DE102012018029A1 - Device for tempering working area, has compressor unit, which is connected upstream of heating section and downstream of cooling section, and expansion unit, which is connected downstream of heating section and upstream of cooling section - Google Patents

Device for tempering working area, has compressor unit, which is connected upstream of heating section and downstream of cooling section, and expansion unit, which is connected downstream of heating section and upstream of cooling section Download PDF

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Abstract

The device (1) has a compressor unit (5), which is connected upstream of a heating section (3) and downstream of a cooling section (4), and an expansion unit (10), which is connected downstream of the heating section and upstream of the cooling section. The compressor unit has a drive, which sucks in the gaseous working fluid and supplies to the heating section. The drive has a piezoelectric actuator (6), which moves a membrane from outside the circuit (2), where the membrane limits the circuit. An independent claim is included for a method for controlling a thermal process in a circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren eines Arbeitsbereichs mit einem geschlossenen Kreislauf und ein Verfahren zur Regelung eines thermischen Prozesses in einem Kreislauf.The invention relates to a device for tempering a work area with a closed circuit and a method for controlling a thermal process in a circuit.

US 2002/0131868 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend ein fluiddichtes Gehäuse, das die Vorrichtung umschließt, ein Pumpengehäuse, das einen mit Arbeitsfluid gefüllten zylindrischen Pumpraum aufweist, einen in dem Pumpraum axial verschieblichen Kolben und einen den Pumpraum begrenzenden Pumpraumdeckel mit einem ersten Rückschlagventil und einem zweiten Rückschlagventil. Das Pumpengehäuse weist Befestigungsabschnitte auf, an denen eine Membran schwingfähig aufgenommen ist. Die Membran steht mit einem dem Pumpraumdeckel abgewandten Ende des Kolbens in Wirkverbindung und weist an einer dem Kolben zugewandten Seite mehrere piezoelektrische Aktoren auf. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die piezoelektrischen Aktoren kommt es zu einer Deformation der Membran, die den Kolben in Richtung des Pumpraumdeckels verlagert, wobei sich das Volumen des Pumpraums verringert und das Arbeitsfluid komprimiert wird. Hierbei tritt in dem Pumpraum ein Druckanstieg auf, der das zweite Rückschlagventil öffnet, wobei Arbeitsfluid bis zum Erreichen eines Druckausgleichs durch das zweite Rückschlagventil ausströmt. Durch eine Umkehr der Polarität der an den piezoelektrischen Aktoren angelegten elektrischen Spannung verformt sich die Membran in eine entgegengesetzte Richtung, wobei der Kolben in eine Position unterhalb einer Ruhelage verlagert wird. Dies führt zu einer Volumenvergrößerung des Pumpraums und einem Unterdruck, der das erste Ventil öffnet, wobei Arbeitsfluid bis zum Erreichen des Druckausgleichs durch das erste Rückschlagventil in den Pumpraum strömt. Die Bestromung der piezoelektrischen Aktoren wird durch eine Steuerungseinheit geregelt. Dabei vergleicht ein Komperatorglied einen mit einem Detektorglied bestimmten Deformationszustand der Membran mit einem Sollwert und übermittelt bedarfsmäßige Steuerbefehle an ein Steuerglied, das die elektrische Spannung der piezoelektrischen Aktoren moduliert. US 2002/0131868 A1 describes a device for conveying a working fluid, comprising a fluid-tight housing, which encloses the device, a pump housing having a cylinder filled with working fluid pump space, an axially displaceable in the pump chamber piston and a pump space delimiting pump chamber cover with a first check valve and a second Check valve. The pump housing has fastening sections, on which a membrane is accommodated in a swingable manner. The diaphragm is in operative connection with an end of the piston remote from the pump chamber cover and has a plurality of piezoelectric actuators on a side facing the piston. Upon application of an electrical voltage to the piezoelectric actuators, a deformation of the membrane occurs, which displaces the piston in the direction of the pump chamber cover, wherein the volume of the pump chamber is reduced and the working fluid is compressed. In this case, a pressure increase occurs in the pump chamber, which opens the second check valve, wherein working fluid flows out until a pressure equalization through the second check valve is achieved. By reversing the polarity of the voltage applied to the piezoelectric actuators electrical voltage, the membrane deforms in an opposite direction, wherein the piston is displaced to a position below a rest position. This leads to an increase in volume of the pump chamber and a negative pressure, which opens the first valve, wherein working fluid flows until reaching the pressure equalization through the first check valve in the pump chamber. The energization of the piezoelectric actuators is controlled by a control unit. In this case, a comparator element compares a deformation state of the membrane determined by a detector element with a desired value and transmits required control commands to a control element which modulates the electrical voltage of the piezoelectric actuators.

DE 10 2006 028 986 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend einen Pumpenträger, auf den ein Pumpengehäuse mit einer ersten gestaltveränderlichen Gehäusehälfte und einer zweiten gestaltveränderlichen Gehäusehälfte, die mittels einer Kleberlage abschnittsweise verbunden sind, aufgebracht ist. Zwischen der ersten und der zweiten Gehäusehälfte ist ein Pumpraum angeordnet, der von gegenüberliegenden Membranabschnitten der ersten und der zweiten Gehäusehälfte begrenzt ist. Die erste Gehäusehälfte weist ein Einlassventil und ein Auslassventil auf, die in einer geöffneten Position eine Verbindung des Pumpraums mit einer Saug- und einer Pumpleitung herstellen. Den Membranabschnitten der ersten und der zweiten Gehäusehälfte und dem Einlass- und dem Auslassventil sind piezoelektrische Aktoren zugeordnet, die bei entsprechender Bestromung zu einer Verformung und einer Volumenänderung des Pumpraums bzw. einem Öffnen oder Schließen des Einlass- und des Auslassventils führen. Durch eine Volumenvergrößerung des Pumpraums entsteht ein Unterdruck, durch den bei geöffnetem Einlassventil und geschlossenem Auslassventil Arbeitsfluid durch die Saugleitung in den Pumpraum gelangt. Eine Verringerung des Volumens verursacht einen Überdruck, infolge dessen in dem Pumpraum befindliches Arbeitsfluid bei geöffnetem Auslassventil und geschlossenem Einlassventil durch die Pumpleitung ausgestoßen wird. DE 10 2006 028 986 A1 describes a device for conveying a working fluid, comprising a pump support, on which a pump housing with a first gestaltveränderlichen housing half and a second gestaltveränderlichen housing half, which are connected by means of an adhesive layer in sections, is applied. Between the first and the second housing half, a pumping space is arranged, which is delimited by opposite membrane portions of the first and the second housing half. The first housing half has an inlet valve and an outlet valve, which in an open position connect the pump space to a suction and a pump line. The membrane sections of the first and the second housing half and the inlet and the outlet valve are associated with piezoelectric actuators, which lead with appropriate energization to a deformation and a change in volume of the pump chamber or an opening or closing of the inlet and the outlet valve. An increase in the volume of the pumping space creates a negative pressure through which working fluid passes through the suction line into the pumping chamber when the inlet valve and the outlet valve are closed. A reduction in the volume causes an overpressure, as a result of which working fluid in the pumping space is discharged through the pumping line when the outlet valve is open and the inlet valve is closed.

DE 102 34 584 B3 beschreibt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend ein Pumpengehäuse mit einem ersten Gehäuseabschnitt und einem zweiten Gehäuseabschnitt, einen zylindrischen piezoelektrischen Aktor, der aus gestapelten Piezoelementen gebildet ist, und einen in dem zweiten Gehäuseabschnitt angeordneten Pumpraum mit einer vorderen Pumpkammer und einer hinteren mit Arbeitsfluid gefüllten Pumpkammer, die durch eine Membran getrennt sind. Die hintere Pumpkammer ist durch einen Anschlussabschnitt mit einer Saugleitung und einer Pumpleitung verbunden, die in einem ersten Rückschlagventil und einem zweiten Rückschlagventil mit jeweils entgegengesetzter Freigaberichtung münden. An ein dem Pumpraum zugewandtes Ende des piezoelektrischen Aktors schließt ein Verbindungsstück an, das als Federteller für ein erstes Ende einer ersten Feder dient. Die erste Feder liegt an einem zweiten Ende an einer Schwingmasse an, die mittels eines die vordere Pumpkammer durchsetzenden Verbindungselements mit der Membran verbunden ist. Das Verbindungselement ist von einer zweiten Feder umgeben, die sich einenends an der Schwingmasse und anderenends an dem zweiten Gehäuseabschnitt abstützt, so dass ein schwingfähiges Federmassesystem gebildet ist, bei dem der piezoelektrische Aktor unter einer Federvorspannung steht. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor elongiert dieser in Richtung des zweiten Gehäuseabschnitts, wobei die erste Feder gestaucht und die Schwingmasse mit einer zusätzlichen Federkraft belastet wird. Die Schwingmasse verlagert sich dabei zusammen mit dem Verbindungselement in einer Ausdehnungsrichtung, wobei die Feder gestaucht und die Membran beaufschlagt wird. Dadurch kommt es zu einer Volumenverringerung der hinteren Pumpkammer und bis zum Erreichen eines Druckausgleichs zu einem Ausstoßen von in der hinteren Pumpkammer befindlichen Arbeitsfluid durch die Pumpleitung und das zweite Rückschlagventil. Bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor verlagert sich dieser wieder in eine Ausgangsposition, wobei sich die erste und die zweite Federn entspannen und die Schwingmasse sowie das Verbindungselement ihre Ausgangsposition erreichen. Dabei wird die Membran entlastet und Arbeitsfluid strömt infolge einer Volumenvergrößerung der hinteren Pumpkammer durch das Rückschlagventil und die Saugleitung in die hintere Pumpkammer. DE 102 34 584 B3 describes a device for conveying a working fluid comprising a pump housing having a first housing portion and a second housing portion, a cylindrical piezoelectric actuator formed of stacked piezoelectric elements, and a pump housing arranged in the second housing portion with a front pumping chamber and a rear filled with working fluid Pumping chamber, which are separated by a membrane. The rear pumping chamber is connected by a connection portion with a suction line and a pumping line, which open in a first check valve and a second check valve, each with opposite release direction. At a pump room facing the end of the piezoelectric actuator connects to a connector which serves as a spring plate for a first end of a first spring. The first spring abuts at a second end on an oscillating mass, which is connected to the membrane by means of a connecting element passing through the front pumping chamber. The connecting element is surrounded by a second spring, which is supported at one end on the oscillating mass and the other end on the second housing portion, so that an oscillatable spring mass system is formed, wherein the piezoelectric actuator is under a spring bias. When an electrical voltage is applied to the piezoelectric actuator, it elongates in the direction of the second housing section, wherein the first spring is compressed and the oscillating mass is loaded with an additional spring force. The oscillating mass displaced together with the connecting element in an expansion direction, wherein the spring is compressed and the membrane is acted upon. This results in a reduction in volume of the rear pumping chamber and, until a pressure equalization is achieved, an ejection of working fluid in the rear pumping chamber through the pumping line and the second non-return valve. With no-current piezoelectric actuator this again shifts to a starting position, with the first and the second springs relaxing and the oscillating mass and the connecting element reaching their starting position. The membrane is relieved and working fluid flows due to an increase in volume of the rear pumping chamber through the check valve and the suction line in the rear pumping chamber.

