专利名称：气体共振装置的制作方法
EP-A-0267727号专利申请描述了并要求保护一种气体共振装置，它包括一个横截面沿长度方向从一端到另一端扩大的共振管，一个位于共振管一端的热源，以及激励该共振管内气体振荡的组件。该共振管最好是卵形的，热源和激励共振管内气体振荡的组件最好由一个脉冲式燃烧器构成，该脉冲式燃烧器的脉冲频率与该气体共振管的共振频率相同。该专利申请描述并要求保护的这种热力驱动式气体共振装置所产生的压力波可以带动一个压力值周期性摆动式气体分离装置或带动一个热泵。
我们以前的专利申请表明，共振管中的振荡气体与共振管的侧壁之间的摩擦作用是影响这类气体共振装置效率的几个主要因素之一。把共振管的侧壁加工成卵形可以减少这种摩擦损失，因而能提高该气体共振装置的总的效率。
根据本发明的第一个方案，气体共振装置包括一个脉冲式燃烧器，该燃烧器位于大致呈球形的共振腔的中心。
本发明的热力驱动式气体共振装置的优点在于，它完全消除了我们以前的专利申请所提到的侧壁摩擦损失。该脉冲式燃烧器产生一个大致呈球面向外扩张的波前，该波前在从共振腔的中心向共振腔的外部传播时根本不会发生侧壁损失的问题。这样就完全壁免了我们先前的欧洲专利申请文本曾详细地讨论过的侧壁摩擦损失问题。
该气体共振装置最好包括一个向脉冲式燃烧器输送易爆气体混合物的设备。该脉冲式燃烧器的脉冲频率最好与大致呈球形的共振腔的共振频率相同，而共振腔的共振频率很大程度上决定于腔的半径。向脉冲式燃烧器输送易爆气体混合物的设备可以包括一个调谐阀或者一个共振管，这样使得脉冲式燃烧器接受脉冲式易爆气体混合物。在这种情况下，易爆气体最好以大致呈球型的共振腔的共振频率供给燃烧器。
根据本发明的第二个方案，可以把热力驱动式气体共振装置与一个压力摆动式气体分离装置联合起来使用，用气体共振装置中的振荡气体来提供驱动压力摆动式气体分离器所需的压力变化。
根据本发明的第三个方案，可以把热力驱动式气体共振装置与一个热泵联合起来使用，用热力驱动式气体共振装置中的振荡气体来提供热泵运转的动力。
本发明的第二和第三方案不包括EP-A-0267727描述并要求保护的那些组合方案。
在本发明的第二和第三方案中，热力驱动式气体共振装置最好根据本发明的第一方案来构成。
该压力摆动式气体分离器还包括一个位于大致呈球形的共振腔周界的吸附材料垫。典型的吸附材料是膨化沸石，但也可以用活性炭。共振腔的外形可以是一个正二十面体，正二十面体由多个磨圆的边缘的三角形构件组成。各吸气材料垫一般都呈圆形，位于共振腔的腔壁上，其中正二十面体的每个三角形构件有三个圆形垫，其它各圆形垫以正二十面体的各个顶点为圆心。
如果气体共振装置包括一个热泵，它最好还包括一个靠近大致呈球形的共振腔的腔壁、但并不与之相接触的交流换热器，该交流换热器最好作成如赤道形带在球形共振腔的内部连续地延伸。该交流换热器最好包括一个吸热部件，位于该交流换热器的侧面靠近大致呈球形的共振腔的外壁并远离脉冲式燃烧器。最好在共振腔中正对脉冲式燃烧器的交流换热器的侧面上设置一个低位热源，该低位热源可以由一组将水喷进共振腔内部的喷水管构成。喷水管同样可用在压力摆动式气体分离器中，以协助排出没有在共振腔中被转变为机械能的那部分热能。就这种情况而言，一小部分被喷进的水被急速蒸发，结果增大了在共振腔中产生的机械能。没有被急速蒸发的水滴在后一个膨胀过程中冷却了共振腔中的气体，与气体热交换后，这些水滴汇集成热水，从一个大致呈圆筒形的腔中排出。排出后这些热水可以做为热源，也可以仅仅将其冷却，重新循环使用。
