DE102010054269B4

DE102010054269B4 - Fahrzeug mit einem System für autonomes Fluidmischen

Info

Publication number: DE102010054269B4
Application number: DE102010054269.5A
Authority: DE
Inventors: Nancy L. Johnson; Xiujie Gao; Alan Browne; James Holbrook BROWN; Paul W. Alexander
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: DE102010054269A1; CN102102647A; US8534064B2; US20110139396A1; CN102102647B

Abstract

Fahrzeug (10), umfassend:
eine Fluidquelle (40) für ein Fahrzeugsystem, wobei die Fluidquelle (40) umfasst;
einen ersten Fluidbereich (12), der eine erste Temperatur aufweist; und
einen zweiten Fluidbereich (14), der eine zweite Temperatur aufweist;
eine Wärmekraftmaschine (16), die eine pseudoplastisch vorgedehnte Formgedächtnislegierung (18) in Wärmetauschkontakt mit dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) umfasst, wobei die Formgedächtnislegierung (18) eine kristallographische Phase aufweist, die als Reaktion auf eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) zwischen Austenit und Martensit wechseln kann; und
wobei die Wärmekraftmaschine (16) dazu dient, das Fluid als Reaktion auf den Wechsel der kristallographische Phase der Formgedächtnislegierung (18) zwischen dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) zu mischen, um Differenzen in dem Fluidbad von zumindest einem von einer Zusammensetzung und der Temperatur des Fluidbads zwischen dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) zu verringern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Fahrzeug und insbesondere ein Fahrzeug mit einem System für autonomes Fluidmischen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fahrzeuge werden herkömmlicherweise durch Maschinen, welche Antrieb für das Fahrzeug vorsehen, und Batterien, welche Leistung zum Starten der Maschine und für Fahrzeugnebenaggregate bereitstellen, mit Leistung versorgt. Die Fahrzeugsysteme und Nebenaggregatsysteme erzeugen Wärme und erfordern Kühlung. Fluide werden typischerweise von einer Fluidquelle gepumpt, um diese Komponenten zu kühlen und zu schmieren. In dem Prozess absorbieren die Fluide selbst Wärme von den Komponenten, die sie kühlen. Wenn das Fluid zu der Fluidquelle zurückgeleitet wird, kann zwischen dem zurückkehrenden Fluid und dem Fluid, das sich bereits in der Fluidquelle befindet, eine ungleichmäßige Wärmeverteilung vorliegen. Das Getriebefluid ist zum Beispiel erwärmt, da es zum Schmieren und Kühlen des Getriebes verwendet wird. Die Wärmeverteilung des Fluids in einem Getriebesumpf ist aber häufig ungleichmäßig. Eine ungleichmäßige Wärmeverteilung in der Fluidquelle kann zu einem weniger effizienten Kühlen des zugehörigen Fahrzeugsystems führen.
Aus den Druckschriften DE 101 08 468 A1 und DE 10 2007 042 791 A1 sind Wärmekraftmaschinen bekannt geworden, die einen Riemen oder Draht aus einem Formgedächtnismaterial umfassen, der im Wärmetauschkontakt mit einem ersten und mit einem zweiten Temperaturbereich steht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Fahrzeug umfasst eine Fluidquelle für ein Fahrzeugsystem. Die Fluidquelle weist einen ersten Fluidbereich mit einer ersten Temperatur und einen zweiten Fluidbereich mit einer zweiten Temperatur auf, die sich von der ersten Temperatur unterscheidet. Eine Wärmekraftmaschine, die eine pseudoplastisch vorgedehnte Formgedächtnislegierung umfasst, befindet sich innerhalb der Fluidquelle und in Wärmetauschkontakt mit dem ersten Fluidbereich und dem zweiten Fluidbereich. Die Wärmekraftmaschine dient dazu, das Fluid als Reaktion auf die kristallographische Phase der Formgedächtnislegierung zwischen dem ersten Fluidbereich und dem zweiten Fluidbereich zu mischen, um dadurch etwaige Unterschiede der Temperatur und Zusammensetzung des Fluidbads zwischen dem ersten Fluidbereich und dem zweiten Fluidbereich zu verringern.
