CN115315605A - 用于稳定和/或控制和/或调节工作温度的方法、热传递单元、用于传输能量的装置、制冷机以及热泵 - Google Patents

用于稳定和/或控制和/或调节工作温度的方法、热传递单元、用于传输能量的装置、制冷机以及热泵 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于稳定和/或开环和/或闭环控制基于循环过程的系统的工作温度的方法，所述方法使用至少一个热传递单元，所述热传递单元具有至少一个热有效的材料元件。重要的是，热有效的材料元件(11、12)的基础温度是由冷却流体控制。此外，本发明涉及一种热传递单元、一种制冷机和一种热泵。

Description

用于稳定和/或控制和/或调节工作温度的方法、热传递单元、 用于传输能量的装置、制冷机以及热泵
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于稳定和/或控制和/或调节基于循环过程的系统的工作温度的方法，一种根据权利要求9的前序部分所述的用于基于循环过程的系统的热传递单元，一种根据权利要求16的前序部分所述的用于传输能量的装置、一种根据权利要求17的前序部分所述的冷却装置以及一种根据权利要求18的前序部分所述的热泵。
背景技术
由现有技术已知的是，在基于循环过程的系统、如制冷机、热泵或热力机中使用热有效的材料，所述热有效的材料在与相应的场的相互作用时改变其温度。例如在DE 102014 010 476 B3中记载了一种基于具有热有效的材料的热管的空调装置，在这种情况下，所述材料是磁热的材料。同样由DE 10 2015 121 657 A1已知一种用于使用机械热的材料运行基于循环过程的系统的方法。
循环过程作为工作流体的周期性的状态变化的结果由热动力学已知，所述状态变化定期经历初始状态。这种循环过程的例子是，通过使用例如热泵或制冷机中的功来加热和/或冷却，或者也可以是例如在热力机中将热量转换成功。
如已经说明的那样，由现有技术已知的是，在这种循环过程中使用热有效的材料。这种热有效的材料在相应适当的场的影响区域中改变其温度。表述“热有效的材料”例如包括电热的材料、磁热的材料或机械热的材料。
电热材料在电场的影响区域中由于电力矩的定向和与此相关的熵降低或铁电相与顺电相之间的晶格转换，在其温度上发生变化。磁热材料在磁场的影响区域中由于磁力矩的定向和与此相关的熵降低或铁电相与顺电相之间的晶格转换，在其温度上发生变化。机械热材料(也作为弹性热材料、气压致热材料或形状记忆合金已知)由于施加机械应力而经历晶体相变，这种相变引起材料温度变化。这通常涉及高温相(奥氏体)与低温相(马氏体)之间的晶格转换。
对于热有效的材料，所述效应通常是可逆的并且也可以相反地起作用：对于机械热材料，可以通过改变温度相应地引发所述材料的形状和/或体积变化。对于磁热材料可以通过改变温度在所述材料中相应地引发从铁磁相到顺磁相的变化或相反。对于电热的材料可以通过改变温度在所述材料中相应地引发从铁磁相到顺磁相的变化或相反。
因此，在基于循环过程的系统中，热有效的材料可以用于传输和/或用于转换能量或热量。为此，由现有技术已知的是，通过显热、特别是通过用于导出热的液体泵进行的热传递是损失较大的并且因此不能实现系统令人满意的效率或功率密度。热量更多地是通过潜热传递的。这里，热有效的材料通常作为载热体与热侧储存器和冷侧储存器相结合设置在流体回路中。流体和载热体之间的热传递通过潜热进行。这种热传送的效率通过利用潜热(就是说工作流体的蒸发热和冷凝热)实现热传送而与用泵工作的系统相比明显提高。
为了提高所述系统的效率，可以循环地加热和冷却热有效的材料。这里，热流在理想情况下线性地随循环频率增大。经由热二极管使热流定向，所述热二极管设计成主动或被动的流体阀。被动的止回阀使用是众所周知的。
这里，热有效的材料所经历的过程原则上是可逆的。但在实际上，所有热有效的材料在循环运行中例如由于滞后效应发送自加热。由此，在每次相变中转化成热量并且平均地使热材料升温的场能都会损失。例如所述自加热包括已经提及的特别是机械热的材料中发生的滞后效应，但也包括摩擦，或者特别是在电热材料、磁热材料和多重响应热材料中，包括感应升温、电容式升温和/或电阻式升温，这种升温由通过场变换引起的充电/或涡电流在所述热有效的材料以及也在其他元件中感应产生，并且由此直接或间接地使热有效的材料升温。热有效的材料的基础温度、即在没有加载场的情况下的温度升高。
