RU2553357C2 - Thermal engine and its operation - Google Patents
Thermal engine and its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553357C2 RU2553357C2 RU2013126179/06A RU2013126179A RU2553357C2 RU 2553357 C2 RU2553357 C2 RU 2553357C2 RU 2013126179/06 A RU2013126179/06 A RU 2013126179/06A RU 2013126179 A RU2013126179 A RU 2013126179A RU 2553357 C2 RU2553357 C2 RU 2553357C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working fluid
- diaphragm
- tank
- source
- field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, области техники преобразования тепловой энергии в механическую при помощи магнитных, а также электрических сил и сил инерции для использования в тепловых двигателях.The invention relates to energy, the field of technology of converting thermal energy into mechanical energy using magnetic as well as electric and inertial forces for use in heat engines.
Известны из уровня техники тепловые двигатели, использующие магнитные, а также электрические явления, а также способы, использующие силы естественного или искусственного ускорения, силы тяжести или центробежные силы для изменения плотности и/или объема рабочего тела.Heat engines using magnetic as well as electrical phenomena, as well as methods using natural or artificial acceleration forces, gravity or centrifugal forces to change the density and / or volume of the working fluid are known in the art.
Известен аналог (патент RU 2161738), относящийся к области энергетического производства, - способ получения сжатого газа под действием ускорения искусственной силы тяжести, содержащий изолированную емкость и соединительный трубопровод для сжатого газа в качестве подвижного рабочего тела. Однако в этом аналоге отсутствуют магнитные или электрические источники и силы, что препятствует их использованию совместно с силами инерции для нового способа преобразования тепла.A known analogue (patent RU 2161738), related to the field of energy production, is a method of producing compressed gas under the action of acceleration of artificial gravity, containing an insulated container and a connecting pipe for compressed gas as a movable working fluid. However, in this analogue there are no magnetic or electrical sources and forces, which prevents their use together with inertia forces for a new method of heat conversion.
Известно изобретение, выбранное в качестве прототипа (патент RU 2199025), известное устройство которого содержит газообразную смесь в полых резервуарах с каналами для ее передвижения, подвижное рабочее тело с парамагнитными свойствами, источник магнитного поля. В известном способе перемещают рабочий парамагнитный/ферромагнитный элемент как подвижное рабочее тело между двумя крайними положениями, используют магнитную силу источника поля, например постоянного магнита, в циклическом процессе, в котором производят изменение плотности парогазовой смеси за счет сжатия в замкнутом объеме. К недостаткам прототипа относится рабочее тело с магнитным фазовым переходом при температуре Кюри, что сужает или ограничивает рабочий температурный диапазон и препятствует более широкому использованию парамагнитных веществ, а также не, позволяет использовать свойства электрической поляризации, так что при отсутствии фазового перехода прототип становится полностью неработоспособным.The invention is known, selected as a prototype (patent RU 2199025), the known device of which contains a gaseous mixture in hollow tanks with channels for its movement, a movable working fluid with paramagnetic properties, a magnetic field source. In the known method, the working paramagnetic / ferromagnetic element is moved as a movable working fluid between two extreme positions, the magnetic force of a field source, for example a permanent magnet, is used in a cyclic process in which the density of a vapor-gas mixture is changed due to compression in a closed volume. The disadvantages of the prototype include a working fluid with a magnetic phase transition at the Curie temperature, which narrows or limits the working temperature range and prevents the wider use of paramagnetic substances, and also does not allow the use of the properties of electric polarization, so that in the absence of a phase transition the prototype becomes completely inoperative.
Технической задачей и целью изобретения является устранение температурного ограничения фазового перехода с температурой Кюри, с целью чего ставится задача использования сил инерции ускорения совместно с использованием парамагнитного, а также диамагнитного или поляризованного газа во внешнем магнитном или электрическом поле путем создания магнитных или электрических сил для дополнительного изменения объема и плотности рабочего тела, в результате чего решается задача изобретения нового способа преобразования тепловой энергии, который не может быть осуществлен в известных тепловых двигателях.The technical problem and the purpose of the invention is to eliminate the temperature limitation of the phase transition with the Curie temperature, with the aim of setting the task of using acceleration inertia forces together with the use of paramagnetic, as well as diamagnetic or polarized gas in an external magnetic or electric field by creating magnetic or electric forces for additional changes volume and density of the working fluid, as a result of which the task of inventing a new method for converting thermal energy, which It cannot be carried out in known heat engines.
