专利名称：用于能量转换的装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种用于能量转换的装置，更特别地涉及一种利用聚集在构造成 振荡和反振荡而的有限空间内的气体的装置，这种气体通常由空气组成。本发明基于这样一种特征，即所述空间内的气体振荡能够通过一个小的能量供给 装置而被维持，如扩音器、活塞或类似的东西，虽然此处所必须的能量供给非常有，然而也 能为压缩阶段提供高压和解压阶段提供低压创造先决条件(precondition)。更特别地，本发明基于这样一种已知原理，即由产生的振荡引起的气体压缩会在 气体的整体或局部产生温度上升，同时由产生的振荡引起的气体减压会在气体的整个体或 局部内产生温度下降。本发明的基本结构依赖上文披露的技术先决条件，参考附图
la、lb和2可以更进 一步地解释该技术先决条件，但是从附图3中的实施例中也是显而易见的。
背景技术：
涉及以上公开的技术领域的方法、装置和结构以及这些装置的性质在本领域已经 以多种不同的实施方式为人所知。因此，在本领域之前已知的是，“驻波”可通过微小供应能量而被生成以关于驻波 的涉及两个固定壁(fixed wall)部分的每一个的两个节点而振荡，并且所产生的驻波将在 节点和壁部分之间的一个或多个区域内产生气体压缩最大值和气体减压最小值。在本领域还已知的是，这种振荡驻波将产生气体分子的不同分子运动，关于这点 已知的是，气体的压缩使得分子的温度升高和内部速度增加，而气体的减压使得分子的温 度降低和内部速度降低。因此，在本领域之前已知的是，这种压缩和这种减压将在单个周期的振荡的范围 内进行。专利公开EP-0570177说明和描述了一种声波谐振器，其包括腔室(2)，腔室(2)是 用来填充流体的，这种流体是液体形式的不可压缩流体。而且，腔室(2)要被赋予一种几何形状，以对于液体内的至少一个谐振荡要求自 身相消干涉，以能够避免产生具有有限声压振幅的激波生成(shock-generating)波形。该腔室可在两端点处表现出波阻尼终止或在其一个端点处表现出波反射终止。驱动机构导致腔室内的振荡的频率接近所选择的谐振频率或与腔室完全相关的 节点。在这种情况下，要公开的是，该驱动机构可被赋予以下配置涉及腔室开口部分的 活塞装置和电磁驱动单元的电磁转换器。更具体地，本文公开了在利用流体情况下的在热交换系统中的应用，并且已知为 该应用的目的利用阀(34a、34b)来进行压力分布和部分真空分布。专利公开DE-19924322A1说明和描述了一种声波压缩器，该专利公开的内容被认 为是最接近和最紧密相关的现有技术，因为它涉及纯粹(purely)声波应用。
该专利公开公开了一种充气谐振管(1)，其具有特殊的几何形状，其一端(A)具有 可被振荡电路(3)(例如声音放大器)致动的膜(2)，以在谐振管(1)内产生驻波。在谐振管的另一端(B)具有阀结构(10)，其具有入口阀和出口阀(11、12)，并且这 些阀是可控制的，以能够引入和抽出用于压缩的气体介质(G)。更具体地，现有技术公开了气体介质(G)含有冷冻剂(R134a或CO2) 并且谐振管 (1)的长度和振荡频率适合冷冻剂的声速。入口阀和出口阀在此用来引入或放出冷冻剂。此处还说明了具有波形的驻波将如何提供气压(“P”)以及该气压可从哪里来以 在冷凝压力(P。)和汽化压力(Pe)之间变化和振荡。专利公开USPS 5，357，757说明和描述了一种压缩器，该压缩器也是建立于设有 入口⑷和出口(6)的腔室⑵的利用上的。单向阀(8)被改变以能够传输介质(液体或空气)，以只能够离开腔室(2)。声波发生器(10)由金属膜(16)和围绕磁体(18)的线圈(22)构成。声波发生器 (10)由AC发生器(16)经由导体(14)驱动，其中这种声波发生器(10)不需要必须具有宽频谱。专利公开USPS 4，114，380用来说明一种热机，其中要产生迁移波，并且这种机器 可被用作发动机或热泵。USPS 5，263，341说明和描述了一种压缩机，其借助于在冷却系统中的压缩机或蒸 发器中的驻波操作。国际专利公开WO 0034721A1说明了一种用于自动生产冰的装置，其中容器通过 热声效应被冷却。现考虑本发明，根据现有技术可确定的是，形成先决条件以通过借助于阀在空气 空间内所生成的驻声波抽出在给定温度时的过量压力和/或部分真空，从而能够驱动机 器，例如发动机或热泵。