CN108603704A - 用于运行基于循环的系统的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行基于循环的系统的方法，所述系统具有用于流体(3)的热侧储存器(1)和冷侧储存器(2)以及至少一个具有机械热材料的热交换单元(4)，所述热交换单元(4)的机械热材料设置成与所述流体(3)可操作地连接，从而能在所述机械热材料与所述流体(3)之间发生热传递。重要的是，所述机械热材料与所述流体(3)之间的热传递基本通过潜热传递来进行。此外，本发明还涉及一种相应的热交换单元(4)和一种相应的装置。
Description
说明书
本发明涉及一种方案1所述的用于运行基于循环的系统的方法，一种方案8所述的热交换单元以及一种方案12所述的用于传递和/或转换能量的装置。
由热动力学已知循环过程为流体状态的一系列周期性变化，所述流体定期地经过初始状态。循环过程分为正向过程(Rechtsprozessen)和逆向过程(Linksprozessen)。这种循环过程的例子包括将热转换为功，例如在热机中，或者通过做功进行加热和/或冷却，例如在热泵中。
这里由现有技术已知，在这种循环过程中使用机械热材料。
机械热材料(也作为形状记忆合金已知)通过施加机械应力而经历晶体相变(晶体结构的变化)，所述相变会导致这种材料的温度变化。这通常涉及在高温相(奥氏体)和低温相(马氏体)之间的晶格转化。相反，通过材料的温度变化同样可以引起材料的形状和/或体积变化，例如膨胀或压缩。就是说既可以通过施加机械应力也可以通过温度变化以相反的效应来引起晶体相变。
这里机械热材料通常响应于所施加的机械应力场发生基本上可逆的热变化。机械热材料包括热弹性材料和气压热材料。弹性热材料响应于单轴的机械应力的变化显示机械热效应(也称为压热的)。气压热材料作为对各向同性的载荷、即静液压力的变化的响应显示出机械热效应。
在本申请中，机械应力一般而言是指机械力、压力加载、拉或压受载、扭转、剪切或相应的对机械热材料的作用。
上面所述的机械热效应可以用在基于循环的系统中，特别是用于例如热泵和/或热机来传递和/或转换能量的方法和装置中。
此外，由现有技术已知，将机械热材料用于制冷系统中，以便通过流体回路将热量从冷侧传递到热侧。这里机械热材料通常作为流体回路中的热交换器设置成与热侧和冷侧处于可操作地连接(Wirkverbindung)。
例如US 2012/02731 58 A1示出一种制冷机，所述制冷机具有热侧和冷侧，从冷侧向热侧传递热量。为此，机械热材料受到机械应力作用。通过施加机械应力，在所述机械热材料中引起相变。在相变中出现的温度变化加热热侧。接下来消除机械应力并通过相变出现的温度变化冷却冷侧。
在由现有技术已知的装置和方法中不利的是，热量的传递并且由此还有能量的传递或转换仅以很低的有效系数、即以很低的效率进行。
因此，本发明的目的在于，提出一种用于运行基于循环的系统的方法、一种热交换单元和一种用于传递和/或转换能量的装置，所述方法、热交换单元和装置与现有技术的系统相比具有更高的效率。
所述目的通过一种方案1的用于运行基于循环的系统以及通过一种方案8的用于传递和/或转换能量的装置来实现。根据本发明的方法的优选实施方式在方案2至7中给出。根据本发明的装置的优选实施方式在方案9至23中给出。由此，通过引用明确地将所有方案的原文加入说明书中。
根据本发明的方法优选设计成利用根据本发明的装置和/或所述装置的优选实施方式来执行。根据本发明的装置优选构造成用于执行根据本发明的方法和/或根据本发明的方法的优选实施方式。
如已知的那样，利用基于循环的系统来执行根据本发明的用于运行基于循环的系统的方法，所述系统具有用于流体的热侧储存器和冷侧储存器以及至少一个具有机械热材料的热交换单元，所述热交换单元的机械热材料设置成与所述流体可操作地连接(Wirkverbindung)，从而能在所述机械热材料与所述流体之间发生热传递。
重要的是，机械热材料与流体之间的热传递基本通过潜热传递、即蒸发和冷凝热进行。
本发明基于申请人这样的认知，即，通过潜热传递从流体向由机械热材料制成的热交换单元进行的热传递是特别高效的，并且由此明显提高了所述方法的效率。热传递的效率通过利用潜热(即蒸发和冷凝热)来实现的热传递而得到明显提高。
因此，根据本发明的方法在以下主要方面与在先已知的方法不同：
在根据本发明的方法中，从流体向热交换单元的机械热材料的热传递以及从机械热材料向流体的热传递通过潜热实现。所述流体在机械热材料上冷凝并在此时向热交换单元释放热量或者冷凝的流体在热交换单元上蒸发并在此时吸收热量。这使得可以实现非常高效的热传递，大致比经由例如泵引导输送流体实现的热传递高两个数量级。这种通过潜热进行的热传递也可以实现所述热活性材料的冷却和加热之间的较高切换频率。
总体上相对于在先已知的系统，这会提高效率。
热泵或热机的热交换单元构造成具有机械热材料，所述机械热材料设置成与流体可操作地连接，从而能够在流体和机械热材料之间传递热量。
优选地，所述热交换单元由机械热材料构成。但同样在本发明范围内的是，例如由任意其他材料制成的支座构成热交换单元的一部分。利用所述热交换单元，通过间接或直接的热接触将热量从机械热材料传递到流体，并且能相反地传递。根据本发明，流体和机械热材料之间的热传递基本通过潜热传递、即通过与热交换单元的机械热材料热接触的流体的蒸发和冷凝来进行。
如已知的那样，根据本发明的用于传递和/或转换能量的装置包括：用于流体的热侧储存器和冷侧储存器以及至少一个具有机械热材料的热交换单元。所述机械热材料设置成与所述流体可操作地连接，从而能在所述机械热材料与所述流体之间发生热传递。此外，所述装置具有用于在所述机械热材料中产生机械应力的机构，从而所述机械热材料设置在机械应力场的交变作用区域中，或者具有用于利用来自运动的能量的机构，所述机构与所述机械热材料可操作地连接。
重要的是，所述机械热材料与所述流体之间的热传递基本通过潜热传递来进行。
根据本发明的装置同样具有根据本发明的方法的所述优点。根据本发明的方法同样也具有根据本发明的装置的所有所述优点。
如所述的那样，机械热材料通过施加机械应力而经历相变，所述相变导致材料的温度变化。相反地，同样也可以通过材料的温度变化引起材料的形状和/或体积变化，例如膨胀或收缩。通过用于产生机械应力的机构，可以给机械热材料施加机械应力。
