。
【００６９】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第１の発泡体を形成するステップは、発泡体生成機構を介して、貯蔵リザーバ内において、熱伝達流体および圧縮された気体を混合するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。熱伝達液（例えば、実質的に発泡化されない熱伝達液）が、貯蔵リザーバの領域から発泡体生成機構に循環されてもよい。熱伝達液は、貯蔵リザーバ外で循環されてもよい。第１の発泡体の平均セルサイズおよび／またはセルサイズの均一性は、第１の発泡体を膨張させる前に、変更されてもよい。膨張させられた第１の発泡体をシリンダから除去するステップは、膨張させられた第１の発泡体の気体成分を周囲大気に排出するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。膨張させられた第１の発泡体は、気体成分および液体成分に分離されてもよい。膨張させられた第１の発泡体は、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、分離されてもよい。膨張させられた第１の発泡体の液体成分は、（例えば、貯蔵リザーバ内に）貯蔵されてもよい。第１の発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を貯蔵リザーバ内に貯蔵するステップは、圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分の気体成分を貯蔵するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分を貯蔵リザーバ内に貯蔵するステップは、圧縮された第２の発泡体の少なくとも一部分の気体成分および液体成分の両方を貯蔵するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。膨張させられた第１の発泡体をシリンダから除去するステップは、膨張させられた第１の発泡体を第２のシリンダに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよく、そこで、さらに膨張させられてもよい。第１の発泡体および／または第２の発泡体は、実質的に等温で膨張させられてもよい。シリンダは、その中にピストンを含んでもよい。シリンダ内の第１の発泡体を膨張させるステップは、（ｉ）ピストンに機械的に連結される機構（例えば、クランクシャフト）および／または（ｉｉ）シリンダに連結される油圧システムを駆動させてもよい。
【００７０】
付加的側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵および回収する方法を特徴とする。気体が、シリンダの中へ移送される。熱伝達液が、シリンダの中へ移送され、その中において、気体と混合し、気体および熱伝達液を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を形成する。シリンダ内では、発泡体は、エネルギーを貯蔵するために圧縮され、および／またはエネルギーを回収するために膨張させられ、圧縮されたまたは膨張させられた発泡体は、シリンダから排出される。
【００７１】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。気体が、貯蔵リザーバから、シリンダの中へ移送されてもよく、熱伝達液が、貯蔵リザーバから、シリンダの中へ移送されてもよい。気体および熱伝達液は、異なる入口を介して、シリンダの中へ移送されてもよい。発泡体は、圧縮されてもよく、圧縮された発泡体の少なくとも一部分は、貯蔵リザーバ内に貯蔵されてもよい。圧縮された発泡体の少なくとも一部分を貯蔵リザーバ内に貯蔵するステップは、圧縮された発泡体の気体成分を貯蔵するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された発泡体の少なくとも一部分を貯蔵リザーバ内に貯蔵するステップは、圧縮された発泡体の気体成分および液体成分の両方を貯蔵するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体の空隙率は、シリンダ内への熱伝達液の移送速度を制御することによって、制御されてもよい。シリンダ内の圧力および／または温度が、感知されてもよく、移送速度は、それに応答して、制御されてもよい。発泡体は、膨張させられてもよく、膨張させられた発泡体をシリンダから排出するステップは、膨張させられた発泡体の気体成分を周囲大気に排出するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体は、膨張させられてもよく、膨張させられた発泡体をシリンダから排出するステップは、膨張させられた発泡体を第２のシリンダに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよく、そこで、さらに膨張させられてもよい。発泡体は、膨張させられてもよく、膨張させられた発泡体は、気体成分および液体成分に分離されてもよい。膨張させられた発泡体は、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、分離されてもよい。発泡体は、膨張させられてもよく、膨張させられた発泡体の液体成分は、貯蔵されてもよい。発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。発泡体は、実質的に等温で膨張または圧縮されてもよい。発泡体は、膨張させられてもよく、シリンダは、その中にピストンを含んでもよい。発泡体を膨張させるステップは、（ｉ）ピストンに機械的に連結される機構（例えば、クランクシャフト）および／または（ｉｉ）シリンダに連結される油圧システムを駆動させてもよい。
【００７２】
さらなる付加的側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵および回収する方法を特徴とする。気体が、複数の離散段階において、圧縮または膨張させられ、各段階は、異なる圧力範囲にわたって、行われる。段階のうちの１つの間、熱が、気体と気体の中へ導入される第１の熱伝達流体の離散液滴との間で交換される。段階の別の１つの間、熱が、気体と第２の熱伝達流体との間で交換され、気体および第２の熱伝達流体は、組み合わされ、発泡体を形成する。
【００７３】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。圧縮または膨張後、段階の別の１つの間、発泡体の少なくとも一部分は、気体成分と液体成分とに分離されてもよい。発泡体の少なくとも一部分は、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、分離されてもよい。気体は、圧縮され、その後、貯蔵リザーバ内に貯蔵されてもよい。気体は、膨張させられ、その後、周囲大気に通気されてもよい。第１および第２の熱伝達流体は、同一の液体（例えば、水）を含んでもよい。第２の熱伝達流体は、発泡性添加剤を含んでもよい。第１の熱伝達流体の離散液滴は、噴霧によって、気体の中へ導入されてもよい。第１の熱伝達流体の離散液滴と気体との間の熱交換は、その段階の間の膨張または圧縮を実質的に等温にし得る。気体と第２の熱伝達流体との間の発泡体内の熱交換は、その段階の間の膨張または圧縮を実質的に等温にし得る。発泡体の膨張または圧縮は、シリンダ内で行われてもよい。発泡体は、シリンダ内で気体を第２の熱伝達流体と混合することによって、生成されてもよい。発泡体は、シリンダ外で気体を第２の熱伝達流体と混合することによって、生成されてもよく、次いで、発泡体は、シリンダの中へ移送されてもよい。発泡体の平均セルサイズおよび／またはセルサイズの均一性は、発泡体が、シリンダに流入する前に、変更されてもよい。気体は、膨張させられてもよく、シリンダは、その中にピストンを含んでもよい。シリンダ内の気体を膨張させるステップは、（ｉ）ピストンに機械的に連結される機構（例えば、クランクシャフト）および／または（ｉｉ）シリンダに連結される油圧システムを駆動させてもよい。発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。発泡体を形成するステップは、第２の熱伝達流体を気体の中へ移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体の空隙率は、第２の熱伝達流体の移送速度を制御することによって、制御されてもよい。段階のうちの少なくとも１つ内の圧力および／または温度が、感知されてもよく、移送速度は、それに応答して、制御されてもよい。
【００７４】
ある側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵および回収する方法を特徴とする。２つの異なるプロセスが、シリンダ内で行われ、本プロセスは、（ｉ）気体を圧縮し、エネルギーを貯蔵するステップと、（ｉｉ）気体を膨張させ、エネルギーを回収するステップとを含む。プロセスの一方の間、第１の熱伝達流体の離散液滴をそこに導入することによって、熱が、気体と交換される。プロセスのうちの他方のプロセスの間、気体を第２の熱伝達流体と混合し、発泡体を形成することによって、熱が、気体と交換される。
【００７５】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。プロセスのうちの他方のプロセス後、発泡体の少なくとも一部分は、気体成分と液体成分とに分離されてもよい。分離は、機械的分離を（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、行われてもよい。気体は、圧縮された後、貯蔵リザーバ内に貯蔵されてもよい。気体は、膨張させられた後、周囲大気に通気されてもよい。第１および第２の熱伝達流体は、同一の液体（例えば、水）を含んでもよい。第２の熱伝達流体は、発泡性添加剤を含んでもよい。第１の熱伝達流体の離散液滴は、噴霧によって、気体の中へ導入されてもよい。第１の熱伝達流体の離散液滴と気体との間の熱交換は、そのプロセスを実質的に等温にし得る。気体と第２の熱伝達流体との間の発泡体内の熱交換は、そのプロセスを実質的に等温にし得る。発泡体は、シリンダ内で気体を第２の熱伝達流体と混合することによって、形成されてもよい。発泡体は、シリンダ外で気体を第２の熱伝達流体と混合することによって、形成されてもよく、次いで、発泡体は、シリンダの中へ移送されてもよい。発泡体の平均セルサイズおよび／またはセルサイズの均一性は、発泡体が、シリンダに流入する前に、変更されてもよい。シリンダは、その中にピストンを含んでもよい。シリンダ内の気体を膨張させるステップは、（ｉ）ピストンに機械的に連結される機構（例えば、クランクシャフト）、または（ｉｉ）シリンダに連結される油圧システムを駆動させてもよい。発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。発泡体の空隙率は、気体中への第２の熱伝達流体の移送速度を制御することによって、制御されてもよい。気体の圧力および／または温度が、感知されてもよく、移送速度は、それに応答して、制御されてもよい。
【００７６】
別の側面では、本発明の実施形態は、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、および／または膨張によってエネルギーを回収するためのシリンダアセンブリと、貯蔵リザーバと、混合チャンバと、迂回導管とを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。貯蔵リザーバは、選択的に、シリンダアセンブリに流動的に接続される。混合チャンバは、選択的に、シリンダアセンブリおよび貯蔵リザーバに流動的に接続され、混合チャンバは、（ｉ）貯蔵リザーバから気体を受容し、（ｉｉ）気体を熱伝達液と混合し、発泡体を形成し、（ｉｉｉ）発泡体をシリンダアセンブリに移送する。迂回導管は、選択的に、直接、シリンダアセンブリを貯蔵リザーバに流動的に接続し、混合チャンバを横断せずに、シリンダアセンブリから貯蔵リザーバに、気体および／または発泡体を移送する。
【００７７】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。混合チャンバは、（ｉ）気体を移送するための第１の導管と、（ｉｉ）熱伝達液を移送するための第１の導管と異なる第２の導管とによって、選択的に、貯蔵リザーバに流動的に接続されてもよい。発泡体の少なくとも１つの特性を変更するための機構（例えば、発泡体セルサイズおよび／または発泡体セルサイズ均一性）が、混合チャンバ内に配置されてもよい。本機構は、濾膜および／または超音波エネルギー源を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体生成機構は、混合チャンバ内に配置されてもよい。発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。システムは、シリンダアセンブリの圧力範囲と異なる圧力範囲にわたって、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、または膨張によってエネルギーを回収する第２のシリンダアセンブリを含んでもよい。膨張させられた気体を大気に排出する通気口は、選択的に、第２のシリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。システムは、シリンダアセンブリおよび／または混合チャンバを制御し、シリンダアセンブリ内で実質的等温圧縮および／または実質的等温膨張を強制する制御システムを含んでもよい。システムは、シリンダアセンブリおよび／または混合チャンバ内の圧力を検出するセンサを含んでもよく、制御システムは、センサに応答してもよい。制御システムは、検出された圧力に応答して、混合チャンバ内への熱伝達液の流量を制御してもよい。循環装置（例えば、変速ポンプ等のポンプ）は、熱伝達液を混合チャンバに移送してもよい。可動の境界機構は、シリンダアセンブリを２つのチャンバに分離してもよい。境界機構の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトは、境界機構に機械的に連結されてもよい。モータ／発電機は、クランクシャフトに連結されてもよい。貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、および／または空洞を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００７８】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、および／または膨張によってエネルギーを回収するシリンダアセンブリと、選択的に、シリンダアセンブリに流動的に接続される、貯蔵リザーバと、貯蔵リザーバ内において、気体および熱伝達液を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を生成する発泡体生成機構とを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。
【００７９】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。発泡体の少なくとも１つの特性を変更する機構（例えば、発泡体セルサイズおよび／または発泡体セルサイズ均一性）が、貯蔵リザーバとシリンダアセンブリとの間に配置されてもよい。本機構は、濾膜および／または超音波エネルギー源を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。システムは、シリンダアセンブリの圧力範囲と異なる圧力範囲にわたって、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、または膨張によってエネルギーを回収する第２のシリンダアセンブリを含んでもよい。膨張させられた気体を大気に排出する通気口は、選択的に、第２のシリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。システムは、シリンダアセンブリを制御し、その中で実質的等温圧縮および／または実質的等温膨張を行う制御システムを含んでもよい。システムは、シリンダアセンブリ内の圧力または温度を検出するセンサを含んでもよく、制御システムは、センサに応答してもよい。循環装置（例えば、変速ポンプ等のポンプ）が、熱伝達液を発泡体生成機構に移送してもよい。導管は、選択的に、貯蔵リザーバの底部領域を発泡体生成機構と流動的に接続してもよい。導管は、貯蔵リザーバ外に延在してもよい。可動の境界機構は、シリンダアセンブリを２つのチャンバに分離してもよい。境界機構の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトは、境界機構に機械的に連結されてもよい。モータ／発電機は、クランクシャフトに連結されてもよい。貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、および／または空洞を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００８０】
付加的側面では、本発明の実施形態は、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、および／または膨張によってエネルギーを回収するシリンダアセンブリと、貯蔵リザーバと、シリンダアセンブリ内に配置される、シリンダアセンブリ内の気体中への熱伝達液の導入を介して、発泡体を生成する発泡体生成機構とを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。シリンダアセンブリは、（ｉ）気体を移送する第１の導管と、（ｉｉ）熱伝達液を発泡体生成機構に移送する第１の導管と異なる第２の導管とによって、選択的に、貯蔵リザーバに流動的に接続される。
【００８１】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。システムは、シリンダアセンブリの圧力範囲と異なる圧力範囲にわたって、圧縮によってエネルギーを貯蔵するステップまたは膨張によってエネルギーを回収するステップのうちの少なくとも１つを行う第２のシリンダアセンブリを含んでもよい。膨張させられた気体を大気に排出する通気口は、選択的に、第２のシリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。システムは、シリンダアセンブリを制御し、その中で実質的等温圧縮および／または実質的等温膨張を行う制御システムを含んでもよい。システムは、シリンダアセンブリ内の圧力または温度を検出するセンサを含んでもよく、制御システムは、センサに応答してもよい。制御システムは、検出された圧力に応答して、発泡体生成機構を通る熱伝達液の流量を制御してもよい。循環装置（例えば、変速ポンプ等のポンプ）は、第２の導管内の熱伝達液を移送してもよい。可動の境界機構は、シリンダアセンブリを２つのチャンバに分離してもよい。境界機構の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトは、境界機構に機械的に連結されてもよい。モータ／発電機は、クランクシャフトに連結されてもよい。貯蔵リザーバは、圧力容器、パイプ、および／または空洞を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００８２】
ある側面では、本発明の実施形態は、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、および／または膨張によってエネルギーを回収するシリンダアセンブリと、気体と第１の熱伝達液の離散液滴との間の熱交換のために、シリンダアセンブリ内に第１の熱伝達液の離散液滴を導入する噴霧機構と、噴霧機構から離散し、気体および第２の熱伝達液を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を生成し、および／またはシリンダアセンブリ内に導入する発泡体生成機構とを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。
【００８３】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第１および第２の熱伝達液は、同一の液体（例えば、水）を含んでもよい。第２の熱伝達液は、発泡性添加剤を含んでもよい。噴霧機構は、噴霧ヘッドおよび／または噴霧ロッドを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された気体の貯蔵のための貯蔵リザーバ（例えば、圧力容器、パイプ、および／または空洞）は、選択的に、シリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。膨張させられた気体を周囲大気に排出する通気口は、選択的に、シリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。
【００８４】
別の側面では、本発明の実施形態は、（ｉ）各異なる圧力範囲にわたって、圧縮によってエネルギーを貯蔵する、および／または膨張によってエネルギーを回収する複数のシリンダアセンブリと、（ｉｉ）選択的に、シリンダアセンブリのうちの１つに流動的に接続される、その中に第１の熱伝達液の離散液滴を導入する噴霧機構と、（ｉｉｉ）選択的に、シリンダアセンブリのうちの異なる１つに流動的に接続される、気体および第２の熱伝達液を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を生成し、および／またはその中に導入する発泡体生成機構とを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。
【００８５】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第１および第２の熱伝達液は、同一の液体（例えば、水）を含んでもよい。第２の熱伝達液は、発泡性添加剤を含んでもよい。噴霧機構は、噴霧ヘッドおよび／または噴霧ロッドを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された気体の貯蔵のための貯蔵リザーバ（例えば、圧力容器、パイプ、および／または空洞）は、選択的に、シリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。膨張させられた気体を周囲大気に排出する通気口は、選択的に、シリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。
【００８６】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、エネルギー回収の方法を特徴とする。圧送シリンダ内のピストンは、そこから発泡体生成機構に熱伝達液を移送するように駆動される。圧縮された気体は、シリンダアセンブリまたは発泡体生成機構に移送される。発泡体生成機構を介して、（ｉ）発泡体が、熱伝達液を圧縮された気体と合対することによって形成され、（ｉｉ）発泡体は、シリンダアセンブリ内に導入される。発泡体は、シリンダアセンブリ内で膨張させられ、膨張は、シリンダアセンブリ内のピストンを駆動させる。膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、シリンダアセンブリから排出される。
【００８７】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。圧縮された気体は、第１の貯蔵リザーバから、シリンダアセンブリに移送されてもよい。熱伝達液は、第２の貯蔵リザーバから、圧送シリンダに移送されてもよい。第１および第２の貯蔵リザーバは、同一のリザーバであってもよい。膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、気体成分と液体成分とに分離されてもよい。液体成分は、第１の貯蔵リザーバに移送されてもよい。分離は、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、行われてもよい。第２の貯蔵リザーバは、第１の貯蔵リザーバと別個かつ異なってもよい。第１の貯蔵リザーバ内の貯蔵圧力は、第２の貯蔵リザーバ内の貯蔵圧力（例えば、ほぼ大気圧であってもよい）より高くてもよい。膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、気体成分と液体成分とに分離されてもよい。液体成分は、第２の貯蔵リザーバに移送されてもよい。分離は、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、行われてもよい。熱伝達液は、熱伝達液の発泡体生成機構への流入に先立って、熱的に調整（すなわち、加熱または冷却）されてもよい。発泡体生成機構は、シリンダアセンブリ内に配置されてもよい。発泡体生成機構は、シリンダアセンブリ外に配置され、導管によって、そこに接続されてもよい。圧送シリンダおよびシリンダアセンブリ内のピストンは、同時に、駆動されてもよい。膨張させられた発泡体の少なくとも一部分は、気体成分と液体成分とに分離されてもよい。分離は、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、行われてもよい。膨張させられた発泡体の少なくとも一部分をシリンダアセンブリから排出するステップは、膨張させられた発泡体の気体部分を周囲大気に排出するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。膨張させられた発泡体の少なくとも一部分をシリンダアセンブリから排出するステップは、そのさらなる膨張のために、膨張させられた発泡体またはその気体部分を第２のシリンダアセンブリに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。発泡体の空隙率は、発泡体生成機構への熱伝達液の移送速度を制御することによって、制御されてもよい。シリンダおよび／または発泡体生成機構内の圧力および／または温度が、感知されてもよく、移送速度は、それに応答して、制御されてもよい。
【００８８】
付加的側面では、本発明の実施形態は、エネルギー貯蔵の方法を特徴とする。圧送シリンダ内のピストンは、そこから発泡体生成機構に熱伝達液を移送するように駆動される。気体は、シリンダアセンブリまたは発泡体生成機構に移送される。発泡体生成機構を介して、（ｉ）発泡体が、熱伝達液を圧縮された気体と混ぜ合わせることによって形成され、（ｉｉ）発泡体は、シリンダアセンブリ内に導入される。シリンダアセンブリ内のピストンは、シリンダアセンブリ内の発泡体を圧縮するように駆動される。圧縮された発泡体の少なくとも一部分は、シリンダアセンブリから排出される。
【００８９】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。圧縮された発泡体の少なくとも一部分をシリンダアセンブリから排出するステップは、圧縮された発泡体を第１の貯蔵リザーバに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された発泡体の少なくとも一部分をシリンダアセンブリから排出するステップは、圧縮された発泡体の気体成分を第１の貯蔵リザーバに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮された発泡体の少なくとも一部分をシリンダアセンブリから排出するステップは、圧縮された発泡体の液体成分を第２の貯蔵リザーバに移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１および第２の貯蔵リザーバは、同一のリザーバであってもよい。第２の貯蔵リザーバは、第１の貯蔵リザーバと別個かつ異なってもよい。第１の貯蔵リザーバ内の貯蔵圧力は、第２の貯蔵リザーバ内の貯蔵圧力（例えば、ほぼ大気圧であってもよい）より高くてもよい。熱伝達液は、熱伝達液の発泡体生成機構への流入に先立って、熱的に調整（すなわち、加熱または冷却）されてもよい。発泡体生成機構は、シリンダアセンブリ内に配置されてもよい。発泡体生成機構は、シリンダアセンブリ外に配置され、導管によって、そこに接続されてもよい。圧送シリンダおよびシリンダアセンブリ内のピストンは、同時に、駆動されてもよい。圧縮された発泡体の少なくとも一部分は、気体成分と液体成分とに分離されてもよい。分離は、機械的分離（例えば、ブレード、剪断力、バッフル、および／または遠心分離によって）および／または超音波エネルギーの印加を介して、行われてもよい。気体は、周囲大気から、シリンダアセンブリまたは発泡体生成機構に移送されてもよい。気体は、第２のシリンダアセンブリ内での気体の圧縮後、第２のシリンダアセンブリから、シリンダアセンブリまたは発泡体生成機構に移送されてもよい。発泡体の発泡体質量比は、１〜４の範囲から選択されてもよい。発泡体の空隙率は、発泡体生成機構への熱伝達液の移送速度を制御することによって、制御されてもよい。シリンダおよび／または発泡体生成機構内の圧力および／または温度が、感知されてもよく、移送速度は、それに応答して、制御されてもよい。
【００９０】
ある側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵するための圧縮またはエネルギーを回収するための膨張のうちの少なくとも１つを行う第１のシリンダアセンブリと、エネルギーを貯蔵するための圧縮またはエネルギーを回収するための膨張のうちの少なくとも１つを行う第２のシリンダアセンブリとを含む、または本質的にそれから構成されるエネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。第１のシリンダアセンブリは、（ｉ）第１のシリンダと、（ｉｉ）少なくとも部分的に第１のシリンダ内に配置される、第１のシリンダからの熱伝達流体を循環させる第１の圧送機構と、（ｉｉｉ）熱伝達流体を気体と混ぜ合わせ、発泡体を形成し、第１のシリンダ内に発泡体を導入する第１の発泡体生成機構とを含む、または本質的にそれから構成される。第２のシリンダアセンブリは、（ｉ）第２のシリンダと、（ｉｉ）少なくとも部分的に第２のシリンダ内に配置され、選択的に、第１の発泡体生成機構に流動的に接続される第２のシリンダからの熱伝達流体を循環させる第２の圧送機構と、（ｉｉｉ）熱伝達流体を気体と混ぜ合わせ、発泡体を形成し、第２のシリンダ内に発泡体を導入する第２の発泡体生成機構であって、選択的に、第１の圧送機構に流動的に接続される、第２の発泡体生成機構とを含む、または本質的にそれから成る。
【００９１】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第１の圧送機構は、第１のシリンダ内に配置され、第１のシリンダを２つの区画に分離する、第１のピストンと、第１の空所を備える、第１のピストンに連結される、第１のピストンロッドと、少なくとも部分的に、第１の空所内に配置され、第１のシリンダの少なくとも一部分を通して延在する、第１の中空管とを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１の中空管と第１のピストンロッドとの間の相対運動は、第１の空所内外に熱伝達流体を循環させてもよい。第２の圧送機構は、第２のシリンダ内に配置され、第２のシリンダを２つの区画に分離する、第２のピストンと、第１の空所を備え、第２のピストンに連結される、第２のピストンロッドと、少なくとも部分的に、第２の空所内に配置され、第２のシリンダの少なくとも一部分を通して延在する、第２の中空管とを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２の中空管と第２のピストンロッドとの間の相対運動は、第２の空所内外に熱伝達流体を循環させてもよい。第１および第２のピストンロッドは、共通クランクシャフトに機械的に連結されてもよい。第１の熱交換サブシステムは、第１の発泡体生成機構に循環する熱伝達流体を熱的に調整してもよい。第１の熱交換サブシステムは、熱交換器を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１の熱交換サブシステムは、第１の発泡体生成機構および第２の圧送機構に流動的に接続されてもよい。第２の熱交換サブシステムは、第２の発泡体生成機構に循環する熱伝達流体を熱的に調整してもよい。第２の熱交換サブシステムは、熱交換器を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２の熱交換サブシステムは、第２の発泡体生成機構および第１の圧送機構に流動的に接続されてもよい。気体および／または熱伝達流体の貯蔵のための第１の貯蔵リザーバは、選択的に、第１および第２のシリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。気体および／または熱伝達流体の貯蔵のための第２の貯蔵リザーバは、選択的に、第１および第２のシリンダアセンブリに流動的に接続されてもよい。第１の貯蔵リザーバの貯蔵圧力は、第２の貯蔵リザーバの貯蔵圧力（ほぼ大気圧であってもよい）より高くてもよい。第１および／または第２の貯蔵リザーバは、選択的に、第１および／または第２の圧送機構に流動的に接続されてもよい。第１の発泡体生成機構は、第１のシリンダ内に配置されてもよい。第１の発泡体生成機構は、第１のシリンダ外に配置され、導管を介して、そこに接続されてもよい。第２の発泡体生成機構は、第２のシリンダ内に配置されてもよい。第２の発泡体生成機構は、第２のシリンダ外に配置され、導管を介して、そこに接続されてもよい。第１の発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２の発泡体生成機構は、１つ以上のノズル、回転ブレード、超音波エネルギー源、および／またはスパージャーを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００９２】
別の側面では、本発明の実施形態は、（ｉ）第１のシリンダと、第１の圧送機構と、第１の発泡体生成機構とを備える、第１のシリンダアセンブリと、（ｉｉ）第２のシリンダと、第２の圧送機構と、第２の発泡体生成機構とを備える、第２のシリンダアセンブリとを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー回収システムを利用する、エネルギー回収の方法を特徴とする。膨張行程は、第１のシリンダアセンブリを用いて行われ、排気行程は、第２のシリンダアセンブリを用いて行われる。膨張行程は、（ｉ）第１の発泡体生成機構において、熱伝達流体および気体を混ぜ合わせ、発泡体を形成するステップと、（ｉｉ）第１のシリンダ内で発泡体を膨張させるステップと、（ｉｉｉ）第１の圧送機構内に熱伝達流体を導入するステップとを含む、または本質的にそれから成る。排気行程は、（ｉ）発泡体またはその気体成分を第２のシリンダから排出するステップと、（ｉｉ）第２の圧送機構を用いて、熱伝達流体を第１の発泡体生成機構に圧送するステップとを含む、または本質的にそれから成る。
【００９３】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。排気行程は、第１の発泡体生成機構に流入する前に、第２の圧送機構を用いて圧送される熱伝達流体を熱的に調整（例えば、加熱）するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。膨張行程は、第２のシリンダアセンブリを用いて行われてもよく、排気行程は、第１のシリンダアセンブリを用いて行われてもよい。膨張行程は、（ｉ）第２の発泡体生成機構において、熱伝達流体および気体を混ぜ合わせ、第２の発泡体を形成するステップと、（ｉｉ）第２のシリンダ内で第２の発泡体を膨張させるステップと、（ｉｉｉ）第２の圧送機構内に熱伝達流体を導入するステップとを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。排気行程は、（ｉ）発泡体またはその気体成分を第１のシリンダから排出するステップと、（ｉｉ）第１の圧送機構を用いて、熱伝達流体を第２の発泡体生成機構に圧送するステップとを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【００９４】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、（ｉ）第１のシリンダと、第１の圧送機構と、第１の発泡体生成機構とを備える、第１のシリンダアセンブリと、（ｉｉ）第２のシリンダと、第２の圧送機構と、第２の発泡体生成機構とを備える、第２のシリンダアセンブリとを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー回収システムを利用するエネルギー貯蔵の方法を特徴とする。圧縮行程は、第１のシリンダアセンブリを用いて行われる。圧縮行程は、（ｉ）第１のシリンダ内において、第１の発泡体生成機構によって生成される発泡体を圧縮するステップと、（ｉｉ）第１の圧送機構を用いて、熱伝達流体を第２の発泡体生成機構に圧送するステップとを含む、または本質的にそれから成る。圧縮行程は、第２のシリンダアセンブリを用いて行われる。圧縮行程は、（ｉ）第２のシリンダ内において、第２の発泡体生成機構によって生成される第２の発泡体を圧縮するステップと、（ｉｉ）第２の圧送機構を用いて、熱伝達流体を第１の発泡体生成機構に圧送するステップとを含む、または本質的にそれから成る。
【００９５】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。吸気行程は、第１のシリンダアセンブリを用いて行われてもよい。吸気行程は、（ｉ）第１のシリンダ内で気体を受容するステップと、（ｉｉ）第１の圧送機構内に熱伝達流体を導入するステップとを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。吸気行程は、第２のシリンダアセンブリを用いて行われてもよい。吸気行程は、（ｉ）第２のシリンダ内で気体を受容するステップと、（ｉｉ）第２の圧送機構内に熱伝達流体を導入するステップとを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１のシリンダアセンブリの圧縮行程は、第２の発泡体生成機構に流入する前に、第１の圧送機構を用いて圧送される熱伝達流体を熱的に調整（例えば、冷却）するステップを含んでもよい。第２のシリンダアセンブリの圧縮行程は、第１の発泡体生成機構に流入する前に、第２の圧送機構を用いて圧送される熱伝達流体を熱的に調整（例えば、冷却）するステップを含んでもよい。
【００９６】
付加的側面では、本発明の実施形態は、効率的電力需要応答のためのシステムを特徴とする。システムは、（ｉ）第１の電力需要レベルまで、需要に応答して、電力を供給する第１のエネルギー貯蔵システムと、（ｉｉ）第１のエネルギー貯蔵システムに接続される、第１の電力需要レベルを上回る需要に応答して、電力を供給する第２のエネルギー貯蔵システムと、（ｉｉｉ）第１および／または第２のエネルギー貯蔵システムの少なくとも一部分を熱的に調整し、それによって、第１および第２のエネルギー貯蔵システムの集合効率を増加させる熱交換サブシステムとを含む、または本質的にそれから成る。
【００９７】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。第１のエネルギー貯蔵システムは、バッテリ、フライホイール、および／またはウルトラキャパシタを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２のエネルギー貯蔵システムは、圧縮された気体を膨張させることによって（例えば、発泡体の形態において）、電力を供給する、圧縮気体エネルギー貯蔵システムを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１および第２のエネルギー貯蔵システムは、送電網に並列に接続されてもよい。第１の電力需要レベルは、約５００ｋＷであってもよい。熱交換サブシステムは、第２のエネルギー貯蔵システムにおいて、（ｉ）膨張および／または圧縮を受ける気体を熱的に調整するため、または気体と混ぜ合わせ、発泡体を形成する熱伝達流体、（ｉｉ）膨張および／または圧縮を受ける気体または発泡体、および／または（ｉｉｉ）膨張に先立って、貯蔵リザーバ内に貯蔵される気体または発泡体を熱的に調整するために、第１のエネルギー貯蔵システムから、熱エネルギーを回収してもよい。熱交換サブシステムは、第１のエネルギー貯蔵システムと関連付けられた第１の熱交換器と、（ｉ）第１の熱交換器と別個であって、（ｉｉ）選択的に、第１の熱交換器に流動的に接続可能である、第２のエネルギー貯蔵システムと関連付けられた第２の熱交換器とを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第１の熱交換器は、第１のラジエータおよび／または第１の蓄熱井戸に流動的に接続されてもよく、第２の熱交換器は、第２のラジエータおよび／または第２の蓄熱井戸に流動的に接続されてもよい。
【００９８】
さらなる付加的側面では、本発明の実施形態は、電力送達の方法を特徴とする。時変電力需要レベルが、検出される。電力は、電力需要レベルが、閾値レベル以下であるとき、第１のエネルギー貯蔵システムから供給される。電力は、電力需要レベルが、閾値レベルを上回るとき、第２のエネルギー貯蔵システムから供給される。第１および／または第２のエネルギー貯蔵システムの少なくとも一部分は、熱的に調整（すなわち、加熱または冷却）され、それによって、第１および第２のエネルギー貯蔵システムの集合効率を増加させる。
【００９９】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。電力は、電力需要レベルは、閾値レベル以下であるときのみ、第１のエネルギー貯蔵システムから供給されてもよい。電力は、電力需要レベルが、閾値レベルを上回るときのみ、第２のエネルギー貯蔵システムから供給されてもよい。熱的に調整するステップは、第１のエネルギー貯蔵システムから熱エネルギーを回収するステップと、回収した熱エネルギーを用いて、第２のエネルギー貯蔵システムの少なくとも一部分を熱的に調整するステップとを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。第２のエネルギー貯蔵システムの少なくとも一部分を熱的に調整するステップは、（ｉ）膨張および／または圧縮を受ける気体を熱的に調整するため、または気体と混ぜ合わせ、発泡体を形成する熱伝達流体、（ｉｉ）膨張および／または圧縮を受ける気体または発泡体、および／または（ｉｉｉ）膨張に先立って、圧縮気体リザーバ内に貯蔵された気体または発泡体を熱的に調整するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。電力は、共通バスラインを経由して、第１および第２のエネルギー貯蔵システムから供給されてもよい。第２のエネルギー貯蔵システムから電力を供給するステップは、気体および／または発泡体を膨張させ、そこからエネルギーを回収するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【０１００】
ある側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法を特徴とする。気体は、動力装置内で圧縮されてもよい。蓄熱井戸からの熱伝達液が、圧縮に先立って、および／またはその間に、気体の中へ導入され、熱伝達液は、圧縮の間に、熱エネルギーを気体から吸収する。熱伝達液の少なくとも一部分は、蓄熱井戸に戻され、その中に熱エネルギーを貯蔵する。その後、気体は、動力装置内で膨張させられる。蓄熱井戸からの熱伝達液は、膨張に先立って、および／またはその間に、気体の中へ導入され、気体は、膨張の間に、熱エネルギーを熱伝達液から吸収する。
【０１０１】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。熱伝達液は、熱伝達液を気体の中へ噴霧することによって、気体の中へ導入されてもよい。熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱伝達液および気体を含む、発泡体を形成してもよい。発泡体の少なくとも一部分は、熱伝達液の少なくとも一部分を蓄熱井戸に戻すステップに先立って、気体と熱伝達液とに分離されてもよい。圧縮に先立って、および／またはその間、熱伝達液を導入するステップは、圧縮を実質的に等温にし得る。膨張に先立って、および／またはその間、熱伝達液を導入するステップは、膨張を実質的に等温にし得る。動力装置によって産生される廃熱エネルギーは、蓄熱井戸内に貯蔵されてもよい。熱エネルギーは、蓄熱井戸と周囲環境との間で交換されてもよい。熱エネルギーは、動力装置が、圧縮または膨張のいずれも行っていない間、蓄熱井戸と周囲環境との間で交換されてもよい。圧縮に先立って、および／またはその間、気体の中へ導入される熱伝達液の温度は、周囲温度を下回ってもよい。膨張に先立って、および／またはその間、気体の中へ導入される熱伝達液の温度は、周囲温度を上回ってもよい。圧縮された気体は、圧縮後、貯蔵されてもよく、貯蔵された圧縮気体は、膨張の間、膨張させられてもよい。圧縮された気体を貯蔵するステップは、高温において、熱伝達流体を貯蔵するステップを含んでもよい。貯蔵された熱伝達流体は、蓄熱井戸に移送され、それによって、その中に熱エネルギーを貯蔵してもよい。膨張させられた気体は、膨張後、大気に通気されてもよい。
【０１０２】
別の側面では、本発明の実施形態は、その中に熱伝達流体を含有する蓄熱井戸と併用するために構成される、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。システムは、（ｉ）その中に、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置と、（ｉｉ）圧縮および／または膨張に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入する機構であって、蓄熱井戸への選択的流体接続のために構成される、機構と、（ｉｉｉ）選択的に、気体の中へ導入される熱伝達液を蓄熱井戸内に戻す導管と、（ｉｖ）動力装置および蓄熱井戸に熱的に接続される、動力装置から蓄熱井戸に、廃熱エネルギーを移送する廃熱熱交換システムとを含む、または本質的にそれから成る。
【０１０３】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。システムは、蓄熱井戸および周囲環境への熱接続のために構成される、環境熱交換システムを含んでもよい。システムは、（ｉ）動力装置の動作状態を感知し、（ｉｉ）動力装置が、気体の膨張または圧縮のいずれも行っていないときのみ、環境熱交換システムを動作せる制御システムを含んでもよい。圧縮された気体の貯蔵のためのリザーバは、選択的に、動力装置に流動的に接続されてもよい。リザーバは、その間の熱伝達液の流動を可能にするために、蓄熱井戸への選択的流体接続のために構成されてもよい。膨張させられた気体を大気に通気する通気口は、選択的に、動力装置に流動的に接続されてもよい。
