式繞該忍移 動，由此消除壓力脈沖。
[0502] 使用機械連結件來操作壓力釋放機構會解決與其它方法相關聯的問題，所述其它 方法根據壓力脈沖來操作它們。液壓壓力釋放技術導致脈沖在系統(tǒng)中的壓力釋放機構和其 它壓力容器之間分擔，可W不裝配壓力釋放機構和其它壓力容器W處理相對較快的壓力波 動。通過總是維持各忍中的恒定體積，機械連結壓力釋放裝置不會允許運種情況發(fā)生。
[0503] 在它的最基本實施例中，該壓力釋放方法包括機械連結到工作活塞的附加活塞。 該活塞具有與工作活塞相似的尺寸，并且不同步地進行。允許該壓力釋放活塞執(zhí)行與主活 塞相反的沖程的建議機構是杠桿，其排量比例是1:1。圖51示出了該布置。
[0504] 可W從W上圖51中看到，當該忍加熱引起該主活塞上升時，所連結的壓力釋放活 塞W相等的速率下降。此允許由上升的活塞引起的體積減小(Vp)由接收所排出的流體的壓 力釋放活塞抵消。此會導致該忍中存在恒定的體積，并且因此沒有壓力波動
[0如引實施例A-一自輔助活塞
[0506] 自輔助主活塞是活塞外殼設計的另一實施例，其消除了壓力脈沖問題。該構思由 從主忍貫穿到主活塞下方的液壓管線組成，在主活塞下方處，具有一活塞頭，該活塞頭具有 合適的橫截面面積(CSA)，其機械地連結到所述主活塞。該布置會導致由上升的活塞引起的 體積減小，該體積減小由在其下方引起的等量體積增大而抵消，并且反之亦然。圖52示出了 該操作，其中允許工作流體在主活塞下方行進。
[0507] 可W從W上圖52中看到：在冷卻期間由于主活塞下降，在該主活塞下方的活塞下 降，從而允許主忍和在該主活塞下方的區(qū)域之間的體積交換。在加熱循環(huán)中發(fā)生其相反的 情形，并且因此，該忍應當不經歷體積波動。運會導致主活塞的運動的更多自由度，同時允 許消除壓力脈沖的問題。
[0如引總體設計考慮
[0509] 用于該構思的重要設計考慮是輔活塞。該部件的面表面積必須具有運樣的值，即， 其使得該部件排放的體積等于主活塞頭的體積。此是因為主活塞頭和輔活塞頭固定到彼 此。因此它們具有相同的有效沖程。因此，無論一側經歷什么位移，另一個也必須經歷運樣 的位移。通過考慮多種因素，可W實現借助輔活塞的直徑來指定輔活塞的正確面表面積。運 通過確定在考慮SMA收縮的效果之后由主活塞頭所排放的體積來執(zhí)行。SMA線會沿軸向和徑 向均收縮，此會導致系統(tǒng)體積增大。該體積變化會平衡由上升的主活塞引起的體積減小。W 下概述用于確定正確輔助活塞尺寸的程序。
[0510] 由SMA線經歷的收縮由貝氏應變引起。此導致該線沿所有方向收縮。在具有線的情 形下，收縮沿直線或徑向發(fā)生。在圖53中示出了此，其中該線長度從L減小到1，并且直徑從D 減小到d。該活塞外殼機構的基本幾何形狀也在該圖中示出。
[0511] 為了確定活塞軸的正確直徑，應當進行W下程序：
[051^ 1.確定由SMA直線收縮所引起的體積變化。
[0513] e.確定每個單獨線的初始橫截面面積Al;
[051引其中，D等于在收縮前，線的直徑。
[0516] f.計算由線性收縮所排出的體積Vi;
[0517] Vi = AKL-I)
[0518] 其中，L等于在收縮前SMA線的長度，并且1等于在收縮后SMA線的長度。
[0519] 2.確定由徑向收縮所排出的體積。
[0520] g.得到徑向收縮的橫截面面積A2,其可W被視為在收縮前和收縮后該線的橫截面 面積之差：
[0522] 其中d等于在收縮后的直徑。
[0523] h.計算由徑向收縮所排出的體積V2;
[0524] V2 = A2l
[0525] 確定SMA線的總體體積減小量Vt。
[0526] Vt=(Vi+V2)N
[0527] 其中，N是成束的SMA線的數量。
[0528] 4.計算由主活塞排出的體積。