US 3 598 506 beschreibt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend ein zylindrisches Pumpengehäuse, das an seinen Enden mit zylindrischen Gehäuseverschlüssen fluiddicht verschlossen ist, einen zylindrischen piezoelektrischen Aktor, der aus gestapelten Zylinderelementen gebildet und in dem Pumpengehäuse konzentrisch angeordnet ist und ein Vorspannelement, das den piezoelektrischen Aktor gegenüber den Gehäuseverschlüssen vorspannt. Der piezoelektrische Aktor ist in dem Pumpengehäuse von einer schlauchartigen Membran umgeben, die den piezoelektrischen Aktor und das Pumpengehäuse fluidisch voneinander trennt, wodurch zwischen dem piezoelektrischen Aktor und dem Pumpengehäuse ein spaltförmiger Pumpraum gebildet ist. Das Pumpengehäuse weist eine in einer Gehäusewand vorgesehene Ausnehmung auf, an die ein Ventilblock angeschlossen ist, so dass eine Verbindung zwischen dem Pumpraum und einer Fluidleitung des Ventilblocks besteht. Der Ventilblock weist ein erstes Rückschlagventil und ein zweites Rückschlagventil mit jeweils entgegengesetzter Durchströmrichtung auf, die durch Ventilbohrungen mit der Fluidleitung verbunden sind. Der piezoelektrische Aktor ist mittels Elektroden an eine Spannungsquelle angeschlossen. Bei aktiver Spannungsquelle und Bestromung des piezoelektrischen Aktors kommt es zu einer radialen Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors, der dabei die Membran beaufschlagt. Dabei verringert sich das Volumen des Pumpraums, wobei ein Überdruck entsteht, der in dem Pumpraum befindliches Arbeitsfluid durch das zweite Rückschlagventil ausstößt. Bei passiver Spannungsquelle und unbestromtem piezoelektrischen Aktor nimmt der piezoelektrische Aktor seine Ausgangsgestalt an, wobei sich das Volumen des Pumpraums vergrößert, ein Unterdruck entsteht und Arbeitsfluid durch das erste Rückschlagventil in den Pumpraum strömt. US 3,598,506 describes a working fluid conveying apparatus comprising a cylindrical pump housing fluid-tightly sealed at its ends with cylindrical housing closures, a cylindrical piezoelectric actuator formed of stacked cylindrical members and concentrically disposed in the pump housing, and a biasing member facing the piezoelectric actuator biases the housing locks. The piezoelectric actuator is surrounded in the pump housing by a tube-like membrane which fluidly separates the piezoelectric actuator and the pump housing from each other, whereby a gap-shaped pumping space is formed between the piezoelectric actuator and the pump housing. The pump housing has a recess provided in a housing wall, to which a valve block is connected, so that there is a connection between the pump chamber and a fluid line of the valve block. The valve block has a first check valve and a second check valve, each having opposite flow direction, which are connected by valve bores to the fluid line. The piezoelectric actuator is connected by means of electrodes to a voltage source. With active voltage source and energization of the piezoelectric actuator, there is a radial expansion of the piezoelectric actuator, which acts on the membrane. In this case, the volume of the pump chamber is reduced, whereby an overpressure arises, which discharges working fluid in the pump chamber through the second check valve. With a passive voltage source and a currentless piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator assumes its initial shape, wherein the volume of the pump chamber increases, a negative pressure arises and working fluid flows through the first check valve into the pump chamber.

DE 87 04 314 U1 zeigt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend ein Pumpengehäuse, in dem konzentrisch ein zylindrischer piezoelektrischer Aktor angeordnet ist, der kraftschlüssig durch ein Druckstück mit einer mit inkompressiblem Fluid gefüllten Kammer verbunden ist. Die Kammer ist an einer dem Druckstück gegenüberliegenden Seite mittels einer Membran von einem mit Arbeitsfluid gefüllten Pumpraum getrennt, der mittels eines ersten Rückschlagventils mit einer Saugleitung und mittels eines zweiten Rückschlagventils mit einer Pumpleitung verbunden ist. Die Membran steht mit einem in dem Pumpraum angeordneten Pumpkolben in Wirkverbindung. Der piezoelektrische Aktor ist elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden, die variable frequenz- und amplitudenmodulierte Spannungen erzeugt. Bei aktiver Spannungsquelle und Bestromung des piezoelektrischen Aktors kommt es zu einer geometrischen Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors und einer Druckbeanspruchung der fluidgefüllten Kammer durch das Druckstück. Dabei dehnt sich die Membran in den Pumpraum hinein aus und beaufschlagt den Pumpkolben, woraus eine Volumenverringerung des Pumpraums und eine Verdrängung von Arbeitsfluid aus dem Pumpraum durch das zweite Rückschlagventil resultiert. Bei einer Modulation der elektrischen Spannung verringert der piezoelektrische Aktor seine Ausdehnung, wobei es zu einer Entlastung der fluidgefüllten Kammer und einer Rückverlagerung des Kolbens kommt, wobei sich der Pumpraum vergrößert und Arbeitsfluid durch das erste Rückschlagventil in den Pumpraum gesaugt wird. DE 87 04 314 U1 shows a device for conveying a working fluid, comprising a pump housing in which a concentric cylindrical piezoelectric actuator is arranged, which is non-positively connected by a pressure piece with a chamber filled with incompressible fluid. The chamber is separated at a side opposite the pressure piece by means of a membrane from a filled with working fluid pumping space, which is connected by means of a first check valve with a suction line and by means of a second check valve with a pumping line. The membrane is in operative connection with a pump piston arranged in the pump chamber. The piezoelectric actuator is electrically connected to a voltage source that generates variable frequency and amplitude modulated voltages. When the voltage source and current supply of the piezoelectric actuator is active, there is a geometric expansion of the piezoelectric actuator and a compressive stress of the fluid-filled chamber through the pressure piece. In this case, the membrane expands into the pump chamber and acts on the pump piston, which results in a reduction in volume of the pump chamber and a displacement of working fluid from the pump chamber through the second check valve. With a modulation of the electrical voltage, the piezoelectric actuator reduces its expansion, which leads to a discharge of the fluid-filled chamber and a return displacement of the piston, wherein the pump space is increased and working fluid is sucked through the first check valve in the pump chamber.

DE 195 25 087 C1 zeigt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend ein zylindrisches Pumpengehäuse mit zentralen Ausnehmungsabschnitten, das mit einem Gehäusedeckel verschlossen ist, einen konzentrisch in einem Ausnehmungsabschnitt des Pumpengehäuses angeordneten piezoelektrischen Aktor, der aus gestapelten Piezoelementen besteht, ein elastisches Element, das in einem dem piezoelektrischen Aktor nachgeordneten Ausnehmungsabschnitt des Pumpengehäuses angeordnet ist und eine einen mit Arbeitsfluid gefüllten Pumpenraum bildende zentrale Ausnehmung aufweist. Das elastische Element und der piezoelektrische Aktor sind innerhalb des Pumpengehäuses derart angeordnet, dass der piezoelektrische Aktor kraftschlüssig und unter Vorspannung mit dem elastischen Element in Wirkverbindung steht. Der Pumpraum grenzt an eine Abströmöffnung des Pumpengehäuses, an die ein Pumpkanal mit einem ersten Rückschlagventil und ein Saugkanal mit einem zweiten Rückschlagventil anschließt. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor dehnt sich dieser entlang einer Längsachse aus, wobei es zu einer Stauchung des elastischen Elements kommt. Aufgrund der in dem Pumpengehäuse vorgespannten Anordnung des elastischen Elements verlagern sich elastische Seitenwände des elastischen Elements in den Pumpraum hinein, wobei sich das Volumen des Pumpraums verringert und ein Druckanstieg erfolgt, bei dem das Arbeitsfluid durch die Abströmöffnung und das erste Rückschlagventil bis zum Erreichen eines Druckausgleichs ausgestoßen wird. Bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor verlagert sich dieser wieder in eine Ausgangsposition, wobei sich die elastischen Seitenwände des elastischen Elements aus dem Pumpraum zurückverlagern und eine Volumenvergrößerung entsteht. Durch einen dabei auftretenden Unterdruck in dem Pumpraum gelangt Arbeitsfluid durch das zweite Rückschlagventil und den Saugkanal in den Pumpraum. DE 195 25 087 C1 shows a device for conveying a working fluid, comprising a cylindrical pump housing with central recessed portions, which is closed with a housing cover, a concentrically arranged in a recess portion of the pump housing piezoelectric actuator, which consists of stacked piezo elements, an elastic element in a piezoelectric actuator downstream recessed portion of the pump housing is arranged and has a filled with working fluid pump chamber forming central recess. The elastic element and the piezoelectric actuator are arranged within the pump housing in such a way that the piezoelectric actuator is frictionally and in operative connection with the elastic element in operative connection. The pump chamber adjoins an outflow opening of the pump housing, to which a pump channel with a first check valve and a suction channel with a second check valve connects. Upon application of an electrical voltage to the piezoelectric actuator, this expands along a longitudinal axis, resulting in a compression of the elastic element. Due to the biased in the pump housing arrangement of the elastic element, elastic side walls of the elastic element move into the pump chamber, wherein the volume of the pump chamber is reduced and a pressure increase takes place, in which the working fluid through the discharge opening and the first check valve until reaching a pressure equalization is ejected. When energized piezoelectric actuator, this moves back to an initial position, with the elastic side walls of the elastic element shifted back from the pump chamber and an increase in volume arises. By doing so Underpressure in the pump chamber, working fluid passes through the second check valve and the suction channel in the pump chamber.

DE 10 2010 029 573 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend ein Pumpengehäuse, einen in dem Pumpengehäuse angeordneten, mit einem Arbeitsfluid gefüllten Pumpraum, der von einer Membran begrenzt ist, ein erstes Ventil und ein zweites Ventil, die in dem Pumpengehäuse angeordnet und fluidisch mittels einer Saugleitung und einer Pumpleitung mit dem Pumpraum verbunden sind. Ein erster piezoelektrischer Aktor ist mit der Membran verbunden und ein zweiter piezoelektrischen Aktor steht mit dem zweiten Ventil in Wirkverbindung. Ein dritter piezoelektrischer Aktor steht mit dem ersten Ventil in Wirkverbindung. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den ersten piezoelektrischen Aktor dehnt sich dieser entlang seiner Längsachse aus und beaufschlagt dabei die Membran mit einer Kraft, wobei es zu einer Verringerung des Volumens des Pumpraums und einem Druckanstieg kommt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den zweiten piezoelektrischen Aktor dehnt sich dieser in bekannter Weise aus und öffnet das zweite Ventil, wobei Arbeitsfluid bis zum Erreichen eines Druckausgleichs aus dem Pumpraum über die Pumpleitung und das zweite Ventil ausströmt. Bei unbestromten ersten und zweiten piezoelektrischen Aktor verlagern sich diese in eine Ausgangsposition, wobei das zweite Ventil geschlossen ist und das Volumen des Pumpraums seinen Ausgangswert erreicht und ein Unterdruck entsteht. Durch Bestromung des dritten piezoelektrischen Aktors kommt es zu einer Öffnung des ersten Ventils, wobei Arbeitsfluid durch das erste Ventil und die Saugleitung in den Pumpraum strömt. DE 10 2010 029 573 A1 describes a device for conveying a working fluid, comprising a pump housing, arranged in the pump housing, filled with a working fluid pumping space bounded by a membrane, a first valve and a second valve disposed in the pump housing and fluidly by means of a suction line and a pumping line are connected to the pumping space. A first piezoelectric actuator is connected to the diaphragm and a second piezoelectric actuator is operatively connected to the second valve. A third piezoelectric actuator is operatively connected to the first valve. Upon application of an electrical voltage to the first piezoelectric actuator, this expands along its longitudinal axis and acts on the membrane with a force, resulting in a reduction of the volume of the pump chamber and a pressure increase. By applying an electrical voltage to the second piezoelectric actuator, this expands in a known manner and opens the second valve, wherein working fluid flows out to reach a pressure equalization from the pump chamber via the pumping line and the second valve. When energized first and second piezoelectric actuator, these move to an initial position, the second valve is closed and the volume of the pump chamber reaches its initial value and a negative pressure. By energizing the third piezoelectric actuator, there is an opening of the first valve, wherein working fluid flows through the first valve and the suction line into the pump chamber.

