KR20110102354A - 음향 위상 변환 장치 - Google Patents

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벵트 오벨리우스
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피코텀 에이비
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Abstract

위상 변환 방법 및 장치(100)를 제공한다. 이 장치는 작동 가스(33)를 포함하는 공간(30)을 가지고 발생된 정상 음파를 포함하도록 배치되는데, 부가 및 소비 파동 에너지의 합이 제로 이상이 되도록 상기 음파가 발생된다. 또한, 이 장치는 공간(30) 내부에 적어도 한 가지 물질로 이루어진 조성물 또는 작동 가스의 일정량을 제공 및 배출하기 위한 밸브 기구(10, 20)를 포함하고 발생된 음파와 동기 작용하도록 배치된다. 발생된 음파는, 작동 가스 또는 조성물의 압력 및 온도를 변화시켜서, 가스 압축은 온도 상승을 일으키고 가스 감압은 온도 감소를 일으키며, 압력 및 온도 변화에 의해 상 변화가 이루어진다.

Description

음향 위상 변환 장치{ARRANGEMENT FOR ACOUSTICAL PHASE CONVERSION}
본 발명은 음향 위상 변환 장치에 관한 것이다.
강력한 음파는 압력 변화를 보여주고 음파는 항상 단열적이므로, 즉 열이 부가되거나 제거되지 않기 때문에, 압력 변화를 수반하는 온도 변화가 항상 존재한다는 것은 알려져 있다. 이것은, 높은 압력이 높은 온도를 제공하고 낮은 압력은 낮은 온도를 제공한다는 것을 의미한다. 온도와 압력 사이의 관계는 다른 방식으로 나타낼 수 있다. 일례로서, 산을 오를 때, 온도와 압력은 거의 동일한 방식과 비슷한 크기로 떨어진다.
또한, 따뜻한 공기가 산에서 상승하고 냉각될 때 비구름이 생성된다는 것도 알려져 있다. 동일하게, 비구름은 음파로 형성할 수 있다. 한 가지 차이점은, 모두 작은 치수의 튜브 내에서, 산으로 상승하는데 장시간이 걸리지만, 음파는 300 미터 높이에 해당하는 산을 오르내리는데 초당 200회 왕복할 수 있다는 것이다. 따라서, 이런 조건하에 다른 가스와 증기가 튜브 내에서 응축될 수 있다. 주로, 공기로부터 물의 추출에 관련되지만, 이 기술을 이용하여 예를 들어 메탄과 이산화탄소를 응축시킬 수 있다.
공기의 밀도는 대기압에서 대략 1.33kg/m3이고 도 10에 나타낸 공기는 4-30 그램의 물을 함유한다. 물을 추출하는 곳으로 따뜻한 나라의 해안 지대가 선호된다. 해안 지대의 공기 온도가 25℃이고 공기가 해양 표면 바로 위에 포화된다면, 1.33m3의 공기 내에 약 20g의 물이 있다. 해수의 탈염 과정은 많은 에너지를 요구하는데, 왜냐하면 증발 잠열이 0.55kw-hr/kg에 해당하는 2.27Mega-joules/kg이기 때문이다. 여기에 염(salt)과 물의 결합 에너지를 더해야 한다. 3.45%의 염분을 가지는 해수로부터 물을 분리할 때 이론적으로 0.86kw-hr/m3이 필요하다.
오늘날, 증류와 삼투 현상을 이용한 해수의 탈염 과정에 의해 물을 대규모로 생산한다. 실제 산업적 생산은 이론값보다 5 내지 30배 많은 에너지를 필요로 한다.
유전으로부터 천연 가스는 약 87% 정도의 메탄을 포함한다. 메탄은 매우 가벼운 가스이므로 배나 열차로 수송하는 것은 어렵다. 파이프라인이 있는 곳에서 천연 가스가 사용될 수 있고, 그렇지 않다면 천연 가스는 타 버리거나 낭비될 수 있다. 저비용으로 메탄이 액상 형태로 변환될 수 있다면, 이것은 유전으로부터 훨씬 더 많은 메탄이 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 농부들은 거름이나 그 밖의 생물학적 폐기물로부터 메탄을 생산할 수 있는 많은 기회를 가진다. 액상 형태로 간단한 변환은, 각 농장이 수익을 높일 수 있고 CO2-중립 연료를 생성할 있다는 것을 의미한다. 이러한 움직임은, 대기로 메탄의 누출을 방지하므로, 온실 효과를 강력하게 줄일 수 있다.
1997년에, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하기 위해서 처음 열-음향 유닛이 사용되었다. 이 공지된 열-음향 유닛은 스택(stack)의 각 단부에 차가운 열 교환기와 따뜻한 열 교환기를 구비한 열-음향 스택을 포함한다. 이 열-음향 유닛은 다층 높이이고 2 킬로와트의 냉각 효과를 가진다. 이것은 또한 냉각 매체로서 헬륨을 사용하고 35%의 천연 가스가 대형 버너 내부의 유닛을 상부에서 구동하는데 사용된다. 따라서, 65%의 가스만 LNG로 응축된다.
스택을 기초로 한 열-음향 시스템에서, 공진 튜브는 여러 개의 작은 평행 채널 또는 판으로 이루어진 열 스택을 포함하는데, 이 채널 또는 판은 높은 압력에서 진동 가스로 열이 공급되고 낮은 압력에서 열이 제거되도록 스택을 통하여 압력 및 속도가 변한다. 또한, 스택은 일 단부에 작동 가스가 열을 흡수하는 차가운 열 교환기를 포함하고, 타 단부에 작동 가스가 열을 전달하는 따뜻한 열 교환기를 포함한다.
스택을 기초로 한 열-음향 장치는, 스택이 넓은 표면적을 가져야 하고 얇은 열 교환 물질로 만들어져야 한다는 단점이 있다. 이 기술은, 특히 높은 온도 및 큰 압력 변화가 수반되는 곳에서 신뢰성에 영향을 미치지 않으면서 수십 년에 걸쳐서 발전되어 왔다. 스택을 기초로 한 열-음향 장치의 다른 단점은, 작동 매체로서 수소 또는 헬륨을 자주 사용하는데 이 가스들은 확실하게 밀폐된 시스템에서도 소실되는 경향이 있다는 문제점은 알려져 있다. 세 번째 단점은, 스택이 파동을 감쇠시킨다는 것이다.
