JP5628672B2 - エネルギー変換供給装置 - Google Patents

Description

本発明はエネルギー変換に適応させた構成に関し、さらに詳しくは、振動として構造化され、相互に振動し、限定された空間に集められた、通常空気体積のみから成る気体体積を利用することを目的としたエネルギー変換供給装置に関する。

本発明は、前記空間内の気体体積の振動が、スピーカやピストン装置等は、それに必要なエネルギー供給が非常に限られながらも、圧縮期中に高圧を、減圧期中に低圧をもたらす前提条件を作り出す小型のエネルギー供給装置を使って維持できる、という特徴に基づいている。

さらに詳しくは、本発明は生成された振動による気体圧縮が前記気体体積内の全体または一部で温度を上昇させ、生成された振動による気体減圧が前記気体体積内の全体または一部で温度を低下させるという既知の原理に基づいている。

本発明の基本構造は上記の開示された技術的前提条件に基づいており、これら技術的前提条件は添付の図１a、図１b、図２を併用してさらに詳しく説明され、また図３による実施例からも明らかである。

上記にて開示された技術分野に関する手法、構成、構造、及び構成の本質は、複数の異なる実施例において既知の技術である。

それゆえ、「定在波」は微小なエネルギーを与えることで生成され、それぞれが二つの固定された壁部に関連する定在波の二つの節とともに振動し、そのように生成された定在波は１つまたはそれ以上の最大気体圧縮及び最小気体減圧を節と壁部の間の領域に生成することは既に知られている。

また、そのような振動している定在波は気体分子に異なる分子運動を引き起こすことが知られており、この点について、分子の圧縮は温度の上昇及び内部速度上昇を引き起こし、分子の減圧は温度の低下と内部速度の低下をもたらすことも知られている。

また、そのような圧縮や減圧は振動の１周期の枠組み内で起こるということも以前から知られている。

特許文献１では、液体状の非圧縮性流体で満たされる小室（２）を備える音響共鳴器が記載されている。

さらに、小室（２）は有限音圧振幅において衝撃波が発生しないよう、液体体積内で少なくとも一つの調和振動に自己破壊的干渉を生じさせる幾何学的形状とされている。

小室は両端部が振動波減衰性終端部、あるいは一方の端部が反射性終端部となっている。

駆動装置は小室の振動を、選択した共鳴周波数あるいは小室固有の節に近い周波数にする。

このような場合、駆動機構は小室の開口部、電磁駆動装置の電磁変換機に関してピストン配置の構造とすることができると開示されている。

さらに詳しくは、この出願では流体を用いた熱交換装置が開示されており、圧力の分配と部分的な負圧分配を行なうためにバルブを用いていることが知られている。

特許文献２では音響圧縮機が記載されており、この公開特許出願の内容は純粋に音響に関するものであることから、もっとも関連の深い先行技術と考えられる。

この公開特許出願では特殊な幾何学形状のガス封入共鳴管を利用することが開示されており、その一端（Ａ）には音響増幅器等の振動回路により作動可能な膜が備えられ、共鳴管内に定在波を生成している。

共鳴管のもう一方の端部（Ｂ）は吸入バルブと排出バルブからなるバルブ構造であり、これらのバルブは圧縮のための気体媒質（Ｇ）を取り入れ、取り出しできるよう、制御可能である。

より詳しくは、この先行技術では気体媒質（Ｇ）が冷却材（Ｒ１３４ａまたはＣＯ_２）から成り、共鳴管の長さと周波数を冷却材の音の速度に適応させている。

吸入バルブと排出バルブは冷却材を取り入れ、また取り出すために設置されている。

波形の定在波が凝縮圧力（Ｐｃ）と蒸発圧力（Ｐｅ）の間で、どのように気体圧力（「Ｐ」）を作り出し、どの場所でこの気体圧力が変化し振動するかも記載されている。

特許文献３では吸入口及び排出口を備えた小室を利用することを踏まえたコンプレッサが記載されている。

逆止弁は媒体（液体あるいは空気）を導いて小室から排出のみされることができるよう適応させている。

音波発生装置は金属膜及び磁石のコイルから成る。この音波発生装置はＡＣジェネレータにより導体を介して駆動されるが、必ずしも幅広い周波数スペクトルを示す必要はない。

特許文献４では遷移波を生成する熱機関が記載されており、この機関はモータとしてあるいはヒート・ポンプとして使用できる。

特許文献５では冷却装置内または気化器内のコンプレッサの定在波を用いて稼動するコンプレッサが記載されている。

特許文献６では製氷皿を熱音響により冷却する自動製氷を目的とした構成が記載されている。

本発明を先行技術を踏まえて検討してみると、バルブにより空間内に生成された定常音波を介して、特定の気温において過剰な圧力や負圧の一部を取り出し、それによりモータやヒート・ポンプ等の機械を稼動させるために前提条件を生成することが知られていると確認されるであろう。

この背景に対し、本発明は空間内で集められた振動気体体積を用いたエネルギー変換に適応させた構成に基づいており、その空間内の気体体積の運動は活性化されたエネルギー供給装置により持続され、その振動により発生する気体圧縮が全体あるいは一部の気体体積温度を上昇させ、またその振動により発生した気体減圧が全体あるいは一部の気体体積温度を低下させる。