根据本发明的第四个方案，压力摆动式气体分离器中含有一个热力驱动式气体共振装置，该气体共振装置又包括一个脉冲式燃烧器，一个共振腔，一个与一部分共振腔相连接的膜板，以及由吸附材料制成的垫。该垫紧靠在远离脉冲式燃烧器的膜板的面上。
使用膜板的方法将共振腔内部与吸附材料垫分开可使用在EP-A-0267727所涉及的一般为锥形的共振腔或大致呈球形的共振腔中。气体的机械性振荡引起膜板相应的振动，但膜板成了把吸附材料垫同共振腔的内部隔开的屏障，它可以避免脉冲式燃烧产物污染吸附材料垫。在选择膜板的直径、厚度和刚性时最好能使膜板的固有振荡频率同共振腔的共振频率相同。
吸附材料垫最好是装在一个密闭腔中。该密闭腔中有一个能控制混合气体进入该垫靠近膜板的一侧面的流量和使废气从该侧排出的阀组件，以及一个使通过该吸附材料垫并在该垫远离膜板的一侧射出的被分离气体排出的排气口。最好阀组件包括一个环形阀座，膜板构成它的密闭元件。当膜板朝向或背离吸附材料垫运动时，该环形阀座能够打开或关闭这个阀组件。
阀组件还可以包括一个位于膜板中间的排气阀，以便使气体混合物从环形阀座径向向内朝向膜板的中部移动。这样，排气阀应该适当设置，使得它在进气阀打开之后才打开，而基本上和进气阀同时关闭。为做到这一点，一种途径是使排气阀可以自由地在装在膜板上的轴的极限范围内滑动，以便使得在工作过程中，当排气阀的密闭元件跟随膜板一起离开吸附垫时，该排气阀的密闭元件处在该轴上的第一个位置，而当膜板朝向吸收垫运动时，该密闭元件处在该轴上的第二个位置。
作为另一种选择，也可使由环形阀座和膜板构成的阀既起进气阀的作用，也起排气阀的作用。在这种情况下，需使膜板谐振，也就是说，除了使膜板以基频作朝向和背离吸附垫的运动外，还在其上叠加一个二次谐振动，该二次谐振动看上去就象一个从膜板的一端传向另一端的波。这样，当膜板背离吸附垫运动时，膜板的一侧首先从环形阀座上抬起。当膜板背离吸附垫运动的同时，垫中的压力降低，致使气体混合物通过位于膜板一侧的未闭合的膜板阀座进入膜板和垫之间的空间。经过一段延迟时间，膜板的另一侧也从环形阀座处微微抬起，进入膜板一侧的气体有一个横向动量，由于膜板的弯曲使该横向动量持续并增强，并使膜板旁产生一个从膜板一端流向另一端的气流，该气流驱使垫与膜板之间的废气从膜板的另一侧流出。当膜板朝向吸附垫返回运动时，膜板的一侧首先靠在环形阀座上，随后另一侧也靠上阀座。当膜板继续朝吸附垫方向运动时，它就要压迫吸附垫，然后从吸附垫处弹回，背向吸附垫运动，致使压力降低，膜板的一侧先从阀座处重新抬起，上述过程又重复进行。在这种情况下，不仅膜板的基频振动致使施加在吸附垫上的压力值周期性变化，而且加在膜板上的高次谐振动还能在膜板上产生一个横波，该横波驱使气体横向通过吸附垫的上部。这提供特别有效的排除废气的操作，该操作使废气混合物在膜板的每次振动过程中从吸附垫的上部排出。
在膜板上附加的谐振动可以比如通过在膜板的一侧放置一个偏心物而同时在膜板的另一侧上挖去一个与上述偏心物相应的部分施加在膜板上。这种方法对膜板由热力驱动式气体共振装置驱动的情形显得特别有用。
