从热能产生有用能的方法.pdf

1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201380040099.1(22)申请日 2013.07.2312178430.0 2012.07.30 EPF01K 13/00(2006.01)F01K 25/00(2006.01)H01L 35/28(2006.01)(71)申请人 约阿夫科恩地址 瑞士维森(72)发明人 约阿夫科恩(74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理有限公司 11262代理人 周靖 王漪(54) 发明名称从热能产生有用能的方法(57) 摘要本发明涉及到一种从热能产生有用能的方法。移动粒子的总群体被限制在传导管道(1-2-3-3-4-1) 的封闭回路中，

2、受到保守或有效保守力场的作用单向的流动。所述回路除了两个非并列区域之外是隔热的，其中第一区域 (2-3)允许与所述回路外较热的环境热交换(Q输入)以制热，必要时，第二区域 (4-1) 允许与所述回路外较冷的环境热交换(Q输出)以制冷。所述封闭回路上设有负载 (3-4)，目的在于将所述负载从移动粒子流动接收的能量转化为有用输出能量。位于所述负载之前(3-3)和之后(1-2)的单向回路的两部分，流速矢量或所述矢量的分量与所述保守力场或有效保守力场相平行 ；两部分中的一部分具有移动粒子的热流，另一部分具有移动粒子的冷流，其中，当所选移动粒子的密度随温度升高而减小的时候，所述保守力场的方向与所述回路部

3、分中冷流的速度矢量相同或与冷流速度矢量的分量相同，当所选移动粒子的密度随温度升高而增大的时候，上述方向是相反的。(30)优先权数据(85)PCT国际申请进入国家阶段日2015.01.28(86)PCT国际申请的申请数据PCT/IB2013/056029 2013.07.23(87)PCT国际申请的公布数据WO2014/020486 EN 2014.02.06(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书15页 附图6页(10)申请公布号 CN 104508258 A(43)申请公布日 2015.04.08CN 104508258 A1/1

4、页21.一种从热能产生有用能的方法，其特征在于，被限定于传导管道 (1-2-3-3-4-1，31-32-33-33-34-31) 的单向流动封闭回路的移动粒子的总群体受到除离心力场和重力场外的保守力场或有效保守力场的作用，所述回路除了两个非并列区域之外是隔热的，第一区域 (2-3，3-33) 允许与所述回路外较热的环境热交换以制热 (Q输入)，必要时，第二区域 (4-1，31-32) 允许与所述回路外较冷的环境热交换 (Q输出) 以制冷，其中，所述封闭回路设有负载 (3-4，33-44)，所述负载 (3-4，33-44) 被设计成将其从所述移动粒子流动接收的能量转化为有用输出能量，所述负载在流

5、动方向上位于第一非隔热区域 (2-3，33-33)之后，其中，在位于所述负载之前(3-3，33-33)和之后(1-2，31-32)的单向回路的两部分中，流速矢量或所述矢量的分量与所述保守力场或有效保守力场平行，一部分具有移动粒子的热流，而另一部分具有移动粒子的冷流，并且其中，如果温度升高时所选移动粒子的密度减小，则所述保守力场的方向与所述回路部分中冷流的速度矢量相同或与冷流速度矢量的分量相同，如果温度升高时所选移动粒子的密度增大，则相反。2.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述两个非隔热区域中的每个的长度必要时改变。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述有用输出能量的一部

6、分必要时被反馈，用于制冷所述移动粒子以维持稳定状态。4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述移动粒子是可以在回路管道中自由移动的粒子，并可以是任何带电类型或不带电类型，如电子、离子、电中性的原子、分子，并且所述移动粒子可以是任何状态，如理想气体或简并气体、液体、固体、半固体等离子体、超导体。5.根据权利要求 1-4 中的一项所述的方法，其特征在于，所述保守力场或有效保守力场是电场 (E) 或磁场。权 利 要 求 书CN 104508258 A1/15 页3从热能产生有用能的方法0001 本发明涉及由热能产生有用能的方法。0002 本专利申请的发明人在 WO 2010/115654

7、 的专利申请中公开了一种方法及一种设备，所述方法及设备基于与本发明相关的作用原理，但是其仅限于在离心力场中应用，该离心力场作用于需要状态为理想气体或理想液体的流体。0003 德国专利申请 DE 102 34 568A1 和国际专利申请 WO 2010/097260 中公开了多种方法，所述方法基于与本发明相关的作用原理，但是其仅限于在重力场中应用的多种方法，该重力场作用于需要状态为理想气体或理想液体的流体。0004 美国专利申请 US 7,486,000B1 公开了使用已知热源、散热器和负载的方法。电场引起诸如转台与转动带等工作介质的运动。随后，这种机械能输出为有用功。所述运动是由操作通过制热