これ以降、本明細書において以下の語句を使用する。
Ａ「定在波」とは、二つまたはそれ以上の波動運動あるいは波状起伏で形成される波動現象のことであり、これは反対方向に動く運動であり、互いに重複することにより相互に静止及び振幅あるいは振動するように見える波に沿って腹または隆起および節が発生し、最大振幅を腹内に有し、最小振幅を節内に有し、節間の距離は波長の半分である。L = λ/2
Ｂ「第一バルブ手段」は、圧縮期中の空間内で気体体積へ熱エネルギーを供給あるいは気体体積からの取り出し可能とするバルブ装置から成る。
Ｃ「第二バルブ手段」は、減圧期中の空間内で気体体積へ熱エネルギーを供給あるいは気体体積からの取り出し可能とするバルブ装置から成る。
Ｄ「ＡＲＲ装置」は、「音響可逆共鳴器」（Acoustic Reversible Resonator）の要件を満たす構成から成る。
欧州特許出願公開第０５７０１７７号明細書 独国特許出願公開第１９９２４３２２（Ａ１）号明細書 米国特許第５，３５７，７５７号明細書 米国特許第４，１１４，３８０号明細書 米国特許第５，２６３，３４１号明細書 国際公開特許第００３４７２１（Ａ）号明細書

当業者が一つあるいはそれ以上の技術的課題に対する解決策を得るために行なわなければならない技術的考察は、本発明の対象の発展において関連がありそうな以下の技術的課題に鑑み、まず実行する手法あるいは手法の手順に対する必要な洞察力であり、また要求される手法の必要な選択であるという状況を考慮に入れる。

上記最新技術を考慮に入れることで、高効率で多くの利用分野においてガソリンやディーゼルにより駆動するエンジンに取って代わることのできるヒート・エンジンを単純な手段で生み出すのに必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現することを、技術的課題と見なしうるであろう。

上記最新技術を考慮に入れることで、たとえば摂氏１０℃といった、低レベルのカルノー効率（およそ４％）により、わずかな、あるいは極めてわずかな温度差によって作動するヒート・エンジンを単純な手段で生み出し、それにより地方における電気エネルギーの発電についての豊富で無料のエネルギー・フローの利用に必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現することを、技術的課題と見なしうるであろう。

上記最新技術を考慮に入れることで、単純で実質的にメンテナンス・フリーのヒート・ポンプ構成を単純な手段で生み出すのに必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現することを、技術的課題と見なしうるであろう。

上記最新技術を考慮に入れることで、単純なエア・コンディショニング設備を単純な手段で生み出すのに必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現することを、技術的課題と見なしうるであろう。

上記最新技術を考慮に入れることで、エネルギー変換及び空間内で集められた振動気体体積を利用し、その空間内の気体体積の相互振動運動はエネルギー供給装置により持続され、その振動により発生する気体圧縮が全体あるいは一部の気体体積温度を上昇させ、またその振動により発生した気体減圧が全体あるいは一部の気体体積温度を低下させることに適応させた構成において、単純なエネルギー供給と構造でエンジン構成、ヒート・ポンプ構成等を作り出すことが可能なエネルギー変換構成を作り出すための、高い効率及び単純な構造手段の利用に関連するエネルギー変換を生み出すのに必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現することを、技術的課題と見なしうるであろう。

その空間に１つまたはそれ以上のバルブ関連手段を連結するために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。第一バルブ手段はその気体体積の圧縮期中の熱エネルギーを気体体積及び空間へ供給あるいは気体体積及び空間から取り出すことを可能とするべく作動可能であり、さらにその空間に１つまたはそれ以上の第二バルブ手段が連結され、この第二バルブ手段はその気体体積の減圧期において熱エネルギーを気体体積及び空間へ供給あるいは気体体積及び空間から取り出すことが可能できるよう作動可能である。

ヒート・ポンプ装置においてエネルギーを供給しエンジン装置においてエネルギーを取り出すことにより、また膜あるいはその空間で膜として働く装置の振動運動を利用することによりヒート・ポンプあるいはエンジン装置の働きを可能とするべく、同一の空間を適応させるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

定在波に関連する節を形成するべくその空間を形成させるために、あるいは空間を形成する壁部が定在波に二つの節を形成するために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

エネルギー供給のための第二バルブ手段が減圧期中所定の低温時において最低圧力で熱源から多量のエネルギーを供給し、また圧縮期において第一バルブ手段を介して熱の消費部へエネルギーを供給するよう適応させるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

圧縮期において第一バルブ手段がより高い温度の熱源からエネルギーを供給し、第二バルブ手段を介して、また所定の減圧期に低い温度でのエネルギー射出するよう適応させるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

第一バルブ手段及び第二バルブ手段がエネルギーの供給や取り出しを同時作動により行なうよう適応させる、あるいは所定の制御手段を備えた制御装置が第一バルブ手段及び第二バルブ手段を同一の相互に別個の時間間隔で作動させるよう適応させるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

端部が反射／節割当壁部として密閉され、必要な共鳴効果と反射効果を考慮に入れたトーラスに対応した形状または球面に対応した形状で、その空間が共鳴周波数に対応した管状断面に形成されるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