Технический результат изобретения, соответствующий поставленной технической задаче, выражается в расширении арсенала новых тепловых двигателей, типов, способов и средств преобразования тепловой энергии. И в частности, для использования альтернативных низкопотенциальных (например геотермальных, а также гелиотермальных) источников тепловой энергии, что дает возможность работы в труднодоступных районах без снабжения топливом, а также без вредных выбросов в атмосферу.The technical result of the invention, corresponding to the technical task, is expressed in expanding the arsenal of new heat engines, types, methods and means of converting thermal energy. And in particular, for the use of alternative low-potential (for example, geothermal, as well as heliothermal) sources of thermal energy, which makes it possible to work in hard-to-reach areas without fuel supply, as well as without harmful emissions into the atmosphere.
Способ реализуется на основе устройства (см. чертеж), которое содержит следующие существенные признаки: по меньшей мере два резервуара 1 и 2, из которых по меньшей мере один подвижный, с возможностью их относительного передвижения вдоль направляющей 3, соединенных переходным каналом, шлангом или трубкой 4 с возможностью перемещения рабочего тела, заполненных подвижным рабочим телом 5, например газом, частицы которого обладают физическим дипольным моментом, например намагниченностью или поляризацией, под действием подвижного источника поля 6, например электрического или магнитного. По меньшей мере в одном резервуаре находится подвижная диафрагма 7, выполняющая роль поршня с функцией изменения объема резервуара, соединенная кинематической связью 8 с источником поля 6, и установлен регулятор 9 подвижности или изменения режима работы диафрагмы 7. Все эти элементы размещаются внутри внешнего контейнера 10, снаружи резервуаров заполненного внешним практически нейтральным (по отношению к источнику поля 6) газом 11, частицы которого, например атомы или молекулы, имеют массу меньше массы частиц газообразного рабочего тела 5. Контейнер 10 помещают во внешнюю среду естественного или искусственного ускорения 12, например силы тяжести или силы центробежной инерции, которое (ускорение) является внешней средой, выполняющей функцию элемента. Для получения более однородного и постоянного поля может быть установлен также дополнительный (один или более) симметричный источник поля 13 (в частности неподвижный). В частном случае реализации источник поля 6 может быть помещен в отдельный отсек 14, изолирующий его от внешнего газа 11. Контейнер 10 также может быть выполнен герметичным для отсутствия вредных выбросов в атмосферу.The method is implemented on the basis of a device (see drawing), which contains the following essential features: at least two
К несущественным признакам устройства, но формально необходимым для его работы известным средствам, относятся выходной рычаг или внешний привод 15 для подключения внешних потребителей или преобразователей механической работы, и два теплопровода 16 и 17 для подвода и отвода тепла, конкретная конструкция которых несущественна, известна из инженерного уровня техники, следовательно не требует описания. К выходу устройства 15 может быть подключено любое известное механическое или электрическое внешнее средство, например маховик, рекуператор и/или электрический мотор-генератор с аккумулятором, для привода устройства в действие и для получения и сохранения запасенной энергии.Non-essential features of the device, but known means formally necessary for its operation, include an output lever or
Способ создания ускорения 12 также не относится к изобретению, так как используется как элемент среды на уровне функционального обобщения и может быть реализован на известном уровне техники с использованием известных средств, например раскручиванием всего устройства на центрифуге или просто под действием ускорения свободного падения силы тяжести Земли.The method of creating