8、/ 制冷循环的工作介质的介电常数来产生的。在这种介电常数调节中，添加 / 移除的热量常用于修改所述工作介质中的每个元件的固有介电特性， 并因而制造了两类物质 ：一类强力 地与电场相互作用，而另一类则不与电场作用 (repel) 或不受电场影响。所述方法被发明人精确地定义为如权利要求中所述的“热介电电泳效应”( 第 2 页的第 30行 )。0005 与上述内容相反，在此提出的方法中，热量不能够转变每个粒子的类型以及每个粒子与保守力场 ( 诸如电场 ) 的相互作用。所述制热 / 制冷的过程可以调节粒子之间的平均距离或密度，从而通过影响其在稳定状态过程中的整体分布而不是影响其中的物质本身来起作用。0

9、006 此外，在美国专利申请 US 7,486,000B1 的方法中，每个元件作为一种类型的物质在一个方向上移动，在强作用力(F)和距离(S)的作用下，使电场中的势能转化为其他形式的机械能，而在它的回路上，在相同的距离经受弱的反作用力或没有反作用力 ( 因为它已经改变了自身的实际物质类型 )。因此，这一循环不是守恒循环，并且电场对每一循环具有净输入能量的贡献，其与本文所述的方法相反。0007 在本发明的方法中，通过整个稳定状态循环的每个粒子在上游和下游的相同距离上经受相同的力，并且所述力场因而在每个完整的粒子循环中具有零净能量的贡献，以使循环守恒。在保守力场的影响下，所述负载中的流动，使粒子在

10、整个封闭流动回路中的分布均匀，而热量再次建立不均匀分布，维持其在稳定状态的稳定性。0008 EP 0369670 A2 也公开了一种使用已知常用热源、散热器和负载的方法。所述方法通过利用两种金属之间或两个管道类型之间的连接中产生的效应转化热量差别以产生有用的输出电能 ( 反之亦然 )，正如珀尔帖效应和塞贝克效应相关的内容以及其权利要求书中所述的内容。本发明提出的方法不涉及任何管道类型的连接及变化。此外，所述专利的方法使用了可变电场，但是其目的和结构都与本发明提出的方法不同。该专利申请 EP 0369670 A2 的方法使用电场以施加快速停开电流，从而允许通过解决“冷点”产生的问题来改善效率，所

11、述“冷点”产生的问题的解决通过随机的电流通路实现。0009 本发明的目的在于改进上述方法，其是通过扩大方法到其他力场的类型、物质和物质状态、物质形态和使用的环境进行改进的。说 明 书CN 104508258 A2/15 页40010 本发明所述的方法在权利要求 1 中定义。0011 所述方法是什么和所述方法是如何工作的 ：所述方法接收热量，其在必要时制冷，并生产有用能量。所述方法的作用方式为 ：使形成封闭回路的移动粒子的总群体 ( 在此也称为“流体”) 受到保守力场的作用并选择性制热 / 制冷。参数的组合导致所述回路中的整体粒子群体作为整体具有沿所述封闭回路加速的自发趋势。用于这种流体流动的能

12、量以及随之产生的稳定状态下的能量输出源于输入的热量，而不是源于力场的生成源。0012 沿所述流体回路的旋转加速度的趋势产生的原因在于在所述方法的稳定状态中始终具有两个子群体的流体 ：其中一个子群体的密度相对于另一个子群体的密度更大。与应用在较低密度的流体子群体上的累积力相比较，所述保守力在密度较大的流体子群体上应用更强的累积力。这会导致等价的静力、其沿所述回路的切线方向，应用于整体流体以迫使流体的流动。0013 存在于所述回路的较热 / 较冷体积之间的密度差产生的原因在于存在流动流体中两个截然不同的分隔的子群体，其具有不同的平均温度和密度，且表现为参照系中固定的冷区域和固定的热区域，而输入热量

