專利名稱：熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)總體上涉及一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種配置成使熱能轉(zhuǎn) 化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱能是通過物體、區(qū)域和/或流體之間的溫差提供的一種能量形式。例如，系統(tǒng)的 第一區(qū)域可能具有比系統(tǒng)的第二區(qū)域的溫度相對(duì)更高的溫度，且該溫差可以提供一個(gè)熱能 源。此外，這樣的熱能可以轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，例如，機(jī)械能或電。

發(fā)明內(nèi)容
一種配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括熱能源和配置成使熱能 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。熱能源由具有第一溫度的熱源和具有低于第一溫度的第二溫 度的冷源(heat sink)之間的溫差提供。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)布置成與所述冷源成熱關(guān)系，并且包 括第一形狀記憶合金形成的元件，第一形狀記憶合金具有能響應(yīng)于所述熱源和所述冷源之 間的溫差而在第一轉(zhuǎn)變溫度下在奧氏體和馬氏體之間變化的晶相。此外，所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)包括啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)配置成在期望的運(yùn)行方向上引發(fā)所述元件的初始運(yùn)動(dòng)從 而啟動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。在一種變型中，所述元件配置為連續(xù)環(huán)。所述第一形狀記憶合金具有這樣的晶相， 該晶相可響應(yīng)于熱源而在第一轉(zhuǎn)變溫度下從馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變，從而在局部區(qū)域發(fā)生尺 寸收縮；以及響應(yīng)于冷源而在第一轉(zhuǎn)變溫度下從奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，從而在另一局部區(qū) 域發(fā)生尺寸擴(kuò)張。另外，所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括配置成使所述元件與熱源隔離的隔離器。在另一種變型中，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括配置為連續(xù)環(huán)的元件和多個(gè)配置成支持所述元 件的皮帶輪，由此連續(xù)環(huán)沿著所述多個(gè)皮帶輪移動(dòng)。啟動(dòng)機(jī)構(gòu)配置成在期望的運(yùn)行方向上 引發(fā)所述元件的初始運(yùn)動(dòng)，從而使所述元件沿著所述多個(gè)皮帶輪移動(dòng)并啟動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)有效地使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。也就是說(shuō)，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)有效地 收集熱能并產(chǎn)生機(jī)械輸出。此外，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)可以在不使用一段時(shí)間之后或在臨時(shí)停止后 啟動(dòng)。尤其是，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括起動(dòng)(kick-start)功能從而在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間引發(fā)所 述元件的初始運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還涉及以下解決方案方案1. 一種配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)包括熱能源，其由具有第一溫度的熱源和具有第二溫度的冷源之間的溫差提供，其中所述第二溫度比所述第一溫度低；熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其布置成與所述冷源具有熱關(guān)系并配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其 中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括由第一形狀記憶合金形成的元件，所述第一形狀記憶合金具有能響 應(yīng)于所述熱源和所述冷源之間的溫差而在第一轉(zhuǎn)變溫度下在奧氏體和馬氏體之間轉(zhuǎn)變的 晶相；禾口啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，其配置成在期望的運(yùn)行方向上引發(fā)所述元件的初始運(yùn)動(dòng)，從而啟動(dòng)所 述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。方案2.如方案1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一形狀記憶合金響應(yīng)于所述 熱源而從馬氏體向奧氏體改變晶相，從而在局部區(qū)域發(fā)生尺寸收縮。方案3.如方案2所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一形狀記憶合金響應(yīng)于所述 冷源而從奧氏體向馬氏體改變晶相，從而在所述局部區(qū)域發(fā)生尺寸擴(kuò)張。方案4.如方案3所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一形狀記憶合金交替地響應(yīng) 于所述熱源而在所述局部區(qū)域發(fā)生尺寸收縮和響應(yīng)于所述冷源而在所述局部區(qū)域發(fā)生尺 寸擴(kuò)張，從而使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。方案5.如方案1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括熱激活元件，所 述熱激活元件具有比所述第一轉(zhuǎn)變溫度低的第二轉(zhuǎn)變溫度。方案6.如方案1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)配置成向所述熱力發(fā) 動(dòng)機(jī)提供動(dòng)能。方案7.如方案1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括鎖閂，所述鎖閂 配置成使得所述元件與所述熱源具有不足以使奧氏體和馬氏體之間的晶相改變發(fā)生的熱關(guān)系。方案8.如方案7所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連結(jié)件 (linkage)，所述連結(jié)件配置成當(dāng)所述鎖閂脫離接合時(shí)在期望的運(yùn)行方向上推動(dòng)所述熱力 發(fā)動(dòng)機(jī)。方案9.如方案1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括離合器，所述離 合器配置成防止所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)在不期望的運(yùn)行方向上運(yùn)行。方案10.如方案1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括配置成引導(dǎo)流 體流過所述元件從而改變所述元件的溫度的裝置。方案11.如方案1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括配置成使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電的發(fā) 電機(jī)，其中所述第一形狀記憶合金交替地響應(yīng)于所述第二溫度而在局部區(qū)域發(fā)生尺寸擴(kuò)張 和響應(yīng)于所述第一溫度而在另一局部區(qū)域發(fā)生尺寸收縮，從而使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并驅(qū)動(dòng) 所述發(fā)電機(jī)。方案12. —種配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)包括熱能源，其由具有第一溫度的熱源和具有第二溫度的冷源之間的溫差提供，其中 所述第二溫度比所述第一溫度低；熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其布置成與所述冷源具有熱關(guān)系并配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其 中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括由第一形狀記憶合金形成的元件，所述第一形狀記憶合金具有的晶 相能響應(yīng)于所述熱源而在第一轉(zhuǎn)變溫度下從馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變，從而在局部區(qū)域發(fā)生尺