第一バルブ手段となる第一バルブ機構が最大圧力が発生すると思われる領域内に配置されるため、あるいは減圧期中に冷気流が最小圧力時及び一時的にその近辺において空間を経由して供給され取り出されるよう第二バルブ手段となる第二バルブ機構が最小圧力が発生すると思われる領域内に配置されるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

制御装置がその備える制御手段で一つまたはそれ以上のバルブ手段を作動させるべく適応させるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

第二バルブ手段となる第二バルブ機構が最小圧力が発生すると思われる領域内に配置されるため、あるいは圧縮期中に暖気流が最大圧力時及び一時的にその近辺において空間を経由して供給され取り出されるよう第一バルブ手段となる第一バルブ機構が最大圧力が発生すると思われる領域内に配置されるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

バルブ機構が互いに直交し、さらに高速で大量の気体流に適した寸法とするために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

制御装置の制御手段を経由するといった調整により強力な気体流の利用を生み出す前提条件を作り出すことができるように適応させた、使用されているバルブ機構の開時間中の位相差を制御装置内の回路を経由して提供できるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

圧縮期及び減圧期が、相互方向の移動運動がエネルギー変換を発生させ提供することができるように適応された膜を移動させられるように適応させるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

空間内の気体体積に単純でエネルギー効率のよい手段によって振動共鳴周波数が与えられるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

音響可逆共鳴器、つまりＡＲＲ装置が高圧高温の気体や空気を運ぶホット・ループに連結された対向するバルブ機構を有するブロックとして構造化されるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

大気圧等の低圧や低温の気体や空気を運ぶコールド・ループに連結された、さらに対向するバルブ構成のブロックに連結できるために必要な技術的手段に関する利点及び考察の重要性を実現する上で技術的課題が存在する。

このような場合、本発明では導入部として開示済みの先行技術をその出発点とする。
そこでは空間内に集められた振動気体体積を利用するエネルギー変換に適応させた構成とされ、空間内における共鳴条件下での気体分子の相互振動運動がエネルギー供給装置によって持続され、その装置は共鳴振動により発生する気体圧縮は気体体積の全体または一部における温度上昇をもたらし、共鳴振動により発生する気体減圧は気体体積の全体または一部における温度低下をもたらすという既知の原理に基づいている。

１つあるいはそれ以上の上記技術的課題を解決するため、本発明は特に以下の開示をしている。先行技術は１つあるいはそれ以上の第一バルブ手段が空間に連結されるという特長で補足され、その第一バルブ手段はその気体体積の圧縮期中、空間内の気体体積への熱エネルギー供給または気体体積からの熱エネルギーの取り出しを可能とするために作動される。また、１つあるいはそれ以上の第二バルブ手段が空間に連結されるという特長で補足され、その第二バルブ手段はその気体体積の減圧期中、空間内の気体体積への熱エネルギー供給または気体体積からの熱エネルギーの取り出しを可能とするために作動される。

実施例にて提案しているとおり、本発明の基本概念の範囲内で、同一の空間がヒート・ポンプあるいはエンジン装置の機能を実行可能に適応させていることがさらに開示されている。そこでは空間内で膜または膜として機能する装置の動きを介し、ヒート・ポンプ装置においてはエネルギーが供給され、エンジン装置においてはエネルギーが取り出される。

その空間は定在波に関する節により形成され、あるいは空間を形成する壁部は定在波に二つの節を形成するという点がさらに開示されている。

さらに、本発明では、エネルギー供給のための第二バルブ手段が最低圧力において減圧期中の所定の低温時に、熱源から大量のエネルギーを供給できるように適応させており、また圧縮期においては第一バルブ手段を介して熱の消費部へのエネルギー供給を可能とするよう適応させていることが開示されている。

さらに、第一バルブ手段が圧縮期において、高温時に熱源からエネルギーを供給し、第二バルブ手段を介して低温レベル時のエネルギー放出をするよう適応させている。

第一バルブ手段及び第二バルブ手段は一回の同時作動を介してエネルギーの供給及び取り出しを行なうよう同時に適応させている。

さらに、所定の制御手段を備えた制御装置は、第一バルブ手段及び第二バルブ手段を同一のまたは互いに別個の時間間隔内で作動させるよう適応させている。

空間は好ましくは、各周期に少量のエネルギーで音響エネルギーが集積できるよう前提条件が整えられた、波反射壁部としての密封された両端部を有する長円筒状断面形状とするが、トーラス形状等としてもよい。

さらに、第一バルブ手段となる第一バルブ機構は最大圧力が予想される領域に配置され、あるいは、第二バルブ手段となる第二バルブ機構は最小圧力が予想される領域に配置され、減圧期中に冷気流が最小圧力時及び一時的にはその近辺において空間を経由して供給されることが開示されている。

第二バルブ手段となる第二バルブ機構は最小圧力が予想される領域に配置され、あるいは、第一バルブ手段となる第一バルブ機構は最大圧力が予想される領域に配置され、圧縮期中に暖気流が最大圧力時及び一時的にはその近辺において空間を経由して供給されることが開示されている。