13、加上输出的有用能以及必要时的热量输出强加于整体粒子群体以稳定在稳定状态下的事实。0014 整体流体质量沿所述回路旋转加速的趋势，造成了所述负载末端上的能量密度差，其被所述负载在所述负载末端转化为有用输出功。所述稳定状态下流体的流动不具有与力场的净能量交换，这是由于在力场中的质量分布在时间上保持不变，并因而只通过净热量流动 ( 输入减去输出 ) 和功输出使之处于平衡状态。0015 本方法最重要的特质是 ：热量输入被直接转换为增加的势能、以及其他形式的能量，随后与其他形式的能量一同转换为输出。在系统的稳定状态下，受到所述方法参数的作用，上述流体子群体的每一个由于它们在保守力场中具有能量的各自的质心

14、高度，所以它们相对于相同的参考点具有不同的势能。这导致了系统内存在的所有流体表现为具有整体旋转势能差，该整体旋转势能差显示为转动的非对称惯性，在稳定状态中，流体的质量分布相对其没有相关移动。所述流体整体上具有沿流动路径上的循环运动中自发的加速趋势，其转化为定向力，且因此产生在所述负载上的压强和能量密度差。0016 自此之后是本方法的详细说明 ：正如本方法使用的各种已知现象的一部分，例如，能量守恒定律和质量守恒定律，这里有值得一提的作为背景的两种现象 ：第一种现象是，当粒子位于保守力场中，所述力场对粒子施加力，正如根据牛顿第二定律所能得到的，这将会导致它们在场线方向上的加速。这意味着在给定的参照

15、系中，对于出现的非零保守力场，所述粒子显示为不对称的惯性表现，当这些粒子仅承受由其场线代表的力场时，它们将在其方向上自发加速，随着其质心改变位置，从力场中接收能量。在所场中，相对于参考位置，每一个粒子都具有势能，无论是正势能还是负势能。所述粒子在力场方向上的移动使其势能的负变化转变为功或其他能量的形式、或能量形式的结合，相反地，所述粒子在力的相反方向的移动减少其他形式的能量，这是由于其获得了势能。在这样的系统中，粒子的势能变化与其质心的实际位置相对于参考位置的变化有关(路径无关的)。第二种现象是热能，本质上是电磁能，其仅仅作为电磁波在真空中传递直到与粒子发生相互作用。一旦传递到粒子，其也在所述

16、粒子中有所体现，并且在所述粒子之间作为粒子间的动能和势能(内能)传播，及对所述粒子占用体积的环境做功。所述内能表示可能由每一类型粒子、所述粒子的环境、说 明 书CN 104508258 A3/15 页5以及其固有自由度而可能的不同的内部动能和势能形式。在带电粒子中，例如，电场或磁场在传递方式和平衡态粒子分布上也扮演重要的角色。结果是影响粒子之间的平均距离，从而影响所述粒子在给定固定体积内的数量，或换句话说即所述粒子的密度。然而，温度 - 密度关联依赖于所述粒子的类型及其受到的条件。在理想气体中，例如，这种关系以一种明显的方式存在，恒压下温度增加会降低气体密度，反之亦然。在简并气体中，例如，金属

17、中的自由电子，这种关系仍然存在但远不明显，并且依赖于金属的类型甚至是颠倒的，即更高的温度 - 更大的密度。这种关系也存在于液体和固体中，其比理想气体的弱很多，并依靠其特别的参数，例如粒子类型和温度，也可能是颠倒的。0017 本发明所述方法使用了基于附图的不同表示来描述。0018 图 1 为所述方法的第一个实施例的示意图 ；0019 图 2 为所述方法的第二个实施例的示意图 ；0020 图 3 为所述方法的第一个实施例的另一示意图 ；0021 图 4 为所述方法的第二个实施例的另一示意图 ；0022 图 5-8 为所述方法的示意图，其中保守力场分别为根据本发明所述的电场、磁场、以及根据现有技术的

18、重力场和离心场。0023 方法的选择 ：所述方法表现在几个方面。为了提供所述方法的足够广泛的应用，所述方法在此通过两个优选代表性结构示例来分析 ：一个示例是，通过其在回路管道 2-3 内制热，在回路管道 4-1 内制冷，且在所述方法的其余区域是隔热的 ( 图 1)。另外一个示例为，通过其在回路管道33-33中制热，在回路管道31-32制冷，且在所述方法的其余区域是隔热的 ( 图 3)。负载被表示为位于回路管道 3-4 或 33-34 上。在实际方法中，所述制热结构是可变化的，而且也可以是基于这两个优选方案的组合。0024 上述第一种选择 ：根据图 1，所述方法的一般基本形式包括限定在传导管道内