Ein Fluidmischsystem umfasst eine Wärmekraftmaschine. Ein erster Fluidbereich liegt bei einer ersten Temperatur und ein zweiter Fluidbereich liegt bei einer zweiten Temperatur, die sich von der ersten Temperatur unterscheidet. Die Wärmekraftmaschine umfasst eine pseudoplastisch vorgedehnte Formgedächtnislegierung, die in Wärmetauschkontakt mit jedem von erstem Fluidbereich und zweitem Fluidbereich angeordnet ist. Die Wärmekraftmaschine dient dazu, das Fluid als Reaktion auf einen Wechsel der kristallographischen Phase der Formgedächtnislegierung zwischen dem ersten Fluidbereich und dem zweiten Fluidbereich zu mischen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs, das ein Fluidmischsystem aufweist;
2 ist eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform des Fluidmischsystems von 1; und
3 ist eine Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform des Fluidmischsystems von 1.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, ist in 1 ein Fahrzeug allgemein bei 10 gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Fluidmischsystem 42. Das Fluidmischsystem 42 nutzt die Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Fluidbereich 12 und einem zweiten Fluidbereich 14, um eine Wärmekraftmaschine 16 anzutreiben. Die Wärmekraftmaschine 16 mischt das Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 12, um Wärme zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 zu verteilen und um den Temperaturunterschied zu verringern, und wobei es das Fluid mischt, um etwaige räumliche Unterschiede beim Inhalt des Fluidbads zu verringern. Es versteht sich, dass das Fluidmischsystem 42 auch für nichtkraftfahrzeugtechnische Anwendungen, wie etwa Fließbetten aus Feststoffen wie Getreidespeicher, Abfallbehandlungsanlagen, etc., nützlich sein kann.
Das Fahrzeug 10 umfasst eine Fluidquelle 40 für ein Fahrzeugsystem. Die Fluidquelle 40 kann Fluid zum Schmieren und Kühlen der Leistungs- und Antriebsquellen für das Fahrzeug 10, wie etwa eine Maschine und ein Getriebe (nicht gezeigt), vorsehen. Zum Beispiel kann die Fluidquelle 40 ein Getriebesumpf, eine Kühlerfluidzufuhr, etc. sein. Ein Fachmann wäre in der Lage, Fluidquellen in einem Fahrzeug 10 zu ermitteln, die einen räumlichen Temperaturunterschied aufweisen, der aus dem Fluidmischsystem 42 Nutzen ziehen kann.
Die Fluidquelle 40 ist von der umgebenden Umgebung abgeschlossen, wenngleich sie wahrscheinlich mindestens einen Fluideinlass und - auslass (nicht gezeigt) zum Pumpen von Fluid durch das zugehörige System des Fahrzeugs 10 umfasst. Das Fluidmischsystem 42 befindet sich zumindest teilweise in der Fluidquelle 40. Die Leistungs- und Antriebsquellen (nicht gezeigt) für das Fahrzeug 10 erzeugen typischerweise Wärme. Fluid in der Fluidquelle 40 absorbiert diese Wärme. Die Temperatur des Fluids könnte aber nicht gleichmäßig verteilt sein. Zum Beispiel kann zu dem (nicht gezeigten) Fluideinlass benachbartes Fluid eine höhere Temperatur als zu einem Fluidauslass benachbartes Fluid haben. Daher umfasst die Fluidquelle 40 den ersten Fluidbereich 12 und den zweiten Fluidbereich 14, die eine Temperaturdifferenz dazwischen aufweisen. Das Fluid in dem Fluidmischsystem 42, das den ersten Fluidbereich 12 und den zweiten Fluidbereich 14 bildet, kann aus einer Gruppe von Gasen, Flüssigkeiten, Fließbetten von Feststoffen und Kombinationen derselben ausgewählt sein.
Unter Bezug nun auf 1 und 2 umfasst das Fluidmischsystem 42 die Wärmekraftmaschine 16. Die Wärmekraftmaschine 16 ist ausgestaltet, um thermische Energie, z.B. Wärme, in mechanische Energie umzuwandeln, wie es nachstehend ausführlicher dargelegt wird. Im Einzelnen umfasst die Wärmekraftmaschine 16 eine Formgedächtnislegierung 18 ( 2) in thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14, die eine kristallographische Phase aufweist, die als Reaktion auf die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 (1) zwischen Austenit und Martensit wechseln kann.
Der Betrieb der Wärmekraftmaschine 16 mischt die Zusammensetzung des Fluids zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14. Im Einzelnen führt das Mischen des Fluids zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 zu Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14, um dadurch den Temperaturunterschied zu verringern. Wärme wird übertragen, wenn sie von der Formgedächtnislegierung 18 in einem von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 absorbiert wird und wenn sie von der Formgedächtnislegierung 18 in dem anderen von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 desorbiert wird. Ferner wird das Fluid in dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 durch die Fluidströme gemischt, die durch den Betrieb der Wärmekraftmaschine 16 erzeugt werden. Wenn ein weiteres Mischen des Inhalts des Fluidbads erforderlich ist, kann eine Komponente 20, beispielsweise ein Gebläse, an der Wärmekraftmaschine 16 befestigt und dadurch angetrieben werden. Die zweite Komponente 20 kann den Fluidstrom von einem von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 zu dem anderen von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 steigern. Wenn die Wärmekraftmaschine 16 arbeitet, wird das Fluid in der Fluidquelle 40 gemischt und der Temperaturunterschied zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 wird verringert. Die Wärmekraftmaschine 16 arbeitet so lange weiter, wie zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 ausreichend Temperaturunterschied vorliegt. Der Betrieb der Wärmekraftmaschine 16 wird nachstehend weiter beschrieben.
So wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „Formgedächtnislegierung“ auf Legierungen, die einen Formgedächtniseffekt zeigen. Das heißt, die Formgedächtnislegierung 18 kann einen Phasenwechsel aus dem festen Zustand über eine kristalline Umordnung erfahren, um zwischen einer Martensitphase, d.h. „Martensit“, und einer Austenitphase, d.h. „Austenit“, zu wechseln. Anders ausgedrückt kann die Formgedächtnislegierung 18 eine displazive Umwandlung statt einer diffusionellen Umwandlung erfahren, um zwischen Martensit und Austenit zu wechseln. Im Allgemeinen bezieht sich die Martensitphase auf die Phase mit vergleichsweise niedrigerer Temperatur und ist häufig stärker verformbar als die Austenitphase mit vergleichsweise höherer Temperatur. Die Temperatur, bei der die Formgedächtnislegierung 18 beginnt, von der Austenitphase in die Martensitphase zu wechseln, ist als die Martensitstarttemperatur M_s bekannt. Die Temperatur, bei der die Formgedächtnislegierung 18 den Wechsel von der Austenitphase in die Martensitphase abschließt, ist als die Martensitendtemperatur M_f bekannt. Wenn die Formgedächtnislegierung 18 erwärmt wird, ist analog die Temperatur, bei der die Formgedächtnislegierung 18 beginnt, von der Martensitphase in die Austenitphase zu wechseln, als die Austenitstarttemperatur A_s bekannt. Die Temperatur, bei der die Formgedächtnislegierung 18 den Wechsel von der Martensitphase in die Austenitphase abschließt, ist als die Austenitendtemperatur Ar bekannt.
Daher kann die Formgedächtnislegierung 18 durch einen kalten Zustand, d.h. wenn eine Temperatur der Formgedächtnislegierung 18 unter der Martensitendtemperatur M_f der Formgedächtnislegierung 18 liegt, charakterisiert sein. Gleichermaßen kann die Formgedächtnislegierung 18 auch durch einen heißen Zustand charakterisiert sein, d.h. wenn die Temperatur der Formgedächtnislegierung 18 oberhalb der Austenitendtemperatur A_f der Formgedächtnislegierung 18 liegt.
Im Betrieb, d.h. wenn sie der Temperaturdifferenz der Fluide 12, 14 ausgesetzt ist, kann die Formgedächtnislegierung 18 nach dem Wechsel der kristallographischen Phase die Abmessung ändern, um dadurch thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Das heißt, die Formgedächtnislegierung 18 kann die kristallographische Phase von Martensit nach Austenit wechseln, was von einem maßlichen Zusammenziehen begleitet wird - wenn und nur wenn sie zuvor durch das Anlegen von Spannung pseudoplastisch vorgedehnt wurde - um thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Umgekehrt kann die Formgedächtnislegierung 18 die kristallographische Phase von Austenit nach Martensit ändern und sich unter Spannung dadurch im Maß ausdehnen, d.h. pseudoplastisch dehnen, um zurückgestellt und bereit zum Umwandeln von thermischer Energie in mechanische Energie zu sein.
Der Begriff „pseudoplastisch vorgedehnt“ bezeichnet ein Strecken des Formgedächtnislegierungselements 18, während sich das Formgedächtnislegierungselement 18 in der Martensitphase befindet, so dass die von dem Formgedächtnislegierungselement 18 unter Last aufgezeigte Dehnung bei Entlasten nicht vollständig wieder hergestellt wird. D.h. das Formgedächtnislegierungselement 18 scheint sich bei Entlasten plastisch verformt zu haben, doch wenn es auf die Austenitstarttemperatur As erwärmt wird, kann die Dehnung wiederhergestellt werden, so dass das Formgedächtnislegierungselement 18 zu der ursprünglichen Länge zurückkehrt, die vor dem Anlegen einer Last beobachtet wurde. Das Formgedächtnislegierungselement 18 kann ferner vor dem Einbau in die Wärmekraftmaschine 16 gestreckt werden, so dass die Nennlänge der Formgedächtnislegierung 18 die wiederherstellbare pseudoplastische Dehnung umfasst, die die zum Antreiben der Wärmekraftmaschine 16 verwendete Bewegung vorsieht.
Die Formgedächtnislegierung 18 kann irgendeine geeignete Zusammensetzung aufweisen. Insbesondere kann die Formgedächtnislegierung 18 ein Element umfassen, das aus der Gruppe von Kobalt, Nickel, Titan, Indium, Mangan, Eisen, Palladium, Zink, Kupfer, Silber, Gold, Cadmium, Zinn, Silizium, Platin, Gallium und Kombinationen davon ausgewählt ist. Zum Beispiel können geeignete Formgedächtnislegierungen 18 Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Nickel-Kobalt-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Mangan-Gallium-Basis, Legierungen auf Kupferbasis (z.B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold-Legierungen und Kupfer-ZinnLegierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und Kombinationen davon umfassen. Die Formgedächtnislegierung 18 kann binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung sein, solange die Formgedächtnislegierung 18 einen Formgedächtniseffekt, z.B. eine Änderung der Formorientierung, Dämpfungskapazität und dergleichen, aufweist. Ein Fachmann kann die Formgedächtnislegierung 18 gemäß gewünschten Betriebstemperaturen innerhalb der Fluidquelle 40 (1) wählen, wie es nachstehend ausführlicher dargelegt wird. In einem besonderen Beispiel kann die Formgedächtnislegierung 18 Nickel und Titan umfassen.
