エネルギーを貯蔵および放出するシステムであって、発電機モータサブシステムと、前記発電機モータサブシステムによって加えられる力に応じて第1のポンプポートと第2のポンプポートの間で油圧作動油を送ると共に、前記第1のポンプポートと前記第2のポンプポートの間で流される油圧作動油に応じて前記発電機モータサブシステムに力を付与することもできる油圧ポンプと、前記第1のポンプポートを介して前記油圧ポンプとの間で油圧作動油をやりとりする第1の圧縮膨張容器と、前記第2のポンプポートを介して前記油圧ポンプとの間で油圧作動油をやりとりする第2の圧縮膨張容器と、選択的に、前記第1のガス圧縮膨張容器および前記第2のガス圧縮膨張容器からガスを貯蔵したり、前記第1のガス圧縮膨張容器および前記第2のガス圧縮膨張容器にガスを放出したりするガス貯蔵サブシステムと、前記第1の圧縮膨張容器および前記第2の圧縮膨張容器のそれぞれの中にある内部熱交換器であって、当該内部熱交換器内で前記油圧作動油と前記ガスとの間で熱交換するための内部熱交換器であり、各内部熱交換器が、前記第1の圧縮膨張容器および前記第2の圧縮膨張容器内のガスの質量と比べて非常に大きい熱質量を有する、内部熱交換器と、前記貯蔵と放出との間で切り替えるように、前記ガス貯蔵サブシステムに関連付けられた少なくとも複数のガス弁を制御する制御サブシステムとを備え、貯蔵中、前記油圧ポンプによって前記第1のポンプポートと前記第2のポンプポートの間で送られる油圧作動油に応じて、ガスが、前記ガス貯蔵サブシステムにおいて圧縮させられ、それによってエネルギーを貯蔵し、放出中、前記ガス貯蔵サブシステムからの圧縮ガスの放出による圧力に応じて、油圧作動油が前記第1のポンプポートと前記第2のポンプポートの間で流され、それによってエネルギーを放出する、システム。前記ガス貯蔵サブシステムが、それぞれのガス弁の開閉状態に応じて、前記第1の圧縮膨張容器との間か、または前記第2の圧縮膨張容器との間で選択的にガスをやりとりするための高圧ガスチャンバと、それぞれのガス弁の開閉状態に応じて、前記第1の圧縮膨張容器との間か、または第2の圧縮膨張容器との間で選択的にガスをやりとりするための低圧ガスチャンバとを備える、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。各内部熱交換器において、前記熱交換器のメッシュまたは金属発泡体の密度が、圧縮または膨張の熱が最大であるシリンダの上部において実質的に増加する、請求項2に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。曲線因子が、実際のところ、前記膨張圧縮チャンバ内の利用できる容量の25未満であっても、前記メッシュまたは金属発泡体の材料が、圧縮下で前記ガスより実質的に高密度であり、好ましくは1gmccのアグリゲート密度である、請求項3に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。各内部熱交換器が、前記各容器の内側容積の約25パーセント未満を占めている、請求項4に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。各内部熱交換器が、前記各容器の前記内側容積の約3パーセントを占めている、請求項5に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。各内部熱交換器が金属発泡体である、請求項3に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記金属発泡体中のほぼ全ての細孔のサイズが、約5立方ミリメートル未満である、請求項7に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。各内部熱交換器が、金属からなる極めて多孔質の焼結プラグである、請求項3に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。各内部熱交換器がコイルである、請求項3に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。各内部熱交換器が、銅、アルミニウムのうちの少なくとも1つを含む、請求項10に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。油圧作動油と大気との間で熱を交換するための、前記油圧作動油に接触する外部熱交換器をさらに備える、請求項3に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記発電機モータサブシステムに関連付けられたフライホイールをさらに備える、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記放出中に前記発電機モータサブシステムからの電力を調整するための前記発電機モータサブシステムに関連付けられた電力調整用モジュールをさらに備える、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記油圧ポンプが、油圧作動油が前記第1のポンプポートから前記第2のポンプポートへ流れていようと、前記第2のポンプポートから前記第1のポンプポートへ流れていようと、同じ方向に回転するように構成されている、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記第1の圧縮膨張容器および前記第2の圧縮膨張容器のそれぞれの中のガス圧、および前記ガス貯蔵サブシステムの中のガス圧に関して前記制御システムにデータを通信するための圧力変換器をさらに備える、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記第1の圧縮膨張容器および前記第2の圧縮膨張容器の少なくとも1つが、前記圧縮膨張容器内の油圧作動液位に関して前記制御システムにデータを通信するための各液面変換器を収納する、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記油圧作動油が、不燃性の非反応性流体である、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記不燃性の非反応性流体がKRYTOX登録商標である、請求項18に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記第1の圧縮膨張容器および前記第2の圧縮膨張容器のそれぞれの中の前記ガスと前記油圧作動油との間に、不燃性および非反応性であり、前記油圧作動油よりも低密度で不透過性が高い第2の流体をさらに備える、請求項18に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記第2の流体が、エチレングリコール水阻止剤ベースの冷却剤である、請求項20に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記油圧作動油および前記第2の流体が、アイソレータピストンによって隔てられる、請求項20に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記油圧作動油および前記第2の流体が、互いに直に隣り合っている、請求項20に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記第1の圧縮膨張容器および前記第2の圧縮膨張容器が、前記油圧作動油および前記第2の流体のうちのより重い方が、前記油圧作動油および前記第2の流体のうちのより軽い方の下方にあるように構成されている、請求項22または23のエネルギー貯蔵抽出システム。前記油圧作動油が、DuPont社のKRYTOXの真空ポンプ流体、Dupont社のKRYTOXのNRTシリーズオイル、及び、約19gmccの密度を有するハロカーボン油からなる群から選択される、請求項23に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記第2の流体が、約15gmccの密度を有するイオン流体である、請求項23に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記イオン流体が、EMIMBTA、BMIMBTA、およびBMMIMBTAからなる群から選択される、請求項26に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記発電機モータサブシステムが、ユニット式発電機モータを備える、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。