(57)【要約】本発明は熱力学エンジンの技術分野に関し、より詳細には、熱力学サイクル八変形を実行することにより特徴付けられ、又はそうでない場合には二つの熱力学サイクルを同時に実行し、それぞれの熱力学サイクルは四つの相互依存の追加の変形を有し、これらの変形のうちの二つは質量移転において等温であって二つは断熱であり、断熱過程の段階においてもはや温度単独に依存せず質量移転率に依存する新しい性能曲線を提供するためのものであって、高い産出率と低温の熱差動を有する機械の構築を可能にすると説明される、差動構成における閉ループ内の気体により動作する熱機関に関する。
2016535192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクト又は導管（channel）と、動力要素駆動と、気体の質量移転要素と、駆動力要素の慣性動作を解放するための弁と、制御弁のセットを通じて差動構成において接続される、一つは加熱され、一つは分離され（isolated）、一つは冷却される三つの部分をそれぞれ有する熱力学変形の二つのチャンバを備えている、工程制御及び熱力学サイクルの八つの変化を有する差動熱機械。
【請求項２】
二つのカメラを有し、
第一の段階において、第一のチャンバにおいて気体は加熱される部分にあり、第二のチャンバにおいて気体は冷却される部分にあり、
第二の段階において、両方のチャンバは分離される部分にあり、
第三の段階において、第一のチャンバ気体は冷却される部分にあり、第二のチャンバ気体は加熱される部分にあり、
第四の段階において、両方の気体は再び分離される部分にあり、
これにより八つの差動熱力学変形を提供しながら、
作用気体（the same）を操作することが工程において三つの可能な位置を有するように、
作用気体（working gas）がそれぞれ三つの部分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の工程制御及び熱力学サイクルの八つの変化を有する差動熱機械。
【請求項３】
断熱段階中にチャンバの間の気体の質量移転要素を有することを特徴とする、請求項１に記載の工程制御及び熱力学サイクルの八つの変化を有する差動熱機械。
【請求項４】
等温の変形中に有用な仕事を実行し断熱の変形において慣性力による移動を維持する二つのチャンバの熱力学的変形の間に接続される、処理チャンバにおいて生成される作用気体の力により動作する駆動力要素を有することを特徴とする、請求項１に記載の工程制御及び熱力学サイクルの八つの変化を有する差動熱機械。
【請求項５】
断熱の変化中に慣性要素の駆動力の動作を解放するための弁を有することを特徴とする、請求項１又は４に記載の工程制御及び熱力学サイクルの八つの変化を有する差動熱機械。
【請求項６】
変形のチャンバと駆動力の要素の間の作用気体の通路（passage）を提供する制御弁のセットを有することを特徴とする、請求項１に記載の工程制御及び熱力学サイクルの八つの変化を有する差動熱機械。
【請求項７】
第一の段階において第一のチャンバのための高温の等温変形が実行される一方、第二の段階においては他のチャンバにおいて別のチャンバへの質量移転を伴って第一のチャンバを拡張するために低温の等温により断熱処理が実行され、第三の段階において第一のチャンバにおける低温の等温変形により第一の気体を圧縮する第二のチャンバの断熱変形質量受領が実行される一方、他方においては第四のステップにおいて第一のチャンバにより受け取られる質量による変形の断熱圧縮により高温の等温が実行され、第二のチャンバの断熱拡張が第一のチャンバへの気体質量移転を処理し、差動構成における熱力学サイクルの八つの変化を成立させる配列において、両方の熱力学的変形のそれぞれを実行する質量移転制御同期化気体が与えられる作用気体を含む二つのチャンバにより実行される処理を特徴とする、請求項１又は２に記載の差動熱機械の制御処理。
【請求項８】
断熱変化中のチャンバ制御段階の間の気体の質量移転の処理を特徴とする、請求項１乃至３及び請求項７のいずれかに記載の差動熱機械の制御処理。
【請求項９】
温度による機械性能への排他的な依存を消去する低温の等温変形に放出されるエネルギーを制限するように、二つのチャンバの間において交互に移動させられる機械内に貯蔵される循環エネルギーを維持する処理制御を特徴とする、請求項１乃至３並びに請求項７及び８のいずれかに記載の差動熱機械の制御処理。
【請求項１０】