【０１０４】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法を特徴とする。気体が、動力装置内で圧縮および／または膨張させられる。圧縮および／または膨張に先立って、および／またはその間、（ｉ）熱伝達液は、第１の温度において、蓄熱井戸から引き出され、（ｉｉ）熱伝達液は、熱的に調整され、それによって、第１の温度と異なる第２の温度となり、（ｉｉｉ）熱的に調整された熱伝達液は、気体の中へ導入され、それと熱を交換する。
【０１０５】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。気体と熱的に調整された熱伝達液との間の熱交換は、圧縮および／または膨張を実質的に等温にし得る。熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱伝達液および気体を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を形成してもよい。発泡体の少なくとも一部分は、圧縮および／または膨張後、気体と熱伝達液とに分離されてもよい。熱伝達液を熱的に調整するステップは、熱伝達液と、蓄熱井戸から離散し、それに流動的に接続されない、第２の蓄熱井戸との間の熱エネルギーの移送を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。動力装置によって産生される廃熱エネルギーは、第２の蓄熱井戸内に貯蔵されてもよい。熱エネルギーは、第２の蓄熱井戸と周囲環境との間で交換されてもよい。熱エネルギーは、動力装置が、圧縮または膨張のいずれも行っていない間、第２の蓄熱井戸と周囲環境との間で交換されてもよい。
【０１０６】
付加的側面では、本発明の実施形態は、（ｉ）その中に、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置と、（ｉｉ）圧縮および／または膨張に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入する機構と、（ｉｉｉ）選択的に、機構に流動的に接続される、その中へ熱伝達液を含有する蓄熱井戸と、（ｉｖ）蓄熱井戸から動力装置に流動する熱伝達液を熱的に調整するために、蓄熱井戸と動力装置との間に接続される、熱交換器と、（ｖ）熱交換器と関連付けられ、蓄熱井戸から離散している、熱伝達流体からの熱エネルギーを貯蔵し、および／または熱エネルギーをそこに供給する第２の蓄熱井戸とを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。
【０１０７】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。導管は、気体の中へ導入された熱伝達液を蓄熱井戸に戻してもよい。動力装置から第２の蓄熱井戸に、廃熱エネルギーを移送する廃熱熱交換システムは、動力装置および第２の蓄熱井戸に熱的に接続されてもよい。環境熱交換システムは、第２の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続されてもよい。熱交換器は、第２の蓄熱井戸内に配置されてもよい。
【０１０８】
さらなる付加的側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法を特徴とする。気体は、動力装置内で圧縮または膨張させられる。圧縮および／または膨張に先立って、および／またはその間、（ｉ）熱伝達液は、第１の温度において、第１の蓄熱井戸から引き出され（ｉｉ）熱伝達液は、気体の中へ導入され、それと熱を交換し、熱交換は、熱伝達液を第１の温度と異なる第２の温度にする。熱伝達液は、第２の温度において、第１の蓄熱井戸から離散し、それに流動的に接続されない、第２の蓄熱井戸に移送される。
【０１０９】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。気体と熱伝達液との間の熱交換は、圧縮および／または膨張を実質的に等温にし得る。熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱伝達液および気体を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を形成してもよい。発泡体の少なくとも一部分は、熱伝達液を第２の蓄熱井戸に移送するステップに先立って、気体と熱伝達液とに分離されてもよい。動力装置によって産生される廃熱エネルギーは、第２の蓄熱井戸内に貯蔵されてもよい。熱エネルギーは、周囲環境と第１の蓄熱井戸および／または第２の蓄熱井戸との間で交換されてもよい。熱エネルギーは、動力装置が、圧縮または膨張のいずれも行っていない間、周囲環境と交換されてもよい。
【０１１０】
ある側面では、本発明の実施形態は、（ｉ）その中へ、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置と、（ｉｉ）圧縮および／または膨張に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入する機構と、（ｉｉｉ）選択的に、本機構に流動的に接続される、（ａ）第１の温度において、その中に熱伝達液を含有する、第１の蓄熱井戸と、（ｂ）第１の温度と異なる第２の温度において、その中に熱伝達液を含有する第１の蓄熱井戸から離散している、第２の蓄熱井戸とを含む、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。システムはまた、（ｉ）圧縮に先立って、および／またはその間、（ａ）第１の蓄熱井戸から気体中へと、（ｂ）動力装置から第２の蓄熱井戸内への熱伝達液の経路を指定し、（ｉｉ）膨張に先立って、および／またはその間、（ａ）第２の蓄熱井戸から気体中へと、（ｂ）動力装置から第１の蓄熱井戸内への熱伝達液の経路を指定する制御システムを含む。
【０１１１】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。動力装置から第２の蓄熱井戸に、廃熱エネルギーを移送する廃熱熱交換システムは、動力装置および第２の蓄熱井戸に熱的に接続されてもよい。環境熱交換システムは、第１の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続されてもよい。環境熱交換システムは、第２の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続されてもよい。
【０１１２】
別の側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法を特徴とする。気体は、動力装置内で圧縮および／または膨張させられる。圧縮および／または膨張に先立って、および／またはその間、（ｉ）熱伝達液は、第１の温度において、リザーバから引き出され、（ｉｉ）熱伝達液は、熱的に調整され、それによって、第１の温度と異なる第２の温度となり、（ｉｉｉ）熱的に調整された熱伝達液は、気体の中へ導入され、それと熱を交換する。熱伝達液を熱的に調整するステップは、熱伝達液と、第３の温度を有する第１の蓄熱井戸から、（ｉ）第１の蓄熱井戸から離散し、（ｉｉ）第３の温度と異なる第４の温度を有する、第２の蓄熱井戸に流動する熱貯蔵液体との間で熱エネルギーを交換するステップを含む、または本質的にそれから成る。
【０１１３】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。熱伝達液および熱貯蔵液体は、熱伝達液の熱調整するステップの間、混合しなくてもよい。気体と熱的に調整された熱伝達液との間の熱交換は、圧縮および／または膨張を実質的に等温にし得る。熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱伝達流体および気体を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を形成してもよい。発泡体の少なくとも一部分は、圧縮および／または膨張後、気体と熱伝達液とに分離されてもよい。
【０１１４】
さらに別の側面では、本発明の実施形態は、（ｉ）その中に、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置と、（ｉｉ）圧縮および／または膨張に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入する機構と、（ｉｉｉ）選択的に、機構に流動的に接続される、その中に熱伝達液を含有するリザーバと、（ｉｖ）リザーバから動力装置に流動する熱伝達液を熱的に調整するために、リザーバと動力装置との間に接続される、熱交換器と、（ｖ）熱交換器と関連付けられ、リザーバに流動的に接続されない、（ａ）第１の温度において、熱貯蔵液体を含有する第１の蓄熱井戸と、（ｂ）第１の温度と異なる第２の温度において、熱貯蔵液体を含有する第２の蓄熱井戸であって、第１と第２の蓄熱井戸との間の熱貯蔵液体の流動が、熱伝達流体を熱的に調整する、第２の蓄熱井戸とを含む、または本質的にそれから成る、エネルギー貯蔵および回収システムを特徴とする。
【０１１５】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。導管は、気体の中へ導入される熱伝達液をリザーバに戻してもよい。動力装置から第２の蓄熱井戸に、廃熱エネルギーを移送する廃熱熱交換システムは、動力装置および第２の蓄熱井戸に熱的に接続されてもよい。環境熱交換システムは、第１の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続されてもよい。環境熱交換システムは、第２の蓄熱井戸および周囲環境に熱的に接続されてもよい。
【０１１６】
付加的側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法を特徴とする。気体は、動力装置内で圧縮される。圧縮に先立って、および／またはその間、（ｉ）熱伝達液は、第１の温度において、液体リザーバから引き出され、（ｉｉ）熱伝達液は、気体の中へ導入され、それと熱を交換し、熱交換は、熱伝達液を第１の温度より高い第２の温度にする。第２の温度における熱伝達液および圧縮された気体は両方とも、圧縮気体貯蔵に移送される。
【０１１７】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。気体と熱伝達液との間の熱交換は、圧縮を実質的に等温にし得る。熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱伝達液および気体を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を形成してもよい。第２の温度における熱伝達液および圧縮された気体の両方を圧縮気体貯蔵に移送するステップは、発泡体を圧縮気体貯蔵に移送するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【０１１８】
本方法は、（ｉ）圧縮された気体を圧縮気体貯蔵から動力装置に移送するステップと、（ｉｉ）動力装置内で圧縮された気体を膨張させるステップと、（ｉｉｉ）膨張に先立って、および／またはその間、（ａ）第３の温度において、熱伝達液を圧縮気体貯蔵から引き出すステップと、（ｂ）熱伝達液を気体の中へ導入し、それと熱を交換し、熱交換が、熱伝達液を第３の温度より低い第４の温度にするステップと、（ｉｖ）熱伝達液を液体リザーバに移送するステップとを含んでもよい。気体と熱伝達液との間の熱交換は、膨張を実質的に等温にし得る。膨張に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。膨張に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱伝達液および気体を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を形成してもよい。発泡体の少なくとも一部分は、熱伝達液を液体リザーバに移送するステップに先立って、気体と熱伝達液とに分離されてもよい。動力装置によって産生される廃熱エネルギーは、圧縮気体貯蔵内に貯蔵されてもよい。熱エネルギーは、周囲環境と圧縮気体貯蔵との間で交換されてもよい。熱エネルギーは、動力装置が、圧縮または膨張のいずれも行っていない間、周囲環境と交換されてもよい。
【０１１９】
さらなる付加的側面では、本発明の実施形態は、エネルギーを貯蔵する気体の圧縮および／またはエネルギーを回収する気体の膨張のためのシリンダアセンブリを備える、動力装置を利用するエネルギー貯蔵および回収の方法を特徴とする。気体は、動力装置内で圧縮される。圧縮に先立って、および／またはその間、（ｉ）熱伝達液は、第１の温度において、第１の蓄熱井戸から引き出され、（ｉｉ）熱伝達液は、気体の中へ導入され、それと熱を交換し、熱交換は、熱伝達液を第１の温度より高い第２の温度にする。圧縮された気体は、圧縮気体貯蔵に移送される。熱伝達液は、第２の温度において、圧縮気体貯蔵および／または第１の蓄熱井戸から離散している第２の蓄熱井戸に移送される。
【０１２０】
本方法は、（ｉ）圧縮された気体を圧縮気体貯蔵から動力装置に移送するステップと、（ｉｉ）動力装置内で圧縮された気体を膨張させるステップと、（ｉｉｉ）膨張に先立って、および／またはその間、（ａ）圧縮気体貯蔵または第２の蓄熱井戸のうちの少なくとも１つから、熱伝達液を引き出し、（ｂ）熱伝達液を気体の中へ導入し、それと熱を交換するステップと、（ｉｖ）熱伝達液を第１の蓄熱井戸に移送するステップとを含んでもよい。
【０１２１】
本発明の実施形態は、種々の異なる組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を組み込む。動力装置内で圧縮された気体を膨張させるステップは、第１の段階および第２の段階において、それぞれ、異なる圧力範囲にわたって、圧縮された気体を膨張させるステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。熱伝達液は、膨張に先立って、および／またはその間、第１の段階において、圧縮気体貯蔵から引き出されてもよい。熱伝達液は、膨張に先立って、および／またはその間、第２の段階において、第２の蓄熱井戸から引き出されてもよい。膨張に先立って、および／またはその間、気体と熱伝達液との間の熱交換は、膨張を実質的に等温にし得る。膨張に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱伝達液および気体を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を形成してもよい。発泡体の少なくとも一部分は、熱伝達液を第１の蓄熱井戸に移送するステップに先立って、気体と熱伝達液とに分離されてもよい。動力装置内の気体を圧縮するステップは、第１の段階および第２の段階において、それぞれ、異なる圧力範囲にわたって、気体を圧縮するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。熱伝達液は、圧縮後またはその間、第１の段階において、圧縮気体貯蔵に移送されてもよい。熱伝達液は、圧縮後またはその間、第２の段階において、第２の蓄熱井戸に移送されてもよい。圧縮に先立って、および／またはその間、気体と熱伝達液との間の熱交換は、圧縮を実質的に等温にし得る。圧縮に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱的に調整された熱伝達液を気体の中へ噴霧するステップを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。圧縮に先立って、および／またはその間、熱伝達液を気体の中へ導入するステップは、熱伝達液および気体を含む、または本質的にそれから成る、発泡体を形成してもよい。発泡体の少なくとも一部分は、第２の温度において、圧縮気体貯蔵および／または第１の蓄熱井戸から離散している第２の蓄熱井戸に熱伝達液を移送する前に、気体と熱伝達液とに分離されてもよい。動力装置によって産生される廃熱エネルギーは、第２の蓄熱井戸内に貯蔵されてもよい。熱エネルギーは、周囲環境と第１の蓄熱井戸および／または第２の蓄熱井戸との間で交換されてもよい。熱エネルギーは、動力装置が、圧縮または膨張のいずれも行っていない間、周囲環境と交換されてもよい。
【０１２２】
これらおよび他の目的は、本発明の利点および特徴とともに、以下の説明、付随の図面、および請求項の参照を通して、より明白となるであろう。さらに、本明細書に説明される種々の実施形態の特徴は、相互に排他的ではなく、種々の組み合わせおよび順列で存在することができることを理解されたい。本明細書で使用されるように、用語「パイプ」、「パイプ類」、および同等物は、２点間で気体または液体を搬送するように定格される、１つ以上の導管を指すものとすることに留意されたい。したがって、単数形用語は、必要に応じて、複数の並列導管を含むとみなされるべきである。本明細書では、別様に示されない限り、用語「液体」および「水」は、同じ意味として、任意の大部分または実質的に非圧縮性である液体を指し、用語「気体」および「空気」は、同じ意味として、使用され、用語「流体」は、液体、気体、または液体および気体（例えば、発泡体）の混合物を指し得る。本明細書で使用されるように、別様に示されない限り、用語「約」および「実質的に」は、±１０％、いくつかの実施形態では、±５％を意味する。「弁」は、流体路とリザーバとの間の流体連通を制御するための、または選択的に制御または通気を可能にするための任意の機構または構成要素である。用語「シリンダ」は、均一であるが、必ずしも、円形断面ではなく、チャンバの片側の流体を他側の流体から分離し、チャンバの片側から他側への流体移動を防止する一方、チャンバの片側から隣またはチャンバ外の機構への力／圧力の伝達を可能にする、摺動可能に配置されるピストンまたは他の機構を含有し得る、チャンバを指す。チャンバの両端のうちの少なくとも１つは、本明細書では、「ヘッド」とも称される、後端キャップによって、閉鎖されてもよい。本明細書で利用されるように、「後端キャップ」は、必ずしも、シリンダの残りの部分と別個または分離可能な構成要素ではなく、シリンダ自体の端部を指してもよい。ロッド、弁、および他のデバイスは、後端キャップを通過してもよい。「シリンダアセンブリ」は、単純シリンダであってもよく、または複数のシリンダを含んでもよく、付加的関連付けられた構成要素（シリンダ間の機械的結合等）を有してもよく、またはそうでなくてもよい。シリンダのシャフトは、第’６７８号および第’８４２号特許に説明されるように、機械的負荷（例えば、油圧モータ／ポンプまたはクランクシャフト）に油圧または機械連結され、順に、電気負荷（例えば、電力工学機器および／または直接送電網あるいは他の負荷に取り付けられた回転式または線形電気モータ／発電機）に連結されてもよい。本明細書で使用されるように、熱交換流体の「熱調整するステップ」は、熱交換流体が熱エネルギーを交換している気体との相互作用から生じる熱交換流体の任意の温度修正を含まない。むしろ、そのような熱調整するステップは、概して、他の手段（例えば、外部熱交換器）による熱交換流体の温度修正を指す。用語「熱交換」および「熱伝達」は、概して、本明細書では、同じ意味として、利用される。別様に示されない限り、本明細書に説明されるモータ／ポンプは、両方ではなく、モータまたはポンプとしてのみ、システム動作の間、利用される場合、モータおよび��ンプの両方として、機能するよう構成されるように要求されない。本明細書に説明される気体膨張は、（例えば、内燃シリンダの動作とは対照的に）燃焼不在下で行われてもよい。
【０１２３】
図面中、同様の参照文字は、概して、異なる図全体を通して、同一の部品を指す。シリンダ、ロッド、および他の構成要素は、空気圧および油圧シリンダの分野を熟知する全ての人に分かりやすいように、断面で描写される。また、図面は、必ずしも、正確な縮尺ではなく、代わりに、概して、本発明の原理を図示する際に強調が置かれる。以下の説明では、本発明の種々の実施形態が、以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】図１は、本発明の種々の実施形態による、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの概略図である。
【図２】図２は、本発明の種々の実施形態による、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの種々の構成要素の概略図である。
【図３】図３は、本発明の種々の実施形態による、圧縮空気エネルギー貯蔵および回収システムの主要構成要素の概略図である。
【図４】図４は、本発明の種々の実施形態による、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの多重シリンダの種々の構成要素の概略図である。
【図５】図５は、本発明の種々の実施形態による、シリンダ外部の発泡体の生成のための装置を伴う、シリンダアセンブリの概略図である。
【図６】図６は、本発明の種々の実施形態による、シリンダ外部の発泡体の生成のための装置および発泡体生成装置を迂回する設備を伴う、シリンダアセンブリの概略図である。
【図７】図７は、本発明の種々の実施形態による、シリンダ外部の容器内に発泡体の生成のための装置を伴う、シリンダアセンブリの概略図である。
【図８】図８は、本発明の種々の実施形態による、シリンダ内部の発泡体の生成のための装置を伴う、シリンダアセンブリの概略図である。
【図９】図９は、本発明の種々の実施形態による、２つのシリンダと、シリンダ外部の発泡体の生成および分離のための装置を有する、シリンダアセンブリの概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の種々の実施形態による、等温気体膨張における液滴噴霧のエネルギー性能に関する実験データのグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の種々の実施形態による、等温気体膨張における発泡体のエネルギー性能に関する実験データのグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の種々の実施形態による、等温気体圧縮における液滴噴霧のエネルギー性能に関する実験データのグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の種々の実施形態による、等温気体圧縮における発泡体のエネルギー性能に関する実験データのグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の種々の実施形態による、圧縮サイクルの間、発泡化液体をシリンダ内に導入する２つの方法に対して計算された噴霧圧力のグラフである。
【図１５】図１５は、本発明の種々の実施形態による、ある範囲の熱交換発泡体質量比にわたる圧縮に対して計算された最終液体温度および最終圧縮圧力のグラフである。
【図１６】図１６は、本発明の種々の実施形態による、ある範囲の熱交換発泡体質量比に対して要求されるように計算された付加的貯蔵空間のグラフである。
【図１７】図１７は、非発泡化噴霧を伴う、類似圧縮の等温効率と比較した、本発明の種々の実施形態による、発泡体を使用する、気体膨張圧縮の等温効率に関する実験データのプロットである。
【図１８】図１８は、本発明の種々の実施形態による、２つのシリンダと、３つの異なる質量比を有する発泡体の生成および分離のための装置を有する、シリンダアセンブリの概略図である。
【図１９】図１９は、本発明の種々の実施形態による、比較的に低質量比を有する、発泡体の生成のための装置の概略図である。
【図２０】図２０は、本発明の種々の実施形態による、比較的に高質量比を有する発泡体の生成および分離のための装置の概略図である。
【図２１】図２１は、本発明の種々の実施形態による、比較的に低質量比を有する、発泡体の生成のための装置の概略図である。
【図２２】図２２は、本発明の種々の実施形態による、中間質量比を有する、発泡体の生成のための装置の概略図である。
【図２３】図２３は、本発明の種々の実施形態による、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの種々の構成要素の概略図である。
【図２４】図２４Ａおよび２４Ｂは、本発明の種々の実施形態による、加えて、液体ポンプとして機能する、空気圧シリンダの種々の構成要素の概略図である。
【図２５】図２５は、本発明の種々の実施形態による、加えて、液体ポンプとして機能する、２つの空気圧シリンダを採用する、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの種々の構成要素の概略図である。
【図２６】図２６は、本発明の種々の実施形態による、シリンダヘッド内の２つのポペット弁の概略図である。
【図２７】図２７は、本発明の種々の実施形態による、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの種々の構成要素の概略図である。
【図２８】図２８は、本発明の種々の実施形態による、選択された時間およびシステム内の温度関係を示すグラフを伴う、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの種々の構成要素の概略図である。
【図２９】図２９は、本発明の種々の実施形態による、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの種々の構成要素の概略図である。
【図３０】図３０は、本発明の種々の実施形態による、外部熱交換器を伴う、圧縮気体貯蔵容器の概略図である。
【図３１】図３１は、本発明の種々の実施形態による、内部熱交換を伴う、圧縮気体貯蔵容器の概略図である。
【図３２】図３２は、本発明の種々の実施形態による、それらの周囲を循環する流体によって加温または冷却される、圧縮気体貯蔵容器の概略図である。
【図３３】図３３は、本発明の種々の実施形態による、それらの周囲を循環する液体によって加温または冷却される、圧縮気体貯蔵容器の概略図である。
【図３４】図３４は、本発明の種々の実施形態による、外部熱交換を伴う、圧縮された気体および熱交換液体を貯蔵するためのキャビティの概略図である。
【図３５】図３５は、発電所からの廃熱が、システム内における膨張に先立って、および／またはその間、貯蔵された圧縮気体を加熱するために使用される、用途を図示する、本発明の種々の実施形態による、エネルギー貯蔵および回収システムの種々の構成要素の概略図である。
【図３６】図３６および３７は、本発明の種々の実施形態による、シリンダアセンブリおよび１つ以上の膨張機、圧縮機、または膨張機／圧縮機を組み込む、エネルギー貯蔵および回収システムの概略図である。
【図３７】図３６および３７は、本発明の種々の実施形態による、シリンダアセンブリおよび１つ以上の膨張機、圧縮機、または膨張機／圧縮機を組み込む、エネルギー貯蔵および回収システムの概略図である。
【図３８】図３８は、本発明の種々の実施形態による、その中の発泡体の形成のために具備された増圧ポンプの概略図である。
【図３９】図３９−４４は、本発明の種々の実施形態による、気体の膨張および／または圧縮のためのシリンダアセンブリ、ならびに１つ以上の蓄熱井戸を特徴とする、種々のシステムの概略図である。
【図４０】図３９−４４は、本発明の種々の実施形態による、気体の膨張および／または圧縮のためのシリンダアセンブリ、ならびに１つ以上の蓄熱井戸を特徴とする、種々のシステムの概略図である。
【図４１】図３９−４４は、本発明の種々の実施形態による、気体の膨張および／または圧縮のためのシリンダアセンブリ、ならびに１つ以上の蓄熱井戸を特徴とする、種々のシステムの概略図である。
【図４２】図３９−４４は、本発明の種々の実施形態による、気体の膨張および／または圧縮のためのシリンダアセンブリ、ならびに１つ以上の蓄熱井戸を特徴とする、種々のシステムの概略図である。
【図４３】図３９−４４は、本発明の種々の実施形態による、気体の膨張および／または圧縮のためのシリンダアセンブリ、ならびに１つ以上の蓄熱井戸を特徴とする、種々のシステムの概略図である。
【図４４】図３９−４４は、本発明の種々の実施形態による、気体の膨張および／または圧縮のためのシリンダアセンブリ、ならびに１つ以上の蓄熱井戸を特徴とする、種々のシステムの概略図である。
【図４５】図４５および４６は、高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスが、本発明の種々の実施形態による、圧縮気体エネルギー貯蔵システムと並列に接続される、エネルギー貯蔵および回収システムの種々の構成要素の概略図である。
【図４６】図４５および４６は、高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスが、本発明の種々の実施形態による、圧縮気体エネルギー貯蔵システムと並列に接続される、エネルギー貯蔵および回収システムの種々の構成要素の概略図である。
【図４７】図４７は、例示的２４時間周期の間の電気供給および需要の例示的プロットである。
【図４８】図４８は、図４７の２４時間周期の間の電気供給および需要に関する、本発明の種々の実施形態による、組み合わされた高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスおよび圧縮気体エネルギー貯蔵システムの応答の例示的プロットである。
【図４９】図４９は、図４７の２４時間周期の間の、本発明の種々の実施形態による、組み合わされた高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスおよび圧縮された気体エネルギー貯蔵システムの充電状態の例示的プロットである。
【図５０】図５０は、本発明の種々の実施形態による、例示的発電および消費ネットワークまたは送電網の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２５】
図１は、エネルギーの貯蔵および放出のための、その他の点では、描写されない、より大型のシステムの一部であり得る、例示的システム１００を描写する。後続図は、そのようなシステムへの本発明の実施形態の適用を明確にするであろう。図１に描写されるシステム１００は、気体を圧縮および膨張させるアセンブリ１０１を特徴とする。膨張／圧縮アセンブリ１０１は、気体を膨張または圧縮する１つ以上の個々のデバイス（例えば、それぞれ、可動の境界機構を格納し得る、タービンまたはシリンダアセンブリ）あるいは段階的直列のそのようなデバイスのいずれか、ならびに図１に明示的に描写されない、補助デバイス（例えば、弁）を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【０１２６】
電気モータ／発電機１０２（例えば、回転式または線形電気機械）は、膨張／圧縮アセンブリ１０１と物理的連通（例えば、油圧ポンプ、ピストンシャフト、または機械的クランクシャフトを介して）にある。モータ／発電機１０２は、図１に明示的に描写されない（例えば、送電網、あるいは１つ以上の風力タービンまたは太陽セル等の再生可能エネルギー源）、電気エネルギー源および／または放熱源に電気的に接続されてもよい。
【０１２７】
膨張／圧縮アセンブリ１０１は、膨張／圧縮アセンブリ１０１から抽出された流体（すなわち、気体、液体、または発泡体等の気体液体混合物）の温度および／または圧力を変更し、流体の温度および／または圧力の変更後、その少なくとも一部分を膨張／圧縮アセンブリ１０１に戻す、熱伝達サブシステム１０４と流体連通してもよい。熱伝達サブシステム１０４は、その熱伝達機能ならびに膨張／圧縮アセンブリ１０１へおよびそこからの流体の移送を補助する、ポンプ、弁、および他のデバイス（図１に明示的に描写されない）を含んでもよい。適切に動作されると、熱伝達サブシステム１０４は、膨張／圧縮アセンブリ１０１内側の気体の実質的等温圧縮および／または膨張を可能にする。
【０１２８】
膨張／圧縮アセンブリ１０１に接続されるのは、アセンブリ１０１と貯蔵リザーバ１１２（例えば、１つ以上の圧力容器、パイプ、および／または空洞）との間の流体（例えば、気体）の流動を制御する制御弁１０８を伴う、パイプ１０６である。貯蔵リザーバ１１２は、貯蔵リザーバ１１２から除去された流体の温度および／または圧力を変更し、流体の温度および／または圧力の変更後、それを貯蔵リザーバ１１２に戻す、熱伝達サブシステム１１４と流体連通してもよい。制御弁１１８を伴う第２のパイプ１１６は、膨張／圧縮アセンブリ１０１と、比較的に低圧（例えば、周囲大気圧）において、気体塊と連通する、通気口１２０と流体連通してもよい。
【０１２９】
制御システム１２２は、システム１００の膨張／圧縮アセンブリ１０１、貯蔵リザーバ１１２、および他の構成要素、ならびにシステム１００外部の源のいずれかから入力される情報を受信する。これらの情報入力は、システム１０１の構成要素の圧力、温度、および／または他の特性の遠隔測定された測定値を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。本明細書では、概して、文字「Ｔ」で示される、そのような入力された情報は、無線または有線のいずれかによって、制御システム１２２に伝送される。そのような伝送は、図１では、点線１２４、１２６で示される。
【０１３０】
制御システム１２２は、選択的に、弁１０８および１１８を制御し、アセンブリ１０１内の気体の実質的等温圧縮および／または膨張を可能にしてもよい。本明細書では、概して、文字「Ｃ」で示される、制御信号は、無線または有線のいずれかによって、弁１０８および１１８に伝送される。そのような伝送は、図１では、破線１２８、１３０で示される。制御システム１２２はまた、熱伝達アセンブリ１０４、１１４および図１に明示的に描写されない他の構成要素の動作を制御してもよい。これらの目的のための制御および遠隔測定値信号の伝送は、図１に明示的に描写されない。
【０１３１】
制御システム１２２は、ヒト−機械インターフェースを伴う、任意の容認可能制御デバイスであってもよい。例えば、制御システム１２２は、コンピュータ可読ソフトウェア媒体の形態において、記憶された制御アプリケーションを実行する、コンピュータ（例えば、ＰＣ−タイプ）を含んでもよい。より一般的には、制御システム１２２は、ソフトウェア、ハードウェア、またはいくつかのそれらの組み合わせとして実現されてもよい。例えば、制御システム１２２は、Ｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆ．）製Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｃｏｒｅ、Ａｔｏｍ、またはＣｅｌｅｒｏｎファミリーのプロセッサ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇ，Ｉｌｌ．）製６８０ｘ０およびＰＯＷＥＲ  ＰＣファミリーのプロセッサ、および／またはＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，Ｃａｌｉｆ．）製ＡＴＨＬＯＮラインのプロセッサ等の１つ以上のプロセッサを含有するＣＰＵ基板を有するＰＣ等の１つ以上のコンピュータ上で実装されてもよい。プロセッサはまた、前述の方法に関連するプログラムおよび／またはデータを記憶するメインメモリユニットを含んでもよい。メモリは、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、電気的に消去可能プログラマブル読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、プログラマブル読取専用メモリ（ＰＲＯＭ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、または読取専用メモリデバイス（ＲＯＭ）等の一般に利用可能なハードウェア上に常駐するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、および／またはフラッシュメモリを含んでもよい。いくつかの実施形態では、プログラムは、光ディスク、磁気ディスク、または他の記憶デバイス等の外部ＲＡＭおよび／またはＲＯＭを使用して提供されてもよい。
【０１３２】
コントローラ１２２の機能が、ソフトウェアによって提供される実施形態に対して、プログラムは、ＦＯＲＴＲＡＮ、ＰＡＳＣＡＬ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＬＩＳＰ、ＰＥＲＬ、ＢＡＳＩＣ、または任意の好適なプログラミング言語等、いくつかの高水準言語のうちのいずれか１つで書かれてもよい。加えて、ソフトウェアは、標的デバイス上に常駐する、マイクロプロセッサ対象のアセンブリ言語および／または機械言語で実装されてもよい。
【０１３３】
前述のように、制御システム１２２は、システム１００の動作の種々の側面を監視するセンサから遠隔測定値を受信してもよく、弁アクチュエータ、弁、モータ、および他の電気機械的／電子デバイスを制御する信号を提供してもよい。制御システム１２２は、有線または無線通信を介して、そのようなセンサおよび／またはシステム１００（および、本明細書に説明される他の実施形態）の他の構成要素と通信してもよい。適切なインターフェースは、センサからのデータを制御システム１２２によって読取可能な形態に変換するために使用されてもよい（ＲＳ−２３２またはネットワークベースの相互接続等）。同様に、インターフェースは、コンピュータの制御信号を動作を行う弁および他のアクチュエータによって使用可能な形態に変換する。そのようなインターフェースのプロビジョニングならびに好適な制御プログラミングは、当業者に明白であって、過度の実験を伴わずに、提供され得る。
【０１３４】
システム１００は、通気口１２０を通して収容される気体を圧縮し、そのように圧縮された気体をリザーバ１１２内に貯蔵するように動作されてもよい。例えば、初期動作状態では、弁１０８は、閉鎖され、弁１１８は、開放し、ある量の気体を膨張／圧縮アセンブリ１０１内に収容する。所望の量の気体が、アセンブリ１０１内に収容されると、弁１１８は、閉鎖されてもよい。図１に明示的に描写されない源（例えば、送電網）によって供給されるエネルギーを採用する、モータ／発電機１０２は、次いで、機械的力を膨張／圧縮アセンブリ１０１に提供し、アセンブリ１０１内の気体が圧縮されることを可能にする。
【０１３５】
アセンブリ１０１内での気体の圧縮の間、流体（すなわち、気体、液体、または気体液体混合物）は、アセンブリ１０１と熱交換アセンブリ１０４との間で循環されてもよい。熱交換アセンブリ１０４は、アセンブリ１０１内の気体の実質的等温圧縮を可能にするように動作されてもよい。アセンブリ１０１内の気体の圧縮の間またはその後、弁１０８は、高圧流体（例えば、圧縮された気体または液体および圧縮された気体の混合物）が、リザーバ１１２に流動することを可能にするように開放されてもよい。熱交換アセンブリ１１４は、リザーバ１１２内の流体の温度および／または圧力を変更するように、随時、動作されてもよい。
【０１３６】
システム１００がまた、エネルギーをモータ／発電機１０２に送達するように、膨張／圧縮アセンブリ１０１内のリザーバ１１２からの圧縮された気体を膨張させるように動作されてもよいことは、空気圧、油圧、および電気機械の動作を熟知する全ての人に明白となるであろう。
【０１３７】
図２は、リザーバ２２２（図１の１１２）および大気への通気口２２３（図１の１２０）と連通するシリンダアセンブリ２０１（すなわち、図１のアセンブリ１０１の実施形態）を特徴とする、例示的システム２００を描写する。図２に示される例示的システム２００では、シリンダアセンブリ２０１は、その中に摺動可能に配置されるピストン２０２を含有する。いくつかの実施形態では、ピストン２０２は、シリンダアセンブリ２０１を複数のチャンバに分割する異なる境界機構によって置換される、またはピストン２０２は、完全に不在であって、シリンダアセンブリ２０１は、「液体ピストン」である。シリンダアセンブリ２０１は、例えば、２つの空気圧チャンバまたは１つの空気圧チャンバおよび１つの油圧チャンバに分割されてもよい。ピストン２０２は、ピストン２０２から延在する流体出口２１２を伴う、中心が穿通された流体通路を含有し得る、ロッド２０４に接続される。ロッド２０４はまた、例えば、描写されない、機械的負荷（例えば、クランクシャフトまたは油圧システム）に取り付けられる。シリンダアセンブリ２０１は、実質的等温圧縮／気体の膨張を可能にする循環ポンプ２１４および噴霧機構２１０を含む、または本質的にそれから成る、熱伝達サブシステム２２４と液体連通する。ポンプ２１４によって循環させられる熱伝達流体は、熱交換器２０３（例えば、シェル内管または並列プレート型熱交換器）を通過されてもよい。噴霧機構２１０は、１つ以上の噴霧ヘッド（例えば、シリンダアセンブリ２０１の一端に配置される）および／または噴霧ロッド（例えば、シリンダアセンブリ２０１の中心軸の少なくとも一部分に沿って延在する）を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。他の実施形態では、噴霧機構２１０は、省略され、液滴の噴霧ではなく、発泡体が、シリンダアセンブリ２０１内での気体の圧縮および膨張の間、液体と気体との間の熱交換を促進するように作成される。発泡体は、シリンダアセンブリ２０１外部の機構（図示せず、以下により詳細に説明される）内の熱交換液体ともに、気体を発泡化し、次いで、結果として生じる発泡体をシリンダアセンブリ２０１内に注入することによって、生成されてもよい。代替として、または加えて、発泡体は、発泡体生成機構（例えば、噴霧ヘッド、回転ブレード、１つ以上のノズル）を通して、シリンダアセンブリ２０１内への熱交換液体の注入によって、シリンダアセンブリ２０１の内側で生成され、部分的または完全に、シリンダアセンブリ２０１の空気圧チャンバを充填してもよい。いくつかの実施形態では、液滴および発泡体は、同時に、および／または連続して、シリンダアセンブリ２０１内に導入されてもよい。種々の実施形態は、発泡体の特性（例えば、泡サイズ）を制御するため、かつ発泡体を分解、分離、および／または再生成する機構（図２には図示せず）を特徴としてもよい。
【０１３８】
システム２００はさらに、貯蔵リザーバ２２２およびシリンダアセンブリ２０１と連通する第１の制御弁２２０（図１の１０８）と、通気口２２３およびシリンダアセンブリ２０１と連通する第２の制御弁２２１（図１の１１８）とを含む。制御システム２２６（図１の１２２）は、シリンダアセンブリ２０１および／または貯蔵リザーバ２２２からの種々のシステム入力（例えば、圧力、温度、ピストン位置、および／または流体状態）に基づいて、例えば、弁２２２および２２１の動作を制御してもよい。ポンプ２１４によって循環させられる熱伝達流体（液体）は、パイプ２１３を通して流入する。パイプ２１３は、（ａ）低圧流体源（例えば、通気口２２３が接続される圧力における流体リザーバ（図示せず）または蓄熱井戸２４２）に接続される、（ｂ）高圧源（例えば、リザーバ２２２の圧力における流体リザーバ（図示せず））に接続される、（ｃ）選択的に、圧縮プロセスの間、低圧に、膨張プロセスの間、高圧に接続される（図示されない弁配列を使用して）、（ｄ）接続２１２を介して、シリンダ２０１内の圧力変化流体２０８に接続される、または（ｅ）これらの選択肢のいくつかの組み合わせであってもよい。
【０１３９】
初期状態では、シリンダアセンブリ２０１は、気体２０６（例えば、弁２２１および通気口２２３を介して、シリンダアセンブリ２０１に導入される空気）および熱伝達流体２０８（例えば、水または別の好適な液体を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい）を含有してもよい。気体２０６が、シリンダアセンブリ２０１に流入すると、ピストン２０２は、気体２０６を高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉ）まで圧縮するように動作される。熱伝達流体（必ずしも、同じ熱伝達流体２０８塊ではない）は、パイプ２１３からポンプ２１４に流動する。ポンプ２１４は、第’４０９号出願に説明されるように、幾分、シリンダアセンブリ２０１内の圧力より高い圧力（例えば、最大約３，０１５ｐｓｉｇ）に熱交換流体の圧力を上昇させてもよい。代替として、または併用して、本発明の実施形態は、２０１１年８月１７日に出願の米国特許出願第１３／２１１，４４０号（第’４４０号出願）に詳述され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、熱交換器または流体リザーバを通して、比較的に低圧流体のみ通過させることによって、シリンダアセンブリ２０１内の高圧気体に熱（すなわち、熱エネルギー）を付加する、またはそこから熱を除去する。
【０１４０】
熱伝達流体は、次いで、パイプ２１６を通して送流され、そこで、熱交換器２０３（そこで、その温度が変更される）を通して、次いで、パイプ２１８を通して、噴霧機構２１０に通過されてもよい。そのように循環させられる熱伝達流体は、液体または発泡体を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。噴霧機構２１０は、図示されるように、シリンダアセンブリ２０１内に配置される、貯蔵容器２２２または通気口２２３内に位置する、あるいはパイプ２１８またはシリンダアセンブリを貯蔵容器２２２または通気口２２３に接続するパイプ等、シリンダアセンブリ周囲のパイプ類またはマニホールド類内に位置してもよい。噴霧機構２１０は、圧縮の間、通気口２２３または接続パイプ内で動作されてもよく、別個の噴霧機構が、膨張の間、貯蔵容器２２２または接続パイプ内で動作されてもよい。噴霧機構２１０（および／または任意の付加的噴霧機構）からの熱伝達噴霧２１１、および／またはシリンダアセンブリ１０１内部または外部の機構からの発泡体は、シリンダアセンブリ２０１内の気体２０６の実質的等温圧縮を可能にする。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、熱交換器２０３は、低圧（例えば、シリンダアセンブリ２０１内の圧縮または膨張行程の最大圧力より低い圧力）で熱伝達流体を調整するように構成され、熱伝達流体は、第’４４０号出願に詳述されるように、行程間または行程の一部の間のみ、熱的に調整される。本発明の実施形態は、２０１１年９月１６日に出願の米国特許出願第１３／２３４，２３９号（第’２３９号出願）に説明され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、例えば、シリンダアセンブリ内部の（例えば、少なくとも部分的に、そのピストンロッド内に配置される）非屈曲のために構成された管あるいはストロー管および／またはポンプ（例えば、水中ボアポンプ、軸流ポンプ、または他のインライン式ポンプ）の使用を通して、動作の間、屈曲する、ホースを使用せずに、熱伝達流体の循環のために構成される。
【０１４２】
