专利名称：谐振强声合成(rms)的能量转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及那些可以用脉冲点火驱动的或是热声驱动的用于能量转换的谐振强声合成(Resonant Macrosonic Synthsis)(RMS)共鸣器，它可以被专用于发电领域。
历史上出现过各种各样用来发电的技术方案。最吸引人的莫过于那些通过燃烧液体或是气体燃料而产生电能的技术。
已经采用了许多种内燃机将燃料的化学势能转换成用来驱动交流发电机的机械能。然而，内燃机需要经常的周期性维护，并且转换效率比较低。现今的汽轮机能够更有效地将诸如天然气一类燃料的能量转换成电能。汽轮机技术在设计和制造上固有的复杂性体现在其初期的成本和运行成本上。
不断有人努力以声音的驻波作为发电的手段。例如，Swift提出了可以用热声驱动的驻波之振荡压力来驱动一台交流发电机产生电能(G.W.Swift，“热声发动机”“Thermoacoustic Engines，”J.Acoust.Soc.Am.84，1166(1988))。其实现方式是将一个活塞连接在声波共鸣器的开口端，并且用振动的活塞驱动一台线性交流发电机。这种活塞应该是气密的，以便可靠地形成隔膜或是真空膜盒。活塞的运动还会限制其从驻波获得的动态力，这样就会限制热声发电机的效率。
Swift还提出了另一种用声音驻波来发电的设备，它是在热声驱动的液体钠驻波发动机中利用了磁流体动力(MagnetoHydrodynamic)效应(G.W.Swift，“Thermoacoustic Engines，”J.Acoust.Soc.Am.84，1169(1988))。
脉冲燃烧(PC)是利用声音驻波发电的另一个探索领域。与磁流体动力(Magneto Hydrodynamic)的情况不同，PC领域作为发电的手段普遍被认为意义不大。在PC领域中重要的研究和发展甚至可以追溯到上一个世纪。早在本世纪20年代，脉冲燃烧作为驱动汽轮发电机的一种手段就首先引起了人们的注意，参见授予Nikola Tesla的美国专利US1329559。目前的大多数研究主要是用来发热或是喷气式发动机。在这些应用中，脉冲燃烧一向是比较有吸引力的，因为它可以自身维持燃烧循环，结构简单，并且很少产生污染。Putnam，Belles和Kentfield全面地概括了脉冲燃烧器的发展史，在脉冲燃烧领域中提出了许多实施例和应用(A.A.Putnam，F.E.Belles，andJ.A.C.Kentfield，“Pulse Combustion，”Prog.EnergyCombust.Sci.12，43-79(1986))。PC研究的领域非常活跃，主要的研究机构有Gas Research Institute，Sandia Combustion Labs，以及许多大学。
总而言之，已经有人提出了可以用热声发动机来驱动活塞作用的交流发电机用于发电的手段。然而，这种原理还需要进一步的优化，实用的改进，以及结构上的简化。对于利用PC驱动的驻波为手段来发电的实用系统的开发到目前为止还没有多大进展。与传统的技术诸如汽轮发电机相比，PC发电机可以提供非常简单的从燃料到电能的转换系统。
本发明的目的是提供一种脉冲燃烧(PC)驱动的声波共鸣器，用它的振荡运动来驱动一交流发电机。
本发明的下一目的是采用谐振强声合成(RMS)共鸣器作为一个PC腔，以便用一给定的燃料消耗率产生最大的声波反应力，从而改善从燃料到电能的转换效率。
本发明的再一目的是通过设置调谐的电感和预热以及预先混合的燃烧反应物来提高PC的功率密度。
本发明的另一目的是提供一种比较廉价的技术，用来将天然气一类的燃料转换成电能。
本发明其它的目的是为热声发电机提供必要的优化和实用性改进。
