專(zhuān)利名稱(chēng)：起動(dòng)熱機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種起動(dòng)熱機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
熱能是能量的一種形式，由物體、區(qū)域和/或流體之間的溫度差產(chǎn)生。例如，系統(tǒng) 的主要區(qū)域可具有比系統(tǒng)的次要區(qū)域相對(duì)更高的溫度，因此提供了熱能來(lái)源。另外，這種熱 能可以轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，例如機(jī)械能或電能。

發(fā)明內(nèi)容
一種起動(dòng)熱機(jī)的方法，該方法包括把熱機(jī)的元件暴露給熱能源。該熱能源由具有 第一溫度的熱源和具有比第一溫度低的第二溫度的熱沉之間的溫度差提供。該元件由第一 形狀記憶合金形成，該第一形狀記憶合金具有響應(yīng)于熱源和熱沉之間的溫度差在第一相變 溫度時(shí)在奧氏體和馬氏體之間可變的結(jié)晶相。該方法還包括改變第一形狀記憶合金的結(jié)晶 相以把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以及在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā)元件的初始運(yùn)動(dòng)從而起動(dòng)所述 熱機(jī)。在一個(gè)變型中，該元件由連續(xù)環(huán)形成，把元件暴露給熱能源的步驟包括把隔離器 從第一位置設(shè)置到第二位置。該隔離器被構(gòu)造為把元件與熱源分隔開(kāi)，并在第一位置被設(shè) 置在元件和熱源之間。該隔離器在第二位置不被設(shè)置在元件和熱源之間。該方法還包括， 第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從馬氏體到奧氏體的變化響應(yīng)于熱源引起第一形狀記憶合金 在局部區(qū)域的尺寸收縮，第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從奧氏體到馬氏體的變化響應(yīng)于熱沉 引起第一形狀記憶合金在局部區(qū)域的尺寸膨脹，兩者交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。 該方法還包括，通過(guò)激活被構(gòu)造為用于腳踏起動(dòng)熱機(jī)的起動(dòng)機(jī)構(gòu)而在所期待的運(yùn)行方向上 引發(fā)元件的初始運(yùn)動(dòng)，從而起動(dòng)熱機(jī)。在另一個(gè)變型中，該方法包括把所述元件設(shè)置為與熱源具有不足發(fā)生第一形狀記 憶合金的結(jié)晶相變的熱關(guān)系，以停止所述元件在所期待的運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)，從而停止所 述熱機(jī)。該方法使熱機(jī)能夠有效地起動(dòng)。特別地，該方法提供了熱機(jī)的腳踏起動(dòng)功能，這在 熱機(jī)不使用時(shí)間段之后或暫時(shí)熄火之后是有用的。通過(guò)如下結(jié)合附圖詳細(xì)描述的實(shí)施本發(fā)明的最佳模式，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn) 以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。本發(fā)明還提供了如下技術(shù)方案1、一種起動(dòng)熱機(jī)的方法，該方法包括
把熱機(jī)的元件暴露給熱能源，該熱能源由具有第一溫度的熱源和具有比第一溫度 低的第二溫度的熱沉之間的溫度差提供，其中該元件由第一形狀記憶合金形成，該第一形 狀記憶合金具有響應(yīng)于熱源和熱沉之間的溫度差在第一相變溫度時(shí)在奧氏體和馬氏體之 間可變化的結(jié)晶相；改變第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；以及在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā)元件的初始運(yùn)動(dòng)從而起動(dòng)所述熱機(jī)。2、如方案1所述的方法，其中，結(jié)晶相從馬氏體到奧氏體的變化響應(yīng)于熱源使第 一形狀記憶合金在局部區(qū)域尺寸收縮。3、如方案2所述的方法，其中，結(jié)晶相從奧氏體到馬氏體的變化響應(yīng)于熱沉使第 一形狀記憶合金在局部區(qū)域尺寸膨脹。4、如方案3所述的方法，其中，第一形狀記憶合金響應(yīng)于熱源在局部區(qū)域尺寸收 縮和響應(yīng)于熱沉在局部區(qū)域尺寸膨脹交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。5、如方案1所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括激活被構(gòu)造用于腳踏起動(dòng)熱機(jī) 的起動(dòng)機(jī)構(gòu)。6、如方案5所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括熱激活具有第二相變溫度的構(gòu) 件，該第二相變溫度低于第一相變溫度。7、如方案5所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括引導(dǎo)流體流經(jīng)所述元件從而改 變所述元件的溫度。8、如方案5所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括向所述熱機(jī)傳送動(dòng)能。9、如方案5所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括把電能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。10、如方案5所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括不對(duì)稱(chēng)地操作熱機(jī)。11、如方案10所述的方法，其中，所述操作步驟包括使所述元件沿著多個(gè)滑輪移 動(dòng)，其中所述元件被構(gòu)造為連續(xù)環(huán)，所述滑輪被構(gòu)造為支撐所述元件。12、如方案11所述的方法，其中，第一形狀記憶合金響應(yīng)于熱源在局部區(qū)域尺寸 收縮，響應(yīng)于熱沉在另一個(gè)局部區(qū)域尺寸膨脹，兩者交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。13、如方案1所述的方法，其中，所述暴露步驟包括解鎖鎖止器，該鎖止器被構(gòu)造 為把所述元件設(shè)置為與熱源具有不足以使第一形狀記憶合金的結(jié)晶相發(fā)生變化的不充分 的熱力關(guān)系。14、如方案1所述的方法，其中，所述暴露步驟包括把隔離器從第一位置設(shè)置到第 二位置，其中該隔離器在第一位置被設(shè)置在元件和熱源之間，從而把元件與熱源分隔開(kāi)，其 中該隔離器在第二位置不被設(shè)置在元件和熱源之間，從而把元件暴露給熱源。15、如方案1所述的方法，其中，所述改變步驟包括在所期待的運(yùn)行方向上運(yùn)行所 述熱機(jī)。16、如方案15所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括防止熱機(jī)在非期待的運(yùn)行方 向上運(yùn)行。17、一種起動(dòng)熱機(jī)的方法，該方法包括把熱機(jī)的元件暴露給熱能源，該熱能源由具有第一溫度的熱源和具有比第一溫度 低的第二溫度的熱沉之間的溫度差提供，其中該元件被構(gòu)造為連續(xù)環(huán)并由第一形狀記憶合 金形成，該第一形狀記憶合金具有響應(yīng)于熱源和熱沉之間的溫度差在第一相變溫度時(shí)在奧氏體和馬氏體之間可變化的結(jié)晶相；其中暴露步驟包括設(shè)置隔離器，該隔離器被構(gòu)造為從第一位置到第二位置變化時(shí) 在元件和熱源之間進(jìn)行阻擋；其中隔離器在第一位置被設(shè)置在元件和熱源之間，并且其中隔離器在第二位置不 被設(shè)置在元件和熱源之間；第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從馬氏體到奧氏體的變化響應(yīng)于熱源引起第一形狀 記憶合金在局部區(qū)域尺寸收縮，第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從奧氏體到馬氏體的變化響應(yīng) 于熱沉引起第一形狀記憶合金在局部區(qū)域尺寸膨脹，兩者交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能；以及通過(guò)激活被構(gòu)造為用于腳踏起動(dòng)熱機(jī)的起動(dòng)機(jī)構(gòu)而在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā) 元件的初始運(yùn)動(dòng)，從而起動(dòng)熱機(jī)。