针对此背景技术，本发明现建立于适用于能量转换同时利用被聚集在空间内的振 荡气体的装置之上，其中所述空间内的气体的运动是通过活化能供应装置来维持的，并且 由振荡引起的气体压缩导致所述气体的整体或部分内温度上升，并且其中由振荡引起的气 体减压导致所述气体的整体或部分内的温度下降。以下表达被选择用与以下描述中a. “驻波”是一种波现象，它是由以相反运动方向移动的两个或多个波运动或波动 形成的，这两个或多个波动彼此叠加，从而沿着波形成波谷或波峰和节点，这显得波是静止 的并周期性地摆动或振荡，其中波在波峰时具有其最大振幅，在节点时具有其最小振幅，并 且其中节点之间的距离是波长的一半L= λ/2。b. “第一阀元件”是由允许在压缩阶段向空间内的气体容积供应热能或从气体容 积除去热能的阀装置构成的。c. “第二阀元件”是由允许在减压阶段向空间内的气体容积供应热能或从气体容 积除去热能的阀装置构成的。d. “ARR装置”是由满足“声波可逆谐振器”的要求的装置构成的。发明概要技术问题考虑到相关领域的技术人员必须做技术考虑的情况以便对一个或多个技术问题 提供解决方案，最初有必要了解方法和/或所使用方法的顺序，并且有必要选择所需的装 置。考虑到这点，下文的技术问题可能与本发明主题的发展有关。考虑到上文描述的技术发展水平，因此能够认识到相关的有益效果和/或技术措 施和技术考虑的重要性可能被看成是技术难题，需要所述技术措施和技术考虑以便用简单 的装置产生高效的热能引擎，并且在许多应用中，热能引擎可方便取代汽油驱动的和/或 柴油驱动的引擎。考虑到上文描述的技术发展水平，因此能够认识到相关的有益效果和/或技术措 施和技术考虑的重要性可能被看成是技术难题，需要所述技术措施和技术考虑以便用简单 的装置在微小的或非常微小的温差下产生以低的卡诺效率(大概接近4%)运行的热能引 擎，例如10°C下，并且从而大量和免费使用乡村中的有效能源来生产电能。考虑到上文描述的技术发展水平，因此能够认识到相关的有益效果和/或技术措 施和技术考虑的重要性可能被看成是技术难题，需要所述技术措施和技术考虑以便使用简 单的装置产生简单并且实践中免维护的热泵装置。考虑到上文描述的技术发展水平，因此能够认识到相关的有益效果和/或技术措 施和技术考虑的重要性可能被看成是技术难题，需要所述技术措施和技术考虑以便使用简 单的装置产生简单的空气调节装置。考虑到上文描述的技术发展水平，因此能够认识到相关的有益效果和/或技术措 施和技术考虑的重要性可能被看成是技术难题，需要所述技术措施和技术考虑以便在用于 能量转换和利用聚集在空间内的振荡气体的装置，其中气体分子在所述空间内被赋予来回 振荡运动，该来回振荡运动是通过能量供给设备维持的，并且其中通过振荡引起的气体压 缩导致在所述气体的整体或局部内的温度上升，并且通过振荡引起的气体减压导致在所述 气体的整体或局部内的温度下降，从而导致高效率的能量转换，并且为了产生具备能量提 供和简单结构的能量转换装置，借助并在对简单结构装置的使用下是能够产生引擎装置、 热泵装置或类似的装置。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便将一个或更多的阀元件连接到所述空间，第一阀元 件被致动以在所述气体的压缩阶段向所述空间内的气体提供能量或从所述空间内的气体 移走能量，进一步地一个或多个第二阀元件被连接到所述空间上，第二阀元件被致动以在 所述气体的减压阶段向所述空间内的气体提供能量或从所述空间内的气体移走能量。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便同样的空间(7)被用于实现热泵或引擎装置的功 能，其中通过位于空间内的膜或用作膜的装置的运动，在热泵应用中，能量被供给，而在引 擎应用中，能量被汲取。。 能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便所述空间通过有关驻波的波节而被界定，和/或所 述空间的界定壁无论何时都能形成驻波的两个波节。
