專利名稱：使用差動磁強-熱力傳熱的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱傳遞，更具體地說，涉及將熱能從熱源的低溫側(cè)傳遞到高溫 側(cè)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)詹姆斯瓦特(James Watt)在1769發(fā)現(xiàn)熱可以轉(zhuǎn)化為功時，熱力發(fā)動機的 現(xiàn)代理論始于19世紀(jì)[l]。在1824年，尼古拉-倫納德-薩迪卡諾 (Nicolas-Leonard-Sadi Camot)發(fā)表了一篇文章，對具有最大效率的發(fā)動機原理 進行了描述[l、 2、 3]。該原理如圖l所示，高溫?zé)嵩?10溫度為Th，低溫?zé)?源120溫度為T,，其中Th > 1\。發(fā)動機從高溫?zé)嵩?10中吸收熱能Qi，由工 作設(shè)備(即發(fā)電機或發(fā)動機)140將部分熱能轉(zhuǎn)化為功W，并將剩余的熱能Q2 存放在溫度為T,的低溫?zé)嵩?20。所有現(xiàn)代的熱力發(fā)動機和許多其它熱轉(zhuǎn)化設(shè) 備，如制冷機和空調(diào)，都使用了相同的卡諾原理?？ㄖZ型的發(fā)動機的效率ti 等于"1-(1)乂/1現(xiàn)有卡諾發(fā)動機中達到的效率約為50%[4]，這是由于實際的溫度和合理的能 量消耗。對于傳統(tǒng)的技術(shù)，熱傳遞介質(zhì)可以被重復(fù)利用，而低溫?zé)嵩?20處的熱能輸出Q2被釋放到外界，造成能源浪費。因此，本領(lǐng)域需要一種克服上述缺陷和不足的技術(shù)。 發(fā)明內(nèi)容當(dāng)仔細研究圖1所示的原理時，不存在為什么不能發(fā)現(xiàn)一種使用相同熱源 作為高低溫源的裝置的基本原因。本發(fā)明的首要方面涉及一種在流體中用磁力(注意，沒有磁場的情況下，由于熱傳導(dǎo)，使用溫度梯度存放到系統(tǒng)的熱量趨 向傳遞到冷側(cè))將外部存放的熱從冷側(cè)傳遞到熱側(cè)(或冷從熱側(cè))的裝置，這 樣可以在系統(tǒng)中造成最大可能的溫度梯度。本裝置通過將"余熱"從工作設(shè)置 送回?zé)嵩?，使新一代單熱源發(fā)動機成為可能，可在任何方向上而不用考慮重力 方向，從而很好地重復(fù)利用來自發(fā)動機的輸出能量，將發(fā)動機的效率提高到接 近100%，比現(xiàn)有的發(fā)動機要高的多。本發(fā)明另一方面涉及一種使用磁強-熱力的裝置，以前沒有被使用過的裝 置，驅(qū)使存放的熱從熱源的冷(熱)側(cè)流向熱(冷)側(cè)，以及其在不用持續(xù)的能源 供應(yīng)也可持續(xù)運行的單熱源發(fā)動機上的應(yīng)用。由于本發(fā)明，發(fā)動機運轉(zhuǎn)不違反 也不受限于熱力學(xué)第二定律的開爾文公式，也不由卡諾理論建立的效率限制。 一個使該裝置工作的要求是具有非零磁化率的熱傳遞介質(zhì)受到沿?zé)嵩捶较虻?溫度梯度和磁場的約束。施加的磁場可以是均勻的，也可有場梯度。代替在現(xiàn) 有技術(shù)中使用的兩個單獨熱源，蒸汽機的設(shè)計使用一個具有溫度梯度的單獨熱 源，其同時作為高溫和低溫源。從J力發(fā)生設(shè)備返回的蒸汽提供熱量到相同熱源 中剩余的介質(zhì)用于連續(xù)的運轉(zhuǎn)。為了最大地利用本發(fā)明，來自自然界的"免費"能量，如太陽能，或來自 其它釋放熱的設(shè)備，如空調(diào)和制冷機，可以用于增加從該發(fā)動機產(chǎn)生的功率。本發(fā)明的原理可用于磁力驅(qū)動發(fā)動機的電動機組(electric counterpart),因為 該理論對于磁力和電力都是相稱的。為了達到最佳性能，可加入磁性納米粒子 來增強流體的磁化率。由于本發(fā)明這方面，傳統(tǒng)課本中的效率公式如下等式(l)所示該公式不再正確，因為這個公式是來源于假設(shè)存在兩個單獨熱源的卡諾循環(huán)。等式(l)中的T,和Th是在卡諾循環(huán)中低溫和高溫?zé)嵩吹臏囟?。因而?一方面，本發(fā)明涉及一種熱能傳遞的方法。在一個實施例中，該方法包括以下步驟在帶有介質(zhì)的熱源中沿第一方向建立溫度梯度，該熱源具有定義了兩端長度L的第一端部分和相反的第二端部分，其中第一方向是從第 一端部分到第二端部分，這樣第一端部分具有第一溫度Th，第二端部分具有第二溫度T,〈Th;以及在熱源中施加電磁場沿第二方向建立電磁場梯度，以此 生成驅(qū)動力來將熱能從第二端部分傳遞到第一端部分。所述電磁場可以是磁場，所述驅(qū)動力包括具有力密度4的差動磁強-熱力(differential magneto-thermal force ) ， fm滿足(i+義)h。 (l+;ir)r^z乂其中H。表示所采用磁場的強度，dH。/dZ是沿長度L的外部磁場梯度，x是介 質(zhì)的磁化率，dT/dZ是沿長度L的局部溫度梯度，n。是真空中的磁導(dǎo)率。該磁場沿與第一方向相反的第二方向進行施加，其中dH。/dZ和dT/dZ具 有相反的代數(shù)符號。在此實施例中的方法進一步包括放置至少一對永磁磁鐵的步驟，分別最接 近于熱源的第一端部分和第二端部分放置，以此產(chǎn)生一個磁場。所述介質(zhì)具有 非零的磁化率。所述介質(zhì)包括順磁性或抗磁性介質(zhì)，其中所述順磁性介質(zhì)包括 磁性纟內(nèi)米膠體(magnetic nanocolloids)。在另一實施例中，所述電磁場可以是電場，所述驅(qū)動力包括電力。另一方面，本發(fā)明涉及一種熱傳遞的系統(tǒng)。在一個實施例中，該系統(tǒng)包括 帶有介質(zhì)的熱源，其具有定義了兩端長度L的第一端部分和相反的第二端部 分；在熱源中沿第一方向建立溫度梯度的裝置，其中第一方向是從第一端部分 到第二端部分，這樣第一端部分具有第一溫度Th，第二端部分具有第二溫度 T^Th;在熱源中施加電磁場的裝置，用于沿第二方向建立電磁場梯度，以此 生成驅(qū)動力來將熱能從第二端部分傳遞到第一端部分。所述電磁場可以是磁場，所述驅(qū)動力包括具有力密度4的差動磁強-熱力，fm滿足fm = ;"。ZVH = 0。， (--^ + ~^---)其中H。表示所采用磁場的強度，dH。/dZ是沿長度L的外部磁場梯度，5C是介 質(zhì)的磁化率，dT/dZ是沿長度L的局部溫度梯度，p。是真空中的磁導(dǎo)率。該磁場沿與第一方向相反的第二方向進行施加，其中dHo/dZ和dT/dZ具有相反的代數(shù)符號。施加電磁場的裝置包括至少一對永磁磁鐵，分別最接近于熱源的第一端部 分和第二端部分放置，以此產(chǎn)生一個磁場。所述介質(zhì)具有非零的磁化率。所述 介質(zhì)包括順磁性或抗磁性介質(zhì)。所述順磁性介質(zhì)包括磁性納米膠體。在另一實施例中，所述電磁場可以是電場，所述驅(qū)動力包括電力。施加電磁場的裝置包括DC或AC電源，分別連接到熱源的第一端部分和第二端部分，以此產(chǎn)生電場。又一方面，本發(fā)明涉及一種熱能傳遞的系統(tǒng)。