期間内の全体のサイクルを制御し、等温のための時間と断熱の時間とチャンバ間の質量移転を規定し、システムの速度、トルク及び性能の完全な制御を結果として生じる、四つの各チャンバの八つの変形を調節する制御処理を特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の差動熱機械の制御処理。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱力学エンジンの技術分野に関し、より具体的には熱力学サイクルの八つの変形を実行し、そうでなければ二つの熱力学サイクルを同時に実行し、それぞれが四つの相互に依存した追加の変形を有し、質量移転においてそれらの変形のうちの二つは「等温」であり二つは「断熱」であると説明されることにより特徴付けられる、差動構造における閉ループ内の気体により動作する熱機関に関する。
【０００２】
この機械は、熱力学の原理、具体的にはその述べたことが永年に科学界において受け入れられ変化していない、「熱と仕事の変換が連続されるために、システムは熱源と冷却源の間のサイクルを連続して実行しなければならない。各サイクルにおいて、部分的に仕事に変換される熱源（有用なエネルギーからの）熱量が引き出され、残りは冷却源により受け入れられない（エネルギーは消散される）」というニコラ・レオナール・サディ・カルノー（Nicolas Leonard Sadi Carnot）、あるいは一般にカルノーの原理に従って動作する。
【背景技術】
【０００３】
現在において、エネルギーと機械的引張強度についての世界の必要は、その解決法が破壊的な気候の影響をもたらした挑戦となった。国際連合のような国際機関による研究は、惑星に対する極度の重力の影響を明らかにする。世界経済に依存する化石燃料、石油、ガス、石炭の使用は、他の問題の中で特に世界的な温暖化、極域氷床の減少、気候変化、温室効果を生み出す気体の高濃度を引き起こしている。今度は最も発展した国より使用される原子力のような他のエネルギー源は、種々の秩序の破壊による深刻な事故に導くことを受け、それらの中にはとりわけ嵐、ハリケーンのような事象を強化するまさに気候変化が存在する。
【０００４】
最近の二百年において、大衆向けに動力を生成するために産業における使用のための種々の熱機関が発明され、最も知られる技術と今日まで経済的に実行可能なものは以下の通りである。
【０００５】
ジェット及びエネルギー生成において使用される、１８５９年にウィリアム・ジョン・マッコーン・ランキン（William John Macquorn Rankine）により製作されたランキンサイクルマシンは、１８７２年にジョージ・ブレイトン（George Brayton）により製作され１７９１年にジョン・バーバー（John Barber）によってより早く提案されたブレイトンサイクルを動作させ、エネルギー源として化石燃料、灯油、ガスに由来する物質をも使用した。１８７６年にニコラウス・オットー（Nikolaus Otto）により開発されたオットーサイクルにて動作する、自動車において使用される内燃機関も、化石燃料、ガソリン、今日では野菜由来アルコールをも使用する。１８９３年にルドルフ・ディーゼル（Rudolf Diesel）により開発されたディーゼルサイクルにより動作する、大型車両、トラック、列車、船及び産業用途において使用される内燃機関も化石燃料、ディーゼル油、今日では植物由来のバイオディーゼルをも使用する。１８１６年にロバート・スターリング（Robert Stirling）により開発されたスターリングサイクルを動作させる、現在代替エネルギーのプロジェクトにおいて使用される外燃機関は種々のエネルギー源を使用し、現在バイオマス、温泉、太陽熱のようなよりクリーンなエネルギー源とより少ない環境への影響に焦点が絞られている。
【０００６】
上記に提示されるすべての技術は四つの変形の熱力学サイクルを有する熱機関であり、それらの全ては参考であり、すなわちその熱力学サイクルは近傍に対して参照され、これが雰囲気（atmosphere）であり得る環境であって、それらが存在する空間は、例えば機械力要素、ピストン、タービンについての仕事の完了の後に気体が環境に解放され、これにより気体の力がそれらのそれぞれの近傍、すなわち環境に向かって進む駆動力要素を押す内燃機関である。スターリングエンジンの場合において、その四つの変形の熱力学サイクルと二つの等温線と二つの等容性は、同一の環境内に常に閉じ込められる気体により発生し、駆動力は要素、例えば近傍、外部環境又は他の圧力を掛けられたチャンバ若しくは真空チャンバに対するピストンの変位を通じて発生する。
