JP2009203876A - Thermal engine - Google Patents

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Kiyohito Murata
清仁 村田
Eiichi Kamiyama
栄一 神山
Ryosuke Kainuma
亮介 貝沼
Kiyohito Ishida
清仁 石田
Ko Ito
航 伊藤
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Tohoku University NUC
Toyota Motor Corp
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Tohoku University NUC
Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve efficiency in a thermal engine using bending moment caused by deformation of a shape memory alloy. <P>SOLUTION: A material of which deformation temperature can be changed according to surrounding magnetic field is used for a material included in an endless belt 4. This engine is provided with a magnetic pole 7 (magnetic force apply means) arranged in such a manner that magnetic force can be applied on the endless belt 4, a hot water supplier 5 (heat apply means) arranged in such a manner that heat can be applied on the endless belt 4, and a controller 8 (control means) controlling the magnetic pole 7 according to an operation state of the hot water supplier 5. Energy efficiency of the thermal engine 1 can be improved by applying magnetic field on the endless belt 4 and controlling deformation temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、変形温度を越える温度上昇に伴い予め記憶された形状への復元力を発生する形状記憶特性を有する材料を用いた熱エンジンに関する。   The present invention relates to a heat engine using a material having a shape memory characteristic that generates a restoring force to a shape stored in advance as the temperature rises above a deformation temperature.

形状記憶された無端ベルトを一対のプーリに巻回してなる形状記憶合金エンジンが提案されている。特許文献1に記載の装置では、無端ベルトが一方のプーリから回出する部位に、熱付与手段を配置し、変形温度を上回るように加熱すると、無端ベルトが記憶された形状である直線形状或いは逆R形状に復帰しようとする曲げモーメントが生じ、この曲げモーメントに基づいて回転力が発生する。   There has been proposed a shape memory alloy engine in which a shape memory endless belt is wound around a pair of pulleys. In the device described in Patent Document 1, when the heat applying means is arranged at a portion where the endless belt is unwound from one pulley and heated so as to exceed the deformation temperature, the endless belt is stored in a linear shape or A bending moment is generated to return to the inverted R shape, and a rotational force is generated based on this bending moment.

特開2006‐207441号公報JP 2006-207441 A

しかし、特許文献1の装置では、熱付与手段の温度が変形温度を下回るとエネルギ効率が低下し、また、変形温度よりも高い領域ではエネルギ効率が上がらないという問題点がある。   However, the apparatus of Patent Document 1 has a problem that the energy efficiency is lowered when the temperature of the heat applying means is lower than the deformation temperature, and the energy efficiency is not increased in a region higher than the deformation temperature.

そこで本発明の目的は、形状記憶合金の変形に伴う曲げモーメントを利用する熱エンジンにおいて、効率を向上するための新規な手段を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel means for improving the efficiency of a heat engine that uses a bending moment accompanying deformation of a shape memory alloy.

上記課題を解決するために、本発明に係る熱エンジンは、一対のプーリと、当該一対のプーリに巻回された無端ベルトであって、変形温度を越える温度上昇に伴い予め記憶された形状への復元力を発生する形状記憶特性を有する材料を含む無端ベルトと、を備え、前記材料は、前記変形温度が周囲の磁界に応じて変更可能であることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a heat engine according to the present invention is a pair of pulleys and an endless belt wound around the pair of pulleys, and has a shape memorized in advance as the temperature rises above the deformation temperature. And an endless belt including a material having shape memory characteristics that generates a restoring force of the material, wherein the deformation temperature of the material can be changed according to an ambient magnetic field.

本発明では、無端ベルトに含まれる材料に、変形温度が周囲の磁界に応じて変更可能である材料を用いたので、無端ベルトに対し磁界を作用させることによって変形温度を制御することにより、熱エンジンのエネルギ効率を向上させることが可能になる。   In the present invention, the material contained in the endless belt is a material whose deformation temperature can be changed according to the surrounding magnetic field. Therefore, by controlling the deformation temperature by applying a magnetic field to the endless belt, It becomes possible to improve the energy efficiency of the engine.

本発明では、無端ベルトに対し作用可能に配置された磁力付与手段を更に備えるのが好適である。また、材料の変形温度は、周囲の磁界が強くなるほど低下するのが好適である。   In the present invention, it is preferable to further include magnetic force applying means arranged to be able to act on the endless belt. Further, the deformation temperature of the material is preferably lowered as the ambient magnetic field becomes stronger.