在一個實施例中，所述系統(tǒng)包括帶有介質(zhì)的熱源，具有定義了兩端長度L的第一端部分和相反的第二端部分，其中第一端部分具有第一溫度Th，第二端部分具有第二溫度T1<Th， 從而在第一方向上沿?zé)嵩撮L度L建立溫度梯度；施加到所述熱源的場，用于 在第二方向上沿?zé)嵩撮L度L建立場梯度，其中施加的場在介質(zhì)中生成驅(qū)動力 來將熱能從熱源的第二端部分傳遞到第一端部分。所述施加場可以是磁場，所述介質(zhì)具有非零的磁化率，其中所述介質(zhì)包括 順磁性鹽、磁性納米粒子或它們的結(jié)合。所述驅(qū)動力包括差動磁強-熱力。在此實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括一對永磁磁鐵，分別靠近于所述熱源 的第一端部分和第二端部分放置，用于產(chǎn)生磁場。所述施加場可以是電場，所述介質(zhì)具有非零的電極化率，其中所述驅(qū)動力 包括差動磁強-熱力。所述施加場可以是重力場，所述驅(qū)動力包括重力。所述系統(tǒng)可進一步包括錐形的螺旋成形的線圈，具有頂端和底端，其中所 述線圈放置于所述熱源中，以便所述線圈的頂端和底端分別最接近于所述熱源 的第一端部分和第一端部分。所述系統(tǒng)可進一步包括發(fā)電機(power generator),其具有輸入端、第一 輸出端和第二輸出端，其中所述輸入端通過所述熱源的第一端部分與所述熱源 進行傳遞(communication),第一輸出端通過放置在所述熱源中的線圈頂端與 熱源進行傳遞。在操作中，所述發(fā)電機通過所述輸入端從所述熱源中吸收一定 的熱量Q1以此產(chǎn)生從第二輸出端輸出的功W，并通過第一輸出端將一定熱量Q2存放到所述熱源，其中Q2 = (Q! _ W)。所述系統(tǒng)進一步包括與所述熱源通過流體傳遞(fluid communication) 的額外熱源，其中所述額外熱源具有比所述熱源更高的勢能。所述系統(tǒng)進一步包括與所述熱源傳遞的輸入通道，用于在第一端部分將外 能輸入到所述熱源。所述外能包括太陽能。更進一歩的方面，本發(fā)明涉及一種將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。在一個實 施例中，所述裝置包括帶有介質(zhì)的熱源；用于在所述熱源中建立溫度梯度的 裝置；用于在所述熱源中產(chǎn)生差動磁強-熱力的裝置，其中差動磁強-熱力能夠 將熱能從與所述熱源相關(guān)聯(lián)的低溫第一端部分傳遞到高溫第二端部分；以及具 有輸入端、第一輸出端和第二輸出端的發(fā)電機，其中所述輸入端通過第一端部 分與所述熱源進行傳遞，第一輸出端通過放置在所述熱源中的線圈頂端與熱源 進行傳遞，其中在操作中，所述發(fā)電機通過所述輸入端從所述熱源中吸收一定 的熱量Q,，以此產(chǎn)生從第二輸出端輸出的功W，并通過第一輸出端將一定熱 量Q2存放到所述熱源，其中W^ ((^ -Q2)。所述熱源具有定義了兩端長度L的第一端部分和相反的第二端部分，其 中第一端部分具有第一溫度Th，第二端部分具有第二溫度T, <Th。在一個實施例中，所述介質(zhì)具有非零的磁化率。用于產(chǎn)生差動磁強-熱力 的裝置包括至少一對永磁磁鐵，分別最接近于所述熱源的第一端部分和第二端 部分放置。又一方面，本發(fā)明涉及一種將帶有介質(zhì)的熱源的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的方 法，所述熱源包括具有第一溫度的第一端部分和相反的具有低于第一溫度的第 二溫度的第二端部分。在一個實施例中，所述方法包括以下步驟提供一個具 有熱能(^的發(fā)電機，(^來自所述熱源的第一端部分；將來自所述發(fā)電機的一定的熱能轉(zhuǎn)化為一定的機械能W;將剩余熱能Q2從所述發(fā)電機存放到所述熱 源的第二端部分，其中Q2:(Qi-W);將熱能從所述熱源的第二端部分傳遞到第一端部分。所述方法進一步包括在所述熱源的第一端部分和第二端部分之間施加磁場的步驟，所述介質(zhì)包括順磁性或抗磁性介質(zhì)，其中所述順磁性介質(zhì)包括磁性 納米膠體。所述傳遞步驟由差動磁強-熱力執(zhí)行，其中所述差動磁強-熱力是在 所述熱源中施加的磁場、場梯度和溫度梯度的作用。所述存放步驟使用錐形的螺旋成形的線圈執(zhí)行，所述線圈具有頂端和底 端，其中所述線圈放置于所述熱源中，以便所述線圈的頂端和底端分別最接近 于所述熱源的第一端部分和第一端部分。所述存放步驟包括將帶有來自所述 發(fā)電機的帶有剩余熱能Q2的殘留物從所述線圈頂端存放到線圈；以及將所述 線圈中的殘留物從所述線圈的底端傳送到熱源的第二端部分。所述方法進一步包括在第一端部分將外能輸入到所述熱源的步驟，其中所 述外能包括太陽能。所述介質(zhì)可以是具有非零的極化率的介質(zhì)，所述驅(qū)動力包括電力。所述驅(qū)動力也可以是重力。這些和本發(fā)明的其它方面將通過與附圖相關(guān)的優(yōu)選實施例的如下描述變得顯而易見，但是在不脫離公開的新理論的精神和范圍的情況下，也可做出相 應(yīng)的變更和修改。


附圖和書面描述對^:發(fā)明的一個或多個實施例進行了說明，并解釋了本發(fā)明的原理，在附圖中所用的附圖標(biāo)記對應(yīng)實施例的相同或相似的部分，其中 圖1是公知的卡諾熱力發(fā)動機的原理示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單熱源發(fā)動機的模塊圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的在溫度梯度中的差動磁強-熱力的示意 圖，fh。t是溫度高于周圍的體積元的力密度，fe。w是溫度低于周圍的體積元的力密度，這個力由場梯度的方向決定，其中圖3(a)示出了順磁性熱傳遞介質(zhì)的場梯度的方向的要求，圖3(b)示出了抗磁性熱傳遞介質(zhì)的場梯度的方向的要求；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自保持蒸汽機的通用原理圖， 一旦建立初 始溫度梯度，其將持續(xù)運轉(zhuǎn)；圖5是圖4中相同設(shè)計的原理圖，只是將太陽能作為額外的功率輸入；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的熱力發(fā)動機/制冷機混合的原理圖，其將 來自熱力發(fā)動機的功率輸出作為制冷機的功率輸入，而來自制冷機的"余熱" 被再循環(huán)到熱力發(fā)動機的熱源；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的熱力發(fā)動機/空調(diào)混合的系統(tǒng)示意圖，其 將來自熱力發(fā)動機的功率輸出作為空調(diào)的功率輸入，而來自空調(diào)的"余熱"被 再循環(huán)到熱力發(fā)動機的熱源；圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的熱力發(fā)動機/制冷機混合的系統(tǒng)示意圖， 制冷機的冷凝器嵌入在熱力發(fā)動機的熱源內(nèi)部；圖9是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的熱力發(fā)動機/空調(diào)混合的系統(tǒng)示意圖， 空調(diào)的冷凝器嵌入在熱力發(fā)動機的熱源內(nèi)部；圖10是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有由差動磁強-熱力驅(qū)動的單熱源機的加熱-制冷網(wǎng)絡(luò)的示意圖，注意其中并沒有示出來自發(fā)動機的非對稱線圈。 