JP6171011B2 - 熱エネルギーから有用なエネルギーを生成する方法 - Google Patents
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Description
本発明にかかる方法は、熱を受け取り、必要に応じて冷却を行い、有用なエネルギーを生成する。本発明にかかる方法は、閉じた回路を形成する可動粒子(以降では「流体」とも称する)の集団全体を、保存的な力場(保存力場)および選択的な加熱/冷却に曝す。これらのパラメータの組合せにより、当該回路内の粒子の全集団が、全体としてその閉じた回路に沿って自発的に加速する傾向を示す。定常状態において、このような流体の流れのエネルギー、さらに、その結果として得られる定常状態のエネルギー出力は、力場を生成する生成源に由来せず、入力熱に由来する。
技術背景として、本発明にかかる方法が利用する様々な既知の現象(例えば、エネルギー保存の法則、質量保存の法則など)のうち、2つの現象について説明する。第1の現象は、保存力場に置かれた粒子が、その力場から加わる力により、ニュートンの第二法則にしたがい、力線方向に加速するという現象である。つまり、そのような粒子は、ゼロでない保存力場(力線を有する保存力場)が存在する所与の座標系において、非対称的な慣性挙動を示す。そのような粒子が力線で表される力場のみに曝されていることを前提として、当該粒子は、その力線方向に自発的に加速し、自身の質量中心の位置が変化すると共に力場からエネルギーを受け取る。このような力場では、各粒子が、基準位置に対して正または負のポテンシャルエネルギーを有する。力の方向と同じ方向の粒子の運動は、粒子のポテンシャルエネルギーを減少させてこの減少分を仕事、他形態のエネルギーまたは複数の形態のエネルギーの組合せに変換する。逆に、力の方向に抗する方向の運動は、他形態のエネルギーまたは複数の形態のエネルギー(およびその組合せ)を減少させると共に粒子のポテンシャルエネルギーを増加させる。このような系では、粒子のポテンシャルエネルギーの変化が、当該粒子の質量中心の、基準位置に対する物理的位置の変化に(経路非依存で)関係する。第2の現象は、熱エネルギー(本質的には、電磁エネルギー)が、粒子と衝突するなどして相互作用するまで電磁波の形態としてのみで、何もない空間を移動するという現象である。一旦、熱エネルギーが粒子に受け渡されると、その粒子がエネルギーを有するようになり、粒子間の運動エネルギーとポテンシャルエネルギー(内部エネルギー)として粒子間を伝播し、周囲に対して仕事を行い、体積空間を占める。内部エネルギーとは、各粒子の種類(type)、その環境およびその粒子固有の自由度により決まる、各種の内部運動エネルギー及び内部ポテンシャルエネルギーのことを意味する。帯電した粒子の場合には、例えば電場及び磁場も、前記伝播のパターンおよび平衡状態での粒子分布にも影響する。結果として、これらのことは粒子間の平均距離に影響を及ぼし、すなわち、所与の一定の体積空間内における粒子の数(つまり、密度)に影響する。
本発明にかかる方法は、様々な構成で実施することができる。本発明にかかる方法の十分な概要を示すために、本明細書において、2つの代表的な構成例を用いて当該方法を説明する。一方の構成例(第1の例示的構成)では、回路チャネル2−3で加熱が行われ、回路チャネル4−1で放熱すなわち冷却が行われ、それら以外は全て断熱されている(図1)。他方の構成例(第2の例示的構成)では、回路チャネル33−33’で加熱が行われ、回路チャネル31−32で冷却が行われ、それら以外は断熱されている(図3)。負荷は、回路チャネル3’−4または回路チャネル33’−34に位置する。実際の方法での加熱構成は、例示であるこれらの図示の構成と異なっていてもよく、これら2つの例示的構成を組み合わせたものに基づくものであってもよい。
