JP2024516336A - ヒートエンジンシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）コアであって、少なくとも２つの異なる温度に晒された際に収縮伸長することにより機械的動作を起こし、機械的動作がその後ジェネレータに伝達され得るＳＭＡコアを含むヒートエンジン。【選択図】図６

Description

（関連出願）
本開示は２０２１年５月７日に出願された米国仮特許出願第６３／１８５，４８０号に基づく優先権を主張しており、その全体を参考のため本明細書中に援用する。

本開示は、概してヒートエンジンに関し、より特定すると熱を機械的動作に変換するシステムおよび方法に関する。

ヒートエンジンは、熱を機械エネルギーに変換することが可能な構成物である。リバーシブルヒートエンジンは、機械エネルギーを用いて熱流を駆動させて温度グラジエントを生成することが可能である。フォワードでの使用は、機械エネルギーが使用できるときはいつでも適用でき、例えば、物体（すなわち、アクチュエータ、リフト、運搬）の動作または移動、流体の流れ（例えば、気体コンプレッサおよびポンプ）、機械エネルギーの保存（例えば、圧縮空気、ばね、高い位置まで持ち上げたウェイト）、または発電に適用できる。リバースでの使用は、最も典型的には冷蔵サイクルおよびヒートポンプに見られ、これにより温度差を駆動して冷却供給源（cold source）などから熱を抽出する。

熱を電気エネルギーに変換する方法は従来から様々あるが、低温でこれを行う能力は、エネルギー発生産業を含む多くの産業で現在も取り組まれている課題である。伝統的な発電では、燃料の燃焼を用いて熱を発生させることによりヒートエンジンを駆動する。しかし、利用されていない排気筒に多くのエネルギーが残る。ほとんどの発電用途では、エネルギーの最大６５％が失われると推定されている。より具体的には、エネルギーの最大３０～４０％が能動的冷却（すなわち冷却剤）を介して消散し、２０～３０％が排気を介して失われる。この熱を捕獲し用いることを可能にする解決法があれば、グリーンハウスガス（ＧＨＧ）を飛躍的に減らす。これは現行の電源および工業的または商業的プロセスの効率を上げることにより可能となり、上記効率の上昇は、新規のクリーンな発電方法の実現を可能にすることによりもたらされる。

より低温でヒートエンジンの動作を向上させようという様々な試みが長年に亘ってなされてきたが、未だ目標は達成されていない。

あるいは、リバース動作のヒートエンジンは全体的な設計が共通しており、多くの潜在的使用を有する。典型的には、冷媒を用いて、コンプレッサおよび膨張弁による蒸発－凝縮サイクルにより動作することにより、エバポレータにおいて低温で熱が抽出される。エバポレータでは、気体の冷媒がその後圧縮されてコンデンサまで移動し、コンデンサで熱が抽出される。これはヒートポンプ、冷蔵庫、および工業用チラーで行われている。冷媒は、製造時に規定される特定の温度範囲で動作するように慎重に選択される。冷媒は典型的には、高い地球温度化係数（ＧＷＰ）、例えばＲ４１０Ａ（ＧＷＰ＝２，０８８）、Ｒ１３４ａ（ＧＷＰ＝１，３００）を有する有機化学物質である。さらに、低熱質量を有する小さい冷蔵負荷は、コンプレッサが頻繁に回転するという結果になり、早期の失敗を招くことがある。実験室用装置、家電、スポーツ用品などにおいて、冷蔵を提供することが可能な、特に小負荷用の屈強なリバーシブルヒートエンジンが求められている。

上記の情報は、本開示の理解を補助するためだけの目的で背景情報として提供する。上記の情報のいずれかが本開示に対する従来技術として適用可能であるか否かの決定はなされておらず、そのようなことが肯定されているわけではない。

そのため、熱を捕獲し変換する、より具体的には、低温の熱を捕獲して電気エネルギーに変換する新規のヒートエンジンシステムおよび方法または改良型システムおよび方法が提供される。

一局面では、少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）コアを含むヒートエンジンであって、前記少なくとも１つのＳＭＡが少なくとも２つの異なる温度に晒される際、晒されている間に前記ＳＭＡコアが伸長収縮することにより前記少なくとも１つのＳＭＡコア内で機械的動作が起こる、ヒートエンジンが提供される。

別の局面では、ヒートエンジンは、前記機械的動作を捕獲し、前記機械的動作をエネルギーに変換するジェネレータまたは線形オルタネータをさらに含む。さらに別の局面では、ヒートエンジンは、前記少なくとも１つのＳＭＡコアをジェネレータに接続するギアボックスをさらに含む。さらなる局面では、ヒートエンジンは、前記少なくとも１つのＳＭＡコアに加熱媒体を供給する加熱源と、前記少なくとも１つのＳＭＡコアに冷却媒体を供給する冷却源とを含む。

ある局面では、前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、ＳＭＡベルト、ＳＭＡロッド、ＳＭＡワイヤ、ＳＭＡばね、ＳＭＡシートまたは発泡体形態のＳＭＡを含む。別の局面では、ヒートエンジンは、前記少なくとも１つのＳＭＡコアを収容する容器を含む。さらなる局面では、前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、１対のＳＭＡコアを含む。さらに別の局面では、前記容器は、第１のＳＭＡコアを収容する第１の部分と第２のＳＭＡコアを収容する第２の部分とを含む。さらなる局面では、前記第１の部分は、加熱媒体を受け取る加熱源に接続された流入口を含む。さらなる局面では、前記第１および第２の部分の各々は、加熱媒体を受け取る加熱源流入バルブと冷却媒体を受け取る冷却源流入バルブとを含む。さらなる局面では、ヒートエンジンは、前記第１の部分を前記加熱媒体で満たし、前記第２の部分を前記冷却媒体で満たし、その後、前記第１の部分を前記冷却媒体で満たし、前記第２の部分を前記加熱媒体で満たすコントローラを含む。

別の局面では、前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、マルチプルメモリマテリアル技術で処理されている。さらなる局面では、ヒートエンジンは、半径方向に接続された４つのＳＭＡコアを含む。さらなる局面では、ヒートエンジンは、前記４つのＳＭＡコアの各々を収容する４つの容器のセットを含み、前記容器のセットの各々は、前記４つのＳＭＡコアを加熱または冷却する流体を受け取る少なくともつの流入バルブを含む。さらに別の局面では、前記容器のうち１つの容器の流入バルブは前記容器のうち別の容器の流出バルブに接続されている。

さらなる局面では、前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、デルタ構成の３つのベアリングのセットと、前記３つのベアリングのセットのうち２つを収容する容器と、前記３つのベアリングのセットの周りに巻き付けられたＳＭＡベルトとを含み、前記３つのベアリングのセットのうち前記２つは、前記３つのベアリングのセットのうちの残りの１つとは異なる温度に晒される。別の局面では、ヒートエンジンは、前記３つのベアリングのセットのうち前記残りの１つに接続されたアイドラープーリを含み、前記ＳＭＡベルトは前記３つのベアリングのセットおよび前記アイドラープーリの周りに巻き付けられている。さらに別の局面では、前記アイドラープーリは、半径の異なる２つのプーリを含む。さらに別の局面では、前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、ＳＭＡワイヤの少なくとも１つの束を含む。さらなる局面では、前記ＳＭＡワイヤの端部は、ＳＭＡ材料でクリンプされているか又はかしめられている。さらに別の局面では、前記ＳＭＡワイヤの前記端部は、クリンプされるか又はかしめられる前または後に局所的に熱処理される。別の局面では、ヒートエンジンは、前記少なくとも１つのＳＭＡコアによって作動するバルブと一体化されている。別の局面では、ヒートエンジンは、ＳＭＡ作動によって直接チャージされる液圧または空気圧システムによって作動する少なくとも１つのバルブを含む。

本開示の別の局面では、少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）コアを含む冷却デバイスであって、前記少なくとも１つのＳＭＡコアは緊張下に置かれて発熱性相転移を誘発し、その後緊張から解放されて吸熱性相転移を起こす、冷却デバイスが提供される。

本開示の他の局面および特徴は、特定の実施形態に関する以下の説明を添付の図面と共に読むことによって当業者には明らかとなる。

本開示の実施形態を添付の図面を参照して実施例としてのみ以下に述べる。

図１Ａおよび図１Ｂは、複数のメモリ材料処理の模式図である。

図２は、一実施形態によるヒートエンジンの写真である。

図３は図２のヒートエンジンに関する温度グラジエントの例を示す図である。

図４は、一実施形態によるヒートエンジンの模式図である。

図５Ａおよび図５Ｂは、一実施形態によるヒートエンジンのためのメッシュ型構成の模式図である。

図６は、動作環境内におけるヒートエンジンの模式図である。

図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、一実施形態による、互いに反対に動作する構成の動作の一実施形態を示す模式図である。

図８は、一実施形態によるデルタ構成ヒートエンジンの模式図である。

図９は、アイドラープーリを有するデルタ構成ヒートエンジンの一実施形態を示す模式図である。

図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、半径方向に接続された複数のコアを有するヒートエンジンの一実施形態を示す模式図である。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、一実施形態による片持ち梁ヒートエンジン構成の模式図である。

図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、一実施形態による様々なタイミングヒートエンジン構成の模式図である。