由现有技术在先已知的装置和方法不利之处在于，热有效的材料的基础温度由于所述的自加热而升高。随着这种材料升温，工作温度在运行时间增长时偏离热有效的材料的理想运行温度。热有效的材料元件中剩余的热量和热有效的材料元件中的相关温度升高，妨碍所述系统的运行频率的有效提高。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种用于运行基于循环过程系统的方法、一种热传递单元和一种装置，所述方法、热传递单元和装置与在先已知的装置和方法相比具有更高的效率。
所述目的通过一种根据权利要求1所述的用于温度稳定和/或控制和/或调节的方法以及通过根据权利要求9的热传递单元和根据权利要求16的用于传输能量的装置来实现。根据本发明的方法的优选设计方案在权利要求2至8中给出。根据本发明的热传递单元的优选设计方案在权利要求10至15中给出。此外，根据本发明的目的还通过根据权利要求17的冷却装置和根据权利要求18的热泵来实现。由此，所有权利要求的文字内容通过引用而明确地包含在说明书中。
根据本发明的方法设计成优选用于通过根据本发明的装置和/或所述装置的一个优选的实施形式来执行。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一个优选实施形式。
如本身已知的那样，根据本发明的用于稳定和/或控制基于循环过程的系统的工作温度的方法利用一种基于循环过程的系统来执行，所述系统具有热传递单元，所述热传递单元具有热有效的材料。
重要的是，通过冷却流体控制热有效的材料元件的基础温度。
本发明基于申请人这样的认知，即，通过稳定基础温度或者控制和/或调节到希望的基础温度可以明显提高具有带有热有效的材料的热传递单元的基于循环过程的系统的效率。
术语“热有效的材料元件”在本说明书的范围内是指部分或完整地由热有效的材料制成的元件。所述热有效的材料元件可以构造成载热体。
在本说明书的范围内，基础温度是指热有效的材料的希望的工作温度，就是说，没有场加载的情况下的希望的温度。
所述方法既适于利用制冷机传输能量，也适于利用热泵传输能量，也适于在热力机中将热转换成能量。作为热有效的材料可以使用机械热、电热或磁热材料。
根据本发明的用于运行基于循环过程的系统的方法利用一种具有热侧储存器和冷侧储存器以及至少一个流体腔的基于循环过程的系统来执行。所述系统构造成具有用于工作流体的蒸发器区域和冷凝器区域并且具有至少一个热传递单元，所述热传递单元具有热有效的材料元件，所述热有效的材料元件间接或直接地与工作流体作用连接地设置在流体腔中并且通过潜热传递在热有效的材料元件的热有效的材料与工作流体之间进行热传递。
所述方法包括以下方法步骤：
A激活电场和/或磁场和/或机械应力场，从而所述热有效的材料至少暂时受到与所述电场和/或磁场和/或机械应力场的相互作用；
B通过利用热有效的材料在方法步骤A中引起的第一温度变化，将热有效的材料加热到基础温度之上，而使工作流体蒸发；
C将工作流体导出到热侧储存器并且使工作流体在冷凝器区域上冷凝，这里，通过蒸发的工作流体的潜热传递热量；
D将冷凝的工作流体从冷凝器区域输送回到蒸发器区域；
E关闭所述电场和/或磁场和/或弹性场；
F使热有效的材料发生反向的到基础温度之下的第二温度变化；
G从冷侧储存器将工作流体供应到流体腔中，这里，通过蒸发的工作流体的潜热将热量从蒸发器区域输送到流体腔中；
重要的是，通过冷却流体控制或调节热有效的材料元件的基础温度。
由此得到这样的优点，即，在热有效的材料中出现或输入的热量可以由热有效的材料导出。就是说，将所述热有效的材料稳定地保持在基础温度，所述基础温度优选对应于热有效的材料的理想工作温度。
此外也可以不仅保持热有效的材料的基础温度。而是可以通过冷却流体调整到工作温度，就是说调整到热有效的材料的选定的期望基础温度。此时，由于对热有效的材料的场加载出现的温度波动在期望基础温度附近波动。
热有效的材料与材料相关地具有理想的工作温度(期望基础温度，基础温度)。热材料具有有限的温度范围，在所述温度范围中出现热效应。这个温度带作为工作窗口已知。所述工作窗口通常在电热和机械热材料中是非常宽的(通常达到100K)，并且对于磁热材料是非常窄的(通常为几个开尔文)。所述工作窗口的位置基本上是材料相关的并且可以通过材料组成或合金组分来调整。根据本发明得到这样的优点，即，可以有针对性地调整过程的工作温度。
在本发明的一个优选实施形式中，重复所述方法，特别是多次重复所述方法，优选以大于1Hz的频率、特别优选以大于10Hz的频率、优选以在1Hz至100Hz之间的频率周期性重复所述方法。