本発明にかかる方法を概括的な基本形態で表すと、図1に示すように、例えば導通チャネルの閉じた回路1,2,3,3’,4,1内に閉じ込められた可動粒子で構成される。帯電した粒子の場合には、その導通チャネルの外皮内部又は外皮周辺に前記可動粒子が分布する。当該系は、図示のように保存力場に曝される。その力線は、図示の縦(上下)方向カラムと平行であり、当該力線の方向は、符号1から符号2の方向および符号3’から符号3の方向である。説明を分かり易くするために、前記回路は、ステーション2とステーション3との間の当該回路外部の高温の環境から加熱される熱交換領域と、必要に応じて設けられるステーション4とステーション1との間の当該回路外部の低温の環境により冷却される熱交換領域とを除いて、完全に断熱されている。前記回路は、さらに、粒子の流れから受け取るエネルギーを有用な出力エネルギーに変換する負荷を、符号3’−符号4間に含む。前記保存力場は、当該方法において存在する一部又は全ての可動粒子に対して図示の方向に力を加える保存力場であれば、どのような保存力場であってもよい。この保存力場は、電場、磁場またはその他の力場とされ得る。力場の種類によっては、後で詳述するように、特定の条件下のみで事実上の保存力場になるものもある。前記可動粒子は、当該方法における前記チャネル1−2−3−3’−4−1内を自由に循環的に移動する粒子である。前記可動粒子は、特に、帯電又は非帯電の粒子、例えば電子、イオン、電気的に中性な原子、分子等の任意の種類であってよく、(例えば、リング/ベルト状などの)理想気体、縮退気体、液体、固体、半固体、プラズマ、超伝導体等の任意の状態であってよい。符号3’−符号4の前記負荷は、前記可動粒子のエネルギーを有用な出力に変換できれば、前記回路の状況に適応させるどのようなデバイスであってもよく、例えば、発電機を活性化させるプロペラやピストン、(当該系から熱出力を得る)電気抵抗、電気モータ等でありうる。
この分析では、流体または流体の一部を「系」として、この系が有する関連エネルギーを、2種類の成分の組合せとして表現することができる。そのうちの一方の成分は、周辺の系内の基準点に対するポテンシャルエネルギーであり、他方の成分は、その系に起因したその他のあらゆる種類の関連エネルギーの組合せ(Eotherと称する)である。詳細には、このエネルギー成分Eother自体も、2種類の成分の組合せとして表現することができる。そのうちの一方の成分は、選択された基準座標系(chosen reference frame)における周辺の系内に対する指向性の運動エネルギー(directional kinetic energy)であり、他方の成分は、流体質量のうちの各部分に相関する各系に起因したその他のあらゆる種類の関連エネルギーである。後者の成分(流体質量のうちの各部分に相関する各系に起因したその他のあらゆる種類の関連エネルギー)は、系の総エンタルピーまたは総エンタルピーの一部に等しく、2種類の成分にさらに分けることができる。そのうちの一方の成分は、その系を生み出すのに必要なエネルギーである内部エネルギー(内部運動エネルギーや内部ポテンシャルエネルギー)であり、さらなる他方の成分は、環境を変位させてその系の空間を形成するのに必要な量のエネルギーであって、その系の体積及び圧力を確立するエネルギー(以下では「圧力−体積エネルギー」と称する場合もある。)である。これらの内容は、次式で表すことができる。:Eother=H+EKin=U+PV+EKin=KPV+EKin(式中、Hはエンタルピーであり、Uは内部エネルギーであり、PVは圧力−体積エネルギーであり、Pは圧力又は圧力−体積エネルギー密度であり、Vはその系の体積であり、EKinは系の運動エネルギーであり、Kはエンタルピーと圧力−体積エネルギーとの比である。)Kは平衡状態から別の平衡状態へ変化し得る(一部の系では大きく変化し得る)が、本明細書では、式を簡略化するために、Kを一定であると見なす。これは、系のパラメータの変動が比較的に小さい状況の多くで、Kがほぼ一定になるからである。ただし、当該方法を利用する現実的な各装置において、Kが無視できない数値を有する場合には、正確な結果を得るために、このパラメータの動的挙動を考慮に入れる。