如果这种机械热材料与流体可操作地连接，则在施加机械应力时机械热材料升温，流体蒸发并且通过潜热传递从机械热材料中吸收蒸发热。这样，在机械热材料中形成的热量能够通过流体导出并且机械热材料冷却到环境温度。如果现在撤销机械应力，则由于相变所述材料会发生进一步的冷却，从而相应地处于可操作连接中的流体可以冷却并在机械热材料上冷凝。所述机械热材料通过潜热传递从流体中吸收冷凝热。
在本发明的范围内同样存在相反的效应：机械热材料可以在施加机械应力时冷却，而在撤销机械应力时升温。此时相应地通过从所述流体中或传递到所述流体中的潜热传递来传递温度变化。
相反，通过利用从所述流体中或传递到所述流体中的潜热传递使机械热材料发生的升温和冷却，也可以实现机械热材料的形状和/或体积变化。
优选地，使用这样的合金作为机械热材料，所述合金能够在不同的晶相之间变化，例如镍钛合金(奥氏体和马氏体之间的相变)。优选地，使用以下材料：Fe68.8Pd31.2、Cu69.6Al27.7Ni2.7、Cu68.1Zn15.8Al16.1、Cu64.6Zn33.7Sn1.7、Fe49Rh51、ZrO2、Ni49.26Mn36.08ln14.66、Gd5Si2Ge2、LaFel1.33Co0.47Si1.2。
机械热材料的压力载荷优选在100至900MPa的范围内。例如≈500MPa的压力载荷下可以引起超过40℃的温度变化。
备选地，可以将利用来自运动的能量的机构设置成与机械热材料机械可操作地连接。这里，利用来自运动的能量可以是任意形式的对能量的使用、转换或传递。
例如，动能可以直接利用，以便做机械功。例如，通过运动可以驱动偏心器。
但也可以由运动感应产生电流。例如，可以通过带有优选能磁化的芯的线圈来实现。所述线圈的能磁化的芯与机械热材料机械可操作地连接。因此，通过机械热材料的温度变化产生能磁化的芯在线圈中的运动。通过芯在线圈中的运动在线圈中感应产生电流。
优选地，热侧储存器可以具有10℃至1000℃的温度，优选地，热侧储存器可以具有50℃至350℃的温度。冷侧储存器可以具有0℃至500℃的温度，冷侧储存器可以具有10℃至200℃的温度。优选地，所存在的压力在1mbar至200bar的范围内。
在根据本发明的方法的一个优选实施方式中，所述机械热材料的形状和/或体积变化产生所述机械热材料的拉和/或压载荷(机械应力)。通过对所述机械热材料的拉和/或压载荷来产生所述机械热材料的温度变化。优选地，所述装置包括用于产生拉和/或压载荷的机构。
优选地，通过压缩所述机械热材料来实现形状变化。由此可以得到这样的优点，即，相对于拉载荷，材料中的微裂缝不会快速传播并且由此机械热材料的使用寿命更长。
这里，热交换单元的机械热材料的压缩优选通过活塞系统来实现，特别是通过至少一个缸体-活塞组件来实现。所述机械热材料这里设置在缸体的内部并且通过活塞压缩，从而机械热材料升温。
优选地，活塞和所述至少一个热交换单元的机械热材料通过刚性的机械连接相互连接，例如通过粘合、焊接或拼接来连接。
在本发明的另一个优选实施方式中，流体在热侧储存器和热交换单元之间的输送通过打开热交换单元的机械热材料和热侧储存器之间的热侧阀来控制，流体在冷侧储存器和热交换单元之间的输送通过打开热交换单元的机械热材料和冷侧储存器之间的冷侧阀来控制。优选地，所述热侧阀和冷侧阀构造成由压力控制的阀(druckgesteuerteVentile)。优选地，使用被动的过压阀，所述过压阀沿前进方向在例如《10mbar或《1mbar的小压差(差值压力)下就已经打开，相反地沿返回方向阻止流体流。备选地也可以使用主动控制的阀(aktiv gesteuerte Ventile)。
由此得到了这样的优点，即，通过打开阀，流体就已经优选以气态在流体回路中流动，并且不必对流体进行有引导的输送。就是说不需要泵。这进一步提高了热量传递的效率并且还允许在冷却和加热机械热材料之间的较高频率。
优选地，所述方法周期性地重复。这里可以通过较高的频率在热泵的情况下实现较大的热泵功率或者在热机的情况下实现较高的功率。
在本发明的一个优选实施方式中，所述方法适用于具有至少两个带有机械热材料的热交换单元的热泵。优选地，将压缩第一热交换单元的机械热材料时获得的势能用于压缩第二热交换单元的机械热材料。优选的，交替地进行两个热交换单元的压缩，优选地，以能预先规定的交变频率进行所述压缩。这意味着，释放通过压缩机械热材料而存储在所述材料中的弹性(势)能并将其用于压缩带有机械热材料的第二热交换单元。例如，可以通过两个热交换单元经由机械热材料的机械连接来实现，这类似于具有两个弹簧和一个设置在这两个弹簧之间的重物的弹簧摆。这样，可以将系统置于振动中，并且在每半周期中将能量的一部分从一个热交换单元传递给另一个热交换单元。
由此得到这样的优点，所存储的势能不会损失，而是可以用于压缩。这提高了所述方法的效率。
在本发明的一个备选实施方式中，所述装置构造成热机并且具有带有优选能磁化的芯的线圈。所述线圈的能磁化的芯与活塞连接或者相当于活塞，并且与机械热材料可操作地连接。因此，通过机械热材料的温度变化产生所述能磁化的芯在线圈中的运动。通过所述芯在线圈中的运动在线圈中感应产生电流。
备选地，活塞的运动可以直接作为可利用的机械功使用。通过所述运动例如可以驱动偏心器。
在另一个优选的改进方案中，所述方法适用于具有至少两个带有机械热材料的热交换单元的热机。所述至少两个热交换单元分别与线圈中的能磁化的芯可操作地连接。通过优选带有机械热材料的两个热交换单元的交变的温度变化，所述热交换单元交替地膨胀，从而使得能磁化的芯在线圈中运动。通过这种往复运动在线圈中感应产生电流。
优选地，所述热机具有热侧阀和冷侧阀，所述热侧阀和冷侧阀优选以一定的交变频率相互交替地打开和关闭。给每个带有机械热材料的热交换单元分别配设一个热侧阀和一个冷侧阀。所述阀以如下方式交替地打开和关闭，使得带有机械热材料的两个区域分别交替地被加热和冷却。由此实现了能磁化的芯在线圈中持续的往复运动，这种往复运动产生交流电。
在本发明的另一个优选实施方式中，热交换单元的机械热材料构造成多孔材料，优选是开孔的材料。由此得到这样的优点，即，在作为热交换单元的机械热材料与流体之间存在很大的表面可以用于传递热量，由此可以快速地进行热传递。
根据本发明，并不只是进行定向的热传递。在根据本发明的方法中以及在根据本发明的装置中流体也连续地从源头储存器中输送到剩余的第二储存器中。因此，源头储存器有干涸的危险。优选地，所述装置构造成具有用于流体的流体回路，特别优选地，所述流体回路在热侧储存器和冷侧储存器之间包括流体回引结构，从而两个储存器都不会干涸。
