专利名称：热输送系统及方法
技术领域：
本发明总体涉及一种热输送系统，并更具体地涉及一种利用热输送系统加热或冷 却部件或区域的设备。
背景技术：
传统上，车辆是由发动机和蓄电池供以动力，蓄电池为起动发动机以及为车辆附 件提供电力。车辆系统和附件系统产生热量并需要冷却。利用主车辆电源冷却这些系统使 整个车辆的燃油经济性降低。然而，考虑到对燃油效率高的车辆的越来越多的关注，希望具 有提高车辆燃油经济性的设备。另外，在寒冷的天气中，一旦达到最小工作温度，车辆部件更高效地运转。然而，并 非所有的部件都以相同的速率达到理想的工作温度。为了以最大的效率运转，这些部件必 须被加热。因此，期望获得一种减小对车辆的传统的动力源(例如，电池和发动机)的动力负 荷的用于加热或冷却车辆部件和附件的设备。
发明内容
一种车辆包括具有第一温度的第一流体区域和具有不同于所述第一温度的第二 温度的第二流体区域。包括形状记忆合金的热力发动机位于车辆的舱室内。热力发动机可 操作以响应于形状记忆合金的结晶相将来自第一流体区域和第二流体区域的一者的热量 传递到第一流体区域和第二流体区域的另一者。第一部件位于第一流体区域和第二流体区 域的一者中，并且热力发动机将来自第一流体区域和第二流体区域的相应的一者的热量传 递到第一流体区域和第二流体区域的另一者，由此改变第一部件的温度。热输送系统包括流体和热力发动机。流体具有处于第一温度的第一流体区域和处 于不同于第一温度的第二温度的第二流体区域。热力发动机包括布置为与第一流体区域和 第二流体区域的每一者处于热交换接触的形状记忆合金。热力发动机可操作以响应于形状 记忆合金的结晶相将来自第一流体区域和第二流体区域的一者的热量传递到第一流体区 域和第二流体区域的另一者。通过下面参照附图对实施本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优 点及其他特征和优点将变得更明显。本发明还提供了如下方案 方案1. 一种车辆，包括
具有第一温度的第一流体区域； 具有第二温度的第二流体区域；以及
热力发动机，其包括拟塑性预应变的形状记忆合金，所述形状记忆合金具有布置成与 所述第一流体区域和所述第二流体区域热交换接触的结晶相，其中，所述形状记忆合金响 应于所述第一流体区域与所述第二流体区域之间的温差可在奥氏体与马氏体之间变化；其中，所述热力发动机可操作以响应于所述形状记忆合金的结晶相将来自所述第一流 体区域和所述第二流体区域的一者的热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体区域 的另一者；以及
位于第一流体区域和第二流体区域的一者中的第一部件，其中，所述热力发动机将来 自所述第一流体区域和所述第二流体区域的相应的一者的热量传递到所述第一流体区域 和所述第二流体区域的另一者，由此改变所述第一部件的温度。方案2.如方案1所述的车辆，还包括第二部件，所述第二部件由所述热力发动机 驱动用以促进从所述第一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量的传递。方案3.如方案2所述的车辆，其中，所述形状记忆合金的结晶相的所述变化驱动 所述第二部件。方案4.如方案1所述的车辆，其中，一旦结晶相变化，所述形状记忆合金就改变 尺寸和硬度，从而将来自所述第一流体区域的热量传递到所述第二流体区域。方案5.如方案4所述的车辆，其中，所述形状记忆合金的结晶相从马氏体变为奥 氏体并由此在尺寸上充分地缩小，从而将来自所述第一流体区域和所述第二流体区域的一 者的热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体区域的另一者。方案6.如方案4所述的车辆，其中，所述形状记忆合金的结晶相从奥氏体变为马 氏体从而将来自所述第一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量传递到所述第一流 体区域和所述第二流体区域的另一者，并在受到应力时在尺寸上充分地扩大从而使所述形 状记忆合金复位以传递热量。方案7.如方案1所述的车辆，其中，所述形状记忆合金具有从弹簧、条、线材、带、 连续环以及它们的组合构成的组中选择的形态。方案8.如方案1所述的车辆，其中，所述形状记忆合金包括镍和钛。方案9. 一种热输送系统包括 具有第一温度的第一流体区域；