19、的封闭回路 1-2-3-3-4-1 中的移动粒子，其为带电粒子，并分布在管道外壳的内部或附近。正如图 1 所示的，该系统受到保守力场的作用。力线与从 1-2 方向的垂直柱体和从 3-3 方向的垂直柱体相平行。为了简化说明，除了用于从其外部较热环境制热的位于点 2-3 之间的热交换区域，以及必要时用于从其外部较冷环境制冷的 4-1 之间的另一个热交换区域，该回路完全是隔热的。该回路包括位于 3-4 的负载，该负载把从粒子流中得到的能量转化为有用输出能量。该保守力场可以是任何类型的作用于本方法所示方向上的全部或部分移动粒子的保守力场。该保守力场可以是电场、磁场或其他场。如在下文中进一步澄清的是，事

20、实上一些力场类型只有在特定条件才是保守的。该移动粒子是可以在相对于本方法管道的回路 1-2-3-3-4-1 中自由移动的粒子，并可能是几乎任何类型的带电粒子或不带电粒子，例如，电子、离子，电中性的原子、分子等等，并可能是任何状态，例如理想或简并气体、液体、固体、半固体 ( 如环 / 带 )、等离子体、超导体。在 3-4 上的负载为适用于该回路情况的任何设备，其把移动粒子的能量转化为有用输出，例如，启动发电机的推进器或活塞、电阻 ( 系统中热能输出 )、电动马达等等。0025 在以其最简单的形式提供并在下面进行分析的稳定状态的处理循环中，由于受到与流动方向相同方向的力场的作用，流体流动从 1 流

21、到 2。由于流体从 1 流到 2，其失去势能，获得其他形式的总结合能量，而不管其中各个具体的类型。凭借管道壁与外界没有净能量交换，该流动是隔热的，给定质量m(t)的势能以及所有其他形式的能量的总和在沿流动路说 明 书CN 104508258 A4/15 页6径 1-2 上的任何位置是一常数。在 2-3 中，该流体流动垂直于力场并接受输入的热量。在3-3 中，受热的流体流动与力场相反。随着流体从 3 流动到 3，该流体获得势能 ( 相对任何已知固定参考位置 )，并且流体中其他形式的能量的总和降低，而不管其能量的各个具体类型。由于与外界没有净能量交换，该流动是隔热的，给定质量 m(t)的总势能加上

22、所有其他形式的能量的总和在沿流动路径 3-3 上的任何位置是一常数。在 3-4 中，流体流经负载，在该处能量转换为有用形式，并从系统中输出。在 4-1 中，流体向系统外部输出热量，根据需要对不能转化为3-4处的有用输出的这一部分输入热量制冷，以达到点1维持稳定状态所需的能级。在 3-1 中，该流体流动垂直于该力场。在优化的方法中，管道 1-2、3-3 沿力场线是等长的。在该方法的基本形式中，简化起见，认为流体中的每个粒子上应用相同的、恒定的、力矢量 ( 方向和大小 )。注意 ：该方法将在矩形管道结构中被分析，但在实践中也同样可以是圆形管道结构，从而在回路中形成环或任何其他形式。另一种考虑是流体

23、密度随流体温度上升而降低。所有管道部分是相同的，且因此 1-2、3-3 的容积相同。这些假设并不是必须的，但允许该方法的简化广义表示。管道流动损失和热损失均被忽略。0026 在稳定状态中，系统中的管道填充流动的或移动的流体。本方法的热力学分析基于给定力场中流体的能量及能量分布。在该方法中涉及的能量类型，考虑为一般流体类型，受到一般的保守力场的作用 ：方法中每一给定流体质量可表示为含有各种相关能量的类型的任何组合，其不同程度的细节取决于移动粒子的类型和状态，例如焓、流动动能。此外，在保守力场中，所述质量具有相对于参考点的势能。例如，对于位于点 1、2 间的管道 1-2 内的流体质量，该势能相对于

24、点2为正，相对于点1为负，这是由于该质量具有朝着点2远离点1方向的加速度矢量。同理，对于 3-3 中的流体，其中的流体质量具有相对于点 3 的正势能和相对于点 3 的负势能。0027 能量分量0028 在这分析中，作为“系统”的流体或其中一部分的相关能量，可以被表示为两分量的组合 ：相对于环境系统中的参考点的势能加上归因于系统的所有其他类型的相关能量组合，其中，相关能量组合还可被称为E其他。能量分量E其他可以进一步详细表示为两分量的组合 ：相对于选定参照系中的环境系统的定向动能，和归因于每一系统的所有其他相关类型的能量，其与每个流体质量部分相关联。在后分量等于该系统的总焓或是其中的相关部分，其

