JP2018503020A

JP2018503020A - エネルギー回収デバイスにおける使用のためのｓｍａ要素の最適化された直径収縮

Info

Publication number: JP2018503020A
Application number: JP2017531883A
Authority: JP
Inventors: バリーカレン，; ジョージアナティルカ−ドラゴミレスク，; ケビンオトゥール，; キースワレン，; ローナンバイルン，; ロバートケリー，
Original assignee: エクセルジンリミテッド
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2018-02-01
Also published as: US10563640B2; EP3234355A1; WO2016097060A1; GB2533336A; US20180149141A1

Abstract

本願は、エネルギー回収の分野に関し、特に、同目的での形状記憶合金（ＳＭＡ）または負熱膨張材料（ＮＴＥ）の使用に関する。本発明は、駆動機構と、ホルダ要素によって第１の端部で固定され、第２の端部で駆動機構に接続される、複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）または負熱膨張（ＮＴＥ）要素を備える、エンジンとを備え、補償機構が、位置付けられ、加熱サイクルで遭遇されるＳＭＡまたはＮＴＥ要素の収縮に対抗するように適合される、エネルギー回収デバイスを提供する。

Description

本願は、エネルギー回収の分野に関し、特に、同目的での形状記憶合金（ＳＭＡ）または負熱膨張材料（ＮＴＥ）の使用に関する。

典型的には１００度を下回ると考えられる低位熱は、工業的プロセス、発電、および輸送用途における重要な廃エネルギー流を代表する。そのような廃流の回収および再利用が、望ましい。この目的のために提案された技術の例は、熱電発電機（ＴＥＧ）である。残念なことに、ＴＥＧは、比較的高価である。このようなエネルギーを回収するため提案されている、別の大部分が実験的なアプローチは、形状記憶合金の使用である。

形状記憶合金（ＳＭＡ）は、元の低温鍛造形状を「記憶」する合金であって、いったん変形させられると、加熱に応じて、事前変形形状に戻る。本材料は、液圧、空気圧、およびモータベースのシステム等、従来のアクチュエータに対する軽量で固体の代替物である。

作動媒体として形状記憶合金（ＳＭＡ）または別の負熱膨張（ＮＴＥ）材料を利用する、熱エンジンの概念が、開発中である。例えば、ＰＣＴ特許公開第ＷＯ２０１３／０８７４９０号で開示され、本発明の出願人に譲渡されたようなエンジンでは、熱源への暴露時のそのような材料の強制的な収縮が、捕捉され、使用可能な機械仕事に変換される。

これまで、そのような全装備質量のための有用な材料は、ニッケルチタン合金（ＮｉＴｉ）であることが分かっている。本合金は、周知の形状記憶合金であり、異なる業界にわたって多数の用途を有する。

例えば、ＮｉＴｉワイヤは、エンジンの作業要素を形成する。力が、ピストンおよびクランク機構を介して、作業コア内のこれらの要素の収縮ならびに膨張を通して生成される。本システムの最も重要な側面は、強力かつ確実な融合が生成され、高い力の低変位仕事が最大数の作業サイクルにわたって行われることを可能にするように、両端でＮｉＴｉ要素を固着する能力である。

ニッケルチタン合金は、バンドルホルダで使用され得る鋼鉄材料よりも著しく硬質かつ頑丈である。したがって、問題は、ＮｉＴｉ要素が、それらが接触している点で鋼鉄要素を磨耗または別様に疲労させることである。摩擦嵌合バンドルの場合、これは、最外ＮｉＴｉワイヤ要素が位置する境界であろう。「塩入れ」型バンドルホルダの場合、これは、各ワイヤ孔の鋼鉄境界接触点であろう。

したがって、上記の問題を克服するシステムおよび方法を提供することが、本発明の目的である。

国際公開第２０１３／０８７４９０号

本発明によると、添付の請求項で立案されるように、
駆動機構と、
ホルダ要素によって第１の端部で固定され、第２の端部で駆動機構に接続される、複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）または負熱膨張（ＮＴＥ）要素を備える、エンジンとを備え、
補償機構が、位置付けられ、加熱サイクルで遭遇されるＳＭＡまたはＮＴＥ要素の収縮に対抗するように適合される、
エネルギー回収デバイスが提供される。

ワイヤの加熱がワイヤの直径の収縮を生じさせ得ることを理解すると、ワイヤ、スペーサ、および最終的にブラケットの間の摩擦／干渉結合は、弱められ得る（結合の滑動または完全破損）。これに対抗するために、補償機構が、バンドルホルダに含まれ、それによって、ワイヤの収縮が、（正確に、またはほぼ実施形態に応じて）バンドルホルダ拘束要素の連結移動によって対抗される。そうする際に、定圧結合が、ワイヤ、間隔要素、およびブラケットの間で維持される。