1. EH1=EH other−EPH1=EH other−mHahH
で表されうる。
定常状態において、チャネル1−2(「低温カラム」とも称される)内に存在する流体全体としての、符号1および符号3’に対する所与の時点での関連エネルギーの合計は:
2. EC1=EC other−EPC1=EC other−mCahC
で表されうる。
定常状態において、チャネル3−3’ 内に存在する流体全体としての、符号3および符号2に対する所与の時点での関連エネルギーの合計は:
3. EH2=EH other+EPH2=EH other+mHa(R−hH)
で表されうる。
定常状態において、チャネル1−2内に存在する流体全体としての、符号2および符号3に対する所与の時点での関連エネルギーの合計は:
4. EC2=EC other+EPC2=EC other+mCa(R−hC)
で表されうる。
5. EH2/V=EC2/V
で表されるとおり互いに等しい。これは、定常状態において、長期的にみて双方の流体のパラメータ(圧力、温度等)が安定しており、かつ、符号2と符号3との間に負荷がないので、エネルギー密度差を維持できるからである。既述したように、各種損失については無視する。
6. [EH other+mHa(R−hH)]/V=[EC other+mCa(R−hC)]/V
となり、この式から:
7. EC other=EH other+ρHVa(R−hH)−ρCVa(R−hC)、
(mH=ρHV、mC=ρCV)
が導き出される。
8. E3’−1(t)=EH1(t)−EC1(t)
9. (EH1(t)/EH1)=(m(t)/mH)
10. (EC1(t)/EC1)=(m(t)/mC)
11. E3’−1(t)=(m(t)/mH)[EH other−mHahH]−(m(t)/mC)[EC other−mCahC]
12. E3’−1(t)=(m(t)/V)(ρH −1EH other−ρC −1EC other]−m(t)a(hH−hC)
が導き出される。
13. E3’−1(t)=(m(t)/V)(ρH −1EH other−ρC −1(EH other+ρHVa(R−hH)−ρCVa(R−hc))−m(t)a(hH−hC)=m(t)(1−ρH/ρC)[a(R−hH)+mH −1EH other]=m(t)(1−ρH/ρC)[mH −1EH other−ahH]+m(t)(1−ρH/ρC)aR
が導き出され、さらに、前述の「エネルギー成分」で説明した内容を踏まえると、
14. EH other=UH+PHV+EHKin=KHPHV+mHuH 2/2
であるから、
15. E3’−1(t)=m(t)(1−ρH/ρC)[KH(PH/ρH)+a(R−hH)+uH 2/2]
となる。
16. Q2−3(t)=Qin(t)=E3’−1(t)=m(t)(1−ρH/ρC)[a(R−hH)+mH −1EH other]=m(t)(1−ρH/ρC)[mH −1EH other−ahH]+m(t)(1−ρH/ρC)aR=m(t)(1−ρH/ρC)[KH(PH/ρH)+a(R−hH)+uH 2/2]
で表される。
17. E3’−4(t)=Eout(t)=E3’(t)−E4(t)
18. E3’(t)=U3’(t)+P3’V3’(t)+EKin3’+EP=K3’P3’V3’(t)+EKin3’+EP、
(U3’(t)+P3’V3’(t)=K3’P3’V3’(t))
19. E4(t)=U4(t)+P4V4(t)+EKin4+EP=K4P4V4(t)+EKin4+EP、
(U4(t)+P4V4(t)=K4P4V4(t))
となる。
20. m(t)=V3’(t)ρ3’=V4(t)ρ4=VC(t)ρC
と表せるので、
