JPS59147881A - Thermo-mechanical converting element - Google Patents
Thermo-mechanical converting elementInfo
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- JPS59147881A JPS59147881A JP1961383A JP1961383A JPS59147881A JP S59147881 A JPS59147881 A JP S59147881A JP 1961383 A JP1961383 A JP 1961383A JP 1961383 A JP1961383 A JP 1961383A JP S59147881 A JPS59147881 A JP S59147881A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
- F03G7/065—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like using a shape memory element
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は熟エネルギを機械的エネルギに変換する熱エン
ジンのS機械変換素子に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an S-mechanical conversion element for a heat engine that converts mechanical energy into mechanical energy.
従来技術
年々、増大するエネルギ需要の負担の軽減化を図るため
に、従来あまり顧りみられなかった、製鉄所や発電所が
無為に投棄する大量の温排水や温呆流が有する膨大な熱
エネルギ、および地球上に限りなくふりそそぐ太陽熱か
見直されつつある。このような熱エネルギの有効利用を
図るためノ熱エンジンが既にいくつか開発されているが
、特に、製造およびその後の維持か簡単な形状記憶合金
を利用した熱エンジンが脚光を集めている。Conventional technology In order to reduce the burden of energy demand, which is increasing year by year, we are trying to utilize the enormous amount of thermal energy contained in the large amounts of heated wastewater and thermal streams that are wastefully dumped by steel plants and power plants, which has not been given much attention in the past. , and the endless amount of solar heat that showers the earth are being reconsidered. Several heat engines have already been developed to effectively utilize such thermal energy, and heat engines using shape memory alloys, which are easy to manufacture and maintain afterward, are attracting attention in particular.
ここに、形状記憶合金とは、形状記憶効果を有する合金
のことであり、1963年、米国でTi−Ni合金の形
状記憶効果が発見されて以来、銅系合金で銅−亜鉛、銅
−亜鉛−アルミニウム、鉛−亜鉛−スズ、など7,8種
が知られている。Shape memory alloy is an alloy that has a shape memory effect, and since the shape memory effect of Ti-Ni alloy was discovered in the United States in 1963, copper-based alloys such as copper-zinc and copper-zinc have been used. - Seven or eight types are known, including aluminum, lead, zinc, and tin.
また、形状記憶効果と言うのは、一般に低温でマルテン
サイト状態にある金属材料を変形後加熱すると、その金
属材料は変形前の元の形に戻る現象をいう。しかるに、
低温状態の形状が記憶され、冷却されることによって変
形前の元の状態に戻る金属材料も僅少ながらその存在が
知られている。従って、以下の説明においては、形状記
憶合金、形状記憶効果というときには後者の場合も含む
ものとする。The shape memory effect is a phenomenon in which when a metal material that is in a martensitic state at a low temperature is heated after being deformed, the metal material returns to its original shape before deformation. However,
A small number of metal materials are known to exist, which memorize their shape in a low-temperature state and return to their original state before deformation upon cooling. Therefore, in the following description, when referring to shape memory alloys and shape memory effects, the latter case is also included.
このような形状記憶効果による伸縮力を利用して、熱エ
ネルギを機械的エネルギに変換するものが形状記憶合金
を利用する熱機械変換素子である。形状記憶合金で熱機
械変換素子を作る場合、大別して次の3通りの方法があ
る。A thermomechanical conversion element using a shape memory alloy converts thermal energy into mechanical energy by utilizing the stretching force due to the shape memory effect. When making a thermomechanical conversion element using a shape memory alloy, there are three main methods as follows.
(1)形状記憶合金線を弓型に曲げておき、温水につか
ると真的に戻ろうとする力を利用する方法(ハンクス型
)、
(2)形状記憶合金線を引張って、温水部で収縮する際
の力を利用する方法(ウェイマン型)、(3)形状記憶
合金線をあらかじめ高温でコイル形状を6己憶した後、
引張ってヘリカルワイヤのループを作り、これに温水を
かけて元のコイルに戻る際の収縮力を利用する方法(東
北大)、などがある。(1) A method in which a shape memory alloy wire is bent into a bow shape and uses the force that tries to return to its true shape when immersed in hot water (Hanks type). (2) A method in which the shape memory alloy wire is stretched and contracts in hot water. (3) After the shape memory alloy wire is memorized in the coil shape at high temperature,
One method (Tohoku University) involves creating a loop of helical wire by pulling it, then pouring warm water over it and using the contraction force when it returns to its original coil shape (Tohoku University).
しかしながら、−1=述の方法を使用する従来型はいず
れも充分なエネルギ変換効率か得られていない。However, none of the conventional methods using the -1=method described above has achieved sufficient energy conversion efficiency.
目的
本発明の目的は、上述の問題点を除去し、工2ルギ変換
効率を高めた形状記憶合金利用による熱機械変換素子を
提供することにある。Purpose An object of the present invention is to provide a thermomechanical conversion element using a shape memory alloy that eliminates the above-mentioned problems and improves mechanical conversion efficiency.