別の実施形態では、
駆動機構と、
ホルダ要素によって第１の端部で固定され、第２の端部で駆動機構に接続される、複数の負熱膨張（ＮＴＥ）要素を備える、エンジンとを備え、
反応性定圧嵌合システムが、位置付けられ、加熱サイクルで遭遇されるワイヤの収縮に対抗するように適合される、
エネルギー回収デバイスが提供される。

ワイヤの加熱がワイヤの直径の収縮を生じさせ得ることを理解すると、ワイヤ、スペーサ、および最終的にブラケットの間の摩擦／干渉結合が、弱められ得る（結合の滑動または完全破損）。これに対抗するために、補償機構が、バンドルホルダに含まれ、それによって、ワイヤの収縮が、（正確に、またはほぼ実施形態に応じて）バンドルホルダ拘束要素の連結移動によって対抗される。そうする際に、定圧結合が、ワイヤ、間隔要素、およびブラケットの間で維持される。

一実施形態では、ＮｉＴｉワイヤは、機械仕事が生成され得るように、それらの収縮によって発生させられる高い力が安全に伝達され得るような方法で、固定されることができる。

一実施形態では、エネルギー回収デバイスは、
駆動機構と、
ホルダ要素によって第１の端部で固定され、第２の端部で駆動機構に接続される、複数の負熱膨張（ＮＴＥ）要素を備える、エンジンとを備え、
ばね荷重圧着要素は、定圧嵌合が熱循環中に維持されていることを確実にするように適合される。

一実施形態では、ばね荷重圧着要素は、ＳＭＡまたはＮＴＥ要素の圧縮および膨張中に衝撃吸収材の役割を果たすように構成される、浮動性カンチレバーアームを備える。

一実施形態では、該補償機構は、少なくとも１つのスライダ要素を介してねじ山付き締結具に固着される、伸縮式要素を備える。

一実施形態では、ねじ山付き締結具は、付勢ばねを備える。

一実施形態では、熱循環中に少なくとも１つのＮＴＥまたはＳＭＡ要素上に定圧嵌合を提供するように適合される、安定化ＳＭＡまたはＮＴＥ要素が提供される。

一実施形態では、補償機構および少なくとも１つのＮＴＥまたはＳＭＡ要素に係合するように適合される、アクティブバー要素が提供される。

一実施形態では、少なくとも１つのＮＴＥまたはＳＭＡ要素を定位置で固着するように開口部を伴って構成される、プレートが提供される。

一実施形態では、ＳＭＡまたはＮＴＥ要素は、実質的に円形の外形で要素を配列するように、ステムボール楔着部と平行に配列される。

一実施形態では、スペーサ要素が、ＳＭＡまたはＮＴＥ要素の間に位置付けられる。

一実施形態では、スペーサ要素は、Ｏリング要素を備える。

一実施形態では、スペーサ要素は、ＳＭＡまたはＮＴＥ要素のうちの少なくともいくつかの周囲に搭載される、同軸上搭載型スリーブを備える。

本発明は、付随の図面を参照して、例としてのみ与えられる実施形態の以下の説明から、より明確に理解されるであろう。
図１は、ＳＭＡまたはＮＴＥ材料を使用する、従来技術のエネルギー回収システムを図示する。図２は、反応性定圧嵌合を用いた摩擦嵌合バンドルホルダの概念を図示する。図３は、ばね荷重伸縮式係止嵌合の（ａ）係止解除、（ｂ）係止、（ｃ）図解切断図を用いて摩擦嵌合バンドルホルダの概念を図示する。図４は、伸縮式係止嵌合を用いた摩擦嵌合バンドルホルダの概念を図示する。図５は、図４の代替実施形態を図示する。図６は、ＮｉＴｉアクティブ要素とのアクティブ定圧嵌合を用いた摩擦嵌合バンドルホルダの概念を図示する。図７は、遠隔搭載型ＮｉＴｉアクティブ要素との反応性定圧嵌合を用いた摩擦嵌合バンドルホルダの概念を図示する。図８は、横搭載型ＮｉＴｉアクティブ要素との反応性定圧嵌合を用いた摩擦嵌合バンドルホルダの概念を図示する。図９（ａ）は、バンドルホルダの構成要素の概略図を図示する。図９（ｂ）は、本発明の一実施形態による、組み立てられたバンドルホルダの３Ｄ図を図示する。図９（ｃ）は、非固着位置におけるバンドルホルダの組立プロセスの３Ｄ図を図示する。図９（ｄ）は、バンドルホルダの組立プロセスの３Ｄ分解断面図である。図１０は、楔着されたワイヤの間の流体循環のスナップショットである。図１１は、スエージ加工されていないＳＭＡワイヤを固定するために楔着技法を使用する、バンドルホルダの概略図を図示する。図１２は、ＳＭＡの列の間の流路を図示する。図１３は、バンドルホルダの中へワイヤを固着するために圧入実施形態が使用され得る方法の概略図を示す。図１４は、一実施形態による、摩擦嵌合を生成する可能な方法を示す。図１５は、楔着部が図１４に示されるバンドルホルダに追加される、代替実施形態を図示する。図１６および１７は、エネルギー回収デバイスで使用するための弾性「ダミー」ワイヤの実施形態を図示する。図１６および１７は、エネルギー回収デバイスで使用するための弾性「ダミー」ワイヤの実施形態を図示する。図１８は、エネルギー回収デバイスで使用するための１つまたはそれを上回るＯリングの実施形態を図示する。図１９は、上面図（ａ）および側面図（ｂ）からのスリーブスペーサの概念の説明図である。図２０は、一実施形態による、円筒筐体の中心を通していくつかのＳＭＡワイヤを供給するステップを図示する。図２１、２２、および２３は、ワイヤを定位置で固着するためのバンドルホルダプレートを図示する。図２１、２２、および２３は、ワイヤを定位置で固着するためのバンドルホルダプレートを図示する。図２１、２２、および２３は、ワイヤを定位置で固着するためのバンドルホルダプレートを図示する。図２４は、別の実施形態による、ワイヤが定位置に圧着され得る方法を図示する。