【０００７】
閉ループの熱機関の中で、この理由のために本技術に類似するもの、すなわち閉ループのみであるものはスターリングマシンであり、ＵＳ７８２７７８９及びＵＳ２００８０２８２６９３特許において公開されたもののようなアルファタイプ機関と、特許ＵＳ２０１０００９５６６８のようなタイプベータと、特許ＵＳ２０１１０００５２２０としてのガンマと、ＵＳ６１９５９９２及びＵＳ６９９６９８３特許のようなスターリング回転マシンと、特許ＵＳ７５４９２８９のような混合ワンケル（Wankel）タイプスターリング、並びにスターリング原理を有する方法であるＰＩ０５１５９８０−６、スターリング原理を有する方法の通りであるＰＩ０５１５９８８−１と、回転スターリングサイクルマシンであるＷＯ０３０１８９９６  Ａ１と、スターリングタイプベータサイクルマシンであるＷＯ２００５０４２９５８  Ａ１と、スターリングサイクル機関自由ピストンであるＷＯ２００６０６７４２９Ａ１と、熱機関により変形されたカルノーサイクルに対する方法であるＷＯ２００９０９７６９８Ａ１と、カルノー又はスターリングサイクルエンジンであるＷＯ２００９１０３８７１Ａ２と、均衡を取られたスターリングサイクルマシンであるＷＯ２０１００４８１１３Ａ１と、スターリングサイクル熱機関として定義されるＷＯ２０１００６２１３Ａ２と、ガンマタイプのスターリングサイクルエンジンであるＷＯ２０１１００５６７３Ａ１のような他の参考文献が存在する。全ての参考文献は、スターリングサイクルの閉ループの熱機械におけるモデル、方法及び革新を規定し、スターリングサイクルは一つが他の後に順次発生する二つの等温及び二つの等積変形である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
他方において、本明細書において説明される技術は閉回路機械を提示するが、これは四つの変形のサイクルから構成されるのではなく、それが八つの処理サイクルを実行するように一つの差動構成における新しい概念により構成され、前記八つの処理サイクルにおいて、質量移転を伴う二つずつの対においてカルノーの熱力学の概念を維持してこれに従うが、等式における重量変化を考慮せざるを得ず、現在の熱機械において考慮されない可能性をもたらし、すなわち本技術の概念は性能に影響を与える新たな条件を提案し、流入制限がもはや温度への唯一の排他的な依存性を必要としない最も効率的な機械設計を可能にするが、流入等式が新しい要因により置き換えられるようにチャンバ変換間の質量移転速度を考慮する。
【０００９】
本特許文書において提示される新機軸は、本特許と同一の著者により書かれた以前の特許である「熱機械エネルギー変換器（Thermomechanical Energy Converter）」と呼ばれるＰＩ０００６２４−９及び「カルノーの熱力学サイクルに従って動作する熱機械（Thermal machine that operates in compliance with the Thermodynamic Cycle of Carnot）」と呼ばれるＢＲ１０２０１２０５５５４０の発展である。
【００１０】
本特許文書の主題である開発された技術は、損失を有しない理想の機械を解決しないが、高い正確性の差動モードにて任意の種類の熱源から熱力学サイクルの八つの変形を実行することが可能な機械であり、従ってそれは駆動力のための機械又は発電所の設計について現在所望される重要な特徴を有する。このことは実際の適用と経済性の利益をもたらし、各設計として熱源の特性と動力（power）範囲は非常に高い産出率（yield）を実行することができ、温度のみに依存するそれらの流入を有しないことについて、高性能と考えられる殆どの他の機械の性能を上回る。
【００１１】