В качестве рабочего тела 5 могут применяться различные вещества, например газы, или насыщенные пары жидкостей, или парогазовые смеси, или пары щелочных металлов, или новые газообразные синтезируемые вещества в будущем, то есть конкретное вещество рабочего тела может быть различным, так как существенный признак на уровне функционального обобщения имеет только наличие во внешнем поле дипольного момента частиц рабочего тела, например намагниченности или поляризации, независимо от названия конкретного вещества или материала. Необходимо также указать, что практически нейтральным внешний газ 11 является с точки зрения технической задачи, намагниченностью или поляризацией которого можно технически пренебречь наряду с другими факторами, например потерями на трение (тогда как строго теоретически все атомы и молекулы имеют ненулевую намагниченность или поляризацию в особенности в сильных полях), однако с технической точки зрения существенным признаком является только то обстоятельство, что рабочее тело 5 имеет существенно большее значение намагниченности или поляризации, чем (практически нейтральный) внешний газ 11, который используется только для создания внешнего давления на диафрагму, а магнитные или электрические свойства которого не используются и не являются существенными признаками. Таким образом, намагниченность или поляризация рабочего тела 5 должны быть как можно выше, а намагниченность или поляризация практически нейтрального внешнего газа 11 как можно ниже.Various substances, for example gases, or saturated vapors of liquids, or gas-vapor mixtures, or vapors of alkali metals, or new gaseous synthesized substances in the future, that is, a particular substance of the working fluid may be different, can be used as a working
Отличительным признаком рабочего тела 5 является отсутствие магнитного фазового перехода, что позволяет использовать парамагнитный или поляризованный газ, а также диамагнитный газ. Отличительным признаком источника поля 6 является возможность вместо магнита использовать источник электрического поля, например конденсатор или аккумулятор, совместно с поляризованным газом для рабочего тела.A distinctive feature of the working
Кинематическая связь 8, например, в виде рычага, или пружины, или жесткого крепления осуществляет кинематическую передачу движения и механического усилия между диафрагмой 7 и источником поля 6, что может быть охарактеризовано конечным коэффициентом рычага, эквивалентным соотношению длины плечей простого рычага. Этот элемент 8 используется из известных средств в уровне техники и выполняет только функцию передачи усилия и движения между диафрагмой 7 и источником поля 6 аналогично функции механического рычага или, в частности, простого жесткого соединения или крепления.The
Существенным отличием является функциональная взаимосвязь всей совокупности указанных признаков, в том числе применение двух газов 5 и 11 различной массы для создания разности давлений на диафрагме для изменения объема рабочего тела при дополнительном действии силы источника поля 6 одновременно в сочетании с действием силы ускорения 12, что в результате приводит к новому способу работы теплового двигателя, который не может быть реализован в известных устройствах.A significant difference is the functional relationship of the totality of these features, including the use of two
Регулятор 9 подвижности диафрагмы ограничивает движение диафрагмы 7, регулируя тем самым изменение объема резервуара 2, и представляет собой установленный на стенке резервуара, например, автоматический фиксатор-защелку из двух положений, или может быть электромагнитный затвор, или другое простое известное средство, или механизм такой, что в одном положении диафрагма 7 ограничена, а в другом его положении свободна и подвижна. Подвижность диафрагмы 7 обеспечивается выполнением из гибкого материала с гофрированной поверхностью, например резины, пластика или гибкого металла.The
Для источника поля 6, например магнитного поля, в качестве постоянного магнита, или соленоида (индукционной катушки) с электрическим током, или соленоида с ферромагнитным сердечником рабочее тело 5 выбирают как парамагнитный газ с возможно более высоким значением намагниченности, например кислород, или пары щелочных металлов, а в качестве газа 11 с возможно более низкой намагниченностью, например неон, азот, гелий, при условии более низкой массы частиц этого газа (по сравнению с газом 5).For a
Для источника поля 6, например электрического поля, электрического конденсатора или аккумулятора рабочее тело 5 выбирают как поляризованный газ с возможно более высоким значением поляризации, например водяной пар, воздух, а в качестве газа 11 с возможно более низкой поляризацией, например водород, при условии более низкой массы частиц этого газа.For a
Для источника поля 6, например магнитного поля, рабочим телом 5 может быть также диамагнитный газ, например углекислый газ, аргон, при условии более низкой намагниченности и массы частиц внешнего газа 11, например гелия или неона, в этом случае цикл по способу могут производить в обратном направлении.For the source of the
Во всех указанных случаях выбора источника поля и рабочего тела достигается одинаковый технический результат.In all these cases, the choice of the source of the field and the working fluid is achieved the same technical result.
