CN102227600A - 用于声学相变的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于相变的方法和装置(100)。该装置具有空间(30)，该空间包括工作气体(33)并被布置成包括产生的驻声波，由此产生所述声波，使得增加的波能量和消耗的波能量之和大于或等于零。此外，该装置具有阀机构(10，20)，用于将一定量的工作气体或由至少一种物质组成的组合物供应到所述空间(30)和从所述空间(30)流出，并被布置成与所述产生的声波同步工作。所述产生的声波使所述工作气体或组合物受到压力和温度变化，由此气体加压造成温度升高，气体减压造成温度降低；并且由此获得由所述压力和温度变化造成的相变。

Description

用于声学相变的装置
技术领域
本发明涉及用于声学相变的装置。
背景技术
已知强大的声波呈现压力摆动，并且因为声波总是绝热的，即没有热量增加或移除，所以总是存在跟随该压力摆动的温度变化。这意味着高压引起高温而低压引起低温。温度与压力之间的关系能够以其它方式呈现。一个示例是当人上到山上时，温度和压力以近似相同的方式并以类似的数量级下降。
还已知的是，当暖空气强迫上升到山上并冷却时，生成雨云。采用相同的方式，雨云能够形成在声波中。一个区别在于，上山的行程要花费很长的时间，而声波能够全部在小尺寸的管内提供上下相同的300米的高山每秒200个来回。因此，在这些条件下不同的气体和蒸汽能够在该管内冷凝。我们主要关心从空气中提取水，但是可以利用这种技术来冷凝例如甲烷和二氧化碳。
空气的密度在大气压下为约1.33千克/立方米，并且根据图10中的曲线图，这个量的空气包含4至30克的水。提取水的有利条件存在于温暖国家的沿海地区。如果假设沿海地区的空气的温度为25C，并且在海洋表面紧上方的空气饱和，那么在1.33立方米的空气中有约20克的水。淡化海水非常需要能量，因为蒸发潜热为2.27兆焦耳/千克，这对应于0.55千瓦时/千克。为此，必须向水增加盐的键能。从含盐3.45％的海水中分离水的理论值为0.86千瓦时/立方米。
如今，通过利用蒸馏或渗透作用淡化海水来大规模地制造水。实际工业制造需要的能量是该理论值的5至30倍。
来自油田的天然气由约87％的甲烷组成。因为甲烷是很轻的气体，所以难于通过轮船或火车运输。在有管道的地方，天然气才能够被利用，否则它会燃烧而浪费掉。如果能够以低廉的方式将甲烷转化成液体形式，那将意味着能够利用多得多的来自油田的甲烷。农民们有很大的机会从肥料或其它生物废料中制造甲烷。简单转化至液体形式将意味着单个农场能够增加其利润并产生二氧化碳中性燃料。这种活动因为避免甲烷泄漏到大气中而有力地减少温室效应。
在1997年，世界上第一台热声单元用于产生液化天然气(LNG)。已知热声单元包含热声叠层(stack)，并在该叠层的每一端都带有冷换热器和热换热器。这种热声单元有几层楼高并具有2千瓦的冷却效应。它还使用氦作为其冷却介质，并且在顶部的大燃烧器中用35％的天然气驱动该单元。因此，仅仅65％的天然气被冷凝为LNG。
在基于叠层的热声系统中，谐振器管包含由若干小的平行通道或板构成的热叠层，其中通过该叠层的压力和速度变化使得热量在高压下被供应给振荡气体并在低压下被移除。此外，该叠层在一端具有冷换热器，即工作气体从其吸收热量的换热器，并且在另一端具有热换热器，即工作气体向其释放热量的换热器。
基于叠层的热声装置的缺点在于该叠层必须具有大的表面积并由薄的换热材料制成。该技术已经发展了几十年，还未达到可靠性，特别是在涉及高温和大压力摆动的情况下。基于叠层的系统的另一缺点在于它们经常使用氢和氦作为工作介质，而已知这些气体有甚至从看起来密封很好的系统中散失的倾向的问题。第三个缺点在于该叠层使该波衰减。
发明内容
本发明包括用于相变的装置和方法，其中例如液体物质能够从气体中被提取出来。根据本发明的一种这样的装置包含容积，该容积相应地包含工作气体并被布置为包含产生的驻波或行波，其中在增加的有用能量和浪费的能量之和大于或等于零时产生所述波。此外，该装置由阀机构构成以增加或移除一定量的混合物质。所述产生的声波使所述工作气体和混合物质受到压力和温度变化，其中气体加压造成温度升高而气体减压造成温度降低，因而进入工作气体的从外部增加的采用颗粒、液滴或气体形式的一定量的混合物质会经历相变。作为示例，增加的一定量的气体的一部分能够冷凝。
在某些情况下，该混合物质能够由多种化合物或单一成分组成。所述混合物质能够采用气体形式、液体形式或固体形式。在特定的情况下，所述混合物质能够包括水蒸汽，其能够被相冷凝至液滴。所述混合物质能够是诸如空气、甲烷、二氧化碳、丁烷或丙烷之类的气体。所述混合物质能够包括水滴，其能够相变至雪。所述混合物质能够包括诸如雪之类的固体形式，其能够相变至水蒸汽。