根据以下参照附图的说明可以了解到本发明的上述和其它目的，特征和优点，所有附图中相同的标号都代表相同的部件。
图1是按照本发明的一种脉冲燃烧式发电机的截面图；图2的曲线代表对应着图1的共鸣器2在基本模式下的峰值压力分布图；图3的曲线代表一种压力-时间波形，利用本发明的优点就可以用RMS共鸣器来提供这种波形；
图4是按照本发明的一种脉冲燃烧式发电机的截面图，共鸣器的几何形状可以增大共鸣器上的声波驱动的动态力；图5的曲线代表对应着图4的共鸣器32在基本模式下的峰值压力分布图；图6是按照本发明的一种脉冲燃烧式发电机的截面图，它具有调谐的感应压缩机和反应物的预先燃烧混合；图7的曲线代表与图6的感应压缩机有关的静态和动态压力图；图8是按照本发明的一种热声驱动的发电机的截面图。
(共鸣器)燃烧室在声波驱动下的结构振荡往往是PC在工作中不希望的副产品。主要的研究方向是尽量减少这种不良影响。与此相反，本发明试图以这种振荡为手段，通过用驻波的静态压力往复驱动整个共鸣器来发电。
在图1表示的本发明的一个实施例中有一个RMS共鸣器2，用周围的弹簧3和5将其弹性地安装在定子上，从而使其沿着其圆筒轴线z不受限制，并且可自由发生振动。共鸣器2具有一个刚性的端壁26，一个环形的排气口24，环形的排气箱25，任选的节流阀14，火花塞22，以及一个阀门头4。阀门头4包括一个燃料氧化剂箱6，一个燃料入口8，一个氧化剂入口10，以及反应剂入口阀门12。
连接到共鸣器2上的交流发电机16包括刚性连接到共鸣器2上的电枢18和弹性连接在电枢18上的定子20。在图中用弹簧28和减振器30示意性地表示了这种弹性连接。此处所说的定子并不是说定子20是静止的。与此相反，定子20可以不受限制并且可自由振动，或者是可以交变地受到刚性的限制。可以用弹簧将电枢18安装在共鸣器2上，以便进一步控制定子20，电枢18和共鸣器2的相对振动量。
起动脉冲燃烧器的方法有许多种，火花塞22就可以完成这种工作。在工作中用火花塞22产生的火花来起动共鸣器2内部的燃料氧化剂混合物。用这种初始燃烧来起动由共鸣器2内部产生的振荡压力所驱动的公知的自身维持PC循环。一旦起动，火花塞就不起作用了，而PC系统将会按照其特性的谐振频率工作。
诸如图1所示的点火定时控制电路7和旋转阀等等广泛公知的其它方法也可以用来改变谐振频率。可变调谐的共鸣器分支也可以用来改变谐振频率。例如，一可变调谐的分支可以包括一个窄小的圆筒形管子，其一端敞开进入燃烧共鸣器，而另一端固定在一个调谐活塞上。在管子内部滑动调谐活塞就可以改变燃烧室的谐振频率。
燃烧的产物通过环形口24从共鸣器2中排出，环形口必须具有足够的流动面积来满足设计的排气流速。图2表示在基本模式下沿着共鸣器2长度方向上的峰值压力分布图，图中的z是它的轴向对称轴，为此，窄端的z＝O，而宽端的z＝L。尽管口24可以设置在共鸣器2壁内的任何部位，在图2中还是表示了与基础压力节点相对应的最佳位置，这样就能减少通过口24输送的动态压力。如果动态压力是通过口24传送的，就不能将其按照以下方式转换成有用的力。一般来说，排气口的位置应该选择在使共鸣器的内部动态压力最大的位置。口24可装有任选的节流阀14，或者是装备有诸如簧片阀或是片状阀那样的压缩机式排放阀，它可以响应电枢阀门两侧的压力差而打开。