流体回引结构特别是在作为热机时是有利的。在热机中会出现从热侧储存器向冷侧储存器中的流体输送，从而热侧储存器有干涸的危险。
优选地，流体回引结构类似于环路热管中的液体回路。在环路热管中，气体回路和液体回路相互分开。优选地，流体的液体与气体区域的分离通过绒芯(Wiek)或者棉芯(Docht)或通过节流阀来实现。优选地，流体回引结构构造成用棉芯填充的管路。由此得到这样的优点，即，除了有效的流体回引还可以在热侧储存器和冷侧储存器之间实现压差。通过流体回引结构传递的热量是可以忽略的，这是因为流体回引仅会发生比通过潜热进行热传递低多个数量级的可感知的热量输出。
优选地，流体回引结构构成为使用具有小直径的管路(毛细管)。如上所述，这是在环路热管中的流体回引中已知的。使用毛细管可以在两个储存器之间实现压差，这种压差在已知的环路热管中例如用于克服重力。
因此，这种流体回引结构还使得可以在热侧储存器和冷侧储存器之间实现压差，例如在0.1至6bar的范围内的压差。不会通过流体回引结构实现压力平衡，因为通过毛细管力防止出现这种压力平衡。根据要克服的压差，类似于环路热管中的设计方案来相应地选择毛细管的直径或数量。
优选地，所述直径在几纳米至数百微米之间的范围内。毛细管的直径这里根据热侧储存器和冷侧储存器之间要克服的压差来选择。例如长时间以来由现有技术已知的是，参见例如US5839290 A或US20100200199 A1，制造具有纳米范围内直径的毛细管。为了克服更大的压差可以将多个毛细管并联。
优选地，所述流体回引结构连接在源头储存器、特别是热侧储存器上，使得在源头储存器的内侧形成大的相互作用面。这是可以以简单的形式和方式实现流体的反复回输，以便在连续的运行时实现流体的蒸发和回输之间的平衡。
特别是在热泵的情况下，备选地，也可以将流体回引结构设计成简单的节流阀，类似于传统的压缩机系统，如当前在制冷设备和热泵中使用的压缩机系统。
特别是在热机的情况下，备选地，也可以将流体回引结构设计成主动泵，所述泵将流体从热侧储存器泵送回到冷侧储存器中。
这里，优选地，具有热侧储存器、冷侧储存器、热侧阀、冷侧阀、机械热材料和流体回引结构的流体回路构造成压力密封(气密)的系统。这里所述压力密封的系统构造成，使得以如下方式通过潜热实现从流体到机械热材料的热传递，从压力密封的系统中基本上除去所有外来气体(即除了所述流体以外的所有气体)。由此确保了，通过蒸发和冷凝所述流体而通过潜热传递特别高效地传递热量，因为在压力密封的系统中没有发生扩散过程。就是说，在所述压力密封的系统中的热传递与热管或者热管道中的热传递类似。另一方面，如果仍有外来气体以明显的程度存在于所述压力密封的系统中，则除了蒸发和冷凝过程还必须进行扩散过程，所述扩散过程通常更慢。
在本发明的一个备选实施方式中，所述冷侧储存器、热侧储存器和机械热材料(热交换单元)设置在封闭的空间中。这意味着，在冷侧储存器和热侧储存器之间仅存在所述热交换单元，而没有其他的物理分隔结构。冷侧储存器设置在所述空间的一个区域中，而热侧储存器优选设置在所述空间的相对置的区域中。热交换单元的机械热材料设置在这两个区域之间。
如上所述，根据本发明并不只是进行定向的热传递。流体也连续地从源头热侧储存器传递到剩余的另一个储存器中。因此，源头储存器有干涸的危险。优选地，所述空间构造成通过蒸发流体的对流来实现热传递并且进行冷凝的流体的输送(液体回输)，以便防止源头储存器发生干涸。
在本发明的一个优选实施方式中，所述封闭的空间的内侧在另一个储存器的区域内、优选在热侧储存器的区域内具有疏液的涂层和/或凸凹结构(Strukturierung)和/或在源头储存器的区域内、优选在冷侧储存器的区域内具有亲液的涂层和/或凸凹结构。
疏液的涂层和/或凸凹结构在本说明书的范围内是指，表面这样涂覆和/或结构化，使得所使用的流体被所述表面排斥。这其中包括疏水、超疏水、疏油的涂层和/或凸凹结构，也包括排斥不同于水或油的流体的涂层和/或凸凹结构。为了说明疏液的(fluidphober)涂层和/或凸凹结构，在文献中有时也称为“疏液的(lyophob)”，例如参见Y.Yoon,D.Kim和J.-B.Lee在微型和纳米系统快报(Micro and Nano Systems Letters),2014,2(1),1-18中说明的。
亲液的涂层和/或凸凹结构在本说明书的范围内是指，表面这样涂覆和/或结构化，使得所使用的流体与所述表面强烈地相互作用。这其中包括亲水、超亲水、亲油的涂层和/或凸凹结构，也包括与不同于水或油的流体相互作用的涂层和/或凸凹结构。为了说明亲液的(fluidphiler)涂层和/或凸凹结构，在文献中有时也称为“亲液的(lyophil)”，例如参见Y.Yoon,D.Kim和J.-B.Lee在微型和纳米系统快报(Micro and Nano SystemsLetters),2014,2(1),1-18中说明的。
就是说，所述封闭的空间形成在热侧储存器的具有疏液的涂层和/或凸凹结构的区域中并且形成在冷侧储存器没有涂层和/或凸凹结构的区域中。备选地，所述封闭的空间形成在冷侧储存器的具有亲液的涂层和/或凸凹结构的区域中并且形成在热侧储存器没有特殊的涂层和/或凸凹结构的区域中。
同样在本发明范围内的是，所述封闭的空间形成在热侧储存器的具有疏液的涂层和/或凸凹结构的区域中以及形成在冷侧储存器的具有亲液的涂层和/或凸凹结构的区域中。
涂层和/或凸凹结构的所述变型方案导致实现了一种“跳跃式热二极管(Jumping-Drop Thermal Diode)”的流体回路，如Boreyko等在应用物理快报99(Applied PhysicsLetter 99)中针对疏水和亲水的涂层所记载的那样。如果流体在所述封闭的空间内蒸发并在另一个储存器的区域内在疏液的涂层上冷凝，则流体冷凝的液滴相应地被所述涂层排斥，从而所述液滴“回跳”到源头储存器的亲液的区域中。所述跳跃式热二极管与二极管在空间中位置不相关地运行。附加地得到这样的优点，即冷凝的流体的回输可以快速地进行。
亲水和/或疏水的凸凹结构可以如X.-M.Li、D.Reinhoudt和M.Crego-Calama在化学学会评论(Chemical Society Reviews),2007,36(8),1350-1368中记载的那样设置。