Ferner kann die Formgedächtnislegierung 18 irgendeine geeignete Gestalt, d.h. Form, aufweisen. Zum Beispiel kann die Formgedächtnislegierung 18 eine Gestalt aufweisen, die aus der Gruppe, welche Federn, Streifen, Drähte, Bänder, durchgehende Schleifen und Kombinationen davon umfasst, ausgewählt sein. Unter Bezugnahme auf 2 kann in einer Abwandlung die Formgedächtnislegierung 18 als durchgehende Schleifenfeder gebildet sein.
Die Formgedächtnislegierung 18 kann thermische Energie in mechanische Energie über irgendeine geeignete Weise umwandeln. Zum Beispiel kann die Formgedächtnislegierung 18 ein Riemenscheibensystem aktivieren (das in 2 allgemein gezeigt und nachstehend ausführlicher dargelegt wird), einen Hebel (nicht gezeigt) in Eingriff bringen, ein Schwungrad (nicht gezeigt) rotieren, eine Schraube (nicht gezeigt) in Eingriff bringen, und dergleichen.
Unter erneutem Bezug auf 1 und 2 kann das Fluidmischsystem 42 die angetriebene Komponente 20 umfassen. Die Komponente 20 kann eine einfache mechanische Vorrichtung sein, beispielsweise ein Gebläse, das von der Wärmekraftmaschine 16 angetrieben wird, um das Fluidmischen zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich (in 1 gezeigt) zu steigern. Die mechanische Energie von der Wärmekraftmaschine 16 kann die Komponente 20 antreiben. Das Antreiben der Komponente 20 mit von der Wärmekraftmaschine 16 bereitgestellter Leistung lässt das Fluidmischsystem 42 autonom von anderen Systemen des Fahrzeugs 10 arbeiten. Das Mischen des Fluids in dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14, um das Temperaturgefälle und Zusammensetzungsdifferenzen des Fluidbads dazwischen zu verringern, kann das zugehörige System in dem Fahrzeug 10 unterstützen, so dass es effizienter ist.
Unter Bezug auf 2 wird die Komponente 20 von der Wärmekraftmaschine 16 angetrieben, wenn das Mischsystem 42 die Komponente 20 für weiteres Fluidmischen umfasst. Insbesondere kann die vorstehend erwähnte Abmessungszusammenziehung und die Abmessungsausdehnung der Formgedächtnislegierung 18, die mit den Modulwechseln gekoppelt ist, die Komponente 20 antreiben. D.h. mechanische Energie, die aus der Umwandlung von thermischer Energie durch die Formgedächtnislegierung 18 resultiert, kann die Komponente 20 antreiben, wenn die Wärmekraftmaschine 16 arbeitet, um das Temperaturgefälle zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 zu verringern.
In einer in 2 gezeigten Variante kann die Wärmekraftmaschine 16 einen Rahmen 22 umfassen, der ausgestaltet ist, ein oder mehrere Räder 24, 26, 28, 30, die auf mehreren Achsen 32, 34 angeordnet sind, zu lagern. Die Räder 24, 26, 28, 30 können mit Bezug auf den Rahmen 22 rotieren, und die Formgedächtnislegierung 18 kann durch die Räder 24, 26, 28, 30 abgestützt sein und sich dort entlang bewegen. Die Drehzahl der Räder 24, 26, 28, 30 kann wahlweise durch einen oder mehrere Zahnradsätze 36 abgewandelt werden. Darüber hinaus kann die Komponente 20 eine Antriebswelle 38 umfassen, die an dem Rad 26 angebracht ist. Wenn sich die Räder 24, 26, 28, 30 um die Achsen 32, 34 der drehen, rotiert die Wärmekraftmaschine 16 als Reaktion auf das maßliche Ausdehnen und Zusammenziehen der Formgedächtnislegierung 18. Zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 wird Wärme übertragen, wenn sie von der Formgedächtnislegierung 18 in einem Gebiet absorbiert wird und wenn sie von der Formgedächtnislegierung 18 in einem anderen Gebiet desorbiert wird. Ferner wird das Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 durch die Fluidströme in der Fluidquelle 40, die durch den Betrieb der Wärmekraftmaschine 16 erzeugt werden, gemischt. Wenn ein weiteres Mischen von Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 erforderlich ist, kann die Komponente 20 durch die Antriebswelle 38 an der Wärmekraftmaschine 16 befestigt und dadurch angetrieben werden.