本発明は、低位熱から発電するために形状記憶合金（ＳＭＡ）または負熱膨張材料（ＮＴＥ）のいずれか一方を使用することができる、開発中の熱回収システムに関する。

ここで、参照番号１によって示されるＳＭＡエンジンを採用する、エネルギー回収デバイスを提供する、図１を参照して、エネルギー回収デバイスの例示的な公知の実施形態を説明する。ＳＭＡエンジン１は、ＳＭＡ作動コアを備える。ＳＭＡ作動コアは、固定される第１の点で圧着または別様に固着されたＳＭＡ材料から成る。反対端で、ＳＭＡ材料は、駆動機構２に圧着または別様に固着される。したがって、第１の点が係留される一方で、第２の点は、駆動機構３を引動するが、自由に動くことができる。ＳＭＡエンジンを収納するために適合される浸漬チャンバ４はまた、ＳＭＡエンジンの加熱および／または冷却を可能にするために、流体で連続的に充填されるようにも適合される。したがって、熱がＳＭＡコアに印加されると、それは、自由に収縮することができる。好適には、ＳＭＡコアは、ＳＭＡ材料の複数の平行ワイヤ、リボン、またはシートを含む。典型的には、約４％の偏向が、そのようなコアにとって一般的である。たがって、１ｍの長さのＳＭＡ材料が採用されるとき、約４ｃｍの直線運動が利用可能になることを予期し得る。提供される力は、使用されるワイヤの質量に依存することが理解されるであろう。そのようなエネルギー回収デバイスは、本発明の出願人に譲渡されたＰＣＴ特許公開第ＷＯ２０１３／０８７４９０号で説明され、参照することによって本明細書に完全に組み込まれる。

そのような用途に関して、熱源への暴露時のＳＭＡまたはＮＴＥ材料の収縮が、捕捉され、使用可能な機械仕事に変換される。そのようなエンジンの作業要素のための有用な材料は、ニッケルチタン合金（ＮｉＴｉ）であることが証明されている。ＳＭＡ作動コアは、固定される第１の点で圧着または別様に固着された複数のＳＭＡ材料から成る。

エンジン内でＳＭＡワイヤを固着するために、高い負荷の下で動作することを可能にするであろうような様式で、両端で各ワイヤを係留することができる、システムを開発することが要求される。本システムは、「バンドルホルダ」と指定されている。バンドルホルダは、２つの具体的問題を克服するはずである。

１）動作中に、ＳＭＡワイヤの高い力の低変位負荷を伝達する。これは、バンドルの一方の端部が、固着され、静止したままとなる一方で、反対端は、ピストンの移動、または他の手段、および仕事の抑制を可能にするように１つの変位軸において自由に移動することができる、単一自由度（ＤＯＦ）システムである。

２）通過する水からワイヤへ、および逆も同様に、最大熱伝達を可能にするように、可能である限り、ＳＭＡワイヤの密接充填を可能にする。

そのようなコアは、ＥｘｅｒｇｙｎＬｉｍｉｔｅｄに譲渡された英国特許出願第１４０９６７９．６号で説明され、参照することによって本明細書に完全に組み込まれる。この出願では、第１の端部で固定され、第２の端部で駆動機構に接続された複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）または負熱膨張（ＮＴＥ）要素を備える、エネルギー回収デバイスで使用するためのコアエンジンが説明されている。ホルダは、複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）またはＮＴＥ要素、例えば、ニッケルチタン合金ワイヤを受容するように適合される複数のスロットを伴って構成される、ホルダである。ＳＭＡワイヤは、実質的に伸長であり、チャンバの中に収納されるコアを構成するように平行配向で配列される。
（第１の実施形態）