在本发明的另一实施例中，所述装置包括用于供应能量的装置或者用于消耗能量的装置，其被布置成增加或消耗声波能量，使得所增加的能量和所消耗的能量的总和大于或等于零。
在另一实施例中，所述用于供应能量的装置是隔膜、活塞装置、发动机、盐或减容装置(volume reduction)。
在这些实施例中，冷凝或化学反应在所述容积中发生，由此声波能量被增加或消耗，以使所增加的能量和所消耗的能量的总和大于或等于零。
所述阀机构能够被布置成在所述声波的最小压力下打开阀开口，由此，一定量的气体被引入到所述容积中。而且，所述阀机构能够被布置成在所述第一阀被打开时从所述容积中移除一定量的工作气体和一定量的所引入的混合物质。
在这些实施例中，所述装置包括连接到所述容积的外部空腔，以使所述阀机构被布置成在所述声波的最大压力下打开第二阀，由此在所述容积与所述空腔之间将发生气体交换，并且由此在所述第二阀打开时所述空腔达到与所述容积相同的压力，并且由此所述引入的一定量的混合物质的引入到所述空腔中的一部分将在所述空腔中冷凝或经历相变。在冷凝的情况下，所述空腔可以包含催化剂，例如盐，以加速所述冷凝。
所述阀机构能够包括具有多个孔的静止盘和具有多个孔的旋转盘，由此所述阀机构被布置成在所述旋转盘的孔与所述静止盘的孔重合时打开。
在这些实施例中，所述旋转盘的所述孔中的至少一个是不对称孔。此外，在这些实施例中，所述静止盘的所述孔中的至少一个是不对称孔。
当然，将会理解的是，所述阀机构能够是在所述孔之一上的可移动翻板或者是能够调节向所述容积的流入或从所述容积的流出的其它类型的阀。所述阀机构能够机械、液压或电控制。然而，将会理解的是，在非有源控制的情况下，所述阀机构能够例如通过压差打开。这种阀机构的一个示例是翻板阀。所述阀机构能够进一步由能够以彼此独立或相关的方式受控的两个阀部件组成。所述阀机构能够包括对称的开口或不对称的开口。
这些实施例进一步包括驱动装置和驱动杆，其被布置成使所述旋转盘相对于所述静止盘和所述容积旋转。
在这些实施例中，第二容器被布置成经由竖直管与所述空腔连接，以使所述第二容器和所述竖直管以及所述空腔包含达到所述空腔中的液位的冷凝物。所述空腔中的液位与所述第二容器的上表面之间的距离D1能够具有1至100米的尺寸，优选为大约5米。
在这些实施例中，所述声波的谐振器具有圆柱形、漏斗状或具有球形形状或环形形状。所述谐振器能够沿其轴线具有变化的直径。在这些实施例中，出于控制和提高所述混合物质和工作气体的流动的目的，所述谐振器具有分隔平面，由此所述谐振器沿其轴线被分成两部分。
实施例包括工作液态空气和引入到所述容积的诸如空气、甲烷、二氧化碳、丁烷和丙烷之类的混合物质。
附图说明
将参照附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示意性地示出两个波V1和V2如何在两个壁之间反射并产生驻波V3；
图2示意性地示出在一端具有壁而另一端具有开口的管中反射之后的基本物理过程，其中：图2A示意性地示出压力曲线T和气体分子的位移曲线S；并且
图2B示意性地示出该管中的气体分子的密度分布；
图3示意性地示出根据本发明的具有同步阀机构的声谐振器装置的实施例；
图4A至图4C示意性地示出根据本发明的装置的不同实施例，该装置包括一个带有一个或两个阀机构的声谐振器装置；
图5示意性地示出根据本发明的装置的实施例，该装置包括谐振器装置和空腔；
图6的序列S1至S9示意性地示出在热声谐振器装置的实施例中的气体流动；
图7示意性地示出根据本发明的装置的实施例，其中能量供应单元被布置在谐振器的一端；
图8示意性地示出根据本发明的装置的实施例，其中能量消耗单元被布置在谐振器装置的一端；
图9示意性地示出根据本发明的装置的实施例，其中能量供应单元被布置在谐振器的一端而能量消耗单元装置被布置在谐振器的另一端；
图10示意性地示出在不同的温度下饱和空气包含多少水；
图11示意性地示出根据本发明的装置的实施例，该装置带有谐振器装置、容器和能量增加单元；
图12示意性地示出根据本发明的装置的实施例，该装置带有谐振器装置、容器和能量消耗单元；
图13示意性地示出根据本发明的装置的实施例。
图14示意性地示出根据本发明的装置的实施例，其示出供受控气体流动使用的纵分谐振器；
图15进一步示出根据本发明的装置的实施例。
具体实施方式