実施例 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。Example Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施例)
第1図は本発明熱機械変換素子の第1実施例を示す。本
例は、熱エネルギそ機械的振動エネルギに変換するもの
である。(First Example) FIG. 1 shows a first example of the thermomechanical conversion element of the present invention. In this example, thermal energy is converted into mechanical vibration energy.
第1図(A)において、lは円柱形状の軸体、2はその
外周壁3にあけられた軸体の軸芯4を通る貫通孔である
。5はこの貫通孔2に摺動自在に挿通したアームであり
、その両端部には518(flR。In FIG. 1(A), 1 is a cylindrical shaft body, and 2 is a through hole bored in the outer circumferential wall 3 of the shaft body, passing through the axis 4 of the shaft body. 5 is an arm slidably inserted into this through hole 2, and 518 (flR) is attached to both ends of the arm.
1(L)を配設する。?(7R,?L)はアーム5に巻
回した形状記憶合金から成るヘリカルワイヤであり、そ
の一端をアーム5の先端部(錘8R,8L)に固着し、
他端を軸体1に固着する。1(L) is installed. ? (7R, ?L) is a helical wire made of a shape memory alloy wound around the arm 5, one end of which is fixed to the tip of the arm 5 (weights 8R, 8L),
The other end is fixed to the shaft body 1.
すなわち、第1図(B)に示すように、軸体lの軸芯4
について左右対称に、ヘリカルワイヤ7Rおよび7Lを
配設し、軸芯のまわりについての左右の釣合を保つ。こ
こで、ヘリカルワイヤ7は、予め高温下でコイル形状を
記憶させた後、常温丁番とおいて延伸させてヘリカルル
ープを形成したものである。That is, as shown in FIG. 1(B), the axis 4 of the shaft l
The helical wires 7R and 7L are arranged symmetrically with respect to each other to maintain left and right balance around the axis. Here, the helical wire 7 is one in which a coil shape is memorized in advance at a high temperature, and then stretched at room temperature to form a helical loop.
次に、このように構成した熱機械変換素子の動作原理を
、第1図(C)および(I])にもどうき説明する。Next, the principle of operation of the thermomechanical transducer configured as described above will be explained with reference to FIGS. 1(C) and 1(I).
ます、第1図(C)に示すように、熱機械変換素Iを1
′ψけて、・\リカルワイヤ7の加熱手段としての温水
8に浮かべる。形状記憶合金から成るヘリカルワイヤ7
のうち、温水に漬かったワイヤ7Rは、加熱されて予め
記憶されたコイル状態に戻ろうとする。この復元力によ
り、ワイヤ7Rには収縮力が生ずる。一方、ヘリカルワ
イヤ7Lは常温丁番とあるので復元力は生じない。この
結果、アーム5はワイヤ7Rの収縮力により、図の矢印
し方向に貫通孔2内を摺動する。第1図(C)はかかる
移動後の状態を示したものである。この移動により、紳
6Lは錘6Rよりも軸芯4から遠ざかり、軸芯のまわり
の釣合が破れ、図示の反時計回りの回転モーメントが生
じ、これによって軸体1は矢印の方向に回動する。First, as shown in Figure 1(C), the thermomechanical conversion element I is 1
Then, float it in hot water 8 as a heating means for the linear wire 7. Helical wire 7 made of shape memory alloy
Among them, the wire 7R immersed in hot water is heated and tries to return to a pre-stored coil state. This restoring force generates a contractile force in the wire 7R. On the other hand, since the helical wire 7L is hinged at room temperature, no restoring force is generated. As a result, the arm 5 slides within the through hole 2 in the direction of the arrow in the figure due to the contraction force of the wire 7R. FIG. 1(C) shows the state after such movement. Due to this movement, the shaft 6L moves further from the shaft 4 than the weight 6R, and the balance around the shaft is broken, producing a counterclockwise rotational moment as shown, which causes the shaft 1 to rotate in the direction of the arrow. do.
この回動によって、ヘリカルワイヤ7Lがマ品水8に漬
かり、今まで温水中にあったワイヤ7Rが空気中に出る
ことになっる。この結果、温水により加熱されたワイヤ
7Lに復元力か生じ、ワイヤ7Rは空気中で放熱してそ
の復元力が消失する。これによって、アーム5は矢印R
方向に押し戻されて、318Rが1leLよりも軸芯4
から遠ざかり、時計回りの回転モーメントが生ずる。第
1図(I])は、このときの状態を示す。その結果、軸
体1は矢印の方向に回動することになる。Due to this rotation, the helical wire 7L is immersed in the hot water 8, and the wire 7R, which has been in the warm water, comes out into the air. As a result, a restoring force is generated in the wire 7L heated by the hot water, and the wire 7R radiates heat in the air and loses its restoring force. As a result, arm 5 moves to arrow R.