본 발명은, 예를 들어 액체 물질이 가스로부터 추출될 수 있는, 상 변화 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 일 장치는, 차례로 작동 가스를 포함하고 발생된 정지파 또는 진행파를 포함하도록 배치된 볼륨을 가지는데, 상기 정지파 또는 진행파는, 부가된 유효 에너지와 낭비 에너지의 합이 제로 이상일 때 발생된다. 또한, 이 장치는 일정량의 화합물을 부가하거나 제거하는 밸브 기구로 이루어진다. 발생된 음파는, 가스 압축이 온도 상승을 일으키고 가스 감압이 온도 하강을 일으키는 압력 및 온도 변화에 작동 가스 및 화합 물질을 노출시켜서, 입자, 방울 또는 기체 형태로 작동 가스에 부가된 외부 화합 물질은 상 변화를 겪는다. 일례로서, 부가된 가스의 일부는 응축될 수 있다.
일부 경우에 이 화합 물질은 복합 화합물 또는 단일 성분으로 이루어질 수 있다. 상기 화합 물질은 기체, 고체 또는 액체 상태일 수 있다. 일부 경우에 상기 화합 물질은 물방울로 응축될 수 있는 수증기로 구성될 수 있다. 상기 화합 물질은, 공기, 메탄, 이산화탄소, 부탄 또는 프로판과 같은 기체일 수 있다. 상기 화합 물질은, 눈으로 상 변화될 수 있는 물방울로 구성될 수 있다. 상기 화합 물질은, 수증기로 상 변화될 수 있는 눈과 같은 고체 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 장치는 에너지를 공급하는 장치 또는 에너지를 소비하는 장치를 포함하는데, 이것은 부가되고 소비된 에너지의 전체 합계가 제로 이상이 되도록 음파 에너지를 부가하거나 소비하도록 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 에너지를 공급하는 장치는 막, 피스톤 장치, 엔진, 염분 또는 볼륨 감소부이다.
실시예에서, 부가되고 소비된 에너지의 전체 합계가 제로 이상이 되도록 음파 에너지가 부가되거나 소비되는 볼륨 내에서 응축 또는 화학 반응이 일어난다.
밸브 기구는 최소 음파 압력에서 밸브 개구부를 개방하도록 배치되어서, 일정량의 가스가 볼륨으로 유입된다. 또한, 상기 제 1 밸브가 개방되었을 때, 볼륨으로부터 일정량의 작동 가스와 일정량의 유입된 화합 물질을 제거하도록 밸브 기구가 배치될 수 있다.
실시예에서 장치는, 상기 밸브 기구가 최대 음파 압력에서 제 2 밸브를 개방하기 위해서 배치되도록 볼륨에 연결된 외부 챔버를 포함하여서, 볼륨과 챔버 사이에서 가스 교환이 일어나고, 제 2 밸브가 개방되었을 때 챔버는 볼륨과 동일한 압력에 도달하고, 챔버 안으로 유입된 화합 물질의 상기 유입량 중 일부가 챔버 내에서 응축되고 상 변화된다. 응축하는 경우에, 챔버는 응축 속도를 높이기 위해서 염과 같은 촉매를 포함할 수 있다.
밸브 기구는, 다수의 구멍을 가지는 고정 디스크와 마찬가지로 다수의 구멍을 가지는 회전 디스크를 포함하여서, 회전 디스크의 구멍이 고정 디스크의 구멍과 일치할 때 밸브 기구가 개방되도록 배치된다.
실시예에서, 회전 디스크의 구멍 중 적어도 하나는 비대칭 구멍이다. 또한, 실시예에서, 고정 디스크의 구멍 중 적어도 하나는 비대칭 구멍이다.
밸브 기구는 상기 구멍 중 하나 위에 배치된 가동 플랩 또는 볼륨으로 유입 또는 유출을 조절할 수 있는 다른 형태의 밸브일 수 있다는 것은 물론 이해할 수 있을 것이다. 밸브 기구는 기계적으로, 유압식으로 또는 전기에 의해 제어될 수 있다. 그러나, 밸브 기구는 활성 제어 없이, 예를 들어, 압력 차이에 의해 개방될 수 있다. 이러한 밸브 기구의 한 가지 예는 플랩 밸브이다. 밸브 기구는 서로에 대해 독립적으로 또는 종속적으로 제어될 수 있는 두 개의 밸브부를 추가로 포함할 수 있다. 밸브 기구는 대칭 또는 비대칭 개구부를 가질 수 있다.
실시예는 상기 볼륨 및 상기 고정 디스크에 대해 상기 회전 디스크를 회전시키도록 배치된 구동 막대 및 구동 장치를 추가로 포함한다.
실시예에서 제 2 용기는 수직 튜브를 통하여 챔버와 연결되게 배치되어서, 제 2 용기와 수직 튜브 및 챔버는 챔버 내부의 일정 레벨까지 응축물을 포함한다. 챔버 내부의 레벨과 제 2 용기의 상부면 사이의 거리(Dl)는 1 내지 100 미터, 바람직하게는 약 5 미터일 수 있다.
실시예에서, 음파용 공진기는 원통형, 깔때기 모양, 구형 또는 환상형을 가진다. 공진기는 그 축을 따라 가변 직경을 가질 수 있다. 실시예에서 공진기는 분리면을 가져서 축을 따라 공진기는 두 부분으로 분할되는데, 이것은 화합 물질과 작동 가스 흐름을 제어하고 개선하는 역할을 한다.
실시예는 작동 유체 공기와 공기, 메탄, 이산화탄소, 부탄 또는 프로판과 같은 볼륨으로 유입되는 화합 물질을 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 참고하여 더 자세히 설명될 것이다;
도 1은 두 파동(Vl, V2)이 두 벽 사이에서 반사되어 정상파(V3)를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한다.
도 2는 일단부에 일 벽을 가지고 타단부에 개구부를 가지는 튜브에서 반사 이후에 기초 물리 현상을 개략적으로 도시하는데, 도 2A는 기체 분자들의 압력 그래프 T와 변위 그래프 S를 개략적으로 도시하고, 도 2B는 튜브 속에 있는 기체 분자들의 밀도 분포를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 밸브 기구를 구비한 음향 공진 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4A 내지 4C는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하나 또는 두 개의 밸브 기구를 가지는 하나의 음향 공진 장치를 포함한 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 장치와 챔버를 포함하는 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6의 시퀀스 Sl 내지 S9는 열-음향 공진 장치의 일 실시예에서 가스 흐름을 개략적으로 보여준다.
도 7은 에너지 공급 유닛이 공진기의 일단부에 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 8은 에너지 소비 유닛이 공진 장치의 일단부에 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 9는 에너지 공급 유닛이 공진기의 일단부에 배치되고 에너지 소비 유닛이 공진기의 타단부에 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 10은 상이한 온도에서 공기의 물 포화 함유량을 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 장치, 용기 및 에너지 부가 유닛을 구비한 장치를 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 장치, 용기 및 에너지 소비 유닛을 구비한 장치를 개략적으로 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 흐름을 제어하기 위해 길이 방향으로 분할된 공진기를 가지는 장치를 개략적으로 도시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 장치를 도시한다.