图1示出两个波V1和V2以及它们如何在带有两个固体反射壁1和2的管中反射。具有调和频率的第一波V1向左行进并由壁1反射，由此第二波V2从该反射中产生。两个波V1和V2因此沿不同的方向行进，并且在特定频率下波V1和V2相互作用并产生所谓的驻波V3，其具有所谓的静止的波节和波腹。驻波V3的振幅等于V1和V2的振幅之和。因为能量不能漏出，所以能够用很小的增加功率来形成很高的振幅。
在图2中，示意性地示出在带有壁3和开口3’的管4中反射后的基本物理过程。在图2中，示意性地示出管内的压力变化曲线T，并且还示出在管4中沿X方向移位的气体分子(例如，空气分子)的位移曲线S。最靠近壁3的位移是不可能的，并且曲线S＝0，而压力变化T处于最大值。在相反端存在相反的情况，其中在开口7处位移S处于最大值，而压力T为常量。如所示，在壁3处出现最大的压力摆动，而在管4中存在总是具有常量压力的点P，即波节。采用相同的方式，存在气体分子不发生位移的点。如在图2B中的点5和6所示，高的压力造成稠密的气体而较低的压力造成较不稠密的气体。
本发明致力于一种用于声学相变的方法和装置。如图3和图4中示意性所示，根据本发明的装置100的一个实施例包括：空间30，也称为谐振器装置30，用于驻声波或行声波；以及阀机构10、20，其与所述声波的压力变化同步工作。谐振器装置30包括特定量的工作介质33，也称为工作气体，例如，特定量的空气，但工作气体还能包括另一气体，如氮。
在这些实施例中，谐振器装置30被布置为使分子S的X方向位移具有一个波腹和两个波节，优选地，谐振器装置的每一端都具有一个波节。将会理解的是，该谐振器装置的尺寸能够适于使得该谐振器装置中的声波具有若干完整的波长或半波长，以使波节和波腹的数目能够变化。
将会理解的是，谐振器装置30能够具有不同的形状，例如，球形或圆柱形，但它也能够被成形为环形，也就是说，形成为充气轮胎。谐振器装置30能够具有沿谐振器装置30的X方向变化的直径，也就是说，谐振器装置30例如能够是漏斗形或圆锥形。
根据本发明的装置100的实施例另外具有能量增加装置32，也称为能量增加单元32，其被布置成在空间30中产生声波。这些例如在图7、9、11、13、15中被示出。能量增加单元32能够被成形为可来回移动的隔膜32，以在空间30内产生具有一定谐振频率的驻波。能量增加单元32例如也能够是活塞装置、发动机、盐或减容装置，其将产生波并将在下文中进行描述。
根据本发明的装置的实施例进一步包含控制装置35，如图15中所示，其被布置成控制能量增加单元32和/或阀机构10、20。控制装置35例如能够是被布置成与能量增加单元32和阀机构10、20连接的计算机化单元，例如，微处理器。该控制装置的一个任务是使声波与能量增加单元和/或阀机构同步。控制和同步还能够是完全机械的。在这些实施例中，阀机构还能够例如经由旋转杆由能量增加单元直接驱动
在谐振器装置30的端部处的反射能够经由封闭端或开口端(例如，壁或在开口端中的开口)通过直径变化产生。
在某些实施例中，阀机构10、20被置于压力变化最大的位置，也就是说，在谐振器装置30的封闭端或开口端。阀机构10、20能够沿轴向布置，如例如图3和图4中所示，或者沿径向布置。
阀机构10、20能够根据功能或目标被附接到谐振器装置30的第一端31、第二端31或两端31、31。优选地，阀机构10、20被附接到谐振器装置30的一端，在这些实施例中，能量增加单元(例如，活塞和隔膜)被放置在另一端。阀机构10、20、10’、20’可以被布置在谐振器装置30的两端，在这些实施例中，例如希望发动机功能在一端而液体的冷凝在另一端，也就是说，在另一端消耗来自波的能量。直线穿过谐振器装置30组装的驱动杆42不会干扰驻波，因为该杆沿与波相同的轴线对准。
在这些实施例中，如例如在图3中，谐振器装置30具有在第一端31的静止盘10和旋转盘20以及在另一端的反射壁31’。旋转盘20被布置成以例如1000-100000转/分钟(RPM)(优选高于4000RPM)旋转。
在图3和图4以及根据本发明的包括轴向阀机构10、20的装置100的实施例中，阀机构10、20被放置在谐振器装置30的第一端31。如在图3和图4中所示，阀机构10、20由带有用于驱动杆42的中心孔的旋转盘20构成。驱动机构40被布置成与控制装置35连接并被布置成使盘20旋转，由此阀机构10、20在孔21、22与盘10的孔11、12、13、14中的一个或若干个重合时被打开。优选地，阀机构10、20是同步的阀机构，也就是说，它被布置成与谐振器装置30中的压力变化同步开关。优选地，该阀机构被成对布置，由此一对在声波的压力最大时打开而另一对在压力最小时打开。