圧縮行程の終了時またはその間近に、制御システム２２６は、弁２２０を開放し、圧縮された気体２０６を貯蔵リザーバ２２２に収容する。弁２２０および２２１の動作は、シリンダアセンブリ２０１内のピストン位置、貯蔵容器２２２内の圧力、シリンダアセンブリ２０１内の圧力、および／またはシリンダアセンブリ２０１内の温度等、制御システム２２６への種々の入力によって、制御されてもよい。
【０１４３】
前述のように、制御システム２２６は、感知された条件に応答して、例えば、シリンダアセンブリ２０１内への気体の導入およびそこからの気体の排出、圧縮および／または膨張の速度、および／または熱交換サブシステムの動作の制御を介して、実質的に等温動作、すなわち、シリンダアセンブリ２０１内の気体の膨張および／または圧縮を行ってもよい。例えば、制御システム２２６は、シリンダアセンブリ２０１内の気体および／または熱交換流体の温度を測定するために、シリンダアセンブリ２０１内または上に配置される１つ以上のセンサに応答して、前述のシステム構成要素のうちの１つ以上を動作させ、リアルタイムで、感知された温度逸脱を補償する、制御信号を発行することによって、温度の逸脱に応答してもよい。例えば、シリンダアセンブリ２０１内の温度上昇に応答して、制御システム２２６は、熱交換流体２０８の噴霧２１１の流量を増加させるコマンドを発行してもよい。
【０１４４】
さらに、本発明の実施形態は、シリンダアセンブリ２０１（または、そのチャンバ）が、第２のシリンダの空気圧チャンバと流体連通する、システムに適用されてもよい（例えば、図４に示されるように）。第２のシリンダは、順に、同様に、第３のシリンダ等と連通してもよい。任意の数のシリンダが、このように結合されてもよい。これらのシリンダは、並列または直列構成に接続されてもよく、その場合、圧縮および膨張は、複数の段階で行われる。
【０１４５】
熱交換器２０３の流体回路は、水、冷却混合物、水性発泡体、または任意の他の容認可能熱交換媒体で充填されてもよい。代替実施形態では、空気または冷媒等の気体が、熱交換媒体として使用される。一般に、流体は、閉または開ループにおいて、そのような流体の大型リザーバへ、導管によって経路指定される。開ループの一実施例は、そこから、周囲水が、引き込まれ、排出水が、異なる場所、例えば、川の下流へ送達される、井戸または水塊である。閉ループ実施形態では、冷却塔が、熱交換器へ戻すために、空気を通して、水を循環させてもよい。同様に、水は、連続パイプ類の水中または埋設コイルを通過してもよく、そこで、逆熱交換が、別のサイクルのために、熱交換器に戻る前に、流体流を周囲温度に戻すために生じる。
【０１４６】
種々の実施形態では、熱交換流体は、調整（すなわち、予熱および／または予冷）される、あるいは第’７３１号特許に説明されるように、熱交換器２０３の流体入口２３８および外部熱交換側の流体出口２４０を熱機関発電所、廃熱を伴う産業プロセス、熱ポンプ、および／または空間加熱または冷却を必要とする建物等の設備に接続することによって、加熱または冷却の必要性のために使用される。代替として、熱交換器２０３の外部熱交換側は、図２に描写されるように、蓄熱井戸２４２に接続されてもよい。蓄熱井戸２４２は、本システムと併用する一定温度熱流体源として作用する、大型水リザーバを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。代替として、水リザーバは、前述のように、設備内に含有される別の熱交換器を介して、産業プロセスまたは同等物からの廃熱に熱的に結合されてもよい。これは、熱交換流体が、エネルギー貯蔵／変換システム内の加熱／冷却媒体として後に使用するために、構成に応じて、結合されたプロセスから／へ熱を獲得または放出することを可能にする。代替として、蓄熱井戸２４２は、典型的には、蓄熱井戸２４２が、エネルギー貯蔵媒体塊を含むシステムと比較して、システム２００のエクセルギーを増加させるために、対照エネルギー状態に維持される、２つ以上のエネルギー貯蔵媒体塊、例えば、温水蓄熱井戸および冷水蓄熱井戸を含んでもよい。水以外の貯蔵媒体が、蓄熱井戸２４２内で使用されてもよい。温度変化、位相変化、または両方が、エネルギーを貯蔵および放出するために、蓄熱井戸２４２の貯蔵媒体によって採用されてもよい。大気、地面、および／または環境の他の構成要素への熱または流体結合（図示せず）もまた、システム２００内に含まれ、質量、熱エネルギー、または両方が、蓄熱井戸２４２へ付加される、またはそこから除去されることを可能にしてもよい。さらに、図２に描写されるように、熱伝達サブシステム２２４は、直接、蓄熱井戸２４２と流体を相互変換しないが、他の実施形態では、流体は、流体間の分離を維持する熱交換器を伴わずに、直接、熱伝達サブシステム２２４と蓄熱井戸２４２との間で通過される。
【０１４７】
図３は、機械的エネルギーを圧縮された気体のポテンシャルエネルギーに効率的に変換（すなわち、貯蔵）し、別の動作モードでは、圧縮された気体のポテンシャルエネルギーを機械的仕事に効率的に変換（すなわち、回収）する空気圧シリンダ３０２を採用する、例示的システム３００の主要構成要素の概略図である。空気圧シリンダ３０２は、シリンダ３０２の内部を遠位チャンバ３０６および近位チャンバ３０８に分割する、摺動可能に配置されるピストン３０４を含有してもよい。関連付けられたパイプ３１２および双方向性弁３１６を伴う、ポートまたは複数のポート（図示せず）は、高圧貯蔵リザーバ３２０からの気体が、所望に応じて、チャンバ３０６に収容されることを可能にする。関連付けられたパイプ３２２および双方向性弁３２４を伴う、ポートまたは複数のポート（図示せず）は、チャンバ３０６からの気体が、所望に応じて、通気口３２６を通して、周囲大気に排出されることを可能にする。代替実施形態では、通気口３２６は、付加的より低い圧力の空気圧シリンダ（または、シリンダの空気圧チャンバ）によって置換される。ポートまたは複数のポート（図示せず）は、チャンバ３０８の内部が、常時、周囲大気と自由に連通することを可能にする。代替実施形態では、シリンダ３０２は、複動式であって、チャンバ３０８は、チャンバ３０６同様に、種々の動作状態において、流体を収容および排出するように具備される。ロッド３３０の遠位端は、ピストン３０４に連結される。ロッド３３０は、第’６７８号および第’８４２号特許に説明されるように、クランクシャフト、油圧シリンダ、または線形機械運動を有用仕事に変換する他の機構に接続されてもよい。
【０１４８】
エネルギー回収または膨張動作モードでは、貯蔵リザーバ３２０は、高圧空気（または、他の気体）３３２およびある量の熱伝達流体３３４で充填される。熱伝達流体３３４は、噴霧または別様に作用されると、発泡化する傾向にある、水性発泡体または液体であってもよい。水性発泡体の液体成分または発泡化する傾向にある液体は、２％〜５％のある添加剤を伴う水を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。これらの添加剤はまた、腐食防止、摩耗防止（潤滑性）、生物増殖防止（殺生物性）、氷点改変（凍結防止）、および／または表面張力改変機能を提供してもよい。添加剤は、鉱物油等の潤滑流体のマイクロエマルション、グリコール（例えば、プロピレングリコール）等の薬剤の溶液、または可溶性合成物質（例えば、エタノールアミン）を含んでもよい。そのような添加剤は、液体表面張力を低減させ、噴霧されると、実質的発泡化につながる傾向にある。市販の流体は、部分的に鉱物油のマイクロエマルションから成る、Ｍｅｃａｇｒｅｅｎ１２７（Ｃｏｎｄａｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｃｈｉｇａｎ）から市販）、および部分的に可溶性エタノールアミンから成る、Ｑｕｉｎｔｏｌｕｂｒｉｃ８０７−ＷＰ（Ｑｕａｋｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）から市販）等、約５％水溶液として使用されてもよい。部分的にプロピレングリコールから成る、Ｃｒｙｏ−ｔｅｋ  １００／Ａｌ（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から市販）を含む、他の添加剤は、より高い濃度で使用されてもよい（５０％水溶液等）。これらの流体はさらに、噴霧されている間、発泡化を向上させ、リザーバ内にあるときは、消泡を助長するように改変されてもよい。
【０１４９】
熱伝達流体３３４は、高入口圧力低電力消費ポンプ３３６（第’７３１号特許に説明されるような）を介して、貯蔵リザーバ３２０内で循環されてもよい。種々の実施形態では、流体３３４は、パイプ類３３８を介して、貯蔵リザーバ３２０の底部から除去され、ポンプ３３６を介して、熱交換器３４０を通して循環され、パイプ類３４２および噴霧ヘッド３４４（または、他の好適な機構）を介して、貯蔵リザーバ３２０の上部に戻るよう導入（例えば、噴霧）されてもよい。気体の除去または付加（例えば、パイプ３１２を介して）による、リザーバ３２０内のいかなる圧力変化も、概して、リザーバ３２０内の気体３３２の温度変化をもたらす傾向にある。貯蔵リザーバ気体３３２全体を通して、流体３３４を噴霧および／または発泡化することによって、熱は、熱伝達流体３３４との熱交換を介して、気体３３２に付加される、またはそこから除去されてもよい。熱伝達流体３３４を熱交換器３４０を通して循環させることによって、流体３３４および気体３３２の温度は、実質的に一定（すなわち、等温）に維持されてもよい。ほぼ周囲圧力における逆流熱交換流体３４６が、以下により詳細に説明されるように、ほぼ周囲温度蓄熱井戸（図示せず）あるいは熱エネルギー源（例えば、廃熱源）または放熱源（例えば、冷水源）から循環されてもよい。
【０１５０】
本発明の種々の実施形態では、リザーバ３２０は、分離されない、または部分的に、その気体成分と液体成分とに分離されるかのいずれかである、水性発泡体を含有する。そのような実施形態では、ポンプ３３６は、発泡体自体、または発泡体の分離された液体成分、または両方のいずれかを循環させてもよく、リザーバ３２０内への流体の再循環は、図３に示されない装置による、発泡体の再生成を含んでもよい。
【０１５１】
エネルギー回収または膨張動作モードでは、ピストン３０４が、その行程の上部（すなわち、シリンダ３０２の「上死点」）近傍またはそこにあるとき、ある量の気体が、弁３１６およびパイプ３１２を介して、シリンダ３０２の上側チャンバ３０６内に導入されてもよい。ピストン３０４およびそのロッド３３０は、次いで、下向きに移動するであろう（シリンダ３０２は、随意に配向されてもよいが、本例示的実施形態では、垂直に配向されて示される）。熱交換流体３３４が、並行して、随意のポンプ３５０を介して（代替として、圧力降下が、ポンプ３５０が必要とされないように、ライン３１２内に導入されてもよい）、パイプ３５２および指向性弁３５４を通して、チャンバ３０６内に導入されてもよい。本熱交換流体３３４は、発泡体３６０を生成するように、１つ以上の噴霧ノズル３５６を介して、チャンバ３０６内に噴霧されてもよい。（いくつかの実施形態では、発泡体３６０は、発泡体形態において、直接、チャンバ３０６内に導入される。）発泡体３６０は、チャンバ３０６全体を完全に充填してもよいが、図３では、例示的目的のためだけに、部分的にのみ、チャンバ３０６を充填するように示される。本明細書では、用語「発泡体」は、（ａ）発泡体のみ、または（ｂ）発泡体および他の非発泡化状態（例えば、液滴）における熱交換液体の種々の混合物のいずれかを指す。さらに、いくつかの発泡化されない液体（図示せず）が、チャンバ３０６の底部に蓄積してもよい。本明細書の参考文献における任意のそのような液体が、概して、チャンバ３０６内の発泡体３６０に含まれる。
【０１５２】
システム３００は、圧力、ピストン位置、および／または温度センサ（図示せず）を装備し、制御システム３６２を介して、制御される。ピストン３０４の所定の位置では、ある量の気体３３２および熱伝達流体３３４が、チャンバ３０６内に収容され、弁３１６および弁３５４は、閉鎖される。（弁３１６および３５４は、それぞれ、所望される流体の量に基づく、制御値を有するように、同時に、または異なる時間で閉鎖されてもよい。）チャンバ３０６内の気体は、次いで、自由膨張を受け、ピストン３０４を下向きに駆動させ続ける。本膨張の間、発泡体３６０の不在下では、気体は、実質的に、温度が低下する傾向となるであろう。発泡体３６０が、チャンバの大部分または全体を充填する状態では、チャンバ３０６内の気体の温度および熱伝達流体３６０の温度は、熱交換を介して、相互に近似する傾向となる。発泡体３６０の液体成分（例えば、１つ以上の添加剤を伴う水）の熱容量は、多数回気体膨張（例えば、２５０ｐｓｉｇからほぼ大気圧、または他の実施形態では、３，０００ｐｓｉｇから２５０ｐｓｉｇ）にわたってでも、気体および液体の温度が、実質的に変化しない（すなわち、実質的に等温である）ように、気体（例えば、空気）より遥かに高くあってもよい。
【０１５３】
ピストン３０４が、その行程端（下死点）に到達すると、チャンバ３０６内の気体は、所定のより低い圧力（例えば、ほぼ大気圧）に膨張するであろう。弁３２４は、次いで、開放され、パイプ３２２および通気口３２６（ここに図示されるように）を通して、大気に、または、他の実施形態では、パイプ３２２を介して、膨張プロセスにおける次の段階（例えば、別個のシリンダ内のチャンバ）に、チャンバ３０６からの気体を通気させるであろう。弁３２４は、ピストンが、上向き（すなわち、戻り）行程を受けるにつれて、開放したままであって、チャンバ３０６を空にする。発泡体３６０の一部または実質的に全部もまた、パイプ３２２を介して、チャンバ３０６から付勢される。セパレータ（図示せず）または重力分離等の他の手段が、熱伝達流体を回収し、好ましくは、消泡され（すなわち、添加剤の有無にかかわらず、単純液体として）、パイプ３６６を介して、それを貯蔵リザーバ３６４内へ指向させるために使用される。
【０１５４】
ピストン３０４が、再び、行程の上部に到達すると、プロセスは、繰り返され、気体３３２および熱伝達流体３３４は、弁３１６および３５４を介して、容器３２０から収容される。付加的熱伝達流体が、リザーバ３２０内に必要とされる場合、パイプ類３６７および随意のポンプ／モータ３６８を介して、リザーバ３６４から、リザーバ３２０内へ逆圧送されてもよい。ある動作モードでは、ポンプ３６８は、リザーバ３２０内の圧力が、実質的に一定に保持されるように、リザーバ３２０を継続的に補充するために使用されてもよい。すなわち、気体が、リザーバ３２０から除去されるにつれて、熱伝達流体３３４が、リザーバ３２０内の一定圧力を維持するために追加される。他の実施形態では、ポンプ３６８は、使用されない、または断続的に使用され、リザーバ３２０内の圧力は、エネルギー回収プロセス（すなわち、リザーバ３２０からの気体の除去を伴う）の間、低下し続け、制御システム３６２は、ピストン３０４が、その行程端に到達すると、ほぼ同一の終了圧力に達するように、適宜、弁３１６および３５４のタイミングを変化させる。エネルギー回収プロセスは、貯蔵リザーバ３２０が、加圧された気体３３２をほぼ空にするまで、継続してもよく、その時、エネルギー貯蔵プロセスが、貯蔵リザーバ３２０を加圧された気体３３２で補充するために使用されてもよい。他の実施形態では、エネルギー回収およびエネルギー貯蔵プロセスは、オペレータ要件に基づいて、交互される。
【０１５５】
エネルギー貯蔵またはエネルギー圧縮動作モードのいずれかでは、貯蔵リザーバ３２０は、貯蔵リザーバ３２０がまた、典型的には、ある量の熱伝達流体３３４を含有するにつれて、典型的には、少なくとも部分的に、高圧気体３３２が消耗される。リザーバ３６４は、低圧（例えば、大気圧、またはシリンダ３０２の圧縮相の間の吸気圧力としての役割を果たす、ある他の低圧）にあって、ある量の熱伝達流体３７０を含有する。
【０１５６】
熱伝達流体３７０は、低電力消費ポンプ３７２を介して、リザーバ３６４内で循環されてもよい。種々の実施形態では、流体３７０は、パイプ類３６７を介して、リザーバ３６４の底部から除去され、ポンプ３７２を介して、熱交換器３７４を通して循環され、パイプ類３７６および噴霧ヘッド３７８（または、他の好適な機構）を介して、リザーバ３６４の上部に戻るように導入（例えば、噴霧）されてもよい。リザーバ気体３８０全体を通して、流体３７０を噴霧することによって、熱が、熱伝達流体３７０を介して、気体に追加される、またはそこから除去される。熱交換器３７４を通して、熱伝達流体３７０を循環させることによって、流体３７０および気体３８０の温度は、ほぼ一定（すなわち、等温）に維持されてもよい。ほぼ周囲圧力における逆流熱交換流体３８２が、ほぼ周囲温度蓄熱井戸（図示せず）あるいは熱エネルギー源（例えば、廃熱源）または放熱源（例えば、冷水源）から循環されてもよい。一実施形態では、逆流熱交換流体３８２は、高温では、膨張の間のエネルギー回収を増加させ、および／または逆流熱交換流体３８２は、低温では、圧縮の間のエネルギー使用を低下させる。
【０１５７】
エネルギー貯蔵または圧縮動作モードでは、ある量の低圧気体が、シリンダ３０２の上側チャンバ３０６内に、弁３２４およびパイプ３２２を介して、導入され、ピストン３０４が、シリンダ３０２のほぼ上死点にあるときに開始する。低圧気体は、周囲大気からであってもよく（例えば、本明細書で図示されるように、通気口３２６を通して収容されてもよい）、または前の圧縮段階等の加圧された気体源からであってもよい。吸気行程の間、ピストン３０４およびそのロッド３３０は、下向きに移動し、気体を引き込むであろう。熱交換流体３７０が、並行して、随意のポンプ３８４を介して（代替として、圧力降下が、ポンプ３８４が必要とされないように、ライン３８６内に導入されてもよい）、パイプ３８６および指向性弁３８８を通して、チャンバ３０６内に導入されてもよい。本熱交換流体３７０は、発泡体３６０を生成するように、１つ以上の噴霧ノズル３９０を介して、チャンバ３０６内に導入（例えば、噴霧）されてもよい。本発泡体３６０は、吸気行程の終了によって、部分的または完全に、チャンバ３０６を充填してもよい。例示的目的のみのために、発泡体３６０は、図３では、部分的にのみ、チャンバ３０６を充填するように示される。吸気行程の終了時、ピストン３０４は、行程端位置（下死点）に到達し、チャンバ３０６は、低圧（例えば、大気圧）における空気から生成された発泡体３６０および熱交換液体で充填される。
【０１５８】
行程の終了時、行程端位置におけるピストン３０４によって、弁３２４は、閉鎖される。弁３８８もまた、必ずしも、弁３２４と同時ではないが、所定の量の熱伝達流体３７０が収容された後、閉鎖され、発泡体３６０を作成する。熱伝達流体３７０の量は、圧縮されることになる空気の体積、圧縮比、および／または熱伝達流体の熱容量に基づいてもよい。次に、ピストン３０４およびロッド３３０は、機械的手段（例えば、油圧流体、油圧シリンダ、機械的クランクシャフト）を介して、上向きに駆動され、チャンバ３０６内の気体を圧縮する。
【０１５９】
本圧縮の間、発泡体３６０の不在下では、チャンバ３０６内の気体は、実質的に、温度が上昇する傾向となるであろう。発泡体３６０が、少なくとも部分的に、チャンバを充填した状態では、チャンバ３０６内の気体の温度および発泡体３６０の液体成分の温度は、熱交換を介して、平衡となる傾向となるであろう。発泡体３６０の流体成分の熱容量（例えば、１つ以上の添加剤を伴う水）は、気体および流体の温度が、実質的に変化せず、多数回の気体圧縮（例えば、ほぼ大気圧から２５０ｐｓｉｇ、または他の実施形態では、２５０ｐｓｉｇから３，０００ｐｓｉｇ）にわたってでも、ほぼ等温であるように、気体（例えば、空気）より遥かに高くてもよい。
【０１６０】
チャンバ３０６内の気体（発泡体３６０の気体成分を含む、または本質的にそれから成る）は、好適な圧力、例えば、貯蔵リザーバ３２０内の圧力にほぼ等しい圧力まで圧縮され、その時、弁３１６は、開放される。その気体および液体成分の両方を含む、発泡体３６０は、次いで、ピストン３０４およびロッド３３０の継続的上向き移動によって、弁３１６およびパイプ３１２を通して、貯蔵リザーバ３２０の中へ移送される。
【０１６１】
ピストン３０４が、再び、行程の上部に到達すると、プロセスは、繰り返され、低圧気体および熱伝達流体３７０は、弁３２４および３８８を介して、通気口３２６およびリザーバ３６４から収容される。付加的熱伝達流体が、リザーバ３６４内に必要とされる場合、パイプ類３６７および随意のポンプ／モータ３６８を介して、リザーバ３２０からリザーバ３６４に戻されてもよい。モータ３６８から回収した電力が、ピストン３０４およびロッド３３０を駆動させる機械的機構を駆動させる支援をするために使用されてもよく、または電気モータ／発電機（図示せず）を介して、電力に変換されてもよい。ある動作モードでは、モータ３６８は、リザーバ３２０内の圧力が実質的に一定に保持されるように、リザーバ３２０が気体で充填されている間、連続的に稼働されてもよい。すなわち、気体が、リザーバ３２０に付加されるにつれて、熱伝達流体３３４は、リザーバ３２０から除去され、リザーバ３２０内の実質的に一定圧力を維持する。他の実施形態では、モータ３６８は、使用されない、または断続的に使用される。すなわち、リザーバ３２０内の圧力は、エネルギー貯蔵プロセスの間、上昇し続け、制御システム３６２は、ピストン３０４が行程端に到達すると、所望の終了圧力（例えば、大気圧）が、チャンバ３０６内で達成されるように、適宜、弁３１６および３８８のタイミングを変化させる。エネルギー貯蔵プロセスは、貯蔵リザーバ３２０が、最大貯蔵圧力（例えば、３，０００ｐｓｉｇ）において、加圧された気体３３２で満たされるまで、継続してもよく、その後、システムは、エネルギー回収プロセスを行う準備ができる。種々の実施形態では、システムは、貯蔵リザーバ３２０が、最大貯蔵圧力または大気圧と最大貯蔵圧力との中間のある貯蔵圧力において、部分的にのみ、加圧された気体３３２で満たされると、エネルギー回収プロセスを始動してもよい。他の実施形態では、エネルギー回収およびエネルギー貯蔵プロセスは、オペレータ要件に基づいて、交互される。
【０１６２】
図４は、各シリンダアセンブリ４０２、４０６と関連付けられた少なくとも２つのシリンダアセンブリ４０２、４０６（すなわち、図１のアセンブリ１０１の実施形態；例えば、図２のシリンダアセンブリ２０１）および熱伝達サブシステム４０４、４０８（例えば、図２のサブシステム２２４）を特徴とする、例示的システム４００を描写する。加えて、システムは、破線によって示されるように、熱伝達サブシステム４０４、４０８の一方または両方と関連付けられ得る、蓄熱井戸４１０（例えば、図２の蓄熱井戸２４２）を含む。
【０１６３】
アセンブリ４０２は、比較的に高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉｇ）で流体を保持可能な貯蔵リザーバ４１２（例えば、図１の１１２、図２の２２２）と選択的に流体連通する。アセンブリ４０６は、アセンブリ４０２および／または省略符４２２によって示されるようなアセンブリ４０２と４０６との間の随意の付加的シリンダアセンブリと選択的に流体連通する。アセンブリ４０６は、大気通気口４２０（例えば、図１の１２０、図２の２２３）と選択的に流体連通する。
【０１６４】
システム４００は、大気圧にある空気（通気口４２０を通して、システム４００に収容される）を、アセンブリ４０６および４０２を通して、リザーバ４１２内への貯蔵のために、高圧に段階的に圧縮してもよい。システム４００はまた、空気を、リザーバ４１２内の高圧から、アセンブリ４０２および４０６を通して、通気口４２０を通した大気への通気のために、低圧（例えば、約５ｐｓｉｇ）に段階的に膨張させてもよい。
【０１６５】
２０１１年４月６日に出願の米国特許出願第１３／０８０，９１４号（第’９１４号出願）に説明され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉｇ）から低圧（例えば、約５ｐｓｉｇ）の気体の膨張または圧縮のために使用される、Ｎ個のシリンダアセンブリ群では、システムは、高圧極限値と低圧との間の中間のＮ１個の圧力における気体を含有するであろう。本明細書では、各そのような中間圧力は、「中間圧」と称される。例示的システム４００では、Ｎ＝２およびＮ１＝１であって、したがって、システム４００には、１つの中間圧（例えば、膨張の間の約２５０ｐｓｉｇ）がある。システムの種々の動作状態では、中間圧は、直列に接続されたシリンダ群（例えば、アセンブリ４０２および４０６のシリンダ）のチャンバのいずれか内と、それらのチャンバと流体連通する任意の弁、パイプ類、および他のデバイス内で生じ得る。例示的システム４００では、本明細書では、「中間圧Ｐ１」と示される、中間圧は、主に、弁、パイプ類、およびアセンブリ４０２と４０６との間の中間の他のデバイス内で生じる。
【０１６６】
アセンブリ４０２は、高圧アセンブリである。すなわち、アセンブリ４０２は、リザーバ４１２から、高圧にある気体を収容し、アセンブリ４０２への移送のために、気体を中間圧Ｐ１まで膨張させてもよく、および／またはアセンブリ４０６から、中間圧Ｐ１における気体を収容し、リザーバ４１２に移送するために、気体を高圧まで圧縮してもよい。アセンブリ４０６は、低圧アセンブリである。すなわち、アセンブリ４０６は、アセンブリ４０２から、中間圧Ｐ１における気体を収容し、通気口４２０への移送のために、気体を低圧まで膨張させてもよく、および／または通気口４２０から、低圧にある気体を収容し、アセンブリ４０２への移送のために、気体を中間圧Ｐ１まで圧縮してもよい。
【０１６７】
システム４００では、伸展されたシリンダアセンブリ４０２は、中間圧アセンブリ４１４を介して、伸展されたシリンダアセンブリ４０６と連通する。本明細書では、「中間圧アセンブリ」は、それを通して、またはその中に、気体が通過する、弁、パイプ類、チャンバ、および他の構成要素と流体連通に置かれる、気体のリザーバを含む、または本質的にそれから成る。リザーバ内の気体は、特定の中間圧アセンブリが、提供するように意図される、ほぼ中間圧にある。リザーバは、リザーバが流体連通する、弁、パイプ類、チャンバ、および他の構成要素内のものにほぼ等しい、中間圧気体の体積が、その圧力を実質的に変化させずに、リザーバに流入またはそこから流出し得るように十分に大きい。加えて、中間圧アセンブリは、脈動減衰、付加的熱伝達能力、流体分離を提供する、および／またはサブシステム４０４および／または４０８の一部または全部等の１つ以上の熱伝達サブシステムを格納してもよい。第’９１４号出願に説明されるように、中間圧アセンブリは、空気圧シリンダアセンブリ、例えば、図４のシステム４００を採用する、システムの種々の構成要素内の死空間の量を実質的に低減させ得る。死空間の減少は、全体的システム効率を増加させる傾向にある。
【０１６８】
代替として、または併用して、中間圧アセンブリ４１４を迂回するパイプおよび弁（図４には図示せず）は、流体を、直接、アセンブリ４０２とアセンブリ４０６との間を通過させてもよい。弁４１６、４１８、４２４、および４２６は、アセンブリ４０２、４０６、４１２、および４１４間の流体の通過を制御する。
【０１６９】
制御システム４２８（例えば、図１の１２２、図２の２２６、図３の３６２）は、例えば、アセンブリ４０２および４０６、中間圧アセンブリ４１４、貯蔵リザーバ４１２、蓄熱井戸４１０、熱伝達サブシステム４０４、４０８、および／またはシステム４２０を囲繞する環境からの種々のシステム入力（例えば、圧力、温度、ピストン位置、および／または流体状態）に基づいて、システム４００の全弁の動作を制御してもよい。
【０１７０】
システム４００と類似するが、１つ、２つ、またはそれ以上の中間圧で伸展されたシリンダアセンブリを組み込む点で異なるシステムが、付加的過剰な実験を伴わずに、考案され得ることは、空気圧機械の技術を適切に熟知した人には明白となるであろう。また、システム４００に関する本明細書の全記載が、省略符４２２によって示されるように、実施的修正を伴わずに、そのようなＮ個のシリンダシステムに適用されてもよいことが明白となるであろう。そのようなＮ個のシリンダシステムは、本明細書ではさらに論じられないが、想定され、本発明の範囲内である。第’６７８号特許に図示および説明されるように、Ｎ個の適切に定寸されたシリンダ（Ｎ≧２）は、元々の（単一シリンダ）動作流体圧力範囲ＲをＲ１／Ｎに減少させ、対応して、単一シリンダシステム内で作用する力の範囲と比較して、Ｎ個のシリンダシステム内の各シリンダに作用する力の範囲を減少させ得る。本および他の利点は、第’６７８号特許に記載されるように、Ｎ個のシリンダシステムにおいて実現されてもよい。加えて、複数の同じシリンダが、並列に追加され、省略符４３２、４３６によって示されるように、シリンダアセンブリ４０２、４０６を伴う共通または別個の駆動機構（図示せず）に取り付けられ、より高い電力および空気流量を可能にしてもよい。
【０１７１】
図５は、本発明の実施形態による、空気圧シリンダ５０２（部分的断面に示される）を使用する、エネルギー貯蔵および回収のために、気体のほぼ等温圧縮および膨張を達成するシステム５００の構成要素を示す、概略図である。シリンダ５０２は、典型的には、シリンダ５０２を２つのチャンバ５０６、５０８に分割する、摺動可能に配置されるピストン５０４を含有する。リザーバ５１０は、高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）における気体を含有する。リザーバ５１０はまた、ある量の熱交換液体５１２を含有してもよい。熱交換液体５１２は、液体の発泡化傾向を増加させる添加剤を含有してもよい（例えば、液体５１２の表面張力を低下させることによって）。添加剤は、界面活性剤（例えば、スルホン酸塩）、鉱物油等の潤滑流体のマイクロエマルション、グリコール（例えば、プロピレングリコール）等の薬剤の溶液、または可溶性合成物質（例えば、エタノールアミン）を含んでもよい。スルホン酸塩（例えば、Ｓｔｅｐａｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）から市販のＢｉｏ−ＳｏｆｔＤ−４０等の直鎖型アルキルベンゼンスルホン酸塩）等の発泡化剤が、添加されてもよく、または消火用発泡体濃縮剤（例えば、ＣｈｅｍＧｕａｒｄ（Ｔｅｘａｓ）から市販のもの等のフッ素系界面活性剤製品）等の市販の発泡化濃縮剤が、使用されてもよい。そのような添加剤は、水の液体表面張力を減少させ、噴霧されると、実質的に発泡化する傾向にある。市販の流体は、部分的に鉱物油のマイクロエマルションから成る、Ｍｅｃａｇｒｅｅｎ１２７（Ｃｏｎｄａｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｃｈｉｇａｎ）から市販）、および部分的に可溶性エタノールアミンから成る、Ｑｕｉｎｔｏｌｕｂｒｉｃ８０７−ＷＰ（Ｑｕａｋｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）から市販）等、約５％水溶液として使用されてもよい。部分的にプロピレングリコールから成る、Ｃｒｙｏ−ｔｅｋ  １００／Ａｌ（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ  ＣｈｅｍｉｃａｌＣ  ｏｍｐａｎｙ（Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から市販）を含む、他の添加剤は、より高い濃度（５０％水溶液等）で使用されてもよい。これらの流体はさらに、噴霧されている間は、発泡化を向上させ、リザーバ内にあるときは、消泡を助長するように修正されてもよい。
【０１７２】
ポンプ５１４およびパイプ類５１６は、本明細書では、「混合チャンバ」（５１８）と称されるデバイスに熱交換液体を運搬してもよい。リザーバ５１０からの気体もまた、（パイプ類５２０を介して）混合チャンバ５１８に運搬されてもよい。混合チャンバ５１８内では、発泡体生成機構５２２が、リザーバ５１０からの気体と、パイプ類５１６によって運搬された液体を組み合わせ、混合チャンバ５１８の内側において、本明細書では、発泡体Ａと称される、あるグレード（すなわち、泡サイズ相違、平均泡サイズ、空隙率）の発泡体５２４を作成する。
【０１７３】
混合チャンバ５１８は、発泡体構造を変動または均質化する濾膜５２６または他の機構（例えば、超音波源）を含有してもよい。濾膜５２６は、例えば、混合チャンバ５１８の出口またはその近傍に位置してもよい。濾膜５２６を通過した発泡体は、発泡体Ａと異なる泡サイズおよび他の特性を有してもよく、本明細書では、発泡体Ｂ（５２８）と称される。他の実施形態では、濾膜５２６は、チャンバ５０６への意図的変更を伴うことなく、発泡体Ａが、移送されるように、省略される。
【０１７４】
混合チャンバ５１８の出口は、パイプ類５３０によって、パイプ類５３０からの流体をシリンダ５０２の上側チャンバ（空気チャンバ）５０６に流入させる、弁５３２（例えば、ポペット式弁）によって開閉される、シリンダ５０２内のポートに接続される。弁（図示せず）は、リザーバ５１０から、パイプ類５２０を通して、混合チャンバ５１８へ、および混合チャンバ５１８から、パイプ類５２８を通して、シリンダ５０２の上側チャンバ５０６へ、気体の流動を制御してもよい。別の弁５３４（例えば、ポペット式弁）は、上側チャンバ５０６が、システム５００の他の構成要素、例えば、付加的セパレータデバイス（図示せず）、別のシリンダ（図示せず）の上側チャンバ、または周囲大気への通気口（図示せず）と連通することを可能にする。
【０１７５】
リザーバ５１０の体積は、混合チャンバ５１８およびシリンダ５０２の体積と比較して、大きくてもよい（例えば、少なくとも約４倍大きい）。発泡体Ａおよび発泡体Ｂは、好ましくは、システム５００の典型的循環動作の時間尺度の一部または全部にわたって、静的安定発泡体である。例えば、１２０ＲＰＭシステム（すなわち、回転運動あたり０．５秒）に対して、発泡体は、５．５秒または回転運動時間の約５倍の時間後も、実質的に不変（例えば、１０％未満の排水）のままであり得る。
【０１７６】
リザーバ５１０内に貯蔵された気体が、エネルギーを放出するために膨張させられる手順の初期動作状態では、弁５３２は、開放され、弁５３４は、閉鎖され、ピストン５０４は、シリンダ５０２の上死点近傍にある（すなわち、シリンダ５０２の上部に向かって）。リザーバ５１０からの気体は、パイプ類５２０を通して、混合チャンバ５１８に流動される一方、リザーバ５１０からの液体は、ポンプ５１４によって、混合チャンバ５１８に圧送される。混合チャンバ５１８にそのように運搬された気体および液体は、発泡体生成機構５２２によって、組み合わされ、発泡体Ａ（５２４）を形成し、混合チャンバ５１８の主要チャンバを部分的または実質的に充填する。混合チャンバ５１８から流出すると、発泡体Ａは、濾膜５２６を通過し、それによって、発泡体Ｂに変更される。リザーバ５１０内に貯蔵された気体とほぼ同一の圧力にある、発泡体Ｂは、弁５３２を通して、チャンバ５０６内に通過する。チャンバ５０６では、発泡体Ｂは、ピストン５０４に接続され、シリンダ５０２の下端キャップを摺動可能に通過する、ロッド５３６によって、シリンダ５０２外部の機構（例えば、図示されない発電機）に伝達され得る、力をピストン５０４に付与する。
【０１７７】
チャンバ５０６内の発泡体の気体成分は、ピストン５０４およびロッド５３６が下向きに移動するにつれて膨張する。ピストン５０４の下向き運動におけるある点において、リザーバ５１０から混合チャンバ５１８内へ、そこから、（発泡体Ｂの気体成分として）チャンバ５０６内への気体の流動は、弁（図示せず）の適切な動作によって終了されてもよい。チャンバ５０６内の発泡体の気体成分が膨張するにつれて、熱がそこに移送されない限り、理想気体の法則に従って、温度が低下する傾向となるであろう。しかしながら、チャンバ５０６内の発泡体の液体成分が、チャンバ５０６内の発泡体の気体成分より高い温度にある場合、熱が、液体成分から気体成分に移送される傾向となるであろう。したがって、チャンバ５０６内の発泡体の気体成分の温度は、気体成分が膨張するにつれて、一定（ほぼ等温）のままである傾向となるであろう。
【０１７８】
ピストン５０４が、シリンダ５０２の下死点に接近する（すなわち、ほぼ運動限界まで下方に移動する）と、弁５３２は、閉鎖されてもよく、弁５３４は、開放され、チャンバ５０６内の膨張させられた気体をシリンダ５０２からシステム５００のいくつかの他の構成要素、例えば、通気口またはさらなる膨張のための別のシリンダのチャンバに通過させてもよい。
【０１７９】
いくつかの実施形態では、ポンプ５１４は、変速ポンプである、すなわち、より低速またはより高速において、リザーバ５１０から発泡体生成機構５２２に、液体５１２を移送するように動作されてもよく、制御システム（図示せず）からの信号に応答してもよい。液体５１２が、ポンプ５１４によって、発泡体機構５２２に移送される速度が、気体が、リザーバ５１０から、パイプ類５２０を通して、機構５２２に運搬される速度と比較して、増加される場合、機構５２２によって産生される発泡体の空隙率は、低下され得る。機構５２２によって生成される発泡体（発泡体Ａ）が、比較的に低空隙率を有する場合、チャンバ５０６に運搬される発泡体（発泡体Ｂ）もまた、概して、比較的に低空隙率を有する傾向となるであろう。発泡体の空隙率が、より低いとき、より多くの発泡体が、液体から成り、したがって、気体および液体成分が、相互に熱平衡となる（すなわち、相対温度の変化が止まる）前に、より多くの熱エネルギーが、発泡体の気体成分と発泡体の液体成分との間で交換され得る。比較的に高密度（例えば、周囲温度、高圧）における気体が、リザーバ５１０からチャンバ５０６に移送されているとき、より低い空隙率を有する発泡体を生成し、発泡体の液体率が、対応して、より多くの量の熱エネルギーを発泡体の気体率と交換することができるようにすることが有利となり得る。
【０１８０】
本明細書の後続図に示される全てのポンプもまた、変速ポンプであって、制御システムからの信号に基づいて制御されてもよい。制御システムからの信号は、圧縮および／または膨張の１つ以上の前サイクルからのシステム性能（例えば、気体温度および／または圧力、サイクル時間等）測定値に基づいてもよい。
【０１８１】
本発明の実施形態は、液体の面積の表面を増加させる代替方法、例えば、噴霧への液体５１２の交換によって要求させるであろうより少ないエネルギー投資を伴って、所与の量の熱交換液体５１２の表面積を大幅に増加させることを可能にすることによって（対応して、シリンダ５０２内で膨張または圧縮を受ける液体５１２と気体との間の熱伝達が加速される）、圧縮された気体を使用して、エネルギーの貯蔵および回収のためのシステム５００の効率を増加させる。
【０１８２】
他の実施形態では、リザーバ５１０は、図５に描写されるように、高圧貯蔵リザーバではなく、セパレータである。そのような実施形態では、パイプ類、弁、および図５に示されない他の構成要素が、セパレータを高圧気体貯蔵リザーバならびに混合チャンバ５１８と流体連通に置かせるように供給される。本タイプの配列は、図９を参照して図示および説明される。
【０１８３】
図６は、本発明の実施形態による、空気圧シリンダ６０４（部分的断面に示される）を使用する、エネルギー貯蔵および回収のために、気体のほぼ等温圧縮および膨張を達成するシステム６００の構成要素を示す、概略図である。システム６００は、図５のシステム５００に類似するが、システム６００は、迂回パイプ６３８を含む。さらに、２つの弁６４０、６４２が、図６に明示的に描写される。迂回パイプ６３８は、以下のように採用されてもよい。（１）気体が、貯蔵リザーバ６１０から放出され、混合チャンバ６１８内の熱交換液体６１２と混合され、シリンダ６０４のチャンバ６０６に運搬され、その中で膨張させられると、弁６４０は、閉鎖され、弁６４２は、開放されるであろう。（２）気体が、シリンダ６０４のチャンバ６０６内で圧縮され、貯蔵のために、リザーバ６１０に運搬されることになると、弁６４０は、開放し、弁６４２は、閉鎖されるであろう。弁６４０および迂回パイプ６３８を通過する流体は、弁６４２および濾膜６２６を通して、かつ発泡体生成機構６２２の周囲を通過する流体より少ない摩擦を被る傾向となるであろう。他の実施形態では、弁６４２は、省略され、流体は、混合チャンバ６１８により呈されるより高い抵抗によって、迂回パイプ６３８を通して経路指定され、弁６４０は、逆止弁であって、気体が、膨張モードにおいて放出されているとき、流体の流動を防止する。チャンバ６０６から、より低い抵抗の経路（すなわち、迂回パイプ６３８）を介して、リザーバ６１０への流体流動の方向は、そのような流動の間、より低い摩擦損失をもたらし、したがって、システム６００のためのより高い効率をもたらす傾向となるであろう。
【０１８４】
他の実施形態では、リザーバ６１０は、図６に描写されるように、高圧貯蔵リザーバではなく、セパレータである。そのような実施形態では、パイプ類、弁、および図６に示されない他の構成要素が、セパレータが、高圧気体貯蔵リザーバならびに混合チャンバ６１８および迂回パイプ６３８と流体連通に置かれるように供給される。
【０１８５】
図７は、本発明の実施形態による、空気圧シリンダ７０２（部分的断面に示される）を使用する、エネルギー貯蔵および回収のために、気体のほぼ等温圧縮および膨張を達成するためのシステム７００の構成要素を示す、概略図である。システム７００は、図５のシステム５００に類似するが、システム７００は、混合チャンバ５１８を省略し、代わりに、貯蔵リザーバ７１０の内側で発泡体を生成する。システム７００では、ポンプ７１４は、熱交換液体７１２をリザーバ７１０内側の発泡体生成機構７２２（例えば、１つ以上の噴霧ノズル）に循環させる。リザーバ７１０は、ポンプ７１４および機構７２２を用いて、部分的または完全に、初期または元々の特性の発泡体である、発泡体Ａ（７２４）によって充填されてもよい。リザーバ７１０は、パイプ７２０を介して、シリンダ７０２内の弁開閉式ポート７４４と流体連通に置かれてもよい。弁（図示せず）が、パイプ７２０を通る流体の流動を統制してもよい。図７では、パイプ７２０の内側に示されるが、リザーバ７１０とシリンダ７０２のチャンバ７０６との間の流体流動の経路内のいずれかの場所に位置可能である、随意の濾膜７２６（または、超音波源等の他の好適な機構）は、発泡体Ａ（７２４）を発泡体Ｂ（７２８）に変更し、泡サイズ相違および平均泡サイズ等の特性を調整する役割を果たす。
【０１８６】
他の実施形態では、リザーバ７１０は、図７に描写されるように、高圧貯蔵リザーバではなく、セパレータである。そのような実施形態では、パイプ類、弁、および図７に示されない他の構成要素が、セパレータが、高圧気体貯蔵リザーバならびにシリンダ７０２と流体連通に置かれるように供給されるであろう。他の実施形態では、図６に描写されるものに類似する迂回パイプが、濾膜７２６を通過せずに、流体をシリンダ７０２からリザーバ７１０に通過させるために、システム７００に追加されてもよい。
【０１８７】
図８は、本発明の実施形態による、空気圧シリンダ８０２（部分的断面に示される）を使用する、エネルギー貯蔵および回収のために、気体のほぼ等温圧縮および膨張を達成するシステム８００の構成要素を示す、概略図である。システム８００は、図５のシステム５００と類似するが、システム８００は、混合チャンバ５１８を省略し、代わりに、シリンダ８０２の空気チャンバ８０６の内側で発泡体を生成する。システム８００では、ポンプ８１４は、チャンバ８０６内に位置するか、またはそれと連通する（例えば、ポートを通して）からのいずれかである、発泡体生成機構８２２（例えば、シリンダ内および／またはそれを通して収容される空気が通過する濾膜上に注入する、１つ以上の噴霧ノズル）に、熱交換液体８１２を循環させる。チャンバ８０６は、ポンプ８１４および機構８２２を用いて（および、リザーバ８１０から、パイプ８２０を介して、ポート８４４を通して供給される気体を用いて）、部分的または実質的に完全に、発泡体によって充填されてもよい。リザーバ８１０は、パイプ８２０を介して、シリンダ８０２内の弁開閉式ポート８４４と流体連通に置かれてもよい。弁（図示せず）が、パイプ８２０を通る流体の流動を統制してもよい。
【０１８８】
図９は、本発明の実施形態による、２つの空気圧シリンダ段階９０２、９０４（部分的断面に示される）を使用する、エネルギー貯蔵および回収のために、気体のほぼ等温圧縮および膨張を達成するシステムの構成要素を示す、概略図である。より高い圧力シリンダ９０２は、第１のセパレータ９０６および／または第２のセパレータ９０８と流体連通に置かれてもよく、より低い圧力シリンダ９０２は、第２のセパレータ９０８および／または第３のセパレータ９１０と流体連通に置かれてもよい。第１のセパレータ９０６は、高圧気体貯蔵リザーバ（図示せず）と流体連通に置かれてもよい。第３のセパレータ９１０は、空気が環境と交換されることを可能にする、通気口（図示せず）と流体連通に置かれてもよい。第１のセパレータ９０６と高圧シリンダ９０２との間、または高圧シリンダ９０２と第２のセパレータ９０８との間、または第２のセパレータ９０８と低圧シリンダ９０４との間、または低圧シリンダ９０４と第３のセパレータ９１０との間を通過する流体は、混合チャンバ９１２、９１４、９１６、９１８または迂回パイプ９２０、９２２、９２４、９２６を通して、経路指定されてもよい。高圧リザーバ、通気口、シリンダ９０２、９０４、混合チャンバ９１２、９１４、９１６、９１８、および迂回パイプ９２０、９２２、９２４、９２６間の流体連通を制御する配列は、弁、パイプ類、および図９に描写されない他の構成要素を含んでもよい。種々の実施形態では、迂回パイプ９２０、９２２、９２４、９２６、および／または図９に描写されない付加的迂回パイプは、流体が、セパレータ９０６、９０８、９１０を迂回することを可能にしてもよい。
【０１８９】
貯槽からの気体の膨張の間、気体は、最初に、部分的に、高圧シリンダ９０２内で膨張させられ、そのポテンシャル弾性エネルギーの一部をシリンダ９０２外部の機構（図示せず）によって回収させ、次いで、低圧シリンダ９０４内でさらに膨張させられ、そのポテンシャル弾性エネルギーの残りの大部分または実質的に全部を回収させてもよい。貯蔵のための気体の圧縮の間、気体は、部分的に、より低い圧力シリンダ９０４内で圧縮され、次いで、より高い圧力シリンダ９０２内でさらに圧縮されてもよい。
【０１９０】
システム９００は、発泡体を使用して、ほぼ等温気体の圧縮および膨張を達成し、気体と熱交換液体との間の熱交換を促進するために、図５および／または図６に描写されるものと類似する配列を含む。
【０１９１】
３つのセパレータはそれぞれ（例えば、第１のセパレータ９０６）、その気体および液体成分への流体発泡体の破砕または分離を助長するバッフル（例えば、バッフル９２８）または他の内部機構を含有してもよい。発泡体内への噴霧または発泡体の機械的剪断等の他の技法（図示せず）が、セパレータ内における発泡体分解を助長するために採用されてもよい。分離される液体９３０、９３２、９３４は、ポンプ９３６、９３８、９４０、９４２によって、混合チャンバ９１２、９１４、９１６、９１８（好ましくは、一体型濾膜を有する）に運搬され、新しい発泡体の形成において使用されてもよい。
【０１９２】
弁９４４、９４６、９４８、９５０、９５２、９５４、９５６、９５８は、混合チャンバ９１２、９１４、９１６、９１８または迂回パイプ９２０、９２２、９２４、９２６のいずれかを通して、セパレータ９０６、９０８、９１０とシリンダ９０２、９０４との間の通過する液体を指向するために使用されてもよい。シリンダ９０２、９０４では、弁９６４、９６６、９６８、および９７０（例えば、ポペット式弁）が、流体の流入および流出を制御する。好ましくは、ポンプ９３６、９３８、９４０、９４２は、発泡体が、その個別の混合チャンバ９１２、９１４、９１６、９１８内で生成されることになるときのみ、稼働する。
【０１９３】