4寸收縮，以及響應(yīng)于所述冷源而從奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，從而在另一局部區(qū)域發(fā)生尺寸擴(kuò) 張，其中所述元件配置成連續(xù)環(huán)；和啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，其配置成在期望的運(yùn)行方向上引發(fā)所述元件的初始運(yùn)動(dòng)從而啟動(dòng)所述 熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括配置成將所述元件與所述熱源隔離的隔離器。方案13.如方案12所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述隔離器是配置成使所述元件 與所述熱源熱絕緣的絕熱器。方案14.如方案12所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述隔離器能定位于所述元件和 所述熱源之間從而把所述熱源與所述元件阻隔。方案15.如方案12所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述隔離器能相對(duì)于所述熱源移 動(dòng)從而使所述元件暴露于所述熱源。方案16. —種配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)包括熱能源，其由具有第一溫度的熱源和具有第二溫度的冷源之間的溫差提供，其中 所述第二溫度比所述第一溫度低；熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其布置成與所述冷源具有熱關(guān)系并配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其 中所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括由第一形狀記憶合金形成的元件，所述第一形狀記憶合金具有的晶相能響應(yīng)于所 述熱源而在第一轉(zhuǎn)變溫度下從馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變，從而發(fā)生尺寸收縮，以及響應(yīng)于所述 冷源而在所述第一轉(zhuǎn)變溫度下從奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，從而發(fā)生尺寸擴(kuò)張，其中所述元件 配置成連續(xù)環(huán)；和多個(gè)皮帶輪，其配置成支持所述元件，由此所述連續(xù)環(huán)沿著所述多個(gè)皮帶輪移動(dòng)； 和啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，其配置成在期望的運(yùn)行方向上引發(fā)所述元件的初始運(yùn)動(dòng)，從而使所述 元件沿著所述多個(gè)皮帶輪移動(dòng)并啟動(dòng)所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。方案17.如方案16所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述連續(xù)環(huán)的第一部分比所述連 續(xù)環(huán)的第二部分長(zhǎng)，從而所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。方案18.如方案16所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述連續(xù)環(huán)僅僅在期望的運(yùn)行方 向上沿著所述多個(gè)皮帶輪移動(dòng)。方案19.如方案16所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一形狀記憶合金交替地響 應(yīng)于所述熱源而在所述局部區(qū)域發(fā)生尺寸收縮和響應(yīng)于所述冷源而在所述局部區(qū)域發(fā)生 尺寸擴(kuò)張，從而使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。結(jié)合附圖，在下面對(duì)實(shí)施本發(fā)明最佳方式的詳細(xì)描述中，上面的特征和優(yōu)點(diǎn)以及 其他特征和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。


圖1是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖，其包括熱能源、配置為使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的 熱力發(fā)動(dòng)機(jī)、和用于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)機(jī)構(gòu)；圖2是圖1中的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)、圖1中的啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種變型、和用來(lái)結(jié)合于圖1中 熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電機(jī)的透視示意圖3A是圖1中啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一種變型的透視示意圖，其包括鎖閂；圖;3B是圖3A中啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一種構(gòu)造的透視示意圖；圖4是圖1中啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的又一種變型的透視示意圖，其包括熱激活部件；和圖5是圖1中啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的再一種變型的透視示意圖，其包括勢(shì)能源。
具體實(shí)施例方式參照附圖，其中相似的附圖標(biāo)記指代相似的部件，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)概括地由圖1 中的10示出。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10 可以是對(duì)于包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、車輛排氣系統(tǒng)、動(dòng)力系系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的汽車 應(yīng)用有用的。然而，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10也可以是對(duì)非汽車應(yīng)用有用的，例如，但不限于家庭 供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)。現(xiàn)在參照?qǐng)D1，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括熱能源。熱能源由具有第一溫度T1的熱源 12和具有第二溫度1~2的冷源14之間的溫差Δ T提供，其中第二溫度T2低于第一溫度1\。 也就是說(shuō)，第一溫度T1是高于且不同于第二溫度T2的。例如，第一溫度T1和第二溫度T2之 間的溫差八1~可以小至大約51且不超過大約1001。換句話說(shuō)，溫差ΔΤ可以大于或等于 大約5°C且小于或等于大約30°C，例如，小于或等于大約10°C。作為非限制例子，盡管沒有 示出，溫差ΔΤ可存在于催化轉(zhuǎn)化器、電池盒、變速器、車輪、制動(dòng)器、減震器、散熱器、熱交 換器、消聲器、渦輪/機(jī)械增壓器、插入式(Plug-in)單元、和車輛外部之間或之中。也就是 說(shuō)，溫差Δ T可存在于發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑系統(tǒng)、電池冷卻系統(tǒng)等之間或之中。熱源12和冷源14均可以選自氣體、液體、固體及其組合。