Unter erneutem Bezug auf 1 ist das Fluidmischsystem im Allgemeinen bei 42 gezeigt. Das Fluidmischsystem 42 umfasst eine Struktur, die den ersten Fluidbereich 12 ausbildet, der eine erste Temperatur aufweist, und umfasst eine Struktur, die den zweiten Fluidbereich 14 ausbildet, der eine zweite Temperatur aufweist, die sich von der ersten Temperatur unterscheidet. Zum Beispiel kann die erste Temperatur höher als die zweite Temperatur sein. Die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur kann bei nur etwa 5°C und nicht mehr als etwa 300°C liegen.
Je größer die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur ist, desto schnell dreht die Formgedächtnislegierung 18 die Räder 24, 2 6, 28, 30. Das schnellere Arbeiten der Wärmekraftmaschine 16 ergibt sich aus den abnehmenden Heiz- und Kühlzeiten der Formgedächtnislegierung 18 in dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14. Wenn der Temperaturunterschied zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 verringert ist, arbeitet die Wärmekraftmaschine 16 bei niedrigeren Drehzahlen. Das Fluid in dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 mischt sich bei einer größeren Rate, wenn der Temperaturunterschied zunimmt, und mischt sich bei einer niedrigeren Rate, wenn die Temperaturdifferenz abnimmt.
Wie allgemein in 1 gezeigt ist, ist die Wärmekraftmaschine 16, und genauer die Formgedächtnislegierung 18 (2) der Wärmekraftmaschine 16, in thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit einem jeden von dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 angeordnet. Deshalb kann die Formgedächtnislegierung 18 die kristallographische Phase zwischen Austenit und Martensit bei Kontakt mit einem von dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 wechseln. Bei thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit dem ersten Fluidbereich 12 kann zum Beispiel die Formgedächtnislegierung 18 von Martensit nach Austenit wechseln. Bei thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit dem zweiten Fluidbereich 14 kann die Formgedächtnislegierung 18 analog von Austenit nach Martensit wechseln.
Ferner kann die Formgedächtnislegierung 18 bei Wechsel der kristallographischen Phase sowohl den Modul als auch die Abmessung ändern, um dadurch die Wärmekraftmaschine 16 anzutreiben. Genauer gesagt kann sich die Formgedächtnislegierung 18, wenn sie pseudoplastisch vorgedehnt ist, bei Wechseln der kristallographischen Phase von Martensit nach Austenit ausreichend maßlich zusammenziehen und kann sich bei Wechseln der kristallographischen Phase von Austenit nach Martensit maßlich ausreichend ausdehnen, wenn sie unter Spannung steht, um dadurch die Wärmekraftmaschine 16 anzutreiben und das Fluid in dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 zu mischen. Deshalb kann sich die Formgedächtnislegierung 18 für jede Bedingung, bei der die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur des ersten Fluidbereichs 12 und der zweiten Temperatur des zweiten Fluidbereichs 14 vorhanden ist, d.h. wobei der erste Fluidbereich 12 und der zweite Fluidbereich 14 nicht in thermischem Gleichgewicht sind, nach Wechsel der kristallographischen Phase zwischen Martensit und Austenit maßlich ausdehnen und zusammenziehen. Und der Wechsel der kristallographischen Phase der Formgedächtnislegierung 18 kann die Formgedächtnislegierung veranlassen, die Scheiben 24, 26, 28, 30 zu drehen, was das Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 mischt und den Temperaturunterschied sowie jegliche Zusammensetzungsdifferenz des Fluidbads dazwischen verringert. Wenn der Temperaturunterschied zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 unter einen Mindestwert verringert wird, weist die Formgedächtnislegierung 18 keinen Wechsel der kristallographischen Phase mehr auf und die Wärmekraftmaschine 16 hört zu arbeiten auf, bis der Temperaturunterschied wieder über den Mindestwert steigt. Um ein kontinuierlicheres Mischen des Fluidbads vorzusehen, kann die Formgedächtnislegierung 18 so gewählt werden, dass sie mit einem niedrigen Temperaturgefälle zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 arbeitet.
Im Betrieb kann unter Bezugnahme auf das Wärmetauschsystem 42 von 1 und wie mit Bezug auf die Beispielkonfiguration der Formgedächtnislegierung 18, die in 2 gezeigt ist, beschrieben, ein Rad 28 in den ersten Fluidbereich 12 eingetaucht sein oder mit diesem in Wärmetauschbeziehung stehen, während ein anderes Rad 24 in den zweiten Fluidbereich 14 eingetaucht sein kann oder mit diesem in Wärmetauschbeziehung stehen kann. Da sich ein Gebiet (allgemein durch Pfeil A angedeutet) der Formgedächtnislegierung 18 maßlich ausdehnt, d.h. sich unter Spannung maßlich streckt, wenn es in Kontakt mit dem zweiten Fluidbereich 14 ist, zieht sich ein anderes Gebiet (allgemein durch Pfeil B angedeutet) der Formgedächtnislegierung 18 in Kontakt mit dem ersten Fluidbereich 12 maßlich zusammen, wenn es pseudoelastisch vorgedehnt ist. Das abwechselnde maßliche Zusammenziehen und Ausdehnen der Gestalt der durchgehenden Federschleife aus der Formgedächtnislegierung 18 kann, wenn sie der Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 ausgesetzt ist, bewirken, dass die Formgedächtnislegierung 18 potentielle mechanische Energie in kinetische mechanische Energie umwandelt, wodurch die Scheiben 24, 26, 28, 30 angetrieben werden und thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird.