21. E3’−4(t)=(KP3’V3’(t)+EKin3’+EP)−(KP4V4(t)+EKin4+EP)=V3’(t)(KP3’+ρ3’u3’ 2/2)−V4(t)(KP4+ρ4u4 2/2)
と書き換えられる。
22. EH1/V−EC1/V=E3’(t)/V3’(t)−E1(t)/V1(t)=E3’(t)/V3’(t)−E4(t)/V4(t)(符号4から符号1間には負荷がなく、さらに、定常状態では長期的にみて流体の各種パラメータが一定であるため。)
を導き出せる。
23. E3’(t)/V3’(t)−E4(t)/V4(t)=[EH other−mHahH]/V−[EC other−mCahC]/V=[EH other−ρHVahH−EH other−ρHVa(R−hH)+ρCVa(R−hC)+ρCVahC]/V=(ρC−ρH)aR=(1−ρH/ρC)ρCaR=(KP3’+ρ3’u3’ 2/2)−(KP4+ρ4u4 2/2)
24. E3’−4(t)=V3’(t)(KP3’+ρ3’u3’ 2/2)−V4(t)(KP3’+ρ3’u3’ 2/2−(1−ρH/ρC)ρCaR)=(KP3’+ρ3’u3’ 2/2)(V3’(t)−V4(t))+(1−ρH/ρC)ρCaR)V4(t)=m(t)(1−ρ3’/ρ4)(KP3’/ρ3’+u3’ 2/2)+(ρC/ρ4)m(t)(1−ρH/ρC)aR
となる。
25. Q2−3(t)=E3’−1(t)=m(t)(1−ρH/ρC)(KHPH/ρH−ahH+uH 2/2)+m(t)(1−ρH/ρC)aR
である。したがって:
26. η=E3’−4(t)/Q2−3(t)=[m(t)(1−ρ3’/ρ4)(KP3’/ρ3’+u3’ 2/2)+(ρC/ρ4)m(t)(1−ρH/ρC)aR]/[m(t)(1−ρH/ρC)(KPH/ρH−ahH+uH 2/2)+m(t)(1−ρH/ρC)aR]
が導き出される。
27. m(t)(KP3’/ρ3’+u3’ 2/2)=m(t)(KPH/ρH−ahH+uH 2/2)
が成り立つ。
28. η=E3’−4(t)/Q2−3(t)=[m(t)(1−ρ3’/ρ4)(KPH/ρH−ahH+uH 2/2)+(ρC/ρ4)m(t)(1−ρH/ρC)aR]/[m(t)(1−ρH/ρC)(KPH/ρH−ahH+uH 2/2)+m(t)(1−ρH/ρC)aR]
と書き換えられる。
29. η=E3’−4(t)/Q2−3(t)=[m(t)(1−ρH/ρC)aR]/[m(t)(1−ρH/ρC)[(KPH/ρH−ahH+uH 2/2)+(aR)]]
が得られる。
30. 最大で、η=(aR)/(TOT+aR)<1
となる。
31. E1=(m(t)/mC)[EC other−mCahC]−0=(m(t)/mC)[EC other−mCahC]
32. E2=(m(t)/mC)[EC other+mCa(R−hC)]−mtaR=(m(t)/mC)[EC other−mCahC]
33. E3=(m(t)/mH)[EH other+mHa(R−hH)]−mtaR=(m(t)/mH)[EH other−mHahH]
34. E3’=(m(t)/mH)[EH other−mHahH]−0=(m(t)/mH)[EH other−mHahH]
35. EC’(t)=m(t)[EC’(t)other−ahC’](ステーション1を基準とした場合)
36. EC’(t)=m(t)[EC’(t)other+a(R−hC’)](ステーション2を基準とした場合)
37. 式35と式36とでは、m(t)aRの差が存在する。
38. EH’(t)=m(t)[EH’(t)other−ahH’](ステーション3’を基準とした場合)
39. EH’(t)=m(t)[EH’(t)other+a(R−hH’)](ステーション3を基準とした場合)
40. 式38と式39とでは、m(t)aRの差が存在する。
なお、下付き文字H’,C’を有する符号で表される数値は、いずれも、所与の無作為のステーションについての数値とする。