また本発明では、無端ベルトに対し作用可能に配置された熱付与手段と、前記熱付与手段の動作状態に応じて前記磁力付与手段を制御する制御手段と、を更に備えるのが好適である。   Moreover, in this invention, it is suitable to further provide the heat provision means arrange | positioned so that it can act with respect to an endless belt, and the control means which controls the said magnetic force provision means according to the operation state of the said heat provision means.

本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図1ないし図3に示される本発明の実施形態の熱エンジン1は、低温側プーリ2及び高温側プーリ3と、当該一対のプーリ2,3に巻回された無端ベルト4と、無端ベルト4に対し作用可能に配置された温水供給器5、冷水供給器6及び磁極7とを備えている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The heat engine 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 includes a low temperature side pulley 2 and a high temperature side pulley 3, an endless belt 4 wound around the pair of pulleys 2, 3, and an endless belt 4. Are provided with a hot water supply device 5, a cold water supply device 6, and a magnetic pole 7.

低温側プーリ2は高温側プーリ3よりも大径である(rc>rh)。低温側プーリ2の軸線は、高温側プーリ3の軸線と並行且つ鉛直上方に配置されている。低温側プーリ2は、支柱11に固定された軸12によって支持されており、且つ軸12に設けられた軸受13によって回転可能にされている。高温側プーリ3は、出力軸14に固定されており、出力軸14は支柱11に設けられた軸受15によって回転可能に支持されている。 The low temperature side pulley 2 has a larger diameter than the high temperature side pulley 3 (r c > r h ). The axis of the low temperature side pulley 2 is arranged in parallel and vertically above the axis of the high temperature side pulley 3. The low temperature side pulley 2 is supported by a shaft 12 fixed to the support column 11 and is rotatable by a bearing 13 provided on the shaft 12. The high temperature side pulley 3 is fixed to the output shaft 14, and the output shaft 14 is rotatably supported by a bearing 15 provided on the support 11.

無端ベルト4は、形状記憶材料を含有する。本実施形態で使用される形状記憶材料としては、ある変形温度を越える温度上昇に伴って、予め記憶された形状への復元力が生じるものを用いる。この変形は、マルテンサイト相(M相)からオーステナイト相(A相)への変態(逆変態)に伴うものと考えられる。   The endless belt 4 contains a shape memory material. As the shape memory material used in the present embodiment, a material that generates a restoring force to a previously memorized shape with a temperature rise exceeding a certain deformation temperature is used. This deformation is considered to be accompanied by a transformation (reverse transformation) from the martensite phase (M phase) to the austenite phase (A phase).

無端ベルト4に含有される形状記憶材料は、その変形温度が周囲の磁界に応じて変化する特性を有する。図3に示されるように、本実施形態で用いられる形状記憶材料は、無励磁の状態では曲線aのように、比較的高い温度でM相からA相への変態が起こるのに対し、中程度の磁界中では曲線b、強い磁界中では曲線cのように、M相からA相への変態温度が、周囲の磁界が強くなるほど低下する(磁場誘起逆変態特性)。形状記憶材料の変形及びM相からA相への変態は可逆的であり、且つ所定のヒステリシスを有している。本実施形態ではこの特性を利用して、磁界の強さを制御することによって、M相からA相への変態温度を変更するものである。   The shape memory material contained in the endless belt 4 has a characteristic that its deformation temperature changes according to the surrounding magnetic field. As shown in FIG. 3, the shape memory material used in the present embodiment undergoes transformation from the M phase to the A phase at a relatively high temperature as shown by the curve a in the non-excited state. The transformation temperature from the M phase to the A phase decreases as the surrounding magnetic field increases (curve-induced reverse transformation characteristics), as shown by the curve b in a strong magnetic field and the curve c in a strong magnetic field. The deformation of the shape memory material and the transformation from the M phase to the A phase are reversible and have a predetermined hysteresis. In this embodiment, this characteristic is used to change the transformation temperature from the M phase to the A phase by controlling the strength of the magnetic field.

このような形状記憶材料としては、NiMnIn合金、NiCoMnIn合金、NiMnSn合金、又はNiMnSb合金を用いるのが好適であるが、他の材料でもよい。このような形状記憶材料は、所望の質量比で混合した粒子状の原材料をアルゴン雰囲気下で誘導加熱して溶融し、得られたインゴットをスライスし、真空中において1000°Cで1日間均質化したのち水中で焼入れすることによって得ることができる。   As such a shape memory material, a NiMnIn alloy, a NiCoMnIn alloy, a NiMnSn alloy, or a NiMnSb alloy is preferably used, but other materials may be used. Such a shape memory material is obtained by inductively heating particulate raw materials mixed at a desired mass ratio in an argon atmosphere, slicing the resulting ingot, and homogenizing at 1000 ° C for one day in a vacuum. After that, it can be obtained by quenching in water.

