專利名稱：熱能轉(zhuǎn)換裝置和具有該熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器以及熱能轉(zhuǎn)換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱能轉(zhuǎn)換裝置和具有該熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器以及熱能轉(zhuǎn)換方法，特別是其結構為能夠利用熱介質(zhì)隨著溫度的變化而產(chǎn)生的壓力的變化或容積的變化取出能量的熱能轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術：
作為利用外部氣溫的變化以獲得工作能量的鐘表，有シヤガ-·ルクルト公司的叫作阿托莫斯(ァトモス)的臺式鐘表。這種臺式鐘表這樣構成，即，在機身內(nèi)部設有將作為熱介質(zhì)的氯乙烯以氣相與液相混合的狀態(tài)封入的、能夠變形的密封容器，當密封容器的內(nèi)部壓力隨著氣溫的變化而變化時密封容器變形，利用這一變形對發(fā)條上弦，儲存用來驅(qū)動指針的能量。
另一方面，與上述鐘表同樣，利用周圍溫度的變化將熱能轉(zhuǎn)換為動能從而獲得驅(qū)動鐘表的能量的技術在諸如特開平6-341371號公報、特開平10-14265號公報中已經(jīng)公開。二者均具有如下結構在具有可伸縮的波紋的密封容器內(nèi)，作為熱介質(zhì)收容有液體與氣體，密封容器上連結有動作桿。當密封容器隨著外部氣溫的變化而伸縮時，動作桿也將作往復動作，通過與動作桿嚙合的齒輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。若該旋轉(zhuǎn)運動直接或通過發(fā)條等部件傳遞到發(fā)電機的轉(zhuǎn)子上，發(fā)電機將發(fā)電，產(chǎn)生的電能以電容器、二次電池等進行儲存。
但是，上述各技術中存在這樣的問題，即，一般來說，由于外部氣溫的變化較為緩慢，故密封容器的變形動作極為滯后，其結果，要想從密封容器的變形動作高效率地取得動能是困難的。
即，作為上述阿托莫斯臺式鐘表，由于在加大了推壓密封容器的螺旋彈簧的彈簧力的同時，為提高密封容器的耐壓性能而將該密封容器的變形量抑制得較小，因此，不僅不能夠?qū)ν獠繗鉁氐募眲∽兓鞒鲰憫耶斖獠繗鉁刈兓淮髸r，不能夠取出能量。
此外，作為上述各公報所記載的技術，為了將熱能高效率地進行轉(zhuǎn)換，在外部氣溫發(fā)生一定程度的較大變化之前，對密封容器的變形加以抑制，而在溫度變化量超過預定值時一次性解除抑制力，以使密封容器急劇地并且較大地發(fā)生變形從而產(chǎn)生動能。這樣做的結果，雖然能夠提高發(fā)電機內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換效率，但溫度發(fā)生急劇升降變化(例如像急劇升溫之后再急劇降溫這樣的變化)時，將在釋放密封容器之前溫度反彈回去而不能夠獲得動能。此外，在溫度緩慢變化的情況下，到能夠?qū)崮苋〕鲂枰却龢O長的時間，并且，在直到能夠取出熱能之前溫度發(fā)生了升降的場合，即使隨著升溫和降溫，相對于密封容器發(fā)生了熱量的進出，但靠這種熱量的進出不能夠取出動能。因此，按照現(xiàn)有的方法，原本能夠獲得的能量有許多不能夠取出，不得不白白地浪費掉。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的是解決上述各技術中所出現(xiàn)的種種問題。
即，本發(fā)明的目的是，提供一種即使溫度像氣溫的變化那樣緩慢變化的情況下，也能夠迅速地或者切實地取出可利用形式的能量的裝置或者方法。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種即使周圍溫度急劇變化也能夠充分予以響應，即使在短時間內(nèi)升溫與降溫前后相繼發(fā)生時也能夠切實取出能量的裝置或者方法。
本發(fā)明的又一個目的是，提供一種諸如能夠在較寬的周圍溫度變化速率范圍內(nèi)高效率地取出能量這樣的，對周圍溫度的變化模式具有足夠適應性的、能夠高效率地取出能量的裝置或者方法。
為實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明的熱能轉(zhuǎn)換裝置包括，具有內(nèi)部收容有體積能夠隨著溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在該密閉容器內(nèi)設置有容積不會發(fā)生實質(zhì)性改變的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部連通的、容積能夠改變的變動部的熱轉(zhuǎn)換體；以及與該變動部容積的變化相應地進行動作的動作部。按照該發(fā)明，在熱轉(zhuǎn)換體內(nèi)，容積可改變的變動部與容積不會發(fā)生實質(zhì)性改變的介質(zhì)收容部是連通的，因此，當介質(zhì)收容部內(nèi)的熱介質(zhì)與外部之間進行熱交換時，熱介質(zhì)的體積改變而使得變動部的容積改變。此時，由于介質(zhì)收容部的容積不會發(fā)生實質(zhì)性的改變，故介質(zhì)收容部內(nèi)的熱介質(zhì)隨著容積的改變而產(chǎn)生的作用將集中在變動部內(nèi)，因此，能夠使變動部的容積發(fā)生較大的改變。其結果，相對于諸如日常外部氣溫那樣極為緩慢的微小的溫度變化，或者，從室內(nèi)來到室外再返回室內(nèi)或儀器從與皮膚緊密接觸的狀態(tài)暫時取下再與皮膚緊密接觸等情況下發(fā)生的溫度的急劇變化，變動部能夠靈敏且迅速地變形從而作為動作部的動能而取出，因此，能夠取出比現(xiàn)有技術更大的能量。此外，即使不像上述公報所記載的那樣對動作部的動作進行暫時性限制，或者放寬對動作進行限制的溫度變化幅度(減小可解除對動作進行限制的溫度幅度(溫度差)的設定值)，也能夠因變動部容積的變化較大而高效率地取出能量。
在上述熱轉(zhuǎn)換體中，所說介質(zhì)收容部的容積不會發(fā)生實質(zhì)性改變，是指與相應于熱介質(zhì)體積的變化其容積發(fā)生變化的變動部相比，在介質(zhì)收容部容積的變化程度較小的范圍內(nèi)，也允許介質(zhì)收容部的容積發(fā)生改變。此外，上述動作部是指隨著變動部容積的變化而動作的部分，表示在動作部上連接有用來將動作部的動作能量儲存起來的儲存機構的場合，將變動部與儲存機構二者進行機械連結的整個動作部分。因此，動作部可以由單一的部件構成，也可以由多個相連結的部件構成。
可以將介質(zhì)收容部與變動部二者單獨制成而將二者連接起來，也可以將二者制成一體。在該制成一體的場合，例如可以是，作為介質(zhì)收容部，其壁厚較厚地形成，從而即使容納在介質(zhì)收容部內(nèi)的熱介質(zhì)的體積由于溫度的變化而膨脹或收縮時，介質(zhì)收容部的體積也不會發(fā)生實質(zhì)性改變，而作為變動部，其壁厚較薄地形成，從而使得隨著熱介質(zhì)的上述膨脹或收縮其容積易于改變、易于變形。
關于該介質(zhì)收容部的材質(zhì)，只要是實質(zhì)性的剛體且導熱率高的材質(zhì)即可，例如最好是后述的鋁合金、銅合金、銀合金、金合金等材料。而變動部的材質(zhì)，只要是能夠隨著溫度變化、熱介質(zhì)膨脹或收縮其容積易于改變的材質(zhì)即可，例如最好是后述的橡膠、塑料、薄片彈性金屬等高彈性材料。
此外，關于熱介質(zhì)，只要是能夠隨著溫度的變化而膨脹或收縮從而其體積發(fā)生改變的介質(zhì)即可，一般來說，最好采用在常溫常壓下為氣體或液體的物質(zhì)，例如以氨、二氧化碳、二氯乙烯為宜，也可以是氧氣、氮氣、空氣，此外，還可以是隨著溫度的變化其變形量較大的彈性固體，或者可以是將氣體、液體、固體中的至少兩種以上進行混合的物質(zhì)。
在這里，上述介質(zhì)收容部的表面以呈凹凸狀形成為宜。利用凹凸形狀可增大介質(zhì)收容部的表面積，因此，可促進熱介質(zhì)與外部之間熱交換的進行。此外，也可以設置貫穿介質(zhì)收容部的貫穿部以進一步促進熱交換的進行。
在本發(fā)明中，最好是，上述變動部的容積小于上述介質(zhì)收容部的容積。當變動部的容積小于介質(zhì)收容部的容積時，可進一步增加變動部的容積變化量(變形量)，因此，不僅能夠進一步提高對溫度變化的響應性，而且能夠提高對溫度變化的敏感性。
在本發(fā)明中，最好是，上述介質(zhì)收容部呈延伸形狀構成。當介質(zhì)收容部為延伸形狀時，能夠增大表面積相對于介質(zhì)收容部容積之比，因此，能夠增加進出介質(zhì)收容部的熱量，進一步提高對溫度變化的響應性和敏感性。此時，特別是以使用管狀介質(zhì)收容部為宜。在這里，從介質(zhì)收容部的結構緊湊性考慮，最好是做成，呈延伸形狀的介質(zhì)收容部的外表面彼此密集的集成結構。
在本發(fā)明中，最好是，上述介質(zhì)收容部其延伸形狀呈彎曲狀態(tài)形成。當延伸形狀的介質(zhì)收容部以彎曲狀態(tài)形成時，不僅能夠使裝置結構緊湊，而且能夠與儀器的結構相應地做成合適的形狀，因此，能夠靈活地應對各種安裝要求，還能夠用于小型儀器或便攜式儀器中。在這種場合，特別是作為管狀介質(zhì)收容部，介質(zhì)收容部最好是以卷繞的狀態(tài)形成。在這里，從介質(zhì)收容部結構的緊湊性考慮，最好是，將延伸形狀的介質(zhì)收容部彎曲從而構成介質(zhì)收容部外表面彼此密集的集成結構。
在本發(fā)明中，最好是，上述變動部從上述介質(zhì)收容部突出，并且以垂直于上述變動部的突出方向的平面所剖切的上述變動部的斷面面積小于在與上述變動部相連接的區(qū)域以上述平面進行剖切的上述介質(zhì)收容部的斷面面積。換言之，最好是，當以與指向變動部的方向相垂直的平面進行剖切時，從介質(zhì)收容部向變動部的斷面面積的變化趨勢是，在從介質(zhì)收容部進入到變動部處上述斷面面積縮小。由于變動部從介質(zhì)收容部向外部突出，并且所說斷面面積小于介質(zhì)收容部，因此，變動部的因容積變化而產(chǎn)生的變形量在突出方向上可進一步增大，向動作部傳遞的動能可進一步增大。在這種場合，為了增加可取出的能量，以變動部具有僅能夠向上述突出方向發(fā)生變形(或者能夠伸縮)的結構為宜。
在本發(fā)明中，最好是，上述變動部能夠在既定方向上伸縮，上述動作部能夠相應于上述變動部的伸縮在上述既定方向上往復動作。由于變動部能夠在既定方向上伸縮，動作部能夠在既定方向上往復動作，因此，能夠?qū)⒖孔儎硬康幕谌莘e變化的變形量而產(chǎn)生的動能限定在既定方向上取出，故能夠進一步增大動作部的動作行程，因此能夠進一步高效率地取出能量。