根据本发明的第五个方案，热力驱动式气体共振装置包括一个装有脉冲式燃烧器的共振腔，一个与共振腔部分连接的弹性膜板，以及一个与膜板匹配的电力换能器，该电力换能器由于共振腔内气体共振的结果而使膜板振动后产生电能。
这样的气体共振装置特别适用于做为热电联合发生装置中的电源。在这种布置中，来自热力驱动式气体共振装置的余热可做为热源，而电力换能器的输出可做为电源。根据本发明的这个方案可以制成一个小型设备，它具有类似于如EP-A-0267727所述的锥形共振腔，但在其最粗端有一个弹性膜板。这样一个装置能为一个比较小的单元如一个偏远的、与外界隔离的住宅，同时提供热与电力。共振腔最好象前面所述的那样大致呈球形，或者为一个正二十面体。在这种情况下，在正二十面体的一些元件上装有电力换能器;其它的元件基本上是刚性的，并包括一个与共振腔的腔壁靠近但并不与之接触的该交流换热器，该交流换热器构成热泵的一部分，用以提高热量的生产。当然，分别用做电源和热源的正二十面体元件数目的比例可以根据对热和电的输出量的要求而改变。最好将一个吸热体安装在该交流换热器的靠近脉冲式燃烧器的表面上。这个区域比该交流换热器上远离脉冲式热源的一侧区域的温度要低，这样该吸热体就构成了一个冷源。这样一个热电联合系统在用于供电的同时，在夏季也可以做为空调系统供应冷气。
根据本发明的第六个方案，热力驱动式气体共振装置包括一个共振腔，该共振腔又包括一个脉冲式燃烧器和一个吸附材料垫，该吸附材料垫与共振腔的至少一部分相连，并能选择性地吸附氧气或氮气，从而使得由共振腔内的气体共振引起的机械振动为压力摆动式气体分离器提供动力。该气体分离器中对气体进行压力摆动气体分离，从而从空气中分离出一个富氧气相，这个富氧气体相的一部分与易燃气体或蒸气混和后又馈送到脉冲式燃烧器。富氧气体加速了燃烧过程，使得燃烧脉冲强度更为强烈，这反过来又加强了共振腔内的机械振动。
如果共振腔大致呈球形并由正二十面体构成，最好外表面的一个构件用做压力摆动式气体分离器组件，该组件产生供脉冲式燃烧器燃烧用的富氧气体。不论气体共振装置用于何种目的，比如用于热电联合发生装置，或者用于驱动压力摆动式气体分离器，或者用于驱动一个热泵，这一点都是十分必要的。
如果共振腔大致为球形，或者说由一个外表面由一组膜板组成的正二十面体构成，至少有一块膜板用做膜板泵的膜板。这个膜板泵可以用来将燃烧气体混合物抽进脉冲式燃烧器中，把混合气体抽进压力摆动式气体分离器中，把分离后的气体产物系列抽离压力摆动式气体分离器，把热水或冷水抽进热泵或从热泵中抽出，或用于抽送任何其它流体。此外该膜板最好被调谐使得其固有共振频率与共振腔的共振频率相同。
下面结合附图详细说明本发明的装置。
图1是气体共振装置的第一个实施例的剖面示意图;
图2是图1中的气体共振装置的局部剖开的示意图;
图3是气体分离器组件的第一个实施例的剖视图;
图4示出了气体分离器组件的第一个实施例中阀的位移与时间的关系曲线;
图5是气体分离器组件的第二个实施例的剖视图;
图6是一个膜板的截面的放大图;
图7示出了气体分离器组件的第二个实施例中膜板的一组横截面，它表明了膜板的弯曲方式;
图8是气体共振装置的第二个实施例的剖视图;
图9是适用于图8所示的装置的膜板和发电装置的剖视图;