前記発電機モータサブシステムが、発電機及びモータの両方を備え、前記発電機及びモータのそれぞれが、前記油圧ポンプに機械的に接続される、請求項1に記載のエネルギー貯蔵抽出システム。一態様によれば、エネルギーを貯蔵および放出するシステムが提供され、このシステムは、発電機モータサブシステムと、発電機モータサブシステムによって加えられる力に応じて第1のポンプポートと第2のポンプポートの間で油圧作動油を送ると共に、第1のポンプポートと第2のポンプポートの間で流される油圧作動油に応じて発電機モータサブシステムに力を付与することもできる油圧ポンプと、第1のポンプポートを介して油圧ポンプとの間で油圧作動油をやりとりする第1の圧縮膨張容器と、第2のポンプポートを介して油圧ポンプとの間で油圧作動油をやりとりする第2の圧縮膨張容器と、選択的に、第1のガス圧縮膨張容器および第2のガス圧縮膨張容器からガスを貯蔵したり、第1のガス圧縮膨張容器および第2のガス圧縮膨張容器にガスを放出したりするガス貯蔵サブシステムと、第1の圧縮膨張容器および第2の圧縮膨張容器のそれぞれの中にある内部熱交換器であって、当該内部熱交換器内で油圧作動油とガスとの間で熱交換するための内部熱交換器であり、各内部熱交換器が、第1の圧縮膨張容器および第2の圧縮膨張容器内のガスの質量と比べて非常に大きい熱質量を有する、内部熱交換器と、貯蔵と放出との間で切り替えるように、ガス貯蔵サブシステムに関連付けられた少なくとも複数のガス弁を制御する制御サブシステムとを備え、貯蔵中、油圧ポンプによって第1のポンプポートと第2のポンプポートの間で送られる油圧作動油に応じて、ガスが、ガス貯蔵サブシステムにおいて圧縮させられ、それによってエネルギーを貯蔵し、放出中、ガス貯蔵サブシステムからの圧縮ガスの放出による圧力に応じて、油圧作動油が、第1のポンプポートと第2のポンプポートの間で流され、それによってエネルギーを放出する。他の態様および実施形態は、本明細書に開示されている。ここで、添付図面を参照して、実施形態をより完全に説明する。ここで図1を参照すると、本発明の一実施形態による、エネルギーを貯蔵および抽出するシステムが示されており、全体的に参照符号5によって特定される。システム5は、制御サブシステム7によって制御され、本実施形態では、制御サブシステム7は、プログラム可能論理制御装置であるが、適当なインタフェースハードウェアを有するパーソナルコンピュータ等などの別の装置によって代わりに実行されてもよい。システム5は、発電機モータサブシステムも備え、本実施形態では、発電機モータサブシステムは、シャフト連結器を用いて油圧ポンプ12に機械的に結合された単一の発電機モータ10を含み、回転力を油圧ポンプ12に付与することによってポンプエネルギー貯蔵中に油圧ポンプ12の第1のポート14と第2のポート16の間で油圧作動油13をポンプするようになっている。さらに、説明するように、発電機モータ10および油圧ポンプ12は、機械的に結合され、エネルギー放出中に第1のポート14と第2のポート16の間でポンプされる油圧作動油13に応じて、油圧ポンプ12が回転力を発電機モータ10に付与できるようになっている。本実施形態では、発電機モータ10は、励起巻き線を有する三相交流発電機モータであり、これは、エネルギー貯蔵中に電力を加えると油圧ポンプ12のための原動機として機能し、エネルギー放出中に油圧ポンプ12により回転すると電気発電機として機能する。本実施形態では、油圧ポンプ12は、可変容積、およびオーバーザセンター構成を有し、それによって油圧ポンプ12は、油圧作動油13が、第1のポート14から第2のポート16へ流れていようと、第2のポート16から第1のポート14へ流れていようと、一方向だけにに回転するシャフトを有する。つまり、油圧作動油13の流れの方向に関わらず、貯蔵および放出全体にわたって、油圧ポンプ12は、単一の方向に回転する。油圧ポンプ12は、その動作のためにフィルタ、弁、およびチャージ圧力回路を備える。本実施形態では、油圧ポンプ12中の弁は、制御サブシステム7によって供給される信号を介して電気的にそれぞれ制御される。フライホイール18は、油圧ポンプ12を通じて流体が流れる最中の回転、圧力変化、油圧作動油13のポート14とポート16の間の流れの方向の変化、およびモード変化を維持するためにシャフト連結器に機械的に結合される。フライホイール18は、追加の角運動量を与え、角運動量は、本実施形態では約1秒~10秒である短期間のrpmの損失によって発電機モータによって電気エネルギーへ変換することができる。電力調整用モジュール19は、発電機モータ10と電気の主管の間で結合されて、発電機モータ10を制御し、電力電気の主管に供給するのに用いるために発電機モータ10からの電力を調整する。本実施形態では、電力調整モジュール19は、整流ダイオードおよびスティッフなDCコンデンサが先にあるインバータである。もちろん、主管とモータ態様の発電機モータサブシステムとの間の反対方向の電力調整は、同様の逆転の回路、可変周波数駆動である。油圧ポンプ12は、第1のポート14から延び第1の圧縮膨張容器20の外壁を通じて第1の圧縮膨張容器20の内側容積の底部の近くで終端をなす流体ライン40を通して第1の圧縮膨張容器20の内側容積と流体連通している。油圧作動油13は、流体ライン40を通して、油圧ポンプ12と第1の圧縮膨張容器20の内側容積のとの間で流れることができる。油圧ポンプ12は、第2のポート16から延び第2の圧縮膨張容器30の外壁を通じて第2の圧縮膨張容器30の内側容積の底部の近くで終端をなす流体ライン50を通して第2の圧縮膨張容器30の内側容積とも流体連通している。油圧作動油13は、流体ライン50を通して油圧ポンプ12と第2の圧縮膨張容器30の内側容積との間で流れることができる。流体ライン40および50は、システム5中の油圧作動油13に付与される圧力に耐えることができる1種類または複数種類の鋼鉄などの任意の材料で構成される。本実施形態では、油圧作動油13はKRYTOX登録商標であり、これは、空気などの酸素を含むガスの圧縮での使用に適した不燃性の非反応性液体である。他の適当な油圧作動油が、用いられてもよい。第1の圧縮膨張容器20の内側容積は、第1の圧縮膨張容器20の内側容積の上部近くから第1の圧縮膨張容器20の外壁を通じてガス貯蔵サブシステム100へ延びるガスライン60を通してガス貯蔵サブシステム100とも流体連通している。第2の圧縮膨張容器30の内側容積は、第2の圧縮膨張容器30の内側容積の上部近くから第2の圧縮膨張容器30の外壁を通じてガス貯蔵サブシステム100へ延びるガスライン70を通してガス貯蔵サブシステム100とも流体連通している。ガスライン60および70は、システム5中のガスに付与される圧力に耐えることができる1種類または複数種類の鋼鉄などの任意の材料で構成される。少なくとも1つの液面変換器24が、第1の圧縮膨張容器20の内側容積内に配設され、第1の圧縮膨張容器20内の油圧作動油13の液位を示す液面信号を生成する。同様に、少なくとも1つの液面変換器34が、第2の圧縮膨張容器30の内側容積内に配設され、第2の圧縮膨張容器30内の油圧作動油13の液位を示す信号を生成する。制御サブシステム7は、液面変換器24、34から液面信号を受け取り、それに応じてシステム5を制御するようになっている。概して、制御サブシステム7は、油圧作動油13が、ガスライン60、70に入らないことを確実にする。液面変換器24、34は、第1の膨張圧縮容器20および第2の膨張圧縮容器30の外側の制御サブシステム7によって受け取られ得るそれぞれの信号を生成する。そのような信号は、有線によってまたは有線と無線の両方によってサブシステム7を制御するように与えられてもよいことを理解されよう。第1の内部熱交換器22も、第1の圧縮膨張容器20の内側容積内に配設され、第2の内部熱交換器32も、第2の圧縮膨張容器30の内側容積内に配設される。内部熱交換器22、32のそれぞれは、圧縮膨張容器20、30内の任意の油圧作動油13と、それぞれ圧縮膨張容器20、30内で圧縮膨張している任意のガスとの間で熱を交換するように機能する。熱交換器は、圧縮膨張モジュールの容量内に遍在し、熱的に大容量であり、多孔質である。内部熱交換器は、ガスに比べて熱的に大容量であり、遍在しているので、ガスが温度を大きく変化させることは困難であり、このプロセスは、準等温のままである。