在本發(fā)明中，最好是，具有儲存上述動作部的動能的儲存機構。此時，儲存機構最好是將動作部的動能轉(zhuǎn)換為其它能量形式后進行儲存。對于動作部的動作模式不適于連續(xù)供給能量的場合，通過以儲存機構儲存取自動作部的能量，可將儲存的能量連續(xù)地進行供給。作為儲存機構，可以采用發(fā)條、螺旋彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧等彈性部件，將動能轉(zhuǎn)換為這些彈性部件的變形能進行儲存，可以利用重錘等部件轉(zhuǎn)換為與其提升位置相應的位能進行儲存，也可以利用飛輪等部件轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩進行儲存，還可以利用發(fā)電機或壓電元件轉(zhuǎn)換為電能進行儲存。
在本發(fā)明中，最好是，作為上述儲存機構，具有暫時儲存上述動作部的動能的第1儲存部，以及將該第1儲存部所輸出的能量進行轉(zhuǎn)換后加以儲存的第2儲存部。由于靠變動部容積變化而動作的動作部的動能暫時性地儲存在第1儲存部中，并對第1儲存部輸出的能量通過第2儲存部再次進行儲存，因此，即使在諸如相應于周圍溫度的變化而發(fā)生的動作部的動作不規(guī)則或者動作量的時間性波動較大等等，動作部的動作模式難以提高能量轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換效率的情況下，也能夠做到以能夠與動作部的動作模式相適應的、或者在轉(zhuǎn)換效率方面能夠與動作部的動作模式相適應的第1儲存部暫時將能量儲存起來，進而在第2儲存部中，將第1儲存部輸出的能量以所希望的能量形式或者以更便于使用的能量形式再次進行轉(zhuǎn)換而進行儲存；因此，能夠使提高能量取出效率與拓寬能量形式選擇范圍二者得以兼顧。
在本發(fā)明中，最好是，上述第1儲存部中的能量轉(zhuǎn)換特性與上述第2儲存部中的能量轉(zhuǎn)換特性相比，相對于輸入能量的大小其轉(zhuǎn)換效率的變化特性較為平緩。由于第1儲存部中相對于輸入能量的大小其轉(zhuǎn)換效率的變化特性較第2儲存部平緩，因此，能夠在較寬的范圍內(nèi)適應因溫度急劇變化而引起的輸入能量的增大和因溫度變化而引起的輸入能量的減少，提高能量吸收效率，并且，由于是以第2儲存部再次進行能量轉(zhuǎn)換，故能夠擴大能量轉(zhuǎn)換機構的選擇范圍。
在本發(fā)明中，最好是，上述第1儲存部中的能量轉(zhuǎn)換特性與上述第2儲存部中的能量轉(zhuǎn)換特性相比，相對于較小的能量其轉(zhuǎn)換效率較高。一般來說，日常環(huán)境溫度的變化極為緩慢，故向第1儲存部輸入的能量通常極小，因此，作為第1儲存部，通過采用相對于較小能量其轉(zhuǎn)換效率較高的儲存部，可做到即使是微小的能量也能夠持續(xù)地進行轉(zhuǎn)換和儲存，因此，所能夠取出的能量的總合將增加。
例如，在將動能轉(zhuǎn)換為電能的動電機中，雖然能夠獲得易于處理的電能，但另一方面，當輸入的動能的量減少時，能量轉(zhuǎn)換效率將急劇惡化。與之相比，對于以輸入的能量對發(fā)條上弦的場合，即使在機械損失不可避免的低輸入能量的情況下，也能夠保持較高的轉(zhuǎn)換效率。
在本發(fā)明中，最好是，具備對能量從上述第1儲存部向上述第2儲存部的送出量進行控制的控制機構。由于能夠以控制機構對能量從上述第1儲存部向上述第2儲存部的送出量進行控制，因此，可根據(jù)需要對諸如第1儲存部中暫時儲存的能量和第2儲存部的能量轉(zhuǎn)換速度進行調(diào)整。因此，例如將第1儲存部的能量送出量控制在可使得第2儲存部中能量轉(zhuǎn)換效率較好的送出速度范圍內(nèi)，便能夠提高作為裝置整體的能量轉(zhuǎn)換效率。此外，在具有對第2儲存部中儲存的能量進行消耗的運轉(zhuǎn)部分(能量消耗部)的場合，能夠僅將該運轉(zhuǎn)部所需要的能量送給第2儲存部；而在第1儲存部到第2儲存部之間具有消耗能量的運轉(zhuǎn)部分的場合，通過對自第1儲存部向第2儲存部送出的能量的多少進行控制，還能夠?qū)υ撨\轉(zhuǎn)部分的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行控制。
在本發(fā)明中，最好是，上述控制機構的結構為對上述送出量所進行的控制能夠平緩上述第2儲存部的能量儲存量的波動，上述第2儲存部上連接有消耗儲存在上述第2儲存部中的能量的能量消耗部。由于通過控制機構平緩第2儲存部的能量儲存量的波動，從而，在能量向能量消耗部流通的路徑中，第1儲存部起著有效的緩沖作用。例如，相應于能量消耗部的能量消耗量，第2儲存部的能量儲存量增加或減少，對應于該增減，能量自第1儲存部向第2儲存部的送出量減少或增加，因此，在第1儲存部和第2儲存部各自的能量儲存量具有限度的情況下，能夠有效利用系統(tǒng)整體的能量儲存能力，而且，在實質(zhì)上，還能夠增加系統(tǒng)整體的能量取出量。
在本發(fā)明中，最好是，上述控制機構所進行的控制能夠使上述送出量恒定。由于能夠?qū)⒆缘?儲存部向第2儲存部的能量送出量控制為恒定，因此，能夠在第2儲存部中穩(wěn)定地實施能量的轉(zhuǎn)換從而高效率地取出能量。例如，使得能量送出量與第2儲存部中能量轉(zhuǎn)換效率最高的轉(zhuǎn)換速度相對應，則在實質(zhì)上能夠增加可利用的能量。
此外，在第1儲存部到第2儲存部之間具有消耗能量的被驅(qū)動部的場合，在被驅(qū)動部的結構為以與能量的送出量相應的動作模式受到驅(qū)動的情況下，控制自第1儲存部送向第2儲存部的能量恒定不變，便能夠使該被驅(qū)動部的運轉(zhuǎn)狀態(tài)(動作模式)保持一定。在這里，能夠構成結構為被驅(qū)動部為指針并且自第1儲存部向第2儲存部以恒定的旋轉(zhuǎn)速度傳遞能量的鐘表。
在本發(fā)明中，最好是，上述第1儲存部是將上述動作部的動能轉(zhuǎn)換為變形能、位能或旋轉(zhuǎn)能等機械能而暫時加以儲存的機械能儲存機構，上述第2儲存部具有將上述第1儲存部輸出的機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機構、以及儲存從該發(fā)電部獲得的電能的電能儲存機構。作為第1儲存部，可以考慮采用發(fā)條、螺旋彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧等彈性部件將動能轉(zhuǎn)換為彈性變形能加以儲存，或者轉(zhuǎn)換為重錘的位能加以儲存，或者利用飛輪等轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩加以儲存等等方案。而作為第2儲存部，可以考試利用諸如發(fā)電機、壓電元件等轉(zhuǎn)換為電能加以儲存的方案。
上述各發(fā)明的熱能轉(zhuǎn)換裝置能夠設置在各種儀器中。在具有消耗能量的運轉(zhuǎn)部分的各種儀器中，能夠?qū)⑴c介質(zhì)收容部相連通的變動部中因周圍溫度變化而發(fā)生的容積變化作為動作部的動能取出，以該能量直接或適當轉(zhuǎn)換為其它能量驅(qū)動運轉(zhuǎn)部分。作為該各種儀器，有以熱能轉(zhuǎn)換所得的電能進行運轉(zhuǎn)的各種電子儀器，此外，有將熱能轉(zhuǎn)換所得的動能直接加以利用的鐘表，或者利用熱能轉(zhuǎn)換所得的電能進行驅(qū)動的鐘表。此外，對于便攜式儀器，需要使用電池等作為能源，但通過采用本發(fā)明，可不需要能源本身，或者能夠適當?shù)貙δ茉囱a充能量，故而能夠做到不必更換能源。
在本發(fā)明中，最好是，具有收容上述熱能轉(zhuǎn)換裝置的殼體，沿該殼體的內(nèi)表面配置上述介質(zhì)收容部。在這里，熱能轉(zhuǎn)換裝置之外的構成部分可根據(jù)需要收容在殼體內(nèi)部。由于沿殼體的內(nèi)表面配置介質(zhì)收容部，可使得介質(zhì)收容部與殼體之間的熱交換高效率地進行，因此，能夠提高對周圍溫度變化的響應性及靈敏度。
在本發(fā)明中，最好是，上述殼體與上述介質(zhì)收容部的外壁相密合，或者，上述殼體與上述介質(zhì)收容部的外壁成一體構成。由于上述殼體與上述介質(zhì)收容部的外壁相密合，或者，上述殼體與上述介質(zhì)收容部的外壁一體構成，可使得介質(zhì)收容部與外部之間的熱交換高效率地進行，因此，可進一步提高對周圍溫度變化的響應性及靈敏度。作為與殼體密合的密合面或與殼體成一體的外壁，為增加其接觸面積(密合的面積)或者其表面積，以呈凹凸形狀構成為宜。在上述密合面呈凹凸形狀構成的場合，最好是，介質(zhì)收容部與殼體二者通過凹凸形狀彼此嵌合。
在本發(fā)明中，最好是，在上述殼體上，設有自上述殼體的外表面延伸至與上述介質(zhì)收容部相鄰接之位置的、比其它部分具有更高導熱率的熱量通道。由于在介質(zhì)收容部中熱量經(jīng)由具有高導熱率的熱量通道優(yōu)先出入，因此，能夠使設有上述熱量通道的殼體的外表面部分與特定的熱源(諸如外部空氣等)接觸而有選擇地取出熱能。在這里，在構成手表等便攜式儀器或裝飾品(戴在身上的飾物)的場合，最好是，從該儀器殼體中與身體或衣服接觸的部分之外的、暴露在外部空氣中的外表面部分朝向介質(zhì)收容部地設置上述熱量通道。
在本發(fā)明中，最好是，在上述殼體鄰近上述介質(zhì)收容部的部分的外表面上有選擇地設有凹凸形狀。由于殼體中的鄰近介質(zhì)收容部之部分的外表面上有選擇地設有凹凸形狀，因此，在該部分的外表面上，殼體的表面積能夠有選擇地加大，故能夠在該部分使熱優(yōu)先出入于介質(zhì)收容部。
在本發(fā)明中，最好是，上述殼體的與上述介質(zhì)收容部相鄰接的部分上有選擇地設有比其它部分具有更低的導熱率的絕熱部。由于有選擇地設置絕熱部，在設有絕熱部的部分上，介質(zhì)收容部與外部之間的熱交換將受到阻礙，因此，在殼體的外表面存在有局部與溫度變化較小的熱源相接觸的部分的場合，在該部分所產(chǎn)生的熱學影響下，介質(zhì)收容部的溫度變化受到抑制，能夠防止可取出能量的減少。例如，在構成手表等便攜式儀器或裝飾品(戴在身上的飾物等)的場合，通過在殼體中與身體或衣服接觸的部分上有選擇地設置絕熱部，可防止因體溫或衣服等的影響而妨礙介質(zhì)收容部溫度的變化。
本發(fā)明的熱能轉(zhuǎn)換方法是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部相連通的容積能夠改變的變動部，利用外部溫度的變化使上述介質(zhì)收容部內(nèi)的溫度改變從而使上述變動部的體積變化，靠該體積的變化而產(chǎn)生動能。
本發(fā)明的又一個熱能轉(zhuǎn)換方法是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部相連通的容積能夠改變的變動部，通過使上述介質(zhì)收容部從與第1熱源熱接觸的狀態(tài)變化為與溫度不同于上述第1熱源的第2熱源熱接觸的狀態(tài)，使變動部體積發(fā)生變化，靠該體積的變化產(chǎn)生動能。