41. mCaR−mHaR=mCaR(1−mH/mC)=mCaR(1−ρH/ρC)、
あるいは、別の次式で表される。
42. mCaR−mHaR=mHaR(mC/mH−1)=mHaR(ρC/ρH−1)
43. m(t)aR(1−ρH/ρC)
となる。
E3’−1(t)=m(t)(ρC/ρH−1)[mC −1EC other−ahc]+m(t)(ρC/ρH−1)aR
となり、この場合のポテンシャルエネルギー成分は:
44. m(t)aR(ρC/ρH−1)
である。
図3に示すように、この構成は、加熱/冷却源(加熱/冷却環境)の位置および断熱/熱伝導領域の位置を除いて第1の例示的構成と同一である。この構成の説明においても、損失については無視する。また、寸法比や力場については第1の例示的構成と同じである。説明を分かり易くするために、この回路は、ステーション33−ステーション33’間の加熱用の熱交換領域と、ステーション31−32間の必要に応じて設けられる冷却用の別の熱交換領域とを除いて完全に断熱されている。前記回路は、さらに、粒子の流れから受け取るエネルギーを有用な出力エネルギーに変換する、前述した符号3’から符号1間の負荷と同様であり、断熱された負荷を、符号33’−符号34に含む。したがって高温カラムでの加熱、および必要に応じておこる低温カラムでの冷却は、以下で述べる順番で行われる:まず、第1の例示的構成では、符号33から符号33’(符号3から符号3’)間を上方向に流れる質量m(t)のエネルギーは、流路に沿った任意の位置において合計が一定になり、各エネルギー成分がその流路に沿って徐々に互いに値が変化するものであった。しかし、前記合計が一定とならない第2の例示的構成では状況が異なる:第2の例示的構成では、第1の例示的構成において一定であったm(t)のエネルギーの合計に対し、非断熱の(断熱されていない)壁からの入力熱が加わる。この入力熱は、m(t)のエネルギーレベルに対して徐々に加算される。その中でステーション33の入力からステーション33’(負荷に進入する入力ポイントでもある)の出力までに質量m(t)に加わる熱の合計は、第1の例示的構成のQ2−3(t)に対応して比較可能なようにQin(t)と定義する。
45. EH31=EH other−EPH31=EH other−mHahH
で表される。
チャネル31−32(「低温カラム」とも称される)内に存在する流体全体としての、符号31および符号33’に対するエネルギーの合計は:
46. EC31=EC other−EPC31=EC other−mCahC
で表される。
チャネル33−33’内に存在する流体全体としての、符号33および符号32に対するエネルギーの合計は:
47. EH32=EH other+EPH32=EH other+mHa(R−hH)
で表される。
チャネル31−32内に存在する流体全体としての、符号32および符号33に対するエネルギーの合計は:
48. EC32=EH other+EPC32=EC other+mCa(R−hC)
で表される。
49. EH32/V=EC32/V
で表されるとおり等しい。これは、エネルギー密度差を引き起こす負荷がないからである。
50. [EH other+mHa(R−hH)]/V=[EC other+mCa(R−hC)]/V
となり、この式から:
51. EC other=EH other+ρHVa(R−hH)−ρCVa(R−hC)、
(∵mH=ρHV、mC=ρCV)
が導き出される。
53. E33’−31(t)=E33’−34(t)=E33’(t)−E31(t)
54. E32−33(t)=0;E32(t)=E33(t)
55. EH31(t)=EH31(m(t)/mH)
である。
56. EC31(t)=EC1(m(t)/mC)
である。
57. Eout(t)=E33’−31(t)=E33’(t)−E31(t)
58. E31(t)−Qout(t)+Qin(t)=E33’(t)
となる。したがって:
59. Eout(t)=Qin(t)−Qout(t)
である。
61. EC31(t)=E31(t)−ZQout(t)=E32(t)+(1−Z)Qout(t)=E33(t)+(1−Z)Qout(t)
62. EH31(t)−EC31(t)=Z(Qin(t)−Qout(t))+(2Z−1)Qout(t)
なので、定常状態の流れでは:
63. Eout(t) theoretical=(1/Z)[(EH31(t)−EC31(t))−(2Z−1)Qout(t)]=(1/Z)[(m(t)/V)(ρH −1EH other−ρC −1EC other)−m(t)a(hH−hC)−(2Z−1)Qout(t)]=(1/Z)[m(t)(1−ρH/ρC)[K(PH/ρH)+a(R−hH)+uH 2/2]−(2Z−1)Qout(t)]
となる。
64. Qin(t)−Qout(t)=(1/1)[m(t)(1−ρH/ρC)[K(PH/ρH)+a(R−hH)+uH 2/2]−(2−1)Qout(t)]
65. Qin(t)=[m(t)(1−ρH/ρC)[K(PH/ρH)+a(R−hH)+uH 2/2]
となる。
66. Eout(t) theoretical=2(EH31(t)−EC31(t))=2(m(t)/V)(ρH −1EH other−ρC −1EC other)−m(t)a(hH−hC)=2m(t)(1−ρH/ρC)[K(PH/ρH)+a(R−hH)+uH 2/2]
となる。
67. Eout(t)real=E33’(t)−E31(t)=(KP33’V33’(t)+EKin33’+EP)−(KP34V34(t)+EKin34+EP)=V33’(t)(KP33’+ρ33’u33’ 2/2)−V4(t)(KP4+ρ34u34 2/2)=V33’(t)(KP33’+ρ33’u33’ 2/2)−V34(t)(KP33’+ρ33’u33’ 2/2−(1−ρH/ρC)ρCaR)= =(KP33’+ρ33’u33’ 2/2)(V33’(t)−V34(t))+(1−ρH/ρC)ρCaR)V34(t)=m(t)(1−ρ3’/ρ4)(KP33’/ρ33’+u33’ 2/2)+(ρC/ρ34)m(t)(1−ρH/ρC)aR
68. Qin(t)=Eout(t)+Qout(t)=2(EH31(t)−EC31(t))+Qout(t)
となる。
69. η=Eout(t)real/Qin(t)={m(t)(1−ρ33’/ρ34)(KP33’/ρ33’+u33’ 2/2)+(ρC/ρ34)m(t)(1−ρH/ρC)aR}/{2m(t)(1−ρH/ρC)[K(PH/ρH)+a(R−hH)+uH 2/2]}、あるいは、第1の例示的な構成で説明した近似式のように:
70. (Z=1/2のとき)η=aR/{2(mH −1EH other+a(R−hH))}=aR/2(Tot+aR)<1/2
となる。
−符号1から符号2間の流体副集団が曝される場の強さおよび符号3から符号3’間の流体副集団が曝される場の強さ、あるいは、符号31から符号32間の流体副集団が曝される場の強さおよび符号33から符号33’間の流体副集団が曝される場の強さを、互いに同一に設定する必要がある。保存力場による累積力は、装置毎に固有であるが、符号1から符号2の方向および符号3’から符号3の方向、ならびにそれら各々に対応して保存力場によって符号31から符号32の方向および符号33’から符号33の方向であり、流体副集団を構成する可動粒子の数と相関して変化し、または、その数に比例する。場の最大強度。;
−当該流体の温度は、流体の密度に影響を与える;
−符号1−符号2と符号3−符号3’とが互いに等しいこと、符号31−符号32と符号33−符号33’とが互いに等しいこと;
−適切な負荷が符号3’と符号4との間に設けられていること、適切な負荷が符号33’と符号34との間に設けられていること;
−可動粒子の流れに対する抵抗が最小限に抑えられた導通チャネルであって、かつ、本明細書におけるその他の要件も満たす導通チャネル;さらに、
