[发明专利]使用差动磁强－热力传热的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及热传递，更具体地说，涉及将热能从热源的低温侧传递到高温侧的装置和方法。

背景技术

当詹姆斯瓦特(James Watt)在1769发现热可以转化为功时，热力发动机的现代理论始于19世纪[1]。在1824年，尼古拉-伦纳德-萨迪 卡诺(Nicolas-Leonard-Sadi Carnot)发表了一篇文章，对具有最大效率的发动机原理进行了描述[1、2、3]。该原理如图1所示，高温热源110温度为T_h，低温热源120温度为T_l，其中T_h＞T_l。发动机从高温热源110中吸收热能Q₁，由工作设备(即发电机或发动机)140将部分热能转化为功W，并将剩余的热能Q₂存放在温度为T_l的低温热源120。所有现代的热力发动机和许多其它热转化设备，如制冷机和空调，都使用了相同的卡诺原理。卡诺型的发动机的效率η等于：

η=1-TlTh.---(1)]]>

现有卡诺发动机中达到的效率约为50％[4]，这是由于实际的温度和合理的能量消耗。对于传统的技术，热传递介质可以被重复利用，而低温热源120处的热能输出Q₂被释放到外界，造成能源浪费。

因此，本领域需要一种克服上述缺陷和不足的技术。

发明内容

当仔细研究图1所示的原理时，不存在为什么不能发现一种使用相同热源作为高低温源的装置的基本原因。本发明的首要方面涉及一种在流体中用磁力(注意，没有磁场的情况下，由于热传导，使用温度梯度存放到系统的热量趋向传递到冷侧)将外部存放的热从冷侧传递到热侧(或冷从热侧)的装置，这样可以在系统中造成最大可能的温度梯度。本装置通过将“余热”从工作设置送回热源，使新一代单热源发动机成为可能，可在任何方向上而不用考虑重力方向，从而很好地重复利用来自发动机的输出能量，将发动机的效率提高到接近100％，比现有的发动机要高的多。

本发明另一方面涉及一种使用磁强-热力的装置，以前没有被使用过的装置，驱使存放的热从热源的冷(热)侧流向热(冷)侧，以及其在不用持续的能源供应也可持续运行的单热源发动机上的应用。由于本发明，发动机运转不违反也不受限于热力学第二定律的开尔文公式，也不由卡诺理论建立的效率限制。一个使该装置工作的要求是具有非零磁化率的热传递介质受到沿热源方向的温度梯度和磁场的约束。施加的磁场可以是均匀的，也可有场梯度。代替在现有技术中使用的两个单独热源，蒸汽机的设计使用一个具有温度梯度的单独热源，其同时作为高温和低温源。从功发生设备返回的蒸汽提供热量到相同热源中剩余的介质用于连续的运转。

为了最大地利用本发明，来自自然界的“免费”能量，如太阳能，或来自其它释放热的设备，如空调和制冷机，可以用于增加从该发动机产生的功率。本发明的原理可用于磁力驱动发动机的电动机组(electric counterpart)，因为该理论对于磁力和电力都是相称的。为了达到最佳性能，可加入磁性纳米粒子来增强流体的磁化率。

由于本发明这方面，传统课本中的效率公式如下等式(1)所示：

η=1-TlTh]]>

该公式不再正确，因为这个公式是来源于假设存在两个单独热源的卡诺循环。等式(1)中的T_l和T_h是在卡诺循环中低温和高温热源的温度。