上記のように、ＳＭＡ／ＮＴＥ材料の熱循環は、活性材料の膨張および収縮を生じさせるであろう。本膨張および収縮は、ワイヤおよびバンドルホルダの境界において変動圧力嵌合を効果的に生じさせる。これは、摩耗および疲労にとって負の結果を有し得る。これを防止する手段が必要とされる。

図２は、反応性定圧嵌合を用いた摩擦嵌合バンドルホルダの実施形態を図示する。この場合、反応性定圧嵌合システムは、加熱サイクルで遭遇されるワイヤの収縮に対抗するために、定位置に置かれる。熱循環中のワイヤ要素の反復収縮および膨張は、バンドルホルダ自体に疲労レジームを生じさせ得、ワイヤ（それらの合金組成内にチタンを含み得る）は、バンドルホルダブラケット自体を効果的に切断または別様に摩耗し始め得ることが理解されるであろう。

したがって、本影響が対抗または別様に否定され得る手段を考案することが重要である。これを達成するための方法の一実施例が、ここで説明される。

本発明では、バンドルホルダは、図２に示されるように、各リングの間に配置されたワイヤ要素１１を伴って、一連の同心リングとして設定される。ワイヤ１１は、バンドルホルダリング１３との表面接触、したがって、摩擦接触を増進するように、定位置で圧接される１２。

このようなある角度におけるワイヤ１１の圧接１２はまた、反応性圧力嵌合が効果的に利用されることも可能にする。こうするために、ばね荷重力要素１４が、中心リング部品１３に位置付けられる。力要素１３は、中心リング１４に圧力を及ぼすよう位置付けられる。本圧力は、このようにして定位置で維持されるワイヤ１１を介して、外側リングを通して伝達される。本要素１３によって及ぼされる力は、好適なばねの選択によって決定付けられる。ばね力は、ワイヤに及ぼされる圧力が、加熱サイクル中のワイヤ要素の収縮中に中心バンドルホルダ要素１５の軸方向移動によって、能動的に一定に維持されるように選択される。

このようにして、最終的に外側コア壁１６に伝送される力もまた、一様に保たれる。ワイヤが直径方向に膨張する傾向がある、冷却サイクルでは、ワイヤ要素の膨張が、強制的に同心バンドルホルダ要素をそれらの元の位置に戻すであろう。ばね要素が使用されない場合、ワイヤが、それらの着座部で弛緩し得、バンドルホルダの位置が、弱められるであろう。
（第２の実施形態）

提示されるバンドルホルダの同心リングを固着することが、問題になり得る。定圧嵌合が熱循環中に維持されていることを確実にしながら、バンドルホルダを組み立てて固着する手段が、図３に図示されるように、必要とされる。

本発明は、ばね荷重圧着要素２０の包含を提供する。このようにして、厳重な物理的圧着機構ではなく、カンチレバーアーム２１（その結果として、支柱およびバンドルホルダリング）は、浮動性であり、クランプのつめが「係止」位置に配置されるときに圧縮状態にされる、ばねの剛性によって、その移動を統制される。

したがって、熱循環中に、ワイヤ要素の任意の側方収縮および膨張は、バンドルホルダリングの垂直運動によって対応されることができる。本実施形態は、車両および他のシステムで遭遇されるであろうもの等の衝撃吸収材と同様に稼働する。
（第３の実施形態）

バンドルホルダを組み立てて固着する手段が、開示される。バンドルホルダの概念についてのさらなる変異形が、図４に図示されるように提示される。本実施形態では、伸縮式要素３０が、以前に説明されたヒンジ連結クランプシステムではなく、複数のスライダ３１およびねじ山付き締結具３２を使用して、固着される。

本方法は、垂直軸での伸縮式要素の負担がない摺動を可能にするという利点を有する。ねじ山付き締結具の使用はまた、ワイヤ要素をともに融合する精密なトルク設定を可能にする可能性を有するという点で、利点を有する。

これは、バンドルホルダにおけるワイヤ破損に影響を及ぼし得る、ワイヤ端子に作用する圧着力の強度が過剰でないことを確実にするために肯定的な意義を有する。
（第４の実施形態）

一実施形態では、バンドルホルダの同心リングを固着することが、要件である。定圧嵌合が熱循環中に維持されていることを確実にしながら、バンドルホルダを組み立てて固着する手段が、必要とされる。

図４に示される実施形態の変異形が、示されるような図５で提供される。本実施形態では、伸縮式バンドルホルダ要素３０は、伸縮式要素の同心リングが垂直軸で負担なく摺動することを可能にする、垂直ガイド３１の使用により実現される。ねじ山付き締結具３２が、アセンブリを定位置で固着し、したがって、ワイヤ端子を定位置で保定するために、中心リング上で使用される。

本発明は、ねじ山付き締結具サブアセンブリ３２に含まれる、ばねまたは他の付勢要素３４の形態の付加的要素を組み込む。本ばねは、伸縮式要素が「浮動」することを可能にするという付加的利益を提供し、すなわち、本システムの熱循環中に引き起こされ得るような、封入ワイヤの幾何学形状の変動に適応することができる。