318R is pushed back in the direction of axis 4 than 1leL.
, and a clockwise rotational moment is generated. FIG. 1 (I) shows the state at this time. As a result, the shaft body 1 will rotate in the direction of the arrow.
このように、形状記憶合金から成るヘリカルワイヤへの
熱エネルギの与奪を行う限り、ト述の正転1反転を一周
期とする振動が継続される。As described above, as long as thermal energy is applied to and taken away from the helical wire made of a shape memory alloy, the above-mentioned vibration with one period of normal rotation and one reversal continues.
ここで、形状記憶合金の形状が記憶形状に復元Tる温度
は、−罷“に30°C以七であるが、その組成を変化さ
せることによって復元温度を制御できる。Here, the temperature at which the shape of the shape memory alloy recovers to its memorized shape is generally 30°C or higher, but the recovery temperature can be controlled by changing its composition.
また、形状記憶合金に熱エネルギの与奪を行うf段とし
ては、−J一連のように温水を用いる代りに、温油であ
っても良く、場合によっては温風や大陽光であっても良
い。In addition, instead of using hot water as in the -J series, the f stage for imparting thermal energy to the shape memory alloy may be heated oil, or in some cases, hot air or sunlight may be used. good.
更に、形状記憶合金の形状は、常態および記憶形状が」
二連のようなヘリカルワイヤおよびコイルに限定される
ものではなく、加熱によってアームが移動するような復
元力が発生する形状であればいかなる形状であっても良
い。Furthermore, the shape of the shape memory alloy is different from the normal state and memory shape.
The shape is not limited to two helical wires and coils, but may be any shape as long as it generates a restoring force that causes the arm to move when heated.
更にまた、本実施、例における%8R,SLは必ずしも
必要ではなく、アーム5の移動のみによって軸体lを回
動させるに充分なトルクが得られる場合にはν・要でな
い。Furthermore, %8R and SL in the present embodiment and example are not necessarily required, and ν is not necessary if sufficient torque to rotate the shaft l is obtained only by movement of the arm 5.
更に加えて、軸体lは高温側と低温側の境界、すたはそ
の近傍に存置するように支持体によって支持され、かつ
、軸体に対する回転力の発生に支障が生しなければ、本
実施例のように液面−ヒに浮いている必要はない。むし
ろ、熱エンジンによって発生する機械的エネルギを利用
する場合にあっては、支持体によって支、持されるのが
常態である。支持体によって支持する場合においては、
例えば軸体1の軸芯を通る水平線の下半部を太陽熱にざ
らし、上半部を太陽光よりし壱断することにより熱エネ
ルギの与奪手段を構成すれば、本実施例のように、液体
を用いなくとも機械的エネルギを取り出すことができる
。In addition, if the shaft l is supported by a support so that it is located near the boundary between the high-temperature side and the low-temperature side, and if there is no hindrance to the generation of rotational force to the shaft, then the main It is not necessary to float on the liquid level as in the embodiment. Rather, when utilizing the mechanical energy generated by a heat engine, it is customary to be supported and supported by a support. When supported by a support,
For example, if the heat energy supply/removal means is configured by exposing the lower half of the horizontal line passing through the axis of the shaft 1 to solar heat and cutting off the upper half of the horizontal line, as in this embodiment, , mechanical energy can be extracted without using liquid.
なお、上述の実施例においては、温水中において、ヘリ
カルワイヤが記憶形状であるコイルに戻るようにしたが
、温水の代りに冷水を用い、空気中の雰囲気温度を高温
となし、空気中においてコイルが記憶形状(伸長したヘ
リカルワイヤ)に戻るようにしても良いこと勿論である
。すなわち、本実施例に係る熱機械変換素子の動作は、
形状記憶合金に対して熱エネルギの与奪が交互に行われ
、これによって生ずる形状記憶合金の復元力により軸体
に回転力が生ずればよいのである。In the above embodiment, the helical wire returns to the coil in the memorized shape in hot water. However, by using cold water instead of hot water and setting the atmospheric temperature in the air to a high temperature, the coil returns to the coil in the air. Of course, it is also possible to return to the memorized shape (elongated helical wire). That is, the operation of the thermomechanical conversion element according to this example is as follows:
Thermal energy is alternately applied to and taken away from the shape memory alloy, and the resulting restoring force of the shape memory alloy generates rotational force in the shaft body.
従って、かかる動作原理を実現するには、上述の実施例
のように加熱して高温になると記憶形状に復元する形状
記憶効果を有する形状記憶合金の利用のみに止まらず、
これとは逆の形状記憶効果を有する形状記憶合金も本実
施例と同様に利用することができる。この場合において
は、加熱手段としての温水の代りに、冷却手段として冷
水を用い、冷水中において形状記憶合金が記憶形状に復
元するように構成すれば良い。Therefore, in order to realize such an operating principle, the use is not limited to the use of a shape memory alloy that has a shape memory effect that restores its memorized shape when heated to a high temperature as in the above-mentioned embodiment.
