专利名称：使用车辆热梯度的车辆能量收集装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种车辆，并且更具体地说，涉及一种用于车辆和车辆附件的 能源。
背景技术：
传统上，车辆是由发动机和电池供以动力，发动机为车辆提供驱动力，电池为起动 发动机和为车辆附件提供电力。技术的进步和对驾驶员便利的期望已经产生了现有附件系 统以外的动力负荷以及额外的附件。增加的动力负荷已经引起对车辆动力源的更高要求。 此外，大部分来自车辆动力源的动力是作为热量而损耗。然而，考虑到对燃油效率高的车辆的越来越多的关注，希望有提高车辆燃油经济 性的装置。因此，希望有降低动力负荷和/或提高车辆传统动力源例如电池和发动机的效率的装置。
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。热力发动机位于车辆舱室内并且配置成将热能转变为机械能。该热 力发动机包括形状记忆合金，该形状记忆合金具有响应于第一流体区域与第二流体区域之 间的温差可在奥氏体与马氏体之间变化的结晶相。—种能量收集系统包括流体、热力发动机和部件。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。该热力发动机配置成将 热能转变为机械能并且包括布置成与第一流体区域和第二流体区域的每一者热交换接触 的形状记忆合金。响应于温差由热力发动机驱动该部件。本发明的上述特征和优点及其他特征和优点将通过对实施本发明的最佳模式的 下列详细描述变得更明显，同时参照附图。本发明还提供了以下方案方案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，其配置成将热能转变为机械能并且包括拟塑性预应变的形状记忆合 金，该形状记忆合金具有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的结晶相。方案2.如方案1所述的车辆，还包括用来自所述热力发动机的所述机械能驱动的部件。方案3.如方案2所述的车辆，其中，所述部件是选自包括风扇、皮带、离合器驱动 器、鼓风机、泵、压缩机以及上面各项的组合的组。方案4.如方案2所述的车辆，其中，所述部件是配置成将机械能转变为电能的发 电机。方案5.如方案4所述的车辆，还包括连接到所述发电机以储存所述电能的储存装置。方案6.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和相 关联的硬度增大以及形状记忆效应驱动所述部件。方案7.如方案1所述的车辆，其中，一旦改变结晶相，所述形状记忆合金就改变尺 寸，由此将热能转变为机械能。方案8.如方案7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 氏体并由此进行尺寸上的足够缩小从而将热能转变为机械能。方案9.如方案7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 氏体并由此降低模量，并且在受到应力时进行尺寸上的足够扩大从而复位所述形状记忆合 金用于将热能转变为机械能。方案10.如方案1所述的车辆，其中，所述形状记忆合金具有从包括弹簧、条、线 材、带、连续环以及上述各项的组合的组中选择的形态。方案11.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12. —种能量收集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，其配置成将热能转变为机械能并且包括布置成与所述第一流体区域 和所述第二流体区域的每一者热交换接触的拟塑性预应变形状记忆合金；以及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由所述热力发动机驱 动的部件。方案13.如方案12所述的能量收集系统，其中，所述部件是配置成将机械能转变 为电的发电机。方案14.如方案13所述的能量收集系统，还包括连接到所述发电机以储存电能的储存装置。方案15.如方案12所述的能量收集系统，其中，所述形状记忆合金在与所述第一 流体和所述第二流体中的一者热交换时就在奥氏体与马氏体之间改变结晶相。方案16.如方案12所述的能量收集系统，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17.如方案16所述的能量收集系统，其中，一旦结晶相从马氏体变为奥氏体， 所述形状记忆合金就在尺寸上缩小，并且在所施加的张应力的作用下，一旦结晶相从奥氏 体变为马氏体，所述形状记忆合金就在尺寸上充分地扩大从而驱动所述部件。方案18.如方案16所述的能量收集系统，其中，所述形状记忆合金的结晶相从奥 氏体变为马氏体，并且在受到应力时进行尺寸上的足够扩大从而复位所述形状记忆合金用于将热能转变为机械能。方案19.如方案12所述的能量收集系统，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。方案20.如方案12所述的能量收集系统，其中，电子控制装置被可控地连接以控 制所述热力发动机与所述部件中的至少一者。
图1是具有能量收集系统的车辆的示意图；图2是图1的能量收集系统的第一实施例的立体图；图3是图1的能量收集系统的第二实施例的立体图；以及图4是图1的能量收集系统的第三实施例的立体图。