18、如方案17所述的方法，其中所述引發(fā)步驟包括防止熱機(jī)在非期待的運(yùn)行方向 上運(yùn)行。19、一種起動(dòng)熱機(jī)的方法，該方法包括把熱機(jī)的元件暴露給熱能源，該熱能源由具有第一溫度的熱源和具有比第一溫度 低的第二溫度的熱沉之間的溫度差提供，其中該元件由第一形狀記憶合金形成，該第一形 狀記憶合金具有響應(yīng)于熱源和熱沉之間的溫度差在第一相變溫度時(shí)在奧氏體和馬氏體之 間可變化的結(jié)晶相；改變第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā)元件的初始運(yùn)動(dòng)從而起動(dòng)所述熱機(jī)；以及把所述元件設(shè)置為與熱源具有不足以發(fā)生第一形狀記憶合金的結(jié)晶相變化的熱 關(guān)系，以停止所述元件在所期待的運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)，從而停用所述熱機(jī)。20、如方案19所述的方法，其中，設(shè)置步驟包括通過(guò)把隔離器設(shè)置在元件和熱源 之間來(lái)把元件與熱源分隔開(kāi)。


圖IA是構(gòu)造成將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的熱機(jī)、熱能源和熱機(jī)起動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖，其 中起動(dòng)機(jī)構(gòu)被設(shè)置在第一位置；圖IB是圖IA中熱機(jī)的示意圖，其中起動(dòng)機(jī)構(gòu)被設(shè)置在第二位置；圖2A是圖IA和IB中熱機(jī)的示意透視圖，圖IA和IB的起動(dòng)機(jī)構(gòu)的變型包括鎖止 器；以及圖2B是圖IA和IB中熱機(jī)的示意透視圖，以及圖2A中鎖止器的另一個(gè)變型；圖3是圖IA和IB中熱機(jī)的示意透視圖，圖IA和IB的起動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一個(gè)變型包 括熱激活構(gòu)件；以及圖4是圖IA和IB中熱機(jī)的示意透視圖，圖IA和IB的起動(dòng)機(jī)構(gòu)的又一個(gè)變型包 括勢(shì)能源。
具體實(shí)施例方式參照附圖，其中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件，圖1中熱機(jī)總體上由10表示。熱機(jī)10被構(gòu)造為把熱能，例如熱量，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，下文對(duì)此有詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明公開(kāi)了一種 起動(dòng)熱機(jī)10的方法。該方法對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用會(huì)是有用的，包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、車(chē) 輛排氣系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。然而，該方法對(duì)于非汽車(chē)應(yīng)用也會(huì)是有用的，例如但不 限于家庭采暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)?，F(xiàn)在參照?qǐng)DIA和1B，熱機(jī)10可以響應(yīng)于熱能源而運(yùn)轉(zhuǎn)，下文將有更詳細(xì)的描述。 這樣，該方法包括將熱機(jī)10的元件12暴露給熱能源。該熱能源由具有第一溫度T1的熱源 14和具有比第一溫度T1低的第二溫度T2的熱沉(heat sink) 16之間的溫度差ΔΤ提供。 即，第一溫度T1高于且不同于第二溫度T2。例如，第一溫度T1和第二溫度T2之間的溫度差 八丁可能小至大約51并且不超過(guò)大約1001。換句話說(shuō)，溫度差ΔΤ可能大于或等于大約 5°C并且小于或等于大約30°C，例如小于或等于大約10°C。盡管沒(méi)有示出，作為非限制性的 例子，溫度差ΔΤ可能存在于催化轉(zhuǎn)化器、電池盒、變速器、車(chē)輪、制動(dòng)器、減震器、散熱器、 熱交換器、消聲器、渦輪機(jī)/增壓器、插件單元、車(chē)輛外飾之間或它們內(nèi)部。即，溫度差ΔΤ 可能存在于發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、電池冷卻系統(tǒng)等之間或它們內(nèi)部。熱源14和熱沉16都可從氣體、液體、固體和它們的組合構(gòu)成的組中選取。例如， 熱源14和熱沉16中的至少一個(gè)可以是氣體，例如是車(chē)輛(未示出)廢氣排放的一部分或 車(chē)輛外部環(huán)境中的環(huán)境空氣。另外，熱源14可以與熱沉16具有不同的形態(tài)或相態(tài)。例如， 熱源14可以是氣態(tài)而熱沉16可以是液態(tài)。另外，熱源14可以與熱沉16的成分相同，也可 以與熱沉16的成分不同。在一個(gè)變型中，熱源14和熱沉16都是來(lái)自車(chē)輛的排氣，但是熱 源14的排氣可具有第一溫度T1，其高于熱沉16的排氣的第二溫度T2。即，如上所述，熱沉 16的排氣可比熱源14的排氣更冷?；蛘?，熱沉16是車(chē)輛(未示出)的外部環(huán)境，例如是車(chē) 輛行駛期間流過(guò)車(chē)輛的相對(duì)冷的空氣流。參照?qǐng)D2Α-4描述另一個(gè)變型，熱源14和熱沉16可都是固體，例如排氣管，管道， 滾柱，惰輪58，60 (圖2Α)，和/或例如其他固態(tài)的車(chē)輛部件。在該變型中，如2Α-4所 示，熱源14和/或熱沉16可以也包括多個(gè)接觸物體18，這些接觸物體被構(gòu)造用于從熱源 14和/或向熱沉16傳遞熱量，下文有更詳細(xì)的描述。再參照?qǐng)D1Α-4，熱機(jī)10的元件12由第一形狀記憶合金形成，該第一形狀記憶合金 具有在奧氏體和馬氏體之間可變的結(jié)晶相(crystallographic phase)，該變化發(fā)生在第一 相變溫度Tteansl下，并且響應(yīng)于熱源14和熱沉16之間的溫度差ΔΤ。即，第一形狀記憶合 金具有特定的相變溫度Tteansl，該第一形狀記憶合金在該相變溫度時(shí)在各結(jié)晶相之間變化。此處所說(shuō)的術(shù)語(yǔ)“形狀記憶合金”是指具有形狀記憶效應(yīng)，并且其剛度、回彈率和/ 或形狀穩(wěn)定性這些特性能夠快速改變的合金。即，第一形狀記憶合金可通過(guò)分子或晶體重 組經(jīng)歷固態(tài)的結(jié)晶相變化，以在馬氏體相即“馬氏體”和奧氏體相即“奧氏體”之間變化。換 句話說(shuō)，第一形狀記憶合金可經(jīng)歷位移相變而非擴(kuò)散相變，以在馬氏體和奧氏體之間變化。 位移相變被定義為結(jié)構(gòu)變化，這種變化由原子或成組的原子相對(duì)于相鄰的原子或成組的原 子的協(xié)同運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生?？傮w上說(shuō)，馬氏體相涉及相對(duì)較低溫度的相，通常比相對(duì)較高溫度的 奧氏體相更具可變形性。第一形狀記憶合金開(kāi)始從奧氏體相向馬氏體相變化的溫度稱(chēng)為馬氏體開(kāi)始溫度 Ms。第一形狀記憶合金完成從奧氏體相向馬氏體相變化的溫度稱(chēng)為馬氏體完成溫度Mf，或 第一相變溫度Ttransl。類(lèi)似地，當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鸨患訜釙r(shí)，第一形狀記憶合金開(kāi)始從馬氏體相向奧氏體相變化的溫度稱(chēng)為奧氏體開(kāi)始溫度As。第一形狀記憶合金完成從馬氏體相 向奧氏體相變化的溫度稱(chēng)為奧氏體完成溫度Af，或第一相變溫度Tteansl。因此，由第一形狀記憶合金形成的元件12可以具有冷態(tài)特征，即，當(dāng)?shù)谝恍螤钣?