[0529] a.確定在沖程中排出的體積XP:
[0531] 其中，Ap等于主活塞的面表面面積，而dp等于主活塞頭的直徑。
[0532] b.考慮由SMA收縮所引起的體積偏移，確定由主活塞排出的實際體積Vn:
[0533] Vn=Vm-Vt
[0534] 5.基于每個沖程待排出的所需體積Va限定合適的輔活塞頭的直徑。
[0539] 其中，Aa等于主活塞的面表面面積，而dA等于輔活塞頭的直徑。
[0540] 構思B-一輔助的傳動裝置
[0541] 在該文獻中討論的構思可W采取各種不同的實施例。一種此類布置是其中由連接 到傳動裝置的活塞減緩壓力脈沖的布置。在圖54中示出了該構思。由于該壓力脈沖活塞所 連接到的傳動軸具有單向移動，所W該活塞會需要復位彈黃W將活塞移動回到其初始位 置。
[0542] 如可W從W上附圖中看到的，隨著忍加熱和它的活塞上升，所產生的力通過該傳 動裝置向下推動液壓活塞，并且因此使該系統(tǒng)的體積增大合適的量。該操作會導致該忍中 存在恒定體積，并且因此，不會產生壓力脈沖。隨著該忍冷卻，發(fā)生相反的操作，其中，由于 存在復位彈黃，主活塞下降并且液壓釋放活塞上升，從而再次維持恒定壓力。
[0543] 應當注意的是，當該忍加熱時，僅由主活塞作用在液壓活塞上。當冷卻該忍時，所 連接的傳動部件(諸如超越齒輪)會靠慣性滑行。此會通過使用復位彈黃允許壓力釋放活塞 返回到其初始位置。從壓力釋放活塞到傳動裝置的連接可W認為是對用于主活塞的傳動裝 置的復制，除了它們安裝在傳動軸的相對側上并且可W不同地定尺寸外。運會允許沿與主 活塞相反的方向將做功傳送到壓力釋放活塞，W滿足存在與該忍中的恒定體積。W相同的 方式，運允許兩個超越齒輪沿相反方向W慣性滑行。W下在圖55中示出該布置。
[0544] 如從W上示意圖中可W看到，該傳動裝置由超越齒輪、凸輪離合器、皮帶和兩個軸 組成。超越齒輪的目的是允許沿一個方向將做功傳送到該超越齒輪所配合的軸（當壓力脈 沖發(fā)生時），并且沿另一方向靠慣性滑行。此導致僅當忍加熱時或者當工作活塞上升時傳送 做功。實現該凸輪離合器W允許來自超越齒輪軸的做功傳送到輸出軸，而不是W其它方式。 此允許多個源為該軸提供動力，而不彼此影響。
[0545] 如該文獻中前面討論的，每個壓力釋放活塞的沖程可W通過合適地設計該活塞面 而得到改變。施加在該沖程壓力釋放活塞上的沖程會影響用在輸出軸上的所需齒輪尺寸， W允許所需的沖程從具有固定位移的工作活塞進行傳送。例如，如果需要該所需的壓力釋 放沖程比工作活塞的動力沖程長，則它所配合的齒輪需要大于連接到所述工作活塞的齒 輪。如果壓力釋放活塞的沖程比主活塞的沖程短，則情況相反。
[0546] 由于該布置包括連結到該壓力釋放活塞的工作活塞，所W在系統(tǒng)/工作活塞的動 力沖程期間會有做功從該系統(tǒng)/工作活塞流失。操作該壓力釋放活塞所需的力需要克服復 位彈黃的松弛力。因此，為了確定該力，必須限定所需的彈黃。
[0547] 對于設計該裝置而言，必須考慮該活塞面表面積W及該彈黃的剛度和幾何形狀。 已經討論了如何可W基于活塞的可允許偏移來為壓力釋放活塞定尺寸。如果該裝置待從所 述忍伸出，則該可允許偏移量可能由繞忍的可用空間來決定。對于由該忍的幾何形狀所限 制的活塞面尺寸或者標準可用部件，則是相反的情形，在此情形下，W相似方式計算所導致 的偏移量。基于運些值，可W為正確地彈黃定尺寸。圖56示出了壓縮彈黃在其工作時的狀 態(tài)。
