(57)【要約】　　　（修正有）【課題】仕事を導入することなく、閉鎖系において温度差を作ることができ、有効なエネルギーを引き出すためにこの温度差を用いることができる方法及び器具の提供。【解決手段】重力の影響下の閉鎖系で、気体、液体、あるいは固体の柱において温度差を作るための方法および装置が、電気あるいは熱の形態のエネルギーを提供するために使用される。随意的に固体、液体、あるいは気体である温度差要素は、囲い内部のチャンバー内で垂直に浮遊される。チャンバーは随意的に真空にされるか、繊維、粉末あるいは小球体で満たされ、そうでなければ対流の流れ及び放熱の影響を最小限にするように配置される。重力の影響下では、温度差要素の上端が下端よりも冷たくなる。温度差要素の、例えば上端及び下端のような垂直区分の間の温度差から電気エネルギーを生成するために、熱電対を使用することができ、或いは、熱を引き出すために熱交換器が使用される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体、液体、或いは気体の塊内に温度差を作るための方法であって、
ａ）１つの内室を有する細長い断熱された容器の形態の閉鎖系を設けるステップと、
ｂ）温度差要素を含む前記塊を容器の内室の中に垂直配置で囲うステップと、
からなる方法。
【請求項２】
前記温度差要素からエネルギーを引き出すステップを更に含む請求項１の方法。
【請求項３】
エネルギーを引き出す前記ステップが、前記温度差要素の垂直区分に沿って１つの熱電対を設けることからなり、エネルギーが、前記垂直区分に沿った温度差から前記熱電対によって発生する電気の形態で引き出される請求項２の方法。
【請求項４】
前記エネルギーを引き出すステップが、前記内室に熱交換器を設けるステップと、熱交換流体をその熱交換器に通過させるステップとを含み、エネルギーは熱の形態で引き出される請求項２の方法。
【請求項５】
前記塊における対流及び放熱の効果が減少するように、前記容器の前記内室を透過性物質で満たすステップを更に含む請求項１乃至４のいずれかの方法。
【請求項６】
前記透過性物質が、中実のガラス繊維、中空のガラス繊維、粉末、中実の球体、中空の球体、砂、及び発泡体からなる群から選択される請求項５のいずれかの方法。
【請求項７】
前記塊が固体であり、前記容器の前記内室を真空にするステップを更に含む請求項１乃至６のいずれかの方法。
【請求項８】
前記容器を１つの回転可能ドラムで囲み、そのドラムを回転させるステップを更に含む請求項１乃至７のいずれかの方法。
【請求項９】
前記容器が反転できるように、前記容器をピボット上に配置するステップを更に含む請求項１乃至８のいずれかの方法。
【請求項１０】
固体、液体、或いは気体の塊内で温度差を作るための器具であって、
１つの内室を備えた、閉鎖され断熱されたチャンバーを含む細長い容器と、
前記閉鎖されたチャンバーの前記内室の中に垂直に配置された温度差要素を含む塊と、
からなる器具。
【請求項１１】
エネルギーが、前記温度差要素の垂直区分に沿った温度差から前記熱電対によって発生される電気の形態で引き出されるように、前記温度差要素の垂直区分に沿って配置された熱電対を更に含む請求項１０の器具。
【請求項１２】
エネルギーを熱の形で引き出す熱交換器を前記内室の中にさらに含む、請求項１０の器具。
【請求項１３】
前記容器の内室が、前記塊における対流および放熱の影響が弱められるような透過性の材料で満たされる、請求項１０乃至１２のいずれかの器具。
【請求項１４】
前記透過性の材料が、中実のガラス繊維、中空のガラス繊維、粉末、中実の球体、中空の球体、砂、及び発泡体からなる群から選択される、請求項１３の器具。
【請求項１５】
前記塊が固体であり、前記容器の内室は真空にされる、請求項１０乃至１４のいずれかの器具。
【請求項１６】
断熱された細長いチャンバーを囲む回転可能なドラムをさらに含む、請求項１０乃至１５のいずれかの器具。
【請求項１７】
前記断熱された細長い容器は、該容器が反転できるように、ピボットの上に取り付けられる、請求項１０乃至１６のいずれかの器具。
【請求項１８】
前記細長い容器を囲むハウジングをさらに含む、請求項１０乃至１７のいずれかの器具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
（発明の背景）
（発明の技術分野）
本発明はエネルギー生産の分野に関する。より具体的には本発明は、重力影響下の閉鎖系における気体、液体、或いは固体の柱において温度差を作り、有効なエネルギーを引き出すためにこの温度差を用いる方法及び器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（関連技術の記載）