US 2 317 166 beschreibt eine Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Pumpengehäuse aus einem magnetostriktiven Material, dessen Wandungen als Spulenkerne einer ersten Spule und einer zweiten Spule ausgebildet sind, einen stabförmigen magnetostriktiven Aktor, der als Kern einer dritten Spule ausgebildet und zentrisch in dem Pumpengehäuse angeordnet ist. Der magnetostriktive Aktor steht mit einer Membran in Wirkverbindung, die zusammen mit einem halbsphärischen Gehäusekopf einen von dem Pumpengehäuse abgetrennten Pumpraum bildet. Der Pumpraum ist mittels eines ersten Rückschlagventils in dem Gehäusekopf mit einer Kraftstoffsaugleitung und mittels eines zweiten Rückschlagventils mit einer Kraftstoffpumpleitung verbunden. Bei einer Bestromung der ersten, zweiten und dritten Spule durch einen variablen Spannungswandler kommt es zu einer überwiegend axialen Größenänderung des Pumpengehäuses und des magnetostriktiven Aktors, woraus eine spannungsproportionale Beaufschlagung der Membran durch den magnetostriktiven Aktor resultiert, die zu einer zyklischen Volumenänderung des Pumpraums führt. Hierbei entstehen in dem Pumpraum wechselnde Drücke, die ein Ansaugen und Ausstoßen von Kraftstoff durch die Rückschlagventile verursachen. US 2 317 166 describes a device for conveying fuel for an internal combustion engine, comprising a pump housing of a magnetostrictive material whose walls are formed as coil cores of a first coil and a second coil, a rod-shaped magnetostrictive actuator, which is formed as the core of a third coil and centrally in the pump housing is arranged. The magnetostrictive actuator is operatively connected to a diaphragm which, together with a hemispherical housing head, forms a pump chamber separated from the pump housing. The pump chamber is connected by means of a first check valve in the housing head with a fuel suction and by means of a second check valve with a Kraftstoffpumpleitung. When the first, second and third coils are energized by a variable voltage converter, the pump housing and the magnetostrictive actuator predominantly change in size, resulting in a stress-proportional loading of the membrane by the magnetostrictive actuator, which leads to a cyclic change in volume of the pumping space. In this case, changing pressures arise in the pump chamber, which cause suction and discharge of fuel through the check valves.

US 3 150 592 zeigt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend einen äußeren Pumpenkörper, der aus zwei halbsphärischen Schalen gebildet ist, einen inneren sphärischen Pumpenkörper aus einem piezoelektrischen Material, der konzentrisch innerhalb des äußeren Pumpenkörpers angeordnet ist und einen inneren Hohlraum aufweist, wobei zwischen dem aüßeren und inneren Pumpenkörper ein spaltförmiger Pumpraum gebildet ist, sowie zwei Elektroden, die auf einer Außenseite und einer Innenseite des inneren Pumpenkörpers angeordnet sind und mittels Verbindungsleitungen an einen Reversierschalter angeschlossen sind. Der Pumpraum ist durch ein erstes Rückschlagventil mit einer Saugleitung und durch ein zweites Rückschlagventil mit einer Pumpleitung verbunden. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden kommt es zu einer Gestaltänderung des inneren Pumpenkörpers, wobei sich dieser in Abhängigkeit der Polarität der angelegten elektrischen Spannung entweder zusammenzieht oder ausdehnt. Mittels des Reversierschalters erfolgt ein zyklischer Polaritätswechsel der elektrischen Spannung, wodurch es zu einer wechselnden Volumenänderung des Pumpraums kommt. Ein Zusammenziehen des inneren Pumpenkörpers verursacht ein Ansaugen des Arbeitsfluids durch das erste Rückschlagventil, wobei sich der Pumpraum mit Arbeitsfluid füllt. Eine Ausdehnung des inneren Pumpenkörpers verursacht hingegen ein Ausstoßen von in dem Pumpraum befindlichen Arbeitsfluid durch das zweite Rückschlagventil. US 3,150,592 shows an apparatus for conveying a working fluid, comprising an outer pump body, which is formed of two hemispherical shells, an inner spherical pump body of a piezoelectric material, which is arranged concentrically within the outer pump body and having an inner cavity, wherein between the outer and inner Pump body is formed a gap-shaped pumping space, and two electrodes which are arranged on an outer side and an inner side of the inner pump body and are connected by means of connecting lines to a reversing switch. The pump chamber is connected by a first check valve to a suction line and by a second check valve to a pump line. Upon application of an electrical voltage to the electrodes, there is a change in shape of the inner pump body, which either contracts or expands depending on the polarity of the applied electrical voltage. By means of the reversing switch, there is a cyclic polarity change of the electrical voltage, which leads to an alternating volume change of the pumping space. A contraction of the inner pump body causes a suction of the working fluid through the first check valve, wherein the pump space fills with working fluid. On the other hand, expansion of the inner pump body causes ejection of working fluid in the pump space through the second check valve.

DE 10 2007 050 578 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen piezoelektrischen Aktor, der aus mehreren Piezoelementen gebildet ist, einen ersten Kolben, der in einem ersten Abschnitt eines mit einem Arbeitsfluid gefüllten Hydraulikzylinder verschiebbar geführt ist, einen zweiten Kolben, der in einem zweiten Abschnitt des Hydraulikzylinders verschiebbar geführt ist und als Druckstück für Lamellen einer mit einer Feder vorgespannten Kupplung dient. Bei Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Aktor dehnt sich dieser entlang einer Längsachse aus, wobei der erste Kolben in Richtung der Kupplung verlagert wird. Dabei kommt es zu einer Druckerhöhung in dem Hydraulikzylinder, wobei der zweite Kolben richtungsgleich in dem Zylinder verlagert wird und die Lamellen entgegen einer Federkraft belastet werden, bis diese in Anlage mit Kupplungsscheiben geraten. Der piezoelektrische Aktor ist mit einem Druckgestänge verbunden, das zwei Rückschlagventile betätigt. Bei einem Verlust von Arbeitsfluid durch Leckagen erfolgt ein automatisches Nachfüllen des Hydraulikzylinders mittels einer durch den piezoelektrischen Aktor betätigten Nachfülleinrichtung bestehend aus dem Druckgestänge und den Rückschlagventilen. DE 10 2007 050 578 A1 shows a device for actuating a clutch of a motor vehicle, comprising a piezoelectric actuator, which is formed of a plurality of piezo elements, a first piston which is slidably guided in a first portion of a filled with a working fluid hydraulic cylinder, a second piston, in a second portion the hydraulic cylinder is slidably guided and serves as a pressure piece for slats of a spring-biased coupling. Upon application of a voltage to the piezoelectric actuator, this expands along a longitudinal axis, wherein the first piston is displaced in the direction of the clutch. This results in an increase in pressure in the hydraulic cylinder, wherein the second piston is displaced in the same direction in the cylinder and the blades are loaded against a spring force until they get into contact with clutch plates. The piezoelectric actuator is connected to a pressure linkage which actuates two check valves. A loss of working fluid due to leaks is automatic Refilling the hydraulic cylinder by means of a operated by the piezoelectric actuator refill device consisting of the pressure rod and the check valves.

WO 2004/022972 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Fördern eines Arbeitsfluids, umfassend ein Pumpengehäuse, einen piezoelektrischen Aktor, der konzentrisch in dem Pumpengehäuse angeordnet ist, einen mit einem Hydrauliköl gefüllten Hydraulikzylinder mit einem ersten verschiebbar aufgenommenen Hydraulikkolben, der mit dem piezoelektrischen Aktor in Wirkverbindung steht und einen zweiten verschiebbar aufgenommenen Hydraulikkolben, der mit einer Kolbenstange eines Pumpkolbens verbunden ist. Der Pumpkolben begrenzt einen dem Pumpengehäuse zugeordneten mit einem kompressiblen Arbeitsfluid gefüllten Pumpraum, der mittels eines ersten Rückschlagventils und eines zweiten Rückschlagventils abgedichtet ist. Das erste Rückschlagventil mündet in einen Saugabschnitt, das zweite Rückschlagventil mündet in einen Pumpabschnitt. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor dehnt sich dieser in Richtung seiner Längserstreckung aus, wobei sich der erste Hydraulikkolben in dem Hydraulikzylinder in einer dem Pumpkolben zugewandten Richtung verlagert. Eine dabei auftretende Druckkraft wird über das inkompressible Hydrauliköl auf den zweiten Hydraulikkolben übertragen, der die Kolbenstange mit einer Druckkraft beaufschlagt. Dabei verlagert sich der Pumpkolben in einer den Rückschlagventilen zugewandten Richtung, wobei es zu einer Volumenverringerung des Pumpraums und einer Kompression des Arbeitsfluids kommt. Aufgrund einer Druckerhöhung im Pumpraum öffnet sich das zweite Rückschlagventil, wobei das Arbeitsfluid bis zum Erreichen eines Druckausgleichs durch das zweite Rückschlagventil in den Pumpabschnitt strömt. Bei einer Umkehr der Polarität der an den piezoelektrischen Aktor angelegten elektrischen Spannung verringert dieser seine Ausdehnung entlang seiner Längserstreckung, wobei eine Entlastung des ersten Hydraulikkolbens erfolgt, die eine Verlagerung des ersten und des zweiten Hydraulikkolben in dem Hydraulikzylinder in einer dem piezoelektrischen Aktor zugewandten Richtung zur Folge hat. Dabei verlagert sich der Pumpkolben in einer den Rückschlagventilen abgewandten Richtung, wobei eine Volumenvergrößerung des Pumpraums entsteht. Dies hat einen Druckabfall in dem Pumpraum zur Folge, bei dem sich das erste Rückschlagventil öffnet und Arbeitsfluid aus dem Saugabschnitt durch das erste Rückschlagventil in den Pumpraum strömt, bis ein Druckausgleich erreicht ist. WO 2004/022972 A1 shows a device for conveying a working fluid, comprising a pump housing, a piezoelectric actuator, which is arranged concentrically in the pump housing, filled with a hydraulic oil hydraulic cylinder with a first slidably received hydraulic piston which is in operative connection with the piezoelectric actuator and a second slidably received Hydraulic piston, which is connected to a piston rod of a pump piston. The pump piston defines a pump chamber associated with the pump housing filled with a compressible working fluid, which is sealed by a first check valve and a second check valve. The first check valve opens into a suction section, the second check valve opens into a pump section. Upon application of an electrical voltage to the piezoelectric actuator, this expands in the direction of its longitudinal extent, with the first hydraulic piston displaced in the hydraulic cylinder in a direction facing the pumping piston. An occurring compressive force is transmitted via the incompressible hydraulic oil to the second hydraulic piston, which acts on the piston rod with a compressive force. In this case, the pump piston shifts in a direction facing the check valves, resulting in a reduction in volume of the pump chamber and a compression of the working fluid. Due to an increase in pressure in the pump chamber, the second check valve opens, the working fluid flows until reaching a pressure equalization through the second check valve in the pump section. When the polarity of the electrical voltage applied to the piezoelectric actuator is reversed, the latter reduces its extent along its longitudinal extension, whereby the first hydraulic piston is relieved, resulting in a displacement of the first and second hydraulic pistons in the hydraulic cylinder in a direction facing the piezoelectric actuator Has. In this case, the pump piston shifts in a direction away from the check valves, with an increase in volume of the pump chamber. This results in a pressure drop in the pump chamber, in which the first check valve opens and working fluid flows from the suction section through the first check valve into the pump chamber until a pressure equalization is achieved.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Temperieren eines Arbeitsbereichs, die nur eine geringe Anzahl von beweglichen Komponenten aufweist und sich durch eine kompakte Baugröße und einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet und ein Verfahren zur Regelung eines thermischen Prozesses in einem Kreislauf, das eine energieeffiziente Regelung ermöglicht, anzugeben.It is the object of the invention, a device for controlling the temperature of a work area, which has only a small number of movable components and is characterized by a compact size and high efficiency and a method for controlling a thermal process in a circuit, the energy-efficient control allows to specify.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.This object is achieved by a device or a method having the features of the independent claim.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperieren eines Arbeitsbereichs umfasst einen geschlossenen Kreislauf mit einem Arbeitsfluid, der in einen Kälteabschnitt und einen Wärmeabschnitt trennbar ist. In dem Kälteabschnitt liegt das Arbeitsfluid zumindest überwiegend gasförmig vor, wohingegen der Wärmeabschnitt zumindest überwiegend flüssiges Arbeitsfluid enthält. Der Wärmeabschnitt und der Kälteabschnitt sind durch eine Verdichtereinheit, die dem Wärmeabschnitt vorgeschaltet und dem Kälteabschnitt nachgeschaltet ist, und durch eine Expansionseinheit, die dem Wärmeabschnitt nachgeschaltet und dem Kälteabschnitt vorgeschaltet ist, voneinander getrennt. Die Verdichtereinheit weist einen Antrieb auf, der gasförmiges Arbeitsfluid aus dem Kälteabschnitt ansaugt, verdichtet und dem Wärmeabschnitt zuführt. Der Antrieb weist einen piezoelektrischen Aktor auf, der eine Membran aus einer Position außerhalb des Kreislaufs bewegt. Die Membran begrenzt den Kreislauf und ist einseitig dem Arbeitsfluid ausgesetzt.The device according to the invention for tempering a working area comprises a closed circuit with a working fluid which can be separated into a cooling section and a heating section. In the refrigeration section, the working fluid is at least predominantly gaseous, whereas the heating section contains at least predominantly liquid working fluid. The heating section and the refrigerating section are separated from one another by a compressor unit, which is connected upstream of the heating section and downstream of the refrigerating section, and by an expansion unit, which is connected downstream of the heating section and upstream of the refrigerating section. The compressor unit has a drive which sucks gaseous working fluid from the refrigeration section, compresses it and supplies it to the heating section. The drive has a piezoelectric actuator that moves a diaphragm out of position outside the circuit. The membrane limits the circulation and is unilaterally exposed to the working fluid.

