(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相変化のための装置（１００）であって、
作動ガス（３３）を含み、定在音波又は進行音波を含むように構成されて、加えられる波のエネルギー及び／又は消費される波のエネルギーがゼロ以上である条件下で定在音波又は進行音波が発生する空間（３０）と、
少なくとも１種類の物質からなり、ある量の複合物を供給及び流出するための弁機構（１０，２０）であって、相変化と空間（３０）に対する作動ガスとを受けると共に、発生した音波と同期して作用するように構成された弁機構（１０，２０）とを備え、
発生した音波により、作動ガス（３３）及び加えられたある量の複合物が圧力及び温度の変化に曝されて、ガスの圧縮が温度上昇を引き起こし、ガスの減圧が温度低下を引き起こし、加えられた複合物の一部が相変化を受ける装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
加えられた波のエネルギー及び／又は消費された波のエネルギーとの総和がゼロ以上であるように音響波エネルギーを加え及び／又は消費するように構成された少なくとも１つのエネルギー付加デバイス（３２）及び／又はエネルギー消費デバイス（３４）を備えている装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記空間（３０）内で凝縮又は化学反応が発生し、それにより、加えられた波のエネルギーと消費された波のエネルギーとの総和がゼロ以上であるように音響波エネルギーが加えられて消費される装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置において、
前記弁機構（１０，２０）は、前記音波の圧力最大又は圧力最小にて第１の弁開口（Ｃ，Ｄ；１１，２１；１３；２３）を開くように構成され、それにより、ある量の前記作動ガス及び前記複合物が前記空間（３０）に加えられる装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記空間（３０）は、最初に言及した弁開口（Ｃ，Ｄ；１１，２１；１３；２３）が開くときに、ある量の作動ガス及び前記複合物の大気への流出を可能とするように構成されている装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置において、
容器（５０）が前記空間（３０）接続して構成されると共に、前記弁機構（１０，２０）が前記音波の圧力最大又は圧力最小にて第２の弁開口（Ａ，Ｂ；１２、２１；１４；２３）を開くように構成され、それにより、作動ガス及び複合物が前記空間（３０）内の作動ガス及び複合物と前記容器（５０）内の作動ガス及び複合物との間で交換され、それにより、前記容器（５０）は、前記第２の弁開口が開くときに前記空間（３０）内の圧力と同じ圧力に到達し、それにより、加えられたある量の作動ガスの一部と前記容器（５０）に加えられた複合物とが前記容器（５０）内で相変化を受ける装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記容器（５０）には、前記相変化を速めるため、触媒が含まれている装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、
前記弁機構（１０，２０）は、複数の穴（１１，１２，１３，１４）を有する静止ディスク（１０）と、複数の穴（２１、２３）を有する回転ディスク（２０）とを有し、それにより、回転ディスク（２０）の穴（２１、２３）が静止ディスク（１０）の穴（１１，１２，１３，１４）と一致するときに前記弁機構が開くようになっている装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、
前記回転ディスク（２０）の穴（２１，２３）のうちの少なくとも一つが非対称の穴である装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の装置において、
前記静止ディスクの穴のうちの少なくとも１つが非対称の穴であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項８、９又は１０記載の装置において、
駆動ユニット（４０）及び駆動ロッド（４２）は、前記静止ディスク１０及び前記空間（３０）に対して前記回転ディスク（２０）を回転させるように構成されている装置。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、
前記弁機構（１０，２０）は２つの分離した作動弁部品からなる装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、
前記２つの分離した作動弁部品は、前記作動ガス及び／又は複合物の供給又は流出を促進するため非対称な方法で開くように構成されている装置。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれか一項に記載の装置において、
第２の容器（８２）は、第２の容器（８２）、チューブ（８１）及び前記容器（５０）が凝縮液（８４）を容器（５０）内のレベル（８０）まで含むように、チューブ８１を介し前記容器（５０）に接続して構成されている装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、
前記容器（５０）内のレベル（８０）から前記第２の容器（８２）の上面までの距離Ｄ１が、１〜１００メートルの範囲である装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置において、
空間（３０）は、円筒、漏斗、球又は環状体の形状を有している装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置において、
前記空間（３０）は、その長さに沿って変化する直径を有している装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置において、
前記作動ガス（３３）は空気からなる装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置において、