优选地，所述封闭的空间在冷侧储存器的区域内具有超疏水的涂层，而在热侧储存器的区域内具有超亲水的涂层。就是说，所述装置优选构造成“跳跃式热二极管”，具有相应表面的涂层和/或凸凹结构，如Boreyko等在应用物理快报99(Applied Physics Letter99)中记载的那样。在这种情况下，优选地，使用水或基于水的流体作为所述流体。如果流体在所述封闭的空间内蒸发并在超疏液的涂层上冷凝，则流体冷凝的液滴相应地被所述涂层排斥，从而所述液滴“回跳”到超亲液的区域中。所述跳跃式热二极管与二极管在空间中位置不相关地运行。附加地得到这样的优点，即冷凝的流体的回输可以快速地进行。
备选地，所述封闭的空间在热侧储存器的区域内具有亲油的涂层和/或凸凹结构和/或在冷侧储存器的区域内具有疏油的涂层和/或凸凹结构。在这种情况下优选使用油或基于油的流体作为流体。
亲油的涂层和/或凸凹结构和/或疏油的涂层和/或凸凹结构如Y.Ohkubo、I.Tsuji、S.Onishi和K.Ogawa在材料科学杂志(Journal of materials science),2010,45(18),4963-4969中以及L.Feng、Z.Zhang、Z.Mai、Y.Ma、B.Liu、L.Jiang和D.Zhu在德国应用化学国际版(Angewandte Chemie International Edition),2004,43(15),2012-2014中记载的那样构成。
在另一个备选的实施方式中，回输以如下方式通过重力进行，冷凝的流体在一个表面上冷凝并且通过重力回到源头区域中。但这个过程较为缓慢并且是位置相关的。
在两个实施方式中，所述封闭的空间构造成热二极管，所述热二极管将热传递流限制在一个方向上。
在本发明的另一个优选实施方式中，所述装置构造成热泵并具有用于在机械热材料中产生机械应力的机构、用于进行拉和/压的机构，特别是活塞系统、优选是缸体-活塞组件。这里所述机械热材料设置在所述缸体的内部并且被活塞压缩。
优选地，所述装置包括至少两个带有机械热材料的热交换单元，所述热交换单元设置在两个不同的缸体中。优选地，用于在机械热材料中产生机械应力的机构设置构造成与这两个热交换单元配合作用，使得能交替地加载这两个热交换单元。为此，优选地，至少两个带有机械热材料的热交换单元分别设置在单侧封闭的缸体中，此时居中地设置用于交替地压缩机械热材料的活塞。这里优选地，带有机械热材料的、被压缩的热交换单元的势能用于压缩第二缸体中的机械热材料。
优选地，所述装置构造成具有偏心器，最优选地，所述偏心器还具有共轨泵，特别是用于对机械热材料进行拉和/或压。
备选地，所述偏心器可选地构造成具有球轴承，所述球轴承的中点位于偏心器轴的轴线之外。优选地，所述球轴承与两个热交换单元处于间接可操作地连接，在当前情况下是力锁合地可操作连接。在所述轴旋转时，球轴承也转动并分别交替地压缩两个热交换单元。这里这种压缩在缸体的气密的空间内部进行，所述缸体包围所述机械热材料。这里，球轴承可以位于所述缸体之外并通过缸体、例如经由波纹管(Balg)作用到热交换单元上。
在本发明的一个备选改进方案中，所述装置构造成热泵，并具有带有优选能磁化的芯的线圈。通过给线圈通电来实现线圈中芯的运动。所述芯优选与用于压缩机械热材料的活塞耦合或者相当于所述活塞。因此，通过能磁化的芯在线圈中的运动实现对机械热材料的压缩，从而产生机械热材料的温度变化。
这里，优选地，所述装置还包括至少两个带有机械热材料的热交换单元，所述热交换单元设置在两个不同的缸体中。优选地，带有能磁化的芯的线圈为了在机械热材料中产生机械应力设置成和构造成与两个热交换单元配合作用，使得能交替地加载两个热交换单元。为此，所述至少两个带有机械热材料的热交换单元分别设置在单侧封闭的缸体中，此时居中地设置能磁化的芯，用于交替地压缩机械热材料的活塞。这里带有机械热材料的被压缩的热交换单元的势能用于压缩第二缸体中的机械热材料。
优选地，热交换单元的机械热材料构造成具有蜂窝结构、构造成销结构或构造成弹簧。在所述蜂窝结构中得到这样的优点，即，在机械应力场所施加的力均匀地分布在蜂窝结构中。尽管机械热材料具有细薄的结构，这也确保了实现均匀的力分布和长使用寿命。在设计成销结构时，得到这样的优点，即，能够以简单的方式和形式构成稳定的结构。在构造成弹簧时得到这样的优点，即，弹簧结构能够通过活塞系统压缩机械热材料实现更大的行程。这里，能够以特别高效的形式和方式重新释放存储在机械热材料中的势能，由此可以将所述势能用于压缩另一个具有机械热材料的热交换单元。
所述机械热材料具有凸凹结构和/或涂层、优选是纳米结构和/或亲水涂层。这使得能够实现流体均匀的润湿和良好的分布。
假设在运行热泵的方法的一个优选实施方式中。在这个实施方式中通过具有由压力控制的阀的热泵来执行所述方法并优选如下进行：
A.压缩热交换单元的机械热材料。
通过所述压缩，在机械热材料中会出现相变并且机械热材料的温度升高。
B.通过潜热(蒸发热)从机械热材料向流体进行热传递。
周围的流体被加热并蒸发。由此在热交换单元的区域内压力升高。
C.打开热侧阀。
从确定的压力(压差)起，热侧阀打开，所述热侧阀控制与热侧储存器连通。流体流入热侧储存器并在这里释放所存储的热量。
这会导致在机械热材料和热侧储存器之间发生温度补偿。
D.撤销作用到热交换单元的机械热材料上的压缩压力。
所述机械热材料通过相变冷却。
E.通过潜热(冷凝热)从流体向机械热材料进行热传递。
基本上为蒸汽态的流体在机械热材料上冷凝，从而这里通过潜热从流体向机械热材料进行热传递。
F.打开冷侧阀。
通过流体的冷凝，在热交换单元的区域内吸收热量，由此冷侧阀打开，所述冷侧阀控制与冷侧储存器的连通。
现在流体从冷侧储存器中蒸发并流向机械热材料。
由此会在机械热材料和冷侧储存器之间发生温度补偿。
就是说，利用根据本发明的方法的这个实施方式，通过循环的运行，将热量从冷侧储存器传递到热侧储存器。
在一个备选实施方式中，所述方法设定为用于运行热机。所述方法在这个实施方式中通过具有主动控制的阀、用于产生电流的热机来执行并且优选如下进行：
A.打开热侧阀。
流体从热侧储存器流入带有机械热材料的热交换单元的区域。
B.通过潜热(冷凝热)从流体向机械热材料进行热传递；
基本上为蒸汽态的流体在机械热材料上冷凝，从而这里通过潜热进行热传递并且机械热材料升温。
由于温度变化热交换单元的机械热材料会发生体积和/或形状变化。
C.活塞运动，所述活塞设置成线圈中的能磁化的芯并且与机械热材料可操作地连接。
所述活塞在机械热材料发生体积和/或形状变化时移动并且被从包围机械热材料的缸体中被推压出来。
D.在线圈中感应产生电流。
通过线圈中能磁化的芯的运动在线圈中感应产生电流。
E.打开冷侧阀。
通过打开冷侧阀，在热交换单元的区域内压力降低，流体蒸发并流入冷侧储存器。