热力驱动式气体共振装置包括一个大致为球形的腔1和一个位于腔的中心的脉冲式燃烧器2。燃烧器2中包括一个如我们先前的专利申请EP-A-0267727中所述的可调谐的单向阀。空气和适宜的气体燃料的混合物经过调谐阀进入到腔1中，以一个与球形共振腔1的共振频率相匹配的频率周期性地引燃气体燃烧混合物，为此需在燃烧器中装一个火花塞，火花塞的作用是在装置开始工作时首次引燃气体混合物，但随后脉冲式燃烧器就能自己保持脉冲式燃烧的不断进行。
此外，如果不在燃烧器使用调谐的单向阀，也可以通过一个通进腔1的共振式供气管把燃烧气体通进腔1。调谐该供气管，使它以一个适当的频率脉冲式地向腔1中输送气体混合物。
按照上述方式工作的燃烧器在共振腔1的中心构成一个脉冲式热源，该脉冲式热源产生一个大致呈球形向外扩散的球面波前。由于燃烧器的频率与共振腔的共振频率相匹配，燃烧器在腔中引起共振模式，使燃烧器的热能转换为与腔1中的气体压力周期性变化相联系的机械能的效率达到最大。在所述的第一个实施例中，该机械能主要用于驱动一个以富集氧气为目的的气体分离器。当然，由于共振装置的组件所具有的结构，它可以和位于装置中不同位置、具有其它功能的组成部分结合起来使用，比如这些组成部分可以是下面要详细讨论的热泵和发电机。
在图1和图2中示出的本发明的第一个实施例中，基本上是球面的共振腔1是由一个空心的正二十面体的壳3来确定的。该壳体3通常由多个三角形的构件组成。多个开口的排气管5从壳体3的外表面伸进共振腔1中。这些排气管5沿径向伸进腔中的最深处离球心的距离约为球半径的3/4。在这样的半径情况下，当腔处于共振模式时，存在压力零值点，因此在这些点将燃烧产物排出腔1所需的功耗和产生的噪声都最小。如果需要使排放的废气进一步远离腔1，可以使这些排气管5伸到壳体3的表面之外。
若干根同外部水源相连接的管子(未示出)同心地装在排气管5里面，这些管子直接向腔内喷水，这些水的一小部分被在热脉冲期间由热源产生的热量蒸发，变成蒸汽，由此补充了腔内气体振动产生的机械能，其余的雾状水滴在下一个膨胀过程中再次压缩之前先冷却共振腔内的气体，带走多余的热量，进而提高了装置的效率。返回到共振腔1中的内球面的由水滴凝成的热水从底部排出，可经冷却后再循环使用。如果共振装置包括热泵组件，那么从共振腔1的腔壁汇集的水滴可以用于热泵的运转。热泵的运转方式将在下面详细说明。
正如上面指出的那样，本发明所述的这个具体实施例的主要目的是提供一个由热力驱动的压力摆动式气体分离器。为此，共振腔中的大多数组件是由气离分器组件构成，这些气体分离器组件即图2所示的外表面已被揭去的构件4′。每个气体分离器组件包括若干个圆形构件7，每个构件7包括一个碟形沸石垫8和一个膜板9，膜板9的内表面盖在垫8的上面。每个构件7的直径是0.8米，72个这样的构件装在半径为2米的腔1的内壁上。在工作时，腔1表面所受的压力周期性变化，驱使膜板9沿径向来回运动，该径向为横切垫8表面的方向。把空气从一个围绕垫8的周边的环形进气口10吸入，并使之以下述方式通过垫8富氧气体离开垫8的下表面，集中到一个侧缘11的下面后经导管12传输到正二十面体的壳体3上的由管道构成的框架13中，该管路框架原则上与所有的气体分离器组件6相连，并构成由组件6通往排气口(未画出)的通道，富氧气体就是通过上述的排气口被排出腔1。