液体ピストンの液体が、この多孔質の大容量の内部熱交換器に入退出するときに、液体ピストンの液体は、熱交換器内でトラップされた熱を獲得し、そして熱は、液体油圧作動油へ伝達される。流体ライン40に関連付けられた第1の外部熱交換器42は、流体ライン40内の油圧作動油13と周囲大気の間で熱を交換するように機能する。同様に、流体ライン42に関連付けられた第2の外部熱交換器52は、流体ライン42の油圧作動油13と周囲大気の間で熱を交換するように機能する。第1の内部熱交換器22、第2の内部熱交換器32、第1の外部熱交換器42、および第2の外部熱交換器52は、概して、第1の圧縮膨張容器20および第2の圧縮膨張容器30の外側の周囲大気と、第1の圧縮膨張容器20および第2の圧縮膨張容器30内のガスとの間の熱交換を行うように協働する。そのような熱交換は、準等温の条件がシステム5で存在することを可能にすることによってシステムの有効性および効率を維持するために大切である。結果として、圧縮膨張下のガスおよびさらに油圧作動油13は、概してほぼ一定の温度で維持される。米国特許出願第20070258828号は、液体ピストン圧縮機があれば、液体ピストンガス圧縮機の圧縮チャンバ内に熱交換器を取り付けることが可能であることを開示する。受動的熱交換が、球またはプレートで容量を部分的に満たすことによって可能であり得ることも述べられている。PCT出願第2010135658A2号は、気泡を捕らえ、それによって熱交換を改善するために薄いカップ状構造が装置内で使用できることを開示する。米国特許第7802426号は、ガスの高効率近等温圧縮が、ガスの流れを外部熱交換器を通じて外部循環させることによって実現することができることを開示する。圧縮比および熱交換流が、適切に選ばれ、圧縮比が十分に遅い場合、近等温の結果が実現できることが教示されている。PCT国際公開WO2008139267は、圧縮チャンバ内の熱交換は、液滴のシャワーが圧縮チャンバを満たすときに液滴のシャワーの中に液体を向けることによって実現することができることを開示する。PCT国際公開WO2009034421は、1つは液体ピストンガス圧縮に対して独立した流れであり、他のものは密封された圧縮プロセスまたは膨張プロセスを超えて熱交換流体を単に流す、多くの小さいチューブの構造として熱交換器が実施される場合、熱交換器が、圧縮と膨張の両方ではるかにより有効であり得ることを教示する。本明細書に開示された本発明の本実施形態では、内部熱交換器22および32は、互いに同一であり、金属発泡体で作製される。内部熱交換器22、32は、熱交換のアクセスが内側容積ほぼ全体にわたって分子近くまで利用できるように、そのそれぞれの容器20、30の内側容積ほぼ全体にわたってそれぞれ分布されることが好ましい。したがって、熱伝達に対して大きい利用可能な熱質量がもたらされる。このようにして、システム5の準等温の動作は、最も良く維持することができる。好ましくは、金属発泡体の内部熱交換器22、32の場合、金属発泡体内のほぼ全ての細孔は、約5立方ミリメートル未満であるサイズを有する。しかし、ガスと油圧作動油13の間の熱の伝達においてそれほど効率的でなく、したがってあまり急速ではない熱伝達を提供する代替構造が与えられてもよい。内部熱交換器22および32の構成に配慮を払うべきであるが、これは、実際のシステムでは、ガスを圧縮または膨張させるために必要な時間は、そのようなシステムで実現可能な電力レベルに反比例し、同様に、そのような配慮なく、低いフリーエアデリバリまたは有効電力レベルを有する圧縮機の値に反比例するからである。代替として、圧縮されまたは膨張しているガスの温度変化の急速性によりシステム5の準等温の動作を行うために分子の熱交換のアクセスが最も重要である場合、内部熱交換器22、32は、それぞれのその圧縮膨張容器20、30の内側容積の上部近くに単に配置しさえすればよい。メッシュまたは金属発泡体を使用するときは、内部容積内の熱交換器22、32の遍在に関わらず、内部熱交換器22、32によって占められている圧縮容積の比率は、圧縮容積の25で維持されればよく、3まで下がることさえある。金属発泡体またはメッシュが、内部熱交換器22、32に関して上述した実施形態で参照されてきたが、代替のものもあり得ることを理解されたい。例えば、内部熱交換が、金属の非常に多孔質の焼結プラグによって、およびまたはきつく巻かれた金属コイルによって、およびまたは導電性材料の形成されたチューブまたはフィンガー部のサブシステムによって同様に与えられてもよい。選ばれる金属などの導電性材料は、銅およびまたはアルミニウムであり得る。必要に応じて、他の材料が、内部熱交換器22、32に使用されてもよい。さらに、内部熱交換器22、32は、流体ライン40、50に接続されてもよく、または何らかのやり方で流体ライン40、50に一体化されてもよい。図3Aおよび図3Bは、内部熱交換器がない場合の圧縮膨張容器20または30、およびその内部のそれぞれの異なる油圧作動油液位の図である。図3Cおよび図3Dは、内側容積内に配置されたきつく巻かれたらせん状の銅メッシュの形態である内部熱交換器がある圧縮膨張容器20または30、およびそれぞれの異なる油圧作動油液位の図である。本実施形態では、ガス貯蔵サブシステム100は、高圧ガスチャンバ110、および低圧ガスチャンバ120を備える。第1の圧縮膨張容器20からのガスライン60は、第1の高圧チャンバのガス弁112が、開かれるように制御されているか、閉じられるように制御されているかに応じて、ガスのやりとりのために高圧ガスチャンバ110との流体連通を行う。同様に、第2の圧縮膨張容器30からのガスライン70は、第2の高圧チャンバのガス弁114が、開かれるように制御されているか、閉じられるように制御されているかに応じて、ガスのやりとりのために高圧ガスチャンバ110との流体連通を行う。または、第1の圧縮膨張容器20からのガスライン60は、第1の低圧チャンバのガス弁122が、開かれるように制御されているか、閉じられるように制御されているかに応じて、ガスのやりとりのために低圧ガスチャンバ120との流体連通を行う。また、第2の圧縮膨張容器30からのガスライン70は、第2の低圧チャンバのガス弁124が、開かれるように制御されているか、閉じられるように制御されているかに応じて、ガスのやりとりのために低圧ガスチャンバ120との流体連通を行う。FHPcV112、SHPcV114、FLPcV122およびSLPcV124の開閉状態の電気制御、およびそれによってガス貯蔵サブシステム100中のガスを貯蔵および放出する制御は、本明細書に説明する制御サブシステム7によって行われる。各圧縮膨張容器20、30、高圧ガスチャンバ110および低圧ガスチャンバ120の各々の内部のガス圧を測定するためのガス圧変換器が設けられ、これらの構成要素内のガスについての圧力データを与えるために制御サブシステム7と連通する。この圧力データは、システム5の動作の制御中に、制御サブシステム7によって受け取られ、使用される。さらに、システム5の油圧作動油の圧力を測定するための1つまたは複数の油圧作動液圧力変換器が設けられ、システム5中の油圧作動油についての圧力データを与えるために制御サブシステム7と連通する。図2は、圧力変換器、電子式弁、油圧ポンプ12などから制御信号を受信すると共に、それらへ制御信号を送信するために、システム5の様々な構成要素と連通している制御サブシステム7の接続の概略図である。次に、エネルギーを貯蔵および放出するシステム5の動作の概要を、図4、図5および図6を参照して説明する。図4は、初期状態にあるときのシステム5の構成要素の概略図である。図示するように、圧縮膨張容器20が油圧作動油13の最大液位にあり、圧縮膨張容器30が油圧作動油13の最小液位にある。この状態では、制御サブシステム7は、FLPcV122が開かれており、FHPcV112が閉じられており、SLPcV124が閉じられており、SHPcV114が開かれているように信号を供給している。制御サブシステム7は、油圧ポンプ12が、ポンプとして動作しているように信号を供給し、油圧作動油13の流れが、第1のポート14から第2のポート16へ移動する。この状態では、図5に示されるように、発電機モータ10は、油圧ポンプ12を駆動している。発電機モータ10が油圧ポンプ12を回転させると、油圧作動油13が、高圧ガス貯蔵チャンバ110と低圧ガス貯蔵チャンバ120の間の圧力差Δpに打ち勝ちつつ、第1のポート14から第2のポート16へポンプされる。それによって、発電機モータ10を駆動する電気エネルギーは、変換されており、ガス貯蔵チャンバ110、120の間のガス圧差によってポテンシャルエネルギーとして貯蔵される。