在产生驻波时，其振荡压力对共鸣器2的内壁形成动态的力，使其沿着z方向象一个刚性体那样按照声音的频率振动。将电枢18连接到共鸣器2上使其和共鸣器一同振动。由此产生的电枢18与定子20的相对运动就可以按照发电机原理所确定的方式产生电功率。在本实施例中，定子20并不是静止的，而是可以相对于电枢18的运动在某些相位角上自由移动。交流发电机16可以是一个音圈交流发电机，或是在美国专利US5174130中所示的可变磁阻交流发电机，或是在美国专利US5389844中所示的交流发电机，或是任何其它各种各样的线性交流发电机，上述文献的全文可供本文参考。也可以采用其它的设计方案，但是没有字面意义上的电枢和定子，包括压电和磁至伸缩的交流发电机。交流发电机的选择将反映了具体的设计要求，这其中包括工作频率，共鸣器的振动位移量，以及机械功率和电功率之间的转换效率。
弹性安装的特征是用电枢18和定子20之间的弹簧28和减振器30示意性地表示的，它会影响到系统的转换效率。通过对系统的动态模拟并且考虑到整体的运动质量和系统中的弹簧和减振器，就可以找到最佳的功率因数。具体的分析模型可以反映出系统中所采用的交流发电机类型。
在图2所示的叠加上动态压力的情况下，口24，排气箱25和选定的节流阀14对排出气流的阻力会影响到平均压力P0。影响平均压力P0的其它因素还包括入口气流阻力，流体性质，以及共鸣器的几何形状。节流阀14可以被用来调节出口流量阻力，从而改变平均压力P0。增大出口流量阻力就会使P0增加，而减少出口流量阻力则会降低P0。在给定功率输入的情况下，增加P0往往会增大峰-峰动态压力，从而增大共鸣器上的动态力，进而增加电功率的输出。因此，为了使燃料-电能的转换效率达到最大，只要是负峰值压力-p不至于因为超过反应剂供应压力而造成新鲜反应剂供应的中断，平均压力就应该尽可能地高。如果配合口24来使用排气阀，阀门系统的流量面积和阀门的弹性负荷就会影响到P0。或者是将压缩机式的动态排气阀设置在z＝0的位置，此处的排气压力比较高，致使排气的体积流率降低。
本发明的最佳实施例采用了图1和2所示的共鸣器的第一种纵向结构，以期获得最大的反应力和最高的燃料-电能转换效率。或者是用诸如波纹管的一种柔性密封方式将刚性的壁26弹性附加在共鸣器2上，让壁26的振动与共鸣器2无关。共鸣器2可以受到刚性的限制，同时允许壁26沿着z轴按照动态压力发生振动，从而驱动交流发电机16的电枢18。另外，在本发明的范围内也可以使用Helmholtz式的共鸣器，同样将交流发电机连接到图1和4所示的共鸣器上。
共鸣器的设计在本发明的优选方案中占有重要的地位。具体的共鸣器结构选择决定了在给定的声波功率输入下可以获得的动态压力值，因而在确定本发明的燃料-电能转换效率时具有重要的意义。在美国专利US5515684和5319938及其分案和后续的申请中提出了利用特定的波形获得无冲击波的超高动态压力的RMS共鸣器，这些文献的全文可供本文参考。
除了能提供超高的动态压力之外，RMS共鸣器还可以通过波形合成获得其它的优点。例如在图3表示的RMS共鸣器的波形中，|-p|＞|+p|，其中的|-p|≡p0+(-p)，并且|+p|≡(+p)-p0。这种波形可以使脉冲燃烧器在比较高的平均压力p0下运行，并且仍保持负峰值压力-p低于反应剂供应压力，使得反应剂不会停止流动。如上所述，采用较高的p0值可以改善燃料-电能转换效率。对于本领域的普通技术人员来说，RMS共鸣器显然可以为本发明提供许多优点，所有这些优点都属于本发明的保护范围。
增大p0的另一个方面是进气阀12在图1中的位置。在共鸣器2的小直径端处具有最大的动态压力，因而在给定的p0值下具有最低的负峰值压力-p。因此，这一阀门位置允许pc按照能够获得上述所有优点的最高p0值工作。作为优选，可以将阀门安置在共鸣器内壁上具有基本动态压力的任何其它位置上。
图4表示本发明中采用RMS共鸣器32的一个实施例，它在纵向方向上的对称性增大了通过基本模式的压力分布在共鸣器上产生的声波力。共鸣器32的曲率是由D(z)＝Dth+k(sin(πz/L))确定的，其中的D是直径，Dth是喉部或是起动直径，z是共鸣器32的轴对称轴线，k是一个加权系数，L是共鸣器的轴向总长度。共鸣器32的曲率也可以是用其它函数来表示的，包括双曲线，抛物线或是椭圆形，所有这些函数将提供不同的力学特征。