如在图5和图6中示意性所示，在静止盘10中的孔11、13被布置成在这些孔11、13与旋转盘20中的孔21、23重合时产生谐振器装置30与大气之间的连接或者谐振器装置30与双向管道36、37之间的连接。此外，静止盘10中的孔12、14被布置成在这些孔与旋转盘20中的孔21、23重合时产生谐振器装置30与容器50之间的连接38、39。
例如，通到谐振器装置30的供应管道36和来自谐振器装置30的排放管道在旋转盘20的孔21和23位于竖直位置且对应于静止盘10的孔11、13时打开，由此阀机构10、20通过孔11、13、21、23打开。进一步，谐振器装置30与容器50之间的连接38、39在旋转盘20的孔21、23位于水平位置并对应于静止盘10的孔12、14时打开。
旋转盘20的孔21、23的数目例如能够为两个并能够是圆形或饼形(pie shaped)(三角形)。将会理解的是，孔的数目能够变化，并且孔能够具有其它形状。这些孔中的一个或若干个能够具有不规则形状。在图4C中，示出了带有不规则形状的孔70的阀盘20的实施例，由此提供更好的气体流动。
优选地，静止盘10具有反射表面，该反射表面被安装为不能旋转且旋转盘20放置在静止盘10与该谐振器装置的一端30之间。
静止盘10具有多个孔11、12、13、14，例如，四个孔。这些孔可以为圆形或饼形(三角形)。在这些实施例中，这些孔具有对应于旋转盘中的孔的形状。例如，这些孔能够具有对应于旋转盘中的孔70的不规则的不对称形状。将会理解的是，孔的数目能够例如根据希望的供应管道和排放管道的数目而变化，并且这些孔能够具有其它形状，甚至不对称的形状。此外，具有大量孔的不同图案能够构成可替代的阀机构，由此该盘能够以相当低的RPM旋转。
在旋转盘20与静止盘10的反射表面之间有减摩剂以减小摩擦。减摩剂的示例为石油(例如，薄油膜)或者很小且无摩擦的空气间隙。该空气间隙的尺寸能够是恒定的且优选为若干毫米的尺寸。在这些实施例中，旋转盘20被布置成靠在或悬浮在具有有源或无源控制的空气“垫”或磁“垫”上，以获得可能的最小空气间隙，从而获得静止盘10与旋转盘20之间的良好密封。
在旋转阀盘20靠在油膜上的实施例中，旋转速度优选在10m/s之下或具有10m/s的量阶。在旋转速度高于10m/s的实施例中，可以优选允许阀盘20悬浮在磁“垫”或空气“垫”(未示出)上，以最小化摩擦并使摩擦减少至几乎为零。
在这些带有短谐振器装置30的实施例中，也就是在谐振器沿其X轴的长度短于例如10至20cm的实施例中，RPM变得极高。作为示例，能够提到的是，长度为11cm的谐振器装置30具有以约44000RPM(转/分钟)旋转的阀盘20，长度为1m的谐振器装置要求阀盘20以约4800RPM旋转。此外，长度为4m的谐振器装置30要求约1200RPM的阀盘20。
在图5中，示出本发明的一实施例，其中容器50经由阀机构10、20与谐振器30布置在一起。优选地，容器50具有不同于其周围的压力，也就是说，与该容器外部大气中的空气压力不同的压力，以允许有足够的时间发生反应。因此，容器50中的压力能够高于或低于该容器外部大气中的空气压力。在特定的限定时段期间，当阀对A和B(也就是孔12、14、21、23)打开时，容器50达到与谐振器装置30中的最大压力或最小压力相同的压力，这导致在该时间范围期间，在容器50中发生的所有过程将等同于在谐振器装置30中发生的过程，并且在谐振器装置30中的压力与在容器50中的压力相同。这意味着如果从谐振器装置30中的气体中提取液体物质，则预期还从容器50中的气体中提取液体物质。
示例1。如果在压力最小期间在该谐振器装置中发生从水蒸汽到水的相变，则在容器50中该相变相等地发生，也就是说，从水蒸汽到水的相变同样在容器50中发生。
将容器50与谐振器装置30布置在一起的优点在于该过程发生所用的时间较长。这意味着例如相变变得更充分，从而与容器50不是该装置的一部分的实施例相比，能够从气体中提取较大部分的液体物质。在谐振器装置30中，相变的发生所用的时间仅仅有几毫秒，并且容易理解的是，在最小压力下出现的蒸汽云没有足够的时间变成液滴。利用容器50，该过程有充分的时间发生，并且它能够进一步通过催化剂的影响得到支持。催化剂的功能是促进液体物质的提取，并且它能够是盐晶体、高压、超声、有机纤维或者其它措施。有机纤维能够是诸如存在于大自然中的像仙人掌纤维或松树纤维之类的植物纤维。催化剂特别在希望低温差的实施例中是适宜的，因为催化剂能够加速液体物质的提取而与低温差无关。
在谐振器装置30中的声波具有若干属性，如压力、分子运动、温度等。通过在恰当的时刻影响这些属性中的某些属性，声波能够被减弱或增强。
在本发明的实施例中，能够使用气体和蒸汽的混合物、液滴和化学物质和/或采用粉末形式的盐。在相变越变时存在可用能量，并且分子间的键和声谐振器装置30能够以不同的方式与这些能量相互作用。