Функционирование устройства происходит путем перемещения по меньшей мере одного резервуара 2 относительно резервуара 1 по направляющей 3 при изменении объема рабочего тела 5 за счет диафрагмы 7 по заявленному способу.The functioning of the device occurs by moving at least one
Технический результат устройства достигается также в изменении объема и плотности рабочего тела за счет разности давлений двух различных газов разной массы 5 и 11 под действием силы ускорения 12 как среды, выполняющей роль элемента, и кроме того, в изменении магнитной или электрической силы между рабочим телом 5 и источником поля 6 за счет изменения плотности рабочего тела в процессе функционирования устройства.The technical result of the device is also achieved in changing the volume and density of the working fluid due to the pressure difference of two different gases of
Способ преобразования тепловой энергии включает исходное состояние устройства, в котором оба резервуара 1 и 2 находятся на самом близком расстоянии друг от друга, причем регулятор 9 фиксации диафрагмы 7 при этом устанавливают в положение фиксированного и/или минимального исходного объема резервуара 2, а затем по меньшей мере один резервуар 2 перемещают по направляющей 3 и переводят устройство во второе положение, в котором резервуары 1 и 2 находятся на самом дальнем расстоянии друг от друга, после чего переключают регулятор 9 в свободное положение для свободного движения диафрагмы 7 и затем перемещают резервуар 2 относительно резервуара 1 обратно в исходное положение, при этом изменяют объем резервуара 2 за счет свободного движения диафрагмы 7, в зависимости от соотношения давления газов 5 и 11, а также магнитных или электрических сил между источником поля 6 и намагниченным или поляризованным рабочим телом 5 в резервуаре 2, и перемещают источник поля 6 посредством кинематической связи 8 с диафрагмой 7, и при достижении исходного положения устройства повторяют цикл. Этим подтверждается также осуществление изобретения.The method of converting thermal energy includes the initial state of the device, in which both
Для диамагнитного газа в виде рабочего тела 5 весь указанный цикл производят в обратном направлении, что дает одинаковый положительный результат.For diamagnetic gas in the form of a working
Отличительным признаком способа является отсутствие магнитного фазового перехода рабочего тела 5 при температуре Кюри, что дает также возможность использования не только магнитных, но и электрических взаимодействий.A distinctive feature of the method is the absence of a magnetic phase transition of the working
Способ отличается путем создания разницы давлений двух газов 5 и 11 разной массы в поле естественного ускорения свободного падения Земли или искусственного ускорения центробежной силы инерции 12 по барометрическому закону Больцмана, с помощью чего изменяют объем и плотность рабочего тела 5.The method differs by creating a pressure difference of two
В отличие от известных способов работы, например, паровой машины или магнитного двигателя подвижную диафрагму 7, выполняющую роль поршня, а также магнитную или электрическую силу источника поля 6 используют не для совершения полезной механической работы, а для увеличения массы подвижного рабочего тела 5 в резервуаре 2 путем его перетекания из резервуара 1 в резервуар 2 вследствие увеличения объема резервуара 2 за счет подвижности диафрагмы 7 и под действием силы источника поля 6.In contrast to the known methods of operation, for example, a steam engine or a magnetic motor, a
Существенным принципиальным отличием заявленного способа является двухступенчатое преобразование тепловой энергии, когда на первом этапе производят увеличение объема рабочего тела, как описано выше, а затем за счет увеличения массы рабочего тела в этом объеме, на втором этапе производят больше механической работы под действием большей ньютоновской силы ускорения 12, пропорциональной массе.A significant fundamental difference between the claimed method is a two-stage conversion of thermal energy, when at the first stage an increase in the volume of the working fluid is performed, as described above, and then due to an increase in the mass of the working fluid in this volume, at the second stage, more mechanical work is performed under the influence of a larger
Отличительным признаком указанного двухэтапного преобразования является то обстоятельство, что конечный полезный эффект и результат не можут быть получены ни на одном из отдельных этапов, и достигаются только последовательной взаимосвязью всей совокупности всех существенных признаков.A distinctive feature of this two-stage transformation is the fact that the final beneficial effect and result cannot be obtained at any of the separate stages, and are achieved only by a consistent interconnection of the totality of all essential features.
Техническим результатом способа в результате решения поставленной технической задачи является также расширение арсенала новых типов тепловых двигателей и средств преобразования тепловой энергии, для использования низкопотенциальных источников тепла при полном отсутствии вредных выбросов в атмосферу.The technical result of the method as a result of solving the technical problem is also to expand the arsenal of new types of heat engines and means of converting heat energy, to use low-grade heat sources in the complete absence of harmful emissions into the atmosphere.