前記複合物は、ガスの形態における物質からなる装置。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置において、
前記複合物は、液体又は固体の状態への相変化を受ける空気、メタン、二酸化炭素、ブタン、又はプロパンからなる装置。
【請求項２１】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置において、
前記複合物は、固体への相変化を受ける液滴からなることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置において、
前記複合物は、固体の状態の物質からなる装置。
【請求項２３】
請求項２〜２２のいずれか一項に記載の装置において、
前記エネルギー付加デバイス（３２）は、膜、ピストン装置、エンジン、食塩又は体積縮小である装置。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置において、
前記空間（３０）は分離平面（７２）を含み、それにより、空間（３０）が、その長さに沿って２つの接続された部品（３０ａ，３０ｂ）に分割されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響相変換のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強力な音波は圧力スイングを示し、また、音波は常に断熱的であり、即ちいかなる熱も加えられず又は除去されないため、圧力スイングに従い常に温度変動が存在することが知られている。このことは、高圧が高温を与え、低圧が低温を与えることを意味する。温度と圧力との間の関係を他の方法で示すこともできる。一例として、人が山に登ると、温度及び圧力が同じ程度の大きさでほぼ同じように降下することが挙げられる。
【０００３】
暖かい空気が山の上に押し上げられて冷やされると、雨雲が発生することも知られている。同様に、雨雲は、音響的音波の中で生じる。唯一の違いは、山に登る道は長い時間がかかるが、音波はあらゆる小径のチューブ内で３００メートルの高さの山に相当する昇降を毎秒２００往復できる点にある。よって、異なるガス及び蒸気は、これらの条件下でチューブ内にて凝縮することができる。主に、本発明者らは、空気からの水の抽出に関心があるが、例えば、この技術を用いてメタン及び二酸化炭素が凝縮される。
【０００４】
空気の密度は、大気圧でほぼ１．３３ｋｇ／立方メートルであり、図１０の線図によれば、この量の空気は、４〜３０グラムの水を含む。水を抽出するために好ましい条件は、暖かい国の海岸地帯に存在する。海岸地帯の空気の温度が２５℃であり、空気が海面の真上で飽和しているものと仮定すると、１．３３立方メートルの空気中にほぼ２０グラムの水が存在していることになる。蒸発の潜熱は２．２７メガジュール／ｋｇで、０．５５キロワット時／ｋｇに相当するため、海水の脱塩は非常に大きなエネルギーを必要とする。これに対して、水に対する食塩の結合エネルギーを加えなければならない。海水中の３．４５％の食塩から水を分離するための理論値は、０．８６キロワット時／立方メートルである。
【０００５】
今日、水は、蒸留又は浸透により海水を脱塩することで大規模に製造されている。実際の産業上の製造では、理論値より５〜３０倍多くのエネルギーを必要とする。
油田からの天然ガスは、約８７％のメタンからなる。メタンは非常に軽いガスであるため、船又は列車での輸送は困難である。パイプラインがある場所では、天然ガスを使用できるものの、そうでなければ、天然ガスは焼却されて無駄に消費される。安価な方法でメタンを液体に変換できるのであれば、油田から産出されるかなり多くのメタンを使用することができる。農家は、堆肥又は他の生物学的廃棄物からメタンを製造する大きな機会を有している。簡単な方法で液体に変換することは、単独の農場でその利益を増やすと共に二酸化炭素中間燃料を生産することを意味する。そのような活動により、大気へのメタンの漏れが回避されるため、温室効果を効果的な方法で低減することができる。
【０００６】
１９９７年に、世界で最初の熱−音響ユニットが液化天然ガス（ＬＮＧ）を生産するために使用された。この熱−音響ユニットは、冷熱交換器及び暖熱交換器をスタックのそれぞれの端に有する熱−音響スタックを備えている。この熱−音響ユニットは数階の高さであり、２キロワットの冷却効果を有している。また、この熱−音響ユニットは、その冷却媒体としてヘリウムを使用し、３５％の天然ガスが、頂部にある大きなバーナー内のユニットを駆動するために使用される。よって、ガスの６５％だけがＬＮＧに凝縮される。
【０００７】
スタック・ベースの熱−音響システムでは、共振器チューブが、いくつかの小さな平行チャネル又は平行板からなる熱スタックを含み、スタックを通る圧力及び速度の変動は、熱が高圧では振動するガスに供給されて低圧では除去されるようなものである。さらに、スタックの一端には、冷熱変換器、即ち作動ガスがそこから熱を吸収する熱交換器が設けられ、他端には、暖熱交換器、即ち作動ガスがそこに熱を伝達する熱交換器が設けられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スタック・ベースの熱−音響デバイスの不利な点として、スタックが大きな表面積を有すると共に、薄い熱交換材料で作製しなければならない点がある。特に高温と大きな圧力スイングとを伴う場合に、信頼性に到達することなく、何１０年にも亘って技術が開発されてきた。スタック・ベース・システムに伴う他の不利な点として、作動媒体である水素又はヘリウムを使用することが多い点があり、これらのガスが一見したところ気密に封止されたシステムからさえも消失し易いということは、よく知られた問題である。３つ目の不利な点は、スタックが波を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、例えば、液体の物質がガスから抽出される相変化のための装置及び方法を含む。本発明によるそのように提案された装置の１つは、作動ガスを含み、発生した定在波又は進行波を含むように構成されたボリュームを含み、波は、加えられた有用なエネルギーと無駄なエネルギーとの合計がゼロ以上であるときに発生する。さらに、装置は、ある量の複合物質を加え又は取り去るための弁機構からなる。発生した音波により、作動ガス及び複合物質が圧力及び温度の変化に曝されて、ガス圧縮が上昇する温度を引き起こし、ガス減圧が降下する温度を引き起こし、それにより、粒子、滴又はガスの形態で作動ガスの中に外部から加えられたある量の複合物質が相変化を受ける。一例として、加えられた量のガスの一部を凝縮することができる。