このようにして、定圧嵌合が、好適な抵抗力が常にワイヤ上で維持されることを可能にするように、ばねの正しい仕様を通して達成されてもよい。
（第５の実施形態）

ばね作動型定圧嵌合は、ある状況ではばねの漸進的拡張に起因して、（具体的な定荷重ばねが利用されない限り）定圧嵌合を提供しない場合がある。本圧力変動を回避する手段が、必要とされる。

定圧摩擦嵌合バンドルホルダが、望ましい。この場合、反応性定圧嵌合システムが、加熱サイクルで遭遇されるワイヤの収縮に対抗するために、定位置に置かれる。

図６は、図５に示される実施形態の変形例を提示する。反力を提供するためにばね荷重要素を使用する代わりに、本発明では、反力を提供するためにＳＭＡ要素４０を使用することが提案される。

本発明では、ＳＭＡ要素４０は、熱循環中にワイヤ端子上で定圧嵌合を引き起こすために、正しい量の力および変位を正確に提供することができるように、規定される。

力を提供するために使用されるＳＭＡ要素４０は、伝送流体に暴露され、したがって、主要バンドルワイヤと同一の間隔で熱循環させられるように、位置付けられる。したがって、アクティブな圧力嵌合が生成され、それによって、圧力嵌合は、熱サイクルと正確に正しいタイミングで実現される。前の反応性圧力嵌合では、潜在的にわずかであるが、反力ならびにワイヤ膨張および収縮の不一致の可能性がある。本発明は、本不一致を克服することができる。
（第６の実施形態）

別の実施形態では、定圧嵌合が常にバンドルホルダの中で維持されていることを確実にするために、アクティブ要素が使用される。

本実施形態では、図７に示されるように、付加的活性材料要素４０は、構造バー要素４１を介して、バンドルホルダ自体から除去されて保持される。バー要素４１は、ねじ山付き締結具を用いて、バンドルホルダに固着されることができる。
（第７の実施形態）

バンドル内の活性材料の熱循環は、材料の膨張および収縮を生じさせるであろう。本膨張および収縮は、別様に対抗されない限り、バンドルホルダ要素の疲労を引き起こすであろう。

一実施形態では、バンドルの中のワイヤ要素の膨張および収縮の潜在的疲労効果に対抗する手段が提供される。本発明は、本膨張および収縮に反応して屈曲する、バンドルホルダである。上記で説明されるように、バンドルホルダを収縮させるために、加熱流体流の中に配置されるアクティブＳＭＡ要素が利用される。

バンドルホルダは、この場合、中心開口部または孔内のその中心に束ねられたワイヤを保定する、分割プレート５０から成る。これは、図８に図示されている。２つのプレート要素５０は、一方の側面上の側方搭載型ばね５１および裏面上の側方搭載型ＳＭＡ要素５２を使用して、分離される。ＳＭＡは、流体流内に搭載される。ばねは、ＳＭＡに対する抵抗力を提供し、本システムの冷却サイクル中に、ハンドルホルダをその開始位置に戻すように作用する。
（第８の実施形態）

力が、ピストンおよび伝送機構を介して、作業コア内の（複数のワイヤとして提示される）本合金の収縮ならびに膨張を通して生成される。本システムの最も重要な側面は、確実なアセンブリが作成され、高い力の低変位仕事が最大数の作業サイクルにわたって行われることを可能にするように、両端でワイヤ要素を固着する能力である。

確実かつ耐久性のある様式で複数のワイヤを固着するために、両端でそれらを係留することが可能なシステム／デバイスが、開発される必要がある。本システムは、高い負荷の下で動作する必要がある。本アセンブリは、「バンドルホルダ」と指定されている。
バンドルホルダは、いくつかの具体的問題を克服しなければならない。

１）動作中に、ワイヤの高い力の低変位負荷を伝達する。

２）通過する水からワイヤへ、および逆も同様に、最大熱伝達を可能にするように、可能である限り、ワイヤの密接充填を可能にする。

３）製造の観点から、ある種の支持体の中に何百本ものこれらのワイヤを配置するという面倒で負担のかかるプロセスを排除し、生産時間および費用を削減する必要がある。

一実施形態では、ＳＭＡワイヤの配列は、直線にあり、流体への等しい暴露を保証しながら、よりコンパクトな配列を可能にする。

上部ユニットは、定位置に押し込まれ、ＳＭＡワイヤを摩擦ロックの中へ圧縮する。圧縮ねじが、それらの係止状態であるときに、ユニットをともに保持するために採用される。上および中間層は、形状が円錐アプローチよりも基本的であり、耐荷重性ではない際に、成型または鋳造されることができる。底部ユニットは、屈曲防止バンドル支持体の役割を果たし、高張力材料から鋳造されなければならない。