25、可以进一步被分为两个子分量 ：内能 ( 无论是内部动能还是内部势能 ) 和作为创建系统所需要的能量的能量，并且所需能量的数量通过置换环境产生空间以建立它的容积和压力( 在此将被称为压力 - 体积能量 ) ：可以规定为 E其他 H+EKin U+PV+EKin KPV+EKin，H 为焓 ；U 为内部能量 ；PV 为压力 - 体积能量 ；P 为压力或压力体积能量密度，V 是系统所占的体积 ，EKin为系统的动能，K 是焓与压力 - 体积能量的比值。尽管 K 可能从一平衡状态变化为另一平衡状态，并且在一些系统中，值得注意地，在此将其考虑为恒定的以简化方程，这是因为系统参数的相对微小的变化在很多情况

26、下可以近似为恒定的。对于每个使用该方法的设备，当该参数的动态特征不可忽略时，应该将其包括在内以获得准确的结果。0029 在含有流动流体的系统的稳定状态中，给定流体质量的量的能量、温度、能量密度等在给定点上不随时间变化。换句话说，例如，在点 1 上流体的温度在时间上不会变化。此外，流动流体的参数在每一点上不随时间变化，并且相互依赖，从而它们的关系是固定而不随时间变化。这意味着，例如，两个随机取出的参数，点 1 上的动能和点 2 上的能量密度，是说 明 书CN 104508258 A5/15 页7固定的整体平衡的一部分。因此，在这一整体平衡的情况和结果下，稳定状态中每一点上的流体参数需要被量化。综

27、上所述，所选择的用于分析该方法的手段包括整体平衡作为基础的，用于点到点相关参数的分析。0030 在稳定状态中，位于管道 3-3( 也称为“热柱体”) 内的总流体相对于 1 和 3 ；位于管道 1-2( 也称为“冷柱体”) 内的总流体相对于 1 和 3 ；位于管道 3-3 内的总流体相对于 3 和 2 ；位于管道 1-2 内的总流体相对于 3 和 2，在任何时间、任何给定位置上的总的相关能量可表示如下 ：0031 1.EH1EH 其他-EPH1EH 其他-mHahH0032 2.EC1EC 其他-EPC1EC 其他-mCahC0033 3.EH2EH 其他+EPH2EH 其他+mHa(R-hH)

28、0034 4.EC2EC 其他+EPC2EC 其他+mCa(R-hC)0035 5.EH2/VEC2/V，其表示管道 1-2 内的整体流体相对于 2 的能量密度和管道 3-3内的整体流体相对于 3( 也是相对于 2) 的能量密度是相等的，因为在稳定状态中它们保持参数不随时间变化(压力、温度等等)，并且在2-3中，它们之间没有将允许维持能量密度差的负载。正如前面所提到的损失可被忽略。0036 6.EH 其他+mHa(R-hH)/V EC 其他+mCa(R-hC)/V0037 7. 从式 6 中可得，EC 其他EH 其他+HVa(R-hH)-CVa(R-hC)，(mHHV ，mCCV)，其中，00

29、38 -EPH1、- EPC1分别为 3-3、1-2 内的总流体相对于点 1( 或 3) 的势能分量。EPH2、EPC2为 3-3、1-2 内的总流体分别相对于点 2( 或 3) 的势能分量。注意的是 ：所有这些值基于每一柱体内的流体的质量的能量中心。EH1：热柱体 3-3 内的流体相对于点 1( 或 3) 的总相关能量 ；EH2：热柱体 3-3 内的流体相对于点 2( 或 3) 的总相关能量。EH 其他：在热柱体 3-3内的流体的除势能外的所有其他相关类型的组合相对于周围环境系统中的参考点的总能量。EC1：相对于点 1( 或 3)，冷柱体 1-2 内流体的总相关能量。EC2：相对于点 2(

30、或 3)，冷柱体1-2内流体的总相关能量。EC其他：相对于周围环境中的参考点，在冷柱体1-2内的流体的除势能外的所有其他相关类型的组合的总能量。a ：每一质量单位的流体粒子的加速度，其由保守力场所引起，朝力线的方向 (1 到 2 的方向和 3 到 3 的方向 )。V ：热柱体的体积以及冷柱体的体积。mH：热柱体 3-3 内所有流体的质量。mC：冷柱体 1-2 内所有流体的质量。R ：管道 1-2 和管道 3-3 的总长度。hH：点 3 和热柱体 (3-3) 内流体的质心 (mH)之间的距离。hC：点 1 和冷柱体 (1-2) 内流体的质心 (mC) 之间的距离。H：3-3 内流体的平均密度，规