本実施形態における無端ベルト4は、図4に示されるように、形状記憶材料の箔または単結晶からなる層4pとエラストマ層4qとを交互に積層してなり、且つ鋸刃状又はジグザグに変形されたリボン状をなしている。無端ベルト4は、その互いに隣り合う谷部同士の間隔であるピッチpが、常温においては比較的大きい値をとる伸長状態となり、且つ変形温度(例えば無励磁状態で100°C)より高温の領域においては比較的小さい値をとる縮退状態になるように、予め形状記憶されている。   As shown in FIG. 4, the endless belt 4 in the present embodiment is formed by alternately laminating layers 4p made of a shape memory material foil or a single crystal and an elastomer layer 4q, and deformed into a saw-tooth shape or a zigzag shape. It has a ribbon shape. Endless belt 4 is in a stretched state in which pitch p, which is the interval between adjacent valleys, takes a relatively large value at room temperature, and is higher than the deformation temperature (for example, 100 ° C. in a non-excited state). Is preliminarily stored in a shape so as to be in a degenerated state having a relatively small value.

温水供給器5は、例えば車載のラジエータ(不図示)からのエンジン冷却水などの温水を、連続的又は断続的に無端ベルト4に向けて供給可能にされている。温水供給器5からの温水は、無端ベルト4のうち低温側プーリ2から高温側プーリ3に至る直線状の部分4hに供給される。   The hot water supply device 5 can supply hot water such as engine cooling water from an on-vehicle radiator (not shown) to the endless belt 4 continuously or intermittently. Hot water from the hot water supplier 5 is supplied to a linear portion 4 h of the endless belt 4 from the low temperature side pulley 2 to the high temperature side pulley 3.

冷水供給器6は、例えば冷水タンク(不図示)からの冷水を連続的又は断続的に無端ベルト4に向けて供給可能にされている。冷水供給器6からの冷水は、上記温水よりも低温であって、無端ベルト4のうち高温側プーリ3から低温側プーリ2に至る部分4cに供給される。   The cold water feeder 6 can supply cold water from a cold water tank (not shown), for example, continuously or intermittently toward the endless belt 4. The cold water from the cold water feeder 6 is supplied to a portion 4 c that is lower in temperature than the hot water and extends from the high temperature side pulley 3 to the low temperature side pulley 2 in the endless belt 4.

磁極7は、無端ベルト4の走行経路の全体に沿ってその外側に配置されており、その磁界が無端ベルト4に作用可能にされている。磁極7は磁極台16に固定され、また磁極台16及び支柱11は基台17に固定されている。   The magnetic pole 7 is disposed outside the endless belt 4 along the entire travel path, and the magnetic field can be applied to the endless belt 4. The magnetic pole 7 is fixed to the magnetic pole base 16, and the magnetic pole base 16 and the column 11 are fixed to the base 17.

磁極7は、鉄心7aと、その内部に固定されたコイル7bとを有する。コイル7bはコントローラ8及び不図示の電源に接続されている。コントローラ8は、データバスによって相互に接続されたCPU、ROM、RAM及び入出力インターフェイスを有するワンチップマイクロプロセッサである。コントローラ8の入力インターフェイスには、温度センサ9からの検出信号が入力される。温度センサ9は、温水供給器5による温水供給点の近傍の無端ベルト4の温度を検出するものであり、例えば赤外線式の非接触温度計(放射温度計)を用いるのが好適である。   The magnetic pole 7 has an iron core 7a and a coil 7b fixed therein. The coil 7b is connected to the controller 8 and a power source (not shown). The controller 8 is a one-chip microprocessor having a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface connected to each other by a data bus. A detection signal from the temperature sensor 9 is input to the input interface of the controller 8. The temperature sensor 9 detects the temperature of the endless belt 4 in the vicinity of the hot water supply point by the hot water supply device 5, and for example, an infrared non-contact thermometer (radiation thermometer) is preferably used.