例如，其這樣構成在便攜式儀器或裝飾品(戴在身上的飾物等)等的內(nèi)部收容熱轉(zhuǎn)換體，當便攜式儀器或裝飾品帶在身上時介質(zhì)收容部處于與身體或衣服等(第1熱源)熱接觸的狀態(tài)，而當將便攜式儀器或裝飾品從身上取下時介質(zhì)收容部處于與外部空氣、桌子、地面等(第2熱源)熱接觸的狀態(tài)。一般來說，帶在身上的狀態(tài)與從身上取下的狀態(tài)二者產(chǎn)生某種程度的溫差，因此，當將便攜式儀器(便攜式電話、手表等)以及裝飾品一會兒帶在身上一會兒從身上取下時，由于溫度的變化，變動部將變形，由此即可取出動能。
本發(fā)明的另一具體的熱能轉(zhuǎn)換方法是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部相連通的容積能夠改變的變動部，在上述介質(zhì)收容部的周圍，設置用來與第1熱源接觸的第1外表面，以及用來與相對于上述第1熱源溫度變化較大的第2熱源接觸的第2外表面，經(jīng)上述第1外表面進行的外部與上述介質(zhì)收容部之間的熱交換性比經(jīng)上述第2外表面進行的外部與上述介質(zhì)收容部之間的熱交換性要低。
例如，在構成諸如鐘表等便攜式儀器或裝飾品(戴在身上的飾物等)的場合，使得具有與身體或衣服接觸的第1表面部的殼體部分(諸如后蓋)的導熱率低于具有與外部空氣接觸的第2外表面的殼體部分(諸如表殼的外周部分)的導熱率而制成，從而，外部空氣的溫度變化能夠可靠地向介質(zhì)收容部內(nèi)傳遞，介質(zhì)收容部的溫度不受身體和衣服等恒定的熱環(huán)境的影響而隨著外部氣溫的變化而變化，能夠高效率地取出能量。
附圖的簡單說明

圖1是本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換裝置的第1實施形式的結構示意圖。
圖2是本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換裝置的第2實施形式的結構示意圖。
圖3是第2實施形式之變形例的結構示意圖。
圖4是對本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換裝置的主要部分之變形例分別進行展示的立體示意圖(a)～(c)。
圖5是對本發(fā)明所涉及的各實施形式所采用的條盒輪的結構進行展示的剖視示意圖。
圖6是對應用本發(fā)明所涉及的各實施形式之應用例1的電氣結構進行展示的結構示意圖。
圖7是對應用本發(fā)明所涉及的各實施形式之應用例2的電氣結構進行展示的結構示意圖。
圖8是對應用本發(fā)明所涉及的各實施形式之應用例3的內(nèi)部結構配置進行展示的結構示意圖。
圖9是對應用本發(fā)明所涉及的各實施形式之應用例4的內(nèi)部結構配置進行展示的結構示意圖。
圖10是對應用本發(fā)明所涉及的各實施形式之應用例5的內(nèi)部結構配置進行展示的結構示意圖。
圖11是對應用本發(fā)明所涉及的各實施形式之應用例6的內(nèi)部結構配置進行展示的結構示意圖。
圖12是對應用本發(fā)明所涉及的各實施形式之應用例7的內(nèi)部結構配置進行展示的結構示意圖。
圖13是對本發(fā)明所涉及的應用例8的內(nèi)部結構進行展示的剖視示意圖。
圖14是示出應用例8的內(nèi)部俯視結構的橫剖示意圖。
圖15是對本發(fā)明所涉及的應用例9的內(nèi)部結構進行展示的剖視示意圖。
圖16是示出應用例9的內(nèi)部俯視結構的橫剖示意圖。
圖17是對本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換方法的實施形式(第3實施形式)之構成進行展示的流程示意圖。
圖18是對本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換方法的實施形式(第4實施形式)之構成進行展示的流程示意圖。
實施發(fā)明的最佳形式下面，結合附圖對本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換裝置和具有該熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器以及熱能轉(zhuǎn)換方法的實施形式進行詳細說明。
第1實施形式圖1是本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換裝置的第1實施形式的結構示意圖。在該實施形式中，介質(zhì)收容部10和變動部11是具有內(nèi)部收容熱介質(zhì)并可以密閉的密閉容器結構的熱轉(zhuǎn)換體，本實施形式這樣構成，即，以該熱轉(zhuǎn)換體利用溫度的變化取出熱能而使動作部動作，從動作部經(jīng)由進行能量傳遞的傳遞部或進行能量轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換部取出能量。
介質(zhì)收容部10以諸如后述的金屬等剛體構成，即使內(nèi)部所收容的熱介質(zhì)的壓力發(fā)生變化其容積也基本上不會發(fā)生實質(zhì)性的變化，變動部11能夠相應于內(nèi)部熱介質(zhì)的壓力而發(fā)生變形。因此，收容于介質(zhì)收容部10內(nèi)的熱介質(zhì)的壓力變化能夠使與介質(zhì)收容部10連接的變動部11的體積和形狀發(fā)生變化。
介質(zhì)收容部10以構成延伸形狀的管狀形成，以呈螺旋狀卷繞的狀態(tài)進行配置。介質(zhì)收容部10的末端被封閉，根端與可伸縮結構的變動部11連接。變動部11以波紋管狀容器構成，由橡膠、塑料、薄壁金屬等高彈性材料構成。此外，變動部11在長度方向(軸向)上較徑向方向更易于變形。作為變動部，一般來說，最好是如上所述的與其它方向相比在既定方向上易于發(fā)生變形的高彈性容器結構。
變動部11收容在壓力缸12的內(nèi)部。壓力缸12內(nèi)配置有可移動的活塞13，活塞13的一端與變動部11接觸。在活塞13的另一端收容有螺旋彈簧構成的彈性部件14，將活塞13推壓在變動部11上?；钊?3具有突出在壓力缸12的外部的驅(qū)動軸13a，該驅(qū)動軸13a可轉(zhuǎn)動地連結在安裝成能夠以轉(zhuǎn)動軸15a為中心轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動桿15的從動端15b上。在轉(zhuǎn)動桿15的從動端15b的相反端設有驅(qū)動端15c，在該驅(qū)動端15c上形成有長孔15d，該長孔15d中插入設置在驅(qū)動桿16端部上的連結軸16a，從而將轉(zhuǎn)動桿15可轉(zhuǎn)動地連結在驅(qū)動桿16上。
驅(qū)動桿16受軸承部17的導向而能夠沿軸向作直線移動。驅(qū)動桿16的端部16b上有諸如呈壓縮狀態(tài)的螺旋彈簧等彈性部件18與之接觸，靠彈性部件18的作用，將驅(qū)動桿16向連結軸16a一側推壓。在這里，也可以這樣構成，即，使端部16b與諸如拉伸彈簧等彈性部件卡合，靠該彈性部件的作用力，將驅(qū)動桿16拉向端部16b一側。在驅(qū)動桿16的外周面上形成有沿軸向延伸的齒條部16c，該齒條部16c與安裝在收容有發(fā)條的條盒輪21上的被動齒輪21a嚙合。
如圖5所示，被動齒輪21a得到條盒輪21的軸件21b的支撐而能夠自由旋轉(zhuǎn)，在軸件21b的局部部位所形成的齒軸部21c上，有被固定在被動齒輪21a上的棘爪21d與之卡合。該棘爪21d這樣構成，即，當被動齒輪21a在圖1中順時針旋轉(zhuǎn)時，與齒軸部21c卡合，而當被動齒輪21a在圖1中反時針旋轉(zhuǎn)時，不與齒軸部21c卡合，其結果，被動齒輪21a的順時針旋轉(zhuǎn)運動能夠傳遞給齒軸部21c，而被動齒輪21a反時針旋轉(zhuǎn)運動傳遞不到齒軸部21c上。
軸件21b可自由旋轉(zhuǎn)地安裝在上殼21e上，此外，在軸件21b和上殼21e上可自由旋轉(zhuǎn)地安裝有輸出齒輪21f。發(fā)條21g其內(nèi)端安裝在軸件21b上，其外端安裝固定在輸出齒輪21f上。當齒軸部21c在棘爪21d的作用下旋轉(zhuǎn)時，可對發(fā)條21g上弦。發(fā)條21g是將旋轉(zhuǎn)能變?yōu)閺椥宰冃文芏右詢Υ娴臋C構，條盒輪21是作為對驅(qū)動桿16的動能進行轉(zhuǎn)換并加以儲存的第1轉(zhuǎn)換儲存部而構成。輸出齒輪21f靠發(fā)條21g的彈性力旋轉(zhuǎn)。
再返回圖1進行說明。傳遞給條盒輪21的旋轉(zhuǎn)運動對上述發(fā)條21g上弦，并使上述輸出齒輪21f旋轉(zhuǎn)。該輸出齒輪21f的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過構成傳遞輪系的多個齒輪體22、23、24而加速，驅(qū)動發(fā)電機30的轉(zhuǎn)子31旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機30由轉(zhuǎn)子31、定子32以及電磁線圈33構成，隨著轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)，在電磁線圈33中產(chǎn)生電動勢。
在本實施形式中，在介質(zhì)收容部10的內(nèi)部密封有在常溫下呈液相與氣相混合(共存)狀態(tài)的熱介質(zhì)。作為該熱介質(zhì)，有體積能夠隨著溫度變化而變化的各種物質(zhì)可以采用，但一般以采用在常溫下為氣體或液體的物質(zhì)為宜，例如最好是氨、二氧化碳、二氯乙烯等。此外，氧氣、氮氣、空氣等雖然也能夠采用，但為了得到足夠的體積變化量，需要以高于大氣的壓力密封在熱轉(zhuǎn)換體內(nèi)，因此，由介質(zhì)收容部10和變動部11構成的熱轉(zhuǎn)換體必需具備能夠承受高壓的具有足夠的耐壓性能的結構。
在本實施形式中，當隨著周圍溫度的變化收容于介質(zhì)收容部10內(nèi)的熱介質(zhì)的溫度變化時，內(nèi)部壓力發(fā)生改變而使變動部11變形，其結果，上述活塞13、轉(zhuǎn)動桿15以及驅(qū)動桿16動作。驅(qū)動桿16的動作在條盒輪21處作為彈性變形而暫時儲存起來。由儲存在條盒輪21內(nèi)的彈性能產(chǎn)生的、輸出齒輪21f所輸出的旋轉(zhuǎn)運動被加速并在發(fā)電機30內(nèi)轉(zhuǎn)換為電能。
在周圍溫度為通常的外部空氣溫度的場合，由于其溫度的變化不規(guī)則，驅(qū)動桿16的動作也會變得不規(guī)則，但由于發(fā)條21g具有比較不易受其所儲存的彈性變形的大小的影響而能夠持續(xù)地輸出波動較小的旋轉(zhuǎn)力的特性，因此，能夠以旋轉(zhuǎn)速度波動較小的狀態(tài)驅(qū)動發(fā)電機30的轉(zhuǎn)子31，因而與靠驅(qū)動桿16直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子31旋轉(zhuǎn)的場合相比，可提高發(fā)電效率。