31、定为 mH/V。C：1-2 内流体的平均密度，且规定为 mC/V。UH：热柱体内总流体的总内能。uH为在质心考虑的热柱体内流体的速度。PH为在热柱体内的所有流体的 EH 其他能量中的压力 - 体积部分的压力或密度。0039 方法的输入 / 输出 ：能量 3-1，E3-1(t)为 3-4 间的功输出和通过在 4-1 间输出热量的额外的制冷，这是在一定时间段 (t) 内维持稳定状态所需要的，其量化为等于流体在一定时间内从热柱体接收的能量减去在相同时间内从冷柱体内的同样质量流体去除(exit) 的能量。0040 8.E3-1(t)EH1(t)-EC1(t)0041 其中，E3-1(t)：在一定时间段

32、 (t) 内接收的总输出功，其为 3-4 内流体流动所接收说 明 书CN 104508258 A6/15 页8的能量加上维持稳定状态所需要的在 4-1 中同时间段 (t) 内的总热量外流的结果。EH1(t)：在一定时间段 (t) 内从热柱体 3-3 进入 3-1 的质量 m(t)的较热流体相对于 3 或 1 的能量。EC1(t)：在一定时间段 (t) 内从 3-1 朝冷柱体 1-2 离开的相同质量 m(t)的较冷流体相对于 1( 或 3) 的能量。0042 因此，在系统的每一位置，能量等级在时间上保持不变，并且，管道 3-3、1-2 与外部是隔热的，在一定时间段 (t) 内，从热柱体 3-3

33、进入 3-1 的流体能量 EH1(t)与热柱体内的流体总能量 EH1的比值等于在该时间 (t) 流过其中的质量 m(t)与热柱体 3-3 内流体总质量 (mH) 的比值满足下式。0043 9.(EH1(t)/EH1)(m(t)/mH)0044 并且，因此用同样的方法 ：在一定时间段(t)内，从3-1进入冷柱体1-2的流体能量EC1(t)与冷柱体 1-2 的流体总能量的比值满足下式，其中 EC1等于在该时间 (t) 内进入冷柱体 1-2 的质量 m(t) 与冷柱体内的流体总质量 mC的比值。因此，0045 10.(EC1(t)/EC1)(m(t)/mC)0046 合并以上公式 ：0047 11.

34、E3-1(t) (m(t)/mH)EH 其他-mHahH-(m(t)/mC)EC 其他mCahC0048 12.E3-1(t) (m(t)/V)(H-1EH 其他-C-1EC 其他)-(m(t)a)(hH-hC)0049 并且因此，当与公式 7 合并时 ：0050 13.E3-1(t) (m(t)/V)(H-1EH其 他-C-1(EH其 他+HVa(R-hH)-CVa(R-hC)m(t)a(hH-hC)m(t)(1-H/C)a(R-hH)+mH-1EH其 他m(t)(1-H/C)mH-1EH其他-ahH+m(t)(1-H/C)aR0051 14.EH 其他UH+PHV+EHK 输入KHPHV+

35、mHuH2/2，选自第 4 页的“能量分量”。0052 15.E3-1(t)m(t)(1-H/C)KH(PH/H)+a(R-hH)+uH2/20053 另一方面，在一定时间段 (t) 内由于制热接收的净热量 Q2-3(t)是能量平衡的 ：0054 16.Q2-3(t)Q输入 (t)E3-1(t)m(t)(1-H/C)a(R-hH)+mH-1EH 其他m(t)(1-H/C)mH-1EH 其他-ahH+m(t)(1-H/C)aR m(t)(1-H/C)KH(PH/H)+a(R-hH)+uH2/20055 正如根据公式15、16所示，系统中输入热量这一能量增加了3个相关的能量分量 ：焓、势能和定向动