電源からコイル7bへの供給電流は、コントローラ8によって制御される。この制御のために、コントローラ8のROMには、無端ベルト4の温度とコイル7bへの出力電流とが互いに関連付けて記憶された温度−励磁電流マップ(図5参照)が予め記憶されている。この温度−励磁電流マップでは、検出された無端ベルト4の温度が漸減するほどコイル7bへの出力電流値が漸増するように、両者の関係が設定されている。   The current supplied from the power source to the coil 7b is controlled by the controller 8. For this control, a temperature-excitation current map (see FIG. 5) in which the temperature of the endless belt 4 and the output current to the coil 7b are stored in association with each other is stored in advance in the ROM of the controller 8. In this temperature-excitation current map, the relationship between the two is set so that the output current value to the coil 7b gradually increases as the detected temperature of the endless belt 4 gradually decreases.

以上の構成において、いま、温水供給器5からの温水が無端ベルト4の高温部分4hに供給され、かつ冷水供給器からの冷水が無端ベルト4の低温部分4cに供給されると、高温部分4hの少なくとも一部の温度がその含有する形状記憶材料の変形温度を越えて上昇し、無端ベルトは予め記憶された縮退状態に変形すると共に、形状記憶材料の磁気的性質がM相からA相に変化する。他方、低温部分4cの少なくとも一部の温度は、冷却によって変形温度及び変態温度を下回って、伸長状態かつM相に復帰する。   In the above configuration, when the hot water from the hot water supply device 5 is supplied to the high temperature portion 4h of the endless belt 4 and the cold water from the cold water supply device is supplied to the low temperature portion 4c of the endless belt 4, the high temperature portion 4h. At least a portion of the temperature rises above the deformation temperature of the shape memory material contained therein, the endless belt is deformed into a pre-stored degenerated state, and the magnetic properties of the shape memory material change from the M phase to the A phase. Change. On the other hand, the temperature of at least a part of the low temperature portion 4c is lowered below the deformation temperature and the transformation temperature by cooling, and returns to the extended state and the M phase.

高温部分4hの縮退に伴う曲げモーメントは、低温側プーリ2と高温側プーリ3とを対向方向に回転させる向きに作用するが、低温側プーリ2の半径rcが高温側プーリ3の半径rhよりも大であるため、低温側トルクFcが高温側トルクFhよりも大となり、無端ベルト4には図中R方向の回転力が生じる。したがって、熱エンジン1は温水及び冷水の供給が継続している間、図中R方向に回転することになる。   The bending moment accompanying the degeneration of the high temperature portion 4h acts in the direction in which the low temperature side pulley 2 and the high temperature side pulley 3 are rotated in the opposite direction, but the radius rc of the low temperature side pulley 2 is larger than the radius rh of the high temperature side pulley 3. Therefore, the low temperature side torque Fc is larger than the high temperature side torque Fh, and the endless belt 4 generates a rotational force in the R direction in the figure. Therefore, the heat engine 1 rotates in the R direction in the figure while the supply of hot water and cold water continues.

ここで、無端ベルト4の温度が無励磁時の変形温度よりも低くなると、コントローラ8の制御によって磁極7のコイル7bが励磁され、磁界が強められる。この磁界の漸増に伴ってM相からA相への変態温度が低下し、且つ、図6に示されるようにエネルギ効率曲線が、無励磁時の効率ηaから、図3の曲線bに対応する中程度の磁界中における効率ηbを経て、図3の曲線cに対応する強い磁界中における効率ηcのように、徐々に低温側に移行する。その結果、装置の運転効率は、磁極7による励磁を全く行わない場合における曲線ηa(曲線p−q−u)から、曲線ηa,ηb,ηcの包絡線である曲線p−q−r−s−tへと移行することになり、エネルギ効率が両者の差分(すなわち、図6中の斜線を付した領域)に相当する部分、向上することになる。   Here, when the temperature of the endless belt 4 becomes lower than the deformation temperature at the time of non-excitation, the coil 7b of the magnetic pole 7 is excited by the control of the controller 8, and the magnetic field is strengthened. As the magnetic field gradually increases, the transformation temperature from the M phase to the A phase decreases, and as shown in FIG. 6, the energy efficiency curve corresponds to the curve b in FIG. After passing through the efficiency ηb in a medium magnetic field, the temperature gradually shifts to the low temperature side as the efficiency ηc in a strong magnetic field corresponding to the curve c in FIG. As a result, the operating efficiency of the apparatus is from the curve ηa (curve pqu) when no excitation by the magnetic pole 7 is performed, to the curve pqr-s-s that is an envelope of the curves ηa, ηb, and ηc. As a result, the energy efficiency is improved by a portion corresponding to the difference between the two (ie, the hatched area in FIG. 6).