具有不同于所述第一温度的第二温度的第二流体区域；
热力发动机，其包括具有结晶相的拟塑性预应变的形状记忆合金，其中，所述形状记忆 合金可响应于所述第一流体区域与所述第二流体区域之间的温差在奥氏体与马氏体之间 变化；并且
其中，所述热力发动机可操作以响应于所述形状记忆合金的结晶相变化将来自所述第 一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体 区域的另一者。方案10.如方案9所述的热输送系统，还包括位于所述第一流体区域和所述第二 流体区域的一者中的第一部件，其中，所述热力发动机将来自所述第一流体区域和所述第 二流体区域的相应的一者的热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体区域的另一者， 由此改变所述第一部件的温度。方案11.如方案10所述的热输送系统，还包括第二部件，所述第二部件由所述热 力发动机驱动用以促进从所述第一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量的传递。方案12.如方案11所述的热输送系统，其中，所述形状记忆合金的结晶相的所述 变化驱动所述部件。
方案13.如方案9所述的热输送系统，其中，一旦结晶相变化，所述形状记忆合金 就改变尺寸，从而将来自所述第一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量传递到所述 第一流体区域和第二流体区域的另一者。方案14.如方案13所述的热输送系统，其中，所述形状记忆合金的结晶相从马氏 体变为奥氏体并由此在尺寸上充分地缩小，从而将来自所述第一流体区域和所述第二流体 区域的一者的热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体区域的另一者。方案15.如方案13所述的热输送系统，其中，所述形状记忆合金的结晶相从奥氏 体变为马氏体从而将来自所述第一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量传递到所 述第一流体区域和所述第二流体区域的另一者，并在受到应力时在尺寸上充分地扩大从而 使所述形状记忆合金复位以传递热量。方案16.如方案9所述的热输送系统，其中，所述形状记忆合金具有从弹簧、条、 线材、带、连续环以及它们的组合构成的组中选择的形态。方案17.如方案9所述的热输送系统，其中，所述形状记忆合金包括镍和钛。方案18.如方案9所述的热输送系统，其中，所述第一温度与所述第二温度之间 的温差小于或等于约300°C。
图1是具有热输送系统的车辆的示意图2是图1的热输送系统的第一实施例的立体图；以及 图3是图1的热输送系统的第二实施例的立体图。
具体实施例方式参照附图，其中相同的附图标记代表相同的元件，图1以附图标记10总体上示出 一种车辆。车辆10包括热输送系统42。热输送系统42利用第一流体区域12与第二流体 区域14之间的温差驱动热力发动机16。热力发动机16将来自第一流体区域12和第二流 体区域14的一者的热量传递到第一流体区域12和第二流体区域14的另一者。车辆10的 第一部件52可位于第一流体区域12或第二流体区域14中，并且热力发动机16的运转可 以带走热量以冷却第一流体区域12或第二流体区域14和第一部件52。交替地，热力发动 机16可以增加第一流体区域12或第二流体区域14和第一部件52的热量。应该预见到， 热输送系统42还可以用于非汽车用途，例如但不限于家庭和工业采暖和冷却用途。车辆10限定舱室40，舱室40可以装纳车辆10的动力源和传动源，例如发动机和 变速器(未示出)。舱室40可以与或可以不与周围环境封闭分隔，并且可以包括车辆10外部 的区域和部件，例如排气管和催化转化器、减震器、制动器以及任何其它的邻近车辆10或 在车辆10中例如在客舱或电池舱(例如在电动车辆中)中的将能量耗散为热量的区域。热输送系统42至少部分地位于舱室40内。车辆10的动力源和传动源(未示出) 通常发热。因此，舱室40包括在它们之间具有温差的第一流体区域12和第二流体区域14。 