能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便在减压阶段，用于提供能量的所述第二阀元件被处 于最低压力以从低温热源提供大量热量，而在压缩阶段通过所述第一阀元件向热量消耗装 置提供能量。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便在压缩阶段，所述第一阀元件被用于从高温热源提 供能量，从而在减压阶段，通过第二阀元件释放低温能量。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便产生第一阀元件和第二阀元件，第一阀元件和第二 阀元件被用于使得通过同时开启以导致同时提供或汲取能量，或选择性地，配有控制方法 的控制器被用于在相互之间离散的相同时间间隔内开启所述第一阀元件和/或所述第二 阀元件。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便产生所述空间，该空间被赋予符合谐振频率的管节、 符合圆环形的外形和/或符合球状的外形的形状，但是要考虑必不可少的谐振效果和/或 反射效果，所述管节具有起反射作用的封闭端和配置节点的壁。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便作为第一阀元件的第一阀机构被设置和定位在期望 是最大压力的区域，或者作为第二阀元件的第二阀机构被定位在期望是最小压力的区域， 从而使得在减压阶段冷气流能够通过所述空间以最小或短暂接近最小的压力被供入或导
出ο能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便配有控制方法的所述控制器被用于致动一个或多个 阀元件。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便作为第二阀元件的第二阀机构被定位在期望是最小 压力的区域，或者作为第一阀元件的第一阀机构被定位在期望是最大压力的区域，从而使 得在压缩阶段热气流能够通过所述空间以最大或短暂接近最大的压力被供入或导出。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便产生所述阀机构，该阀机构相对于另一个呈直角并 且进一步具有使快速和大量气流通过的尺寸。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便通过控制器内的电路，能够为阀机构的使用提供开 启次数之间的相差，从而使得这种协调(如通过控制器内配置的控制方法)能够为使用强 力气流创造前提条件。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便产生压缩阶段和减压阶段，压缩阶段和减压阶段被 用于位移膜，膜的来回位移运动被用于开启和提供所述能量转换。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题的，需要所述技术措施和技术考虑以便在所述空间内产生气体，该气体通过简单的和能量 节约型的元件被赋予振荡谐振频率。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便声学可逆谐振器被构造成包含相对的阀元件的模 块，其中相对的阀机构连接至输送高压高温气体的热回路。能够认识到相关有益效果和/或技术措施和技术考虑的重要性是存在技术难题 的，需要所述技术措施和技术考虑以便连接到所述模块的还有另外的阀机构，所述另外的 阀元件被连接到输送例如大气压力的低压和低温气体的冷回路。。解决方案
在这种情况下，本发明通过相对公开的现有技术来介绍，用于能量转换和利用聚 集在空间内的振荡气体的装置，其中气体分子在所述空间内被赋予来回振荡运动，该来回 振荡运动是通过能量供给设备维持的，并且这是建立在已知的原理上，即通过振荡引起的 气体压缩导致在所述气体的整体或局部内的温度上升，并且通过振荡引起的气体减压导致 在所述气体的整体或局部内的温度下降。为了能够解决上述公开的技术问题中的一个或多个，本发明特别公开了技术特征 实施现有技术；将一个或更多的阀元件连接到所述空间，第一阀元件被致动以在所述气体 的压缩阶段向所述空间内的气体提供能量或从所述空间内的气体移走能量，进一步地一个 或多个第二阀元件被连接到所述空间上，第二阀元件被致动以在所述气体的减压阶段向所 述空间内的气体提供能量或从所述空间内的气体移走能量。作为提出的落入本发明基本原理范围内的实施例，其进一步公开了同样的空间被 用于实现热泵的功能或引擎的功能，因为，通过所述空间内的膜或作为膜的装置的运动，在 热泵应用中能量被供给，在引擎应用中，能量被移走。进一步地公开了通过有关驻波的节点所述空间被界定，或选择性地所述空间的界 定壁形成了驻波的两个节点。进一步地，本发明公开了在减压阶段，用于提供能量的所述阀元件在低压下被用 于从低温热源提供大量的能量，并且在压缩阶段，通过所述第一阀元件以向热量消耗装置 提供能量。