Осуществление изобретения очевидно из чертежа и вышеприведенного описания. Например, с помощью внешнего привода 15 передвигают по меньшей мере один резервуар 2 вдоль направляющей 3, сначала в одном (прямом), а затем в другом обратном направлении, и при этом перемещают подвижную диафрагму 7 под действием давления газа 11 и источника поля 6 и изменяют объем рабочего тела 5, при этом из единства изобретения достигается одновременное осуществление способа и устройства для его осуществления. Однако достижение технического результата не следует из известного уровня техники или наглядных примеров и строго научно доказывается только теоретическим обоснованием на основе элементарных научных знаний из школьного курса физики и самых общих физических законов с использованием их математических формул и абстрактных физических величин на уровне функционального обобщения (которые не требуют указания конкретных значений и справедливы при всех известных в природе параметрах) и приводится ниже.The implementation of the invention is obvious from the drawing and the above description. For example, using an
Так как любой газ состоит из отдельных (аддитивных) частиц, атомов или молекул, адекватнее всего все физические величины приводить в расчете на одну частицу, например для массы частицы, с умножением на их общее число [http://www.regular.ru/encyclopedia/paramagnetic/]. Основными исходными заданными параметрами конструкции являются:Since any gas consists of separate (additive) particles, atoms or molecules, all physical quantities are most adequately calculated per one particle, for example, for the mass of a particle, multiplied by their total number [http://www.regular.ru/ encyclopedia / paramagnetic /]. The main initial design parameters specified are:
n1 - исходная плотность газообразного рабочего тела 5 в резервуаре 1;n 1 is the initial density of the gaseous working
n2 - исходная плотность газообразного рабочего тела 5 в резервуаре 2;n 2 is the initial density of the gaseous working
n11 - исходная плотность внешнего газа 11;n 11 is the initial density of the
V1 - исходный объем резервуара 1;V 1 - the initial volume of the tank 1;
V2 - исходный объем резервуара 2;V 2 - the initial volume of the
S - площадь диафрагмы 7;S is the
m5 - масса частицы газообразного рабочего тела 5;m 5 - the mass of the particles of the gaseous working
m11 - масса частицы внешнего газа 11;m 11 is the mass of the particle of the
j - средний магнитный момент частицы газообразного рабочего тела 5;j is the average magnetic moment of the particle of the gaseous working
p - средняя поляризация (дипольный момент поляризации) частицы газообразного рабочего тела 5;p is the average polarization (dipole moment of polarization) of a particle of a gaseous working
h - переменное расстояние между резервуарами 1 и 2 вдоль направляющей 3;h is the variable distance between the
h0 - исходное ближнее расстояние между резервуарами 1 и 2;h 0 - initial near distance between
hm - максимальное дальнее расстояние между резервуарами 1 и 2;h m - the maximum long distance between
n1(h) -переменная плотность газообразного рабочего тела 5 в резервуаре 1 в зависимости от переменной h;n 1 (h) is the variable density of the gaseous working
n2(h) - переменная плотность газообразного рабочего тела 5 в резервуаре 2;n 2 (h) is the variable density of the gaseous working
n11(h) - переменная плотность внешнего газа 11;n 11 (h) is the variable density of the
V2(H) - переменный объем резервуара 2;V 2 (H) is the variable volume of the
N - суммарное количество (частиц) рабочего тела 5 в резервуарах 1 и 2;N is the total number (particles) of the working
N=n1V1+n2V2=n1(h)V1+n2(h)V2(h).N = n 1 V 1 + n 2 V 2 = n 1 (h) V 1 + n 2 (h) V 2 (h).
Изменение плотности рабочего тела 5 и газа 11 в среде внешнего ускорения 12 определяется общеизвестной [http://en.wikipedia.org/wiki/Boltzmann_distribution] барометрической формулой БольцманаThe change in the density of the working
n=exp(-mah/kT),n = exp (-mah / kT),
где n - плотность;where n is the density;
m - масса частицы;m is the mass of the particle;
a - (ньютоновское) ускорение силы инерции 12, например естественного ускорения силы тяжести (тогда а равно g ускорению свободного падения), или искусственного ускорения центробежной силы инерции вращения (которые также математически эквивалентны по теории относительности Эйнштейна);a - (Newtonian) acceleration of
h - расстояние;h is the distance;
k - постоянная Больцмана;k is the Boltzmann constant;
T - абсолютная температура Кельвина.T is the absolute Kelvin temperature.