第一流体区域12和第二流体区域14可以彼此隔开一定距离，或者可以利用足够的热交换 屏障50 (例如，隔热屏)将舱室40分离为第一流体区域12和第二流体区域14。热输送系 统42内的形成第一流体区域12和第二流体区域14的流体可以从气体、液体以及它们的组合构成的组中选择。在舱室40为发动机舱的上述实施例中，第一流体区域12和第二流体 区域14内的流体为舱室40内的空气。车辆10内热输送系统42可以利用温差的若干实例包括使冷却系统42的一部分 设置在第一部件52附近以带走或增加第一部件52和周围流体的热量。在所示实施例中， 第一部件52位于第一流体区域12中，并且冷却系统42运转将来自第一流体区域12的热 量转移到第二流体区域14从而改变第一部件52和第一流体区域12的温度。第一部件52 可为例如催化转化器、车辆的蓄电池或者电动车辆的蓄电池舱、变速器、制动器、或者热交 换器(例如，散热器)。热输送系统42可以安置成使得第一流体区域12和第二流体区域14 的另一者被远远地定位或者被足够的热交换屏障50分隔以提供所需的温差。上述列举仅 包含可以设置热输送系统10的位置的实例，而不旨在包含热输送系统42的所有布置。本 领域技术人员将能够确定具有相关温差的区域和用于热输送系统42利用该温差来冷却或 加热第一部件52或第一流体区域12的适当位置。现在参照图1和图2，热输送系统42包括热力发动机16。热力发动机16配置成 将热能(例如，热量)转换为机械能，这将在下文更详细陈述。更具体地说，热力发动机16包 括形状记忆合金18 (图2)，该形状记忆合金具有响应于第一流体区域12与第二流体区域 14 (图1)之间的温差可在奥氏体与马氏体之间变化的结晶相。热力发动机16的运转促使 热量从第一流体区域12和第二流体区域14的一者转移到第一流体区域12和第二流体区 域14的另一者。当形状记忆合金18在第一流体区域12和第二流体区域14的一者中吸收热量以 及在第一流体区域12和第二流体区域14的另一者中释放热量时，传递热量。另外，形状记 忆合金18从马氏体到奥氏体的转换是吸热性的，而从奥氏体到马氏体的转换是放热性的。 因此，当形状记忆合金18在第一流体区域12与第二流体区域14之间移动时，随着形状记 忆合金18经历相应的相变，所以传递热量。另一广泛应用的传热方式是通过包含介质的热量物理输送，例如，在第一流体区 域12与第二流体区域14之间的流体运动。也就是说，通过由热力发动机16产生的流体流 动传递热量。如果需要进一步传递来自第一流体区域12和第二流体区域14的一者的热量， 则第二部件20 (例如，风扇)可固定到热力发动机16并由热力发动机16驱动。第二部件 20可促进从第一流体区域12和第二流体区域14的一者到第一流体区域12和第二流体区 域14的另一者的流体流动，下面将进一步描述热力发动机16的运转。本文所使用的术语“形状记忆合金“指的是呈现形状记忆效应的合金。也就是说， 形状记忆合金18可以通过分子重排经受固态相变从而在马氏体相即“马氏体“与奥氏体 相即“奥氏体“之间变化。换言之，形状记忆合金18可以经受位移式转变而不是扩散型转 变从而在马氏体与奥氏体之间变化。通常，马氏体相指的是比较低温的相并且常常比比较 高温的奥氏体相更容易变形。形状记忆合金18开始由奥氏体相向马氏体相变化的温度被 称为马氏体起始温度Ms。形状记忆合金18完成由奥氏体相变为马氏体相的温度被称为马 氏体终了温度Mf0同样地，当形状记忆合金18被加热时，形状记忆合金18开始由马氏体相 向奥氏体相变化的温度被称为奥氏体起始温度As。并且，形状记忆合金18完成由马氏体相 变为奥氏体相的温度被称为奥氏体终了温度Af。因此，形状记忆合金18可以以冷态表征，即，此时，形状记忆合金18的温度低于形状记忆合金18的马氏体终了温度Mf。同样地，形状记忆合金18还可以以热态表征，S卩，此 时，形状记忆合金18的温度高于形状记忆合金18的奥氏体终了温度Af。当形状记忆合金18工作时，即，当形状记忆合金18受到第一流体区域12与第二 流体区域14之间的温差时，如果形状记忆合金18是预应变或受到张应力的话，则可以在改 变结晶相时改变尺寸从而将热能转换为机械能。也就是说，形状记忆合金18的结晶相可以 从马氏体变为奥氏体，并且由此如果进行了拟塑性预应变的话在尺寸上缩小从而将热能转 换为机械能。