図１３Ａ、図１３Ｂおよび図１３Ｃは、ヒートエンジン設定の別の実施形態のコンポーネントを示す模式図である。

図１４は、ばね式ヒンジバルブアセンブリの模式図である。

図１５は、回転バルブアセンブリの模式図である。

図１６Ａおよび図１６Ｂは、一実施形態によるデッドウェイト付勢機構の模式図である。

図１７Ａおよび図１７Ｂは、一実施形態によるばね付勢機構の模式図である。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、一実施形態によるクランクシャフト変換機構の模式図である。

図１９Ａおよび図１９Ｂは、一実施形態によるＶ字型クランクシャフト変換機構の模式図である。

図２０は、一実施形態による、ストロークを増す、ヒートエンジン付きてこ機構の模式図である。

図２１は、一実施形態による、ピストンに剛直に接続されたバルブの模式図である。

図２２Ａ、図２２Ｂ、図２２Ｃおよび図２２Ｄは、一実施形態による図２１の動作の実施形態を示す。

図２３は、一実施形態による３方向バルブ構成の斜視図である。

図２４は、一実施形態による図２３のバルブの動作の一実施形態を示す図である。

図２５は、一実施形態による、複数のコアに取り付けられた図２３のバルブの模式図である。

図２６は、一実施形態によるＳＭＡベースのコンプレッサの模式図である。

図２７は、一実施形態によるＳＭＡリバースヒートエンジンの動作の一実施形態を示す模式図である。

図２８は、一実施形態による図２７の実装の模式図である。

添付の図面を参照した以下の記載は、請求の範囲およびその均等物によって定義される例示的実施形態の理解を補助するために提供するものである。以下の記載は、そのような理解を補助するために様々な特定の詳細を含むが、これらは単なる例であると考えられたい。従って当業者であれば、本開示の範囲および思想から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態の様々な変更および改変が可能であることを認識する。さらに、簡潔化および無駄の削除のために、周知の機能および構成の記載は省略する場合がある。

以下の記載および請求の範囲で用いる用語および語は、書誌的意味に限られず、明瞭かつ一貫した理解を可能にするためにのみ用いるにすぎない。そのため、実施形態に関する以下の記載は、説明のためだけに提供するものであり、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される開示を限定する目的で提供されるわけではないことは当業者には明らかである。

概して本開示は、熱を捕獲して機械エネルギーに変換する（「フォワードモード」と呼ぶこともある）熱エンジン技術のシステムおよび方法を提供する。本開示の熱エンジンは、さらにリバースにも動作可能であり、冷蔵庫におけるように機械的動作を用いて温度差を生成（「リバースモード」と呼ぶこともある）することができる。

いくつかの実施形態では、ヒートエンジンは、マルチプルメモリマテリアル（ＭＭＭ）技術により処理され得る形状記憶合金（ＳＭＡ）コアにより可能となる、またはこれを含む。これは２０１５年１１月１７日に付与された米国特許第９，１８６，８５３号に記載されており、上記特許を参考のため本明細書に援用する。ＳＭＡは、材料処理履歴に依存する特定の温度で固体－固体材料相変化を起こす。フォワード動作モードまたはフォワードモードでは、ＳＭＡコアは別々の温度で熱を吸収する（吸熱相転移）または熱を放出する（発熱相転移）能力を有し、これは自然に起こるか又はＭＭＭ技術を用いてプログラムされる。

このことは、吸収された熱が機械的動作に変換されることを可能にし、これは二次的目的、例えばジェネレータを駆動して電気を発生させることに用いられ得る。本明細書に記載するヒートエンジンの一実施形態では、ヒートエンジンは、ＳＭＡが例えば９０℃未満の温度で相転移を起こし、約１５℃以上の温度差で動作することができるように調整可能である。換言すると本開示の実施形態は、２５℃の周囲温度で、約４０℃以上の供給源からエネルギーを抽出し得る。厳密な温度差は、ＭＭＭ技術、熱機械処理またはＳＭＡ（例えば、ＮｉＴｉ、ＣｕＮｉＴｉ、ＡｌＮｉＴｉ、ＮｉＴｉＨｆなど）の組成変化を用いることにより、より大きく又はより小さくなるように調整可能である。リバース方向では、材料を伸張して所定レベルの機械的緊張を付与することにより、より低い温度で同じ吸熱相転移を誘発することができる。これにより、約１５０℃から約６００℃の温度範囲で熱を抽出することが可能になる。

図１Ａおよび図１Ｂに、マルチプルメモリマテリアル技術または処理の例を示す。マルチプルメモリマテリアル処理により、ＳＭＡの局部転移温度を厳密に調整することが可能となる。これにより、複数の転移温度をＳＭＡに利用することが可能となり、その結果、異なる温度で動的応答が得られる。ＭＭＭ技術または処理は、形状記憶合金の局部領域にエネルギーを付与することにより局部構造および化学的構造を調整する方法として見られ得る。これにより、ＳＭＡの処理済み局部領域の１以上の追加の転移温度および改変済み疑似弾性特性が提供される。影響を受けなかった残りのＳＭＡ材料は、依然として本来の機能特性を示す。そのため、モノリシックＳＭＡの成分または材料に追加のメモリを埋め込むことができ、これにより追加の機能が可能となる。これにより、広い温度範囲で受動的に動作可能なモノリシックＳＭＡを製造することが可能となる。

動作については、フォワード方向で動作するヒートエンジンは、可能な様々な方法で熱を付与され得る。例えば熱は熱い流体（気体または液体）として、放射（レーザ、焦点の合った光、赤外線による加熱などからの）により、または電熱（加熱エレメントを介して間接的に、またはジュール熱を介して直接的に）により付与され得る。熱供給源または熱源もまた、完全にリニューアル可能な供給源からのものであり得る。ヒートエンジンは概していかなる加熱又は冷却供給源あるいは加熱源または冷却源でも動作可能である。以下では流体として述べるが、加熱および／または冷却は様々な様式または媒体で付与され得ると理解される。一実施形態は、地熱源から熱を捕獲すること又は太陽放射を濃縮することによりヒートエンジンの主要エネルギー源として用いることを含み得る。

図２は、フォワードでの適用におけるヒートエンジンの一実施形態を示す。本実施形態では、ヒートエンジンの設計は、現行の設備に容易に統合可能であることを意図している。一実施形態では、ヒートエンジンは流出する熱供給源とインサイチュで統合することができ、これにより通常の動作の中断を制限する。

図２の実施形態では、ヒートエンジン２００は２つのホイール、すなわち下ホイール２０２と上ホイール２０４とを含み、これらはＭＭＭ技術により処理されたＳＭＡのバンド２０６（ワイヤという形態を取ることもできる）によって互いに接続されている。いくつかの実施形態では、バンドはＭＭＭ技術で処理しなくてもよい。ヒートエンジン２００はさらにハウジング２０８を含み、ハウジング２０８は下液体収容部２１０と穿孔付き上部２１２とを含む（しかし、上部２１２は穿孔を有していなくてもよい）。下ホイール２０２は、下液体収容部２１０内に配置された加熱供給源流体媒体２１４中に沈んでおり、上ホイール２０４は、上部２１２の壁に搭載されている。上ホイール２０４の温度は、加熱供給源流体媒体２１４の温度より低い。本実施形態では、上ホイール２０４は周囲温度を有する。そのため、２つのホイール２０２および２０４（さらにバンド２０６）は、その間で温度差を経験する。これを図３に模式的に示す。

図３に示すように温度スケールには、高温を示す濃い部分と低温を示す薄い部分とが設けられている。これからわかるように、バンド２０６は２つのホイール２０２と２０４との間を移動する際に温度差を経験する。

ヒートエンジンおよびバンド２０６のＳＭＡ材料は、所望の動作温度範囲に従って構成することができる。一実施形態では、ヒートエンジンは、ＳＭＡの異なる相間の温度差以上の温度差がある限り動作するように構成されている。

ＳＭＡバンドは、複数のメモリ（すなわち、ＭＭＭ技術または処理を介した所定の転移温度）を埋め込み、ＳＭＡバンドの様々な部分の別々の温度で疑似弾性特性を変化させるように処理可能である。ＳＭＡバンドの温度が変化し（２つのホイール間を移動する際に）、潜在的にいくつかの転移温度を通過すると、処理された部位の各々はそれぞれの転移温度で形状を変化させる。転移領域は幅数ミクロンほど小さくてもよく、別々の転移温度を有する転移領域が複数あってもよい。このことは図１Ａおよび図１Ｂに示されている。さらにモノリシックＳＭＡのアクチュエータ、ワイヤ、バンドまたはコア内でこれらの領域を並べて埋め込むことにより、温度変化に応答した独自かつ動的な作動を可能とすることができる。

図２のヒートエンジンの特定の実施形態では、ヒートエンジン２００は、温度熱供給源流体媒体２０８（または下ホイール２０２）が４０℃または周囲温度であり、上ホイール２０４の温度が２５℃近傍であり、その結果、温度差が約１５℃である状態で、フォワード方向に動作を継続している。この実施形態では、ＭＭＭ技術で処理されたＳＭＡバンドのサイクルライフは、ＭＭＭ処理無しの従来のＳＭＡと比べて４倍に延びた。この予備的データは、本開示のＭＭＭ処理済みバンドが、ヒートエンジンのこの実施形態においてより効率的および／または効果的な動作を可能にするということを明確に示している。