在本发明的一个优选的实施形式中，利用基于循环过程的系统来执行所述方法，所述系统包括多个流体腔，特别是多个串联的流体腔。所述工作流体流动通过所述串联的流体腔。由于工作流体的温度随着每个流体腔变化，合理的是，流体腔的热有效的材料与工作流体的相应温度相适配。这种方法和这种装置例如记载在DE 10 2015 121 657 A1中。这里完整地引用这个详细说明。
备选地，可以将多个流体腔并联。多个并联的流体腔的这种布置形式可以用在用于热回收的装置中。
通常在热侧储存器与流体腔之间设有至少一个热侧阀，并且在冷侧储存器与流体腔之间设有至少一个冷侧阀。所述阀优选作为被动阀动作并且使得所述系统可以作为热二极管运行，就是说，所述系统具有定向的热传输。如上所述，所述系统构造成具有用于工作流体的蒸发器区域和冷凝器区域。蒸发器区域和冷凝器区域可以构造成分开的区域，优选构造成热侧储存器和冷侧储存器的形式。但也可以设置独立的区域。特别是对于多个串联的流体腔中，热传递单元的热有效的材料用作热侧储存器和冷侧储存器：流体从冷侧存储器或前置的流体腔以蒸汽态流入流体腔并且在由热有效的材料制成的热传递单元上冷凝。由于热有效的材料的升温，冷凝的流体发生蒸发，流体腔中的压力升高并且流体经由热侧阀流动进入下面的流体腔，以便在这里在由热有效的材料制成的热传递单元上重新冷凝。利用这个重复的过程，流体经过所有串联的流体腔直到到达热侧储存器。流体从这里经由流体回引结构引导回到冷侧储存器。
在本发明的一个优选的实施形式中，通过冷却流体使热有效的材料元件的基础温度与用于热有效的材料的理想工作温度相适配。特别是当将多个流体腔串联或并联时，有利的是，串联的流体腔的每个热有效的材料元件的基础温度分别与各流体腔的热有效的材料的理想工作温度相适配。通过定向的热传输，工作流体随着通过流体腔而改变其温度。通过控制或调节相应热有效的材料元件的基础温度，可以显著提高系统效率。
在本发明的另一个优选的实施形式中，工作流体的流体回路和冷却流体的流体回路在空间上是分开的，特别是工作流体和冷却流体在两个分开的流体回路中循环流动。
由此实现了这样的优点，即，在选择冷却流体时，可以不仅限于工作流体回路中的流体。工作流体回路中的流体可以独立于冷却流体回路中的流体进行选择。此外，工作流体回路中的参数，压力和/或温度，可以独立于工作流体回路设置。
在本发明的一个优选的实现方案中，引导冷却流体通过具有热有效的材料的热有效的材料元件。优选引导冷却流体通过热有效的材料元件中的至少一个通道。由此得到这样的优点，可以以简单的方式和形式使冷却流体与热有效的材料元件的热有效的材料处于作用连接，从而形成热接触并且从热有效的材料中导出热量。此时，确保了热有效的材料元件的通道内部的冷却流体与热有效的材料元件外表面上的工作流体分离。
在本发明的一个备选实施方案中，将工作流体用作冷却流体。特别优选地为此可以使用工作流体的从热侧储存器到冷侧储存器的流体回引结构。
优选地，使热有效的材料受到电场和/或磁场和/或机械应力场作用，此时，在热有效的材料中以机械应力的形式产生弹性场，优选通过对热有效的材料的拉和/或压加载、对热有效的材料的剪切和/或压缩产生，此时，通过对热有效的材料的拉和/或压加载产生热有效的材料的温度变化，和/或所述电场通过电容器产生，此时，通过电场产生热有效的材料的温度变化，和/或所述磁场通过永磁体、优选通过活动的永磁体产生，此时通过磁场产生热有效的材料的温度变化。由此，可以以简单的方式和形式引发热效应。
优选用于工作流体和/或冷却流体的输送机构、特别是压缩机形式的输送机构通过由用于产生机械应力场的机构形成的行程驱动。
由此来自机械应力场的产生的能量可以用于驱动或输送冷却流体和/或工作流体。
为了避免，由于为了定向的热传输将工作流体从作为蒸发器的冷侧储存朝作为冷凝器的热侧储存器输送而导致冷侧储存器变干，在具有热有效的材料的基于循环过程的系统中通常设有从热侧储存器回到冷侧储存器的流体回引结构。流体在热侧的冷凝器区域中冷凝，并且通过流体回引结构引回到冷侧储存器。如果工作流体在从热侧储存器向冷侧储存器回引时被引导在热有效的材料上经过或优选通过热传递单元，可以将工作流体用作冷却流体。由此可以使冷却流体和热有效的材料处于作用连接。
这里同样在本发明的范围内的是，将热侧储存器和冷侧储存器互换和/或流体回引结构沿另一个热方向引导。流体回引结构的原理可以独立于方向和温度差用作根据本发明的用于冷却流体的温度调节装置。
在将工作流体用作冷却流体时得到这样的优点，即，能够以简单的方式和形式利用已经存在的机构冷却热有效的材料元件。