膜板9除了用做使沸石垫8与共振腔1内部的燃烧气隔离以外，还提供了一个起着阀调节的结构的作用，该结构保证在振荡周期中的适当时刻吸进空气，排出废气。选定膜板9的尺寸的要求是，应使之与共振腔1有相同的共振频率。在本发明的这个实施例中，膜板9由钢板制成，其直径为0.8米，厚为6mm。膜板9的边缘悬在垫8的外面，这样当处于共平衡位置时，膜板9与垫8的边缘不接触，但与垫8的外部边缘向内几十厘米处的一个环形阀座14相接触。垫8上从阀座14处径向向外伸展部分是密封的，使之能阻止空气通过，而膜板9和垫8相接触的区域可以用做一个能控制从进气口器流入垫8主体的空气流量的阀。在垫8的中部有一个圆柱形的废气出口15，当膜板处于平衡位置时，该废气出口被一个圆锥形阀件16密封住，该阀件16压在杆17上面，杆17固定在膜板9的中心处。
现在参考图4描述压力摆动式气体分离器的工作过程。图4表示进气阀和出气阀的位移与时间的关系。在t0时刻膜板9位于平衡位置。其后，随着共振腔中紧靠膜板处气体压力的下降，膜板背离垫8沿径向向里运动，膜板9立即脱离阀座14，打开进气阀。不过，由于杆17和阀件16之间是活动的，废气阀仍然关闭的，使得虽然阀杆17被带起，阀件16仍为闭合的。在t0至t1期间，膜板下面为局部真空状态，使空气得以从进气口10中进入并使之加速通过阀座14。在时刻t1，随着膜板9继续向上运动，阀杆17的一端牵动阀件16，使它不再密封，这样，就打开了废气阀。因此空气从进气口10被吸进膜板9的下方并穿过垫8，气体的动量决定了它能沿径向吹进到垫8的中心。这样，进来的空气能把原来在垫8和膜板9之间的废气通过废气出口15吹出。
膜板9-达到它的最大位移处，又开始向下朝垫8运动。在t2时刻，膜板9又回到它的平衡位置，使进气阀和出气阀关闭。需要注意的是，虽然进气口和出气口的打开时间由于阀杆17的动作而不完全一致，但当时刻t2关闭的时候，它们的动作是同时进行的。在该周期的下一个状态中，由于膜板下方处的压力加大，使新鲜空气能够通过环形进气口进入到沸石垫中。当空气穿过垫8向前运动时，沸石的作用相当于一个分子筛，它能选择性地吸附空气中的氮气，从而使通过垫8底部的空气富氧而贫氮。在t3时刻，膜板9的位移量达到最大，随后膜板9反过来朝着垫8的方向运动。在它趋近平衡位置的过程中垫8上方的压力降低，压力的降低使氮气从垫8中释放出来，并被抽往表面处。当膜板9达到其平衡位置时，上述循环又重新进行，再通入空气，使贫氧富氮气体从垫8的表面向废气出口15排出。这样的循环过程使气体在通过垫表面的路径时被加速，这样当气体到达排气口15时，它所具有的动量能使其以一股喷气使之离腔1，而不与刚刚抽进垫中的新鲜空气混合。在下一个循环期间，氧气经垫8的外表面被吹出，其引出方式如前面所述。
图5、6和7示出了一种改进的气体分离器组件。在这个实施例中，一个环形阀座31包围着一个吸附材料制成的碟形垫32。一个调谐的厚膜板33以大致呈球形的共振腔1(图5中未示出)的共振频率共振。通常垫32和环形阀座与第一个实施例中的垫8和阀座14类似。如图6所示，膜板33结构上不平衡，在其一侧有一个多出物34，在其另一侧挖去一个与34相应的部分35。膜板33的这种非对称结构除了能使膜板33因受腔1中传播的波前激励而沿径向以基频做前后振荡外，还能在膜板33中产生一个谐振动。如图5所示，该谐振动形如一个从左向右传播的横波。