憶合金的溫度低于該第一形狀記憶合金的馬氏體完成溫度Mf或第一相變溫度Tteansl時(shí)。類(lèi) 似地，元件12也可以具有熱態(tài)特征，即，當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鸬臏囟雀哂谠摰谝恍螤钣洃?合金的奧氏體完成溫度Af或第一相變溫度Ttransl時(shí)。再回到本發(fā)明的方法，在一個(gè)非限制性的變型中，將熱機(jī)10的元件12暴露給熱能 源的步驟可以包括設(shè)置隔離器20 (圖1A-2B)，該隔離器被構(gòu)造為從第一位置(大體在圖IA 以22示出)到第二位置(大體在圖IB以M示出)把元件12從熱源14隔開(kāi)。隔離器20 在第一位置22被設(shè)置在元件12和熱源14之間，從而把元件12從熱源14隔開(kāi)；隔離器20 在第二位置M沒(méi)有被設(shè)置在元件12和熱源14之間，從而把元件12暴露給熱源14。艮口， 當(dāng)隔離器20被設(shè)置在第一位置22時(shí)，可以至少部分地阻擋熱源14和元件12之間的熱流 (示于圖IA和IB的箭頭沈)。隔離器20可以是當(dāng)其被設(shè)置在第一位置22時(shí)(圖1A)適于至少部分地阻擋從熱 源14到元件12的熱流沈的任何合適的裝置。例如，隔離器20可以是隔熱器，其被構(gòu)造為 隔絕從熱源14到元件12的熱量。作為一個(gè)非限制性的例子，該隔熱器可以是陶瓷屏蔽體， 被構(gòu)造為阻擋從熱源14到熱沉16的熱流沈(圖1A)。再參照?qǐng)DIA和1B，隔離器20相對(duì)于熱源14可為可移動(dòng)的。即，隔離器20可以沿 圖IA和IB的箭頭觀所示的方向，在垂直于熱流沈的平面上，在熱機(jī)10內(nèi)滑動(dòng)，因此當(dāng)被 設(shè)置在第一位置22上時(shí)可以阻擋熱流沈流向元件12。例如，隔離器20在元件12和熱源 14之間的位置可變化。因此，隔離器20具有合適的尺寸和形狀以便在元件12和熱源14之 間被設(shè)置和/或滑動(dòng)。在運(yùn)行中，例如在熱機(jī)10停機(jī)期間，隔離器20可以移動(dòng)到元件12和熱源14之間 的第一位置22 (圖1A)，從而充分地把元件12從熱源14阻擋住或隔離開(kāi)，使得第一形狀記 憶合金不改變結(jié)晶相，下文有更詳細(xì)的描述。類(lèi)似地，在熱機(jī)10起動(dòng)期間和/或熄火之后，把元件12暴露給熱能源的步驟可包 括把隔離器20移動(dòng)到遠(yuǎn)離元件12的第二位置圖1B)，使得隔離器20不被設(shè)置在熱源 14和元件12之間，從而把元件12暴露給熱源14。在這個(gè)第二位置對(duì)，至少部分熱流沈還 存在于熱源14和元件12之間。在另一個(gè)變型中，盡管沒(méi)有圖示出，元件12，而非隔離器20，也可以相對(duì)于熱源14 移動(dòng)。即，隔離器20可為固定的而元件12可為可移動(dòng)的。因此，把元件12暴露給熱能源 的步驟可以包括，例如，把熱機(jī)10和/或元件12至少部分地遠(yuǎn)離隔離器20而移動(dòng)，并在熱 機(jī)10起動(dòng)期間和/或熄火之后移動(dòng)到熱流沈中。對(duì)于這個(gè)變型，在熱機(jī)10停機(jī)期間，元件12可以與熱源14隔離開(kāi)。例如，隔離元 件12的步驟可以包括把熱機(jī)10和/或元件12移動(dòng)到第一位置22 (圖1A)，使得元件12與 熱源14隔離開(kāi)。即，隔離步驟可以包括充分地把元件12與熱源14隔離開(kāi)，例如，通過(guò)移動(dòng) 隔離器20，使得第一形狀記憶合金不改變結(jié)晶相。因此，把元件12暴露給熱能源的步驟可以增加流到熱機(jī)10的熱流26。例如，隔 離器20可以被構(gòu)造為透鏡或鏡子，從而當(dāng)隔離器20被設(shè)置在第二位置M時(shí)，把熱流沈反射、聚焦或引導(dǎo)到熱機(jī)10。因此，隔離器20可以允許元件12的溫度增大。例如，這種構(gòu)型 對(duì)于包括紅外輻射或光的熱能源是有用的。再參照?qǐng)D2A和2B描述起動(dòng)熱機(jī)10的方法，替代性地或額外地，把元件12暴露給 熱能源的步驟可以包括解鎖一個(gè)鎖止器30，該鎖止器被構(gòu)造為，設(shè)置元件12，使得元件12 與熱源14處于不足以發(fā)生第一形狀記憶合金的結(jié)晶相變化的熱關(guān)系。即，鎖止器30可以 被構(gòu)造為，設(shè)置元件12，使得第一形狀記憶合金不改變結(jié)晶相。例如，鎖止器30可以包括轉(zhuǎn) 動(dòng)臂(未示出)，該轉(zhuǎn)動(dòng)臂可轉(zhuǎn)動(dòng)以接合和脫離。在圖2A所示熱機(jī)10的一個(gè)變型中，鎖止器30可以把隔離器20保持在第一位置 22 (圖1A)，使得從熱源14到元件12的熱流沈(圖1A)被阻擋。S卩，當(dāng)熱機(jī)10需要處于非 運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，即停機(jī)時(shí)，鎖止器30可以保持或以其他方式設(shè)置隔離器20，使得元件12與熱 源14或熱沉16不具有發(fā)生結(jié)晶相變化的充分的熱關(guān)系。例如，如圖2A所示，鎖止器30被 構(gòu)造為把隔離器20設(shè)置在熱源14和熱沉16之間，以阻擋流到元件12的熱流沈(圖1A)。 反之，當(dāng)熱機(jī)10需要處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，即在熱機(jī)10起動(dòng)期間，解鎖鎖止器30可以釋放隔 離器20，使得隔離器20可以沿箭頭觀的方向移動(dòng)，從而把元件12設(shè)置在第二位置圖 1B)，即，與熱源14具有發(fā)生結(jié)晶相變化的充分的熱關(guān)系。因此，如圖2A所示，對(duì)于這個(gè)方法，暴露的步驟可以包括解鎖鎖止器30和把隔離 器20設(shè)置在第二位置M(圖1B)這兩者的組合，例如，隔離器是上文所述的隔熱器。即，解 鎖鎖止器30可以把隔離器20設(shè)置在第二位置24 (圖1B)，因此把元件12設(shè)置成與熱源14 具有熱關(guān)系，例如，與多個(gè)接觸物體18相接觸，使得第一形狀記憶合金的結(jié)晶相變化。通過(guò) 一個(gè)非限制性的例子，接觸件18可以是柔性毛刷，其可以影響熱源14和元件12之間的傳 導(dǎo)。在另一個(gè)例子中，多個(gè)接觸物體18可以是滾柱，其被構(gòu)造為與元件12接合。盡管未圖 示出，多個(gè)接觸物體18還可以從元件12延伸，使得元件12包括多個(gè)柔性毛刷。再參照?qǐng)D2A，熱機(jī)10的變型包括多個(gè)熱傳導(dǎo)接觸物體18，對(duì)鎖止器30的鎖止可 以保持元件12與接觸物體18分開(kāi)，從而阻擋熱傳導(dǎo)。反之，當(dāng)需要熱機(jī)10處于運(yùn)行狀態(tài) 時(shí)，該方法可以包括解鎖或釋放鎖止器30。S卩，解鎖鎖止器30可以釋放或以其他方式設(shè)置 由第一形狀記憶合金形成的元件12，使其與熱源14和熱沉16的每個(gè)具有熱關(guān)系，例如，與 接觸件18具有傳導(dǎo)接觸，從而使得第一形狀記憶合金可以改變結(jié)晶相。在圖2B所示另一個(gè)變型中，對(duì)鎖止器30的鎖止可以把元件12保持成與熱源14 具有不充分的熱關(guān)系，以防止元件12運(yùn)動(dòng)，例如移動(dòng)。即，對(duì)鎖止器30的鎖止可以把元件 12保持在需要的位置，使得元件12的運(yùn)動(dòng)，例如，交替的尺寸膨脹和收縮不會(huì)發(fā)生。因此， 對(duì)鎖止器30的解鎖允許元件12沿圖2B箭頭32所示方向運(yùn)動(dòng)，即，在熱機(jī)10內(nèi)垂直于熱 流26(圖1A)運(yùn)動(dòng)。鎖止器30還包括聯(lián)接件34，其被構(gòu)造成當(dāng)鎖止器30被釋放或解鎖時(shí)在需要的方 向上推進(jìn)熱機(jī)10。就是說(shuō)，聯(lián)接件34可以在需要的運(yùn)行方向上“腳踏起動(dòng)”熱機(jī)10，例如順 時(shí)針?lè)较?。?lián)接件34可以是促使在需要的方向上推進(jìn)熱機(jī)10的任何合適的裝置或系統(tǒng)。 例如，聯(lián)接件34可以包括凸輪、轉(zhuǎn)盤(pán)、斜面或它們的組合。在一個(gè)變型中，聯(lián)接件34可以與 熱機(jī)10需要的運(yùn)行方向平行地運(yùn)動(dòng)，并且可以包括臂(未示出)，該臂轉(zhuǎn)動(dòng)以接合和脫離。