用於能量轉換的裝置的製作方法

2023-07-19 23:54:36 2

專利名稱：用於能量轉換的裝置的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及一種用於能量轉換的裝置，更特別地涉及一種利用聚集在構造成 振蕩和反振蕩而的有限空間內的氣體的裝置，這種氣體通常由空氣組成。本發明基於這樣一種特徵，即所述空間內的氣體振蕩能夠通過一個小的能量供給 裝置而被維持，如擴音器、活塞或類似的東西，雖然此處所必須的能量供給非常有，然而也 能為壓縮階段提供高壓和解壓階段提供低壓創造先決條件(precondition)。更特別地，本發明基於這樣一種已知原理，即由產生的振蕩引起的氣體壓縮會在 氣體的整體或局部產生溫度上升，同時由產生的振蕩引起的氣體減壓會在氣體的整個體或 局部內產生溫度下降。本發明的基本結構依賴上文披露的技術先決條件，參考附圖
la、lb和2可以更進 一步地解釋該技術先決條件，但是從附圖3中的實施例中也是顯而易見的。
背景技術：
涉及以上公開的技術領域的方法、裝置和結構以及這些裝置的性質在本領域已經 以多種不同的實施方式為人所知。因此，在本領域之前已知的是，「駐波」可通過微小供應能量而被生成以關於駐波 的涉及兩個固定壁(fixed wall)部分的每一個的兩個節點而振蕩，並且所產生的駐波將在 節點和壁部分之間的一個或多個區域內產生氣體壓縮最大值和氣體減壓最小值。在本領域還已知的是，這種振蕩駐波將產生氣體分子的不同分子運動，關於這點 已知的是，氣體的壓縮使得分子的溫度升高和內部速度增加，而氣體的減壓使得分子的溫 度降低和內部速度降低。因此，在本領域之前已知的是，這種壓縮和這種減壓將在單個周期的振蕩的範圍 內進行。專利公開EP-0570177說明和描述了一種聲波諧振器，其包括腔室(2)，腔室(2)是 用來填充流體的，這種流體是液體形式的不可壓縮流體。而且，腔室(2)要被賦予一種幾何形狀，以對於液體內的至少一個諧振蕩要求自 身相消幹涉，以能夠避免產生具有有限聲壓振幅的激波生成(shock-generating)波形。該腔室可在兩端點處表現出波阻尼終止或在其一個端點處表現出波反射終止。驅動機構導致腔室內的振蕩的頻率接近所選擇的諧振頻率或與腔室完全相關的 節點。在這種情況下，要公開的是，該驅動機構可被賦予以下配置涉及腔室開口部分的 活塞裝置和電磁驅動單元的電磁轉換器。更具體地，本文公開了在利用流體情況下的在熱交換系統中的應用，並且已知為 該應用的目的利用閥(34a、34b)來進行壓力分布和部分真空分布。專利公開DE-19924322A1說明和描述了一種聲波壓縮器，該專利公開的內容被認 為是最接近和最緊密相關的現有技術，因為它涉及純粹(purely)聲波應用。
該專利公開公開了一種充氣諧振管(1)，其具有特殊的幾何形狀，其一端(A)具有 可被振蕩電路(3)(例如聲音放大器)致動的膜(2)，以在諧振管(1)內產生駐波。在諧振管的另一端(B)具有閥結構(10)，其具有入口閥和出口閥(11、12)，並且這 些閥是可控制的，以能夠引入和抽出用於壓縮的氣體介質(G)。更具體地，現有技術公開了氣體介質(G)含有冷凍劑(R134a或CO2) 並且諧振管 (1)的長度和振蕩頻率適合冷凍劑的聲速。入口閥和出口閥在此用來引入或放出冷凍劑。此處還說明了具有波形的駐波將如何提供氣壓(「P」)以及該氣壓可從哪裡來以 在冷凝壓力(P。)和汽化壓力(Pe)之間變化和振蕩。專利公開USPS 5，357，757說明和描述了一種壓縮器，該壓縮器也是建立於設有 入口⑷和出口(6)的腔室⑵的利用上的。單向閥(8)被改變以能夠傳輸介質(液體或空氣)，以只能夠離開腔室(2)。聲波發生器(10)由金屬膜(16)和圍繞磁體(18)的線圈(22)構成。聲波發生器 (10)由AC發生器(16)經由導體(14)驅動，其中這種聲波發生器(10)不需要必須具有寬頻譜。專利公開USPS 4，114，380用來說明一種熱機，其中要產生遷移波，並且這種機器 可被用作發動機或熱泵。USPS 5，263，341說明和描述了一種壓縮機，其藉助於在冷卻系統中的壓縮機或蒸 發器中的駐波操作。國際專利公開WO 0034721A1說明了一種用於自動生產冰的裝置，其中容器通過 熱聲效應被冷卻。現考慮本發明，根據現有技術可確定的是，形成先決條件以通過藉助於閥在空氣 空間內所生成的駐聲波抽出在給定溫度時的過量壓力和/或部分真空，從而能夠驅動機 器，例如發動機或熱泵。