図９（ａ）は、バンドルホルダの構成要素の概略図を図示する。図９（ｂ）は、本発明の一実施形態による、固着位置における組み立てられたバンドルホルダの３Ｄ断面図を図示する。図９（ｃ）は、非固着位置におけるバンドルホルダの組立プロセスの３Ｄ図を図示する。図９（ｄ）は、バンドルホルダの組立プロセスの３Ｄ分解断面図である。

図９ａ−９ｄに示される実施形態は、ワイヤを個別にスエージ加工する問題を解決し、それらを定位置に固定するために、（上部および底部キャップ（ａ、ｂ）の間で）締め付けねじおよびナット（ｅ、ｆ）を使用するであろう。

２列のワイヤを結合することが、熱伝達を遅延させ得る、またはそれを不平等にし得るため、２列のワイヤが触れることを阻止するために、固定楔着部（ｃ）は、より長く作製されることができ、このようにして、列を分割する、すなわち、熱伝達を増進し、ワイヤバンドルコア内の攪拌器の役割を果たすであろう。

図１０は、動作中の楔着されたワイヤの間の流体循環の平面図である。
（第９の実施形態）

１）動作中に、ワイヤの高い力の低変位負荷を伝達する。

ワイヤを線に配列する代わりに、ステムボール（ｃ、ｄ）触発型楔着部が、円形外形でワイヤをグループに配列するために使用されることができる。本実施形態は、流体への等しい暴露を保証しながら、よりコンパクトな配列を提供する。図１１は、スエージ加工されていないＳＭＡワイヤを固定するために楔着（ｃ、ｄ）技法を使用する、バンドルホルダの概略図を図示する。

上部ユニットは、定位置に押し込まれ、ＳＭＡワイヤを摩擦ロックの中へ圧縮する。圧縮ねじが、それらの係止状態であるときに、ユニットをともに保持するために採用される。上層および底層は、成型または鋳造されることができる。底部ユニットは、屈曲防止バンドル支持体の役割を果たし、高張力材料から鋳造されなければならない。

本実施形態に関して、ワイヤは、円形外形にグループ化され、熱伝達は、バンドルホルダ内のワイヤのグループを配列することによって増加させられる。このようにして、乱流が、ワイヤのグループを交互配置することによって作成される。乱流によって引き起こされる流路は、使用中の流体の流路を示す矢印とともに、図１２に示されている。
（第１０の実施形態）

ＳＭＡワイヤのコアがピストンを作動させるために、一方の端部がコアの上部に固定され、他方の端部がピストンに取り付けられるように、ワイヤのバンドルを固定するための方法が識別されなければならない。

摩擦嵌合は、ワイヤをともに固着する１つの可能な方法である。基本的に、摩擦嵌合は、物体の滑動または移動を防止するために、２つの表面の粗度が使用される場合である。嵌合の有効性は、各表面の摩擦係数、接触の面積、および表面の間の圧力によって判定される。

図１３は、バンドルホルダの中へワイヤを固着するために圧入実施形態が使用され得る方法の概略図を示す。圧入は、一般的に、軸受をシャフトまたは筐体に固着するときに使用される。圧入は、サイズＤｏの孔にＤｉのオブジェクトを押し込むことによって稼働し、Ｄｏは、Ｄｉより小さい。結果は、２つの表面がともに加圧され、したがって、それらの間の摩擦、また、それらを分離する必要な力も増加させることである。

本概念は、ＳＭＡワイヤおよびホルダに適用されることができる。ワイヤは、ホルダの孔より大きい外径を有するであろう。次いで、ワイヤは、孔に圧入されるであろう。ワイヤを挿入／除去する力は、ワイヤとホルダとの間に存在する干渉のみに依存するであろう。
（第１１の実施形態）

図１４は、摩擦嵌合を生成する可能な方法を示す。分かり得るように、本実施形態は、以前に説明された圧力嵌合に密接に関係付けられる。本実施形態では、スリーブ６０が、ワイヤ６１を覆って緩く配置される。次いで、構成要素は、金型を通してそれを圧迫するために液圧プレスが使用される、金型の中で固着される。スリーブは、金型を通過するにつれて、ワイヤの外側を覆って圧搾される。これは、金型の孔が次第に縮小されることによって引き起こされる。これは、圧搾されるにつれて、摩擦嵌合を生成する。構成要素が金型から退出するとき、スリーブ６２の壁厚は、低減させられ、その長さは、増加させられるであろう。

本手順は、ワイヤの両端に繰り返される。次いで、ワイヤは、中空バンドルホルダの中に配置される。スロット付きのキャップ６５が、ハンドルホルダの上部を覆って配置される。本キャップは、ホルダをねじで留めること、またはホルダにボルトで留められることのいずれかをさせられることができる。これは、ワイヤがホルダから引き抜かれることを防止する。