同样在本发明范围内的是，不对热有效的材料元件进行冷却，而是通过冷却流体有针对性地调整到希望的温度或调节到希望的温度。表述“冷却流体”和表述“冷却”仅是简化的表述方式。在本发明的范围内，以此表明，设置任意的基础温度。在本发明的范围内，这其中还包括，将流体腔的热有效的材料加热到希望的基础温度，特别是加热到理想的工作温度。
在本发明的一个备选的优选实施形式中，设有来自冷侧储存器的流体连接结构，所述流体连接结构将冷却流体从冷侧储存器引导通过热有效的材料元件或在热有效的材料元件上经过，从而使冷却流体与热有效的材料元件的热有效的材料处于作用连接。
在本发明的另一个备选的优选实施形式中，附加于流体回引结构设有来自冷侧储存器的流体连接结构，所述流体连接结构将冷却流体从冷侧储存器引导通过热有效的材料元件或在热有效的材料元件上经过，引向冷侧储存器，从而使冷却流体与热有效的材料元件的热有效的材料处于作用连接。
上面所述的目的还通过一种用于基于循环过程的系统的热传递单元来实现。如本身已知的那样，所述热传递单元包括具有热有效材料的热有效的材料元件，所述热有效的材料设置成与工作流体作用连接，从而能够在工作流体与热有效的材料之间传递热量并且工作流体与热有效的材料之间的热传递主要通过潜热传递(即工作流体的蒸发热和冷凝热)进行。
重要的是，热传递单元具有用于控制或调节热有效的材料元件的基础温度的调节装置。
根据本发明的热传递单元同样具有根据本发明的方法的已经提及的优点。根据本发明的方法也具有根据本发明的热传递单元的所有下面说明的优点。
在一个可能的优选实现方案中，所述调节装置构造成至少一个用于冷却流体的流体通道。所述流体通道与热有效的材料作用连接地延伸。优选所述流体通道在热有效的材料上延伸或延伸通过热有效的材料。由此可以以简单的方式和形式使冷却流体与热有效的材料的作用连接。
在本发明的一个优选的实施形式中，热有效的材料构造成棒的形式，优选构造成空心棒的形式。优选作为热传递单元的一部分设置多个棒，特别优选2至100个棒、优选5至50个棒，特别优选10个棒。特别优选根据总的热有效的材料质量以及根据表面与体积的比值确定棒的数量和设计，以便能够充分地导出或供应热量。优选用于冷却流体的通道延伸通过每个由热传递单元的热有效的材料制成的棒。
所述冷却流体优选是水、乙醇、丁烷、CO2、NH3和/或前面所述流体的混合物。
在本发明的一个优选的实施形式中，所述调节装置包括至少一个用于泵送冷却流体的泵和/或至少一个节流阀。所述泵以及节流阀都优选设置在用于冷却流体的流体管道中，特别是优选设置在所述流体回引结构中。通过所述泵和/或节流阀可以调整冷却流体的速度。根据冷却流体的速度来控制，有多少热量从热有效的材料元件的热有效的材料传递到冷却流体上，就是说，冷却流体以怎样的程度冷却热有效的材料。
由此，通过使用泵和/或节流阀可以以简单的方式和形式控制基础温度。
在一个备选的实施形式中，所述工作流体用作冷却流体，基于循环过程的系统的流体回引结构设置和设计成，使得工作流体在流体回引结构中与热有效的材料发生作用连接。由此，工作流体和冷却流体不再是空间上分开的。相反，工作流体就是冷却流体。由此，基本上仅设有一个用于工作流体以及冷却流体的流体回路。这里可以设有两个包括流体管道的回路。但这两个回路是连接的、优选通过热侧储存器和/或冷侧储存器连接。由冷侧储存器使工作流体蒸发并且在流体腔中通过热有效的材料使工作流体升温。由此工作流体流动到热侧储存器，在这里，工作流体在冷凝器范围内冷凝。冷凝的工作流体作为冷却流体通过流体回引结构回引到冷侧储存器，从而使工作流体作为热有效的材料元件中的冷却流体与热有效的材料作用连接。
由此得到这样的优点，即，流体回路不需要具有复杂的设计即可实现对基础温度的控制。
在本发明的一个备选的实施形式中，基于循环系统的流体回引结构设置和设计成，使得工作流体作为冷却流体通过流体回引结构引导到热有效的材料，从而在流体腔中实现对热有效的材料的表面的润湿。就是说，没有引导冷却流体通过热有效的材料。而是利用所述冷却流体润湿流体腔中的热有效的材料的表面。这样，由于通过更多的流体导致的附加的蒸发热，可以调整热有效的材料的温度。流体此时可以在系统内部例如从热侧、冷侧或其他部段输入。流体的供应可以主动地(泵、阀)控制或者例如通过被动地引发的压力梯度或通过重力导入流体腔中。此外，流体供应可以利用可编程的材料调节。
为了最佳地导出热，必须使所述附加的流体在热材料的表面上分布，以便在这里通过蒸发导出热。这优选通过有针对性地适配调整润湿特性来实现。表面润湿特性可以通过对表面进行化学处理来实现。可以通过附加地对表面进行微结构化来强化这个效果。
优选热传递单元构造成特别是在空间上分开地具有用于工作流体的液体循环和用于冷却流体的液体循环。