在图6中，序列S1至S9示意性地描述气体流动在被传送到谐振器装置30并进入容器50时可能如何表现。在这些实施例中，存在图14和图15中示出的气体增加装置75，即源管道75，其被布置成向谐振器装置30供应气流。增加装置75或源管道75能够被布置为涡轮或风扇，由此气体被强迫进入管道，或者增加装置75或源管道75被布置为泵装置，由此气体被泵送或抽吸到管道中。控制装置35能够被布置成控制源管道75，由此控制装置35能够控制气体向谐振器装置30的流动。
如在序列S1中所示，气体通过源管道36传送。它还能够通过适当安装的气体增加装置75(例如，风扇或涡轮单元)或者通过这些阀的不对称形状(未示出)来产生。在图6中，流动方向用箭头示出。在管道36中，特定量的气体60被标记为黑色矩形。
在序列S2中，一定量的气体60接近阀机构10、20，并且在序列S3中，所述一定量的气体60位于谐振器装置30中。当所述一定量的气体60位于谐振器装置30中时，阀机构10、20被关闭，并且所述一定量的气体60受到压力，并且容积通过声波(优选地，驻声波或行声波)的影响而变化。在序列S4中，通到容器50的阀机构10、20被打开，并且在序列S5中，所述一定量的气体60在与序列S1和S2中的条件不同的压力、温度和容积下在管道38中移向容器50。
在序列S6和S7中，当在容器50中发生反应或相变时，所述一定量的气体60从容器50经由管道39移向阀机构10、20。这能够由流动控制装置40(例如，泵装置)来完成，或者通过例如已经在上面描述的借助于不对称开口产生的压差来完成。控制装置35能够进一步被布置成控制流动控制装置40，由此控制装置35能够控制谐振器装置30与容器50之间的气体流动。
在序列S8，所述一定量的气体60再次位于谐振器装置30中，并且阀机构10、20被关闭。所有动作从开始进行重复。在这些情况下，开始序列S1的声波和原始压力被恢复。在序列S9中，所述一定量的气体60经由排放管道37流出。
在图4C中，示意性地示出具有至少一个对称孔70的旋转阀盘20的实施例。通过利用带有至少一个不对称孔70的旋转盘20，与旋转盘20具有一个或若干对称孔的情况相比，可以获得较大量的气体交换。通过该气体交换，在这里应理解的是，位于空间30中的气体与位于容器50中的气体对换其位置。气体交换越强，空间30中的气体与容器50中的气体对换其位置的量越大。在替代实施例中，非对称孔70可以替换静止盘10中的两个孔或四个孔。
旋转盘20具有一个或多个非对称孔70的事实意味着，如果例如已放置在空间30中的处于大气压(atm)下的气体暴露于驻波，则所注入的气体容积将受到压力的升高，并且在该空间30中暴露特定时间之后，该气体容积会具有例如5atm的压力。这个最终的压力对应于容器50(在图4中未示出，而是与图5、6、11、12、13和14相比)中的压力。如果带有不对称孔70的阀机构10、20在气体容积已达到5atm时打开一点，则由于容器50的压力与空间30中的压力之间的压力差，存在于容器50中的气体会从容器50流到空间30，由此容器50中的压力将会降低。当空间30中的气体容积达到希望的压力并且阀机构10、20变得全开时，由于压力差，气体将会从空间30流到容器50。
在根据本发明的带有热声谐振器装置的装置中，可以使蒸汽、液滴、采用粉末形式的盐或者采用液滴形式的盐相互作用以获得不同的结果。采用粉末形式的盐和水蒸汽例如能够被看作热声发动机的燃料。采用粉末形式的盐还能够是冷凝过程的燃料。
在本发明的实施例中，谐振器装置30具有能量增加装置32，如图7所示。能量增加装置的示例为：
-利用各种燃料的发动机，由此该发动机在波处于其最热时通过温度升高向给该波增加能量；
-例如利用液态空气作为燃料的发动机，由此该发动机在波处于其最冷时通过温度降低向该波增加能量；
-在波处于其最热时通过压力升高向该波增加能量的发动机；
-在波处于其最冷时通过压力降低向该波增加能量的发动机；
-在波处于其最冷时通过由相变造成的容积减小向该波增加能量的发动机；
-在波处于其最热时通过由相变造成的容积增加向该波增加能量的发动机；
-在波具有其最高压力时注入压缩空气来向该波增加能量的阀；
-采用粉末形式的盐或液滴，其在波处于其最冷时加速水蒸汽的冷凝。该盐能够被看作该过程的燃料；
-向该波增加能量的容积减小。该容积减小在大容积的水蒸汽收缩成小水滴时自发地发生。
因此，将会理解的是，该能量增加装置能够是物理装置，但它还能够是被增加到空间以加速该过程的盐。该能量增加装置还能够是自发的反应，如在大容积的水蒸汽收缩成小液滴(例如，小水滴)时在空间30中的自发的容积减小。