針對此背景技術，本發明現建立於適用於能量轉換同時利用被聚集在空間內的振 蕩氣體的裝置之上，其中所述空間內的氣體的運動是通過活化能供應裝置來維持的，並且 由振蕩引起的氣體壓縮導致所述氣體的整體或部分內溫度上升，並且其中由振蕩引起的氣 體減壓導致所述氣體的整體或部分內的溫度下降。以下表達被選擇用與以下描述中a. 「駐波」是一種波現象，它是由以相反運動方向移動的兩個或多個波運動或波動 形成的，這兩個或多個波動彼此疊加，從而沿著波形成波谷或波峰和節點，這顯得波是靜止 的並周期性地擺動或振蕩，其中波在波峰時具有其最大振幅，在節點時具有其最小振幅，並 且其中節點之間的距離是波長的一半L= λ/2。b. 「第一閥元件」是由允許在壓縮階段向空間內的氣體容積供應熱能或從氣體容 積除去熱能的閥裝置構成的。c. 「第二閥元件」是由允許在減壓階段向空間內的氣體容積供應熱能或從氣體容 積除去熱能的閥裝置構成的。d. 「ARR裝置」是由滿足「聲波可逆諧振器」的要求的裝置構成的。發明概要技術問題考慮到相關領域的技術人員必須做技術考慮的情況以便對一個或多個技術問題 提供解決方案，最初有必要了解方法和/或所使用方法的順序，並且有必要選擇所需的裝 置。考慮到這點，下文的技術問題可能與本發明主題的發展有關。考慮到上文描述的技術發展水平，因此能夠認識到相關的有益效果和/或技術措 施和技術考慮的重要性可能被看成是技術難題，需要所述技術措施和技術考慮以便用簡單 的裝置產生高效的熱能引擎，並且在許多應用中，熱能引擎可方便取代汽油驅動的和/或 柴油驅動的引擎。考慮到上文描述的技術發展水平，因此能夠認識到相關的有益效果和/或技術措 施和技術考慮的重要性可能被看成是技術難題，需要所述技術措施和技術考慮以便用簡單 的裝置在微小的或非常微小的溫差下產生以低的卡諾效率(大概接近4%)運行的熱能引 擎，例如10°C下，並且從而大量和免費使用鄉村中的有效能源來生產電能。考慮到上文描述的技術發展水平，因此能夠認識到相關的有益效果和/或技術措 施和技術考慮的重要性可能被看成是技術難題，需要所述技術措施和技術考慮以便使用簡 單的裝置產生簡單並且實踐中免維護的熱泵裝置。考慮到上文描述的技術發展水平，因此能夠認識到相關的有益效果和/或技術措 施和技術考慮的重要性可能被看成是技術難題，需要所述技術措施和技術考慮以便使用簡 單的裝置產生簡單的空氣調節裝置。考慮到上文描述的技術發展水平，因此能夠認識到相關的有益效果和/或技術措 施和技術考慮的重要性可能被看成是技術難題，需要所述技術措施和技術考慮以便在用於 能量轉換和利用聚集在空間內的振蕩氣體的裝置，其中氣體分子在所述空間內被賦予來回 振蕩運動，該來回振蕩運動是通過能量供給設備維持的，並且其中通過振蕩引起的氣體壓 縮導致在所述氣體的整體或局部內的溫度上升，並且通過振蕩引起的氣體減壓導致在所述 氣體的整體或局部內的溫度下降，從而導致高效率的能量轉換，並且為了產生具備能量提 供和簡單結構的能量轉換裝置，藉助並在對簡單結構裝置的使用下是能夠產生引擎裝置、 熱泵裝置或類似的裝置。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便將一個或更多的閥元件連接到所述空間，第一閥元 件被致動以在所述氣體的壓縮階段向所述空間內的氣體提供能量或從所述空間內的氣體 移走能量，進一步地一個或多個第二閥元件被連接到所述空間上，第二閥元件被致動以在 所述氣體的減壓階段向所述空間內的氣體提供能量或從所述空間內的氣體移走能量。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便同樣的空間(7)被用於實現熱泵或引擎裝置的功 能，其中通過位於空間內的膜或用作膜的裝置的運動，在熱泵應用中，能量被供給，而在引 擎應用中，能量被汲取。。 能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便所述空間通過有關駐波的波節而被界定，和/或所 述空間的界定壁無論何時都能形成駐波的兩個波節。