Shape memory alloys having the opposite shape memory effect can also be used in the same manner as in this embodiment. In this case, cold water may be used as the cooling means instead of hot water as the heating means, and the shape memory alloy may be configured to restore its memorized shape in the cold water.
第2図および第3図は、第1図の実施例の変形例を示す
。2 and 3 show a modification of the embodiment of FIG. 1. FIG.
第2図に示す例は、発生する回転力の増大を図ったもの
であり、軸体1の回動手段としての形状記憶合金線(ヘ
リカルワイヤ)7が巻回されたアーム5を複数本(2本
)配設したものである。The example shown in FIG. 2 is intended to increase the generated rotational force, and a plurality of arms 5 each having a shape memory alloy wire (helical wire) 7 wound thereon as means for rotating the shaft body 1 are used in the example shown in FIG. 2) are installed.
これによって、第1図の例に比べて、約2倍の回転力が
得られる。As a result, a rotational force approximately twice as large as that in the example shown in FIG. 1 can be obtained.
第3図に示す例は、ヘリカルワイヤ7の内側にアーム5
を通さないように構成したものである。In the example shown in FIG. 3, an arm 5 is placed inside the helical wire 7.
It is designed so that it does not pass through.
すなわち、2本のアーム5の両端をつなぎ部材9により
連結し、゛このつなぎ部材8にヘリカルワイヤ7の一端
を固着したものであり、つなぎ81号材θを比重の大き
な材料で形成すれば錘としての役割を持たせることがで
きる。That is, both ends of the two arms 5 are connected by a connecting member 9, and one end of the helical wire 7 is fixed to this connecting member 8. If the connecting material 81 θ is made of a material with a large specific gravity, it becomes a weight. It can have a role as
上述したように構成した熱機械変換素子を用いることに
より、熱エネルギを機械的エネルギに変換できる。しか
るに、変換された機械的エネルギは、軸体lの正逆交m
の回動運動として取り出されるものである。そこで、機
械的エネルギを軸体1の回転運動として取り出すように
構成した第2実施例を次に述べる。By using the thermomechanical conversion element configured as described above, thermal energy can be converted into mechanical energy. However, the converted mechanical energy is the normal and reverse intersection m of the shaft l
It is extracted as a rotational motion of. Therefore, a second embodiment will be described below in which the mechanical energy is extracted as rotational motion of the shaft body 1.
(第2実施例)
第4図CA)は本発明の第2実施例を示し、供給された
熱エネルギを軸体1の持続的な回転運動として取り出す
ように構成したものであ・る。(Second Embodiment) FIG. 4 CA) shows a second embodiment of the present invention, which is constructed so that the supplied thermal energy is extracted as continuous rotational movement of the shaft body 1.
図示のように、軸体lの外周壁3において、軸芯方向に
相互に離間した部位に、軸芯4を通る貫通孔2−1およ
び2−2をあける。更に、両頁通孔2−1および2−2
は相互に、所定の角度だけずらせて形成するものとする
。これら両頁通孔2−1.2−2には両端に鍾8R、S
Lを取り付けたアーム5−iおよび5−2を摺動自在に
挿通ずる。更に、各アーム5−1.5−2において、そ
れらか軸芯に対して左右対称となるように、形状記憶合
金から成るヘリカルワイヤ?(7R,7L)を取付け、
そのワイヤ7の一端を錘に固着し、他端を軸体1に固着
する。ヘリカルワイヤ7は、予め高温下でコイル形状を
記憶させた後、゛帛温下において延伸させてヘリカルル
ープを形成したものである。As shown in the figure, through holes 2-1 and 2-2 passing through the shaft core 4 are formed in the outer circumferential wall 3 of the shaft body 1 at positions spaced apart from each other in the axial direction. Furthermore, both page holes 2-1 and 2-2
shall be formed so as to be shifted from each other by a predetermined angle. These page holes 2-1, 2-2 have screws 8R and S on both ends.
Arms 5-i and 5-2 to which L is attached are slidably inserted. Further, in each arm 5-1, 5-2, helical wires made of a shape memory alloy are arranged symmetrically with respect to the axis. Install (7R, 7L),
One end of the wire 7 is fixed to a weight, and the other end is fixed to the shaft body 1. The helical wire 7 is formed by memorizing a coil shape in advance at high temperature and then stretching it at high temperature to form a helical loop.
このように構成した熱機械変換素子の動作原理を第4図
(B)ないしくD)にもとづき説明する。The operating principle of the thermomechanical conversion element constructed in this way will be explained based on FIGS. 4(B) to 4(D).