いくつかの実施形態では、ヒートエンジンは、高グレードの廃熱（概して２５０℃を超える熱と考えられる）に加えて低グレードの廃熱（ＬＧＷＨ）を捕獲することにより処理効率を上昇させ得る。これにより、エネルギー消費を減らし得、炭素排出量を減らし得、ヒートエンジンのユーザに即座に利益をもたらし得る。

いくつかの実施形態では、ヒートエンジンは、大量の熱を排出するプロセスであって、エネルギー効率を上げることが必要なプロセスにおいて、温度にかかわりなく有用であり得る。発電所は伝統的にＬＧＷＨを含む廃熱を大量に排出する源であり、グリーンハウスガス排出量を減らす必要性を理解している。ほとんどの従来の発電所が化石燃料を用いて発電するため、ヒートエンジンを利用することにより発電所の効率を上げることはＣＯ_２排出量を減らし得る。いくつかの設定または設計では、ヒートエンジンは、発電所内のいかなる熱供給源にも取り付け又は搭載され得る。これを例えば図４に模式的に示す。

エネルギーを製造する物質とは別に、ＬＧＷＨを含む熱の熱供給源が現在数多く入手可能である。これらは例えば、工業プロセス、コンピュータサービス、空間加熱および冷却、自動車、および船舶などである。本開示の実施形態は、他のセクターにも適用可能であると予想することができる。

現在、従来の発電所では、控えめに考えても潜在的最大電力出力のほぼ３０％がＬＧＷＨで失われていると推定される。世界中で約３０ＧｔのＣＯ_２が排出され、その４２％が電気を発生させる発電所からのものである。したがって世界中で１２．６ＧｔのＣＯ_２が電気の製造のために排出され、その約３．８ＧｔのＣＯ_２（３０％）が低グレードの廃熱のために失われていると考えられる。本明細書に記載するヒートエンジンの実施形態が例えば僅か２５％でも効率的であれば、すべての発電所に実装された場合、ほぼ１ＧｔのＣＯ_２の損失が埋め合わせられ得る。１００％の採用が達成された場合、これはＣＯ_２全排出量の３．３％に該当する。

一実施形態では、本開示のヒートエンジンは１０ｋＷを出力し得る。１年間継続して動作すると、８７，６００ｋＷｈの電気を製造する。これはＥＰＡ排出係数（０．０００８２トンのＣＯ_２／ｋＷｈ）を用いて計算すると、従来の発電所からであれば７２トンのＣＯ_２ｅｑ／ｙｒが排出されるということになる。

本開示の上記システムによると、いくつかの追加の経済的利点も実現され得る。まず、システムから熱を除去することは費用がかかることが多く、ほとんどの発電所がこれを負担する（例えば、冷却／水タワーによる）。この費用は適切なヒートエンジンを用いることにより収益となり得る。

別の実施形態では、ヒートエンジンで用いられるＳＭＡバンドは、図５Ａおよび図５Ｂなどに示すようなメッシュ様の構成を有し得る。メッシュ様の構造を有することにより、バンドは、ヒートエンジン内で用いられるホイール上のギアなどに取り付けることができ、これによりバンドとホイールとの間に、より強力な／滑らない接触が提供される。

ある実施形態では、バンドは外側と内側とで異なる処理をされ得、これによりバンドの外側がバンドの内側と異なる温度で転移する。これによりヒートエンジンは広い温度差範囲で動作を継続することができる。

ＳＭＡコアのいくつかの実施形態では、バンドは固体であり得、したがって滑ることはあまり問題ではない。これにより材料の量が最大化するか又は増加し、エネルギー抽出が向上する。この実施形態では、さらにバンドの各面または各側にＭＭＭ処理を介して異なる処理をしてもよい。

図６は、本明細書の実施形態によるフォワードのヒートエンジンとして動作するエネルギー回収デバイスの模式的構成を示す。エネルギー回収デバイス６００は、形状記憶合金部６０４（本実施形態では第１のＳＭＡコア６０５ａと第２のＳＭＡコア６０５ｂとを含む）によって駆動されるエンジン６０２と、形状記憶合金部６０４から発生する機械的動作を利用して電気を生成するジェネレータ６０６とを含む。デバイス６００への入力は、加熱供給源または加熱源６０８（すなわち、液体または気体などの流体という形態、または直接照射という形態での熱）および冷却供給源または冷却源６１０（液体などの流体という形態にある）を含む。環境条件に依存するが、冷却源６１０は、加熱源６０８よりも低い温度において、周囲空気であるか又は何か他の自由に入手可能な源であり得る。出力は、クリーンな電気６１２（ＤＣまたはＡＣ、典型的にはグリッドに同期する）、加熱リターン６１４および冷却リターン６１６を含む。別の設計では、加熱リターン６１４および冷却リターン６１６が組み合わされて、エンジン６０２を通過した後に加熱源６０８および冷却源６１０の両方を混合したものから得られる単一のリターン源が供給されてもよい。エンジン６０２は、単一のコアを含んでもよいし、複数のコアを含んでもよい。エネルギー回収デバイス６００の複数の実施形態は、熱源に並列に実装されてもよいし、直列に実装されてもよい。さらに各デバイスは、コア内の異なるＳＭＡ構成を具現化し得る。

例として、複数のコアを有するヒートエンジンは以下のように機能し得る。

（ａ）互いに反対に作動する２つのコア６０５は、一方が加熱源６０６により供給されるのに対し、他方は冷却源６０８により提供される。これにより、コアはそれぞれ収縮および伸長し、サイクルが交互に繰り返されるにつれて各々が他方を付勢する。

（ｂ）２つ以上のコア６０５が並列に作動することによりシステムの容量が増し、これにより熱のスループットを増加させてサイクル毎により多くのエネルギーを製造する。この場合、システムを収容する適切な空間が与えられれば、モジュール性によって、システムは実質的に如何なるサイズにもカスタム化可能となる。

（ｃ） ２つ以上のコア６０５が直列にカスケード接続され、加熱源６０６は第１のコア６０５から出た後、僅かに低い温度で次のコア６０５に入り、連続するコア６０５の各々を通過し続け、最終的に最大量または大量のエネルギーが回収されて、システムの効率が上がる。

別の実施形態では、エネルギー回収デバイス（フォワード動作ヒートエンジン）６００はエネルギーを保存する装置を取り込んでいてもよく、これにより、エンジンが断続的である場合に連続的なエネルギー源を提供し、またはより長期間に亘ってエネルギーを保存することにより所望の時に（すなわち、需要がピークの時に）電気を使用可能とする。上記エネルギーを保存する装置は、水保存タンク、フライホイール、コンデンサバンクまたはバッテリーなどであるがこれらに限られない。

デバイスの例示的な一実施形態では、エンジン６０２の構成がＳＭＡコア６０４からの往復動作を引き起こす。

図７ａから図７ｃは、図６の装置またはヒートエンジンの動作の一実施形態を示す模式図である。ヒートエンジン６００は、互いに反対に作動する２つのＳＭＡコア６０５ａおよび６０５ｂを含む。２つのコア６０５ａおよび６０５ｂは、動作方向に一致する中央軸７００に沿って互いに接続されている。

この実施形態では、コア６０５の各々は容器７０２内に配置されている。容器７０２は、加熱源６０８および冷却源６１０の両方と接続されており、この接続は別々の加熱および冷却源容器流入バルブ７０６を介している。本実施形態では、各容器に対して１つのみの流入バルブ７０６が見られるが、加熱および冷却源を受け取る２以上の流入バルブを有する容器の設計も理解される。

動作については、第１のコア６０５ａに関連する容器７０２ａが加熱源６０８で満たされる（加熱容器取り込みバルブを介して）のに対し、第２のコア６０５ｂに関連する容器７０２ｂは冷却容器取り込みバルブを介して冷却源６１０で満たされる（図７Ａ）。第１のコア６０５ａは吸熱性相転移をする際に収縮してオーステナイトになり、第２のコア６０５ｂは発熱性相転移をする際に伸長してマルテンサイトになる。これにより中央軸の方向（矢印７０８）において第１のコア６０５ａに向けて動作が起こる。

加熱源６０８および冷却源６１０からの流体はその後、各容器７０２内の流出バルブ７１０を介してそれぞれのコア６０５（または容器７０２）から退出する（図７Ｂ）。流出バルブ７１０が開いている間、流入バルブ７０６は閉じており、容器７０２の上部が、ヒートエンジンの設計に依存して加熱源６０８および冷却源６１０で満たされる。流出バルブ７１０を介した退出と同等の速度で容器７０２が満たされるように、サイクルのタイミングが最適化または設計される。

次に、流出バルブ７１０が閉じ、流入バルブ７０６が開く（図７Ｃ）。第１のコア６０５ａに接続された（すなわち、加熱相にある）冷却容器流入バルブ７０６が開き、第２のコア６０５ｂに接続された（即ち、冷却相にある）加熱容器流入バルブ７０６が開く。第１のコア６０５ａは吸熱相転移をする際に伸長して冷却相になり、第２のコア６０５ｂは発熱相転移をする際に収縮して加熱相になる。これにより中央軸の方向（矢印７１２）において第２のコア６０５ｂに向けて動作が起こる。加熱源６０８および冷却源６１０からの流体はその後、図７Ｂと同様にそれぞれのそれコアから退出し、サイクルは各々の容器に対して加熱と冷却との間で交互に反復する。容器を交互に満たすことを可能にする（コアを交互に加熱および冷却する）容器および多くの取り込みバルブに関するエンジンの設計は、多くの方法のいずれによっても行うことができる。