さらに、バルブ機構は好ましくは互いに直交しているという点が提案されている。

適応され良く形成された、二つのバルブ機構の開時間中の選択された位相差は、例えば制御装置等によって、強力な空気流を作り出すために適応させている。

さらに詳しくは、本発明はブロックとして形成され、対向するバルブ機構が高圧高温の気体または空気を運ぶホット・ループに連結可能な音響可逆共鳴器の構造を開示している。

さらに大気圧のように低圧、低温の気体あるいは空気を運ぶコールド・ループに連結された対向するバルブ構造は、ブロックに接続することができる。

主に本発明の特徴と見なされる利点及びそこで開示される特に意味のある特徴は、第一バルブ手段が空間に連結され、そこで第一バルブ手段は気体体積の圧縮期中に温度エネルギーをその空間に供給またはその空間から取り出すために制御装置内の回路により制御可能に作動可能であり、さらに第二バルブ手段がその空間に連結され、そこで第二バルブ手段は気体体積の減圧期中に温度エネルギーをその空間に供給またはその空間から取り出すために制御装置内の回路により制御可能に作動可能であるという前提条件を設定するために、空間内に集積された振動気体体積の利用中のエネルギー変換に適応させた構成において、相互方向共鳴に適応させた空間内の気体体積の振動運動はエネルギー供給装置により持続され、振動によって発生する気体圧縮はその気体体積内全体または一部で温度上昇をもたらし、振動により発生する気体減圧はその気体体積内全体または一部で温度低下をもたらす、という前提条件が設定されたということである。

主に本発明の特徴と見なされるものは、添付の請求項１の構成要件で開示されている。

はじめに、以下の実施例案の記述については、本発明に関する有意な特徴を示し、また添付図面の各図において明確化されており、主に発明のコンセプトを明確化するために言葉や専門用語を選択している点を強調しておく。

ただし、本文脈において選択された表現はその選択され使われた言葉のみに限定されるものではなく、選択された言葉は同一あるいは略同一の目的あるいは技術的効果を実現するために同一あるいは略同一に機能する技術的に同等なすべてのものを包含すると理解されたい。

添付の図１a、図１b、及び図２の三種の図、さらに図３に関し、本発明の略図及び基本的前提条件が示されており、提示する実施例及び図３乃至９を参照する以下の記述でさらに詳細が記載されることで本発明に関する有意な特性に具体的な形が与えられている。

本発明の基本的前提条件は図１a、図１b、図２、また図３において記載されている。

図１aは複合波「Ｖ３」が対向する２枚の壁部１、２の間で反射された発生波「Ｖ１」及び反射波「Ｖ２」によりいかに形成され得るかを示す。この曲線は「ガス移動」を表し、これはガス分子の標準的な共鳴に関する平衡状態からの移動を表している。

図１bは気体内の圧力に関連する「空気移動」を示す複合波１が破線２によってどのように現されるかを示している。

領域５は高圧のため分子間の距離が近く、温度が高いことを示し、低圧で気体分子間距離が離れた領域６は、温度が低いことを示している。

「空気移動」の節は圧力の腹を構成し、標準的な共鳴に関してはその逆である。

上記にて考察した圧縮効果及び減圧効果は各周期に当てはまる。

図１bはまた例として、筒の一端が閉鎖３されており、筒のもう一端は開放されている。開放された一端において、破線の圧力曲線２は節を形成し、閉鎖された一端において圧力曲線は腹を構成していることを示している。

当業者であれば、ピストンとしてのスピーカを様々な場所、筒の内部または開口端内のどちらにでも配置できることは明らかである。

最良の効果は、「空気移動」が最大時、つまり実線グラフ１の隆起部において得られると考えられる。

図２は、２a、２b、２cにおいて、第一定在波１及び圧力上昇及び熱上昇に当てはまり第一定在波１に関連する分子運動５、あるいは圧力低下及び熱低下に当てはまる分子運動６を示す。

また図２は定在波内の圧力をグラフ２として示す。

図２bは２aと２cとの中間位置を示し、圧力は一定で分子はより均一に分布している。

図２cは一つの周期間に、上昇した圧力が一方の壁部から他方へどのように移動され、また元に戻るかを示す。

図３は第一定在波「Ｖ４」を使用する本発明の使用概略図である。

本発明による構成８はバルブ手段５及びスピーカとして記載された相互に変位する膜６を示し、形成された空間７内における共鳴周波数により定在波を生成する。

図３は決められた共鳴周波数に適応させた空間７内で振動する気体体積１７を利用してエネルギー変換に適応させた構成８を示し、空間７内の気体体積の相互振動運動はスピーカ装置９の形態をとるエネルギー供給装置９により継続され、振動により起こる気体圧縮は気体体積１７のすべてあるいは一部の温度上昇を起こさせ、振動により起こる気体減圧は気体体積１７のすべてあるいは一部の温度低下を起こさせる。

空間７には一つあるいはそれ以上の第一バルブ手段５が連結され、その第一バルブ手段５は制御装置１０により制御可能に作動されることで気体体積１７の圧縮期５の間に気体から生み出された熱エネルギーを空間７に供給、あるいは空間７から取り出す。

さらに、空間７には一つあるいはそれ以上の第二バルブ手段１５が連結され、その第二バルブ手段１５は制御装置１０により制御可能に作動されることで気体体積１７の減圧期６の間に気体から生み出された熱エネルギーを空間７に供給、あるいは空間７から取り出す。