其进一步提出所述在压缩阶段，所述第一阀元件被用于从高温热源提供能量以便 有助于在减压阶段通过所述第二阀元件释放低温能量。第一阀元件和第二阀元件被同时改变以通过同时操作而提供或汲取能量。进一步地公开了配有控制方法的控制器被用于在相互之间离散的相同时间间隔 内开启所述第一阀元件和/或所述第二阀元件。所述空间优选地被赋予具有作为反射壁的封闭端的细长管的形状，但是所述空间 也可被构造成圆环形或类似的结构，创造先决条件以允许在每个单独的周期通过提供较少 量的能量来聚集声能。进一步公开了作为第一阀元件的第一阀机构被设置和定位在期望是最大压力的 区域，或者作为第二阀元件的第二阀机构被定位在期望是最小压力的区域，从而使得在减 压阶段冷气流能够通过所述空间以最小或短暂接近最小的压力被供入或导出。作为第二阀元件的第二阀机构被定位在期望是最小压力的区域，或者作为第一阀元件的第一阀机构被定位在期望是最大压力的区域，从而使得在压缩阶段热气流能够通过 所述空间以最大或短暂接近最大的压力被供入或导出。其进一步地提出所述阀机构相对于另一个呈直角。所选择的两个阀机构开启次数之间的相差通过例如控制器来实现从而以便于能够产生强力气流。本发明更加明确地公开了构造成模块的声学可逆振动器的结构，在该模块上反向 的阀机构可被连接到输送高压高温气体的冷回路上。进一步地所述阀装置被连接到模块上，阀机构被连接到输送低压(如大气压力) 低温气体的冷回路上。有益效果主要被认为是本发明特性和此处公开的重要特定技术特征的有益效果在于，在本 文中创造了本发明的先决条件以便于在利用聚集在空间内的振荡气体进行能量转换的装 置，其中气体分子在所述空间内被赋予来回振荡运动，该来回振荡运动是通过能量供给设 备维持的，并且其中通过振荡引起的气体压缩导致在所述气体的整体或局部内的温度上 升，并且通过振荡引起的气体减压导致在所述气体的整体或局部内的温度下降，为了产生 所述前提条件，所述第一阀元件被连接到所述空间，第一阀元件被致动以在所述气体的压 缩阶段向所述空间内的气体提供能量或从所述空间内的气体移走能量，进一步地第二阀元 件被连接到所述空间上，第二阀元件被致动以在所述气体的减压阶段向所述空间内的气体 提供能量或从所述空间内的气体移走能量。主要被认为是本发明特征的内容都在权利要求1的特征部分公开。附图的简要说明本发明和目前提出的实施例的基本先决条件将在下文更加详细地并参考附图进 行描述，目的是为了举例说明，而提出的实施例显示了本发明的重要特定技术特征。图Ia显示产生的振荡运动如何通过反射形成反射波并进一步形成复合波的结 构，复合波的结构是共振的并形成了在本发明中被使用的驻波的结构；图Ib是为了图示在具有壁(3)的封闭空腔内的空间(7)的不同部分中波(2)如 何产生压力增加(5)以及压力减小(6)；图2用三种不同的顺序显示出关于此处涉及的分子运动的驻波⑵以图示出凸出 部分的温度上升对于压力上升，以及接近节点的相应压力较小对应温度上升；图3显示出示意性地图示有阀和薄膜的空间(7)内的驻波(2d)，阀和薄膜的运行 与本发明的原理一致；图4图示出作为称为“ARR单元”的声学可逆谐振器的构造模块的草5显示图4中“ARR单元”被用于组成热泵的一种可能实施例；图6图示适于高温应用的引擎装置图7图示适于低温应用的引擎装置；图8图示以一种可能方式连接的引擎装置和热泵装置或热泵设备；图9为了图示三种不同情况下所述装置的选择性实施例。
具体实施例方式作为引言，应当强调的是，在对一个目前提出的实施例的下述描述中，我们选择了 一些术语和特殊的专门词汇，目的是为了在这种情况下大体上阐明本发明的原理，上述实 施例显示了有关本发明的重要特定技术特征并且因附图中的图片而被阐明。但是，在本文中应当注意到，本文所选用的表达方式不能被看作是对所使用和选 择的术语的排他性限制，而应当理解为每个所选用的术语要被解释为另外包括所有的以相 同的或实质上相同的方式起作用的等同技术特征，以便在此情况下能够获得相同的或实质 上相同的目的和/或技术效果。参考所附图la、图Ib和图2及其说明，同样也参考附图3，其示意性并详细地显示 了本发明的基本前提，并且参考图3至图9，作为此处提及的且在下面的说明书中进一步描 述的实施例的结果，有关本发明的重要特征已经被给出了具体形式。本发明的基本前提存在于参考图la、lb、图2以及图3所说明和描述的内容中。因此，图Ia图示复合波结构“V3”是如何由在两个对立壁1、2之间反射的生成波 “VI”和反射波“V2”形成的。