具体实施例方式参照这些图，其中相同的附图标记代表相同的元件，图1示出总体上为10的一种 车辆。车辆10包括能量收集系统42。能量收集系统42利用第一流体区域12与第二流体 区域14之间的温差产生机械能或电能，并因此可用于汽车用途。然而，要意识到，能量收获 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用途。车辆10形成有舱室40，其可以装着车辆10的动力源和驱动源，例如发动机和变速 器(未示出)。舱室40可或不可与周围环境封闭隔开，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)中的将能量作为热量耗散掉的区域。能量收集系统42至少部分地位于舱室40内。车辆10的动力源和驱动源(未示 出)通常发热。因此，舱室40包括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可以彼此间隔开，或者可以采用足够的热交换屏障50 例如隔热屏把舱室40隔成第一流体区域12和第二流体区域14。能量收集系统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、固体流化床以及上述各项 的组合的组中选择。在舱室40是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内的流体是舱室40内的空气。车辆10内能量收集系统42可以利用温差的地方的数个例子是邻近催化转化器， 紧邻车辆蓄电池或电动车辆的蓄电池舱内，邻近变速器、制动器或车辆悬架的部件特别是 减震器，或者邻近热交换器(例如散热器)或包含在热交换器内。上面的例子列出了车辆 10的可以用作第一流体区域12和第二流体区域14中的一者的区域。能量收集系统42可 以安置成第一流体区域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隔开以提供所需温差。上述名单只是包含了可以设置能量收集系统10的地方的例 子，而不意图包含能量收集系统42的所有布置。本领域技术人员将能够确定具有相关温差 和适当位置的区域用于能量收集系统42利用温差。现在参照图1和2，能量收集系统42包括热力发动机16。热力发动机16配置成 将热能例如热量转变为机械能或者将热量转变为机械能然后转变为电能，这在下文更详细 陈述。更具体地说，热力发动机16包括形状记忆合金18 (图幻，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。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。换句话说，形状记忆合金18可以经受位移式相变而不是扩 散型相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开始由奥氏体相变为马氏体相的温 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Mf。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 体相变为奥氏体相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。工作时，S卩，当受到第一流体区域12与第二流体区域14之间的温差时，形状记忆 合金18，如果是预应变或受到张应力的话，可以在改变结晶相时改变尺寸从而将热能转变 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变为机械能。反之，形状记忆合金18 的结晶相可以从奥氏体变为马氏体，并且由此如果受力的话在尺寸上扩大从而回到拟塑性 预应变状态并且复位用于将热能转变为机械能的另一循环。也就是说，如果受力，形状记忆 合金18可以在尺寸上扩大从而将热能转变为机械能。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组分。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、镓以及上述各项的组合的组中 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 合金以及上述各项的组合。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、连续环以及上述各项的组合的组中选择的形态。参照图2，在一个变形中，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变为机械能。例如，形状记忆合 金18可以触发滑轮系统(总体上在图2中示出并且在下文更详细陈述)、接合杠杆(未示 出)、转动飞轮(未示出)、接合螺杆(未示出)等等。再次参照图1和2，能量收集系统42还包括从动部件20。部件20可以是简单的 机械装置，从包括风扇、皮带、离合器驱动、鼓风机、泵、压缩机以及上述各项的组合的组中 选择。部件20由热力发动机16驱动。部件20可以是车辆10内的现有系统例如加热或冷 却系统的一部分。机械能可以驱动部件20或可以帮助车辆10的其它系统驱动部件20。用 由热力发动机16提供的动力驱动部件20还可以允许车辆10内的相关现有系统的尺寸/ 容积减小。在上面的例子中，热力发动机16可以辅助驱动加热/冷却系统的风扇，允许主 加热/冷却系统容积减小并且在除节能之外还提供重量减轻。可替代地，部件20可以是发电机。部件/发电机20配置成将来自热力发动机16 的机械能转变为电(在图1和2中总体上用符号EE表示)。部件/发电机20可以是用于 将机械能转变为电EE的任何适用装置。例如，部件/发电机20可以是使用电磁感应将机械 能转变为电EE的发电机，并且可以包括相对于定子(未示出)旋转的转子(未示出)。来 自部件/发电机20的电能然后可以用来参与给车辆10内的主或附件驱动系统提供动力。参照图2，部件20由热力发动机16驱动。