在图7中用图示的方法说明了这个效应。在图7中用一条能代表横向振动幅度的线来代替膜板。为清楚起见，振动幅度被大大夸张了。如图5、6和7所示，在膜板33背向垫32运动的同时，其左侧先从环形阀座31上抬起，这样新鲜空气就被吸入到膜板33和位于气体分离器组件左侧的阀座31之间的空隙里。随着膜板33继续远离吸附垫32，吸附垫32上方的压力进一步降低，更多的新鲜空气从垫32的左侧被吸入，更多的富氮废气从垫32中被排出。如图5和图6所示，当新鲜空气向内进入垫32和膜板33之间的空间时，它具有一个方向为从左向右的很大的速度。当到达弯曲最大位置以后，膜板开始朝碟形垫32方向返回。从图7中看得最清楚，这时膜板的左侧又首先开始运动，这将使膜板33的左侧和位于膜板左侧的环形阀座31之间形成密封，仍可从图7中看到，此时膜板的右侧同环形阀座31的右侧之间仍然没有接触。空气的这种越过碟形垫32表面的横向运动能够有效地从垫32的表面和气体分离器组件的右侧外排出富氮废气，该气体分离器组件位于环形阀座31的右侧与膜板33之间。当膜板33继续朝吸附垫运动时，它最终将坐靠在环形阀座31的整个圆环上，使阀关闭，压迫进入到组件中的新鲜空气并把它们压进吸附垫32。当膜板到达朝向垫32的最大弯曲处后，将再次再始向返回，然后再离开垫32。膜板的左侧再次首先从环形阀座31上抬起，使新鲜空气从左侧进入气体分离器组件，整个过程如此反复进行。膜板33中产生的横波还有助于使空气沿横向从气体分离装置组件的左侧往右侧运动。
与一般的氧气生产厂家所用的制氧机(如低温氧气分离装置)相比，上述的压力摆动式气体分离器具有效率高、成本低的优点。一个半径为2米、表面整个被气体分离器组件覆盖的球每天能够生产纯度为98%的氧气100吨，装置的氧气分离率(即输入的氧气与输出的氧气的体积比)为100∶15，比能耗(即生产1公斤氧气所需的机械能)为0.125千瓦·小时/公斤。所生产的氧含量为98%的混合气体可以用于工业生产(如钢铁冶炼)中，也可以用于其它方面，例如污水处理或者医用氧气的生产中。气体分离装置的大小和所生产的氧气的浓度可以根据具体应用的要求来定。对氧气需要量不大的地方，可以把仅由一个上述的圆形垫和膜板构成的气体分离单元用于上述欧洲专利申请所述的卵形气体共振装置中，以制备氧气。
在本发明的一个实施例中，热力驱动式气体共振装置可用来装备热电联合生产厂(combinedheatandpowerplant)。在上述的第一个实施例中，正二十面体外壳3的大部分是由气体分离器组件构成的。而在用于发电生热联合装置的这个第二个实施例中，只用了一个或两个这样的气体分离器组件6。这几个气体分离器组件的产物可用于浓缩那些通向燃烧单元2的混合气体，这样可以加大热脉冲的功率，还能减少不希望的副产品(例如NOX)的产量。
在热电联合发生装置中，可以用在共振装置的球形腔中产生的、大小做同期性变化的压力来驱动热泵。交流换热器20，制成如环绕在腔1内壁的赤道形带，靠近正二十面体外壳3的内壁，但又和它隔开。该交流换热器20是由沿径向朝外排列的低热导的蜂窝结构组成，蜂窝结构物可以用铝箔加工制成。蜂窝结构的有效热导很低，是因为铝箔的厚度比该交流换热器的径向尺寸要小得多，比如，一个半径为2米的球，该交流换热器典型的径向为5cm，而箔的厚度仅为0.2mm或更小。
