JPS6193281A - 熱−力変換装置 - Google Patents
熱−力変換装置Info
- Publication number
- JPS6193281A JPS6193281A JP21503784A JP21503784A JPS6193281A JP S6193281 A JPS6193281 A JP S6193281A JP 21503784 A JP21503784 A JP 21503784A JP 21503784 A JP21503784 A JP 21503784A JP S6193281 A JPS6193281 A JP S6193281A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- heat pipe
- shape memory
- memory alloy
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は密封構造体たとえば密封パイプなどの内部を減
圧し、封入された熱媒体の蒸気の移動と蒸発潜熱の授受
によつて熱移動を行なわせる熱輪送方法、いわゆるヒー
トパイプの原理、を利有して、前記密封構造体の少くと
も一部分を構成する形状記憶合金を加熱およびまたは冷
却することを特徴とする新規な熱−力変換装置を提供す
ることにある。
圧し、封入された熱媒体の蒸気の移動と蒸発潜熱の授受
によつて熱移動を行なわせる熱輪送方法、いわゆるヒー
トパイプの原理、を利有して、前記密封構造体の少くと
も一部分を構成する形状記憶合金を加熱およびまたは冷
却することを特徴とする新規な熱−力変換装置を提供す
ることにある。
従来の技術
従来、形状記憶合金を変形させる手段としての加熱方法
は、直線状やコイル状の形状記憶合金そのものを温水中
に投入したり、温風を吹付けたり、または同合金そのも
のへの通電によるジュール熱での加熱などの方法が採用
されてきた、また、形状記憶合金の変形を反復させるた
めには、加熱された同合金を冷却する必要があるがその
冷却方法としては、同合金そのものを冷水中に投入した
り、冷風を吹付けるなどの方法が採用されてきた。（例
えば、日経メカニカル昭５９．３．２６号Ｐ．１０９〜
１２３、日経マグロウヒル社）発明が解決しようとする
問題点 しかしこれらの従来の方法は、形状記憶合金そのものを
液体中へ移動させる手段を必要としたり、また加熱と冷
却を繰返したい場合は、同合金そのものを温水中と冷水
中に交互に投入したり温風と冷風を交互に吹付けたりす
る手段が必要であるなど、機構や構造が複雑となる問題
点があつた。一方、通電加熱の場合、電気絶縁の観点よ
り、冷却には液体たとえば冷水を使うことは極めて難し
く、冷風を使わざるを得ないことが多く、またこの場合
冷却に要する時間を短縮するためには形状記憶合金の熱
容量を小さくする、すなわち線径を小さくする方法がと
られたりするが、線径を小さくすると変形時に得られる
力も小さくなるなどの欠点があつた。
は、直線状やコイル状の形状記憶合金そのものを温水中
に投入したり、温風を吹付けたり、または同合金そのも
のへの通電によるジュール熱での加熱などの方法が採用
されてきた、また、形状記憶合金の変形を反復させるた
めには、加熱された同合金を冷却する必要があるがその
冷却方法としては、同合金そのものを冷水中に投入した
り、冷風を吹付けるなどの方法が採用されてきた。（例
えば、日経メカニカル昭５９．３．２６号Ｐ．１０９〜
１２３、日経マグロウヒル社）発明が解決しようとする
問題点 しかしこれらの従来の方法は、形状記憶合金そのものを
液体中へ移動させる手段を必要としたり、また加熱と冷
却を繰返したい場合は、同合金そのものを温水中と冷水
中に交互に投入したり温風と冷風を交互に吹付けたりす
る手段が必要であるなど、機構や構造が複雑となる問題
点があつた。一方、通電加熱の場合、電気絶縁の観点よ
り、冷却には液体たとえば冷水を使うことは極めて難し
く、冷風を使わざるを得ないことが多く、またこの場合
冷却に要する時間を短縮するためには形状記憶合金の熱
容量を小さくする、すなわち線径を小さくする方法がと
られたりするが、線径を小さくすると変形時に得られる
力も小さくなるなどの欠点があつた。
問題点を解決するための手段
本発明は密封構造体の少くとも一部分を形状記憶合金で