能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便在減壓階段，用於提供能量的所述第二閥元件被處 於最低壓力以從低溫熱源提供大量熱量，而在壓縮階段通過所述第一閥元件向熱量消耗裝 置提供能量。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便在壓縮階段，所述第一閥元件被用於從高溫熱源提 供能量，從而在減壓階段，通過第二閥元件釋放低溫能量。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便產生第一閥元件和第二閥元件，第一閥元件和第二 閥元件被用於使得通過同時開啟以導致同時提供或汲取能量，或選擇性地，配有控制方法 的控制器被用於在相互之間離散的相同時間間隔內開啟所述第一閥元件和/或所述第二 閥元件。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便產生所述空間，該空間被賦予符合諧振頻率的管節、 符合圓環形的外形和/或符合球狀的外形的形狀，但是要考慮必不可少的諧振效果和/或 反射效果，所述管節具有起反射作用的封閉端和配置節點的壁。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便作為第一閥元件的第一閥機構被設置和定位在期望 是最大壓力的區域，或者作為第二閥元件的第二閥機構被定位在期望是最小壓力的區域， 從而使得在減壓階段冷氣流能夠通過所述空間以最小或短暫接近最小的壓力被供入或導
出ο能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便配有控制方法的所述控制器被用於致動一個或多個 閥元件。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便作為第二閥元件的第二閥機構被定位在期望是最小 壓力的區域，或者作為第一閥元件的第一閥機構被定位在期望是最大壓力的區域，從而使 得在壓縮階段熱氣流能夠通過所述空間以最大或短暫接近最大的壓力被供入或導出。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便產生所述閥機構，該閥機構相對於另一個呈直角並 且進一步具有使快速和大量氣流通過的尺寸。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便通過控制器內的電路，能夠為閥機構的使用提供開 啟次數之間的相差，從而使得這種協調(如通過控制器內配置的控制方法)能夠為使用強 力氣流創造前提條件。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便產生壓縮階段和減壓階段，壓縮階段和減壓階段被 用於位移膜，膜的來回位移運動被用於開啟和提供所述能量轉換。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題的，需要所述技術措施和技術考慮以便在所述空間內產生氣體，該氣體通過簡單的和能量 節約型的元件被賦予振蕩諧振頻率。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便聲學可逆諧振器被構造成包含相對的閥元件的模 塊，其中相對的閥機構連接至輸送高壓高溫氣體的熱迴路。能夠認識到相關有益效果和/或技術措施和技術考慮的重要性是存在技術難題 的，需要所述技術措施和技術考慮以便連接到所述模塊的還有另外的閥機構，所述另外的 閥元件被連接到輸送例如大氣壓力的低壓和低溫氣體的冷迴路。。解決方案
在這種情況下，本發明通過相對公開的現有技術來介紹，用於能量轉換和利用聚 集在空間內的振蕩氣體的裝置，其中氣體分子在所述空間內被賦予來回振蕩運動，該來回 振蕩運動是通過能量供給設備維持的，並且這是建立在已知的原理上，即通過振蕩引起的 氣體壓縮導致在所述氣體的整體或局部內的溫度上升，並且通過振蕩引起的氣體減壓導致 在所述氣體的整體或局部內的溫度下降。為了能夠解決上述公開的技術問題中的一個或多個，本發明特別公開了技術特徵 實施現有技術；將一個或更多的閥元件連接到所述空間，第一閥元件被致動以在所述氣體 的壓縮階段向所述空間內的氣體提供能量或從所述空間內的氣體移走能量，進一步地一個 或多個第二閥元件被連接到所述空間上，第二閥元件被致動以在所述氣體的減壓階段向所 述空間內的氣體提供能量或從所述空間內的氣體移走能量。作為提出的落入本發明基本原理範圍內的實施例，其進一步公開了同樣的空間被 用於實現熱泵的功能或引擎的功能，因為，通過所述空間內的膜或作為膜的裝置的運動，在 熱泵應用中能量被供給，在引擎應用中，能量被移走。進一步地公開了通過有關駐波的節點所述空間被界定，或選擇性地所述空間的界 定壁形成了駐波的兩個節點。