F.通过潜热(蒸发热)从机械热材料向流体进行热传递。
此时，通过蒸发热从机械热材料向流体进行热传递。机械热材料发生另外的体积和/或形状变化。
G.活塞沿相反的方向运动。
在机械热材料发生体积和/或形状变化时活塞运动并被拉入包围着机械热材料的缸体中。
D.在线圈中感应产生电流。
通过线圈中能磁化的芯的运动在线圈中感应产生电流。
可以以方法步骤A开始重复所述方法。
就是说，通过根据本发明的方法的这个实施方式，由热侧储存器的热量产生电流。
根据本发明的方法和根据本发明的装置原则适于这样的应用场合，在这些应用场合中应实现热量转换成功或电流，或者通过做功实现加热和/或冷却。
因此，根据本发明的方法和根据本发明的装置优选构造成热机和/或热泵，或者也可以在热机和/或热泵中使用。备选地，也可以用作致动器。
下面参考实施例和附图来说明根据本发明的方法和根据本发明的装置的其他优选特征和实施方式。其中：
图1示出根据本发明的装置的第一实施例作为热泵的示意图；
图2示出根据本发明的装置的第二实施例作为热泵的示意图；
图3示出根据本发明的装置的第三实施例作为热机的示意图；
图4的a、b和c分别示出流体回引结构的示意图；
图5的a、b和c分别示出机械热材料的示意图。
在图1至图5中，相同的附图标记表示相同或作用相同的元件。
图1示出了作为根据本发明的装置的第一实施例的热泵的示意图。
所述装置在当前情况下构造成热泵并构造成具有用于流体3的热侧储存器1和冷侧储存器2。在当前情况下，采用水作为流体3。在当前情况下热侧储存器1具有150℃的温度以及4.7bar的压力。在当前情况下冷侧储存器1具有20℃的温度以及0.023bar的压力。
在热侧储存器1和冷侧储存器2之间设置具有机械热材料的热交换单元4。在当前情况下，机械热材料4是镍钛合金。
在当前情况下，热泵具有用于流体3的流体回路。为此，在热侧储存器1和冷侧储存器2之间设有流体回引结构6。因此，所述流体回路包括热侧储存器1、冷侧储存器2、热侧阀、冷侧阀、热交换单元4的区域以及流体回引结构6。所述流体回路构造成压力密封的系统，其方式是，从所述压力密封的系统中基本上除去所有外来气体(就是说，除了所述流体3以外的所有气体)。
在流体回路中，在热交换单元4的区域与热侧储存器1之间设置热侧阀7，并且在热交换单元4的区域与冷侧储存器2之间设置冷侧阀8。在当前情况下，热侧阀7和冷侧阀8构造成由压力控制的阀。使两个阀打开的相应压差是可调的并且在当前情况下约为10mbar。
热泵作为用于在机械热材料中产生机械应力的机构，在当前情况下具有通过活塞系统5对机械热材料进行拉和/或压的机构。所述活塞系统5包括缸体5a和活塞5b，并且在当前情况下构造成具有用于压缩机械热材料的偏心器，机械热材料4设置在所述缸体中。在当前情况下，最大压力为500MPa。
热交换单元4的机械热材料设置成与流体3可操作地连接，从而热量能在流体3和机械热材料之间传递。为此，流体流动通过热交换单元4的机械热材料。所述压力密封的系统由热侧储存器1的温度、冷侧储存器2的温度以及流体3的压力以如下方式构成，即使得从流体3到机械热材料的热传递通过潜热进行。
在热泵的运行中重复地执行以下方法步骤：
A.通过活塞系统5压缩热交换单元4的机械热材料。
活塞5b通过偏心器朝向缸体5a中运动。由此压缩热交换单元4的机械热材料。通过所述压缩在机械热材料中产生相变，并且机械热材料的温度升高。
B.通过潜热(蒸发热)从机械热材料向流体3进行热传递。
周围的流体3通过与机械热材料接触而被加热并蒸发。由此在热交换单元4的区域内压力升高。
C.打开热侧阀7。
如果热交换单元4的区域中压力超过热侧阀的压差，热侧阀7打开，所述热侧阀控制热交换单元4与热侧储存器1连通。气态的流体3流入热侧储存器1并在这里释放所存储的热量。
备选地，也可以对所述阀进行主动控制。
通过向流体3进行热传递，机械热材料具有环境温度。
D.撤销作用到热交换单元4的机械热材料上的压缩压力。
活塞5b通过偏心器从缸体5a中移出。由此在所述机械热材料中会发生相反的相变，并且机械热材料的温度降低。
E.通过潜热(冷凝热)从流体3向机械热材料进行热传递。
基本上为蒸汽的流体3在热交换单元4的区域中在机械热材料上冷凝，从而这里通过潜热进行热传递。
F.打开冷侧阀。
通过流体3的冷凝，在热交换单元4的区域内压力降低。如果在热交换单元4的区域内压力降低到低于冷侧阀的压差，冷侧阀8打开，所述冷侧阀控制热交换单元4与冷侧储存器2连通。
从冷侧储存器2中流出新的、冷的流体3，此时所述流体可以在另一个循环中被加热并且传递给热侧储存器1。
通过流体回引结构6将流体3从热侧储存器1输送回冷侧储存器2。为了保持热侧储存器1与冷侧储存器2之间的压差，在流体回引结构6中装入节流阀(未示出)，类似于以压缩机为基础的传统热泵。对于功率为2kW的热泵流体流量>1g/s时，所述节流阀确保实现4.7bar的压降。
下面应参考空调装置的备选具体实施方案来进一步说明图1的示意图。为此，作为热交换单元，将空心棒(见图6a)形式的机械热材料镍钛诺4集成到气密(压力密封)的缸体5a中。
这里，所述空心棒相互平行地沿竖直方向定向地设置于气密的缸体5a中。通过液压压力可以向缸体5a施加力所述力实现对空心棒4施加压力，在当前情况下最高为施加750MPa的压力。由此，空心棒被加热并且在撤销所述力时相应地重新冷却。
在气密的缸体5a中装入两个过压阀7、8，所述过压阀将由机械热材料4制成的空心棒与热侧储存器1和冷侧储存器2分开。在所述由热侧储存器1、冷侧储存器2和缸体5a组成的系统中除了所述流体、当前情况下为乙醇以外，除去所有残余气体。
气密的缸体5a通过冷侧阀8与冷侧储存器2连通。冷侧阀8设计成被动式过压阀，所述过压阀沿前进方向在很小的<<1mbar的压差下开启，相反，沿返回方向防止出现流体流过。过压阀8以相同的方式与热侧储存器1连通。
通过向气密的缸体5a施加外力，空心棒4升温，并且在空心棒上以液态存在的流体蒸发。所述过压阀7朝热侧储存器的方向打开，并通过流体的蒸发利用潜热从由机械热材料4制成的空心棒向热侧储存器1传递热量。
在移除外力时，空心棒4冷却。由此，气态的流体在空心棒上冷凝，气密的缸体5a中的蒸汽压力降低。这会导致过压阀8朝冷侧储存器3的方向打开。在整个过程的这个阶段，具有机械热材料制成的空心棒的气密的缸体2a中的温度低于冷侧储存器2中的温度。流体3在冷侧储存器2中蒸发，由此冷侧储存器冷却。