在本實施形式中，將熱轉(zhuǎn)換體分為介質(zhì)收容部10和變動部11，僅變動部11能夠隨著介質(zhì)收容部10內(nèi)熱介質(zhì)壓力的改變而改變其體積。因此，與特開平6-341371號公報和特開平10-14265號公報所記載的、收容熱介質(zhì)的容器(熱轉(zhuǎn)換體)整體為變動部(變動部11的容積與整個熱轉(zhuǎn)換體的容積之比為1)相比，由于介質(zhì)收容部10在變動部11之外另外設置，故可使變動部11相對于熱轉(zhuǎn)換體的整體容積的容積比小(小于1)，因此，變動部11隨壓力變化而產(chǎn)生的變化量或者變化行程可以較大。
因此，熱響應性可比現(xiàn)有技術提高，即使周圍溫度急劇變化之后回到原來溫度的情況下，變動部11也能夠響應，可利用其變形而取出能量，而且，熱靈敏度可比現(xiàn)有技術提高，即使在周圍溫度發(fā)生微小變化的情況下，變動部的變形量也較大因而能夠取出能量。其結果，不必像現(xiàn)有技術那樣采取諸如為了使變動部的變形量大到一定程度以高效率地取出能量，對變動部的變形暫時加以抑制，在溫度變化量大到一定程度時釋放變動部使變動部一次性發(fā)生變形等措施；或者，采取這種措施的必要性減小，從而，可降低對變動部的變形進行抑制的幅度(直到變形抑制被解除為止的溫度差)。并且，由于可從整體上提高靠溫度變化取出能量的效率，因此，在過去尚不能說達到實用程度的這種方式，可在各種儀器，例如手表等中加以采用。
在這里，本實施形式這樣構成，即，介質(zhì)收容部10的容積大于變動部11的基準容積(實用上的變動部11容積變化范圍的大約中間的容積值)，也就是介質(zhì)收容部10的容積與變動部11的基準容積之比為1以上，最好為2以上。這樣，能夠有效增加變動部11的變形量。本實施形式中，介質(zhì)收容部10的內(nèi)容積為變動部11的基準容積的10倍以上。
特別是在本實施形式中，由于介質(zhì)收容部10呈延伸形狀(管狀)形成，因此，易于增大介質(zhì)收容部10的表面積，能夠與周圍之間高效率地實現(xiàn)熱卡合。在這里，若將呈延伸形狀的容器以彎曲狀態(tài)(卷繞狀態(tài))進行配置，則在各種儀器內(nèi)部均能夠緊湊地加以容納。此外，若介質(zhì)收容部10例如采用柔性材料等做成能夠彎曲成任意形狀的結構，則介質(zhì)收容部10可很容易地收容在各種儀器內(nèi)。此外，介質(zhì)收容部10像本實施形式這樣呈管狀構成從而提高了承受內(nèi)部壓力的耐壓強度，因此，不僅構成介質(zhì)收容部10的材料選擇范圍變寬，而且可將高壓熱介質(zhì)收容在內(nèi)部而以其實現(xiàn)動作，故能夠以更高的效率取出能量。
第2實施形式下面，結合圖2對本發(fā)明所涉及的第2實施形式進行詳細說明。在該實施形式中，介質(zhì)收容部40呈立方體形成。該介質(zhì)收容部40和第1實施形式同樣地與變動部41連接，壓力缸42、活塞43、彈性部件44也和上述第1實施形式同樣地構成?；钊?3的驅(qū)動軸43a通過稍45與驅(qū)動桿46連結。驅(qū)動桿46上形成有連結在銷45上的連結端46a、受到與第1實施形式同樣的彈性部件48推壓的推壓端46b、以及齒條部46c。驅(qū)動桿46受到軸承部47的導向而能夠沿軸向往復移動。
驅(qū)動桿46的齒條部46c與第1齒輪體51嚙合，第1齒輪體51可加速驅(qū)動桿46的動作。第1齒輪體51與條盒輪52的被動齒輪52a嚙合。條盒輪52具有與第1實施形式的條盒輪21相同的結構。條盒輪52的輸出齒輪的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過齒輪體53、54、55、56加速，驅(qū)動發(fā)電機60的轉(zhuǎn)子61旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機60與第1實施形式同樣地是由轉(zhuǎn)子61、定子62以及電磁線圈63構成。
在該實施形式中，介質(zhì)收容部40呈立方體形狀形成，在其內(nèi)部收容有與第1實施形式同樣的熱介質(zhì)。所構成的介質(zhì)收容部40相對于變動部41的基準容積具有10倍以上的容積。因此，當與前述第1實施形式同樣地，介質(zhì)收容部40內(nèi)所收容的熱介質(zhì)的壓力隨著周圍溫度的變化而變化從而體積開始增加時，與之相應地，變動部41的容積也發(fā)生較大的變化，驅(qū)動桿46沿軸向動作，其動能暫時儲存到條盒輪52內(nèi)的發(fā)條上。儲存在發(fā)條上的能量驅(qū)動轉(zhuǎn)子61旋轉(zhuǎn)，在發(fā)電機60內(nèi)進行發(fā)電。
在上述各實施形式中，其構成為僅能夠以驅(qū)動桿在往復動作的一個方向上進行的動作，將旋轉(zhuǎn)向條盒輪傳遞，但通過公知的機構也能夠如下構成，即，驅(qū)動桿在往復動作中的任意方向上的動作，均能夠以可將能量儲存起來的模式進行旋轉(zhuǎn)的傳遞。
此外，作為上述各實施形式的介質(zhì)收容部10、40的材質(zhì)，最好是采用鋁合金、銅合金等導熱性高的材質(zhì)。特別是采用金屬材料時，實現(xiàn)熱介質(zhì)的密封所必需的耐壓性能也容易得到保證。
變形例1圖3示出上述第2實施形式之變形例的結構。在該變形例中，介質(zhì)收容部40的表面形成有多個凸部40a。該凸部40a可以通過將介質(zhì)收容部40的外壁局部做得較厚而構成，但若介質(zhì)收容部40的外壁是通過從內(nèi)側敲擊出來而構成，即，在介質(zhì)收容部40的熱介質(zhì)收容空間本身的外緣部具有凸狀空間則更好。該實施形式的凸部40a在呈長方體形成的介質(zhì)收容部40的所有6個表面上形成，但也可以僅在部分表面上形成。
在該變形例中，由于在介質(zhì)收容部40的表面形成有凸部40a，介質(zhì)收容部40的表面積比上述第2實施形式要大，其結果，可促進介質(zhì)收容部40內(nèi)的熱介質(zhì)與外部之間熱交換的進行，因此，可提高熱能的利用效率以及熱響應性，提高能量的取出效率。
作為在介質(zhì)收容部40的表面形成的、旨在促進熱交換的一種結構，除了上述凸部之外，也可以形成多個凹部而取代之。此外，作為上述結構也可以設置凸部與凹部二者。
變形例2下面，結合圖4對上述之外的其它實施形式進行說明。
圖4(a)是圖1所示第1實施形式的熱轉(zhuǎn)換體的變形例(變形例2)，介質(zhì)收容部110具有管狀部件以彎曲成環(huán)狀的狀態(tài)重疊而成的形狀。在這里，作為介質(zhì)收容部110，可以是將多個環(huán)狀管部進行重疊、并使各管部的內(nèi)部之間局部連通而構成，也可以是將長管狀部件卷成螺旋狀而如圖所示重疊的形狀。從介質(zhì)收容部110的局部有變動部111突出出來。變動部111與第1實施形式同樣地具有可在突出方向上伸縮的波紋狀結構。在該變形例中，由于可將介質(zhì)收容部110如后所述地沿殼體的內(nèi)側面盤繞配置，因此，能夠使周圍溫度高效率地被介質(zhì)收容部110內(nèi)的熱介質(zhì)吸收而不會影響儀器的小型化。
變形例3圖4(b)示出圖2和圖3所示第2實施形式的變形例(變形例3)，具有大致為長方體的介質(zhì)收容部120。從介質(zhì)收容部120的側面突出地形成有與上述同樣的可自由伸縮的變動部121。在該介質(zhì)收容部120上，形成有多個在相向的兩個面(圖示的上表面與下表面)上有開口的貫穿部120a。該貫穿部120a是以在介質(zhì)收容部120的內(nèi)部插入圓筒狀內(nèi)壁的形式進行設置，將所說內(nèi)壁通過焊接等方法進行固定以保證介質(zhì)收容部120的密封性。由于貫穿部120a這樣形成，故可增大介質(zhì)收容部120的表面積，特別是，與外部之間熱交換較少的介質(zhì)收容部120的中央部位，周圍溫度也能夠通過貫穿部120a容易得到傳遞，因此，可提高介質(zhì)收容部120對溫度變化的熱響應性，而且，即使是微小的溫度變化也能夠使變動部121充分變形。
變形例4圖4(c)示出圖2和圖3所示第2實施形式的另一個變形例(變形例4)。在大致為長方體形狀的介質(zhì)收容部130上，其外表面(在周向上鄰接的4個面，即，圖示上表面、下表面以及兩個側面)形成有多個呈褶狀形成的散熱片130a。散熱片130a旨在使外表面呈凹凸狀形成，由于能夠增加介質(zhì)收容部130的表面積，因此，能夠提高對溫度變化的響應性，而且即使是微小的溫度變化也能夠使變動部131充分變形。
以上所說明的第1實施形式和第2實施形式均這樣構成，即，靠變動部的變形而動作的動作部的動能通過發(fā)條暫時加以儲存，以發(fā)條的輸出運轉(zhuǎn)發(fā)電機而發(fā)電從而取出電能。這樣構成的目的是，對于因溫度變化而產(chǎn)生的不規(guī)則且時間性波動較大的動能，在運動行程的大小或運動速度的快慢等不受這種能量太大影響的狀況下，通過發(fā)條切實加以捕捉，使儲存在發(fā)條中的能量以盡可能與發(fā)電機的發(fā)電特性相吻合的狀態(tài)送出。特別是，如本發(fā)明這樣設有介質(zhì)收容部以增大變動部的變形量的場合，即使是急劇的溫度變化或極為緩慢的溫度變化，均能夠高效率地進行捕捉而使動作部動作。因此，采用如上所述的暫時捕捉急劇波動的能量，重新將其輸出并再次進行轉(zhuǎn)換的方法是極為有效的，可對提高能量取出效率起很大作用。此外，如后述應用例1和應用例2所示，通過對送向發(fā)電機的能量進行控制，能夠獲得很大的效果。
應用例1下面，就以上說明的第1實施形式和第2實施形式實際應用于各種儀器中的應用例1的結構進行說明。以基本上應用第1實施形式的例子作為該應用例在下面進行說明，但第2實施形式也同樣適用。
如圖6所示，由具有轉(zhuǎn)子31的發(fā)電機30向電力控制部70輸出電力，所說轉(zhuǎn)子31受到從條盒輪21經(jīng)齒輪體22、23、24傳遞的旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。電力控制部70中并聯(lián)有，為保持大致恒定的發(fā)電負荷而并聯(lián)在發(fā)電機30輸出端的電力消耗部71、將發(fā)電機30輸出的交流整流為直流的整流電路72、設在該整流電路72的輸出側的濾波電容器73、如后所述可對發(fā)電機30的負載電力進行控制的升降壓電路74、以及輔助電容器75。輔助電容器75的輸出側與由鐘表控制電路和步進電機(對于鐘表)等構成的運轉(zhuǎn)部分(能量消耗部)80連接。輔助電容器75是為穩(wěn)定向運轉(zhuǎn)部分80供給的電力而設置的。