圖11是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的驅(qū)動裝置的測試單元，制冷由循環(huán)的冷水完成，三對熱電偶用于檢測冷側(cè)和熱側(cè)之間的溫差，永磁磁鐵分別在單元的熱端和冷端，冷側(cè)的溫度為Te，熱側(cè)的溫度為Th;圖12(a)是在零磁場中的矩形單元中來自三對熱電偶的熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫差(AT)的示意圖，在冷側(cè)的制冷水在t二60秒時開啟，在t=1000秒時停止； 圖12(b)是類似于圖12(a)的實驗結(jié)果的示意圖，但是在磁極處的值為900高斯的磁場，在制冷啟動之前打開磁場，磁場明顯增加了熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫度梯度；圖13是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的有勢能的容器的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明在作為說明性的以下示例中更具體地被描述，相應(yīng)的修改和變更對 本領(lǐng)域所屬的技術(shù)人員來說是顯而易見的。本發(fā)明的各種實施例在此進行細 述。參考圖1-13，圖中各個部件由相同的附圖標(biāo)記來表示。在具體實施方式
和權(quán)利要求中使用的，除非內(nèi)容中有明確指示，"一個"、"一個"和"這個" 具有復(fù)數(shù)的含義。同樣，在具體實施方式
和權(quán)利要求中使用的，除非內(nèi)容中有明確指示，"在…中"的含義包括"在…中"和"在…上"。此外，為了方便讀 者，標(biāo)題或副題可用于說明書中，這并不影響本發(fā)明范圍。在本發(fā)明的上下文 中，以及在使用每個術(shù)語的特定上下文中，用于說明書的術(shù)語一般在本領(lǐng)域都 有其通用的含義。 本發(fā)明的綜述本發(fā)明一方面提供了一種在流體系統(tǒng)中及其在熱轉(zhuǎn)換設(shè)備(例如但不限于 熱力發(fā)動機、制冷機、空調(diào)等等)的應(yīng)用中傳熱(或"冷")的新裝置。在一個 實施例中，該裝置涉及一種使用磁體壓力應(yīng)用于已設(shè)定溫度梯度的熱源上的系 統(tǒng)。該系統(tǒng)具有接近理想的效率，對外界并沒有任何排放。因為驅(qū)使熱流的磁 力可以從諸如不需要任何外部功率的永磁磁鐵生成，所以一旦循環(huán)開始后，該 系統(tǒng)沒有額外的外部功率消耗也可進行。即使是電磁鐵，所消耗的能量也是最 低的。新系統(tǒng)還可重復(fù)利用來自其它裝置和設(shè)備的余熱。因為在本發(fā)明中用于 磁力的等式對于電力是對稱的，所以揭示的所有結(jié)果還可應(yīng)用于電力機組(electric counterpart)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種傳遞熱能的系統(tǒng)。在一個實施例中，參 考圖4，熱能傳遞系統(tǒng)400包括帶有介質(zhì)415的熱源410，該熱源具有第一端 部分412和相對的第二端部分414，兩端之間定義了長度L。系統(tǒng)400還包括 在熱源410中沿第一方向452建立溫度梯度的裝置，其中第一方向452是從第 一端412到第二端部分414，這樣第一端部分412具有第一溫度Th，第二端部 分414具有第二溫度T, < Th。系統(tǒng)400此外還包括在熱源410中施加電磁場 以建立沿第二方向454的電磁場梯度，而產(chǎn)生驅(qū)動力來從第二端部分414傳遞 熱能到第一端部分412的裝置。在一個實施例中，電磁場是一種磁場，驅(qū)動力包括具有力密度fm的差動 磁強-熱力(differential magneto-thermal force )， 滿足(i+z)2 h。必 (l+力r忍乂其中H。表示所采用磁場的強度，dHo/dZ是沿長度L的外部磁場梯度，X是介 質(zhì)的磁化率，dT/dZ是沿長度L的局部溫度梯度，)Li。是真空中的磁導(dǎo)率。在此實施例中，第二方向454與第一方向452相反，其中dH。/dZ和dT/dZ具有 相反的代數(shù)符號。施加電磁場的裝置可以是至少一對永磁磁鐵432和434，分別放置于最接 近熱源410的第一端部分412和第二端部分414的地方，以產(chǎn)生一個磁場。其 它的裝置，如AC電場發(fā)生器(AC field generator),同樣也可用于實施本 發(fā)明。介質(zhì)415具有非零的磁化率。介質(zhì)415可以是順磁性或抗磁性介質(zhì)。在一 個實施例中，順磁性介質(zhì)包含磁性納米膠體(magnetic nanocolloids)。在另一實施例中，電磁場是一種電場，驅(qū)動力包括電力。在此實施例中， 施加電磁場的裝置包括DC或AC電源分別連接到熱源410的第一端部分412 和第二端部分414，來產(chǎn)生一個電場。還是在另一實施例中，電磁場可以同時具有電場成分和磁場成分。仍參考圖4，系統(tǒng)400還包括錐形的螺旋成形的線圈420，其具有頂端422 和底端424，其中線圈420放置于熱源410中，以便線圈420的頂端422和底 端424分別最接近于熱源410的第一端部分412和第一端部分414。系統(tǒng)400還包括發(fā)電機440，其具有輸入端442、第一輸出端444和第二 輸出端446，其中輸入端442通過熱源410的第一端部分412與熱源410進行 傳遞，第一輸出端444通過放置在熱源410中的線圈420的頂端422與熱源 410進行傳遞。在操作中，發(fā)電機440通過輸入端442從熱源410中吸收一定 的熱量Qi，以此產(chǎn)生從第二輸出端446輸出的功W，并通過第一輸出端444 將熱量Q2存放到熱源410，其中Q2 = (Qi - W)。系統(tǒng)400還包括額外的熱源460，其通過閥門464控制，與熱源410通過 流體傳遞，其中額外的熱源460具有比熱源410更高的勢能。此外這里還提供 了一個凈水源470。在另一實施例中，參考圖5，熱能傳遞系統(tǒng)500具有熱源510和線圈520。 系統(tǒng)500類似于系統(tǒng)400，但是其還有與熱源510傳遞的輸入通道590，用于 將外能輸入到熱源510。在一個實施例中，外能包括太陽能。 實例和執(zhí)行在不限制本發(fā)明范圍的情況下，以下給出了根據(jù)本發(fā)明實施例的更多示例 方法及相關(guān)結(jié)果。再次注意，為了方便讀者，標(biāo)題或副題可用于例子中，這決 不應(yīng)該限制本發(fā)明的范圍。此外，這里還提出和公開了一些理論；然而，不管 它們是對是錯，也決不應(yīng)該限制本發(fā)明的范圍。圖1是基于卡諾循環(huán)的通用發(fā)動機的現(xiàn)有技術(shù)中典型的工作原理的示意 圖。