以上のとおり、第1実施形態では、無端ベルト4に含まれる材料に、変形温度が周囲の磁界に応じて変更可能である材料を用いたので、無端ベルト4に対し磁界を作用させることによって変形温度を制御することにより、熱エンジン1のエネルギ効率を向上させることが可能になる。   As described above, in the first embodiment, the material included in the endless belt 4 is a material whose deformation temperature can be changed in accordance with the surrounding magnetic field. Therefore, the endless belt 4 is deformed by applying a magnetic field. By controlling the temperature, the energy efficiency of the heat engine 1 can be improved.

また本実施形態では、無端ベルト4に対し作用可能に配置された磁極7(磁力付与手段)と、無端ベルト4に対し作用可能に配置された温水供給器5(熱付与手段)と、温水供給器5の動作状態に応じて磁極7を制御するコントローラ8(制御手段)と、を更に備えたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。   Moreover, in this embodiment, the magnetic pole 7 (magnetic force provision means) arrange | positioned so that it can act with respect to the endless belt 4, the hot water supply device 5 (heat provision means) arrange | positioned so that it can act with respect to the endless belt 4, and hot water supply Since the controller 8 (control means) for controlling the magnetic pole 7 in accordance with the operating state of the device 5 is further provided, the desired effect of the present invention can be obtained with a simple configuration.

なお、第1実施形態では温度センサ9が無端ベルト4の温度を検出することとしたが、温度センサが熱源である温水供給器5の温度を検出すると共にコントローラ8が推定演算を実行することにより、無端ベルト4の温度の値を取得する構成としてもよい。また、無端ベルトの温度の値は車両の状態を示す他のパラメータから推定してもよい。   Although the temperature sensor 9 detects the temperature of the endless belt 4 in the first embodiment, the temperature sensor detects the temperature of the hot water supply device 5 as a heat source, and the controller 8 executes an estimation calculation. The temperature value of the endless belt 4 may be acquired. Further, the temperature value of the endless belt may be estimated from other parameters indicating the state of the vehicle.

また、第1実施形態では、温度−励磁電流マップ(図5参照)に従い、無端ベルト4の温度変化に応じてコイル7bへの出力電流が連続的に変化するように両者の関係を設定したが、本発明では温度変化に応答した出力電流の変化は連続的でなく離散的であってもよい。   In the first embodiment, according to the temperature-excitation current map (see FIG. 5), the relationship between the two is set so that the output current to the coil 7b changes continuously according to the temperature change of the endless belt 4. In the present invention, the change in the output current in response to the temperature change may be not continuous but discrete.

次に、本発明の第2実施形態について説明する。図7ないし図10に示される第2実施形態の熱エンジン101は、上記第1実施形態における磁極7に代えて、永久磁石107bを有する磁極107を用いたものである。磁極107は、温水供給器5によって温水が供給される高温部分4hの少なくとも一部を覆うように配置されている。また磁極107は、アクチュエータ110によって突出及び後退方向に移動可能とされている。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The heat engine 101 according to the second embodiment shown in FIGS. 7 to 10 uses a magnetic pole 107 having a permanent magnet 107b instead of the magnetic pole 7 in the first embodiment. The magnetic pole 107 is disposed so as to cover at least a part of the high temperature portion 4 h to which hot water is supplied by the hot water supplier 5. The magnetic pole 107 can be moved in the protruding and retracting directions by the actuator 110.

磁極107は、図8及び図9により詳細に示されるように、無端ベルト4の両側縁に対向する2つの鉄心107aと、これら2つの鉄心107aに挟まれ無端ベルト4の直線部分の外側(プーリ2,3の逆側)に延在する永久磁石107bとを有する。アクチュエータ110は、例えばサーボモータにより回転駆動されるネジ軸とナットとの組合せである。アクチュエータ110の作用により、磁極107は、図9に示されるように無端ベルト4に接近して無端ベルト4が永久磁石107bの磁路の一部とされる第1位置と、無端ベルト4から遠ざかっている第2位置との間で、図中A方向に無段階的に駆動される。   As shown in more detail in FIGS. 8 and 9, the magnetic pole 107 includes two iron cores 107 a facing both side edges of the endless belt 4, and an outer side (pulley) of the endless belt 4 sandwiched between the two iron cores 107 a. 2 and 3 on the opposite side) of the permanent magnet 107b. The actuator 110 is, for example, a combination of a screw shaft and a nut that are rotationally driven by a servo motor. Due to the action of the actuator 110, the magnetic pole 107 approaches the endless belt 4 as shown in FIG. 9, and moves away from the endless belt 4 at the first position where the endless belt 4 becomes a part of the magnetic path of the permanent magnet 107b. Is driven steplessly in the direction A in the figure.