用弹簧35和37将共鸣器32弹性安装到周围的固定物上，故其不会受到限制并可自由地沿着其圆筒轴线z方向上振动。在共鸣器32的每一端安装上相同的阀头34，在每次声波循环中发生两次燃烧，从而提高pc发电机的功率密度。或者是在降低功率密度的情况下让图4的脉冲燃烧器仅仅用一个阀头运行。共鸣器32具有一环形的排气口39和环形的排气箱38，其作用与图1中的环形排气口24和环形排气箱25相同。在图中示意性地表示了一个发电机40，它可以按照图1所示的方式将共鸣器32在z轴方向上的振动转换成电功率。
图5表示沿着共鸣器32长度方向上基本模式之峰值压力分布图，其中的z是其轴向对称的轴线，而+p是正峰值压力，-p是负峰值压力。在基本模式下，内表面区域上局部的z分量都应如此指向，即所有局部的压力与面积之乘积任何时刻在共鸣器壁上产生与z轴相同方向的力。只要是dr/dz的数学符号在峰值压力分布图的数学符号改变时也改变，就能始终保持这种状态。对于共鸣器32来说，这种状态发生在z＝L/2处，L是共鸣器的长度。除了z＝L/2之外还有一个连续的z值，dr/dz和峰值压力分布图的数学符号在该值上可以同时改变。
共鸣器32的相对尺寸是可以调节的，以便通过改变最大-最小直径比而进一步增大声波产生的力。对于共鸣器32来说，最大直径出现在z＝L/2处，而最小直径处在z＝O和z＝L处，其中的直径＝Dth。例如，如果共鸣器32的直径比max/min从1.7开始增大到7倍，力就可以增大到40倍。在此处假设用Dth测量的峰-峰动态压力在两种情况下都保持不变。
在某些情况下，空气或是给定的氧化剂，在反应剂点火之前必须被加压送入共鸣器中。本发明同样也可以采用这种起动方法工作。
本发明的另一种起动方式是使用交流发电机作为起动电机使pc发电机暂时当作一个声波压缩机来工作。在起动状态下为电机提供一个交流电压，用电机往复驱动共鸣器使其达到基本的谐振状态。阀门响应这种机械驱动的动态压力并且将反应剂吸入燃烧室，在此时就能用火花起动pc循环。为了避免从电机突然地切换到交流发电机的方式，可以刚好在发射点燃火花之前关闭电机。一旦起动了pc循环，电机就可以切换回交流发电机状态，并且按照上述方式提供电能。
如上所述，大的p0值可以增加pc发电机的效率和功率密度。图6表示了本发明的另一个实施例，它利用感应冲压的谐振感应压缩机提供了更高的p0值。图6的实施例中还提供了反应剂预加热和充分的预先混合。这些特征由于反应剂的完全燃烧和高频工作的快速燃烧速度而促进了高效率。
在图6中，共鸣器42内部的几何形状类似于图4的共鸣器32的形式和功能。用弹簧53，55，57和59将共鸣器42弹性安装到周围的静止固定物上，使其不会受到限制和可沿着其圆筒轴线z方向上自由振动。共鸣器42具有火花塞43，环形的排气口44和环形的排气箱46，其作用与图4中的环形排气口39和环形排气箱38相同。在共鸣器42的各端安装了由谐振箱50构成的相同的声波感应压缩机48，一级阀门52和二级阀门54。该箱50被设置的具有和共鸣器42接近相同的共振频率。在燃料入口58和氧化剂入口60设有相同的热交换器罩56。罩子56不需要刚性地附加在共鸣器42上，但是必须与共鸣器42形成密封以免反应剂泄漏。如果罩子56是弹性安装的，它们就不会与共鸣器42共同振动，这样就能同时实现绝热和抑制噪声。另外，在每个罩子中可以为燃料和氧化剂提供单一的入口而不是图示的两个分开的入口。