Unter erneutem Bezug auf 1 kann die Wärmekraftmaschine 16 an einer beliebigen Stelle in der Fluidquelle 40 angeordnet sein, solange die Formgedächtnislegierung 18 in thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit jedem von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 angeordnet ist. Weiterhin kann die Wärmekraftmaschine 16 von einem belüfteten Gehäuse 44 (1) umgeben sein, um Fluidstrom zuzulassen, während die Wärmekraftmaschine 16 geschützt wird. Eine ausreichende Wärmetauschbarriere 50 kann sich in dem Gehäuse 44 oder der Fluidquelle 40 befinden, um den ersten Fluidbereich 12 von dem zweiten Fluidbereich 14 zu trennen und das Erzeugen von Fluidstrompfaden in der Fluidquelle 40 zu unterstützen.
Nun unter Bezugnahme auf 1 umfasst das Fluidmischsystem 42 in einer Variante auch eine elektronische Steuereinheit 46. Die elektronische Steuereinheit 46 steht in funktioneller Verbindung mit dem Fahrzeug 10. Die elektronische Steuereinheit 46 kann z.B. ein Computer sein, der elektronisch mit einer oder mehreren Steuereinrichtungen und/oder Sensoren des Fluidmischsystems 42 kommuniziert. Die elektronische Steuereinheit 46 kann den Betrieb des Fluidmischsystems 42 unter vorbestimmten Bedingungen steuern. Eine elektronische Steuereinheit 46 kann auch die Option bieten, das Fluidmischsystem 42 von Hand zu übersteuern, um zuzulassen, dass das Fluidmischsystem 42 ausgeschaltet werden kann.
Es versteht sich, dass bei jedem der vorstehend erwähnten Beispiele das Fahrzeug 10 und/oder das Fluidmischsystem 42 mehrere Wärmekraftmaschinen 16 umfassen können/kann. D.h. ein Fahrzeug 10 kann mehr als eine Wärmekraftmaschine 16 und/oder Fluidmischsysteme 42 umfassen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 10 mehr als ein Fluidmischsystem 42, das jeweils mindestens eine Wärmekraftmaschine 16 umfasst, umfassen.
Unter Bezug auf 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Wärmekraftmaschine 116 für ein Fluidmischsystem 142 veranschaulicht. Die Wärmekraftmaschine 116 umfasst eine Formgedächtnislegierung 118, die eine kristallographische Phase aufweist, die als Reaktion auf die Temperaturdifferenz des ersten Fluidbereichs 12 und des zweiten Fluidbereichs 14 zwischen Austenit und Martensit wechseln kann (1). Die Formgedächtnislegierung 118 arbeitet in ähnlicher Weise wie die vorstehend beschriebene Formgedächtnislegierung 18. Ferner kann die Formgedächtnislegierung 118 irgendeine geeignete Gestalt, d.h. Konfiguration oder Form, aufweisen. Zum Beispiel kann die Formgedächtnislegierung 118 eine Gestalt aufweisen, die aus der Gruppe, welche Federn, Streifen, Drähte, Bänder, durchgehende Schleifen und Kombinationen davon umfasst, ausgewählt ist.
Der Betrieb der Wärmekraftmaschine 116 bewirkt, dass sich Wärme von einem von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 zu dem anderen von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 bewegt, bis ein Temperaturunterschied dazwischen verringert ist. Das Mischen des Fluids erfolgt durch die Fluidströme in der Fluidquelle 40, die durch den Betrieb der Wärmekraftmaschine 116 erzeugt werden. Wenn ein weiteres Mischen von einem von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 erforderlich ist, kann eine Komponente 120, beispielsweise ein Gebläse, an der Wärmekraftmaschine 116 befestigt und dadurch angetrieben werden. Die Komponente 120 kann das Mischen von Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 steigern. Wenn die Wärmekraftmaschine 116 arbeitet, wird das Fluid in der Fluidquelle 40 gemischt und der Temperaturunterschied und jede Zusammensetzungsdifferenz des Fluidbads zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 werden verringert. Die Wärmekraftmaschine 116 zu arbeitet so lange weiter, wie zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 ausreichend Temperaturunterschied vorliegt. Der Betrieb der Wärmekraftmaschine 116 wird nachstehend weiter beschrieben.
Die Komponente 120 kann eine einfache mechanische Vorrichtung sein, beispielsweise ein Gebläse, die von der Wärmekraftmaschine 116 angetrieben wird, um das Fluidmischen zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 (in 1 gezeigt) zu steigern. Die mechanische Energie von der Wärmekraftmaschine 116 kann die Komponente 120 antreiben. Das Antreiben der Komponente 120 mit von der Wärmekraftmaschine 116 bereitgestellter Leistung lässt das Fluidmischsystem 142 autonom von anderen Systemen des Fahrzeugs 10 arbeiten. Das Mischen des Fluids in dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14, um das Temperaturgefälle und jegliche Zusammensetzungsdifferenz des Fluidbads dazwischen zu verringern, kann das zugehörige System in dem Fahrzeug 10 unterstützen, so dass es effizienter ist.