在溫度Th的高溫?zé)嵩刺峁ν庾龉的熱量Q。在該技術(shù)中，大量的熱 量Q2不能轉(zhuǎn)換來做功，必須存放在低溫?zé)嵩碩,中。在多數(shù)情況下，熱量被釋 放到外界，如在蒸汽機、汽車發(fā)動機、內(nèi)燃機和所有其它現(xiàn)代發(fā)動機。所釋放 的熱量會污染環(huán)境，并導(dǎo)致全球變暖。根據(jù)本發(fā)明的一方面，如圖2所示，提供了一種帶有熱源210的系統(tǒng)200， 熱源210具有沿長度L從一端212到另一端214的溫度梯度，并且驅(qū)動力可 使存放的熱量從低溫傳遞到高溫。如果設(shè)想在熱傳遞介質(zhì)中，該處理比熱傳導(dǎo) 更快，那么其具有以下循環(huán)熱量Q,可以從熱源的高溫側(cè)(Th)流出，通過發(fā) 動機240對外做功W，那么剩余熱量Q2流回?zé)嵩吹牡蜏貍?cè)(T》。因此，不僅完成該循環(huán)進行連續(xù)工作，而且來自Q2的能量可用于更多的功率輸出而被回收利用，也不會對環(huán)境有害。本發(fā)明最重要的一個方面是設(shè)計了一個驅(qū)動力， 用于產(chǎn)生如圖2所示的從T,到Th側(cè)的循環(huán)熱量Q2。因此，需要一個力密度， 力密度不僅驅(qū)使熱于周圍(因而具有更小的磁化率)的流動元素流向高溫側(cè)，而 且還使溫度低于周圍(因而具有更大的磁化率)的流動元素流向低溫側(cè)，從而維 持高低溫側(cè)的溫差。這種要求在圖3中有圖示，其中U和fc。w分別表示高低 溫成分的力方向。如圖3(a)所示，熱源310具有從低溫端314到高溫端312 的力fh。t，以及反方向的dHo/dZ和f;。w。如圖3(b)所示，熱源320具有從高 溫端322到低溫端324的力fe。ld，以及反方向的dHo/dZ和fh。t。對于多數(shù)流動 體，磁化率是跟其密度線性成比例的，滿足上述要求的力密度是差動磁強-熱 力密度，如下[5]:<formula>formula see original document page 17</formula> (2) 其中H。表示所采用磁場的強度，dH。/dZ是沿長度L的外部磁場梯度，x是介質(zhì)的磁化率，dT/dZ是局部溫度梯度，p。是真空中的磁導(dǎo)率。對于常用順磁性介質(zhì)，X l， (1+X) ~1，那么r2 rr2/ 1眠.—1《4 uW ，風(fēng)(7rf+;1^) (2，)將Z作為指示如圖3所示力方向的坐標(biāo)，那么要求是，(2)和(2')中的力密度對于體積元是正的，而x大于環(huán)境，即對于更大的X， /^>0，或 1 , 1 W,+ ,〉0 (3)〃。必 r忍在圖3(a)的坐標(biāo)中，dT/dZ<0，因此我們需要dH。/dZ 〉 0，從(3)中，為了增強這個力以及提高從低溫到高溫傳遞熱量的效率，我們可以選擇磁 (或電)納米膠體，以便磁(或電)流體由懸浮在溶劑中的納米磁性粒子組成。對 于這種二元的流體，從低溫T傳遞到高溫T的力密度表達式變?yōu)?f ^;^、^(丄^ +丄丄仝-丄丄^) (4)其中C是磁(或電)素(magnetic or electric species)的濃度。隨著增加的磁性粒子，我們不再有x《1。那么(3)的要求變?yōu)?跟。?。? "r z"C o 。) w。必 (l +力:r忍 (l +力c忍對于抗磁性介質(zhì)(如純水)，x<0，場梯度應(yīng)該平行于溫度梯度，如圖3(b) 所示。所述裝置驅(qū)使存放的熱量從低溫側(cè)流到高溫側(cè)，這樣就完成了圖2中的循 環(huán)。場和場梯度可以來自滿足(3)的要求的一個或一對永磁磁鐵， 一旦建立溫 度梯度，就不用外力或能量來完成循環(huán)?，F(xiàn)在來分析如圖2所示在完整循環(huán)中的能量傳遞過程。為了計算方便和作 為非限制的例子，以下所有的結(jié)果只針對順磁性流體。假設(shè)返回到熱源的熱量 Q2使熱源中的體積元V在磁力作用下從T,傳送到Th，對體積元做功為WMa，體現(xiàn)為其勢能的減少，同時在熱源中產(chǎn)生熱量..Gnag-『郵g。熱源中為有用功的能量變化是<formula>formula see original document page 19</formula> (7)<formula>formula see original document page 19</formula>一般情形下，W〉Qmag或W》Qmag，發(fā)動機在熱源耗盡的代價下輸出功 率。如果我們需要熱源的能量在每個循環(huán)之后保持不變，假定有熱傳輸介質(zhì)(比 如說水)的持續(xù)供應(yīng)，那么W^Q^g。在隨后的詳述中，可以持續(xù)運行的系統(tǒng)將進行一步被指出(圖4)。這證明了圖2中的原理遵守能量守恒?，F(xiàn)在可計算出整個系統(tǒng)的熵(entropy)。由于輸出功W的設(shè)備在循環(huán)結(jié)束 之后返回其起始狀態(tài)，所以其熵并沒有改變。在熵中唯一的變化是來自熱源i +込其中AS^是熱源中體積元V的熵變，由于磁力產(chǎn)生的熱量一磁力對V做功， 體積元的勢能減少被轉(zhuǎn)換到高溫側(cè)的熱量所以整個系統(tǒng)的熵變?yōu)?lt;formula>formula see original document page 19</formula>如果我們將整個系統(tǒng)作為單獨的系統(tǒng)，并要求熵變是正的，于是有--<formula>formula see original document page 19</formula>這并不難滿足。對于在一個循環(huán)之后(見以下的應(yīng)用例子)返回其初始狀態(tài)的系統(tǒng)的循環(huán)操作，我們要求AS:0，那么有<formula>formula see original document page 19</formula>這也是可能的。這證明根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的新式差動磁強-熱單熱源發(fā)動機并不 違反物理規(guī)律。等式(6)-(ll)是功率輸出的限制。圖2中系統(tǒng)或發(fā)動機的效率為<formula>formula see original document page 19</formula>,吸收的熱込-込 v 乂由于理想的效率， 一旦場和溫度梯度適當(dāng)，就不需要外能輸入到系統(tǒng)，并且做功循環(huán)應(yīng)該持續(xù)進行到熱源耗盡或重新裝填。當(dāng)然，事實上，由于材料的 缺陷熱損失總是存在的，使得發(fā)動機的效率小于100%。然而，對比如圖1所 示效率小于50°/。的現(xiàn)有技術(shù)，這也接近于達到最高可能的效率。本發(fā)明中的證明指出了熱力學(xué)第二定律的開爾文公式，其不可能構(gòu)造一個 理想的熱力發(fā)動機，而對于本申請陳述的勢場中的單熱源發(fā)動機是無效的。等式(2)和(4)中的力將保持循環(huán)的熱量流向高溫方向。為了使整個系統(tǒng)在一個循環(huán)之后返回其初始狀態(tài)，允許返回的物質(zhì)流向外界，從而提供一個通過 自動處理裝填的液體容器的裝置。