曲线代表“气体位移”，通过曲线来表示气体分子根据经典声 学从其平衡状态的位移。图Ib显示复合波结构1是如何由虚线2表示的，该复合波1描述出涉及气体压力 的“空气位移”。处于高压因而分子间距离小的区域5显示出高温，而处于低压因而分子间距离大 的区域6显示出低温。根据经典声学，“空气位移”的波节构成压力的波腹，反之依然。上面提到的压缩效果和减压效果在此处适用于每个阶段。图Ib还作为例子显示出管的一端可以是封闭的(3)而管的另一端可以是开放的。 在开口端处，压力虚线(2)构成波节，在封闭端处压力虚线构成波腹。对于本领域的读者来说，很显然可将扩音器或活塞放在许多不同的位置，或者放 在管的内部或者放在管的开口端。当“空气位移”最大时，也就是说在实线1的波峰时，可预期到最好的效果。在图2a、2b以及2c中，图2图示了初始(primary)驻波1，分子运动5对应于压力 上升和热量上升，或分子运动6对应于压力减小和热量减少。图2也图示了驻波内的压力的曲线2。图2b还图示了位于2a和2b之间的中间位置，在该位置压力均衡且分子分布更均勻。图2c是为了图示出高压是如何在一个周期内从壁的一端位移到另一端然后又再 次返回。图3图示出利用初始驻波“V4”的本发明的示意性应用。本发明的装置8具有阀元件5和作为扩音器而被图示的可来回移动的膜6，以导致 在限定空间7内产生具有谐振频率的驻波。因此，图3图示了适用于能量转换的装置8，能量转换是利用气体(17)在具有选择 的谐振频率的空间7内振荡而实现的，其中气体在空间7内的来回振荡是通过能量供给装 置9 (扩音器单元9的形式)被维持的，并且其中由振荡引起的气体压缩导致在整个或部分 的所述气体(17)内的温度升高，而由振荡引起的气体减压导致在整个或部分的所述气体(17)内的温度下降。与所述空间7相连的是一个或多个第一阀元件5，其中所述第一阀元件5通过控制 器10被可控地致动以在所述气体(17)的压缩阶段5向或从所述空间7提供或抽出带有热 能的气体。进一步地，与所述空间7相连的是一个或多个第二阀元件15，其中所述第二阀元 件15通过控制器10被可控地致动以在所述气体(17)的减压阶段6向或从所述空间7提 供或抽吸带有热能的气体。配置有一种或多种控制方法的所述控制器10适于通过内部电路在非常短的且相 互离散的时间间隔内致动所述第一阀元件5和第二阀元件15。理想的是，使用50Hz的重复频率。如图3中的实施例显示的，所述空间7可被赋予具有密封端12、13的细长中空圆 柱形管11的形状，管的结构和尺寸联同所使用的端部必须适合于谐振频率，如50HZ的频 率，但作为选择可必然地显示出圆环形(torus)的结构或相应的外形，但是要具有适合必 要阀元件5、15的必要孔。对于图示的实施例，更具体地公开了作为第一元件5的第一阀机构被定位在所述 细长管11的端部且通过控制器10致动以便在压缩阶段能够以最大的或暂时接近最大的压 力将热气流供给到空间7内。作为第二阀元件15的第二阀机构被定位在所述管11的同一端部且通过控制器10 致动以便在减压阶段能够以最小的或暂时接近最小的压力将冷气流供给到空间7内。在本申请中，所述阀机构5、15优选地彼此呈直角地相关联，并沿5，5’ ；15，15’被 完全相反地定位。阀机构5和15各自的打开次数之间的相差(phase difference)分别通过例如控 制器10内的电路装置来实现，以便能够产生强劲的空气流。例如低温操作时(如低于10°C )，所选的空气流能够达到Im3/秒至5m3/秒的数量 级。阀元件5、15成形有大的开口表面(open surface)，例如气流速度为4至8m/秒时 其面积为l/5m2。压缩阶段和减压阶段被用来使用曲轴齿轮代替弹性膜6或常规活塞，曲轴齿轮的 位移运云力(displacement movement)适应于所述能量转换。更具体地，公开了向空间7和膜6运动供给能量以便在压缩阶段能够产生几百摄 氏度的温度。可从空间7和膜6运动中导出能量以便在减压阶段能够产生摄氏零下的温度。所述控制器10可用于致动在管11内来回运行的具有谐振频率的活塞运动(未示 出)，或者是致动类似运动。气体(17)位于空间7内从而被施予“振荡”谐振频率。上文描述的装置8被称为声学可逆谐振器，称为“ARR装置”，并且被构造成具有对立的第二阀机构15、15’的模块18，第二阀机构15、15’与输送低温低压气体或空气的冷回 路相连。与模块18相连的是另外的对立的第一阀机构5，5’，第一阀机构5、5’与输送高温高压(如大气压力)气体或空气的热回路相连。