このサイクルの任意の瞬間において、それぞれの流体液位変換器によって測定されるときに、第1の圧縮膨張容器20内の液体の液位が最大液位未満であり、第2の圧縮膨張容器30内の液体の液位が最小液位より大きいとき、システム5は、エネルギー貯蔵からエネルギー放出の状態に変化することができる。図6に示すように、これは、油圧ポンプ12内の油圧作動油13の流れの方向を逆転させ、油圧作動油13が、油圧ポンプ12に力を付与することを可能にし、それによってそのシャフトを回転させ、発電機モータ10を駆動することによって実現することができる。油圧ポンプ12が、オーバーザセンターの構成を有するので、流れの方向の逆転が、油圧ポンプ12のシャフトの回転の方向を変化させない。結果として、角運動量は、大きくは乱されない。オーバーザセンターポンプが、この逆転を実行するための整定時間遷移時間は、01秒程度であり得、この整定時間遷移時間中、フライホイール18の角運動量は、ほぼ一定の角速度で回転を維持する。エネルギー貯蔵からエネルギー放出の状態の変化の場合、ここでは、発電機モータ10は発電機として動作し、発電機モータ10により生成される電気が電気負荷によって使用されるとき、発電機モータ10は、油圧ポンプ12の回転に抵抗するトルクを逆に与え、油圧ポンプ12から発生する力学的エネルギーを吸収する。システム5は、サイクルの途中で貯蔵から放出へ上記のように切り替えることができるが、切り替えは、サイクルの途中で行われる必要はないことが理解されよう。エネルギー貯蔵からエネルギー放出へ、または放出から貯蔵へ切り替えるとき、概して、流体の流れの方向は、逆転され、油圧ポンプ12は、電気発電機モータ10がモータから発電機へ切り替えるのと同じ遷移の時間の間に、ポンピングから被駆動へ切り替える。油圧作動油が油圧ポンプ12を通じて左から右へ流れる間の貯蔵が、上記の通り抽出のために中断されるのではなく継続する場合、流れのストロークは、本実施形態では流体液位変換器を用いて決定されるとき、第1の圧縮膨張容器20内の油圧作動油13の液位が、最小液位に到達するときに終わり、これは第2の圧縮膨張容器30内の油圧作動油13の液位が最大液位に到達することに対応する。このストロークの終わりに、異なる遷移が生じると、貯蔵が継続できる。流体液位変換器のバックアップとして、圧力センサおよび温度センサが、冗長性として使用されてもよい。遷移のために、油圧ポンプ12は、制御サブシステム7によって制御され、油圧ポンプ12を通じた圧作動油13の流れの方向を逆転する。さらに、上記の通り、油圧ポンプ12のシャフトは、オーバーザセンター構成により同じ方向に回転し続けることになり、この流れの方向が変化する間、フライホイール18の変化は、油圧ポンプ12のシャフトの角運動量を平滑化する。しかし、弁112、114、122、124の状態は、慎重に逆転される。しかし、逆転の前に、続く電力ストロークへの遷移の時点で開かれるガス弁112、114、122、124の状態は、制御サブシステム7によって閉じられることになる。全てのそのような事前に開かれるガス弁が、閉じられた場合、次いで、SLPcV124が開かれる。ここで、この時点で第2の圧縮膨張容器30内にはガスがないことになるため、ガスはほとんど流れない、またはガスは全く流れないが、それによって、圧力は、油圧作動液13と低圧ガス貯蔵チャンバ120内のガスの間で平衡を保つことになる。発電機モータ10が、再連結されるが逆転された油圧ポンプ12に電力を供給するとき、油圧ポンプは、第2の圧縮膨張容器30から第1の圧縮膨張容器20へ油圧作動油13を移動させ、それによって内部でガスを圧縮する。第1の圧縮膨張容器20内のガス圧が、概して、高圧ガス貯蔵チャンバ110内のガス圧との平衡に到達するとき、上記のように圧力変換器からの信号に応じて制御サブシステム7によって決定されて、FHPcV112が開かれる。油圧作動液13の液位が、第2の圧縮膨張容器30内の最小にあって再び有効であり、それに応じて第1の圧縮膨張容器20内の油圧作動液13の液位が、有効に満杯であるとき、このサイクルは、再び逆転する。この逆転中、別の貯蔵ストロークを行うために、油圧ポンプ12は、再び、制御サブシステム7によって選択させられて油圧作動油13の流れの方向を変更させ、それによってポンプポート14からポンプポート16への流れは、ポンプポート16からポンプポート14への流れに変化する。再び、フライホイール18が、発電機モータ10および油圧ポンプ12の回転を維持する。制御サブシステム7が、やはりFHPcV112、SHPcV114、FLPcV122およびSLPcV124のそれぞれを閉じる。この時点で、制御サブシステム7は、FLPcV122を開いて第1の圧縮膨張容器20を低圧ガス貯蔵チャンバ120と流体連通させ、ポンプポート14からポンプポート16への油圧作動油13の流れが可視される。十分な圧縮が達成され、それによって第2の圧縮膨張容器30と高圧ガス貯蔵チャンバ110の間で圧力がほぼ平衡にあるとき、SHPcV114を開いて高圧ガス貯蔵チャンバ110を第2の圧縮膨張容器30と流体連通させる。この時点で抽出サイクルが開始されることになる場合、FHPcV112を開いて第1の圧縮膨張容器20を高圧ガス貯蔵チャンバ110と流体連通させ、SLPcV124を開いて第2の圧縮膨張容器30を低圧ガス貯蔵チャンバ120と流体連通させる。エネルギーの抽出に対して様々な方策を用いることができ、そのうちの1つは、第1の圧縮膨張容器20内の油圧作動油13の割合が、低圧ガス貯蔵チャンバ120内のガス圧と高圧ガス貯蔵チャンバ110内のガス圧の比に適合するまでFHPcV112を開いたままにすることである。サイクルおよび高圧ガス弁を循環させるように選ばれる正確な瞬間に関わらず、抽出における次のストロークは、第1の圧縮膨張容器20内の液面が、その最小に到達したとき、および第2の圧縮膨張容器30内の液面が、その最大に到達したときに開始する。その時点で、ガス弁の全てが閉じられる。しかし、次のストロークは、流体の流れを逆転させる油圧ポンプ12への指令から始まり、それによって次のストロークは、ポンプポート16からポンプポート14への流体の流れを開始し、油圧ポンプ12はモータとして働き、電気発電機モータ10は、発電機として働く。SLPcV124を開いて、それによって低圧ガス貯蔵チャンバ120と第2の圧縮膨張容器30の間の流体連通を可能にする。また、SHPcV114を開いてガス圧の差が流体を駆動し続けるようにするが、このストロークでは、駆動は、ポンプポート16からポンプポート14へとなる。高圧ガス貯蔵チャンバ110と第2の圧縮膨張容器30を接続する弁の閉鎖の瞬間は、同様に上述したように、ガス圧の割合に適合する油圧作動油の液位の割合に対応する。図7は、ガス貯蔵サブシステムと圧縮膨張容器の間の弁が、実際には2重にされ得、それによって弁の開放および閉鎖の厳密なタイミングはそれほど重要でない代替実施形態の概略図である。この代替実施形態では、一方向ポペット弁は、圧縮容器の圧力が、高圧ガスチャンバ中の圧力に等しいまたはわずかに上回るときにガスが圧縮下の容器から逃れることを可能にするに過ぎない。実際には、ガス弁の2重は、電気的に制御される弁が、設計によって一方向である場合に必要である。弁が2重である場合、エネルギーの貯蔵と抽出の間の逆転は、一対の弁のその逆転も電気的に選択されることを必要とする。上記の貯蔵抽出プロセスは、油圧作動液が、イオン液体である場合、あるいは低圧ガス貯蔵チャンバと高圧ガス貯蔵チャンバの間の圧力差が、3または5などの小さい比で維持される場合、うまく適用することができる。圧力比の制限に関する問題の1つは、達成できるエネルギー密度が、チャンバのサイズが与えられる可能性のあり得るもののごく一部に制限されることである。イオン液体の使用に関する問題の1つは、イオン液体が、かなり高価であり、つまり鉱油より約500倍程度なことである。高価なイオン液体の問題に対処するために、液体の大部分に対してあまり高価ではないKRYTOXなどの液体、つまり酸素とは非反応性であるように配合される密度21のフッ素化真空ポンプ油を用いることができるが、ガス液体の界面を保護するために純イオン液体のKRYTOXの上部に少量のガード層を浮かすこともある。しかし、液面は、イオン液体が、圧縮膨張容器20、30内に完全に留まり、油圧ポンプ12の中に排出されないように制御されなければならない。結果として、ストロークは、より短くなるように制御されることになる。鉱油が選ばれる場合、圧力状態は、3または5などの小さい比率に限定される必要があり、そこで圧縮膨張容器20、30内のガスは、反応手的または爆発的な混合が起こることを確実にするように慎重に選ばれなければならない。