在上述各實施形式中，發(fā)條是卷成螺旋狀的彈簧，通過上卷儲存能量，而通過松卷輸出儲存的能量。因此，當發(fā)條的輸出側加有既定負荷(轉(zhuǎn)矩)時，能夠長時間輸出相應于該負荷的能量。另一方面，當發(fā)條的輸出側未加有負荷時，彈簧將急速松開而使能量瞬間釋放掉。為此，在該應用例中，當運轉(zhuǎn)部分80的電力消耗較小時，以電力消耗部71適當消耗發(fā)電機30輸出的電力，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)阻力而降低發(fā)條松卷的速度，以避免儲存在發(fā)條上的能量快速浪費掉。電力消耗部71中可采用的控制電力消耗的方法有多種多樣，可以對并聯(lián)在發(fā)電機30上的電阻和線圈等回路元件的電氣特性值進行控制，也可以以電機等電力消耗儀器對電力進行消耗。在這種場合，還可以采用以該電機的輸出對發(fā)條上弦的機構。
此外，在運轉(zhuǎn)部分80完全不消耗電力的情況下，通過發(fā)條的松卷消耗能量將造成浪費。為此，本應用例具有以機械式制動器76停止發(fā)電機30的轉(zhuǎn)子31旋轉(zhuǎn)的結構。制動器76可以由雙壓電晶片等電動執(zhí)行器構成。該制動器76靠儲存在濾波電容器73或輔助電容器75中的電力動作。并且，作為該制動器76，當上述濾波電容器73或輔助電容器75中未儲存電力時，或者，該電力小于既定量時，將放開轉(zhuǎn)子31，不施加制動。因此，在上述電容器處于完全沒有儲存電力的狀態(tài)，或者，儲存的電力小于既定量的場合，當在驅(qū)動桿的作用下開始對發(fā)條上弦時，轉(zhuǎn)子31將自然旋轉(zhuǎn)而開始發(fā)電。并且，當發(fā)電機30所提供的電力使濾波電容器73或輔助電容器75的電壓達到一定值以上時，制動器76使轉(zhuǎn)子31停止旋轉(zhuǎn)，限制儲存在發(fā)條中的能量被消耗。
作為升降壓電路74，即使受發(fā)條的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力驅(qū)動的發(fā)電機30的輸出電壓較低的場合，也能夠提高輸出電流，即便轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)速度較低也能夠獲得既定的電力。例如，當發(fā)條的輸出轉(zhuǎn)矩足夠大時，使發(fā)電機30側的電壓降低，靠升降壓電路74升壓后供給運轉(zhuǎn)部分80。而當發(fā)條的輸出轉(zhuǎn)矩逐漸減小時，在上述狀態(tài)下發(fā)電機30的輸出電流也將減小，因此，停止升降壓電路74的升壓作用，可從發(fā)電機30以高的輸出電壓獲得小的輸出電流。這樣，即使發(fā)條松卷而處于輸出轉(zhuǎn)矩減小的狀態(tài)，也能夠獲得既定的輸出電壓和輸出電流，運轉(zhuǎn)部分80的動作時間可進一步延長。
之所以能夠進行上述控制，是由于發(fā)電機30的電磁制動具有與輸出電流大致成比例的特性，通過該特性能夠控制發(fā)條的釋放速度(松卷速度)。當發(fā)條的輸出轉(zhuǎn)矩較大時，降低輸出電壓、提高輸出電流以增大發(fā)電機30的電磁制動作用，而當發(fā)條的輸出轉(zhuǎn)矩較小時，提高輸出電壓、減小輸出電流以減小發(fā)電機30的電磁制動作用，從而，使得發(fā)條輸出的能夠用來運轉(zhuǎn)發(fā)電機30的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的允許范圍增大。從由發(fā)條向發(fā)電機30供給能量考慮，發(fā)條的輸出轉(zhuǎn)矩大時以較低的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速供給所需要的能量，而發(fā)條的輸出轉(zhuǎn)矩小時相應地提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以保證能量的供給。
以上所說明的控制屬于這樣一種模式，即，在條盒輪21內(nèi)的發(fā)條中，將驅(qū)動桿的動能暫時儲存起來，使動能的傳遞在時間上達到平滑，即所送出能量的波動得以平緩后向發(fā)電機30傳遞。既可以如上所述通過對發(fā)電機30及其輸出側的操作，對從構成第1轉(zhuǎn)換儲存部的發(fā)條向構成第2轉(zhuǎn)換儲存部的發(fā)電機30送出能量的速度進行控制，也可以以第1轉(zhuǎn)換儲存部本身對輸向第2轉(zhuǎn)換儲存部的能量大小進行控制從而使得能量向第2轉(zhuǎn)換儲存部的傳遞變得平滑。
作為本應用例，是在電力控制部70中，根據(jù)運轉(zhuǎn)部分80的電力消耗狀況對供給的電力量(發(fā)電機30的發(fā)電量)進行控制的，但也可以不進行這種控制，而采用將發(fā)出的電力儲存在由大容量電容器或化學電池之類二次電池等構成的儲電機構中的結構。
應用例2下面，結合圖7對本發(fā)明所涉及的應用例2進行說明。該應用例屬于如下構成的電子控制式機械鐘表的例子，即，通過受上述各實施形式的條盒輪21內(nèi)的發(fā)條驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的齒輪體22、23、24等旋轉(zhuǎn)傳遞部驅(qū)動指針旋轉(zhuǎn)，并且，通過發(fā)電機30的電磁制動作用將指針的走針速度控制為恒定。同樣，在該應用例中，上述第1實施形式和第2
該應用例2這樣構成，即，從將旋轉(zhuǎn)運動由發(fā)條向發(fā)電機30進行傳遞的齒輪體22、23、24所構成的傳遞輪系內(nèi)的適當部位取出旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動設在指針部100中的指針(時針、分針、秒針等)。發(fā)電機30的輸出供給電力控制部90。電力控制部90中具有使電磁線圈33輸出端間的電阻等負荷可改變的可變負荷電路91，對發(fā)電機30輸出的交流進行整流的整流電路92，由將整流電路92輸出的電力儲存起來的大容量電容器或蓄電池等構成的二次電池93，靠二次電池93輸出的電力進行工作的鐘表控制電路94，對發(fā)電機30產(chǎn)生的交流輸出的周期進行檢測、并以與該周期相應的模式、按照鐘表控制電路94發(fā)出的控制命令對上述可變負荷電路91的負荷進行控制的負荷控制電路95。
發(fā)電機30輸出的交流通過整流電路92變成直流儲存在二次電池93中，鐘表控制電路94靠該二次電池93的輸出進行工作。鐘表控制電路94中內(nèi)裝有晶體振蕩器等時鐘信號發(fā)生機構，基于該時鐘信號發(fā)生機構產(chǎn)生的時鐘信號發(fā)出送向負荷控制電路95的控制命令(周期與鐘表的走針速度相對應的信號)。負荷控制電路95對發(fā)電機30的電磁線圈33的電動勢所產(chǎn)生的交流輸出的周期進行檢測，將該檢測到的周期與接收自鐘表控制電路94的上述控制命令進行比較，向可變負荷電路91送出控制信號以使發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)周期與控制信號的周期相符。可變負荷電路91根據(jù)該控制信號形成調(diào)整后的負荷，因此，發(fā)電機30將相應于其輸出側負荷進行發(fā)電。
鐘表控制電路94以及負荷控制電路95對可變負荷電路91進行控制，使得發(fā)電機30的交流輸出的周期恒定，因此，轉(zhuǎn)子31受到與可變負荷電路91的負荷相應地增減的電磁制動作用，從而被控制為大致恒定的旋轉(zhuǎn)速度而持續(xù)發(fā)電。其結果，通過轉(zhuǎn)子31可將傳遞輪系的轉(zhuǎn)速控制為恒定不變，因此，受該傳遞輪系驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的指針部100能夠準確指示時間。
應用例3下面，結合圖8至圖16對本實施形式的結構性應用例進行說明。
圖8示出應用例3的結構，該應用例3是將本發(fā)明應用于作為各種儀器之具體例子的手表200中時的結構例子。如圖8所示，手表200具有外殼(表體)201，在外殼201的正面(圖示之上方)安裝有視窗玻璃等透光部件202。在外殼201的內(nèi)部收容有機芯203，外殼201的開口部被安裝在背面的后蓋204封閉。在機芯203的正面，形成有由指針部或液晶顯示部等構成的時間顯示部203a。
在外殼201的內(nèi)部，機芯203的外周側上呈環(huán)狀配置有上述第1實施形式或變形例2所示管狀介質(zhì)收容部210。在該圖示例中，介質(zhì)收容部210呈內(nèi)外卷繞成兩層、上下重疊4層的形狀。此外，將介質(zhì)收容部210與外殼201內(nèi)表面緊密接觸地進行配置。作為介質(zhì)收容部210，也可以根據(jù)外殼201的收容空間形狀和機芯203的形狀等情況改變卷繞數(shù)目和卷繞形狀等而構成。
介質(zhì)收容部210連接到配置在機芯203下方的作用部220內(nèi)。在該作用部220內(nèi)，如上述各實施形式中所說明的，收容有上述變動部、動作部(由上述的活塞、轉(zhuǎn)動桿、驅(qū)動桿等構成)。作用部220內(nèi)的動作部與諸如收容在機芯203內(nèi)的齒輪體或條盒輪的被動齒輪等傳遞部相卡合。因此，隨著周圍溫度的變化，作用部220內(nèi)的變動部發(fā)生變形，當動作部隨著該變形而動作時，其運動將傳遞到機芯203內(nèi)的傳遞部上。
在本應用例3的機芯203內(nèi)，除了上述傳遞部之外，還收容有與各實施形式中所說明之同樣的發(fā)電機和控制電路等。
在該應用例3中，由于管狀介質(zhì)收容部210插在機芯203與外殼201之間，并且與外殼201的內(nèi)表面緊密接觸，因此，與外殼201溫度的變化相應地，密封在介質(zhì)收容部210內(nèi)的熱介質(zhì)的壓力發(fā)生變化，變動部隨著這種變化而變形從而使動作部動作。作為這種結構，介質(zhì)收容部210是沿機芯203的外周配置的，故能夠幾乎不增加外殼201的外形尺寸而構成，因此，鐘表可做得緊湊且薄。
介質(zhì)收容部210的俯視時的形狀可相應于外殼201的俯視時的形狀而適當構成，除了上述環(huán)狀形成之外，也可以呈矩形框架狀形成。
應用例4下面，結合圖9對應用例4進行說明。在該應用例4中，對與上述應用例3相同的部分賦予相同的編號，對其說明予以省略。在該應用例中，圓盤狀介質(zhì)收容部211配置成與后蓋204的內(nèi)表面緊密接觸。此外，在介質(zhì)收容部211與機芯203之間配置有作用部221。介質(zhì)收容部211與收容在作用部221內(nèi)的、與上述各實施形式同樣的變動部相連通。作用部221內(nèi)還收容有與變動部連結的動作部，該動作部與機芯203內(nèi)的傳遞部等相連接。
在該實施形式中，介質(zhì)收容部211與后蓋204緊密接觸，并且沿著后蓋204呈圓盤狀形成，故可增加與后蓋204接觸的面積，因此，能夠?qū)笊w204溫度的變化迅速作出響應，并且，還能夠捕捉到微小的溫度變化而取出能量。介質(zhì)收容部211俯視時的形狀不限于圓形，可根據(jù)外殼201和后蓋204俯視時的形狀做成適當?shù)男螤?例如矩形等)。