下文将更加详细地描述本发明的实际应用，其中，图4是称之为“ARR装置” 18的声学可逆谐振器的模块结构的示意图，图5图示了“ARR装置” 18被用于组成热泵的第一实 施例。图6图示出一种适于高温应用的能量装置，图7图示出一种适于低温应用的能量 装置，图8图示出以一种可能方式连接在一起的引擎装置和热泵。图3中位于管11上并通过控制器10致动的第二阀机构15，15’确保冷流在最小 压力下被打开，而且呈直角设置在管11上并通过控制器10致动的第一阀机构5，5’确保热 流在最大压力下被打开。此处不需要风扇，只是打开时会出现微小的相差以便产生引起强劲气流的前提条 件。所实施的模拟过程显示出在低温操作时气流必须非常大，如达到立方米/秒的数 量级。因此，阀机构5，5’ ；15，15’也必须显示有非常大的开口的和可关闭的表面积(通常 在流速为5m/s时达到1/5平方米)。高温操作时，非常小的开口表面会遇到问题。图5图示出空气中冬季温度假定为-20°C的一种假设状态，尽管如此图5中公开的 其它温度关系仍然会出现。在稀少的冬季阳光和使用室外能量屋顶的情况下，在能量屋顶下室外温度自始至 终能够达到+5°。空气被向下泵抽到“ARR装置” 18内，在该装置内空气被冷却并被排出。在暖回路中，“ARR装置” 18输送温度为+30°C的空气，该空气被传导用于加热大 楼。当大楼被加热时，该空气下降至22°C，并被再循环到被提供电能的“ARR装置” 18 的暖回路中。由于能量屋顶预热空气并且“ARR装置” 18几乎无摩擦地运行，可以实现在24小 时周期的大部分时间内热效率值会处于10以上。图6图示了作为高温引擎的“ARR装置” 18。暖回路能够使用任何燃料。热能能够完全被产生在暖回路内，但是，在Stirling 引擎内，热能也会被生成在外部(热交换)。此时，能够获得高温和非常高的极端压力(达 到10-20个大气压)。在极端压力下生产热能的优点是，可以燃烧甚至是潮湿的木屑等。在产生热能的过程中需要慢气流以现实完全燃烧。供给的含氧空气具有很高的分 压，这也有助于实现期望的完全燃烧。如果使用柴油作为燃料，可以避免烟灰颗粒，因为燃烧在高温、高压以及长时间内 进行。此时优选含量极稀的(extremely lean)混合比(极度的空气过剩)。在本文中，上述混合比加之高压因素可提供极高的效率(如超过40%)，而无论使 用何种燃料。如果将引擎当作大楼中的锅炉使用，就可以用废气加热大楼。还能产生相当大量的电能(如5KW)，这些电能可被家庭使用或卖给电网。对于每个锯木厂、农场等，能够从生态废品中产生大量的电能。燃烧灰烬能被再循环至田野中。图7图示了“ARR装置” 18作为低温引擎的一种应用。本实施例基于这样的特征 在几乎每一个季节，可以利用10°C或以上的温差。在本实施例中，假设存在可以被利用的屋 顶至太阳和屋顶至阴影之间的温差。然而，可利用井、室外空气、湖等等作为温度来源。箭头“P1”代表从热到冷的能量流动。根据已知的卡诺效率公式(T2_T1)/T2，“ARR装置” 18能够将最多接近4%的这种 能源转换成电能。相比从太阳能电池中获得的效率(15% )，我们知道这种效率(4% )是较低的效 率，但另一方面，屋顶表面积很大而且气流是免费的。根据本发明原理的“ARR装置” 18在冬季的夜晚等情况下也能起作用，而太阳能电 池在实践中需要夏日阳光。通过这种方法能够生成低的电能(如500W)。如果这种装置与热泵(具有非常高的热系数)一起使用，那么500W就能够给一个 住宅供热。在选择的热系数为10情况下，在本申请中热泵释放的能量为5kW。图8图示了能量装置与热泵的组合体。此时“ARR装置” 18从适当选择的温差中产生电能。另一个“ARR装置” 18使用来自能量屋顶的余温并构成具有非常高热系数的热泵。作为对“ARR装置” 18的概述，本发明基于这样的原理通过在合适的时刻提供温 差，生成的声波被放大，并且能够从膜6的运动或其他的所产生运动中获得电能。相应地，由于以正确的频率将能量提供给膜6，声波就能够被放大。这种能量其本身表现为强力的振荡，这种能量具有几百度的峰值温度以及约零下 十度的最低温度。通过在合适的时刻打开阀5，5’ ； 15，15’，能够提取热量(热泵)或制冷(制冷器)。这种结构基本上具有与在活塞-气缸组合体中的活塞相同的功能，而且几乎能够 在使用活塞的任何地方使用。唯一的不同是使用气体谐振的物理定律以便实现自发压缩/ 减压。