第2実施形態のコントローラ108は、例えば温度センサ9の検出値に応じて予め定められた目標回転数と、回転数センサ109によって検出される出力軸14の実回転数との偏差が減少するように、アクチュエータ110を制御する。なお、第2実施形態の残余の構成は上記第1実施形態と同様であるため、同一符号を付してその詳細の説明を省略する。   For example, the controller 108 of the second embodiment reduces the deviation between the target rotational speed that is predetermined according to the detection value of the temperature sensor 9 and the actual rotational speed of the output shaft 14 detected by the rotational speed sensor 109. Next, the actuator 110 is controlled. Since the remaining configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.

以上の構成において、いま、温水供給器5からの温水が無端ベルト4の高温部分4hに供給され、かつ冷水供給器からの冷水が無端ベルト4の低温部分4cに供給されると、上記第1実施形態と同様の作用により、無端ベルト4は図中R方向に回転することになる。   In the above configuration, when the hot water from the hot water supply device 5 is supplied to the high temperature portion 4h of the endless belt 4 and the cold water from the cold water supply device is supplied to the low temperature portion 4c of the endless belt 4, The endless belt 4 rotates in the R direction in the figure by the same operation as in the embodiment.

ここで、図10に示されるように、無端ベルト4の全体が無励磁の状態における特性が曲線a、無端ベルト4の全体が磁極107の突出時(接近時)に相当する磁界中におかれた状態における特性が曲線dであるとすると、第2実施形態における無端ベルト4は、高温部分4hの少なくとも一部が磁極107によって励磁されているので、その特性は図10で点線で示されるように、高温部分4hの最低温度Tthの近傍で急峻に上昇し(符号e)、ほぼ100%がA相となった後に、緩やかにM相に移行する(符号f)。そして、この特性曲線におけるヒステリシスループに囲まれた領域の面積が装置のエネルギ損失に相当すると考えられるところ、第2実施形態では磁極107の励磁によってヒステリシスループに囲まれた領域の面積が、曲線aで示された無励磁状態の特性における当該面積よりも小さくなる。したがって第2実施形態では、磁極107の利用により、装置のエネルギ効率を改善することができる。   Here, as shown in FIG. 10, the characteristic of the endless belt 4 as a whole in the non-excited state is a curve a, and the entire endless belt 4 is placed in a magnetic field corresponding to the time when the magnetic pole 107 protrudes (when approaching). Assuming that the characteristic in the state is a curve d, the endless belt 4 in the second embodiment is excited by at least a part of the high temperature part 4h by the magnetic pole 107, so that the characteristic is shown by a dotted line in FIG. In addition, the temperature rises steeply in the vicinity of the minimum temperature Tth of the high temperature portion 4h (symbol e), and after almost 100% becomes the A phase, it gradually shifts to the M phase (symbol f). The area of the region surrounded by the hysteresis loop in this characteristic curve is considered to correspond to the energy loss of the apparatus. In the second embodiment, the area of the region surrounded by the hysteresis loop by the excitation of the magnetic pole 107 is the curve a. It becomes smaller than the said area in the characteristic of the non-excitation state shown by. Therefore, in the second embodiment, the energy efficiency of the apparatus can be improved by using the magnetic pole 107.

次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態は、無端ベルト4の高温部分4hの温度に応じて、磁極107の位置を制御し、温度の低下を補償するように、無端ベルト4中の形状記憶材料の変態温度を制御するものである。第3実施形態の機械的構成は上記第2実施形態と同様であり、制御において異なるのみであるため、同一部材については同一符号を用いて説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the transformation temperature of the shape memory material in the endless belt 4 is controlled so as to control the position of the magnetic pole 107 according to the temperature of the high temperature portion 4h of the endless belt 4 and to compensate for the decrease in temperature. Is. Since the mechanical configuration of the third embodiment is the same as that of the second embodiment described above and only differs in control, the same members will be described using the same reference numerals.

第3実施形態のコントローラ108は、アクチュエータ110の動作を制御することにより、磁極107の位置を制御する。この制御のために、コントローラ108のROMには、無端ベルト4の温度と磁極107の位置とが互いに関連付けて記憶された温度−磁極位置マップ(図11参照)が予め記憶されている。この温度−磁極位置マップでは、検出された無端ベルト4の温度が漸減するほど、磁極107の位置が無端ベルト4に接近するように、両者の関係が設定されている。   The controller 108 of the third embodiment controls the position of the magnetic pole 107 by controlling the operation of the actuator 110. For this control, the ROM of the controller 108 stores in advance a temperature-magnetic pole position map (see FIG. 11) in which the temperature of the endless belt 4 and the position of the magnetic pole 107 are stored in association with each other. In this temperature-magnetic pole position map, the relationship between the two is set such that the position of the magnetic pole 107 approaches the endless belt 4 as the detected temperature of the endless belt 4 gradually decreases.