通過(guò)對(duì)鎖止器30的解鎖把元件12暴露給熱能源對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)應(yīng)用是 有用的。在這種應(yīng)用中，對(duì)鎖止器30的解鎖步驟可把元件12設(shè)置為對(duì)于熱流沈(圖1A)從熱源14和/或熱沉16到元件12具有充分的熱關(guān)系，使得在熱源14，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排 氣達(dá)到預(yù)定的第一溫度T1后第一形狀記憶合金可以改變結(jié)晶相。因此，把元件12暴露給 熱能源的步驟可以包括對(duì)鎖止器30進(jìn)行鎖止直到熱源14達(dá)到預(yù)定的第一溫度1\。再參照?qǐng)D2A-4，該方法還包括改變第一形狀記憶合金的結(jié)晶相，從而把熱能轉(zhuǎn)變 為機(jī)械能。在工作中，預(yù)應(yīng)變的或承受了拉伸應(yīng)力的第一形狀記憶合金可以根據(jù)改變的結(jié) 晶相而改變尺寸，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。即，當(dāng)暴露給熱能源時(shí)，由第一形狀記憶合金 形成的元件12根據(jù)改變的結(jié)晶相而改變尺寸，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，下文有更細(xì)的描 述。特別是，第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從馬氏體到奧氏體的變化可以響應(yīng)于熱源14 在局部區(qū)域(大體上由圖2A中以42表示)上使該第一形狀記憶合金在尺寸上收縮。更具 體地說(shuō)，如果第一形狀記憶合金已經(jīng)被預(yù)先假塑性(pseudoplastically)地預(yù)應(yīng)變了，那 么該第一形狀記憶合金的尺寸可以收縮。術(shù)語(yǔ)“假塑性地預(yù)應(yīng)變”是指第一形狀記憶合金處 于馬氏體相時(shí)，元件12在負(fù)荷下伸展，例如應(yīng)變。當(dāng)元件12被去除負(fù)荷時(shí)，負(fù)荷下的第一 形狀記憶合金的形狀可能不能完全恢復(fù)。反之，當(dāng)純彈性應(yīng)變下發(fā)生應(yīng)變時(shí)元件12的形狀 可以完全恢復(fù)。因此，一旦去除負(fù)荷，由第一形狀記憶合金形成的元件12呈現(xiàn)為已經(jīng)被彈 性形變，但是當(dāng)元件12被加熱到奧氏體開(kāi)始溫度As時(shí)，其應(yīng)變形狀可以恢復(fù)，使得元件12 回到原始長(zhǎng)度。即，可以對(duì)第一形狀記憶合金施加負(fù)荷，使得第一形狀記憶合金的彈性應(yīng)變 限度被超越，在第一形狀記憶合金的馬氏體晶體結(jié)構(gòu)超過(guò)第一形狀記憶合金的真實(shí)塑性應(yīng) 變限度之前，發(fā)生變形。這種類(lèi)型的應(yīng)變，處于彈性應(yīng)變限度和真實(shí)的彈性應(yīng)變限度之間， 屬于假塑性應(yīng)變。因此，由第一形狀記憶合金形成的元件12可在安裝到熱機(jī)10之前被拉伸，使得第 一形狀記憶合金的標(biāo)稱(chēng)長(zhǎng)度包括了可恢復(fù)的假塑性應(yīng)變。這種可恢復(fù)的假塑性應(yīng)變可以提 供致動(dòng)和/或驅(qū)動(dòng)熱機(jī)10的動(dòng)作。因此，如果不預(yù)拉伸第一形狀記憶合金，在結(jié)晶相變化 期間可能只發(fā)生很小的變形。另外，元件12承受著偏壓機(jī)構(gòu)(例如彈簧或第一形狀記憶合 金的張緊的奧氏體部分)的拉力，以影響結(jié)晶相的變化。反之，對(duì)于這個(gè)方法，結(jié)晶相從奧氏體到馬氏體的變化，可響應(yīng)于熱沉16在局部 區(qū)域42使第一形狀記憶合金的尺寸膨脹。例如，當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鸪惺苤鞈?yīng)力和第 二溫度T2時(shí)，第一形狀記憶合金的尺寸可膨脹。因此該第一形狀記憶合金可以通過(guò)交替地 膨脹和收縮把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。即，第一形狀記憶合金響應(yīng)于熱源14在局部區(qū)域42發(fā) 生的尺寸收縮和響應(yīng)于熱沉16在局部區(qū)域42發(fā)生的尺寸膨脹交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變 為機(jī)械能，下文有更詳細(xì)的描述。第一形狀記憶合金可以具有任何合適的組分。特別地，第一形狀記憶合金可以 包括從鈷、鎳、鈦、銦、錳、鐵、鈀、鋅、銅、銀、金、鎘、錫、硅、鉬、鎵構(gòu)成的組中選擇的元素組 合。例如，合適的第一形狀記憶合金可以包括鎳-鈦基合金、鎳-鋁基合金、鎳-鎵基合金、 銦-鈦基合金、銦-鎘基合金、鎳-鈷-鋁基合金、鎳-錳-鎵基合金、銅基合金(例如銅-鋅 合金、銅鋁合金、銅-金合金、銅-錫合金)、金-鎘基合金、銀-鎘基合金、錳-銅基合金、 鐵-鉬基合金、鐵-鈀基合金，或者它們中一個(gè)或多個(gè)的組合。第一形狀記憶合金可以是二 元、三元或任何更高元合金，只要第一形狀記憶合金具有形狀記憶效果，例如，形狀取向的 變化、阻尼性能等?？梢愿鶕?jù)熱機(jī)10所需的工作溫度來(lái)選擇第一形狀記憶合金，下文有更詳細(xì)的描述。在一個(gè)具體例子中，第一形狀記憶合金可以包括鎳和鈦。另外，由第一形狀記憶合金形成的元件12可以具有任何合適的形式，即，形狀。例 如，元件12可以具有形狀變化元件的形式。即，元件12的形式可以從彈簧、卷帶、線、帶、連 續(xù)的環(huán)和它們的組合構(gòu)成的組中選擇。參考圖2A-4，在一個(gè)變型中，元件12可以被構(gòu)造為 連續(xù)的環(huán)形彈簧。第一形狀記憶合金可以通過(guò)任何合適的方式把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。例如，由第一 形狀記憶合金形成的元件12可以激活滑輪系統(tǒng)(示于圖2A-4，下文有更詳細(xì)的描述)、接 合桿(未示出)、轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪(未示出)、接合螺釘(未示出)，等等。對(duì)于這個(gè)方法，結(jié)晶相的變化可以包括使熱機(jī)10在需要的運(yùn)行方向上運(yùn)行，例 如，逆時(shí)針?lè)较蚧蛳蜃蟆＜?，結(jié)晶相的變化可以引起元件12運(yùn)動(dòng)，例如，基于當(dāng)?shù)谝恍螤钣?憶合金暴露給熱源14時(shí)元件12的收縮以及當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鸨┞督o熱沉16時(shí)元件12 的膨脹，在個(gè)所期望運(yùn)行方向上移動(dòng)。再參照?qǐng)D2A-4，該方法還包括在所期望的運(yùn)行方向上引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)，從 而起動(dòng)熱機(jī)10。特別地，所述引發(fā)步驟包括激活被構(gòu)造為腳踏起動(dòng)熱機(jī)10用的起動(dòng)機(jī)構(gòu) 36。即，在特定條件下，例如，在熱機(jī)10停用一段時(shí)間后或瞬時(shí)熄火后，起動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以向 熱機(jī)10傳送能量以起動(dòng)熱機(jī)10。換句話說(shuō)，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)可以在所期望的運(yùn)行 方向上腳踏起動(dòng)熱機(jī)10。因此，術(shù)語(yǔ)“起動(dòng)”是指熱機(jī)10的非運(yùn)行狀態(tài)后的任何狀態(tài)。例 如，起動(dòng)可能發(fā)生在熱機(jī)10的非使用延時(shí)時(shí)段之后，或者可能發(fā)生在熱機(jī)10的瞬時(shí)熄火之 后。因此起動(dòng)機(jī)構(gòu)36在熱機(jī)10起動(dòng)或再起動(dòng)期間引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)。S卩，尤其是當(dāng) 熱機(jī)10和/或元件12具有對(duì)稱(chēng)的構(gòu)型時(shí)，可需要“腳踏起動(dòng)”來(lái)確保熱機(jī)10在所期望的 運(yùn)行方向上運(yùn)行。