作為圖2中原理的實現(xiàn)，本發(fā)明的第二實施例如圖4所示，其中一旦建立 初始所需條件，蒸汽機400沒有外部輸入也可以持續(xù)運行。容器d保存熱傳 遞液體，在這里是水。溫度和場梯度開始隨來自一個或多個永磁磁鐵432、 434 的場和場梯度一起設(shè)立。同順磁性鹽或磁性納米粒子一起，流體可以很容易地 產(chǎn)生具有大于水本身的磁化率的順磁性(即使是純水，該設(shè)計仍應(yīng)該工作，而 這是以場梯度和更大場的不同方向進行的)。假設(shè)在熱側(cè)的初始溫度Th > Tb =100°(:(即沸點)，而低溫側(cè)是室溫，即T, =25°C。在每個循環(huán)，體積為V且 質(zhì)量為mi的熱流體的體積元(由于釋放到d的再生熱量，該體積元要比其周 圍更熱)在等式(2)或(4)中的差動磁強-熱力的作用下從冷側(cè)流向熱側(cè)，其沿途吸 收熱量，在吸收潛熱時經(jīng)歷相變成為蒸汽，在此以后吸收更多熱量，所以溫度 從沸點Tb上升到發(fā)動機的運行溫度Th?？偣参盏臒崃坑山橘|(zhì)傳送到工作 設(shè)備，對外做功為W，并返回?zé)崃縌2到d中的流體。返回的蒸汽通過Q緩 慢運行，所以其可完全地與周圍交換熱量，再次冷凝成流體，于是在熱源或容 器470中可以獲得干凈的水。這里可以使用閥門或不對稱冷凝器(asymmetrical condenser) 465。容器C2是一個水源，用于補充在每個循環(huán)之后<^的水到起 始水平。在圖4中，磁力應(yīng)該是作用在體積元上的力，體積元的磁化率x大于 (因而冷于)其周圍流體，無論5C是多少，力的方向朝向低溫側(cè)，如所示的/c。w， 相反地，對于更小(更熱)的x的體積元也同樣成立，如所示的/^。當(dāng)循環(huán)完成 時，Ci返回到初始狀態(tài)，從而d的能量和熵變?yōu)榱?。然后新的循環(huán)開始。質(zhì) 量為mi的體積元(將熱量Ql傳送到工作設(shè)備)返回Q，質(zhì)量減少到nV。在每個循環(huán)中，其發(fā)出部分能量來做功W，另一部分Q2返回?zé)嵩磀。因為從d中流出的nn來自熱源的頂層(合理的假定)，所以其能量變化是其勢能的減少 =-附瘋+力) (13)對于在每個循環(huán)之后返回起始狀態(tài)的熱源d，來自C2的供應(yīng)必須等于從d出來的質(zhì)量，即rm。假設(shè)C2中循環(huán)開始的質(zhì)量為M(忽略容器的質(zhì)量)，在nn流出C2后，C2中液面的高度差是Ah，如圖4所示，C2中剩下的流體質(zhì)量是 M-m，那么從附錄中，在失去m,后水源C2的能量變化是△Lc2 =-竭),和、+ & + " A。 (14)流出C2并進入d頂部的質(zhì)量mi的能量變化是A、d沐 (15)來自水源C2的總的能量變化是氣=Alm, A + △、= -附'g一'+("))-mlgh2 (16) 等式(14)、 (15)和(16)中的負(fù)號表示C2中的能量損失。該能量損失被轉(zhuǎn)換成執(zhí)-:，2A^=|Af/C2卜-A^。 d所得的熱能是:2Cl =込+2呵+0^c2丄 K=Q2+ //。 J必J(i + m《("+(;—竭)+ m!gti2 (17)0 0為了使Q在一個循環(huán)后返回其初始狀態(tài)，要求2&=込，從而『=& -込=I /4忍1^'V)^^ I十附《^'+^—A/°)+mlgh2 (18)20 0 二這是由于能量守恒定律產(chǎn)生的每個循環(huán)中的最大功率輸出。很顯然，場越大，場梯度越大，h2和h'越大，獲得的功也就越多。與圖2所示的系統(tǒng)或發(fā)動機相似，蒸汽機400也具有理想的效率 做功 『吸收的熱g-込現(xiàn)在可計算出循環(huán)的熵。總的熵變可以如下表示:M加=MC| + Mmag + ASC2 + 。 f (19)其中A^d是在一個循環(huán)中熱源d的熵變，AS^是熱源C2的熵變，A&是輸出 功的設(shè)備的熵變，A5^是凈水容器的熵變。工作設(shè)備和C,在一個循環(huán)后返回 其初始狀態(tài)，因而A5^0和A^-0。 C2和凈水容器，除了在勢能上的差別， 具有類似的熱態(tài)。因為熵是一個廣延變數(shù)(extensive variable),其在C2中損失 的是在凈水容器中獲得的，即A^^-A&w。所以，我們有Mto, = 0 (20) 等式(20)表示在一個循環(huán)之后，整個系統(tǒng)的熵保持不變。等式(20)中的結(jié)果不 同于在一個循環(huán)后熵變化是正數(shù)的卡諾熱機，這并不奇怪，因為這里的運行原 理完全不同。在該設(shè)計中，由于工作介質(zhì)和磁力之間是相互作用的，將發(fā)動機 從其持續(xù)運行的環(huán)境(磁性)中分離是不可能的。因為電磁力的表達式在等式(2)和(4)中的磁力和電力之間是對稱的，本發(fā) 明在此也可應(yīng)用于以順電流體作為電場、電場梯度和溫度梯度中的工作介質(zhì)的 發(fā)動機。上述提到的原理和應(yīng)用也應(yīng)用其它類型的驅(qū)動力，如與溫度梯度關(guān)聯(lián) 的重力。在重力場中，然而，熱源必須是垂直的，以便具有足夠的勢能來轉(zhuǎn)換 成有用功。如圖5所示，可進一步通過利用太陽能來增加輸出功率。日光可以在熱側(cè) Th由多個太陽能鏡(圖未示)可將太陽能聚集到需要的位置，進行收集。在此實 施例中，熱庫的頂部可由能承受水沸點的透明物質(zhì)做成，這是利用現(xiàn)有技術(shù)。除熱力發(fā)動機之外，本發(fā)明還有其它的應(yīng)用。圖6-9圖示了兩個以上的例 子。圖6是帶有制冷機680的系統(tǒng)600的模塊圖，制冷機680使用來自熱力發(fā) 動機640的功輸出作為輸入功率，以此將熱量q,從目標(biāo)區(qū)域或熱源610的一 端612取出，并在另一端614將熱量q2存放到熱源610。如圖8所示的實際設(shè) 計，其中具有現(xiàn)有制冷技術(shù)上的制冷機880的系統(tǒng)8000將熱量再循環(huán)到熱力 發(fā)動機庫。熱力發(fā)動機結(jié)合制冷機的設(shè)計將進一步減少對環(huán)境的熱污染。類似 地，熱力發(fā)動機還可用來驅(qū)動空調(diào)。該原理和實際設(shè)計類似于發(fā)動機式制冷機 循環(huán)，并分別在圖7和圖9中示出。如圖7所示，系統(tǒng)700的工作模塊圖包括 空調(diào)780、發(fā)動機740和熱源710。如圖9所示，對應(yīng)于圖7中的系統(tǒng)700的 系統(tǒng)900具有空調(diào)980。在圖10中，利用本發(fā)明所討論原理的完整熱循環(huán)網(wǎng)絡(luò)1000將熱力發(fā)動機1040、空調(diào)、制冷機和熱水器連接到一起，形成一個自 保持(self-sustained)工作循環(huán)。因為工作原理模仿了生態(tài)系統(tǒng)，對環(huán)境沒有危 害，所以可稱其為"環(huán)境友好生態(tài)加熱-制冷網(wǎng)絡(luò)(Environmental Friendly Ecological Heating-Cooling Network)"。