例如，在柴油机中，为了实现柴油压缩，重型活塞必须运行100mm。根据本发明，为了 达到同样的压缩压力，膜运动只需Imm就足够。因此，仅需最小的运动以便给空间7内聚集的气体(17)赋予谐振并且实现相当于 柴油机压缩中的压缩值，而不需要为此目的使用重型活塞和曲轴。此外，缺少活塞与气缸壁的摩擦和其他的摩擦能够赋予“ARR装置”非常高的热效率。仅需要以相对微弱的振荡的方式为谐振提供能量并且在最大压缩时、在正好合适 的时刻提供热量。这放大了声波，此时可使用同样的膜6获得有用功(扩音器原理，但具有 更高的输出)。本发明的目的是为了实现更高的效率以及更加简单的设计和结构。同样的“ARR装置”可以完成许多不同的功能，而且由于无能量损耗的基本设计和 构造，可以从非常微小的温差中获取电能。(传统活塞驱动引擎会在摩擦时丧失所有的有用 功，这就解释了为什么仅仅适用于10°c温差的卡诺引擎迄今被认为是不可能的。)
同样地，本装置可以一定的热系数(< 10)利用非常小的温度增加来汲取热量。本发明可被作为引擎、热泵、两者的无级组合体、空调装置、冷冻组合件、冰箱、压缩机以及真空泵。本发明还特别公开了相同的空间，其能够用于实现热泵的功能或者引擎的功能或 者同时实现两者的功能，其中通过膜6(或者在空间7内或外的用作膜的装置)的运动，在 热泵应用中，能量被供应，或在引擎应用中，能量被汲取。通过有关驻波的波节，所述空间被界定，空间的界定壁12、13形成驻波的两个波 节。为了提供能量，在减压阶段所述第二阀元件被改变以允许在最低压力下从低温热 源提供的大量能量，而在压缩阶段，通过所述第一阀元件，以允许向热量消耗装置提供能量。在压缩阶段，所述第一阀元件被用于从较高温度的热源提供能量，从而在减压阶 段，通过第二阀元件提供低温能量。在图9中公开了通过同时发生的操作，第一阀元件5和第二阀元件15被同时用于 能量的提供或移除。配有控制方法的控制器被用于在相同的或相互离散的时间间隔内致动所述第一 阀元件5和/或第二阀元件15。参考图9a，关于图3中所示的实施例，图示的装置显示出具有固定壁112和113的 管4、111，全周期的曲线1涉及“气体位移”，虚线涉及压力，并具有与用于减压的阀5相连 的部分和与用于压缩的阀15相连的部分。通过长度为图3中的管的两倍的管111，对于特定频率会在驻波中产生两个波峰。 在本实施例中，两个阀5、15可被同时打开，在阀5内是高压高温而另一个阀15内是低压低 温。在本实施例中可以想象到有两个活塞或扩音器。在这种情况下，不需要图3中的阀机 构的呈直角的排布。图9b图示了根据图9a的一种应用在热泵中的装置，图9c图示了一种应用在引擎 中的装置。图9b目的是为了图示对冷温的使用，这种冷温是10°C的自然资源(例如湖水)。 此时温度能够上升到30°C。在这种情况下就需要电能，其中W1+W2 = W3。图9b和图9c所 公开的图形仅仅只是为了作为例子。通过从能量屋顶(白天时+30°C )获取热能W3以及通过用能量W2加热温度维持 在10°c的湖水，在这种情况下卡诺效率方程(T2-T1) /T2可实现6. 6%的效率，或大约660W 的电能。此图形仅仅是为了作为例子。本发明自然不是通过例子来限制上述公开的实施例，但是在不脱离权利要求书中 列举的发明原理的范围的情况下可以进行修改。特别地，应当考虑到在本发明的范围内每一个所图示的装置和/或回路都能与其 他所有图示的装置和/或回路相连，以便于能够获得期望的技术功能。
权利要求
一种利用聚集在空间(7)内的振荡气体(17)的用于能量转换的装置(8)，其中气体分子在所述空间内被赋予来回振荡运动，该来回振荡运动是通过能量供给设备(9)维持的，并且其中通过振荡引起的气体压缩导致在所述气体(17)的整体或局部内的温度上升，并且通过振荡引起的气体减压导致在所述气体(17)的整体或局部内的温度下降，其中一个或者多个阀元件(5)被连接至所述空间(7)，其特征在于，第一阀元件(5)被致动以在所述气体(17)的压缩阶段向所述空间(7)内的气体(17)提供能量或从所述空间(7)内的气体(17)移走能量，进一步地一个或多个第二阀元件(15)被连接到所述空间(7)上，第二阀元件(15)被致动以在所述气体的减压阶段向所述空间内的气体提供能量或从所述空间内的气体移走能量，并且在压缩阶段，所述第一阀元件(5)被用于从高温热源提供能量，从而在减压阶段，通过第二阀元件(15)释放低温能量，和/或在减压阶段，用于提供能量的所述第二阀元件(15)被处于最低压力以从低温热源提供大量热量，而在压缩阶段通过所述第一阀元件向热量消耗装置提供能量。