應用例5下面，結合圖10對應用例5進行說明。在該應用例5中，對與上述應用例3相同的部分賦予相同的編號，對其說明予以省略。在該應用例中，與應用例4大體同樣的圓盤狀介質(zhì)收容部212與后蓋205緊密接觸地進行配置。介質(zhì)收容部212與作用部222內(nèi)的變動部連通，動作部與變動部一起收容在作用部222內(nèi)這一點與應用例4相同。
在該應用例中，后蓋205與介質(zhì)收容部212二者彼此緊密接觸，而且，后蓋205與介質(zhì)收容部212之間的接觸面均呈凹凸狀形成，可使這些接觸面彼此嵌合。由于如上所述地形成，增大了介質(zhì)收容部212與后蓋205之間的接觸面積，因此，能夠更為敏感地捕捉后蓋205溫度的變化。在這種場合，為了使熱量易于向介質(zhì)收容部212內(nèi)的熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移，最好是，作為介質(zhì)收容部212，不是僅將其外表面制成凹凸狀，而且使介質(zhì)收容部212的內(nèi)表面也反映出外表面的形狀而呈凹凸狀形成。介質(zhì)收容部212的俯視形狀不限于圓形，可根據(jù)外殼201和后蓋205的俯視形狀做成適當?shù)男螤?例如矩形等)。
應用例6下面，結合圖11對本發(fā)明所涉及的應用例6進行說明。在該應用例6中，與上述應用例3相同的部分賦予相同的編號，對其說明予以省略。在該應用例中，圓盤狀介質(zhì)收容部213與后蓋206的內(nèi)面緊密接觸地進行配置。在介質(zhì)收容部213的與后蓋206相向的表面上形成有多個凹部213a，形成于后蓋206的內(nèi)表面上的多個凸部206a嵌合在該凹部213a中。
此外，介質(zhì)收容部213與機芯203之間配置有作用部223。介質(zhì)收容部213與收容于作用部223內(nèi)的、與上述各實施形式同樣的變動部相連通。作用部223內(nèi)還收容有與變動部連結的動作部，該動作部與機芯203內(nèi)的傳遞部等相連接。
在該實施形式中，介質(zhì)收容部213與后蓋206緊密接觸，沿后蓋206呈圓盤狀形成，并且，介質(zhì)收容部213的凹部213a與后蓋206的凸部206a彼此嵌合，故可增加與后蓋206接觸的面積，因此，對后蓋206溫度的變化可迅速響應，而且，即便是微小的溫度變化也能夠捕捉到而取出能量。為了使熱量易于向介質(zhì)收容部213內(nèi)的熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移，最好是，作為介質(zhì)收容部213，不是僅將其外表面制成凹凸狀，而且使介質(zhì)收容部213的內(nèi)表面也反映出外表面形狀而呈凹凸狀形成。此外，介質(zhì)收容部213的俯視形狀不限于圓形，可根據(jù)外殼201和后蓋206的俯視形狀做成適當?shù)男螤?例如矩形等)。
應用例7
下面，結合圖12對本發(fā)明所涉及的應用例7進行說明。在該應用例中，與上述應用例3相同的部分賦予相同的編號，對其說明予以省略。該應用例中，后蓋207與機芯203之間配置有圓盤狀介質(zhì)收容部214。介質(zhì)收容部214與后蓋207緊密接觸。介質(zhì)收容部214與上述各應用例同樣地與配置于機芯203與介質(zhì)收容部214之間的作用部224相連接。
在該應用例中，介質(zhì)收容部214上形成有與圖4(b)所示者類似的貫穿部214a，該貫穿部214a內(nèi)嵌合有自后蓋207的內(nèi)表面突出的突出部207a。因此，介質(zhì)收容部214與后蓋207之間的接觸面積可進一步增大，并且能夠以更高的效率將后蓋207的溫度傳遞給介質(zhì)收容部214內(nèi)的熱介質(zhì)，因而，能夠更為靈敏地捕捉后蓋207的溫度變化。
介質(zhì)收容部214的俯視形狀不限于圓形，可根據(jù)外殼201和后蓋207的俯視形狀做成適當?shù)男螤?例如矩形等)。
應用例8下面，結合圖13和圖14對本發(fā)明所涉及的應用例8進行說明。該應用例8的手表300與上述各應用例3～7同樣，具有外殼301、透光部件302、機芯303、后蓋304。在該應用例中，在整體呈環(huán)狀構成的外殼301的內(nèi)部形成有介質(zhì)收容空間301a，外殼301本身作為介質(zhì)收容部而構成。介質(zhì)收容空間301a中收容有與上述同樣的熱介質(zhì)310，通過將后蓋304安裝在外殼301上而將熱介質(zhì)310密封起來。
在外殼301的外周部，設有通過形成多個環(huán)狀槽而在圖示的上下方向上形成的表面凹凸結構301b。介質(zhì)收容空間301a與沿外殼301內(nèi)側呈圓弧狀延伸的變動部311的內(nèi)部連通。變動部311以能夠在其延伸方向上伸縮地構成，具有例如圖示那樣的波紋結構。變動部311的前端連接有驅(qū)動臂312的根端，該驅(qū)動臂312也具有沿外殼301的內(nèi)側呈圓弧狀延伸的形狀。驅(qū)動臂312的前端端部可自由滑動地插入在沿外殼301的內(nèi)側呈圓弧狀延伸的壓力缸313的內(nèi)部。在該壓力缸313的內(nèi)部收容有彈性部件314，該彈性部件314由可施加將驅(qū)動臂312推向壓力缸313外的彈性力的諸如螺旋彈簧等構成。
在驅(qū)動臂312的內(nèi)側側面上形成有齒條部312a。機芯303上設有與驅(qū)動臂312的齒條部312a嚙合的齒輪303a，該齒輪303a與齒輪303b嚙合，齒輪303b與條盒輪303c嚙合。這些齒輪303a、303b構成了將驅(qū)動臂312的圓弧形動作以旋轉(zhuǎn)運動的形式向機芯303內(nèi)傳遞的傳遞輪系。經(jīng)齒輪303a、303b傳遞的旋轉(zhuǎn)能儲存到上述條盒輪303c內(nèi)的發(fā)條中。
在外殼301中，具有形成上述表面凹凸結構301b的外周的外壁部301c在整周上以導熱性較其它部分更高的材料構成。作為外殼301的其它部分的材料，可列舉出不銹鋼、鎢、鋁合金、鈦或鈦合金等。而作為外壁部301c的材料，可列舉出導熱率高于上述材料的材料，例如，金、銀、銅、鋁或鋁合金、鎂合金、鈹合金等。其中，關于外壁部301c的導熱率，為使導熱率高于通常用于制造外殼的鐵、不銹鋼、各種樹脂，以55W·m-1·K-1以上為宜，特別是，為使導熱率高于通常用于制造外殼的黃銅，以110W·m-1·K-1為宜。
作為本實施形式的外殼301，如上所述地以導熱性高于其它部分的外壁部301c呈環(huán)狀構成，但也可以這樣構成，即，將與之同樣導熱性高于其它部分的多個部分沿周向排列并嵌合在外殼301的外周的外壁部上。也就是說，外壁部301c在外殼301的外周，既可以連續(xù)設置也可以分散設置多個。
后蓋304是以導熱性較外殼301的外壁部301c和其它部分均低(導熱率低)的材料構成。作為后蓋304的材料，例如可列舉出丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等各種樹脂材料；玻璃、陶瓷、以玻璃纖維·棉·羊毛·合成纖維·紙纖維等各種纖維材料制成的材料；石膏板和磚質(zhì)材料等等。此外，也可以在殼體的局部形成空洞或槽等而將它們作為絕熱層使用。另外，也可以將后蓋304經(jīng)如上所述適宜的絕熱層與外殼301或介質(zhì)收容空間301a相連接。在這種場合，即使后蓋304本身不采用導熱性低的材料也能夠構成具有絕熱效果的結構。作為絕熱層的導熱率，為了低于外殼所通常采用的不銹鋼的導熱率，以10W·m-1·K-1c以下為宜，特別是，為了獲得與耐火材料的玻璃、莫來石瓷器、滑石質(zhì)瓷器同等或更低的導熱率，以3W·m-1·K-1以下為宜。
在該應用例8中，由于在外殼301內(nèi)構成有介質(zhì)收容空間310，使得外部與熱介質(zhì)之間的熱交換可良好地進行，其結果，變動部311的動作量可增大，因此，可通過內(nèi)裝于機芯303內(nèi)的發(fā)條機構和發(fā)電裝置取出的能量也能夠增加。
此外，變動部311和構成動作部的驅(qū)動臂312沿外殼301的內(nèi)側配置，而且能夠沿外殼301的內(nèi)側變形和動作，因此，能夠?qū)⒆儎硬亢蛣幼鞑烤o湊地進行收容，故具有良好的空間利用率，可實現(xiàn)儀器整體的小型化。這種結構特別是對手表和便攜式電話等便攜式儀器具有重要的意義。
在本應用例8中，特別是其結構為在外殼301與機芯303之間的空間內(nèi)收容有變動部及動作部，因此，外殼整體可緊湊地構成，可實現(xiàn)薄型化。在這里，該應用例8中，外殼301呈圓盤狀形成，并且機芯303也呈圓盤狀形成，因此，變動部和動作部的形狀也呈以圓弧狀延伸的形狀構成，而且，其形狀能夠向延伸方向變形、進行動作。因此，這些構成部分能夠緊湊地組裝在一起，提高外殼內(nèi)的空間利用率。
此外，在應用例8中，為提高與外部之間的熱交換性，僅將外殼301的外壁部301c以導熱性高的材料構成，因此，能夠與外部的所希望的部位之間有選擇地進行熱交換。此外，外壁部301c是設在外殼301的局部上的，因此，與整個外殼以導熱性良好的材質(zhì)構成相比，可降低外殼材料的購置成本，保證外殼的強度和耐腐蝕性，提高外殼部件的可加工性。
應用例9下面，結合圖15和圖16對本發(fā)明所涉及的應用例9進行說明。該應用例9的手表400與上述應用例8同樣，具有外殼401、透光部件402、機芯403。
在該應用例中，與應用例8不同的是，具有外殼401和后蓋相當部分(應用例8中與后蓋304安裝部分相當?shù)奈恢锰幍牟糠?制成一體的連體結構。外殼401由上構件401A和固著在該上構件401A上的下構件401B構成，所說上構件401A具有將外周上表面部分以及透光部件402和機芯403收容在內(nèi)的收容凹部，所說下構件401B的導熱性高于上構件401A。上構件401A由與上述應用例8所示外殼301的其它部分同樣的材料構成，下構件401B由與應用例8所示外殼的外壁部301c同樣的材料構成。
上構件401A與下構件401B之間形成有介質(zhì)收容空間401a，在該介質(zhì)收容空間401a的內(nèi)部密封有與上述同樣的熱介質(zhì)410。即使在連體型外殼401的后蓋相當部分的內(nèi)側也存在有介質(zhì)收容空間401a。在構成外殼401的下構件401B的外周端面上，沿上下方向形成有與應用例8同樣的多個環(huán)狀槽，構成了表面凹凸結構401b。
外殼401的介質(zhì)收容部401a與變動部411的內(nèi)部連通。變動部411與上述各實施形式同樣，具有可沿延伸方向自由伸縮地構成的波紋結構。變動部411的前端端部與驅(qū)動臂412連接，驅(qū)動臂412可自由滑動地插入在設置在外殼401的內(nèi)側的壓力缸401c內(nèi)，在收容于壓力缸401c的縱深處的螺旋彈簧等彈性部件414的作用下，趨于向被推出壓力缸401c的方向移動。
在驅(qū)動臂412的側面部位形成有齒條部412a。該齒條部412a與設在機芯403上的齒輪403a嚙合，齒輪403a與齒輪403b嚙合，齒輪403b進而與條盒輪403c嚙合。由這些齒輪403a、403b構成的傳遞輪系所傳遞的旋轉(zhuǎn)能被儲存在條盒輪403c內(nèi)的發(fā)條上。