Die Wärmekraftmaschine 116 kann Räder 124 und 126 umfassen, die an mehreren Achsen 132 und 134 angeordnet sind. Die Achsen 132 und 134 können durch verschiedene Komponenten des Fahrzeugs 10 gelagert sein. Die Räder 124 und 126 können mit Bezug auf Komponenten des Fahrzeugs 10 rotieren, und die Formgedächtnislegierung 118 kann durch die Räder 124 und 126 abgestützt sein und sich dort entlang bewegen. Die Komponente 120 eine Antriebswelle 138 umfassen, die an dem Rad 126 angebracht ist. Wenn sich die Räder 124 und 126 als Reaktion auf das maßliche Ausdehnen und Zusammenziehen der Formgedächtnislegierung 118 um die Achsen 132 und 134 drehen, rotiert die Antriebswelle 138 und mischt das Fluid in dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14.
Unter Bezug auf 1 und 3 ist die Wärmekraftmaschine 116, und genauer die Formgedächtnislegierung 118 der Wärmekraftmaschine 116, in Kontakt mit einem jeden von dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 angeordnet. Deshalb kann die Formgedächtnislegierung 118 bei thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit einem von dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 die kristallographische Phase zwischen Austenit und Martensit wechseln. Bei thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit dem ersten Fluidbereich 12 kann zum Beispiel die Formgedächtnislegierung 18 von Martensit nach Austenit wechseln. Bei thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit dem zweiten Fluidbereich 14 kann die Formgedächtnislegierung 118 analog von Austenit nach Martensit wechseln.
Ferner kann die Formgedächtnislegierung 118 bei Wechsel der kristallographischen Phase die Abmessung ändern, um dadurch die Wärmekraftmaschine 116 anzutreiben. Genauer gesagt kann sich die Formgedächtnislegierung 118, wenn sie pseudoplastisch vorgedehnt ist, bei Wechseln der kristallographischen Phase von Martensit nach Austenit maßlich zusammenziehen und kann sich bei Wechseln der kristallographischen Phase von Austenit nach Martensit maßlich ausdehnen, wenn sie unter Zugspannung steht, um dadurch thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Deshalb kann sich die Formgedächtnislegierung 118 für jede Bedingung, bei der die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur des ersten Fluidbereichs 12 und der zweiten Temperatur des zweiten Fluidbereichs 14 vorhanden ist, d.h. wobei der erste Fluidbereich 12 und der zweite Fluidbereich 14 nicht in thermischem Gleichgewicht sind, nach Wechsel der kristallographischen Phase zwischen Martensit und Austenit maßlich ausdehnen und zusammenziehen. Und der Wechsel der kristallographischen Phase der Formgedächtnislegierung 118 kann die Formgedächtnislegierung veranlassen, die Scheiben 124 und 126 zu drehen, und somit ein Mischen des Fluids zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 und ein Verringern des Temperaturunterschieds sowie jeglicher Zusammensetzungsdifferenz des Fluidbads dazwischen veranlassen. Wenn der Temperaturunterschied zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 unter einen Mindestwert verringert wird, weist die Formgedächtnislegierung 118 keinen Wechsel der kristallographischen Phase mehr auf und die Wärmekraftmaschine 116 hört zu arbeiten auf, bis der Temperaturunterschied wieder über den Mindestwert steigt.
Bei Betrieb kann ein Rad 128 in den ersten Fluidbereich 12 eingetaucht sein oder in Wärmetauschbeziehung mit diesem stehen, während das andere Rad 124 in den zweiten Fluidbereich 14 eingetaucht sein kann oder in Wärmetauschbeziehung mit diesem stehen kann. Da sich ein Gebiet (allgemein durch Pfeil A angedeutet) der Formgedächtnislegierung 118 unter angelegter Zugspannung maßlich ausdehnt, wenn es in Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit dem zweiten Fluidbereich 14 ist, zieht sich ein anderes Gebiet (allgemein durch Pfeil B angedeutet) der Formgedächtnislegierung 118 in thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit dem ersten Fluidbereich 12, das pseudoplastisch vorgedehnt ist, maßlich zusammen. Das abwechselnde maßliche Zusammenziehen und Ausdehnen der Gestalt der durchgehenden Federschleife aus der Formgedächtnislegierung 18 bei Einwirken der Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 kann bewirken, dass die Scheiben 124 und 126 als Reaktion auf das maßliche Ausdehnen und Zusammenziehen der Formgedächtnislegierung 118 zusammen mit der damit einhergehenden Änderung des Moduls drehen. Fluid und somit Wärme wird übertragen, wenn das Fluid durch die Fluidströme in der Fluidquelle 40, die durch den Betrieb der Wärmekraftmaschine 116 erzeugt werden, gemischt wird. Wenn ein weiteres Mischen von Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich 12 und dem zweiten Fluidbereich 14 erforderlich ist, kann die Komponente 120 durch die Antriebswelle 38 an der Wärmekraftmaschine 16 befestigt und dadurch angetrieben werden.