一般に、そこで、膨張または圧縮のいずれかが行われるように、シリンダ９０２、９０４の空気チャンバ９６０、９６２に運搬される気体は、等温プロセスに近似する目的のため、膨張または圧縮の間、熱交換液体ともに発泡化され、液体と気体との間に熱交換を生じさせるために、混合チャンバを通して経路指定される。
【０１９４】
高圧リザーバ（図示せず）内に貯蔵された気体が、エネルギーを放出するために、システム９００内で膨張させられる手順の初期動作状態では、高圧シリンダ９０２のピストン９７２は、ほぼ上死点にあってもよく、低圧シリンダ９０４のピストン９７４は、下死点にあってもよく（但し、相対的ピストン位置９７２および９７４は、随意に位相整合されてもよい）、より低い圧力シリンダ９０４の上側チャンバ９６２は、全体的または部分的に、低圧にある発泡体で充填される。膨張モードでは、随意の迂回弁９４４および９５２は、閉鎖され、随意の迂回弁９４８および９５６は、開放され、混合チャンバ９１２および９１６ならびに随意の弁９４６および９５４を通して流動させるが、随意の弁９５０および９５８の閉鎖によって、混合チャンバ９１４および９１８を通る流動は迂回させる。高圧にある気体は、高圧リザーバから、セパレータ９０６を通して、混合チャンバ９１２内に流動させられ、そこで、熱交換液体９３０と組み合わされ、発泡体を形成する。本発泡体は、随意に、混合チャンバ９１２内部の濾膜を通過後、弁９４６および弁９６４を通して、高圧シリンダ９０２のチャンバ９６０内に流動し、部分的または実質的に充填する。チャンバ９６０では、発泡体は、シリンダ９０２外部の機構に伝達され得る、力をピストン９７２に付与する。
【０１９５】
チャンバ９６０内の発泡体の気体成分は、ピストン９７２が下向きに移動するにつれて膨張する。ピストン９７２の下向き運動におけるある点において、貯蔵リザーバから、セパレータ９０６を通して、混合チャンバ９１２内へ、そこから（発泡体の気体成分として）、チャンバ９６０内への気体の流動は、弁９６４の閉鎖によって、終了されてもよい。図５のシステム５００のシリンダ内で膨張する発泡体のように、チャンバ９６０内の発泡体の気体成分の温度は、気体成分が膨張するにつて、一定（ほぼ等温）のままである傾向となるであろう。
【０１９６】
低圧シリンダ９０４のピストン９７４は、前述のピストン９７２の下向き運動と並行して、下死点から上向きに移動され、チャンバ９６２内の低圧発泡体を、迂回弁９５６およびパイプ９２６を通して、セパレータ９１０の中へ排出してもよい。セパレータ９１０では、発泡体の液体成分は、沈降し、液体９３４塊として蓄積する。チャンバ９６２からセパレータ９１０に通過する発泡体の気体成分は、セパレータから外部通気口（図示せず）に進み、環境に放出される。別個の液体および空気中への発泡体の沈降時間を加速するため、および通気空気から液体を除去する付加的機構（図示せず）もまた、含まれてもよい。要するに、高圧シリンダ９０２は、吸気行程を行ってもよい一方、低圧シリンダ９０４は、排気行程を行う。
【０１９７】
高圧シリンダ９０２のピストン９７２が、シリンダ９０２の下死点に到達し、ピストン９７４が、低圧シリンダ９０４の上死点に到達すると、高圧シリンダ９０２のチャンバ９６０は、中間圧（例えば、３００ｐｓｉ）における気体を含有する。続いて、弁９６６が、開放されてもよく、高圧シリンダ９０２のピストン９７２が、上向きに移動を開始してもよく、弁９６８が、開放されてもよく、低圧シリンダ９０４のピストン９７４が、下向きに移動を開始してもよい。並行して、ポンプ９４０が、稼働し、発泡化されるように、熱交換液体９３２を混合チャンバ９１６に運搬する。これらの条件下、中間圧における気体は、高圧シリンダ９０２のチャンバ９６０から、迂回パイプ９２２を通して、セパレータ９０８内へ流動する。シリンダ９０２および９０４は、位相がずらされる必要はないが、位相がずれたシナリオでは、中間圧気体は、セパレータ９０８から、混合チャンバ９１６（熱交換液体ともに発泡化される）を通して、低圧シリンダ９０４のチャンバ９６２内へ流動し、そこで、下向きに移動しているピストン９７４に仕事を行う。要するに、高圧シリンダ９０２は、排気行程を行ってもよい一方、低圧シリンダ９０４は、吸気行程を行う。
【０１９８】
前述の一連の動作が、周期的に繰り返され、ほぼ等温で任意の所望の量の気体を貯槽から膨張させてもよいことは、空気圧および油圧機械の技術を適切に熟知した人には明白となるであろう。また、システム９００が、通気口を通して収容される気体を等温で圧縮し、圧縮された気体を高圧貯蔵リザーバに送達する、一連の動作状態をとり、本一連の状態がまた、周期的に繰り返され、任意の所望の量の気体を貯槽内に圧縮してもよいことも、明白となるであろう。そのような動作（ならびに図９に関連して説明されるもの）は、多数のシリンダを介して行われてもよい。複数のシリンダは、並行して、気体を膨張または圧縮させてもよく、または３つ以上の段階（１つ以上のシリンダのそれぞれ）が、気体を連続的に膨張または圧縮させるために利用されてもよい。
【０１９９】
一般に、圧縮および膨張両方の間、システム９００は、発泡体が、空気チャンバ９６０、９６２に収容され得るために、シリンダから排出されている流体が、迂回管９２０、９２２、９２４、９２６を通して経路指定され、シリンダによって受け入れられる流体が、混合チャンバ９１２、９１４、９１６、９１８を通して経路指定されるように、動作されてもよい。さらに混合チャンバ９１２、９１４、９１６、９１８内部の、濾膜（または、他の好適な発泡体変更機構）およびポンプ９３６、９３８、９４０、９４２は、システム９００の効率を最適化するように動作されてもよい（例えば、最小圧力降下における連続流動）。混合チャンバは、混合チャンバの一部または全部内に混合する発泡体とは対照的に、微細な液滴噴霧のために使用されてもよく、例えば、低圧チャンバ９１８は、チャンバ内の空気中に霧状の小液滴（例えば、１００ミクロン平均直径またはそれ以下）を懸濁させるために使用されてもよい一方、他のチャンバ９１２、９１４、９１６は、水性発泡体の懸濁を生成するために使用されてもよい。混合チャンバ９１２、９１４、９１６、９１８の一部または全部は、図８に示されるように、シリンダ内への直接注入と置換されてもよい。直接注入発泡体発生器（例えば、図８の８２２）の一部または全部は、ノズルのアレイ等の直接注入噴霧発生器と置換されてもよく、例えば、低圧シリンダ９０４内の直接注入機構（図示せず）は、霧状の小液滴（例えば、１００ミクロン平均直径またはそれ以下）を懸濁させるために使用されてもよい一方、高圧シリンダ９０２内の直接注入機構（図示せず）は、水性発泡体を生成するために使用されてもよい。シリンダ９０２および／または９０４は、２つの直接注入機構を有してもよく、一方は、圧縮のため、一方は、膨張のためのものであって、そのような機構の１つは、噴霧のためのものであって、一方は、発泡体生成のためのものであってもよい。
【０２００】
図１０は、発泡性添加剤を伴わない、水道水の噴霧を使用する、気体膨張プロセスの等温効率に関する実験データのプロットである。図１０にプロットされる全膨張は、３，０００ｐｓｉｇから開始し、２５０ｐｓｉｇで終了し、８インチ内径および５２インチ行程長を伴う、１０ガロンシリンダ内で行われた。各記号（すなわち、円形、三角形、または正方形）は、シリンダを組み込む、エネルギー変換システムの単一稼働の等温効率をプロットする。出力電力（３７ｋＷ、５０ｋＷ、および７０ｋＷ）の３つの異なる速度における膨張が、図１０にプロットされる。垂直軸は、膨張の等温効率、すなわち、等温膨張を介して、所与の量の気体から理論的に抽出可能なエネルギーと比較して、単一の実際の膨張の間に抽出される、エネルギー率に対応する。温度が低下する膨張は、概して、理想的等温膨張より少ないエネルギーをもたらし、したがって、１００％未満の等温効率をもたらす。例えば、同一の圧力範囲にわたる断熱膨張は、理想的等温膨張の約５０％のエネルギーをもたらし、したがって、約５０％の等温効率を有するであろう。
【０２０１】
等温効率が、図１０にプロットされる膨張では、熱交換噴霧は、膨張の開始時に始動し、膨張する気体が、所定の閾値圧力または「噴霧終了圧力」に到達すると、停止される。図１０の水平軸は、本噴霧終了圧力に対応する。開始気体圧力は、図１０の全膨張に対して、同一であるため、より低い圧力は、より遅い時間に、シリンダ内で達成される傾向にある。したがって、各出力電力レベルに対して、より低い噴霧終了圧力（水平軸の左側）は、典型的には、より長い噴霧期間（噴霧時間の増加）に対応する。
【０２０２】
図１０が示すように、かつ「噴霧時間の増加」と標識された矢印が強調するように、本実験設定および熱交換噴霧液体としての発泡性添加剤を伴わない水道水を使用することに対して、効率は、噴霧終了圧力に伴って低下する（すなわち、噴霧時間に伴って増加する）、明確な傾向がある。本発明の範囲を限定するわけではないが、本傾向は、シリンダ内の熱交換液体と気体との間の熱伝達が、液体および気体が大表面積にわたって相互に接触している間のみ、有意な速度で生じるために生じると考えられる。非発泡化噴霧に対して、液体および気体は、噴霧が発生されており、液滴が、気体を通して落下している間のみ、大表面積にわたって接触する。熱交換は、噴霧生成が停止した直後、大幅に減速する。膨張全体または膨張の大部分を通した噴霧は、したがって、等温膨張により近似し、したがって、より高い等温効率を可能にする。
【０２０３】
図１１は、体積あたり２．５％の発泡性添加剤（本例示的実験では、少なくとも部分的に、エタノールアミンを含む）を伴う、水道水の噴霧を使用する、気体膨張プロセスの等温効率に関する実験データのプロットである。プロットの軸は、図１０に関して前述の通りである。出力電力（５０ｋＷおよび７０ｋＷ）の２つの異なる速度における膨張が、図１１にプロットされる。
【０２０４】
図１１が示すように、かつ「噴霧時間の増加」と標識された矢印が強調するように、該当する場合、少なくとも、本実験設定および熱交換噴霧液体として、２．５％発泡性添加剤を伴う水道水を使用することに対して、効率が、噴霧終了圧力に伴って増加する（すなわち、噴霧時間に伴って減少する）、若干の傾向がある。さらに、発泡化熱交換噴霧を利用して得られる等温効率は、非発泡化噴霧を用いて得られたもの（図１０）より高い傾向にある。本発明の範囲を限定するわけではないが、本傾向の物理的基礎として、発泡化噴霧に対して、液体および気体は、噴霧が能動的に生成されている間のみ、但し、結果として生じる液体−気体混合物が、シリンダ内に発泡体として、実質的に存続する限り、大表面積にわたって接触すると考えられる。有意な熱交換は、したがって、噴霧の生成が停止した後、継続し得る。その結果が図１１にプロットされる実験において使用される２．５％の水添加剤の混合物に対して、シリンダ内の膨張チャンバの体積全体は、噴霧の始動直後（すなわち、膨張行程のほんのわずかな持続時間）、発泡体で充填される。噴霧時間が長いほど（噴霧終了圧力が低いほど）、付加的エネルギーを消費する一方、比較的に少ない付加的熱伝達を産生するため、より低い等温効率と関連付けられ得る。したがって、データ図１１にプロットされるデータに関する実験条件下では、最高効率サイクルは、噴霧の最短期間に伴って達成される。着目すべきは、図１１に図示される条件下で達成される最高効率（約９７％）は、図１０に図示される条件下、すなわち、非発泡化噴霧を用いて達成される最高効率（約９５．６％）より高いことである。より高いまたはより低い濃度の１つ以上の発泡性添加剤（例えば、本例示的実施形態で利用されたもの以外の添加剤）では、他の傾向が、観察され得る。例えば、超低添加剤濃度では、発泡化は、２．５％濃度で観察される結果を産生しないほど若干であり得、その場合、図１０のものにより近いデータが、得られ得る。
【０２０５】
図１２は、発泡性添加剤を伴わない、水道水の噴霧を使用する、気体圧縮プロセスの等温効率に関する実験データのプロットである。図１２にプロットされる全圧縮は、２５０ｐｓｉｇから開始し、３，０００ｐｓｉｇで終了し、８インチ内径および５２インチ行程長を伴う、１０ガロンシリンダ内で行われる。各記号（すなわち、菱形、正方形、または三角形）は、エネルギー変換システムの単一稼働の等温効率をプロットする。出力電力（３７ｋＷ、５０ｋＷ、および７０ｋＷ）の３つの異なる速度における圧縮が、図１２にプロットされる。垂直軸は、圧縮の等温効率、すなわち、同一の量の気体を同一の体積まで圧縮する実際の測定されたエネルギーと比較して、等温圧縮を介して、（所与の開始圧力および体積から）所与の量の気体をある体積まで圧縮するために要求される、エネルギー率に対応する。温度が上昇する圧縮は、概して、理想的等温圧縮より多くのエネルギーを要求し、したがって、１００％未満の等温効率をもたらす。例えば、２５０ｐｓｉｇの気体の１０ガロンから２ガロンの体積までの断熱圧縮は、典型的には、同一の体積までの理想的等温圧縮の約１７０％のエネルギーを要求し、したがって、約６０％（すなわち、１００／１７０）の等温効率を有するであろう。
【０２０６】
等温効率が、図１２にプロットされる圧縮では、熱交換噴霧は、圧縮の開始時に始動し、いくつかの所定の閾値圧力または「噴霧終了圧力」時に停止される。図１２の水平軸は、本噴霧終了圧力を表す。開始および終了気体圧力は、図１２の全膨張に対して、同一であるため、より低い圧力は、より早い時間に、シリンダ内で達成される。したがって、より低い噴霧終了圧力（水平軸の左側）は、より短い噴霧期間（噴霧時間の減少）に対応する。
【０２０７】
図１２にプロットされるデータが示すように、かつ「噴霧時間の増加」と標識された矢印が強調するように、熱交換噴霧液体として、発泡性添加剤を伴わない水道水を使用することに対して、効率が、約２，０００ｐｓｉの噴霧圧力まで、噴霧終了圧力に伴って増加する（すなわち、噴霧時間に伴って増加する）、傾向がある。本発明の範囲を限定するわけではないが、本傾向の物理的基礎として、シリンダ内の熱交換液体と気体との間の熱伝達が、液体および気体が大表面積にわたって接触している間のみ、有意な速度で生じると考えられる。非発泡化噴霧に対して、液体および気体は、典型的には、噴霧が生成されており、その液滴が、気体を通して落下している間のみ、大表面積にわたって接触する。有意な熱交換は、噴霧の生成が停止直後に停止する。圧縮全体を通した噴霧（または、図１２にプロットされる圧縮に対しては、圧縮の大部分）が、等温圧縮により近似し、したがって、より高い等温効率を可能にする。
【０２０８】
図１３は、体積あたり２．５％の発泡性添加剤（すなわち、図１１のデータを生成するために利用された同一の発泡性添加剤）を伴う、水道水の噴霧を使用する、気体圧縮プロセスの等温効率に関する実験データのプロットである。プロットの軸は、図１０、１１、および１２に関して前述の通りである。出力（５０ｋＷおよび７０ｋＷ）の２つの異なる速度における圧縮は、図１３にプロットされる。
【０２０９】
図１３におけるデータプロットが示すように、かつ「噴霧時間の増加」と標識された矢印が強調するように、等温圧縮効率は、本実験システムでは、熱交換噴霧液体として、２．５％発泡性添加剤を伴う水道水を使用する、噴霧終了圧力とほぼ無関係である。本発明の範囲を限定するわけではないが、本無関係性の物理的基礎として、発泡化噴霧に対して、液体および気体が、噴霧が生成されている間のみ、但し、液体−気体混合物が、シリンダ内に発泡体の形態として存続する限り、大表面積にわたって接触すると考えられる。有意な熱交換は、したがって、噴霧の生成が停止後、継続する。その結果が図１３にプロットされる実験において利用される２．５％混合物に対して、シリンダ内の膨張チャンバの体積全体が、噴霧の始動直後（すなわち、行程のほんのわずかな時間）、発泡体で充填される。図１３に図示される実験条件下、最高効率サイクルは、噴霧の最短期間ならびに最長期間に伴って達成される。着目すべきは、図１３に図示される条件下で達成される最高効率（９８％超）が、図１２に図示される条件、非発泡化噴霧下で達成される最高効率（約９６％）より有意に高いことである。より高いまたはより低い濃度の１つ以上の発泡性添加剤では、他の傾向が、観察され得る。例えば、超低濃度（または、他の濃度の他の添加剤）では、発泡化は、２．５％濃度を用いて観察される効果を産生しないほど若干であり得、その場合、図１２により類似するデータが、得られ得る。
【０２１０】
比較的に短噴霧時間に伴って、発泡化噴霧液体を使用することによって、高等温効率を達成することは、噴霧生成に充てられる寄生エネルギーが、より長い噴霧期間と比較して、低減されるという利点を有する。圧縮の間、一般に、短い噴霧初期期間は、圧縮の後の部分における圧力と比較して、噴霧されているシリンダチャンバ内の低気体圧力を克服しなければならず、これは、また、噴霧エネルギーを節約することになる。膨張の間、チャンバ内の気体より温かい水が、概して、等温膨張を達成するために噴霧されるとき、気体が初期圧力にあるときの噴霧は、その初期圧力における水（例えば、図３の貯蔵リザーバ３２０内の水）に対して、わずかのみの圧力増加、したがって、低圧送力を要求する。一方、水が、その初期圧力（例えば、貯蔵−リザーバ圧力）から、遥かにより低いシリンダ圧力に噴霧される場合、エネルギーは、噴霧プロセスの間、流体の減圧において損失され得る。発泡化をもたらす添加剤は、同時に、潤滑性の増加または腐食の防止等、１つ以上の他の利点をもたらし得る。
【０２１１】
発泡体のエネルギー効率的生成における他の検討事項は、（１）圧力差にわたる液体の循環におけるエネルギー損失を最小限にするために、発泡体が、圧縮または膨張のために、空気圧シリンダの空気チャンバへの収容前に生成されるべきか（本明細書では、「事前発泡化」または「ポート注入」アプローチと称される）、または直接、空気圧シリンダの空気チャンバ内に生成されるべきかどうか（本明細書では、「途中発泡化」または「直接注入」アプローチと称される）と、（２）熱交換、圧送エネルギー、および他の効率検討事項を最適化されるべきである発泡体の液体対気体質量比である。図５、図６、および図７に示される例示的システムは、事前発泡化システムであって、例示的システムに示される図８は、途中発泡化システムである。
【０２１２】
図１４は、事前発泡化アプローチと途中発泡化アプローチを比較する、時間の関数として、空気圧シリンダの空気チャンバ内への発泡体または発泡化液体の生成および注入に費やされる、計算されたエネルギーの例示的グラフである。油圧の基本原理によって、発泡化エネルギーＷｆｏａｍ（すなわち、機械的撹拌が、発泡化を誘発するために採用される場合、液体を気体と混ぜ合わせ、発泡体を形成するデバイスを通して、発泡化液体を付勢することによって、所与の量の発泡体を産生するために要求されるエネルギー）は、発泡化デバイスを通るその通過において、発泡化される液体によって被られる圧力ΔＰｆｏａｍｉｎｇの変化によって乗算される、発泡化される液体Ｖｌｉｑｕｉｄの体積によって判定される：Ｗｆｏａｍ＝Ｖｌｉｑｕｉｄ×ΔＰｆｏａｍｉｎｇ。ＶｌｉｑｕｉｄおよびΔＰｆｏａｍｉｎｇが、時間に伴って変動する場合、所与の時間間隔にわたる総発泡化エネルギーＷｆｏａｍは、その間隔にわたるＶｌｉｑｕｉｄ×ΔＰｆｏａｍｉｎｇの積分によって求められる：Ｗｆｏａｍ＝∫Ｖｌｉｑｕｉｄ×ΔＰｆｏａｍｉｎｇｄｔ（積分限界は、明示的に示されない）。Ｖｌｉｑｕｉｄが、一定であって、ΔＰｆｏａｍｉｎｇが、時間に伴って変動する場合、Ｗｆｏａｍ＝Ｖｌｉｑｕｉｄ×∫ΔＰｆｏａｍｉｎｇｄｔとなる。所与の量の気体のための所与の気体対液体質量比に対して、Ｖｌｉｑｕｉｄは、固定される。したがって、Ｗｆｏａｍを最小限にするために、平均ΔＰｆｏａｍｉｎｇは、最小限にされなければならない。
【０２１３】
一般に、途中発泡化（すなわち、直接注入）アプローチに対して、ΔＰｆｏａｍｉｎｇが、発泡化液体の源圧力と発泡化液体が注入される気体の圧力との間の差異によって求められるように、ΔＰｆｏａｍｉｎｇは、シリンダアセンブリ内のピストン行程全体を通して変動する。発泡化液体源の圧力は、一般に、ほぼ一定である一方、シリンダアセンブリ内で圧縮または膨張を受ける気体の圧力は、実質的に変化する。例えば、圧縮行程の間のシリンダアセンブリ内の発泡体の作成は、したがって、増加する圧力差（増加するΔＰｆｏａｍｉｎｇ）に対して、発泡化液体をシリンダアセンブリの空気チャンバ内へ付勢することを伴う。
【０２１４】
図１４におけるグラフでは、垂直軸「差動噴霧圧力」は、ΔＰｆｏａｍｉｎｇに対応し、水平軸は、時間に対応する。ΔＰｆｏａｍｉｎｇ対時間をプロットする曲線下面積は、∫ΔＰｆｏａｍｉｎｇｄｔである。したがって、Ｗｆｏａｍ＝Ｖｌｉｑｕｉｄ×∫ΔＰｆｏａｍｉｎｇｄｔであるため、Ｖｌｉｑｕｉｄが、一定であると仮定される場合、所与の気体膨張または圧縮プロセスに対する発泡化エネルギーＷｆｏａｍは、そのプロセスに対するΔＰｆｏａｍｉｎｇ対時間曲線下面積に比例するであろう。
【０２１５】
図１４におけるグラフの実線は、約０ｐｓｉｇから開始するある量の気体の途中発泡化（すなわち、直接注入）圧縮に対するΔＰｆｏａｍｉｎｇを示す。シリンダアセンブリの空気チャンバ内の圧力が増加するにつれて、ΔＰｆｏａｍｉｎｇは、増加する（グラフ内の上昇曲線）。発泡体の作成が、圧縮が完了後の一定時間周期の間、継続する場合、ΔＰｆｏａｍｉｎｇは、その時間周期の間、ほぼ一定となるであろう（約０．８単位に等しい時間から、１．０単位に等しい時間までのグラフ内の実線曲線の平坦部分）。図１４におけるグラフ内の実線下の面積は、∫ΔＰｆｏａｍｉｎｇｄｔである。したがって、Ｗｆｏａｍ＝Ｖｌｉｑｕｉｄ×∫ΔＰｆｏａｍｉｎｇｄｔによって、本例示的圧縮プロセスに対する発泡化エネルギーＷｆｏａｍは、実線下の面積に比例する。
【０２１６】
同様に、図１４におけるグラフ内の点線は、約０ｐｓｉｇから開始する、ある量の気体の事前発泡化（すなわち、ポート注入）圧縮に対するΔＰｆｏａｍｉｎｇを示す。圧縮プロセスの気体の量および他の特徴は、グラフ内の実線によって表される圧縮のものと同一である。事前発泡化プロセスでは、発泡体は、圧縮されたことになる気体が、シリンダアセンブリの空気チャンバ内に収容されるにつれて、低圧で生成される。ΔＰｆｏａｍｉｎｇは、低く、かつ事前発泡化プロセスのための発泡体生成全体を通して一定である（グラフ内の水平点線）。明らかに、グラフ内の点線下の面積（すなわち、本例示的事前発泡化圧縮プロセスのための発泡化エネルギーＷｆｏａｍに等しい∫ΔＰｆｏａｍｉｎｇｄｔ）は、グラフ内の実線下面積より小さい。したがって、発泡化エネルギーＷｆｏａｍは、匹敵する途中発泡化圧縮プロセスより、事前発泡化圧縮プロセスに対して小さい。
【０２１７】
発泡体が、シリンダアセンブリ外部の発泡体発生器内で生成される、事前発泡化プロセスに対して（例えば、図５におけるように）、生成される発泡体は、弁（例えば、ポペット弁）を通して、シリンダアセンブリの空気チャンバ内に収容されなければならない。膨張または圧縮のいずれかの間、弁を通してのシリンダアセンブリ内への通過は、発泡体に対して、ある程度の圧力降下を伴い、したがって、ある程度のエネルギー損失を伴うであろう。しかしながら、シリンダアセンブリの空気チャンバからの流体の流入または流出を統制する弁（例えば、ポペット弁）を通した圧力降下は、概して、発泡体生成デバイスを通した圧力降下より低くなるであろう。したがって、事前発泡化プロセスは、一般に、途中発泡化プロセスより低いエネルギー損失を実現し、したがって、より高い効率を実現するであろう。
【０２１８】
さらに、圧縮または膨張のいずれかの中間噴霧プロセスに対して、発泡体生成は、その持続時間およびタイミングが、シリンダアセンブリの作用によって判定される、期間または時間間隔において生じなければならない。事前噴霧プロセスに対して、発泡体は、シリンダアセンブリの各圧縮または膨張行程の間のみではなく、継続的に生成または再生成され得る（例えば、大型発泡体発生器または発泡体発生器に取り付けられたリザーバ内で）。より長い時間周期にわたって、発泡体生成を行うことは、より高速の発泡化と比較して、ΔＰｆｏａｍｉｎｇをさらに低下させる可能性があり、さらなる効率利得が実現可能となる。
【０２１９】
図１５におけるグラフは、ある範囲の発泡体質量比および一式の例示的圧縮プロセスに対して、一式の例示的圧縮プロセスを受ける、発泡体の液体成分の計算された温度変化をプロットする。図１５におけるグラフの垂直軸は、圧縮を受ける、発泡体の液体成分の温度変化に対応し、グラフの水平軸は、圧縮を受ける、発泡体の質量比、すなわち、発泡体の単位体積あたりの液体の質量ｍｗと、発泡体の単位体積あたりの気体の質量ｍａの比に対応する。（質量比ｍｗ／ｍａは、圧力に伴って変動しないが、ほんのわずかの気体成分は、液体成分中に溶解する、またはそこから蒸発し得る（ｍａを変更する）、またはほんのわずかの液体成分は、気体成分中に蒸発する、またはそこから液化し得る（ｍｗを変更する）。図１５における例示的グラフは、これらが比較的に軽微な影響であるため、溶解された気体の影響および液体成分の気液相変化を無視する。）。
【０２２０】
圧縮性気体およびほぼ非圧縮性液体を含む、または本質的にそれから成る、発泡体が、圧縮されるとき、発泡体の体積変化は、気体成分の圧縮によるものである。前述のように、圧縮を受ける気体は、加熱する傾向にある。圧縮を受ける発泡体の気体成分の温度上昇は、熱エネルギーを発泡体の液体成分に伝達させるであろう。質量比ｍｗ／ｍａが大きいほど、気体の各質量単位に対して、熱エネルギーを吸収するために利用可能な液体の質量が大きくなり、発泡体の圧力の所与の全体的変化に対して結果として生じる液体の温度Ｔの変化は、低くなる。液体の最終Ｔは、一般に、初期発泡体温度、発泡体の気体および液体成分の熱伝達係数、気体および液体の熱容量、発泡体質量比、発泡体開始圧力、および発泡体終了圧力の関数である。図１５のグラフでは、質量比および発泡体終了圧力のみ変動する。
【０２２１】
圧縮を受ける種々の仮説的発泡体の液体成分の温度（ΔＴ）の変化は、図１５のグラフ内の一連の曲線によって表される。圧縮は、低圧シリンダ（ＬＰ）および第２段階高圧シリンダ（ＨＰ）に対して示される。ＬＰシリンダに対して、圧縮は、第１の圧縮段階の間、約０ｐｓｉｇから開始し、約１８０ｐｓｉｇで終了する（ＴＬＰとして図示および標識される）。後続の高圧の第２の圧縮段階に対して、３つのシナリオが、示される。すなわち、（１）１８０ｐｓｉｇから第１の高圧８５０ｐｓｉｇまでの圧縮（ＴＨＰ（Ｐ＝８５０ｐｓｉ））、（２）１８０ｐｓｉｇから第１の高圧３０００ｐｓｉｇまでの圧縮（ＴＨＰ（Ｐ＝３０００ｐｓｉ））、および（３）（１）および（２）の平均である。便宜上、液体は、仮説的圧縮において被る圧力および温度条件のいずれ下においても、沸騰または凍結しないと仮定される。グラフの第１の（より低い）実線は、ある範囲の質量比ｍｗ／ｍａにわたる、ＬＰ圧縮の最終温度を表し、点線は、８５０ｐｓｉｇまでの発泡体圧縮後の最終液体温度を表し、破線は、３，０００ｐｓｉｇまでの発泡体圧縮後の最終液体温度を表し、破線と点線との間の実線は、８５０ｐｓｉｇおよび３，０００ｐｓｉｇ最終温度の平均を表す。
【０２２２】
図１５のグラフ内の全４つの曲線は、ほぼ双曲線特性であって、ｍｗ／ｍａがゼロになるにつれて、断熱条件に接近し、ｍｗ／ｍａが無限大になるにつれて、ゼロに接近する。被られるであろう温度限界のため、低ｍｗ／ｍａ（ゼロに接近する）が、望ましくないことは、熱力学、液体、および混合相系の原理を適切に熟知した人には明白となるであろう。高温は、液体の沸騰（例えば、液体が、発泡体から分離され、その圧力が低下されるとき）、界面活性剤化合物の分解、または他の望ましくない影響につながり得る。同様に、高ｍｗ／ｍａ（無限大に接近する）は、より大きな液体の圧送率を要求し、圧力のポテンシャルエネルギーが貯蔵されない。さらに、ｍｗ／ｍａが増加するにつれて、「発泡体」が、もはや持続できず、気泡が存在するような、ある質量の液体が産生される点に到達するであろう。過剰に高いｍｗ／ｍａの他の不利点の中でもとりわけ、ピストンは、そのような混合物の圧縮に若干のみの影響しかもたらすことができなくなるであろう。圧縮気体エネルギー貯蔵システムの効率的動作は、概して、作業流体（例えば、２相混合物）が、有意に圧縮性ではない場合、実行不可能である。したがって、図１５のグラフは、例えば、ｍｗ／ｍａ＝２に近い適度な質量比ｍｗ／ｍａを有する発泡体が、圧縮気体エネルギー貯蔵システムにおいて実現されるとき、最も効率的である可能性が高いという結論を支持する。そのような質量比は、例えば、質量比１対４、より好ましくは、１．５対３を含む。
【０２２３】
圧縮気体エネルギー貯蔵システムにおける２つの流体相（例えば、発泡体中の液体および気体）の採用は、発泡体として混ぜ合わさせられるか、または液体、発泡体、および気体留分に分離されるかのいずれかである、液体ならびに圧縮された気体の貯蔵を伴い得るが、圧縮された気体のみ、有意な圧力ポテンシャルエネルギーを貯蔵する。液体の貯蔵は、エネルギー貯蔵システムに対して、付加的または寄生コストをもたらし得る。すなわち、過剰な熱交換液体が、貯蔵される場合、エネルギー貯蔵システムの費用効果は、低減され得る。大量の圧縮された気体の貯蔵に対して、貯蔵コストはさらに、総システムコストに影響を及ぼし得、そのような場合、大量の液体を貯蔵するコストは、桁違いの費用となり得る。図１６におけるグラフは、３，０００ｐｓｉｇの最大圧力を伴う圧縮された気体エネルギー貯蔵システムに対する発泡体質量比ｍｗ／ｍａの関数として、気体貯蔵体積率としての付加的液体体積（すなわち、貯蔵リザーバ内の気体のみに対する貯蔵リザーバ体積と比較して、液体が、気体とともに圧力貯蔵リザーバ内に貯蔵される場合の２相系に対する付加的貯蔵体積）を示す。ゼロの質量比に対しては、ゼロ液体貯蔵となる。５の質量比に対しては、気体体積の約１．２倍の液体体積が、貯蔵されなければならない。約２の質量比に対しては、液体の体積は、貯蔵されなければならない気体の量の約半分となるように、貯蔵されなければならない。図１６は、図１５同様に、２に近い質量比が、効率的、かつ費用効果的圧縮気体エネルギー貯蔵システムの動作を支援する可能性が高いという結論を支持する。
【０２２４】
図１７は、約３，０００ｐｓｉｇ〜約２５０ｐｓｉｇの高速気体膨張の間、実質的に等温気体循環を維持する、水性発泡体および液滴噴霧のエネルギー性能を比較する、実験データのグラフである。データは、高圧試験台内で生じる等温気体膨張に対して示される。グラフ上の各記号は、単一等温膨張を表す。液体と空気との間の熱交換は、これらの実験では、４つの方法で達成される。すなわち、（１）圧縮の間の気体中への水液滴噴霧（黒円形）、（２）膨張に先立った気体中への水液滴噴霧（黒三角形）、（３）膨張の間の気体中への水性発泡体噴霧（白円形）、および（４）「事前発泡体噴霧」とも称される、膨張に先立った気体中への水性発泡体噴霧（白三角形）である。
【０２２５】
図１７のグラフの垂直軸は、等温効率、すなわち、理想的等温膨張によって期待される仕事によって除算される、膨張する気体によって行われる仕事である。図１７のグラフの水平軸は、相対的噴霧仕事、すなわち、膨張の間の気体によって行われる総仕事によって除算される、液滴または発泡体の噴霧を産生する（例えば、噴霧ヘッドを通して、液体を付勢することによって）ために要求される仕事である。例えば、所与の膨張実験では、３００ｋＪの仕事が、等温で膨張する気体によって行われ、３ｋＪの仕事が、その膨張の間に生成される発泡体を産生するために要求される場合、その実験に対する相対的噴霧仕事は、０．０１（３ｋＪ÷３００ｋＪ）である。相対的噴霧仕事が低いほど、全体的システム効率を増加させるため、望ましい。噴霧仕事は、一般に、等温エネルギー貯蔵および回収システムに対する寄生負荷である。噴霧圧送仕事は、圧力降下によって乗算される、噴霧体積に関連し、例えば、パイプおよびノズルを通して流体を付勢し、表面積および液体と気体との間の近接を最大限にすることによって、噴霧される液体と膨張または圧縮する気体との間の高速熱伝達を助長する、高品質の噴霧または水性発泡体を生成するために要求される仕事である。
【０２２６】
図１７のグラフ内の第３の実験変数は、数字をプロットされる実験点と関連付けることによって、事前発泡体噴霧実験（白色三角形）に対して示される。各事前噴霧点による数字は、その実験に対する発泡体質量比を指す。本明細書では、発泡体質量比は、水性発泡体の所与の体積中の液体質量と気体質量の比として定義される。例えば、１立方メートルの所与の発泡体が、２ｋｇの液体および１ｋｇの気体を含有する場合、その発泡体の質量比は、２．０（２ｋｇ÷１ｋｇ）である。質量比は、グラフ内の全点に対して示され得るが、便宜上、事前発泡体噴霧に対してのみ示される。
【０２２７】
図１７のグラフは、等温圧縮気体エネルギー貯蔵および生成システムにおける熱伝達のための発泡体の採用に関するいくつかの記述を支持する。第１に、類似する一式の実験条件に対する水噴霧技法より高い等温効率（例えば、約２〜５等温効率パーセント点）が、事前発泡体噴霧を使用して達成可能である。（本記述はまた、図１５のグラフによっても支持される。）第２に、事前発泡体噴霧実験の大部分は、低相対的噴霧仕事ならびに高等温効率を有する。事前発泡体噴霧実験の集積点は、相対的噴霧仕事０．０２の近くに集中しており、等温効率は、０．９２〜０．９５に集中していることに留意されたい。第３に、比較的高等温効率（約０．９４）が、ほとんどの場合に、比較的に低質量比（１．８対５．５）によって、事前発泡体噴霧によって達成される。再び、相対的噴霧仕事０．２の近くに集中し、等温効率は、０．９２〜０．９５に集中していることに留意されたい。
【０２２８】
発泡体は、大液体−気体表面接触面積を含有し、２相（液体および気体）間の熱伝達を促進する。等温気体膨張または圧縮の間の熱伝達のための発泡体の使用は、液滴噴霧等の非発泡体ベースの技法に勝るいくつかの利点をもたらす。これらの利点として、以下が挙げられる。（１）所与の液体−気体表面接触面積（および、対応する熱伝達率）に対して、発泡体は、典型的には、噴霧より有意に少ないエネルギーを使用して生成され得る。（２）熱交換液体に添加するために有利であり得る、腐食防止および／または他の薬剤は、内在する界面活性剤（発泡化）特性を有し得る。したがって、熱伝達のための発泡化を含む、複数の利点が、いくつかのみの添加剤（または、単に、１つ）を含有する、熱交換液体を使用して達成され得る。（３）液滴は、気体を急速に沈下（水滴降下）させる傾向にある一方、発泡体は、発泡化挙動に寄与する界面活性剤または他の物質の特性に応じて、比較的に持続性であり得る。したがって、液滴と異なり、発泡体は、気体が、シリンダチャンバ内で膨張または圧縮を受けている間、あるいはチャンバ内への気体の移送に先立って、および／またはそれと並行してのいずれかにおいて、気体の中へ注入され得る。発泡体生成は、したがって、例えば、液滴噴霧を生成するシリンダ内の噴霧ヘッドの設置と比較して、シリンダの外部の場所であってもよい。発泡体生成をシリンダの外側の場所にすることは、シリンダ内部体積の増加および発泡体生成機構に関するサイズ制約の緩和を含め、いくつかの利点を有する。発泡体生成をシリンダの外側の場所にすることはまた、必ずしも、シリンダの動作と同期されずに、連続的または一時的発泡体生成を可能にする一方、シリンダ内側の発泡体または噴霧生成は、シリンダの動作と同期される傾向となる。ある量の発泡化液体が、シリンダチャンバ内への気体の収容の間またはそれに先立ってのいずれかにおいて、ある量の気体に添加され、シリンダチャンバを発泡体で実質的に充填してもよい。気体が、シリンダチャンバ内で膨張または圧縮されるにつれて、発泡体が、対応して、膨張または圧縮され、膨張または圧縮全体を通して、シリンダチャンバを実質的に充填し続ける。本明細書では、我々は、シリンダ行程時間に対して持続的である発泡体、すなわち、膨張および圧縮が、所与のシステム内で生じる時間尺度にわたって、有意に消耗されない発泡体が、採用されると仮定する。膨張または圧縮全体を通した発泡体の持続性は、気相と液相との間の熱伝達を膨張または圧縮全体を通して生じさせることによって、等温性を促進する。（４）その結果が図１７に描写される実験では、発泡体実験のみ、同時に、高等温効率、低相対的噴霧仕事、および低質量比を達成する。すなわち、最高等温効率（約０．９３５）を伴う噴霧液滴実験は、１０を上回る質量比（グラフに図示せず）および相対的噴霧仕事約０．０３５〜０．０９５を有する一方、多くの事前発泡体噴霧実験は、相対的噴霧仕事０．０３５未満および質量比３．６〜５．５を伴う、同等またはより高い等温効率を有する。一般に、事前発泡体噴霧は、図１７にグラフ化された一連の実験において検証された他の方法より低い質量比を伴って、より高い等温効率およびより低い相対的噴霧仕事を達成する。所与の等温効率および所与の開始圧力（膨張の際）または終了圧力（圧縮の際）に対して、所与の体積のシリンダ内において、より低い質量比が、シリンダチャンバ内により少ない非圧縮性液体およびより多くの気体が存在するため、より高い質量比より多くの気体を単一サイクルにおいて圧縮または膨張させることが可能であることから、より低い質量比は、有利である。シリンダサイクルあたりより多くの気体を処理することは、全体的システム電力密度を上昇させる。より低い質量比の付加的利点は、以下のように生じる。すなわち、シリンダチャンバ内への流体の注入の間またはシリンダチャンバからの流体の排除の間、圧力降下が、弁を通して生じ、付随するシステム非効率性を伴う。弁を通る所与の流量に対して、圧力降下は、弁を通過する流体の質量密度にほぼ比例する。発泡体の平均質量密度は、より低い質量比を伴う発泡体に対してより低くなる。したがって、シリンダ内および外への発泡体の通過の間の減圧損失は、より低い質量比を伴う発泡体に対してより低くなる。
【０２２９】
質量比は、発泡体の膨張または圧縮の間、閉鎖シリンダ内でほぼ一定のままである。発泡体内の泡は、膨張の間、成長し、圧縮の間、収縮する傾向にあるが、液体および気体成分の質量は、気体の溶液からの溶解または発生および液体成分の気液相変化から生じる影響から切り離されて、概して、固定されたままである。
【０２３０】
図１８は、その他の点では描写されない、エネルギー貯蔵および生成のためのより大型のシステムの一部であり得る、システム１８００の概略図である。システム１８００は、３つの異なる膨張比を有する発泡体１８１２、１８１４、１８１６の生成および分離のために、２つのシリンダ１８０２および１８０４と、装置１８０６、１８０８、１８１０とを有する。本明細書では、発泡体の「膨張比」は、発泡体の体積の液体成分の体積によって除算される、所与の量の発泡体の総体積である。例えば、１立方メートルの発泡体が、０．１立方メートルの液体を含有する場合、発泡体の膨張比は、１０．０である（１立方メートル÷０．１立方メートル）。質量比と異なり、膨張比は、発泡体が膨張または圧縮されるにつれて、一定のままである傾向にはない。むしろ、膨張比は、発泡体が圧縮されるにつれて減少し、膨張させられるにつれて、増加する傾向にある。
【０２３１】
各発泡体生成装置１８０６、１８０８、１８１０は、発泡体容器（それぞれ、１８１８、１８２０、および１８２２）および再循環ポンプ（それぞれ、１８２４、１８２６、および１８２８）を特徴とする。シリンダ１８０２は、比較的に高圧範囲内で動作し（例えば、約３００ｐｓｉｇ〜約３，０００ｐｓｉｇ）、シリンダ１８０４は、ある範囲の比較的に低圧範囲内で動作する（例えば、約３００ｐｓｉｇ〜約０ｐｓｉｇ）。各発泡体容器１８１８、１８２０、１８２２は、別個の圧力容器（図１８に描写されるように）、シリンダ（または、その一部）に接続されるパイプ類、および／またはシリンダ（または、その一部）に接続されるマニホールドを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【０２３２】
システム１８００が、膨張機として動作されるとき、貯槽（図示せず）からの気体は、高圧で高圧発泡体容器１８１８に収容されてもよい。そこで、気体は、熱交換液体と組み合わされ、所望の質量比を有する、水性発泡体を形成する（または、既に存在する発泡体を増強する）。発泡体は、シリンダ１８０２への移送に先立って、高圧発泡体容器１８１８内に蓄積する、生成されるにつれて、高圧シリンダ１８０２に通過される、または両方であってもよい。気体を熱交換液体と組み合わせ、水性発泡体を形成する機構は、図１８に描写されない。例示的機構は、後続図に描写される。発泡体破砕のため、高圧発泡体容器１８１８内に蓄積する液体は、ポンプ１８２４によって、容器１８１８内に再循環されてもよい。他の実施形態では、ポンプ１８２４は、反転されてもよく、容器１８１８の上部により近い場所から、空気または低密度発泡体が、容器１８１８の底部内へ圧送され、発泡体を再生成してもよい（例えば、散布プロセス）。システム１８００が、膨張機として動作されるとき、高圧容器１８１８からの高圧にある発泡体は、シリンダ１８０２の上側チャンバ１８３０に収容される。発泡体は、チャンバ１８３０内で膨張し、一定質量比を留保するが、その膨張比を増加させる（例えば、約５〜約１５倍）。中間圧（例えば、約３００ｐｓｉｇ）へのチャンバ１８３０内の気体の膨張後、発泡体は、ピストン１８３２の戻り行程によって、チャンバ１８３０から押動される。チャンバ１８３０から流出する発泡体は、発泡体容器１８２０内へと通過する。発泡体容器１８２０では、発泡体は、再循環ポンプ１８２６を含むもの等、適切な機構によって、再構成されてもよい。発泡体は、シリンダ１８０４への移送に先立って、中間圧容器１８２０内に蓄積される、生成／維持されるにつれて、シリンダ１８０４に通過される、または両方であってもよい。中間圧発泡体容器１８２０は、システム１８００の中間圧（例えば、約３００ｐｓｉｇ）において、発泡体を含有および生成する。
【０２３３】
中間圧発泡体容器１８２０からの発泡体は、低圧シリンダ１８０４の上側チャンバ１８３４に収容される。発泡体は、チャンバ１８３４内で膨張し、膨張の間、一定質量比を留保するが、その膨張比を増加させる（例えば、約１０〜約１５倍）。低圧（例えば、約５ｐｓｉｇ）へのチャンバ１８３４内の気体の膨張後、発泡体は、ピストン１８３６の戻り行程によって、チャンバ１８３４から押動される。チャンバ１８３０から流出する発泡体は、低圧発泡体容器１８２２内へと通過する。低圧発泡体容器１８２２では、発泡体は、低圧気体が、実質的に、システム１８００からの熱交換液体の損失を伴わずに、通気口１８３８を通して排出され得るように、その液体および気体成分に分離される。
【０２３４】
システム１８００が、圧縮機として動作されるとき、環境からの気体が、低圧（例えば、大気圧）において、低圧発泡体容器１８２２に収容されてもよい。そこで、気体は、熱交換液体と組み合わされ、所望の質量比を有する、水性発泡体を形成する。発泡体は、シリンダ１８０４への移送に先立って、低圧発泡体容器１８２２内に蓄積する、生成されるにつれて、低圧シリンダ１８０４に通過される、または両方であってもよい。発泡体破砕のため、低圧発泡体容器１８２２内に蓄積する液体は、ポンプ１８２８によって、容器１８２２内へ再循環されてもよい。システム１８００が、圧縮機として動作されるとき、容器１８２２からの低圧にある発泡体は、シリンダ１８０４の上側チャンバ１８３４に収容される。発泡体は、チャンバ１８３４内で圧縮され、一定質量比を留保するが、その膨張比を減少させる。中間圧（例えば、約３００ｐｓｉｇ）へのチャンバ１８３４内の気体の圧縮後、発泡体は、チャンバ１８３４から排出される。チャンバ１８３４から流出する発泡体は、中間圧発泡体容器１８２０内へと通過する。発泡体容器１８２０では、発泡体は、適切な機構、例えば、再循環ポンプ１８２６を含むもの等、適切な機構によって再構成されてもよい。発泡体は、シリンダ１８０２への移送に先立って、中間圧容器１８２０内に蓄積する、生成／維持されるにつれて、シリンダ１８０２に通過される、または両方であってもよい。
【０２３５】
中間圧発泡体容器１８２０からの発泡体は、高圧シリンダ１８０２の上側チャンバ１８３０に収容される。発泡体は、チャンバ１８３０内で圧縮され、圧縮の間、一定質量比を留保するが、その膨張比を減少させる。高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉｇ）へのチャンバ１８３０内の気体の圧縮の間またはその後、発泡体は、チャンバ１８３０から流出し、高圧発泡体容器１８１８を介して、高圧貯槽（図１８には図示せず）内へと通過する。高圧発泡体容器１８１８では、発泡体は、高圧気体が、実質的に、システム１８００からの熱交換液体の損失を伴わずに、高圧貯槽に移送され得るように、その液体および気体成分に分離されてもよい。代替として、または併用して、発泡体は、容器１８１８から、高圧貯槽へと通過され、そこで、水性発泡体として貯蔵される、その液体および気体成分に分離される、または部分的そのような分離下にあってもよい。
【０２３６】
シリンダ１８０２、１８０４および発泡体生成装置１８０６、１８０８、１８１０は、図１８に描写されない熱交換サブシステムを通して、流体を循環させてもよく、および／または図１８に描写されない単一または複数の蓄熱井戸と連通してもよい。
【０２３７】
図１９は、適度な液体対空気質量比（例えば、２：１）に対応する高膨張比（例えば、４００：１）を有する、低圧（例えば、ほぼ大気圧）における発泡体の生成のための装置を含む、例示的システム１９００の概略図である。システム１９００は、気体の等温膨張および圧縮のための垂直に配向されたシリンダ配列における、上方から見た断面として描写される、３つの２シリンダサブシステム（１９０２、１９０４、１９０６）を含む。３つの２シリンダサブシステムの例示的システム１９００における描写は、例示である。各サブシステムが、１つ、３つ、またはそれ以上のシリンダを含む、他の数のサブシステムもまた、想定され、本発明の範囲内である。２シリンダシステム１９０２、１９０４、および１９０６はそれぞれ、高圧シリンダ（それぞれ、１９０８、１９１０、および１９１２）および低圧シリンダ（それぞれ、１９１４、１９１６、および１９１８）を含む、または本質的にそれから成る。発泡体の生成のための装置は、噴霧チャンバ１９２０と、濾膜１９２２と、低圧シリンダ１９１４、１９１６、および１９１８へ発泡体（典型的には、本明細書では、点描することによって、図１９および他の場所に表される）を導くマニホールド１９２４と、ファン１９２６と、随意の通気口およびボール弁１９２８とを含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよく、その機能は、以下に説明される。装置内における発泡体の生成の間、低圧（例えば、ほぼ大気圧）における空気は、入口１９３０を通して、噴霧チャンバ１９２０に収容される。空気は、ファン１９２６（または、他の好適な機構）によって、濾膜１９２２に向かって加速される。リザーバ１９３２、発泡体容器、または他の源からの流体は、ポンプ１９３４によって、ファン１９３０によって加速された気流内に設置される、１つ以上の噴霧ヘッド１９３６（または、他の好適な分散機構）に圧送される。噴霧ヘッド１９３６からの噴霧１９３８は、濾膜１９２２（例えば、金属メッシュ、網、固体発泡体材料）に向かって指向される。濾膜１９２２を通過して、空気および噴霧１９３８は、組み合わされ、水性発泡体１９４０を形成する。発泡体１９４０は、好適な弁およびパイプ（図示せず）を介して、低圧シリンダ１９１４、１９１６、および１９１８のチャンバ内に指向されてもよい。
【０２３８】
マニホールド１９２４が、最初に、発泡体を含有していない、起動動作モードでは、気体は、（低圧シリンダ１９１４、１９１６、および１９１８内へではなく）マニホールド１９２４が、実質的にまたは完全に、発泡体１９４０で充填されるまで、発泡体の生成の間、弁１９２８から指向されてもよく、それに応じて、弁１９２８は、閉鎖されてもよく、発泡体１９４０は、低圧シリンダ１９１４、１９１６、および１９１８内へ指向されてもよい。弁１９２８は、種々の実施形態では、通気口（図示せず）に接続されてもよく、任意の液体吸気を流体リザーバ１９３２に戻す接続を有してもよく、および／または入口１９３０に逆接続されてもよい。