本發(fā)明可用于家庭、辦公室和任何建筑 中的電子產(chǎn)品和余熱回收。本發(fā)明還設(shè)計了一個測試在此提出的驅(qū)動裝置的實驗。如果磁力確實可以 將存放的熱(冷)從低(高)溫傳遞到高(低)溫，那么兩個邊界之間的溫度梯度在 施加場中應(yīng)該比在零場更大。如圖11所示，測試單元1100包括溫度為Th的 一端1112和溫度為Te的相反端1114。制冷由流通的冷水通過開口 1160、 1160 在單元的一側(cè)完成。三對熱電偶1150用于在圖11所示的抽樣單元的兩側(cè)檢測 溫度。制冷在t-60秒時開啟，等到t-1000秒時停止制冷，使系統(tǒng)中的溫度 回到室溫。選擇的流體是由懸浮在無磁性溶劑中的納米磁性粒子組成的磁流 體。在圖12中，示出了零磁場(圖12(a))和磁極最大值為900高斯的磁場的 兩種結(jié)果。曲線1210a、 1220a、 1230a對應(yīng)于來自三個單獨測試的結(jié)果。在零 磁場中，在制冷開啟之后，冷熱端之間的最大溫差(AT)大約是攝氏6度，然 后在制冷停止之前降到約攝氏4度。而在施加磁場中，AT達到12度，并在冷 卻水停止之前持續(xù)增加。此外，曲線1210b、 1220b、 1230b對應(yīng)于來自三個單 獨測試的結(jié)果。在場中回到零度也明顯比在零場中要慢。這兩個都提出磁力確 實可以維持溫差，質(zhì)量上也符合本發(fā)明所討論的驅(qū)動裝置。因而,本發(fā)明的一方面提供了一種在流體系統(tǒng)中通過差動磁強-熱力將堆 積的熱(冷)從低(高)溫傳遞到高(低)溫的裝置。本發(fā)明的另一方面是使用上述裝置建立能量流動循環(huán)， 一旦溫度梯度沿?zé)?源建立后便不需要外部功。本發(fā)明的更進一步方面是將所述能量循環(huán)應(yīng)用到具有接近理想效率的運 轉(zhuǎn)的單熱源發(fā)動機。本發(fā)明的更多方面是使用上述的裝置來提供一種蒸氣機，其一旦啟動就將 用一點點額外的外部能量通過重復(fù)利用"余熱"來持續(xù)運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的又一方面通過使用具有高于正常的磁化率的流體，即包含磁性納米粒子的流體，提供了一種增強性能的蒸汽機。本發(fā)明的更進一步方面是通過利用太陽能提供了一種增加輸出能量的蒸 汽機。本發(fā)明的更多方面是應(yīng)用上述裝置設(shè)計了一種新一代的發(fā)動機式制冷機 混合體，其中蒸汽機提供功率來運行制冷機，而來自制冷機的"余熱"再生為 發(fā)動機熱源的"燃料"，以此增加發(fā)動機的功率輸出。更多的方面是將上述發(fā)動機式制冷機混合體的裝置應(yīng)用到發(fā)動機式空調(diào) 混合體或任何其它熱傳遞設(shè)置。本發(fā)明的更多方面是將上述混合發(fā)動機擴展到一個完整的熱流網(wǎng)絡(luò)，其提 供功率到網(wǎng)絡(luò)上的熱傳遞設(shè)備，并且重復(fù)利用它們其中每個的余熱，并利用自 然能量源，例如太陽光。這種設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)絕對沒有"廢物"輸出到環(huán)境中。本發(fā)明的更多方面是將上述裝置應(yīng)用到由差動電的取代磁強-熱動力，同 樣采用電場和電場梯度來去帶磁場和磁場梯度的所有設(shè)計中的類似的熱循環(huán) 和網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的更多方面是將上述裝置應(yīng)用到由磁、電和其它力(如重力)聯(lián)合驅(qū) 動的類似的熱循環(huán)和網(wǎng)絡(luò)。上述對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述的目的是為了舉例說明及描述。這些實 施例不是窮盡性的，也就是說本發(fā)明不受所公開的精確形式的限制，在本發(fā)明 的教導(dǎo)下或從本發(fā)明的實踐中可以獲得對這些實施例的多種修改和變化。對實施例的選擇和描述是為了對本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用做出解釋，以 使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠在各種實施例中利用本發(fā)明、以及為配合特殊用途進 行各種修改。本發(fā)明的范圍由本發(fā)明的權(quán)利要求及其等同限定。在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下，替代的實施例對于本領(lǐng)域所屬的技術(shù)人員變得顯而 易見。因此，本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求定義的，而不是在此描述的實施方式 和實施例定義的。參照的相關(guān)專利申請依照美國專利法35 U.S.C. §119(e)，本申請聲明美國臨時專利申請?zhí)?0/692,460的權(quán)益，提交日期是2005年6月21日，標(biāo)題為"差動磁熱單熱源 發(fā)動機(Differential Magneto-Thermal Single-Heat-Source Engine)",發(fā)明人為 Weili Luo，這篇專利將作為整體并入本文。一些參考文獻，包括專利、專利申請和不同的出版物，在參考文獻列表中 被引用，并在本發(fā)明的描述中進行討論。這些參考文獻的引用和/或討論僅用 來闡明本發(fā)明的描述，任何參考文獻對于本發(fā)明都是"現(xiàn)有技術(shù)"。所有引用 和討論的參考文獻都作為整體并入本文，并對并入本文的個別參考文獻做出相 同的延伸。在符號方面，下文中的"[n]"表示參考文獻列表中的第n個參考 文獻。例如，[5]表示參考文獻列表中的第5個參考文獻，即Weili Luo， Tengda Du, and Jie Huang, "Novel Convective Instabilties in a Magnetic Fluid." Phys. Rev. Lett, vol 82， 4134-4137, 1999。附錄這部分提供了由于液體流出容器后的勢變化的理論計算(如圖13所示)， 并且是說明書的一部分。如圖13所示，對于離地面高度為y。、質(zhì)量為M的流體容器1300，該容 器的勢能是
<formula>formula see original document page 25</formula> (21)其中p是流體密度，S是容器的橫截面積，g是重力常數(shù)，y。 =(y+y。)/2是流體 質(zhì)量中心的坐標(biāo)。當(dāng)質(zhì)量為m、厚度為Ay的流體層流出容器時，容器的質(zhì)量變化為M-m(假 設(shè)容器本身的質(zhì)量可以忽略)，其表面高度變化為y-Ay。勢能變?yōu)?br> <formula>formula see original document page 25</formula><formula>formula see original document page 25</formula>，其中K 勢能變化是
<formula>formula see original document page 25</formula>(22)