在該應用例9中，外殼401具有俯視時呈矩形的外緣形狀，變動部411和相當于動作部的驅(qū)動臂412具有大體沿外殼401的外緣形狀呈直線延伸的形狀，并且能夠在該延伸方向上呈直線狀變形、動作。這樣，能夠?qū)⒆儎硬亢蛣幼鞑孔龀膳c儀器結構相適合的最佳形狀，并且，具有最佳的變形方向和動作方向。
在本實施形式中，具有可使外殼401的外周的外壁部和后蓋相當部分與熱介質(zhì)410之間的熱交換能夠平滑地進行的結構。因此，作為手表400，在戴在手臂上的狀態(tài)下，可使體溫容易經(jīng)后蓋相當部分傳遞給熱介質(zhì)410，并且可將外部氣溫通過外周的外壁部的表面凹凸結構401b傳遞給熱介質(zhì)410。而在從手臂上摘下的狀態(tài)下，外部氣溫能夠通過外周的外壁部和后蓋相當部分兩個方面向熱介質(zhì)410高效率地傳遞。因此，在將手表400戴在手臂上或從手臂上摘下時，熱介質(zhì)410的溫度能夠急劇變化而吸取能量，并且，通過外壁部的表面凹凸結構401b還能夠從外部氣溫的變化吸取能量。
第3實施形式下面，結合圖17對本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換方法的實施形式(第3實施形式)進行說明。本實施形式示出能夠以上述應用例8的手表300加以實施的方法。本實施形式屬于這樣一種方法，即，構成具有上述熱能轉(zhuǎn)換裝置的各實施形式中所設置的收容有熱介質(zhì)的介質(zhì)收容部以及內(nèi)部與該介質(zhì)收容部的內(nèi)部連通的變動部的熱轉(zhuǎn)換體，以在該熱轉(zhuǎn)換體上設置有適當?shù)膭幼鞑亢娃D(zhuǎn)換儲存部的狀態(tài)加以實現(xiàn)的方法。
如圖17所示，首先，在步驟S1中，使介質(zhì)收容部與第1熱源進行熱接觸。在該狀態(tài)下，于第2步驟S2中，隨著第1熱源溫度的改變，介質(zhì)收容部內(nèi)熱介質(zhì)的溫度發(fā)生變化，在步驟S3中，發(fā)生因熱介質(zhì)體積的變化而發(fā)生的變動部容積的變化(變形)。之后，隨著該變動部的變形，如步驟S4所示，動作部動作，將其動能如步驟S5所示，在轉(zhuǎn)換儲存部轉(zhuǎn)換為適當?shù)男问竭M行儲存。
其中，作為第1熱源，利用的是應用例8所示的外部空氣。外部空氣隨著時間而改變，特別是以一日為周期反復出現(xiàn)溫度的上升與溫度的下降。利用外部空氣作為第1熱源的優(yōu)點是，只要使介質(zhì)收容部或?qū)⑵涓采w的殼體與外部空氣接觸便能夠?qū)崿F(xiàn)熱接觸，不必再特意準備另外的熱源，或者為實現(xiàn)與熱源的熱接觸而進行準備。
在這種場合下，作為介質(zhì)收容部，由于結構與配置上的原因，會出現(xiàn)除了與第1熱源之外還與其它的第2熱源相接近地配置或相接觸的情況發(fā)生。例如，在上述應用例8中，外殼與外部空氣接觸，同時，后蓋與作為第2熱源的手臂接觸。由于手臂是與體溫有關而大體保持恒定的熱源，因此，當介質(zhì)收容部與手臂熱接觸時，會對熱介質(zhì)溫度的變化產(chǎn)生影響。因此，在介質(zhì)收容部如上所述地與溫度波動較第1熱源小的第2熱源相接近或相接觸的場合，最好是，像應用例8那樣，后蓋以導熱性低的材料形成，如步驟S6所示的，將第2熱源與介質(zhì)收容部之間適當絕熱，減輕第2熱源對熱介質(zhì)溫度變化的影響程度。
第4實施形式最后，結合圖18對本發(fā)明所涉及的熱能轉(zhuǎn)換方法的另一個實施形式(第4實施形式)進行說明。在該第4實施形式中，通過使介質(zhì)收容部在步驟S1所示介質(zhì)收容部與第1熱源熱接觸的狀態(tài)，和與溫度不同于該第1熱源的第2熱源熱接觸的步驟S2所示狀態(tài)這兩種狀態(tài)之間變化，從而使得介質(zhì)收容部內(nèi)的熱介質(zhì)發(fā)生溫度變化。例如，通過介質(zhì)收容部從與第1熱源熱接觸的狀態(tài)(步驟S1)改變?yōu)榕c第2熱源熱接觸的狀態(tài)(步驟S2)，熱介質(zhì)的溫度如步驟S3所示發(fā)生變化。其結果，因熱介質(zhì)體積的變化，將如步驟S4所示，變形部隨著容積的變化而發(fā)生變形，將隨著這一變形而如步驟S4所示產(chǎn)生的動能如步驟S5所示適當進行轉(zhuǎn)換而加以儲存。
作為該實施形式的具體例子，可以想到將應用例9的手表戴在手臂上或從手臂上摘下，從而使介質(zhì)收容部內(nèi)的熱介質(zhì)在受到體溫加熱的狀態(tài)與被外部空氣冷卻的狀態(tài)之間改變時的情形。
在這里，當介質(zhì)收容部與第1熱源(例如手臂)熱接觸時，也可以同時與第2熱源(例如外部空氣)熱接觸。
此外，還可以將該第4實施形式與上述第3實施形式進行組合而取出能量。即，在第4實施形式中，當?shù)?熱源與第2熱源中的至少一方為其溫度的變化足以能夠取出能量的熱源時，在介質(zhì)收容部與該熱源熱接觸期間，利用因該熱源溫度變化而引起的熱介質(zhì)溫度的變化也能夠取出能量。
顯然，本發(fā)明的熱能轉(zhuǎn)換裝置和具有該熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器以及熱能轉(zhuǎn)換方法并不僅僅限于上述各圖所示例子的儀器中和狀況下的實現(xiàn)模式，例如，除了鐘表以外，在包括計算器、便攜式音響儀器、便攜式電話、信息終端機、個人計算機等便攜式電子儀器在內(nèi)的各種電子儀器以及玩具(一般玩具、電子玩具)等中也能夠加以應用，在不超出本發(fā)明之宗旨的范圍內(nèi)可以進行各種改變。
工業(yè)上的應用領域按照以上所說明的本發(fā)明，對于諸如日常外部氣溫那樣極為緩慢的微小的溫度變化，以及從室內(nèi)到室外再回到室內(nèi)或?qū)x器從緊密接觸皮膚的狀態(tài)暫時摘下后使之再與皮膚緊密接觸等情況下所發(fā)生的急劇的溫度變化，變動部能夠靈敏地且迅速地變形從而變成動作部的動能取出，因此，不僅能夠取出比現(xiàn)有技術更大的能量，而且即使不像現(xiàn)有技術那樣對動作部的動作加以限制，或者對動作的限制較為寬松，也能夠高效率地取出能量。這樣的裝置、儀器或方法，特別是應用于消耗能量的便攜式儀器或裝飾品中時，能夠獲得顯著的實用性效果。
權利要求書按照條約第19條的修改1．一種熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，包括具有內(nèi)部收容有體積能夠隨著溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在該密閉容器內(nèi)設置有容積不會發(fā)生實質(zhì)性改變的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部連通的、容積能夠改變的變動部的熱轉(zhuǎn)換體，以及與該變動部容積的變化相應地進行動作的動作部；上述變動部的容積小于上述介質(zhì)收容部的容積。
2．如權利要求1的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述介質(zhì)收容部呈延伸形狀構成。
3．如權利要求2的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述介質(zhì)收容部是其延伸形狀呈彎曲狀態(tài)形成。
4．如權利要求1的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述變動部從上述介質(zhì)收容部突出，并且，以垂直于上述變動部突出方向的平面剖切的上述變動部的斷面面積小于在與上述變動部相連接的區(qū)域中以上述平面進行剖切的上述介質(zhì)收容部的斷面面積。
5．如權利要求1的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述變動部以能夠在既定方向上伸縮地構成，上述動作部以能夠相應于上述變動部的伸縮在上述既定方向上往復動作地構成。
6．如權利要求1的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，具有儲存上述動作部的動能的儲存機構。
7．如權利要求6的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，作為上述儲存機構，具有暫時儲存上述動作部的動能的第1儲存部，以及對該第1儲存部輸出的能量再次進行儲存的第2儲存部。
8．如權利要求7的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述第1儲存部中的能量轉(zhuǎn)換特性與上述第2儲存部中的能量轉(zhuǎn)換特性相比，相對于輸入能量的大小其轉(zhuǎn)換效率的變化特性較為平緩。
9．如權利要求7或8的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，具備對能量從上述第1儲存部向上述第2儲存部的送出量進行控制的控制機構。
10．如權利要求9的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述控制機構的結構為對上述送出量所進行的控制能夠平緩上述第2儲存部的能量儲存量的波動，上述第2儲存部上連接有消耗儲存在上述第2儲存部中的能量的能量消耗部。
11．如權利要求9的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述控制機構將上述送出量控制成恒定。
12．如權利要求11的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，具有靠上述第1儲存部送出的能量以與上述送出量相應的動作模式受到驅(qū)動的被驅(qū)動部。
13．如權利要求7或8或10至12之一的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述第1儲存部是將上述動作部的動能轉(zhuǎn)換為變形能、位能或旋轉(zhuǎn)能等機械能而暫時加以儲存的機械能儲存機構，上述第2儲存部具有將上述第1儲存部輸出的機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機構、以及儲存從該發(fā)電部獲得的電能的電能儲存機構。
14．一種具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，具有權利要求1或3或7或8或10至12之一的權利要求所述的熱能轉(zhuǎn)換裝置。
15．如權利要求14的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，具有收容上述熱能轉(zhuǎn)換裝置的殼體，沿該殼體的內(nèi)表面配置上述介質(zhì)收容部。
16．如權利要求15的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，上述殼體與上述介質(zhì)收容部的外壁密合，或者，上述殼體與上述介質(zhì)收容部的外壁成一體構成。