例如，熱源12和冷源14 中的至少一個(gè)可以是氣體，例如車輛(未示出)廢氣排放物的一部分或者車輛外部環(huán)境中 的環(huán)境空氣。此外，與冷源14相比，熱源12可以有不同的形態(tài)或相。例如，熱源12可以是 氣體，而冷源14可以是液體。另外，熱源12可以具有與冷源14 一樣的成分，或者與冷源14 具有不同成分。在一種變型中，熱源12和冷源14各自可以是來(lái)自車輛的排氣，但是熱源12 的排氣可以具有第一溫度T1，它高于冷源14的排氣的第二溫度Τ2。也就是說(shuō)，如同前面闡 述的，冷源14的排氣可以冷于熱源12的排氣?；蛘撸湓?6可以是車輛(未示出)外部 的周圍環(huán)境，例如車輛行駛中越過車輛的相對(duì)冷的氣流。在另一個(gè)參照?qǐng)D2描述的變型中，熱源12和冷源14中的至少一個(gè)可以是固體，例 如排氣導(dǎo)管、管道、滾子、惰輪56和58(圖幻，和/或其它固體車輛部件。在這個(gè)變型中，熱 源12和/或冷源14還可以包括多個(gè)配置成從熱源12和/或向冷源14導(dǎo)熱的接觸體16， 如下更詳細(xì)闡明的。再次參考圖1和2，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10還包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18配 置成使熱能(如熱量)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如下更加詳細(xì)闡明的。更具體地，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18包 括由第一形狀記憶合金形成的元件20 (圖幻，第一形狀記憶合金具有能響應(yīng)于熱源12和冷 源14之間的溫差ΔΤ而在第一轉(zhuǎn)變溫度Tteansl下在奧氏體和馬氏體之間變化的晶相。也就 是說(shuō)，第一形狀記憶合金可以具有特定的轉(zhuǎn)變溫度Tteansl，在此溫度下第一形狀記憶合金在 各晶相之間轉(zhuǎn)變。在此使用的術(shù)語(yǔ)“形狀記憶合金”是指表現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)和有能力迅速改變剛 度、彈性系數(shù)(spring rate)和/或形狀穩(wěn)定性方面的性質(zhì)的合金。也就是說(shuō)，第一形狀記
6憶合金可通過分子或晶體重排而經(jīng)歷固態(tài)晶相變化，從而在馬氏體相(即“馬氏體”)和奧 氏體相(即“奧氏體”)之間轉(zhuǎn)變。換句話說(shuō)，第一形狀記憶合金可經(jīng)歷位移性轉(zhuǎn)變而不是 擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變，以在馬氏體與奧氏體之間變換。位移性轉(zhuǎn)變定義為由原子或原子團(tuán)相對(duì)于臨 近的原子或原子團(tuán)的協(xié)同運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。一般情況下，馬氏體相是指相對(duì)較低 溫度的相，往往比相對(duì)較高溫度的奧氏體相容易變形。第一形狀記憶合金開始從奧氏體相向馬氏體相轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度已知為馬氏體開始 溫度Ms。第一記憶合金完成從奧氏體相向馬氏體相轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度已知為馬氏體終止溫度 Mf，或者第一轉(zhuǎn)變溫度Tteansl。類似地，當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鹗軣釙r(shí)，第一形狀記憶合金開始 從馬氏體相向奧氏體相轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度已知為奧氏體開始溫度As。第一形狀記憶合金完成從 馬氏體相向奧氏體相轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度已知為奧氏體終止溫度Af，或者第一轉(zhuǎn)變溫度Tteansl。因此，第一形狀記憶合金形成的元件20可以由冷態(tài)表征，即當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖?的溫度低于第一形狀記憶合金的馬氏體終止溫度Mf或第一轉(zhuǎn)變溫度Tteansl時(shí)的狀態(tài)。同 樣，元件20也可以由熱態(tài)表征，即當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鸬臏囟雀哂诘谝恍螤钣洃浐辖鸬膴W 氏體終止溫度Af或第一轉(zhuǎn)變溫度Ttransl時(shí)的狀態(tài)。在運(yùn)行中，預(yù)加應(yīng)變或受張應(yīng)力的第一形狀記憶合金可以通過改變晶相而改變尺 寸，從而使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。也就是說(shuō)，當(dāng)暴露于熱能源時(shí)，第一形狀記憶合金可以通過 改變晶相而改變尺寸，從而使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。尤其是，第一形狀記憶合金可從馬氏體向 奧氏體改變晶相，從而在局部區(qū)域(在圖2中概括地表示為44)發(fā)生尺寸收縮，從而使得熱 能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。更具體地說(shuō)，如果第一形狀記憶合金已經(jīng)預(yù)先假塑性地預(yù)加應(yīng)變，那么第 一形狀記憶合金可以在尺寸上收縮。術(shù)語(yǔ)“假塑性地預(yù)加應(yīng)變”指的是當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐?金處于馬氏體相時(shí)，拉伸(例如，施加應(yīng)變給)處在負(fù)載下的元件20。當(dāng)元件20卸載時(shí)，處 在負(fù)載下的第一形狀記憶合金的形狀不完全恢復(fù)。相反，當(dāng)在純彈性應(yīng)變下被施加應(yīng)變時(shí)， 元件20的形狀可以完全恢復(fù)。因此，在卸載時(shí)，第一形狀記憶合金形成的元件20表現(xiàn)為已 有塑性變形，但是當(dāng)元件20被加熱到奧氏體開始溫度As時(shí)，加有應(yīng)變的形狀可以恢復(fù)以使 元件20回到原始長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，可以對(duì)第一形狀記憶合金加載，使得第一形狀記憶合金 的彈性應(yīng)變極限被超越，并且在超過第一形狀記憶合金的真塑性應(yīng)變極限之前在第一形狀 記憶合金的馬氏體晶體結(jié)構(gòu)中發(fā)生變形。這種在彈性應(yīng)變極限和真塑性應(yīng)變極限之間的應(yīng) 變就是假塑性應(yīng)變。因此，第一形狀記憶合金形成的元件20可以在裝入熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18之前被拉伸以 使第一形狀記憶合金的標(biāo)稱長(zhǎng)度包括可恢復(fù)的假塑性應(yīng)變。該可恢復(fù)的假塑性應(yīng)變可以提 供致動(dòng)和/或驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的運(yùn)動(dòng)。因此，在不預(yù)拉伸第一形狀記憶合金的情況下， 在晶相改變過程中會(huì)發(fā)生很少量的變形。此外，元件20可以受到通過偏壓機(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)提供的張力來(lái)實(shí)現(xiàn)晶相改變。相反，第一形狀記憶合金可以響應(yīng)于冷源14而從奧氏體向馬氏體改變晶相，從而 在局部區(qū)域44發(fā)生尺寸擴(kuò)張。例如，當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鹗艿嚼瓚?yīng)力和第二溫度T2時(shí)，第 一形狀記憶合金可以在尺寸上發(fā)生擴(kuò)張。因此，第一形狀記憶合金可以通過交替地?cái)U(kuò)張和 收縮使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。也就是說(shuō)，第一形狀記憶合金可以交替地響應(yīng)于熱源12而在局 部區(qū)域44發(fā)生尺寸收縮和響應(yīng)于冷源14而在局部區(qū)域44發(fā)生尺寸擴(kuò)張，從而把熱能轉(zhuǎn)化 為機(jī)械能，如下更詳細(xì)闡明的。