Dadurch wird eine Vorrichtung geschaffen, die einen besonders energiesparenden Betrieb einer Kältemaschine oder einer Wärmepumpe ermöglicht. Gegenüber konventionellen Verdichtern, die üblicherweise auf Rotationskolbenmaschinen basieren, bietet eine Verdichtereinheit mit piezoelektrischem Aktor und Membran den Vorteil eines deutlich geringeren elektrischen Leistungsbedarfs. Reibungsverursachende Baugruppen wie Kurbeltriebe oder Kolben-Zylinderpaarungen sind nicht erforderlich. Die Anzahl bewegter Bauteile ist so auf ein Minimum reduziert. Ferner zeichnet sich der piezoelektrische Aktor durch einen weiten Betriebsbereich aus, was eine Anpassung an den aktuellen Leistungsbedarf erlaubt. Zudem kann auf das Vorsehen von zusätzlichen Schmiermitteln verzichtet werden, da keine verschleißgefährdeten Gleitpaarungen vorhanden sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hierdurch besonders langlebig und wartungsfreundlich.As a result, a device is provided which enables a particularly energy-saving operation of a refrigerating machine or a heat pump. Compared to conventional compressors, which are usually based on rotary piston machines, a compressor unit with piezoelectric actuator and membrane offers the advantage of a significantly lower electrical power requirement. Friction-causing assemblies such as crank mechanisms or piston-cylinder pairings are not required. The number of moving components is reduced to a minimum. Furthermore, the piezoelectric actuator is characterized by a wide operating range, which allows adaptation to the current power requirement. In addition, it can be dispensed with the provision of additional lubricants, since no wear-prone pairings are present. The device according to the invention is thus particularly durable and easy to maintain.

In vorteilhafter Weiterbildung arbeitet die Verdichtereinheit mit veränderbarer Arbeitsfrequenz, wobei diee Arbeitsfrequenz der Verdichtereinheit regelbar ist. Dies ist beispielsweise mittels einer Modulation einer an den piezoelektrischen Aktor angelegten elektrischen Spannung realisierbar, wobei als Modulationsparameter insbesondere die Signalform, die Amplitude und die Frequenz verwendbar sind. Durch die steuerbare Arbeitsfrequenz ist die Verdichtereinheit gezielt an unterschiedliche Lastpunkte anpassbar, wodurch ein besonders energieeffizienter Betrieb gewährleistet ist, da nur die jeweils erforderliche Verdichterleistung abgegeben wird. Darüber hinaus ist auch die Darstellung komplexer Verdichterkennfelder und verschiedener Betriebsmodi möglich. Insbesondere kann die veränderbare Arbeitsfrequenz pulsierend, periodisch oder transient sein, wobei dies auch zeitdiskrete und zeitkontinuierliche Frequenzen einschliesst.In an advantageous development, the compressor unit operates with a variable operating frequency, wherein the operating frequency of the compressor unit can be regulated. This can be realized, for example, by means of a modulation of an electrical voltage applied to the piezoelectric actuator, wherein the modulation parameters used can be, in particular, the signal shape, the amplitude and the frequency. Due to the controllable operating frequency, the compressor unit is targeted to different load points adaptable, which ensures a particularly energy-efficient operation, since only the respective required compressor power is delivered. In addition, the representation of complex compressor maps and various modes of operation is possible. In particular, the variable operating frequency can be pulsating, periodic or transient, and this also includes time-discrete and continuous-time frequencies.

Vorzugsweise weist die Verdichtereinheit ein oder mehrere Rückschlagventile auf. Dadurch ergibt sich einerseits eine einfache und wirkungsvolle Abdichtung bzw. Trennung von Kälteabschnitt und Wärmeabschnitt, andererseits wird ein unbeabsichtigtes Zurückströmen von Arbeitsfluid aus dem Kälteabschnitt und/oder dem Wärmeabschnitt in die Verdichtereinheit zuverlässig verhindert, wobei aufgrund einer Selbstrückstellung der Rückschlagventile keine zusätzlichen Steuer- oder Regelglieder vorzusehen sind.Preferably, the compressor unit has one or more check valves. On the one hand, this results in a simple and effective sealing or separation of cold section and heat section, on the other hand unintentional backflow of working fluid from the refrigeration section and / or the heat section is reliably prevented in the compressor unit, due to a self-provision of the check valves no additional control or regulating members to be provided.

Zweckmäßigerweise ist die Membran ausgebildet, um den piezoelektrischen Aktor in einer Ruhelage mit einer entgegen einer Beaufschlagungsrichtung gerichteten Vorspannkraft zu belasten und bei Verlagerung in eine Bewegungsrichtung durch eine Längenausdehnung des piezoelektrischen Aktors eine Rückstellkraft entgegen der Bewegungsrichtung aufzubauen, die die Belastung des piezoelektrischen Aktors verstärkt. Für den Betrieb eines Piezoelementes ist eine permanente Vorspannung in einer Richtung entgegen seiner Ausdehnungsrichtung erforderlich. Durch eine eine Vorspannkraft und eine Rückstellkraft aufbauende Membran wird zum einen die notwendige Vorspannung für den piezoelektrischen Aktor gewährleistet, zum anderen erfolgt ein selbständiges Rückstellen der Membran in eine Neutralstellung bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor ohne dass zusätzliche Rückstell- oder Federelemente notwendig sind. Bei einer Verkürzung des piezoelektrischen Aktors ist aufgrund der Vorspannung ein fortwährender Kraftschluss des Aktors mit der Membran gegeben, so dass keine zusätzlichen Befestigungsmittel, wie eine Klebeverbindung oder dergleichen, vorzusehen sind.Conveniently, the membrane is designed to load the piezoelectric actuator in a rest position with a directed against a biasing biasing force and build up when displaced in a direction of movement by a linear expansion of the piezoelectric actuator a restoring force against the direction of movement, which amplifies the load of the piezoelectric actuator. For the operation of a piezoelectric element, a permanent bias in a direction opposite to its direction of extension is required. By a biasing force and a restoring force building membrane on the one hand ensures the necessary bias for the piezoelectric actuator, on the other hand, an independent resetting of the membrane is carried out in a neutral position with no-current piezoelectric actuator without additional restoring or spring elements are necessary. With a shortening of the piezoelectric actuator is given due to the bias of a continuous adhesion of the actuator with the membrane, so that no additional fastening means, such as an adhesive bond or the like, are provided.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Membran ausgebildet, um einen radialen Spielausgleich des piezoelektrischen Aktors in einem Sitz des piezoelektrischen Aktors zu ermöglichen. Piezoelemente sind aufgrund ihres kristallinen Aufbaus spröde und damit empfindlich gegenüber anderen als der betriebsmäßigen Kraftbeanspruchung. Vor allem unerwünschte Biegemomente, die radial bzw. normal zur Bewegungsrichtung wirken, und Knickkräfte können leicht zu einem Versagen von Piezoelementen führen. Um dies zu verhindern, ist üblicherweise eine exakte Positionierung bzw. Führung des piezoelektrischen Aktors im Gehäuse erforderlich. Durch eine spielausgleichende Membran kann auf das Vorsehen einer genauen Passung von piezoelektrischem Aktor und Sitz verzichtet werden, da etwaige Toleranzen, die zu unerwünschten radialen Kraftbeanspruchungen führen, durch die Membran ausgeglichen werden. Zudem besteht keine Gefahr für ein Verkanten des piezoelektrischen Aktors während des Betriebs. Auch ist der piezoelektrische Aktor so querkraftfrei in dem Sitz aufgenommen, wodurch sich ein besonders reibungsarmer und verschleißfreier Betrieb ergibt. Der Spielausgleich kann beispielsweise durch eine wenigstens abschnittsweise Faltung und/oder Profilierung der Membran realisiert sein. Eine weitere Möglichkeit ist das Vorsehen von unterschiedlichen Membranmaterialien und/oder Materialstärken. Es versteht sich, dass der piezoelektrische Aktor auch mit mehreren identischen oder verschiedenen Membranen sowie Federelementen in Wirkverbindung stehen kann, von denen zumindest eine Mehrzahl durch den piezolektrischen Aktor beansprucht wird. Dabei kann eine Mehrzahl von Membranen stapelartig übereinander oder nebeneinander überlappend angeordnet sein, so dass unterschiedliche Membransteifigkeiten, Vorspannkräfte und Rückstellkräfte realisierbar sind. Alternativ kann auch eine Mehrzahl von Membranen, die jeweils einen Pumpraum begrenzen, gleichzeitig von einem piezoelektrischen Aktor beaufschlagt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the membrane is designed to allow a radial clearance compensation of the piezoelectric actuator in a seat of the piezoelectric actuator. Piezo elements are brittle due to their crystalline structure and thus sensitive to other than the operational force stress. Especially unwanted bending moments that act radially or normal to the direction of movement, and bending forces can easily lead to failure of piezo elements. In order to prevent this, an exact positioning or guidance of the piezoelectric actuator in the housing is usually required. By a clearance-compensating diaphragm can be dispensed with the provision of a precise fit of piezoelectric actuator and seat, since any tolerances that lead to undesirable radial force stresses are compensated by the membrane. In addition, there is no risk of tilting of the piezoelectric actuator during operation. Also, the piezoelectric actuator is absorbed without lateral force in the seat, resulting in a particularly low-friction and wear-free operation. The clearance compensation can be realized for example by an at least partially folding and / or profiling of the membrane. Another possibility is the provision of different membrane materials and / or material thicknesses. It is understood that the piezoelectric actuator can also be in operative connection with a plurality of identical or different membranes and spring elements, of which at least a plurality is claimed by the piezoelectric actuator. In this case, a plurality of membranes can be stacked one above the other or arranged next to one another in an overlapping manner, so that different membrane stiffness, preload forces and restoring forces can be realized. Alternatively, a plurality of membranes, each of which delimits a pump space, can also be acted on simultaneously by a piezoelectric actuator.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Verdichtereinheit eine Mehrzahl von piezoelektrischen Aktoren auf. Dadurch erweitert sich der Regelbereich der Verdichtereinheit weiter, da durch das Ansprechen einzelner piezoelektrischer Aktoren ein zusätzlicher Regelparameter zur Verfügung steht. Es ist auch möglich, die einzelnen piezoelektrischen Aktoren gleichzeitig oder zeitversetzt mit identisch oder unterschiedlich modulierten Spannungen zu beaufschlagen, wodurch eine besonders effektive und genaue Regelung der Verdichtereinheit gegeben ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus einer Beaufschlagung der Membran in mehreren Punkten, wodurch eine besonders gleichmäßige und schonende Membranbewegung erreicht ist. Es versteht sich, dass die piezoelektrischen Aktoren sowohl nebeneinander nach Art einer Parallelschaltung als auch hintereinander nach Art einer Reihenschaltung, also als Paket, angeordnet sein können.According to a further preferred embodiment, the compressor unit has a plurality of piezoelectric actuators. As a result, the control range of the compressor unit expands further, since an additional control parameter is available due to the response of individual piezoelectric actuators. It is also possible to act on the individual piezoelectric actuators simultaneously or with a time delay with identical or differently modulated voltages, whereby a particularly effective and accurate control of the compressor unit is provided. Another advantage results from an application of the membrane in several points, whereby a particularly uniform and gentle membrane movement is achieved. It is understood that the piezoelectric actuators can be arranged both side by side in the manner of a parallel connection as well as in succession in the manner of a series connection, ie as a package.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Expansionseinheit als selbstregelndes Druckbegrenzungsventil oder als steuer- und/oder regelbares Ventil ausgebildet für einen Betrieb in einem geschlossenen Kreislauf mit einer Hubkolbenpumpe variabler Frequenz. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Expansionseinheit auch in herkömmlichen thermischen Kreisläufen mit unterschiedlichen Verdichtereinheiten zu verwenden. Die Expansionseinheit ist beispielsweise geeignet, ein konventionelles Drosselorgan in einem bestehenden Kreislauf zu ersetzen, wobei keinerlei Einschränkungen hinsichtlich des verwendeten Verdichters bestehen. Ein herkömmlicher Kreislauf mit einem Kolbenverdichter kann ebenso problemlos mit der Expansionseinheit betrieben werden, wie ein Kreislauf mit einem Membran- oder einem anderem Verdichter, ohne dass weitere Systemkomponenten modifiziert oder ersetzt werden müssen. Bei der Ausbildung als steuer- und/oder regelbares Ventil ist zudem eine einfache Anpassung der Expansionseinheit an den Betrieb des Verdichters gewährleistet.According to a preferred development, the expansion unit is designed as a self-regulating pressure limiting valve or as a controllable and / or controllable valve for operation in a closed circuit with a reciprocating pump of variable frequency. This results in the possibility to use the expansion unit in conventional thermal circuits with different compressor units. The expansion unit is suitable, for example, a conventional throttle body in an existing circuit to replace, with no restrictions on the compressor used. A conventional cycle with a reciprocating compressor can also be easily operated with the expansion unit, such as a circuit with a diaphragm or other compressor, without having to modify or replace other system components. In the training as a controllable and / or controllable valve also a simple adaptation of the expansion unit is guaranteed to the operation of the compressor.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung Mittel zum Rekuperieren von zumindest einem Teil der zum Beaufschlagen der Membran aufgewandten elektrischen Energie während einer Rückstellung der Membran auf. Dadurch ist im Vergleich zu konventionellen Kreisläufen eine deutlich höhere Energieeffizienz erreicht. Energieversorgungseinrichtungen werden so nur gering belastet und können entsprechend schwächer dimensioniert sein. Eine Rekuperation kann beispielsweise durch das Vorsehen eines oder mehrerer RCL-Glieder, eines oder mehrerer Schaltelemente, einer Leistungselektronik, einer Controllerschaltung mit einer oder mehreren Regelroutinen und/oder einer oder mehrerer Energiespeicher realisiert sein.The device preferably has means for recuperating at least part of the electrical energy applied to act on the membrane during a return of the membrane. This results in significantly higher energy efficiency compared to conventional circuits. Energy supply facilities are so lightly loaded and can be dimensioned correspondingly weaker. A recuperation can be realized, for example, by the provision of one or more RCL elements, one or more switching elements, power electronics, a controller circuit with one or more control routines and / or one or more energy stores.