反之，形状记忆合金18的结晶相可以从奥氏体变为马氏体，并且由此如果受 应力的话在尺寸上扩大从而受到拟塑性预应变并且被复位以将热能转换为机械能。术语“拟塑性预应变“指的是在形状记忆合金元件18处于马氏体相的时候拉伸 形状记忆合金元件18，使得形状记忆合金元件18在负载下呈现出的应变在卸载时不能完 全恢复。也就是说，一旦卸载，形状记忆合金元件18看起来好像已经塑性变形了，但是当形 状记忆合金元件18被加热到奥氏体起始温度As时，可以恢复应变，因此形状记忆合金元件 18回到加载之前所看到的原始长度。另外，形状记忆合金元件18可以在安装到热力发动 机16中之前进行拉伸，因此，形状记忆合金18的名义长度包括可恢复的拟塑性应变，这提 供了用于驱动热力发动机16的运动。形状记忆合金18可以具有任何合适的成分。特别地，形状记忆合金18可以包括从 包括钴、镍、钛、铟、锰、铁、钯、锌、铜、银、金、镉、锡、硅、钼、镓以及它们的组合构成的组中选 择的元素。例如，适用的形状记忆合金18可以包括镍钛基合金、镍铝基合金、镍镓基合金、 铟钛基合金、铟镉基合金、镍钴铝基合金、镍锰镓基合金、铜基合金(例如、铜锌合金、铜铝合 金、铜金合金和铜锡合金)、金镉基合金、银镉基合金、锰铜基合金、铁钼基合金、铁钯基合金 以及它们的组合。形状记忆合金18可以是二元合金、三元合金或任何更高元的，只要形状 记忆合金18呈现形状记忆效应例如形状方向、阻尼能力等的变化。熟练技工可以根据舱室 40 (图1)内的期望工作温度选择形状记忆合金18，这将在下文更详细陈述。在一个特定例 子中，形状记忆合金18可以包括镍和钛。而且，形状记忆合金18可以具有任何适用的形态即形状。例如，形状记忆合金18 可以具有从包括弹簧、条、线材、带、连续环以及它们的组合构成的组中选择的形态。参照图 2，在一个变型中，形状记忆合金18可以形成为连续环形弹簧。形状记忆合金18可以通过任何适用方式将热能转换为机械能。例如，形状记忆合 金18可以触发滑轮系统(在图2中总体地示出并且在下文中更详细陈述)、与杠杆(未示出) 接合、使飞轮(未示出)转动、与螺杆(未示出)接合等等。再次参照图1和2，热输送系统42可以包括从动的第二部件20。第二部件20可 以是简单的机械装置，例如风扇，其由热力发动机16驱动以促进第一流体区域12与第二流 体区域14 (如图1所示)之间的流体流动。来自热力发动机16的机械能可驱动第二部件 20。利用由热力发动机16提供的动力驱动部件20允许冷却系统42相对于车辆10的其它 系统自主运转。另外，降低第一部件52的温度还可允许车辆10内的现有系统的尺寸/容 积或者所需的工作时间和工作动力减小。例如，热力发动机16可以辅助冷却车辆发动机， 并由此减小车辆的主加热/冷却系统所需的冷却负荷。参照图2，当热力发动机16运转以加热或冷却第一部件52、第一流体区域12或第 二流体区域14时，热力发动机16驱动第二部件20。也就是说，由形状记忆合金18从热能转换得到的机械能可以驱动部件第二 20。特别地，伴随有模量变化的形状记忆合金18的上 述尺寸缩小和尺寸扩大可以热力发动机16。如上所述，热力发动机16的运转还将热量从第 一流体区域12或第二流体区域14传递到第一流体区域12或第二流体区域14的另一者。在图2所示的一个变型中，热力发动机16可以包括框架22，其配置成支撑布置在 多个轮轴32、34上的一个或多个轮子对、26、观、30。这些轮子24J6、28、30可以相对于框 架22旋转，并且形状记忆合金18可以由这些轮子对、26、观、30支撑并且沿着这些轮子行 进。可以由一个或多个齿轮组36任选地改变这些轮子对、26、观、30的转速。而且，第二部 件20可以包括连在轮子沈上的传动轴38。当这些轮子对、26、观、30响应于形状记忆合金 18在尺寸上的扩大和缩小以及伴随的模量变化而围绕轮轴32、34转动时，热力发动机16旋 转。当一个区域中的形状记忆合金18吸收热量以及当另一区域中的形状记忆合金18 释放热量时，传递热量。另外，形状记忆合金18从马氏体到奥氏体的相变是吸热性的，而从 奥氏体到马氏体的转变是放热性的。因此，当形状记忆合金18在第一流体区域12与第二 流体区域14之间移动时，由于形状记忆合金18经历相应的相变，所以传递热量。另一广泛 应用的传热方式是通过由热力发动机16的运转产生的流体流动。