第一形狀記憶合金可以具有任何適當(dāng)?shù)某煞?。特別是，第一形狀記憶合金可以聯(lián) 合地包括選自鈷、鎳、鈦、銦、錳、鐵、鈀、鋅、銅、銀、金、鎘、錫、硅、鉬和鎵的元素。例如，適當(dāng) 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、和銅-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、和一種或多種這些組合中的每種的組合。第一形狀記憶合金可以是二 元、三元或任何更多元，只要第一形狀記憶合金展現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)，例如，在形狀定向、阻 尼能力等方面的變化。第一形狀記憶合金可以根據(jù)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的期望運(yùn)行溫度進(jìn) 行選擇，如下更加詳細(xì)闡述的。在一個(gè)具體實(shí)例中，第一形狀記憶合金可以包括鎳和鈦。另外，第一形狀記憶合金形成的元件20可以具有任何適宜的形態(tài)，S卩，形狀。例 如，元件20可以具有形狀變化元件的形態(tài)。也就是說(shuō)，元件20可以具有選自彈簧、帶、線、 條、連續(xù)環(huán)、和其組合的形態(tài)。參照?qǐng)D2，在一種變型中，元件20可以配置成連續(xù)環(huán)彈簧 (continuous loop spring)0第一形狀記憶合金可以通過任何適宜的方式使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。例如，第一形 狀記憶合金形成的元件20可以激活皮帶輪系統(tǒng)(大致在圖2示出并在下面詳細(xì)闡述)、與 杠桿(未示出)接合、使飛輪(未示出)旋轉(zhuǎn)、與螺旋槳(screw)(未示出)接合，等等。再參照?qǐng)D1和圖2中的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18布置成與冷源14成熱關(guān)系， 例如熱交換關(guān)系。例如，如圖2所示，可以臨近冷源14布置熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18以使熱能可以從 熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18向冷源14傳輸。再參照?qǐng)D2，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10也可以包括配置成使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電(在圖2中 概括地以符號(hào)M表示)的發(fā)電機(jī)22。發(fā)電機(jī)22可以是任何使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電M的適合 的裝置。例如，發(fā)電機(jī)22可以是利用電磁感應(yīng)使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電M的發(fā)電機(jī)，且可以包括 相對(duì)于定子(未示出)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(未示出)。發(fā)電機(jī)22可以由熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18驅(qū)動(dòng)。也就是說(shuō)，通過第一形狀記憶合金形成的 元件20由熱能轉(zhuǎn)化所得到的機(jī)械能可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22。更具體地說(shuō)，前述的第一形狀記憶 合金在尺寸上的收縮和擴(kuò)張可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22。也就是說(shuō)，第一形狀記憶合金可以交替地 響應(yīng)于第一溫度T1在局部區(qū)域44發(fā)生尺寸收縮和響應(yīng)于第二溫度T2在局部區(qū)域44發(fā)生 尺寸擴(kuò)張，以使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，且驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22，如下面更詳細(xì)的闡述。再參照?qǐng)D1，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10還包括啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈配置成在期望的 運(yùn)行方向上引發(fā)元件20的初始運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)啟動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18。也就是說(shuō)，在某些條件下， 例如，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18不使用或臨時(shí)停止一段時(shí)間之后，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以向熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18 提供能量以啟動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18。換句話說(shuō)，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以起動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18并引發(fā)在 期望運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)。因此，術(shù)語(yǔ)“啟動(dòng)”是指熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的不運(yùn)行之后的任何情形。 例如，啟動(dòng)可以發(fā)生在長(zhǎng)期不使用熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18之后，或可以發(fā)生在臨時(shí)停止熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 18之后。因此，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的啟動(dòng)或重啟動(dòng)期間，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以引發(fā)元件20的初 始運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，尤其當(dāng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18和/或元件20具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)需要“起動(dòng)” 來(lái)確保熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10在期望的運(yùn)行方向上運(yùn)行。同樣，因?yàn)闊崃Πl(fā)動(dòng)機(jī)18和/或元 件20可以配置成僅在一個(gè)方向上運(yùn)行，如下面詳細(xì)描述的，所以，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可協(xié)助調(diào)節(jié) 形狀記憶合金的溫度。也就是說(shuō)，由于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的停止可引起由形狀記憶合金形成的元件20過熱，所以，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的停止期間啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以確保元件20的正在進(jìn)行 的運(yùn)動(dòng)(ongoing movement)。在參照?qǐng)D2描述的一個(gè)非限制的變型中，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈包括配置成使元件20與熱 源12隔離的隔離器洲。也就是說(shuō)，在運(yùn)行中，隔離器觀可以至少部分地使熱源12和元件 20之間的熱流(在圖1中以箭頭30示出)中斷。隔離器觀可以是任何適于至少部分地阻 擋從熱源12流向元件20的熱流30 (圖1)的設(shè)備。例如，隔離器觀可以是配置成使元件 20與熱源12熱絕緣的絕熱器。作為非限制例子，絕熱器可以是配置成使從熱源12流向冷 源14的熱流30 (圖1)中斷的陶瓷護(hù)罩。再參照?qǐng)D1，隔離器觀相對(duì)于熱源12是可以移動(dòng)的。也就是說(shuō)，隔離器觀可以 以圖1中箭頭32指示的方向在垂直于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10內(nèi)熱流30的平面內(nèi)滑動(dòng)，以此阻 擋熱流30流向第一形狀記憶合金形成的元件20。