随着每次另外的循环，通过潜热传递在空心棒和流体之间进行热量交换，从而发生从冷侧到热侧的热量传递。通过周期性地重复这个过程，现在将越来越多的能量从冷侧储存器传递到热侧储存器中。这个过程重复得越快，也就是说周期频率越高，则有效的冷却功率越大。
在使用18个由镍钛诺(Ni55/Ti45)制成的、外直径为2.4mm、壁厚为0.5mm并且长度为10mm的空心棒时，在周期频率为0.25Hz并且施加700MPa的压力时，在热侧储存器和冷侧储存器之间实现约15度的温差。例如，相当于热侧储存器的温度约为35度(137mbar的压力)且冷侧储存器的温度约为20度(58mbar的压力)。在这个温度范围内可以作为空调设备或类似设备使用。
可以利用与所述热泵基本相同的装置作为热机运行。为此必须将热侧储存器和冷侧储存器在其功能上互换。此时主动地控制阀。
图2示出了作为根据本发明的装置的第二实施例的热泵的示意图。
为了避免重复，下面仅对各附图之间的区别进行说明。
在当前情况下，所述装置构造成热泵并且具有用于流体3的热侧储存器1和冷侧储存器2。在当前情况下，在热侧储存器1和冷侧储存器2之间设置两个带有机械热材料的热交换单元4.1、4.2。所述热交换单元4.1、4.2以如下方式设置在流体回路中，流体3分别流动通过分开的热交换单元，类似于电路中电阻的并联结构。
在流体回路中，在第一热交换单元4.1和热侧储存器1之间设置有热侧阀7.1，而在第一热交换单元4.1和冷侧储存器2之间设置有冷侧阀8.1。同样，在流体回路中，在第二热交换单元4.2和热侧储存器1之间设置有热侧阀7.2，而在第二热交换单元4.2和冷侧储存器2之间设置有冷侧阀8.2。在当前情况下，热侧阀7.1、7.2和冷侧阀8.1、8.2构造成由压力控制的阀。
所述热泵作为用于对机械热材料进行拉和/或压的机构，热泵具有活塞系统5。所述活塞系统5包括活塞5b并且在当前情况下活塞构造成用于压缩机械热材料的偏心器。作为配合件，活塞系统设有两个缸体5a.1、5a.2，在所述缸体中分别设置有机械热材料4.1、4.2。
为了压缩机械热材料，活塞在缸体5a.1、5a.2之间往复运动。两个带有机械热材料的热交换单元4.1、4.2由此交替地被压缩。这里，在压缩第一热交换单元4.1中获得的势能用于压缩第二热交换单元4.2的机械热材料，并且反之亦然。
可选地，所述偏心器构造成具有球轴承(替代活塞5b)，所述球轴承的中点位于偏心器轴(未示出)的轴线之外。在当前情况下，所述球轴承与两个热交换单元4.1和4.2力相互配合地、处于间接可操作地连接。在所述轴旋转时，球轴承转动并且分别交替地压缩热交换单元4.1和4.2。这里，这种压缩在缸体5a.1和5a.2的气密的空腔内部进行。这里，球轴承位于缸体5a.1和5a.2之间，并且能够通过所述缸体、例如经由波纹管作用到热交换单元4.1和4.2上。
因此，所述两个带有机械热材料的热交换单元4.1、4.2都经历图1说明的方法，但是两者在时间上错开地经历。
阀7.1、7.2、8.1、8.2的打开和关闭类似于图1所述的那样，通过压力关系来控制。由此可以不使用用于流体3的主动泵。
可以利用与所描述的热泵基本上相同的装置作为热机运行，就是说以相反的循环过程进行。为此，热侧储存器和冷侧储存器在其功能上必须互换。此时主动地进行对阀的控制。通过两个带有机械热材料的热交换单元4.1、4.2交替的温度变化，热交换单元4.1、4.2交替地膨胀，从而活塞5b往复运动。这种运动也可以作为机械功得到利用。
图3示出了根据本发明的装置的第三实施例的示意图，所述装置可以作为热机或热泵运行。
在当前情况下，所述装置构造成热机并且具有用于流体3的热侧储存器11和冷侧储存器12。在当前情况下，在热侧储存器11和冷侧储存器12之间设置有两个带有机械热材料的热交换单元14.1、14.2。所述热交换单元14.1、14.2以如下方式设置在流体回路中，流体3分别流动通过分开的热交换单元，类似于电路中电阻的并联结构。流体回引结构16在热侧储存器11和冷侧储存器12之间延伸。在当前情况下，所述流体回引结构构造成用棉芯填充的管道。
在流体回路中，在第一热交换单元14.1与热侧储存器11之间设置有热侧阀17.1，而在第一热交换单元14.1与冷侧储存器12之间设置冷侧阀18.1。同样，在流体回路中，在第二热交换单元14.2与热侧储存器11之间设置热侧阀17.2，而在第二热交换单元14.2与冷侧储存器12之间设置冷侧阀18.2。在当前情况下，阀17.1、17.2、18.1、18.2构造成主动控制的阀。
热机具有由带有能磁化的芯15b的线圈19的运动感应生成电流的机构。线圈19的所述能磁化的芯15b构造成活塞。作为活塞的配合件，设有两个缸体15a.1、15a.2，在所述缸体中分别设置机械热材料14.1、14.2。因此，线圈19的能磁化的芯15b与两个热交换单元14.1、14.2的机械热材料可操作地连接。因此，通过一个所述热交换单元14.1、14.2的机械热材料的温度变化产生芯15b在线圈19中的运动。通过线圈19中的芯15b的运动在线圈中感应产生电流。
如果第一热阀17.1打开，则在热侧储存器11中处于气相的流体3流入带有机械热材料的第一热交换单元14.1的区域内。在这里，流体3在机械热材料上冷凝，因此机械热材料升温。由于所述温度变化，在机械热材料中发生相变并且机械热材料膨胀。由于机械热材料与线圈19中的能磁化的芯15b处于可操作地连接，所述芯被从缸体15a.1中压出。
此时，如果热侧阀17.1关闭并且冷侧阀18.1打开，则机械热材料的区域内的压力降低并且冷凝的流体蒸发，并通过潜热传递从机械热材料中导出蒸发热，从而机械热材料冷却。由于这种温度变化，在机械热材料中发生相反的相变并且机械热材料收缩。
同时，可以打开第二热侧阀17.1。由此，在热侧储存器11中处于气相的流体3流入带有机械热材料的第二热交换单元14.2的区域中。在这里，流体3在机械热材料上冷凝，因此机械热材料升温。由于所述温度变化，在机械热材料中发生相变并且机械热材料膨胀。由于机械热材料与线圈19中的能磁化的芯15b处于可操作地连接，所述芯被从缸体15a.2中压出。
这两个效果是一致的并且用于确保能磁化的芯15b在线圈19中往复运动。
通过带有机械热材料的两个热交换单元14.1、14.2交替的温度变化，所述热交换单元14.1、14.2交替地膨胀，从而线圈19中的能磁化的芯15b往复运动。通过这种运动感应产生电流。
通过流体回引结构16，将流体3从冷侧储存器12输送回热侧储存器11。