有用なエネルギーの生産は、充分に大きな温度差を備えた２つの物体があれば可能である。このような差異は典型的には、気体或いは油のような燃料の消費を通じて１つのボディを加熱することによって作られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような差異を作る既知の方法は全て、何種類かのエネルギーの導入を必要とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（発明の要約）
本発明によると、仕事を導入することなく、またそのためにエントロピーを減少させることなく、閉鎖系において温度差を作ることが適切な器具内で可能であることがわかった。このようにして生じた温度差は、閉鎖系の外側で仕事を実行するために使用することができる。
【０００５】
本発明は、重力影響下の閉鎖系における気体、液体、或いは固体の柱において温度差を作るための方法及び器具に関する。温度差は、電気或いは熱の形態でエネルギーを供給するのに使用することもできる。本発明はまた、閉鎖系の外側からの温度影響を減少させるための器具に関する。
【０００６】
本発明の実施形態では、随意的に固体、液体、或いは気体である温度差要素が、囲いの中のチャンバー内に垂直に浮遊される。そのチャンバーは随意的に真空にされるか、繊維、粉末、或いは小球体で満たされ、そうでなければ対流の流れの効果を最小化するように配置される。重力の影響下では、温度差要素の上端は下端よりも冷たくなる。温度差要素の、例えば上端及び下端のような、垂直区分間の温度差から電気エネルギーを生成するために熱電対を使用することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（発明の詳細な説明）
本発明の方法は、垂直配列の閉鎖系において、原子或いは分子を重力の影響下にさらすステップからなる。
【０００８】
暖かい空気は上昇し、冷たい空気は下方向へ流れる傾向があるために、暖かい、或いは冷たい空気で満たされた部屋は典型的に、上部において下部よりも高い温度を有する。典型的には、高さに関した温度分布は、１ｍにつき約１℃である。それゆえ、周囲から非常によく断熱されていたとしても、図２に示されるように、鉛棒１は底部よりも頂部においてより高い温度を有すると想定されるであろう。しかしながら反対に、平衡状態に一旦到達すると、鉛棒１は実際には底部よりも頂部においてより冷たい温度を有する。本発明の方法は、この意外な観察に基づいている。
【０００９】
図１を参照すると、気体（例えば空気のような）が入っている細長い容器２が垂直位置に置かれると、空気分子は「ブラウン運動」と呼ばれる動きで容器内を不規則に移動する。しかしながら、閉鎖系でさえも重力の影響にさらされる。それゆえ、上方向に移動する分子は減速され、下方向に移動する分子は重力の力により加速されるであろう。このことは、容器上部の分子は平均して、容器下部の分子よりも遅い速度（つまりより少ない運動エネルギー）を有するということを意味する。複数の分子（例えば気体）の温度は、分子の平均速度、或いは運動エネルギーに比例する。それゆえ、容器上部の温度は下部の温度よりも低い。上部及び下部の壁にぶつかることにより、分子は壁の熱を獲得し、上部の壁を冷却するとともに下部の壁を加熱する。このようにエネルギーは上部の壁から下部の壁に移動し、上部の壁においてより低い温度、及び下部の壁においてより高い温度が生じる。この温度差は、閉鎖系の外側或いは内側で仕事を実行するために、本発明で使用される。
【００１０】
流体においては、液体、特に気体であっても、分子の温度に比例した分子の異なる密度によって、より暖かい分子は容器内で上昇し、より冷たい分子は下降する傾向がある。この流体の流れは「対流」と呼ばれる。対流効果は、重力による頂部から底部へのエネルギー移動の効果を否定する傾向がある。本発明によれば、対流の流れと放熱を最小限に減らすために、例えば多数のグラスウール（ファイバーグラス（登録商標））、天然或いはプラスチックの繊維（中実、或いは中空）のような極微細な繊維６、あるいは粉末、発泡体、または中実或いは中空の小球体（例えばプラスチック、金属、或いはグラス製）で容器を満たすことは、従って随意的に有用である。このことは、重油、ワセリン、或いはゼラチンのように高粘性の液体を使用する際には不必要である。
【００１１】