【０２３９】
図１９に描写される、発泡体生成装置（噴霧チャンバ１９２０、濾膜１９２２、およびマニホールド１９２４を含む）の生成容量は、装置が発泡体を供給するシリンダまたは複数のシリンダへの平均発泡体吸気流量、あるいはピーク発泡体吸気流量に対応するように定寸されてもよい。本明細書では、発泡体発生器の生成容量は、単位時間（ｍ３／秒）あたりに産生することができる、発泡体の体積である。リザーバからの高速発泡体流量または事前に生成された発泡体塊は、流動する発泡体を、部分的または全体的に破砕させる、剪断力を伴い得る。すなわち、十分な速度で発泡体を生成することは、そのような剪断力を緩和し得る。他の発泡体発生器（本明細書に描写されるものおよび本明細書に描写されない実施形態におけるもの両方）もまた、ピーク流量に対応し、剪断力による発泡体の分離を緩和するために定寸されてもよい。
【０２４０】
図２０は、適度な液体対空気質量比（例えば、２：１）に対応する高膨張比（例えば、４００：１）を有する、低圧（例えば、ほぼ大気圧）における水性発泡体の生成および分離ための装置を特徴とする、例示的システム２０００の概略図である。システム２０００は、気体の等温膨張および圧縮のために、垂直に配向されたシリンダ配列を上方から見た断面として描写される、３つの２シリンダサブシステム（２００２、２００４、２００６）を含む。３つの２シリンダサブシステムの例示的システム２０００における描写は、例示である。各サブシステムが、１つ、３つ、またはそれ以上のシリンダを含む、他の数のサブシステムもまた、想定され、本発明の範囲内である。
【０２４１】
２シリンダシステム２００２、２００４、および２００６はそれぞれ、高圧シリンダ（それぞれ、２００８、２０１０、および２０１２）および低圧シリンダ（それぞれ、２０１４、２０１６、および２０１８）を含む。発泡体の生成のための装置は、３つのチャンバ：噴霧チャンバ２０２０と、低圧シリンダ２０１４、２０１６、および２０１８への発泡体を導くマニホールド２０２２と、分離チャンバ２０２４とを含む。噴霧チャンバ２０２０は、濾膜２０２４によって、マニホールド２０２２から分割され、ファン２０２６と、１つ以上の噴霧ヘッド２０２８と、噴霧チャンバ２０２０内への気体の通過の遮断または許可のいずかを可能にするルーバまたはフラップ２０３０とを含有してもよい。ルーバ２０３０は、空気逆止弁として作用し、マニホールド２０２２上に示される矢印の反対方向における逆流を防止してもよい。マニホールド２０２２は、マニホールド２０２２から分離チャンバ２０２４内への気体および／または発泡体２０３４の通過の遮断または許可のいずかを可能にするルーバまたはフラップ２０３２によって、分離チャンバ２０２４から分離される。分離チャンバ２０２４は、発泡体２０３４を気体成分および液体成分２０３８に分離する、発泡体破砕機構２０３６を含有する。図２０では、発泡体破砕機構２０３６は、回転泡立器である。発泡体の破砕のための他の方法および機構（例えば、他の形態の機械的撹拌、濾膜、フィルタ、超音波）も、想定され、本発明の範囲内である。分離チャンバ２０２４内の液体２０３８は、パイプ類２０４０によって、リザーバ２０４２に運搬され、そこから、新しい発泡体２０３４に再循環するために、ポンプ２０４４によって、パイプ類２０４６を通して、噴霧ヘッド２０２８に圧送されてもよい。大気通気口または開口部２０４８は、発泡体２０３４の生成の間、噴霧チャンバ２０２０内への低圧気体の流入を可能にし、発泡体２０３４の破砕の間、分離チャンバ２０２４からの低圧気体の流出を可能にする。噴霧チャンバ２０２０内への気体の流入の間、随意の清浄フィルタ２０５０が、大気圧空気内の粒子および／または他の汚染物質の噴霧チャンバ２０２０内への収容を防止する。分離チャンバ２０２４からの気体の流出の間、随意の合体フィルタ２０５２は、残りの液体を発泡体、水液滴、および蒸気から除去し、液体が、通気口２０４８にほぼ通過されないように確実にする。種々の他の実施形態では、別個の通気口が、システム２０００内への気体の流入およびそこからの気体の流出のために提供されてもよい。また、種々の他の実施形態では、フィルタ２０５０、２０５２は、図２０に描写される装置の外側に位置してもよい（例えば、種々の他の実施形態で提供される別個の通気口につながるパイプ内）。
【０２４２】
圧縮機としてのシステム２０００の動作の間（例えば、圧縮された空気の圧力ポテンシャルエネルギーとしてエネルギーを貯蔵するため）、空気は、通気口２０４８を通して収容され、フィルタ２０５０を通過し、ファン２０２６によって、噴霧ヘッド２０２８および濾膜２０２４に向かって加速される。液体は、噴霧ヘッド２０２８を通して、圧送される。（随意に、ファン２０２６は、省略されてもよく、気流は、シリンダピストン運動を介して、生成されてもよい。）空気と混ぜ合わせられた噴霧２０５４は、濾膜２０２４に衝打する。比較的に高膨張比を有する発泡体２０３４は、濾膜２０２４を通した混ぜ合わせられた空気および液体の通過によって、生成される。マニホールド２０２２は、発泡体２０３４を低圧シリンダ２０１４、２０１６、および２０１８へ導き、その中へ、発泡体２０３４は、適切な弁（図２０に描写されない）によって収容される。低圧シリンダ２０１４、２０１６、および２０１８内側の発泡体２０３４は、次いで、中間圧（例えば、約３００ｐｓｉｇ）まで圧縮され、その後、発泡体は、高圧シリンダ２００８、２０１０、および２０１２と、可能性として、図２０に描写されない他の装置に、またはそれを通して、移送される。加えて、ファン２０２６、噴霧２０５４、および濾膜２０２４によって生成される発泡体流の量は、過剰発泡体が生成され得るように、シリンダ２０１４、２０１６、および２０１８の要求流量を超えてもよい（例えば、流量をシリンダのピーク要求吸気流量に定寸することによって）。本過剰発泡体は、ルーバ２０３２、発泡体破砕機構２０３６、および分離チャンバ２０２４を通して流動することによって、再循環されてもよい。
【０２４３】
膨張機としてのシステム２０００の動作の間（例えば、圧縮された空気の圧力ポテンシャルエネルギーからエネルギーを生成するため）、ルーバ２０３０は、典型的には、閉鎖され、発泡体生成機器２０２４、２０２８、２０２６を通る逆流を防止するであろう。シリンダ対２００２、２００４、および２００６内の空気の膨張後、低圧にある発泡体２０３４（例えば、ある瞬間の間、約５ｐｓｉｇ、次いで、その後、ほぼ大気圧）は、低圧シリンダ２０１４、２０１６、および２０１８から流出し、マニホールド２０２２を通過し、分離チャンバ２０２４に流入する。分離チャンバ２０２４では、低圧発泡体２０３４は、発泡体破砕機構２０３６に遭遇し、その気体および液体２０３８成分に分離される。本分離は、完全ではなくてもよいが、最小発泡体膨張比は、劇的に減少されるであろう（例えば、４００：１膨張比の発泡体から２：１膨張比の発泡体および空気）。液体２０３８（または、低膨張比発泡体）は、リザーバ２０４２に運搬され、気体成分は、合体フィルタ２０５２を通過し、通気口２０４８を通して通気される。
【０２４４】
図２１は、適度な液体対空気質量比（例えば、２：１）に対応する低膨張比（例えば、８：１〜２：１）を有する、高圧（例えば、７５０〜３，０００ｐｓｉｇ）における発泡体の生成のための装置を特徴とする、例示的システム２１００の概略図である。システム２１００は、気体の等温膨張および圧縮のために、垂直に配向されたシリンダ配列を上方から見た断面として描写される、３つの２シリンダサブシステム（２１０２、２１０４、２１０６）を含む。３つの２シリンダサブシステムの例示的システム２１００における描写は、例示である。各サブシステムが、１つ、３つ、またはそれ以上のシリンダを含む、他の数のサブシステムもまた、想定され、本発明の範囲内である。２シリンダシステム２１０２、２１０４、および２１０６はそれぞれ、高圧シリンダ（それぞれ、２１０８、２１１０、および２１１２）および低圧シリンダ（それぞれ、２１１４、２１１６、および２１１８）を含む。発泡体の生成のための装置は、噴霧チャンバ２１２０と、随意の通気口およびボール弁２１２２と、水性発泡体２１２６を高圧シリンダ２１０８、２１１０、および２１１２に導くマニホールド２１２４とを含む、または本質的にそれから成る。ポンプ２１２８は、リザーバまたは他の源２１３０から、噴霧チャンバ２１２０内の１つ以上の噴霧ヘッドまたは他の好適な分散機構（図示せず）に、液体（または、随意に、空気または液体および空気）を圧送する。高圧にある空気は、パイプ類２１３２によって、噴霧チャンバ２１２０に導かれる。噴霧チャンバを通る高圧空気の通過は、空気を噴霧２１３４と混ぜ合わせ、発泡体２１２６を形成する。高圧および低膨張比における発泡体生成は、堅調であって、発泡体は、（ｉ）濾膜（図１２に示される濾膜１２２４等）の使用、および／または（ｉｉ）付勢気流（例えば、発泡体は、シリンダ２１０８、２１１０、２１１２ピストン移動および／またはファンの不在下で生成されてもよい）の有無にかかわらずに生成され得る。噴霧２１３４は、全て、液体、全て空気、または液体および空気の混合物であってもよく、水平に、垂直上向きに、垂直下向きに、または他の配列に従って、噴霧チャンバ２１２０内で噴霧されてもよい。他の実施形態では、高圧および低膨張比発泡体は、噴霧チャンバ２１２０内に内蔵された回転インペラの使用を通して等、液体および空気の機械的撹拌によって生成されてもよい。発泡体２１２６は、好適な弁およびパイプ（図示せず）を介して、高圧シリンダ２１０８、２１１０、および２１１２のチャンバ内へ指向されてもよい。リザーバ２１３０は、高圧空気源（パイプ類２１３２における）と同一の装置であって、可能性として、パイプ類の場所によってのみ分離されてもよい（例えば、大部分の高圧空気が、２１３２を通して指向され、大部分の高圧液体が、ポンプ２１２８を通して指向されるように、２１３２は、貯蔵リザーバの上部に接続され、２１３０は、リザーバの底部にある）。２１３２を通して流動する流体は、主として発泡体であってもよく、チャンバ２１２０は、水性発泡体を補給する、均質化する、その膨張比を変化させる、または別様に精製するためだけに作用してもよい。
【０２４５】
マニホールド２１２４が、最初に、発泡体を含有していない、起動動作モードでは、気体は、（高圧シリンダ２１０８、２１１０、および２１１２内へではなく）マニホールド２１２４が、実質的にまたは完全に、発泡体２１２６で充填されるまで、発泡体の生成の間、弁２１２２から指向されてもよく、それに応じて、弁２１２２は、閉鎖されてもよく、発泡体２１２６は、高圧シリンダ２１０８、２１１０、および２１１２内へ指向されてもよい。弁２１２２から指向された高圧気体または発泡体は、貯蔵リザーバ２１３０、パイプ２１３２、噴霧チャンバ２１２０内へ再循環されてもよく、または別様に再循環されてもよい。ポンプ（図示せず）は、パイプ２１３２から、弁２１２２を通して、流体を引き込み、次いで、再循環ループ内のリザーバ２１３０、パイプ２１３２、または噴霧チャンバ２１２０に戻すために使用されてもよい。
【０２４６】
図２２は、適度な液体対空気質量比（例えば、２：１）に対応する中間膨張比（例えば、３６：１〜２８：１）を有する、中間圧（例えば、２００〜３００ｐｓｉｇ）における発泡体の生成のための装置を特徴とする、例示的システム２２００の概略図である。システム２２００は、気体の等温膨張および圧縮のために、垂直に配向されたシリンダ配列を上方から見た断面として描写される、３つの２シリンダサブシステム（２２０２、２２０４、２２０６）を含む。３つの２シリンダサブシステムの例示的システム２２００における描写は、例示である。各サブシステムが、１つ、３つ、またはそれ以上のシリンダを含む、他の数のサブシステムもまた、想定され、本発明の範囲内である。２シリンダシステム２２０２、２２０４、および２２０６はそれぞれ、高圧シリンダ（それぞれ、２２０８、２２１０、および２２１２）および低圧シリンダ（それぞれ、２２１４、２２１６、および２２１８）を含む。発泡体の生成のための装置は、発泡体２２２２が生成または再生成され、高圧シリンダ２２０８、２２１０、および２２１２から、低圧シリンダ２２１４、２２１６、２２１８（膨張の間）に、または低圧シリンダ２２１４、２２１６、２２１８から、高圧シリンダ２２０８、２２１０、および２２１２（圧縮の間）に、発泡体２２２２を導く、組み合わされた噴霧チャンバおよびマニホールド２２２０を含む、または本質的にそれから成る。
【０２４７】
膨張または圧縮の間、中間圧における中間膨張比を有する、発泡体が、チャンバ／マニホールド２２２０に流入する。ポンプ２２２４は、流体（例えば、チャンバ／マニホールド２２２０内の発泡体から分離された空気、発泡体、または液体）を引き込み、チャンバ／マニホールド２２２０内へ、ノズルまたはヘッド２２２６（または、他の好適な分散機構）を通して、流体を逆注入する。注入された流体２２２８は、好適な弁およびパイプ（図示せず）を介して、高圧シリンダ２２０８、２２１０、および２２１２または低圧シリンダ２２１４、２２１６、２２１８のいずれかのチャンバ内へ指向され得る、十分に安定した水性発泡体２２２２の形態において、チャンバ／マニホールド２２２０内の常駐域を占有する。濾膜、メッシュ、または固体発泡体等、示されない付加的構成要素も、発泡体の生成を補助するために使用されてもよい。
【０２４８】
種々の実施形態は、発泡体または発泡化され得る熱交換液体の循環のための効率的圧送方式を採用する。図２３は、気体を圧縮または膨張させる、例示的システム２３００を描写する。システム２３００は、シリンダ２３０４の内部を遠位チャンバ２３０８および近位チャンバ２３１０に分割する、摺動可能に配置されるピストン２３０６を含有する、空気圧シリンダ２３０４を採用する。関連付けられたパイプ２３１２および双方向性弁２３１４を伴う、ポートまたは複数のポート（図示せず）は、高圧貯蔵リザーバ２３１６からの気体が、所望に応じて、チャンバ２３０８と交換されることを可能にする。高圧貯蔵リザーバは、セパレータとして作用してもよく、その中で、発泡体の液体成分は、発泡体の気体成分から分離されてもよい。代替実施形態では、異なるセパレータ（図示せず）構成要素が、液体および気体を分離するために採用されてもよく、バッフル、機械的剪断要素、メッシュ、超音波剪断要素、および／または他のそのような要素を含む、分離および発泡体破砕を促進する要素を含有してもよい。関連付けられたパイプ２３１８および双方向性弁２３２０を伴う、シリンダ２３０４の空気チャンバの終端キャップ内のポートまたは複数のポート（図示せず）は、チャンバ２３０８からの流体が、通気口２３２２を通して、所望に応じて、周囲大気から収容される、またはそこに排出されることを可能にする。図示されないが、代替実施形態では、通気口２３２２は、１つ以上の付加的空気圧シリンダによって置換されてもよい。図示されない、ポートまたは複数のポートは、空気圧シリンダ２３０４の下側チャンバ２３１０の内部が、常時、周囲大気と自由に連通することを可能にする。代替実施形態では、シリンダ２３０４は、複動式であって、チャンバ２３１０は、チャンバ２３０８同様、種々の動作状態において、高または低圧リザーバおよび／または付加的シリンダのいずれかと流体を交換するように具備される。
【０２４９】
ロッド２３２４の遠位端（すなわち、図２３におけるシリンダ２３０４の例示的垂直配向に対して、上側端）は、ピストン２３０６に連結される。ロッド２３２４の近位（下側）端は、線形機械力および回転機械力を相互変換する１つ以上の油圧シリンダまたはクランクシャフト（図示せず）等のいくつかの機構に接続されてもよい。
【０２５０】
エネルギー回収または膨張動作モードでは、貯蔵リザーバ２３１６は、高圧流体２３２６およびある量の熱伝達流体２３２８で充填される。流体２３２６は、本質的にまたは主に、気体または発泡体のいずれかから成ってもよい。熱交換流体２３２８は、噴霧またはいくつかの他の様式で作用されると、発泡化する傾向にある液体であってもよい。容器２３１６の底部に描写される熱交換流体２３２８の蓄積は、本質的にまたは主に、液体または発泡体のいずれかから成ってもよい。ピストン２３０６が、その行程の上部（すなわちシリンダ２３０４の「上死点」）近傍またはそこにあるとき、ある量の気体が、弁２３１４およびパイプ２３１２を介して、シリンダ２３０４の上側チャンバ２３０８内へ導入され始めてもよい。ピストン２３０６およびそのロッド２３２４は、次いで、下向きに移動するであろう（シリンダ２３０４は、随意に配向されてもよいが、本例示的実施形態では、垂直に配向されて示される）。熱交換流体２３２８は、１つ以上の噴霧ヘッド２３３０を介して、チャンバ２３０８内へ注入されてもよい。図２３に描写される噴霧ヘッド２３３０は、例示にすぎない。他のデバイス（例えば、１つ以上のノズルまたは回転ブレード）を使用して、熱交換流体を空気チャンバ２３０８内へ導入してもよい。図２３の例示的実施形態では、発泡体は、機構（例えば、噴霧ヘッド２３３０）を通した流体の注入によって、シリンダ２３０４内で生成または再生成されることができる。種々の他の実施形態では、発泡体は、シリンダ２３０４の外部で生成される（図２３に描写されない機構によって）。熱交換流体（液体または発泡体）は、部分的または完全に、チャンバ２３０８を充填してもよい。流体２３３２（液体または発泡体）の蓄積は、ピストン２３０６の上側表面上で生じてもよい。
【０２５１】
システム２３００は、圧力、ピストン位置、および／または温度センサ（図示せず）を装備し、制御システム（図示せず）を介して、制御される。システム２３００はまた、噴霧ヘッド２３３０への加圧された熱交換流体の供給のためのポンプシリンダ２３３４を特徴とする。ポンプシリンダ２３３４はシリンダ２３３４の内部を上側チャンバ２３３８および下側チャンバ２３４０に分割する、摺動可能に配置されるピストン２３３６を含有する。熱交換流体は、部分的または完全に、ポンプシリンダ２３３４の上側チャンバ２３３８を充填してもよい。関連付けられたパイプ２３４２および双方向性弁２３４４を伴う、ポートまたは複数のポート（図示せず）は、低圧リザーバ２３４８からの流体２３４６が、所望に応じて、チャンバ２３３８と交換されることを可能にする。リザーバは、発泡体リザーバおよび／または発泡体の液体成分を発泡体の気体成分から分割するセパレータとして作用してもよい。図示されない、ポートまたは複数のポートは、ポンプシリンダ２３３４の下側チャンバ２３４０の内部が、常時、周囲大気と自由に連通することを可能にする。ピストン２３３６は、ロッド２３５０に連結される。空気圧シリンダ２３０４のロッド２３２４およびポンプシリンダ２３３４のロッド２３５０は、単一機械的デバイス（図示せず）、例えば、それらを固定位相関係に維持する、クランクシャフトに継合されてもよい（例えば、ロッド２３５０は、ロッド２３２４が、その最大下向きに変位に到達すると常に、その最大上向きに変位に到達してもよい）。ポンプシリンダ２３３４は、随意に配向されてもよいが、本例示的実施形態では、垂直に配向される。
【０２５２】
低圧リザーバ２３４８内の熱交換流体２３４６は、高圧貯槽２３１６内の熱交換流体２３２８、空気圧シリンダ２３０４内の流体２３３２の蓄積、およびポンプシリンダ２３３４の上側チャンバ２３３８内の流体と混合可能および／または交換可能である。すなわち、全てのこれらの流体塊は、図２３では、明確にするために、別個に標識されるが、システム２３００の動作の過程において、相互に、ならびにパイプ、弁、およびシステム２３００の他の構成要素内に存在する任意の熱交換流体と混ぜ合わせられ、交換されてもよい。好ましくは、図２３の２つのリザーバ２３１６、２３４８内の熱交換流体の蓄積２３２８、２３４６は、本質的に、発泡化されない（但し、発泡可能）熱交換液体を含む、または本質的にそれから成る。
【０２５３】
システム２３００の２つの動作方法、すなわち、「開ループ方法」および「閉ループ方法」が、本明細書に後述される。本明細書に説明される２つの方法は、システム２３００が動作され得る方法の例示であって、包括ではない。また、本明細書に説明されるようなこれらの２つの動作方法における種々のステップの相対的タイミングまたは位相整合も、例示である。他のパターンの相対的タイミングまたは位相整合も、想定され、本発明の範囲内である。
【０２５４】
本明細書に説明されるシステム２３００のこれらの２つの動作方法（すなわち、閉ループ方法および開ループ方法）はそれぞれ、気体がエネルギーを貯蔵するために圧縮される、圧縮モードと、気体がエネルギーを放出するために膨張させられる、膨張モードとを有する。
【０２５５】
（開ループ動作方法：圧縮モード）
本明細書では、「開ループ圧縮」動作方法と称される、システム２３００の一方の動作モードの初期状態では、ピストン２３０６は、空気圧シリンダ２３０４の上死点にあって、ピストン２３３６は、ポンプシリンダ２３３４の上死点である。弁２３１４、２３４６、および２３５２は、閉鎖され、弁２３２０および２３４４は、開放される。ピストン２３０６およびピストン２３３６は、下向きに移動し、ある量の低圧気体を空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内へ、ある量の熱交換流体２３４６（好ましくは、液体）を低圧リザーバ２３４８から、ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８内へ収容する。その一番下の運動限界（すなわち、「下死点」位置）までのピストン２３０６の下向き運動は、チャンバ２３０８を気体で充填しながら、シリンダ２３０４の「吸気行程」を継続する。その一番下の運動限界（すなわち、「下死点」位置）までのピストン２３３６の下向き運動は、チャンバ２３３８を熱交換流体で充填しながら、ポンプシリンダ２３３４の「吸気行程」を継続する。
【０２５６】
弁２３２０および２３４４は、次いで、閉鎖され、弁２３４６は、開放されてもよく、ピストン２３０６および２３３６は、その個別のシリンダ内の上向き行程を開始してもよい。ピストン２３０６の上向き運動は、空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内の流体を圧縮する傾向にあり、ピストン２３３６の上向き運動は、ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８から流体を放出する傾向にある。ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８から放出される流体は、弁２３４６および流体の温度を変更し得る随意の熱交換器２３５４を通過する。流体は、次いで、噴霧ヘッド２３３０を通して、シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内へと通過し、噴霧２３５６を形成する。流体２３５６は、発泡体として、チャンバ２３０８に流入するか、またはチャンバ２３０８内で気体と混ぜ合わせることによって、発泡体を形成するかのいずれかを行う。流体２３５６は、部分的または完全に、チャンバ２３０８を充填してもよく、ピストン２３０６の上部に流体２３３２の蓄積を形成してもよい。流体２３３２の蓄積は、発泡体またはチャンバ２３０８内の発泡体から分離された液体を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【０２５７】
ピストン２３０６の上向き（圧縮）行程の所定の点において、弁２３１４は、開放され、可能性として、熱交換流体２３３２（例えば、発泡体の液体成分として）を含む、加圧された流体を、パイプ類２３１２を通して、高圧貯槽２３１６内に流動させてもよい。ピストン２３０６によって、チャンバ２３０８から放出される熱交換流体２３３２は、高圧貯槽２３１６内の流体２３２８の蓄積を形成する、またはそれに追加されてもよい。流体２３２８の蓄積は、リザーバ２３１６内の発泡体から分離された熱交換液体を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【０２５８】
その運動限界（上死点）までのピストン２３０６の上向き運動は、貯槽２３１６内への加圧された気体および流体の放出を伴って、空気圧シリンダ２３０４の「圧縮行程」を継続する。システム２３００の開ループ動作方法における完全圧縮行程は、連続して、低圧リザーバ２３４８から、ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８を通して、随意の熱交換器２３５４を通して、空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内、および高圧貯槽２３１６内への熱交換流体（好ましくは、液体）２３４６の一方向または「開ループ」経路を伴う。本明細書に前述のような開ループ圧縮モードにおけるシステム２３００の１つ以上の連続サイクルの間、熱交換液体２３２８は、高圧貯槽２３１６内に蓄積してもよい。
【０２５９】
閉ループ動作方法の圧縮モードに関して前述の動作のシーケンスは、例示であって、本および他の実施形態において変動されてもよい。以下の他のモードおよび動作方法に関して説明される動作のシーケンスもまた、例示であって、他の実施形態では、変動され得る。
【０２６０】
（開ループ動作方法：膨張モード）
本明細書では、「開ループ膨張」動作モードと称される、システム２３００の別の動作モードの初期状態では、ピストン２３０６は、空気圧シリンダ２３０４の上死点にあって、ピストン２３３６は、ポンプシリンダ２３３４の下死点である。ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８は、熱交換流体（好ましくは、液体）で充填される。弁２３２０、２３４４、および２３５２は、閉鎖され、弁２３１４および２３４６は、開放される。ピストン２３０６は、下向きに移動し、ある量の高圧気体を空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内に収容する。同時に、ポンプシリンダ２３３４のピストン２３３６は、下向きに移動する。チャンバ２３３８からの熱交換流体は、弁２３４６、随意の熱交換器２３５４、および噴霧ヘッド２３３０を通過し、空気圧シリンダのチャンバ２３０８に流入する。ある後続の所定の点において、弁２３１４は、閉鎖されてもよい一方、ピストン２３０６は、その下向き運動を継続し、ピストン２３３６は、その上向き運動を継続する。
【０２６１】
貯槽２３１６からの高圧気体（または、発泡体）のチャンバ２３０８内への導入の間およびその後、空気圧シリンダ２３０４の上死点から下死点へのピストン２３０６の運動は、本明細書では、空気圧シリンダ２３０４の「膨張行程」と称される。ポンプシリンダ２３３４の上死点から下死点へのピストン２３３６の運動は、本明細書では、ポンプシリンダ２３３４の「圧送行程」と称される。空気圧シリンダ２３０４の膨張行程およびポンプシリンダ２３３４の圧送行程、ならびに本明細書に説明される本および他の実施形態の他のシリンダ行程は、等持続時間であってもよく、同時に、開始および終了してもよく、または異なる持続時間であってもよく、同時に、開始および終了しなくてもよい。
【０２６２】
膨張行程および圧送行程の完了後、弁２３１４および２３４６は、閉鎖され、弁２３２０および２３５２は、開放されてもよい。空気圧シリンダのピストン２３０６は、次いで、上死点から下死点へ移動する一方、チャンバ２３０８内の流体は、放出される。好ましくは、放出される流体は、発泡体を含む、または本質的にそれから成り、容器２３４８に流入し、そこで、その気体成分が、通気口２３２２を通して排出され得、その液体成分２３３２が、低圧リザーバ２３４８内の液体２３４６として蓄積し得るように、その気体成分と液体成分とに分離される。上死点から下死点へのピストン２３０６の上向き運動は、チャンバ２３０８からの低圧気体および液体の放出を伴って、シリンダ２３０４の「排気行程」を継続する。並行して、シリンダ２３３４は、吸気行程を行う、すなわち、ピストン２３３６は、上死点から下死点へ移動し、チャンバ２３３６は、高圧貯槽２３１６からの熱交換流体（好ましくは、液体）２３２８で充填される。
【０２６３】
システム２３００の開ループ動作方法におけるシリンダ２３０４の膨張行程は、連続して、高圧貯槽２３１６から、ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８を通して、随意の熱交換器２３５４を通して、空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内、および低圧リザーバ２３４８内への熱交換流体２３２８の一方向または「開ループ」経路を伴う。開ループ膨張モードにおけるシステム２３００の１つ以上の連続サイクルの間、熱交換流体２３２８は、高圧貯槽２３１６から除去され、低圧リザーバ２３４８内の液体２３４６として蓄積する。開ループ圧縮モードにおけるシステム２３００の動作周期は、高圧貯槽２３１６内の熱交換液体の蓄積２３２８を生じさせる傾向にあるであろう。開ループ膨張モードにおけるシステム２３００の後続動作周期は、高圧貯槽２３１６からの熱交換液体の蓄積２３２８を除去し、それを低圧リザーバ２３４８に戻す傾向にあるであろう。
【０２６４】
（閉ループ動作方法：圧縮モード）
本明細書では、「閉ループ圧縮」動作方法と称される、システム２３００の別の動作モードの初期状態では、ピストン２３０６は、空気圧シリンダ２３０４の上死点にあって、ピストン２３３６は、ポンプシリンダ２３３４の上死点である。弁２３１４、２３４４、および２３４６は、閉鎖され、弁２３２０および２３５２は、開放される。ピストン２３０６およびピストン２３３６は、下向きに移動し、ある量の低圧流体（気体または発泡体）を空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内へ、高圧貯槽２３１６からのある量の熱交換流体（好ましくは、液体）２３２８をポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８内へ収容する。空気圧シリンダ２３０４は、吸気行程を行い、ポンプシリンダ２３３４は、吸気行程を行う。
【０２６５】
弁２３２０および２３５２は、次いで、閉鎖され、弁２３４６は、開放されてもよく、ピストン２３０６および２３３６は、その個別のシリンダ内で上向き行程を開始してもよい。ピストン２３０６の上向き運動は、空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内の流体を圧縮する傾向にあり、ピストン２３３６の上向き運動は、ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８から流体を放出する傾向にある。ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８から放出される流体は、弁２３４６および流体の温度を変更し得る随意の熱交換器２３５４を通過する。流体は、次いで、噴霧ヘッド２３３０を通して、シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内へと通過する。流体は、部分的または完全に、チャンバ２３０８を発泡体で充填してもよい。流体の蓄積２３３２は、ピストン２３０６の上部に形成され得る。ピストン２３０６の上向き（圧縮）行程における所定の点では、弁２３１４は、開放され、加圧された気体および／または発泡体を、パイプ類２３１２を通して、高圧貯槽２３１６内へと流動させてもよい。ピストン２３０６によって、チャンバ２３０８から放出される熱交換流体２３３２は、高圧貯槽２３１６内の流体２３２８の蓄積を形成し得る。流体２３２８の蓄積は、発泡体またはリザーバ２３１６内の発泡体から分離された液体を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【０２６６】
その運動限界（上死点）までのピストン２３０６の上向き運動は、貯槽２３１６内への加圧された流体の放出を伴って、空気圧シリンダ２３０４の「圧縮行程」を継続する。システム２３００の閉ループ動作方法における圧縮行程は、連続して、空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８から、高圧貯槽２３１６内、ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８内、随意の熱交換器２３５４を通して、および空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内への熱交換流体（好ましくは、液体）２３２８の循環または閉ループ経路を伴う。
【０２６７】
（閉ループ動作方法：膨張モード）
本明細書では、「閉ループ膨張」動作モードと称される、システム２３００の別の動作モードの初期状態では、ピストン２３０６は、空気圧シリンダ２３０４の上死点にあって、ピストン２３３６は、ポンプシリンダ２３３４の下死点にある。ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８は、熱交換流体で充填される。弁２３２０、２３４４、および２３５２は、閉鎖され、弁２３１４および２３４６は、開放される。ピストン２３０６は、下向きに移動し、ある量の高圧気体（または、発泡体）を空気圧シリンダのチャンバ２３０８内へ収容する。同時に、ピストン２３３６は、下向きに移動する。チャンバ２３３８からの熱交換流体（好ましくは、液体）は、弁２３４６、随意の熱交換器２３５４、および噴霧ヘッド２３３０を通過し、空気圧シリンダのチャンバ２３０８に流入する。ある後続の所定の点において、弁２３１４は、閉鎖されてもよい一方、ピストン２３０６は、その下向き運動を継続し、ピストン２３３６は、その上向き運動を継続する。空気圧シリンダ２３０４は、膨張行程を行い、ポンプシリンダ２３３４は、圧送行程を行う。
【０２６８】
シリンダ２３０４の膨張行程およびポンプシリンダ２３３４の圧送行程の完了後、弁２３１４および２３４６は、閉鎖され、弁２３２０および２３５２は、開放されてもよい。空気圧シリンダ２３０４のピストン２３０６は、次いで、上死点から下死点へ移動する一方、チャンバ２３０８内の低圧流体は、パイプ２３１８を通して、放出される。好ましくは、放出される流体は、発泡体を含む、または本質的にそれから成り、容器２３４８に流入し、そこで、その気体成分が、通気口２３２２を通して排出され得、その液体成分２３３２が、低圧リザーバ２３４８内の液体２３４６として蓄積し得るように、その気体成分と液体成分とに分離される。空気圧シリンダ２３０４は、排気行程を行う。同時に、ポンプシリンダ２３３４は、吸気行程を行う。
【０２６９】
システム２３００の閉ループ動作方法における膨張行程は、連続して、空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８から、低圧リザーバ２３４８内、ポンプシリンダ２３３４のチャンバ２３３８を通して、随意の熱交換器２３５４を通して、および空気圧シリンダ２３０４のチャンバ２３０８内への熱交換流体２３３２の循環または「閉ループ」経路を伴う。
【０２７０】
種々の他の実施形態は、エネルギー貯蔵システム内で熱交換流体（例えば、発泡体または発泡化液体）を効率的に循環させるために、ポンプとしても作用する、空気圧シリンダを採用する。図２４Ａおよび２４Ｂは、気体を圧縮または膨張させ、同時に、液体ポンプとして作用する、空気圧シリンダ２４００を描写する。図２４Ａは、シリンダ２４００のある動作状態を描写し、図２４Ｂは、シリンダ２４００の別の動作状態を描写する。
【０２７１】
シリンダ２４００は、シリンダ２４００の内部を遠位（上側）チャンバ２４０８および近位（下側）チャンバ２４１０に分割する、摺動可能に配置されるピストン２４０６を含有する。関連付けられたパイプ類２４１２および双方向性弁２４１４、２４１６を伴う、ポートまたは複数のポート（図示せず）は、上側チャンバ２４０８が、（ａ）高圧流体貯蔵リザーバ（図示されないが、文字「ＨＰ」によって示される）、または（ｂ）低圧流体リザーバ（図示されないが、「ＬＰ」によって示される文字）のいずれかと流体連通に置かれることを可能にする。ＬＰリザーバは、低圧にある液体を含有してもよく、その気体部分は、通気口（図示せず）を通して、周囲大気と自由に連通してもよい。ポートまたは複数のポート（図示せず）は、第１のシリンダの下側チャンバ２４１０を低圧（例えば、周囲大気圧）にある気体と連続流体連通に置く。シリンダ２４００は、円筒形断面であり得、その上側端において、シリンダ２４００の上側終端キャップに接続される、管２４１８を組み込む。管２４１８は、中空であって、熱交換液体で充填されてもよい。ピストン２４０６は、熱交換液体で充填され得る、本明細書では、ロッド空所２４２０と称される、中心穿通中空または空所２４２０を含有する、ロッド２４２２に接続される。管２４１８は、その近位（下側）端が開放され、管２４１８内の空所が、ロッド空所２４２０と一定に流体連通するように十分に長い（例えば、ピストン２４０６が、下死点にあるときでも）。ガスケット材２４２４は、ロッド２４２２およびピストン２４０６が、移動し、上側チャンバ２４０８と管２４１８およびロッド２４２２の連通する空所との間の流体連通を防止するにつれて、管２４１８が、ロッド２４２２内で伸縮することを可能にする。ピストン２４０６およびロッド２４２２が、上向きに移動すると、図２４Ａに描写されるように、管２４１８およびロッド２４２２内で連通する空所の総体積は、減少し、連通する空所内に流体を加圧し、連通する空所から、管２４１８を通して、それを放出する傾向にある。ピストン２４０６およびロッド２４２２が、図２４Ｂに描写されるように、下向きに移動すると、管２４１８およびロッド２４２２内で連通する空所の総体積は、増加し、連通する空所内の流体の圧力を低下させ、および／または管２４１８を通して、連通する空所内へ流体を収容する傾向となるであろう。ポンプをシリンダのロッド内に組み込むことにより、別個のまたは付加的クランクシャフト動程または他の機械的駆動接続を排除することによって、より高い効率が、達成され得る。
【０２７２】
図２５は、気体を圧縮および／または膨張させるために、図２４Ａおよび２４Ｂに描写されるタイプの２つのシリンダを採用する、システム２５００を描写する。図２３におけるシステム２３００と異なり、システム２５００は、熱交換液体を効率的に循環させるために、離散または別個の水ポンプ（例えば、図２３のポンプシリンダ２３３４）を採用しない。
【０２７３】
システム２５００は、２つのシリンダ２４０２、２４０４（以下、第１のシリンダおよび第２のシリンダと称される）を採用し、両シリンダ２４０２、２４０４は、図２４Ａおよび２４Ｂに描写されるシリンダ２４００に類似する。第２のシリンダ２４０４は、第２のシリンダ２４０４の内部を遠位（上側）チャンバ２４２８および近位（下側）チャンバ２４３０に分割する、摺動可能に配置されるピストン２４２６を含有する。関連付けられたパイプ２４３２および双方向性弁２４３４、２４３６を伴う、ポートまたは複数のポート（図示せず）は、上側チャンバ２４２８が、（ａ）好ましくは、第１のシリンダ２４０２が、弁２４１４を通して接続され得るものと同一である、高圧流体貯蔵リザーバ（図示されないが、文字「ＨＰ」によって示される）、または（ｂ）好ましくは、第１のシリンダ２４０２が、弁２４１６を通して接続され得るものと同一である、低圧流体リザーバ（図示されないが、文字「ＬＰ」によって示される）のいずれかと流体連通に置かれることを可能にする。ＬＰリザーバは、低圧にある液体を含有してもよく、その気体部分は、通気口（図示せず）を通して、周囲大気と自由に連通してもよい。ポートまたは複数のポート（図示せず）は、下側チャンバ２４３０を低圧（例えば、周囲大気圧）にある気体と連続流体連通に置く。
【０２７４】
シリンダ２４０４もまた、シリンダ２４０２同様に、円筒形断面であり得、その上側端において、シリンダ２４０４の遠位終端キャップに接続される、中空管２４３８を組み込む。管２４３８の内部は、熱交換液体で充填されてもよい。ピストン２４２６は、熱交換液体で充填され得る、中心穿通ロッド空所２４４０を含有する、ロッド２４４２に接続される。管２４３８は、その下側端が開放され、管２４３８内の空所は、ロッド空所２４４０と流体連通する。ガスケット材２４４３は、ロッド２４４２およびピストン２４２６が、移動し、上側チャンバ２４２８と管２４３８およびロッド２４４２の連通する空所との間の流体連通を防止するにつれて、管２４３８が、ロッド２４４２内で伸縮することを可能にする。ピストン２４２６およびロッド２４４２が、上向きに移動すると、管２４３８およびロッド２４４２内で連通する空所の総体積は、減少し、その中の流体を加圧する傾向となるであろう。
【０２７５】
第１のシリンダ２４０２内の管２４１８の上側端は、双方向性弁２４４４、２４４６、２４４８に接続される。弁２４４４は、管２４１８の内部を高圧貯蔵リザーバ（ＨＰ）と流体連通に置いてもよい。弁２４４６は、管２４１８の内部を低圧リザーバ（ＬＰ）と流体連通に置いてもよい。弁２４４８は、管２４１８の内部から、随意の熱交換器２４５０を通して、そこから、第２のシリンダ２４０４のチャンバ２４２８内の噴霧ヘッド２４５２へ流体を流動させてもよい。噴霧ヘッド２４５２を通過する発泡化液体２４５４は、チャンバ２４２８に流入する。図２５に描写される噴霧ヘッド２４５２、２４６４は、例示にすぎない。他のデバイス（例えば、回転ブレード）を使用して、空気チャンバ２４０８、２４２８内へ熱交換流体を導入してもよい。図２５の例示的実施形態では、発泡体は、適切な機構（例えば、噴霧ヘッド２４５２、２４６４）を通した流体の注入によって、シリンダ２４０２、２４０４内で生成または再生成されてもよい。種々の他の実施形態では、発泡体は、（本明細書のいずれかに説明されるように）図２５に描写されない機構によって、シリンダ２４０２、２４０４の外部で生成される。
【０２７６】
同様に、シリンダ２４０４内の管２４３８の上側端は、双方向性弁２４５６、２４５８、２４６０に接続される。弁２４５６は、管２４３８の内部を、好ましくは、管２４１８が弁２４４４を介して連通するものと同一である、高圧貯蔵リザーバ（ＨＰ）と流体連通に置いてもよい。弁２４５８は、管２４３８の内部を、好ましくは、管２４１８が、２４４６を介して連通するものと同一である、低圧リザーバ（ＬＰ）と流体連通に置いてもよい。弁２４６０は、管２４３８の内部から、随意の熱交換器２４６２を通して、そこから、シリンダ２４０２のチャンバ２４０８内の噴霧ヘッド２４６４へ流体を流動させてもよい。噴霧ヘッド２４６４を通過する液体は、チャンバ２４０８に流入し、好ましくは、チャンバ２４０８内で発泡体を形成する。
【０２７７】
弁２４４４、２４５６は、熱交換液体が、重力の影響下、沈降（例えば、発泡体から分離）し、したがって、気体または発泡体のものではなく、液体の通過を制御する傾向にあり得る、ＨＰ貯蔵のその部分と流体連通させる。
【０２７８】
システム２５００は、圧力、ピストン位置、および／または温度センサ（図示せず）を装備し、制御システム（図示せず）を介して制御される。ロッド２４２２、２４４２の近位（下側）端は、第’６７８号および第’８４２号特許に説明されるように、線形機械的電力および回転式機械的電力を相互変換するために、１つ以上の油圧シリンダまたは共通クランクシャフト（図示せず）等の機構に接続されてもよい。
【０２７９】
システム２５００は、第１のシリンダ２４０２のロッド２４２２内の空所２４２０が、チャンバ２４２８内の気体の膨張または圧縮の間、第２のシリンダ２４０４のチャンバ２４２８内へ熱交換流体を駆動するポンプとして作用し、第２のシリンダ２４０４のロッド２４４２内の空所２４４０が、チャンバ２４０８内の気体の膨張または圧縮の間、第１のシリンダ２４０２のチャンバ２４０８内へ熱交換液体を駆動するポンプとして作用するように、動作されてもよい。熱交換液体を循環させる離散または別個のポンプは、本方法によって、不必要となる。
【０２８０】
図２３のシステム２３００同様に、システム２５００は、少なくとも２つの動作方法、すなわち、「開ループ方法」および「閉ループ方法」に従って、動作されてもよい。これらの２つの動作方法は、システム２５００が動作され得る方法の例示であって、包括ではない。システム２５００のこれらの２つの動作方法（すなわち、閉ループ方法および開ループ方法）はそれぞれ、エネルギーを貯蔵するために気体が圧縮される、圧縮モードと、エネルギーを放出するために気体が膨張させられる、膨張モードとを有する。
【０２８１】
（開ループ動作方法：膨張モード）
本明細書では、「開ループ膨張」動作方法と称される、システム２５００のある動作モードでは、第２のシリンダ２４０４は、膨張行程を行う一方、第１のシリンダ２４０２は、排気行程を行い、発泡化熱交換液体を第２のシリンダ２４０４内へ噴霧する。２つのシリンダは、次いで、役割を反転してもよく、システム２５００による気体の膨張が、所望される限り、吸気および膨張行程を交互させてもよい。
【０２８２】
開ループ膨張動作方法の初期動作状態では、第１のシリンダ２４０２のピストン２４０６は、下死点にあって、第２のシリンダ２４０４のピストン２４２６は、上死点にある。弁２４１６、２４４８、２４５８、および２４３４は、開放され、全ての他の弁は、閉鎖される。弁２４１６は、低圧空気を第１のシリンダ２４０２のチャンバ２４０８から流出させる一方、ピストン２４０６は、上向き（排気）行程を行う。弁２４４８は、第１のシリンダ２４０２のロッド空所２４２０から、随意の熱交換器２４５０を通して、および第２のシリンダ２４０４の噴霧ヘッド２４５２を通して、熱交換液体を流動させ、好ましくは、その中に発泡体２４５４を形成する。弁２４５８は、低圧（ＬＰ）リザーバからの熱交換流体を第２のシリンダ２４０４のロッド空所２４４０に流入させる。弁２４３４は、高圧貯槽からの気体を第２のシリンダ２４０４の上側チャンバ２４２８に流入させる。本初期動作状態では、液体蓄積２４６６が、ピストン２４０６の上部に存在し得、ピストン２４２６上部の液体蓄積２４６８は、若干存在する、または不在である。本初期動作状態後、発泡体２４５４は、チャンバ２４２８内の等温気体の膨張を可能にしてもよく、ピストン２４２６上部に流体蓄積２４６８を形成し得る。
【０２８３】
第２のシリンダ２４０４の膨張行程の間の所定の点において、弁２４３４は、閉鎖され、上側チャンバ２４２８へのより高圧気体の収容を防止してもよい。チャンバ２４２８に既に収容された気体は、膨張し続け、ピストン２４２６およびその関連付けられたロッド２４４２は、それらが下死点に到達するまで、下向きに移動するであろう。並行して、ピストン２４０６およびその関連付けられたロッド２４２２は、上死点に移動し、排気行程を行う。第１のシリンダ２４０２のピストン２４０６上部のいかなる液体蓄積２４６６も、排気行程の後半の部分の間、ＬＰリザーバ内へ放出させるであろう。
【０２８４】
開口部弁２４１４、２４６０、２４３６、および２４４６を開放し、全ての他の弁を閉鎖することによって、システム２５００は、次いで、前述の開ループ膨張動作方法の初期動作状態に類似するが、２つのシリンダの役割が反転される、動作状態に置かれてもよい。すなわち、第１のシリンダ２４０２は、膨張行程を実行するように準備され、第２のシリンダ２４０４は、排気行程を実行するように準備される。第１のシリンダ２４０２が気体を膨張させる、膨張サイクルは、第２のシリンダ２４０４が気体を膨張させる、膨張サイクルと無限に交互されてもよい（但し、ＨＰ貯槽の容量によって制限される）。
【０２８５】