例如，隔離器觀可以位于元件20和熱 源12之間從而把熱源12與元件20阻隔。因此，隔離器觀可以具有適當(dāng)?shù)拇笮『托螤钜?在元件20和熱源12之間定位和/或滑動(dòng)。繼續(xù)參照?qǐng)D1，在運(yùn)行中，例如，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10關(guān)閉期間，隔離器觀可以移 動(dòng)至元件20和熱源12之間的位置以充分地將熱源12與元件20隔離，以使第一形狀記憶 合金不能改變晶相，如下詳細(xì)描述的。同樣，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的啟動(dòng)期間和/或停止之后， 隔離器28可以從元件20移開以使隔離器28不布置在熱源12和元件20之間。因此在這 種位置下，至少部分熱流30可以發(fā)生在熱源12和元件20之間。雖然沒有示出，但在另外一種變型中，元件20可以可替代地能相對(duì)于熱源12移動(dòng) 以使元件20暴露于熱源12。也就是說(shuō)，隔離器觀可以被固定而元件20可以是可動(dòng)的。例 如，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的啟動(dòng)期間和/或停止之后，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18和/或元件20可以至少 部分地從隔離器觀移開并進(jìn)入熱流30中。類似地，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18關(guān)閉期間，熱力發(fā)動(dòng) 機(jī)18和/或元件20可以向通過隔離器觀而與熱源12充分隔離的位置移動(dòng)以使第一形狀 記憶合金不改變晶相。現(xiàn)在參照?qǐng)D3A和;3B，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可包括鎖閂34，鎖閂34配置成將元件20布置 成與熱源12處于不足以使奧氏體和馬氏體之間的晶相改變發(fā)生的熱關(guān)系。也就是說(shuō)，鎖閂 34可以配置成使得元件20與熱源12布置成不充分熱關(guān)系以使第一形狀記憶合金不會(huì)改變 晶相。例如，鎖閂34可以包括可以旋轉(zhuǎn)以接合和脫離接合的旋轉(zhuǎn)臂(未示出)。在圖3A示出的一種變型中，鎖閂34可以把隔離器觀保持在某一位置，使得從熱 源12流向元件20的熱流(圖1中的箭頭30)中斷。也就是說(shuō)，當(dāng)希望熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10 不運(yùn)行時(shí)，即關(guān)閉時(shí)，鎖閂34可以保持或另外定位隔離器觀以使元件20與熱源12或冷源 14不處于足以發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變的熱關(guān)系。例如，如在圖3A中所示，鎖閂34可以配置成將隔離 器觀定位于熱源12和冷源14之間以阻擋流向元件20的熱流30(圖1)。相反地，當(dāng)希望 熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10運(yùn)行時(shí)，例如，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18啟動(dòng)期間，鎖閂34可以釋放隔離器觀以 使隔離器觀可以在箭頭32的方向上移動(dòng)，以便將元件20定位成與熱源12處于足以使晶 相轉(zhuǎn)變發(fā)生的熱關(guān)系。因此，如圖3A所示，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以包括鎖閂34和隔離器觀(例如上面所述的 絕熱器)的組合。也就是說(shuō)，在運(yùn)行中，鎖閂34可以把元件20布置成與熱源12具有不充 分的熱關(guān)系，例如，與所述多個(gè)接觸體16不充分接觸，這樣當(dāng)絕熱器也使元件20與熱源12熱絕緣時(shí)，第一形狀記憶合金不改變晶相。作為一個(gè)非限制例子，接觸體16可以是能在熱 源12和元件20之間實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)的柔性毛須。在另一個(gè)例子中，所述多個(gè)接觸體16可以是配 置成與元件20界面接合(interface)的滾子。雖然沒有示出，但所述多個(gè)接觸體16也可 以從元件20延伸，使得元件20包括多個(gè)柔性毛須。再參照?qǐng)D3A，對(duì)于包括多個(gè)熱傳導(dǎo)接觸體16的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的變型，鎖閂 34可以保持元件20充分地與接觸體16隔開以使傳導(dǎo)中斷。相反地，當(dāng)希望熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)10運(yùn)行時(shí)，鎖閂34可以脫離接合。也就是說(shuō)，鎖閂34可以釋放或另外定位第一形狀記 憶合金形成的元件20，使之與熱源12和冷源14中的每個(gè)處于充分熱關(guān)系中(例如，接觸) 以使第一形狀記憶合金可以改變晶相。在圖;3B示出的另一種變型中，鎖閂34可以保持元件20與熱源12成不充分的熱 關(guān)系，從而防止元件20的運(yùn)動(dòng)(例如，平移)。也就是說(shuō)，鎖閂34可以把元件20保持在希 望的位置上，使得第一形狀記憶合金的運(yùn)動(dòng)(例如，交替的尺寸擴(kuò)張和收縮)不會(huì)發(fā)生。當(dāng) 釋放時(shí)，鎖閂34可以允許元件20在圖;3B中箭頭36所示的方向上運(yùn)動(dòng)，即垂直于熱力發(fā)動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)10內(nèi)的熱流30 (圖1)的方向。再參照?qǐng)D3B，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以包括配置成當(dāng)鎖閂34脫離接合時(shí)在希望的運(yùn)行方 向上推動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的連結(jié)件38。也就是說(shuō)，連結(jié)件38可以在希望的運(yùn)行方向上(例 如順時(shí)針方向)“起動(dòng)”熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。連結(jié)件38可以是在希望運(yùn)行方向上推動(dòng)熱力 發(fā)動(dòng)機(jī)18的任何適合裝置或系統(tǒng)。例如，連結(jié)件38可以包括凸輪、轉(zhuǎn)盤、斜坡(ramp)、或其 組合。在一種變型中，連結(jié)件38可以平行于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的期望運(yùn)行方向運(yùn)動(dòng)且可以包 括旋轉(zhuǎn)以接合或脫離接合的臂(未示出)。包括鎖閂34的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的應(yīng)用是有用的。 在這樣的應(yīng)用中，鎖閂34可以把元件20保持在不足以使熱流30(圖1)從熱源12和/或 冷源14流向元件20的熱關(guān)系中，以使第一形狀記憶合金不會(huì)改變晶相，直到熱源12(例如 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣)達(dá)到期望的第一溫度T1為止。再參照?qǐng)D2，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈還可以包括離合器40，離合器40 配置成防止熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18在不期望的運(yùn)行方向上(例如逆時(shí)針方向或向左)運(yùn)行。也就 是說(shuō)，離合器40可以包括棘輪機(jī)構(gòu)(ratcheting mechanism)以允許熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18僅僅在 期望的運(yùn)行方向上運(yùn)行。因此，離合器40可以表征為“單向”且可以確保熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 10不被“反向驅(qū)動(dòng)”。繼續(xù)參照?qǐng)D2，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈還可以包括配置成引導(dǎo)流體流穿過元件20以此改變?cè)?件20的溫度的裝置42。例如，裝置42可以降低元件20的溫度。在一個(gè)非限制性變型中， 裝置42可以包括定向成使熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10外部的空氣和/或相對(duì)較冷的排氣可以流過 第一形狀記憶合金形成的元件20的葉片或空氣入口?？商娲兀b置42可以向元件20噴 射冷卻的液體。當(dāng)裝置42降低元件20的溫度時(shí)，元件20可以在尺寸上擴(kuò)張且引發(fā)熱力發(fā) 動(dòng)機(jī)18在期望運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)。因此，與另一個(gè)區(qū)域(例如在圖2中以箭頭46表示的 另一個(gè)局部區(qū)域)相比，熱流30(圖1)可以通過通風(fēng)扇片(vent flap)或葉片增加至一個(gè) 區(qū)域(例如在圖2中以箭頭44表示的局部區(qū)域)。反之，裝置42可以升高元件20的溫度。例如，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10外部的空氣和 /或相對(duì)較暖的排氣可以流過第一形狀記憶合金形成的元件20?？商娲?，裝置42可以向