In vorteilhafter Weiterbildung ist der Kreislauf mit einem ölfreien Arbeitsfluid betreibbar. Durch das Vorsehen einer Membran in der Verdichtereinheit sind keine zusätzlichen Schmierstoffe in dem Arbeitsfluid erforderlich. Dies ermöglicht die Verwendung einfacher und kostengünstiger Dichtmittel und Systemkomponenten ohne besondere Anforderungen an eine Resistenz gegenüber anderen Stoffen als dem Arbeitsfluid. Zudem ist eine höhere thermische Leistung erzielbar, da ein etwaiger Ölgehalt des Arbeitsfluids den Wärmeübergang des Prozesses verschlechtert. Im Falle eines Austauschs des Arbeitsfluids oder eines Ersatzes des Gesamtsystems ist das Arbeitsfluid einfach zu entsorgen, da keine Ölabscheidung notwendig ist.In an advantageous embodiment, the circuit is operable with an oil-free working fluid. By providing a diaphragm in the compressor unit, no additional lubricants are required in the working fluid. This allows the use of simple and inexpensive sealants and system components with no special requirements for resistance to substances other than the working fluid. In addition, a higher thermal performance is achievable because any oil content of the working fluid degrades the heat transfer of the process. In the case of an exchange of the working fluid or a replacement of the entire system, the working fluid is easy to dispose of, since no oil separation is necessary.

Besonders bevorzugt weist das Arbeitsfluid eine Reinheit von mindestens 99 Prozent auf. Dies ermöglicht die Verwendung konventioneller Kältemittel, wobei auf die Beimischung zusätzlicher Betriebsstoffe, wie etwa Verdichterschmiermittel, verzichtet werden kann. Eine Befüllung oder Wartung des Systems ist mit geringem Aufwand durchführbar. Darüber hinaus ist ein unproblematisches Recycling des Arbeitsfluids bzw. des Gesamtsystems erreicht, da lediglich ein Reinstoff anfällt, der keiner zusätzlichen Stofftrennung bedarf.Particularly preferably, the working fluid has a purity of at least 99 percent. This allows the use of conventional refrigerants, which can be dispensed with the addition of additional supplies, such as compressor lubricant. A filling or maintenance of the system can be carried out with little effort. In addition, an unproblematic recycling of the working fluid or of the entire system is achieved since only a pure substance is obtained which requires no additional separation of substances.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Arbeitsfluid Korrosionsschutzadditive auf. Insbesondere während einer Befüllung gelangen unerwünschte Begleitstoffe in den Kreislauf. Diese können zu teilweise erheblichen Schäden durch Korrosion an fluidführenden Bauteilen beitragen. Durch das Vorsehen von Korrosionsschutzadditiven in dem Arbeitsfluid wird das Auftreten von Korrosion zumindest verzögert, wodurch sich die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert und der Wartungsaufwand sinkt. Vor allem die Wechselintervalle des Arbeitsfluids werden so deutlich vergrößert.According to a further embodiment, the working fluid on corrosion protection additives. In particular during filling, undesired accompanying substances enter the circulation. These can contribute to considerable damage through corrosion on fluid-carrying components. By providing anti-corrosive additives in the working fluid, the occurrence of corrosion is at least delayed, thereby extending the life of the device and reducing maintenance. Above all, the change intervals of the working fluid are so significantly increased.

Vorzugsweise weist das Arbeitsfluid Additive zur Absorption von Wasser auf. Vor allem während der Befüllung des Kreislaufs kommt es zum Eintritt von Wasser in das System. Das führt einerseits zum Auftreten von Korrosionsschäden und/oder der Bildung von Ablagerungen bei fluidführenden Bauteilen, andererseits sinkt dadurch die Leistung, da Wasser im Kreislauf prozesstechnisch nicht nutzbar ist und die wirksame Oberfläche und die durchströmbaren Querschnitte der einzelnen Komponenten vermindert sind. Wasserabsorbierende Additive im Arbeitsfluid reduzieren die schädigende Wirkung des Wassers und verlängern die Lebensdauer und die Wartungsintervalle der Vorrichtung. Es versteht sich, dass auch weitere Additive in dem Arbeitsfluid vorgesehen sein können, die sich positiv auf Betriebsgrößen der Vorrichtung auswirken.Preferably, the working fluid has additives for absorbing water. Especially during the filling of the circulation, water enters the system. On the one hand, this leads to the occurrence of corrosion damage and / or the formation of deposits in fluid-carrying components, on the other hand, the performance drops because water in the circuit process technology is not usable and the effective surface and the flow-through cross-sections of the individual components are reduced. Water-absorbing additives in the working fluid reduce the damaging effect of the water and extend the life and maintenance intervals of the device. It is understood that other additives can be provided in the working fluid, which have a positive effect on operating variables of the device.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines thermischen Prozesses in einem Kreislauf umfasst ein Ansaugen eines Arbeitsfluids durch eine angetriebene Verdichtereinheit aus einem Kälteabschnitt des Kreislaufs und ein Zuführen des Arbeitsfluids durch die Verdichtereinheit in einen Wärmeabschnitt des Kreislaufs. In dem Wärmeabschnitt wird das Arbeitsfluid durch die Verdichtereinheit auf einen ersten Druck verdichtet, bei dem das Arbeitsfluid zumindest überwiegend flüssig ist. In einer dem Wärmeabschnitt nachgeschalteten und dem Kälteabschnitt vorgeschalteten Expansionseinheit wird das Arbeitsfluid in dem Kälteabschnitt auf einen zweiten Druck gedrosselt, bei dem das Arbeitsfluid zumindest überwiegend gasförmig ist. Zumindest eines von erstem und zweitem Druck wird erfasst und dient zur Regelung eines Druckabfalls des Arbeitsfluids beim Übergang von dem Wärmeabschnitt in den Kälteabschnitt mittels eines Regelkreises. Dabei bildet der erste Druck und/oder die Differenz aus erstem und zweitem Druck eine Führungsgröße für den Regelkreis zur Regelung des Druckabfalls des Arbeitsfluids über die Expansionseinheit. Ein Grad der Drosselung der Expansionseinheit bildet eine Regelgröße für den Regelkreis.The method according to the invention for controlling a thermal process in a circuit comprises aspirating a working fluid through a driven compressor unit from a refrigeration section of the circuit and feeding the working fluid through the compressor unit into a heat section of the circuit. In the heating section, the working fluid is compressed by the compressor unit to a first pressure at which the working fluid is at least predominantly liquid. In a downstream of the heating section and upstream of the refrigerant section expansion unit, the working fluid is throttled in the refrigeration section to a second pressure at which the working fluid is at least predominantly gaseous. At least one of first and second pressures is detected and used to control a pressure drop of the working fluid in the transition from the heat section into the refrigeration section by means of a control loop. In this case, the first pressure and / or the difference between first and second pressure forms a reference variable for the control loop for regulating the pressure drop of the working fluid via the expansion unit. A degree of throttling of the expansion unit forms a controlled variable for the control loop.