バンドルホルダに行われ得る別の変更は、図１５に示されるような楔着部６６の追加である。楔着部は、ホルダの側面に配置されるであろう。キャップ６５がねじで留められる、またはボルトで留められるとき、楔着部の側面は、内向きに押進させられる。これは、スリーブに、サービス中に一定の力をそれらの外部に及ぼさせ、ワイヤとスリーブとの間の摩擦を維持することに役立つ。楔着部６６を使用する企図は、原則としてスエージのない端子の概念に類似する。
（第１２の実施形態）

力が、ピストンおよび伝送機構を介して、作業コア内の（複数のワイヤとして提示される）本合金の収縮ならびに膨張を通して生成される。本システムの最も重要な側面は、確実なアセンブリが作成され、高い力の低変位仕事が最大数の作業サイクルにわたって行われることを可能にするように、両端で要素を固着する能力である。

一実施形態では、上記で議論されるホルダ実施形態内に含有されるＳＭＡワイヤを分離する方法が提供され、それによって、本分離は、バンドル内に含有されるワイヤへのより優れた、より一様な熱伝達を提供するであろう。これらのスペーサは、種々の形態で実現され得る。これに加えて、ＳＭＡワイヤおよびスペーサの確率分布ならびに最適化された割合を通して、可能な限り自立したアセンブリを維持することが可能であり得る。

弾性「ダミー」ワイヤの実施形態が、図１６および１７に示されている。本実施形態は、摩擦嵌合を使用して固着されるワイヤを離間する問題に取り組む。ワイヤ７１の間隔は、熱力学的観点から重要であり得、したがって、スペーサの役割を果たすであろう、バンドルの中の「ダミー」ワイヤ７０の使用が、有利であり得る。これらのワイヤ７０は、バンドルの出力に寄与することも妨げることもなく、分離された状態でワイヤを保つ方法を提供することができる。同一のワイヤは、それらがコア内にさらに含有されるＳＭＡワイヤ７１への熱交換に干渉することを防止するために、バンドルホルダの長さに等しい長さである必要のみがあり得る。さらに、本実施形態は、それらの半径方向収縮に起因する、加熱されたときのワイヤ滑動の問題の解決策を提供することができる。これの防止は、適切に弾性の材料（頑丈なゴム）から成るダミーワイヤを使用することによって、達成され得る。これは、ワイヤ加熱／収縮中に失われた握持を補うために、ワイヤがその低温状態であるときに、バンドルが「過剰に」緊締されることを可能にするであろう。印加される過剰な力は、Ｎｉｔｉｎｏｌがその冷却状態であるときに、ダミーワイヤによって弾性的に吸収され、通常必要とされる力は、Ｎｉｔｉｎｏｌワイヤが収縮させられるときに印加され、ダミーワイヤ７０は、あまり変形していない状態に戻ることによって、本握持の緩みまたは損失を可能にするであろう。図１６が、Ｎｉｔｉｎｏｌおよびダミーワイヤレイアウトの実施例を示す一方で、図１７は、ＳＭＡワイヤ７１に対するダミーワイヤ７０の長さを示す。

本実施形態はまた、代替的な形式で実現されてもよく、それによって、Ｏリング８０が、類似機能を果たすために使用されてもよい。しかしながら、ワイヤスペーサがＮｉｔｉｎｏｌワイヤに対して軸方向に配列される場合、Ｏリングは、半径方向に配列されることができる。本実施形態は、Ｏリングが好適ではなくなるため、中心ダミーワイヤスペーサ７０が実装されている、以下の図１８に図示されている。

本概念の別の実施形態は、バンドル内に含有されるＳＭＡワイヤの先端の周囲で同軸上に搭載されるであろう、スリーブとして、スペーサ要素９０を実装することである。これらのスリーブ９０は、以前に議論された緩いワイヤとは対照的に、固定されたスペーサ要素を提供するであろうため、バンドル作成中にさらなる組み立てやすさを可能にする。本概念は、図１９に図示されている。
第１３の実施形態

力が、ピストンおよび伝送機構を介して、作業コア内の複数のワイヤとして提示される本合金の収縮ならびに膨張を通して生成される。本システムの最も重要な側面は、確実なアセンブリが作成され、高い力の低変位仕事が最大数の作業サイクルにわたって行われることを可能にするように、両端でＮｉＴｉ要素を固着する能力である。

本実施形態が解決することを目標する問題は、ワイヤの収縮が抑制され、使用可能なエネルギーに変換されることを可能にする方法で、ワイヤを両端で固定する方法である。

本概念は、図２０に図示されるように、円筒筐体１００の中心を通して、いくつかのＳＭＡワイヤ１０１を供給することを伴う。ワイヤ１０１ａの上部は、見られ得る初期クランプ１０２を使用して広げられる。二次クランプ１０３が、筐体１００の下側の中へ供給され、再度、ワイヤを広げる。ボルト１０４が、両方のクランプ１０２、１０３の中心を通して供給され、それらをともに固定し、ＳＭＡワイヤを定位置で保持する。クランプによってＳＭＡワイヤ１０１に印加される摩擦は、ともにクランプを保持するボルトを緊締することによって増加させられることができる。
（第１４の実施形態）