许多交流发电机的基本剖面图可以是围住共鸣器42的环形结构。例如，图6表示了一种成环形围绕在共鸣器42周围的可变磁阻交流发电机45。交流发电机45具有刚性连接到共鸣器42的法兰62上的环形电枢47，通过环形弹簧51和环形连接环61弹性连接到电枢47上的环形定子49，装在环形定子49内部的驱动线圈65，以及驱动线圈引线67。与图1中交流发电机16响应共鸣器2的z轴向振动的方式一样，交流发电机45动态地响应共鸣器42在z轴上的振动。
图7表示压缩工作的各个阶段中动态和静态压力的关系。在工作中，脉冲燃烧驱动的驻波是由火花塞43产生的。反应剂流经入口58和60时的入口压力是Pinlet-1(P入口-1)，通过罩子56的反应剂从共鸣器42的壁上带走热量，并且在一定程度上混流。整个发电机组的振动会激起谐振箱50的基本共鸣。由此在谐振箱50内部产生的动态压力会将加热的反应剂通过阀门52从罩子56吸入谐振箱50对反应剂加压，达到平均的箱内压力P0-plenum(P0-箱)。反应剂在谐振箱50内部由于最初的扰动阀门气流和随后的循环声波质点迁移而受到进一步的混合。
谐振箱50内部的动态压力会再次将反应剂从平均箱内压力P0-plenum压缩到谐振箱排放压力Pinlet-2(P入口-2)，在此时通过2级阀门54从谐振箱50中将反应剂排入共鸣器42内。谐振箱50的峰值声波压力和共鸣器42的最小声波压力的重叠可迫使第二级阀门54在每个循环中打开，以将加热和混合的反应剂排放到共鸣器42中燃烧。通过阀门54的反应剂得到进一步的混合。如图7所示，这一过程的结果是由于感应压缩机48形成的升压作用而提高了平均的共鸣器压力P0-res(P0-合)。
在必要时还可以级连其他的感应压缩机以期获得更高的P0-res值。罩子56本身还可以提供声波的共鸣，并且能够提供额外增强的动态压力增值。
考虑到共鸣器箱50必须具备声学构造，如图7所示，谐振箱的驻波和共鸣器的驻波之间的相位在压缩过程中是必要的。谐振箱的共鸣是由两个(能)源驱动的打开二级阀门54和整个谐振箱的振动运动。在设计谐振箱几何形状时必须考虑到这两个驱动源的位置重叠。如果谐振箱谐振频率等于共鸣器的谐振频率，谐振箱的结构就必须保证阀门是比较弱的(能)源。
熟悉调谐压缩机或是发动机箱和脉冲燃烧器技术领域的人员完全有能力对图6的实施例提出许多改进。例如，可以将谐振箱调谐到共鸣器的二次谐波频率，在这种情况下可以用二级阀门作为单一的驱动源，并且能够为感应冲压提供准确的相位。另外可以利用一级和二级阀门面积的比例来增大P0-plenum以致P0-res值。进而，如果由于安全原因不能在罩子56内预先混合反应剂，也可以使用单独的氧化剂和燃料罩来保持反应剂在到达感应压缩机之前是分离的。同样也可以环形卷绕在共鸣器42外围的形式设置单独的燃料和氧化剂管线，使其与共鸣器发热的壁保持热接触。
如果气体燃料供应的压力足够高，感应压缩机48就能被用来仅仅压缩氧化剂，而燃料可以通过共鸣器42内部的普通气体分配器来提供。
作为另一种形式的pc，本发明的声学驻波也可以用热声技术来驱动。如上所述，目前采用的热声驱动发电机需要在声音共鸣器的开口端连接一个活塞，并且用振动的活塞驱动一个线性交流发电机。这种活塞需要诸如隔膜或是真空膜盒一类的气密措施，从而会带来可靠性的问题。这种系统产生的动态压力会受到声波压力值以及活塞表面面积的限制。
本发明利用了共鸣器的整个内表面面积，因而不会受到活塞表面面积的限制，这样就能产生很大的动态压力。这样采用RMS共鸣器可以通过提供极高的动态压力进一步增大所需的动态压力。