针对图3说明的装置同样可以作为热泵运行，就是说以相反的循环过程运行。通过给线圈19通电，使线圈中的能磁化的芯15b产生运动。因此，通过线圈中能磁化的芯15b的运动，实现对机械热材料的压缩，并且由此所述两个热交换单元14.1、14.2发生温度变化，由此机械热材料产生温度变化。
如针对图1和图2说明的那样，这种温度变化可以分别通过潜热传递传递到流体3上。此时，所述热量可以通过流体3导出到热侧存储器中。
图4的a、b和c分别示出各实施例的三个局部的示意图，所述实施例特别是用于通过潜热(类似于热二极管)利用相应的流体回引结构实现单向的热传递。
在当前情况下，热侧储存器21、冷侧储存器22和机械热材料设置在一个共同的用于流体3的封闭空间29中。冷侧储存器22设置在所述空间29的一个区域内，而热侧储存器21设置在空间29的相对设置的区域内。热交换单元(未示出)的机械热材料设置在这两个区域之间。这意味着，在冷侧储存器22和热侧储存器21之间仅存在热交换单元，而不存在其他物理分隔结构。这里，流体3能够不受阻碍地流动通过热交换单元的机械热材料。通过诸如压力、温度和重力等边界条件实现对流体输送的控制。
所述封闭的空间在所有三个实施例中构造成热二极管，这种热二极管将热传递流限制在一个方向上。
在图4的a中示出一个变型方案。在当前情况下，通过用箭头g表示的重力产生流体的回输，其方式是，冷凝的流体在另一个储存器41的表面上冷凝并通过重力g重新流回到源头储存器40。
由此进行冷凝流体3的回输，以便防止流体3的源头储存器40发生干涸。但这个过程是非常缓慢的并且与位置相关。
在图4的b中示出第二变型方案。在当前情况下，所述封闭空间29在源头储存器40的区域内具有超亲水涂层并且在另一个储存器41的区域内具有超疏水涂层。就是说，所述装置类似于“跳跃式热二极管”构成，如Boreyko等在应用物理快报99(Applied PhysicsLetter 99)中记载的那样。
如果流体在封闭空间内蒸发并且在所述另一个储存器41的区域内的超疏水涂层上冷凝，则流体3的例如用3.1、3.2、3.3表示的冷凝液滴受到所述涂层的排斥，从而所述液滴“回跳”到源头储存器40的超亲水区域内。在当前情况下，源头储存器40是热侧储存器21，而所述另一个储存器41是冷侧储存器。跳跃式热二极管与该二极管在空间中位置不相关地运行。附加地得到这样的优点，即冷凝流体3的回输能快速地进行。
在图4的c中示意性地示出针对图1至图3说明的带有阀控制装置和外部的流体回引结构6的实施例。
图5示出在图4的b中描述的作为用于实现通过潜热进行单向热传递和流体回引的跳跃式热二极管的变型方案的示意图。附加地示出了在各自的封闭空间29.1、29.2中的两个热交换单元54.1、54.2的机械热材料。在这两个热交换单元54.1、54.2之间设有活塞55b，所述活塞分别与这两个热交换单元54.1、54.2的机械热材料处于可操作地连接。
为了压缩机械热材料，活塞55b往复运动，这种往复运动通过双箭头来标注。所述两个带有机械热材料的热交换单元54.1、54.2由此交替地被压缩。
因此，所述两个带有机械热材料的热交换单元54.1、54.2都经历针对图1和图2说明的方法。热传递以及流体的回输如图4的b中所记载的那样进行。
图6的a、b和c分别示出机械热材料的不同实施方式的示意图。
图6的a示出具有销结构的机械热材料。在设计成销结构时，在当前情况下所述销结构具有多个平行的销，这些销示例性地用62a、62b、62c来标注，此时得到这样的优点，即可以以简单的方式和形式构成稳定的、具有大的热传递表面的结构。
图6的b示出构造成弹簧61的机械热材料。由于通过活塞系统对机械热材料进行的压缩，弹簧结构可以实现较大的行程。这里，弹簧被压缩并存储来自所述压缩的势能。这里，能以特别高效的方式和形式重新释放存储在机械热材料中的势能，由此可以将所述势能用于压缩另一个带有机械热材料的热交换单元。
图6的c示出具有蜂窝结构的机械热材料。在当前情况下，所述蜂窝结构的示例性地用60a、60b、60c标注的单个蜂窝体规则地成形为六边形。在施加压或拉时，机械应力场施加的力在蜂窝结构中均匀地分布。这确保实现均匀的力分布并由此确保机械热材料具有耐久性。通过均匀的力分布可以构成尽可能薄的结构，特别是在单个蜂窝体之间存在尽可能薄的分隔壁。由此确保在所述材料中实现良好的热传递。
Claims (23)
1.一种用于运行基于循环的系统的方法，所述系统具有用于流体(3)的热侧储存器(1、11、21)和冷侧储存器(2、12、22)，以及至少一个具有机械热材料的热交换单元(4)，所述热交换单元(4)的机械热材料设置成与所述流体(3)可操作地连接，从而能在所述机械热材料与所述流体(3)之间发生热传递，其特征在于，所述机械热材料与所述流体(3)之间的热传递基本通过潜热传递来进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述机械热材料中的机械应力产生所述机械热材料的形状变化，优选地，通过对所述机械热材料的拉和/或压、对所述机械热材料的剪切和/或压缩产生所述机械热材料的形状变化，最为优选地，经由活塞系统(5)产生所述机械热材料的形状变化，其中对所述机械热材料的拉和/或压产生所述机械热材料的温度变化。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过打开所述机械热材料和所述热侧储存器(1、11、21)之间的热侧阀(7、17)来控制由所述热侧储存器(1、11、21)输出的流体(3)或向所述热侧储存器(1、11、21)输送的流体(3)，通过打开所述机械热材料和所述冷侧储存器(2、12、22)之间的冷侧阀(8)来控制由所述冷侧储存器(2、12、22)输出的流体(3)或向所述冷侧储存器(2、12、22)输送的流体(3)。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法适用于热泵，该热泵具有至少两个带有机械热材料的热交换单元(14.1、14.2)，优选地，将压缩第一热交换单元(14.1)的机械热材料所获得的、来自机械热材料的弹性变形的势能用于压缩第二热交换单元(14.2)的机械热材料，优选地，两个热交换单元(14.1、14.2)的压缩交替进行。