ワイヤの個々のバンドルを使用し、バンドルホルダを使用してそれらを保持する代わりに、一実施形態は、図２１に示されるように、ワイヤを広げるために使用されるクランプ１０３をバンドルホルダプレートに組み込む。ワイヤは、図２２および２３に示されるように、再度、中心筐体内の開口部または孔を通して上方に供給され、バンドルホルダプレート１１０に搭載されたコアを伴って広げられる。次いで、バンドルホルダプレートは、ボルトを用いて中心筐体に固定されることができる。

ワイヤは、図２３で見られ得る、第２のクランプ１０３を用いて定位置で固定されることができる。本第２のクランプは、ボルトを用いてクランププレートに固定され、ワイヤによって観察される摩擦を増加させるように緊締されることができる。
（第１５の実施形態）

力が、ピストンおよび伝送機構を介して、作業コア内の（複数のワイヤとして提示される）本合金の収縮ならびに膨張を通して生成される。本システムの最も重要な側面は、確実なアセンブリが作成され、高い力の低変位仕事が最大数の作業サイクルにわたって行われることを可能にするように、両端でＳＭＡ要素を固着する能力である。

図２４に示されるようなＳＭＡワイヤ１２０は、中心開口部または孔を通して供給され、上部および底部クランプ１０２、１０３を使用して定位置で圧着され、ワイヤによって観察される摩擦は、クランプをともに保持するボルトを緊締することによって、調節されることができる。

本明細書では、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ、およびｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」またはそれらの任意の変異形ならびに用語「ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｅｄ、およびｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」またはそれらの任意の変異形は、完全に互換可能であり、それらは全て、可能な限り広い解釈を与えられるべきであり、その逆も同様である。

本発明は、上述した実施形態に限定されないが、構造および詳細の両方において変更され得る。

Claims

ホルダ要素によって第１の端部で固定され、第２の端部で駆動機構に接続される、複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）または負熱膨張（ＮＴＥ）要素を備える、エンジンを備え、補償機構が、位置付けられ、加熱サイクルで遭遇される前記ＳＭＡまたはＮＴＥ要素の収縮に対抗するように適合される、エネルギー回収デバイス。
前記補償機構は、定圧嵌合が熱循環中に維持されていることを確実にするように適合される、ばね荷重圧着要素を備える、請求項１に記載のエネルギー回収デバイス。
前記ばね荷重圧着要素は、前記ＳＭＡまたはＮＴＥ要素の圧縮および膨張中に衝撃吸収材の役割を果たすように構成される、浮動性カンチレバーアームを備える、請求項２に記載のエネルギー回収デバイス。
前記補償機構は、少なくとも１つのスライダ要素を介してねじ山付き締結具に固着される、伸縮式要素を備える、いずれかの前記請求項に記載のエネルギー回収デバイス。
前記ねじ山付き締結具は、付勢ばねを備える、請求項４に記載のエネルギー回収デバイス。
熱循環中に前記少なくとも１つのＮＴＥまたはＳＭＡ要素上に定圧嵌合を提供するように適合される、安定化ＳＭＡまたはＮＴＥ要素を備える、いずれかの前記請求項に記載のエネルギー回収デバイス。
前記補償機構および前記少なくとも１つのＮＴＥまたはＳＭＡ要素に係合するように適合される、アクティブバー要素を備える、いずれかの前記請求項に記載のエネルギー回収デバイス。
前記少なくとも１つのＮＴＥまたはＳＭＡ要素を定位置で固着するように開口部を伴って構成される、プレートを備える、いずれかの前記請求項に記載のエネルギー回収デバイス。
前記ＳＭＡまたはＮＴＥ要素は、実質的に円形の外形で前記要素を配列するように、ステムボール楔着部と平行に配列される、いずれかの前記請求項に記載のエネルギー回収デバイス。
前記ＳＭＡまたはＮＴＥ要素の間にスペーサ要素を挿入するステップを含む、いずれかの前記請求項に記載のエネルギー回収デバイス。
前記スペーサ要素は、Ｏリング要素を備える、請求項１０に記載のエネルギー回収デバイス。
前記スペーサ要素は、前記ＳＭＡまたはＮＴＥ要素のうちの少なくともいくつかの周囲に搭載される、同軸上搭載型スリーブを備える、請求項１０に記載のエネルギー回収デバイス。
前記ＳＭＡまたはＮＴＥ要素は、中心開口部または孔を通して供給され、上部および底部クランプを使用して定位置に圧着される、いずれかの前記請求項に記載のエネルギー回収デバイス。
ホルダ要素によって第１の端部で固定され、第２の端部で駆動機構に接続されるように適合された、複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）または負熱膨張（ＮＴＥ）要素を備え、補償機構が、位置付けられ、いくつかの加熱サイクルにわたって遭遇される前記ＳＭＡまたはＮＴＥ要素の収縮に対抗するように適合される、エンジン。