以上の構成において、いま、温水供給器5からの温水が無端ベルト4の高温部分4hに供給され、かつ冷水供給器からの冷水が無端ベルト4の低温部分4cに供給されると、上記第1実施形態と同様の作用により、無端ベルト4は図中R方向に回転することになる。   In the above configuration, when the hot water from the hot water supply device 5 is supplied to the high temperature portion 4h of the endless belt 4 and the cold water from the cold water supply device is supplied to the low temperature portion 4c of the endless belt 4, The endless belt 4 rotates in the R direction in the figure by the same operation as in the embodiment.

ここで、無端ベルト4の温度が無励磁時の変形温度よりも低くなると、コントローラ108の制御によって磁極107が無端ベルト4に接近させられ、無端ベルト4に作用する磁界が強められる。この磁界の漸増に伴ってM相からA相への変態温度が低下し、且つ、図6に示されるようにエネルギ効率曲線が、無励磁時の効率ηaから、図3の曲線bに対応する中程度の磁界中における効率ηbを経て、図3の曲線cに対応する強い磁界中における効率ηcのように、徐々に低温側に移行する。その結果、装置の運転効率は、磁極107による励磁を全く行わない場合における曲線ηa(曲線p−q−u)から、曲線ηa,ηb,ηcの包絡線である曲線p−q−r−s−tへと移行することになり、エネルギ効率が両者の差分(すなわち、図6中の斜線を付した領域)に相当する部分、向上することになる。   Here, when the temperature of the endless belt 4 becomes lower than the deformation temperature at the time of non-excitation, the magnetic pole 107 is brought close to the endless belt 4 by the control of the controller 108, and the magnetic field acting on the endless belt 4 is strengthened. As the magnetic field gradually increases, the transformation temperature from the M phase to the A phase decreases, and as shown in FIG. 6, the energy efficiency curve corresponds to the curve b in FIG. After passing through the efficiency ηb in a medium magnetic field, the temperature gradually shifts to the low temperature side as the efficiency ηc in a strong magnetic field corresponding to the curve c in FIG. As a result, the operating efficiency of the apparatus is from the curve ηa (curve pqu) when no excitation by the magnetic pole 107 is performed to the curve pqr-s-s which is an envelope of the curves ηa, ηb, and ηc. As a result, the energy efficiency is improved by a portion corresponding to the difference between the two (ie, the hatched area in FIG. 6).

以上のとおり、第3実施形態では、無端ベルト4の高温部分4hの温度に応じて、磁極107の位置を制御し、温度の低下を補償するように、無端ベルト4中の形状記憶材料の変態温度を制御することとしたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。   As described above, in the third embodiment, the transformation of the shape memory material in the endless belt 4 is controlled so as to control the position of the magnetic pole 107 according to the temperature of the high temperature portion 4h of the endless belt 4 and compensate for the temperature decrease. Since the temperature is controlled, the desired effect of the present invention can be obtained with a simple configuration.

なお、上記各実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、上記各実施形態における無端ベルトは、縮退状態を形状記憶させたものを使用したが、逆に延伸状態を形状記憶させたものであってもよい。   In the above embodiments, the present invention has been described with a certain degree of concreteness, but various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims. It must be understood that it is possible. That is, the present invention includes modifications and changes that fall within the scope and spirit of the appended claims and their equivalents. For example, although the endless belt in each of the above embodiments uses a shape in which the retracted state is memorized, it may be a shape in which the stretched state is conversely memorized.