도 1은 두 가지 파동(V1, V2) 및 이 파동들이 두 개의 고체 반사벽(1, 2)을 구비한 튜브에서 반사되는 방법을 보여준다. 수용 주파수를 가지는 제 1 파동(Vl)은 좌측으로 진행하고 벽(1)에 의해 반사되어서, 제 2 파동(V2)이 반사로 생성된다. 따라서, 두 파동(Vl, V2)은 다른 방향으로 움직이고, 특정 주파수에서 파동(Vl, V2)은 상호작용하여 고정된 소위 마디와 배를 가지는 정상파(V3)를 생성한다. 정상파(V3)의 진폭은 진폭(Vl, V2)의 합과 같다. 에너지가 이탈할 수 없으므로, 작은 동력으로 진폭을 크게 높일 수 있다.
도 2는 벽(3)과 개구부(3')를 구비한 튜브(4)에서 반사 이후의 기초 물리 현상을 개략적으로 도시한다. 도 2는 튜브 내부의 압력 변화 곡선 T를 개략적으로 도시하고, 또한 튜브(4) 내부에서 X 방향으로 변위하는 기체 분자들, 예를 들어 공기 분자들의 변위 곡선 S를 도시한다. 벽(3)과 가장 가까운 부분에서 변위는 불가능하고 곡선 S=0이고, 압력 변화 T는 최대이다. 대향한 단부에서는 이와 반대의 상황이 존재하는데, 즉 변위 S는 개구부(7)에서 최대이고 압력 T는 일정하다. 도시된 대로, 항상 일정한 압력을 가지는 튜브(4) 안에 P점, 즉 마디가 있을 때, 벽(3)에서 최대 압력 변화가 발생한다. 동일한 방식으로, 기체 분자의 변위가 발생하지 않는 곳에 점이 존재한다. 도 2B의 점들(5, 6)에서 높은 압력은 기체의 밀도를 높이고 보다 낮은 압력은 기체의 밀도를 낮춘다.
본 발명은 음향 위상 변환 방법 및 장치를 제공한다. 도 3과 4에 개략적으로 도시된 대로, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(100)는 정상 음파 또는 진행 음파를 위한 공진 장치(30)로도 불리는 공간(30)과 음파의 압력 변화와 동기 작용하는 밸브 기구(10, 20)를 포함한다. 공진 장치(30)는 작동 가스로도 불리는 일정량의 작동 매체(33), 예를 들어, 일정량의 공기를 포함한다. 그러나, 상기 작동 가스는 질소와 같은 다른 가스를 포함할 수도 있다.
실시예에서, 공진 장치(30)는 분자들의 X 방향 변위는 배와 두 개의 마디를 가지도록, 바람직하게는 공진 장치의 각 단부에 마디를 가지도록 배치된다. 마디와 배의 수를 바꿀 수 있게 공진 장치의 음파가 여러 개의 전 파장 또는 반 파장을 가지도록 공진 장치의 크기가 정해질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
공진 장치(30)는 다른 형상, 예를 들어, 구형 또는 원통형을 가질 수 있지만 환상형, 즉 팽창된 타이어의 형상으로 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 공진 장치(30)는 공진 장치(30)의 X 방향을 따라 바뀌는 직경을 가질 수 있다. 즉, 공진 장치(30)는, 예를 들어, 깔때기 또는 원추형을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 장치(100)의 실시예는 에너지 부가 유닛(32)으로도 불리고 공간(30)에 음파를 발생시키도록 배치된 에너지 부가 장치(32)를 추가적으로 포함한다. 이것은 예를 들어 도 7, 9, 11, 13 및 15에 나타나 있다. 에너지 부가 유닛(32)은 공간(30) 내부에서 공진 주파수로 정상파를 생성하기 위해서 전후 이동막(32)의 형상을 가질 수 있다. 에너지 부가 유닛(32)은 예를 들어 피스톤 장치, 엔진, 및 염분 또는 볼륨 감소부일 수도 있는데, 이것은 파동을 생성시키고 하기에서 설명될 것이다.
본 발명에 따른 장치의 실시예는, 도 15에 도시된 대로, 에너지 부가 유닛(32) 및/또는 밸브 기구(10, 20)를 제어하도록 배치된 제어 장치(35)를 더 포함한다. 이 제어 장치(35)는 에너지 부가 유닛(32) 및 밸브 기구(10, 20)와 연결되어 배치된 마이크로프로세서와 같은 컴퓨터 유닛일 수 있다. 제어 장치는 음파와 에너지 부가유닛 및/또는 밸브 기구를 동기화하는 역할을 한다. 제어 및 동기화는 전적으로 기계적일 수도 있다. 본 실시예에서, 밸브 기구는 예를 들어 회전 막대를 통하여 에너지 부가 유닛으로부터 직접 구동될 수도 있다.
공진 장치(3)의 단부에서 반사는 벽과 같은 폐쇄되거나 개방된 단부를 통하여 또는 직경이 변화된 개방된 단부, 개구부에서 발생한다.
본 실시예에서, 밸브 기구(10, 20)는 압력 변화가 최대인 곳, 즉 공진 장치(30)의 폐쇄 또는 개방 단부와 인접하여 배치된다. 밸브 기구(10, 20)는, 예로 도 3과 4에 도시된 대로, 축 방향으로 배치되거나 또는 방사상으로 배치될 수도 있다.
밸브 기구(10, 20)는, 기능 또는 목적에 따라, 공진 장치(30)의 제 1 단부(31), 제 2 단부(31), 또는 양쪽 단부(31, 31)에 부착될 수 있다. 피스톤 또는 막과 같은 에너지 부가 유닛이 타단부에 부착되는 실시예에서, 밸브 기구(10, 20)는 공진 장치(30)의 일단부에 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들어 일단부에 엔진 기능이 요구되고 타단부에 파동으로부터 에너지를 소비하는 액체의 응축이 요구되는 실시예에서, 밸브 기구(10, 20, 10', 20')는 공진 장치(30)의 양쪽 단부에 배치될 수 있다. 공진 장치(30)를 통하여 직선으로 조립된 구동 막대(42)는, 이 막대가 파동과 동축으로 배치될 때, 정상파를 간섭하지 않을 것이다.
본 실시예에서, 도 3에 도시된 대로, 공진 장치(30)는 제 1 단부(31)에 고정 디스크(10)와 회전 디스크(20)를 가지고 타단부에 반사벽(31')을 가진다. 회전 디스크(20)는 예를 들어 1000-100,000 RPM, 바람직하게는 4000 RPM보다 빠른 속도로 회전하도록 배치된다.