例えば、窒素が選ばれてもよい。他方、イオンキャップ層を有するイオン液体またはKRYTOXが使用される場合、圧縮膨張容器20、30内のガスは、空気であり得る。圧縮膨張容器20、30内で空気が使用され、高圧ガス貯蔵チャンバ110が5000psi以上まで保持されるように動作圧または最大圧が選ばれる場合、金物類の2つの付随部品を有する単一のリザーバシステム、液体ピストンを用いる最終的な低比率の圧縮の前に低圧ガス貯蔵チャンバを事前チャージするまたは満たすためにスクリュー圧縮機または他の機械的圧縮機、および過度の膨張空気を大気圧に戻すように排出するための空気エンジンを使用することが可能である。低圧ガス貯蔵チャンバは、例えば300psi~1000psiの圧力で作業リザーバとして維持される。これは、従来の圧縮機が、最終的な低比率だが高いエネルギー圧縮に使用される大容量の低圧の空気を集めるような大きさに正確に作製されることを可能にする。この構成を有する代替実施形態が図8に示される。この構成の場合、エネルギー貯蔵抽出作用の80パーセントが、5000psiのその最終的な圧力までバッファリザーバ中の空気の圧縮において行われる。上記の準等温の液体ピストン圧縮機の使用の場合、効率が高いので、そのプロセスの効率は、80パーセントを超えることが予期され得る。バッファリザーバの中への従来の圧縮、または空気エンジンを通じての膨張から予期される効率は、30パーセントの範囲内であることが予期されるが、高い損失が、1気圧~60気圧の低圧圧縮膨張において利用できるエネルギーの20パーセントに限定され、それによって全損失は、30パーセントに制限される。この30パーセントの損失のうち、14パーセントは、プロセスの低圧部分、および高圧サイクルからの残りの16パーセントに由来する。これは、エネルギー貯蔵サイトとして必要とされるたった1つの大きいリザーバを用いて、非常に高い総エネルギー貯蔵抽出効率をさらに可能にする。そのような単一の大きいリザーバは、好都合なことに、鋼鉄チューブの組立体として実施することができ、または、好ましくはカーボンファイバ複合構造として実施することができる。適切な場合、これは、かなりの量のポテンシャルエネルギーを加圧ガスに形態で貯蔵するのに十分に大きい容量を有する地質学的貯留層としてさらにより効果的であり得る。地質学的貯留層は、100メガワット時間分を貯蔵する可能性をもたらし、それによってかなりの風力または太陽エネルギー設備をバッファリングする。カーボンファイバ複合構造、または鋼鉄チューブは、現在あまり経済的でないが、遠隔地でのエネルギー貯蔵を行うのに、または可搬車両において有効なことになり得る。ガスを圧縮するために液体ピストンを使用することは、現在の技術開発の中で非常に盛んな分野である。油圧作動液によってガスの吸収を隔絶または制限する、または油圧作動液および特定の装置内のガスが溶解することを減少させることをもたらす一手法が、本明細書に開示される。米国特許出願公開第20070258828A1号は、液体ピストン圧縮機内のガス吸収を避けることの重要性、およびガスを吸収しない液体を使用することからなる解決策を開示している。提供される特定の液体は、イオン液体である。しかし、ガス溶解度104mollバール未満が利用可能なイオン液体、例えばEMINITFSIまたはBMIMTFSIを含むTFSI系イオン液体は、非常に高価である。米国特許第5021125号は、長い垂直なチューブを通じた層流によってガスの豊富な液体の重力分離を可能にすることによる、パルプ工場内で使用され得る、非常に大きいピストンレスのアキュムレータに関連した油圧作動液のガス吸収を取扱う手段について論じている。これは、非常に大きい物理的構造を必要とし、多大な費用がかかるのにも関わらず、少しばかり効果的であるのに過ぎない。PCT出願第PCTUS2010035795号は、気泡を捕らえるために、傘状のカップを用いて圧縮コラム構造の中に挿入することからなる解決策を提案している。必要とされる構造は複雑であり、その有効性は立証されていない。米国特許出願第12813781号、およびPCT出願第PCTCA2008002178号は、2つの装置の使用を開示しており、第1のものは、固体金属ピストンが、液体と気体を分離する分離ピストンシャトルである。第1のものは、液体ピストン圧縮機に直接関連しないが、ピストンレスアキュムレータに関する。第2のものは、圧縮機流体EXXCOLUB登録商標のような低吸収液体の使用、または油圧作動油の上部に浮いているガスを通さない軽い油の浮動層の使用に関するものである。米国特許第7802426は、圧縮機中のピストンを駆動するために使用できる液体であるが、一体ピストンによって液体と気体の間で隔離が維持されるべきであることを教示している。この手法は、ガスに直接接触する液体を有することから生じる熱力学的な利点の多くを除外する。油圧作動油のガス吸収は、油圧システムのキャビテーションの現象のために、最小化されるように求められる。刊行物では、題名CavitationWearinHydraulicSystems、ECFitchが、以下のことを教示している。キャビテーションの現象は、液体の連続性の分布にあり、そこでは圧力のかなりの局所的な減少がある。液体内の泡の形成は、所与の温度で流体の飽和蒸気の圧力に等しいまたは近い陽圧が存在する場合でも開始する。キャビテーションのメカニズムは、以下のように説明することができる。任意の液体は、ガス状または蒸気状の泡を含み、これがキャビテーション核としての役割を果たす。圧力が、あるレベルまで減少させられると、泡は、蒸気または溶解容易なものの収納場所になる。この状態の即座の効果は、泡が急速にサイズを増大させることである。大部分の液体における容積安定性の減少は、固体の濡れない粒子、およびガス蒸気泡、特に超微小レベルのものなどの様々な混合物の内容に関連しており、それらは、キャビテーション核としての役割を果たすと考えられる。キャビテーション消耗プロセスの重要な態様は、表面と露出された流体の間の大きい相対運動によって引き起こされる表面破壊および材料の変位である。そのような運動の結果として、流体の局所圧力は減少する。圧力が、正常に戻るとき、爆縮が生じ、キャビティまたは蒸気泡を崩壊させる。この泡の崩壊は衝撃波を発生させ、この衝撃波は、隣接した金属表面上に高い衝撃力をもたらし、加工硬化、疲労、およびキャビテーションピットを引き起こす。したがって、キャビテーションは、流体中の蒸気泡が成長し、局所圧力変動により崩壊する機構に与えられる名称である。ECFitchの刊行物の上記引用は、吸収されたガスと油圧作動液の蒸気の両方を考えるので、温度効果を強調しない。蒸気の場合、局所表面流から生じる油圧作動液全体の圧力変化は、相変化を引き起こし、泡の完全な崩壊を完成し得る。吸収されたガスの場合、メカニズムは、局所的な燃焼の結果として、泡においてまたは泡の破裂においても局所的に劇的な温度変化に関連して大いに異なり得る。一部の液体ピストン圧縮機エキスパンダの設計は、油圧作動液を制御および移動するために油圧ポンプまたはモータまたは弁に依存するので、ガスの吸収の最小化、およびガスとガスが溶解する油圧作動液の間の隔離の向上は、重要な考慮対象である。液体ピストンの実施形態が、本明細書で検討される。二液バッファプロセスの使用は、液体ピストンのためのある液体、および油圧ポンプ12の動作のための第2の液体を用いる。第1の液体は、反応性ガスの圧縮のために、例えば、エチレングリコール水阻止剤ベースの冷却剤であり得るが、これは、この液体が、凍結せず、または容易に沸騰し、不燃性でもあり、したがって空気と組み合わさって爆発性混合物を生成しないからである。第2の液体は、例えば油圧オイルであってもよい。2つの液体は、アイソレータピストンによって隔離され、液体ピストンの液体が、キャビテーションを生成する可能性のある構成要素の通過を決してしないようになっている。バッファを用いる二液システムが、図16に示されている。好ましくは、そのような装置は、より重い液体が、より軽い液体の下に常にあるように構成される。したがって、2つの液体が、それらの封止を通って漏洩する場合でも、それらの基本的な秩序は維持される。圧縮液体203が、熱交換に使用されるので、圧縮液体203は、導管205を通じて下り、導管205は、圧縮膨張チャンバ211から途中で、隔離シリンダ204の背後を上昇し、外部高圧シェル206およびチューブ熱交換器207を通過する。バッファピストンチャンバ液体203は、液体210と同じであり、この液体は、圧縮膨張チャンバの内側の内部熱交換メッシュを通過する。