特に重要な別の目的は、生成される電力対熱源に関して経済的に実行可能な収入と、太陽光、熱のようなクリーンな熱源の使用のような最小の環境への影響、バイオ燃料のような低い環境への影響、熱損失により動作する既存のプラント及び廃棄物の使用のような経済性を有する、熱源としての柔軟な発電所における本技術の使用であり、コジェネレーションシステムを作り、あるいは例えばブレイトンサイクルタービンにより放出される高温における熱源ガスとして使用するブレイトン差動結合サイクルシステム、その熱源が蒸気タービン及びガス煙道の最終段階の蒸気出力であるランキン差動、その熱源がディーゼルエンジンの冷却液であるディーゼル差動、その熱源がオットーサイクルエンジンの冷却液であるオットー差動を形成する結合サイクルと呼ばれるより複雑な処理を形成する他の技術に加えられ、とりわけ、ブレイトンサイクル、ランキン、ディーゼル、オットーの熱機械の処理は、それら自体の依存する高温の熱力学サイクルによる利点を得ることが不可能である多くの熱損失を有するため、性能を著しく拡大し、この使用のためのより効率的な代替システムを必要とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本技術の理解を促進するために、等式、特許を支援及び維持する説明（statement）、提案の完全な理解を可能にする図面及び画像が提示される。
【００１３】
図１においては、カルノーの元の機械（１）と、四つの熱力学的変形リング上において動作するカルノーエンジン及び他の熱機関の流れ図（２）と、その四つの変形を有するカルノーエンジンのサイクルグラフ（３）が示される。
【００１４】
図２においては、二つの熱力学変形チャンバ（５）及び（６）により構成される（comprised by）差動機械（４）が示され、各チャンバは三つの部分、それぞれ（８），（９），（１０）及び（１１），（１２），（１３）を有し、各部分はその移動可能かつ制御可能なピストンを有し、各チャンバは気体体積（１８）及び（１９）と、作用気体フローのための経路（２０）及び（２１）と、気体質量の移動要素（１７）と、制御弁アセンブリ（１４）及び（１５）と、駆動力要素の慣性動作を解放するための弁（１６）と、駆動力要素（７）と、駆動力の要素のピストン（２２）及び（２３）と、クランク軸タイプの駆動力の要素（２４）を有する。
【００１５】
三つの部分を有するカメラは、既に従来技術にある種々の方法により構成され得て、例証されるようにピストンによるものであり得て、我々は本明細書において説明される技術の理解を促進するためにこのモデルを使用し、圧力均等化についての背景の利点があるハウジングリング内に含まれるディスクの形態にあり得て、三つの部分のピストン又はチャンバを移動させるアクチュエータと共に、従来技術に含まれる物品は、モータ、サーボモータを介する電気式、空気式、又は直接機械的手段によるものでさえあり得る。
【００１６】
作用気体はサイクルの八つの変形のいずれにおいても決して物理的状態を変えず、常に気体状態にあってその特性に起因してプロジェクトに従って選択され得て、主なものはヘリウム（Helio）ガス、水素、ネオン、窒素及び大気の乾燥した空気である。
【００１７】
図３において、差動機械（４）と、差動エンジン（２５）の熱フロー図と、差動機械及びカルノー機械（２６）の熱力学サイクルの比較グラフが再び示される。
【００１８】
図４には、あるチャンバがグラフ（２７）に示される高温の等温変形を実行する加熱される部分に作用気体を含む一方、他のチャンバはグラフ（２８）に示される低温の等温変形を実行する冷却される部分にも作用気体を含む、チャンバを有する差動エンジン（４）が示される。これらの変化は他方を参照して発生し、そのため「差動」と呼ばれる。この段階において、質量移転の要素（１７）と駆動力要素の慣性動作を解放するための弁（１６）は閉じられ、制御弁（１４）および（１５）は開放されて駆動力（７）の要素上における作用気体の具現化（realization）を可能にする。
【００１９】
図５には、あるチャンバが第２のチャンバへの質量移転を伴うその断熱の変形膨張（２９）を実行する分離される部分に作用気体を含む一方、他のチャンバも同様に断熱であるが圧縮（３０）の処理を実行する分離される部分に作用気体を含み、第１のチャンバの作用気体を受け入れる、チャンバを有する差動エンジン（４）が示される。この段階において、質量移転の要素（１７）は第１のチャンバから第２のチャンバ内への高温の気体粒子の移転を実行し、駆動力の要素（１６）の慣性動作を解放するための低温弁が開き、駆動力の要素（７）のクランク軸回転（２４）の連続性を可能にし、制御弁（１４）及び（１５）は断熱処理を満たすために閉じられる。
【００２０】