[0548] 如圖56可W看到的，該彈黃在不同工作中出現=種狀態(tài)中的一種，運=種狀態(tài)為： 自由長度、預加載和最大工作加載。該自由長度是在該應用中在開啟驅動器之前彈黃未加 載時的長度。該安裝的長度或者預加載長度是當打開該驅動器時彈黃的長度。此是當該系 統(tǒng)達到工作壓力（3 2己）時所觀察到的該彈黃所處的狀態(tài)。最終，在最大工作載荷或者壓力 脈沖下，該彈黃減小到它的工作長度。該工作長度是運樣的長度，即在SMA加熱期間主活塞 達到其峰值，并且所造成的偏移量達到最大（即由初始2己引起的連續(xù)偏移）。因此，可W推 論:除了會緩解壓力脈沖的、由附連的傳動裝置所引起的偏移之外，彈黃的總體偏移必須能 夠便于由初始2己壓力所引起的偏移。此可W如下W數學方式確定。
[0549] 使用胡克定律，可W限定所需的彈性系數，該彈性系數可W用W限定允許必須經 歷所需總體偏移的彈黃。胡克定律可W通過W下等式表達，其中F是力，k是彈性系數，并且X 是位移。
[0550] F = -kx
[0551] 由于彈黃的基本功能是基于它的活塞面表面積來排出特定體積，所W需要確定用 于彈性系數化)的正確值和彈黃尺寸，此會按需進行。此可W通過W下實例來實現。
[0552] 通過選擇具有合適尺寸的現成彈黃開始。此類彈黃的一個實例是如 Ieesprings. com所提供的LHC250U08M壓縮彈黃。該彈黃具有相對較高的彈性系數（18.87N/ mm)和相對較高的沖程長度(70.8mm)。如W下所示，可W進一步檢驗該彈黃的合適性。
[0553] 用于該彈黃的總體有效沖程St是70.8mm，然而，可允許的沖程可W更小，因為過度 壓縮彈黃可損壞彈黃在循環(huán)加載情形下的性能。因此，實際有效沖程Sa表達如下：
[0 巧 4] Sa= (0.85) Si
[0 巧 5] Sa= (0.85) (70.8) =60.18mm
[0556]下一步驟是確定由2己（200kPa)的系統(tǒng)壓力Pi所引起的初始位移。為了簡單起見， 在該實例中將忽略由SM線引起的體積增大。將假定的是，壓力釋放活塞設計為具有與主活 塞相同的活塞頭直徑，W為其在相同的沖程中排出相同的體積量，使得相同的超越齒輪可 W用于兩個活塞。該主活塞頭的直徑可W是60mm?？紤]運些系統(tǒng)參數，施加在壓力釋放活塞 上的力Fi可W如下確定，其中，A是壓力釋放活塞的活塞面面積。
郵59] Fi = 565.5N
[0560]該力現在可W代入到胡克定律，W確定該釋放彈黃的初始偏轉量Xi:
[化 61] Fi = -kxi
[0563] 在該實例中，在SMA收縮期間，該主活塞的沖程和因此壓力釋放活塞的沖程會是 30mm。因此，該彈黃經歷的總體偏移量Xf是：
[0564] Xf = xi+xd = 29.97+30 ; 60mm
[化化].'.^<54
[0566] 因此，可W認為，該彈黃適于該應用，因為它能夠在循環(huán)范圍內經歷所需的偏轉， 同時工作沖程Xf小于有效沖程Sa。
[0567] 最終步驟是確定將活塞返回到其初始位置所需的復位力Freturn。此可W通過再次 使用胡克定律來實現。在圖57中也示出了該力的位置。
[056引 Fi = -kxi
[0570] Freturn = 566. IN
[0571] 因此，對于該應用，壓力釋放活塞會從主工作活塞的動力沖程中帶走566牛頓的 力。
[化72]體積交換構思
[化7引示意性實例
[0574] 如圖58、59和60看到的，該壓力釋放裝置的構造可W需要但是不限于W下構件：
[化巧]實例A--圖58 [化76] 1.每個忍的輔活塞
[0577] 2.每個忍的輔活塞密封件
[0578] 3.用于將忍連接到每個忍的輔活塞的流體管線
[0579] 4.活塞外殼機加工 [化80] 實例B--圖59
[0581 ] I.每個忍的壓力釋放活塞
[化82] 2.每個壓力釋放活塞的密封件
[0583] 3.每個忍的將忍連接到活塞的液壓管線
[0584] 4.活塞外殼機加工W允許連接點 [化化]5.每個忍的復位彈黃
[0586] 6.每個忍的附加超越齒輪
[0587] 實例C--基本杠桿實施例，圖60