【００１０】
いくつかの場合では、この複合物質は、複数の複合物又は単一の要素からなる。複合物質は、気体、固体又は液体の形態であってもよい。ある場合に、複合物質は、水滴に凝縮される相である水蒸気を含むことができる。複合物質は、空気、メタン、二酸化炭素、ブタン又はプロパン等の気体であってもよい。複合物質は、雪に変換される相である水滴を含むことができる。複合物質は、水蒸気に変換される相である雪等の固体の形態を含むことができる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、装置は、加えられたエネルギー及び消費されたエネルギーの総合計がゼロ以上であるように音響波エネルギーを加え又は消費するように構成されたエネルギーを供給するためのデバイス又はエネルギーを消費するためのデバイスを備える。
【００１２】
別の実施形態では、エネルギーを供給するためのデバイスは、膜、ピストン・デバイス、エンジン、食塩又は容積縮小である。
実施形態では加えられ及び消費されたエネルギーの総和がゼロ以上であるように音響波エネルギーが加えられ又は消費されるボリュームの中で凝縮又は化学反応が発生する。
【００１３】
弁機構は、音波の最小圧力において弁開口を開き、ある量のガスがボリュームに導入されるように構成されてもよい。更に、弁機構は、最初の弁が開いているときに、ある量の作動ガス及びある量の導入された複合物質をボリュームから除去するように構成されてもよい。
【００１４】
実施形態では、装置は、ボリュームに接続された外部チャンバを備え、それにより、弁機構が、音波の最大圧力にて第２の弁を開くように構成され、それにより、ガス交換がボリュームとチャンバとの間で発生し、それにより、第２の弁が開いて、チャンバに導入されたある量の複合物質の一部がチャンバ内で凝縮し又は相変化を受けたときに、チャンバはボリュームと同じ圧力に達する。凝縮の場合、チャンバは、凝縮を速めるために、例えば、食塩等の触媒を含むことができる。
【００１５】
弁機構は、複数の穴を有する固定ディスクと、複数の穴を有する回転ディスクとを有し、それにより、弁機構は、回転ディスクの穴が固定ディスクの穴と一致するときに開くように構成されている。
【００１６】
実施形態では、回転ディスクの穴のうちの少なくとも１つは非対称の穴である。さらに、実施形態では、固定ディスクの穴のうちの少なくとも１つは非対称の穴である。
弁機構は、ボリュームへの流入又はボリュームからの流出を調節可能な穴のうちの一つの上にある可動フラップ、又は他の種類の弁であってもよいことは、当然のこととして理解すべきである。弁機構は、機械的、流体的又は電気的に制御されてもよい。しかしながら、弁機構は、アクティブ制御なしで、例えば、圧力差で開くことができることを理解すべきである。そのような弁機構の一例としてフラップ弁が挙げられる。更に、弁機構は、互いに独立又は従属して制御され得る２つの弁部品より構成することもできる。弁機構は、対称又は非対称の開口を有してもよい。
【００１７】
実施形態は、更に、静止ディスク及びボリュームに対して回転ディスクを回転させるように構成された駆動デバイス及び駆動ロッドを備えている。
実施形態において、第２の容器は、第２の容器と垂直なチューブとチャンバとが凝縮液をチャンバのあるレベルまで含むように、垂直なチューブを介してチャンバに接続されて構成されている。チャンバ内のレベルと第２の容器の上の表面との間の距離Ｄ１は、１〜１００メートル、好ましくは、約５メートルであってもよい。
【００１８】
実施形態では、音波のための共振器は、円筒形、漏斗形であり、或いは、球形又は環状形を有している。共振器は、その軸に沿って可変の直径を有してもよい。実施形態では、共振器は、分離平面を有しており、それにより、共振器は、複合物質及び作動ガスの流れを制御し改良する目的で、その軸に沿って２つの部品に分割されている。
【００１９】
実施形態は、空気、メタン、２酸化炭素、ブタン、又はプロパンなどのボリュームに導入される作動流体、空気及び複合物質を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】２つの波Ｖ１及びＶ２を２つの壁の間で反射して定在波Ｖ３を生成する方法を示す概略図。
【図２】一端に１つの壁を他端に開口を有するチューブ内の反射における基礎物理を示す概略図。
【図２Ａ】圧力のグラフＴ及びガス分子の変位のグラフＳを示す概略図。
【図２Ｂ】チューブ内のガス分子の密度分布を示す概略図。
【図３】本発明の一実施形態に係り同期式弁機構を有する音響共振器デバイスを示す概略図。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係り１又は２つの弁機構を有する１つの音響共振器デバイスを含む装置を示す概略図。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係り１つの弁機構を有する１つの音響共振器デバイスを含む装置の概略図。
【図４Ｃ】本発明の異なる実施形態に係り１つの弁機構を有する１つの音響共振器デバイスを含む装置の概略図。
【図５】本発明の一実施形態に係り共振器デバイス及びチャンバを含む装置の概略図。
【図６】熱−音響共振器デバイスの一実施形態へのガスの流れを示すシーケンスＳ１〜Ｓ９の概略図。
【図７】本発明の一実施形態に係りエネルギー供給ユニットが共振器の１端に配列された装置を示す概略図。
【図８】本発明の一実施形態に係りエネルギー消費ユニットが共振器デバイスの１端に配列された装置を示す概略図。
【図９】本発明の一実施形態に係りエネルギー供給ユニットが共振器の１端に配列されてエネルギー消費ユニットが共振器の他端に配列された装置を示す概略図。
【図１０】異なる温度において飽和空気がどれだけの量の水を含むかを概略的に示すグラフ。