도 3과 4에 도시되고 축 밸브 기구(10, 20)로 구성된 본 발명에 따른 장치(100)의 실시예에서, 밸브 기구(10, 20)는 공진 장치(30)의 제 1 단부(31)에 배치된다. 도 3과 4에 도시된 대로, 밸브 기구(10, 20)는 구동 막대(42)를 위한 중심 구멍을 가지는 회전 디스크(20)로 이루어진다. 구동 기구(40)는 제어 장치(35)와 연결되고 회전 디스크(20)를 회전시키도록 배치되어서, 구멍(21, 22)이 고정 디스크(10)의 하나 또는 여러 개의 구멍(11, 12, 13, 14)과 일치할 때 밸브 기구(10, 20)는 개방된다. 바람직하게는, 밸브 기구(10, 20)는 동기 밸브 기구이고, 즉 공진 장치(30) 내부의 압력 변화와 동기적으로 개방되고 폐쇄되도록 배치된다. 밸브 기구는 짝을 이루어 배치되는 것이 바람직한데, 한 쌍은 최대 음파 압력에서 개방되고 다른 쌍은 최소 압력에서 개방된다.
도 5와 6에 개략적으로 도시된 대로, 구멍(11, 13)이 회전 디스크(20)의 구멍(21 , 23)과 일치할 때, 고정 디스크(10)의 구멍(11, 13)은 공진 장치(30)와 대기 사이, 또는 공진 장치(30)와 양방향 파이프(36, 37) 사이에 연결부를 형성하도록 배치된다. 또한, 구멍이 회전 디스크(20)의 구멍(21, 23)과 일치할 때, 고정 디스크(10)의 구멍(12, 14)은 공진 장치(30)와 용기(50) 사이에 연결부(38, 39)를 형성하도록 배치된다.
예를 들어, 회전 디스크(20)의 구멍(21, 23)이 수직으로 배치되고 고정 디스크(10)의 구멍(11, 13)에 대응할 때 공진 장치(30)로 연장된 공급관(36)과 공진 장치(30)에서 연장된 배수관이 개방되어서, 밸브 기구(10, 20)는 구멍(11, 13, 21, 23)을 통하여 개방된다. 또한, 회전 디스크(20)의 구멍(21, 23)이 수평으로 배치되고 고정 디스크(10)의 구멍(12, 14)에 대응할 때 공진 장치(30)로부터 용기(50)까지 연결부(38, 39)가 개방된다.
회전 디스크(20)의 구멍(21, 23)의 개수는 예를 들어 두 개일 수 있고 원형 또는 파이 형상(삼각형)일 수 있다. 구멍의 개수를 바꿀 수 있고 구멍은 다른 형상을 가질 수 있다는 것은 이해할 것이다. 하나 또는 여러 개의 구멍이 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 도 4C에서, 보다 우수한 가스 흐름을 제공하기 위해서, 불규칙한 형상의 구멍(70)을 가지는 밸브 디스크(20)의 실시예를 보여준다.
고정 디스크(10)는, 회전할 수 없도록 또 공진 장치의 일단부(30)와 고정 디스크(10) 사이에 회전 디스크(20)가 위치하도록 장착된 반사면을 가지는 것이 바람직하다.
고정 디스크(10)는 다수의 구멍(11, 12, 13, 14), 예를 들어 4개의 구멍을 가진다. 이 구멍은 원형 또는 파이 형상(삼각형)일 수 있다. 본 실시예에서, 구멍은 회전 디스크의 구멍에 대응하는 형상을 가진다. 예를 들어, 이 구멍은 회전 디스크의 구멍(70)에 대응하는 불규칙한 비대칭 형상을 가질 수 있다. 구멍의 수는 예를 들어 필요한 공급관과 배수관의 수에 따라 바뀔 수 있고 이 구멍은 다른 형상, 심지어 비대칭 형상을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 다수의 구멍을 가지는 다른 패턴은 대체 밸브 기구를 구성할 수 있어서, 디스크는 상당히 낮은 RPM으로 회전할 수 있다.
회전 디스크(20)와 고정 디스크(10)의 반사면 사이에 마찰을 줄이는 마찰 감소제가 제공된다. 마찰 감소제의 예로는 오일, 예를 들어, 오일 박막, 또는 소형 무마찰 공극이 있다. 공극의 크기는 일정할 수도 있고 수 마이크로미터의 크기를 가지는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 회전 디스크(20)는 능동 또는 수동 제어로 공기 "쿠션" 또는 자기 "쿠션"상에 놓이거나 맴돌도록 배치되어서 가능한 최소의 공극을 이루어 고정 디스크(10)와 회전 디스크(20) 사이에 우수한 밀폐를 달성한다.
회전하는 밸브 디스크(20)가 오일막에 놓여있는 실시예에서, 회전 속도는 10m/s 이하인 것이 바람직하다. 회전 속도가 10m/s보다 높은 실시예에서는, 마찰을 최소화하여 거의 제로 이하로 줄이기 위해서 밸브 디스크(20)가 자기 "쿠션" 또는 공기 "쿠션" (도시되지 않음) 상에서 맴돌 수 있는 것이 바람직하다.
짧은 공진 장치(30)를 가지는 실시예에서, 즉 X축을 따라 공진기의 길이가 예를 들어 10 내지 20cm보다 짧은 경우에, RPM은 아주 높아질 수 있다. 일례로서, 11cm의 길이를 갖는 공진 장치(30)가 대략 44,000RPM으로 회전하는 밸브 디스크(20)를 가지고, 1m의 길이를 갖는 공진 장치는 대략 4800 RPM의 밸브 디스크(20)의 회전을 필요로 한다는 것이 언급될 것이다. 또한, 4m의 길이를 갖는 공진 장치(30)는 대략 1200 RPM의 밸브 디스크(20)의 회전을 요구한다.
도 5에 도시된 본 발명의 실시예에서, 용기(50)는 밸브 기구(10, 20)를 통하여 공진기(30)와 함께 배치된다. 용기(50)는 주변과 상이한 압력, 즉, 용기 외부의 대기 속 공기 압력과 상이한 압력을 가져서 충분한 시간동안 반응이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 용기(50) 내부의 압력은 용기 외부의 대기 속 공기 압력보다 높거나 낮을 수 있다. 일정한 제한된 기간 동안 밸브 쌍(A, B), 즉 구멍(12, 14, 21, 23)이 개방되었을 때, 용기(50)는 공진 장치(30) 내부의 최대 압력 또는 최소 압력과 동일한 압력에 도달하여서, 용기(50) 내부에서 발생하는 모든 공정은 공진 장치(30)와 용기(50) 내부에서 동일한 압력으로 상기 기간 동안 공진 장치(30)에서 발생하는 공정과 등가이다. 이것은, 공진 장치(30) 내부의 가스로부터 액체 물질이 추출된다면 이 액체 물질은 용기(50) 내부의 가스로부터 추출되는 것이 기대됨을 의미한다.
예 1. 압력이 최소일 때 공진 장치 내부에서 수증기로부터 물로 상 변화가 발생한다면, 용기(50) 내부에서 상 변화가 동일하게 발생한다. 즉 용기(50) 내부에서도 수증기가 물로 상 변화된다.