在该交流换热器20区域内的气体受腔1中大小做周期性变化的压力驱动而反复地做压缩和膨胀运动。当气体膨胀时，它从该交流换热器中吸收热量，当气体收缩时，它又随之放出热量。气体在该交流换热器附近移动的距离同该交流换热器的尺寸相比是非常小的，因此朝向该交流换热器中心的这些气体的区域在整个压缩和膨胀循环阶段同该交流换热器基本上保持着热接触。因为工作过程对于这些区域来说是对称的，所以没有净热量从该交流换热器20中传出或传入。但是在该交流换热器的内表面和外表面，在循环的部分阶段气体背向该交流换热器运动，因此过程的对称性遭到破坏，结果产生了净的热流。通过对在上述的欧洲专利申请中详细讨论的内容作一简单分析，可以看出，热流的流动方向使得该交流换热器沿径向的内表面被冷却，而外表面则被加热。
如果打算利用上述的热泵，则根据冷却或加热目的不同，需要设置一些装置，来从该交流换热器中吸收热量或向该交流换热器供热。如上述所述，直接向腔1中喷射水能使气体共振装置运转得更有效，而且喷进的水便于用做该交流换热器20处热传的媒介。喷到交流换热器20上的那部分水汇集在该交流换热器的内部表面，并逐渐被该交流换热器中的气流吹到它的沿径向内表面和外表面上，其中吹到内外表面上的水的量大体相等。在内表面的水起热源的作用并被冷却，而在外表面的水起吸热体的作用并被加热。在该交流换热器底部装有用于分别收集从内表面和外表面排出的水的管道，然后这些水被抽走，再重新循环使用。这样热电联合生产厂就可以在冬天供热，或者在夏天致冷。
除了供热或致冷或者同时供热和致冷外，热电联合生产厂还能产生单相交流电。发电组件装在腔1的正二十面体结构的一般为三角形的元件4中。发电组件在腔1中的安装方式与上述的空气分离器组件相同。和空气分离器组件的情形一样，发电组件中用了共振频率和腔1的共振频率相同的圆形膜板。腔1的共振是由腔1中产生的大小做周期性变化的压力引起的。根据需要，可以用一个组件完成发电和分离空气两种功能。另一种情况是，如果这个组件专用于发电，则只需把圆形膜板装在一个简单的腔壁上，而不再装在沸石垫上。电流由圆柱形导电线圈21产生，线圈21装在膜板9上的中央处，线圈的纵轴与膜板9的表面垂直。永久磁铁22装在线圈旁边，但与膜板不接触。在磁场中运动的线圈产生了频率与膜板振动频率相同的电流。在本实施例中，这个频率为200Hz。热力驱动式气体共振装置的效率在于，使上述类型的发电装置的效率比得上常规的发电装置(如内燃发电机)，而且其维持成本可能比后者更低。
尽管上面描述的仅是两个特殊的实施例，但是本发明的保护范围当然不会受所描述的任何功能组件的限制。气体共振装置组件的关键性能在于，很容易根据不同的用途把适当设计的组件组合起来。实际上这样的热力驱动式气体共振装置可以用在很多需要高效率热力驱动式发动机的地方。
权利要求
1.一种气体共振装置，其特征在于，包括一个位于大致呈球形的共振腔(3)中部的脉冲式燃烧器(2)。
2.如权利要求1所述的气体共振装置，其特征在于，共振腔是由一个带有多个边缘磨圆的三角形构件(4)的正二十面体(3)构成。
3.一种如权利要求1或2所述的热力驱动式气体共振装置(1)，其特征在于，它同一个压力摆动式气体分离器(6)相结合，在该气体共振装置(1)中的振荡气体用以提供驱动压力摆动式气体分离器(6)所需的压力变化。