図６には、今第１のチャンバが作用気体を冷たい部分内に含んでグラフ（３１）に示される低温の等温変形を実行する一方、今度は他のチャンバもグラフ（３２）に示される高温の等温変形を実行する部分内に作用気体を含む、第１のチャンバを有する差動エンジン（４）が示される。この段階において、質量移転の要素（１７）と駆動力の要素の慣性動作を解放するための弁（１６）は閉じられ、制御弁（１４）及び（１５）は開放されて駆動力の要素（７）上における作用気体の具現化を可能にする。
【００２１】
図７には、あるチャンバが第２のチャンバへの質量移転を伴うその断熱変形膨張（３３）を実行する分離される部分内に作用気体を含む一方、他のチャンバも同様に断熱であるが圧縮（３４）の処理を実行する分離される部分内に作用気体を含む一方、他のチャンバも同様に断熱であるが圧縮（３４）の処理を実行する分離される部分に作用気体を含み、第１のチャンバの作用気体を受け入れる、チャンバを有する差動エンジン（４）が示される。この段階において、質量移転の要素（１７）は第１のチャンバから第２のチャンバ内への高温の気体粒子の移転を実行し、駆動力の要素の慣性動作を解放するための低温弁（１６）が開き、駆動力の要素（７）のクランク軸回転（２４）の連続性を可能にし、制御弁（１４）及び（１５）は断熱処理を満たすために閉じられる。
【００２２】
上述される処理を観察すると、質量移転を伴う差動構成は、等温変形の高温気体が常に低温等温変形より多くの粒子を有することを理解することが明白である。
【００２３】
図８には、発明の特許の本文書において説明される「異なる気体質量の移転率のためのチャンバ間の気体質量の移転を有する八つの熱力学変化を有する熱差動機械」の性能グラフが示される。
【００２４】
本技術の基礎は、最初にカルノーの元の産出方程式（yield equation）の提示から証明される。
【数１】
2016535192.tif 000003
【００２５】
この式は科学界において良く知られており、熱機関の効率性を得るための参照水準として受け入れられて使用される。これは、カルノーにより着想された元の設計に基づいており図１内の（１）に示され、図１（２）においてカルノーエンジンの熱フロー図が示され、熱が存在して及び流れがＥ１に行き当該部分が仕事Ｗを生成し、残りが冷却源Ｅ２に行く温泉（hot spring）が存在することを明確にする。熱力学サイクルはさらに図１中の（３）に示される四つの変形の参照であり、二つの等温線と二つの断熱変化を含む。
【００２６】
上記方程式において、Ｔ２は冷却源の温度であり、熱源の温度はＴ１であり、この機械の性能は「ゼロ」に向かう境界Ｔ２において１００％になる可能性が高い。
【００２７】
上記の理想化された数式により支配される流入制限について疑いがないため、カルノーの原理が正しいことには疑いがない。しかし、既知の機械はそれらの機械的及び熱力学的サイクル参照モードを実行し、あるいはその周囲、すなわち我々の環境において適用されるときの大気、宇宙における真空、又は特定の固定された条件下のチャンバへの参照に対し、仕事又は熱力学的基準変化を実行するように設計されている。ニコラ・レオナール・サディ・カルノーの研究は、これらのあるがままの参照と、これらの参照に関する産出方程式を考慮する。
【００２８】
既存のモデルの理由付け、参照の線から離れると、新しい熱機関は、同一のカルノーの原理を維持して、差動構成により設計され得る。従って、熱力学サイクルは手段を参照して発生しないが、別の熱力学サイクルを同時に参照して、かつ段階の態様から、全ての計算は別のものへの参照であって新たな可能性を作り出す。
【００２９】
図２においては、「チャンバ間の質量の移転を伴う八つの変化を有する熱差動機械」が提示される。
【００３０】
図２において、（５）は加熱され、分離されかつ冷却される三つの部分から構成されるチャンバを示し、気体は常に熱力学的変形のそれぞれにおいて部分のうちの一つのみを占める。このカメラにおいて、同一のサイクルにおいて発生する八つの変化のうちの四つが処理され、同一の図に示されるピストンを通じて処理部分の各段階中の気体が運ばれる。同一の図において、（６）には第１のものと同様である（identical）別のチャンバが示され、これは熱力学サイクルの八つの変形を完成させる他の四つの変形を取り扱い、両者はダクト（２０）及び（２１）を通じて差動構成において互いに接続され、それらの間には、駆動力の要素（７）と、気体質量の移転要素（１７）と、制御弁（１４）及び（１５）のセットと、駆動力の要素の慣性動作を解放するための弁（１６）が存在する。駆動力要素は、システムの特性に依存するクランク軸タイプの軸（２４）とピストン（２２）及び（２３）を備えており、駆動力要素は異なるものであり得て、気体フローについて動作するタービン、ダイヤフラム、回転子のような既知の市場の部品でさえあり得る。同一の図において、要素（８）及び（１１）はそれぞれチャンバ（５）及び（６）の加熱される部分を示し、要素（９）及び（１２）はそれぞれチャンバ（５）及び（６）の分離される部分を示し、要素（１０）及び（１３）はそれぞれ冷却されるチャンバ（５）及び（６）の部分を示す。