いくつかの実施形態では、加熱および冷却源および関連するバルブが直接コアに接続されていてもよく、その場合、容器は不要である。

いくつかの実施形態では、バルブの切り換えタイミングは、作動コアの位置であって、パワーストロークとの切り換えタイミングを最適化するか又は向上させる位置に直接リンクしていてもよい。他の実施形態では、バルブの切り換えタイミングは、発電出力を最適にする制御タイミングアルゴリズムを介して最適化または決定することができる。

いくつかの実施形態では、コアは内部で、低熱質量かつ低導電率の材料から絶縁可能であり、これにより流体または水から壁への損失、加熱／冷却サイクルの交換を最小化するか又は減らし、容器壁近くのデッドスペースを占有して水容量を減らす。これは効率の上昇に貢献することができる。

いくつかの実施形態では、中央軸は、エンジン６００が位置するグラウンドに平行（すなわち、図７が示唆するように水平方向）であってもよいし、グラウンドに対して垂直（すなわち、一方のコアが他方のコアの上にある垂直方向）であってもよい。

いくつかの実施形態では、ＳＭＡ材料は直線ワイヤ、ばね、ロッドまたはプレートの形状を取っていてもよい。材料は固体であっても多孔性であってもよく、伸長状態で動作してもよく圧縮状態で動作してもよい。

ばねを含む実施形態では、各ばねの中心の内部に同心円状ロッドが軸方向に搭載されてもよい。この場合、ロッドは容積を占有し得、加熱流体または冷却流体の容量を最小化し得るか又は減らし得る。いくつかの実施形態では、ロッドは低熱質量かつ低導電率の材料、例えばプラスチック発泡体から製造される。別の実施形態では、加熱源６０８および冷却源６１０用の流出口として、ばね内部に同心円状ロッドがあり得る。

別の実施形態では、図８に示すように、エンジン構成はＳＭＡコア８００から回転動作を起こしてもよい。

図８は、デルタ構成の単一のコア８００を含むエンジン８０２の簡略化した模式図を開示する。ＳＭＡ（ＭＭＭ処理されていてもよいし、されていなくてもよい）は、デルタ形状の３つのベアリング８０６に巻かれたベルト８０４として作用する。ベアリング８０６間の間隔およびＳＭＡベルト８０４の長さは、ＳＭＡベルト８０４がベアリング８０４に巻かれたときに材料に予め緊張を付与して引き伸ばすように設定されている。

デルタ形状は、ベアリングの少なくとも１つが流体８１０または流体の流れと直接接するように容器８０８内に収容されている。容器８０８は、流入口８１２と流出口８１４とを含み、容器８０８の上部は、ベアリング８０６の少なくとも1つが容器８０８内に収容されているが流体８１０中には沈まないように部分的または完全に開いている。本実施形態では、デルタ構成の基部の２つのベアリング８０６は、流体８１０中で容器８０８に固定されており、その結果、流体８１０の温度に晒され得る。流体８１０外部の条件は、ＳＭＡベルト８０４が流体８１０の温度よりも低い温度でマルテンサイト相にあるような条件である。

使用に際して、流入口８１２は容器８０８に加熱源または熱源から流体媒体を供給し、これによりＳＭＡベルト８０４のうち容器８０８中に沈んだ部分をオーステナイトに相転移させ収縮させる。その結果、ＳＭＡベルト８０４はベアリング８０６周りを回転する。

別の実施形態では、ＳＭＡベルト８０４は、３つではなく２つのベアリングに巻かれていてもよい。しかし本実施形態の追加のベアリング８０６は、より多くの材料が加熱源からの流体媒体８１０に接触することを可能にし、これによりエネルギー出力を最大化するか又は増やす。この場合、加熱源からの流体は流入口８１２から流出口８１４まで容器８０８内を連続的に通過する。しかし別の設計では、加熱源からの流体がシステム内を通過する速度を落としてエネルギー抽出を最大化するか又は増やす流入バルブまたは流出バルブまたはその両方があってもよい。バルブが組み込まれた場合、加熱源からの流体を保存して潜在的エネルギーを無駄にすることを回避するバッファタンクが、流入口とバルブとの間に含まれてもよい。

図８に示す実施形態同様、図９は別の構成を有するデルタエンジン９００を示す。エンジン９００は、デルタ形状の中心にアイドラープーリアセンブリ９０２を組み込んでいる。アイドラープーリアセンブリ９０２は、半径の異なる２つのプーリ９０４ａおよび９０４ｂを含む。ＳＭＡベルト９０６はデルタ構成周りを巻回し、アイドラープーリアセンブリ９０２の両方のプーリ９０４に接続している。半径の差異は、ＳＭＡベルト９０６がアイドラープーリ９０２周りを走行する際の線形速度に僅かな差異をもたらし、その結果、システムを駆動すると見せかける。

図１０は、別の実施形態のエンジン１０００を示す。エンジン１０００は回転動作を生成し又は発生させ、回転動作はその後保存され得る。この場合、４つのＳＭＡコア１００２は接続ロッド１００４によって半径方向に接続されている。接続ロッド１００４は中央で半径方向ドライブ１００６を形成する。ここでは各コア１００２がシリンダ兼ピストンとして作用する。各コア１００２は、加熱源および冷却源（図示せず）に接続され、個々のコア１００２は、図７に示したもの（各コアへの加熱または冷却流体媒体の供給を制御するバルブであって、各々が独立に動作するバルブ）と同じ動作を行い得る。いくつかの場合、各コア１００２が順に加熱源からの流体で満たされるように、タイミングが同期される。

図１０Ａはサイクルの開始を示す。このとき、１つのコア１００２ａが加熱源からの流体に晒され、これによりコア１００２ａ内のＳＭＡが収縮し、半径方向ドライブ１００６を加熱コア１００２ａ方向に引っ張る。次に（図１０Ｂ）、第１のコア１００２ａに隣接するコア１００２ｂが加熱源からの流体に晒され、他方、加熱源からの流体が第２のコア１００２ｂに供給されると同時に又はその直後に第１のコア１００２に冷却源からの流体が流される。これにより半径方向ドライブ１００６は２つのコア１００２ａと１００２ｂとの間の中間位置まで回転する。第１のコア１００２ａが完全に冷却される（図１０Ｃ）と、半径方向ドライブ１００６はさらに第２のコア１００２ｂ方向に回転する。

このサイクルは残りのコア１００２についても続けられ、連続的に繰り返される。４つのコア１００２の各々に加熱および冷却供給源が順に供給されることにより、半径方向ドライブ１００６が１回転し、その結果、連続回転動作となる。

この設計の別の実施形態では、４つのＳＭＡコア全てが同じ温度で作動するわけではない。温水供給源は１つのコアから次のコアに順に流れ得、連続するコアの遷移温度が順に低くなっていくことにより、サイクル毎に抽出するエネルギーが増え、効率が上がる。

別の実施形態では、半径方向ドライブ１００６は静止していてもよく、コア１００２の外方アセンブリが回転することにより、単一の加熱および冷却流入口で連続回転動作がなされてもよい。

図１１は、別の実施形態によるフォワード動作エンジン１１００の構成を示す。エンジン１１００は、片持ち梁動作を生成するか又は発生させる。この実施形態では、エンジン１１００は２つのコア１１０２ａおよび１１０２ｂを含む。一実施形態では、コアは図７を参照して教示した方法と同様の様式で動作し得るが、コア１１０２は、各々の中心軸が互いに平行な向きにあり、片持ち梁１１０４で互いに接続されている。一方のコア１１０２ａには、加熱供給源または加熱源（図示せず）から加熱流体または加熱流体媒体などの形態で熱が供給され、他方のコアには、冷却源または冷却供給源（図示せず）から冷却流体または冷却流体媒体が供給される。これが交互に繰り返されることにより片持ち梁動作が駆動される。

動作の一実施例では図１１Ａに示すように、左側のコア１１０２ａに冷却源からの流体が供給され、右側のコア１１０２ｂには加熱供給源からの流体が供給される。これにより、片持ち梁が右側のコア１１０２ｂに向かって時計方向に回動する。図１１Ｂでは、加熱源および冷却源からの入力が逆転する。これにより、片持ち梁は左側のコア１１０２ａに向かって反時計方向に回動する。回動点での回転動作はジェネレータを駆動するために用いられてもよいし、保存されてもよい。他の実施形態では、コア１１０２は互いに同じ側で（図示するように）片持ち梁に接続されてもよい。その結果、一方向に引っ張られることにより片持ち梁動作が起こる。あるいはコア１１０２は互いに反対側で片持ち梁に接続されてもよい。その結果、各コアが片持ち梁をそれぞれの端部から互いに逆の方向に引っ張る。その後、機械的動作がエネルギーに変換され得、別の使用に用いられる。