4.如权利要求3所述气体共振装置，其特征在于，该气体分离器包括若干个由吸附材料制成的垫(7)，其中每一个垫通常呈圆形结构;并位于共振腔(3)的侧壁上，正二十面体的每个大致为三角形的构件(4)上有三个吸附垫(7)，而其它的垫(7)以正二十面体的各个顶点为圆心。
5.如权利要求1或2所述的热力驱动式气体共振装置(1)，其特征在于，当它同热泵(20)联合使用时，热力驱动式气体共振装置(1)中的振荡气体为热泵(20)的运转提供了所需的动力。
6.如权利要求5所述的气体共振装置，其特征在于，它包括一个靠近大致呈球形的共振腔(3)表面但与其隔开安装的交流换热器(20)，一个装在该交流换热器(20)的靠近大致呈球形的共振腔(3)的外表面且远离脉冲式燃烧器(2)的一侧上的吸热体。
7.如权利要求6所述的气体共振装置，其特征在于，在共振腔(3)中的热交换器(2)朝向脉冲式燃烧器(2)的一侧设置一个低位热源，该低位热源是由若干个能向共振腔(3)的内部喷水的喷水管(5)所组成。
8.一个压力摆动式气体分离器，其特征在于，它包括一个热力驱动式气体共振装置(1)，该气体共振装置(1)包括一个脉冲式燃烧器(2)和一个共振腔(3);该气体分离器还包括一个和共振腔(3)的一部分连接的膜板(9、33)以及一个由吸附材料制成的垫(8)，该垫与膜板(9、33)相靠近，并位于膜板(9、33)上远离脉冲式燃烧器(2)的一侧。
9.如权利要求8所述的压力摆动式气体分离器，其特征在于，膜板(9、33)的直径、厚度和刚性应根据使膜板(9、33)的固有共振频率和共振腔(3)的固有共振频率相一致的要求来选择。
10.一种热力驱动式气体共振装置，其特征在于，包括内部装有一个脉冲式燃烧器(2)的共振腔(3)，一个同共振腔(3)的一部分相连接的弹性膜板(9、33)和一个与膜板(9、33)相匹配的电力换能器(21、22)，该电力换能器利用受共振腔(3)内部气体共振激励而振动的膜板(9、33)产生电能。
11.如权利要求10所述的气体共振装置，其特征在于，它构成权利要求1、2、5、6或7所述装置的一部分，用来做为热电联合发生装置。
12.如权利要求11所述的气体共振装置，其特征在于，包括一个由吸附材料制成的垫(8)，它至少同共振腔(3)的一部分相连，能够选择性地吸附氧气或氮气，以便使共振腔(3)中气体共振引起的机械振动为压力摆动式气体分离器提供动力，该压力摆动式气体分离器对空气进行压力值周期性摆动式分离，从而产生富氧气体，将富氧气体的一部分和易燃气体或蒸气混合后供给脉冲式燃烧器(2)，这样的富氧气体加速了燃烧过程，从而加大了燃烧脉冲的功率，进而加强了共振腔(3)中的机械共振。
全文摘要
一气体共振装置包括一装在大致呈球形的共振腔中部的脉冲式燃烧器。该共振腔最好由带有边缘磨圆三角形构件的正二十面体组成。该共振装置可以同压力摆动式气体分离器联合使用，共振装置中的振荡气体为气体分离器提供所需的压力变化。此外，还可同热泵联合使用。这样，在热力驱动共振装置中振荡气体为热泵提供动力。一弹性膜板可约束共振腔的部分并有与之偶合的电力换能器，该换能器利用共振腔内气体共振所引起的膜板振动发电。
文档编号F02G3/00GK1045630SQ89109180
公开日1990年9月26日 申请日期1989年11月10日 优先权日1988年11月10日
发明者阿伦·阿瑟·威尔斯 申请人:哈沙公司