また、上記各実施形態における無端ベルトは温度に応じて伸縮するものを用いたが、本発明は上記特許文献1のように、プーリからのベルトの回出点の近傍で無端ベルトが記憶された形状である直線形状或いは逆R形状に復帰しようとする曲げモーメントに基づいて回転力が発生する形式の熱エンジンについても適用することができる。この場合には、無端ベルトの全走行経路の一部又は全部を覆うように、上記第1実施形態におけるものと同様の磁極7、あるいは上記第2・第3実施形態におけるものと同様の磁極107を配置し、これらを上記と同様に制御して磁界強度を変更することによって、本発明に所期の効果を得ることができる。   Moreover, although the endless belt in each said embodiment used what expands-contracts according to temperature, this invention memorize | stored the endless belt in the vicinity of the extraction | feeding point of the belt from a pulley like the said patent document 1. The present invention can also be applied to a heat engine in which a rotational force is generated based on a bending moment for returning to a linear shape or a reverse R shape. In this case, the same magnetic pole 7 as that in the first embodiment or the same magnetic pole 107 as that in the second and third embodiments so as to cover a part or all of the entire travel path of the endless belt. By arranging the above and controlling them in the same manner as described above to change the magnetic field strength, it is possible to obtain the expected effect of the present invention.

さらに、熱付与手段としてはエンジン冷却水以外の熱源、例えばエンジンの排気管やオイルパン、あるいは専用のヒータを用いてもよく、そのような変形も本発明の範疇に属するものである。   Further, as the heat applying means, a heat source other than the engine cooling water, for example, an engine exhaust pipe, an oil pan, or a dedicated heater may be used, and such a modification belongs to the category of the present invention.

本発明の第1実施形態の熱エンジンの概略構成を示す正面図である。It is a front view showing a schematic structure of a heat engine of a 1st embodiment of the present invention. 第1実施形態の縦断面を示す側面図である。It is a side view which shows the longitudinal cross-section of 1st Embodiment. 第1実施形態に好適に用いられる材料の温度状態特性の磁界による変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change by the magnetic field of the temperature state characteristic of the material used suitably for 1st Embodiment. 第1実施形態における無端ベルトを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the endless belt in 1st Embodiment. 第1実施形態で用いられる温度−励磁電流マップの設定例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a setting of the temperature-excitation current map used in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるエネルギ効率曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the energy efficiency curve in 1st Embodiment. 第2実施形態の熱エンジンの概略構成を示す正面図である。It is a front view which shows schematic structure of the heat engine of 2nd Embodiment. 第2実施形態における磁極の構成例を示す側面図である。It is a side view which shows the structural example of the magnetic pole in 2nd Embodiment. 第2実施形態における磁極を示す図8のIX-IX断面図である。It is IX-IX sectional drawing of FIG. 8 which shows the magnetic pole in 2nd Embodiment. 第2実施形態に好適に用いられる材料の温度状態特性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature state characteristic of the material used suitably for 2nd Embodiment. 第3実施形態で用いられる温度−磁極位置マップの設定例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a setting of the temperature-magnetic pole position map used in 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,101 熱エンジン
2 低温側プーリ
3 高温側プーリ
4 無端ベルト
5 温水供給器
6 冷水供給器
7,107 磁極
1,101 Heat engine 2 Low temperature side pulley 3 High temperature side pulley 4 Endless belt 5 Hot water supply device 6 Cold water supply device 7, 107 Magnetic pole

Claims (3)

一対のプーリと、当該一対のプーリに巻回された無端ベルトであって、変形温度を越える温度上昇に伴い予め記憶された形状への復元力を発生する形状記憶特性を有する材料を含む無端ベルトと、を備え、
前記材料は、前記変形温度が周囲の磁界に応じて変更可能であることを特徴とする熱エンジン。
An endless belt comprising a pair of pulleys and an endless belt wound around the pair of pulleys, the material having a shape memory characteristic that generates a restoring force to a previously memorized shape with a temperature rise exceeding a deformation temperature And comprising
The heat engine characterized in that the deformation temperature of the material can be changed according to an ambient magnetic field.
請求項1に記載の熱エンジンであって、
前記無端ベルトに対し作用可能に配置された磁力付与手段を更に備え、
前記材料の前記変形温度は、周囲の磁界が強くなるほど低下することを特徴とする熱エンジン。
The heat engine according to claim 1,
Magnetic force applying means arranged to act on the endless belt;
The heat engine, wherein the deformation temperature of the material decreases as the surrounding magnetic field increases.
請求項1又は2に記載の熱エンジンであって、
前記無端ベルトに対し作用可能に配置された熱付与手段と、
前記熱付与手段の動作状態に応じて前記磁力付与手段を制御する制御手段と、
を更に備えたことを特徴とする熱エンジン。
The heat engine according to claim 1 or 2,
Heat applying means arranged to be operable with respect to the endless belt;
Control means for controlling the magnetic force application means according to the operating state of the heat application means;
A heat engine characterized by further comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9038379B2 (en) 2009-11-20 2015-05-26 GM Global Technology Operations LLC Method of controlling a thermal energy harvesting system

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