Отсюда ясно n2(h)=(n2/n1)n1(h)exp(-m5a(h-h0)/kT) и с учетом суммы N запишем:From here it is clear n 2 (h) = (n 2 / n 1 ) n 1 (h) exp (-m 5 a (hh 0 ) / kT) and taking into account the sum N we write:
Если источником поля 6 является постоянный магнит (а также может быть соленоид с током) и рабочим телом 5 является парамагнитный газ, каждая частица которого имеет средний магнитный момент j вдоль поля (источника 6), то каждая частица притягивается к магниту 6 с магнитной силой, прямо пропорциональной этому магнитному моменту j (аналогично силе тяжести пропорциональной массе частицы), и по третьему закону Ньютона такая же сила притяжения действует на магнит 6 пропорционально суммарному числу всех частиц в резервуаре 2, равному n2(h)V2(h), что может быть в итоге записано в общем виде силы αjn2(h)V2(h), где α - постоянный коэффициент пропорциональности определяет суммарный обобщенный вклад всех конкретных инженерных размеров конструкции, формы резервуара, силы магнита, геометрии и градиента магнитного поля и других факторов, что не может быть указано заранее, то есть выражает общую функциональную взаимосвязь между признаками изобретения вне зависимости от частных случаев его реализации. По физическому смыслу коэффициент α численно равен средней магнитной силе притяжения одного единичного дипольного магнитного момента j в конкретной конфигурации устройства. Далее, эта сила передается на диафрагму 7 посредством кинематической связи 8 в общем случае с коэффициентом передачи силы σ, который в конечном результате эквивалентен соотношению длины плечей простого рычага (в простейшем частном случае жесткого крепления σ=1), и в итоге магнитная сила, давящая извне резервуара на диафрагму 7, равна F=σαjn2(h)V2(h). Эта сила не влияет на кинетическую энергию частиц рабочего тела внутри резервуара 2, для чего снаружи могут устанавливать симметричный источник поля 13 (и могут быть добавлены другие), чтобы поле внутри резервуара было практически постоянным и однородным, что не изменяет скорость и распределение частиц. Заметим еще, что сила F зависит от плотности рабочего тела в резервуаре, и поэтому изменяется в процессе функционирования устройства прямо пропорционально плотности рабочего тела n2(h).If the source of
Кроме того, на диафрагму 7 действует давление рабочего тела 5 изнутри резервуара 2 и давление внешнего газа 11 снаружи, а так как давление газа (P=nkT) дает силу пропорционально площади S, тогда из условия равенства всех сил изнутри резервуара и снаружи диафрагмы легко получаем элементарное линейное основное уравнение баланса всех сил для равновесного положения диафрагмы, решение которого определяет весь полученный полезный эффект:In addition, the pressure of the working
SP2=SP11+F,SP 2 = SP 11 + F,
где S - площадь диафрагмы;where S is the diaphragm area;
P2 - давление рабочего тела 5 внутри резервуара 2;P 2 - pressure of the working
P11 - давление внешнего газа 11 снаружи диафрагмы 7;P 11 is the pressure of the
F - магнитная сила как указано выше.F is the magnetic force as described above.
Подставляя P2=n2(h)kT и также P11=n11(h)kT, запишем уравнение:Substituting P 2 = n 2 (h) kT and also P 11 = n 11 (h) kT, we write the equation:
где
где введенные также для краткости постоянные обозначения имеют вид:where, for brevity, the constant designations introduced also have the form:
ξ≡n1/n2; β≡am11/kT; γ≡am5/kT.ξ≡n 1 / n 2 ; β≡am 11 / kT; γ≡am 5 / kT.
Заметим, что полученное значение объема V2(h) больше его исходного значения V2.Note that the obtained value of the volume V 2 (h) is greater than its initial value V 2 .
В процессе производства способа совершается механическая работа A ньютоновской силы ускорения инерции аналогично силе тяжести или центробежной силы инерции ускорения вращения с учетом силы Архимеда:During the production process, the mechanical work A of the Newtonian force of acceleration of inertia is performed similarly to the force of gravity or centrifugal force of inertia of acceleration of rotation, taking into account the Archimedes force:
где интегрирование производится в пределах от h0 до hm, причем hm находится из условия V2(hm)=V2(h0)=V2, откуда:where integration is carried out in the range from h 0 to h m , and h m is found from the condition V 2 (h m ) = V 2 (h 0 ) = V 2 , whence:
Этим определяется максимальное расстояние hm, на которое следует передвигать резервуар(ы). Так как намагниченность разреженных газовых сред невелика, для таких слабых полей, можно принять θ много меньше единицы. И в результате интегрирования окончательно получим приближенную математическую оценку:This determines the maximum distance h m over which the tank (s) should be moved. Since the magnetization of rarefied gas media is small, for such weak fields, we can take θ much less than unity. And as a result of integration, we finally get an approximate mathematical estimate:
Данная расчетная формула является научным обоснованием технического результата. Другие известные оценки здесь не пригодны, например формула к.п.д. Карно, так как в цикле производится двухэтапное энергетическое преобразование, что не имеет ничего общего с классическим циклом Карно для паровой машины, в котором нет ни магнитных сил, ни сил инерции ускорения, что также не противоречит Второму началу термодинамики, которое запрещает только прямое (но не двухэтапное) преобразование тепла в механическую работу, но такие чисто теоретические вопросы выходят за рамки данного описания (и могут быть исследованы в дальнейшем).This calculation formula is the scientific justification of the technical result. Other known estimates are not suitable here, for example, the coefficient of efficiency Karno, since a two-stage energy conversion is performed in the cycle, which has nothing to do with the classical Carnot cycle for a steam engine, which has neither magnetic forces nor acceleration inertia forces, which also does not contradict the Second Law of Thermodynamics, which prohibits only direct (but not a two-stage) conversion of heat into mechanical work, but such purely theoretical questions are beyond the scope of this description (and can be investigated later).