構成し、ヒートパイプの原理を利用して前記形状記憶合
金を加熱およびまたは冷却せしめる手段をとつている。
構成し、ヒートパイプの原理を利用して前記形状記憶合
金を加熱およびまたは冷却せしめる手段をとつている。
作用
ヒートパイプの作働原理を利用して熱輪送を行なわせし
めるため、形状記憶合金そのものを移動せしめる複雑な
手段を必要とせず、大量の熱を早く形状記憶合金に与え
ることができるので同合金の熱容量を大きくとれ、また
密封構造体への加熱個所いわゆる加熱部と形状記憶合金
が加熱される個所いわゆる被加熱部を別個に配設できる
ので加熱手段や冷却手段の選択の自由度が高いし、必要
があれば加熱部と被加熱部とを遠く離して配設できるな
ど多くの長所を有する。
めるため、形状記憶合金そのものを移動せしめる複雑な
手段を必要とせず、大量の熱を早く形状記憶合金に与え
ることができるので同合金の熱容量を大きくとれ、また
密封構造体への加熱個所いわゆる加熱部と形状記憶合金
が加熱される個所いわゆる被加熱部を別個に配設できる
ので加熱手段や冷却手段の選択の自由度が高いし、必要
があれば加熱部と被加熱部とを遠く離して配設できるな
ど多くの長所を有する。
実施例
本発明の詳細について図面を用いて説明する。
第１図は本発明の実施例の一例である。第１図において
、形状記憶合金製ヒートパイプ１は隔壁２を貫通しかつ
隔壁２に固定されている。隔壁２を介して一方の側（Ａ
側とする）のヒートパイプには伝熱面拡大のためのフイ
ン３が取つけられ、他の一方の側（Ｂ側とする）のヒー
トパイプの端部には支点金具４が取つけられている。形
状記憶合金製ヒートパイプ１は温度Ｔ１の時は直線状に
、温度Ｔ５の時は点線で示された５の如く適当な曲率を
もつ湾曲状になるよう夫々形状記憶処理がなされている
。本実施例では温度Ｔ５は温度Ｔ１より高温である。温
度Ｔ５より高温である高温流体６によりＡ側のヒートパ
イプを加熱すれば、ヒートパイプの作働原理すなわちヒ
ートパイプ内に封入された熱媒体が蒸発し、Ｂ側のヒー
トパイプ内に熱媒体の蒸気が移動し凝縮することにより
Ｂ側のヒートパイプが加熱される。凝縮した熱媒体は重
力などによりＡ側にもどり再び加熱され蒸発するサイク
ルを繰返す。Ｂ側にあるヒートパイプが温度Ｔ５にまで
加熱されると形状記憶合金の形状記憶効果が働き形状記
憶合金製ヒートパイプ１は点線５の如く変形する。この
場合Ｂ側のヒートパイプの適当な部分を温度Ｔ１より低
温である低温流体７の中へ入るよう配設（低温流体７は
冷水などの液体を使用すれば冷却効果が大）しておくと
、低温流体７によりＢ側のヒートパイプが冷却され、温
度Ｔ１まで冷却されると形状記憶効果により形状記憶合
金製ヒートパイプ１は変形前の直線状（第１図での実線
の状態）にもどる。低温流体７によりＢ側のヒートパイ
プが冷却されている間、高温流体６によるＡ側のヒート
パイプの加熱を止めるとＢ側のヒートパイプの冷却効果
は一層よいが、Ｂ側のヒートパイプ内で凝縮した熱媒体
が重力の影響でＡ側へもどりにくくなつているため、必
らずしもＡ側の加熱を止める必要はなく各部分の熱容量
、流体温度、加熱冷却速度などの諸元にもとづいて配設
すればよい。
、形状記憶合金製ヒートパイプ１は隔壁２を貫通しかつ
隔壁２に固定されている。隔壁２を介して一方の側（Ａ
側とする）のヒートパイプには伝熱面拡大のためのフイ
ン３が取つけられ、他の一方の側（Ｂ側とする）のヒー
トパイプの端部には支点金具４が取つけられている。形
状記憶合金製ヒートパイプ１は温度Ｔ１の時は直線状に
、温度Ｔ５の時は点線で示された５の如く適当な曲率を
もつ湾曲状になるよう夫々形状記憶処理がなされている
。本実施例では温度Ｔ５は温度Ｔ１より高温である。温
度Ｔ５より高温である高温流体６によりＡ側のヒートパ
イプを加熱すれば、ヒートパイプの作働原理すなわちヒ
ートパイプ内に封入された熱媒体が蒸発し、Ｂ側のヒー
トパイプ内に熱媒体の蒸気が移動し凝縮することにより
Ｂ側のヒートパイプが加熱される。凝縮した熱媒体は重
力などによりＡ側にもどり再び加熱され蒸発するサイク
ルを繰返す。Ｂ側にあるヒートパイプが温度Ｔ５にまで
加熱されると形状記憶合金の形状記憶効果が働き形状記
憶合金製ヒートパイプ１は点線５の如く変形する。この
場合Ｂ側のヒートパイプの適当な部分を温度Ｔ１より低
温である低温流体７の中へ入るよう配設（低温流体７は