【図１１】本発明の一実施形態に係り共振器デバイス、容器、及びエネルギー付加ユニットを有する装置を示す概略図。
【図１２】本発明の一実施形態に係り共振器デバイス、容器、及びエネルギー消費ユニットを有する装置を示す概略図。
【図１３】本発明の一実施形態に係る装置を示す概略図。
【図１４】本発明の一実施形態に係り制御されたガスの流れを意図して長手方向に分割された共振器を示す装置の概略図。
【図１５】本発明の一実施形態に係る装置を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、添付の図面を参照して、より詳細に説明される。
図１は、２つの波Ｖ１及びＶ２、ならびに、それらがいかにして、チューブの中で２つの固体の反射壁１及び２で反射されるかを示す。調整された周波数を有する第１の波Ｖ１が、左に進んで壁１で反射され、それにより、第２の波Ｖ２が、その反射から生成される。よって、２つの波Ｖ１及びＶ２は、異なる方向に進み、一定の周波数で波Ｖ１及びＶ２が相互に作用し、固定されたいわゆる節（ｎｏｄｅ）と波腹（ａｎｔｉｎｏｄｅ）とを有する、いわゆる定在波Ｖ３を発生する。定在波Ｖ３の振幅は、振幅Ｖ１及び振幅Ｖ２の合計に等しい。エネルギーは逃げないため、非常に高い振幅がわずかに加えられたパワーにより増大することができる。
【００２２】
図２は、壁３及び開口３’を有するチューブ４内の反射による基礎物理を概略的に示す。図２では、チューブ内の圧力変動に対する曲線Ｔが概略的に示され、チューブ４内でＸ方向に変位するガス分子、例えば、空気分子の変位に対する曲線Ｓが同様に示されている。壁３に最も近い場所では変位可能となり、曲線Ｓ＝０である一方で、圧力変動Ｔは最大である。反対の端では正反対の状況が存在し、変位Ｓは開口７で最大となり、圧力Ｔは一定である。図示されるように、最大の圧力スイングが壁３にて発生する一方、チューブ４内で常に一定の圧力を有する点Ｐ、節、が存在する。同様に、ガス分子の変位が発生しない点が存在する。図２Ｂの点５及び６に示すように、高い圧力が高密度のガスをもたらすと共に、低い圧力が低密度のガスをもたらす。
【００２３】
本発明は、音響相変換のための方法及び装置を目的としている。図３及び図４に概略的に示すように、装置１００による本発明の一実施形態は、定在音波又は進行音波のための共振器デバイス３０と称される空間３０と、音波の圧力変動と同期して作動する弁機構１０，２０とを備えている。共振器デバイス３０は、作動ガスと称され、例えば、一定量の空気である一定量の作動媒体３３を含む。しかしながら、作動ガスは、窒素等の別のガスであってもよい。
【００２４】
実施形態では、共振器デバイス３０は、分子ＳのＸ変位が１つの波腹と２つの節、好ましくは、共振器デバイスの各端に１つの節を有するように構成されている。複数の節及び波腹を変化させるべく共振器デバイス内の音波がいくつかの全波長又は半波長を有するように共振器デバイスのサイズを調整できることについて理解すべきである。
【００２５】
共振器デバイス３０は、例えば、球形又は円筒形等の異なる形状を有しているが、同様に、環状体のような、即ち、膨らんだタイヤのような形状であってもよいことを理解すべきである。共振器デバイス３０は、共振器デバイス３０のＸ方向に沿って変化する直径を有してもよく、即ち、共振器デバイス３０は、例えば、漏斗形又は円錐形であってもよい。
【００２６】
加えて、本発明による装置１００の実施形態は、空間３０内にて音響波を発生するように構成されたエネルギー付加ユニット３２とも称されるエネルギー付加デバイス３２を有している。これらを、例えば、図７、図９、図１１、図１３、図１５に示す。エネルギー付加ユニット３２は、空間３０内に共振周波数を有する定在波を生成するために、前後に移動可能な膜３２として形成されてもよい。また、エネルギー付加ユニット３２は、例えば、後述するような波の発生を引き起こすピストン装置、エンジン、食塩又は容積縮小であってもよい。
【００２７】
本発明による装置の実施形態は、更に、エネルギー付加ユニット３２を制御するように構成された図１５に示す制御デバイス３５、及び／又は弁機構１０，２０を備えている。制御装置３５は、例えば、エネルギー付加ユニット３２と弁機構１０，２０とに関連して構成されてコンピュータ化されたユニット、例えば、マイクロプロセッサであってもよい。制御デバイスの１つの仕事は、音波と、エネルギー付加ユニット及び／又は弁機構とを同期させることである。また、制御及び同期は、完全に機械式であってもよい。実施形態において、弁機構は、エネルギー付加ユニットから、例えば、回転ロッドを介して直接的に駆動されてもよい。
【００２８】
共振器デバイス３０の両端における反射は、閉端又は開端を介して、例えば、壁、又は開端において直径の変化を通した開口を介して発生することができる。
実施形態では、弁機構１０、２０は、圧力変動が最大である場所、即ち、共振器デバイス３０の閉端又は開端の近くに配置されている。弁機構１０、２０は、例えば、図３及び図４に示すように軸方向に、あるいは半径方向に配列されてもよい。
【００２９】
弁機構１０、２０は、機能又は目的に応じて、共振器デバイス３０の第１の端３１、第２の端３１、又は両方の端３１、３１に取り付けられてもよい。好ましくは、弁機構１０、２０は、エネルギー付加ユニット、例えば、ピストン又は膜が他端に置かれた実施形態において、共振器デバイス３０の１端に取り付けられている。弁機構１０、２０、１０’、２０’は、例えば、エンジン機能性が１端において望まれ、液体の凝縮が他端において望まれ、即ち、波からのエネルギー消費が他端において望まれる実施形態において、共振器デバイス３０の両端に構成されてもよい。共振器デバイス３０を通して真っ直ぐに組み付けられた駆動ロッド４２は、ロッドが波と同じ軸に整列されるため、定在波と干渉することはない。
【００３０】
実施形態において、共振器デバイス３０は、例えば、図３のように、固定ディスク１０及び回転ディスク２０を第１の端３１に、かつ反射壁３１’を他端に有している。回転ディスク２０は、例えば、１０００〜１００，０００回転／分（ＲＰＭ）で、好ましくは、４０００ＲＰＭよりも速く回転するように構成されている。
【００３１】