類(lèi)似地，由于熱機(jī)10和/或元件12可被構(gòu)造為只在一個(gè)方向上運(yùn)行，如 下文更詳細(xì)描述的那樣，起動(dòng)機(jī)構(gòu)36可有助于調(diào)節(jié)形狀記憶合金的溫度。即，由于熱機(jī)10 的熄火可導(dǎo)致形狀記憶合金形成的元件12過(guò)熱，起動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以確保熱機(jī)10熄火期間元 件12的持續(xù)運(yùn)動(dòng)。因此，元件12的初始運(yùn)動(dòng)可是暫時(shí)的，直到熱機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)為止，S卩，直到 熱機(jī)10開(kāi)始把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能為止。起動(dòng)機(jī)構(gòu)36的非限制性例子可以包括隔離器20、 鎖止器30、以及它們的組合?，F(xiàn)在參考圖3，在一個(gè)變型中，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟可包括熱激活構(gòu)件 38，該構(gòu)件具有比第一相變溫度Tteansl低的第二相變溫度Tteans2。例如，構(gòu)件38可由不同于 前述第一形狀記憶合金的第二形狀記憶合金形成。第二形狀記憶合金可以在不同的溫度， 例如比熱機(jī)10的第一形狀記憶合金的相變溫度低的第二相變溫度Tteans2時(shí)激活。因此，在 熱源14到達(dá)第一溫度T1之前，并且第一形狀記憶合金提供熱機(jī)10的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)之前，由第 二形狀記憶合金形成的熱激活構(gòu)件38可以向熱機(jī)10傳送初始動(dòng)作。替代性地或額外地，構(gòu)件38可以由雙金屬帶材或蠟致動(dòng)器形成。例如，構(gòu)件38可 響應(yīng)于第一溫度T1而變形、融化和/或膨脹，并在變形時(shí)在特定方向上摩擦或推進(jìn)元件12， 從而腳踏起動(dòng)熱機(jī)10，即，在所期望的運(yùn)行方向上引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)，從而起動(dòng)熱機(jī) 10。因此，熱激活構(gòu)件38可以是起動(dòng)機(jī)構(gòu)36的另一個(gè)非限制性的例子，可以被激活以腳踏 起動(dòng)熱機(jī)10。再參照?qǐng)D2A，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟包括引導(dǎo)流體流經(jīng)元件12以改變?cè)?件12的溫度。例如，引發(fā)初始運(yùn)動(dòng)的步驟可以降低元件12的溫度。在一個(gè)非限制性的變型中，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟包括引導(dǎo)流體流過(guò)裝置40，例如空氣入口或葉片，流 體的流向使得熱機(jī)10外部的空氣和/或相對(duì)較冷的排氣可以流經(jīng)由第一形狀記憶合金形 成的元件12。替代地，裝置40可以把冷的液體噴灑到元件12上。由于裝置40降低了元件 12的溫度，因此元件12的尺寸可膨脹，并引起熱機(jī)10在所期望的運(yùn)行方向上的初始運(yùn)動(dòng)。 因此，熱流沈(圖1A)通過(guò)通風(fēng)翻板或葉片增大到一個(gè)范圍，例如，圖2A中箭頭42所表示 的局部區(qū)域，作為對(duì)比還有另一個(gè)范圍，例如圖2A中箭頭44所表示的另一個(gè)局部區(qū)域。與此相反，裝置40可以提高元件12的溫度。例如，熱機(jī)10外部的空氣和/或相 對(duì)較熱的排氣可以流經(jīng)由第一形狀記憶合金形成的元件12。另外，裝置40可以把熱的液體 噴灑到元件12上。由于裝置40提高了元件12的溫度，因此元件12的尺寸可收縮，并引起 熱機(jī)10在所期望運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)。裝置40還替代性地或額外地引導(dǎo)流體沿元件12流動(dòng)，從而在元件12上傳遞拖動(dòng) 力，從而引起元件20的運(yùn)動(dòng)。即，裝置40所引導(dǎo)的流體可以在元件12上產(chǎn)生拖動(dòng)力，并引 發(fā)熱機(jī)10在所期望運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)。因此，裝置40是起動(dòng)機(jī)構(gòu)36的另一個(gè)非限制性例 子，其可被激活以起動(dòng)熱機(jī)10。再參照?qǐng)D4，在另一個(gè)變型中，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟可包括向熱機(jī)10傳 送動(dòng)能。例如，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟包括釋放勢(shì)能，從而向熱機(jī)10傳送了動(dòng)能。 在一個(gè)非限制性的例子中，釋放勢(shì)能包括觸發(fā)勢(shì)能源46，例如彈簧或懸掛質(zhì)量，以釋放勢(shì)能 并向熱機(jī)10傳送一個(gè)初始的、受控的動(dòng)能。作為一個(gè)非限制性的例子，釋放勢(shì)能的步驟可 以釋放彈簧或懸掛質(zhì)量以作用在桿48上，并在所期望的運(yùn)行方向上推動(dòng)元件12或滑輪60。 因此，勢(shì)能源46可以是腳踏起動(dòng)熱機(jī)10的起動(dòng)機(jī)構(gòu)M的另一個(gè)非限制性的例子。替代性或額外地，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟可包括把動(dòng)能，例如但不限于振 動(dòng)能，傳送給元件12。例如，對(duì)于車(chē)輛應(yīng)用來(lái)說(shuō)，車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)或制動(dòng)系統(tǒng)(未示 出)的振動(dòng)可以向元件12傳送動(dòng)能。S卩，熱機(jī)10可分離地與車(chē)輛的剛性構(gòu)件(未示出) 連接，通過(guò)使熱機(jī)10暴露于車(chē)輛振動(dòng)來(lái)把動(dòng)能傳送給熱機(jī)10。在熱機(jī)10受到足夠的振動(dòng) 或晃動(dòng)以引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)后，熱機(jī)10可以從車(chē)輛的剛性構(gòu)件(未示出)分隔開(kāi)或 脫離開(kāi)。例如，隔離器20還被構(gòu)造為把元件12從振動(dòng)能量源中分隔開(kāi)。因此，振動(dòng)被用于 在所期望方向上初始地驅(qū)動(dòng)元件12或滑輪60。在另一個(gè)變型中，通過(guò)反向驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)50(圖2A-4)向元件12傳送動(dòng)能，因此發(fā) 電機(jī)50是作為馬達(dá)，下文有更詳細(xì)的描述。因此，動(dòng)能源，例如振動(dòng)能，可為被構(gòu)造為腳踏 起動(dòng)熱機(jī)10的起動(dòng)機(jī)構(gòu)36的另一個(gè)非限制性例子。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，引發(fā)元件12初始運(yùn)動(dòng)的步驟可以把熱機(jī)10暴露給多個(gè)能量 源。例如，在非標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中，即，損壞的熱機(jī)10運(yùn)行和/或在非設(shè)計(jì)工況期間運(yùn)行時(shí)，熱機(jī) 10可以響應(yīng)于振動(dòng)性能量源和勢(shì)能源46。另外，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟可以把熱 機(jī)10暴露給串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)型的能量源。另外，起動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以被構(gòu)造為與熱機(jī)10的任何 部件相互作用。