将会进一步理解的是，在这些图中仅仅示意性地示出该能量增加装置。
在本发明的实施例中，如图8所示，谐振器装置30示出消耗来自该波的能量的能量消耗装置34。能量消耗装置34为：
-在波处于其最冷时造成温度升高的制冷机，其从该波移除能量；
-相变，由此在波处于其最冷时凝固成冰的小水滴防止温度向下摆动，因此从该波中移除能量；
-在波处于其最热时引起温度降低的制冷机，其从该波移除能量；
-诸如水的冷凝之类的相变，在波处于其最冷时，最冷的分子首先落下并且使周围的空气变暖，这相应地从该波移除能量。相同的现象能够在大自然中见到，其中当雨从云中下落时云变得稍微暖和一些；
-以合适的频率和相位工作的活塞或隔膜，其从该波移除能量。
-在波具有最低压力时增加具有高压的压缩空气的阀，其从该波移除能量；或者
-在波具有最高压力时移除压缩空气的阀，其从该波移除能量。
在本发明的实施例中，谐振器装置30能够具有能量增加装置32和能量消耗装置34，如图9所示。因此，针对许多不同要求出现许多组合可能性。
此外，一个单独的单元可以同时包含能量增加装置32和能量消耗装置34。一个示例是对空气携带的水蒸汽进行冷凝。由于局部蒸汽容积在压力最小时收缩的事实，该波得到增强。由于最慢的分子产生第一液滴的事实，在该波处于最其冷时，其余空气因而变得更暖，这使该波变弱。如果第一效应处于支配地位，则该谐振器装置中的声波将会自发地摆动。在另一种情况下，能量增加装置32被布置在谐振器装置30处，由此能量增加装置32为声波提供失去的能量。
直接从空气中提取水的优点在于，太阳已经完成了水蒸汽相变所需的能量并已将水从海洋中的盐分离。
在图11中，示出带有能量增加单元32的声谐振器装置30，其中容器50连接到谐振器装置30。假设当阀机构10、20中的开口C和D在谐振器装置30中的最大压力下打开时空气以每秒一平方米经过阀机构10、20中的开口C和D，在压力最小时相同量的空气被强迫穿过开口A和B。如果所有的湿气在容器50中凝结，那么它对应于每秒250克或每24小时内1.3公吨的水。因而该容器具有较低的压力。
在图13中，示出根据本发明的装置100的实施例，其中谐振器装置30和容器50被布置在距地面M一距离处。例如，容器50可以被布置为使容器50中的液体表面80与其它容器82的表面之间的D1在1至100米的范围内。在实施例中，距离D1为约5米。
在本发明的实施例中，利用管道81将谐振器装置30和容器50布置在距地面M一距离处，由此，例如能够将来自容器50的液体物质84朝地面M向下传送。如在图13中示意性地所示，管道81和容器50包含液体物质84，容器50包含达到液位80的液体物质84。
此外，根据本发明的装置100的实施例能够具有布置在管道81处且例如放置在地面M上的第二容器82。第二容器82能够具有龙头83，利用该龙头83能够在正压力下从容器82抽走该容积的所提取的液体物质84，同时保持容器50中的较低压力。
应该理解的是，例如在没有第二容器82的实施例中或者作为附接到第二容器82的龙头装置83的补充，龙头或龙头装置能够被附接在管道或管81处。
管道或管81的尺寸使得它在该管的最下端处产生大气压或更高压力。因此，液体物质能够被抽走而不影响容器50中的较低压力。
为了保持例如驻波，能量增加装置32能够被放置在谐振器装置30的一端，如图11所示。该能量增加单元能够是活塞或阀机构，其通过脉动地产生压缩空气向该波增加能量，以便供应交替的高压和低压，或者脉动地产生暖空气，也就是说，供应交替的暖空气和冷空气。该阀机构变成压缩空气发动机或热力发动机。
应理解的是，根据以上描述，天然气能够被转化成液化天然气。利用本发明，许多其它气体(包括空气)能够被冷凝，例如，CO2、丁烷和丙烷。
例如，参照图11，包含甲烷的气体能够经由入口C和D注入到谐振器装置30中，入口C和D在驻波或行波具有最大压力时打开。在谐振器装置30中，该注入气体受到降低的压力，并且在特定的较低压力下，通到容器50的开口A和B将被打开。甲烷气体将在大约负160C下在容器50中冷凝。到达入口C和D的注入气体应该具有更高的压力且应该尽可能冷以允许适度波动的压力幅值，从而达到负160C之下。拇指法则能够用来避免压力摆动大于静压的40％。通过增加静压，能够获得更大的压力摆动。因此，能够在相同的步骤中获得较低的温度。通过对注入气体组合高压和低温，即使在最小压力下也能达到较低的温度。
在另外实施例中，该温度能够采用若干步骤下降，由此可以冷凝不同的气体。在处理天然气时，人们可以在第一步提取水、在第二步提取丁烷、在第三步提取甲烷且在第四步提取CO2。