冷水などの液体を使用すれば冷却効果が大）しておくと
、低温流体７によりＢ側のヒートパイプが冷却され、温
度Ｔ１まで冷却されると形状記憶効果により形状記憶合
金製ヒートパイプ１は変形前の直線状（第１図での実線
の状態）にもどる。低温流体７によりＢ側のヒートパイ
プが冷却されている間、高温流体６によるＡ側のヒート
パイプの加熱を止めるとＢ側のヒートパイプの冷却効果
は一層よいが、Ｂ側のヒートパイプ内で凝縮した熱媒体
が重力の影響でＡ側へもどりにくくなつているため、必
らずしもＡ側の加熱を止める必要はなく各部分の熱容量
、流体温度、加熱冷却速度などの諸元にもとづいて配設
すればよい。
また本実施例では形状記憶合金製ヒートパイプ１は温度
Ｔ１で直線状にもどるよう形状記憶処理されているが、
温度Ｔ５での湾曲状変形のみを形状記憶させ、バイアス
バネなどを用いて直線状にもどしてもよい。
Ｔ１で直線状にもどるよう形状記憶処理されているが、
温度Ｔ５での湾曲状変形のみを形状記憶させ、バイアス
バネなどを用いて直線状にもどしてもよい。
従つて高温流体６による加熱と低温流体７による冷却を
繰返せば、支点金具４は形状記憶合金製ヒートパイプ１
の変形量相当の長さＳをストロークとする矢印８の如き
往復運動をすることとなる。よつて支点金具４にリンク
機構（図示せず）を連結すれば、各種駆動たとえばピス
トン駆動やクランク機構または回転斜板による回転駆動
を行なわしめることができる。
繰返せば、支点金具４は形状記憶合金製ヒートパイプ１
の変形量相当の長さＳをストロークとする矢印８の如き
往復運動をすることとなる。よつて支点金具４にリンク
機構（図示せず）を連結すれば、各種駆動たとえばピス
トン駆動やクランク機構または回転斜板による回転駆動
を行なわしめることができる。
第２図は本発明の他の実施例の一例である。第２図にお
いて、コイル形状と直管形状を併せてもつヒートパイプ
１は隔壁２を貫通し、かつ隔壁２に固定されている。ま
たヒートパイプ１の少くともコイル形状部分は形状記憶
合金で構成されている。隔壁２を介して一方の側（Ａ側
とする）のヒートパイプには伝熱面拡大のためフイン３
が取つけられ、他の一方の側（Ｂ側とする）のコイル状
のヒートパイプの端部には支点金具４が取つけられてい
る。形状記憶合金製ヒートパイプ１のＢ側部分は温度Ｔ
１の時は隔壁２より支点金具までの高さがＨとなるよう
、温度Ｔ５の時は点線で示された５の如く前記高さがＬ
となるよう夫々形状記憶処理がなされている。
いて、コイル形状と直管形状を併せてもつヒートパイプ
１は隔壁２を貫通し、かつ隔壁２に固定されている。ま
たヒートパイプ１の少くともコイル形状部分は形状記憶
合金で構成されている。隔壁２を介して一方の側（Ａ側
とする）のヒートパイプには伝熱面拡大のためフイン３
が取つけられ、他の一方の側（Ｂ側とする）のコイル状
のヒートパイプの端部には支点金具４が取つけられてい
る。形状記憶合金製ヒートパイプ１のＢ側部分は温度Ｔ
１の時は隔壁２より支点金具までの高さがＨとなるよう
、温度Ｔ５の時は点線で示された５の如く前記高さがＬ
となるよう夫々形状記憶処理がなされている。
本実施例では温度Ｔ５は温度Ｔ１より高温である。
温度Ｔ５より高温である高温流体６によりＡ側のヒート
パイプを加熱すれば第１図の実施例の場合と同じ原理に
よりＢ側のヒートパイプが加熱される。Ｂ側にあるヒー
トパイプが温度Ｔ５まで加熱されると形状記憶合金の形
状記憶効果が働きＢ側部分の前記高さがＨからＬまで変
化する。
パイプを加熱すれば第１図の実施例の場合と同じ原理に
よりＢ側のヒートパイプが加熱される。Ｂ側にあるヒー
トパイプが温度Ｔ５まで加熱されると形状記憶合金の形
状記憶効果が働きＢ側部分の前記高さがＨからＬまで変
化する。
次に高温流体６による加熱を止め温度Ｔ１より低温であ
る低温流体７によりＢ側にあるヒートパイプを温度Ｔ１
まで冷却すれば、前記形状記憶効果が働きＢ側部分の前
記高さがＬからＨまで変化する。次に低温流体７による
冷却を止め、再び高温流体６による加熱を行なうサイク
ルを繰返せば、支点金具４はＢ側のヒートパイプの変形
量相当（本実施例では高さＨとＬとの差）長さＳをスト
ロークとする往復運動をすることとなり、第１図の実施
例の場合と同様、支点金具４にリンク機構を連結すれば
、ピストン駆動や回転駆動を行なわしめることができる
熱−力変換装置となる。