まず、持続的回転運動の原理は、形状記憶合金7R−1
,7R−2,7L−1,7L−2のそれぞれの状態変化
の関係によって生する軸体の軸芯4のまわりの回転力が
一方向に働くように構成することにより得られる。すな
わち、自刃的であると他力的であるとを問わず、最初の
回転、例えば、時計回りの回転か!5−えられ、温水表
面において第4図(B)に示す状、 態になったとする
。この状態では、形状記憶合金のワイヤ7R−2は温水
8に漬ったばかりなので未だ充分な復元力(収縮力)は
発生していな1.X、一方、ワイヤ7L−2は温水8か
ら出たばかりなので、未だ収縮した状態を保持する力が
残存している。First, the principle of sustained rotational motion is the shape memory alloy 7R-1
, 7R-2, 7L-1, and 7L-2, the rotational force about the axis 4 of the shaft body is generated in one direction. In other words, the first rotation, for example, clockwise rotation, regardless of whether it is self-inflicted or external! 5- Suppose that the surface of the hot water reaches the state shown in Figure 4 (B). In this state, the shape memory alloy wire 7R-2 has just been immersed in the hot water 8, so sufficient restoring force (contraction force) has not yet been generated1. X. On the other hand, since the wire 7L-2 has just come out of the hot water 8, there still remains a force to maintain the contracted state.
従って、アーム5−2はワイヤ7R−2側からワイヤ7
L−2側に僅かしか押し戻されず、依然時計回りの回転
力が働く。しかるに、形状記憶合金のワイヤ7R−1は
充分に加熱されているので大きな復元力(収縮力)か働
き、ワイヤ7L−1は充分冷却されているので記憶形状
を保持する力は残っていない。Therefore, the arm 5-2 is connected to the wire 7 from the wire 7R-2 side.
It is only slightly pushed back to the L-2 side, and a clockwise rotational force still acts. However, since the shape memory alloy wire 7R-1 has been sufficiently heated, a large restoring force (contraction force) acts, and the wire 7L-1 has been sufficiently cooled, so there is no remaining force to maintain the memorized shape.
従って、アーム5−1はワイヤ7L−1側に強く押され
、軸芯のまわりの釣合が破れて時計回りの回転力が生ず
る。このように、アーム5−1および5−2により時計
回りの回転力が与えられて、軸体1は時計回りの回転を
持続する。この結果、第4図(B)の状態から第4図(
C)の状態へと移る。Therefore, the arm 5-1 is strongly pushed toward the wire 7L-1, the balance around the axis is broken, and a clockwise rotational force is generated. In this way, clockwise rotational force is applied by the arms 5-1 and 5-2, and the shaft body 1 continues to rotate clockwise. As a result, the state shown in Fig. 4(B) changes from the state shown in Fig. 4(B) to
Move to state C).
第4図(C)に示す状態においては、形状記憶合金のワ
イヤ7R−2は充分に熱せられて収縮し、アーム5−2
をワイヤ7L−2側に押しやるので、アーム5−2によ
って軸体1には時計回りの回転力か生ずる。一方、形状
記憶合金のワイヤ?L−1は徐々に熱せられ、それに伴
って徐々に復元力を増していくが、ワイヤ7R−1は未
だ余熱があるので、記憶形状を保持しようとする力が僅
かに残存している。In the state shown in FIG. 4(C), the shape memory alloy wire 7R-2 is sufficiently heated and contracts, and the arm 5-2
is pushed toward the wire 7L-2, so a clockwise rotational force is generated on the shaft body 1 by the arm 5-2. On the other hand, shape memory alloy wire? L-1 is gradually heated and its restoring force is gradually increased accordingly, but since the wire 7R-1 still has residual heat, a slight force remains to maintain the memorized shape.
、従って、アーム5−1 をワイヤ7R−1側に押しや
る力が充分でないので、アーム5−1の移動に伴ない時
計回りおよび反時計回りの回転力が発生する。しかし、
その回転力は僅少なので結局、この場合においても全体
としては軸体lに時計回りの回転力が発生する。従って
、軸体1は時計回りの回転を#、>”け、第4図(D)
に示す状態へと移行する。Therefore, since the force for pushing arm 5-1 toward wire 7R-1 is insufficient, clockwise and counterclockwise rotational forces are generated as arm 5-1 moves. but,
Since the rotational force is small, a clockwise rotational force is generated on the shaft l as a whole in this case as well. Therefore, the shaft body 1 rotates clockwise #, >" as shown in Fig. 4 (D).
Transition to the state shown in .
第4図(D)に示す状態においては、形状記憶合金のワ
イヤ7L−1は充分熱せられて、最大限に収縮するので
、アーム5−1は最大限にワイヤ?R−1側に押しやら
れる。このとき、水平線(温水液面)とアーム5−1
とのなす角度が小さいので、時計回りに大きな回転力が
得られる。一方、アーム5−2はワイヤ7R−2側に押
しやられ、反時計回りの回転力か発生するが、アーム5
−2と水平線とのなす角度が直角に近いので反時計回り
には小さな回転力しか生じない。したがって、この場合
においても全体として時計回りの回転力が打勝つので、
軸体1・は依然時計回りに回転し、再び第4図(B)に
示す状態へと移行する。かくして、軸体lの持続的回転
が得られる。In the state shown in FIG. 4(D), the shape memory alloy wire 7L-1 is sufficiently heated and shrinks to the maximum extent, so that the arm 5-1 is heated to the maximum extent possible. Pushed to the R-1 side. At this time, the horizontal line (hot water level) and arm 5-1
Since the angle between the On the other hand, the arm 5-2 is pushed toward the wire 7R-2, and a counterclockwise rotational force is generated.