공진 장치(30)와 용기(50)의 배치는, 공정이 보다 오랜 시간동안 일어날 수 있다는 장점을 가진다. 이것은, 용기(50)가 장치의 일부가 아닌 실시예와 비교했을 때, 상 변화가 보다 완전하게 되어서 대부분의 액체 물질이 가스로부터 추출될 수 있다는 것을 의미한다. 공진 장치(30)에서 상 변화는 수 밀리세컨드 동안만 일어나고 최소 압력에서 나타나는 증기 구름은 액체 방울로 변하기에 충분한 시간을 가질 수 없다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 용기(50)를 포함한다면, 이 공정은 충분한 시간동안 발생하고 이것은 촉매에 의해 더 유지될 수 있다. 촉매의 기능은 액체 물질의 추출을 용이하게 하는 것이고 촉매는 염정, 고압, 초음파, 유기 섬유 또는 그 밖의 것일 수 있다. 유기 섬유는 선인장 섬유 또는 소나무 섬유처럼 자연에서 볼 수 있는 식물 섬유일 수 있다. 낮은 온도 차이에도 불구하고 촉매는 액체 물질의 추출 속도를 높일 수 있으므로 낮은 온도 차이가 바람직한 실시예에서 촉매는 특히 편리하다.
공진 장치(30) 내부의 음파는 압력, 분자 운동, 온도 등과 같은 여러 가지 특성을 가진다. 적정한 때 위의 특성 중 일부에 영향을 줌으로써, 음파가 약화되거나 높아질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 가스와 증기 혼합물, 액체 방울 및 화학 물질 및/또는 분말형 염분이 사용될 수 있다. 사용할 수 있는 에너지는 상 변화 및 분자 사이의 결합과 관련되고 음향 공진 장치(30)는 이 에너지와 다양한 방식으로 상호작용할 수 있다.
도 6에서, 시퀀스 S1 내지 S9는, 가스가 공진 장치(30)로 이송되거나 용기(50) 안으로 이송될 때 가스 흐름 형상을 개략적으로 보여준다. 본 실시예에서, 공진 장치(30)로 가스 흐름을 공급하도록 배치된 가스 부가 장치(75), 즉 도 14와 15의 소스 파이프(75)가 구비된다. 부가 장치(75) 또는 소스 파이프(75)는 가스를 파이프 안으로 강제 이송시키는 터보 또는 팬으로서 배치되거나 가스가 파이프 안으로 펌프 되거나 흡입되는 펌프 장치로서 배치될 수 있다. 제어 장치(35)는 소스 파이프(75)를 제어하도록 배치될 수 있어서, 제어 장치(35)는 공진 장치(30)로 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
시퀀스 Sl에 나타낸 것처럼, 가스는 소스 파이프(36)를 통하여 이송된다. 이것은 또한 팬이나 터보 유닛과 같은 적절히 장착된 가스 부가 장치(75)를 통해서, 또는 비대칭 형상의 밸브(미도시)를 통해서 형성될 수 있다. 도 6에서, 흐름 방향은 화살표로 나타나 있다. 일정량의 가스(60)는 파이프(36) 안에 검정 사각형으로 표시된다.
시퀀스 S2에서 가스(60)는 밸브 기구(10, 20)에 근접하고 시퀀스 S3에서 상기 가스(60)는 공진 장치(30) 내부에 위치한다. 상기 양의 가스(60)가 공진 장치(30) 내부에 위치할 때 밸브 기구(10, 20)는 폐쇄되고 상기 양의 가스(60)는 음파, 바람직하게는 정상파 또는 진행파의 영향에 의해 압력 및 볼륨이 변화된다. 시퀀스 S4에서 용기(50)까지 밸브 기구(10, 20)는 개방되고 시퀀스 S5에서 상기 양의 가스(60)는 시퀀스 S1 및 S2의 조건과 상이한 압력, 온도 및 볼륨 하에서 용기(50)를 향하여 파이프(38) 내부에서 움직인다.
시퀀스 S6 및 S7에서, 용기(50) 내부에서 반응 또는 상 변화가 발생할 때, 상기 양의 가스(60)는 용기(50)로부터 파이프(39)를 통하여 밸브 기구(10, 20)를 향하여 이동한다. 이것은 펌프 장치와 같은 흐름 제어 장치(40)로 수행되거나 비대칭 개구부에 의해, 예로 전술한 것처럼 압력 차이를 만들어 줌으로써 수행될 수 있다. 또한 제어 장치(35)는 흐름 제어 장치(40)를 제어하도록 배치될 수 있으므로, 제어 장치(35)는 공진 장치(30)와 용기(50) 사이에 가스 흐름을 제어할 수 있다.
시퀀스 S8에서, 상기 양의 가스(60)는 다시 공진 장치(30)에 위치하고 밸브 기구(10, 20)는 폐쇄된다. 모두 처음부터 반복된다. 이런 상황에서, 시퀀스 Sl의 초반부터 음파와 초기 압력이 복구된다. 시퀀스 S9에서 상기 양의 가스(60)는 배수관(37)을 통하여 공진 장치(30)에서 배출된다.
도 4C에 적어도 하나의 비대칭 구멍(70)을 가지는 회전 밸브 디스크(20)의 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 적어도 하나의 비대칭 구멍(70)을 갖는 회전 디스크(20)를 사용함으로써, 회전 디스크(20)가 하나 또는 여러 개의 대칭 구멍을 가지는 경우와 비교했을 때 보다 많은 가스 교환을 할 수 있다. 이 가스 교환에 의해, 공간(30)에 위치한 가스는 용기(50)에 위치한 가스와 위치를 바꾼다는 것을 알 수 있다. 가스 교환이 강해질수록, 공간(30) 내부의 더 많은 양의 가스가 용기(50) 내부의 가스와 위치를 바꿀 수 있다. 대체 실시예에서, 비대칭 구멍(70)은 고정 디스크(10)의 두 개 또는 네 개의 구멍을 대체할 수 있다.
회전 디스크(20)가 하나 이상의 비대칭 구멍(70)을 가진다는 사실은, 공간(30) 내부에 있는 대기압(atm)의 가스가 정상파에 노출된다면, 주입된 가스 볼륨은 압력이 증가될 것이고 이 공간(30)에서 일정 시간 노출 이후에 가스 볼륨은 예를 들어 5atm의 압력을 가지게 된다는 것을 의미한다. 최종 압력은 용기(50)(도 4 미도시, 도 5, 6, 11, 12, 13 및 14 참고) 내부의 압력과 일치한다. 가스 볼륨이 5atm에 도달하기 전에 비대칭 구멍(70)을 가지는 밸브 기구(10, 20)가 조금 개방된다면, 용기(50) 내부에 존재하는 가스는 용기(50) 내부 압력과 공간(30) 내부 압력의 압력 차이 때문에 용기(50)로부터 공간(30)으로 흘러서, 용기(50) 내부의 압력이 감소할 것이다. 공간(30) 내부의 가스 볼륨이 원하는 압력에 도달하고 밸브 기구(10, 20)가 넓게 개방되었을 때, 압력 차이로 인해 가스는 공간(30)에서 용기(50)로 이동할 것이다.