【００３１】
本文書において提示される技術において、カルノーの声明「熱と仕事の変換が連続されるために、システムは熱源と冷却源の間のサイクルを連続して実行しなければならない。各サイクルにおいて、部分的に仕事に変換される熱源（有用なエネルギーからの）熱量が引き出され、残りは冷却源により受け入れられない（エネルギーは消散される）」は変化しない。
【００３２】
従って、八つの変形の熱力学サイクルを有する、気体粒子の差動移転を有する機械構成の効率は、
【数２】
2016535192.tif 000004
である。
【００３３】
ここでＴ２は冷却源の温度であり、Ｔ１は熱源の温度であり、ｋはチャンバ間の粒子移動率であり、この機械の性能は、グラフ（３５）、具体的には図８に示される点（３６）において、Ｔ２が「ゼロ」に向かう境界及び１／ｋがゼロに向かう閾値における二つの可能な条件において、１００％に向かう。
【００３４】
熱機関の産出率は、動作温度と共に極めて重要な要因であり、両者は発電、環境的影響が低く又はない代替的なエネルギー源（source）の使用のための重要な要因である。そのような証拠は図８に見られ得て、ｋ＝ｋ１＝１である曲線はカルノーの理想機械ｋ＝１の曲線を表し、カルノーエンジンの気体は常に同一の区画に残るため、他方において粒子の数は決して変化せず、差動構成においてこの条件を制御することを可能にし、ｋ４＞ｋ３＞ｋ２＞ｋ１＝１にしてこれにより、有機燃料を使用する、より小さい環境的影響を有し、単により少ない燃料消費によってより多くの電力を生成することにより、まさに化石および核燃料の使用に対してより有害でもない、太陽及び地熱のような再生可能であるクリーンなエネルギー源を基礎として実行可能な計画の電力プラント及び発電になる低温の差動による高性能の熱機関を得ることが可能である。
【００３５】
物理的には、質量移転の差動サイクルは、その低温の等温変形を完了したカメラに対するその高温の等温変形を完了したチャンバ内の特定の量の気体粒子の通過に存在するが、この移転は、図３のグラフ（２６）に示されるような曲線における延長を引き起こす断熱変形中に発生する。一つのチャンバは圧力降下の効果、グラフ（２６）の（ａ）において観察される密度の減少（体積における増加）を経る一方、他方においてグラフ（２６）の（ｃ）において観察される増加された圧力、増加された密度、（体積減少）が存在する。この曲線の延長は、サイクルの領域、すなわち行われた仕事を増加させる。
【００３６】
これはスターリングエンジンでなく、カルノーエンジンでないことを注記することが重要であり、両者は参考であって、提示しているものは差動機械である。熱力学の原理は完全に同一である。
【００３７】
熱差動機械は、図３のグラフ（２６）の高温等温（ｃ‐ｄ）および低温（ａ‐ｂ）における矢印により示される、同時の熱力学的変形を実行し、それらが差動であるためそれら自体の熱力学サイクルを同時に実行する二つのカメラが存在するが、一つは他方を参照する。この特性は、冷却源に供給される電力を削減するために、それらの間の物質の移動を可能にする。
【００３８】
差動熱機械の原理は他の熱機械と同一であり、かつ一般的な参考としてのカルノー機械と同一である。
【００３９】
二つずつ同時に実行される八つの熱力学的変形のサイクルを有する差動機械は、以下のように数学的に証明され得る産出率を有する。
【００４０】
１８２０年前後にニコラ・レオナール・サディ・カルノーにより設計されたカルノーエンジンの元の設計から、しかし１８０°差の位相から断熱変形中の質量移転を有する二つの機械が互いに接続されているような「差動」構成において、機械の参照は環境ではなく他の機械であろうし、両方の機械的システムは、熱力学システムのような仕事を実行する。
【００４１】