図３及び図４ならびに軸方向の弁機構１０、２０からなる本発明による装置１００の１実施形態において、弁機構１０、２０は、共振器デバイス３０の第１の端３１に配置されている。図３及び図４に示すように、弁機構１０、２０は、駆動ロッド４２のための中心穴を有する回転ディスク２０からなる。駆動機構４０は、制御デバイス３５と接続して構成され、かつディスク２０を回転させるように構成されており、それにより、弁機構１０、２０は、穴２１、２２がディスク１０の穴１１、１２、１３、１４のうちの１つ又はいくつかと一致するときに開かれる。好ましくは、弁機構１０、２０は同期弁機構であり、即ち、弁機構１０、２０は、共振器デバイス３０内の圧力変動と同期して開き、また閉じるように構成されている。弁機構は、好ましくは、１対で構成されており、それにより、１対が音波の圧力最大で開き、別の１対が圧力最小で開くようになっている。
【００３２】
図５及び図６に概略的に示すように、静止ディスク１０の穴１１、１３は、回転ディスク２０の穴２１、２３と一致したときに、共振器デバイス３０と大気との間、又は共振器デバイス３０と双方向パイプ３６、３７との間で接続を生成するように構成されている。さらに、静止ディスク１０の穴１２、１４は、回転ディスク２０の穴２１、２３と一致するときに、共振器デバイス３０と容器５０との間で接続３８、３９を生成するように構成されている。
【００３３】
例えば、共振器デバイス３０への供給パイプ３６及び共振器デバイス３０からのドレイン・パイプは、回転ディスク２０の穴２１、２３を垂直位置に配置して静止ディスク１０の穴１１、１３に対応するときに開き、それにより、弁機構１０、２０が穴１１、１３、２１、２３を通して開く。さらに、共振器デバイス３０と容器５０との出入りの接続３８、３９は、回転ディスク２０の穴２１、２３を水平位置に配置して静止ディスク１０の穴１２、１４と対応するときに開かれる。
【００３４】
回転ディスク２０の穴２１、２３の数は、例えば、２つであってもよく、円形又はパイ形状（３角形）であってもよい。穴の数は変化してもよく、穴は他の形状を有してもよいことを理解すべきである。穴のうちの１つ又はいくつかは、不揃いな形状を有してもよい。図４Ｃでは、不揃いな形状を有する穴７０を有する弁ディスク２０の実施形態が示され、それにより良好なガスの流れが提供される。
【００３５】
静止ディスク１０は、回転できないような方法で、かつ、回転ディスク２０が静止ディスク１０と共振器デバイスの１端３０との間に設置されるようなやり方で組み込まれた反射面を有することが好ましい。
【００３６】
静止ディスク１０は、複数の穴１１、１２、１３、１４、例えば、４つの穴を有する。穴は、円形又はパイ形状（３角形）であってもよい。実施形態において、穴は、回転ディスクの穴に対応する形状を有している。例えば、穴は、回転ディスクの穴７０に対応して、不揃いで非対称の形状を有してもよい。穴の数は、例えば、所望の供給パイプ及びドレイン・パイプの数に応じて変化してもよく、穴は、他の形状、非対称形状さえも有してもよいことを理解すべきである。さらに、複数の穴を有する異なるパターンが、代替の弁機構を構成してもよく、それにより、ディスクは大幅に低いＲＰＭで回転することができる。
【００３７】
回転ディスク２０と静止ディスク１０の反射面との間に、摩擦を低減するための摩擦低減剤が存在する。摩擦低減剤の例は、油、例えば、薄い油膜、又は非常に小さく、摩擦のないエアギャップである。エアギャップのサイズは、一定であってもよく、好ましくは、数マイクロメートルのサイズであってもよい。実施形態において、回転ディスク２０は、可能な最小のエアギャップ、及びそれゆえ静止ディスク１０と回転ディスク２０との間の良好なシールを達成するため、アクティブ制御又はパッシブ制御を用いて、エア「クッション」又は磁気「クッション」の上に載るか又は浮かぶように構成されている。
【００３８】
回転弁ディスク２０が油膜の上に載る実施形態において、回転速度は１０ｍ／ｓ程度以下であることが好ましい。回転速度が１０ｍ／ｓより高い実施形態では、摩擦を最小にして摩擦をほぼゼロにまで減少させるため、弁ディスク２０を磁気「クッション」又はエア「クッション」（図示せず）の上に浮かせることを可能にすることが好ましいであろう。
【００３９】
短い共振器デバイス３０を有する実施形態では、即ち、そのＸ軸に沿う共振器の長さが、例えば、１０〜２０ｃｍより短い場合、ＲＰＭは極めて高くなる。一例として、１１ｃｍの長さの共振器デバイス３０は、約４４，０００ＲＰＭ（回転／分）で回転する弁ディスク２０を有し、一方、１ｍの長さの共振器装置は、約４８００ＲＰＭの弁ディスク２０の回転を必要としている。更に、４ｍの長さの共振器デバイス３０は、約１２００ＲＰＭの弁ディスク２０を必要としている。
【００４０】
図５中、容器５０は、弁機構１０、２０を介して共振器３０と共に構成される、本発明の一実施形態が示される。好ましくは、容器５０は、その周囲とは異なる圧力、即ち、反応が十分な時間で発生するのを可能にするために、容器の外の雰囲気の空気圧と異なる圧力を有している。それゆえ、容器５０内の圧力は、容器の外の雰囲気の空気圧より高くてもよく、又は低くてもよい。弁ペアＡ及びＢ、即ち、穴１２、１４、２１、２３が一定の限られた期間開かれると、容器５０は、共振器デバイス３０内の最大圧力又は最小圧力と同じ圧力に達し、それにより、容器５０内で発生する全工程がその時間枠の間に共振器デバイス３０内で発生する工程と同等となり、共振器デバイス３０内及び容器５０内で同じ圧力を有するという事実をもたらす。このことは、液体の物質が共振器デバイス３０内のガスから抽出されるならば、この液体の物質が容器５０内のガスからも抽出されることを期待できることを意味している。
【実施例１】
【００４１】
水蒸気から水への相変化が、圧力最小の間に共振器デバイス内で発生するならば、容器５０内の相変化が等しく発生し、即ち、水蒸気から水への相変化が、容器５０内で同様に発生する。
【００４２】