進一步地，本發明公開了在減壓階段，用於提供能量的所述閥元件在低壓下被用 於從低溫熱源提供大量的能量，並且在壓縮階段，通過所述第一閥元件以向熱量消耗裝置 提供能量。其進一步提出所述在壓縮階段，所述第一閥元件被用於從高溫熱源提供能量以便 有助於在減壓階段通過所述第二閥元件釋放低溫能量。第一閥元件和第二閥元件被同時改變以通過同時操作而提供或汲取能量。進一步地公開了配有控制方法的控制器被用於在相互之間離散的相同時間間隔 內開啟所述第一閥元件和/或所述第二閥元件。所述空間優選地被賦予具有作為反射壁的封閉端的細長管的形狀，但是所述空間 也可被構造成圓環形或類似的結構，創造先決條件以允許在每個單獨的周期通過提供較少 量的能量來聚集聲能。進一步公開了作為第一閥元件的第一閥機構被設置和定位在期望是最大壓力的 區域，或者作為第二閥元件的第二閥機構被定位在期望是最小壓力的區域，從而使得在減 壓階段冷氣流能夠通過所述空間以最小或短暫接近最小的壓力被供入或導出。作為第二閥元件的第二閥機構被定位在期望是最小壓力的區域，或者作為第一閥元件的第一閥機構被定位在期望是最大壓力的區域，從而使得在壓縮階段熱氣流能夠通過 所述空間以最大或短暫接近最大的壓力被供入或導出。其進一步地提出所述閥機構相對於另一個呈直角。所選擇的兩個閥機構開啟次數之間的相差通過例如控制器來實現從而以便於能夠產生強力氣流。本發明更加明確地公開了構造成模塊的聲學可逆振動器的結構，在該模塊上反向 的閥機構可被連接到輸送高壓高溫氣體的冷迴路上。進一步地所述閥裝置被連接到模塊上，閥機構被連接到輸送低壓(如大氣壓力) 低溫氣體的冷迴路上。有益效果主要被認為是本發明特性和此處公開的重要特定技術特徵的有益效果在於，在本 文中創造了本發明的先決條件以便於在利用聚集在空間內的振蕩氣體進行能量轉換的裝 置，其中氣體分子在所述空間內被賦予來回振蕩運動，該來回振蕩運動是通過能量供給設 備維持的，並且其中通過振蕩引起的氣體壓縮導致在所述氣體的整體或局部內的溫度上 升，並且通過振蕩引起的氣體減壓導致在所述氣體的整體或局部內的溫度下降，為了產生 所述前提條件，所述第一閥元件被連接到所述空間，第一閥元件被致動以在所述氣體的壓 縮階段向所述空間內的氣體提供能量或從所述空間內的氣體移走能量，進一步地第二閥元 件被連接到所述空間上，第二閥元件被致動以在所述氣體的減壓階段向所述空間內的氣體 提供能量或從所述空間內的氣體移走能量。主要被認為是本發明特徵的內容都在權利要求1的特徵部分公開。附圖的簡要說明本發明和目前提出的實施例的基本先決條件將在下文更加詳細地並參考附圖進 行描述，目的是為了舉例說明，而提出的實施例顯示了本發明的重要特定技術特徵。圖Ia顯示產生的振蕩運動如何通過反射形成反射波並進一步形成複合波的結 構，複合波的結構是共振的並形成了在本發明中被使用的駐波的結構；圖Ib是為了圖示在具有壁(3)的封閉空腔內的空間(7)的不同部分中波(2)如 何產生壓力增加(5)以及壓力減小(6)；圖2用三種不同的順序顯示出關於此處涉及的分子運動的駐波⑵以圖示出凸出 部分的溫度上升對於壓力上升，以及接近節點的相應壓力較小對應溫度上升；圖3顯示出示意性地圖示有閥和薄膜的空間(7)內的駐波(2d)，閥和薄膜的運行 與本發明的原理一致；圖4圖示出作為稱為「ARR單元」的聲學可逆諧振器的構造模塊的草5顯示圖4中「ARR單元」被用於組成熱泵的一種可能實施例；圖6圖示適於高溫應用的引擎裝置圖7圖示適於低溫應用的引擎裝置；圖8圖示以一種可能方式連接的引擎裝置和熱泵裝置或熱泵設備；圖9為了圖示三種不同情況下所述裝置的選擇性實施例。
具體實施例方式作為引言，應當強調的是，在對一個目前提出的實施例的下述描述中，我們選擇了 一些術語和特殊的專門詞彙，目的是為了在這種情況下大體上闡明本發明的原理，上述實 施例顯示了有關本發明的重要特定技術特徵並且因附圖中的圖片而被闡明。但是，在本文中應當注意到，本文所選用的表達方式不能被看作是對所使用和選 擇的術語的排他性限制，而應當理解為每個所選用的術語要被解釋為另外包括所有的以相 同的或實質上相同的方式起作用的等同技術特徵，以便在此情況下能夠獲得相同的或實質 上相同的目的和/或技術效果。參考所附圖la、圖Ib和圖2及其說明，同樣也參考附圖3，其示意性並詳細地顯示 了本發明的基本前提，並且參考圖3至圖9，作為此處提及的且在下面的說明書中進一步描 述的實施例的結果，有關本發明的重要特徵已經被給出了具體形式。本發明的基本前提存在於參考圖la、lb、圖2以及圖3所說明和描述的內容中。