システムは、それらの中に含まれる粒子によりそれら自体の熱力学サイクルをそれぞれ実行する、これらの二つの熱（エネルギー）移転チャンバにより形成される。従ってそれは、質量をそれ自体の間において交換し膨張が互いについて交互に実行され環境に対しては実行されないため、遅延され相互依存する対になって発生する八つの変形を有する熱力学サイクル、又は１８０°差により遅延される二つの同時の熱力学サイクルを有する統合されたシステムであろう。
【００４２】
質量移転はチャンバが互いに対して高い等温において作用しない後の断熱過程中に発生し、制御システムは圧力の均衡を達成するために、あるいは強制的な態様により、上方のチャンバの要素（１７）を通じて下方のチャンバへの粒子の流通を可能にするであろう。従って、より少ない気体粒子が低い等温において利用可能であり、冷却源に対するエネルギーの損失を削減する。この格納されたエネルギーは、図３のフロー図（２５）に示される機械の二つのチャンバの間において循環し、増加された効率性と、仕事を生成するために使用され得ないエネルギーの断片をもたらす。
【００４３】
従って、質量移転を伴う等温及び断熱から構成される八つの処理サイクルを有する差動構成における機械の出力曲線は、温度Ｔ２による制限が「ゼロ」に向かうものの、参考構成のカルノー機械より効率的であり、両者は図８に示される同一の産出率を有する。
【００４４】
カルノーと同一の根拠によれば、電力入力はｃ‐ｄにおいて
【数３】
2016535192.tif 000005
である。
【００４５】
気体の一般的方程式は、
【数４】
2016535192.tif 000006
である。
【００４６】
そして、ａ‐ｂにおけるエネルギーは、
【数５】
2016535192.tif 000007
により表される。
【００４７】
気体の一般的な方程式により、
【数６】
2016535192.tif 000008
である。
【００４８】
仕事に関連付けられるエネルギーの合計量は、
【数７】
2016535192.tif 000009
である。
【００４９】
過程ｄ‐ａ及びｂ‐ｃは断熱であり、内部エネルギーは温度にのみ依存し、この過程の初期温度は等しく最終温度は反対であって、交換される粒子の数も同一であり、そのため、
【数８】
2016535192.tif 000010
かつ
【数９】
2016535192.tif 000011
である。
【００５０】
そして差動構成における熱力学の原理によるこの機械の性能は、
【数１０】
2016535192.tif 000012
である。
【００５１】
仕事方程式により置き換えると、
【数１１】
2016535192.tif 000013
である。
【００５２】
これが可逆の閉鎖された系であることを考慮すると、率（rate）は
【数１２】
2016535192.tif 000014
である。
【００５３】
対数の特性によると、
【数１３】
2016535192.tif 000015
である。
【００５４】
単純化すると、
【数１４】
2016535192.tif 000016
である。
【００５５】
その結果、
【数１５】
2016535192.tif 000017
である。
【００５６】
いかなる熱力学的根拠をも破損しない気体の粒子の移転を有する差動構成において今観察すると、断熱におけるチャンバ間の粒子の移転は
【数１６】
2016535192.tif 000018
である。
【００５７】
これにより、
【数１７】
2016535192.tif 000019
とさせる。
【００５８】
従って、八つの変形のサイクルを有する気体粒子の差動移転を有する機械構成の効率性、換言すれば、カルノーサイクルによる二つの同時の相互依存の熱力学サイクルは、
【数１８】
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である。
【００５９】
ここでＴ２は冷却源の温度であり、Ｔ１は熱源の温度である。
【００６０】
そしてこの機械の性能は、Ｔ２が「ゼロ」に向かう境界と１／ｋがゼロに向かう範囲における二つの可能な条件において１００％に向かい、その結果図８のチャート（３５）と、この差動エンジン八熱力学変形サイクルがカルノーマシンに等しくなり、カルノーマシンはｋ＝１のときにのみ気体の質量移転がない条件における四つの熱力学サイクル変化を有する機械である。
【００６１】
上述されるように、本発明は将来のエネルギーシステムのための実質的な革新を提供し、これは任意の熱源により動作させられる特性を有する。太陽光、熱及び補完としての地質的な出所の熱源、バイオ燃料並びにまた特別な場合における化石燃料及び核燃料を補完するために、基本的なエネルギー源（source）を有する発電プラントにおけるその適用を目的とする。この技術の適用の分野を、以下の通り例示する。