容器５０を共振器デバイス３０と共に構成する利点は、工程が、容器５０内で発生するのにより長い時間を有することである。例えば、このことは、相変化がより完全になることを意味し、それにより、容器５０が装置の一部でない実施形態と比較して、液体の物質のより大きな部分が、ガスから抽出され得る。共振器デバイス３０内で、相変化は、発生に数ミリ秒を有するのみであり、最小圧力時に現れる蒸気雲は、液滴に変わるのに十分な時間を持ちえないことは容易に理解される。容器５０を有すると、工程は、発生に十分な時間を有し、触媒の影響によってさらに支援され得る。触媒の機能は、液体の物質の抽出を促進することであり、触媒は、食塩結晶、高電圧、超音波、有機繊維又は他の手段であってもよい。有機繊維は、サボテンの繊維又は松の木の繊維のような天然で見られるような植物繊維であってもよい。触媒は、小さい温度差にも関わらず、液体の物質の抽出を速めることができるため、小さい温度差が望ましい実施形態において、特に便利である。
【００４３】
共振器デバイス３０内の音波は、圧力、分子運動、温度などのような、いくつかの特性を有する。これらの特性のうちのいくつかを、適切な瞬間に影響させることによって、音波は、弱められたり、強められたりする。
【００４４】
本発明の実施形態では、ガスと蒸気、液滴と化学物質及び／又は粉末状の食塩の混合物が使用されてもよい。利用可能なエネルギーが相変化に拘束されて存在し、分子間の化学結合及び音響共振器デバイス３０が、異なる方法でこれらのエネルギーと相互に作用することができる。
【００４５】
図６では、シーケンスＳ１〜Ｓ９は、ガスの流れが、共振器デバイス３０に送られ容器５０内に送られるときに、どのように見えるかを概略的に説明する。実施形態では、ガスの流れを共振器デバイス３０に供給するように構成された、図１４及び図１５に示すガス付加デバイス７５、供給源パイプ７５が存在する。付加デバイス７５又は供給源パイプ７５は、ガスがパイプ内に強制的に入れられるターボもしくはファンとして、又はガスがパイプ内に注入されるか又は吸引されるポンプ・デバイスとして構成されてもよい。制御デバイス３５は、供給源パイプ７５を制御するように構成されてもよく、それにより、制御デバイス３５は、共振器デバイス３０に対するガスの流れを制御することができる。
【００４６】
シーケンスＳ１に示すように、ガスは、供給源パイプ３６を通して運ばれる。また、ガスは、適切に組み付けられたガス付加デバイス７５、例えば、ファンユニットもしくはターボ・ユニットを介して、又は弁（図示せず）の非対称形状を介して生成されてもよい。図６では、流れの方向が矢印で示される。一定の量のガス６０がパイプ３６内に黒い矩形として記される。
【００４７】
シーケンスＳ２では、ある量のガス６０が、弁機構１０、２０に接近し、シーケンスＳ３では、ある量のガス６０が、共振器デバイス３０内に配置されている。ある量のガス６０が、共振器デバイス３０内に配置される場合、弁機構１０、２０は閉じられ、ある量のガス６０は、音波、好ましくは、定在音波又は進行音波の影響を介して、圧力及び容積の変化を受ける。シーケンスＳ４では、容器５０に対する弁機構１０、２０は開かれ、シーケンスＳ５では、ある量のガス６０は、シーケンスＳ１及びＳ２における条件と比べて異なる圧力、温度及び容積の下で、パイプ３８内を容器５０に向かって移動する。
【００４８】
シーケンスＳ６及びＳ７では、反応又は相変化が、容器５０内で発生したときに、ある量のガス６０は、容器５０からパイプ３９を介して弁機構１０、２０に向かって移動する。このことは、流れ制御デバイス４０、例えば、ポンプ・デバイスを用いて、又は非対称開口によって、例えば、上で説明したような圧力差を生成することによって、行うことができる。制御デバイス３５は、流れ制御デバイス４０を制御するようにさらに構成されてもよく、それにより、制御デバイス３５は、共振器デバイス３０と容器５０との間のガスの流れを制御することができる。
【００４９】
シーケンスＳ８では、ある量のガス６０は、再び共振器デバイス３０の中に置かれ、弁機構１０、２０は閉じられる。すべてのことが、初めから繰り返される。このような環境下で、シーケンスＳ１の始まりから音波及び元の圧力が、復元される。シーケンスＳ９では、ある量のガス６０は、ドレイン・パイプ３７を介して共振器デバイス３０を出る。
【００５０】
図４Ｃでは、少なくとも１つの非対称な穴７０を有する、回転する弁ディスク２０の１実施形態が、概略的に示される。少なくとも１つの非対称な穴７０を有する回転ディスク２０を使用することによって、回転ディスク２０が１つ又はいくつかの対称な穴を有する場合と比較して、より大きいガス交換を得ることができる。ガス交換によって、ここでは、空間３０内に置かれたガスがその位置を容器５０内に置かれたガスと入れ替えることが、理解されるであろう。ガスの交換が強力であるほど、空間３０内のより多くの量のガスがその位置を容器５０内のガスと入れ替える。代替実施形態において、非対称な穴７０は、静止ディスク１０内の２つ又は４つの穴を置換してもよい。
【００５１】
回転ディスク２０が１つ又は複数の非対称な穴７０を有するという事実は、例えば、空間３０内の大気圧（ａｔｍ）のガスが定在波に曝されるならば、注入されたガスのボリュームが圧力の上昇に曝されてこの空間３０内で一定時間曝された後、ガスのボリュームは、例えば、５ａｔｍの圧力を有するであろうことを意味している。この最後の圧力は、容器５０（図４に示さないが、図５、図６、図１１、図１２、図１３及び図１４と比較すること）内の圧力に相当する。ガスのボリュームが５ａｔｍに達する少し前に、非対称な穴７０を有する弁機構１０、２０が開かれるならば、容器５０内に存在するガスは、容器５０内の圧力と空間３０内の圧力との間の圧力差により容器５０から空間３０へと流れ、それにより、容器５０内の圧力が低下する。空間３０内のガスのボリュームが所望の圧力に達し、弁機構１０、２０が大きく開かれると、ガスは、圧力差により空間３０から容器５０へと流れる。
【００５２】
熱−音響共振器デバイスを有する本発明による装置では、蒸気、液滴、粉末状の食塩又は液滴内の食塩が、相互に作用して、異なる結果を達成することが可能である。粉末状の食塩及び水蒸気は、例えば、熱−音響エンジンの燃料とみなされ得る。また、粉末状の食塩は、凝縮工程のための燃料であり得る。
【００５３】
本発明の実施形態では、共振器デバイス３０は、図７に示すように、エネルギー付加デバイス３２を有する。エネルギー付加デバイスの例は、
−種々の燃料を用いるエンジン、それにより、エンジンは、波が最も熱い瞬間における温度上昇を介して、波にエネルギーを加える。