5.根据上述权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述方法适用于热机，该热机具有至少两个带有机械热材料的热交换单元(14.1、14.2)，并且通过机械热材料的温度变化使能磁化的芯(15b)在线圈中运动。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的方法，其特征在于，所述方法设计成用于热机，该热机具有至少两个带有机械热材料的热交换单元(14.1、14.2)，所述热侧阀(7)和所述冷侧阀(8)以一定的交变频率相互交替地打开和关闭，优选地，所述交变频率在0.1Hz至10kHz之间，优选为50Hz。
7.根据上述权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述方法设计成用于热泵，该热泵具有至少两个带有机械热材料的热交换单元(14.1、14.2)，所述热侧阀(7)和所述冷侧阀(8)以一定的交变频率相互交替地打开和关闭，优选地，所述交变频率大于10Hz，优选地，所述交变频率大于100Hz，特别优选地，所述交变频率在1kHz至10kHz之间。
8.一种用于传递和/或转换能量的装置，所述装置能够作为热泵和/或热机运行，所述装置具有用于流体(3)的热侧储存器和冷侧储存器以及至少一个具有机械热材料的热交换单元(4、14)，其中
所述机械热材料设置成与所述流体(3)可操作地连接，从而能在所述机械热材料与所述流体(3)之间传递热量，
所述装置具有用于在所述机械热材料中产生机械应力的机构(5、15、19)，从而所述机械热材料设置在机械应力场的交变作用区域中，
或者设置有用于利用来自运动的能量的机构(15、19)，所述机构(15、19)与所述机械热材料机械可操作地连接，
其特征在于，所述流体(3)与所述机械热材料之间的热传递基本通过潜热传递来进行。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述机械热材料构造成多孔材料，优选地构造成开孔材料，和/或所述机械热材料构造成具有蜂窝结构、构造成销结构或构造成弹簧，和/或所述机械热材料具有凸凹结构和/或涂层，优选地具有纳米结构和/或亲水涂层。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个热侧阀(7、17)和至少一个冷侧阀(8、18)，优选地，所述热侧阀(7、17)和所述冷侧阀(8、18)构造成由压力控制的阀或者主动控制的阀。
11.根据上述权利要求8至10之一所述的装置，其特征在于，所述装置构造成用于流体(3)的流体回路，优选地，所述装置包括流体回引结构(6、16)。
12.根据上述权利要求8至11之一所述的装置，其特征在于，所述流体回路由热侧储存器(1、11、21)、冷侧储存器(2、12、22)、热侧阀(7、17)、冷侧阀(8、18)、机械热材料和流体回引结构(6、16)构造成压力密封的系统，所述压力密封的系统构造成，从流体(3)到机械热材料的热传递通过潜热来进行。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，除了所述流体(3)以外，基本上从所述压力密封的系统中除去所有外来气体。
14.根据上述权利要求8至13之一所述的装置，其特征在于，所述热侧阀(7、17)构造成，以及在流体回路中在所述热侧储存器(1、11、21)和机械热材料之间设置成，通过机械热材料的升温来打开所述热侧阀(7、17)，所述冷侧阀(8、18)构造成，以及在流体回路中在所述冷侧储存器(2、12、22)和机械热材料之间设置成，通过机械热材料的冷却来打开所述冷侧阀(8、18)。
15.根据上述权利要求8至14之一所述的装置，其特征在于，所述冷侧储存器(2、12、22)、热侧储存器(1、11、21)和机械热材料设置在封闭的空间(29)中，所述封闭的空间构造成，通过蒸发的流体(3)的对流和冷凝的流体(3)的回输实现热传递。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述封闭的空间(29)在所述热侧储存器(2)的区域内具有疏液的涂层和/或凸凹结构和/或在所述冷侧储存器(2)的区域内具有亲液的涂层和/或凸凹结构。
17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于，所述封闭的空间(29)在所述热侧储存器(2)的区域内具有亲水的涂层和/或凸凹结构和/或在所述冷侧储存器(2)的区域内具有疏水的涂层和/或凸凹结构。
18.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于，所述封闭的空间(29)在所述热侧储存器(2)的区域内具有亲油的涂层和/或凸凹结构和/或在所述冷侧储存器(2)的区域内具有疏油的涂层和/或凸凹结构。
19.根据上述权利要求8至18之一所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少两个具有机械热材料的热交换单元(4.1、4.2、14.1、14.2)并且用于产生机械应力的机构(5、15、19)与两个热交换单元(4.1、4.2、14.1、14.2)配合地设置和构成，使得能够交替地加载所述两个热交换单元(4.1、4.2、14.1、14.2)，优选地，使得至少两个具有机械热材料的热交换单元(14.1、14.2)分别设置在单侧封闭的缸体(5a.1、5a.2)中，并且居中地设置用于交替地压缩所述机械热材料的活塞(5b)。
20.根据上述权利要求8至19之一所述的装置，其特征在于，所述装置具有偏心器，所述偏心器作为用于产生机械应力的机构(5、15、19)，用于对机械热材料进行拉和/或压，优选地，所述偏心器是共轨泵的一部分。
21.根据上述权利要求8至20之一所述的装置，其特征在于，所述装置构造成热泵并且具有活塞系统(5、15、19)，所述活塞系统(5、15、19)作为用于产生机械应力的机构、用于进行拉和/或压的机构，优选地，所述活塞系统(5、15、19)是缸体-活塞组件。
22.根据上述权利要求8至21之一所述的装置，其特征在于，所述装置构造成热泵，并且优选地具有带有可磁化的芯(15)的线圈(19)，从而通过给线圈通电使线圈(19)中的芯(15)运动，并且由此产生所述机械热材料的压缩和温度变化。
23.根据上述权利要求8至20之一所述的装置，其特征在于，所述装置构造成热机，并且优选地具有带有可磁化的芯(15)的线圈(19)，从而通过机械热材料的温度变化使芯(15)在线圈(19)中运动，并且由此产生电流。
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