本发明的所述目的还通过用于传输能量的装置来实现。所述装置能够为了传输热量作为热泵和/或冷却装置运行并且如本身已知的那样包括用于工作流体的热侧储存器和冷侧储存器。所述装置还包括至少一个流体腔，所述流体腔通过流体管道与热侧储存器和冷侧储存器连接。在热侧储存器与流体腔之间设置至少一个热侧阀；在冷侧储存器与流体腔之间设置至少一个冷侧阀。在流体腔中设置具有热有效的材料的热有效的材料元件，并且所述热有效的材料设置成与工作流体作用连接，从而能够通过潜热传递在工作流体与热有效的材料之间传递热量。所述装置具有用于产生用于热有效的材料的电场和/或磁场和/或弹性场的机构，从而热有效的材料设置在与所述场的相互作用区域中。这种装置的一种可能的实现方案例如记载在DE 10 2015 121 657 A1中。
重要的是，所述装置包括用于控制热有效的材料元件的基础温度的调节装置。
根据本发明的用于传输能量的装置也提供了根据本发明的方法以及根据本发明的热传递单元的上面说明的优点。根据本发明的用于传输能量的装置特别是适合于使用根据本发明的热传递单元和/或根据本发明的热传递单元的优选实施形式。
本发明的所述目的还通过具有热传递单元的冷却装置或热泵来实现，所述热传递单元包括具有热有效材料的热有效的材料元件。所述热有效的材料设置成与工作流体作用连接，从而能够在工作流体与热有效的材料之间传递热量，这里，工作流体与热有效的材料之间的热传递主要通过潜热传递进行。
重要的是，所述热泵或冷却装置包括用于控制热有效的材料元件的基础温度的调节装置。
根据本发明的方法以及根据本发明的热传递单元原则上适用于这样的应用场合，在所述应用场合中，热量应从具有第一温度的储存器传输到具有第二温度的储存器。根据本发明的方法和根据本发明的热传递单元因此优选构造成热泵或制冷机或者用于热泵或制冷机中。
一个特别有利的实现形式在于空气调节装置，特别是制冷和空调设备。已知的制冷和空调设备通常基于压缩机工作并且需要制冷剂。这种制冷剂已知是对天气和环境是有害的并且是易燃的，并且此外还是有害健康的。处于这个原因，借助于所介绍的带有热有效的材料的系统进行冷却是基于压缩机的系统的一种有益的替代方案。由现有技术已知的系统的不利之处是，效率较低。利用根据本发明的温度稳定措施能够提高所述效率。
附图说明
下面参考实施例和附图说明本发明的其他优选特征和实施形式。
其中：
图1示出本发明的第一实施例的示意图，其中示出热传递单元的内磁动势(Innendurchflutung)；
图2示出本发明的第二实施例，其中示出热传递单元的内磁动势；
图3示出本发明的第三实施例，其中示出热传递单元的内磁动势；
图4示出本发明的第四实施例的示意图，这里润湿热传递单元的表面；
图5示出本发明的冷却系统形式的第六实施形式的示意图。
具体实施方式
在图1至5中，相同的附图标记表示相同或作用相同的元件。
图1作为第一实施例示出根据本发明的制冷机的示意图。制冷机1构造成具有用于工作流体的热侧储存器2和冷侧储存器3。在当前情况下，使用水作为工作流体。冷侧储存器在当前情况下具有5℃的温度并且存在8mbar的压力。热侧储存器在当前情况下具有35℃的温度并且存在55mbar的压力。
在冷侧储存器3与热侧储存器2之间设有两个流体腔4、5。第一流体腔4通过流体管道6与冷侧储存器3连接。在冷侧储存器3与第一流体腔4之间在流体管道6中设置冷侧阀7。所述冷侧阀7构造成止回阀。
第二流体腔5经由流体管道8与热侧储存器2连接。在热侧储存器2与第二流体腔5之间在流体管道8中设置热侧阀9。所述热侧阀9构造成止回阀10。
第一流体腔4和第二流体腔5同样经由止回阀10相互连接。在第一流体腔4中和在第二流体腔5中分别设置热有效的材料元件11、12。所述热有效的材料元件11、12在当前情况下由机械热材料构成，具体而言由镍钛合金Ni55.8Ti44.2构成。
在当前情况下，通道13、14延伸通过热有效的材料元件11、12的热有效的材料。用于稳定和/或控制热有效的材料元件11、12的基础温度的冷却流体被引导通过所述通道。由此，冷却流体流动通过热有效的材料元件11、12。
在热侧储存器2与冷侧储存器3之间设置流体回引结构15。在所述流体回引结构15中设有节流阀23。由此，所述冷却装置1具有用于工作流体的第一流体回路16。用于工作流体的第一流体回路16包括冷侧储存器3、第一流体管道6、第一流体腔4、第二流体腔5、第二流体管道8、热侧储存器2以及流体回引结构15。流体回路16构造成压力密封的系统，在所述系统中基本上所有外来气体(就是说除了工作流体以外的所有气体)都不能进入压力密封的系统。