10元件20噴射加熱的液體。當(dāng)裝置42升高元件20的溫度時(shí)，元件20可以在尺寸上收縮且 引發(fā)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18在期望運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)。裝置42可以可替代地或另外地引導(dǎo)流體流沿著元件20流動(dòng)，從而在元件20上施 加拖拽(drag)，以致引起元件20的運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，裝置42引導(dǎo)的流體可以在元件20上 引起拖拽，并且引發(fā)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18在期望運(yùn)行方向上的運(yùn)動(dòng)。在參考圖4描述的另一種變型中，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以包括具有低于第一轉(zhuǎn)變溫度 Ttransl的第二轉(zhuǎn)變溫度Ttrans2的熱激活元件48。例如，熱激活元件48可以由不同于上面所 述的第一形狀記憶合金的第二形狀記憶合金形成。與熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的第一形狀記憶合金 相比，第二形狀記憶合金可以在不同的(例如較低)的第二轉(zhuǎn)變溫度Tteans2下致動(dòng)。因此， 在熱源12達(dá)到第一溫度T1之前，由第二形狀記憶合金形成的熱激活元件48可在第一形狀 記憶合金提供熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的連續(xù)運(yùn)行之前給熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18提供初始運(yùn)動(dòng)。作為非限制例子，熱激活元件48可以由雙金屬條或蠟致動(dòng)器形成。例如，熱激活 元件48可以響應(yīng)于第二轉(zhuǎn)變溫度Ttrans2而變形、融化和/或擴(kuò)張，且當(dāng)其變形時(shí)，在指定的 方向摩擦或推動(dòng)元件20以起動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5，在另一種變型中，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以配置成給予熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18動(dòng)能。 例如，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)26可以配置成釋放勢(shì)能并給予熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18動(dòng)能。在該變型中，啟動(dòng)機(jī)構(gòu) 沈可以包括勢(shì)能源50，例如彈簧或懸掛物塊。因此，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以被觸發(fā)以釋放被彈簧 或懸掛物塊存儲(chǔ)的勢(shì)能且向熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18提供初始的、受控制的動(dòng)能。作為非限制例子， 包括彈簧或懸掛物塊的啟動(dòng)機(jī)構(gòu)26可以作用在杠桿52上以在期望的運(yùn)行方向上輕推元件 20或皮帶輪58?？商娲鼗蛄硗獾?，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以包括動(dòng)能源，例如但是不限于振動(dòng)能源。例 如，對(duì)于汽車應(yīng)用，所述動(dòng)能源可以由例如來(lái)自車輛發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)或制動(dòng)系統(tǒng)(未示 出)的振動(dòng)提供。也就是說(shuō)，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以可釋放地連接到車輛的剛性結(jié)構(gòu)元件 (未示出)，并且可以通過把熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18暴露于車輛振動(dòng)來(lái)將動(dòng)能提供給熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18。 在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18充分地振動(dòng)或搖動(dòng)以引發(fā)元件20的初始運(yùn)動(dòng)之后，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可 以從車輛的剛性結(jié)構(gòu)元件隔離或分離。隔離器觀也可以配置成把元件20與振動(dòng)能源隔離。 因此，振動(dòng)可以用來(lái)初始時(shí)在期望的運(yùn)行方向上推動(dòng)元件20或皮帶輪58。在另一種變型 中，可以通過反向驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22以使發(fā)電機(jī)22用作電動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)能源。另外，可以理解的是，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以使熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18暴露于多種能源。例如，在 非標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，即受損熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的運(yùn)行和/或在設(shè)計(jì)外條件下的運(yùn)行期間，熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 18可以對(duì)振動(dòng)能源和勢(shì)能源50(圖幻做出反應(yīng)。此外，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18可以暴露于處在串 聯(lián)或并聯(lián)配置中的能源。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18可以暴露于各種能源并持續(xù)不同的短暫時(shí)間。此 外，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)26可以配置成與熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的任何部件相互作用。也就是說(shuō)，啟動(dòng)機(jī) 構(gòu)26可以接觸或接合元件20，和/或可以接觸或接合熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的其它結(jié)構(gòu)，例如 下面詳細(xì)描述的皮帶輪56、58。再參照?qǐng)D2，在一個(gè)非限制例子中，元件20可以配置成連續(xù)環(huán)(在圖2中概括地由 M示出)。在該例子中，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18可以包括配置成支持元件20的多個(gè)皮帶輪56、58 或輪子。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18也可以包括配置成用于支持所述多個(gè)皮帶輪56、58或輪子的框架 60。例如，所述多個(gè)皮帶輪56、58或輪子可以布置在多個(gè)軸62、64上，并且可以相對(duì)于框架60旋轉(zhuǎn)。