液体201は、より軽い油圧オイルであり、実際には、液体201は、従来の油圧ポンプ、モータ、および弁に出入りして流れる。これは、ガスと接触せず、一体ピストン202によってバッファリングされる。バッファのない二液システムが、図17に示されている。このシステムは、高密度であり、DuPont社のKRYTOXの真空ポンプ流体、Dupont社のKRYTOXのNRTシリーズオイル、または約19gmccの密度を有するハロカーボン油のような非反応性液体である一次液体を用いる。バッファ液は、例えば約15gmccの密度を有するイオン液体GEMIMBTA、BMIMBTA、またはBMMIMBTAなどの極端に低いガス溶解度を有する液体である。バッファ液は、一次液体に浮くので、および一次液体だけが、ポンプを通過するので、バッファキャップは、浮いたままとなる。さらに、イオン液体が、低い速度を有するので、イオン液体は、液体ピストン圧縮膨張チャンバ内の内部熱交換構造を容易に通過する。バッファのない二液システムは、不必要なバッファリングシリンダを有さないので、かなりより簡単である。上述のように流体液位は、KRYTOXまたはハロカーボン油が、圧縮膨張容器から決して排出されないように制御されなければならない。これは、この時点で、より軽いイオン液体が、このシステムの従来の油圧部分において油圧弁、ポンプ、およびモータのキャビティを通じて分布している場合、浮いている隔離バッファを維持する重力密度分離が、回復可能であるか明らかでないためである。油圧ポンプの第1および第2のポート14、16を隔離するために一体ピストンを用いるシステムが、図18に示されている。この実施形態は、図16に示されるバッファリングされた二液システムに非常に類似している。しかし、図18に示される実施形態では、2つの隔離ピストンが、従来の油圧ポンプモータの第1および第2のポンプポート14、16を受容し、ポンプポート14、16を水圧増加機に似ている構造の中央の2つの環状チャンバに接続する単一の構造によって置き換えられる。この目的は二重であり、第1は、液体ピストンとして働く液体からモータポンプを通過する油圧作動液を隔離することであり、第2は、オフセット圧力またはチャージ圧力を無効にすることである。多くの油圧構成要素は、チャージ圧力を必要とする。油圧モータまたはポンプが、チャージ圧力を必要とする場合、ポンプポート14、16における圧力は、チャージ圧力未満に低下し得ない。液体ピストンMAYを伴う圧縮膨張装置の圧力は、チャージのための任意の圧力レベル未満に低下するので、上記の開示したもののようなアイソレータが必要である。ポンプポート14、16が、増加機の構造の中央の2つの環状チャンバに共に接続され、増加機のエンドチャンバを含む2つの円筒形の容量が、実際の液体ピストン圧縮膨張チャンバにそれぞれ接続され、増加機内の各エンドシリンダの容量が、各圧縮膨張チャンバの容量とほぼ同じである場合、2つの液体は隔離され、かつチャージ圧力は無効にされ、ポンプポート14とポンプポート16の間の差圧だけが、圧縮膨張液体および圧縮膨張プロセスを駆動するようになる。代替実施形態では、並列な増加機の構造のクラスタを、圧縮膨張チャンバの容量より小さい容量にそれぞれ並列に接続することができるが、総計の容量は、圧縮膨張チャンバの容量を超える。例えば、4つの増加機の構造が使用され、それぞれが増大比1を有する場合、それぞれは、圧縮膨張チャンバの容量の4分の1よりわずかに大きい容量を有するように選ぶことができる。代替として、適当な配管接続によるクラスタ内で、一体ピストンの運動の方向は、交互になり得、それによってピストンの加速は、機械的構造および支持体に対する力とモーメントの総量の減少をもたらす。代替として、実際の増大比は、増加機に組み込まれてもよく、低圧ガスと共により高い油圧システムが使用されてもよいようになっており、またはその逆も同様である。エネルギーが、発電機モータ10に送達可能、または発電機モータ10から引き出し可能である上記のシステムの場合、電力調整回路が設けられる。つまり、電力が制御下で発電機モータ10へ送達されるために、可変周波数駆動の要素を含む回路が、電力源と発電機モータ自体の間に接続される。一般に、VFDがよく知られていることを理解されよう。例えば、交流電流波形の合成は、米国特許第3947736号に記載されており、これらの合成駆動波形の使用によるACインダクションモータ内のすべりの制御は、米国特許第4286203号に記載されており、モータへの電流および電圧の基本単位を切り替えるためのパルス幅変調の使用が、米国特許第3971972に記載されており、より有効な切り替え要素としてシリコン制御式整流器またはThyristorsの使用が、米国特許第4128793に記載されており、PWMによる完全な合成のための制御可能な電圧および電流の源を提供するためにこれら全ての相を使用することの検討が、米国特許第4618810に記載されている。さらに、Beckeらの米国特許第4364037号は、電力を切り替えるために必要とされる装置を簡素化した絶縁ゲートバイポーラトランジスタを開示している。Boseらは、電気機械の滑らかな制御においてこの装置を使用するために必要とされる原理をさらに述べている。この開示した実施形態の一部である原動機は、誘導電動機ではないが、厳密な制御はやはり重要である。同期モータとして動作する同期発電機の制御は、ACインダクションモータを制御するために通常用いられる従来のVFDの使用について定める方策の修正を必要とする。同期モータとして使用されるとき、高調波に対するより極端なフィルタリングと同期モータに必要とされる遅い加速を認識するフィードバック制御との両方が、発電機を始動するために用いられる。典型的には、変圧器として励起巻き線を使用するために、発電機が角速度ゼロから始動されるとき、励磁電流が、40~240Hzの周波数のAC波形として印加されなければならない。このゼロrpm状態で、励磁ステータ巻き線を変圧器の一次として使用し、励磁ロータ巻き線を二次として使用し、それにより変圧された電流を受け取り、この電流がモータとして使用されている発電機の主ロータ巻き線に流れる前に変圧された電流を整流することによってロータにかなりの磁場を誘導することがさらに可能である。したがって、ロータは、多極永久磁石の等価物に変換され、その回転トルクは、回転磁場を発電機のステータコイルに適用することによって発生する。その際ロータが静的または始動であっても、磁場およびステータ電流の強度はさらに高いので、VFDによって発生する場は、モータが回転し始めるときに幅広く分離された単一の半相パルスとして単に印加され得る。これらの場が、従来通り連続的に印加される場合、発電機は、大体固定された位置で回転または他の振動をし始めることができない可能性がある。IGBT後のフィルタリングは、高インダクタンスかつ高同調であるべきであり、それによって波形は平滑になる傾向となる。同期整流器またはダイオードブリッジのIGBTの使用は、さらなる平滑化を実現するために使用され得る。システムが抽出モードにあるときに、インバータ回路を使用して綺麗な電力を主電源に戻すように送達するので、出力同調は、局所主周波数に関して高いピークがあり得る。モータとしての発電機の初期の回転は、オーバーザセンター油圧ポンプ12がニュートラル位置にあるときにのみ開始されるべきであり、したがって発電機は、抵抗のない始動トルクを効果的にもたらす。実際には、この装置は、一般に可逆的であるので、ガス圧差は、エキスパンダモードで最初に使用されて、オーバーザセンターポンプシャフトに始動トルクを発生させて、発電機がモータとしての速度までになるときに発電機シャフトの回転の始動を助けることができる。典型的には、動作速度は、50Hzおよび60Hzの多極発電機に適当であるような500~2000rpmとなる。上記の特別の手段によって克服される必要がある始動時の問題は、発電機モータ10および油圧ポンプ12が結合されるシャフトに第1の数百RPMの回転速度を達成することに関する。電力出力、角速度、および本発明の他の特徴に依存する時間に関する簡単な議論を次に行う。各膨張ストローク内で、高圧ガスが、膨張のために圧縮膨張容器に最初に導入される瞬間は、この膨張ストロークにおける最大電力量が利用できる瞬間である。この膨張ストロークにわたって、利用できる電力は減少する。図9は、経時的な発電機モータの電力の出力入力の変化を示すグラフである。各ストロークが完了するとき、電力は低下し、流れが逆転するときにそのピーク値で再起動し、新しいストロークが開始する。逆サイクルは、圧縮サイクルにおけるエネルギーの貯蔵を説明する。圧縮時の電力の周期変動は、調節に等しく重要である。