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驱动部件20。更具体地说，在图2所示的一个变形中，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。这些轮子对、26、观、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任意地改变这些轮子对、26、观、30的转速。 而且，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热力发动机16的轮轴32、 34转动时，传动轴38转动并驱动部件20。再次参照图1，能量收集系统总体上示为42。能量收集系统42配置成产生机械能 或电能。更具体地说，能量收集系统42包括具有第一温度的第一流体区域12和具有不同 于第一温度的第二温度的第二流体区域14。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。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 (图幻布置 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18可以在与第一流体区域12和第二流体区域14中的一者处于热接触或热 交换关系时就在奥氏体与马氏体之间改变结晶相。例如，一旦接触第一流体区域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数和尺寸并由此将热能 转变为机械能。更具体地说，如果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，由此将热能转变为机械能。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即第一流体区域12和 第二流体区域14不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 使形状记忆合金转动滑轮对、26、观、30(如图2所示)，并且因此驱动部件20。
工作时，参照图1的热交换系统42并且参照图2所示形状记忆合金18的示例结 构描述的，一个轮子观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M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)在受力且接触第二流体区域14 时在尺寸上扩大，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尺寸缩小和扩大可以 促使记形合金18将机械势能转变为机械动能，由此驱动滑轮对、26、观、30并且将热能转变 为机械能。
热力发动机16和部件/发电机20可以布置在车辆10的舱室40内。特别地，热力 发动机16和部件20可以布置在车辆10中和附近的任何位置处，只要形状记忆合金18布 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。而且， 热力发动机16和部件20可以被开有通风口的壳体44(图1)围绕。壳体44可以形成有孔 (未示出)，电子部件例如电线可以通过这些孔。屏障50可以位于壳体44内以隔开第一流 体区域12与第二流体区域14。现在参照图1，在一个变形中，能量收集系统42还包括电子控制装置46。电子控 制装置46与车辆10可操作通讯。电子控制装置46可以是例如计算机，其与能量收集系统 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内温度传感器、第二流体区域14内的温度传感器、部件20的调速器、流体流动传感 器和配置成监控发电的仪器中的一个或多个相通讯和/或控制它们。电子控制装置46可 以控制在车辆10的预定状态下能量的收集。例如，在车辆10已经运行了足够时段之后，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从而允许关闭能量收集系统42的选项。由电子控制装置 46控制的离合器(未示出)可以用来分离热力发动机16与部件20。还如图1所示，能量收集系统42包括传递介质48，其配置成传送来自能量收集系 统42的电EE。特别地，传递介质48可以传送来自部件/发电机20的电EE。传递介质48 可以是例如电力线或导电电缆。传递介质48可以传送来自部件/发电机20的电EE到储 存装置M例如车辆的蓄电池。储存装置M也可以位于车辆10附近但与其隔开。这类储 存装置M可以允许能量收集系统42与停放的车辆例如10—起使用。例如，能量收集系统 42可以利用舱室40的罩子上的太阳负载所形成的温差并且把产生的电能EE储存在储存装 置54中。不管来自能量收集系统42的能量是用来直接驱动部件20还是储存起来供以后使 用，能量收集系统42为车辆10提供额外的能量并且降低主能量源上用于驱动车辆10的负 荷。因此，能量收集系统42增加了车辆10的燃油经济性和里程。如上所述，能量收集系统42可以自发地工作，不需要来自车辆10的输入。要意识到，对于上述任何例子，车辆10和/或能量收集系统42可以包括多个热力 发动机16和/或多个部件20。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/或部件20。例如，一个热力发动机16可以驱动多于一个的部件20。同样地，车辆10 可以包括多于一个的能量收集系统42，每个都包括至少一个热力发动机16和部件20。多 个热力发动机16可以利用整个车辆中的多个温差区域。参照图3，示出了用于能量收集系统142的热力发动机116的第二实施例。