第一形狀記憶合金形成的元件20可以由輪子或皮帶輪56、58支持和沿著它們移 動(dòng)。也就是說(shuō)，在這個(gè)變型中，連續(xù)環(huán)M沿著所述多個(gè)皮帶輪56、58移動(dòng)。如圖2所示，連續(xù)環(huán)M的第一部分66可以比連續(xù)環(huán)M的第二部分68長(zhǎng)，由此熱 力發(fā)動(dòng)機(jī)18具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因此，元件20的初始運(yùn)動(dòng)可以通過非對(duì)稱地運(yùn)行熱力發(fā)動(dòng) 機(jī)18來(lái)引發(fā)，使得因第一部分66的尺寸擴(kuò)張所致的元件20在長(zhǎng)度上的變化不會(huì)等于因第 二部分68的尺寸收縮所致的元件20在長(zhǎng)度上的變化。繼續(xù)參照?qǐng)D2，輪子或皮帶輪56、58的旋轉(zhuǎn)速度可以任選地通過一個(gè)或多個(gè)齒輪 組70來(lái)改變。此外，發(fā)電機(jī)22可以包括附接到輪子或皮帶輪56的驅(qū)動(dòng)軸72。當(dāng)輪子或皮 帶輪56、58響應(yīng)于在尺寸上擴(kuò)張和收縮的第一形狀記憶合金形成的元件20而圍繞熱力發(fā) 動(dòng)機(jī)18的相應(yīng)軸62、64轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸72可以旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22。因此，發(fā)電機(jī) 22可以生成電對(duì)，這樣機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電對(duì)。相反地，參照?qǐng)D2，發(fā)電機(jī)22可以驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18，例如，在啟動(dòng)期間。也就是 說(shuō)，如上面陳述，在這個(gè)變型中，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以包括發(fā)電機(jī)22。發(fā)電機(jī)22可以作為電動(dòng) 機(jī)運(yùn)行，且可以驅(qū)動(dòng)附接到輪子或皮帶輪56的驅(qū)動(dòng)軸72。電動(dòng)機(jī)可以使輪子或皮帶輪56、 58中的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)，以在期望的運(yùn)行方向上提供熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的初始運(yùn)行。當(dāng)皮帶輪 56轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，配置成連續(xù)環(huán)M的元件20沿著所述多個(gè)皮帶輪56、58移動(dòng)且因此啟動(dòng)熱力發(fā) 動(dòng)機(jī)18。因此，在這個(gè)例子中，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈配置成在期望的運(yùn)行方向上引發(fā)元件20的初始 運(yùn)動(dòng)，以使元件20沿著所述多個(gè)皮帶輪56、58移動(dòng)并啟動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18。如上所述，對(duì)于這個(gè)變型，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)沈可以進(jìn)一步包括配置成防止熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18 在不期望的運(yùn)行方向上運(yùn)行的離合器40。也就是說(shuō)，一個(gè)或多個(gè)皮帶輪56、58可以包括單 向離合器40以防止在不期望的運(yùn)行方向上旋轉(zhuǎn)。因此，連續(xù)環(huán)M可以沿著所述多個(gè)皮帶 輪56、58僅僅在期望的運(yùn)行方向上移動(dòng)?？商娲鼗蚋郊拥?，振動(dòng)可以用于使輪子或皮帶 輪56、58中的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)以起動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18。在運(yùn)行中，且一般性地參照?qǐng)D2描述的，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18，尤其是第一形狀記憶合金 形成的元件20，可以布置成與熱源12和冷源14中的每個(gè)成不充分或充分的熱關(guān)系以便晶 相改變發(fā)生，如上所述。也就是說(shuō)，元件20可以相對(duì)于熱源12和冷源14中的每個(gè)布置以 便對(duì)第一溫度T1和/或第二溫度T2做出反應(yīng)。例如，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18的元件20可以布置成 與熱源12和冷源14的多個(gè)接觸體16相接觸以便通過傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)第一形狀記憶合金的晶相 改變?？商娲兀?0可以布置成與熱源12和/或冷源14上的輻射涂層成充分的熱關(guān) 系以便通過輻射實(shí)現(xiàn)第一形狀記憶合金的晶相改變。因此，當(dāng)與熱源12和冷源14中的一個(gè)處于熱關(guān)系時(shí)，第一形狀記憶合金可以在奧 氏體和馬氏體之間改變晶相。例如，當(dāng)與熱源12處于熱關(guān)系時(shí)，第一形狀記憶合金可以從 馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變。同樣地，當(dāng)與冷源14處于熱關(guān)系時(shí)，第一形狀記憶合金可以從奧氏 體向馬氏體轉(zhuǎn)變。此外，當(dāng)改變晶相時(shí)，第一形狀記憶合金可以改變尺寸，從而使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能。更具體地說(shuō)，在從馬氏體向奧氏體改變晶相時(shí)，例如，如果已假塑性地預(yù)加應(yīng)變，第一形 狀記憶合金可以在尺寸上收縮，而在奧氏體向馬氏體改變晶相時(shí)，可以在尺寸上擴(kuò)張，從而 使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此，對(duì)于在熱源12的第一溫度T1和冷源14的第二溫度T2之間存 在溫差(即，熱源12和冷源14不處于熱平衡)的任何情況而言，第一形狀記憶合金都可以
12通過在馬氏體和奧氏體之間改變晶相而在尺寸上擴(kuò)張和收縮。此外，第一形狀記憶合金在 晶相上的改變可足以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22。參考圖1的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10和關(guān)于圖2所示的元件20的示例性結(jié)構(gòu)來(lái)描述， 在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的啟動(dòng)和連續(xù)運(yùn)行期間，一個(gè)輪子或皮帶輪56與熱源12成熱關(guān)系， 例如浸入熱源12或與熱源12接觸，同時(shí)另一個(gè)輪子或皮帶輪58與冷源14成熱關(guān)系，以便 實(shí)現(xiàn)第一形狀記憶合金的晶相改變。當(dāng)?shù)谝恍螤钣洃浐辖鸬木植繀^(qū)域(概括地由箭頭44 示出)與冷源14成熱關(guān)系而在尺寸上擴(kuò)張(例如，在應(yīng)力下時(shí)在尺寸上伸長(zhǎng))時(shí)，與熱源 12成熱關(guān)系的第一形狀記憶合金的另一局部區(qū)域(概括地由箭頭46示出)當(dāng)預(yù)先假塑性 地預(yù)加了應(yīng)變時(shí)在尺寸上收縮。當(dāng)暴露于熱源12和冷源14之間的溫差Δ T時(shí)，元件20的 連續(xù)彈簧環(huán)形式的交替的尺寸收縮和擴(kuò)張可以使機(jī)械勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能，且因此使熱能 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此，為了達(dá)到熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的最佳效率，希望熱源12和冷源14快 速更新以維持在熱源12和冷源14之間的溫差ΔΤ。