如果需要进一步传递来 自第一流体区域12和第二流体区域14的一者的热量，则部件20可通过驱动轴38固定到 热力发动机16并由热力发动机16驱动。再次参照图1，热输送系统总体上示为42。热输送系统42包括限定具有第一温度 的第一流体区域12的结构和限定具有不同于第一温度的第二温度的第二流体区域14的结 构。第一流体区域12与第二流体区域14之间的温差可以由部件52产生的热量引起。例 如，第一温度可以高于第二温度。第一温度与第二温度之间的温差可以小至约5°C并且不超 过约300°C。第一温度与第二温度之间的温差越大，形状记忆合金18使轮子对、26、观、30 旋转得更快。通过缩短第一流体区域12和第二流体区域14中的形状记忆合金18的加热 和冷却时间使热力发动机16更快地运转。通过将来自第一流体区域12的热量传递到第二 流体区域14，辅助降低或升高第一流体区域12或第二流体区域14和部件52的温度。如图1总体上示出的，热力发动机16，并且更具体地说是热力发动机16的形状记 忆合金18 (图2)配置成与第一流体区域12和第二流体区域14中的每一者都处于热接触 或热交换关系。因此，形状记忆合金18可以在与第一流体区域12和第二流体区域14的一 者处于热接触时就在奥氏体与马氏体之间改变结晶相。例如，一旦形状记忆合金18热接触 第一流体区域12，形状记忆合金18就可以从马氏体变为奥氏体。同样地，一旦形状记忆合 金18热接触第二流体区域14，形状记忆合金18就可以从奥氏体变为马氏体。而且，形状记忆合金18 —旦改变了结晶相就可以改变模量和尺寸从而将热能转 换为机械能。更具体地说，如果形状记忆合金18进行了拟塑性预应变，一旦结晶相从马氏 体变为奥氏体，形状记忆合金18就可以在尺寸上缩小，并且如果形状记忆合金18受到张应 力，一旦结晶相从奥氏体变为马氏体，形状记忆合金18就可以在尺寸上扩大，由此将热能 转换为机械能。因此，对于第一流体区域12的第一温度与第二流体区域14的第二温度之间 存在温差的任何状况，即第一流体区域12和第二流体区域14没有处于热平衡的任何状况， 一旦结晶相在马氏体与奥氏体之间变化，形状记忆合金18就可以在尺寸上扩大和缩小。并 且，形状记忆合金18的结晶相的变化可以促使形状记忆合金使滑轮对、26、观、30转动，并由此将来自第一流体区域12和第二流体区域14的一者的热量传递到第一流体区域12和 第二流体区域14的另一者。工作时，参照图1的热交换系统42并参照图2所示的形状记忆合金18的示例结 构描述的，一个轮子28可以浸于第一流体区域12中或者与第一流体区域12处于热交换关 系，而另一轮子24可以浸于第二流体区域14中或者与第二流体区域14处于热交换关系。 随着形状记忆合金18的一个区域(总体上由箭头A表示)在受应力并接触第二流体区域14 时在尺寸上扩大，即如果受应力在尺寸上伸展，形状记忆合金18的拟塑性预应变的与第一 流体区域12接触的另一区域(总体上由箭头B表示)在尺寸上缩小。形状记忆合金18在受 到第一流体区域12与第二流体区域14之间的温差时形状记忆合金18的连续弹簧环形态 的交替的尺寸缩小和扩大可以促使记形合金18将机械势能转换为机械动能，由此驱动滑 轮24、26、28、30并将热能转换为机械能。另外，当形状记忆合金18变相并经过第一流体区 域12和第二流体区域14时，形状记忆合金18吸收和释放热量。热量的吸收和释放促使来 自第一流体区域12和第二流体区域14的一者的热量传递到第一流体区域12和第二流体 区域14的另一者。再次参照图1，热力发动 机16可以布置在车辆10的舱室40内。特别地，热力发 动机16和第一部件52可以布置在车辆10中和附近的任何位置，只要形状记忆合金18配 置成与第一流体区域12和第二流体区域14的每一者都处于热接触或热交换关系即可。而 且，热力发动机16可以被开有通风口的壳体44 (图1)包围从而在防止热力发动机16受到 外部污染的同时允许流体流动。壳体44还可以形成有孔(未示出)，电子部件(例如，电线) 可以从这些孔中穿过。屏障50可以位于壳体44或舱室40内以分隔第一流体区域12与第 二流体区域14。现在参照图1，在一个变型中，热输送系统42还包括电子控制装置46。电子控制 装置46与车辆10可操作地通讯。电子控制装置46可以是例如计算机，其与热输送系统42 的一个或多个控制器和/或传感器电子通讯。