注入的空气能够与在甚至比负160C还要低的温度下进行冷凝的冷却剂(例如，空气、氮等)混合。如果冷却剂没有在较低的温度下冷凝，则作为冷却剂它是无用的。在冷凝点，压力与温度之间不再有关系，并且不存在冷却作用。为了保持驻波，能量增加装置34能够被放置在谐振器装置30的一端。能量增加单元34优选放置在谐振器装置30的与入口C和D的一端相反的一端。
操作谐振器装置以产生相变
假设在声波具有最大压力时水饱和空气经由入口C被注入到谐振器装置30中并经由出口D出来，见图5，则相同的空气经由在声波的最小压力时打开的开口A和B进入容器50，由此，容器50也达到较低的压力。在一个循环期间空气和水蒸汽进入容器50。该水蒸汽具有分容积。在这个量的水蒸汽收缩成水滴之后，其分容积几乎全部消失。因此该压力进一步降低。如果在该波已处于压力最小时该压力降低，则能量被增加给该波。
由相变和盐驱动谐振器装置
假设水蒸汽饱和的空气经由入口C被注入到谐振器装置30中并经由出口D出来，见图5，则相同的空气经由在声波的最小压力时打开的开口A和B进入容器50，使得容器50达到较低的压力。在一个循环期间，空气和水蒸汽进入容器50。如果很小量的盐被注入到容器50中，则原则上能够发生冷凝而无需较低的压力。该盐与水蒸汽起反应，并且该盐能够被看作该单元的燃料。如果在恰当的条件下分容积消失，则该波被保持并且特定的较低压力出现在容器50中。一般而言，很小量的盐足以促进大量水的转化。在某些实施例中，百万分之几(PPM)就足够了并且这不影响所提取的水的味道。
所产生的能量能够通过谐振器装置30中的能量消耗单元34移除，参见图12。能量消耗单元34例如能够由活塞和曲轴组成。
在图14中，根据本发明的装置100的实施例包含空间30，其特征在于分隔平面72和能量增加单元32和/或能量消耗单元34。此外，装置100具有与空间30邻接的供应管道(图6中的36)。利用分隔平面72，空间30被分成两个连接部分30a、30b，其布置为充当两个谐振器。由于该分隔平面，涡轮单元75将驱使该气体有效地通往容器50。
已经参见示例性实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明并不受限于这些实施例。它们仅仅意在图示说明本发明。例如，实施例能够被组合，并且还应理解的是，装置100的实施例能够包括一个或若干谐振器装置30，例如以若干步骤被配置为获得较大的压力摆动以及较佳的相变。已经参照注入的组合物(例如，气体)被冷凝的实施例描述了本发明，但应理解的是，注入的组合物能够处于液态或固态，并且也能够发生不同于冷凝的其它相变。本发明仅仅由所附权利要求来限定。

Claims (24)

1.一种用于相变的装置，其特征在于，
空间(30)，包含工作气体(33)并被布置成包含产生的驻声波或行声波，由此在增加的波能量和/或消耗的波能量大于或等于零的条件下产生所述声波；
阀机构(10，20)，用于将一定量的将经历相变的由至少一种物质组成的组合物和工作气体供应到所述空间(30)和从所述空间(30)流出，并被布置成与所述产生的声波同步工作，并且使得：
所述产生的声波使所述工作气体(33)和所述增加的一定量的组合物受到压力和温度变化，由此气体加压造成温度升高，气体减压造成温度降低；并且由此所述增加的组合物的一部分将经历相变。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个能量增加装置(32)和/或能量消耗装置(34)被布置成增加和/或消耗声波能量，以使增加的波能量和/或消耗的波能量的总和大于或等于零。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述空间(30)中发生冷凝或化学反应，由此增加和消耗声波能量，以使增加的波能量和消耗的波能量的总和大于或等于零。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀机构(10，20)被布置成在所述声波的压力最大或压力最小时打开第一阀开口(C，D；11，21；13；23)，由此一定量的所述工作气体和所述组合物被增加到所述空间(30)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述空间(30)被布置成在所述第一阀开口(C，D；11，21；13；23)打开时，允许所述一定量的所述工作气体和所述组合物流出到大气中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，容器(50)被布置成与所述空间(30)连接，并且所述阀机构(10，22)被布置成在所述声波的压力最大或压力最小时打开第二阀开口(A，B；12，21；14；23)，由此工作气体和组合物交换将在位于所述空间(30)中的工作气体和组合物与位于所述容器(50)中的工作气体和组合物之间发生，并且由此所述容器(50)在所述第二阀开口打开时达到与所述空间(30)中存在的压力相同的压力，并且由此增加到所述容器(50)的所述增加的一定量的工作气体和组合物的一部分将在所述容器(50)中经历相变。