第２のシリンダ２４０４が、膨張行程を行う間、低圧にある熱交換流体は、弁２４５８を通して、第２のシリンダ２４０４のロッド空所２４４０を充填する。並行して、第１のシリンダ２４０２のロッド空所２４２０内の熱交換流体は、弁２４４８を通して、加圧および放出される。したがって、第１のシリンダ２４０２は、その排気行程の間、第２のシリンダ２４０２が膨張行程を行うにつれて、熱交換液体を第２のシリンダ２４０２に供給するポンプとして作用する。同様に、第２のシリンダ２４０４が、排気行程を行う一方、第１のシリンダ２４０２が、同時膨張行程を行うとき、第２のシリンダ２４０４は、熱交換液体を第１のシリンダ２４０２へ供給するポンプとして作用する。
【０２８６】
（開ループ動作方法：圧縮モード）
本明細書では、「開ループ圧縮」動作方法と称される、システム２５００の別の動作モードでは、２つのシリンダ２４０２、２４０４は、熱交換流体を相互の上側チャンバ２４０８、２４２８内に注入しながら、同時圧縮行程を行う。２つのシリンダは、次いで、そのロッドチャンバ２４２０、２４４０を熱交換液体で補充しながら、同時気体吸気行程を行う。
【０２８７】
開ループ圧縮モードにおける初期動作状態では、ピストン２４０６、２４２６は両方とも、その個別のシリンダ２４０２、２４０４の下死点にあって、ピストン２４０６、２４２６上部のいかなる液体蓄積２４６６、２４６８も、若干存在するか、または不在である。弁２４４８および２４６０は、開放され、全ての他の弁は、閉鎖される。シリンダの上側チャンバ２４０８、２４２８は、低圧にある気圧を含有する。ピストン２４０６、２４２６およびその関連付けられたロッド２４２２、２４４２は、上向きに移動し始め、シリンダ２４０２、２４０４の上側チャンバ２４０８、２４２８内の流体を加圧する傾向となる。ロッド空所２４２０、２４４０から放出される熱交換液体は、管２４１８、２４３８、弁２４４８、２４６０、随意の熱交換器２４５０、２４６２、および噴霧ヘッド２４６４、２４５２を通過し、流体（好ましくは、発泡体、例えば、発泡体２４５４として）をチャンバ２４０８、２４２８内へ注入する。本発泡体は、チャンバ２４０８、２４２８内の等温気体の膨張を可能にし得、ピストン２４０６、２４２６上部に流体（発泡体および／または液体）蓄積２４６６、２４６８を形成し得る。ピストン２４０６、２４２６の同時圧縮行程内の所定の点において、弁２４１４、２４３４は、開放され、加圧された流体（気体または発泡体）を高圧（ＨＰ）貯槽（図示せず）内に流動させてもよい。ピストン２４０６、２４２６によって、チャンバ２４０８、２４２８から放出される熱交換流体２４６６、２４６８は、流体（例えば、分離された液体）の蓄積をＨＰ貯槽内に形成させ得る。
【０２８８】
ピストン２４０６、２４２６は、ピストン２４０６、２４２６が、その個別のシリンダ２４０２、２４０４の上死点にくるまで、２つのシリンダ２４０２、２４０４によって実行される同時圧縮行程の間、上向きに移動する。後続動作状態では、弁２４１６、２４４６、２４５８、および２４３６は、開放され、全ての他の弁は、閉鎖され、ピストン２４０６、２４２６およびその関連付けられたロッド２４２２、２４４２は、その個別のシリンダ２４０２、２４０４の下死点に到達するまで、下向きに移動し、上側チャンバ２４０８、２４２８を低圧気体で、ロッド空所２４２０、２４４０を低圧（ＬＰ）リザーバからの低圧熱交換液体で充填し、したがって、別の同時圧縮行程のために、システムを準備する。
【０２８９】
システム２５００の開ループ動作方法における圧縮行程は、連続的に、ＬＰリザーバから、シリンダ２４０２、２４０４のロッド空所２４２０、２４４０内、噴霧ヘッド２４６４、２４５２を通して、シリンダ２４０２、２４０４の上側チャンバ２４０８、２４２８内、そこから、ＨＰ貯槽内へと熱交換流体の一方向または「開ループ」経路を伴う。開ループ圧縮モードにおけるシステム２５００の１つ以上の連続サイクルの間、熱交換液体は、したがって、ＬＰリザーバから除去され、ＨＰ貯槽内に蓄積する。開ループ圧縮モードにおけるシステム２５００の動作周期（例えば、いくつかのそのようなサイクル）は、ＨＰ貯槽内の熱交換液体の蓄積を生じさせる傾向となるであろう。開ループ膨張モードにおけるシステム２５００の後続動作周期は、ＨＰ貯槽から熱交換液体の蓄積を除去し、それをＬＰリザーバに戻す傾向となるであろう。
【０２９０】
システム２５００がまた、膨張および圧縮モードの両方を有する閉ループ方法に従って動作されてもよいことは、油圧機械の技術を適切に熟知したいかなる人にも明白となるであろう。そのような動作方法は、（ｉ）各圧縮の間、蓄積された熱交換液体２４６６、２４６８をＨＰ貯槽内に偏移させ、ＬＰリザーバからではなく、ＨＰ貯槽から、シリンダ２４０２、２４０４のロッド空所２４２０、２４４０を補充し、および／または（ｉｉ）各膨張の間、蓄積された熱交換液体２４６６、２４６８をＬＰリザーバ内に偏移させ、ＨＰ貯槽からではなく、ＬＰリザーバから、シリンダ２４０２、２４０４のロッド空所２４２０、２４４０を補充するであろう。
【０２９１】
気体膨張／圧縮の両方の間のシリンダ２４０２、２４０４の使用および熱交換流体圧送は、エネルギー貯蔵および回収システム内の機構の数の減少のため、熱交換流体の循環のために離散または別個のポンプを採用するシステムと比較して、システム効率および信頼性を増加させ得る。
【０２９２】
流体（例えば、発泡体）が、弁を通して、空気圧シリンダの空気チャンバへの流入またはそこからの流出のいずれかのとき、通過に伴うエネルギー損失が、最小限にされ得るために、前述のように、弁を通しての圧力降下が最小であることが望ましい。さらに、弁を通過される流体が、発泡体である場合、発泡体がその液体および気体成分に分離されるのを防止するために、または発泡体内の泡のサイズが偶発的に変更されないように防止するために、発泡体に作用する剪断力を最小限にすることが有利であり得る。さらに、液相が、気相同様に、空気圧シリンダの空気チャンバ内に存在する場合（例えば、液体と気体との間の熱交換のために発泡体を採用するシリンダ内の）、弁が、受動的に開放を抑止し、シリンダ内の過圧、すなわち、ハイドロロック現象から構成要素への損傷を防止することが望ましい。ハイドロロック保護を伴う、発泡体の高効率の低剪断流を可能にする弁設計は、２０１１年１１月３０日に出願の米国特許出願第１３／３０７，１６３号（第’１６３号出願）に説明され、その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれ、本発明の実施形態において利用されてもよい。
【０２９３】
図２６は、第’１６３号出願に説明されるタイプの２つの弁２６０２、２６０４、高圧側弁２６０２および抵圧側弁２６０４を特徴とする、空気圧シリンダヘッド２６００の略図である。高圧側弁２６０２は、受動的に開放を抑止し、シリンダ空気チャンバ内の過圧（すなわち、ハイドロロック）を緩和する、牽引式開放弁である。抵圧側弁２６０４は、シリンダ内側の圧力が外側より低いとき（例えば、吸気行程の間）、開放を受動的に抑止する、押動式開放弁である。弁２６０２および２６０４は、弁を通した圧力降下（したがって、エネルギー損失）を最小限にするために、高速作用および高揚力を伴う（すなわち、開放位置において、弁部材と弁座との間の流動を可能にする大面積を伴う）ように設計されてもよい。高揚力はまた、シリンダの空気チャンバ内また外を流動する発泡体に及ぼす剪断力を低減させ、発泡体完全性を保持する。
【０２９４】
図２７は、本発明の種々の実施形態を組み込む、例示的圧縮空気エネルギー貯蔵システム２７００の一部の概略図である。システム２７００は、ある中間圧（例えば、約２００ｐｓｉｇ）とある高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉｇ）との間で気体を膨張および圧縮させる、高圧空気圧シリンダアセンブリ２７０２（図２７では、ＨＰと標識される）と、ある低圧（例えば、約０ｐｓｉｇ）とある中間圧（例えば、約２００ｐｓｉｇ）との間で気体を膨張および圧縮する、低圧空気圧シリンダアセンブリ２７０４と、典型的には、システムの中間圧にある流体（例えば、気体、熱交換液体、発泡体、または分離される気体および液体）を含有する、中間圧容器２７０６（図２７では、ＭＰＶと標識される）と、高圧および軽度に上昇した温度（例えば、５０°Ｃ）で流体を貯蔵可能であって、したがって、圧力ポテンシャルエネルギーおよび熱エネルギー両方の貯槽として作用可能である、貯蔵リザーバ２７０８または相互連通する一式の貯蔵リザーバ（例えば、高圧気体の貯蔵または輸送のために定格されたパイプ類の密閉長）と、比較的に低温（例えば、２０°Ｃ）で適切な量の熱交換液体を保持可能な貯蔵容器／噴霧リザーバ２７１０（例えば、タンク）とを含む。噴霧リザーバ２７１０は、好ましくは、低圧発泡体を液体および気体成分に分離し、気体成分を大気に通気する機構を含む（破線矢印２７１２によって示される）。図２７では、破線矢印は、適切なパイプ類を通る気体の双方向性移動を表し、実線矢印は、適切なパイプ類を通る液体の双方向性移動を表す。対の破線および実線矢印（２７１４、２７１６、２７１８、２７２０）は、システム２７００の種々の構成要素間の気体および液体の移動を示す。噴霧リザーバ２７１０は、液体および気体の両方（例えば、液体および気体の別個の流動として、または水性発泡体の単一の流動として）を低圧シリンダ２７０４と交換してもよく、低圧シリンダ２７０４は、液体および気体を中間圧容器２７０６と交換してもよく、中間圧容器２７０６は、液体および気体を高圧シリンダ２７０２交換してもよく、高圧シリンダ２７０２は、液体および気体を高圧貯槽２７０８と交換してもよい。
【０２９５】
図２７では、高圧シリンダ２７０２、中間圧容器２７０６、および低圧容器２７０４は、「動力装置」の一部、すなわち、熱および圧力ポテンシャルエネルギーを機械的仕事および電気エネルギーと相互変換する、エネルギー貯蔵システム２７００のサブシステムである。高圧貯槽２７０８内の温かい高圧流体からの熱および圧力ポテンシャルエネルギーが、電気エネルギーに変換される、動作モードでは、ある量の流体が、高圧貯槽２７０８から、高圧シリンダ２７０２に移送される。流体は、典型的には、ほぼ同じ温度および圧力にある、気体および液体の両方を含む、または本質的にそれから成る。気体および液体は、高圧シリンダ２７０２への収容に先立って、発泡体に組み合わされてもよく、またはシリンダ２７０２内で発泡化されてもよい。シリンダ２７０２は、その内容物を（例えば、発泡体は、実質的にまたは完全に、シリンダ２７０２の空気チャンバを充填する）元々の高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉｇ）から中間圧（例えば、２００ｐｓｉｇ）に膨張させる。シリンダ２７０２内の発泡体の気体成分が膨張するにつれて、シリンダ２７０２内を移動するピストンに仕事を行い、冷却する傾向にある。しかしながら、温度差が、発泡体の気体成分と液体成分との間に現れるにつれて、熱エネルギーが、液体成分から気体成分に流動する。温度差が大きいほど、液体から気体への熱エネルギーの流動が高速になる傾向となるであろう。したがって、シリンダ２７０２内の水性発泡体構造中で液体および気体を混ぜ合わせることは、発泡体の気体成分の実質的等温膨張を可能にし、シリンダ２７０２に収容される液体中の熱エネルギーの一部を機械的仕事に効果的に変換する傾向となるであろう。
【０２９６】
シリンダ２７０２の内容物が、システム２７００の中間圧に到達すると、中間圧にある液体および気体（例えば、発泡体として）が、中間圧容器２７０６に移送される（矢印２７１８）。中間圧容器は、液体および気体を貯蔵し、発泡体を再生成するため、または発泡体をその気体成分と液体成分とに分離する設備を含んでもよい。中間圧容器２７０６が、中間圧にある十分な量の気体を含有する場合、常に、ある量の気体が、中間圧容器２７０６から低圧シリンダ２７０４に移送される。気体は、中間圧容器２７０６からの熱交換液体と混ぜ合わせられ、実質的にまたは完全に、低圧シリンダ２７０４の空気チャンバを充填する、発泡体を形成する。高圧シリンダ２７０２におけるように、異なる圧力範囲にわたってのみ、低圧シリンダ２７０４内の気体は、膨張させられ、発泡体の液体成分が、気体の膨張をほぼ等温にする傾向となるように、シリンダ２７０４内の移動するピストンに仕事を行う。低圧シリンダ２７０４内の気体の膨張後、シリンダ２７０４内の液体および気体は、比較的に低温およびほぼ大気圧にあって、次いで、噴霧リザーバおよび発泡体セパレータ２７１０に移送される（矢印２７１４）。発泡体の低圧気体成分は、大気（矢印２７１２）に通気され、発泡体の低圧液体成分は、留保される。システム２７００が、エネルギー生成モードにおいて動作されることになるとき、留保された液体が、システム２７００の周囲（環境）温度より冷たい場合、噴霧リザーバ２７１０内の流体は、高圧貯槽２７０８内の高温液体の貯蔵同様に、エクセルギー（ポテンシャル仕事）の貯蔵をもたらす。貯蔵リザーバ２７０８および２７１０は、その内容物が、周囲環境の温度に向かって加温または冷却されるにつれて生じる、エクセルギーの損失を減速させるために、断熱されてもよい。圧縮および／または膨張段階の数、すなわち、図２７に描写される２段階は、例示である。付加的膨張および圧縮段階および中間圧容器が、追加され、圧力範囲をさらに分割してもよい（例えば、３圧縮／膨張段階−０〜８０ｐｓｉｇ、８０ｐｓｉｇ〜５００ｐｓｉｇ、および５００〜３０００ｐｓｉｇ、約８０ｐｓｉｇ〜５００ｐｓｉｇにある中間圧容器を伴う）。
【０２９７】
同様に、システム２７００は、大気圧空気を収容し（矢印２７１２）、連続して、シリンダ２７０４および２７０２内でそれを圧縮することによって、エネルギーを貯蔵してもよい。図２８は、図２７に既に描写されるシステム２７００の一部の略図を示し、部分的に、仮説的２段階圧縮の段階を説明する、時間対温度グラフ２８００を添付する。グラフ２８００の一部から、システム２７００の略図の一部に収束する対の細線は、グラフ２８００のどの部分が、システム２７００のどの部分で生じている温度変化を表すかを示す。グラフ２８００では、破線は、気体の温度を表し、実線は、熱交換液体の温度を表す。
【０２９８】
グラフ２８００は、低圧シリンダ２７０４内の圧縮行程の開始である、時間Ｔ＝０から開始する。シリンダは、気体および液体成分が両方とも、同一の低圧（ほぼ大気圧）および同一の比較的に低温（約２５°Ｃ）にある、発泡体を含有する。Ｔ＝０ミリ秒（ｍｓ）から約Ｔ＝２９０ｍｓまで、発泡体は、シリンダ２７０４内で圧縮される。気体の上昇温度は、破線曲線２８０４によって表される。気体の温度が上昇するにつれて、熱は、発泡体の液体成分に移送され、その温度は、実線曲線２８０６によって表される。曲線２８０４は、気体の温度が、一定ではない、すなわち、気体の圧縮が、純粋に等温ではないことを明確に示す。しかしながら、気体が圧縮を断熱的に受ける場合に生じるであろう温度変化と比較して、実質的にまたはほぼ等温である。断熱の場合、気体の温度は、約５５°Ｃまでではなく、約２９５°Ｃまで上昇するであろう。したがって、シリンダ２７０４内の気体によって被られる圧縮プロセスは、ポリトロープ係数ｎ＝１．０５未満を伴って、合理的に、「実質的に等温」と称され得、断熱の場合より有意な効率利得を実現する。これらの利得は、完全等温圧縮（無限の時間がかかるであろう）に対するものほど大きくはない。
【０２９９】
実線２８０６と破線２８０５（それぞれ、液体および気体温度）との間の差異は、後続膨張の間に回収されることができない、損失エクセルギーを表す。本損失エクセルギーの最小限化は、プロセス時間定数（この場合、圧縮は、約２９０ｍｓ以内に生じる）が、熱伝達時間定数を大幅に下回るときに達成される。熱伝達時間定数は、部分的に、圧縮または膨張する気体と液体との間の表面積および接近性に依存する。小液滴または発泡体マトリクスは、本表面積を最大限にする。一般に、楕円状液滴は、発泡体セルのマトリクスより小さい表面積を有するであろう。したがって、発泡体マトリクスは、より低い熱伝達時間定数、より少ない損失エクセルギー、およびより効率的エネルギー貯蔵システムをもたらし得る。
【０３００】
図２８のグラフ２８００は、気体および液体混合物が、中間圧容器に移送されるため、圧縮が、約Ｔ＝２９０ｍｓで停止することを示す。気体は、約Ｔ＝２９０ｍｓから約Ｔ＝３００ｍｓへの破線曲線２８０４の急激な降下によって示されるように、液体の温度に急速に近似する。シリンダ２７０４内の発泡体（および、任意の分離される液体）は、次いで、中間圧容器２７０６内に含有される。発泡体は、約一定圧力および温度において、中間圧容器内で再生成され（中間圧容器のサイズに応じて、推定上、ＬＰまたはＨＰシリンダからの単一吸気または排出の間、大きな圧力変動を防止するために十分に大きく定寸される）、ＨＰシリンダ２７０２に移送されてもよい。約Ｔ＝７００ｍｓまで、ＨＰシリンダ２７０２の空気チャンバは、実質的にまたは完全に、発泡体で充填され、圧縮行程が、開始する。ＬＰシリンダ２７０４内の圧縮と同様に、発泡体の気体成分の温度は、破線曲線２８１０によって示されるように上昇し（そのような温度上昇は、断熱圧縮の場合と比較して、有意に緩和されている）、発泡体の液体成分の温度は、実線曲線２８１２によって示されるように上昇し、発泡体の気体および液体成分の温度は、圧縮が停止後、約Ｔ＝９５０ｍｓから約Ｔ＝１０００ｍｓの破線曲線２８１０内の急激な降下によって示されるように、急速に平衡化する。実線２８１２と破線２８１０（それぞれ、液体および気体温度）との間の差異は、後続膨張の間に回収されることができない、損失エクセルギーを表す。その後、ＨＰシリンダ２７０２の液体および気体内容物は、高圧貯槽および蓄熱井戸２７０８内に貯蔵され、実線曲線２８１４によって示されるように、ほぼ一定温度および圧力のままである。
【０３０１】
システム２７００は、したがって、エクセルギー貯蔵媒体としての、かつ高速で気体のほぼ等温膨張および圧縮を可能にする両方である、膨張および気体の圧縮の間、気体と発泡化される、熱交換液体を使用する。さらに、種々の外部源（例えば、太陽熱、燃料を燃焼させる発電所からの廃熱）からの熱が、リザーバ２７０８内の流体に移送されてもよい。したがって、リザーバ２７０８内の流体に付加される熱エネルギーは、部分的に、シリンダ２７０２および２７０４内の有用仕事として、したがって、システム２７００からの電力出力として、実現されてもよい。別の実施形態では、付加的熱エネルギーは、熱電併給の形態として、そうでなければ、環境に廃棄されるであろう、発電所等の源からの低位熱の形態で貯槽２７０８内の流体に移送され、後続膨張の間に利用不可能なエネルギーをさらに増加または維持してもよい。加えて、そのような低位熱源（図示せず）からの熱エネルギーは、熱交換器（図示せず）を介して、膨張の間、中間圧容器２７０６に移送され、再生可能エネルギーを増加させてもよい。
【０３０２】
図２９は、本発明の実施形態を組み込む、図２７および図２８のシステム２７００にいくつかの観点において類似する、例示的圧縮空気エネルギー貯蔵システム２９００の一部の概略図である。システム２９００は、ある中間圧（例えば、約２００ｐｓｉｇ）とある高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉｇ）との間で気体を膨張および圧縮させる、高圧空気圧シリンダアセンブリ２９０２（図２９では、ＨＰと標識される）と、ある低圧（例えば、約０ｐｓｉｇ）とある中間圧（例えば、約２００ｐｓｉｇ）との間で気体を膨張および圧縮させる、低圧空気圧シリンダアセンブリ２９０４と、典型的には、システムの中間圧にある流体（例えば、気体、熱交換液体、発泡体、または分離される気体および液体）を含有する、中間圧容器２９０６（図２９では、ＭＰＶと標識される）と、高圧および高温（例えば、５０°Ｃ）で流体を貯蔵可能であって、したがって、圧力ポテンシャルエネルギーおよび熱エネルギー両方の貯槽として作用可能である、貯蔵リザーバ２９０８または相互連通する一式の貯蔵容器（例えば、高圧気体の貯蔵または輸送のために定格されたパイプ類の密閉長）と、比較的に低温（例えば、２０°Ｃ）で適切な量の熱交換液体を保持可能な貯蔵容器／噴霧リザーバ２９１０（例えば、タンク）とを含む。噴霧リザーバ２９１０は、好ましくは、低圧発泡体を液体および気体成分に分離し、気体を大気に通気する（破線矢印２９１２によって示される）ための機構を含む。図２９では、破線矢印は、適切なパイプ類を通る気体の双方向性移動を表し、実線矢印は、適切なパイプ類を通る液体の双方向性移動を表す。
【０３０３】
システム２９００はまた、発泡体（例えば、高圧発泡体）を液体および気体成分に分離するための１つ以上の機構を特徴とする、高圧分離容器２９２２を含む。貯蔵リザーバ２９０８、２９１０、および２９２６は、その内容物が、周囲環境の温度に向かって加温または冷却されるにつれて生じる、エクセルギーの損失を減速させるために断熱されてもよい。噴霧リザーバ２９１０は、液体および気体両方（例えば、液体および気体の別個の流動として、または水性発泡体の単一流動として）を低圧シリンダ２９０４と交換してもよく、低圧シリンダ２９０４は、液体および気体を中間圧容器２９０６と交換してもよく、中間圧容器２９０６は、液体および気体を高圧シリンダ２９０２と交換してもよく、高圧シリンダ２７０２は、気体を高圧貯蔵２９０８と（ポンプ／モータ２９２４を介して）、液体を低圧蓄熱井戸２９２６（例えば、断熱された大気圧タンク）と交換してもよい。
【０３０４】
システム２７００同様に、システム２９００は、圧縮（エネルギー貯蔵）または膨張（エネルギー生成）モードのいずれかで動作されてもよい。システム２９００の圧縮動作モードの間、気体は、システム２７００に関して前述のように、低圧シリンダ２９０４、中間圧容器２９０６、および高圧容器２９０２を通して、段階的に圧縮される。ＨＰシリンダ２９０２内での圧縮後、高圧シリンダ２９０２からの液体および気体（部分的または実質的に、発泡体の形態にある）は、分離容器２９２２に指向され、そこで、液体および発泡体の気体成分は、適切な機構（例えば、バッフル、重力、回転ブレード、超音波、遠心分離、および／または他のそのような機構）によって分離される。分離された発泡体の気体成分は、分離容器２９２２から貯蔵容器２９０８に指向される。比較的に高圧（例えば、３，０００ｐｓｉｇ）および高温（例えば、５０°Ｃ）にある分離された熱交換液体成分は、分離容器２９２２から、ポンプ／モータ２９２４を通して、適切な量の熱交換液体を高温および低圧で保持可能な低圧貯蔵容器２９２６（例えば、タンク）に指向される。熱交換液体の圧力は、分離容器２９２２から、ポンプ／モータ２９２４を通して、貯蔵容器２９２６への通過の間に低下され、ポンプ／モータをモータとして駆動させ、したがって、有用エネルギーを生成する（圧力を上昇させるために液体の圧縮の間に使用されるエネルギーの本部分を回収する）。代替実施形態では、高圧貯蔵リザーバ２９０８は、気体貯蔵および液体／気体セパレータの両方として使用されてもよく、そこで、液体は、水性発泡体の液体部分の重力排水後、気体貯蔵リザーバの底から除去される。本実施形態では、分離容器２９２２は、リザーバ２９０８と別個の要素ではない。一実施形態では、貯蔵リザーバ２９０８は、水性発泡体の比較的に高速の重力排水を促進する、大きな水平表面積を伴う、水平パイプ場である。
【０３０５】
システム２９００のエネルギー生成（膨張）動作モードの間、容器２９２６からの低圧および可能性として高温にある熱交換液体は、ポンプ／モータ２９２４を通して指向される。ポンプモードで動作される、ポンプ／モータ２９２４は、発泡体として、液体と貯蔵リザーバ２９０８からの高圧（例えば、約３，０００ｐｓｉｇ）にある気体の組み合わせをもたらすために十分なレベルまで、液体の圧力を上昇させる。発泡体は、リザーバ２９０８、容器２９２２内、容器２９２２と異なる機構内、および高圧シリンダ２９０２の外部、または高圧シリンダ２９０２の内側で形成されてもよい。ＨＰシリンダ２９０２、中間圧容器２９０６、および低圧容器２９０４内での気体の段階的膨張が、次いで、システム２７００に関して前述のように進む。
【０３０６】
システム２９００は、したがって、エクセルギー貯蔵媒体としての、かつ高速の気体の実質的等温膨張および圧縮を可能にするための両方のために、膨張および気体の圧縮の間、気体と発泡化される、熱交換液体を使用する。システム２７００と異なり、システム２９００は、高圧気体および熱交換液体の両方を貯蔵するために、単一容器（または、相互接続された一式の容器）を使用しない。これは、より小さい体積の高圧貯槽が要求されるという利点を有する。システム２９００の高温側で要求される貯槽（すなわち、容器２９２６内の高温液体および容器２９０８内の高温高圧気体の両方の貯槽）の総体積は、システム２７００に対するものとほぼ同一であるが、容器２９２６が低圧であるため、単位体積あたり高圧容器２９０８より低いコストとなる可能性が高い。
【０３０７】
さらに、種々の外部源からの熱（例えば、太陽熱、燃料を燃焼している発電所からの廃熱）は、高圧に耐える熱交換機構が、そのような熱収集のために必要とされないであろうため、相対的に容易に（高圧貯槽２７００または２９０８の内容物への熱の移送と比較して）蓄熱井戸２９２６内の液体に移送され得る。したがって、蓄熱井戸２９２６に付加される熱エネルギーは、部分的に、シリンダ２９０２および２９０４内の有用仕事として、したがって、システム２９００から熱電併給される電力出力として実現され得る。より低い総貯蔵コストおよび／または熱電併給は、圧縮モードにおいて、分離容器２９２２から蓄熱井戸２９２６内の低圧に、高圧液体を移送すること、および膨張モードの間、蓄熱井戸２９２６からの低圧液体をＨＰシリンダ２９０２内の気体との発泡化のための高圧に圧送することに付随するエネルギー損失を補償する以上となり得る。
【０３０８】
高圧気体の貯蔵のために、固定体積の貯蔵リザーバを採用する、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの生成モードの間、気体は、そのポテンシャルエネルギーが、部分的に、機械および電気エネルギーとして実現され得るために、高圧貯蔵リザーバから、持続的にまたはバッチとして、漸進的に排出される。高圧貯槽のそのような漸進的排気の間、貯槽内の気体の圧力および温度は、ほぼ断熱様式で低下する傾向となるであろう。熱力学の原理を熟知した人には明白となるように、本ほぼ断熱の圧力および温度低下は、より低い利用可能な圧力による回収可能エネルギーの損失および／または温度混合によるエクセルギー損失を伴うであろう。同様に、圧縮気体エネルギー貯蔵システムの貯蔵モードの間、気体は、そのポテンシャルエネルギーが、貯蔵され得るために、持続的にまたはバッチとして、高圧貯蔵リザーバに漸進的に送達される。高圧貯槽への気体のそのような漸進的送達の間、貯槽内の気体の圧力および温度は、ほぼ断熱様式で上昇する傾向となり、より高い圧力に圧縮するための対応して増加する仕事および／または不整合温度による混合エクセルギー損失を伴うであろう。
【０３０９】
高圧貯槽からの気体の排気またはそこへの気体の送達のいずれかの間のエクセルギー損失を防止するために、高圧貯槽内で圧縮または膨張のいずれかを受ける気体と熱交換液体との間の熱交換を維持することが望ましくあり得る。気体と高圧貯槽内の液体との間の熱交換は、部分的または実質的に、高圧貯槽を発泡体で充填することによって達成されてもよく、そこで、発泡体の液体成分は、熱交換液体である。発泡体の液体成分は、熱エネルギーを発泡体の気体成分に放出するか、または熱エネルギーを気体成分から吸収するかのいずれを行う傾向にあり、システムの貯蔵または生成動作モードのいずれかの間、高圧貯槽内の圧力のほぼ等温増加または減少を可能にするであろう。発泡体の液体成分または発泡体混合物の温度は、環境から熱を発散させる、あるいは熱を環境またはいくつかの熱電併給熱源から収集する、高圧貯槽外部の熱交換機構（熱交換器）によってさらに変更されてもよい。発泡体または分離される液体のいずれかは、高圧貯槽外部の熱交換器を通して循環されてもよい。他の実施形態では、熱交換機構（例えば、フィン付き管）は、高圧の内容物が、外部熱交換器に循環させられるのではなく、外部熱交換流体（例えば、環境空気）が、その内容物と混ぜ合わさることなく、高圧貯槽内に循環され得るように、高圧貯槽の内部に提供されてもよい。気体のみの高圧貯槽内に貯蔵された圧縮気体との熱交換のための技法は、２０１１年４月２７日に出願の米国特許出願第１３／０９４，９６０号（第’９６０号出願）に説明され、その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。本損失エクセルギーの最小限化は、プロセス時間定数が、熱伝達時間定数を大幅に下回るときに達成される。一般に、貯蔵リザーバ内での圧縮または膨張は、シリンダおよび動力装置内より遥かに遅い時間定数で生じる。例えば、貯蔵リザーバ内での７５０ｐｓｉｇから３，０００ｐｓｉｇの気体の圧縮は、約１時間かかり得る。熱伝達時間定数は、部分的に、圧縮または膨張している気体と液体との間の表面積および近接性に依存する。小液滴または発泡体マトリクスは、本表面積を最大限にする。一般に、楕円状液滴は、発泡体セルのマトリクスより小さい表面積を有するであろう。したがって、発泡体マトリクスは、より低い熱伝達時間定数、より少ない損失エクセルギー、およびより効率的エネルギー貯蔵システムをもたらし得る。貯蔵リザーバの熱交換に対して、より低品質の発泡体あるいは低品質または断続的噴霧もしくは循環が、所望の熱伝達時間定数（例えば、１時間実質的により低い時間定数）を達成するために十分となり得る。
【０３１０】
図３０は、貯槽からの気体の排気またはそこへの気体の送達の間、貯槽内の圧力において、ほぼ等温変化を達成するために、あるいは熱交換器の使用を通して、熱電併給または他の源から、貯槽内の気体へエネルギーを付加するために、高圧貯槽から流体を循環させる例示的機構の略図である。リザーバ（３００２ａ−３００２ｄ）からの流体は、循環器として動作するポンプ３００６を使用して、熱交換器３００４を通して、循環させられる。循環させられる流体は、気体、または熱交換液体、または気体および液体両方を含む発泡体であってもよい。ポンプ３００６は、循環のために十分な小圧力変化を伴うが、第’４０９号出願に詳述されるように、高圧に耐えることが可能である筐体内で動作する。ポンプ３００６は、実質的にその圧力を増加させずに（例えば、３，０００ｐｓｉ空気に対して、５０ｐｓｉの増加）、熱交換器３００４を通して、高圧流体を循環させる。流体は、次いで、可能性として、リザーバ３００２ａ−３００２ｄ内で発泡体または他の２相混合物（例えば、液滴の噴霧）を再生成する機構を通して、リザーバ３００２ａ−３００２ｄ内に再注入される。このように、貯蔵された圧縮気体の温度は、弁３０１０が閉鎖された状態で、弁３００８を開放し、膨張（リザーバ３００２ａ−３００２ｄからの気体の放出）の間、加熱されることによって、または弁３００８を閉鎖し、弁３０１０を開放し、圧縮（リザーバ３００２ａ−３００２ｄへの気体の送達）の間、冷却されることによって、制御されてもよい（例えば、上昇される、降下される、ほぼ一定に保持される、または内部液体温度にほぼ等しくなるように保持される）。弁３０１０は、開放されると、サブシステム３０００を図２７のシステム２７００等のエネルギー貯蔵システムと流体連通に置く。熱交換器３００４は、任意の種類の標準的熱交換器設計であってもよい。図３０に図示されるのは、高圧空気入口および出口ポート３０１２および３０１４と、低圧シェルポート３０１６および３０１８（外部加熱または冷却源に接続されてもよい）とを伴う、シェル内管型熱交換器である。
【０３１１】
他の実施形態では、発泡体は、リザーバ３００２ａ−３００２ｄから、熱交換器３００４を通して循環させられる。熱交換器３００４の外部ループを通して循環させられる流体は、種々の実施形態では、気体、液体、または発泡体であってもよい。リザーバ３００２ａ−３００２ｄは、図３０では、水平位置に描写されるが、他の配向も、想定され、本発明の範囲内である。
【０３１２】
図３１は、膨張または圧縮に先立って、および／またはその間、圧縮された気体へおよびそこからの熱エネルギーの移送を促進するために、エネルギー貯蔵システム内で圧縮された気体の加熱および冷却のための例示的代替圧縮空気貯蔵リザーバサブシステム３１００の概略図である。描写されるように、貯蔵リザーバ３１０２、３１０４内に貯蔵された流体へおよびそこからの熱エネルギー移送は、ポンプ３１０６を使用して、液体循環を介して、促進される。液体ポンプ３１０６は、循環および噴霧（および／または発泡体生成）のために十分な小圧力変化を伴うが、高圧に耐えることが可能な筐体内で動作する。すなわち、高圧水（または、他の好適な熱伝達流体）を熱交換器３１０８を通して循環させ、実質的にその圧力を増加させずに（例えば、３，０００ｐｓｉｇ以内で貯蔵された圧縮気体を循環および噴霧するために、５０ｐｓｉの増加）、液体を貯蔵リザーバ３１０２および３１０４内へ導入する。熱交換器は、他の実施形態では、省略されてもよく、または迂回されてもよい。熱交換器３１０８は、任意の種類の標準的熱交換器設計であってもよい。本明細書に図示されるのは、高圧液体入口および出口ポート３１１２および３１１４と、低圧シェル液体ポート３１１６および３１１８とを伴う、シェル内管型熱交換器である。シェルポート３１１６および３１１８は、第２の熱交換器、蓄熱井戸、またはある他の流体塊との連通を可能にしてもよい。
【０３１３】
貯蔵リザーバ３１０２、３１０４内における熱交換は、容器３１０２、３１０４内への液体（例えば、水）の能動的噴霧または発泡化によって促進される。本明細書では、「噴霧」は、機械的に液体を液滴に分割するように液体に作用する、機構（例えば、小オリフィス、工業用ノズル、衝突ピンまたはプレートに対して噴霧を指向する機構）を通した液体のあらゆる通過を指す。「発泡化」は、それを気体と混ぜ合わせ、発泡体を形成する、機構を通した液体のあらゆる通過を指す。そのような機構は、液体が、超音波を産生する、またはそれによって作用される、表面に対して指向され、その表面が、破砕または発泡化を産生するように、液体を振動させる、方式を含む。全てのそのような機構が、想定され、本発明の範囲内である。図３１の例示的システムは、噴霧／発泡化機構として、複数の穿孔されたロッド（噴霧ロッド）を示す。図３１に図示されるように、穿孔されたロッド３１２０および３１２２は、貯蔵リザーバ３１０２および３１０４の内側に装備されてもよい。穿孔されたロッド３１２０、３１２２は、貯蔵リザーバ３１０２、３１０４に沿って、またはその上部に、貯蔵リザーバの中央部分に沿って（図３１に図示されるように）、および／または貯蔵リザーバの底部に沿って（例えば、散布式配列）、位置してもよい。ロッド３１２０、３１２２は、貯蔵リザーバ３１０２、３１０４の長さの一部または全部を通して延在してもよい。ポンプ３１０６は、液体が、矢印３１２４および３１２６によって示されるように、ロッド３１２０、３１２２から、能動的に循環および噴霧／発泡化されるように、リザーバ圧力を上回るように液体圧力を増加させる。貯蔵リザーバ３１０２および３１０４内への噴霧および／または発泡化によって、気体内側貯蔵リザーバ３１０２、３１０４内の液体の液滴または発泡体マトリクスが生じ、液体と気体との間の効率的熱伝達を可能にする。発泡体は、部分的または実質的に、貯蔵リザーバ３１０２、３１０４を充填してもよい。経時的に、発泡体は、分離し、貯蔵リザーバ３１０２、３１０４の底部に液体３１２８、３１３０の蓄積を産生する傾向となるであろう。そのように蓄積された液体は、ポート３１３２、３１３４および関連付けられたパイプ類３１３６を通して、除去されてもよい。パイプ類３１３６は、液体を熱交換器３１０８に戻し、それを通して、液体３１２８、３１３０は、閉ループ水循環および噴霧／発泡化システムの一部分として、循環させられる。弁３１１０は、開放されると、サブシステム３１００を図２７のシステム２７００等のエネルギー貯蔵システムと流体連通に置く。
【０３１４】
種々の他の実施形態では、発泡体または気体は、貯蔵リザーバ３１０２、３１０４から、熱交換器３１０８を通して、循環させられる。熱交換器３１０８の外部ループを通して循環させられる流体は、種々の実施形態では、気体、液体、または発泡体であってもよい。ポート３１３２、３１３４は、優先的に、分離される液体を引き込む代わりに、気体（例えば、散布配列において）または発泡体を引き込むように、貯蔵リザーバ３１０２、３１０４の上部または側部に位置してもよい。貯蔵リザーバ３１０２、３１０４およびその内部噴霧機構３１２０、３１２２は、図３１では、水平位置に描写されるが、他の配向も、想定され、本発明の範囲内である。２つの貯蔵リザーバ３１０２、３１０４が、図３１に描写されるが、例えば、パイプラインおよび天然または人工キャビティ等の他の数の貯蔵リザーバも、想定され、本発明の範囲内である。
【０３１５】
図３２は、膨張または圧縮に先立って、および／またはその間、圧縮された気体へおよびそこからの熱エネルギーの移送を促進するために、エネルギー貯蔵システム内の圧縮された気体の加熱および冷却のための代替圧縮空気貯蔵リザーバサブシステム３２００の概略図である。貯蔵リザーバ３２０２内における貯蔵された圧縮気体へおよび／またはそこからの熱エネルギー移送は、封入体３２０４および空気循環ファン３２０６を使用して、流体循環を介して、促進される。貯蔵リザーバ３２０２はまた、分離される、または貯蔵リザーバ３２０２内の気体と混ぜ合わせられ、部分的または完全に、貯蔵リザーバ３２０２を充填する、発泡体を形成し得る、熱交換液体を含んでもよい。発泡体内に組み込まれない、分離される液体、発泡体、および気体は、貯蔵リザーバ３２０２および本明細書に描写される全ての他の高圧貯蔵リザーバ内に共存してもよい。サブシステム３２００では、流体（例えば、空気）は、吸気開口部（例えば、通気口）３２０８を通して、封入体３２０４に流入する。流体は、貯蔵リザーバ３２０２内において圧縮された気体と異なる温度であってもよい。貯蔵リザーバ３２０２は、それらの周囲およびその間の流体の実質的循環を可能にする、配列にある。貯蔵リザーバ３２０２の周囲およびその間を循環する流体は、通気口３２０８を通して流動する流体が、貯蔵リザーバ３２０２内の流体より低い温度にある場合、熱エネルギーを貯蔵リザーバ３２０２から得る。同様に、貯蔵リザーバ３２０２は、循環する流体が、貯蔵リザーバ３２０２内の流体より高い温度にある場合、通気口３２０８を通して流入する流体から熱エネルギーを得る。貯蔵リザーバ３２０２の周囲およびその間を循環する流体は、典型的には、図３２では、ファンとして例示的に表される、排出デバイス（例えば、ポンプ、ファン）３２０６によって、封入体３２０４から引き出される。デバイス３２０６によって排出される気体は、１つ以上のダクト（図示せず）によって閉じ込められ、熱交換システムを通して、循環され、その温度を変化させ、ダクトを通して、通気口３２０８に戻されてもよい。封入体３２０４の外部は、断熱されてもよい。吸気開口部３２０８に流入する流体は、加熱または冷却され、したがって、貯蔵リザーバ３２０２およびその内部内容物の温度を変化させてもよい。そのような加熱源は、熱発電所または産業プロセス等の源からの廃熱であってもよく、太陽加熱または燃料焼却加熱要素等の直接源であってもよい。
【０３１６】
弁およびパイプ類（図示せず）は、貯蔵リザーバ３２０２の内容物を図２７のシステム２７００等のエネルギー貯蔵システムと流体連通に置いてもよい。貯蔵リザーバ３２０２は、図３２では、水平位置に描写されるが、他の配向も、想定され、本発明の範囲内である。６つの貯蔵リザーバ３２０２が、図３２に描写されるが、他の数の貯蔵リザーバならびに他のタイプの気体貯蔵も、想定され、本発明の範囲内である。
【０３１７】
図３３は、膨張または圧縮に先立って、および／またはその間、圧縮された気体へおよびそこからの熱エネルギーの移送を促進するために、エネルギー貯蔵システム内の圧縮された気体の加熱および冷却と併用するさらに別の圧縮空気貯蔵リザーバサブシステム３３００の概略図である。貯蔵リザーバ３３０２内の貯蔵された圧縮気体へおよびそこからの熱エネルギー移送は、封入体３３０４内の１つ以上の流体（例えば、水、水性発泡体）の循環を介して、かつ、それぞれ、封入体３３０４へ流体を収容し、そこから流体を除去するパイプ類３３０６、３３０８を使用して、促進される。貯蔵リザーバ３３０２はまた、分離される、または貯蔵リザーバ３３０２内の気体と混ぜ合わせられ、部分的または完全に、貯蔵リザーバ３３０２を充填する、発泡体を形成し得る、熱交換液体を含有してもよい。図３３に描写される例示的サブシステム３３００では、封入体３３０４内の流体レベル３３１０は、密集した垂直線によって示される。流体は、パイプ３３０６を通して、封入体３３０４に流入する。流体は、貯蔵リザーバ３３０２内の流体と異なる温度であってもよい。貯蔵リザーバ３３０２は、好ましくは、それらの周囲およびその間の水（または、他の流体）の実質的循環を可能にする、配列にある。貯蔵リザーバ３３０２の周囲およびその間を循環する流体は、パイプ３３０６を通して流入する流体が、貯蔵リザーバ３３０２内の流体より低い温度にある場合、熱エネルギーを貯蔵リザーバ３３０２から得る。同様に、貯蔵リザーバ３３０２は、パイプ３３０６を通して流入する流体が、貯蔵リザーバ３３０２内の流体より高い温度にある場合、熱エネルギーを流体から得る。貯蔵リザーバ３３０２の周囲およびその間を循環する流体は、パイプ３３０８を通して、封入体から除去される。パイプ３３０８を通して除去された流体は、熱交換システム（図３３には図示せず）を通して循環され、その温度を変化させ、パイプ３３０６を通して、封入体３３０４に戻されてもよい。
【０３１８】
弁およびパイプ類（図示せず）は、貯蔵リザーバ３３０２の内容物を図２７のシステム２７００等のエネルギー貯蔵システムと流体連通に置いてもよい。貯蔵リザーバ３３０２は、図３３では、水平位置に描写されるが、他の配向も、想定され、本発明の範囲内である。６つの貯蔵リザーバ３３０２が、図３３に描写されるが、他の数の貯蔵リザーバも、想定され、本発明の範囲内である。
【０３１９】
図３４は、膨張または圧縮に先立って、および／またはその間、圧縮された気体へおよびそこからの熱エネルギーの移送を促進するために、エネルギー貯蔵システム内の圧縮された気体の加熱および冷却のための別の圧縮空気貯蔵リザーバサブシステム３４００を図示する。キャビティ３４０２（例えば、地下に位置し得る、自然発生または人工的に作成されたキャビティ）等の加圧されたリザーバ内の貯蔵された圧縮気体へおよびそこからの熱エネルギー移送は、液体ポンプ３４０４および熱交換器３４０６を使用して、液体循環を介して、促進される。キャビティ３４０２はまた、分離される、あるいはキャビティ３４０２内の気体と混ぜ合わせられ、部分的または完全に、キャビティ３４０２を充填する、発泡体を形成し得る、熱交換液体を含有してもよい。液体または発泡体３４２０は、キャビティ３４０２の底部に貯留されてもよい。ポンプ３４０４は、循環および噴霧／発泡体生成のために十分な小圧力変化を伴うが、高圧に耐えることが可能な筐体内で動作する。ポンプ３４０４は、熱交換器３４０６を通して、次いで、噴霧／発泡体生成機構３４０８に高圧流体を循環させ、流体の圧力を実質的に増加させずに（例えば、３，０００ｐｓｉ以内で貯蔵された圧縮された空気を循環および噴霧するために５０ｐｓｉの増加）、キャビティ３４０２内側で発泡化噴霧３４１０を作成する。このように、貯蔵された圧縮気体は、流体循環および噴霧／発泡化方法を使用して、予加熱（または、予冷却）されてもよく、これは、貯蔵キャビティ３４０２の能動的液体監視も可能にし得る。２相熱交換は、膨張に先立った予加熱および／または圧縮に先立った予冷却として生じてもよい。循環は、熱交換器３４０６を伴わずに行われ、膨張または圧縮の間、熱交換液体および気体を実質的に同一の温度に維持する役割を果たしてもよい。ポンプ３４０４は、液体または発泡体３４２０内に浸漬されてもよく、または液体または発泡体３４２０の外部にあってもよい。熱交換器３４０６は、任意の標準的熱交換器設計であってもよい。本明細書に図示されるのは、高圧液体入口および出口ポート３４１２および３４１４と、低圧シェル液体ポート３４１６および３４１８とを伴う、シェル内管型熱交換器である。シェルポート３４１６および３４１８は、第２の熱交換器または蓄熱井戸またはある他の流体塊と連通させてもよい。
【０３２０】
貯蔵キャビティ３４０２内の熱交換は、キャビティ３４０２内への液体（例えば、１つ以上の発泡性添加剤を伴う水）の能動的噴霧および発泡体生成３４１０によって促進される。図３４に図示されるのは、１つ以上の穿孔された噴霧ヘッド３４０８が、貯蔵キャビティ３４０２内に装備される方式である。ポンプ３４０４は、流体が、能動的に循環され、噴霧ヘッド３４０８から噴霧されるように、キャビティ圧力を上回るように流体圧力を増加させる。発泡体は、部分的または完全に、キャビティ３４０２の体積を充填してもよい。発泡体分離のため、液体および／または発泡体３４２０は、キャビティ３４０２の底部に蓄積し、パイプ類３４２２を通して、除去されてもよい。パイプ類３４２２は、液体および／または発泡体３４２０をポンプ３４０４および熱交換器３４０６に戻し、それを通して、液体および／または発泡体は、閉ループ流体循環および発泡体生成および／または発泡体再生成システムの一部分として、循環させられる。弁または弁およびパイプ類（図示せず）は、キャビティ３４０２を図２７のシステム２７００等のエネルギー貯蔵システムと流体連通に置いてもよい。
【０３２１】
キャビティ３４０２が、十分なサイズである場合、実質的質量の液体および／または発泡体３４２０が、キャビティ３４０２の底部に蓄積され得る。この場合、本質量の液体および／または発泡体３４２０は、比較的に低速で、キャビティ３４０２内に同様に含有される空気と熱を交換してもよく、熱リザーバとして使用されてもよい。
【０３２２】
垂直キャビティ形状および噴霧ヘッド式内部発泡体生成機構３４０８は、図３４に描写されるが、他の配向および噴霧または発泡体−生成機構（例えば、噴霧ロッド、複数のノズル）も、想定され、本発明の範囲内である。噴霧ヘッド３４０８は、キャビティの底部に位置し、蓄積する液体および／または発泡体３４２０中への空気の散布を可能にし、キャビティ３４０２内で発泡体の形成または再生成してもよい。単一キャビティ３４０２が、図３４に描写されるが、キャビティおよび他の形態の気体貯蔵（例えば、圧力容器および／またはパイプ）の両方を特徴とする、他の数のキャビティおよび貯蔵リザーバも、想定され、本発明の範囲内である。
【０３２３】
図３５は、本発明の種々の実施形態による、エネルギー貯蔵および回収システムの種々の構成要素の略図である。図示されるシステムは、熱エネルギーが、回収のために利用可能であって、周囲から抽出され、使用のために必要とされ、および／または冷却のために除去され得る、設備３５００を含む、または本質的にそれから成る。例示的設備３５００として、化石燃料ベースの発電所（例えば、石炭、天然気体）、核、太陽熱、および地熱等の他の熱機関ベースの発電所、廃熱を伴う産業プロセス、熱ポンプ、熱源、および放熱板、空間加熱または冷却を必要とする建物、ならびに環境冷却水源が挙げられる。図３５では、例示的目的のために、その過剰熱エネルギーが、標準的熱交換装置３５０４を通して回収可能である、発電所３５０２が、示される。発電所３５０２から生成された電力３５０６は、オペレータ（例えば、電力の市場需要が低いとき）によって判定されるように、圧縮気体エネルギー貯蔵システム３５０８を駆動させるために使用され、貯蔵リザーバ３５１０内に圧縮された気体の形態でエネルギーを貯蔵してもよい。エネルギーは、加えて、環境温度を下回って冷却される、またはそれを上回って加温される、液体の熱エネルギーまたはエクセルギーとして貯蔵されてもよく、これらの液体は、圧縮された気体（例えば、発泡体として、それと混ぜ合わせられる）を含有する、同一の容器内に位置してもよく、または気体から分離され、別個の容器内に貯蔵されてもよい。電力増加の需要に応じて、本貯蔵されたエネルギーは、圧縮気体エネルギー貯蔵システム３５０８内で膨張（例えば、段階的膨張）を受け、使用（例えば、送電網送達３５１２）のための電力を生成する。発電所３５０２から回収した熱エネルギーは、圧縮気体貯蔵リザーバ３５１０（または、他の加圧された貯槽）の熱交換サブシステム内で使用され、貯蔵された圧縮気体を予加熱し、および／または中間圧容器内での膨張前あるいはその間および／または膨張／圧縮段階間に、熱交換流体および気体を加熱し、所与の体積の加圧された気体によって行われる仕事を増加させ、システム効率および／または性能を改善してもよい。同様に、本明細書で図示されないが、冷温環境、地下ループ、水ループ、または他の低温リザーバとの熱交換によって冷却される水が、熱交換サブシステム内で使用され、さらなる圧縮に先立って、かつその間、圧縮された気体を予冷却および／または連続的に冷却し、システム効率および／または性能を改善してもよい。全てのこれらの事例において、システムの性能および／または値は、顕著に改善され得る。