热力 发动机116配置成将热能例如热量转变为机械能或电能。更具体地说，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可以具有任何适用的形态即形状。例 如，形状记忆合金118可以具有从包括弹簧、条、线材、带、连续环以及上述各项的组合的组 中选择的形态。能量收集系统142还包括从动部件120。部件120可以是简单的机械装置，其由热 力发动机116驱动。部件120可以是车辆10内的现有系统的一部分。机械能可以驱动部 件120或可以辅助车辆10的其它系统驱动部件120。用由热力发动机116提供的动力驱动 部件120还可以允许车辆10内的相关现有系统的尺寸/容积减小。可替代地，部件120可以是发电机。部件/发电机120配置成将来自热力发动机 116的机械能转变为电(总体上用符号EE表示)。来自部件/发电机120的电能然后可以 用来参与给车辆10 (如图1所示)内的主或附件驱动系统提供动力。部件120由热力发动机116驱动。也就是说，由形状记忆合金118从热能转换得 到的机械能可以驱动部件120。特别地，形状记忆合金118的上述尺寸缩小和尺寸扩大连同 模量的伴随变化可以驱动部件120。更具体地说，热力发动机116可以包括布置在多个轮轴132和134上的轮子IM 和126。轮轴132和134可以由车辆10的各种部件支撑。轮子IM和1 可以相对于车 辆10的部件旋转，并且形状记忆合金118可以由轮子IM和1 支撑并且沿着这些轮子行 进。部件120可以包括连在轮子1 上的传动轴138。当轮子IM和1 响应于形状记忆 合金118在尺寸上的扩大和缩小以及模量的伴随变化而围绕轮轴132和134转动时，传动 轴138转动并驱动部件120。参照图1和3，热力发动机116并且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 接触时就在奥氏体与马氏体之间改变结晶相。例如，一旦接触第一流体区域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并由此将热能转变为 机械能。更具体地说，在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，由此将热能转变为机械能。因此，对于9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即第一流体区域 12和第二流体区域14不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经历模量的伴随变化。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转动滑轮IM和126，并且因此驱动部件/ 发电机120。工作时，一个轮子1 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1 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的拟塑性预应变且与第一流体区域 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模量的伴随变化一起可以促使记形合金118将机械势能转变为机械 动能，由此驱动滑轮1 和1 并且将热能转变为机械能。热力发动机116和部件120可以布置在车辆10的舱室40内。特别地，热力发动 机116和部件120可以布置在车辆10内的任何位置处，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。如上所述，热力发动机116和部件/ 发电机120可以被开由通风口的壳体44围绕。壳体44可以形成有孔(未示出)，电子部件 例如电线可以通过这些孔。足够的热交换屏障50可以位于壳体44内以隔开第一流体区域 12与第二流体区域14。在一个变形中，能量收集系统142还包括电子控制装置46。电子控制装置146与 车辆10可操作通讯。电子控制装置146可以是例如计算机，其与能量收集系统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、部件/发电机120的调速器、流体流动传 感器和配置成监控发电的仪器中的一个或多个相通讯和/或控制它们。电子控制装置146 可以控制在车辆10的预定状态下能量的收集。例如，在车辆10已经运行了足够时段之后， 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146 还可以提供手动超驰热力发动机116从而允许关闭能量收集系统142的选项。由电子控制 装置146控制的离合器(未示出)可以用来分离热力发动机116与部件120。还如图1所示，能量收集系统142包括传递介质48，其配置成传送来自能量收集系 统142的电EE。特别地，传递介质48可以传送来自部件120的电EE。传递介质48可以是 例如电力线或导电电缆。传递介质48可以传送来自发电机120的电EE到储存装置M例 如车辆蓄电池。储存装置M可以位于车辆10附近但与其隔开。这类储存装置M可以允 许能量收集系统142与停放的车辆10 —起使用。例如，能量收集系统142可以利用舱室40 的罩子上的太阳负载所形成的温差并且把产生的电能EE储存在储存装置M中。不管来自能量收集系统142的能量是用来直接驱动部件120还是储存起来供以后 使用，能量收集系统142为车辆10提供额外的能量并且降低主能源上用于驱动车辆10的 负担。因此，能量收集系统142提高车辆10的燃油经济性和里程。如上所述，能量收集系 统142可以自发地工作，不需要来自车辆10的输入。