例如，电子控制装置46可以与第一流体区域 12内的温度传感器、第二流体区域14内的温度传感器等其中的一者或多者通讯和/或控制 它们。电子控制装置46可以控制在车辆10的预定状态下热输送系统的运转。例如，在车 辆10已经运行了充分的时间段之后，以确保第一流体区域12与第二流体区域14之间的温 差处于最佳差值。电子控制装置46还可以提供手动超驰热力发动机16以允许关闭系热输 送统42的选择。应该预见到，对于上述任何例子，车辆10和/或热输送系统42可以包括多个热力 发动机16和/或多个第一部件52。也就是说，一部车辆10可以包括多于一个的热力发动 机16和/或第一部件52。例如，一个热力发动机16可以冷却多个流体区域和多于一个的 第一部件52。同样地，车辆10可以包括多于一个的热输送系统42，每个热输送系统包括至 少一个热力发动机16。多个热力发动机16可以利用整个车辆中的多个温差区域来冷却或 加热多个流体区域和第一部件52。参照图3，示出了用于热输送系统142的热力发动机116的第二实施例。热力发 动机116包括形状记忆合金118，该形状记忆合金具有响应于第一流体区域12与第二流体 区域14 (图1)之间的温差可在奥氏体与马氏体之间变化的结晶相。形状记忆合金118以 与上述形状记忆合金18类似的方式工作。而且，形状记忆合金118可以具有任何适合的形态，即形状。例如，形状记忆合金118可以具有从包括弹簧、条、线材、带、连续环以及它们的组合的构成组中选择的形态。热力发动机116的运转促使热量从第一流体区域12和第二流体区域14的一者转 移到第一流体区域12和第二流体区域14的另一者。当在第一流体区域12和第二流体区 域14的一者中的形状记忆合金18吸收热量以及当在第一流体区域12和第二流体区域14 的另一者中的形状记忆合金18释放热量时，传递热量。另外，通过由热力发动机116的运 转产生的流体流动传递热量。如果需要进一步传递来自第一流体区域12和第二流体区域 14的一者的热量，则第二部件120 (例如，风扇)可固定到热力发动机16并由热力发动机16 驱动。第二部件120可促进从第一流体区域12和第二流体区域14的一者到第一流体区域 12和第二流体区域14的另一者的流体流动。下面进一步描述热力发动机116的运转。第二部件120可以是简单的机械装置，例如风扇，其由热力发动机116驱动以促进 第一流体区域12与第二流体区域14 (如图1所示)之间的流体流动。来自热力发动机16 的机械能可以驱动第二部件20。利用由热力发动机16提供的动力驱动第二部件20允许冷 却系统42相对于车辆10的其它系统自主运转。另外，降低第一部件52的温度还可允许车 辆10内的现有系统的尺寸/容积或者所需的工作时间和工作动力减小。例如，热力发动机 16可以辅助冷却车辆发动机，并由此减小车辆的主加热/冷却系统所需的冷却负荷。当热力发动机116运转以冷却第一部件52、第一流体区域12或第二流体区域14 时，热力发动机116驱动第二部件120。也就是说，通过形状记忆合金118从热能转换得到 的机械能可以驱动第二部件120。特别地，形状记忆合金18的上述尺寸缩小和尺寸扩大与 伴随的模量变化的组合可以驱动部件120。热力发动机116可以包括布置在多个轮轴132、134上轮子124和126。轮轴132、 134可由车辆10的多个部件支撑。轮子124和126可以相对于车辆10的部件旋转，并且形 状记忆合金18可以由轮子124和126支撑并且沿着这些轮子行进。第二部件120可以包 括连在轮子26上的传动轴38。当轮子124和126响应于形状记忆合金18在尺寸上的扩大 和缩小以及伴随的模量变化而围绕轮轴132和134转动时，传动轴38转动并从第一流体区 域12和第二流体区域14的一者中带走热量。参照图1和3，热力发动机116，更具体地说是热力发动机116的形状记忆合金118 布置成与第一流体区域12和第二流体区域14中的每一者都处于热接触或热交换关系。因 此，形状记忆合金118可以在与第一流体区域12和第二流体区域14中的其中一者接触时 在奥氏体与马氏体之间改变结晶相。例如，一旦形状记忆合金18接触第一流体区域12，形 状记忆合金18就可以从马氏体变为奥氏体。同样地，一旦形状记忆合金18接触第二流体 区域14，形状记忆合金118就可以从奥氏体变为马氏体。