[發明專利]用于聲學相變的裝置

無效

• 申請號: 200980147813.0
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN102227600A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 本特·奧維路易斯
• 申請（專利權）人: 皮克特姆公司
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;F04F7/00;F25J1/02
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 周艷玲;羅正云

技術領域

本發明涉及用于聲學相變的裝置。

背景技術

已知強大的聲波呈現壓力擺動，并且因為聲波總是絕熱的，即沒有熱量增加或移除，所以總是存在跟隨該壓力擺動的溫度變化。這意味著高壓引起高溫而低壓引起低溫。溫度與壓力之間的關系能夠以其它方式呈現。一個示例是當人上到山上時，溫度和壓力以近似相同的方式并以類似的數量級下降。

還已知的是，當暖空氣強迫上升到山上并冷卻時，生成雨云。采用相同的方式，雨云能夠形成在聲波中。一個區別在于，上山的行程要花費很長的時間，而聲波能夠全部在小尺寸的管內提供上下相同的300米的高山每秒200個來回。因此，在這些條件下不同的氣體和蒸汽能夠在該管內冷凝。我們主要關心從空氣中提取水，但是可以利用這種技術來冷凝例如甲烷和二氧化碳。

空氣的密度在大氣壓下為約1.33千克/立方米，并且根據圖10中的曲線圖，這個量的空氣包含4至30克的水。提取水的有利條件存在于溫暖國家的沿海地區。如果假設沿海地區的空氣的溫度為25C，并且在海洋表面緊上方的空氣飽和，那么在1.33立方米的空氣中有約20克的水。淡化海水非常需要能量，因為蒸發潛熱為2.27兆焦耳/千克，這對應于0.55千瓦時/千克。為此，必須向水增加鹽的鍵能。從含鹽3.45％的海水中分離水的理論值為0.86千瓦時/立方米。

如今，通過利用蒸餾或滲透作用淡化海水來大規模地制造水。實際工業制造需要的能量是該理論值的5至30倍。

來自油田的天然氣由約87％的甲烷組成。因為甲烷是很輕的氣體，所以難于通過輪船或火車運輸。在有管道的地方，天然氣才能夠被利用，否則它會燃燒而浪費掉。如果能夠以低廉的方式將甲烷轉化成液體形式，那將意味著能夠利用多得多的來自油田的甲烷。農民們有很大的機會從肥料或其它生物廢料中制造甲烷。簡單轉化至液體形式將意味著單個農場能夠增加其利潤并產生二氧化碳中性燃料。這種活動因為避免甲烷泄漏到大氣中而有力地減少溫室效應。

在1997年，世界上第一臺熱聲單元用于產生液化天然氣(LNG)。已知熱聲單元包含熱聲疊層(stack)，并在該疊層的每一端都帶有冷換熱器和熱換熱器。這種熱聲單元有幾層樓高并具有2千瓦的冷卻效應。它還使用氦作為其冷卻介質，并且在頂部的大燃燒器中用35％的天然氣驅動該單元。因此，僅僅65％的天然氣被冷凝為LNG。

在基于疊層的熱聲系統中，諧振器管包含由若干小的平行通道或板構成的熱疊層，其中通過該疊層的壓力和速度變化使得熱量在高壓下被供應給振蕩氣體并在低壓下被移除。此外，該疊層在一端具有冷換熱器，即工作氣體從其吸收熱量的換熱器，并且在另一端具有熱換熱器，即工作氣體向其釋放熱量的換熱器。

基于疊層的熱聲裝置的缺點在于該疊層必須具有大的表面積并由薄的換熱材料制成。該技術已經發展了幾十年，還未達到可靠性，特別是在涉及高溫和大壓力擺動的情況下。基于疊層的系統的另一缺點在于它們經常使用氫和氦作為工作介質，而已知這些氣體有甚至從看起來密封很好的系統中散失的傾向的問題。第三個缺點在于該疊層使該波衰減。

發明內容

本發明包括用于相變的裝置和方法，其中例如液體物質能夠從氣體中被提取出來。根據本發明的一種這樣的裝置包含容積，該容積相應地包含工作氣體并被布置為包含產生的駐波或行波，其中在增加的有用能量和浪費的能量之和大于或等于零時產生所述波。此外，該裝置由閥機構構成以增加或移除一定量的混合物質。所述產生的聲波使所述工作氣體和混合物質受到壓力和溫度變化，其中氣體加壓造成溫度升高而氣體減壓造成溫度降低，因而進入工作氣體的從外部增加的采用顆粒、液滴或氣體形式的一定量的混合物質會經歷相變。作為示例，增加的一定量的氣體的一部分能夠冷凝。

在某些情況下，該混合物質能夠由多種化合物或單一成分組成。所述混合物質能夠采用氣體形式、液體形式或固體形式。在特定的情況下，所述混合物質能夠包括水蒸汽，其能夠被相冷凝至液滴。所述混合物質能夠是諸如空氣、甲烷、二氧化碳、丁烷或丙烷之類的氣體。所述混合物質能夠包括水滴，其能夠相變至雪。所述混合物質能夠包括諸如雪之類的固體形式，其能夠相變至水蒸汽。

在本發明的另一實施例中，所述裝置包括用于供應能量的裝置或者用于消耗能量的裝置，其被布置成增加或消耗聲波能量，使得所增加的能量和所消耗的能量的總和大于或等于零。

在另一實施例中，所述用于供應能量的裝置是隔膜、活塞裝置、發動機、鹽或減容裝置(volume?reduction)。