気体を使用する場合、容器内の分子の自由経路長さが、容器の内径より大きくなる程度に容器２内の圧力を減少させることが随意的にまた有用である。従って、分子は他のいかなる分子ともぶつからずに、壁から壁まで飛ぶ。例えば圧力が、例えば０．００００１ｍｂａｒまで減少する場合、２０℃の空気での自由経路は６ｍまで増加し、したがって分子は、１ｍの高さで容器内を１つの壁から他方の壁まで直接飛ぶ。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、希薄気体とも呼ばれる低圧力の気体が入った容器２が、水平に配置した複数の薄膜（例えば薄い金属或いはプラスチックのような）によって分割される。例えば均等に間隔をおいた容器内で１０枚のフィルムを使用することは、気体の圧力を０．０００１ｍｂａｒまで増加させ、それによって自由経路を０．６ｍまで減少させることを可能とする。従って自由空間の最大垂直長はたった０．１ｍであり、その中の分子は壁から壁に直接飛ぶ。より高い圧力は、上部の壁から下部の壁に移動するエネルギー量が圧力に比例して増加するという利点を有している。
【００１３】
反対に、つまり気体の圧力を増加させることは、容器の頂部からその底部に移動するエネルギー量が、気体の圧力に比例して増加するので、有益な効果を有する。
【００１４】
頂部と底部の温度差は、頂部及び底部における分子の位置エネルギーの差に比例するので、以下のように計算することもできる。
Ｅ　＝　Ｗ　ｘ　Ｈ
Ｅは位置エネルギーであり、Ｗは重量、Ｈは垂直距離（つまり高さ）である。
このエネルギー量は、問題となる塊の温度増加に等しい。
Ｅ　＝　Ｍ　ｘ　ｃ（Ｇｒ）　ｘ　ΔＴ，
ここでｃ（Ｇｒ）は、ｎによって除算される比熱ｃ（気体ではｃｖ）であり、ｎは自由度の数であり、ΔＴは柱の２つの端の間の温度差であり、Ｍは分子の質量である。したがって、
【式１】
2004032982.tif 000003
【００１５】
上記の式を使用して、様々な原子及び分子のための温度差を計算することができる。以下の表１は、様々な物質の１ｍの高さでの結果を示す。
【表１】
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【００１６】
図１は、本発明の最も単純な形態を示す。囲い２は、好ましくは厚さ約２ｃｍのアルミニウムからなり、気体或いは液体で満たされた、開いた内室或いは中央チャンバー１２を有する。この重厚なアルミニウムの囲いは、囲いの内部表面の温度を可能な限り均一化する。囲いは、例えば厚さ５０ｃｍのポリスチレンフォームのような断熱物質３によって、その周囲から断熱されている。チャンバー１２は好ましくは、対流の流れ及び放熱の効果を最小限に減少させるために、例えば多数のグラスウール（例えばファイバーグラス（登録商標））、天然繊維のような中実あるいは中空の極微細繊維６、または発泡体、粉末、中実或いは中空の小球体（例えばプラスチック、ガラス、或いは金属からなる）のような他の物質で満たされる。これら繊維は、本発明が基礎とする温度差の発生を減少させる傾向があるので、囲まれた気体或いは液体における対流の流れの回避を補助するために随意的に使用される。
【００１７】
図１を参照すると、熱電対４は、温度差要素（つまり、この例では気体）の頂部と底部の温度差（或いは他の垂直区分）の間の温度差を測定する。ワイヤー５は、熱電対４からチャンバー１２の外側へ電圧出力（Ｖ　＋／−）を引き出す。例えば、熱電対の１つの脚が胴／ニッケル製であり、第２の脚がニッケル／クロム製であるタイプＥの熱電対を使用して、本発明のシステムは、１００℃につき約７０ｍＶの電圧を生じる。この電圧の有効性を増加させるために、図２及び図３に概略して示される熱電対列のような、連続的に配置された複数の熱電対を随意的に使用することもできる。したがって、熱電対を連続して１００個使用すると、実施例１の電圧は１００℃につき７Ｖ増加する。
【００１８】
表１によって予見されるように、垂直高１ｍの囲いに対する頂部と底部の温度差を約０．０１から０．３℃に調整する。この場合に温度差は、気体分子、グラスウール、及び囲いの物質の相対的重量と重量分布に依存する。このような物質の選択は、本明細書中の教示に基づいて、通常の知識を有する当業者にとっては知るところであり、この選択は、本発明のシステムで得られる温度差の範囲を決定する。
【００１９】
図２を参照すると、直径約５ｃｍで長さ約１００ｃｍの鉛棒１が、囲い２内に垂直に配置され、これによって本発明の温度差要素を形成する。この例の囲いは、直径約２０ｃｍ及び高さ約１２０ｃｍに作られ、棒１と囲い２の間の空間にはグラスウール６がゆるく詰められている。
【００２０】
この例におけるチャンバーの高さは、その幅或いは深さよりもかなり大きいとして示されているが、このような限定は本発明では要求されない。容器の高さは単に、起こりうる最大温度差を決定し、温度差要素の合計質量は、頂部から底部への起こり得る最大エネルギー移動を決定する。