열-음향 공진 장치를 가지는 본 발명에 따른 장치에서, 증기, 액체 방울, 분말형 염분 또는 액상 염분 방울은 상호 작용하여 다른 결과를 달성할 수 있다. 분말형 염분과 수증기는 예를 들어 열-음향 엔진용 연료일 수 있다. 분말형 염분은 응축 공정용 연료일 수도 있다.
본 발명의 실시예에서, 공진 장치(30)는 도 7에 도시된 대로 에너지 부가 장치(32)를 가진다. 에너지 부가 장치의 예는 다음과 같다:
-파동이 가장 뜨거운 곳에 있을 때 온도 상승을 통하여 엔진이 에너지를 파동에 부가하는, 다양한 연료를 사용하는 엔진;
-파동이 가장 차가운 곳에 있을 때 온도 하강을 통하여 엔진이 에너지를 파동에 부가하는, 연료로서 예를 들어 액체 공기를 사용하는 엔진;
-파동이 가장 뜨거운 곳에 있을 때 압력 상승에 의해 에너지를 파동에 부가하는 엔진;
-파동이 가장 차가운 곳에 있을 때 압력 하강에 의해 에너지를 파동에 부가하는 엔진;
-파동이 가장 차가운 곳에 있을 때 상 변화에 의해 야기되는 볼륨 감소에 의해 에너지를 파동에 부가하는 엔진;
-파동이 가장 따뜻한 곳에 있을 때 상 변화에 의해 야기되는 볼륨 증가에 의해 에너지를 파동에 부가하는 엔진;
-파동이 최고 압력을 가질 때 압축 공기를 주입하여 에너지를 파동에 부가하는 밸브;
-파동이 가장 차가운 곳에 있을 때 수증기의 응축 속도를 높이는 분말 또는 방울 형태의 염분. 이 염분은 공정을 위한 연료로 볼 수 있다:
-에너지를 파동에 부가하는 볼륨 감소. 다량의 수증기가 작은 물방울로 바뀔 때 자연스럽게 볼륨 감소가 발생한다.
그러므로, 에너지 부가 장치는 물리적 장치일 수도 있지만, 공정 속도를 높이기 위해서 공간에 부가되는 염분일 수도 있다. 에너지 부가 장치는, 다량의 수증기가 작은 액체 방울, 예를 들어, 작은 물방울로 바뀔 때 공간(30) 내부의 자연 볼륨 감소와 같은 자연 반응일 수도 있다.
에너지 부가 장치는 도면에 단지 개략적으로 도시되어 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
본 발명의 실시예에서, 공진 장치(30)는 도 8에 도시된 대로 파동으로부터 에너지를 소비하는 에너지 소비 장치(34)를 가진다. 에너지 소비 장치(34)의 예는 다음과 같다:
-파동이 가장 차가운 곳에 있을 때 온도를 상승시켜서 파동으로부터 에너지를 빼앗는 냉각 장치;
-파동이 가장 차가운 곳에 있을 때 얼음으로 얼려지는 작은 물방울은 온도 하강 변화를 방지하여서 파동으로부터 에너지를 흡수하는 상 변화;
-파동이 가장 뜨거운 곳에 있을 때 온도를 낮추어, 파동으로부터 에너지를 흡수하는 냉각 장치;
-파동이 가장 차가운 곳에 있을 때 물의 응축과 같은 상 변화, 가장 차가운 분자가 먼저 밖으로 떨어지고 주변 공기를 더 따뜻하게 만들어서, 파동으로부터 에너지를 차례로 흡수한다. 동일한 현상은 비가 구름에서 떨어질 때 구름이 약간 더 따뜻해지는 자연 현상에서 찾아볼 수 있다;
-적절한 주파수와 위상으로 작동하여 파동으로부터 에너지를 흡수하는 피스톤 또는 막;
-파동이 최저 압력을 가질 때 높은 압력을 가지는 압축 공기를 부가하여 파동으로부터 에너지를 흡수하는 밸브; 또는
-파동이 최고 압력을 가질 때 압축 공기를 빼앗아 파동으로부터 에너지를 흡수하는 밸브.
본 발명의 실시예에서, 도 9에 도시된 대로, 공진 장치(30)는 에너지 부가 장치(32)와 에너지 소비 장치(34)를 포함할 수 있다. 따라서, 다양한 요건에 맞도록 다양하게 결합할 수 있다.
또한, 하나의 단일 유닛이 에너지 부가 장치(32)와 에너지 소비 장치(34)를 동시에 포함할 수 있다. 한 가지 예는 공기에 의해 운반된 수증기의 응축이다. 압력이 최소일 때 일부 증기 볼륨이 감소한다는 사실로 인하여, 파동은 강화된다. 가장 느린 분자가 먼저 방울을 형성한다는 사실로 인하여, 파동이 가장 차가운 곳에 있을 때 남아 있는 공기는 보다 따뜻해지는데, 이것은 파동을 약화시킨다. 첫째 효과가 지배한다면, 공진 장치의 음파는 자연 변동할 것이다. 다른 경우에, 에너지 부가 장치(32)가 공진 장치(30)에 배치되어서, 에너지 부가 장치(32)는 음파에 손실 에너지를 제공한다.
공기로부터 직접 물을 추출하는 장점은, 태양이 수증기로부터 에너지를 요구하는 상 변화 및 바다의 염분과 물의 분리를 이미 수행하였다는 것이다.
도 11에서, 에너지 부가 유닛(32)을 구비한 음향 공진 장치(30)가 도시되어 있는데, 여기에서 용기(50)는 공진 장치(30)에 연결된다. 공진 장치(30) 내부의 압력이 최대인 곳에서 밸브 기구가 개방되었을 때 1m2/s의 공기가 밸브 기구(10, 20) 내부의 개구부(C, D)를 통과한다고 가정하면, 동량의 공기가 최소 압력에서 개구부(A, B)를 통과하게 된다. 용기(50) 내부에 모든 습기가 침전된다면, 이것은 24 시간동안 250g/s 또는 1.3 미터톤의 물에 해당한다. 그 후에 용기는 보다 낮은 압력을 가진다.