图8表示按照本发明的一种热声驱动的实施例。对热声发动机基本原理的解释可以参见G.W.Swift，“Thermoacoustic Engines，”J.Acoust.Soc.Am.84，1169(1988)。在图8中，具有热平板叠层64的刚性外壁共鸣器63是按照热声发动机领域的技术人员所熟悉的原动机模式工作的。用弹簧72和74将共鸣器63弹性安装到周围的静止固定物上，使其不会受限制并可沿着其圆筒轴线z方向自由振动。在热交换器66上提供热量，并且从热交换器68提取热量，从而沿着平板叠层提供一个足以驱动声学驻波的温度梯度。驻波一旦形成，其振荡压力就会将动态的力施加在共鸣器63的壁上，使其响应这种动态的力按照声音的频率沿着z轴产生一刚体振动。和原先一样，在图中示意性地表示了一个发电机70，用来将共鸣器32在z轴上的振动转换成电功率。
热声发动机领域的技术人员完全有能力对图8的实施例提出许多改进。例如，可以选择使用两个平板叠层。另外，RMS共鸣器也可以配合使用平板叠层来获得更高的压力值，从而获得理想的波形和前述的所有优点。另外，图8的实施例中使用的热源可以包括来自上述pc发电机的废弃热量，来自其他工序的废弃热量，燃料的直接燃烧，以及太阳能等等。
尽管上述的说明中包含了许多特定内容，但是这并不构成对本发明范围的限制，而仅仅是为了解释最佳的实施例。因此，本发明的范围不会受到具体的脉冲燃烧器结构或是热声学设计方案的限制。
本发明可以用来发电。如果将本发明实施例的pc频率锁定在当地电源的电网频率上，就可以实现诸如点火定时，起动阀门如旋转阀门的定时，以及可变地调谐共鸣器的分支。按照这种方式就可以将发出的电能提供给当地电网。交流发电机的AC输出可以被转换成其他频率或是DC。PC发电机可以被用做混合电动车辆的车载电源，包括那些目前使用气体涡轮机的用机械飞轮储存能量的车辆。本发明可以按照功率输出的要求制成各种尺寸。
这种PC技术为脉冲燃烧器的设计和发展提供了多种途径，这其中包括使用气态或是液态的燃料，燃料分配器头，各种阀门的应用，用阀门和不用阀门的燃烧器，多级燃烧器，燃料-氧化剂的混合，带挡板的阀门结构，Tesla阀门，以及旋转阀门。在以下的出版物中可以看到许多此类的内容A.A.Putnam，F.E.Belles，and J.A.C.Kentfield，“PulseCombustion，”Prog.Energy Combust.Sci.12，43(1986)，J.C.Griffiths，E.J.Weber，“The Design of Pulse CombustionBurners，”Research Bulletin 107，American Gas AssociationLaboratories(1969)，P.S.Vishwanath，“Advanceement ofDevelopmental Technology for Pulse Combustion Applications，”Gas Research Institute Report No.GRI-85/0280(1985)，所有这些内容都可供本文参考。本发明所采用的PC设计中目前所具备的信息对本领域的技术人员应该是公知的。
因此，本发明的范围不应该由实施例来确定，而是被附带的权利要求书及其等效物所限定。
权利要求
1.一种能量转换装置包括a)一个声波共鸣器，b)脉冲燃烧装置，用来在上述共鸣器内部产生一驻波，c)一个交流发电机，d)把上述交流发电机连接到上述共鸣器，以将声波驱动的机械振动转换成电功率。
2.按照权利要求1的能量转换装置，其特征是上述脉冲燃烧装置包括至少一个将反应剂馈送给上述共鸣器的入口，以及一个用来从上述共鸣器中排出气体的出口。
3.按照权利要求2的能量转换装置，其特征是上述脉冲燃烧装置进一步包括一用于上述燃料点火的装置。
4.按照权利要求3的能量转换装置，其特征是上述用于点火的装置包括一个用来向上述共鸣器内部的区域提供火花的点火装置，在上述区域中包含上述燃料。