Since the angle between -2 and the horizontal line is close to a right angle, only a small rotational force is generated in the counterclockwise direction. Therefore, in this case as well, the clockwise rotational force prevails as a whole, so
The shaft 1 continues to rotate clockwise and returns to the state shown in FIG. 4(B). A continuous rotation of the shaft l is thus obtained.
なお、上述の実施例では、アームを2木配設した場合に
ついて述べたが、勿論これのみに限定されるものではな
く、必要に応じてその個数を増やすことができる。また
、アーム相尾の位16関係は、軸体に円滑な回転が与え
られるように、アームの長さ、錘、形状記憶合金の復元
特性等を考慮して定めるのが好適である。In addition, although the above-mentioned Example described the case where two arms were arranged, it is of course not limited to this only, and the number can be increased as needed. Further, it is preferable that the positional relationship between the arms and the tail be determined by considering the length of the arm, the weight, the restoring characteristics of the shape memory alloy, etc. so that the shaft body can be smoothly rotated.
次に、第5図は、第4図示の例に対して軸体な効率良く
回転させるように改良を図ったものである。Next, FIG. 5 shows an improvement of the example shown in FIG. 4 so that the shaft body can be rotated more efficiently.
そのために本実施例では、軸体1を不図示の支持部材に
よりその軸芯が温水液面に位置するように軸支し、押え
壁51を設けて第4図に示した例において生ずる反時計
回りの回転力を時計回りの回転力に変換するようになす
。To this end, in this embodiment, the shaft body 1 is supported by a support member (not shown) so that its shaft center is located at the hot water level, and a retaining wall 51 is provided to prevent the counterclockwise movement that occurs in the example shown in FIG. Converts rotational force in the rotation direction into clockwise rotational force.
そのために、押え壁51の湾曲面52に、形状記憶合金
ワイヤ7の復元力による所定の押圧力をも1て、アーム
5が当接するようになす。また、アーム5か曲面52を
垂直に押し付けると、その押圧力の接線分力が生じない
ので、アーム5が常に曲面52を斜め方向から押し付け
るようにする。更に、その発生した接線分力が軸体1を
時計回りに回転させる向きになるように、曲面52の曲
率を設定する。For this purpose, the arm 5 is brought into contact with the curved surface 52 of the holding wall 51 with a predetermined pressing force due to the restoring force of the shape memory alloy wire 7. Further, when the arm 5 presses the curved surface 52 vertically, no tangential force of the pressing force is generated, so the arm 5 always presses the curved surface 52 from an oblique direction. Further, the curvature of the curved surface 52 is set so that the generated tangential force rotates the shaft body 1 clockwise.
第5図(A)〜(C)に示す例においては、曲面52の
アーム5の接点における接線と、アーム5とのなす角0
が常に鋭角となるように、曲面52の曲率を設定したも
のである。In the example shown in FIGS. 5(A) to 5(C), the angle between the tangent of the curved surface 52 at the contact point of the arm 5 and the arm 5 is 0.
The curvature of the curved surface 52 is set so that the angle is always an acute angle.
なお、押え壁51の配設範囲は、勿論第5図(A)〜(
C)に示す例に限るものではないが、アーム5により反
時計回りの回転力が生じている範囲に設けるのが好適で
ある。Incidentally, the installation range of the holding wall 51 is, of course, as shown in FIGS.
Although not limited to the example shown in C), it is preferable to provide it in a range where counterclockwise rotational force is generated by the arm 5.
次に、第6図は、摩擦による回転エネルギの損失を減ら
すために、アーム5の先端に錘を兼ねた滑車1317F
t設けたものである。Next, FIG. 6 shows a pulley 1317F that also serves as a weight at the tip of the arm 5 in order to reduce the loss of rotational energy due to friction.
t is provided.
このようにすることにより、曲面52とアーム5との摩
擦を減少でき、回転能率を更に高めることができる。By doing so, the friction between the curved surface 52 and the arm 5 can be reduced, and the rotation efficiency can be further improved.
(第3実施例)
第7図は第1図に示した熱機械変換素子を応用した水上
おもちゃを示す
第7図(A)において、71は船体、72および73は
可撓性部材から成る水掻きである。74は曲線形状のア
ームであり、船体71にあけた貫通孔75に摺動自在に
挿通し、その両端を水掻き72および73に固着する。(Third Embodiment) In FIG. 7(A), 71 shows a water toy to which the thermomechanical conversion element shown in FIG. It is. A curved arm 74 is slidably inserted into a through hole 75 formed in the hull 71, and its both ends are fixed to the paddles 72 and 73.