要意识到，对于上述任何例子，车辆10和/或能量收集系统142可以包括多个热力发动机116和/或多个部件120。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/或部件120。例如，一个热力发动机116可以驱动多于一个的部件120。同样 地，车辆10可以包括多于的能量收集系统142，每个都包括至少一个热力发动机116和部件 120。多个热力发动机116可以利用整个车辆中的多个温差区域。参照图4，示出了用于能量收集系统M2的热力发动机216的一个实施例。热力 发动机216配置成将热能例如热量转变为机械能或电能。更具体地说，热力发动机216包 括形状记忆合金218，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218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218可以具有任何适用的形态即形状或构 造。例如，形状记忆合金218可以具有从包括偏压构件(例如弹簧)、条、线材、带、连续环以 及上述各项的组合的组中选择的形态。能量收集系统242还包括从动部件220。部件220可以是简单的机械装置，其由热 力发动机216驱动。部件220可以是车辆10内的现有系统的一部分。机械能可以驱动部 件220或可以帮助车辆10的其它系统驱动部件220。用由热力发动机216提供的动力驱动 部件220还可以允许车辆10内的相关现有系统的尺寸/容积减小。可替代地，部件220可以是发电机。部件/发电机220配置成将来自热力发动机 216的机械能转变为电(总体上用符号EE表示)。来自部件/发电机220的电能然后可以 用来参与给车辆10 (如图1所示)内的主或附件驱动系统提供动力。部件220由热力发动机216驱动。也就是说，由形状记忆合金218从热能转换得 到的机械能可以驱动部件220。特别地，形状记忆合金218的上述尺寸缩小和尺寸扩大连同 模量的伴随变化可以驱动部件220。更具体地说，在图4所示的一个变形中，热力发动机216可以包括框架222，其配 置成支撑布置在多个轮轴232、234上的一个或多个轮子224、226、228、230。这些轮子224、 2沈、2观、230可以相对于框架222旋转，并且形状记忆合金218可以由这些轮子22对、2沈、 228,230支撑并且沿着这些轮子行进。可以由一个或多个齿轮组236任意地改变这些轮子 224、226、228、230的转速。而且，发电机220可以包括连在轮子2 上的传动轴238。当这 些轮子224、226、228、230响应于形状记忆合金218在尺寸上的扩大和缩小而围绕热力发动 机216的轮轴232、234转动时，传动轴238转动并驱动部件220。框架222可以包括悬臂式的支撑臂223以允许轮子2 和2 彼此间隔开或者允 许车辆10的各种不同的部件位于轮子2M与2 之间。可替代地，热力发动机16可以不 包括框架222，并且轮子224、226、228、230可以分别支撑在车辆10的各种部件上，这些部件 的布置保持轮子224、226、228、230的对齐以允许由形状记忆合金218引起的旋转。因此， 热力发动机216可以以适于特定车辆10的布置方式封装在舱室40(如图1所示)内。参照图1和4，热力发动机216并且更具体地说是热力发动机216的形状记忆合 金218布置成与第一流体区域12和第二流体区域14中的每一者都接触。因此，形状记忆 合金218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就在奥氏体与 马氏体之间改变结晶相。例如，一旦接触第一流体区域12，形状记忆合金218就可以从马氏 体变为奥氏体。同样地，一旦接触第二流体区域14，形状记忆合金218就可以从奥氏体变为 马氏体。
而且，形状记忆合金218—旦改变了结晶相就可以改变尺寸并由此将热能转变为 机械能。更具体地说，在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218就可以在尺寸上缩小，并且在受到张应力的时候，一旦结晶相从奥氏体变 为马氏体，形状记忆合金218就可以在尺寸上扩大，由此将热能转变为机械能。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即第一流体区域 12和第二流体区域14不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218的结晶相的变化 可以促使形状记忆合金转动滑轮224、226、228、230，并且因此驱动部件220。
工作时，一个轮子2 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2M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时在所受张应力下在尺寸上扩大，形状记忆合金218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218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218的连续弹簧环形态的 交替尺寸缩小和扩大连同模量的变化一起可以促使记形合金218将机械势能转变为机械 动能，并由此驱动滑轮224、226、228、230并且将热能转变为机械能。热力发动机216和部件220可以布置在车辆10的舱室40内。特别地，热力发动 机216和部件/发电机220可以布置在车辆10内的任何位置处，只要形状记忆合金218布 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。