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述容器(50)包含催化剂，例如盐，以加速所述相变。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀机构(10，20)具有带有多个孔(11，12，13，14)的静止盘(10)和带有多个孔(21，23)的旋转盘(20)，由此所述阀机构在所述旋转盘(20)的所述孔(21，23)与所述静止盘(10)的所述孔(11，12，13，14)重合时打开。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述旋转盘(20)的所述孔(21，23)中的至少一个是不对称孔。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述静止盘的所述孔中的至少一个是不对称孔。
11.根据权利要求8、9和10中任一项所述的装置，其特征在于，驱动单元(40)和驱动杆(42)被布置成使所述旋转盘(20)相对于所述静止盘(10)和所述空间(30)旋转。
12.根据权利要求1至7中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述阀机构(10，20)由两个单独的工作阀部件组成。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述两个单独的工作阀部件被布置成以不对称的方式打开，以便于供应或流出所述工作气体和/或组合物。
14.根据权利要求6至13中的一项或多项所述的装置，其特征在于，第二容器(82)被布置成经由管(81)与所述容器(50)连接，以使所述第二容器(82)、所述管(81)和所述容器(50)包含达到容器(50)中的液位(80)的冷凝物(84)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述容器(50)中的液位(80)与所述第二容器(82)的上表面之间的距离(D1)具有1至100米的尺寸范围，优选为5米。
16.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置，其特征在于，空间(30)具有圆柱体形式、漏斗形式、球形形式或环形形式。
17.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述空间(30)具有沿其长度变化的直径。
18.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述工作气体(33)基本上由空气组成。
19.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述组合物包括气体形式的物质，例如水蒸汽，其能够经历相变而变成水滴。
20.根据权利要求1至18中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述组合物包括能够经历相变而变成液态或固态的空气、甲烷、二氧化碳、丁烷或丙烷。
21.根据权利要求1至18中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述组合物包括能够经历相变而变成固态，例如雪，的液滴。
22.根据权利要求1至18中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述组合物包括处于固态的物质，例如能够经历相变而变成水蒸汽的雪。
23.根据权利要求2至22中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述能量增加装置(32)是隔膜、活塞装置、发动机、盐或减容装置。
24.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述空间(30)包括分隔平面(72)，由此空间(30)沿其长度被分成两个连接部分(30a，30b)。
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