【０３２４】
図３６は、本発明の種々の実施形態による、所定の圧力範囲にわたって、気体を実質的に等温で圧縮または膨張させる、例示的システム３６００を描写する。システム３６００は、シリンダ３６０２の内部を気体充填チャンバ（空気チャンバまたは空気圧チャンバとも称される）３６０６および（液体充填、すなわち、油圧）チャンバ３６０８に分割する、モバイルピストン３６０４（または、他の好適な境界機構）を含有する、シリンダ３６０２を含む。代替として、チャンバ３６０８は、気体で充填されてもよく、および／または空気チャンバ３６０６は、気体、液体、および発泡体のうちの１つ以上を含有してもよい。統合された熱交換機構が、典型的には、第’１５５号特許に説明され、および／または図２に示されるように、チャンバ３６０６および／または３６０８内に存在する。図３６に示される例示的実施形態では、噴霧ヘッド３６１０は、流体の噴霧３６１２をシリンダ３６０２の上側チャンバ３６０６内に注入する。本噴霧３６１２は、気体および熱交換液体の両方を含む、水性発泡体、または空気チャンバ３６０６内の気体と混合し、水性発泡体を形成する、液体を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。発泡体３６１４は、部分的または完全に、空気チャンバ２６０６を充填する。発泡体３６１４の部分的分離もまた、生じ、液体をピストン３６０４の上部に蓄積させ得る。弁３６２２および３６３２を伴う、ポート３６２０および３６３０は、所望に応じて、気体をチャンバ３６０６に収容させる、またはそこから排出可能にする。関連付けられたパイプおよび弁（図示せず）を伴う、ポートまたは複数のポート（図示せず）は、所望に応じて、流体をチャンバ３６０８に収容させる、またはそこから引き出し可能にする。
【０３２５】
空気膨張の間、チャンバ３６０６内の気体は、膨張し、ピストン３６０４に仕事を行う。チャンバ３６０６内の気体が膨張するにつれて、その温度は、降下する傾向にあり、熱エネルギーは、チャンバ３６０６（例えば、発泡体の液体成分が、部分的または全体的に、チャンバ３６０６を充填する）内の熱伝達液から気体に移送される。チャンバ３６０６内の液体から気体への熱エネルギーの移送は、気体を膨張することによって、ピストン３６０４に行われる仕事の量を増加させる。チャンバ３６０６内の気体が膨張するにつれて、その温度は、降下する傾向にあり、熱エネルギーは、チャンバ３６０６（例えば、発泡体の液体成分が、部分的または全体的に、チャンバ３６０６を充填する）内の熱伝達液から気体に移送される。チャンバ３６０６内の液体から気体への熱エネルギーの移送は、気体を膨張することによって、ピストン３６０４に行われる仕事の量を増加させる。
【０３２６】
空気圧縮の間、ピストン３６０４は、下向きに移動し、したがって、チャンバ３６０６内の気体を圧縮する。チャンバ３６０６内の気体が、圧縮されるにつれて、その温度は、上昇する傾向にあり、熱エネルギーは、気体からチャンバ３６０６（例えば、発泡体の液体成分が、部分的または全体的に、チャンバ３６０６を充填する）内の熱伝達液に移送される。気体からチャンバ３６０６内の液体への熱エネルギーの移送は、ピストン３６０４が、膨張する気体に行わなければならない仕事の量を減少させる。チャンバ３６０６内の気体から液体への熱エネルギーの移送は、ピストン３６０４が、気体を圧縮させるために、チャンバ３６０６内の気体に行う仕事の量を減少させる。
【０３２７】
圧縮用にシリンダ３６０２を準備するために、低圧気体は、シリンダ３６０２の上部近傍またはそこにおいて、ピストン３６０４から開始する下向き行程の間、点３６３４から、弁３６３２およびポート３６３０を通して、上側チャンバ３６０６内へ収容される。気体は、チャンバ３６０６への収容前、間、または後のいずれかにおいて、液体と混ぜ合わせられ、発泡体を形成してもよい。本発明の種々の実施形態では、点３６３４における入口圧力は、大気圧またはほぼ大気圧の気体を入口／通気口３６４０を通して引き込む、送風機（例えば、ローブ型）またはポンプ／圧縮機（例えば、スクリューポンプ）３６４２によって、大気圧を上回るように上昇される。ポンプ／圧縮機３６４２による圧縮は、主として断熱性となり得る。代替として、ポンプ／圧縮機３６４２は、例えば、スクリューポンプ３６４２内で圧縮および／または膨張を受ける空気中への熱交換発泡体および／または液滴の導入を可能にし、スクリューポンプ３６４２内に空気の実質的等温圧縮および／または膨張をもたらす、スクリューポンプを含んでもよい。発泡体は、続いて、スクリューポンプ３６４２によって、チャンバ３６０６に圧送されてもよい。さらに、図３６に示されるように、スクリューポンプ３６４２は、双方向性膨張機／圧縮機であってもよい。故に、本明細書では、以下の「圧縮機３６４２」および「膨張機３６４２」の参照は、単一双方向性スクリュー−ポンプユニットを指し得る。圧縮機３６４２の出口は、圧縮機３６４２が、ほぼ一定電力で持続的に動作し得るように、低圧容器３６５０が、緩衝を提供し得るために、点３６３４における所定の最小システム圧力（すなわち、圧縮機３６４２によってもたらされ、シリンダ３６０２への入口圧力としての役割を果たす、過圧）近傍またはその圧力において、低圧容器３６５０に取り付けられてもよい。低圧容器３６５０は、前述および第’１５５号特許におけるような統合された熱交換を含有してもよい。ピストン３６０４が、シリンダ３６０２の底部またはその近傍にあって、チャンバ３６０６が、圧縮機３６４２および弁３６３２の作用によって、所定の圧力において、気体（および／または発泡体）で充填される、圧縮に備えた下向き（吸気）行程の底部またはその近傍では、弁３６３２は、閉鎖される。上向き圧縮行程が、続く。点３６２４における圧力に等しくあり得る、所定の高圧（例えば、多重段階システムにおけるリザーバ２２２のような高圧貯蔵リザーバまたはより高い圧力シリンダ内の圧力）では、弁３６２２は、開放され、チャンバ３６０６をポート３６２０を通して点３６２４に接続する。加圧された気体および／または発泡体は、次いで、ピストン３６０４が、シリンダ３６０６の上部近傍またはそこにくるまで、弁３６２２を通して点３６２４に付勢され、それに応じて、弁３６２２は、閉鎖し、プロセスは、別の吸気行程で繰り返される。
【０３２８】
その他の点ではシステム３６００と同じであるが、圧縮機３６４２を欠いている、システムと比較して、システム３６００内の圧縮機３６４２の存在は、シリンダ３６０２内のピストン３６０４の単一上り行程において、より多くの量（質量）の気体が圧縮されることを可能にする。圧縮機３６４２を用いて単一行程において行われる圧縮の仕事は、圧縮機３６４２を伴わないものより多く、より多くの気体が、点３６２４に圧縮される。
【０３２９】
圧縮機３６４２による主として断熱性の圧縮およびシリンダ３６０２内の実質的等温圧縮に対する総圧縮の効率は、典型的には、前述のように、圧力範囲全体にわたって、完全にシリンダ３６０２内で実質的等温圧縮未満である。圧縮機３６４２による実質的等温圧縮およびシリンダ３６０２内の実質的等温圧縮に対する総圧縮の効率もまた、典型的には、圧力範囲全体にわたって、完全にシリンダ３６０２内で実質的等温圧縮未満である。圧縮機３６４２の追加は、したがって、概して、効率を犠牲にして、システム３６００の電力（すなわち、システム３６００が、仕事を圧縮された気体のポテンシャルエネルギーに変換する速度）を増加させる。最適である電力と効率との間のトレードオフの程度は、典型的には、システム３６００が使用される用途に応じて、変動する。加えて、ポート３６２０における所与の出口圧力に対して、シリンダ３６０２のチャンバ３６０６内のより高い開始圧力は、シリンダ３６０２が、行程の過程の間、作用する、圧力範囲（出口圧力対入口圧力の比）を減少させる。前述のように、これはまた、ピストン３６０４に取り付けられ、そのいずれの端部も、シリンダ３６０２から延在せず、ロッド３６１８に作用する力の範囲を狭める。このような力の範囲を狭めることは、ひいては、前述のように、システム３６００における仕事へのモータ／発電機（図示せず）による電気エネルギーのより効率的変換を可能にする。
【０３３０】
膨張の間、高圧にある所定の量の圧縮された気体および／または発泡体が、点３６２４から（例えば、図２のリザーバ２２２等の貯蔵容器または図２７のシステム２７００等の多重段階システムにおけるより高い圧力シリンダから）、弁３６２２およびポート３６２０を通して、チャンバ３６０６内に収容される。収容される気体および／または発泡体の量は、制御システム（例えば、図１の制御システム１２２）によって、下向き行程上で完全膨張後（すなわち、ピストン３６０４が、シリンダ３６０２の底部に到達すると）、気体および／または発泡体が、典型的には、過圧（例えば、約５ｐｓｉｇ）である、所定の最小システム圧力に到達するように、設定されてもよい。例えば、制御システムは、シリンダ３６０２内の気体流量および／または圧力を測定し、気体導入を計測する１つ以上のセンサに応答してもよい。シリンダ３６０２の上向き戻り行程では、その気体は、弁３６３２を通して、点３６３４に排出される。
【０３３１】
本発明の種々の実施形態では、点３６３４におけるパイプ類は、加圧された気流を回転運動に変換する、膨張機３６４２に取り付けられる。そのような実施形態では、膨張機３６４２を通る気流は、シリンダ内の膨張によって生成される量に加えて、電力を生成する。膨張機３６４２を通しての膨張は、主として断熱性となり得る。代替として、膨張機３６４２は、膨張機３６４２内で膨張を受ける空気中への熱交換発泡体および／または液滴の導入を可能にし、膨張機３６４２内で空気の実質的等温膨張をもたらし得る。膨張機３６４２を通した膨張後、気体（または、発泡体の気体成分）は、通気口３６４０を通して、大気に排出されてもよい。加えて、図３６に示されるように、所定の最小システム圧力（すなわち、膨張機３６４２に入力され、シリンダ３６０２の出口圧力としての役割を果たす、過圧）近傍またはその圧力における低圧容器３６５０もまた、膨張機３６４２が、ほぼ一定電力で持続的に動作し得るように、緩衝を提供するために、点３６３４に接続されてもよい。前述のように、低圧容器３６５０は、統合された熱交換機構を含有してもよい。
【０３３２】
大気圧を上回る圧力でのシリンダ３６０２内における膨張行程の終了までに、より大量（質量）の気体が、シリンダ３６０２内のピストン３６０４の単一下り行程において膨張させられ得る。その単一行程に（より大きい力が、ある距離にわたって作用する）おいて行われる膨張の仕事は、その間、より少ない量の気体が、膨張させられる、その他の点では同じ行程（より小さい力が、同一の距離にわたって作用する）によって行われる仕事の量より多くなるであろう。さらに、膨張機３６４２が、採用される場合、膨張行程の終了時のチャンバ３６０６内の過圧気体が、直接、大気に通気される場合、損失されるであろう、付加的電力が、生成され得る。シリンダ３６０２内の主として等温である膨張と組み合わされた膨張機３６４２内の主として断熱性の膨張の総効率は、典型的には、圧力範囲全体にわたって、完全にシリンダ３６０２内でほぼ等温膨張効率未満である。膨張機３６４２による実質的等温膨張およびシリンダ３６０２内の実質的等温膨張に対する総膨張の効率もまた、典型的には、圧力範囲全体にわたって、完全にシリンダ３６０２内で実質的等温膨張未満である。膨張機３６４２と組み合わされた過圧通気圧の採用は、したがって、概して、効率を犠牲にして、電力を追加する。最適である電力と効率との間のトレードオフの程度は、典型的には、システム３６００が使用される用途に応じて、変動する。加えて、シリンダ３６０２のより高い通気口圧力は、電力伝送の効率のいくつかの利点が、より狭い圧力（したがって、力）範囲にわたって、シリンダ３６０２を動作させることによって達成され得るように、シリンダ３６０２が所与の出口圧力（すなわち、範囲は、出口／入口圧力である）に作用する、圧力範囲を減少させる。
【０３３３】
制御システム（例えば、図１の制御システム１２２）は、特定の範囲の過圧にわたる、シリンダ３６０２内での気体の実質的等温膨張および／または圧縮と、ほぼ大気圧とシリンダ３６０２の動作の最小過圧との間の膨張機／膨張機３６４２内の実質的に断熱圧縮および／または膨張とを行うために、圧縮機／膨張機３６４２およびシリンダ３６０２を制御してもよい。例えば、制御システムは、例えば、これらの構成要素と関連付けられた種々のポートおよび／または弁の制御を介して、シリンダ３６０２および膨張機／膨張機３６４２内への気体および／または発泡体の導入およびそこからの気体および／または発泡体の排気を指示してもよい。制御システムは、これらの構成要素内の気体の圧力を測定するために、シリンダ３６０２および／または膨張機／膨張機３６４２内または上に配置される、１つ以上のセンサに応答し、適宜、システム３６００内の気体の移動を指示してもよい。前述のように、シリンダ３６０２内の実質的等温圧縮および／または膨張の制御はまた気体と熱交換液体を形成し得る、関連付けられた熱伝達サブシステムの制御も伴ってもよい。そのような熱伝達サブシステムは、膨張機／膨張機３６４２内の実質的に断熱または実質的等温圧縮および／または膨張の間、オフまたはアイドル状態にされてもよい。
【０３３４】
図３７は、本発明の種々の実施形態による、所定の圧力範囲にわたって、実質的に等温で気体を圧縮または膨張させる、例示的システム３７００を描写する。システム３７００は、図３６のシステム３６００に示される同一の実質的に等温シリンダ段階を採用するが、膨張および圧縮のための別個かつ並列の一式の制御弁および他の構成要素を特徴とする。システム３７００は、シリンダ３７０２の内部を気体充填（空気圧）チャンバ３７０６および液体充填（油圧）チャンバ３７０８に分割する、可動ピストン３７０４を含有する、シリンダ３７０２を含む。代替として、チャンバ３７０６および３７０８は両方とも、気体で充填されてもよい。統合された熱交換機構が、第’１５５号特許に説明され、および／または図３６に示されるように、チャンバ３７０６および／または３７０８内に存在してもよい。例示的実施形態では、噴霧ヘッド３７１０は、熱交換液体の噴霧３７１２を形成し、それによって、シリンダ３７０２の上側チャンバ３７０６内で気体と発泡体を形成する。他の実施形態では、噴霧ヘッド３７１０は、シリンダ３７０２の外側に位置してもよい。本噴霧３７１２は、ピストン３７０４の上部に液体３７１４の蓄積を産生し得る。弁３７２２および３７３２を伴う、ポート３７２０および３７３０は、所望に応じて、気体をチャンバ３７０６へ収容させる、またはそこから排出させる。関連付けられたパイプおよび弁（図示せず）を伴う、ポートまたは複数のポート（図示せず）は、所望に応じて、流体をチャンバ３７０８へ収容させる、またはそこから引き出させる。
【０３３５】
空気膨張の間、チャンバ３７０６内の気体および／または発泡体は、膨張し、ピストン３７０４に仕事を行う。チャンバ３７０６内の気体が膨張するにつれて、その温度は、降下する傾向にある。膨張の間、噴霧３７１２が、好適な温度（例えば、圧縮が開始する前のチャンバ３７０６内の気体の温度）でチャンバ３７０６に流入する場合、発泡体の液体成分は、膨張の間、チャンバ３７０６内の気体より高い温度にあって、発泡体の液体成分は、熱エネルギーをチャンバ３７０６内の気体に移送する。発泡体の液体成分からチャンバ３７０６内の気体への熱エネルギーの移送は、膨張する気体によってピストン３７０４に行われる仕事の量を増加させる。実際、発泡体の液体成分からチャンバ３７０６内の気体への本熱エネルギーの本移送は、噴霧３７１２内の熱エネルギーの一部の仕事への変換を可能にする。
【０３３６】
空気圧縮の間、ピストン３７０４は、下向きに移動し、したがって、チャンバ３７０６内の気体を圧縮する。チャンバ３７０６内の気体が、ピストン３７０４によって圧縮されている間、その温度は、上昇する傾向にある。圧縮の間、液体噴霧３７１２が、好適な温度（例えば、圧縮が開始する前のチャンバ３７０６内の気体の温度）でチャンバ３７０６に流入する場合、チャンバ３７０６内の気体は、圧縮の間、発泡体の液体成分より高い温度にあって、チャンバ３７０６内の気体は、熱エネルギーを発泡体の液体成分に移送する。チャンバ３７０６内の気体から発泡体の液体成分への熱エネルギーの移送は、ピストン３７０４が、気体を圧縮するために、チャンバ３７０６内の気体に行わなければならない仕事の量を減少させる。
【０３３７】
シリンダ３７０２の上部近傍またはそこにおけるピストン３７０４から開始する、下向き行程（圧縮行程に備えて）の間、低圧気体は、点３７３４から、弁３７３０（ここでは、逆止弁として示される）を通して、かつポート３７３０を通して、上側チャンバ３７０６内へ収容される。本発明の種々の実施形態では、点３７３４における入口圧力は、入口／通気口３７４１を通して、大気圧またはほぼ大気圧気体を引き込む、圧縮機３７４０（例えば、スクリューポンプ３７４０）によって、大気圧を上回るように上昇される。圧縮機３７４０による圧縮は、主として断熱性となり得る。代替として、圧縮機３７４０は、圧縮機３７４０内で圧縮を受ける空気中への熱交換発泡体および／または液滴の導入を可能にし、圧縮機３７４０内で空気の実質的等温圧縮をもたらし得る。図３７の例示的実施例に示されるように、圧縮機３７４０は、双方向性膨張機／圧縮機である必要はないが、膨張モードの間、オフまたはアイドル状態にされ得る、一方向性デバイスとして実装されてもよい。圧縮機３７４０の出口は、後置冷却器または他の熱交換システム（図示せず）を含んでもよく、圧縮機３７４０が、圧縮モードの間、実質的に一定電力で持続的に動作し得るように、緩衝を提供するために、点３７３４において、所定の最小システム圧力近傍またはその圧力で低圧容器３７５０に取り付けられてもよい。低圧容器３７５０は、前述のように、統合された熱交換を含有してもよい。ピストン３７０４が、シリンダ３７０２の底部またはその近傍にある、下向き行程の底部またはその近傍では、チャンバ３７０６は、圧縮機３７４０の作用によって、所定の圧力にある流体（例えば、発泡体）で充填され、弁３７３０、弁３７３０は、閉鎖され、上向き圧縮行程が、行われる。代替として、示されるように、弁３７３０は、逆止弁として動作し、上向き圧縮行程が、点３７３４において、その圧力を上回ってチャンバ２０６を加圧するとすぐに閉鎖する。好ましくは、点３７２４における圧力に等しい、所定の高圧（例えば、リザーバ２２２等の貯蔵リザーバまた多重段階システムにおけるより高い圧力シリンダからの）では、弁３７２０（ここでは、逆止弁として示される）は、開放され、チャンバ３７０６をポート３７２０を通して点３７２４に接続する。加圧された流体は、次いで、弁３７２０が閉鎖し、プロセスが、別の吸気行程で繰り返されるとき、ピストン３７０４が、シリンダ３７０６の上部近傍またはそこにくるまで、弁３７２０を通して点３７２４に付勢される。代替として、図３７に示されるように、弁３７２０は、逆止弁として動作し、上向き圧縮行程が、点３７２４において、その圧力を上回ってチャンバ３７０６を加圧するとすぐに開放し、下向き吸気行程が開始し、点３７２４において、その圧力を下回ってチャンバ３７０６内の圧力を減少させるとすぐに閉鎖する。
【０３３８】
圧縮機３７４０を使用すると、圧縮機３７４０を使用せずに圧縮され得るものより多くの量（質量）の気体が、シリンダ３７０２内のピストン３７０４の単一上り行程において圧縮され得る。その単一行程において行われる圧縮の仕事は、圧縮機３７４０を伴わないものより高くなり、より多くの気体が、点３７２４に圧縮されるであろう。圧縮機３７４０内の主として断熱性である圧縮およびシリンダ３７０２内の主として等温である圧縮に対する総圧縮の効率は、圧力範囲全体にわたって、完全にシリンダ３７０２内で実質的等温圧縮未満である傾向にある。圧縮機３７４０による実質的等温圧縮およびシリンダ３７０２内の実質的等温圧縮に対する総圧縮の効率もまた、典型的には、圧力範囲全体にわたって、完全にシリンダ３７０２内で実質的等温圧縮未満である。圧縮機３７４０の追加は、したがって、典型的には、効率を犠牲にして、電力を追加する。加えて、シリンダ３７０２内のより高い過圧開始圧力は、電力伝送の効率のいくつかの利点が、より狭い圧力（したがって、力）範囲にわたって、シリンダ３７０２を動作することによって達成され得るように、シリンダ３７０２が、所与の出口圧力（すなわち、範囲は、出口／入口圧力である）に作用する、圧力範囲を減少させる。
【０３３９】
膨張の間、高圧にある所定の量の圧縮された気体が、点３７２４から（例えば、リザーバ２２２等の貯蔵リザーバまたは多重段階システムにおけるより高い圧力シリンダから）、弁３７２２およびポート３７２０を通して、チャンバ３７０６内に収容される。図３７に図示されるように、弁３７２２は、一方向性弁であって、すなわち、１つのみの方向における流動のために最適化されてもよい。収容される気体の量は、制御システム１２２によって、下向き行程における完全膨張（すなわち、ピストン３７０４が、シリンダ３７０２の底部に到達する）後、気体が、シリンダ圧縮および／または膨張のための所定の最小システム圧力（例えば、約５ｐｓｉｇ）に到達するように、設定されてもよい。シリンダ３７０２の上向き戻り行程では、その気体は、弁３７３２を通して、点３７３６に排出される。本発明の種々の実施形態では、点３７３６は、加圧された気流を回転運動に変換し、仕事を行い、シリンダ内の膨張によって生成される量を上回る付加的電力を生成する、膨張機３７４２に取り付けられてもよい。例示的実施例に示されるように、膨張機３７４２は、双方向性膨張機／圧縮機である必要はないが、圧縮モードの間、オフまたはアイドル状態にされ得る、一方向性膨張機として実装されてもよい。膨張機３７４２を通しての膨張は、遠心性または軸タービン型膨張機によって達成されるもの等、主として断熱性であり得る。代替として、膨張機３７４２は、膨張機３７４２内で膨張を受ける空気中への熱交換発泡体および／または液滴の導入を可能にし、膨張機３７４２内での空気の実質的等温膨張をもたらしてもよい。膨張機３７４２を通して膨張後、気体は、通気口３７４１を通して大気に排出されてもよい。加えて、本例示的実施形態に示されるように、所定の最小システム圧力近傍またはその圧力における低圧容器３７５２がまた、膨張機３７４２が、実質的に一定電力で持続的に動作し得るように、緩衝を提供するために、点３７３６において接続されてもよい。低圧容器３７５２は、前述のように、統合された熱交換を含有してもよい。
【０３４０】
大気圧を上回る圧力における、シリンダ３７０２内での膨張行程終了までに、より多くの量（質量）の気体が、シリンダ３７０２内のピストン３７０４の単一下り行程において膨張させられ得る。その単一行程において行われる膨張の仕事は、典型的には、より少ない気体で行われるものより多い。加えて、膨張機３７４２を用いると、過圧気体が、直接、大気に通気される場合、損失されるであろう、付加的電力が、生成され得る。膨張機３７５０内の主として断熱性の膨張およびシリンダ３７０２内の主として等温の膨張に対する総膨張の効率は、圧力範囲全体にわたって、完全にシリンダ３７０２内で実質的等温膨張未満であり得る。膨張機３７４２による実質的等温膨張およびシリンダ３７０２内の実質的等温圧縮に対する総膨張の効率もまた、典型的には、圧力範囲全体にわたって、完全にシリンダ３７０２内で実質的等温膨張未満である。より高い通気口圧力の追加は、したがって、典型的には、効率を犠牲にして、電力を追加する。最適である電力と効率との間のトレードオフの程度は、典型的には、システム３７００が使用される用途に応じて、変動する。（例えば、ある低圧では、膨張機のコストは、回収した電力に相当し得ない。そのような場合、容器３７５２および膨張機３７４２は、有利には、省略され得る。）加えて、シリンダ３７０２のより高い通気口圧力は、典型的には、シリンダ３７０２が、所与の出口圧力に作用する、圧力範囲を減少させる。その結果、電力伝送の効率の利点は、より狭い圧力（したがって、力）範囲にわたって、シリンダ３７０２を動作させることによって達成され得る。
【０３４１】
加えて、ポート３７３０におけるより高い通気口圧力は、シリンダ３７０２が、行程の過程の間、作用する、圧力範囲（出口圧力対入口圧力の比）を減少させる。これはまた、ロッド３７１８に作用する力の範囲を狭める。力の範囲を狭めることは、ひいては、順に、システム３７００によって行われる仕事のモータ／発電機（図示せず）による電気エネルギーへのより効率的変換を可能にする。
【０３４２】
次に、本発明の別の例示的実施形態を描写する、図３８を参照する。体積３８００（例えば、気体または発泡体で充填されたパイプライン、流体リザーバ、気体リザーバ、空気圧チャンバ）は、圧力Ｐｓにある流体を含有する。流体運動をもたらす際に行われる摩擦損失および仕事のため、本圧力Ｐｓは、流体が体積３８００内に注入された圧力Ｐｉより低くあり得る。代替として、または加えて、圧力Ｐｉは、単に、体積３８００から抽出された流体を上昇させるために所望される、Ｐｓより高い、ある圧力であってもよい。体積３８００またはＰｓより高い任意の圧力（例えば、Ｐｉ）にある別の体積３８０４内に流体を持続的に逆圧送するために、スクリューポンプ３８０２が、スクリューポンプの描画によって図３８に象徴される、増圧ポンプとして装備されてもよい。スクリューポンプ３８０２は、効率的に、入口流体を圧力Ｐｓにある体積３８００から取り込み、体積３８００に逆注入または第２の体積３８０４に注入するために、圧力Ｐｉにある流体を出力する（図３８に描写されるように）。
【０３４３】
スクリューポンプは、増圧または循環ポンプを採用する、本明細書で描写される例示的機構のいずれか内で増圧または循環ポンプとして採用されてもよい。そのような用途では、スクリューポンプは、スクリューポンプ内で圧縮および／または膨張を受ける空気中への熱交換発泡体および／または液滴の導入を可能にし、スクリューポンプ内の空気の実質的等温圧縮および／または膨張をもたらす、装置を特徴としてもよい。そのように生成される発泡体は、パイプ類によって、スクリューポンプから、空気圧シリンダ、セパレータ、貯蔵リザーバ、またはエネルギー貯蔵システムの他の構成要素に輸送されてもよい。
【０３４４】
図３９は、動力装置３９０２（気体の圧縮および膨張のためのシリンダアセンブリユニットを含む）と、シリンダ熱交換システム３９０４と、環境から空気を引き込み、そこへ空気を排出する通気口３９０５と、流体（例えば、空気および／または水）を高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）で保持可能な貯蔵リザーバ３９０６と、熱エネルギーの貯蔵および回収のための蓄熱井戸３９０８（例えば、水塊）と、動力装置３９０２の機械的および／または電子構成要素によって生成される廃熱に連結される、廃熱熱交換システム３９１０と、環境（例えば、空気、地面）と熱エネルギーを交換する環境熱交換システム３９１２とを特徴とする、例示的システム３９００を描写する。ライン３９１４、３９１６、３９１８、３９１９、３９２０、３９２２、３９２４、および３９２６は、ラインが接続する構成要素間で気体、液体、および／または熱エネルギーを交換するパイプ類、弁、および他の配列を示す。シリンダ熱交換システム３９０４は、発泡体および／または噴霧を生成または別様に処理するため、流体の圧力を変化させるため、およびシリンダ熱交換システム３９０４が流体連通する種々の構成要素（例えば、貯槽３９０６、動力装置３９０２、蓄熱井戸３９０８）との間の流体移送を経路指定する構成要素を特徴とする。後続図に描写されるシリンダ熱交換システムは、類似機能を果たす構成要素を含んでもよい。図３９および後続図では、動力装置３９０２は、断面に見られる、クランクシャフトに接続される、単一噴霧または発泡体冷却空気圧シリンダ（上部に）を含むように描写される。しかしながら、本描写は、例示かつ概念的にすぎず、熱、気体弾性ポテンシャル、機械、および電気エネルギーの相互変換のために、システム３９００において（または、本明細書で描写される他の例示的システムにおいて）採用され得る機構を制限する意図はない。本明細書に描写されない、他の実施形態では、動力装置３９０２は、複数のシリンダを含み、機械および電気エネルギーの相互変換は、油圧システム、線形発電機、ならびに図３９および本明細書のいくつかの他の図に描写されるシリンダ−クランクシャフトの組み合わせの他の代替を介して、生じてもよい。さらに、種々の実施形態では、システム３９００において、熱交換および熱エネルギー貯蔵物質として採用される水は、１つ以上の添加剤を含む、または異なる流体（例えば、油）で置換される。また、非流体または多相物質（例えば、水性発泡体）を含む、水以外の物質も、蓄熱井戸３９０８のエネルギー貯蔵媒体として採用されてもよい。本明細書の全ての図における動力装置、熱交換液体、および蓄熱井戸の描写は、例示であって、制限ではない。さらに、本明細書に説明される全例示的システムにおいて、環境熱交換ユニットおよび廃熱熱交換ユニットは、描写される場合、常に、随意である。
【０３４５】
システム３９００の可能な動作モードとして、膨張モードおよび圧縮モードを含む。圧縮モードでは、比較的に低圧（例えば、大気圧）にある、ある量の気体（例えば、空気）が、周囲または適度な温度において、動力装置３９０２内のシリンダアセンブリに収容される。シリンダアセンブリ内の気体の圧縮は、熱交換システム３９０４を介して、蓄熱井戸３９０８から引き込まれた発泡化液体の噴霧の気体中へ導入し、それによって、動力装置３９０２内で発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。蓄熱井戸３９０８内の水は、本明細書では、圧縮モードサイクルの開始時、比較的に低（例えば、周囲）温度にあると仮定され、１つ以上の発泡性添加剤を含んでもよい（代替として、添加剤が、熱交換システム３９０４によって添加されてもよい）。圧縮を受ける発泡体の液体成分は、蓄熱井戸３９０８から引き込まれた水より高い温度において、シリンダ熱交換システム３９０４を介して、蓄熱井戸３９０８に戻され、圧縮の間、熱エネルギーを獲得し得る。シリンダアセンブリの各圧縮行程の終了時またはその間際、高圧およびほぼ周囲温度にある気体は、パイプ類を通して、高圧リザーバ３９０６に運搬される。
【０３４６】
単一シリンダ圧縮サイクル全体を通して、または一連のシリンダ圧縮サイクル全体を通して、蓄熱井戸３９０８への加熱された水の戻りは、概して、蓄熱井戸３９０８内の水の温度を上昇する傾向となるであろう。蓄熱井戸３９０８が、単一の水塊である場合、その塊の温度は、上昇する傾向となるであろう。蓄熱井戸３９０８は、１つ以上の温水リザーバおよび１つ以上の冷水リザーバを含む場合、１つ以上の温水リザーバ内の水の温度（したがって、蓄熱井戸３９０８の内容物の平均温度）は、上昇する傾向となるであろう。実際、動力装置３９０２内で圧縮を受ける気体に行われる機械的仕事として生じる一部のエネルギーは、熱エネルギーとして、蓄熱井戸３９０８内に貯蔵されるであろう。
【０３４７】
システム３９００の膨張モード（例えば、本明細書に前述の圧縮サイクルに続く膨張サイクル）では、高圧にある気体は、リザーバ３９０６から、動力装置３９０２のシリンダに移送され、そこで、膨張し、ピストンに仕事を行ってもよい。気体が、シリンダ内で膨張するにつれて、またはその前に、発泡性液体は、シリンダ熱交換システム３９０４を介して、蓄熱井戸３９０８から動力装置３９０２に移送されてもよい。本液体（例えば、１つ以上の添加剤を伴う水）は、前の圧縮サイクルの間または他のプロセスによる、蓄熱井戸３９０８への熱エネルギーの移送のため、比較的に高温にあり得る。蓄熱井戸３９０８からの水は、膨張を受ける気体と発泡体を形成し、気体が冷却するにつれて、気体に熱を伝達し、したがって、実質的膨張等温を維持する傾向にあり、気体にピストンへのより多くの仕事を行わせる。実際、蓄熱井戸３９０８内に貯蔵された熱エネルギーは、システム３９０８の膨張サイクルの間、動力装置３９０２内の仕事に変換されてもよい。蓄熱井戸３９０８内に貯蔵される熱エネルギーは、動力装置３９０２の圧縮サイクルまたは他の源から生じてもよい。特に、廃熱熱交換装置３９１０が、動力装置３９０２の機械的および電気構成要素から蓄熱井戸３９０８に熱を伝達するために採用されてもよい。図３９に示されない、他の源からの熱もまた、蓄熱井戸３９０８に移送されてもよい。
【０３４８】
蓄熱井戸３９０８の温度は、環境熱交換装置３９１２を介して、蓄熱井戸３９０８から環境（例えば、大気または地面）に熱を発散することによって、そこへの熱の付与（例えば、シリンダ熱交換システム３９０４を介して）にもかかわらず、低下される、または一定に保持され得る。動力装置３９０２からの廃熱もまた、環境熱交換装置３９１２を介して、発散されてもよい。例えば、一連の膨張サイクルの終了時、蓄熱井戸３９０８内の水の温度が、後続の一連の圧縮サイクルにおいて使用するために、十分に低くない場合、熱は、非アクティブ間隔、すなわち、リザーバ３９０６が、貯蔵された加圧気体を含有するが、システム３９００が、発電機として採用されていないときの期間の間、環境熱交換装置３９１２を介して、蓄熱井戸３９０８から環境に発散されてもよい。システム３９００が、非アクティブ間隔の間、望ましくない熱を低速で発散させることを可能にするように設計される、環境熱交換装置３９１２は、システム３９００のアクティブ動作の間、熱を高速で（リアルタイムで）発散させるように設計されたものより小型かつ低コストとなる傾向となり、システム３９００のコストを削減するであろう。蓄熱井戸３９０８の使用は、環境への廃熱エネルギーの時間偏移をもたらし、これは、ある量の熱エネルギーが消散される時間を延長させるため、環境熱交換装置をより小型にし、また、潜在的に、より最適環境温度（例えば、熱を消散するためのより冷たい夜温）での利用を可能にし得る、動力装置の動作時間と異なる時間で熱交換を生じさせる両方の利点を有し得る。さらに、リザーバ３９０６からの望ましくない熱、動力装置３９０２内で圧縮を受ける気体、ならびに動力装置３９０２の機械的および電子的非効率性からの熱は全て、単一環境熱交換装置３９１２によって、環境に発散され、複数の熱交換装置を利用して、種々のサブシステムの温度を制御する、同等システムに勝る、さらなるコストおよび単純性利点を実現し得る。
【０３４９】
システム３９００の気体膨張サイクルの間、蓄熱井戸３９０８の温度は、環境熱交換装置３９１２を介して環境から収集した熱を蓄熱井戸３９０８に付与することによって、蓄熱井戸３９０８からの熱の除去または損失にもかかわらず、上昇される、または一定に保持され得る。気体圧縮サイクルの間、蓄熱井戸３９０８の温度は、環境熱交換装置３９１２を介して、蓄熱井戸３９０８から環境に熱を発散させることによって、蓄熱井戸３９０８への熱の付与にもかかわらず、低下される、また配置定に保持され得る。そのような蓄熱井戸３９０８の温度管理は、効率性の理由から、または、例えば、蓄熱井戸３９０８内の水が凍結または沸騰のいずれも生じさせないようにするため、望ましくあり得る。
【０３５０】
一連の圧縮サイクルにおいて、圧縮を受ける発泡体から蓄熱井戸３９０８へのエネルギーの移送は、概して、後続の一連の膨張サイクルにおいて使用するための高温水塊を産生する傾向となるであろう。一連の膨張サイクルにおいて、膨張を受ける発泡体への蓄熱井戸３９０８からのエネルギーの移送は、概して、後続の一連の圧縮サイクルにおいて使用するための低温水塊を産生する傾向となるであろう。膨張の間またはその前の噴霧のために、蓄熱井戸３９０８内の液体のリザーバを概して周囲より高温に、および圧縮膨張の間またはその前の噴霧のために、蓄熱井戸３９０８内の液体のリザーバを概して周囲より低温に維持することによって、エネルギー貯蔵および生成システム３９００の効率は、その発泡化液体が、常時、周囲温度である、その他の点では同等のシステムより上昇され得る。さらに、加熱器、冷却装置、または熱ポンプデバイスを使用して、所望の温度限界を得るのではなく、圧縮および膨張を受ける気体から得られた熱エネルギーを貯蔵することによって、蓄熱井戸３９０８内でより高いおよびより低い温度限界を得ることは、寄生エネルギー消費を低減させ、その結果、システム３９００の全体的効率を増加させ得る。
【０３５１】
廃熱熱交換装置３９１０を介した、動力装置３９０２内の機械的および電子的非効率性からの熱の捕捉、および後続膨張サイクルにおける仕事への部分的変換のために、蓄熱井戸３９０８へのそのような熱の移送は、典型的には、また、システム３９００の全体的効率を増加させる傾向となるであろう。
【０３５２】
いくつかの実施形態では、蓄熱井戸３９０８は、高圧および高温にある液体の貯蔵のための容器（図示せず）を含む。加えて、または代替として、高圧および温度にある液体は、高圧および高温にある気体とともに、容器３９０６内に貯蔵されてもよい。これらおよび他の高温液体塊は、システム３９００の膨張サイクルの間、採用され、実質的に等温気体圧縮を達成してもよい。
【０３５３】
図４０は、動力装置４００２と、シリンダ熱交換システム４００４と、環境から空気を引き込み、そこへ空気を排出する通気口４００５と、流体（例えば、空気および水）を高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）で保持可能な貯蔵リザーバ４００６と、熱エネルギーの貯蔵および回収のための蓄熱井戸４００８（例えば、水塊）と、動力装置４００２の機械および電子構成要素によって生成された廃熱に連結される廃熱熱交換システム４０１０と、環境（例えば、空気、地上）と熱エネルギーを交換可能な環境熱交換システム４０１２と、噴霧−液体（発泡体生成のため）リザーバ４０２８と、一方が、蓄熱井戸３９０８に、他方が、噴霧リザーバ４０２８に流動的に連結される、噴霧／井戸間熱交換装置４０３０とを特徴とする、例示的システム４０００を描写する。システム４０００はまた、随意の二次環境熱交換装置４０３２を含んでもよい。
【０３５４】
システム４０００の可能な動作モードとして、膨張モードおよび圧縮モードを含む。圧縮モードでは、比較的に低圧（例えば、大気圧）にある、ある量の気体（例えば、空気）が、周囲または適度な温度において、通気口４００５から、パイプ類４０１９を介して、動力装置４００２のシリンダアセンブリに収容される。シリンダアセンブリ内の圧縮は、噴霧／井戸間熱交換装置４０３０およびシリンダ熱交換システム４００４を介して、噴霧リザーバ４０２８から引き込まれた発泡化液体（例えば、１つ以上の添加剤を伴う水）の噴霧の気体の中へ導入し、それによって、シリンダアセンブリ内に発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。噴霧リザーバ４０２８内の水は、本明細書では、比較的に低（例えば、周囲）温であると仮定される。圧縮を受ける（および／またはそれに先立って）気体を通して噴霧される水は、シリンダ熱交換システム４００４を介して、噴霧リザーバ４０２８から引き込まれた水より高い温度で噴霧リザーバ４０２８に戻され、圧縮を受ける気体から熱エネルギーを獲得し得る。噴霧リザーバ４０２８内の水の温度は、典型的には、したがって、動力装置４００２の圧縮サイクルによって、上昇される傾向となるであろう。しかしながら、噴霧リザーバ４０２８からの水が、噴霧／井戸間熱交換器４０３０を通過するにつれて、熱が、噴霧流体から蓄熱井戸４００８に移送され、噴霧流体の温度を低下させ得る。動力装置４００２の圧縮サイクルによって噴霧リザーバ４０２８に付与された熱は、したがって、後続圧縮サイクルの間、蓄熱井戸４００８に移送され、リザーバ４０２８内の噴霧液体の温度をほぼ一定に維持可能にし得る。
【０３５５】
システム４０００は、蓄熱井戸４００８の内容物の温度管理および動力装置４００２からの廃熱の仕事への部分的変換を含む、図３９のシステム３９００に関して本明細書で既に前述された利点を実現し得る。加えて、システム４０００では、蓄熱井戸４００８内の熱貯蔵液体は、噴霧液体と混合せず、蓄熱井戸４００８内の液体の量は、噴霧液体の量より有意に多くあり得る。システム４０００内の熱貯蔵液体および噴霧液体の分離は、動力装置４００２内側で噴霧されるいかなる液体も、好ましくは、噴霧汚染物質が、動力装置４００２の構成要素性能を劣化させないように、比較的に高純度状態で維持されるため（１つ以上の発泡性添加剤の存在にかかわらず）、有利であり得る。システム４０００内の熱貯蔵液体は、動力装置４００２内側で噴霧されない、したがって、噴霧液体ほど高純度状態に維持される必要はない。比較的に小体積の噴霧液体の高純度状態への維持は、概して、（蓄熱井戸３９０８の内容物が、システム３９００内にあるように）蓄熱井戸４００８の内容物が噴霧液体として使用されるであろう場合、好ましいであろう、比較的に大体積の蓄熱井戸４００８を高純度状態に維持するより低コストである。さらに、噴霧液体は、熱貯蔵液体から省略され得る、添加剤を含有してもよく、これは、システム３９００の動作と比較して、システム４０００の動作における経済的利益の別の好機となる。加えて、熱交換器４０３０は、蓄熱井戸４００８内に内蔵されてもよく、蓄熱井戸４００８の内容物は、固体（例えば、砂利）、位相変化物質（例えば、パラフィンワックス）、またはいくつかの他の熱貯蔵物質（例えば、油、セラミック）であってもよい。
【０３５６】
図４１は、動力装置４１０２（気体の圧縮および膨張のためのシリンダアセンブリユニットを含む）と、シリンダ熱交換システム４１０４と、環境から空気を引き込み、そこへ空気を排出する通気口４１０５と、流体（例えば、空気および水）を高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）で保持可能な貯蔵リザーバ４１０６と、高温蓄熱井戸４１０８（例えば、熱的に断熱された水塊）と、冷温蓄熱井戸４１１３（例えば、第２の熱的に断熱された水塊）と、動力装置４１０２の機械および電子構成要素によって生成された廃熱に連結される、廃熱熱交換システム４１１０と、片側が、高温蓄熱井戸４１０８に、他側が、廃熱熱交換システム４１１０に連結される、廃熱／井戸間熱交換システム４１１２と、環境（例えば、空気、地上）と熱エネルギーを交換可能な第１の環境熱交換システム４１３２と、同様に環境と熱エネルギーを交換可能な第２の環境熱交換システム４１３６とを特徴とする、例示的システム４１００を描写する。
【０３５７】
システム４１００の可能な動作モードとして、膨張モードおよび圧縮モードを含む。圧縮モードでは、比較的に低圧（例えば、大気圧）にある、ある量の気体（例えば、空気）が、通気口４１０５から、周囲または適度な温度において、動力装置４１０２のシリンダアセンブリに収容される。圧縮は、シリンダ熱交換システム４１０４を介して、冷温蓄熱井戸４１１３から引き込まれた水の噴霧を気体の中へ導入し、それによって、シリンダアセンブリ内に発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。したがって、圧縮を受けている間またはそれに先立って、気体を通して噴霧される水は、シリンダ熱交換システム４１０４を介して、冷温蓄熱井戸４１１３から引き込まれた水より高い温度で、高温蓄熱井戸４１０８に戻され、圧縮を受ける気体から熱エネルギーを獲得し得る。水は、したがって、動力装置４１０２の圧縮サイクルの間、冷温蓄熱井戸４１１３から高温蓄熱井戸４１０８に移送される傾向となるであろう。
【０３５８】
同様に、システム４１００の膨張モードでは、比較的に高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）にある、ある量の気体（例えば、空気）が、周囲または適度な温度において、動力装置４１０２のシリンダアセンブリに収容される。膨張は、シリンダ熱交換システム４１０４を介して、高温蓄熱井戸４１０８から引き込まれた水の噴霧を気体の中へ導入し、それによって、シリンダアセンブリ内に発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。したがって、膨張の間、気体の中へ噴霧される水は、シリンダ熱交換システム４１０４を介して、高温蓄熱井戸４１０８から引き出された水より低い温度において、冷温蓄熱井戸４１１３に戻され、噴霧された水は、熱エネルギーを膨張を受ける気体に付与し得る。水は、したがって、動力装置４１０２の膨張サイクルの間、高温蓄熱井戸４１０８から冷温蓄熱井戸４４１１３に移送される傾向となるであろう。
【０３５９】
環境熱交換器４１３２および４１３６は、システム３９００および４０００の蓄熱井戸に関して本明細書で既に前述されたように、蓄熱井戸４１０８、４１１３の温度が、膨張および圧縮モードの両方で管理されることを可能にする。廃熱熱交換装置４１１０からの熱は、廃熱／井戸間熱交換システム４１１２を用いて、高温蓄熱井戸４１０８に、または付加的環境熱交換システム（図示せず）を用いて、環境に移送されてもよい。
【０３６０】
システム４１００は、蓄熱井戸４１０８、４１１３の内容物の温度管理および動力装置４１０２からの廃熱の仕事への部分的変換を含む、システム３９００および４０００に関して本明細書で既に前述された利点を実現し得る。さらに、（好ましくは）異なる温度における２つの蓄熱井戸４１０８、４１１３の維持が、エントロピーを減少させ（高温および冷温流の混合のため）、システム４１００のエクセルギー（抽出可能仕事）を増加させ、システム４１００の動作を、潜在的に、単一蓄熱井戸を有するシステム（例えば、システム４０００）の動作より効率的にすることは、熱力学的の原理を適切に熟知した人には明白であろう。さらに、熱は、冷温蓄熱井戸４１１３の温度を変更せずに、任意の源から、高温蓄熱井戸４１０８に付与され得、かつ熱は、高温蓄熱井戸４１０８の温度を変更せずに、冷温蓄熱井戸４１１３から移送され得る（例えば、環境熱交換器４１３６によって）。
【０３６１】
図４２は、動力装置４２０２（気体の圧縮および膨張のためのシリンダアセンブリユニットを含む）と、シリンダ熱交換システム４２０４と、環境から空気を引き込み、そこへ空気を排出する通気口４２０５と、流体（例えば、空気および水）を高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）で保持可能な貯蔵リザーバ４２０６と、高温蓄熱井戸４２０８（例えば、熱的に断熱された水塊）と、冷温蓄熱井戸４２３４（例えば、第２の熱的に断熱された水塊）と、動力装置４２０２の機械および電子構成要素によって生成された廃熱を抽出する、廃熱熱交換システム４２１０と、片側が、高温蓄熱井戸４２０８に、他側が、廃熱熱交換システム４２１０に連結される、廃熱／井戸間熱交換システム４２１２と、噴霧リザーバ４２２８と、一方が、高温蓄熱井戸４２０８および冷温蓄熱井戸４２３４に、他側が、噴霧リザーバ４２２８に流動的に連結される、噴霧／井戸間熱交換装置４２３０と、環境（例えば、空気、地上）と熱エネルギーを交換可能な第１の環境熱交換システム４２３２と、同様に環境と熱エネルギーを交換可能な第２の環境熱交換システム４２３６とを特徴とする、例示的システム４２００を描写する。