別の実施形態では、図１２Ａから図１２Ｃに示すように、フォワード動作エンジン１２００が様々なタイミングで回転動作を生成する。図１２Ａは、システムの一例を示す。ＳＭＡから形成された複数のコア１２０２は、それぞれの端部で、２つのローラベアリング１２０８を介して平坦面１２０４および湾曲面１２０６に接続されている。加熱源からの流体が１つのコアに供給されると、そのコアが吸熱相転移を起こして収縮し、湾曲面１２０６にそって移動し、移動中、平坦面１２０４に沿って動く。その後、機械的動作がエネルギーに変換され得、別の使用に用いられる。

コア１２０２は、冷却源からの流体で満たされると伸長し、発熱転移を起こし、湾曲面１２０６のパスに沿って移動し続ける。システムのタイミングは、湾曲面１２０６のスロープおよびパスを調整することによって制御可能である。

一実施形態では、以下の様式（図１２Ｂに示す）で機構をシステムに実装することができる。平坦面１２０４は円形状であり、そのため、互いに接続されたローラベアリング１２０８は周囲のトラック上にある。湾曲面１２０６は円形状であり、平坦面１２０４に対して平行かつ同心円状である。そのため、互いに接続されたローラベアリング１２０６は周囲のトラック上にある。コア１２０２が伸長収縮して上記面上を移動すると、回転動作が起こる。

システムはさらに水平方向を向いていてもよい（図１２Ｃ）。この場合、コア１２０２は、加熱源を収容する容器１２１０中に沈み得、沈んでいないコア１２０２は冷却源または周囲の条件により冷却可能である。

図１３Ａから図１３Ｃは、図７を参照して述べた方法で動作するデバイスのさらなる実施形態を示す。図１３Ａは、システム１３００を示し、システム１３００は上記したように、加熱源６０８と冷却源６１０と、容器と、２つのコア６０５と、２つのコア流出バルブとを含み、さらにエネルギー変換アセンブリ１３０２を含む。図１３Ｂは、エネルギー変換アセンブリ１３０２の拡大図であり、エネルギー変換アセンブリ１３０２は、２つのＳＭＡコア６０５を含み、これらは２本の互いに平行なチェーン１３０４によって接続されている。チェーン１３０４は、コア６０５が加熱源６０８および冷却源６１０によりサイクル動作するのに従って往復運動する。互いに平行なチェーン１３０４の各々は、ベアリング入力シャフト１３０８を介して一方向ベアリング１３０６に接続している。本実施形態では、システムは、２つの一方向ベアリング１３０６と２つのベアリング入力シャフト１３０８とを含む。各一方向ベアリングは、ベアリング出力シャフト１３１２を介して遊星ギアボックス１３１０に接続されており、システムが２つのベアリング出力シャフトを含むようになっている。

本実施形態では、ベアリング入力シャフト１３０８が時計方向に回転すると、トルクがベアリング出力シャフト１３１２に伝達されて、ベアリング出力シャフト１３１２も時計方向に回転する。ベアリング入力シャフト１３０８が反時計方向に回転すると、ベアリング出力シャフト１３１２は静止したままであるか、或いは時計方向に回転し得る。トルク伝達の方向は、一方向ベアリングの向きを逆にすることにより反転し得る。ベアリング出力シャフト１３１２からの回転動作はジェネレータに対して高いトルクおよび低い速度を有する。なぜならＳＭＡコアからの作業出力は比較的高い荷重（ｆｏｒｃｅ）を有するが変位は小さいからである。遊星ギアボックス１３１０を用いてジェネレータ１３１４に伝達する速度を上げてトルクを下げる。遊星ギアボックス１３１０は、ベアリング－ギアボックスチェーン（図示せず）を介してベアリング出力シャフトに接続されており、ギアボックス－ジェネレータチェーン（図示せず）を介してジェネレータに接続されている。

反復運動チェーンが左に移動すると、一方の一方向ベアリングがトルクを伝達し、他方の一方向ベアリングは自由に回転する（図１３Ｃ）。反復運動チェーンが右に移動すると、第２の一方向ベアリングがトルクを伝達し、第１の一方向ベアリングは自由に回転する。一方向ベアリングは、一方向に回転するときにのみ係合し、他方向には自由に回転するように動作する。上記の一方向ベアリングの動作によって、ベアリング出力シャフト、遊星ギアボックスおよびジェネレータは常に一方向に回転することが可能となる。

別の実施形態では、ＳＭＡコアはバレルカムまたはクランクシャフトのいずれかに直接接続されていてもよい。バレルカムまたはクランクシャフトは、反復運動を一方向の回転運動に変換することによりジェネレータにエネルギーを供給する。これらのタイプの実施形態は、エネルギー変換アセンブリを簡略化することができ、システム全体の機械損失を減らすことができる。

上記の実施形態のいくつかでは、ＳＭＡコアを通して流れが連続していてもよい。これらの実施形態では、水などであるが水に限られない加熱および冷却流体媒体はそれぞれの源から適切なコアに継ぎ目なく切り換えられる。他の実施形態では、流れを制御するためにバルブを利用してもよい。図７を参照して上記したように、エンジンは容器流出バルブおよび／またはコア流出バルブを含み得る。バルブの例を以下に示す。

図１４は、ばね式ヒンジ１４０２と磁石１４０４とを用いて動作するバルブ１４００の実施形態を示す。ばね式ヒンジ１４０２および磁石１４０４は、コアが空っぽになったときに（図示せず）バルブゲート１４０６をコアに対して密閉した状態に保持する。コアに流体が満たされると、磁石１４０４の強度は、バルブゲート１４０６を閉じた状態に保持するに十分高くなる。バルブを開けるために電流（current）のパルスが磁石１４０４に付与され、その結果、磁力が弱まることによって流体の重量でバルブゲート１４０６を開くことができるようになる。流体がコアから無くなると、ばね式ヒンジ１４０２がバルブゲート１４０６を閉じ始め、バルブゲート１４０６がコアに近づくにつれて磁力が大きくなる。

別の設計では、磁石の代りに線形アクチュエータまたはソレノイドなどのアクチュエータを用いることによってバルブゲートを閉じた状態に保持してもよい。

図１５は、２つのローラ１５０２と線形アクチュエータ１５０４とを利用して開閉するバルブ１５００の実施形態を示す。バルブ本体１５０６は、２つのローラ１５０２上に乗っている。一方のローラ１５０２ａは固定されており、他方のローラ１５０２ｂは線形アクチュエータ１５０４に接続されている。線形アクチュエータ１５０４が伸長する（図１５Ａ）と、バルブ本体１５０６は固定ローラ１５０２上を回転して上がり、バルブを閉じる。線形アクチュエータ１５０４が収縮する（図１５Ｂ）と、バルブ本体１５０６は固定ローラ１５０２ａ上を逆方向に回転して下がり、バルブを開ける。この設計の利点は、バルブにかかる摩擦が非常に小さいことである。

別の実施形態では、ＳＭＡコアの抵抗率を測定し、図１４および図１５に示すようなバルブのための制御ループに対するフィードバックとして用いてもよい。ＳＭＡの抵抗率を測定することにより、相転移の歪み量および段階を推測することができる（例えば、２０２２年１月４日発行の米国特許第１１，２１５１７０号、発明の名称「Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ Ａｃｔｕａｔｏｒ ｗｉｔｈ Ｓｔａｉｎ Ｇａｕｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓａｍｅ（歪みゲージセンサおよび位置推測を有する形状記憶合金アクチュエータおよびその製造方法）」に記載されている。上記特許を参考のため、本明細書に援用する。）制御ループは、完全な相転移が起こって作業出力およびシステム効率を最大化する、増やす及び／又は向上させるまでバルブがコアに流体を流さないことを保証するように作用することができる。この場合、部分的転移のみが起こってサイクル時間が短くなる（すなわち、サイクル時間と転移量とのバランスであって、電気出力を最適化するか又は向上させるバランスを見つける）中間段階でコアに流体を流すことが望ましいかもしれない。

更なる別の実施形態では、コア内の水または流体のレベルを測定し、バルブ用の制御ループに対するフィードバックとして用いてもよい。水または流体レベルセンサを利用して、制御ループへの入力を供給してもよい。一実施形態では、チェーンでフラッパーバルブに接続されたフロート（トイレタンクにあるものに似ている）を含むバルブを用いてもよい。この場合、流体が液体であって、液体がある高さに達すると、チェーンが上に引っ張られてフラッパーが開き、これによりコアが排出されるようになっている。コア内の液体が最大高さ又は所定の高さ未満である場合、液体の圧力によってフラッパーバルブは閉じた状態に保持される。この設計は、電気の入力が不要であり制御ループに依存しないという利点を有することができる。

いくつかの場合には、バルブに代えてサイホン（トイレボウルで用いられるものに似ている）を用いてもよい。この場合、流体は液体であって、コア（または容器）が所定のレベルまで満たされてサイホンチューブ内に十分な量の液体が溜まると、圧力差が形成されてコアの圧力がサイホンチューブの圧力より高くなり、これによりコアから液体が吸い上げられるか又は引き上げられるようになっている。これも電気の入力が不要であり制御ループに依存しないという利点を有することができる。

互いに反対に動作するＳＭＡコアを利用する、本明細書に記載のいくつかの実施形態では、バルブを時間的に計測して、一方のＳＭＡコアがほぼ常に加熱源からの流体に晒されるようにすることができる。この結果、両方のＳＭＡコアが完全にマルテンサイトであって作業を出力しないダウンタイムは決して発生しない。