制御装置１０は一つあるいはそれ以上の制御手段を備え、内部回路により第一バルブ手段５及び第二バルブ手段１５を非常に短く相互に別個の時間間隔内で作動させる。理想的には５０Ｈｚの繰り返し周波数による。

空間７は、図３の実施例が示すとおり、長円で中空の円筒形で密封された端部１２、１３を有する筒部１１の形態とされ、筒部及び共に利用する端部の構造及び寸法は共鳴周波数、例えば５０Ｈｚに適応させているが、トーラスまたは対応する形状とすることもでき、必要なバルブ関連手段５、１５のために必要な開口部を設けることもできる。

さらに詳しくは、記載された実施例において、第一バルブ手段５である第一バルブ機構は長円筒部１１の端部に配置され、制御装置１０によって圧縮期の間最大圧力時あるいは一時的にその近辺で暖気流が空間７に供給されるよう作動される。

第二バルブ手段１５である第二バルブ機構は長円筒部１１の端部に配置され、制御装置１０によって減圧期の間最小圧力時あるいは一時的にその近辺で冷気流が空間７に供給されるよう作動される。

本出願におけるこれらバルブ機構５及び１５は、好ましくは互いに直交する関係にあり、５と５´、１５と１５´が正反対の位置に配置される。

バルブ機構５及び１５の開時間の間の位相差は強力な空気流を発生させることができるよう、例えば制御装置１０内の回路構成によりそれぞれ適応させる。

低温作動時（例えば１０℃以下）等において、選択された空気流はおよそ毎秒１乃至５立方メートルほどの大きさに適応させる。

バルブ機構５及び１５は表面に模様を有し、大きな開口面を備えて、例えば空気流速が秒速４ｍ乃至８ｍ時に１／５平方ｍ等に適応させている。

圧縮期及び減圧期は弾性膜６あるいは従来型のクランク・ギア付きピストンを移動させるために適応させており、その移動運動はエネルギー変換に適応させている。

さらに詳しくは、エネルギーは空間７及び膜６の変位へ供給されることで圧縮期中に数百℃の熱が発生することが開示されている。

エネルギーはまた、空間７及び膜６の変位から転換されることで減圧期中にマイナス温度を発生させることもできる。

制御装置１０は筒部１１内等で相互方向に向け、共鳴周波数に適応させたピストン運動（図示しない）を作動させるように適応させることもできる。

気体体積１７は空間７内にあるために「振動」共鳴周波数が与えられる。

上記装置または構成８は音響可逆共鳴器、「ＡＲＲ装置」と称され、ブロック１８として構築されており、低圧低温の気体または空気を運ぶコールド・ループに連結された対向する第二バルブ機構１５、１５´を備えている。

ブロック１８にはさらに対向する第一バルブ機構５、５´が連結され、これらは大気圧を超えるような高圧及び高温の気体や空気を運ぶホット・ループに連結されている。

本発明の実際の利用について以下にさらなる詳細を述べる。ここで、図４は「ＡＲＲ装置」１８と呼ばれる音響可逆共鳴器のブロック構造を示す概略図であり、図５は「ＡＲＲ装置」１８を利用したヒート・ポンプ設備が第一実施例として示されている。

図６は高温での利用に適応させたエンジン構成を示し、図７は低温での利用に適応させたエンジン構成を示し、図８は一つに組み合わされたエンジン構成及びヒート・ポンプ装置を示す。

図３の筒１１上にあり制御装置１０により作動される第二バルブ機構１５、１５´は最小圧力時に冷気流が確実に流れるよう開き、筒１１上で直交し制御装置１０により作動される第一バルブ機構５、５´は最大圧力時に暖気流が確実に流れるよう開く。

ここではファンは必要なく、単に強力な空気流を起こす前提条件を作り出すためにバルブが開く際、わずかな位相差が発生する。

実施されたシミュレーションでは、低温作動時には例えば毎秒数立方メートルといった非常に大量の空気流が必要であることが示されている。そのため、バルブ機構５、５´及び１５、１５´は非常に大きな開口及び閉鎖可能な表面積を有する必要がある（主として流速毎秒５メートル時におよそ５分の１平方メートル）。高温作動時には、大幅に小さな開口面が問題となる。

図５は仮定の条件を示し、冬の気温がマイナス２０℃であっても図５に示した他の温度関連事象は発生することを示す。

エネルギー・ルーフを利用し、冬の弱い日差しの下で屋外のエネルギー・ルーフの温度は全域に渡り５℃となる。この温度の空気は下方の「ＡＲＲ装置」１８に送られ、そこで冷やされて開放される。

暖回路内で「ＡＲＲ装置」１８は３０℃の空気を供給し、その温度が伝わって建物を暖める。

建物が暖まると、この空気温度は２２℃に下がり、「ＡＲＲ装置」１８の暖回路へと再循環され、再度電力が供給される。

エネルギー・ルーフが空気を予熱し、「ＡＲＲ装置」１８がほぼ摩擦なしで作動することから、目標は２４時間周期の中の大部分で温度条件が数値１０を超えることである。

図６は高温エンジンとして作動する「ＡＲＲ装置」を示す。

暖回路はどのような燃料でも利用可能である。熱エネルギーは暖回路内全体で発生するが、スターリング・エンジンにあっては外部でも熱が発生する（熱交換）。ここは高温及び非常に高い過剰圧力（およそ１０乃至２０気圧）となる。