在所述流体回路中，如已经说明的那样，在冷侧储存器3与第一流体腔4之间设置冷侧阀7，并且在热侧储存器与第二流体腔5之间设置热侧阀9。在当前情况下，冷侧阀7和热侧阀9构造成压力控制的阀。两个阀打开时相应的压力差是能调整的并且在当前情况下约为1mbar。
附加于用于工作流体的第一流体回路16，还设有用于冷却流体的第二流体回路17。在第二流体回路17中设有用于控制冷却流体的流量的泵。
第二流体回路17从热侧储存器2经由泵18延伸到第一流体腔4。在第一流体腔4中，第二流体回路17通过第一通道13延伸通过第一热有效的材料元件11。由此，第一热有效的材料元件11在内部由冷却流体流动通过。流体回路17然后进一步延伸到第二流体腔5。这里，第二流体回路以第二通道14延伸通过第二热有效的材料元件12。由此，第二热有效的材料元件12也在内部由冷却流体流动通过。第二流体回路17然后进一步延伸返回热侧储存器2。第二流体回路17由此是经由热侧储存器2与第一流体回路16连接的流体回路。第一流体回路16的工作流体由此用作第二流体回路17的冷却流体。
通过泵18可以控制冷却流体的速度。通过控制速度能够调整，有多少热量从第一热有效的材料元件11和第二热有效的材料元件12传递到冷却流体上，从而由此能够控制两个热有效的材料元件11、12的基础温度。
图2示出本发明的具有用于冷却流体的单独的储存器的另一个实施例的示意图。
为了避免重复，下面仅说明与图1的区别。
在当前情况下，对于冷却流体和工作流体设置两个分开的液体循环16、19。如针对图1说明的那样，工作流体在液体循环16中从冷侧储存器3经由热有效的材料元件11、12流到热侧储存器2，并且经由流体回引结构15流动回到冷侧储存器3。
用于冷却流体的单独的流体回路19在当前情况下不与冷侧储存器3或热侧储存器2连接。相反，设有用于冷却流体的专门的冷却流体储存器20。流体管道21从冷却流体储存器20延伸到具有热有效的材料的第一热有效的材料元件11。所述冷却流体通过通道13流动通过第一热有效的材料元件11，所述通道在内部延伸通过第一热有效的材料元件11的热有效的材料。冷却流体从第一热有效的材料元件11经由第二通道14流动通过第二热有效的材料元件12。所述通道14同样在热有效的材料的内部延伸。为了使单独的流体回路19闭合，流体管道从通道14引回到冷却流体储存器20。
在流体回路19中，在流体管道21中在冷却流体储存器20与通道13之间设有泵18。利用所述泵18能够控制流体回路19中的冷却流体的速度。如针对图1说明的那样，通过速度能够控制两个热有效的材料元件11、12的基础温度。
用于冷却流体的单独的流体回路19由此是闭合的流体回路，所述流体回路在空间上与用于工作流体的第一流体回路16是分开的。
图3示出本发明的另一个实施例的示意图。
流体回引结构15在当前情况下构造成，使得流体回引结构15经由通道14延伸通过热有效的材料元件12并且通过通道13延伸通过热有效的材料元件11。流体回引结构15从热侧储存器2延伸到冷侧储存器3。
在流体回引结构15的流体管道中，在热侧储存器2与通过热有效的材料元件12的通道14之间设置节流阀23。利用所述节流阀23可以调整冷却流体的速度，从而可以控制从热有效的材料元件12或11传递到冷却流体上的热量。
图4示出本发明的另一个实施例的示意图，其中，通过冷却流体对热有效的材料的表面进行润湿。
如针对图1和2说明的那样，第一流体回路16构造成具有流体回引结构15。
流体管道24从热侧储存器2引向流体腔4、5。流体管道24分成两个流体管道24.a、24.b，这两个流体管道分别在流体腔4、5的朝向热侧储存器的侧面上结束。在这两个流体管道中分别设有节流阀23.a、23.b。利用这两个流体管道24.a、24.b向两个流体腔4、5供应冷却流体，使得热有效的材料元件11、12朝向热侧储存器2的侧面分别用冷却流体润湿。通过附加于工作流体在流体腔4、5中提供的附加的冷却流体，实现更强的蒸发，并且由此导出更多的热量。由此，可以调整热有效的材料元件11、12的温度。
图5示出根据本发明的基于循环过程的系统的一个实施例的示意图，在当前情况下所述系统是冷却装置。
所述冷却装置包括多个流体腔，在当前情况下是五个流体腔。流体腔4、5圆形地围绕一个中心设置。在中心处设有偏心轮30。示例性地标出流体腔4、5。流体腔4、5通过止回阀相互连接。在流体腔4、5中设有热有效的材料元件11、12，在当前情况下是由机械热材料制成的空心棒。在当前情况下，多个流体腔4、5是串联的。通过偏心轮30向热有效的材料元件11、12加载压力。由此，热有效的材料元件11、12的机械热材料升温。通过这种温度变化，流体腔4、5中的流体蒸发并且经由止回阀流入下一个流体腔。通过箭头给出工作流体的“运动方向”，在当前情况下是逆时针方向。热量也沿这个方向传输。工作流体流动通过串联的流体腔4、5。工作流体的温度随每个流体腔4、5改变。