即，起動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以與元件12接觸或接合，和/或與熱機(jī)10的其他結(jié)構(gòu) 接觸或接合，例如滑輪58，60，下文有更詳細(xì)的描述。繼續(xù)參照?qǐng)D2A，該方法還包括把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?大體上由圖2A中以52表 示)。例如，熱機(jī)10通過(guò)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)50把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2。發(fā)電機(jī)50可以是把機(jī)械 能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2的任何合適的裝置。例如，發(fā)電機(jī)50可以是利用電磁感應(yīng)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2的電力發(fā)電機(jī)，其可以包括相對(duì)于定子(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子(未示出)。再參照?qǐng)D2A，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2的步驟可包括與熱機(jī)10 —起驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī) 50。即，第一形狀記憶合金形成的元件12把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)50。特別 地，從機(jī)械能到電能52的轉(zhuǎn)變過(guò)程可包括與前述第一形狀記憶合金的尺寸收縮和膨脹同 時(shí)發(fā)生的驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)50的過(guò)程。即，第一形狀記憶合金響應(yīng)于熱源14在局部區(qū)域42收縮， 響應(yīng)于熱沉16在局部區(qū)域42膨脹，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)50并把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2。另外，對(duì)于這個(gè)方法，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟可包括把電能52轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng) 能。例如，發(fā)電機(jī)50可以在起動(dòng)期間驅(qū)動(dòng)熱機(jī)10，以引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)。S卩，發(fā)電機(jī) 50可以作為馬達(dá)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，以把電能52，例如來(lái)自電池的電能，轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，從而暫時(shí)驅(qū)動(dòng) 熱機(jī)10。因此，發(fā)電機(jī)50可以是腳踏起動(dòng)熱機(jī)10的起動(dòng)機(jī)構(gòu)36的另一個(gè)非限制性例子。再參照?qǐng)D2A，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟可包括防止熱機(jī)10在非期望的運(yùn)行 方向上運(yùn)行。即，對(duì)于這個(gè)方法，引發(fā)步驟可以只包括在所期望運(yùn)行方向上運(yùn)動(dòng)元件12。例 如，如圖2A所示，離合器(大體由箭頭M表示)可以防止熱機(jī)10在非期望運(yùn)行方向上運(yùn) 行。離合器討可以被構(gòu)造為包括棘輪機(jī)構(gòu)，以允許熱機(jī)10只在所期望運(yùn)行方向上運(yùn)行。因 此離合器M的特點(diǎn)是“單向的”以確保熱機(jī)10不會(huì)被“反向驅(qū)動(dòng)”。對(duì)于這個(gè)方法，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟可包括不對(duì)稱(chēng)地運(yùn)行熱機(jī)10。例 如，如參照?qǐng)D2A所描述的，在一個(gè)非限制性例子中，元件12可以被構(gòu)造為連續(xù)的環(huán)(大體 由圖2A的56表示)。在這個(gè)例子中，熱機(jī)10包括被構(gòu)造為支撐元件12的多個(gè)滑輪58、60 或輪。熱機(jī)10還可包括架62，其被構(gòu)造為支撐多個(gè)滑輪58、60或輪。例如，多個(gè)滑輪58、 60或輪可以被設(shè)置在多個(gè)軸64、66上，并可相對(duì)于架62轉(zhuǎn)動(dòng)。由第一形狀記憶合金形成的 元件12可以被輪或滑輪58、60支撐并沿著輪或滑輪58、60行進(jìn)。S卩，在這個(gè)變型中，不對(duì) 稱(chēng)地操作熱機(jī)10可以包括沿著多個(gè)滑輪58、60移動(dòng)元件12，其中元件12被構(gòu)造為連續(xù)環(huán) 56，滑輪58、60被構(gòu)造為支撐元件12。如圖2A-4所示，連續(xù)環(huán)56的第一部分68可比連續(xù)環(huán)56的第二部分70更長(zhǎng)，因此 熱機(jī)10具有不對(duì)稱(chēng)構(gòu)型。因此，元件12的初始運(yùn)動(dòng)可以被熱機(jī)10的不對(duì)稱(chēng)操作所引發(fā)， 從而第一部分68的尺寸膨脹導(dǎo)致的元件12的長(zhǎng)度變化可能不等同于第二部分70的尺寸 縮小導(dǎo)致的元件12的長(zhǎng)度變化。繼續(xù)參照?qǐng)D2A-4，輪或滑輪58、60的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)齒輪組72被選擇性 地改變。另外，發(fā)電機(jī)50可以包括連接到輪或滑輪58上的驅(qū)動(dòng)軸74。由于輪或滑輪58、 60響應(yīng)于第一形狀記憶合金形成的元件12的尺寸膨脹和收縮而繞著熱機(jī)10的各個(gè)軸64、 66轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，因此驅(qū)動(dòng)軸74可以轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)50。然后發(fā)電機(jī)50產(chǎn)生電能52，使 得機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2。相反地，如上所述，該方法可以包括，通過(guò)例如在熱機(jī)10起動(dòng)期間以發(fā)電機(jī)50驅(qū) 動(dòng)熱機(jī)10，把電能52轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。即，如上所述，發(fā)電機(jī)50可以作為馬達(dá)運(yùn)行，可以驅(qū)動(dòng)與 輪或滑輪58連接的驅(qū)動(dòng)軸74。馬達(dá)可以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)輪或滑輪58、60(圖2A)，從而提 供熱機(jī)10在所期望運(yùn)行方向上的初始運(yùn)行。隨著滑輪58的轉(zhuǎn)動(dòng)，被構(gòu)造為連續(xù)環(huán)56的元 件12沿著多個(gè)滑輪58、60移動(dòng)，從而起動(dòng)熱機(jī)10。因此，在這個(gè)例子中，起動(dòng)機(jī)構(gòu)36，即， 熱機(jī)10的不對(duì)稱(chēng)構(gòu)型，被構(gòu)造為在所期望的運(yùn)行方向上引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)，從而沿著 多個(gè)滑輪58、60移動(dòng)元件12并起動(dòng)熱機(jī)10。