5.按照权利要求1的能量转换装置，其特征是进一步包括一个连接到上述共鸣器上的活塞，用上述驻波的动态压力产生的机械运动来驱动上述活塞，上述活塞被连接到上述交流发电机上。
6.按照权利要求1的能量转换装置，其特征是上述交流发电机附加在上述共鸣器上，并且上述共鸣器的运动会造成上述交流发电机的至少一部分运动。
7.按照权利要求6的能量转换装置，其特征是上述交流发电机包括一个电枢和一个定子，其中，上述至少一部分包括所述电枢，其被安装得相对于定子可做相对运动。
8.按照权利要求7的能量转换装置，其特征是上述电枢刚性连接到上述共鸣器上，并且将上述电枢弹性连接到上述定子上。
9.按照权利要求8的能量转换装置，其特征是上述共鸣器具有一个圆筒的轴线，并且上述共鸣器被支撑得便于沿着上述共鸣器的圆筒轴线运动。
10.按照权利要求7的能量转换装置，其特征是上述电枢被弹性连接到上述共鸣器上，并且上述电枢被弹性连接到上述定子上。
11.按照权利要求1的能量转换装置，其特征是上述共鸣器具有一圆筒的轴线，并且上述共鸣器被支撑得便于沿着上述共鸣器的圆筒轴线运动，从而使整个上述共鸣器响应于由上述脉冲燃烧装置产生的驻波而振荡。
12.一种能量转换装置包括a)一个声波共鸣器，b)在上述共鸣器内部产生驻波的装置，上述驻波产生装置包括用于在上述共鸣器内导入反应剂并且点火的装置，从而产生脉冲燃烧，c)上述共鸣器具有一圆筒的轴线，并被安装得便于沿着上述圆筒轴线作振动运动，其中，上述脉冲燃烧产生的驻波可驱动上述共鸣器的振动运动，d)一个装有一个电枢和一个定子的交流发电机，上述电枢和定子被安装得可相对地运动，以及e)上述电枢被附加在上述共鸣器上，以将上述共鸣器之由声波驱动的机械振动转换成上述电枢的运动，随之转换成电功率。
13.一种能量转换装置包括a)一个声波共鸣器，b)在上述共鸣器内部产生驻波的热声装置，c)一个交流发电机，d)上述交流发电机被附加在上述共鸣器上，以将上述共鸣器之由声波驱动的机械振动转换成电功率，以及e)上述共鸣器具有一个圆筒的轴线，上述共鸣器被支承得便于沿着上述共鸣器的圆筒轴线运动，因而，上述整个共鸣器响应于上述热声装置产生的驻波而振荡。
14.按照权利要求13的能量转换装置，其特征是上述交流发电机装有一个电枢和一个定子，上述电枢被安装得可相对于上述定子作相对运动。
15.按照权利要求14的能量转换装置，其特征是上述电枢被刚性连接到上述共鸣器上，并且上述电枢被弹性连接到上述定子上。
16.按照权利要求15的能量转换装置，其特征是上述共鸣器具有一纵向对称的轴线，并且上述共鸣器被支撑得便于沿着上述共鸣器的纵向对称轴线运动。
17.按照权利要求14的能量转换装置，其特征是上述电枢被弹性地连接到上述共鸣器上，并且将上述电枢被弹性连接到上述定子上。
18.按照权利要求13的能量转换装置，其特征是上述共鸣器具有一纵向对称的轴线，并且上述共鸣器被支撑得便于沿着上述共鸣器的纵向对称轴线运动，从而使上述整个共鸣器响应于上述热声装置产生的驻波而振荡。
19.一种能量转换装置包括a)一个声波共鸣器，b)在上述共鸣器内部产生驻波的热声装置，c)上述共鸣器具有一个圆筒的轴线，并被安置得沿着上述圆筒轴线做振动运动，其中，上述驻波可驱动上述共鸣器的振动运动，d)具有一个电枢和一个定子的交流发电机，上述电枢和定子被安装得可做相对运动，以及e)上述电枢被附加在上述共鸣器上，以将上述共鸣器之由声波驱动的机械振动转换成上述电枢的运动，并且随之转换成电功率。
20.一种能量转换装置包括a)一个声波共鸣器，b)在(1)脉冲燃烧装置和(2)热声装置当中的一个，用于在上述共鸣器内部产生驻波，c)一个交流发电机，d)上述交流发电机被连接到上述共鸣器上，以将声波驱动的机械振动转换成电功率，e)上述共鸣器具有一个含有液体的腔，用谐振方式驱动上述的腔，并且所述腔具有一个用来提供谐波相位和幅值的装置，它包括上述腔的至少一个内壁结构，用来合成一非正弦波形和无激波的波形。