因此，圖Ia圖示複合波結構「V3」是如何由在兩個對立壁1、2之間反射的生成波 「VI」和反射波「V2」形成的。曲線代表「氣體位移」，通過曲線來表示氣體分子根據經典聲 學從其平衡狀態的位移。圖Ib顯示複合波結構1是如何由虛線2表示的，該複合波1描述出涉及氣體壓力 的「空氣位移」。處於高壓因而分子間距離小的區域5顯示出高溫，而處於低壓因而分子間距離大 的區域6顯示出低溫。根據經典聲學，「空氣位移」的波節構成壓力的波腹，反之依然。上面提到的壓縮效果和減壓效果在此處適用於每個階段。圖Ib還作為例子顯示出管的一端可以是封閉的(3)而管的另一端可以是開放的。 在開口端處，壓力虛線(2)構成波節，在封閉端處壓力虛線構成波腹。對於本領域的讀者來說，很顯然可將擴音器或活塞放在許多不同的位置，或者放 在管的內部或者放在管的開口端。當「空氣位移」最大時，也就是說在實線1的波峰時，可預期到最好的效果。在圖2a、2b以及2c中，圖2圖示了初始(primary)駐波1，分子運動5對應於壓力 上升和熱量上升，或分子運動6對應於壓力減小和熱量減少。圖2也圖示了駐波內的壓力的曲線2。圖2b還圖示了位於2a和2b之間的中間位置，在該位置壓力均衡且分子分布更均勻。圖2c是為了圖示出高壓是如何在一個周期內從壁的一端位移到另一端然後又再 次返回。圖3圖示出利用初始駐波「V4」的本發明的示意性應用。本發明的裝置8具有閥元件5和作為擴音器而被圖示的可來回移動的膜6，以導致 在限定空間7內產生具有諧振頻率的駐波。因此，圖3圖示了適用於能量轉換的裝置8，能量轉換是利用氣體(17)在具有選擇 的諧振頻率的空間7內振蕩而實現的，其中氣體在空間7內的來回振蕩是通過能量供給裝 置9 (擴音器單元9的形式)被維持的，並且其中由振蕩引起的氣體壓縮導致在整個或部分 的所述氣體(17)內的溫度升高，而由振蕩引起的氣體減壓導致在整個或部分的所述氣體(17)內的溫度下降。與所述空間7相連的是一個或多個第一閥元件5，其中所述第一閥元件5通過控制 器10被可控地致動以在所述氣體(17)的壓縮階段5向或從所述空間7提供或抽出帶有熱 能的氣體。進一步地，與所述空間7相連的是一個或多個第二閥元件15，其中所述第二閥元 件15通過控制器10被可控地致動以在所述氣體(17)的減壓階段6向或從所述空間7提 供或抽吸帶有熱能的氣體。配置有一種或多種控制方法的所述控制器10適於通過內部電路在非常短的且相 互離散的時間間隔內致動所述第一閥元件5和第二閥元件15。理想的是，使用50Hz的重複頻率。如圖3中的實施例顯示的，所述空間7可被賦予具有密封端12、13的細長中空圓 柱形管11的形狀，管的結構和尺寸聯同所使用的端部必須適合於諧振頻率，如50HZ的頻 率，但作為選擇可必然地顯示出圓環形(torus)的結構或相應的外形，但是要具有適合必 要閥元件5、15的必要孔。對於圖示的實施例，更具體地公開了作為第一元件5的第一閥機構被定位在所述 細長管11的端部且通過控制器10致動以便在壓縮階段能夠以最大的或暫時接近最大的壓 力將熱氣流供給到空間7內。作為第二閥元件15的第二閥機構被定位在所述管11的同一端部且通過控制器10 致動以便在減壓階段能夠以最小的或暫時接近最小的壓力將冷氣流供給到空間7內。在本申請中，所述閥機構5、15優選地彼此呈直角地相關聯，並沿5，5』 ；15，15』被 完全相反地定位。閥機構5和15各自的打開次數之間的相差(phase difference)分別通過例如控 制器10內的電路裝置來實現，以便能夠產生強勁的空氣流。例如低溫操作時(如低於10°C )，所選的空氣流能夠達到Im3/秒至5m3/秒的數量 級。閥元件5、15成形有大的開口表面(open surface)，例如氣流速度為4至8m/秒時 其面積為l/5m2。壓縮階段和減壓階段被用來使用曲軸齒輪代替彈性膜6或常規活塞，曲軸齒輪的 位移運雲力(displacement movement)適應於所述能量轉換。更具體地，公開了向空間7和膜6運動供給能量以便在壓縮階段能夠產生幾百攝 氏度的溫度。可從空間7和膜6運動中導出能量以便在減壓階段能夠產生攝氏零下的溫度。所述控制器10可用於致動在管11內來回運行的具有諧振頻率的活塞運動(未示 出)，或者是致動類似運動。氣體(17)位於空間7內從而被施予「振蕩」諧振頻率。上文描述的裝置8被稱為聲學可逆諧振器，稱為「ARR裝置」，並且被構造成具有對立的第二閥機構15、15』的模塊18，第二閥機構15、15』與輸送低溫低壓氣體或空氣的冷回 路相連。