36、能，而 3-1 间的输出则降低了这 3 个分量。正如这些公式中所示，分量分解的比例依赖于每一分量的相对大小。0056 通过负载从系统中得到的有用能量输出的计算为 ：0057 E3-4(t)、E输出 (t)为一定时间段 t 内通过负载得到的系统的输出功。E3(t)、E4(t)为质量mt在点 3、4 上的总能量的值。由于 3-4 垂直于该力场，所以两者具有相同的势能分量Ep。这些能量，正如先前“能量分量”中详细描述的，可表示如下。U3(t)、U4(t)分别为流体 mt在点 3、4 上的内能。P3、P4分别为点 3、4 上的压力。V3(t)、V4(t)分别为 mt在点 3、4 上占有的体积。K3、K

37、4, 分别表示在点 3、4 上的流体能量的焓分量与压力 - 体积分量之间的比，这些系数为流体类型所固有的 ( 以及为粒子的自由度所固有的 )，并且方法中的操作参数也是固有的。在许多情况下，如理想气体、液体等等，由于条件没有明显的变化，被认为是不变的。EKin3、EKin4分别为点 3、4 的流动方向上的 mt的定向动能分量。3、4分别为 mt在点 3、4 上的密度。系数 ，在此定义为相同时间段 t 内的有用输出功与热量输入的比 ：0058 (E3-4(t)/Q2-3(t)说 明 书CN 104508258 A7/15 页90059 17.E3-4(t)E输出 (t)E3(t)-E4(t)006

38、0 18.E3(t)U3(t)+P3V3(t)+EKin3+EpK3P3V3(t)+EKin3+Ep,(U3(t)+P3V3(t)K3P3V3(t)0061 19.E4(t)U4(t)+P4V4(t)+EKin4+EpK4P4V4(t)+EKin4+Ep,(U4(t)+P4V4(t)K4P4V4(t)0062 为了表示的简化，假设 K3K4KH K，以及根据质量守恒 ：0063 20.m(t)V3(t)3V4(t)4VC(t)C，因 而0064 21.E3-4(t) (KP3V3(t)+EKin3+Ep)-(KP4V4(t)+EKin4+Ep)0065 V3(t)(KP3+3u32/2)-V4

39、(t)(KP4+4u42/2)0066 基于质量m(t)在点3上的能量密度与质量m(t)在点1上的能量密度的差与柱体中所述的是相同的，正如以下应用所示 ：0067 22.EH1/V-EC1/VE3(t)/V3(t)-E1(t)/V1(t)E3(t)/V3(t)-E4(t)/V4(t)(由于在4-1上没有负载，并且所有流体的参数在稳定状态中在时间上固定不变 )。0068 因此，与公式 7 合并可得 ：0069 23.E3(t)/V3(t)-E4(t)/V4(t) EH其 他-mHahH/V-EC其 他-mCahC/V EH其他-HVahH-EH其 他-HVa(R-hC)+CVahC/V (C-H

40、)aR (1-H/C)CaR (KP3+3u32/2)-(KP4+4u42/2)0070 24.E3-4(t)V3(t)(KP3+3u32/2)-V4(t)(KP3+3u32/2-(1-H/C)CaR) (KP3+3u32/2)(V3(t)-V4(t)+(1-H/C)CaR)V4(t) m(t)(1-3/4)(KP3/3+u32/2)+(C/4)m(t)(1-H/C)aR0071 25.Q2-3(t)E3-1(t)m(t)(1-H/C)(KHPH/H-ahH+uH2/2)+m(t)(1-H/C)aR，其可从公式 16 中推导出。0072 26. E3-4(t)/Q2-3(t) m(t)(1-3

41、/4)(KP3/3+u32/2)+(C/4)m(t)(1-H/C)aR/m(t)(1-H/C)(KPH/HahH+uH2/2)+m(t)(1-H/C)aR0073 27.m(t)(KP3/3+u32/2) m(t)(KPH/HahH+uH2/2)，因为在相对于 3 的热柱体的质心的 m(t)的能量是守恒的，同样在相对于 3 的点 3 的 m(t)的能量也是守恒的。因此 ：0074 28. E3-4(t)/Q2-3(t) m(t)(1-3/4)(KPH/HahH+uH2/2)+(C/4)m(t)(1-H/C)aR/m(t)(1-H/C)(KPH/H-ahH+uH2/2)+m(t)(1-H/C)a

42、R0075 当流体膨胀通过负载，(1-3/4) 为负值，且第一要素 (1-3/4)(KPH/HahH+uH2/2) 也为负值。这一要素受到两种相反的作用 ：一方面，膨胀使得 43，另一方面，经有用能量输出的制冷能够增加密度，从而降低 4与3之间的密度差。随着流体整体密度的增加，3/4的比值逐渐接近 1，在非常高的密度上的趋势接近 1。此外，第一要素由于负势能 -m(t)ahH变得更小，其中，该势能的值随着力场变强而具有更大的负值。这意味着保守场的强度越强，及密度越高，第一要素 m(t)(1-3/4)(KPH/HahH+uH2/2) 越小。在处理效率依赖不同参数的分析中，因此可以说明 ：更高的密