また、76および77はアーム74に巻回した形状記憶
合金から成るヘリカルワイヤであり、それぞれその一端
を水掻き72および73に固着し、他端を船体lに固着
する。なお、ワイヤ76および77は、高温下において
コイル形状が記憶されているものである。Moreover, 76 and 77 are helical wires made of a shape memory alloy wound around the arm 74, and one end thereof is fixed to the paddles 72 and 73, respectively, and the other end is fixed to the hull l. Note that the wires 76 and 77 have coil shapes memorized at high temperatures.
このように構成した水上おもちゃの動作を説明する。第
7図(B)に示すように、船体71を傾けると、ヘリカ
ルワイヤ77が温水78に漬かって加熱され、記憶形状
であるコイル形状に復元する。この復元力により、アー
ム74かワイヤ76側に押しやられると共に、そのアー
ム74に固着された水掻き73が船体71側に挑み、温
水を掻くことになる(第7図CG)参照)。これによっ
て、船体71は推力を得てDQaする。一方、このよう
な動作が行われると共に、船体71は重力的釣合を保っ
ぺ〈船体71を中心に第7図(B)に示す矢印78方向
に回動する。この結果、船体71は第7図(D)に示す
ような状態にまで回動し、今度はワイヤ76が温水78
に清がって加熱され、ワイヤ77は空気中に出て放熱状
態になる。従って、ワイヤ78が記憶形状に復元しよう
とする復元力が生じ、ワイヤ77にあっては生じていた
復元力が消失する。すなわち、アーム74がワイヤ77
側に押しやられて、水掻き?2が撓み、温水を掻くこと
になる。このような動作が繰返し行われて、船体71に
は推力が継続的に与えられて前進する。The operation of the water toy configured in this way will be explained. As shown in FIG. 7(B), when the hull 71 is tilted, the helical wire 77 is immersed in hot water 78 and heated, and is restored to the memorized coil shape. Due to this restoring force, the arm 74 is pushed toward the wire 76 side, and the paddle 73 fixed to the arm 74 challenges the hull 71 side and scrapes the warm water (see FIG. 7 CG)). As a result, the hull 71 gains thrust and performs DQa. On the other hand, while such an operation is performed, the hull 71 maintains gravitational balance and rotates around the hull 71 in the direction of an arrow 78 shown in FIG. 7(B). As a result, the hull 71 rotates to the state shown in FIG.
The wire 77 is cooled and heated, and the wire 77 comes out into the air and becomes a heat radiating state. Therefore, a restoring force is generated that tries to restore the wire 78 to the memorized shape, and the restoring force that had been generated in the wire 77 disappears. That is, the arm 74 is connected to the wire 77.
Pushed to the side, webbed? 2 will bend and splash the hot water. Such operations are repeated, and thrust is continuously applied to the hull 71 to move it forward.
なお、水掻き72.73を形成する部材は、上述した水
掻き動作が円滑に行われるような可撓性を有するものが
好適であるが、例えば船体71と水掻き72 、73と
をピン接合とすれば可撓性部材により形成しなくても良
い。It is preferable that the members forming the paddles 72 and 73 have flexibility so that the above-mentioned paddle action can be performed smoothly. For example, if the hull 71 and the paddles 72 and 73 are connected by pins It does not have to be formed from a flexible member.
(第4実施例)
第8図は第5図に示した熱機械変換素子を用いた熱エン
ジンを搭載した粕の一例を示す。(Fourth Example) FIG. 8 shows an example of a lees equipped with a heat engine using the thermomechanical conversion element shown in FIG. 5.
ここで、81は第5図に示すように構成した熱機械変換
素子を適用した熟エンジンであり、その出力軸82の両
端には水掻き用の羽根車83を配設する。84は船体8
5内部に構成した温排水貯留槽であり、第5図示の温水
と同一の機能をもたせたものである。Here, reference numeral 81 is a rotary engine to which a thermomechanical conversion element configured as shown in FIG. 84 is hull 8
5 is a heated wastewater storage tank constructed inside the tank, and has the same function as the hot water tank shown in FIG. 5.
かかる構成の船においては、温排水の熱エネルギが羽根
車83の回転として取り出されて、船の推力が得られる
。In a ship having such a configuration, the thermal energy of the heated waste water is extracted as rotation of the impeller 83, and the thrust of the ship is obtained.