−定常状態における可動粒子の流れと力場との間の、正味の相互作用がゼロであること。
当該方法は、可動粒子をゼロでない保存力場(力線を有する保存力場)に曝すことを前提とする。一部の種類の場、例えば一定の電場、一定の重力場などは、複雑ではなくまた真っ直ぐであり(straight-forward)、慣性座標系で表すことができる。別の種類の場、例えば遠心力場、磁場(可変磁場、移動電荷に作用する磁場等)などの場合には、そうした力場に保存性を実現するための、当該方法に係る特定の条件を満たす必要がある。ただし、当該条件が満たされた場合には、その場を、当該方法における実質上の保存力場として見なすことができる。
71. ΔF3’1=ΔF3’4=mCa−mHa=mC(1−ρH/ρC)a=ρCV(1−ρH/ρC)a
72. ΔP3’1=ΔP3’4=(mCa−mHa)/A=(mC(1−ρH/ρC)a)/A=(ρCV(1−ρH/ρC)a)/A=(1−ρH/ρC)ρCaR
73. η’=E3’−4(t)/Q2−3(t)=[(KP3’V3’(t)+EKin3’+EP)−(KP4V4(t)+EKin4+EP)]/Q2−3(t)=[V3’(t)(KP3’+ρ3’u3’ 2/2)−V4(t)(KP4+ρ4u4 2/2)]/Q2−3(t)=[V3’(t)(KP3’+ρ3’u3’ 2/2)−V4(t)(K(P3’−(1−ρH/ρC)ρCaR)+ρ4u4 2/2)]/Q2−3(t)=[KP3’(V3’(t)−V4(t))+(ρC/ρ4)Km(t)(1−ρH/ρC)aR+m(t)u3’ 2/2−m(t)u4 2/2]/Q2−3(t)
となるので:
74. η’=[m(t)(1−ρ3’/ρ4)(KP3’/ρ3’)+m(t)(1−ρ3’ 2/ρ4 2)(u3’ 2/2)+(ρC/ρ4)Km(t)(1−ρH/ρC)aR]/[m(t)(1−ρH/ρC)(KPH/ρH−ahH+uH 2/2)+m(t)(1−ρH/ρC)aR]
である。
75. η’=[KaR]/[TOT+aR]
とできる。
76. η’=[KaR]/2[TOT+aR]
となる。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
[態様1]
熱エネルギーから有用なエネルギーを生成する方法であって、
導通チャネル(1−2−3−3’−4−1;31−32−33−33’−34−31)の一方向の流れの閉じた回路内に閉じ込められた可動粒子の集団全体(overall population of mobile particles)が、遠心力場又は重力場を除く保存力場に曝されており、あるいは、実質上の保存力場に曝されており、
前記回路は、2つの非並設の領域を除いて断熱されており、2つの領域のうち、第1の領域(2−3;33−33’)は、当該回路外部の高温の環境との熱交換による加熱(Qin)が可能であり、第2の領域(4−1;31−32)は、必要に応じて、当該回路外部の低温の環境との熱交換による冷却(QOUT)が可能であり、
前記閉じた回路には、前記可動粒子の流れから受け取るエネルギーを有用な出力エネルギーに変換する負荷(3’−4;33’−34)が設けられており、
前記負荷は、流れ方向において、非断熱の前記第1の領域(2−3;33−33’)の後に位置しており、
前記一方向の回路のうち、前記負荷の前に位置する部位(3−3’;33−33’)と前記負荷の後に位置する部位(1−2;31−32)との2つの部位における流速の方向が、前記保存力場または前記実質上の保存力場と平行であるか又はそれと平行な成分を有しており、これらの部位のうち、一方の部位には可動粒子が高温で流れ、他方の部位には可動粒子が低温で流れており、
前記保存力場の方向は、前記回路のうちの前記部位における前記低温の流体の前記流速方向又は前記低温の流体の流速方向の成分の方向に対して、選択された(chosen)前記可動粒子の密度が温度上昇と共に減少する場合には、同一方向であり、前記選択された前記可動粒子の密度が温度上昇と共に増加する場合には、逆方向である、方法。