【００２１】
図２の鉛棒１の使用は、図１に示される気体或いは液体とは反対に、典型的な気体と比べて鉛の比熱が小さいために、より大きな温度差を作ることが表１から予見される。
【００２２】
本発明の有用性の更なる増加は、棒１の長さを増し、複数の囲い２を１つの設備に結合することによって随意的に得られる。
【００２３】
或いは、塊が図３に示されるように固体である場合、囲い２内の空間は真空にされ、内室表面７は随意的に、周囲の囲いから棒１を断熱し、それらの間の熱移動をできる限り回避するために、放熱に対して高度な反射性を有するように作られる。
【００２４】
図３の中で示されるように、本発明の器具は随意的に、ハウジング８によって囲まれ、このハウジング８は好ましくは、サーモスタット制御の加熱システム９によって比較的一定の温度（例えば約プラス／マイナス０．５°Ｃ）で維持される。この加熱システム９は随意的に、電気的な接続１０、液体流、或いは同様の手段によって周囲のエリアの外から電力が供給される。図３の中で示されるように、改善された断熱は、空間を真空にすることにより、あるいは空間を２つの部分に分割することにより随意的に得られ、その分割の一つの部分は断熱材３で満たされ、もう一つの部分は真空の部分１１とされる。
【００２５】
容器の内径より長い自由経路をもつ一種或いは複数種の希薄気体を使用して、例えば０．０００１　ｍｂａｒにまでチャンバー１２内の圧力を減らすことも本発明の範囲内である。図４を参照すると、また希薄気体と称されるより低い圧力の気体が入った容器２が、複数の水平に配置された薄膜１３（例えば薄い金属あるいはプラスチックからなるフィルムのような）によって分割されている。例えば、等間隔で配置された１０枚のフィルムを容器内に使用することで、気体の圧力を０．０００１　ｍｂａｒにまで増加させることが可能になり、これにより自由経路を０．６メートルにまで減少させる。従って、自由空間の最大の垂直長さはたった０．１メートルであり、また、その中の分子は、壁から壁に直接飛ぶ。より高い圧力はまた、上側の壁から下側の壁に運ばれるエネルギーの量が圧力に比例して増加するという長所を有している。
【００２６】
任意の一定の場に囲いを曝すことは、更に随意的に本発明の範囲内である。その場は、重力場、電場、或いは電磁場である。どんな既知の固体、液体あるいは気体物質も、これらの温度差の作り出すために随意的に使用される。しかし、低い比熱及び／又は高い自由度をもつものは最も有利である。
【００２７】
好ましい実施形態に従って本発明の方法を使用するために、本発明の器具の周囲は好ましくはできるだけ一定の温度とされる。これは通常、達成することが難しい。というのは、任意の空間あるいは部屋では、高さに関する温度分布は、典型的には１メートル当たり約１°Ｃであるからである。この問題を軽減するために、本発明の更なる実施形態では、図５及び８に従う器具が随意的に使用される。図５及び８を参照して、本発明の実施形態は、水平の軸１５を持つドラム状の囲い１４を含んでいる。その軸はスタンド１７に支持されたベアリング１６に保持される。モータ１８（あるいは同様の適切な手段）はチェーンドライブ１９を介して軸１５と接続され、毎分約１−１０回の割合でその水平軸のまわりにドラム１４を回転させる。ドラム１４は、好ましくは例えばアルミニウムのように、高い熱伝導性を備えた金属からなり、またそのボディ内に比較的小さな温度差を持つように、好ましくは例えば約３ｃｍ程度に比較的分厚く形成される。ドラム１４の回転は、高さ１メートル当たり約１°Ｃから非常に小さな温度差にまでその周囲の温度差を略等しくする傾向があり、そのために、器具の効率を増加させる。
【００２８】
ドラム１４は一般的には容器２１へのアクセスを可能にするカバー２０（あるいは同様の適切な手段）を有している。容器２１も同様に、それ自身の水平軸２２を有しており、この水平軸２２は、ドラム１４が容器２１の周りで回転している間に容器２１が動かないように軸１５内に設けられている。容器２１は、アーム２３を介して動かない垂直位置に保持されており、このアーム２３は、取り外し可能なボルト２４（あるいは同様の適切な手段）によってその位置に固定されている。図１−４に従う器具は、カバー２０及び２６を通じて、容器２１の内部に随意的に配置される。ドラム１４を回転させることにより、容器２１の頂部と底部の間約１メートルの高さ以上で測定をしたときに、容器２１は約０．００１°Ｃしか温度差が観られない。その結果、容器２内の重力の影響による温度差は、本発明の器具が配置される部屋内の温度差によって否定的に影響されないので、図１−４に従い、より顕著になる。電圧計、発電機あるいは同様の適切な器具に接続されるために容器２から出る任意の熱電対ワイヤーを外部ヘ導くことができるように、容器２１の一側の軸は随意的に中空とされる。