17．如權利要求15或16的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，在上述殼體上，設有自上述殼體的外表面延伸至與上述介質(zhì)收容部相鄰接之位置處的、比其它部分具有更高的導熱率的熱量通道。
18．如權利要求15或16的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，在上述殼體上鄰近上述介質(zhì)收容部的部分的外表面上有選擇地設有凹凸形狀。
19．如權利要求15或16的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，上述殼體中與上述介質(zhì)收容部相鄰接的部分上有選擇地設有比其它部分具有更低的導熱率的絕熱部。
20．如權利要求15或16的儀器，其特征是，上述儀器是電子儀器。
21．一種熱能轉(zhuǎn)換方法，其特征是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部相連通的容積能夠改變的變動部，利用外部溫度的變化使上述介質(zhì)收容部內(nèi)的溫度改變，從而使上述變動部的體積變化，靠該體積的變化產(chǎn)生動能。
22．一種熱能轉(zhuǎn)換方法，其特征是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部相連通的容積能夠改變的變動部，通過使上述介質(zhì)收容部從與第1熱源熱接觸的狀態(tài)變化為與溫度不同于上述第1熱源的第2熱源熱接觸的狀態(tài)，使上述變動部體積發(fā)生變化，靠該體積的變化產(chǎn)生動能。
23．一種熱能轉(zhuǎn)換方法，其特征是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部相連通的容積能夠改變的變動部，在上述介質(zhì)收容部的周圍，設置用來與第1熱源接觸的第1外表面，以及用來與相對于上述第1熱源溫度變化較大的第2熱源接觸的第2外表面，經(jīng)上述第1外表面進行的外部與上述介質(zhì)收容部之間的熱交換性低于經(jīng)上述第2外表面進行的外部與上述介質(zhì)收容部之間的熱交換性。
權利要求
1．一種熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，包括具有內(nèi)部收容有體積能夠隨著溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在該密閉容器內(nèi)設置有容積不會發(fā)生實質(zhì)性改變的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部連通的、容積能夠改變的變動部的熱轉(zhuǎn)換體；以及與該變動部容積的變化相應地進行動作的動作部。
2．如權利要求1的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述變動部的容積小于上述介質(zhì)收容部的容積。
3．如權利要求1或2的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述介質(zhì)收容部呈延伸形狀構成。
4．如權利要求3的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述介質(zhì)收容部是其延伸形狀以彎曲狀態(tài)形成。
5．如權利要求1或2的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述變動部從上述介質(zhì)收容部突出，并且，以垂直于上述變動部突出方向的平面剖切的上述變動部的斷面面積小于在與上述變動部相連接的區(qū)域中以上述平面進行剖切的上述介質(zhì)收容部的斷面面積。
6．如權利要求1或2的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述變動部以能夠在既定方向上伸縮地構成，上述動作部以能夠相應于上述變動部的伸縮在上述既定方向上往復動作地構成。
7．如權利要求1或2的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，具有儲存上述動作部的動能的儲存機構。
8．如權利要求7的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，作為上述儲存機構，具有暫時儲存上述動作部的動能的第1儲存部，以及對該第1儲存部輸出的能量再次進行儲存的第2儲存部。
9．如權利要求8的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述第1儲存部中的能量轉(zhuǎn)換特性與上述第2儲存部中的能量轉(zhuǎn)換特性相比，相對于輸入能量的大小其轉(zhuǎn)換效率的變化特性較為平緩。
10．如權利要求8或9的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，具備對能量從上述第1儲存部向上述第2儲存部的送出量進行控制的控制機構。
11．如權利要求10的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述控制機構的結構為對上述送出量所進行的控制能夠平緩上述第2儲存部的能量儲存量的波動，上述第2儲存部上連接有消耗儲存在上述第2儲存部中的能量的能量消耗部。
12．如權利要求10的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述控制機構將上述送出量控制成恒定。
13．如權利要求12的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，具有靠從上述第1儲存部送出的能量以與上述送出量相應的動作模式受到驅(qū)動的被驅(qū)動部。
14．如權利要求8或9或11至13之一的熱能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是，上述第1儲存部是將上述動作部的動能轉(zhuǎn)換為變形能、位能或旋轉(zhuǎn)能等機械能而暫時加以儲存的機械能儲存機構，上述第2儲存部具有將上述第1儲存部輸出的機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機構、以及儲存從該發(fā)電部獲得的電能的電能儲存機構。
15．一種具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，具有權利要求1或2或4或8或9或11至13之一的權利要求所述的熱能轉(zhuǎn)換裝置。
16．如權利要求15的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，具有收容上述熱能轉(zhuǎn)換裝置的殼體，沿該殼體的內(nèi)表面配置上述介質(zhì)收容部。
17．如權利要求16的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，上述殼體與上述介質(zhì)收容部的外壁密合，或者，上述殼體與上述介質(zhì)收容部的外壁成一體構成。
18．如權利要求16或17的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，在上述殼體上，設有自上述殼體的外表面延伸至與上述介質(zhì)收容部相鄰接之位置的、比其它部分具有更高導熱率的熱量通道。
19．如權利要求16或17的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，在上述殼體鄰近上述介質(zhì)收容部的部分的外表面上有選擇地設有凹凸形狀。
20．如權利要求16或17的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，上述殼體中與上述介質(zhì)收容部相鄰接的部分上有選擇地設有比其它部分具有更低的導熱率的絕熱部。
21．如權利要求16或17的具有熱能轉(zhuǎn)換裝置的儀器，其特征是，上述儀器是電子儀器。
22．一種熱能轉(zhuǎn)換方法，其特征是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部相連通的容積能夠改變的變動部，利用外部溫度的變化使上述介質(zhì)收容部內(nèi)的溫度改變，從而使上述變動部的體積變化，靠該體積的變化產(chǎn)生動能。
23．一種熱能轉(zhuǎn)換方法，其特征是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度的變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部連通的容積能夠改變的變動部，通過使上述介質(zhì)收容部從與第1熱源熱接觸的狀態(tài)變化為與溫度不同于上述第1熱源的第2熱源熱接觸的狀態(tài)，使變動部體積發(fā)生變化，靠該體積的變化產(chǎn)生動能。
24．一種熱能轉(zhuǎn)換方法，其特征是，制造出一種熱轉(zhuǎn)換體，該熱轉(zhuǎn)換體具有內(nèi)部收容有體積隨溫度變化而變化的熱介質(zhì)的密閉容器，在上述密閉容器中，設有容積不會發(fā)生實質(zhì)性變化的介質(zhì)收容部以及與該介質(zhì)收容部相連通的容積能夠改變的變動部，在上述介質(zhì)收容部的周圍，設置用來與第1熱源接觸的第1外表面，以及用來與相對于上述第1熱源溫度變化較大的第2熱源接觸的第2外表面，經(jīng)上述第1外表面進行的外部與上述介質(zhì)收容部之間的熱交換性低于經(jīng)上述第2外表面進行的外部與上述介質(zhì)收容部之間的熱交換性。
全文摘要
一種熱能轉(zhuǎn)換裝置,具有:由容積不會發(fā)生實質(zhì)性改變的介質(zhì)收容部(10)和容積能夠改變的變動部(11)構成的熱轉(zhuǎn)換體,由活塞(13)、轉(zhuǎn)動桿(15)和驅(qū)動桿(16)構成的動作部,條盒輪(21)構成的第1轉(zhuǎn)換儲存部,發(fā)電機(30)構成的第2轉(zhuǎn)換儲存部。當周圍溫度變化時,收容于介質(zhì)收容部(10)內(nèi)的熱介質(zhì)的體積發(fā)生變化,變動部(11)的容積改變而使活塞(13)動作。活塞(13)的動作經(jīng)轉(zhuǎn)動桿(15)和驅(qū)動桿(16)儲存到條盒輪(21)內(nèi)的發(fā)條上,進而以發(fā)電機(30)進行發(fā)電。
文檔編號F03G7/06GK1310786SQ00800990
公開日2001年8月29日 申請日期2000年5月26日 優(yōu)先權日1999年5月26日
發(fā)明者宮澤健一 申請人:精工愛普生株式會社