る低温流体７によりＢ側にあるヒートパイプを温度Ｔ１
まで冷却すれば、前記形状記憶効果が働きＢ側部分の前
記高さがＬからＨまで変化する。次に低温流体７による
冷却を止め、再び高温流体６による加熱を行なうサイク
ルを繰返せば、支点金具４はＢ側のヒートパイプの変形
量相当（本実施例では高さＨとＬとの差）長さＳをスト
ロークとする往復運動をすることとなり、第１図の実施
例の場合と同様、支点金具４にリンク機構を連結すれば
、ピストン駆動や回転駆動を行なわしめることができる
熱−力変換装置となる。
一方、第１図及び第２図の実施例において、高温流体６
に代えて太陽光線などの光エネルギーをＡ側のヒートパ
イプに照射すれば、光エネルギーによりＡ側のヒートパ
イプが加熱され、その他の作動は第１図及び第２図の実
施例と同じとなる熱−力変換装置となる。また高温流体
６に代えて通電によるジュール熱を利用する場合、Ａ側
のヒートパイプに直接又は間接に通電発熱体を配設し、
該通電発熱体たとえばニクロム線に通電すれば、ジュー
ル熱によりＡ側のヒートパイプが加熱され、その他の作
動は第１図及び第２図の実施例と同じとなる熱−力変換
装置となる。
に代えて太陽光線などの光エネルギーをＡ側のヒートパ
イプに照射すれば、光エネルギーによりＡ側のヒートパ
イプが加熱され、その他の作動は第１図及び第２図の実
施例と同じとなる熱−力変換装置となる。また高温流体
６に代えて通電によるジュール熱を利用する場合、Ａ側
のヒートパイプに直接又は間接に通電発熱体を配設し、
該通電発熱体たとえばニクロム線に通電すれば、ジュー
ル熱によりＡ側のヒートパイプが加熱され、その他の作
動は第１図及び第２図の実施例と同じとなる熱−力変換
装置となる。
発明の效果
本発明によれば、ヒートパイプの原理による熱輪送を利
用し、密封構造体の少くとも一部分に形状記憶合金を使
用しているため、密封構造体の一部分に加えられた熱で
あつても封入された熱媒体による大量かつ急速な熱輪送
により形状記憶合金が加熱され、該合金の熱容量も大き
く配設できる。また加熱部と被加熱部の間を適切な断熱
状態に配設すれば、該加熱部と被加熱部との距離を任意
に設定でき形状記憶合金の変形を遠隔操作することも可
能となる。また加熱手段と冷却手段とが互いに相手を制
約することが少く、夫々の手段の選択の自由度が高い。
用し、密封構造体の少くとも一部分に形状記憶合金を使
用しているため、密封構造体の一部分に加えられた熱で
あつても封入された熱媒体による大量かつ急速な熱輪送
により形状記憶合金が加熱され、該合金の熱容量も大き
く配設できる。また加熱部と被加熱部の間を適切な断熱
状態に配設すれば、該加熱部と被加熱部との距離を任意
に設定でき形状記憶合金の変形を遠隔操作することも可
能となる。また加熱手段と冷却手段とが互いに相手を制
約することが少く、夫々の手段の選択の自由度が高い。
従つて加熱側に例をとればその加熱源は温水、温ガス、
太陽光、ジュール熱、直炎など多くの熱源を適用するこ
とができる。一方ジュール熱を利用する場合通電発熱体
を密封構造体内に直接挿入して熱媒体を通電発熱体で直
接加熱することもできる。また電気やガスが使用できな
い環境下においても液体の保有する高熱や冷熱で作動で
きる熱−力変換装置である。加えて使用する形状記憶合
金を適当に選べば、工場温排水などの低レベルの排熱を
有效に利用することも可能であるなど多くの優れた特長
と効果を有する。
太陽光、ジュール熱、直炎など多くの熱源を適用するこ
とができる。一方ジュール熱を利用する場合通電発熱体
を密封構造体内に直接挿入して熱媒体を通電発熱体で直
接加熱することもできる。また電気やガスが使用できな
い環境下においても液体の保有する高熱や冷熱で作動で
きる熱−力変換装置である。加えて使用する形状記憶合
金を適当に選べば、工場温排水などの低レベルの排熱を
有效に利用することも可能であるなど多くの優れた特長
と効果を有する。
尚第１図及び第２図の実施例の熱−力変換装置を夫々多
数並列に設置し、加熱冷却のサイクルを適当に組合せて
、およびまたは各部寸法や温度条件を適当に配設し、よ
り連続的なより力の大きい回転駆動やピストン駆動を得
るよう配設した熱−力変換装置も本発明の技術思想に含
まれ、かつ本発明の効果である。
数並列に設置し、加熱冷却のサイクルを適当に組合せて