−例えば、燃料として液体空気を用いるエンジン、それにより、エンジンは、波が最も冷たい瞬間における温度降下を介して、波にエネルギーを加える。
−波が最も熱いときの圧力上昇によって、波にエネルギーを加えるエンジン。
−波が最も冷たいときの圧力降下によって、波にエネルギーを加えるエンジン。
−波が最も冷たいときの相変化によって生じる体積減少によって、波にエネルギーを加えるエンジン。
−波が最も暖かいときの相変化によって生じる体積増加によって、波にエネルギーを加えるエンジン。
−波がその最高の圧力を有するときに圧縮空気を噴射し、波にエネルギーを加えるエンジン。
−粉末状又は滴状の食塩は、波が最も冷たいときに、水蒸気の凝縮を速める。食塩は、工程に対する燃料とみなされ得る。
−波にエネルギーを加える体積減少。体積減少は、大きな体積の水蒸気が小さな水滴に崩壊するときに自発的に発生する。
【００５４】
それゆえ、エネルギー付加デバイスは物理的デバイスであり得るが、また、工程を速めるために空間に加えられる食塩でもあり得ることを理解すべきである。また、エネルギー付加デバイスは、大きな体積の水蒸気が小さな液滴、例えば、小さな水滴に崩壊するときの、空間３０内の自発的な体積減少のような、自発的な反応であってもよい。
【００５５】
エネルギー付加デバイスは、概略的に図に示されるにすぎないことを、さらに理解すべきである。
本発明の実施形態では、共振器デバイス３０は、図８に示すように、波からエネルギーを消費するエネルギー消費デバイス３４を示す。エネルギー消費デバイス３４の例は、
−波が最も冷たいときに温度上昇を生じる冷蔵庫が、波からエネルギーを取り去る。
−波が最も冷たいときに小さな水滴が凍って氷になる相変化が、温度の下方向への振れを防止し、それゆえ、波からエネルギーを取り去る。
−波が最も熱いときに温度降下を与える冷蔵庫が、波からエネルギーを取り去る。
−波が最も冷たいときの水の凝縮などの相変化、最も冷たい分子が最初に抽出されて周囲の空気を暖かくし、それにより結果として、波からエネルギーを取り去る。同じ現象が自然界で見ることができ、雲は、そこから雨が落下すると、わずかに暖かくなる。
−適切な周波数及び位相で働くピストン又は膜は、波からエネルギーを取り去る。
−波が最も低い圧力を有するときに圧縮空気を高圧で加える弁は、波からエネルギーを取り去る。又は
−波が最も高い圧力を有するときに圧縮空気を取り去る弁は、波からエネルギーを取り去る。
【００５６】
本発明の実施形態では、共振器デバイス３０は、図９に示すように、エネルギー付加デバイス３２及びエネルギー消費デバイス３４を有することができる。このように、多くの異なる要求に対して多くの組合せの可能性が生まれる。
【００５７】
さらに、１つの単一ユニットが、エネルギー付加デバイス３２及びエネルギー消費デバイス３４の両方を同時に含むことができる。１例は、空気で運ばれる水蒸気の凝縮である。圧力が最小のときに部分的な蒸気体積が崩壊するという事実によって、波が強化される。波が最も冷たいときに、最も遅い分子が最初に滴を生成するという事実によって、残りの空気が暖かくなり、そのことが波を弱くする。最初の影響が支配的であれば、共振器デバイス内の音響波は、自発的に振れる。別の場合では、エネルギー付加デバイス３２が共振器デバイス３０において構成され、それにより、エネルギー付加デバイス３２は、失われるエネルギーによって音響波をもたらす。
【００５８】
空気から直接水を抽出することの利点は、太陽が、すでに、エネルギーが必要な水蒸気からの相変化を実施し、海洋の食塩から水を分離していることである。
図１１では、エネルギー付加ユニット３２を有する音響共振器デバイス３０が示され、容器５０が、共振器デバイス３０に接続されている。弁機構１０、２０の開口Ｃ及びＤが、共振器デバイス３０内で圧力最大において開くときに、毎秒１立方メートルの空気が開口Ｃ及びＤを通っていると仮定すると、同じ量の空気が、圧力最低時に開口Ａ及びＢを強制的に通過させられる。すべての湿気が容器５０内で凝結するならば、それは、毎秒２５０ｇ、又は２４時間に１．３メートル・トンの水に相当する。したがって、容器はより低い圧力を有する。
【００５９】
図１３では、本発明による装置１００の実施形態が示され、共振器デバイス３０及び容器５０が、地面からＭの距離に配列される。例えば、容器５０は、容器５０の液面８０と他の容器８２の表面との間の距離Ｄ１が、１〜１００メートルの範囲内にあるように、配列されてもよい。実施形態では、距離Ｄ１は約５メートルである。
【００６０】
本発明の実施形態では、共振器装置３０及び容器５０は、パイプ８１を用いて、地面からＭの距離に配列され、それにより、例えば、容器５０からの液体の物質８４は、地面Ｍに向かって下方に運ばれ得る。図１３に概略的に示すように、パイプ８１及び容器５０は、液体の物質８４を含み、容器５０は、液体の物質８４をレベル８０まで含む。
【００６１】
さらに、本発明による装置１００の実施形態は、パイプ８１において配列され、例えば、地面Ｍ上に置かれた第２の容器８２を有してもよい。第２の容器８２は、容器５０内でより低い圧力を維持しながら、抽出された液体の物質８４のボリュームを、正の圧力の下で容器８２から流し出すことができる栓８３を有してもよい。
【００６２】
例えば、第２の容器８２を持たない１実施形態において、又は第２の容器８２に取り付けられた栓デバイス８３の補完物として、栓又は栓装置が、パイプ又はチューブ８１に取り付けられてもよいことを理解すべきである。
【００６３】
パイプ又はチューブ８１は、チューブの最下端において大気圧以上を生成するような寸法を有する。したがって、液体の物質を、容器５０内のより低い圧力に影響を与えることなく流し出すことができる。
【００６４】
例えば、定在波を維持するために、エネルギー付加ユニット３２が、図１１に示すように、共振器デバイス３０の１端に置かれてもよい。このエネルギー付加ユニットは、高圧及び低圧を交互に供給すること、又は暖かい空気をパルス状に発すること、即ち、暖かい空気と冷たい空気を交互に供給することなど、圧縮空気をパルス状に発することによって、波に音響エネルギーを加えるピストン機構又は弁機構であってもよい。弁機構は、圧縮空気エンジン又は熱エンジンとなる。
【００６５】