43、度、结合更强的力场场强、结合更低的焓(以及温度)能够增加效率。在很高的密度和力场场强下，第一要素m(t)(1-3/4)(KPH/HahH+uH2/2) 可以忽略不计，并且 3/4的比值接近 1，使理论效率约为 ：0076 29. E3-4(t)/Q2-3(t) m(t)(1-H/C)aR/m(t)(1-H/C)(KPH/H-ahH+uH2/2)+(aR)0077 定义 KPH/H-ahH+uH2/2 Tot，Tot 随着场强增加变得更小 ( 但总是保持高于 0，说 明 书CN 104508258 A8/15 页10否则是没有流体的回路 )。因此 ：0078 30. (aR)/(Tot+aR)

44、1。此为最大效率。0079 无论是更完整形式 ( 公式 28) 还是近似形式 ( 公式 30)，正如定义的，本方法中效率取决于力场场强和热流体的总体能量之间的比例。这基于以下假设，即相对于3和1(和4) 的柱体间的能量密度差等于在 3 和 1( 和 4) 的两质量 m(t)间的能量密度差。0080 为了分析质量 m(t) 在从点 1( 或 4) 到点 3 的流动中和力场的能量交换，需要考虑以下情况 ：0081 根据能量守恒定律，给定质量m(t)的流体在管道1-2内的不同点相对于1(或3)具有不变的能量。同样也适用于 3-3 中的流体 ：0082 总的其他形式的能量 ( 除势能外的其他能量 )+

45、 势能总能量0083 31.E1 (m(t)/mC)EC 其他-mCahC-0 (m(t)/mC)EC 其他-mCahC0084 32.E2 (m(t)/mC)EC 其他-mCa(R-hC)-mtaR (m(t)/mC)EC 其他-mCahC0085 33.E3 (m(t)/mH)EH 其他mHa(R-hH)-mtaR (m(t)/mH)EH 其他-mHahH0086 34.E3 (m(t)/mH)EH 其他-mHahH-0 (m(t)/mH)EH 其他-mHahH0087 可以看到，从点到点的视角 ：从点 1 到点 2 所添加的合并的“其他能量”( 意味着除相对于系统参考点的势能之外的所有形

46、式的合并能量 ) 为 mtaR，与从点 3 到 3 的 -mtaR 相同 ( 当考虑到具体值，m(t) 降低 )。由于流动与力场线垂直，所以相对于系统参考点，管道2-3、3-1 中的给定流体质量的流动不会改变势能。因此，每一流体质量在每一循环中具有与保守力场的零净能量交换，这是由于它从 1 流动到 2 时接收 mtaR，并且在从 3 返到 3 时返还 mtaR。注意 ：在稳定状态下的每一给定的时间段内，相同质量在该力场线方向上流动，并且与该力场线逆向流动的质量相同，这是因为质量是守恒的，与较热的流体比较，较冷流体的密度大的，但流动成比例地降低。0088 整体流体的势能，作为柱体间保守力场和密度

47、变化的结果，这一方法中的基本因素，可以量化为 ：沿 1-2 的任何位置上的每一质量 m(t)，在质心的任一随机位置上具有除势能以外所有加到一块的能量形式的组合被定义为 EC(t) 其他，其中，该质心与点 1 的距离为hC。然而，考虑到其势能，它具有相对于点 2 的能量和相对于点 1 的不同的能量 ：0089 35.EC(t)m(t)EC(t) 其他-ahC 相对于 10090 36.EC(t)m(t)EC(t) 其他+a(R-hC) 相对于 20091 37.mtaR 是不同的。0092 对于 3-3 中的质量同样成立，该质量在其质心距离点 3 为 hH的随机位置。0093 38.EH(t)m(t)EH(t) 其他-ahH 相对于 30094 39.EH(t)m(t)EH(t) 其他+a(R-hH) 相对于 30095 40.m(t)aR 是不同的。0096 注意 ：所有伴随符号 H、C 的值为关于给定随机位置的数值。0097 这意味着沿着从 1 到 2 或从 3 到 3 的流动路径上的任何位置的点