・集中器及び鏡を有する収集器を有する熱太陽光エネルギー源を使用する大規模発電プラントであって、これらのプラントは１０ＭＷと１ＧＷの間の電力を出力するように設計され得る。
・深度から熱を得るリサイクルストリームに熱移転流体を渡し、それを表面に輸送し、そのためチャンバ変換において使用されることにより得られる、熱源として土壌深度からの熱の使用を有する大規模発電プラント。
・燃焼バイオ燃料、バイオマス、廃棄物及び他の有機廃棄製品における熱源を有する大規模発電プラント。
・伝統的な化石燃料の使用を伴う熱源としての大規模発電プラント。
・熱源、小規模太陽光集光器又は有機残渣若しくは廃棄物残渣を燃焼する小規模ボイラーを有する、分散される発電のための小規模及び中規模発電プラント。
・特に深宇宙における探索のための、熱源としての太陽光集光器又は核エネルギー源を有する宇宙船、宇宙探査機及び宇宙衛星用の発電のシステム。この用途のために、宇宙におけるイオン推進エンジンの必要を満たすための高出力エネルギーの生成を含む。
・熱源、燃料セルによる「空気独立推進」のような発電潜水艦空気独立推進のシステム。
・月のような、何らかの熱源を有する宇宙の物体、星、自然の衛星および他の物体における発電のプラントであって、そこでは例えば熱は太陽光集光器または熱核反応のエネルギー源からもたらされ得る。
・乗物牽引の機械的な力を生成するための機械。
【００６２】
我々はこれが稀な柔軟性を満たし任意の熱源により動作し得る技術であると結論付け、このことは燃焼又は単純な熱の流れの計画を可能にすることを意味し、質量移転を有する差動構成は性能についての温度依存性を消去し、現在より高い高性能機械を可能にし、その独立した酸素は宇宙船及び潜水艦のための用途を与え、これにより現在及び将来に求められる標準による利益をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】カルノーの元の機械（１）と、四つの熱力学的変形上において動作するカルノーエンジン及び他の熱機関の流れ図（２）と、その四つの変形を有するカルノーエンジンのサイクルグラフ（３）を示す。
【図２】二つの熱力学変形チャンバ（５）及び（６）により構成される差動機械（４）を示す。
【図３】差動機械（４）と、差動エンジン（２５）の熱フロー図と、差動機械及びカルノー機械（２６）の比較グラフを再び示す。
【図４】あるチャンバがグラフ（２７）に示される高温の等温変形を実行する加熱される部分に作用気体を含む一方、他のチャンバはグラフ（２８）に示される低温の等温変形を実行する冷却される部分にも作用気体を含む、チャンバを有する差動エンジン（４）を示す。
【図５】あるチャンバがその断熱の変形膨張（２９）を実行する分離される部分に作用気体を含む一方、他のチャンバも同様に断熱であるが圧縮（３０）を実行する分離される部分に作用気体を含み、第１のチャンバの作用気体を受け入れる、チャンバを有する差動エンジン（４）を示す。
【図６】今第１のチャンバが作用気体を冷たい部分内に含んでグラフ（３１）に示される低温の等温変形を実行する一方、今度は他のチャンバもグラフ（３２）に示される高温の等温変形を実行する部分内に作用気体を含む、第１のチャンバを有する差動エンジン（４）を示す。
【図７】あるチャンバが第２のチャンバへの質量移転を伴うその断熱変形膨張（３３）を実行する分離される部分内に作用気体を含む一方、他のチャンバも同様に断熱であるが圧縮（３４）の処理を実行する分離される部分内に作用気体を含み、第１のチャンバの作用気体を受け入れる、チャンバを有する差動エンジン（４）を示す。
【図８】発明の特許の本文書において説明される「異なる気体質量の移転率のためのチャンバ間の気体質量の移転を有する八つの熱力学変化を有する熱差動機械」の性能グラフを示す。
【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】
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【図８】
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【国際調査報告】
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