도 13에, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(100)가 도시되어 있는데, 여기에서 공진 장치(30)와 용기(50)는 지면(M)으로부터 일정 거리에 배치된다. 예를 들어, 용기(50) 내부의 액체 면(80)과 다른 용기(82)의 표면 사이의 거리 Dl이 1 내지 100미터의 범위 내에 있도록 용기(50)가 배치될 수 있다. 이 실시예에서, 거리 Dl은 약 5미터이다.
본 발명의 실시예에서, 공진 장치(30)와 용기(50)는 파이프(81)를 가지는 지면(M)으로부터 일정 거리에 배치되어서, 예를 들어 용기(50)로부터 액체 물질(84)은 지면(M)을 향하여 아래로 이송될 수 있다. 도 13에 개략적으로 도시된 대로, 파이프(81)와 용기(50)는 액체 물질(84)을 수용하고, 용기(50)는 일정 레벨까지 액체 물질(84)을 수용한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 장치(100)는 파이프(81)에 배치된 제 2 용기(82)를 포함할 수 있고 예를 들어 지면(M)에 배치될 수 있다. 제 2 용기(82)는 탭(83)을 구비할 수 있는데, 이 탭을 이용하여 추출된 액체 물질(84)이 양(+)의 압력하에 용기(82)에서 공급될 수 있다. 이 때, 용기(50) 내부는 낮은 압력을 유지한다.
예를 들어 제 2 용기(82)가 생략된 실시예에서 또는 제 2 용기(82)에 부착된 탭 장치(83)의 보완물로서 탭 또는 탭 장치가 파이프 또는 튜브(81)에 부착될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
이 파이프 또는 튜브(81)는, 튜브의 최하단부에 대기압 이상의 압력을 형성하는 치수를 가진다. 따라서, 용기(50) 내부의 낮은 압력에 영향을 끼치지 않으면서 액체 물질이 공급될 수 있다.
예를 들어 정상파를 유지하기 위해서, 도 11에 나타난 것처럼, 에너지 부가 유닛(32)이 공진 장치(30)의 일단부에 배치될 수 있다. 에너지 부가 유닛은, 고압과 저압을 교대로 공급하기 위해서 또는 따뜻한 공기를 펄스로 보내기 위해서, 즉 따뜻한 공기와 차가운 공기를 교대로 공급하기 위해서, 압축 공기를 펄스로 보내줌으로써 파동에 음향 에너지를 부가하는 피스톤 또는 밸브 기구일 수 있다. 밸브 기구는 압축 공기 엔진 또는 열 엔진이 될 수 있다.
전술한 대로, 천연 가스는 액체 천연 가스로 바뀔 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명에 의해, 공기, CO2, 부탄 및 프로판과 같은 다양한 가스는 응축될 수 있다.
도 11을 참고하면, 메탄 함유 가스는 유입구(C. D)를 통하여 공진 장치(30) 안으로 주입될 수 있는데, 유입구는 정상파 또는 진행파가 최대 압력을 가질 때 개방된다. 공진 장치(30)에서, 주입된 가스의 압력이 감소할 것이고 일정 저압에서, 용기(50)와 연결되는 개구부(A, B)는 개방될 것이다. 메탄 가스는 대략 -160℃에서 용기(50) 내부에서 응축할 것이다. 적정 파동 압력 진폭이 -160℃ 이하에서 도달할 수 있도록 유입구(C, D)로 주입된 가스는 보다 높은 압력을 가지고 가능한 한 차가와져야 한다. 경험에 의하면 정압의 40%를 초과하는 압력 변화를 피할 수 있다. 정압을 증가시킴으로써, 압력 변화가 증가될 수 있다. 그러므로 동일한 단계에서 더 낮은 온도가 달성될 수 있다. 주입된 가스를 고압, 저온 하에 둠으로써, 최소 압력으로 더욱 낮은 온도에 도달할 수 있다.
다른 실시예에서, 온도는 여러 단계에 걸쳐 떨어져서, 다른 가스들이 응축될 수 있다. 천연 가스를 처리할 때, 제 1 단계에서는 물, 제 2 단계에서는 부탄, 제 3 단계에서는 메탄 및 제 4 단계에서는 이산화탄소를 추출할 수 있다.
주입된 가스는 -160℃보다 더 낮은 온도에서 응축하는 공기, 질소와 같은 냉각제와 혼합될 수 있다. 냉각제가 낮은 온도에서 응축하지 않는다면, 이것은 냉각제로서 쓸모없다. 응축점에서 압력과 온도 사이에 어떠한 관련성도 없고 냉각효과도 사라진다. 정상파를 유지하기 위해서, 에너지 부가 유닛(34)이 공진 장치(30)의 일단부에 배치될 수 있다. 에너지 부가 유닛(34)은 유입구(C, D)와 대향한 단부에 위치한 공진 장치(30)의 단부에 배치되는 것이 바람직하다.
상 변화를 발생시키는 공진 장치의 작동.
음파가 최대 압력을 가질 때 물 포화 공기가 유입구(C)를 통하여 공진 장치(30) 안으로 유입되고 유출구(D)를 통하여 공진 장치에서 유출된다고 가정하고, 도 5를 참고한다. 동일한 공기가 최소 음파 압력에서 개방되는 개구부 (A, B)를 통하여 용기(50) 안으로 흘러서, 용기(50)도 더 낮은 압력에 도달한다. 1 주기 동안 공기와 수증기가 용기(50) 안으로 유입된다. 수증기는 일부 볼륨을 가진다. 이 수증기가 물방울로 변할 때, 일부 볼륨의 수증기는 거의 완전히 사라진다. 따라서 압력은 더욱 감소한다. 파동이 이미 최소 압력에 있을 때 압력이 감소한다면, 에너지가 파동에 부가된다.
상 변화와 염에 의해 구동되는 공진 장치.
음파가 최대 압력을 가질 때 수증기로 포화된 공기가 유입구(C)를 통하여 공진 장치(30) 안으로 유입되고 유출구(D)를 통하여 공진 장치에서 유출된다고 가정하고, 도 5를 참고한다. 동일한 공기가 최소 음파 압력에서 개방되는 개구부(A, B)를 통하여 용기(50) 안으로 흘러서, 용기(50)는 더 낮은 압력에 도달한다. 1 주기 동안 공기와 수증기가 용기(50) 안으로 유입된다. 극소량의 염이 용기(50) 안으로 주입된다면, 압력을 낮출 필요 없이 응축이 일어날 수 있다. 염은 수증기와 반응하고 이 염은 이 유닛의 연료로 볼 수 있다. 적절한 조건하에 일부 볼륨이 사라진다면, 이 파동은 유지되고 일정한 저압이 용기(50) 내에서 형성된다. 일반적으로, 다량의 물을 변환시키는데 극소량의 염만으로 충분하다. 일부 경우에, 몇 ppm으로 충분하고 이것은 추출된 물의 맛에 영향을 미치지 않는다.