與模塊18相連的是另外的對立的第一閥機構5，5』，第一閥機構5、5』與輸送高溫高壓(如大氣壓力)氣體或空氣的熱迴路相連。下文將更加詳細地描述本發明的實際應用，其中，圖4是稱之為「ARR裝置」 18的聲學可逆諧振器的模塊結構的示意圖，圖5圖示了「ARR裝置」 18被用於組成熱泵的第一實 施例。圖6圖示出一種適於高溫應用的能量裝置，圖7圖示出一種適於低溫應用的能量 裝置，圖8圖示出以一種可能方式連接在一起的引擎裝置和熱泵。圖3中位於管11上並通過控制器10致動的第二閥機構15，15』確保冷流在最小 壓力下被打開，而且呈直角設置在管11上並通過控制器10致動的第一閥機構5，5』確保熱 流在最大壓力下被打開。此處不需要風扇，只是打開時會出現微小的相差以便產生引起強勁氣流的前提條 件。所實施的模擬過程顯示出在低溫操作時氣流必須非常大，如達到立方米/秒的數 量級。因此，閥機構5，5』 ；15，15』也必須顯示有非常大的開口的和可關閉的表面積(通常 在流速為5m/s時達到1/5平方米)。高溫操作時，非常小的開口表面會遇到問題。圖5圖示出空氣中冬季溫度假定為-20°C的一種假設狀態，儘管如此圖5中公開的 其它溫度關係仍然會出現。在稀少的冬季陽光和使用室外能量屋頂的情況下，在能量屋頂下室外溫度自始至 終能夠達到+5°。空氣被向下泵抽到「ARR裝置」 18內，在該裝置內空氣被冷卻並被排出。在暖迴路中，「ARR裝置」 18輸送溫度為+30°C的空氣，該空氣被傳導用於加熱大 樓。當大樓被加熱時，該空氣下降至22°C，並被再循環到被提供電能的「ARR裝置」 18 的暖迴路中。由於能量屋頂預熱空氣並且「ARR裝置」 18幾乎無摩擦地運行，可以實現在24小 時周期的大部分時間內熱效率值會處於10以上。圖6圖示了作為高溫引擎的「ARR裝置」 18。暖迴路能夠使用任何燃料。熱能能夠完全被產生在暖迴路內，但是，在Stirling 引擎內，熱能也會被生成在外部(熱交換)。此時，能夠獲得高溫和非常高的極端壓力(達 到10-20個大氣壓)。在極端壓力下生產熱能的優點是，可以燃燒甚至是潮溼的木屑等。在產生熱能的過程中需要慢氣流以現實完全燃燒。供給的含氧空氣具有很高的分 壓，這也有助於實現期望的完全燃燒。如果使用柴油作為燃料，可以避免菸灰顆粒，因為燃燒在高溫、高壓以及長時間內 進行。此時優選含量極稀的(extremely lean)混合比(極度的空氣過剩)。在本文中，上述混合比加之高壓因素可提供極高的效率(如超過40%)，而無論使 用何種燃料。如果將引擎當作大樓中的鍋爐使用，就可以用廢氣加熱大樓。還能產生相當大量的電能(如5KW)，這些電能可被家庭使用或賣給電網。對於每個鋸木廠、農場等，能夠從生態廢品中產生大量的電能。燃燒灰燼能被再循環至田野中。圖7圖示了「ARR裝置」 18作為低溫引擎的一種應用。本實施例基於這樣的特徵 在幾乎每一個季節，可以利用10°C或以上的溫差。在本實施例中，假設存在可以被利用的屋 頂至太陽和屋頂至陰影之間的溫差。然而，可利用井、室外空氣、湖等等作為溫度來源。箭頭「P1」代表從熱到冷的能量流動。根據已知的卡諾效率公式(T2_T1)/T2，「ARR裝置」 18能夠將最多接近4%的這種 能源轉換成電能。相比從太陽能電池中獲得的效率(15% )，我們知道這種效率(4% )是較低的效 率，但另一方面，屋頂表面積很大而且氣流是免費的。根據本發明原理的「ARR裝置」 18在冬季的夜晚等情況下也能起作用，而太陽能電 池在實踐中需要夏日陽光。通過這種方法能夠生成低的電能(如500W)。如果這種裝置與熱泵(具有非常高的熱係數)一起使用，那麼500W就能夠給一個 住宅供熱。在選擇的熱係數為10情況下，在本申請中熱泵釋放的能量為5kW。圖8圖示了能量裝置與熱泵的組合體。此時「ARR裝置」 18從適當選擇的溫差中產生電能。另一個「ARR裝置」 18使用來自能量屋頂的餘溫並構成具有非常高熱係數的熱泵。作為對「ARR裝置」 18的概述，本發明基於這樣的原理通過在合適的時刻提供溫 差，生成的聲波被放大，並且能夠從膜6的運動或其他的所產生運動中獲得電能。相應地，由於以正確的頻率將能量提供給膜6，聲波就能夠被放大。這種能量其本身表現為強力的振蕩，這種能量具有幾百度的峰值溫度以及約零下 十度的最低溫度。通過在合適的時刻打開閥5，5』 ； 15，15』，能夠提取熱量(熱泵)或製冷(製冷器)。這種結構基本上具有與在活塞-氣缸組合體中的活塞相同的功能，而且幾乎能夠 在使用活塞的任何地方使用。唯一的不同是使用氣體諧振的物理定律以便實現自發壓縮/ 減壓。