カスケード接続された複数のＳＭＡコアを有する、本明細書に記載のいくつかの実施形態では、カスケードの各レベルのサイクル時間は異なっていてもよい。そのため、加熱または冷却供給源はそれぞれ多かれ少なかれ、カスケードの前の段ではなく加熱源または冷却源から直接来てもよい。これにより、カスケードの単一段の中で、ＳＭＡコアシステム全体のサイクル時間を限定する要因となるものは無いようになっている。

本明細書中の様々な実施形態は、以下に記載するＳＭＡの一般的形態のいずれか又はその組み合わせを含み得るＳＭＡを含む：ロッド－直線ＳＭＡワイヤ、ばね－螺旋ばね形状に巻かれたＳＭＡワイヤ、シート－ＳＭＡの薄いシート、発泡体－多孔性ＳＭＡ構造体、またはこれらのいずれかの組み合わせ、など。

ばねの場合、ＳＭＡをばね形状に巻回することは、ＳＭＡコアの緊張を減らすという利点を有することができる。これにより、サイクル寿命が延びるという利点がある。別の設計では、標準的な丸いワイヤではなく、多角形状のワイヤをばね状に巻回することにより、巻回からの応力の分布を最適化してもよく及び／又は向上させてもよい。ＳＭＡばねを製造する方法は、製造中の内部応力および破損を減らすように設計された多段階巻回プロセスを含み得る。

いくつかの場合には、ワイヤが初期の巻回段階を通過し、これによりワイヤが巻回されている心棒の直径がばねの所望の最終直径より十分長くなる。次の段階では、心棒周りに巻かれたワイヤを熱処理してワイヤに形状をセットすることができる。所望のばね直径に達するまで、これら２つのプロセスを、心棒の直径を減らしながら複数回繰り返してもよい。プロセス全体の様々な段階で加熱することにより、プロセスの速度を速めてもよい。これによりワイヤをチューブ内で心棒に巻回して、誘導加熱などの加熱を行うことにより、ワイヤを極端に高い温度まで局部加熱する。この場合、このことによりワイヤが同時に加熱されて冷却ワーキングが除去され（これにより巻回前にワイヤの脆さが低減して、より作業可能になる）、巻回中の熱が維持され、これによりワイヤを巻回した状態の形状にすることができる。心棒が回転しワイヤがチューブに供給される速度は、所望の特性を達成するように調整可能である。

シートの場合、シートをさらに切断して、例えば高精度のエネルギー源（すなわちフェムト秒レーザ）または放電加工（ＥＤＭ）を用いて特定の形状にし、熱の影響を受ける領域を最小化するか又は減らし、所望の材料特性を保存してもよい。一例として、図３に開示した設計について述べたＳＭＡコアを、穿孔を有するように切断することにより、ＳＭＡが何等かの形態の突出部、例えば歯車の歯、を介してベアリングと係合し、ＳＭＡコアが滑ることを防止するか又は減らすようにしてもよい。別の設計では、シーツを切断して２次元（２Ｄ）のばねにすることにより、作動中の緊張を最小化するか又は減らしてもよい。これは、ワイヤばね形態に関して述べた原理に似ている。

発泡体の場合、多孔性ＳＭＡ構造体は、コアの表面積を増やすことができる。これによる利点は、容積に対する表面積の割合が上昇し、そのため熱グラジエントおよび局部応力グラジエントが減り、より長い寿命およびＳＭＡによる均一な力の付与が促進され、より大きいエネルギー出力につながるということであるが、これに限られない。

ＳＭＡコアは、所望の形態での複数のＳＭＡを含むことができる。個々のＳＭＡは同じ所望の長さを有するように構成され得、これによりＳＭＡ全体の束が同様の挙動を示すことにより、力の出力を最大化するか、向上させるか又は増やし、内部応力のバランスをとるようになっている。ＳＭＡは処理中にインサイチュでレーザでマーキングされることにより、切断位置を厳密にマークしてもよいし、或いは、例えばレーザで切断される（形態に依存する）ことにより、プロセスを自動化してもよい。

ＳＭＡコアをエンジンに搭載するために、ＳＭＡコアの端部をクリンプしてもよい。クリンプは、金属、好ましくはステンレス鋼により形成されていてもよく、これにより腐食が回避される及び／又は減る。別の設計では、クリンプは、ＳＭＡコアの材料と同じか非常に似た形状記憶合金により形成されていてもよく、形状記憶効果は例えば以下のように利用してもよい。クリンプをそのマルテンサイト開始点よりも低い温度、例えば約０℃又はそれ未満まで冷却することにより、材料を変形させて内部クリンプ孔の直径を長くしてもよい。次に、ＳＭＡコアを挿入することができる。その後アセンブリを室温より高い温度まで加熱する（オーステナイト終了点が室温より高い場合）。その結果、クリンプを元々の形状に戻して内部クリンプ孔を収縮させることにより、クリンプ力をＳＭＡコアに付与する。

別の実施形態では、クリンプはＳＭＡコア自体から人工的に形成されていてもよい。これによりワイヤの端部に高エネルギー源が付与されて融解液プールが生成される。融解液プールは固化して初期ボール（ｆｒｅｅ ａｉｒ ｂａｌｌ）となり、機械的ファスナー／クリンプが形成される。クリンプを使用すると許可されないほどの大きな表面積を占有してしまう場合は、他のオプションを用いてもよい。いくつかの場合には、ワイヤの端部を融解して大きくすることにより初期ボールを形成することができる。そのため初期ボールは接続ホールなどを通過することができず、機械的ファスナーが形成される。この方法によると、ＳＭＡは力を接続ロッドに伝達することができ、コア内のパッキング密度が大きくなる。別の実施形態では、ワイヤのかしめを用いてもよい。この場合、ＳＭＡ材料／ワイヤをダイに押圧することができ、これにより変形して平坦な断面を有するようになる。これにより、ＳＭＡ材料／ワイヤが、より小さい開口部を通して引き抜かれることが防止されるか又は減る。より短い直径を有するワイヤ孔をドリルにより形成してもよく、この場合は、かしめたワイヤの主要直径がより大きいために、ワイヤを引き抜くことができない停止部が提供されるようになっている。

別の設計では、ニッケルまたはＳＭＡ材料自体を充填材料として用いて、溶接によってＳＭＡを固定してもよい。

別の実装では、ＳＭＡワイヤの端部を叩いて広げることにより、より大きい機械かしめを形成することができる。これによりＳＭＡワイヤを支持するために用いているプレート内のより小さいドリル孔を通してワイヤを引き抜くことが防止されるか又は減る。

別の実装は、銀合金ベースのロウ付け材料およびニッケル－チタン合金用の適切なフラックスを用いてＳＭＡを固定させることができる。

別の設計では、ＳＭＡをループ状に通して、上記した方法の１つを用いて２つの端部が一方の側に固定されるようにしてもよい。例えば、両方の端部がプレートに固定された場合、一方の側ではプレート内の２つの別々の孔にＳＭＡをループ状に通し、他方の側では、同じ孔または２つの別々の孔に２つの端部をループ状に通して、上記した方法の１つを用いて固定させる。

ＳＭＡコアの形態がシートである場合、端部が機械的に適切な位置にロックされることを可能にする形状にシートを切断してもよい。これによって追加のクリンプの必要性も減る。

一実施例では、各ＳＭＡを個別にクリンプしてエンジンに搭載してもよい。別の実施例では、単一のクリンプ、溶接ジョイントまたはロウ付けされたジョイントなどの固定方法に複数のＳＭＡを取り付けてもよい。

クリンプの強度を最大化するか又は増やしてサイクル寿命を延ばすために、クリンプと接するＳＭＡコアの断面をオーステナイトにし、コアの残りのうち選択された部分を、上記したレーザ加工から得られるマルテンサイトにしてもよい。この結果、ハイブリッド構造が得られる。

本明細書の実施形態では、ＳＭＡ材料が別のＳＭＡ材料により、互いに反対方向に付勢される様々な構成を記載してきた。しかし他のオプションは、デッドウェイトを用いて付勢すること、ばねを用いて付勢すること、クランクシャフトを用いて互いに反対方向に付勢することなどを含み得る。

いくつかの実装では、ＳＭＡワイヤが通過することを可能にするドリル孔を開けられて、機械的に締結されたワイヤを支持している支持プレートもまた改変可能である。これは、プレートの表面上に、真鍮またはその他の変形可能な金属製のより柔らかい中間層を有することを含み得る。この場合、例えば初期ボール、かしめ又は叩いて広くした端部などの締結方法によって、プレートを変形して表面積を広くし、ワイヤ締結を支持することが可能になる。

ＳＭＡ動作を上記した回転動作に変換する方法を用いてジェネレータにエネルギーを付与し得るため、いくつかの実施形態を用いて直接発電し得る。

発電の一実施形態では、システムは線形オルターネータを含み得る。線形オルターネータは、回転動作ではなく線形の反復動作から作動するジェネレータである。これらの線形オルターネータでは、移動はＳＭＡコアによって駆動可能である。