調節機構は、同じであるが、逆に使用される。オーバーザセンター油圧ポンプ12を回転要素として使用し、液体の流れを力学的エネルギーに結合するので、サイクルが逆転するときに、ポンプの回転方向は、変化する必要がない。したがって、油圧ポンプ12およびシステム5の電気発電機モータの角運動量は、圧縮膨張サイクルを通じてのエネルギーの獲得および損失に伴って変化する回転速度を維持する。図10は、経時的な発電機モータの回転の角速度の変化および電力の出力入力の変化を示すグラフである。発電機モータ10のロータ内の磁性は、励起電流を用いて制御することができるので、電力が出入りする割合を調節することができる。励起電流の変調は、回転速度がその最小値に当たるときにピークに達し、回転速度がその最大値に当たるときに、励起電流の変調は下がる。これによりストロークおよびサイクル内の電力変化の平滑化を可能にする。図11は、電力の出力入力の変化を平滑化するために、経時的な角速度の変化を伴う発電機モータの励起電流の変調を示すグラフである。この励起電流の変調の変調は、図12に概略的に示されるように、電力出力の重要な調節を行い、図12は、励起電流の変化の結果として、経時的な発電機モータの電力の出力入力の結果として生じる変化を示すグラフである。電力出力のこの調節は、オーバーザセンター油圧ポンプ12の容量に加えられる制御の変化と連携して達成される。図13は、これらの制御サイクルの同期の仕方を示す。オーバーザセンターポンプの容量のこの変化および逆転は、本発明の不可欠な部分でもある。しかし、圧縮膨張サイクルが大きなエネルギー貯蔵または抽出の可能性をもたらさないとき、システムの角運動量は、空所を埋める短期のエネルギーを供給するエネルギー貯蔵抽出システム5のそれ自体一部であるので、回転周波数の変動はなおもある。普通の使用でシステム5が用いられる圧縮膨張サイクルの時間は、30~60秒程度であることが予期される。サイクルを滑らかにするのを助けるために、フライホイール18は、数秒程度の一定の時間でエネルギーを供給または吸収するためのものであるが、可変回転周波数は、VFDに類似する装置の使用により主電源または系統電力への効率的な接続を可能にすることを必要とする。これは、回転速度が、グリッド周波数によって要求される同期したモータ速度からやや変化しなければならないからである。この機能を実行する電子部品は、入力する三相電力の隔離された整流、異なる周波数でPWMIGBTからきて三相出力電源に入る出力波形をフィルタリングする手段による再合成、および電力が主電源から原動機へ供給できるようにその電力を慎重に切り替えることを可能にする。本実施形態によれば、そのような回路は、モータ発電機10が、モータとして使用されているときの可変周波数駆動、およびモータ発電機10が、発電機として使用されているときに生成された電力を再サンプルするインバータとしての役割を果たす同じ回路要素の再使用を実現するために用いられる。実際には、抽出モードで、VFD要素は、周波数と相の両方においてグリッドの電力に適合される電気の主管またはグリッドへ供給するための電気出力を生成する。ブリード抵抗器は、発電機がモータと発電機の機能の間で切り替えられるときに3つのステータ巻き線に取り付けられる。図示されていないが、別個の接触器が、連続動作中に効率損失が制限されるようにブリードを切断するために使用することができる。図14に概略的に示される接触器、ダイオード、抵抗器、インダクタ、フィルタコンデンサ、およびIGBTは、PWM周波数合成電力制御のこの二重使用の一実施形態を示す。貯蔵モードでは、接触器S1およびS3が閉じられる。抽出モードでは、S2およびS4が閉じられる。順序は、ブレークビフォメークでなければならず、それによってS1S3のペアは、S2S4のペアとは決して同時に閉じられることはない。本実施形態では、典型的には発電機モータ10は、システム5があるモードに関わらず連続的に回転しているので、ブリード抵抗器は、残留エネルギーのための逃げ道があることを確実にする。接触器が全て開いているとき、過度の過渡電流を避けるために励起電流を最小化する必要もある。励起電流、ポンプ容量、ポンプ方向、ガス弁、液面、およびIGBTモードのこの連係は、制御サブシステム7によって全て管理される。IGBTのゲートリード線は、典型的には、適当な開始停止、およびPWMのストラテジの実施を実行するようにプログラムされたローカルマイクロコンピュータに接続され、制御サブシステム7によって制御され、順番付けられる。これらのPWMの方策は、この応用の大部分が、電気の主管の周波数に近い周波数範囲内にあるので、典型的には、従来のVFDに見られるものとは異なる。さらに、電源の周波数および回転周波数でビートするAC励磁機の周波数を選ぶことによって発電機の出力を同調することができる。VFDインバータ制御は、図15に示されるように最終出力波形において最大の平滑性をもたらすように励磁機の制御を行わなければならない。システム5の開始および停止は、まれな出来事であるが、電力の効率および綺麗な合成は、通常の動作状態にも必要とされることが意図される。無停電電源などにおけるそのようなシステム5の使用の特定の概念は、エネルギーの貯蔵および抽出のための上記のシステム5に関連している。あるシステムにおける電力の遮断は、重大な結果を招く場合がある。例えば、丸太を切断中の工場では、停電は、数時間の作業時間の損失になると共に、切り出し中の丸太は、電力がないため手動で切り離されなければならない可能性がある。電源喪失に起因するさらにより危機的な状況は、原子炉または病院において経験され得る。遮断が和らげられるべき用途では、様々な構成の無停電電源が、しばしば用いられる。大部分のUPS設計に関する1つの根本的な問題は、一次電源と二次電源の間で切り替えるための機構に存する。この問題は、複数の移行が含まれているときに特に切実である。例えば、主電源が一次電源である状況では、ライドスルーUPSが、ディーゼルのバックアップ発電機が始動されて安定化されるまでの15秒~2分の電力を供給する。そのような環境においては、いくつかの移行が、シーケンス全体を横断し、最終的に電源の電力の復旧によって回復することが必要とされる。生じ得るこれらの問題は、電力レベルが100KWを超える電源システムにおいてより重大になる傾向があり、大量の電力が安全に切り替えされなければならないことになる。ドロップアウトまたは電源供給の一時停止が、典型的には電気の主管である一次AC電源に起こるときに、さらにいっそう概して継ぎ目のない高い電力レベルでの電源間の切り替えを可能にするプロセスと装置の両方を開発することが非常に望まれている。予備発電システムおよび無停電電源の基本概念はよく知られており、そのような1つのUPSシステムの電源構成要素が、図19に示される。一次電源から二次電源への継ぎ目のない移行に通じる問題が引き起こされる傾向があるのは、これは、VFDのような現代の制御電子回路と併せて使用するときに、小さい過渡的なグリッチが、モータコントローラ、VFDのコンピュータ、および他の重要な機能をトリップアウトする傾向があるからである。UPSまたは予備電源システムは、電力のフィルタを与えるが、移行は、予備電源が作動するときに、コントローラのトリップ、金属蒸気光の消灯、またはブリーフフリッカにおけるプロセス停止を管理するのが困難である。モータを制御するために高出力切り替え半導体を使用する概念は、Byersの米国特許第3947736号によって教示される。これらの合成駆動波形の使用によるACインダクションモータ内のすべりの制御はEhretの米国特許第4286203号によって開示されている。モータへの電流および電圧の基本単位を切り替えるためにパルス幅変調を使用することは、Stitchの米国特許第3971972号によって教示されている。より有効な切り替え要素としてのSCRまたはThyristorsの使用は、Stitchの米国特許第4128793号によって教示され、およびPWMによる完全な合成のための制御可能な電圧および電流の源を提供するために3つの相全てを使用することの検討は、Hagermanらの米国特許第4618810号によって教示されている。さらに、Beckeらの米国特許第4364037号は、電力を切り替えるために必要とされるデバイスを簡素化したIGBTの使用を開示している。Boseらは、題名AdjustableSpeedACDriveSystems、NewYorkIEEEPress、ISBN0879421460の刊行物において、電気機械の滑らかな制御についてこの装置を使用するための原理をさらに教示している。図20は、図19の無停電電源のための整流段の概略図である。