過剰圧力の下で燃焼熱エネルギーを作り出す際の利点は、湿ったおがくず等でも燃焼させることができることにある。

完全燃焼させるには、熱エネルギーを生み出す行程中に緩やかな空気の流れが必要である。酸素を有する供給空気は高い分圧を有し、これもまた求められる完全燃焼に寄与する。

ディーゼル・オイルが燃料として用いられる場合、燃焼が高温、高圧及び長時間に及ぶため、すす粒子の発生が回避できる。

そこでは非常に薄い混合比率が好まれる（極度の空気余剰）。

この薄い混合比率と高圧縮という要因により、使用する燃料の種類に係らず非常に高い効率（例えば４０％まで）へと道が開かれるものである。

エンジン装置を建物のボイラーとして利用すると、建物はその排気ガスで暖められることとなる。

少なからぬ電力（例えば５ｋＷ）も発生させることができ、家庭で使用したり電力供給会社へ売ることもできる。

どの製材所、農場等でも、相当な量の電気エネルギーを環境廃材から生み出すことができる。その灰はまたその土地に還元することができる。

図７は「ＡＲＲ装置」１８が低温エンジンとして稼動する利用例を示す。この実施例は、年間どの季節においても、１０℃あるいはいそれ以上の温度差を利用することができるという特徴に基づいたものである。この実施例においては、太陽に照らされる屋根と照らされない屋根の間に利用可能な温度差があると仮定している。代わりに、温泉保養地、外気、湖等を温度源として利用することもできる。

矢印Ｐ１は暖から冷へのエネルギーの流れを表している。

「ＡＲＲ装置」１８は、よく知られるカルノーの効率式「(T2-T1)/T2」によりこのエネルギーの最大約４％を電力へと変換することができる。

これは、太陽電池から得られる電力（１５％）と比較すると確かに低効率であるが、その一方、屋根は表面積が大きくエネルギーの流れはコストが一切かからない。

本発明の原理による「ＡＲＲ装置」１８は冬場の夜等でも稼動するが、一方太陽電池は実際のところ夏場の太陽光を必要とする。

この方法では、少量の電力を発生させることができる（例えば、５００Ｗ）。

これを非常に高い温度条件を有するヒート・ポンプに組み合わせると、５００Ｗで家一軒に熱を供給することができる。

１０に精選された温度条件において、この使用例におけるヒート・ポンプからの発生仕事率は５ｋＷである。

図８はエンジン装置とヒート・ポンプの組み合わせを示す。

ここにおいて「ＡＲＲ装置」１８は適切に選択された温度差から電力を生み出す。

もう一つの「ＡＲＲ装置」１８´はエネルギー・ルーフからの余剰温度を利用して非常に高い温度条件のヒート・ポンプを構成する。

「ＡＲＲ装置」１８をまとめると、本発明は、適確なタイミングで異なる温度を供給することで、発生した音波は増幅され、膜６の変位あるいは他の発生した運動から電気エネルギーを取り出すことができる、という原理に基づいている。

それに応じて、エネルギーは適確な周波数において膜６に供給されるという点から、音波は増幅可能である。

このエネルギーはそれ自身を強力な振動として表し、数百℃から最低氷点下１０℃までの温度の急変を有している。

バルブ５、５´および１５、１５´を適応させた適確なタイミングに開くことで熱を取り出し（ヒート・ポンプ）、あるいは冷気を発生（冷却装置）させることができる。

この構造は本来ピストンシリンダ装置のピストンと同じ効果を有し、ピストンが使用されるところであればどこででも利用可能である。唯一の違いは、気体中の共鳴に関する物理法則を用いて自発的圧縮／減圧を発生させることである。例えばディーゼル・エンジンにおいては、重いピストンはディーゼル圧縮を得るために１００ｍｍ移動する必要がある。本発明によれば、同じ圧縮圧力を得るには１ｍｍの膜変位で十分である。

よって、気体体積１７に空間７内の共鳴を与えるため、及びディーゼル・エンジンに適用される圧縮値に対応する圧縮値を重いピストンやクランクシャフトを使うことなく達成するためには、最小の移動があればよい。

ピストンと、シリンダ壁やその他の部品との摩擦がないことで、「ＡＲＲ装置」には非常に高い効率がもたらされる。

単に、比較的弱い振動としてのエネルギーを共鳴に与え、最大圧縮時に正確なタイミングで熱を与えることが必要である。これにより音響波は増幅され、その際同じその膜６を使って有用な仕事を取り出すことができる（スピーカの原理だが、それを上回る非常に大きな出力）。

この目的は、より高い効率、並びにより単純なデザイン及び構造を達成することにある。

この同じ「ＡＲＲ装置」が数多くの異なる機能を実現し、損失のないデザインや構造の結果として、非常にごくわずかな温度差から電力を取り出すことが可能である。（従来のピストン駆動のエンジンは摩擦によって有益な力をすべて損失してしまい、このことでこれまで１０℃の温度差に適応させたカルノー・エンジンは不可能であると考えられてきた理由が説明される。）