而且，形状记忆合金118 —旦改变了结晶相就可以改变尺寸从而将热能转换为机 械能。更具体地说，在形状记忆合金118进行了拟塑性预应变的时候，一旦结晶相从马氏体 变为奥氏体，形状记忆合金118就可以在尺寸上缩小，并且在形状记忆合金118受到张应力 的时候，一旦结晶相从奥氏体变为马氏体，形状记忆合金118就可以在尺寸上扩大，由此将 热能转换为机械能。因此，对于第一流体区域12的第一温度与第二流体区域14的第二温 度之间存在温差的任何状况，即第一流体区域12和第二流体区域14未处于热平衡的任何 状况，一旦结晶相在马氏体与奥氏体之间变化，形状记忆合金118就可以在尺寸上扩大和缩小。并且，形状记忆合金118的结晶相的变化可以促使形状记忆合金使滑轮124和126 转动，并由此冷却第一部件52。
在工作时，一个轮子128可以浸于第一流体区域12中或者与第一流体区域12处 于热交换关系，而另一轮子124可以浸于第二流体区域14中或者与第二流体区域14处于 热交换关系。随着形状记忆合金118的一个区域(总体上由箭头A表示)在接触第二流体区 域14时在所受张应力下尺寸上扩大，形状记忆合金118的拟塑性预应变并与第一流体区域 12接触或者与第一流体区域12处于热交换关系的另一区域(总体上由箭头B表示)在尺寸 上缩小。形状记忆合金118在受到第一流体区域12与第二流体区域14之间的温差时形状 记忆合金118的连续弹簧环形态的交替尺寸缩小和扩大连同伴随的模量变化可以促使滑 轮124和126响应于形状记忆合金118尺寸上的扩大和缩小而转动。当一个区域中的形状记忆合金118吸收热量以及当另一区域中的形状记忆合金 118释放热量时，传递热量。另外，形状记忆合金118从马氏体到奥氏体的相变是吸热性的， 而从奥氏体到马氏体的相变是放热性的。因此，当形状记忆合金118在第一流体区域12与 第二流体区域14之间移动时，随着形状记忆合金经受相应的相变而传递热量。另一广泛应 用的传热方式是通过由热力发动机116的运转产生的流体流动。如果需要进一步传递来自 第一流体区域12和第二流体区域14的一者的热量，则部件120可通过传动轴138固定到 热力发动机16并由热力发动机16驱动。热力发动机116可以布置在车辆10的舱室40内。特别地，热力发动机116可以布 置在车辆10内的任何位置，只要形状记忆合金118布置成与第一流体区域12和第二流体 区域14的每一者都接触即可。如上所述，热力发动机16可以被开由通风口的壳体44 (图 1)包围从而在防止热力发动机16受到外部污染的同时允许流体流动。壳体44还可以形成 有孔(未示出)，电子部件(例如，电线)可以从这些孔中穿过。足够的热交换屏障50可以位 于壳体44或舱室40内以分隔第一流体区域12与第二流体区域14。在一个变型中，热输送系统142还包括电子控制装置46。电子控制装置146与车 辆10可操作地通讯。电子控制装置146可以是例如计算机，其与热输送系统142的一个或 多个控制器和/或传感器电子通讯。例如，电子控制装置146可以与第一流体区域12内的 温度传感器、第二流体区域14内的温度传感器等其中的一者或多者通讯和/或控制它们。 电子控制装置146可以控制在车辆10的预定状态下热输送系统的运转。例如，可在车辆10 已经运行充分的时间段之后电子控制装置146才起动热输送系统142，以确保第一流体区 域12与第二流体区域14之间的温差处于最佳差值。电子控制装置146还可以提供手动超 驰热力发动机116以允许关闭能量收集系统142的选择。应该预见到，对于上述任何例子，车辆10和/或热输送系统142可以包括多个热 力发动机116和/或多个第一部件52。也就是说，一部车辆10可以包括多于一个的热力发 动机116和/或第一部件52。例如，一个热力发动机116可以加热或冷却多于一个的流体 区域和多于一个的第一部件52。同样地，车辆10可以包括多于一个的热输送系统142，每 个热输送系统包括至少一个热力发动机116。多个热力发动机16可以利用整个车辆中的多 个温差区域来冷却多个流体区域和第一部件52。尽管已经详细描述了实施本发明的最佳方式，但熟悉本发明所涉及领域的技术人 员将看出用于在所附权利要求的范围内实施本发明的多种替换方案和实施例。
权利要求