再參照?qǐng)D1，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18可以布置在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10中的任何位置，只要在 運(yùn)行中元件20的一些部分與相應(yīng)的熱源12和冷源14成充分的熱關(guān)系，以便第一形狀記憶 合金可以響應(yīng)于熱源12、冷源14、以及在熱源12和冷源14之間的溫差ΔΤ中的至少一者 而改變晶相。而且，盡管沒有示出，但是可以理解的是，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以包括另外的 傳感和控制部件，例如，電子控制單元。電子控制單元可以與熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可操作地 通訊，且可以配置成調(diào)節(jié)熱能向機(jī)械能和/或電對(duì)(圖幻的轉(zhuǎn)化。例如，電子控制單元可 以是與熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的一個(gè)或多個(gè)控制器和/或傳感器電子通訊的計(jì)算機(jī)。例如，電 子控制單元可以與熱源12的溫度傳感器、冷源14的溫度傳感器、發(fā)電機(jī)22的速度調(diào)節(jié)器、 流體流量傳感器、致動(dòng)器、和配置成監(jiān)視電產(chǎn)生的儀表中的一個(gè)或多個(gè)通訊和/或?qū)ζ溥M(jìn) 行控制。此外，如圖2中所示，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10還可以包括配置成輸送來(lái)自熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)10(例如來(lái)自發(fā)電機(jī)22)的電M的傳輸媒介74。傳輸媒介74可以是，例如，輸電線或 導(dǎo)電電纜。傳輸媒介74可以從發(fā)電機(jī)22輸送電對(duì)到存儲(chǔ)裝置，例如電池(未示出)、蓄 能器和/或集電器。例如，按照需求變動(dòng)，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以產(chǎn)生、存儲(chǔ)和/或輸送電 24。還可以理解的是，對(duì)于任何前述的例子、變型或構(gòu)造，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以包 括多個(gè)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18、元件20、和/或發(fā)電機(jī)22。也就是說(shuō)，一個(gè)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以 包括超過一個(gè)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18、元件20、和/或發(fā)電機(jī)22。例如，一個(gè)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)18可以 驅(qū)動(dòng)超過一個(gè)的發(fā)電機(jī)22。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，但是本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的 技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)用于實(shí)施本發(fā)明的各種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括熱能源，其由具有第一溫度的熱源和具有第二溫度的冷源之間的溫差提供，其中所述 第二溫度比所述第一溫度低；熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，其布置成與所述冷源具有熱關(guān)系并配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其中所 述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)包括由第一形狀記憶合金形成的元件，所述第一形狀記憶合金具有能響應(yīng)于 所述熱源和所述冷源之間的溫差而在第一轉(zhuǎn)變溫度下在奧氏體和馬氏體之間轉(zhuǎn)變的晶相； 和啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，其配置成在期望的運(yùn)行方向上引發(fā)所述元件的初始運(yùn)動(dòng)，從而啟動(dòng)所述熱 力發(fā)動(dòng)機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一形狀記憶合金響應(yīng)于所述熱源 而從馬氏體向奧氏體改變晶相，從而在局部區(qū)域發(fā)生尺寸收縮。
3.如權(quán)利要求2所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一形狀記憶合金響應(yīng)于所述冷源 而從奧氏體向馬氏體改變晶相，從而在所述局部區(qū)域發(fā)生尺寸擴(kuò)張。
4.如權(quán)利要求3所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一形狀記憶合金交替地響應(yīng)于所 述熱源而在所述局部區(qū)域發(fā)生尺寸收縮和響應(yīng)于所述冷源而在所述局部區(qū)域發(fā)生尺寸擴(kuò) 張，從而使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
5.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括熱激活元件，所述熱 激活元件具有比所述第一轉(zhuǎn)變溫度低的第二轉(zhuǎn)變溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)配置成向所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 提供動(dòng)能。
7.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括鎖閂，所述鎖閂配置 成使得所述元件與所述熱源具有不足以使奧氏體和馬氏體之間的晶相改變發(fā)生的熱關(guān)系。
8.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括離合器，所述離合器 配置成防止所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)在不期望的運(yùn)行方向上運(yùn)行。
9.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)包括配置成引導(dǎo)流體流過 所述元件從而改變所述元件的溫度的裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括配置成使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電的發(fā)電機(jī)， 其中所述第一形狀記憶合金交替地響應(yīng)于所述第二溫度而在局部區(qū)域發(fā)生尺寸擴(kuò)張和響 應(yīng)于所述第一溫度而在另一局部區(qū)域發(fā)生尺寸收縮，從而使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并驅(qū)動(dòng)所述 發(fā)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。具體地，提供了一種配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括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冷源之間的溫差提供的熱能源。熱力發(fā)動(dòng)機(jī)配置成使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能且包括第一形狀記憶合金形成的元件，第一形狀記憶合金具有能響應(yīng)于熱源和冷源之間的溫差而在第一轉(zhuǎn)變溫度下在奧氏體和馬氏體之間轉(zhuǎn)變的晶相。所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還包括啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，該啟動(dòng)機(jī)構(gòu)配置成在期望的運(yùn)行方向上引發(fā)所述元件的初始運(yùn)動(dòng)從而啟動(dòng)所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F03G7/06GK102121463SQ20101062379
公開日2011年7月13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:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司