如上所 述，热力发动机216和部件/发电机220可以被开有通风口的壳体44围绕。壳体44可以 形成有孔(未示出)，电子部件例如电线可以通过这些孔。足够的热交换屏障50可以位于 壳体44内以隔开第一流体区域12与第二流体区域14。在一个变形中，能量收集系统242还包括电子控制装置M6。电子控制装置246 与车辆10可操作通讯。电子控制装置246可以是例如计算机，其与能量收集系统M2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246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、部件220的调速器、流体流动传感器和 配置成监控发电的仪器中的一个或多个相通讯和/或控制它们。电子控制装置246可以控 制在车辆10的预定状态下能量的收集。例如，在车辆10已经运行了足够时段之后，以确保 第一流体区域12与第二流体区域14之间的温差处于足够的温差或是最佳差值。电子控制 装置246还可以提供手动超驰热力发动机216从而允许关闭能量收集系统242的选项。由 电子控制装置246控制的离合器(未示出)可以用来分离热力发动机216与部件/发电机 220。还如图1所示，能量收集系统242包括传递介质48，其配置成传送来自能量收集系 统242的电EE。特别地，传递介质48可以传送来自部件220的电EE。传递介质48可以是 例如电力线或导电电缆。传递介质48可以传送来自发电机220的电EE到储存装置M例 如车辆蓄电池。储存装置M可以位于车辆10附近但与其隔开。这类储存装置M可以允 许能量收集系统242与停放的车辆10 —起适于。例如，能量收集系统242可以利用舱室40 的罩子上的太阳负载所形成的温差并且把产生的电能EE储存在储存装置M中。不管来自能量收集系统242的能量是用来直接驱动部件220还是储存起来供以后12使用，能量收集系统242为车辆10提供额外的能量并且降低主能源上的用于驱动车辆10 的负担。因此，能量收集系统242提高车辆10的燃油经济性和里程。如上所述，能量收集 系统242可以自发地工作，不需要来自车辆10的输入。要意识到，对于上述任何例子，车辆10和/或能量收集系统242可以包括多个热 力发动机116和/或多个部件220。也就是说，一部车辆10可以包括多于一个的热力发动 机216和/或部件220。例如，一个热力发动机216可以驱动多于一个的部件220。同样地， 车辆10可以包括多于一个的能量收集系统M2，每个都包括至少一个热力发动机216和部 件220。多个热力发动机216可以利用多个区域。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 员将看出多种替换方案和实施例，用于在所附权利要求的范围内实施本发明。
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，其配置成将热能转变为机械能并且包括拟塑性预应变的形状记忆合金， 该形状记忆合金具有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的结晶相。
2.如权利要求1所述的车辆，还包括用来自所述热力发动机的所述机械能驱动的部件。
3.如权利要求2所述的车辆，其中，所述部件是选自包括风扇、皮带、离合器驱动器、鼓 风机、泵、压缩机以及上面各项的组合的组。
4.如权利要求2所述的车辆，其中，所述部件是配置成将机械能转变为电能的发电机。
5.如权利要求4所述的车辆，还包括连接到所述发电机以储存所述电能的储存装置。
6.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和相关联 的硬度增大以及形状记忆效应驱动所述部件。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，一旦改变结晶相，所述形状记忆合金就改变尺寸， 由此将热能转变为机械能。
8.如权利要求7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 并由此进行尺寸上的足够缩小从而将热能转变为机械能。
9.如权利要求7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 并由此降低模量，并且在受到应力时进行尺寸上的足够扩大从而复位所述形状记忆合金用 于将热能转变为机械能。
10.一种能量收集系统包括 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，其配置成将热能转变为机械能并且包括布置成与所述第一流体区域和所 述第二流体区域的每一者热交换接触的拟塑性预应变形状记忆合金；以及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由所述热力发动机驱动的 部件。
全文摘要
一种使用车辆热梯度的车辆能量收集装置。一种车辆包括能量收集系统。该能量收集系统包括流体、热力发动机和部件。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。该热力发动机配置成将热能转变为机械能并且包括布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。响应于温差由热力发动机驱动该部件。
文档编号F03G7/06GK102052195SQ20101052591
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者A·L·布朗, G·P·麦奈特, J·H·布朗, N·D·曼凯姆, N·L·约翰逊, P·W·亚历山大 申请人:通用汽车环球科技运作公司