1.一种车辆，包括具有第一温度的第一流体区域；具有第二温度的第二流体区域；以及热力发动机，其包括拟塑性预应变的形状记忆合金，所述形状记忆合金具有布置成与 所述第一流体区域和所述第二流体区域热交换接触的结晶相，其中，所述形状记忆合金响 应于所述第一流体区域与所述第二流体区域之间的温差可在奥氏体与马氏体之间变化；其中，所述热力发动机可操作以响应于所述形状记忆合金的结晶相将来自所述第一流 体区域和所述第二流体区域的一者的热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体区域 的另一者；以及位于第一流体区域和第二流体区域的一者中的第一部件，其中，所述热力发动机将来 自所述第一流体区域和所述第二流体区域的相应的一者的热量传递到所述第一流体区域 和所述第二流体区域的另一者，由此改变所述第一部件的温度。
2.如权利要求1所述的车辆，还包括第二部件，所述第二部件由所述热力发动机驱动 用以促进从所述第一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量的传递。
3.如权利要求2所述的车辆，其中，所述形状记忆合金的结晶相的所述变化驱动所述 第二部件。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，一旦结晶相变化，所述形状记忆合金就改变尺寸 和硬度，从而将来自所述第一流体区域的热量传递到所述第二流体区域。
5.如权利要求4所述的车辆，其中，所述形状记忆合金的结晶相从马氏体变为奥氏体 并由此在尺寸上充分地缩小，从而将来自所述第一流体区域和所述第二流体区域的一者的 热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体区域的另一者。
6.如权利要求4所述的车辆，其中，所述形状记忆合金的结晶相从奥氏体变为马氏体 从而将来自所述第一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量传递到所述第一流体区 域和所述第二流体区域的另一者，并在受到应力时在尺寸上充分地扩大从而使所述形状记 忆合金复位以传递热量。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述形状记忆合金具有从弹簧、条、线材、带、连续 环以及它们的组合构成的组中选择的形态。
8.如权利要求1所述的车辆，其中，所述形状记忆合金包括镍和钛。
9.一种热输送系统包括具有第一温度的第一流体区域；具有不同于所述第一温度的第二温度的第二流体区域；热力发动机，其包括具有结晶相的拟塑性预应变的形状记忆合金，其中，所述形状记忆 合金可响应于所述第一流体区域与所述第二流体区域之间的温差在奥氏体与马氏体之间 变化；并且其中，所述热力发动机可操作以响应于所述形状记忆合金的结晶相变化将来自所述第 一流体区域和所述第二流体区域的一者的热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体 区域的另一者。
10.如权利要求9所述的热输送系统，还包括位于所述第一流体区域和所述第二流体 区域的一者中的第一部件，其中，所述热力发动机将来自所述第一流体区域和所述第二流体区域的相应的一者的热量传递到所述第一流体区域和所述第二流体区域的另一者，由此 改变所述第一部件的温度。
全文摘要
本发明涉及热输送系统及方法。一种热输送系统，该热输送系统包括流体、热力发动机以及部件。该流体具有处于第一温度的第一流体区域和处于不同于该第一温度的第二温度的第二流体区域。该热力发动机包括配置成与第一流体区域和第二流体区域的每一者接触的形状记忆合金。热力发动机可响应于形状记忆合金的结晶相运转将来自第一流体区域和第二流体区域的一者的热量传递到第一流体区域和第二流体区域的另一者。
文档编号F03G7/06GK102101425SQ201010591578
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者L. 布朗 A., H. 布朗 J., 维托尔夫 M., L. 约翰逊 N., B. 乌索罗 P., W. 亚历山大 P., 高 X. 申请人:合金力学公司, 通用汽车环球科技运作有限责任公司