[0588] 1.將杠桿臂連接在主活塞和壓力釋放活塞之間
[化89] 2.壓力釋放活塞
[0590] 3.壓力釋放活塞密封件
[0591 ] 4.活塞外殼機加工或者附加壓力釋放活塞外殼部件
[0592] 在該文獻中公開的該活塞外殼壓力釋放機構是解決壓力脈沖問題可行的措施。運 些構思可W成功地將流體體積重定位到它們的忍的不同區(qū)域中。然而，相比于諸如連接相 鄰忍或者改變活塞軸等其它方案，運些機構可能需要更大量的機加工和部件。
[0593] 在本說明書中，術語"包括"或者它們的任何變型W及"包含"或者它們的任何變型 可W考慮為總體上可互換的，并且可W為它們提供可能的最寬泛的解釋，并且反之亦然。
[0594] 本發(fā)明不限于之前描述的實施例，而是可W在構造和細節(jié)上有所不同。
【主權項】
1. 一種能量回收裝置，包括： 第一SMA芯，所述第一SMA芯容納在第一浸沒腔中并且適用于依次填充流體以允許加熱 和/或冷卻所述第一SMA芯； 第二SMA芯，所述第二SMA芯容納在第二浸沒腔中并且適用于依次填充流體以允許加熱 和/或冷卻所述第二SMA芯;并且 其中，所述第一芯和所述第二芯彼此流體連通，使得在所述能量回收裝置中維持基本 恒定的壓力。2. 如權利要求1所述的能量回收裝置，其特征在于，所述第一芯和所述第二芯經由再生 換熱器進行流體連通。3. 如權利要求1所述的能量回收裝置，其特征在于，所述第一芯和所述第二芯經由鄰接 的活塞或液壓管線進行流體連通。4. 如權利要求1所述的能量回收裝置，其特征在于，在每個芯中的恒定體積是通過位于 所述第一芯和所述第二芯之間的活塞連接而維持的。5. 如權利要求1所述的能量回收裝置，其特征在于，所述第一SMA芯或所述第二SMA芯與 位于所述腔中的可移動活塞連結，其中，所述活塞構造有軸，所述軸具有在一個膨脹或收縮 的長度中排出所述SMA芯的直線和/或徑向收縮的相同組合體積的基本相同的橫截面面積 (CSA)〇6. 如權利要求1所述的能量回收裝置，其特征在于，所述第一SMA芯或所述第二SMA芯與 位于所述腔中的可移動第一活塞連結；第二活塞適于以與所述第一活塞不同步的方式操 作。7. 如權利要求1所述的能量回收裝置，其特征在于，所述第一浸沒腔或所述第二浸沒腔 構造有附加腔，所述附加腔包括諸如彈簧的偏置裝置，其中，當所述SMA芯在所述腔中伸展 時，所述偏置裝置允許流體流入所述附加腔中。8. 如權利要求7所述的能量回收裝置，其特征在于，所述偏置裝置包括液壓活塞。9. 一種能量回收裝置，包括： SMA芯，所述SMA芯容納在浸沒腔中并且適用于依次填充流體以允許加熱和/或冷卻所 述SMA芯;并且 所述浸沒腔構造有附加腔，所述附加腔包括諸如彈簧的偏置裝置，其中，在所述SMA芯 在所述腔中伸展時，所述偏置裝置允許流體流入所述附加腔中。10. 如權利要求9所述的能量回收裝置，其特征在于，所述偏置裝置包括液壓活塞。
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于包含SMA芯或材料的能量回收裝置的多個實施例。本發(fā)明解決了由體積減少引起的壓力脈沖的問題，該體積減少是在封閉的浸沒腔中SMA芯和它所聯接的活塞頭收縮導致的。所公開的本發(fā)明提供了用最少的附加部件解決該問題的簡單有效的方法。
【IPC分類】F03G7/06
【公開號】CN105452656
【申請?zhí)枴緾N201480044541
【發(fā)明人】B·卡倫, R·拜恩
【申請人】艾克賽吉恩有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年6月13日
【公告號】CA2915696A1, EP3008337A2, US20160208783, WO2014198934A2, WO2014198934A3