Hierdurch wird ein Verfahren geschaffen, das eine an dem individuellen Leistungsbedarf des Prozesses orientierte Regelung ermöglicht, hocheffizient und variabel ist. Durch einen regelbaren Drosselgrad der Expansionseinheit ist eine gezielte Anpassung an wechselnde Lastzustände und Betriebsbereiche gewährleistet. Herkömmliche Vorrichtungen zum Temperieren weisen üblicherweise einen konstanten und unveränderlichen Drosselgrad auf, der sich an einem einzigen Auslegungspunkt orientiert. Bei einem geringen Kälte- oder Wärmebedarf wird bei derartigen Prozessen permanent eine zu hohe Leistung abgegeben, woraus ein unnötig hoher Energiebedarf resultiert. Mittels einer regelbaren Expansionseinheit kann gezielt auf die abgegebene thermische Leistung, die proportional zur Energieaufnahme ist, Einfluss genommen werden, wodurch der Kreislauf stets in einem optimalen Punkt bzw. Bereich betreibbar ist. Eine Differenzdruckmessung ist zudem einfach und robust zu realisieren, so dass zusätzlich ein besonders zuverlässiges Regelverfahren erreicht wird. Besonders bevorzugt ist die Expansionseinheit als ansteuerbares Ventil, insbesondere Magnetventil, ausgebildet. Dieses ermöglicht vorteilhaft eine externe und/oder interne Beeinflussung des Volumenstroms von dem Wärmeabschnitt zu dem Kälteabschnitt, so dass in Abhängigkeit der erfassten Druckparameter und der vorgegebenen Fallgrößen für die Temperierung wirksam und schnell in den Kreislauf eingegriffen werden kann. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft das als 2-Wege-Ventil ausgebildete Magnetventil in eine den Kreislauf unterbrechende Stellung vorgespannt bzw. voreingestellt, so dass sichergestellt ist, dass bei unterbrochener elektrischer Versorgung des Ventils in dem Wärmeabschnitt bestehender erster Druck aufrecht erhalten bleibt und hierdurch bei erneutem Start zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere bei der bevorzugten Verwendung des Verfahrens in einem Kraftfahrzeug günstig.As a result, a method is provided, which allows a based on the individual power requirements of the process control, is highly efficient and variable. A controllable degree of throttling of the expansion unit ensures a targeted adaptation to changing load conditions and operating ranges. Conventional tempering devices usually have a constant and unchangeable throttle degree, which is based on a single design point. At a low cooling or heat demand is permanently discharged in such processes too high a power, resulting in an unnecessarily high energy consumption results. By means of a controllable expansion unit can be targeted to the output thermal power, which is proportional to the energy intake, influence, whereby the circuit is always operable in an optimal point or area. A differential pressure measurement is also simple and robust to implement, so that in addition a particularly reliable control method is achieved. Particularly preferably, the expansion unit is designed as a controllable valve, in particular a solenoid valve. This advantageously enables an external and / or internal influencing of the volume flow from the heating section to the cooling section, so that it is possible to intervene efficiently and quickly in the circuit as a function of the detected pressure parameter and the predetermined case variables for the temperature control. In this case, in particular, the solenoid valve designed as a 2-way valve is biased or preset in a circuit-interrupting position, so as to ensure that existing first pressure is maintained in the heating section when the electrical supply to the valve is interrupted, and thereby upon renewed start is available. This is particularly favorable in the preferred use of the method in a motor vehicle.

Die Regelung des Druckabfalls kann insbesondere auch in einem selbstregelnden Druckbegrenzungsventil verwirklicht sein.The regulation of the pressure drop can be realized in particular in a self-regulating pressure relief valve.

In vorteilhafter Weiterbildung wird eine thermische Leistung des Prozesses durch Änderung einer Arbeitsfrequenz der Verdichtereinheit geregelt. Dies kann beispielsweise durch eine Modulation einer an die Verdichtereinheit angelegten elektrischen Spannung erreicht werden. Als Modulationsparameter kommen dabei insbesondere die Signalform, die Amplitude und die Frequenz in Betracht. Es ist aber auch möglich, die thermische Leistung durch eine Änderung des Stroms der Verdichtereinheit oder durch ein Modulationsverfahren, wie etwa der Pulsweitenmodulation oder der Phasenanschnittssteuerung zu regeln. Dies beinhaltet insbesondere auch eine Regelung mittels einer Schaltung, die einen Controller mit einer oder mehreren Regelroutinen umfasst. Durch die steuerbare Arbeitsfrequenz wird die Verdichtereinheit an den aktuellen Leistungsbedarf angepasst, wodurch ein besonders energieeffizientes Regelverhalten erreicht wird, da nur die jeweils erforderliche Verdichterleistung abgegeben wird, wobei auch komplexe Verdichterkennfelder und unterschiedliche Betriebsmodi realisiert werden können.In an advantageous embodiment, a thermal power of the process is controlled by changing an operating frequency of the compressor unit. This can be achieved, for example, by a modulation of an electrical voltage applied to the compressor unit. In particular, the signal shape, the amplitude and the frequency come into consideration as modulation parameters. However, it is also possible to regulate the thermal power by changing the current of the compressor unit or by a modulation method, such as the pulse width modulation or the phase angle control. In particular, this also includes regulation by means of a circuit which comprises a controller with one or more control routines. Due to the controllable operating frequency, the compressor unit is adapted to the current power requirement, whereby a particularly energy-efficient control behavior is achieved because only the respectively required compressor power is delivered, with complex compressor maps and different operating modes can be realized.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird zumindest ein Teil einer zum Beaufschlagen der Membran aufgewandten Energie rekuperiert. Im Vergleich zu konventionellen Regelverfahren wird so eine deutlich höhere Energieeffizienz erreicht. Hierzu werden beispielsweise ein oder mehrere RCL-Glieder, eine oder mehrere Schaltelemente, eine Leistungselektronik, eine Controllerschaltung mit einer oder mehreren Regelroutinen und/oder ein oder mehrere Energiespeicher vorgesehen.According to a further preferred embodiment, at least part of an energy expended on the membrane is recuperated. Compared to conventional control methods, this results in significantly higher energy efficiency. For this purpose, for example, one or more RCL members, one or more switching elements, a power electronics, a controller circuit with one or more control routines and / or one or more energy storage are provided.

Weitere Vorteile, Eigenschaften, Merkmale und Weiterbildungen der beanspruchten Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantages, features, features and developments of the claimed invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings with reference to a preferred embodiment.

1 zeigt ein Prinzipschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Temperieren eines Arbeitsbereichs. 1 shows a schematic diagram of a preferred embodiment of an apparatus for controlling the temperature of a work area.

2 zeigt einen Querschnitt durch die Verdichtereinheit aus 1 in einer Neutralstellung des Aktors. 2 shows a cross section through the compressor unit 1 in a neutral position of the actuator.

3 zeigt die Verdichtereinheit gemäß 2 in einer Ansaugphase. 3 shows the compressor unit according to 2 in a suction phase.

4 zeigt die Verdichtereinheit gemäß 2 in einer Ausstoßphase. 4 shows the compressor unit according to 2 in an ejection phase.

5 zeigt einen Querschnitt einer weiteren bevorzugten Verdichtereinheit in einer Neutralstellung. 5 shows a cross section of another preferred compressor unit in a neutral position.

Unter Bezugnahme auf 1 wird zunächst der grundsätzliche Aufbau einer bevorzugten Vorrichtung zum Temperieren eines Arbeitsbereichs beschrieben. Die insgesamt mit 1 bezeichnete Vorrichtung umfasst einen fluiddichten geschlossenen Kreislauf 2, der mit einem nicht gezeigten Arbeitsfluid gefüllt ist, wobei der Kreislauf 2 in einen Wärmeabschnitt 3 und einen Kälteabschnitt 4 geteilt ist. Die Teilung in den Wärmeabschnitt 3 und den Kälteabschnitt 4 ist einerseits durch eine Verdichtereinheit 5 mit einem als piezoelektrischen Aktor 6 ausgeführten Antrieb und andererseits durch eine steuerbare Expansionseinheit 10 gegeben. Der piezoelektrische Aktor 6 ist an eine Signalleitung 7 angeschlossen und mittels eines modulierten elektrischen Signals steuerbar. Dabei saugt die Verdichtereinheit 5 gasförmiges Arbeitsfluid aus dem Kälteabschnitt 4 an und pumpt dieses unter einer Druckerhöhung in den Wärmeabschnitt 3, wobei das Arbeitsfluid unter Temperaturerhöhung in eine flüssige Phase übergeht. Der Wärmeabschnitt 3 beinhaltet einen ersten Wärmetauscher 8, der von dem Arbeitsfluid durchströmt wird, wobei das Arbeitsfluid abkühlt und Wärme an einen den ersten Wärmetauscher 8 umgebenden Bereich abgibt. Hieran anschließend tritt das Arbeitsfluid in die steuerbare Expansionseinheit 10 ein, die den Druck des Arbeitsfluids derart entspannt, dass das Arbeitsfluid abkühlt und in einen gasförmigen Zustand übergeht. Der Expansionseinheit 10 ist in dem Kälteabschnitt 4 ein zweiter Wärmetauscher 9 nachgeschaltet, der von dem Arbeitsfluid durchströmt wird. Dabei nimmt das Arbeitsfluid Wärme von einem dem zweiten Wärmetauscher 9 umgebenden Bereich auf, wobei eine Temperaturerhöhung des Arbeitsfluids erfolgt.With reference to 1 First, the basic structure of a preferred device for controlling the temperature of a workspace will be described. The total with 1 referred device comprises a fluid-tight closed circuit 2 , which is filled with a working fluid, not shown, the circulation 2 in a heat section 3 and a refrigeration section 4 shared. The division into the heat section 3 and the refrigeration section 4 is on the one hand by a compressor unit 5 with a piezoelectric actuator 6 executed drive and on the other hand by a controllable expansion unit 10 given. The piezoelectric actuator 6 is to a signal line 7 connected and controllable by means of a modulated electrical signal. The compressor unit sucks 5 gaseous working fluid from the refrigeration section 4 and pumps this under an increase in pressure in the heating section 3 , wherein the working fluid passes under temperature increase in a liquid phase. Of the heat section 3 includes a first heat exchanger 8th flowing through the working fluid, wherein the working fluid cools and heat to a first heat exchanger 8th surrounding area. Following this, the working fluid enters the controllable expansion unit 10 a, which relaxes the pressure of the working fluid so that the working fluid cools and passes into a gaseous state. The expansion unit 10 is in the refrigeration section 4 a second heat exchanger 9 downstream, which is flowed through by the working fluid. The working fluid takes heat from a second heat exchanger 9 surrounding area, wherein a temperature increase of the working fluid takes place.

In 2–4 ist die Verdichtereinheit 5 in einer Querschnittsdarstellung gezeigt. In einem Verdichtergehäuse 11 ist der piezoelektrische Aktor 6 in einer vorgespannten Position zentrisch aufgenommen, wobei sich der piezoelektrische Aktor 6 einenends an einer deformierbaren Membran 12 und anderenends an einem Abschnitt des Verdichtergehäuses 11 abstützt, an dem die Signalleitung 7 nach Außen geführt ist. Der piezoelektrische Aktor besteht aus einer Mehrzahl stapelartig angeordneter Piezoelemente 6a, die elektrisch miteinander verschaltet sind.In 2 - 4 is the compressor unit 5 shown in a cross-sectional view. In a compressor housing 11 is the piezoelectric actuator 6 Centrally received in a biased position, wherein the piezoelectric actuator 6 at one end on a deformable membrane 12 and at the other end to a portion of the compressor housing 11 supported, on which the signal line 7 led to the outside. The piezoelectric actuator consists of a plurality of stacked piezoelectric elements 6a , which are electrically interconnected.

Die Membran 12 ist in einem Einspannabschnitt 13 des Verdichtergehäuses 11 aufgenommen und gegenüber dem piezoelektrischen Aktor 6 vorgespannt, so dass ein ständiger kraftschlüssiger Kontakt zwischen der Membran 12 und dem piezoelektrischen Aktor 6 besteht. Ein Pumpraum 22, der mit einem Arbeitsfluid 14 gefüllt ist, wird durch eine dem piezoelektrischen Aktor 6 abgewandte Seite der Membran 12 und das Verdichtergehäuse 11 gebildet. Der Pumpraum 22 weist ein erstes Rückschlagventil 15 und ein zweites Rückschlagventil 16 auf, durch das Arbeitsfluid ein- und austreten kann, wobei in der in 2 gezeigten Neutralstellung der Verdichtereinheit 5 die Rückschlagventile 15, 16 geschlossen sind.The membrane 12 is in a chucking section 13 of the compressor housing 11 taken up and opposite the piezoelectric actuator 6 prestressed, so that a permanent non-positive contact between the membrane 12 and the piezoelectric actuator 6 consists. A pump room 22 that with a working fluid 14 is filled by a piezoelectric actuator 6 opposite side of the membrane 12 and the compressor housing 11 educated. The pump room 22 has a first check valve 15 and a second check valve 16 on, by the working fluid can enter and exit, wherein in the in 2 shown neutral position of the compressor unit 5 the check valves 15 . 16 are closed.