발생된 에너지는 공진 장치(30) 내부의 에너지 소비 유닛(34)을 통하여 제거된다(도 12 참고). 에너지 소비 유닛(34)은 예를 들어 피스톤과 크랭크샤프트로 이루어진다.
도 14에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(100)는 분리면(72)을 특징으로 하는 공간(30), 에너지 부가 유닛(32) 및/또는 에너지 소비 유닛(34)을 포함한다. 또한, 이 장치(100)는 공간(30)과 인접한 공급간(36, 도 6 참고)을 가진다. 상기 분리면(72)에 의해 공간(30)은 두 개의 연결부(30a, 30b)로 분할되는데, 두 연결부는 두 개의 공진기로서 역할을 하도록 배치된다. 이 분리면으로 인해, 터보 유닛(75)은 효율적으로 가스를 용기(50)로 이송시킬 수 있다.
본 발명은 실시예를 예시로 기술하였지만, 이 실시예에 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이다. 예를 들어, 실시예들은 조합되어 사용될 수 있고 본 실시예의 장치(100)는 하나의 공진 장치 또는 더 큰 압력 변화와 더 우수한 상 변화를 달성하기 위해서 여러 단계로 배치된 여러 공진 장치들(30)을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은, 주입된 조성물, 예를 들어, 가스가 응축되는 실시예를 참고로 설명되었지만, 주입된 조성물은 액체 또는 고체 상태일 수도 있고 응축 이외의 다른 상 변화가 발생할 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명은 하기 청구 항에 의해서만 한정된다.

Claims (24)

  1. 부가 및/또는 소비 파동 에너지가 제로 이상이 되는 조건에서 음파가 발생되도록, 발생된 정상 음파 또는 진행 음파를 포함하도록 배치되고 작동 가스(33)를 포함하는 공간(30);
    상 변화될 적어도 하나의 물질 및 작동 가스로 이루어진 일정량의 조성물을 공간(30)으로 제공 및 배출하고 발생된 음파와 동기 작동하도록 배치되고, 발생된 음파는 작동 가스(33) 및 부가된 양의 조성물의 압력 및 온도를 변화시켜서, 가스 압축은 온도 상승을 일으키고 가스 감압은 온도 하강을 일으켜서, 상기 부가된 조성물의 일부가 상 변화되는 밸브 기구(10, 20)를 특징으로 하는 위상 변환 장치(100).
  2. 제 1 항에 있어서, 부가 및/또는 소비 파동 에너지의 총 합계가 제로(0) 이상이 되도록 음파 에너지를 부가 및/또는 소비하도록 배치된 적어도 하나의 에너지 부가 장치(32) 및/또는 에너지 소비 장치(34)를 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 부가 및 소비 파동 에너지의 총 합계가 제로(0) 이상이 되도록 음파 에너지를 부가 및 소비하도록, 공간(30)에서 발생하는 응축 또는 화학 반응을 특징으로 하는 장치.
  4. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 기구(10, 20)는 최대 또는 최소 음파 압력에서 제 1 밸브 개구부(C, D; 11, 21; 13; 23)를 개방하도록 배치되어서, 일정량의 상기 작동 가스 및 상기 조성물이 공간(30)에 부가되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 밸브 개구부(C, D; 11, 21; 13; 23)가 개방될 때, 상기 작동 가스 및 상기 조성물을 대기로 유출할 수 있도록 공간(30)이 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 용기(50)는 공간(30)과 연결되도록 배치되고 상기 밸브 기구(10, 20)는 최대 또는 최소 음파 압력에서 제 2 밸브 개구부(A ,B; 12, 21; 14; 23)를 개방하도록 배치되어서, 공간(30) 내부의 조성물과 작동 가스 사이에 교환이 일어나고, 제 2 밸브 개구부가 개방될 때 용기(50)는 공간(30) 내부의 압력과 동일한 압력에 도달하고, 용기(50)에 부가된 조성물과 상기 부가된 양의 작동 가스의 일부는 용기(50) 내부에서 상 변화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 용기(50)는 상 변화 속도를 높이기 위해서 염과 같은 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 기구(10, 20)는 다수의 구멍(11, 12, 13, 14)을 구비한 고정 디스크(10)와 다수의 구멍(21, 23)을 구비한 회전 디스크(20)를 포함하여서, 회전 디스크(20)의 구멍(21, 23)이 고정 디스크(10)의 구멍 (11, 12, 13, 14)과 일치할 때 상기 밸브 기구가 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 회전 디스크(20)의 구멍(21, 23) 중 적어도 하나는 비대칭 구멍인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8 항 또는 9 항에 있어서, 고정 디스크의 구멍 중 적어도 하나는 비대칭 구멍인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8 항, 9 항 또는 10 항에 있어서, 구동 유닛(40)과 구동 막대(42)는 상기 고정 디스크(10)와 상기 공간(30)에 대해 상기 회전 디스크(20)를 회전시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1 항 내지 7 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 밸브 기구(10, 20)는 두 개의 분리된 작동 밸브부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 두 개의 분리된 작동 밸브 부는 상기 작동 가스 및/또는 조성물을 제공 또는 배출하기 용이하도록 비대칭으로 개방되게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 6 항 내지 13 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 제 2 용기(82)는 튜브(81)를 통하여 용기(50)와 연결되게 배치되어서 제 2 용기(82), 튜브(81) 및 용기(50)는 용기(50) 내부의 일정 레벨(80)까지 응축물(84)을 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 용기(50) 내부의 레벨(80)과 제 2 용기(82)의 상부면 사이의 거리(D1)는 1 내지 100 미터의 범위 내에 있고, 바람직하게는 5 미터인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 상기 청구항 중 하나 이상의 항에 있어서, 공간(30)은 원통형, 깔때기형, 구형 또는 환상형을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 상기 청구항 중 하나 이상의 항에 있어서, 공간(30)은 그 길이를 따라 바뀌는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 상기 청구항 중 하나 이상의 항에 있어서, 작동 가스(33)는 주로 공기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 상기 청구항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 조성물은 물방울로 상 변화될 수 있는 수증기와 같은 기체 상태의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 1 항 내지 18 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 조성물은 액체 또는 고체 상태로 상 변화될 수 있는 공기, 메탄, 이산화탄소, 부탄 또는 프로판을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 1 항 내지 18 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 조성물은 눈과 같은 고체 상태로 상 변화될 수 있는 액체 방울을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 1 항 내지 18 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 조성물은 수증기로 상 변화될 수 있는 눈과 같은 고체 상태의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 2 항 내지 22 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 에너지 부가 장치(32)는 막, 피스톤 장치, 엔진, 염 또는 볼륨 감소부인 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 상기 청구항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 공간(30)은 분리면(72)을 포함하여서, 공간(30)은 그 길이를 따라 두 개의 연결부(30a, 30b)로 분할되는 것을 특징으로 하는 장치.
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