図20に示される整流器は、実際にはシリコン制御整流器またはSCRである。これらは、チャージのとても良好な制御を可能にするが、大部分の用途において、単純な半導体ダイオードは十分である。図21は、図19の無停電電源のための代替の整流段の概略図である。図21中の回路は、より高い電力レベルについてより実際的であり、DCを貯蔵し、本来の知られている設計においてDCバスの従来の剛性を与えるコンデンサの制御されたチャージングを可能にする。図22は、図19の無停電電源に関する変形例の電圧整流段、平滑化段、および逆転段の概略図である。適当なフィルタリングが、コンデンサであるにおいて、チャージ回路が滑らかなDCを生成するように設けられる。図23は、図19の無停電電源の出力段の概略図であり、パルス幅変調の技法を用いて再合成されたAC波形を与える。これは、図24に概略的に示されており、それはIGBTの複数組の1つを隔離する。本発明の本実施形態によれば、強化されたDCバスが、様々な負荷、両AC主電源、電気貯蔵システム、および予備発電機の間の相互接続の一次手段として使用される。特に、一次電源の瞬間のドロップアウトまたは電力供給の一時停止の場合、励磁が、ダイオードブリッジのありのままの切り替え特性と組み合わせて制御されて、予備電源と一次電源の間の概してより継ぎ目のない移行を可能にする。そのような制御は、励起電圧および励起電圧、ならびに同期AC発電機の励磁コイルに印加される電流の制御によって行われてもよい。DCバスレベルでの相互接続の集中化は、可変周波数駆動駆動機能が、ライドスルー保護を与えるという同時の恩恵を伴いながら、工場または大きい設備中にわたって分散されたいくつかのモータまたは負荷により経済的に提供されることを可能にするので、概してより継ぎ目のない移行を可能にするための励磁の制御の概念は、重要な機能のためにモータ制御に適用することができる。閾値レベルを作り出すためのDCバスの強化および複数のAC発電機内の励磁の制御、およびDCバス値の小さい変化に対する弾力性を作り出すためのIGBT出力段における従来のPWMのストラテジの変化は、DCバスを工場規模または施設広域接続点として適したものにさせることができる。図25に示されるように、一実施形態による複数の二次電源および一次電源は、DCバスに並列に接続される。このバスは、複数の可能なDC電圧源を有するので、このバスは、通常のVFDまたはUPS内のDCバスより強化されている。これは、超コンデンサを加えることによってさらに強化されてもよく、EnergyStorageforDistributedEnergyResourcesandOtherElectricPowerSystemsのようにEPRI、Sandia、NETL材料において示唆される通りである。同様に、DCバスは、バッテリを二次電源として接続することによってさらに強化され得る。並列AC源がなくても、そうしたDCバスは、コンデンサ、超コンデンサ、またはバッテリの負荷の中への放電時間に主に依存してDCバスは比較的安定しているという利点をすでに有する。大きい電力システムでは、三相AC電圧の二次源は、図26に示されるように、通常、ACオルタネータまたは発電機でもある。このようにして複数の二次電源を一次電源に相互接続するために、励磁電圧は、管理され、強化DCバス構造の一部として利用できる共有されたダイオードの切り替えのおかげで、サブサイクル切り替え時間で非同期スピニングが保たれるとき、高出力発電機が、スタンバイのままであることができるようになっている。自動電圧調節は、デジタル制御のAVRも存在するが、従来からアナログ機能であったものであり、一般的なデジタル制御は、同期リソースの管理のためのより大きい発電設備に時々使用され、強化DCバスは、改善をもたらす。従来のAVRは、実際には、取り除かれ、コンピュータ制御された励起電流、制御コンピュータに取り付けられた変換器、またはPLCに取り付けられたアナログ出力モジュールによって置き換えられる。装置内の発電機での励磁電流は、あるレベルに保持され、それにより電源を整流することによって生成される電圧レベルの直下で整流された出力を生成する。装置のシャフトは、常に回転しているので、装置は、電磁弁を介してガス圧の放出だけを必要としており、オーバーザセンターポンプ内の斜板の運動が、発電機のシャフトへのパワーを放出し、励磁電流の穏やかな制御が、強化DCバスを共有するいくつかの大きく高い電源の間での移行を滑らかにする手段を与える。例えば、強化DCバスに電力を供給する発電機は、互いに同期される必要がない。このことは、回転式発電機を通じてそれらのAC出力を生成するフライホイール、または他のエネルギー貯蔵抽出装置を示唆し、またはオルタネータが、強化DCバスの通常の変化が、その特定のAC電源からのピーク整流電圧レベルを横切らないのに十分直下のレベルでそれらの励磁電圧を単に保持することによってスタンバイで保持されてもよいことを示唆する。したがって、一次電源が、ドロップアウトまたは電圧を下げる場合、回転式ACオルタネータ内のパワーは、DCバスが、特定の二次電源についてダイオード閾値未満に落ち込むと引き出される。これにより、二次電源への概して継ぎ目のない移行がもたらされ、システム5などのフライホイールまたはシステム、および本明細書に記載の代替を可能にし、それによって15秒~2分の電力を与えて、DC電圧レベルを維持し、落ち込みの割合を抑制する。図27に示されるように、全ての負荷が、独立して制御されたIGBTインバータブロックを介して取り付けられる場合、重要な負荷の滑らかな制御が、一次電源の故障の場合にはうまくなされ得る。優先負荷が、、必要である限りの間維持されてもよい。それらを駆動する反転AC電力が、IGBT出力ブロックによって個々に制御されるので、非優先負荷は、滑らかに電圧を下げることができ、または順番付けから外すことができる。そのような半導体出力ブロックは、ほとんどコストがかからず、最低限でも常にモータ負荷のソフト始動を提供する。しかし、PWMモジュール制御用のアルゴリズムが、DCバス中のある落ち込みを可能にするように修正されてもよいので、これらのIGBTブロックは役立つ。図29に示されるように電源の継ぎ目のない移行を行うためにダイオード切り替えを使用する場合、そのような落ち込みは、避けられない。それらのそれぞれが、電源管理に関わるときに、二次ACオルタネータで励磁電圧を大きく上げることによって、落ち込みは、一部緩和することができる。各励起電圧が上昇するにつれて、特定のオルタネータに関連したAC電圧がそのように上昇し、次いでこの源は、強化DCバスにアクセスするダイオード切り替えにおいて優勢になる。図28は、基本的な電圧切り替え機構を示す。図30は、電源管理全体に対する集中制御を示す。落ち込みを克服ために必要とされるPWMのストラテジの変化は、強化DCバスの公称の設定電圧が、通常必要とされるものより高く設定されるという概念で簡単に表すことができ、それによって通常の動作を実現するために必要とされるパルスのパルス幅および密度は、通常よりも短くおよび低くなる。落ち込みが、沈むにつれて、その際、パルス幅および密度は、正常に対して劣化する。これは、わずかに高い電圧のIGBTの選択を必要とするが、割増し費用は、大きくないはずである。強化DCバス構造は、このプロセスまたはこのタイプの装置を利用する工場または設備全体中にわたって高電圧DCケーブルを物理的に引き回す必要もあり得る。実施形態を説明してきたが、当業者は、添付の特許請求の範囲によって定められるその目的および範囲から逸脱することなく、変形および修正をなし得ることが理解されよう。例えば、実施形態は、ユニット式発電機モータサブシステムを用いるものとして上述されてきたが、代替実施形態では、発電機モータサブシステムは、モータから別個の構成要素である発電機を備えてもよい。したがって、油圧ポンプ12が結合されるシャフトは、2つの構成要素、すなわちモータおよび発電機にも結合される。そのような構成の場合、モータは、外部から電力を受け取る要求、および油圧ポンプを分割する要求に対して選択されおよびまたは合わされてもよく、ならびに発電機は、油圧ポンプによって駆動され、電気を発生させる要求に対して選択され、およびまたは合わされてもよい。発電機は、例えば、100kWを発生させることが望まれる場合、多様な所望の電力を発生させることができる発電機が選択されるように特大サイズであってもよい。システムインフラの費用は、増大するであろうが、とても効率的な範囲内で動作するより大きい発電の熱損失が、最も効率的な範囲の外側でおそらく動作するより小さい発電機の熱損失より少ないので、動作効率は増される。