В частном случае, если рабочим телом является диамагнитный газ, магнитная сила F меняет направление на противоположное, так как в отличие от притяжения парамагнетиков диамагнетики наоборот отталкиваются от магнита, и коэффициент а становится отрицательным, и в этом случае рабочий цикл проводят в обратном направлении, что также меняет знак конечного выражения, и в итоге минус на минус дает плюс, то есть получается точно такой же положительный результат.In the particular case, if the working fluid is a diamagnetic gas, the magnetic force F reverses direction, since, in contrast to the attraction of paramagnets, diamagnets, on the contrary, repel from the magnet, and the coefficient a becomes negative, and in this case, the working cycle is carried out in the opposite direction, which also changes the sign of the final expression, and as a result, minus to minus gives a plus, that is, the exact same positive result is obtained.
Для осуществления рабочего цикла в обратном направлении из исходного состояния устройства, в котором оба резервуара 1 и 2 находятся на самом близком расстоянии друг от друга, по меньшей мере один резервуар 2 перемещают по направляющей 3 и переводят устройство во второе положение, в котором резервуары 1 и 2 находятся на самом дальнем расстоянии друг от друга, причем регулятор 9 подвижности диафрагмы 7 при этом устанавливают в свободное положение для свободного движения диафрагмы 7, при этом изменяют объем резервуара 2 за счет свободного движения диафрагмы 7 в зависимости от соотношения давления газов 5 и 11, а также магнитных или электрических сил между источником поля 6 и намагниченным и/или поляризованным рабочим телом 5 в резервуаре 2, и перемещают источник поля 6 посредством кинематической связи 8 с диафрагмой 7, после чего переключают регулятор 9 в положение фиксированного и/или минимального исходного объема резервуара 2, и затем перемещают резервуар 2 относительно резервуара 1 обратно в исходное положение и при достижении исходного положения устройства повторяют цикл.To carry out the working cycle in the opposite direction from the initial state of the device in which both
В частном случае, если источник поля 6 является источником электрического поля, например электрический конденсатор или аккумулятор, а рабочим телом поляризованный газ, частицы которого имеют среднюю электрическую поляризацию p, только в выражении для силы F следует заменить j на p, так как математическое описание электрических и магнитных диполей совершенно аналогично, с точностью до замены обозначений j и p, отсюда конечное математическое выражение будет иметь точно такой же вид при замене j на p, с точностью переобозначения переменной, что дает такой же результат [Фейнмановские лекции по физике, вып.5, электричество и магнетизм, гл. 6, §2]. И согласно уравнениям Максвелла электрические и/или магнитные явления являются частными случаями реализации общего электромагнитного взаимодействия.In the particular case, if the source of
Сущность работы устройства по способу в следующем: сначала передвигают подвижный резервуар 2 на максимально дальнее расстояние при его меньшем исходном постоянном объеме, а значит и меньшей массе содержащегося в нем рабочего тела 5, и затрачивают меньшую механическую работу для его передвижения против силы тяжести или центробежной силы инерции 12 за счет его меньшей массы, а затем освобождают подвижную диафрагму 7 и перемещают подвижный резервуар 2 обратно в исходное положение при его большем объеме за счет подвижности диафрагмы 7 и большей массе рабочего тела 5 в нем за счет перехода подвижного рабочего тела в сторону увеличения объема из резервуара 1 в резервуар 2 по переходному каналу 4, и получают больше механической работы пропорционально его большей массы рабочего тела в резервуаре 2, при этом рабочее тело по закону сохранения энергии в процессе его расширения при увеличении объема резервуара поглощает и дополнительное тепло, необходимое для передвижения дополнительной массы отдельных частиц рабочего тела из резервуара 1 в резервуар 2 против силы тяжести или силы инерции, тогда как увеличение всей этой массы в увеличенном объеме резервуара 2 позволяет получить больше полезной механической работы, эквивалентной поглощенному количеству тепла, согласно закону сохранения энергии.The essence of the device according to the method is as follows: first move the