[態様2]
態様1に記載の方法において、前記の非断熱の2つの領域のそれぞれの長さを、必要に応じて変化させる、方法。
[態様3]
態様1または2に記載の方法において、前記有用な出力エネルギーのうちの一部を、必要に応じて、前記可動粒子を冷却して定常状態を維持するためにフィードバックさせる、方法。
[態様4]
態様1から3のいずれか一態様に記載の方法において、前記可動粒子は、前記回路の前記チャネル内を自由に移動する粒子であり、帯電又は非帯電の、電子、イオン、電気的に中性な原子、分子のいずれかであり、理想気体、縮退気体、液体、固体、半固体、プラズマ、超伝導体のいずれかの状態である、方法。
[態様5]
態様1から4のいずれか一態様に記載の方法において、前記保存力場または前記実質上の保存力場が、電場(E)または磁場である、方法。
Claims (5)
- 熱エネルギーから有用なエネルギーを生成する方法であって、
導通チャネル(1−2−3−3’−4−1;31−32−33−33’−34−31)の一方向の流れの閉じた回路内に閉じ込められた流体である可動粒子の集団全体(fluidic overall population of mobile particles)が、遠心力場又は重力場を除く保存力場に曝されており、あるいは、実質上の保存力場に曝されており、
前記回路は、2つの非並設の領域を除いて断熱されており、2つの領域のうち、第1の領域(2−3;33−33’)は、当該回路外部の高温の環境との熱交換による加熱(Qin)が可能であり、第2の領域(4−1;31−32)は、必要に応じて、当該回路外部の低温の環境との熱交換による冷却(QOUT)が可能であり、
前記閉じた回路には、前記可動粒子の流れから受け取るエネルギーを有用な出力エネルギーに変換する負荷(3’−4;33’−34)が設けられており、
前記負荷は、流れ方向において、非断熱の前記第1の領域(2−3;33−33’)の後に位置しており、
前記一方向の回路のうち、前記負荷の前に位置する部位(3−3’;33−33’)と前記負荷の後に位置する部位(1−2;31−32)との2つの部位における流速の方向が、前記保存力場または前記実質上の保存力場と平行であるか又はそれと平行な成分を有しており、これらの部位のうち、一方の部位には可動粒子が高温で流れ、他方の部位には可動粒子が低温で流れており、
前記保存力場の方向は、前記回路のうちの前記部位における前記低温の流体の前記流速方向又は前記低温の流体の流速方向の成分の方向に対して、選択された(chosen)前記可動粒子の密度が温度上昇と共に減少する場合には、同一方向であり、前記選択された前記可動粒子の密度が温度上昇と共に増加する場合には、逆方向である、方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記の非断熱の2つの領域のそれぞれの長さを、必要に応じて変化させる、方法。
- 請求項1または2に記載の方法において、前記有用な出力エネルギーのうちの一部を、必要に応じて、前記可動粒子を冷却して定常状態を維持するためにフィードバックさせる、方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法において、前記可動粒子は、前記回路の前記チャネル内を自由に移動する粒子であり、帯電又は非帯電の、電子、イオン、電気的に中性な原子、分子のいずれかであり、理想気体、縮退気体、液体、固体、半固体、プラズマ、超伝導体のいずれかの状態である、方法。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の方法において、前記保存力場または前記実質上の保存力場が、電場(E)または磁場である、方法。
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