例如，在柴油機中，為了實現柴油壓縮，重型活塞必須運行100mm。根據本發明，為了 達到同樣的壓縮壓力，膜運動只需Imm就足夠。因此，僅需最小的運動以便給空間7內聚集的氣體(17)賦予諧振並且實現相當於 柴油機壓縮中的壓縮值，而不需要為此目的使用重型活塞和曲軸。此外，缺少活塞與氣缸壁的摩擦和其他的摩擦能夠賦予「ARR裝置」非常高的熱效率。僅需要以相對微弱的振蕩的方式為諧振提供能量並且在最大壓縮時、在正好合適 的時刻提供熱量。這放大了聲波，此時可使用同樣的膜6獲得有用功(擴音器原理，但具有 更高的輸出)。本發明的目的是為了實現更高的效率以及更加簡單的設計和結構。同樣的「ARR裝置」可以完成許多不同的功能，而且由於無能量損耗的基本設計和 構造，可以從非常微小的溫差中獲取電能。(傳統活塞驅動引擎會在摩擦時喪失所有的有用 功，這就解釋了為什麼僅僅適用於10°c溫差的卡諾引擎迄今被認為是不可能的。)
同樣地，本裝置可以一定的熱係數(< 10)利用非常小的溫度增加來汲取熱量。本發明可被作為引擎、熱泵、兩者的無級組合體、空調裝置、冷凍組合件、冰箱、壓縮機以及真空泵。本發明還特別公開了相同的空間，其能夠用於實現熱泵的功能或者引擎的功能或 者同時實現兩者的功能，其中通過膜6(或者在空間7內或外的用作膜的裝置)的運動，在 熱泵應用中，能量被供應，或在引擎應用中，能量被汲取。通過有關駐波的波節，所述空間被界定，空間的界定壁12、13形成駐波的兩個波 節。為了提供能量，在減壓階段所述第二閥元件被改變以允許在最低壓力下從低溫熱 源提供的大量能量，而在壓縮階段，通過所述第一閥元件，以允許向熱量消耗裝置提供能量。在壓縮階段，所述第一閥元件被用於從較高溫度的熱源提供能量，從而在減壓階 段，通過第二閥元件提供低溫能量。在圖9中公開了通過同時發生的操作，第一閥元件5和第二閥元件15被同時用於 能量的提供或移除。配有控制方法的控制器被用於在相同的或相互離散的時間間隔內致動所述第一 閥元件5和/或第二閥元件15。參考圖9a，關於圖3中所示的實施例，圖示的裝置顯示出具有固定壁112和113的 管4、111，全周期的曲線1涉及「氣體位移」，虛線涉及壓力，並具有與用於減壓的閥5相連 的部分和與用於壓縮的閥15相連的部分。通過長度為圖3中的管的兩倍的管111，對於特定頻率會在駐波中產生兩個波峰。 在本實施例中，兩個閥5、15可被同時打開，在閥5內是高壓高溫而另一個閥15內是低壓低 溫。在本實施例中可以想像到有兩個活塞或擴音器。在這種情況下，不需要圖3中的閥機 構的呈直角的排布。圖9b圖示了根據圖9a的一種應用在熱泵中的裝置，圖9c圖示了一種應用在引擎 中的裝置。圖9b目的是為了圖示對冷溫的使用，這種冷溫是10°C的自然資源(例如湖水)。 此時溫度能夠上升到30°C。在這種情況下就需要電能，其中W1+W2 = W3。圖9b和圖9c所 公開的圖形僅僅只是為了作為例子。通過從能量屋頂(白天時+30°C )獲取熱能W3以及通過用能量W2加熱溫度維持 在10°c的湖水，在這種情況下卡諾效率方程(T2-T1) /T2可實現6. 6%的效率，或大約660W 的電能。此圖形僅僅是為了作為例子。本發明自然不是通過例子來限制上述公開的實施例，但是在不脫離權利要求書中 列舉的發明原理的範圍的情況下可以進行修改。特別地，應當考慮到在本發明的範圍內每一個所圖示的裝置和/或迴路都能與其 他所有圖示的裝置和/或迴路相連，以便於能夠獲得期望的技術功能。
權利要求
一種利用聚集在空間(7)內的振蕩氣體(17)的用於能量轉換的裝置(8)，其中氣體分子在所述空間內被賦予來回振蕩運動，該來回振蕩運動是通過能量供給設備(9)維持的，並且其中通過振蕩引起的氣體壓縮導致在所述氣體(17)的整體或局部內的溫度上升，並且通過振蕩引起的氣體減壓導致在所述氣體(17)的整體或局部內的溫度下降，其中一個或者多個閥元件(5)被連接至所述空間(7)，其特徵在於，第一閥元件(5)被致動以在所述氣體(17)的壓縮階段向所述空間(7)內的氣體(17)提供能量或從所述空間(7)內的氣體(17)移走能量，進一步地一個或多個第二閥元件(15)被連接到所述空間(7)上，第二閥元件(15)被致動以在所述氣體的減壓階段向所述空間內的氣體提供能量或從所述空間內的氣體移走能量，並且在壓縮階段，所述第一閥元件(5)被用於從高溫熱源提供能量，從而在減壓階段，通過第二閥元件(15)釋放低溫能量，和/或在減壓階段，用於提供能量的所述第二閥元件(15)被處於最低壓力以從低溫熱源提供大量熱量，而在壓縮階段通過所述第一閥元件向熱量消耗裝置提供能量。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於同樣的空間(7)被用於實現熱泵或引擎裝置 的功能，其中通過位於空間內的用作膜的裝置的膜的運動，在熱泵應用中，能量被供給，而 在引擎應用中，能量被汲取。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述空間(7)通過有關駐波的波節而被界定。