Unter erneutem Bezug auf 1 kann die Wärmekraftmaschine 116 an einer beliebigen Stelle in der Fluidquelle 40 angeordnet sein, solange die Formgedächtnislegierung 118 in thermischem Kontakt oder Wärmetauschbeziehung mit jedem von erstem Fluidbereich 12 und zweitem Fluidbereich 14 angeordnet ist. Weiterhin kann die Wärmekraftmaschine 116 von einem belüfteten Gehäuse 44 (1) umgeben sein, um Fluidstrom zuzulassen, während die Wärmekraftmaschine 116 geschützt wird. Eine ausreichende Wärmetauschbarriere 50 kann sich in dem Gehäuse 44 oder der Fluidquelle 40 befinden, um den ersten Fluidbereich 12 von dem zweiten Fluidbereich 14 zu trennen und das Erzeugen von Fluidstrompfaden in der Fluidquelle 40 zu unterstützen.
Bei einer Variante umfasst das Fluidmischsystem 142 auch eine elektronische Steuereinheit 146. Die elektronische Steuereinheit 146 steht in funktioneller Verbindung mit dem Fahrzeug 10. Die elektronische Steuereinheit 146 kann z.B. ein Computer sein, der elektronisch mit einer oder mehreren Steuereinrichtungen und/oder Sensoren des Fluidmischsystems 142 kommuniziert. Die elektronische Steuereinheit 146 kann den Betrieb des Fluidmischsystems 42 unter vorbestimmten Bedingungen steuern. Die elektronische Steuereinheit 146 kann auch die Option bieten, von Hand zu übersteuern, um zuzulassen, dass das Fluidmischsystem 142 ausgeschaltet werden kann.
Es versteht sich, dass bei jedem der vorstehend erwähnten Beispiele das Fahrzeug 10 und/oder das Fluidmischsystem 142 mehrere Wärmekraftmaschinen 116 umfassen können/kann. D.h. ein Fahrzeug 10 kann mehr als eine Wärmekraftmaschine 116 und/oder Fluidmischsysteme 142 umfassen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 10 mehr als ein Fluidmischsystem 142, das jeweils mindestens eine Wärmekraftmaschine 116 umfasst, umfassen.

Claims

Fahrzeug (10), umfassend: eine Fluidquelle (40) für ein Fahrzeugsystem, wobei die Fluidquelle (40) umfasst; einen ersten Fluidbereich (12), der eine erste Temperatur aufweist; und einen zweiten Fluidbereich (14), der eine zweite Temperatur aufweist; eine Wärmekraftmaschine (16), die eine pseudoplastisch vorgedehnte Formgedächtnislegierung (18) in Wärmetauschkontakt mit dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) umfasst, wobei die Formgedächtnislegierung (18) eine kristallographische Phase aufweist, die als Reaktion auf eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) zwischen Austenit und Martensit wechseln kann; und wobei die Wärmekraftmaschine (16) dazu dient, das Fluid als Reaktion auf den Wechsel der kristallographische Phase der Formgedächtnislegierung (18) zwischen dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) zu mischen, um Differenzen in dem Fluidbad von zumindest einem von einer Zusammensetzung und der Temperatur des Fluidbads zwischen dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) zu verringern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, welches weiterhin eine durch die Wärmekraftmaschine (16) angetriebene Komponente (20) umfasst, um das Mischen von Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) zu steigern.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei der Wechsel der kristallographischen Phase der Formgedächtnislegierung (18) die Komponente antreibt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Formgedächtnislegierung (18) bei Wechsel der kristallographischen Phase die Abmessung ändert, um dadurch Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich (12) zu dem zweiten Fluidbereich (14) zu mischen.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Formgedächtnislegierung (18) die kristallographische Phase von Martensit nach Austenit ändert und sich dadurch maßlich zusammenzieht, wenn sie pseudoplastisch vorgedehnt ist, um Fluid von einem von erstem Fluidbereich (12) und zweitem Fluidbereich (14) zu dem anderen von erstem Fluidbereich (12) und zweitem Fluidbereich (14) zu übertragen.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Formgedächtnislegierung (18) die kristallographische Phase von Austenit nach Martensit wechselt und sich dadurch maßlich ausdehnt, wenn sie unter Spannung steht, um das Fluid zwischen dem ersten Fluidbereich (12) und dem zweiten Fluidbereich (14) zu mischen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Formgedächtnislegierung (18) eine Form gewählt aus der Gruppe von Federn, Streifen, Drähten, Bändern, durchgehenden Schleifen und Kombinationen derselben aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Formgedächtnislegierung (18) Nickel und Titan umfasst.