上の説明によれば、天然ガスは、液化天然ガスに変換され得ることを理解すべきである。本発明によって、空気を含む複数の他のガス、例えば、ＣＯ２、ブタン及びプロパンが、凝縮され得る。
【００６６】
例えば、図１１を参照すると、メタンを含むガスが、定在波又は進行波が最高圧力を有するときに開く入口Ｃ及びＤを介して、共振器デバイス３０に注入され得る。共振器デバイス３０内で、注入されたガスが、減少する圧力に曝され、一定の低い圧力において、容器５０への開口Ａ及びＢが開かれる。メタンガスが、容器５０内で、約マイナス１６０Ｃで凝縮される。入口Ｃ及びＤに注入されたガスは、中間の波の圧力振幅がマイナス１６０Ｃ未満に達するのを可能にするために、より高い圧力を有し、可能な限り冷たくあるべきである。静圧の４０％より大きい圧力スイングを避けるという経験則が、あってもよい。静圧を増すことによって、より大きな圧力スイングが達成され得る。こうして、同じ工程において、より低い温度が達成され得る。注入されたガスに、高圧と低温とを組み合わせることによって、圧力最小においてさらに低い温度が到達され得る。
【００６７】
他の実施形態では、温度は、いくつかの段階に引き下げられてもよく、それにより、異なるガスを凝縮することができる。天然ガスを処理するとき、第１の段階で水が抽出され、第２の段階でブタンが抽出され、第３の段階でメタンが抽出され、第４の段階でＣＯ２が抽出される。
【００６８】
注入されたガスは、マイナス１６０Ｃよりさらに低い温度で凝縮する、例えば、空気、窒素などの冷却剤と混合されてもよい。冷却剤がより低い温度で凝縮しないならば、それは、試剤として役に立たない。凝縮の間際では、圧力と温度の間にもはや関係はなく、冷却効果は消失する。定在波を維持するために、エネルギー付加ユニット３４が、共振器デバイス３０の１端に置かれてもよい。エネルギー付加ユニット３４は、共振器デバイス３０の端、即ち、入口Ｃ及びＤと反対の端に配置されていることが好ましい。
【００６９】
相変化を生み出すために運転される共振器デバイス
水で飽和した空気が、音波が最大圧力を有するときに、入口Ｃを介して共振器デバイス３０に注入され、出口Ｄから出ると仮定する（図５参照）。同じ空気が音波の最小圧力において開く開口Ａ及びＢを介して容器５０に流入し、それにより、容器５０が、やはり、より低い圧力に達する。１サイクルの間に、空気及び水蒸気が容器５０に入る。水蒸気は、部分容積を有する。この量の水蒸気が崩壊して水滴になると、その部分容積はほぼすべて消失する。こうして、圧力は、さらに減少する。波が、すでに圧力最小にあるときに圧力が減少するならば、エネルギーが、波に加えられる。
【００７０】
相変化及び食塩によって駆動される共振器デバイス
水蒸気で飽和した空気が、音波が最大圧力を有するときに、入口Ｃを介して共振器デバイス３０に注入され、出口Ｄを介して出ると仮定する（図５参照）。同じ空気が音波の最小圧力において開く開口Ａ及びＢを介して容器５０に流入し、それにより、容器５０が、より低い圧力に達する。１サイクルの間に、空気及び水蒸気が容器５０に入る。非常に少量の食塩が容器５０に注入されるならば、より低い圧力をほとんど必要とすることなく、凝縮が発生可能である。食塩は、水蒸気と反応し、食塩は、このユニットの燃料とみなされ得る。部分容積が、正常な状態の下で消失するならば、波は維持され、一定のより低い圧力が、容器５０内に現れる。一般に、非常に少量の食塩が、大量の水の変換を刺激するのに十分である。いくつかの場合では、数ピー・ピー・エム（ｐｐｍ）で十分であり、これは、抽出された水の味に影響を与えない。
【００７１】
発生したエネルギーは、共振器デバイス３０内のエネルギー消費ユニット３４を介して取り出され得る（図１２参照）。エネルギー消費ユニット３４は、例えば、ピストン及びクランクシャフトからなることができる。
【００７２】
図１４では、本発明による装置１００の１実施形態は、分離平面７２を特徴とする空間３０と、エネルギー付加ユニット３２及び／又はエネルギー消費ユニット３４とを含む。さらに、装置１００は、空間３０に隣接する供給パイプ（図６の３６）を有する。分離平面７２によって、空間３０は、２つの共振器として機能するように配列された、２つの接続された部品３０ａ、３０ｂに分割される。分離平面のために、ターボ・ユニット７５は、ガスを効率良く容器５０に押し込む。
【００７３】
本発明が、例示的実施形態を参照して説明されたが、本発明は、これらの実施形態によって限定されるものではないことを理解すべきである。それらは、本発明を説明することだけを目的としている。例えば、実施形態は、組み合わされてもよく、装置１００の実施形態が、例えば、より大きな圧力スイング及びより良好な相変換を得るために、いくつかの工程に構成された、１つ又はいくつかの共振器デバイス３０を含んでよいことも理解すべきである。本発明は、注入された複合物、例えば、ガスが凝縮される実施形態を参照して説明されたが、注入される複合物が、液体又は固体の状態にあってもよく、凝縮以外の他の相変換が発生してもよいことを理解すべきである。本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
0005341202.tif 000002
【図２Ａ】
0005341202.tif 000003
【図２Ｂ】
0005341202.tif 000004
【図３】
0005341202.tif 000005
【図４Ａ】
0005341202.tif 000006
【図４Ｂ】
0005341202.tif 000007
【図４Ｃ】
0005341202.tif 000008
【図５】
0005341202.tif 000009
【図６】
0005341202.tif 000010
【図７】
0005341202.tif 000011
【図８】
0005341202.tif 000012
【図９】
0005341202.tif 000013
【図１０】
0005341202.tif 000014
【図１１】
0005341202.tif 000015
【図１２】
0005341202.tif 000016
【図１３】
0005341202.tif 000017
【図１４】
0005341202.tif 000018
【図１５】
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