用于温度调节的装置这样适配调整，使得热有效的材料元件11、12的温度分别调整到相应流体腔4、5中的理想工作温度。
流体腔5作为细节局部图放大示出。在流体腔5设有三个由机械热材料制成的空心棒，例如标注了11、12，所述空心棒分别具有一个通道，所述通道用13、14标注。冷却流体经由流体回路17流动通过热有效的材料。
附图标记列表
1 冷却装置
2 热侧储存器
3 冷侧储存器
4 流体腔
5 流体腔
6 流体管道
7 冷侧阀
8 流体管道
9 热侧阀
10 止回阀
11 热有效的材料元件
12 热有效的材料元件
13 通道
14 通道
15 流体引回结构
16 第一流体回路
17 第二流体回路
18 泵
19 流体回路
20 冷却流体储存器
21 流体管道
23 节流阀
23.1 节流阀
23.2 节流阀
24.a 流体管道
24.b 流体管道
30 偏心轮

Claims (18)

1.用于运行基于循环过程的系统的方法，所述系统具有热侧储存器(2)和冷侧储存器(3)以及至少一个流体腔(4、5)、具有用于工作流体的蒸发器区域和冷凝器区域和至少一个热传递单元，所述热传递单元具有热有效的材料元件(11、12)，所述热有效的材料元件(11、12)间接或直接地与工作流体作用连接地设置在流体腔(4、5)中并且通过潜热传递在热有效的材料元件(11、12)的热有效的材料与工作流体之间进行热传递，所述方法包括以下方法步骤：
A激活电场和/或磁场和/或机械应力场，从而所述热有效的材料至少暂时受到与所述电场和/或磁场和/或机械应力场发生的相互作用；
B通过利用热有效的材料在方法步骤A中引发的第一温度变化使热有效的材料升温到基础温度之上而使工作流体蒸发；
C将工作流体导出到热侧储存器(2)并且使工作流体在冷凝器区域上冷凝，这里，通过蒸发的工作流体的潜热传输热量；
D将冷凝的工作流体从冷凝器区域输送回到蒸发器区域；
E关闭所述电场和/或磁场和/或弹性场；
F使热有效的材料发生反向的第二温度变化，变化到低于基础温度；
G从冷侧储存器(3)将工作流体供应到流体腔中，这里，通过蒸发的工作流体的潜热将热量从蒸发器区域传输到流体腔中；
其特征在于，
通过冷却流体控制或调节所述热有效的材料元件的基础温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复所述方法，特别是，多个流体腔(4、5)串联或并联，使得工作流体流动通过所述串联或并联的流体腔(4、5)并且在所述串联或并联的流体腔中周期性地重复所述方法。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过冷却流体使所述热有效的材料元件(11、12)的基础温度与对于热有效的材料理想的工作温度相适配，特别是，多个流体腔(4、5)串联或并联并且使所述串联或并联的流体腔(4、5)的热有效的材料元件(11、12)的基础温度分别与对于各流体腔(4、5)的热有效的材料理想的工作温度相适配。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，工作流体和冷却流体是空间上分开的，特别是工作流体和冷却流体在两个分开的液体循环(16、17)中循环流动。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，引导所述冷却流体通过所述热有效的材料元件(11、12)，优选引导所述冷却流体通过所述热有效的材料元件(11、12)中的至少一个通道(13、14)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述工作流体用作冷却流体，特别是工作流体从热侧储存器(2)到冷侧储存器(3)的流体回引结构作为冷却流体被引导通过热有效的材料元件(11、12)或被引导在热有效的材料元件(11、12)上经过，从而冷却流体与热有效的材料元件(11、12)的热有效的材料处于作用连接，和/或来自冷侧储存器(3)的流体连接结构作为冷却流体被引导穿过热有效的材料元件(11、12)或被引导在热有效的材料元件(11、12)上经过，从而冷却流体与热有效的材料元件(11、12)的热有效的材料处于作用连接。