効果
以上説明したように本発明によれば、構成筒中にしてエ
ネルギ変換効率の高い熱機械変換素子を実現でき、以て
無為に投棄されている温排水や太陽光線の熱エネルギの
有効利用を図る上で効果的である。Effects As explained above, according to the present invention, it is possible to realize a thermomechanical conversion element with high energy conversion efficiency in a component cylinder, thereby making it possible to effectively utilize the heat energy of heated waste water and sunlight that is wastefully discarded. It is effective on
第1図(A)は本発明の第1実施例を示す剰視図、第1
図(B)、(C)、および(D)はそれぞれその動作を
示す断面図、第2図および第3図はそれぞれ第1図に示
す第1実施例の変形例を示す斜視図、第4図(A)は本
発明の第2¥施例を示す斜視図、第4図(B)、(C)
および(D)はそれぞれその動作をボす線図、第5図1
:A) 、 (B)および(C)は第4図<A)に示す
第2実施例の変形例の動作を示す線図、第6図は第4図
(A)に示す第2実施例の他の変形例を示す線図、第7
図(A)は第1図(A)に示す第1実施例を応用した水
」二おもちゅを示す斜視図、第7図(B)および(C)
は第7図(A)に示すおもちゃの動作を示す立面図およ
び平面図、第7図CD)および(E)は同じくその動作
を示す立面図および平面図、第8図(A)および(B)
は第4図(A)に示す第2実施例を応用した船の側面図
および平面図である。
1・・・軸体。
2・・・貫通孔、
3・・・外周壁、
4・・・軸芯、
5・・・アーム、
6 ・・・錘、
7・・・ヘリカルワイヤ(形状記憶合金)、8 ・・
・ ン晶;1. 水 、
8・・・つなぎ部材、
51・・・押え壁、
52・・・湾曲面、
61・・・滑車、
71・・・船体、
72.73・・・水掻き、
74・・・アーム、
75・・・貫通孔。
?+3.77・・・ヘリカルワイヤ(形状記憶合金)、
7日・・・温水、
81・・・熱エンジン、
82・・・出力軸、
83・・・羽根車、
84・・・貯留槽、
85・・・船体、
R,L・・・矢印。
第2図
/L−2
第7図
(B) (C)7ら
第8図
83 85FIG. 1(A) is a perspective view showing the first embodiment of the present invention;
Figures (B), (C), and (D) are sectional views showing the operation, respectively; Figures 2 and 3 are perspective views showing a modification of the first embodiment shown in Figure 1; Figure (A) is a perspective view showing the second embodiment of the present invention, Figures 4 (B) and (C)
and (D) are diagrams illustrating the respective operations, Fig. 5 1
:A), (B) and (C) are diagrams showing the operation of a modification of the second embodiment shown in FIG. 4<A), and FIG. 6 is a diagram showing the operation of the second embodiment shown in FIG. 4(A). Diagram showing another modification of , No. 7
Figure (A) is a perspective view showing a water bottle to which the first embodiment shown in Figure 1 (A) is applied, Figures 7 (B) and (C)
7 (A) is an elevation view and a plan view showing the operation of the toy shown in FIG. 7 (A), FIG. (B)
These are a side view and a plan view of a ship to which the second embodiment shown in FIG. 4(A) is applied. 1... Axial body. 2... Through hole, 3... Outer peripheral wall, 4... Axis core, 5... Arm, 6... Weight, 7... Helical wire (shape memory alloy), 8...
・ N crystal; 1. Water, 8... Connecting member, 51... Holding wall, 52... Curved surface, 61... Pulley, 71... Hull, 72.73... Water web, 74... Arm, 75 ...Through hole. ? +3.77...Helical wire (shape memory alloy),
7th... Hot water, 81... Heat engine, 82... Output shaft, 83... Impeller, 84... Storage tank, 85... Hull, R, L... Arrow. Figure 2/L-2 Figure 7 (B) (C) 7 et al. Figure 8 83 85
Claims (1)
うに取り付けた部材(B)と、予め定められた記憶形状
への復元力により前記部材(B)を移動する形状記憶合
金部材とを有し、前記部材(B)の移動によって前記部
材(A)の軸芯のまわりに回転力が生ずるようにしたこ
とを特徴とする熱機械変換素子。 2)前記部材(A)に貫通孔を設け、該貫通孔に前記部
材(B)を挿通したことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の熱機械変換素子。[Claims] l) A member (A), a member (B) attached to the member (A) so as to be movable relative to the member (A), and a member (B) that has a restoring force to a predetermined memorized shape. 1. A thermomechanical transducer comprising: a shape memory alloy member that moves; and the movement of the member (B) generates a rotational force around the axis of the member (A). 2) The thermomechanical conversion element according to claim 1, wherein the member (A) is provided with a through hole, and the member (B) is inserted into the through hole.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1961383A JPS59147881A (en) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | Thermo-mechanical converting element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1961383A JPS59147881A (en) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | Thermo-mechanical converting element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59147881A true JPS59147881A (en) | 1984-08-24 |
Family
ID=12004030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1961383A Pending JPS59147881A (en) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | Thermo-mechanical converting element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59147881A (en) |
-
1983
- 1983-02-10 JP JP1961383A patent/JPS59147881A/en active Pending
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