<formula>formula see original document page 25</formula>(23)參考文獻[l]. Clausius， R., Mec/zaw'ca/ 7Tzeo^y o///^， 1867, London: John van Vorst.[2]. Kastler， A., L，oeuvre posthume de Sadi Carnot， in Sadi Camot et l，Essor de la Thermodynamique, A.N. Editor (ed.) 1974, Paris: CNRS.[3]. Mendoza， E. (ed.) Reflections on the Motive Force of fire by Sadi Camot and other Papers on the Second Law of Thermodynamics by E. Claperron and R. Clausius. 1977， Glouster, MA: Peter Smith.[4]. See, for example, D. V. Schroeder, An Introduction to Thermal Physics, 2000, Addison Wesley Longman.[5]. Weili Luo， Tengda Du， and Jie Huang, "Novel Convective Instabilties in a Magnetic Fluid." Phys. Rev. Lett, vol 82， 4134-4137， 1999.
權(quán)利要求
1、一種熱能傳遞的方法，包括以下步驟a、在帶有介質(zhì)的熱源中沿第一方向建立溫度梯度，所述熱源具有定義了兩端長度L的第一端部分和相反的第二端部分，其中第一方向是從第一端部分到第二端部分，這樣第一端部分具有第一溫度Th，第二端部分具有第二溫度Tl＜Th；以及b、在熱源中施加電磁場沿第二方向建立電磁場梯度，以此生成驅(qū)動力來將熱能從第二端部分傳遞到第一端部分。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電磁場包括磁場，所述驅(qū)動力包括具有力密度f:n的差動磁強-熱力，所述fm滿足<formula>formula see original document page 2</formula>其中H。表示所采用磁場的強度，dH。/dZ是沿長度L的外部磁場梯度，X是介 質(zhì)的磁化率，dT/dZ是沿長度L的局部溫度梯度，p。是真空中的磁導(dǎo)率。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第二方向與第一方向相反。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，dH。/dZ和dT/dZ具有相 反的代數(shù)符號。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括放置 至少一對永磁磁鐵的步驟，分別放置于最接近熱源的第一端部分和第二端部分 的地方，以此產(chǎn)生一個磁場。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述介質(zhì)具有非零的磁化率。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述介質(zhì)包括順磁性或抗 磁性介質(zhì)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述順磁性介質(zhì)包括磁性 納米膠體。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電磁場包括電場，所述驅(qū)動力包括電力。
10、 一種熱能傳遞的系統(tǒng)，包括a、 帶有介質(zhì)的熱源，具有定義了兩端長度L的第一端部分和相反的第二 端部分；b、 在熱源中沿第一方向建立溫度梯度的裝置，其中第一方向是從第一端 部分到第二端部分，這樣第一端部分具有第一溫度Th，第二端部分具有第二 溫度T^Th;以及c、 在熱源中施加電磁場的裝置，用于沿第二方向建立電磁場梯度，以此 生成驅(qū)動力來將熱能從第二端部分傳遞到第一端部分。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁場包括磁場，所述驅(qū)動力包括具有力密度fm的差動磁強-熱力，fm滿足(l+力2仏忍 (l+力r忍7其中H。表示所采用磁場的強度，dH。/dZ是沿長度L的外部磁場梯度，x是介 質(zhì)的磁化率，dT/dZ是沿長度L的局部溫度梯度，^是真空中的磁導(dǎo)率。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二方向與第一方向相反。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，dH。/dZ和dT/dZ具有 相反的代數(shù)符號。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于施加電磁場的 裝置包括至少一對永磁磁鐵，并分別放置于最接近熱源的第一端部分和第二端 部分的地方，以此產(chǎn)生一個磁場。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述介質(zhì)具有非零的磁 化率。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述介質(zhì)包括順磁性或 抗磁性介質(zhì)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述順磁性介質(zhì)包括磁 性納米膠體。
18、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁場包括電場， 所述驅(qū)動力包括電力。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，施加電磁場的裝置包括 DC或AC電源，分別連接到熱源的第一端部分和第二端部分，以此產(chǎn)生電場。
20、 一種熱能傳遞的系統(tǒng)，包括a、 帶有介質(zhì)的熱源，具有定義了兩端長度L的第一端部分和相反的第二 端部分，其中第一端部分具有第一溫度Th，第二端部分具有第二溫度T!〈Th， 從而在第一方向上沿?zé)嵩撮L度L建立溫度梯度；以及b、 施加到所述熱源的場，用于在第二方向上沿?zé)嵩撮L度L建立場梯度， 其中施加的場在介質(zhì)中生成驅(qū)動力來將熱能從第二端部分傳遞到第一端部分。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述施加的場包括磁場， 所述介質(zhì)具有非零的磁化率。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述介質(zhì)包括順磁性鹽、 磁性納米粒子或它們的結(jié)合。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括一對永磁磁 鐵，分別放置于所述熱源的第一端部分和第二端部分，用于產(chǎn)生磁場。