Так как в процессе функционирования устройства рабочее тело не расходуется, все устройство может быть помещено в герметичный контейнер 10, исключающий вредные выбросы в атмосферу, и любое даже самое незначительное количество подводимого тепла позволяет его использовать в устройстве по заявленному способу, так как отсутствуют какие-либо температурные ограничения и фазовые переходы при температуре Кюри, что позволяет использовать различные низкопотенциальные природные источники тепловой энергии, не требуя снабжения топливными ресурсами.Since the working fluid is not consumed during the operation of the device, the entire device can be placed in a sealed
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126179/06A RU2553357C2 (en) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | Thermal engine and its operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126179/06A RU2553357C2 (en) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | Thermal engine and its operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013126179A RU2013126179A (en) | 2014-12-20 |
RU2553357C2 true RU2553357C2 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53278082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013126179/06A RU2553357C2 (en) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | Thermal engine and its operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2553357C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6167704B1 (en) * | 1996-09-08 | 2001-01-02 | Haim Goldenblum | Energy generation device |
RU2161738C2 (en) * | 1998-12-21 | 2001-01-10 | Спурре Александр Феликсович | Method of generation of compressed gas |
RU2199025C1 (en) * | 2001-12-28 | 2003-02-20 | Темерко Александр Викторович | Magneto-thermal unit operating process |
GB2489181A (en) * | 2010-02-08 | 2012-09-19 | Shell Int Research | Power plant with magnetohydrodynamic topping cycle |
-
2013
- 2013-06-07 RU RU2013126179/06A patent/RU2553357C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6167704B1 (en) * | 1996-09-08 | 2001-01-02 | Haim Goldenblum | Energy generation device |
RU2161738C2 (en) * | 1998-12-21 | 2001-01-10 | Спурре Александр Феликсович | Method of generation of compressed gas |
RU2199025C1 (en) * | 2001-12-28 | 2003-02-20 | Темерко Александр Викторович | Magneto-thermal unit operating process |
GB2489181A (en) * | 2010-02-08 | 2012-09-19 | Shell Int Research | Power plant with magnetohydrodynamic topping cycle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013126179A (en) | 2014-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Reynolds et al. | Thermodynamics | |
Carnot et al. | Reflections on the motive power of fire | |
Baierlein | Thermal physics | |
US10683852B2 (en) | System and method for energy conversion | |
Jacobs et al. | A polytropic model for the solar wind | |
Burugupally et al. | The effect of working fluid properties on the performance of a miniature free piston expander for waste heat harvesting | |
RU2553357C2 (en) | Thermal engine and its operation | |
Qian et al. | Critical parameters in design of active magnetocaloric regenerators for magnetic refrigeration applications | |
Chandra | Energy, entropy and engines: An introduction to thermodynamics | |
Martinez et al. | Experimental demonstration of high-amplitude thermoacoustic instabilities under transcritical temperature conditions in a standing-wave device | |
McKenzie et al. | Shape of self-avoiding walk or polymer chain | |
EP1925073A2 (en) | Apparatus and methods of transferring heat with a differential magneto-thermal force | |
Wayne | Symmetry and the order of events in time: description of a reversible thermal energy converter composed of negative mass | |
Kim et al. | Controllable pneumatic generator based on the catalytic decomposition of hydrogen peroxide | |
Singh | Engineering thermodynamics | |
Płuszka et al. | Simplified numerical model of magnetocaloric cooling device | |
Rauen | The Proell Effect: A Macroscopic Maxwell's Demon | |
Rajaram | Chemical thermodynamics: Classical, statistical and irreversible | |
Fuchs et al. | The Response of Uniform Bodies to Heating | |
Demirel et al. | Mechanical Energy and Electrical Energy | |
Cahn et al. | Thermodynamics and statistical physics | |
Bauwens | Thermoacoustics: Transient regimes and singular temperature profiles | |
Kreuzer et al. | Thermodynamics | |
Starzak | Energy and entropy: Equilibrium to stationary states | |
Uddin | Thermodynamics: Fundamentals and Applications |