、およびまたは各部寸法や温度条件を適当に配設し、よ
り連続的なより力の大きい回転駆動やピストン駆動を得
るよう配設した熱−力変換装置も本発明の技術思想に含
まれ、かつ本発明の効果である。
第１図は本発明による熱−力変換装置の実施例の側面説
明図である。第２図は本発明による熱−力変換装置の他
の実施例の側面説明図である。 尚、図中の主要部の符号は次の通りである。 第１図 １．形状記憶合金製ヒートパイプ ２．隔壁 ３．フイン ４．支点金具 ５．湾曲状となつたヒートパイプ ６．高温流体 ７．低温流体 ８．支点金具４の往復運動方向 Ｓ．ストローク第２図 １．コイル形状と直管形状を併せてもつヒートパイプで
少くともコイル形状部分は形状記憶合金製２．隔壁 ３
．フイン ４．支点金具 ５．変形したヒートパイプ
明図である。第２図は本発明による熱−力変換装置の他
の実施例の側面説明図である。 尚、図中の主要部の符号は次の通りである。 第１図 １．形状記憶合金製ヒートパイプ ２．隔壁 ３．フイン ４．支点金具 ５．湾曲状となつたヒートパイプ ６．高温流体 ７．低温流体 ８．支点金具４の往復運動方向 Ｓ．ストローク第２図 １．コイル形状と直管形状を併せてもつヒートパイプで
少くともコイル形状部分は形状記憶合金製２．隔壁 ３
．フイン ４．支点金具 ５．変形したヒートパイプ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）密封構造体の少くとも一部分を形状記憶合金で構成
し、前記密封構造体内に熱媒体を封入し、前記熱媒体の
熱輪送により、前記形状記憶合金を加熱およびまたは冷
却することを特徴とする熱−力変換装置。 ２）前記形状記憶合金力がパイプ形状をなしていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱−力変換装
置。 ３）前記形状記憶合金がコイル形状をなしていることを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の熱
−力変換装置。 ４）前記密封構造体へ加えられる熱の媒体が流体である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１乃至３項のいずれ
かに記載の熱−力変換装置。 ５）前記密封構造体へ加えられる熱がジュール熱である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１乃至４項のいずれ
かに記載の熱−力変換装置。 ６）前記密封構造体へ加えられる熱が光エネルギーであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１乃至３項のいず
れかに記載の熱−力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21503784A JPS6193281A (ja) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | 熱−力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21503784A JPS6193281A (ja) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | 熱−力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6193281A true JPS6193281A (ja) | 1986-05-12 |
Family
ID=16665705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21503784A Pending JPS6193281A (ja) | 1984-10-13 | 1984-10-13 | 熱−力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6193281A (ja) |
-
1984
- 1984-10-13 JP JP21503784A patent/JPS6193281A/ja active Pending
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