【００２９】
図６は、デュアーガラス２７及び２８の随意の使用を示している。デュアーガラスは、二重のガラス容器であり、これは公知の技術である。二つのガラス壁の間の空間は一般的には約０．００１　ｍｂａｒの圧力にまで真空化されている。これは、二つの壁の間の非常に低い熱伝導性に帰着する。従って、デュアーガラスは一般に、大気温度では気体の状態で通常存在する液体を格納するために使用される。本発明に従って、デュアーガラスは細長い囲いを形成し、内側チャンバー２９を包囲する。このチャンバー２９は、包囲されたシステムの外側のエリアから極めてよく断熱されている。デュアーガラスは、断熱材６３によって好ましくカバーされたハウジング６２内に配置することができ、外側のデュアーガラス２７とハウジング６２の間の空間７２は真空化されるか、又は、発泡体、中実或いは中空の繊維、例えば中実或いは中空の球体或いは砂のような小粒子で満たすことができる。
【００３０】
図６は、他の図の中で示される熱電対の代わりに、熱交換器６０及び６１の使用を示している。これは、交換器に熱交換流体を通すことにより、熱さまたは冷たさの形態で塊からエネルギーを引き出す代替方法である。熱交換器６０は冷用熱交換器、熱交換器６１は暖用熱交換器である。何かを暖めるか冷やすために、或いは冷蔵庫に動力を供給するために、或いはスターリング・サイクル・エンジンのような熱動器具を運転するための熱を提供するために、熱交換器６０或いは６１からのエネルギーを直接使用することができる。この配置では、温度差要素が、ヒートポンプ中のポンプのように作用し、熱交換器６０から熱交換器６１へエネルギーを移動させる。
【００３１】
電気的なエネルギーを生成するために温度差を使用すること、又は、暖かい及び／又は冷たい液体を生産する熱交換器で温度差を使用することにおいて、温度差をできるだけ高くすることは有利である。温度差要素の高さを増加させることにより高温差を大きくすることは、しばしば空間的制限により可能ではない。本発明によれば、図７では３つの要素が連結されているように、複数の要素を１つのハウジング３内で連結することができる。それらは、要素３１の冷たい頂部を要素３２の暖かい底部に連結することにより、またこの要素の暖かい頂部を要素３３の底部に連結することにより、互いに連続して配置される。連結要素３０は高い熱伝導性を備えた金属棒とすることができ、例えば銅または銀で作られている。あるいは、連結要素３０は、高さ１メートル当たりの温度差が要素３１、３２、及び３３より小さい気体で満たされた温度差要素とすることができる。要素３１の底部と要素３３の頂部間のこの温度差は、一つの要素単独の温度差よりも大きい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、仕事を導入することなく、またそのためにエントロピーを減少させることなく、閉鎖系において温度差を作ることができ、有効なエネルギーを引き出すためにこの温度差を用いることができる方法及び器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実証する器具を示す。
【図２】温度差要素として金属棒を用いた、本発明の別の実施形態を示す。
【図３】気体で満たされる代わりにチャンバーが真空である、本発明のさらに別の実施形態を示す。
【図４】チャンバーが水平に配置された複数の薄膜で分割された、本発明の別の実施形態を示す。
【図５】本発明の１つの実施形態による、閉鎖系の外側からの温度影響を減少させるための随意的な器具を示す。
【図６】閉鎖系の外側からの温度影響を減少させるためにデュアーガラス（Ｄｅｗｅｒ　Ｇｌａｓｓ）が使用され、熱交換器がエネルギーを引き出す、本発明の実施形態による別の随意的な装置を示す。
【図７】より高い温度差をもたらすための器具の配置を示す。
【図８】図５の８−８線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１　鉛棒
２　容器
３　断熱物質
４　熱電対
６　極微細繊維
７　内室表面
８　ハウジング
１２　チャンバー
１４　ドラム
６０、６１　熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004032982.tif 000011
【図８】
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