如上所述，對(duì)于這個(gè)構(gòu)型，起動(dòng)機(jī)構(gòu)36還可以包括離合器M，其被構(gòu)造為防止熱 機(jī)10在非期望運(yùn)行方向上運(yùn)行。即，一個(gè)或多個(gè)滑輪58、60可包括單向離合器M以防止 在非期望運(yùn)行方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，連續(xù)環(huán)56可以只在所期望的運(yùn)行方向上沿著多個(gè)滑輪 58,60移動(dòng)。替代性地或額外地，振動(dòng)可被用于轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)輪或滑輪58、60從而腳踏起 動(dòng)熱機(jī)10。對(duì)于這個(gè)方法，繼續(xù)參照?qǐng)D2A來(lái)說(shuō)，熱機(jī)10，特別地，由第一形狀記憶合金形成的 元件12，可以被設(shè)置得與熱源14和熱沉16都具有熱關(guān)系，如上面所述。S卩，元件12可以被 設(shè)置得與熱源14和熱沉16都有關(guān)系，從而響應(yīng)于第一溫度T1和/或第二溫度T2。例如，熱 機(jī)10的元件12可以被設(shè)置得與熱源14和熱沉16的多個(gè)接觸物體18相接觸，從而通過(guò)熱 傳導(dǎo)影響第一形狀記憶合金的結(jié)晶相的變化。替代地，元件12可以被設(shè)置為與熱源14和 /或熱沉16上的輻射涂層具有足夠的熱關(guān)系，從而通過(guò)輻射影響第一形狀記憶合金的結(jié)晶 相的變化。因此，當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鹋c熱源14和熱沉16中的一個(gè)具有熱關(guān)系時(shí)，該第一形 狀記憶合金的結(jié)晶相可在奧氏體和馬氏體之間變化。例如，當(dāng)與熱源14具有熱關(guān)系時(shí)，第 一形狀記憶合金可從馬氏體變化到奧氏體。類(lèi)似地，當(dāng)與熱沉16具有熱關(guān)系時(shí)，第一形狀 記憶合金可從奧氏體變化到馬氏體。另外，第一形狀記憶合金可隨著結(jié)晶相的變化而改變尺寸，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能。更具體地說(shuō)，隨著結(jié)晶相從馬氏體變?yōu)閵W氏體，例如如果被假塑性地預(yù)應(yīng)變時(shí)，第一 形狀記憶合金的尺寸可能收縮，隨著結(jié)晶相從奧氏體變?yōu)轳R氏體，第一形狀記憶合金的尺 寸可能膨脹，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。因此，對(duì)于熱源14的第一溫度T1和熱沉16的第 二溫度T2之間存在溫度差的任何情況，即，當(dāng)熱源14和熱沉16不處于熱平衡時(shí)，第一形狀 記憶合金的尺寸可隨著結(jié)晶相在馬氏體和奧氏體之間變化而膨脹和收縮。另外，第一形狀 記憶合金的結(jié)晶相的變化足以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)50。參照?qǐng)D1的熱機(jī)10，并結(jié)合圖2Α所示元件12的示例性構(gòu)型來(lái)描述，在熱機(jī)10起 動(dòng)和持續(xù)運(yùn)行期間，一個(gè)輪或滑輪58與熱源14具有熱關(guān)系，例如一個(gè)輪或滑輪插入熱源14 或與熱源14接觸，同時(shí)另一個(gè)輪或滑輪60與熱沉16具有熱關(guān)系，從而影響第一形狀記憶 合金的結(jié)晶相的變化。因此，對(duì)于這個(gè)方法，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)的步驟可與熱機(jī)10的 元件12暴露給熱源14并且第一形狀記憶合金的結(jié)晶相發(fā)生變化是同時(shí)的。替代地，在元 件12暴露給熱能源和引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)之間可能具有延遲，其中第一形狀記憶合金 的結(jié)晶相隨后變化。當(dāng)處于與熱沉16的熱關(guān)系時(shí)，由于第一形狀記憶合金的局部區(qū)域(大體上由箭 頭44表示)尺寸膨脹，例如，當(dāng)承受應(yīng)力時(shí)尺寸伸展，當(dāng)預(yù)先被假塑性預(yù)應(yīng)變時(shí)，第一形狀 記憶合金的與熱源14具有熱關(guān)系的另一個(gè)局部區(qū)域(大體上由箭頭42表示)尺寸收縮。 即，第一形狀記憶合金響應(yīng)于熱源14在局部區(qū)域42的尺寸收縮和響應(yīng)于熱沉16在另一個(gè) 局部區(qū)域44的尺寸膨脹交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。由于元件12暴露給熱源14 和熱沉16的溫度差ΔΤ，元件12的連續(xù)彈簧圈形式的尺寸收縮和膨脹交替進(jìn)行，所以把勢(shì) 能機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能機(jī)械能，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。因此，對(duì)于熱機(jī)10的最優(yōu)效率，熱 源14和熱沉16優(yōu)選快速刷新以保持熱源14和熱沉16之間的溫度差ΔΤ。再參照?qǐng)D1，熱機(jī)10可以被設(shè)置為任何配置，只要元件12的部分被設(shè)置得在運(yùn)行期間與相應(yīng)的熱源14和熱沉16具有充足的熱關(guān)系，使得第一形狀記憶合金可以響應(yīng)于熱 源14、熱沉16以及熱源14和熱沉16之間的溫度差ΔΤ中的至少一個(gè)改變結(jié)晶相。另外， 盡管未圖示出，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，熱機(jī)10可以包括附加的傳感和控制部件，例如電控單元。該電 控單元可以與熱機(jī)10可操作地連通，并被構(gòu)造為調(diào)節(jié)熱能向機(jī)械能和/或電能52 (圖2A) 的轉(zhuǎn)變。電控單元可以例如是計(jì)算機(jī)，其與熱機(jī)10的一個(gè)或多個(gè)控制器和/或傳感器電連 通。例如，電控單元可以連通和/或控制熱源14的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器、熱沉16的溫度 傳感器、發(fā)電機(jī)50的速度調(diào)節(jié)器、流體流量傳感器、致動(dòng)器和被構(gòu)造為監(jiān)測(cè)發(fā)電量的計(jì)量
ο另外，如圖2A-4所示，熱機(jī)10還包括傳輸介質(zhì)76，其被構(gòu)造為從熱機(jī)10例如從發(fā) 電機(jī)50傳輸電能52。傳輸介質(zhì)76可以是，例如電線或?qū)щ婋娎|。傳輸介質(zhì)76可以從發(fā)電 機(jī)50向貯存裝置傳輸電能52，貯存裝置例如是電池(未示出)、蓄能器和/或集電器。例 如，熱機(jī)10可以根據(jù)需求波動(dòng)產(chǎn)生、儲(chǔ)存和/或傳輸電能52。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于任何前面提及的例子、變型或構(gòu)型，熱機(jī)10可以包括多個(gè)元 件12和/或多個(gè)發(fā)電機(jī)50。S卩，一個(gè)熱機(jī)10可以包括一個(gè)以上的元件12和/或發(fā)電機(jī) 50。例如，一個(gè)熱機(jī)10可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)以上的發(fā)電機(jī)50。在一個(gè)非限制性的變型中，該方法包括將熱機(jī)10的元件12暴露給熱能源，其中暴 露步驟包括設(shè)置隔離器20，該隔離器被構(gòu)造為從第一位置22 (圖1A)到第二位置M (圖1B) 變化時(shí)在元件12和熱源14之間進(jìn)行阻擋。隔離器20在第一位置22 (圖1A)被設(shè)置在元 件12和熱源14之間，而在第二位置圖1B)不被設(shè)置在元件12和熱源14之間。對(duì)于這個(gè)變型，該方法還包括，第一形狀記憶合金的結(jié)晶相響應(yīng)于熱源從馬氏體 變化到奧氏體從而在第一形狀記憶合金的局部區(qū)域42產(chǎn)生尺寸收縮，第一形狀記憶合金 的結(jié)晶相響應(yīng)于熱沉從奧氏體變化到馬氏體從而在第一形狀記憶合金的局部區(qū)域42產(chǎn)生 尺寸膨脹，兩者交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。因此，結(jié)晶相可以反復(fù)地從馬氏體變 到奧氏體，再變回馬氏體，從而造成元件12的部分68、70的尺寸交替地收縮和膨脹。