24、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動力包括差動磁 強-熱力。
25、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述施加場包括電場， 所述介質(zhì)具有非零的電極化率。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動力包括差動磁 強-熱力。
27、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述施加場包括重力場， 所述驅(qū)動力包括重力。
28、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括錐形的螺旋 成形的線圈，具有頂端和底端，其中所述線圈放置于所述熱源中，以便所述線 圈的頂端和底端分別最接近于所述熱源的第一端部分和第一端部分。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括發(fā)電機，其具有輸入端、第一輸出端和第二輸出端，其中所述輸入端通過所述熱源的第一 端部分與所述熱源進行傳遞，第一輸出端通過放置在所述熱源中的線圈頂端與 熱源進行傳遞。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，在操作中，所述發(fā)電機 通過所述輸入端從所述熱源中吸收一定的熱量Qp以此產(chǎn)生從第二輸出端輸 出的功W，并通過第一輸出端將熱量q2存放到所述熱源，其中Q2 = ((^ - W)。
31、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括與所述熱源 通過流體傳遞的額外熱源，其中所述額外熱源具有比所述熱源更高的勢能。
32、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括與所述熱源 傳遞的輸入通道，用于在第一端部分將外能輸入到所述熱源。
33、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外能包括太陽能。
34、 一種將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，其特征在于，包括a、 帶有介質(zhì)的熱源；b、 用于在所述熱源中建立溫度梯度的裝置；c、 用于在所述熱源中產(chǎn)生差動磁強-熱力的裝置，其中差動磁強-熱力能 夠?qū)崮軓呐c所述熱源相關(guān)聯(lián)的低溫第一端部分傳遞到高溫第二端部分；d、 具有輸入端、第一輸出端和第二輸出端的發(fā)電機，其中所述輸入端通 過所述熱源的第一端部分與所述熱源進行傳遞，第一輸出端通過放置在所述熱 源中的線圈頂端與熱源進行傳遞；其中在操作中，所述發(fā)電機通過所述輸入端從所述熱源中吸收一定的熱量 Qp以此產(chǎn)生從第二輸出端輸出的功W，并通過第一輸出端將熱量q2存放到 所述熱源，其中Q2 = (Qi - W)。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，所述熱源具有定義了兩 端長度L的第一端部分和相反的第二端部分，其中第一端部分具有第一溫度 Th，第二端部分具有第二溫度T,〈Th。
36、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，所述介質(zhì)具有非零的磁 化率。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，用于產(chǎn)生差動磁強-熱力的裝置包括至少一對永磁磁鐵，分別放置于最接近所述熱源的第一端部分和第 二端部分的地方。
38、 一種將帶有介質(zhì)的熱源的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的方法，其特征在于，所述熱源包括具有第一溫度的第一端部分和相反的具有低于第一溫度的第二溫度的第二端部分，所述方法包括以下步驟a、 提供一個具有熱能(^的發(fā)電機，Q,來自所述熱源的第一端部分；b、 將來自所述發(fā)電機的熱能轉(zhuǎn)化為機械能W;c、 將剩余熱能Q2從所述發(fā)電機存放到所述熱源的第二端部分，其中Q2 =(Qi-W);d、 將熱能從所述熱源的第二端部分傳遞到第一端部分。
39、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在 所述熱源的第一端部分和第二端部分之間施加磁場的步驟，所述介質(zhì)包括順磁 性或抗磁性介質(zhì)。
40、 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述順磁性介質(zhì)包括磁 性納米膠體。
41、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述傳遞步驟由差動磁 強-熱力執(zhí)行。
42、 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述差動磁強-熱力是在 所述熱源中施加的磁場、場梯度和溫度梯度的作用。
43、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述存放步驟使用錐形 的螺旋成形的線圈執(zhí)行，所述線圈具有頂端和底端，其中所述線圈放置于所述 熱源中，以便所述線圈的頂端和底端分別最接近于所述熱源的第一端部分和第 一端部分。
44、 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述存放步驟包括a、 將來自所述發(fā)電機的帶有剩余熱能Q2的殘留物從所述線圈頂端存放到 線圈；以及b、 將所述線圈中的殘留物從所述線圈的底端傳送到熱源的第二端部分。
45、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在第一端部分將外能輸入到所述熱源的步驟，其中所述外能包括太陽能。
46、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述介質(zhì)具有非零的極 化率，所述驅(qū)動力包括電力。
47、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述驅(qū)動力包括重力。
全文摘要
一種熱能傳遞方法。在一個實施例中，所述方法包括以下步驟在帶有介質(zhì)的熱源中沿第一方向建立溫度梯度，所述熱源具有定義了兩端長度L的第一端部分和相反的第二端部分，其中第一方向是從第一端部分到第二端部分，這樣第一端部分具有第一溫度T_h，第二端部分具有第二溫度T_l＜T_h；在熱源中施加電磁場沿第二方向建立電磁場梯度，以此生成驅(qū)動力來將熱能從第二端部分傳遞到第一端部分。
文檔編號H02N10/00GK101243606SQ200680030293
公開日2008年8月13日 申請日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者羅偉力 申請人:羅偉力