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使所述热有效的材料受到电场和/或磁场和/或机械应力场作用，所述机械应力场以机械应力的形式在所述热有效的材料中产生，优选通过对所述热有效的材料的拉和/或压载荷、对所述热有效的材料的剪切和/或压缩产生，通过对所述热有效的材料的拉和/或压载荷产生所述热有效的材料的温度变化，和/或所述电场通过电容器产生，通过所述电场产生所述热有效的材料的温度变化，和/或所述磁场通过永磁体、优选通过能运动的永磁体产生，通过所述磁场产生所述热有效的材料的温度变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用于工作流体和/或冷却流体的输送机构、特别是压缩机形式的输送结构通过由用于产生机械应力场的机构形成的行程驱动。
9.用于基于循环过程的系统的热传递单元、特别是用于热泵和/或冷却装置和/或热力机的热传递单元，所述热传递单元包括至少一个具有热有效材料的热有效的材料元件(11、12)，所述热有效的材料设置成与工作流体作用连接，从而能够在工作流体与热有效的材料之间传递热量并且工作流体与热有效的材料之间的热传递主要通过潜热传递进行，
其特征在于，
所述热传递单元包括调节装置，用于控制或调节热有效的材料元件的基础温度。
10.根据权利要求9所述的热传递单元，其特征在于，所述调节装置构造成用于冷却流体的至少一个与热有效的材料处于作用连接的流体通道(13、14)，特别是在热有效的材料上延伸或延伸通过热有效的材料。
11.根据权利要求9或10所述的热传递单元，其特征在于，冷却流体是水、乙醇、丁烷、CO2、NH3和/或前面所述流体的混合物。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的热传递单元，其特征在于，所述调节装置包括至少一个用于泵送冷却流体的泵(18)和/或节流阀(23)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的热传递单元，其特征在于，所述工作流体用作冷却流体，特别是基于循环过程的系统的流体回引结构(15)设置和设计成，使得工作流体在流体回引结构(15)中与热有效的材料发生作用连接。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的热传递单元，其特征在于，所述基于循环过程的系统的流体回引结构(15)设置和设计成，使得通过所述流体回引结构(15)将工作流体引向热有效的材料，从而在流体腔中实现对热有效的材料的表面的润湿。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的热传递单元，其特征在于，设置用于工作流体的液体循环(16)和用于冷却流体的液体循环(17)，特别是空间上分开地设置所述液体循环。
16.用于传输能量的装置，所述装置能够作为热泵和/或冷却装置运行，所述装置包括：
用于工作流体的热侧储存器(2)和冷侧储存器(3)；
至少一个流体腔(4、5)，所述流体腔通过流体管道(6)与热侧储存器(2)和冷侧储存器(3)连接，
在热侧储存器(2)与流体腔(4、5)之间设置至少一个热侧阀(9)，并且在冷侧储存器(3)与流体腔(4、5)之间设置至少一个冷侧阀(7)；
以及在流体腔(4、5)中设置具有热有效的材料的热有效的材料元件(11、12)，并且所述热有效的材料设置成与工作流体作用连接，从而热量能够通过潜热传递在工作流体与热有效的材料之间传递，
所述装置具有用于产生用于所述热有效的材料的电场和/或磁场和/或机械应力场的机构，从而热有效的材料设置在与所述场的相互作用区域中，
其特征在于，
所述装置具有根据权利要求9至15中任一项所述的热传递单元。
17.具有热传递单元的冷却装置，所述热传递单元包括具有热有效材料的热有效的材料元件(11、12)，所述热有效的材料设置成与工作流体作用连接，从而能够在工作流体与热有效的材料之间传递热量并且工作流体与热有效的材料之间的热传递主要通过潜热传递进行，
其特征在于，
所述热传递单元根据权利要求9至15中任一项构成。
18.具有热传递单元的热泵，所述热传递单元包括具有热有效材料的热有效的材料元件(11、12)，所述热有效的材料设置成与工作流体作用连接，从而能够在工作流体与热有效的材料之间传递热量并且工作流体与热有效的材料之间的热传递主要通过潜热传递进行，
其特征在于，
所述热传递单元根据权利要求11至15中任一项构成。
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