同様に、この装置は熱条件１０以下（<10）のわずかな温度上昇で熱を送り出すことが可能である。

本発明はエンジン、ヒート・ポンプ、それら二つの無段階組み合わせ、エアコン、冷却剤一式、冷蔵庫、コンプレッサ及びバキューム・ポンプとして使用されることを意図している。

本発明は特に、空間７内外で膜６または膜として機能する装置の運動によりエネルギーがヒート・ポンプ装置内で供給され、エンジン装置内でエネルギーが取り出されることから、ヒート・ポンプまたはエンジン装置、あるいは両方の機能を同時に実現するために、同一の空間が適応させ得ることを開示している。

この空間は定在波の節により形成され、空間の形成壁部１２、１３が定在波の二つの節を形成している。

供給あるいはエネルギーのための第二バルブ手段は、減圧期中に割り当てられた低温で熱源からの多くのエネルギーを供給できるよう最低圧力で適応させており、また圧縮期においては第一バルブ手段を経由して熱の消費部へエネルギーを供給できるよう適応させている。

第一バルブ手段は低温状態で第二バルブ手段及び割り当てられた減圧期を経由してエネルギーを放つために、圧縮期においてより高温の熱源からのエネルギーを供給するべく適応させている。

図９において、第一バルブ手段５及び第二バルブ手段１５は同時動作を介してエネルギーの供給及び取り出しを発生させるべく、同時に適応させている。

制御装置は設定された制御手段を備え、第一バルブ手段５及び第二バルブ手段１５を同時または相互に別個の時間間隔で作動されるよう適応させている。

図９aには、図３に記載された実施例に関連して、固定された壁部１１２、１１３並びに「ガス移動」に関するグラフ１及び圧力に関する破線２を表す一つの周期を有し、減圧用バルブ５に関する部分及び圧縮用バルブ１５に関する部分を有する筒４及び筒１１１が示されている

図３のように長筒１１１の２倍の長さを持つことで、ある周波数の定在波内で二つの隆起が発生する。この実施例において、バルブ５、１５はどちらも同時に開くことができ、高圧高温時には一方のバルブ５のみ、低圧低温時にはもう一方のバルブ１５のみが開く。この実施例では、二つのピストンやスピーカの膜も考えられる。その場合には、図３に記載されるバルブ機構の直交配列は必要ない。

図９bはヒート・ポンプ装置における図９aに準じた構成を示し、図９cはエンジン装置における構成を示す。

図９bは温度が１０℃の景観資源（例えば湖）の寒さを利用することを示すものである。この温度は３０℃まで上げることができる。このような場合、電気エネルギーが必要で、Ｗ１＋Ｗ２＝Ｗ３である。図９b及び図９cのこれら数字は単に例を示すためのものである。

エネルギー・ルーフ（昼光３０℃）から熱エネルギーＷ３を取り出して１０℃を保つエネルギーＷ２で湖を温めることで、カルノーの効率式(T2-T1)/T2はこの場合６．６％の効率または約６６０Ｗの電力を可能とする。ここでもこれら数字は単に例を示すためのものである。

本発明はこれまで述べた例示目的の実施例に限定されることなく、添付の請求項において記載される発明の概念の範囲から逸脱することなく改変を加えることができる。

特に、それぞれの記載された装置や回路は、希望する技術的機能を実現するために、他のどの記載された装置や回路とも組み合わせることが可能である。

本発明の基本となる前提条件及びここで提案する本発明についての主な特徴を示す一つの実施例は、例示の目的で、添付の図面を用いて以下にその詳細を記載する。
反射により発生した振動運動がどのように反射波、さらには複合波構造を形成するかを示す図であって複合波構造は共鳴に関連し定在波構造を形成し、本発明において使用される。 壁部３を有する閉鎖筐体４、７内の空間の異なる部位で波２がいかにして圧力増加５及び圧力減少６をもたらすかを示す。 そのような定在波２及びそれに関連する分子運動の三つの異なるシーケンスを示し、圧力上昇５に対応する隆起内での温度上昇、及び対応する温度低下を有する節に隣接した対応する圧力減少６を示す。 本発明の原理に従って作動するバルブ及び膜を概略的に表した空間７内の定在波を示す。 はそのような共鳴器の基本的実施例と同じく、「ＡＲＲ装置」と称される音響可逆共鳴器の構造ブロックの略図を示す。 一つの実施例案を示しており、図４の「ＡＲＲ装置」を利用してヒート・ポンプ設備を構成している。 は高温での利用に適したエンジン構成を示す。 は低温での利用に適したエンジン構成を示す。 はエンジン構成及びヒート・ポンプ装置あるいはヒート・ポンプ設備の組み合わせ例を示す。 は本構成の別の実施例における三つの異なる状況を示す。

５ 第一バルブ手段 １２ 端部
６ 膜 １３ 端部
７ 空間 １５ 第二バルブ手段
９ エネルギー供給装置 １７ 振動気体容積
１０ 制御装置
１１ 筒部

Claims (13)