21.一种能量转换装置包括a)一个声波共鸣器具有一个被限定为z轴的圆筒轴线，和一半径r其被限定为从上述共鸣器的内表面到上述z轴的垂直距离，b)在(1)脉冲燃烧装置和(2)热声装置当中的一个，用于在上述共鸣器内部产生驻波，c)一个交流发电机，d)上述交流发电机被连接到上述共鸣器上，以将声波驱动的机械振动转换成电功率，e)上述共鸣器具有的内部形状使得沿着上述z轴的峰值压力分布图中靠近压力波节点处的dr/dz等于零。
22.按照权利要求2的能量转换装置，其特征是进一步包括一与上述声波共鸣器形成热接触的导管，上述反应剂的至少一部分通过上述导管，用于在上述至少一部分(反应剂)被送入上述声波共鸣器之前对其进行预热。
23.按照权利要求2的能量转换装置，其特征是进一步包括一装在上述声波共鸣器上的谐振箱，用来将上述反应剂的至少一部分被送入上述声波共鸣器之前对其预先加压。
24.按照权利要求22的能量转换装置，其特征是进一步包括一装在上述声波共鸣器上的谐振箱，用来在上述反应剂的至少一部分被送入上述声波共鸣器之前对其预先加压。
25.按照权利要求22的能量转换装置，其特征是上述共鸣器具有一个圆筒的轴线，并且所述共鸣器被支撑得便于沿着上述共鸣器的圆筒轴线运动，从而上述整个共鸣器响应于上述脉冲燃烧装置产生的驻波而振荡。
26.按照权利要求23的能量转换装置，其特征是上述共鸣器具有一个圆筒的轴线，并且所述共鸣器被支撑得便于沿着上述共鸣器的圆筒轴线运动，从而上述整个共鸣器响应于上述脉冲燃烧装置产生的驻波而振荡。
27.按照权利要求26的能量转换装置，其特征是上述谐振箱的结构被设置得与上述声波共鸣器具有大体上相同的谐振频率。
28.按照权利要求2的能量转换装置，其特征是上述排出的气体被连通到一个能量转换装置。
29.按照权利要求2的能量转换装置，其特征是上述排出的气体被隔热地连通到一个热声能量转换装置，上述热声能量转换装置包括a)一个声波共鸣器，b)用来在上述共鸣器内部产生驻波的热声装置，上述热声装置还包括一隔热耦合的热交换器，用来接收来自上述排出气体的热量，c)一个交流发电机，并且d)上述交流发电机被连接到上述共鸣器，以将上述共鸣器之由声波驱动的机械振动转换成电功率。
30.按照权利要求2的能量转换装置，其特征是进一步包括a)一个装在上述共鸣器上的谐振箱，b)上述至少一个连通在上述谐振箱和上述共鸣器之间的入口，c)一个谐振箱入口用于将上述反应剂的至少一部分送入上述谐振箱，d)上述谐振箱内具有一驻波，使得上述反应剂的至少一部分在进入上述共鸣器之前受到声波的压缩。
31.按照权利要求2的能量转换装置，其特征是进一步包括a)一个与上述声波共鸣器形成热接触的导管，上述反应剂的第一和第二部分中至少之一通过上述导管，在上述第一和第二部分中的至少之一被送入上述声波共鸣器之前对其进行预热，b)一个装在上述共鸣器上的谐振箱，c)上述至少一个入口连通在上述谐振箱和上述共鸣器之间，d)一个谐振箱入口用于将上述第一和第二部分中的至少之一送入上述谐振箱，e)在上述谐振箱内具有一驻波，使得被送入上述谐振箱的上述第一和第二部分中的至少之一在进入上述共鸣器之前受到声波的压缩。
全文摘要
一种能量转换装置包括一个共鸣器(2),在上述共鸣器内部产生驻波的脉冲点火装置,以及一个交流发电机(16)。交流发电机(16)被连接到共鸣器(2)上,将声波驱动的机械振动转换成电能。
文档编号F23C15/00GK1250556SQ98803369
公开日2000年4月12日 申请日期1998年1月15日 优先权日1997年1月15日
发明者T·S·卢卡斯 申请人:马克罗松尼克公司