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于同样的空间(7)被用于实现热泵或引擎装置 的功能，其中通过位于空间内的用作膜的装置的膜的运动，在热泵应用中，能量被供给，而 在引擎应用中，能量被汲取。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述空间(7)通过有关驻波的波节而被界定。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于所述空间的界定壁无论何时都能形成驻 波的两个波节。
5.如权利要求1或3所述的装置，其特征在于第一阀元件(5)和第二阀元件被同时改 变以通过同时操作而提供或汲取能量。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于配有控制方法的控制器被用于在相同或相互 之间离散的时间间隔内致动所述第一阀元件(5)和/或所述第二阀元件(15)。
7.如权利要求1的装置，其特征在于所述空间被赋予具有封闭端的管的形状、圆环形 的形状或其他相应的形状，其中通过在每个单独的阶段提供少量的能量，创造出导致声能 聚集的前提条件。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于作为第一阀元件的第一阀机构被定位在期望 是最大压力的区域，或者作为第二阀元件的第二阀机构被定位在期望是最小压力的区域， 从而使得在减压阶段冷气流能够通过所述空间以最小或短暂接近最小的压力被供入或导出ο
9.如权利要求1或6所述的装置，其特征在于配有控制方法的所述控制器被用于致动 一个或多个阀元件。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于作为第二阀元件的第二阀机构被定位在期 望是最小压力的区域，或者作为第一阀元件的第一阀机构被定位在期望是最大压力的区 域，从而使得在压缩阶段热气流能够通过所述空间以最大或短暂接近最大的压力被供入或导出。
11.如权利要求1、8或10所述的装置，其特征在于所述阀机构彼此呈直角地相关联，或 者无论如何彼此基本呈直角地相关联。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于所选择的两个阀机构开启次数之间的相差 例如通过配有控制方法的控制器而被用于产生强劲气流。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于膜和/或装置被用于维持声波振荡，从而导 致向振荡气体提供声能(热泵应用)和/或导致从振荡气体汲取声能(引擎应用)。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于声学可逆谐振器包含所述空间以及相关的 阀元件，并且被构造成模块，其中相对的阀机构连接至输送高压高温气体的热回路。
15.如权利要求1或14所述的装置，其特征在于连接到所述模块的还有另外的阀元件 或阀机构，所述另外的阀元件或阀机构被连接到输送例如大气压力的低压和低温气体的冷 回路。
全文摘要
本发明包含一种利用聚集在空间(7)内的振荡气体(17)的用于能量转换的装置(8)，其中气体分子在所述空间内被赋予来回振荡运动，该来回振荡运动是通过能量供给设备(9)维持的，并且其中通过振荡引起的气体压缩导致在所述气体(17)的整体或局部内的温度上升，并且通过振荡引起的气体减压导致在所述气体(17)的整体或局部内的温度下降，其中一个或者多个阀元件(5)被连接至所述空间(7)，其特征在于，第一阀元件(5)被致动以在所述气体(17)的压缩阶段向所述空间(7)内的气体(17)提供能量或从所述空间(7)内的气体(17)移走能量，进一步地一个或多个第二阀元件(15)被连接到所述空间(7)上，第二阀元件(15)被致动以在所述气体的减压阶段向所述空间内的气体提供能量或从所述空间内的气体移走能量，控制器(10)被用于在相同或相互之间离散的时间间隔内致动所述第一阀元件(5)和/或所述第二阀元件(15)。
文档编号F25B9/14GK101821561SQ200780100754
公开日2010年9月1日 申请日期2007年9月17日 优先权日2007年9月17日
发明者本特·赛维德·奥维路易斯 申请人:皮克特姆公司;本特·赛维德·奥维路易斯