1. 形成された空間（７）内における共鳴周波数により定在波を生成するために、振動気体容積（１７）は、前記空間（７）内に集められ、
   前記空間内でエネルギー供給装置（９）によって維持される相互振動運動を与えられた気体分子を有し、前記空間（７）の振動気体容積（１７）により与えられた気体圧縮は、前記気体容積（１７）の全体または一部の温度上昇を発生させ、前記空間（７）の振動気体容積（１７）により与えられた気体減圧は、前記気体容積（１７）の全体または一部の温度低下を発生させ、
   前記空間（７）に一つあるいはそれ以上のバルブが連結されたエネルギー変換用の音響可逆共鳴器（８）において、
   少なくとも２つの第一バルブ（５）は、上記空間（７）の第１の端領域において互いに正反対に配置されてホットループと連結し、高圧、高温下で気体を搬送し、前記第一バルブ（５）は、前記振動気体容積（１７）の圧縮期中に、前記空間（７）内の前記振動気体容積へ熱エネルギーを供給、または前記振動気体容積から熱エネルギーを取り出すように形成され、
   さらに、前記空間（７）には、少なくとも２つの第二バルブ（１５）が連結され、前記第二バルブ（１５）は、上記空間（７）の第２の端領域において互いに正反対に配置されてコールドループと連結し、低圧、低温下で気体を搬送し、前記第二バルブ（１５）は、前記振動気体容積の減圧期中に、前記空間内の前記振動気体容積へ熱エネルギーを供給、または前記振動気体容積から熱エネルギーを取り出すように形成され、
   前記第一及び第二のバルブは、互いに略９０度に配置され、
   圧縮期において、前記第一バルブ（５）は、減圧期中に前記第二バルブ（１５）を介して低温時にエネルギーを放射するために、高温時に熱源からエネルギーを供給するように形成され、
   そして／あるいは、
   エネルギーの供給の為、前記第二バルブ（１５）は、減圧期中の最低圧力時で所定の低温時に、熱源から大量のエネルギーを供給し、圧縮期において前記第一バルブ（５）を介して熱消費部へエネルギーを供給するように形成されている、
   ことを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
2. 請求項１の音響可逆共鳴器において、同一の空間（７）は、ヒート・ポンプまたはエンジン装置の機能を実行できるように形成され、前記空間（７）内で膜として機能する装置あるいは膜（６）の運動によって、ヒート・ポンプ装置として適用される場合には、エネルギーが供給され、エンジン装置として適用される場合には、エネルギーが取り出されることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
3. 請求項１の音響可逆共鳴器において、前記空間（７）には定在波による節が形成されていることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
4. 請求項２または３の音響可逆共鳴器において、前記空間（７）の形成壁部は、定在波の少なくとも二つの節を形成することを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
5. 請求項１または３の音響可逆共鳴器において、第一バルブ（５）及び第二バルブ（１５）は、同時に作動することでエネルギーの供給あるいは取り出しを行なうように形成されていることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
6. 請求項１の音響可逆共鳴器において、該音響可逆共鳴器は、さらに、前記第一バルブ（５）及び／或いは前記第二バルブ（１５）を同一あるいは相互に別個の時間間隔で作動させるように形成された制御装置（１０）からなることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
7. 請求項１の音響可逆共鳴器において、前記空間（７）は、密封された端部（１２,１３）を有する筒断面（１１）の形状、円環面の形状、あるいはその他のそれに対応する構造を有し、そこにおいて、各個別周期において少量のエネルギーを供給することにより、音響エネルギーを蓄積するための事前調整が行われることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
8. 請求項１の音響可逆共鳴器において、前記第一バルブ（５）としての第一バルブ機構（５´）が、最大圧力が予想される領域内に配置され、或いは、その代わりに、第二バルブ（１５）としての第二バルブ機構（１５´）が、最小圧力が予想される領域内に配置され、減圧期中に、冷気流が、時間的に最小圧力の近辺において、空間（７）を経由して供給されることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
9. 請求項１の音響可逆共鳴器において、該音響可逆共鳴器は、さらに、前記第一および／あるいは第二のバルブ（５,１５）を作動させるように形成された制御装置（１０）からなることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
10. 請求項１の音響可逆共鳴器において、前記第二バルブ（１５）としての第二バルブ機構（１５´）が、最小圧力が予想される領域内に配置され、或いは、その代わりに、前記第一バルブ（５）としての第一バルブ機構（５´）が、最大圧力が予想される領域内に配置され、圧縮期中に、暖気流が、時間的に最大圧力の近辺において、空間（７）を経由して供給されることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
11. 請求項１の音響可逆共鳴器において、第一及び第二バルブ（５，１５）の選択された開時間の間の位相差は、強力な気体流を発生させるために、制御装置（１０）及びそれが有する制御手段により、制御されることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
12. 請求項１の音響可逆共鳴器において、膜（６）及び／或いは膜として機能する装置は、音響振動を持続させて振動気体体積（１７）に音響エネルギーを供給する、或いは振動気体体積（１７）から音響エネルギーを取り出す、ように形成されていることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
13. 請求項１の音響可逆共鳴器において、該音響可逆共鳴器は、前記空間（７）及び関連する第一及び第二バルブ（５,１５）を包含するように形成され、ブロック（１８）として構成されていることを特徴とするエネルギー変換用の音響可逆共鳴器であるエネルギー変換供給装置。
    

Images