In 3 ist die Verdichtereinheit 5 aus 2 in einer Ansaugphase gezeigt, bei der der piezoelektrische Aktor 6 von einem an der Signalleitung 7 anliegenden elektrischen Signal beaufschlagt ist, das zu einer Verkürzung des piezoelektrischen Aktors 6 in Längsrichtung A führt. Aufgrund der Vorspannung der Membran 12 wird die Membran 12 aus ihrer Neutralstellung gemäß 2 in eine dem Pumpraum 22 abgewandte Richtung ausgelenkt. Hierdurch vergrößert sich das Volumen des Pumpraums 22, was einen Druckabfall im Pumpraum 22 zur Folge hat. Dadurch wird das erste Rückschlagventil 15 geöffnet, wobei Arbeitsfluid 14 durch das erste Rückschlagventil 15 in den Pumpraum 22 strömt.In 3 is the compressor unit 5 out 2 shown in an intake phase in which the piezoelectric actuator 6 from one to the signal line 7 applied to the applied electrical signal, which leads to a shortening of the piezoelectric actuator 6 in the longitudinal direction A leads. Due to the bias of the membrane 12 becomes the membrane 12 from its neutral position according to 2 in a pump room 22 deflected away direction. This increases the volume of the pump chamber 22 , causing a pressure drop in the pump room 22 entails. This will be the first check valve 15 open, being working fluid 14 through the first check valve 15 in the pump room 22 flows.

In 4 ist die Verdichtereinheit 5 in einer Ausstoßphase gezeigt. Durch eine Modulation des an der Signalleitung 7 anliegenden elektrischen Signals kommt es zu einer Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors 6 in Längsrichtung über die Neutralstellung hinaus in eine den Rückschlagventilen 15, 16 zugewandten Richtung. Die Membran 12 gelangt dabei in eine den Pumpraum 22 komprimierende Stellung. Aufgrund der daraus resultierenden Druckerhöhung im Pumpraum 22 öffnet sich das zweite Rückschlagventil 16, wobei Arbeitsfluid durch das zweite Rückschlagventil 16 aus dem Pumpraum 22 ausgestoßen wird.In 4 is the compressor unit 5 shown in an ejection phase. By a modulation of the on the signal line 7 applied electrical signal causes an expansion of the piezoelectric actuator 6 in the longitudinal direction beyond the neutral position in a check valves 15 . 16 facing direction. The membrane 12 gets into a pump room 22 compressing position. Due to the resulting increase in pressure in the pump room 22 the second check valve opens 16 , wherein working fluid through the second check valve 16 from the pump room 22 is ejected.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verdichtereinheit 105 in einer Querschnittsdarstellung, wobei dieselben Bezugszeichen um 100 inkrementiert sind. Ein aus einer Mehrzahl von Piezoelementen 106a gebildeter piezoelektrischer Aktor 106 ist zentral in einem Verdichtergehäuse 111 aufgenommen und stützt sich an einem ersten Ende 106b an einem Abschnitt des Verdichtergehäuses 111 ab, an dem eine Signalleitung 107 des piezoelektrischen Aktors 106 nach Außen geführt ist. Das Verdichtergehäuse 111 weist einen ebenen Abstützabschnitt 118 mit einer zentralen Ausnehmung 123 auf, an dem ein tellerförmiges Federelement 117 mit einem ersten Ende aufgenommen ist, das an einem zweiten Ende mit einem zweiten Ende 106c des piezoelektrischen Aktors 106 in Anlage ist. Eine daraus resultierende und auf den piezoelektrischen Aktor 106 wirkende Federkraft spannt den piezoelektrischen Aktor 106 in Richtung auf das einem Pumpraum 122 abgewandte Ende des Verdichtergehäuses 111 vor. Der piezoelektrische Aktor 106 weist an seinem zweiten Ende 106c ein konisches Druckstück 119 auf, das das Federelement 117 und die Ausnehmung 123 zentral durchsetzt und mit einer deformierbaren Membran 112 derart in Anlage ist, dass zwischen der Membran 112 und dem piezoelektrischen Aktor 106 eine kraftschlüssige Verbindung besteht. Die Membran 112 begrenzt einen mit einem Arbeitsfluid 114 gefüllten Pumpraum 122, der ein erstes Rückschlagventil 115 und ein zweites Rückschlagventil 116 aufweist, durch die Arbeitsfluid 114 ein- und austreten kann, wobei in der in 5 gezeigten Neutralstellung der Verdichtereinheit 105 die Rückschlagventile 115, 116 geschlossen sind. 5 shows a further embodiment of a compressor unit 105 in a cross-sectional view, wherein the same reference numerals 100 are incremented. One of a plurality of piezo elements 106a formed piezoelectric actuator 106 is central in a compressor housing 111 recorded and supported at a first end 106b at a portion of the compressor housing 111 from where a signal line 107 of the piezoelectric actuator 106 led to the outside. The compressor housing 111 has a flat support portion 118 with a central recess 123 on, on which a plate-shaped spring element 117 received at a first end, at a second end with a second end 106c of the piezoelectric actuator 106 in attachment. A resulting and on the piezoelectric actuator 106 acting spring force biases the piezoelectric actuator 106 towards the one pump room 122 opposite end of the compressor housing 111 in front. The piezoelectric actuator 106 indicates at its second end 106c a conical pressure piece 119 on, that is the spring element 117 and the recess 123 centrally interspersed and with a deformable membrane 112 in such a plant is that between the membrane 112 and the piezoelectric actuator 106 a non-positive connection exists. The membrane 112 limits one with a working fluid 114 filled pump room 122 , which is a first check valve 115 and a second check valve 116 has, by the working fluid 114 can enter and exit, in the in 5 shown neutral position of the compressor unit 105 the check valves 115 . 116 are closed.

Die Membran 112 weist einen Profilbereich 120 auf, bei dem Abschnitte der Membran 112 nach Art eines Faltenbalgs zusammengelegt sind. Im Zentrum der Membran 112 ist ein ebener Anlagebereich 121 vorgesehen, der mit dem Druckstück 119 zusammenwirkt. Durch die Kombination von Profilbereich 120 und Anlagebereich 121 ermöglicht die Membran 112 einen radialen Spielausgleich des piezoelektrischen Aktors 106, der etwaige während des Betriebs der Verdichtereinheit 105 auftretende Querkräfte, die den piezoelektrischen Aktor 106 belasten, aufnehmen kann.The membrane 112 has a profile area 120 on, in which sections of the membrane 112 folded in the manner of a bellows. In the center of the membrane 112 is a level investment area 121 provided with the pressure piece 119 interacts. By the combination of profile area 120 and investment area 121 allows the membrane 112 a radial clearance compensation of the piezoelectric actuator 106 which is possible during operation of the compressor unit 105 occurring transverse forces, the piezoelectric actuator 106 load, can record.

Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Der piezoelektrische Aktor 6 der Verdichtereinheit 5 wird mittels der Signalleitung 7 mit einem elektrischen Signal beaufschlagt, das zu einer abwechselnden Verkürzung und Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors in Längsrichtung A führt. Dadurch kommt es zu einer wechselseitigen Auslenkung der Membran 12 aus der Neutralstellung, wodurch sich das Volumen des Pumpraums 22 periodisch vergrößert und verringert. Bei einer Volumenvergrößerung entsteht ein Unterdruck in dem Pumpraum 22, der das erste Rückschlagventil 15 öffnet und zu einem Ansaugen von gasförmigem Arbeitsfluid 14 aus dem Kälteabschnitt 4 in den Pumpraum 22 führt, bis ein Druckausgleich in dem Pumpraum 22 erfolgt ist, bei dem das erste Rückschlagventil 15 schliesst. Die daran anschließende entgegengesetzte Bewegung der Membran 12 erhöht den Druck in dem Pumpraum 22 über den Ausgleichsdruck, wodurch sich das zweite Rückschlagventil 16 öffnet und Arbeitsfluid 14 infolge der Volumenverringerung des Pumpraums 22 in den Wärmeabschnitt 3 gepumpt wird. Dabei kommt es zu einem kontinuierlichen Druckanstieg in dem Wärmeabschnitt 3, bei dem das Arbeitsfluid 14 unter Temperaturerhöhung in eine flüssige Phase übergeht. Das komprimierte Arbeitsfluid 14 durchströmt den ersten Wärmetauscher 8 des Wärmeabschnitts 3 und kühlt unter Abgabe von Wärmeenergie an einen Umgebungsbereich des ersten Wärmetauschers 8 ab. Bei Erreichen eines definierten Freigabedrucks der Expansionseinheit 10 in dem Wärmeabschnitt 3 gibt die Expansionseinheit 10 einen Drosselquerschnitt frei, wobei das zuvor verdichtete Arbeitsfluid 14 die Expansionseinheit 10 durchströmt und in den Kälteabschnitt 4 gelangt. Der Druck des Arbeitsfluids 14 fällt dabei über die Expansionseinheit 10 derart ab, dass das Arbeitsfluid 14 in eine gasförmige Phase übergeht und dabei seine Temperatur stark verringert. Das entspannte Arbeitsfluid 14 durchströmt sodann den zweiten Wärmetauscher 9 des Kälteabschnitts 4, wobei sich die Temperatur des Arbeitsfluids 14 unter Aufnahme von Wärmeenergie aus einem den zweiten Wärmetauscher 9 umgebenden Bereich erhöht. Durch den Übergang des Arbeitsfluids 14 von dem Wärmeabschnitt 3 in den Kälteabschnitt 4 reduziert sich der Druck in dem Wärmeabschnitt 3 bis zu einem Unterschreiten des Freigabedrucks der Expansionseinheit 10, die den freigegebenen Drosselquerschnitt verschliesst. Durch Modulation des elektrischen Signals kann die zyklische Verkürzung und Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors 6 gesteuert werden, wobei sowohl der Grad der Längenänderung als auch die Frequenz regelbar sind. Die Leistung der Verdichtereinheit 5 ist somit über einen weiten Bereich steuerbar. The invention now works as follows:
The piezoelectric actuator 6 the compressor unit 5 is via the signal line 7 subjected to an electrical signal, which leads to an alternate shortening and expansion of the piezoelectric actuator in the longitudinal direction A. This leads to a mutual deflection of the membrane 12 from the neutral position, thereby increasing the volume of the pump room 22 periodically increased and decreased. With an increase in volume creates a negative pressure in the pump chamber 22 , the first check valve 15 opens and to a suction of gaseous working fluid 14 from the refrigeration section 4 in the pump room 22 leads until a pressure equalization in the pump room 22 is done, in which the first check valve 15 closes. The subsequent opposite movement of the membrane 12 increases the pressure in the pump room 22 over the equalizing pressure, resulting in the second check valve 16 opens and working fluid 14 due to the volume reduction of the pump space 22 in the heat section 3 is pumped. This leads to a continuous increase in pressure in the heating section 3 in which the working fluid 14 goes under temperature increase in a liquid phase. The compressed working fluid 14 flows through the first heat exchanger 8th of the heat section 3 and cools with the release of heat energy to a surrounding area of the first heat exchanger 8th from. Upon reaching a defined release pressure of the expansion unit 10 in the heating section 3 gives the expansion unit 10 a throttle cross section free, wherein the previously compressed working fluid 14 the expansion unit 10 flows through and into the refrigeration section 4 arrives. The pressure of the working fluid 14 falls over the expansion unit 10 such that the working fluid 14 goes into a gaseous phase, thereby greatly reducing its temperature. The relaxed working fluid 14 then flows through the second heat exchanger 9 of the refrigeration section 4 , where the temperature of the working fluid 14 taking up heat energy from a second heat exchanger 9 surrounding area increased. By the transition of the working fluid 14 from the heating section 3 in the refrigeration section 4 reduces the pressure in the heat section 3 up to a falling below the release pressure of the expansion unit 10 , which closes the approved throttle cross-section. By modulation of the electrical signal, the cyclic shortening and expansion of the piezoelectric actuator 6 be controlled, both the degree of change in length and the frequency can be regulated. The performance of the compressor unit 5 is thus controllable over a wide range.