【０３６２】
システム４２００の可能な動作モードとして、膨張モードおよび圧縮モードを含む。圧縮モードでは、比較的に低圧（例えば、大気圧）にある、ある量の気体（例えば、空気）が、通気口４２０５から、周囲または適度な温度において、動力装置４２０２のシリンダアセンブリに収容される。圧縮は、噴霧／井戸間熱交換器４２３０およびシリンダ熱交換システム４２０４を介して、噴霧リザーバ４２２８から引き込まれた水の噴霧を気体の中へ導入し、それによって、シリンダアセンブリ内に発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。噴霧リザーバ４２２８内の水は、本明細書では、圧縮モードサイクルの開始時、比較的に低（例えば、周囲）温であると仮定される。したがって、圧縮を受けている間またはそれに先立って、気体を通して噴霧される水は、噴霧熱交換装置４２０４を介して、噴霧リザーバ４２２８から引き込まれた水より高い温度で、噴霧リザーバ４２２８に戻され、圧縮を受ける気体から熱エネルギーを獲得し得る。噴霧リザーバ４２２８内の水の温度は、したがって、動力装置４２０２の圧縮サイクルによって上昇される傾向となるであろう。しかしながら、噴霧リザーバ４２２８からの噴霧液体が、噴霧熱交換装置４２０４までの途中で噴霧／井戸間熱交換器４２３０の片側を通過するにつれて、熱が、噴霧液体から、噴霧熱交換装置４２３０の他側を通して冷温蓄熱井戸４２３４から高温蓄熱井戸４２０８に通過する、蓄熱井戸液体に移送され、噴霧液体の温度を低下させ、高温蓄熱井戸４２０８内の液体の温度を上昇させる傾向となり得る。動力装置４２０２の圧縮サイクルによって、噴霧リザーバ４２２８に付与された熱エネルギーは、したがって、後続圧縮サイクルの間、高温蓄熱井戸４２０８に移送され得、リザーバ４２２８内の噴霧液体の温度は、したがって、実質的に一定に維持され得る。
【０３６３】
同様に、システム４２００の膨張モードでは、比較的に高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）にある、ある量の気体（例えば、空気）が、周囲または適度な温度において、動力装置４２０２のシリンダアセンブリに収容される。膨張は、噴霧／井戸間熱交換装置４２３０およびシリンダ熱交換システム４２０４を介して、噴霧リザーバ４２２８から引き込まれた水の噴霧を気体の中へ導入し、それによって、シリンダアセンブリ内に発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。噴霧リザーバ４２２８内の水は、本明細書では、温度圧縮モードサイクルの開始時、比較的に高温（例えば、約６０℃またはさらにそれ以上）にあると仮定される。したがって、圧縮を受けている間またはそれに先立って、気体を通して噴霧される水は、噴霧熱交換装置４２０４を介して、噴霧リザーバ４２２８から引き出された水より低い温度において、噴霧リザーバ４２２８へ戻され、熱エネルギーを膨張を受ける気体に付与し得る。噴霧リザーバ４２２８内の水の温度は、したがって、動力装置４２０２の圧縮サイクルによって、低下される傾向となるであろう。しかしながら、噴霧リザーバ４２２８からの噴霧液体が、噴霧／井戸間熱交換器４２３０の片側を通過するにつれて、熱が、高温蓄熱井戸４２０８から、噴霧／井戸間熱交換器４２３０の他側を通して、冷温蓄熱井戸４２３４に通過する流体から、噴霧液体に移送され、噴霧液体の温度を上昇させ、高温蓄熱井戸４２０８から冷温蓄熱井戸４２３４に移動される液体の温度を低下させ得る。動力装置４２０２の膨張サイクルによって、噴霧リザーバ４２２８から除去された熱は、したがって、高温蓄熱井戸４２０８から熱を抽出することによって、各後続圧縮サイクルの間、再貯蔵されてもよく、リザーバ４２２８内の噴霧液体の温度は、ほぼ一定に維持され得る。
【０３６４】
環境熱交換器４２３２および４２３６は、システム３９００および４０００の蓄熱井戸に関して本明細書で既に前述されたように、蓄熱井戸４２０８、４２３４の温度が、膨張および圧縮モードの両方で管理されることを可能にする。熱交換器４２３０を通る流動方向は、逆流を維持するために、付加的弁類およびパイプ類（図示せず）を介して、圧縮および膨張モード間で切り替えられるとき、反転されてもよい。また、廃熱熱交換装置４２１０からの熱は、廃熱／井戸間熱交換システム４２１２を用いて、動力装置４２０２から高温蓄熱井戸４２０８に移送されてもよい。
【０３６５】
システム４２００は、蓄熱井戸４２０８、４２３４の内容物の温度管理および動力装置４２０２からの廃熱の仕事への部分的変換を含む、システム３９００、４０００、および４１００に関して本明細書で既に前述された利点を実現し得る。さらに、（好ましくは）異なる温度における２つの蓄熱井戸４２０８、４２３４の維持が、エントロピーを減少させ、システム４２００のエクセルギー（抽出可能仕事）を増加させ、システム４２００の動作を、潜在的に、単一蓄熱井戸を有するシステム（例えば、システム４０００）の動作より効率的にすることは、熱力学的の原理を適切に熟知した人には明白であろう。システム４１００におけるように、熱は、冷温蓄熱井戸４２３４または噴霧リザーバ４２２８の温度を変更せずに、任意の源から、高温蓄熱井戸４２０８に付与され得、かつ熱は、高温蓄熱井戸４２０８または噴霧リザーバ４２２８の温度を変更せずに、冷温蓄熱井戸４２３４（例えば、環境熱交換器４２３６によって）から移送され得る。加えて、システム４２００では、蓄熱井戸４２０８、４２３４内の熱貯蔵液体は、噴霧液体と混合せず、蓄熱井戸４２０８、４２３４内の液体の量は、噴霧液体の量より有意に多くあり得る。システム４２００内の熱貯蔵液体および噴霧液体の分離は、動力装置４２０２内側で噴霧されるいかなる液体も、好ましくは、噴霧汚染物質が、動力装置４２０２の構成要素性能を劣化させないように、比較的に高純度状態で維持されるため、有利であり得る。システム４２００内の熱貯蔵液体は、動力装置４２０２内側で噴霧されない、したがって、噴霧液体ほど高純度状態に維持される必要はない。比較的に小体積の噴霧液体の高純度状態への維持は、概して、比較的に大体積の蓄熱井戸４２０８、４２３４を高純度状態に維持するより低コストである。さらに、噴霧液体は、熱貯蔵液体から省略され得る、添加剤を含有してもよく、これは、システム４２００の動作における経済的利益の別の好機となる（例えば、システム４１００の動作と比較して）。加えて、熱交換器４２３０は、蓄熱井戸４２０８および／または４２３４内に内蔵されてもよく、蓄熱井戸４２０８および／または４２３４の内容物は、固体（例えば、砂利）、位相変化物質（例えば、パラフィンワックス）、またはいくつかの他の熱貯蔵物質（例えば、油、セラミック）であってもよい。
【０３６６】
図４３は、動力装置４３０２（気体の圧縮および膨張のためのシリンダアセンブリユニットを含む）と、シリンダ熱交換システム４３０４と、気体および液体の両方を高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）および比較的に高温で保持可能な貯蔵リザーバ４３０６と、動力装置４３０２の機械および電子構成要素によって生成された廃熱に連結される、廃熱熱交換システム４３１０と、片側が、高圧流体リザーバ４３０６に、他側が、廃熱熱交換システム４３１０に連結される、廃熱／井戸間熱交換システム４３１２と、例えば、水塊を含む、または本質的にそれから成る、冷温蓄熱井戸４３３４と、環境と熱エネルギーを交換可能な（例えば、地上）第１の環境熱交換システム４３３２と、同様に環境と熱エネルギーを交換可能な第２の環境熱交換システム４３３８とを特徴とする、例示的システム４３００を描写する。高温高圧リザーバ４３０６は、高圧気体貯槽の機能を高温蓄熱井戸の機能と組み合わせ、単一ユニット（例えば、断熱された圧力タンク、断熱されたパイプライン、岩塩ドーム等の地下の地質学的形成）であってもよい。
【０３６７】
システム４３００の可能な動作モードとして、膨張モードおよび圧縮モードを含む。圧縮モードでは、比較的に低圧（例えば、大気圧）にある、ある量の気体（例えば、空気）が、通気口４３０５から、周囲または適度な温度において、動力装置４３０２のシリンダアセンブリに収容される。気体の圧縮は、シリンダ熱交換システム４３０４を介して、冷温蓄熱井戸４３３４から引き込まれた水の噴霧を気体の中へ導入し、それによって、シリンダアセンブリ内に発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。したがって、圧縮を受けている間またはそれに先立って、気体の中へ噴霧される水は、圧縮された気体とともに、シリンダ熱交換システム４３０４を介して、冷温蓄熱井戸４３３４から引き込まれた水より高い圧力および温度において、高温高圧リザーバ４３０６に指向され、圧縮を受ける気体から熱エネルギーを獲得し得る。水は、したがって、動力装置４３０２の圧縮サイクルの間、冷温蓄熱井戸４３３４から高温高圧リザーバ４３０６に移送される傾向となるであろう。
【０３６８】
同様に、システム４３００の膨張モードでは、比較的に高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）および比較的に高温にある、ある量の気体（例えば、空気）が、高温高圧リザーバ４３０６から、動力装置４３０２のシリンダアセンブリに移送される。シリンダアセンブリが、気体を膨張させるにつれて、気体の温度を低下させる傾向となる。本低下の程度は、気体との発泡体形成によって制限され、膨張は、好ましくは、実質的に等温に維持される。システム４３００の膨張モードでは、噴霧液体は、シリンダ熱交換システム４３０４を介して、高温高圧リザーバ４３０６から引き出された水（例えば、１つ以上の発泡性添加剤を伴う）を含む、または本質的にそれから成る。膨張サイクルの終了時、本液体は、膨張を受けている間またはそれに先立って、気体の中へ噴霧されるときより低い温度および圧力となる傾向となり、液体は、膨張を受ける気体に熱エネルギーを付与し、シリンダ熱交換システム４３０４を介して、冷温蓄熱井戸４３３４に指向され得る。比較的に低温および圧力にある膨張させられた気体は、通気口４３０５を介して、動力装置４３０２から環境に通気されてもよい。液体は、したがって、動力装置４３０２の膨張サイクルの間、高温高圧リザーバ４３０６から冷温蓄熱井戸４３３４に移送される傾向となるであろう。
【０３６９】
環境熱交換器４３３２および４３３８は、環境熱交換器と連通する蓄熱井戸に関して本明細書で既に前述されたように、冷温蓄熱井戸４３３４および高温高圧リザーバ４３０６の温度が、膨張および圧縮モードの両方で管理されることを可能にする。廃熱熱交換装置４３１０からの熱は、廃熱／井戸間熱交換器４３１２を介して、高温高圧リザーバ４３０６に移送されてもよい。他の実施形態では、これらの熱交換器の一部または全部が、排除される。
【０３７０】
システム４３００は、蓄熱井戸４３３４および高温高圧リザーバ４３０６の内容物の温度管理、ならびに動力装置４３０２からの廃熱の仕事への部分的変換を含む、システム３９００、４０００、４１００、および４２００に関して本明細書で既に前述された利点を実現し得る。システム４１００および４２００と同様に、（好ましくは）異なる温度における２つの液体塊（すなわち、冷温蓄熱井戸４３３４内および高温高圧リザーバ４３０６内）の維持が、エントロピーを減少させ、システム４３００のエクセルギー（抽出可能仕事）を増加させ、システム４３００の動作を、潜在的に、単一蓄熱井戸を有するシステム（例えば、システム４０００）の動作より効率的にすることは、熱力学的の原理を適切に熟知した人には明白であろう。さらに、圧力の増加に伴う、水の沸点の上昇のため、システム４３００は、高温高圧リザーバ４３０６内に貯蔵された水の（非気化）上限温度が、システム４２００の高温蓄熱井戸４２０８等の非加圧高温蓄熱井戸内に貯蔵された水の上限温度より高いという付加的利点をもたらす。システムのエクセルギーが、システム内の２つの液体塊間の温度差異が増加すると、増加することは、熱力学的の原理を適切に熟知した人には明白であろう。したがって、例えば、システム４３００の高温および冷温液体塊のエクセルギーは、システム４３００内の高温および冷温液体塊間の温度差異が、システム４３００のいくつかの動作条件下では、システム４２００の高温および冷温液体の塊間の温度差異より大きくなり得るため、システム４２００内の類似量の高温および冷温液体のエクセルギーより高くあり得る。
【０３７１】
図４４は、２つ以上の異なるシリンダアセンブリ（異なる直径を有し得る）を含み得、それぞれ、異なる範囲の圧力にわたって、気体を圧縮または膨張させる、動力装置４４０２（気体の圧縮および膨張のためのシリンダアセンブリユニットを含む）（すなわち、２つ以上の段階圧縮機および膨張機動力装置）と、シリンダ熱交換システム４４０４と、気体および液体の両方を高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）および比較的に高温で保持可能な貯蔵リザーバ４４０６と、低圧（例えば、大気圧）で断熱された水塊を含む、または本質的にそれから成る、高温蓄熱井戸４４０８と、同様に水塊を含む、または本質的にそれから成る、冷温蓄熱井戸４４３４と、動力装置４４０２の機械および電子構成要素によって生成された廃熱に連結される、廃熱熱交換システム４４１０と、片側が、高温蓄熱井戸４４０８に、他側が、廃熱熱交換システム４４１０に連結される、廃熱／井戸間熱交換システム４４１２と、環境（例えば、空気、地上）と熱エネルギーを交換可能な第１の環境熱交換システム４４３２と、同様に環境（例えば、空気、地上）と熱エネルギーを交換可能な第２の環境熱交換システム４４３６とを特徴とする、例示的システム４４００を描写する。高温高圧リザーバ４４０６は、高圧気体貯槽の機能を高温蓄熱井戸の機能と組み合わせる。
【０３７２】
システム４４００の可能な動作モードとして、膨張モードおよび圧縮モードを含む。圧縮モードでは、比較的に低圧（例えば、大気圧）にある、ある量の気体（例えば、空気）が、通気口４４０５を介して、周囲または適度な温度において、動力装置４４０２のシリンダアセンブリに収容される。動力装置４４０２のシリンダアセンブリが、気体を圧縮するにつれて、圧縮は、シリンダ熱交換システム４４０４を介して、冷温蓄熱井戸４４３４から引き込まれた水の噴霧を気体の中へ導入し、それによって、シリンダアセンブリ内に発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。したがって、圧縮を受けている間またはそれに先立って、気体の中へ噴霧される水は、圧縮された気体とともに、シリンダ熱交換システム４４０４を介して、冷温蓄熱井戸４４３４から引き込まれた水より高い圧力および温度において、高温高圧リザーバ４４０６に指向され、圧縮を受ける気体から熱エネルギーを獲得し得る。噴霧水の一部または全部はまた、シリンダ熱交換システム４４０４を介して、低圧高温蓄熱井戸４４０８に指向されてもよい。水は、したがって、動力装置４４０２の圧縮サイクルの間、冷温蓄熱井戸４４３４から高温高圧リザーバ４４０６および／または低圧高温蓄熱井戸４４０８に移送される傾向となるであろう。
【０３７３】
同様に、システム４４００の膨張モードでは、比較的に高圧（例えば、３，０００ｐｓｉ）および比較的に高温にある、ある量の気体（例えば、空気）が、高温高圧リザーバ４４０６から動力装置４４０２のシリンダアセンブリに移送される。シリンダアセンブリが、気体を膨張させるにつれて、膨張は、シリンダ熱交換システム４４０４を介して、高温高圧リザーバ４４０６から引き込まれた水の噴霧を気体の中へ導入し、それによって、シリンダアセンブリ内に発泡体を形成することによって、実質的に等温に維持される。気体が、より低い圧力に膨張させられるにつれて、噴霧は、部分的またはさらに完全に、低圧高温蓄熱井戸４４０８から引き込まれた水から、形成されてもよい。膨張を受けている間またはそれに先立って、気体を通して噴霧される水は、比較的に低圧および温度において、シリンダ熱交換システム４４０４を介して、冷温蓄熱井戸４４３４に指向され、熱エネルギーを膨張を受ける気体に付与し得る。膨張させられた気体は、通気口４４０５を介して、動力装置４４０２から、環境に通気されてもよい。水は、したがって、動力装置４４０２の膨張サイクルの間、高温高圧リザーバ４４０６および／または低圧高温蓄熱井戸４４０８から冷温蓄熱井戸４４３４に移送される傾向となるであろう。
【０３７４】
環境熱交換器４４３６および４４３２は、システム３９００、４０００、４１００、４２００、および４３００の蓄熱井戸に関して本明細書で既に前述されたように、冷温蓄熱井戸４４３４および低圧高温蓄熱井戸４４０８の温度が、膨張および圧縮モードの両方で管理されることを可能にする。廃熱熱交換装置４４１０からの熱は、廃熱／井戸間熱交換システム４４１２を介して、低圧高温蓄熱井戸４４０８に移送されてもよい。
【０３７５】
システム４４００は、蓄熱井戸４４０８、４４３４の内容物の温度管理および動力装置４４０２からの廃熱の仕事への部分的変換を含む、システム３９００、４０００、４１００、４２００、および４３００に関して本明細書で既に前述された利点を実現し得る。システム４１００、４２００、および４３００と同様に、（好ましくは）異なる温度における、液体の２つ以上の塊（すなわち、冷温蓄熱井戸４４３４内、高温蓄熱井戸４４０８内、および高温高圧リザーバ４４０６内）の維持が、エントロピーを減少させ、システム４４００のエクセルギー（抽出可能仕事）を増加させ、システム４４００の動作を、潜在的に、単一蓄熱井戸のみを有するシステム（例えば、システム４００）の動作より効率的にすることは、熱力学的の原理を適切に熟知した人には明白であろう。圧力の増加に伴う、水の沸点の上昇のため、システム４４００は（図４３のシステム４３００のように）、高温高圧リザーバ４４０６内に貯蔵された水の（非気化）上限温度が、高温蓄熱井戸４４０８等の非加圧高温蓄熱井戸内に貯蔵された水の上限温度より高いという利点をもたらす。さらに、システム４４００は、廃熱が、システム４３００におけるように、高圧廃熱／井戸間熱交換器４３１２ではなく、低圧廃熱／井戸間熱交換器４４１２を使用して、動力装置４４０２から低圧高温蓄熱井戸４４０８に移送され得るという付加的利点をもたらす。低圧廃熱／井戸間熱交換器４４１２は、高圧廃熱／井戸間熱交換器より低コストである傾向となるであろう。
【０３７６】
動力装置４４０２が、１つ目（Ｃ１）が、第１のより低い圧力範囲にわたって、気体を圧縮し、２つ目（Ｃ２）が、第２のより高い圧力範囲にわたって、気体を圧縮する、２つの異なる直径シリンダ（図示せず）を含む場合、利点（例えば、システム４４００の全体的効率の増加）が、低圧高温蓄熱井戸４４０８をＣ１における実質的等温圧縮の終了時に達成される温度（および、随意に、また、中間圧にある）に維持することによって、システム４４００の圧縮動作モードにおいて実現され得る。すなわち、低圧高温蓄熱井戸４４０８は、高圧高温貯槽４４０６の内容物より低い温度に維持され得る。これは、圧縮の間またはそれに先立って導入される噴霧の量が、貯槽４４０６内の圧力が、順次圧縮サイクルにわたって増加するにつれて、独立して、Ｃ１およびＣ２において、独立して調節することを可能にする。さらに、低位廃熱（例えば、図示されない、熱発電所からの）が、利用可能である場合、熱交換器を介して、低圧のより低温の高温蓄熱井戸に移送され、効果的な全体的システム効率を増加させ得る。多重段階圧縮／膨張プロセスの中間点で動作する、低圧高温蓄熱井戸４４０８の温度は、利用可能な温度（例えば、約４０℃、６０℃、または類似温度）で廃熱の使用に最適であり得る一方、高圧高温リザーバ４４０６は、典型的廃熱温度の使用を可能にし得ない、実質的により高い温度（例えば、約８０℃、１２０℃、または類似温度）で維持され得る。多重段階圧縮／膨張プロセスをより高い温度で動作させることによって、減少された水噴霧体積が使用され、貯蔵体積およびシステム効率を増加させ得る（例えば、２相流を通過させる弁損失を低減させる）。類似利点が、システム４４００の膨張モードで実現され得ることは、熱力学を適切に熟知した人には明白となるであろう。
【０３７７】
図４５は、１つ以上のバッテリ４５０８および／または他の高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイス（例えば、１時間未満、例えば、１５分の貯蔵を伴う、エネルギー貯蔵デバイス）が、圧縮気体エネルギー貯蔵システム４５０２と並列に接続され、使用（例えば、送電網送達４５００）のための電力を生成する、本発明の例示的実施形態を描写する。エネルギー貯蔵システム４５０２は、本明細書のいずれかに描写される例示的貯蔵システムに類似し得る。バッテリ４５０８は、低電力需要（例えば、５００ｋＷ未満）の期間の間、貯蔵されたエネルギーを提供するように構成される一方、圧縮気体エネルギー貯蔵システム４５０２は、電力需要変動増加（例えば、５００ｋＷを上回る）の期間の間、貯蔵されたエネルギーを提供するように構成される。一実施例では、図４５に描写される太陽発電およびエネルギー貯蔵システムを含む、発電施設のオペレータは、２，０００ｋＷの一定電力レベルに維持することで報酬を受ける。ある瞬間、雲がアレイの一部を影で覆ったため、太陽発電が、２，０００ｋＷから１，９００ｋＷに降下するとする。測定される電力出力は、雲がアレイを影で覆うにつれて、バッテリ４５０８が、０から１００ｋＷの率で放電することを要求することによって、要求される一定電力レベルに維持され得る。別の瞬間、嵐が、その面積を通過し、太陽発電が、長時間、１０００ｋＷから５００ｋＷに降下するとする。測定される電力出力は、圧縮気体エネルギー貯蔵システム４５０２が、雲がアレイを影で覆うにつれて、１０００から１５００ｋＷの率で放電することを要求することによって、一定電力レベルに維持され得る。電力上昇（例えば、５００ｋＷを上回る）の需要に応じて、貯蔵リザーバ４５０４内の圧縮された気体の傾向における貯蔵されたエネルギーが、圧縮気体エネルギー貯蔵システム４５０２内で膨張を受け、使用（例えば、送電網送達４５００）のための電力を生成する。バッテリ４５０８からのいかなる過剰熱エネルギーも、熱交換装置４５０６を通して回収可能であり得る。バッテリ４５０８から回収した熱エネルギーは、圧縮気体貯蔵リザーバ４５０４（または、他の加圧された貯槽）の熱交換サブシステム内で使用され、貯蔵された圧縮気体を予加熱し、および／または膨張の間の熱交換流体および気体を加熱し、所与の体積の加圧された気体によって行われる仕事を増加させ、したがって、システム効率および／または性能を改善し得る。例えば、回収した熱エネルギーは、第‘９６０号出願に説明されるように、貯蔵された圧縮気体および／または膨張および／または圧縮を受ける気体を熱的に調整するために利用されてもよい。
【０３７８】
高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイス４５０８の応答時間は、電力レベルおよび需要の変化に対して、数マイクロ秒以内に応答するように最適化されてもよい。電力応答の速度は、制御システムのデータ取得速度に基づいて、約１ミリ秒に制限され得るが、容易に、１秒未満で応答するように構成することができる。
【０３７９】
図４６は、貯蔵された圧縮気体（図示せず）を伴う、１つ以上の貯蔵リザーバを含む、圧縮気体エネルギー貯蔵システム４６１０が、電気モータ４６１２に接続される、統合されたシステム４６００を描写する。より高い電力需要変動（例えば、５００ｋＷを上回る）の期間の間、圧縮気体エネルギー貯蔵システム４６１０は、モータ４６１２に貯蔵されたエネルギーを提供するように放電される。モータ４６１２は、貯蔵されたエネルギーを電力に変換する。いくつかの実施形態では、同期速度（例えば、１８００ＲＰＭ）で稼働している同期電気機械に対して、電力工学機器は、要求されない。他の実施形態では、図４６に図示されるように、変速電気機械に対して、電力は、共通ＤＣバスライン４６０６を通して、電力を送流する前に、ＡＣからＤＣに電流を変換する、負荷側電力工学機器４６０８に送流される。電力は、次いで、使用（例えば、送電網４６０２によって）のために、電力線側電力工学機器４６０４（ＤＣからＡＣ）に送流されてもよい。低電力需要変動（例えば、５００ｋＷ未満）の期間の間、１つ以上のバッテリ４６５０および／または他の高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイス（例えば、フライホイールおよび／またはウルトラキャパシタ）は、使用のための電力を提供するように放電される。バッテリ等のＤＣデバイスに対して、電気出力は、同一の電力線側電力工学機器に接続されてもよい。例えば、電力は、使用（例えば、送電網４６０２）のために送流される前に、バッテリ４６５０から、共通ＤＣバスライン４６０６を通して、電力線側電力工学４６０４に放電されてもよい。
【０３８０】
種々の実施形態では、バッテリ４６５０は、熱交換器４６４８と、ラジエータ４６３４と、ポンプ４６３０を伴う、バッテリ入口パイプ４６３２と、流体制御弁４６２８と、流体制御弁４６３６を伴う、バッテリ戻りパイプ４６３８とを特徴とする、冷却システムに接続される。同様に、圧縮気体エネルギー貯蔵システム４６１０は、熱交換器４６１４と、ラジエータ４６２０と、ポンプ４６１６を伴う、入口パイプ４６２２と、流体制御弁４６１８と、流体制御弁４６２４を伴う、戻りパイプ４６２６とを特徴とする、熱交換サブシステムに接続される。ラジエータ４６２０は、代替として、または加えて、蓄熱井戸を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。バッテリ入口パイプ４６３２は、パイプ４６４２を介して、入口パイプ４６２２に接続されてもよい。同様に、バッテリ戻りパイプ４６３８は、パイプ４６４０を介して、戻りパイプ４６２６に接続されてもよい。パイプ４６４２および４６４０は、それぞれ、流体制御弁４６４４および４６４６を含有してもよい。
【０３８１】
圧縮気体エネルギー貯蔵システム４６１０が、電力を送電網に提供するために放電される（例えば、需要が、５００ｋＷを上回って、供給を超える）、動作状態では、弁４６２８は、閉鎖され、弁４６４４は、開放され、パイプ４６４２を介して、バッテリ入口パイプ４６３２からの熱伝達流体を入口パイプ４６２２に送流させる。熱伝達流体は、ポンプ４６１６を介して、熱交換器４６１４、戻りパイプ４６２６、およびラジエータ４６２０を通して、循環させられる。熱交換サブシステム内の循環の間、バッテリ４６５０冷却システムからの廃熱は、圧縮気体貯蔵システム４６１０において、膨張に先立って、および／またはその間、圧縮された気体を加熱するために使用される（例えば、気体と加熱された熱伝達流体との間の発泡体の形成によって）。貯蔵システム４６１０の電力密度は、それによって、増加され、および／または全体的効率が、改善される。
【０３８２】
バッテリ４６５０が、電力を送電網に提供するために放電される、異なる動作状態（例えば、需要が、５００ｋＷ未満だけ、供給を超える）では、弁４６４４および４６４６は、閉鎖され、熱交換器４６４８、バッテリ入口パイプ４６２２、ポンプ４６３０、ラジエータ４６３４、およびバッテリ戻りパイプ４６３８は、圧縮気体エネルギー貯蔵システム４６１０の熱交換サブシステムとは無関係な閉ループバッテリ冷却システムを形成する。他の動作モードでは、バッテリ４６５０からの廃熱は、熱エネルギーが貯蔵され、圧縮気体貯蔵システム４６１０の動作の間、後に使用され得る、蓄熱井戸４６２０に指向されてもよい。
【０３８３】
図４７は、例示的２４時間周期の間の電気供給および需要の例示的プロットである。供給曲線は、一定ベース負荷電力源および例示的太陽設備のシミュレーションに基づく一方、電気需要は、例示的ある日からのシミュレートされたデータに基づく。電気需要は、典型的には、夜間の間、より低く、昼間の間、より高い。図４７に示される例示的プロットでは、需要は、約１５時間（９００分）から２４時間（１４４０分）にかけて、供給を超える。
【０３８４】
図４８は、所与の２４時間周期の間の電気供給および需要に関する、組み合わされた高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスおよび圧縮気体エネルギー貯蔵システムの影響の例示的プロットである。図４８に示される例示的プロットでは、０分では、需要は、約２００ｋＷだけ、供給を超えた。高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスは、電力を放電し、５００ｋＷ未満の過剰需要値を満たすように構成される。したがって、高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスは、０分〜６０分まで、放電状態に示され、過剰需要の範囲は、それぞれ、２００ｋＷ〜０ｋＷである。６０分から１２０分にかけて、供給は、５００ｋＷ未満だけ、需要を超える。したがって、高電力エネルギー貯蔵デバイスは、最大電力が、−５００ｋＷに到達するまで、充電状態に示される（図４８では、負値として描写される）。
【０３８５】
圧縮気体エネルギー貯蔵システムは、電力を放電し、５００ｋＷを上回る過剰需要値を満たすように構成される。（一実施形態では、複数の１ＭＷシステムが、より大型のシステムとして作用し、複数の動力装置を採用することによって、５００ｋＷを上回るいかなる電力にも対処する。例えば、２つの１ＭＷシステムは、電力レベル５００〜２０００ｋＷに対処し得る）。図４７に示される例示的プロットでは、供給が、５００ｋＷ以上の範囲内で需要を超えると、過剰電力が、使用され、圧縮気体エネルギー貯蔵システムを充電する（すなわち、圧縮された気体の形態でエネルギーを貯蔵する）。したがって、圧縮気体貯蔵システムは、過剰電力が、５００ｋＷを下回る（図４８では、負値として描写される）、１２０分から５４０分にかけて、充電状態に示される。過剰電力が、５００ｋＷを下回ると、高電力エネルギー貯蔵デバイスが、引き継ぎ、したがって、５４０分から６００分にかけて、充電状態（図４８では、負値として描写される）に示される。
【０３８６】
６００分から９００分にかけての期間の間、供給は、５００ｋＷ未満の可変値だけ、需要を超える。したがって、高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスは、値が５００ｋＷ未満であるとき、充電状態に示される。加えて、ある範囲内の高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスの充電状態を維持するために、圧縮気体エネルギー貯蔵デバイスは、高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスの充電状態が、設定最大値（例えば、図４８に示されるように９００ｋＷｈ）を超えるときは、常に、−５００ｋＷにおける充電状態に示される、または高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスの充電状態が、設定最小値（例えば、図４８に示されるように１００ｋＷｈ）を下回って降下するときは、常に、５００ｋＷにおける放電状態に示される。需要が、９００分から１４４０分にかけて、供給を超えると、高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスは、最初の５００ｋＷ需要期間の間、放電される。その後、圧縮気体エネルギー貯蔵システムが、引き継ぎ、需要が、５００ｋＷ以上、供給を超える期間の間、電力を放電する。
【０３８７】
図４９は、図４７および４８に図示される所与の２４時間周期の間、組み合わされた高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスおよび圧縮気体エネルギー貯蔵システムに対する充電状態の例示的プロットである。本シミュレートされたシナリオでは、１０ＭＷｈの貯蔵容量を伴う、２ＭＷ圧縮気体エネルギー貯蔵システムは、最大１ＭＷｈの貯蔵容量を伴う、５００ｋＷ短持続時間エネルギー貯蔵デバイスと並列で動作する。高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスの充電状態が、９００ｋＷｈ（最大容量の９０％）を超えるときは、常に、貯蔵されたエネルギーの一部は、送電網または圧縮気体エネルギー貯蔵システムのいずれかに放電される。高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスの充電状態が、１００ｋＷｈ（最大容量の１０％）を下回って降下するときは、常に、高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスは、送電網または圧縮気体エネルギー貯蔵システムのいずれかを介して、再充電される。このように、高電力短持続時間エネルギー貯蔵デバイスの充電状態は、最適範囲内に維持される一方、圧縮された気体エネルギー貯蔵システムは、バルクエネルギー貯蔵および回収を提供し得る。
【０３８８】
本発明の実施形態は、その負荷が経時的に（例えば、時刻に伴って）変動し得る、かついくつかの発電資産の電力出力が変動し得る（例えば、風の条件、雲の条件、機械的破砕、伝送線の故障、炉心の予定された燃料補給のための閉鎖に伴って）、発電資産が送電網に接続される、種々の設定において適用されてもよい。これらの用途のいくつかは、以下にさらに論じられる。
【０３８９】
本発明の実施形態はまた、種々の「メーターの測定箇所の後ろでの電力のやり取り（ｂｅｈｉｎｄ−ｔｈｅ−ｍｅｔｅｒ）」設定、すなわち、電力ユーザの電力へのアクセスまたは電力のコストが、経時的（例えば、時刻に伴って）変動し、ユーザが、ある時間には、圧縮空気エネルギー貯蔵システムを使用して、エネルギーを購入および貯蔵し、他の時間には、貯蔵システムを使用して、電力を生成することが有利である場合に適用されてもよい。
【０３９０】
図５０は、従来のベース負荷発電所５００２、超高電圧伝送線５００４、伝送変電所５００６、地方高電圧伝送線５００８、その独自の逓降変圧器５０１２を伴う、大電力負荷５０１０、例えば、変電所５００６における、伝送線５０１５によって、ネットワークに接続される、中央再生可能電力発電機５０１４（例えば、太陽パネル、風力タービン）、地方伝送線５０１８、配電変電所５０２０、地域配電線５０２２、小規模電力負荷５０２４（例えば、住宅）、および種々の点（両矢印によって示されるように）において、ネットワーク５０００の他の構成要素とエネルギーを交換し得る、等温圧縮空気貯蔵（ＩＣＡＥＳTM）システム５０２６、５０２８、５０３０、５０３２、５０３４の例示的発電および消費ネットワークまたは送電網５０００の概念的図面である。そのようなＩＣＡＥＳシステムは、発泡体ベースの熱伝達を採用し、シリンダアセンブリの動作の熱効率および速度（故に、電力密度）を増加させるものを含む、本明細書のいずれかに説明される例示的エネルギー貯蔵システムのうちの任意の１つ以上を含んでもよく、または本質的にそれから成ってもよい。
【０３９１】
電力線、変電所、負荷、およびＩＣＡＥＳシステムの単一表現は、図５０の概念図では、同一のタイプのある可能性として考えられる複数の複雑に相互に接続されたユニットを表す。すなわち、ネットワーク５０００は、図５０に表されるようなネットワーク５０００より遥かに複雑であり得、図５０に表されない構成要素（例えば、天然ガスによって燃焼されるピーク発電機）を含有し得る、ある種類の実世界のネットワーク（送電網）の構成要素の簡略化された表現である。それでもなお、図５０に示される関係は、より複雑な実世界のネットワークにおける構成要素の関係を正確に表し得る。
【０３９２】
ネットワーク５０００内のＩＣＡＥＳの用途は、少なくとも４つの主要カテゴリに分離され得る。すなわち、（１）従来の発電、（２）再生可能発電および熱電併給、（３）伝送およびネットワークサービス、ならびに（４）エンドユーザサポートである。
【０３９３】
（従来の発電）
ＩＣＡＥＳ５０２６が、従来の発電所５００２における昇圧器システムの低電圧側に接続される場合、いくつかの機能が、ＩＣＡＥＳ５０２６によって行われ得る。ＩＣＡＥＳ５０２６および発電所５００２の低電圧（局所）電気システムとのその電気接続の動作は、自動制御（例えば、デジタルコンピュータ）、人間コントローラ、または両方を含む、または本質的にそれから成る、制御システム（図示せず）によって統制される。種々の源から導出された信号は、ＩＣＡＥＳ５０２６の制御システムに指向されてもよい。そのような信号は、ネットワーク５００に取り付けられた他の発電源（従来源５００２および再生可能源５０１４の両方）の可用性および出力、負荷（例えば、５０１０、５０２４）の規模および場所、ネットワーク５０００全体を通した全タイプの発電機（図５０に表されない発電機、例えば、地理的に分散された様式で負荷５０１０、５０２４と共存する屋上太陽パネルを含む）の可用性および出力における最新変化、負荷５０１０、５０２４の規模の最新の変化、ＩＣＡＥＳシステムおよび他の貯蔵システム（例えば、水力発電貯蔵リザーバ）内に貯蔵されたエネルギーの定量的推定値、負荷が位置する地域の天気の気温および他の側面の定量的予報（例えば、国立測候所から）、地理的に関連地域にわたる最新の天気事象（例えば、降水量）に基づく、再生可能（例えば、水力発電）発電容量の予報、ネットワーク５０００と他のネットワークとの間の電量交換に対する瞬間的市場価格、ネットワーク５０００への差し迫った物理的課題（例えば、嵐）、伝送施設５００４の動作状態および負荷等を説明する、測定され、電子的にコード化され、遠隔伝送された（報告された）情報を含む。
【０３９４】
コントローラは、受信した信号に応じて、ＩＣＡＥＳ５０２６の動作に関する決定を行う。例えば、従来の発電機５００２から（または、伝送線５００４を介して、ネットワーク５０００内のいずれかの場所から）のエネルギーは、負荷に対する発電容量の超過がない時間（例えば、夜間）、ＩＣＡＥＳ５０２６内に貯蔵されてもよい。需要に対する発電容量の不足がある（例えば、正午近くのピーク需要の間）、またはより高価な発電機（例えば、ガス燃焼ピーク発電機）が、必然的に、需要を満たすために働かせられるであろう、そのような時間には、エネルギーは、ＩＣＡＥＳ５０２６から受容され、ネットワーク５０００を通して、負荷に伝送されてもよい。そのような電気エネルギーの時間偏移は、より高価なピーク発電機の動作を排除または軽減することによって、ネットワーク５０００内のエネルギーコストを減少させ得る。
【０３９５】
代替として、または加えて、特定の発電機と関連付けられたＩＣＡＥＳ５０２６は、ネットワーク５０００内の１つ以上の他の発電機（図示せず）が、利用不可能となるとき（例えば、機械的故障または予定された燃料補給のため）、または容量を減少させて動作しなければならないとき（例えば、水力発電施設における低水レベルのため）、エネルギーが抽出され得る、予備容量として作用してもよい。
【０３９６】
代替として、または加えて、エネルギーは、ネットワーク５０００全体を通した負荷５０２４、５０１０の増加に応答して、ＩＣＡＥＳ５０２６から抽出されてもよい。そのような負荷の増加は、日常的（例えば、需要の日々のピーク）または特異的（例えば、多数のより小さな負荷の統計変動のため、または多数のユーザ５０１０がオンラインとなったため）であり得る。そのような用途は、概して、「負荷追従」の形態と称され得る。
【０３９７】
（再生可能発電）
有意なサイズ（すなわち、風力発電地帯または他の非分散発電機）の再生可能発電機５０１４と共存する、ＩＣＡＥＳ５０２８は、伝送線５０１５を通して、その出力の購入者によって経験され得る、その電力出力の間欠性を低減させることによって、そのような発電機によって提供される電力の値を増加させ得る。すなわち、電力に対する需要が、低い、または再生可能発電機５０１４による生成が、比較的に高い期間の間、再生可能発電機５０１４によって産生されるエネルギーの一部または全部は、ＩＣＡＥＳ５０２８内に貯蔵されてもよい。電力に対する需要（および／または価格）が、より高い、または再生可能発電機５０１４による生成が、比較的に低い期間では、エネルギーは、ＩＣＡＥＳ５０２８から取り出され、電力線５０１５を介して、ネットワーク５０００に伝送されてもよい。定期的ＩＣＡＥＳ５０２８からのエネルギーの回収は、概して、エネルギーの時間偏移と称される。発電機５０１４の出力間欠性を緩和するＩＣＡＥＳ５０２８の使用は、概して、発電機の堅調化と称される。多くの実世界ネットワークでは、所与の発電機からのエネルギーの単位あたり値は、部分的に、そのエネルギーの要望に応じた可用性に基づいて調整される。再生可能発電機５０１４からのエネルギーの統合性の可用性は、ＩＣＡＥＳ５０２８を通した発電機５０１４の出力の部分的緩衝化によって増加されるため、再生可能発電機５０１４の出力を堅調化するＩＣＡＥＳ５０２８の使用は、有利であり得る。
【０３９８】
（伝送およびネットワークサービス）
適切な電子制御信号を用いて、ＩＣＡＥＳ５０２６のコントローラは、同時に、または独立して、ＩＣＡＥＳユニット５０２６、５０２８、５０３０、５０３２、５０３４、およびネットワーク５０００全体を通して位置し得る、他のエネルギー貯蔵システムを制御してもよい。ＩＣＡＥＳユニットは、図５０に示される点の一部または全部、および／または図５０に描写されない付加的点において、ネットワーク５０００に取り付けられてもよい。ネットワーク５０００全体を通したＩＣＡＥＳユニットおよび他の貯蔵ユニットの同時遠隔制御動作は、種々の伝送およびネットワークサービスを提供し、例えば、常時、ネットワーク全体を通した負荷に対する発電機（貯蔵ユニットを含む）の最低コスト整合を可能にし、または、万一、総負荷が、ネットワーク５０００の発電容量を超える場合、供給−需要不整合による経済的および他の損失の最小限化を可能にし得る。ネットワーク５０００の部分全体を通して伝送線上の電圧を降下させ得る、負荷５０２４、５０１０の短期変動は、エネルギーをネットワーク５０００に付与するために、ＩＣＡＥＳユニット（例えば、ユニット５０３４、５０３０）の高速起動によって緩和され得る。そのような高速応答発電機の起動は、概して、電圧維持と称され得る。
【０３９９】
いくつかの伝送線（例えば、５０１８）に過度に負荷がかけられる、すなわち、安全に搬送可能である量またはほぼその量の電力を搬送しているが、さらに、受容が増加する（例えば、負荷５０２４において）とき、コントローラは、過度に負荷がかけられた伝送線を通して、付加的電力の伝送の必要性を未然に防ぐために、エネルギーを貯槽（例えば、ＩＣＡＥＳ５０３４）から抽出させてもよい。そのような伝送サポートは、ネットワーク５０００内のある伝送線の容量の予定されたアップグレードを延期させてもよい。一時的伝送輻輳の軽減もまた、そのような手段によってもたらされ得る。
【０４００】
個々の変電所（例えば、５００６、５０２０）への電力は、大規模な停電の間、そこに取り付けられたＩＣＡＥＳユニット（例えば、５０３０、５０３４）によって供給され、現場動作をサポートし、したがって、より高速のネットワーク回収をサポートしてもよい。
【０４０１】
（エンドユーザ）
送電網（例えば、５０３２、５０３４）内に分散されたＩＣＡＥＳユニットで貯蔵されたエネルギーは、長距離伝送線（例えば、５００４、５００８）が、機能停止または過負荷となるとき、または一次発電機（例えば、５００２）が、機能停止にあるとき、または他の停電条件において、一時的に、局所負荷に電力を供給するために使用されてもよい。負荷の局所ネットワークのそのような給電は、概して、単独運転と称される。住宅地、工業団地、大きな建物、軍用基地、大規模単一ユーザ（例えば、５０１０）、および他の局所負荷の単独運転は、ＩＣＡＥＳユニットによって有効化またはサポートされてもよい。
【０４０２】
単一大規模ユーザ５０１０に対する使用時間管理は、ＩＣＡＥＳ５０３２によって有効化されてもよい。すなわち、エネルギーは、価格がより低いとき（例えば、夜間）、ユーザ５０１０によって、送電網から購入され、ＩＣＡＥＳ５０３２内に貯蔵され、次いで、価格がより高いとき（例えば、昼間）、貯槽から抽出されてもよい。加えて、または代替として、ＩＣＡＥＳ５０３２は、電力品質が、ユーザ５０１０にとって高いものであることを保証、ネットワーク５０００からの電力の品質または可用性に伴う経済的損失（例えば、データ損失）を保護してもよい。加えて、または代替として、ＩＣＡＥＳ５０３２内へのエネルギーの貯蔵およびそこからのエネルギーの回収は、ユーザ５０１０が、需要充電および使用時間を管理するように、その需要プロファイルを具体化することを可能にし得る。
【０４０３】
本発明のこれらの用途ならびに本明細書に明示的に説明されないその他は全て、想定される。
【０４０４】
概して、本明細書に説明されるシステムは、高効率を伴う、完全サイクルエネルギー貯蔵システムの一部分として、膨張モードおよび逆圧縮モードの両方で動作されてもよい。例えば、システムは、圧縮機および膨張機の両方として動作され、圧縮された気体のポテンシャルエネルギーの形態において、電気を貯蔵し、圧縮された気体のポテンシャルエネルギーから電気を産生してもよい。代替として、システムは、独立して、圧縮機または膨張機として動作されてもよい。
【０４０５】
本発明の実施形態は、２０１１年８月３０日に出願の米国特許出願第１３／２２１，５６３号に説明され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、動作の間、圧縮された気体の形態で貯蔵された、および／または圧縮された気体の膨張から回収したエネルギーを、例えば、質量上昇の重力ポテンシャルエネルギーに変換してもよい。
【０４０６】
本発明の実施形態によるシステムは、第’９１４号出願および２０１１年４月６日に出願の米国特許出願第１３／０８０，９１０号に説明され、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれるように、実質的非圧縮性流体および／または１つ以上の加圧されたリザーバを利用して、１つ以上のシリンダアセンブリおよび／または他の構成要素内の死空間を最小限化あるいは排除し得る。また、これらの出願に説明されるように、本発明の実施形態は、シリンダアセンブリから、熱交換構成要素（例えば、そこに接続される、および／またはシリンダアセンブリとそのような構成要素間の熱交換器、ポンプ、および／またはパイプ）内への圧縮性流体（例えば、気体または発泡体）の流動を実質的に防止する機構を組み込んでもよく、それによって、熱交換構成要素内の死空間の形成を実質的に防止してもよい。例えば、種々の実施形態は、熱交換流体をシリンダアセンブリ内に導入する噴霧生成または発泡体生成機構内のノズルのうちの１つ以上の上流側に１つ以上の逆止弁を組み込む。
【０４０７】
本明細書で採用される用語および表現は、限定ではなく、説明の観点として使用され、そのような用語および表現の使用において、図示および説明される特徴またはその一部の均等物のいずれかを除外する意図はなく、種々の修正が、請求される本発明の範囲内で可能であることを認識されたい。
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２３】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【国際調査報告】
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