4.如權利要求2或3所述的裝置，其特徵在於所述空間的界定壁無論何時都能形成駐 波的兩個波節。
5.如權利要求1或3所述的裝置，其特徵在於第一閥元件(5)和第二閥元件被同時改 變以通過同時操作而提供或汲取能量。
6.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於配有控制方法的控制器被用於在相同或相互 之間離散的時間間隔內致動所述第一閥元件(5)和/或所述第二閥元件(15)。
7.如權利要求1的裝置，其特徵在於所述空間被賦予具有封閉端的管的形狀、圓環形 的形狀或其他相應的形狀，其中通過在每個單獨的階段提供少量的能量，創造出導致聲能 聚集的前提條件。
8.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於作為第一閥元件的第一閥機構被定位在期望 是最大壓力的區域，或者作為第二閥元件的第二閥機構被定位在期望是最小壓力的區域， 從而使得在減壓階段冷氣流能夠通過所述空間以最小或短暫接近最小的壓力被供入或導出ο
9.如權利要求1或6所述的裝置，其特徵在於配有控制方法的所述控制器被用於致動 一個或多個閥元件。
10.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於作為第二閥元件的第二閥機構被定位在期 望是最小壓力的區域，或者作為第一閥元件的第一閥機構被定位在期望是最大壓力的區 域，從而使得在壓縮階段熱氣流能夠通過所述空間以最大或短暫接近最大的壓力被供入或導出。
11.如權利要求1、8或10所述的裝置，其特徵在於所述閥機構彼此呈直角地相關聯，或 者無論如何彼此基本呈直角地相關聯。
12.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所選擇的兩個閥機構開啟次數之間的相差 例如通過配有控制方法的控制器而被用於產生強勁氣流。
13.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於膜和/或裝置被用於維持聲波振蕩，從而導 致向振蕩氣體提供聲能(熱泵應用)和/或導致從振蕩氣體汲取聲能(引擎應用)。
14.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於聲學可逆諧振器包含所述空間以及相關的 閥元件，並且被構造成模塊，其中相對的閥機構連接至輸送高壓高溫氣體的熱迴路。
15.如權利要求1或14所述的裝置，其特徵在於連接到所述模塊的還有另外的閥元件 或閥機構，所述另外的閥元件或閥機構被連接到輸送例如大氣壓力的低壓和低溫氣體的冷 迴路。
全文摘要
本發明包含一種利用聚集在空間(7)內的振蕩氣體(17)的用於能量轉換的裝置(8)，其中氣體分子在所述空間內被賦予來回振蕩運動，該來回振蕩運動是通過能量供給設備(9)維持的，並且其中通過振蕩引起的氣體壓縮導致在所述氣體(17)的整體或局部內的溫度上升，並且通過振蕩引起的氣體減壓導致在所述氣體(17)的整體或局部內的溫度下降，其中一個或者多個閥元件(5)被連接至所述空間(7)，其特徵在於，第一閥元件(5)被致動以在所述氣體(17)的壓縮階段向所述空間(7)內的氣體(17)提供能量或從所述空間(7)內的氣體(17)移走能量，進一步地一個或多個第二閥元件(15)被連接到所述空間(7)上，第二閥元件(15)被致動以在所述氣體的減壓階段向所述空間內的氣體提供能量或從所述空間內的氣體移走能量，控制器(10)被用於在相同或相互之間離散的時間間隔內致動所述第一閥元件(5)和/或所述第二閥元件(15)。
文檔編號F25B9/14GK101821561SQ200780100754
公開日2010年9月1日 申請日期2007年9月17日 優先權日2007年9月17日
發明者本特·賽維德·奧維路易斯 申請人:皮克特姆公司;本特·賽維德·奧維路易斯