Die Expansionseinheit 10 ist als elektromagnetisches 2-Wege-Ventil mit variablem Öffnungsquerschnitt ausgebildet. Der Differenzdruck zwischen dem Wärmeabschnitt 3 und dem Kälteabschnitt 4 wird mittels eines Differenzdruckaufnehmers, der die Druckdifferenz vor und hinter der Expansionseinheit erfasst, bestimmt. In Abhängigkeit eines Kälte- oder Wärmebedarfs wird der Druckabfall und/oder der Volumenstrom über die Expansionseinheit 10 ermittelt, der erforderlich ist, um die für die gewünschte Kälteleistung notwendige Temperaturdifferenz zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, können der Freigabedruck und der Öffnungsquerschnitt der Expansionseinheit 10 unabhängig voneinander eingestellt werden, wobei der Differenzdruck als Führungsgröße des Regelkreises dient.The expansion unit 10 is designed as a electromagnetic 2-way valve with variable opening cross-section. The differential pressure between the heat section 3 and the refrigeration section 4 is determined by means of a differential pressure sensor, which detects the pressure difference in front of and behind the expansion unit. Depending on a cooling or heat demand, the pressure drop and / or the flow rate through the expansion unit 10 determined, which is necessary to ensure the necessary for the desired cooling capacity temperature difference. To achieve this, the release pressure and the opening cross section of the expansion unit 10 be set independently of each other, wherein the differential pressure serves as a reference variable of the control loop.

Im Zusammenspiel mit der variablen Verdichterleistung ergibt sich insgesamt ein besonders energieeffizientes Regelungsverfahren, das eine Prozessführung in einem optimalen Betriebsbereich ermöglicht.Together with the variable compressor performance, this results in a particularly energy-efficient control method which enables process control in an optimum operating range.

Die Erfindung ist vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert worden, bei denen als Antrieb der Verdichtereinheit ein piezoelektrischer Aktor verwendet wird, der eine Membran beaufschlagt. Es versteht sich, dass der Pumpraum auch durch eine Kolben-Zylinderanordnung gebildet sein kann.The invention has been explained above with reference to embodiments in which a piezoelectric actuator is used as the drive of the compressor unit, which acts on a membrane. It is understood that the pumping space can also be formed by a piston-cylinder arrangement.

Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert worden, bei dem das Expansionsventil über eine Regelung betätigt wird. Es versteht sich, dass das Expansionsventil auch dann, wenn es als ansteuerbares Magnetventil ausgebildet ist, auch ohne aufwendige Regelung betrieben werden kann, beispielsweise indem in einer Speichereinheit Betriebstabellen hinterlegt sind, die die Ansteuerung des Expansionsventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verdichters steuert. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Expansionsventil in Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz des Verdichters angesteuert wird. Hierbei ist es möglich, für unterschiedliche Kälteleistungen unterschiedliche Steuerkurven zu speichern. Es versteht sich ferner, dass das Expansionsventil auch als selbstregelndes, beispielsweise mechanisches, Druckbegrenzungsventil ausgebildet sein kann, das bei einem definierten Öffnungsdruck im Wärmeabschnitt selbsttätig öffnet und einen Querschnitt freigibt und bei Unterschreitung eines definierten Schliessdrucks den Querschnitt selbsttätig verschliesst.The invention has been explained above with reference to an embodiment in which the expansion valve is actuated via a control. It is understood that the expansion valve, even if it is designed as a controllable solenoid valve, can also be operated without complex control, for example, by operating tables are stored in a memory unit, which controls the control of the expansion valve in dependence on operating parameters of the compressor. For example, it can be provided that the expansion valve is activated as a function of the operating frequency of the compressor. It is possible to store different control curves for different cooling capacities. It is further understood that the expansion valve can also be designed as a self-regulating, for example mechanical, pressure relief valve, which automatically opens at a defined opening pressure in the heat section and releases a cross section and automatically closes the cross section falls below a defined closing pressure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Vorrichtung (1) zum Temperieren eines Arbeitsbereichs, mit einem geschlossenen Kreislauf (2) mit einem Arbeitsfluid (14; 114), das in einem Kälteabschnitt (4) des Kreislaufs gasförmig und in einem von dem Kälteabschnitt abtrennbaren Wärmeabschnitt (3) des Kreislaufs flüssig ist, umfassend eine dem Wärmeabschnitt (3) vorgeschaltete und dem Kälteabschnitt (4) nachgeschaltete Verdichtereinheit (5; 105), und eine dem Wärmeabschnitt (3) nachgeschaltete und dem Kälteabschnitt (4) vorgeschaltete Expansionseinheit (10), wobei die Verdichtereinheit (5; 105) einen Antrieb aufweist, der gasförmiges Arbeitsfluid (14; 114) ansaugt und dem Wärmeabschnitt (3) zuführt, wobei der Antrieb einen piezoelektrischen Aktor (6; 106) aufweist, wobei der piezoelektrische Aktor (6; 106) zumindest eine Membran (12; 112) von außerhalb des Kreislaufs (2) bewegt, und wobei die Membran (12; 112) den Kreislauf (2) begrenzt und einseitig dem Arbeitsfluid (14; 114) ausgesetzt ist.Contraption ( 1 ) for tempering a work area, with a closed circuit ( 2 ) with a working fluid ( 14 ; 114 ), which in a cold section ( 4 ) of the circuit is gaseous and is liquid in a heat section (3) of the circuit which can be separated from the refrigeration section, comprising a heat section ( 3 ) upstream and the cold section ( 4 ) downstream compressor unit ( 5 ; 105 ), and a heat section ( 3 ) downstream and the refrigeration section ( 4 ) upstream expansion unit ( 10 ), wherein the compressor unit ( 5 ; 105 ) has a drive, the gaseous working fluid ( 14 ; 114 ) and the heat section ( 3 ), wherein the drive is a piezoelectric actuator ( 6 ; 106 ), wherein the piezoelectric actuator ( 6 ; 106 ) at least one membrane ( 12 ; 112 ) from outside the circuit ( 2 ), and wherein the membrane ( 12 ; 112 ) the cycle ( 2 ) and unilaterally the working fluid ( 14 ; 114 ) is exposed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (5; 105) mit veränderbarer Arbeitsfrequenz arbeitet, und dass die Arbeitsfrequenz der Verdichtereinheit (5; 105) regelbar ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the compressor unit ( 5 ; 105 ) operates with variable operating frequency, and that the operating frequency of the compressor unit ( 5 ; 105 ) is controllable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12; 112) den piezoelektrischen Aktor (6; 106) in einer Ruhelage mit einer entgegen einer Beaufschlagungsrichtung gerichteten Vorpannkraft belastet, und dass die Membran (12; 112) bei Verlagerung in eine Beaufschlagungsrichtung durch den piezoelektrischen Aktor (6; 106) eine Rückstellkraft entgegen der Beaufschlagungsrichtung aufbaut, die den piezoelektrischen Aktor (6; 106) nach Art einer Rückstellfeder belastet.Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the membrane ( 12 ; 112 ) the piezoelectric actuator ( 6 ; 106 ) is loaded in a rest position with a biasing force directed against an urging direction, and that the membrane ( 12 ; 112 ) when displaced in a loading direction by the piezoelectric actuator ( 6 ; 106 ) builds up a restoring force counter to the direction of loading, the piezoelectric actuator ( 6 ; 106 ) loaded in the manner of a return spring. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (112) ausgebildet ist, um eine radiale spielausgleichende Bewegung des piezoelektrischen Aktors (106) in einem Sitz des piezoelektrischen Aktors (106) zu ermöglichen.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the membrane ( 112 ) is adapted to a radial play compensating movement of the piezoelectric actuator ( 106 ) in a seat of the piezoelectric actuator ( 106 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinheit (10) als selbst regelndes Druckbegrenzungsventil oder als ansteuerbares Ventil ausgebildet ist für einen Betrieb in einem geschlossenen Kreislauf mit einer Hubkolbenpumpe variabler Frequenz.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the expansion unit ( 10 ) is designed as a self-regulating pressure relief valve or as a controllable valve for operation in a closed circuit with a variable displacement piston pump. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die zumindest einen Teil einer zum Beaufschlagen der Membran (12; 112) aufgewandten elektrischen Energie während einer Rückstellung der Membran (12; 112) rekuperieren, wobei die Mittel insbesondere elektrische Schaltelemente und Energiespeicher umfassen.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that means are provided which at least a part of a for applying the membrane ( 12 ; 112 ) applied electrical energy during a recovery of the membrane ( 12 ; 112 Recuperate, wherein the means comprise in particular electrical switching elements and energy storage. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid ohne Verdichter-Schmierstoffe auskommt und eine Reinheit von mindestens 99% aufweist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the working fluid manages without compressor lubricants and has a purity of at least 99%. Verfahren zur Regelung eines thermischen Prozesses in einem Kreislauf, umfassend die Schritte Ansaugen eines Arbeitsfluids (14; 114) durch eine angetriebene Verdichtereinheit (5; 105) aus einem Kälteabschnitt (4) des Kreislaufs (2), Zuführen des Arbeitsfluids (14; 114) durch die Verdichtereinheit (5; 105) in einen Wärmeabschnitt (3) des Kreislaufs, wobei in dem Wärmeabschnitt (3) das Arbeitsfluid (14; 114) auf einen ersten Druck verdichtet wird, bei dem das Arbeitsfluid (14; 114) zumindest überwiegend flüssig ist, Drosseln von Arbeitsfluid (14; 114) mittels einer dem Wärmeabschnitt (3) nachgeschalteten und dem Kälteabschnitt vorgeschalteten Expansionseinheit (10), wobei das Arbeitsfluid (14; 114) in dem Kälteabschnitt (4) zumindest überwiegend gasförmig ist und einen zweiten Druck aufweist, und Erfassen von zumindest einem von erstem Druck und zweitem Druck, wobei der erste Druck und/oder die Differenz von erstem und zweitem Druck eine Führungsgröße und ein Grad der Drosselung der Expansionseinheit (10) eine Regelgröße eines Regelkreises zur Regelung eines Druckabfalls des Arbeitsfluids über die Expansionseinheit (10) ist.Method for controlling a thermal process in a circuit, comprising the steps of drawing in a working fluid ( 14 ; 114 ) by a driven compressor unit ( 5 ; 105 ) from a refrigeration section ( 4 ) of the cycle ( 2 ), Supplying the working fluid ( 14 ; 114 ) through the compressor unit ( 5 ; 105 ) in a heating section ( 3 ) of the circuit, wherein in the heating section ( 3 ) the working fluid ( 14 ; 114 ) is compressed to a first pressure at which the working fluid ( 14 ; 114 ) is at least predominantly liquid, throttling of working fluid ( 14 ; 114 ) by means of a heating section ( 3 ) downstream and upstream of the refrigeration section expansion unit ( 10 ), wherein the working fluid ( 14 ; 114 ) in the refrigeration section ( 4 ) is at least predominantly gaseous and having a second pressure, and detecting at least one of first pressure and second pressure, wherein the first pressure and / or the difference of first and second pressure, a reference variable and a degree of throttling of the expansion unit ( 10 ) a control variable of a control loop for controlling a pressure drop of the working fluid via the expansion unit ( 10 ). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Leistung des Prozess durch Änderung einer Arbeitsfrequenz der Verdichtereinheit (5; 105) geregelt wird.A method according to claim 8, characterized in that a thermal performance of the process by changing an operating frequency of the compressor unit ( 5 ; 105 ) is regulated. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rekuparation von zumindest einem Teil einer zum Beaufschlagen der Membran (12; 112) aufgewandten elektrischen Energie vorgesehen ist.Method according to claim 8 or 9, characterized in that a recuperation of at least part of a membrane for applying the membrane ( 12 ; 112 ) provided electrical energy is provided.
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