デッドウェイトによって付勢する場合、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、１以上のＳＭＡコア１６００（支持フレーム１６０１内に配置されている）をギアラック１６０２に接続することができる。ギアラック１６０２は、ギアボックス１６０３を介してジェネレータ１６０５に接続されたピニオンギア１６０４と係合可能である。この場合、コアの移動は２つの一方向ベアリングによって一方向に行うことができる。これにより、２つの一方向ベアリングは互いに反対の方向を向いて配置されて、下降および上昇するときにジェネレータを回転させることができる。この構成では、温水などの加熱供給源によってＳＭＡコアがデッドウェイト１６０８に抗して収縮し、他方、冷水などの冷却供給源はＳＭＡを伸張させて、デッドウェイトがコアを付勢しリセットする。

ばねによる付勢も、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すようにほぼ同様である。但しデッドウェイトの代りにばね１６２０を用いる。

クランクシャフトを用いる場合、動作は例えば車におけるものと同様である。「対向する」ＳＭＡコアは、シャフトの互いに反対の端部上でクランクショルダに接続されている。一方側での収縮により、反対側のショルダに接続されたコアが伸長する。この構成により、直線状またはＶ字型の向きが可能となる。

直線状のクランクシャフトの場合、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、単一のＳＭＡコア１８００が、接続ロッド１８０２を用いて各クランクショルダに接続されている。互いに反対に動作するＳＭＡコアを用いる設計では、クランクシャフト１８０４上で互いに１８０度対向するショルダに、互いに対向するＳＭＡコアを接続し得る。ＳＭＡコアのタイミングは、バルビングなどを用いて達成し得る。クランクシャフト１８０４をギアボックス１８０６に直接接続し、その後ジェネレータ１８０８に接続することができる。

Ｖ字形状のクランクシャフト、例えば「Ｖ８」クランクシャフトなどの場合、図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、互いに反対に動作する１対のＳＭＡコア１９００をショルダに接続することができる。タイミングは、例えばＳＭＡで繋がれたバルブ設計を用いて順番付けてもよい。クランクシャフト１９０２上で位相が９０度ずれた状態に一致するタイミングで、ＳＭＡで繋がれたバルブを整列させることにより、各コア対を順番付けることができる。他の設計のように、クランクシャフト１９０２の出力をギアボックスに接続し、その後ジェネレータ１９０４に接続することができる。複数のショルダを有するクランクシャフトを用いて、Ｖ字形状がいずれの数のコアをも収容するようにすることができる。クランクシャフト上の各ショルダを単一のＳＭＡコアまたは複数のＳＭＡコアに接続することが可能である。

さらなる実施形態として、図２０に模式的に示すように、レバー２０００を用いてＳＭＡコアを接続ロッドに接続することにより、より大きいストローク用のてこの作用および変位（ｌｅｖｅｒａｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を高めることが可能である。レバー２０００は1組の孔を含み、これによってレバーをクランクシャフトおよびＳＭＡコアに接続することができる。この実施形態の１つの利点は、回動点の位置を変更することにより、ＳＭＡの長さが一定の状態でクランクシャフトの任意のストロークに合致する自由が提供されることである。この構成は、荷重（ｆｏｒｃｅ）を変位に変換してクランクシャフトによる荷重（ｆｏｒｃｅ）全体を減らす助けにもなり得る。レバーの特性および特徴を図２０に示す。

ＳＭＡコアと共に用いられるバルブも様々なタイプがあり得る。一実施形態を図２１に示す。図２１では、バルブ２１００をピストンに剛直に接続することができる。ピストンが動くと、その移動によってバルブが自動的に開閉して加熱／冷却流入口（加熱源および冷却源に接続されている）を補正し、これによってそれぞれの流体媒体がバルブを通過することができる。

図２１に示すピストンの動作の一実施形態を図２２Ａから図２２Ｄに示す。まず図２２Ａに示すように、開始時においてピストンは左に移動している。左側のコア内には温水が入っており、右側のコア内には冷水が入っている。その後、左側のコアまたは容器に連通している冷却流入口が開いて、冷却源からの流体が左側のコアに入ることが可能になり、右側のコアまたは容器に連通している加熱流入口が開いて、加熱源からの流体が右側のコアに入ることが可能になる。図２２Ｂでは、ピストンが右方に移動し始める。図２２Ｃでは、ピストンは右に移動したところである。その後、左側のコアまたは容器に連通している加熱流入口が開いて、加熱源からの流体が左側のコアに入ることが可能になり、右側のコアまたは容器に連通している冷却流入口が開いて、冷却源からの流体が右側のコアに入ることが可能になる。図２２Ｄでは、ピストンは左側に移動し、再び上記サイクルを開始する。用語「右」および「左」は図２２Ａから図２２Ｄを参照して動作を記載するために用いられており、ピストンは動作中、逆の方向に移動し、必ずしも右方および左方に移動するわけではないことを理解されたい。例えば、コアが互いに垂直である場合、ピストンは上下に移動し得る。

バルブの別の実施形態は、ＳＭＡコアによって作動する３方向バルブを含み得る。図２３は、このタイプのバルブ２３００の一例を示す。この実施形態では、バルブとＳＭＡコアとは例えば、ＳＭＡコアピストンに接続したＴスロットを介して互いに接続する。Ｔスロットにはバルブアクチュエータ２３０２が接続している。バルブアクチュエータは３方向バルブに接続している。ＳＭＡコアが作動すると、Ｔスロットはアクチュエータと共に移動し、バルブカムに抗して押すことにより回転させる。バルブカムは二等分されており、それぞれの部分は位相がずれた状態で回転する。図２４に動作をさらに詳細に示す。

（１）では、アクチュエータはＳＭＡコアの動作と共に上に移動し、これにより、上側アクチュエータがバルブカムに接触するが、下側は接触しない。（２）では、接触した上側カムが回転して下側カムをも回転させ、これにより３方向バルブの位置を変える。（３）では、ＳＭＡコアがストロークを完了してアクチュエータ（赤）に繋がり、上側カムおよび下側カムが完全に一回転する。（４）では、コアが下方に移動し始めて、適切な位置にある下側カムと接触し、上側カムはアクチュエータに接触しない。

図２５に示すように、３方向バルブは各コア上に設けることができる。各コアは、ＳＭＡコア位置によって作動する３方向バルブを有することができる。この構成により、タイミングの必要性が無くなるか又は減り堅牢性が増して、タイミングに影響を与える流速または温度が変化する。このバルブは、コアの流出バルブおよび／または流出バルブの両方で用いることができる。

バルブの別の実施形態は、複数のコアを有するバルブ設計、例えば４方向バルブであり得る。バルブの動作は、いずれかの源または流出口またはその両方と共通であり得る。バルブ本体は、加熱源および冷却源の両方に共通であり得る。この本体は、例えば４つ（４）のコアに対するマニホールドとして作用し得る。ある具体的な実施形態では、マニホールドの内部でダイバータが回転し、鋸歯形状の接続部を介したような平坦なＳ字型形状に曲がり、或いは別の機械的接続が起こる。この平坦なＳ字形状により、マニホールドの下側の流体流と上側の流体流とは隔離される。これにより、２つの異なる温度の流体が互いに分離され、所望のコア方向に向かう。このダイバータの別の実施形態は、より複雑な形状を有し得、第３の又はそれ以上の流体を互いに隔離し、これらを複数のコア方向に向かわせる。特に、流体流は上側および下側の接続部からマニホールドに流入することができ、ダイバータは回転する。これにより、２つの別々の流れが、ヒートエンジンの所望の動作に従って、互いに位相がずれた状態で異なるコアに向かうことができる。

いくつかの実施形態では、バルブは液圧または空気圧により作動し得る。空気圧または液圧流体に対する加圧は、ＳＭＡの作動により達成され得る。ＳＭＡの作動は、気体または液体をポンプにより容器に注入すること、または気体または液体をバルブまたはその他のアクチュエータに直接付与することなどであるが、これらに限られない。

いくつかの実施形態では、ＳＭＡ材料の特性を変更することも可能であり得る。一例として、ＳＭＡ材料（典型的には、ＮｉＴｉ）の銅（Ｃｕ）の組成を上げることが可能であり得る。銅の含有率／組成は、例えば（１）ＣｕおよびＮｉＴｉ電極を用いて硫酸塩およびメタノールの溶液を生成すること、（２）電流を用いてＣｕ電極からＣｕを分離し、それをＮｉＴｉ電極の表面に堆積させること、（３）レーザまたはその他の高エネルギー源を用いて表面のＣｕをＮｉＴｉの塊に溶融すること、により上げることができる。このプロセスは、他のＳＭＡ合金、例えばＡｌＣｕＮｉＴｉ、ＮｉＴｉＨｆまたはその他の組成物にも用いることができる。

ＳＭＡ材料を他の方法で処理するためにレーザも用い得る。例えば、ベースのＳＭＡ材料（例えば、ＮｉＴｉ金属）上にレーザ加工を行うことによりＳＭＡ材料を再構築し、望ましくない金属間種を減らし、表面の欠陥を減らし、不純物などを蒸発させることができる。このような処理は、寿命サイクルの延長およびＳＭＡ材料の作業出力の増加に繋がり得る。さらに、レーザ加工はＳＭＡに複数のメモリを埋め込むことができる。複数のメモリは異なる遷移温度のカスケードを形成することにより、流体媒体がコア中を移動する際に熱を抽出することができる。複数のメモリはさらに、より効果的且つより効率的な作動を可能にする。流体媒体が冷却されると、ＳＭＡのより多くの部分が関係する（ｅｎｇａｇｅｄ）からである。