在該變型中，該方法還包括，通過(guò)激活被構(gòu)造為用于腳踏起動(dòng)熱機(jī)10的起動(dòng)機(jī)構(gòu) 36，在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)，從而起動(dòng)熱機(jī)10。再參照?qǐng)D2A-4，起動(dòng) 機(jī)構(gòu)36可以包括鎖止器30、勢(shì)能源46、構(gòu)件38、設(shè)備40、發(fā)電機(jī)50、離合器M、聯(lián)接件34、 熱機(jī)10的非對(duì)稱(chēng)構(gòu)型以及它們的組合。對(duì)于這個(gè)變型，引發(fā)步驟可包括防止熱機(jī)10在非 期待運(yùn)行方向上運(yùn)行，如上文所述。例如，離合器M可以防止熱機(jī)10反向運(yùn)行。在另一個(gè)非限制性的變型中，該方法包括把元件12暴露給熱能源，改變第一形狀 記憶合金的結(jié)晶相，引發(fā)元件12的初始運(yùn)動(dòng)，如上文所述。對(duì)于這個(gè)構(gòu)型，該方法還包括， 把元件12設(shè)置得與熱源14具有不足以使第一形狀記憶合金的結(jié)晶相變化的熱關(guān)系，從而 停止元件12在所期待運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)，從而停止熱機(jī)10。例如，參照?qǐng)D1A，設(shè)置的步驟可包括通過(guò)在元件12和熱源14之間設(shè)置隔離器20 把元件12與熱源14隔離開(kāi)。隔離器20可以阻擋熱流沈到元件12，而且為了任何結(jié)晶相 變化的發(fā)生，把元件12設(shè)置得與熱源14具有不充分的熱關(guān)系。因此，第一形狀記憶合金可 以停止尺寸形狀膨脹和/或收縮。即，把元件12從熱源14分隔開(kāi)可以停止元件12在所期 待運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)，從而使得熱機(jī)10被停止。因此，該方法還包括使熱機(jī)10停機(jī)。盡管描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳模式，但是熟悉本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可實(shí)施本發(fā)明的各種替代性設(shè)計(jì)和實(shí)施方式都屬于所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種起動(dòng)熱機(jī)的方法，該方法包括把熱機(jī)的元件暴露給熱能源，該熱能源由具有第一溫度的熱源和具有比第一溫度低的 第二溫度的熱沉之間的溫度差提供，其中該元件由第一形狀記憶合金形成，該第一形狀記 憶合金具有響應(yīng)于熱源和熱沉之間的溫度差在第一相變溫度時(shí)在奧氏體和馬氏體之間可 變化的結(jié)晶相；改變第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；以及在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā)元件的初始運(yùn)動(dòng)從而起動(dòng)所述熱機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，結(jié)晶相從馬氏體到奧氏體的變化響應(yīng)于熱源使第 一形狀記憶合金在局部區(qū)域尺寸收縮。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，結(jié)晶相從奧氏體到馬氏體的變化響應(yīng)于熱沉使第 一形狀記憶合金在局部區(qū)域尺寸膨脹。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，第一形狀記憶合金響應(yīng)于熱源在局部區(qū)域尺寸收 縮和響應(yīng)于熱沉在局部區(qū)域尺寸膨脹交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括激活被構(gòu)造用于腳踏起動(dòng)熱機(jī) 的起動(dòng)機(jī)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括熱激活具有第二相變溫度的構(gòu) 件，該第二相變溫度低于第一相變溫度。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括引導(dǎo)流體流經(jīng)所述元件從而改 變所述元件的溫度。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述引發(fā)步驟包括向所述熱機(jī)傳送動(dòng)能。
9.一種起動(dòng)熱機(jī)的方法，該方法包括把熱機(jī)的元件暴露給熱能源，該熱能源由具有第一溫度的熱源和具有比第一溫度低的 第二溫度的熱沉之間的溫度差提供，其中該元件被構(gòu)造為連續(xù)環(huán)并由第一形狀記憶合金形 成，該第一形狀記憶合金具有響應(yīng)于熱源和熱沉之間的溫度差在第一相變溫度時(shí)在奧氏體 和馬氏體之間可變化的結(jié)晶相；其中暴露步驟包括設(shè)置隔離器，該隔離器被構(gòu)造為從第一位置到第二位置變化時(shí)在元 件和熱源之間進(jìn)行阻擋；其中隔離器在第一位置被設(shè)置在元件和熱源之間，并且其中隔離器在第二位置不被設(shè) 置在元件和熱源之間；第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從馬氏體到奧氏體的變化響應(yīng)于熱源引起第一形狀記憶 合金在局部區(qū)域尺寸收縮，第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從奧氏體到馬氏體的變化響應(yīng)于熱 沉引起第一形狀記憶合金在局部區(qū)域尺寸膨脹，兩者交替進(jìn)行，從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能； 以及通過(guò)激活被構(gòu)造為用于腳踏起動(dòng)熱機(jī)的起動(dòng)機(jī)構(gòu)而在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā)元件 的初始運(yùn)動(dòng)，從而起動(dòng)熱機(jī)。
10.一種起動(dòng)熱機(jī)的方法，該方法包括把熱機(jī)的元件暴露給熱能源，該熱能源由具有第一溫度的熱源和具有比第一溫度低的 第二溫度的熱沉之間的溫度差提供，其中該元件由第一形狀記憶合金形成，該第一形狀記 憶合金具有響應(yīng)于熱源和熱沉之間的溫度差在第一相變溫度時(shí)在奧氏體和馬氏體之間可變化的結(jié)晶相；改變第一形狀記憶合金的結(jié)晶相從而把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能； 在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā)元件的初始運(yùn)動(dòng)從而起動(dòng)所述熱機(jī)；以及 把所述元件設(shè)置為與熱源具有不足以發(fā)生第一形狀記憶合金的結(jié)晶相變化的熱關(guān)系， 以停止所述元件在所期待的運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)，從而停用所述熱機(jī)。
全文摘要
一種起動(dòng)熱機(jī)的方法，該方法包括把熱機(jī)的一個(gè)元件暴露給熱能源，該熱能源由具有第一溫度的熱源和具有比第一溫度低的第二溫度的熱沉之間的溫度差提供。該元件由第一形狀記憶合金形成，該第一形狀記憶合金具有響應(yīng)于熱源和熱沉之間的溫度差在第一相變溫度時(shí)在奧氏體和馬氏體之間可變的結(jié)晶相。該方法還包括改變第一形狀記憶合金的結(jié)晶相以把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以及在所期待的運(yùn)行方向上引發(fā)元件的初始運(yùn)動(dòng)從而起動(dòng)所述熱機(jī)。
文檔編號(hào)F03G7/06GK102072121SQ20101062170
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者A·L·布朗, N·D·曼卡明, N·L·約翰遜, P·B·烏索羅, P·W·亞歷山大, X·高 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司