ＳＭＡ材料／コアは他の適用において、フォワード方向でヒートエンジンとして用いることができる。図２６に示すように、ＳＭＡベースのコンプレッサ２６００またはポンプは、上記したものと同様の構成要素／原理を利用することができる。例えば、付勢ばね２６０４を用いて圧縮する間、ＳＭＡ材料／コア２６０２を用いてピストンを退避させることができる。この場合、流入および流出バルブ２６０６が空気の流速を制御する。

動作の一実施形態は以下の通りである。上記に教示した方法などによってピストン下方のＳＭＡコアを加熱し、流入空気バルブを開き、流入空気バルブを閉じる。冷却流体をピストンの底部に溢れさせ、両方の気体バルブを閉じる。付勢ばねによって気体を圧縮する。流出バルブを開き、圧縮した気体をシリンダから出す。このサイクルを繰り返す。この構成は、冷却サイクル、ヒートポンプ、エアコンプレッサ、流体ポンプなどの圧縮に用いることができる。

冷却器またはヒートポンプ内で、リバース方向に動作するヒートエンジンとしてＳＭＡ材料／コアを用いる実施例において、冷媒としてＳＭＡ材料／コアを用いることを図２７に示す。まず、ＳＭＡコアはオーステナイト状態にある。水または加熱媒体の循環により、熱が加熱容器から冷却容器に移動するか又はその逆の移動をする。これは遷移温度の調整に依存する。

一実施形態では、サイクルまたはプロセスは以下の通りであり得る。（１）ＳＭＡ材料は元々はオーステナイト形態にある。（２）ＳＭＡコアに熱除去流体（液体または気体）を溢れさせる。（３）ＳＭＡコアを緊張させることにより発熱相転移を誘発してマルテンサイトにする。（４）流体媒体を変化させ、ＳＭＡコアを緊張状態に維持する。（５）ＳＭＡコアに冷却媒体を溢れさせる。（６）ＳＭＡを緊張から解放し、それによりＳＭＡは吸熱相転移を起こし、その環境から熱を吸収し温度を下げる。このタイプのシステムの実施形態を図２８に示す。特に、電気モータを用いてＳＭＡを緊張させてオーステナイト（Ａ）からマルテンサイト（Ｍ）にすることができる。サイクル中、後にＭからＡに切り換わると、モータはジェネレータとして作用し、機械的作業の一部を回収することにより機械的仕事量を電気に変換して次のサイクルをオフセットすることができる。これにより、全体的により効率的なプロセスとなる。

リバース方向のヒートエンジンの別の実施形態は、互いに反対に動作する２つの（１対の）ＳＭＡコアを用い得る。一方のコアをモータの代りに用いて他方のコアを収縮または緊張させ、これによりモータではなく機械的動作を提供し得る。これにより冷却容量が増え、チラーが廃熱で動作することが可能になる。

上記では説明のために、実施形態を徹底的に理解できるように様々な詳細を述べた。しかし、これらの特定の詳細は必要でないかもしれないことは当業者には明らかである。他の例では、理解を不明瞭にしないために周知の構造をブロック図に示し得る。例えば、本明細書に記載の実施形態の局面が実装されるのは、ソフトウェアのルーチンとしてなのか、ハードウェア回路としてなのか、ファームウェアとしてなのか、またはこれらの組み合わせなのかについては詳細に記載していない。

開示内容の実施形態またはその部分／局面は、マシン読み取り可能媒体（コンピュータ読み取り可能媒体、プロセッサ読み取り可能媒体、またはコンピュータ読み取り可能プログラムコードが具現化されたコンピュータ使用可能媒体とも呼ぶ）に保存されたコンピュータプログラム製品として表し得る。マシン読み取り可能媒体は、ディスケット、コンパクトディスク、リードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、メモリデバイス（揮発性または不揮発性）または同様の保存機構を含む磁気、光学、または電気保存媒体を含む、有形かつ非一時的な適切な媒体であればいずれであってもよい。マシン読み取り可能媒体は、実行されたときにプロセッサに本開示の実施形態による方法の工程を実行させる命令、コードシーケンス、構成情報、またはその他のデータの様々なセットを含み得る。上記の実装を実行するために必要な他の命令および動作もまたマシン読み取り可能媒体に保存可能であることを当業者であれば理解する。マシン読み取り可能媒体に保存された命令は、プロセッサまたはその他の適切な処理デバイスによって実行することができ、回路とインターフェースすることにより上記タスクを実行することができる。

上記の実施形態は、例示であることのみを意図している。当業者であれば、添付の請求の範囲によってのみ定義される本開示の範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に対する変更、改変および変形を行うことができる。

Claims (24)

1. 少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）コアを含み、
   前記少なくとも１つのＳＭＡが少なくとも２つの異なる温度に晒される際、晒されている間に前記ＳＭＡコアが伸長収縮することにより前記少なくとも１つのＳＭＡコア内で機械的動作が起こる、ヒートエンジン。
2. 前記機械的動作を捕獲し、前記機械的動作をエネルギーに変換するジェネレータまたは線形オルタネータをさらに含む、請求項１に記載のヒートエンジン。
3. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアをジェネレータに接続するギアボックスをさらに含む、請求項１に記載のヒートエンジン。
4. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアに加熱媒体を供給する加熱源と、
   前記少なくとも１つのＳＭＡコアに冷却媒体を供給する冷却源と、
   をさらに含む、請求項１に記載のヒートエンジン。
5. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、ＳＭＡベルト、ＳＭＡロッド、ＳＭＡワイヤ、ＳＭＡばね、ＳＭＡシートまたは発泡体形態のＳＭＡを含む、請求項１に記載のヒートエンジン。
6. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアを収容する容器をさらに含む、請求項１に記載のヒートエンジン。
7. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、１対のＳＭＡコアを含む、請求項６に記載のヒートエンジン。
8. 前記容器は、第１のＳＭＡコアを収容する第１の部分と第２のＳＭＡコアを収容する第２の部分とを含む、請求項７に記載のヒートエンジン。
9. 前記第１の部分は、加熱媒体を受け取る加熱源に接続された流入口を含む、請求項８に記載のヒートエンジン。
10. 前記第１および第２の部分の各々は、加熱媒体を受け取る加熱源流入バルブと冷却媒体を受け取る冷却源流入バルブとを含む、請求項８に記載のヒートエンジン。
11. 前記第１の部分を前記加熱媒体で満たし、前記第２の部分を前記冷却媒体で満たし、その後、前記第１の部分を前記冷却媒体で満たし、前記第２の部分を前記加熱媒体で満たすコントローラをさらに含む、請求項１０に記載のヒートエンジン。
12. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、マルチプルメモリマテリアル技術で処理されている、請求項１に記載のヒートエンジン。
13. 半径方向に接続された４つのＳＭＡコアを含む、請求項１に記載のヒートエンジン。
14. 前記４つのＳＭＡコアの各々を収容する４つの容器のセットをさらに含み、前記容器のセットの各々は、前記４つのＳＭＡコアを加熱または冷却する流体を受け取る少なくともつの流入バルブを含む、請求項１３に記載のヒートエンジン。
15. 前記容器のうち１つの容器の流入バルブは前記容器のうち別の容器の流出バルブに接続されている、請求項１４に記載のヒートエンジン。
16. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、
    デルタ構成の３つのベアリングのセットと、
    前記３つのベアリングのセットのうち２つを収容する容器と、
    前記３つのベアリングのセットの周りに巻き付けられたＳＭＡベルトと、
    を含み、
    前記３つのベアリングのセットのうち前記２つは、前記３つのベアリングのセットのうちの残りの１つとは異なる温度に晒される、請求項１に記載のヒートエンジン。
17. 前記３つのベアリングのセットのうち前記残りの１つに接続されたアイドラープーリをさらに含み、前記ＳＭＡベルトは前記３つのベアリングのセットおよび前記アイドラープーリの周りに巻き付けられている、請求項１６に記載のヒートエンジン。
18. 前記アイドラープーリは、半径の異なる２つのプーリを含む、請求項１７に記載のヒートエンジン。
19. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアは、ＳＭＡワイヤの少なくとも１つの束を含む、請求項１に記載のヒートエンジン。
20. 前記ＳＭＡワイヤの端部は、ＳＭＡ材料でクリンプされているか又はかしめられている、請求項１９に記載のヒートエンジン。
21. 前記少なくとも１つのＳＭＡコアによって作動するバルブと一体化されている、請求項１に記載のヒートエンジン。
22. 少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）コアを含み、
    前記少なくとも１つのＳＭＡコアは緊張下に置かれて発熱性相転移を誘発し、その後緊張から解放されて吸熱性相転移を起こす、冷却デバイス。
23. 前記ＳＭＡワイヤの前記端部は、クリンプされるか又はかしめられる前または後に局所的に熱処理される、請求項２０に記載のヒートエンジン。
24. ＳＭＡ作動によって直接チャージされる液圧または空気圧システムによって作動する少なくとも１つのバルブを含む、請求項１に記載のヒートエンジン。