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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, welche vorteilhafterweise bei einem Fahrzeugtemperiergerät eingesetzt werden kann, das unter Ausnutzung des magnetokalorischen Effekts die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft erwärmen oder kühlen kann.
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Ein derartiges Temperiergerät ist aus der nachveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 10 2015 105 346 bekannt. Bei diesem bekannten Temperiergerät ist ein allgemein ringartig ausgebildeter Temperierkörper aus magnetokalorischem Material in einem Temperierkörpergehäuse aufgenommen. Zur Erzeugung des magnetokalorischen Effekts ist eine um eine Drehachse drehbare Magnetfeldanordnung vorgesehen, welche um die Drehachse aufeinander folgend Magnetfeld-Erwärmungsbereiche und Kühlbereiche bereitstellt. Mit dem Temperierkörper sind in Umfangsrichtung um die Drehachse aufeinander folgend Wärmeträgermedium-Strömungszonen bereitgestellt, wobei jede dieser Wärmeträgermedium-Strömungszonen durch ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser oder eine andere Flüssigkeit, durchströmbar ist. Um je nachdem, ob eine jeweilige Wärmeträgermedium-Strömungszone mit einem Magnetfeld-Erwärmungsbereich oder einem Kühlbereich der Magnetfeldanordnung ausgerichtet ist, eine geeignete Zirkulation von Wärmeträgermedium durch jeweils mit zwei Wärmeträgermedium-Strömungszonen bereitgestellte Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren vorzusehen, sind die Wärmeträgermedium-Strömungszonen miteinander verbindende Wärmeträgermediumleitungen vorgesehen, wobei durch den Wärmeträgermediumleitungen zugeordnete Ventile ein definiertes Verbinden benachbarter Wärmeträgermedium-Strömungszonen zur Bereitstellung der Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren erreichbar ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugtemperiergerät, vorzusehen, mit welcher in einfacher Weise verschiedene Ventilstellungen zum Bereitstellen einer Strömungsverbindung zwischen ersten Ventilanschlüssen und zweiten Ventilanschlüssen, welche verschiedenen Wärmeträgermedium-Strömungssektoren eines Temperiergeräts zugeordnet sein können, bereitstellbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Ventilanordnung, insbesondere für ein Fahrzeugtemperiergerät, umfassend eine Mehrzahl von ersten Ventilanschlüssen, eine Mehrzahl von zweiten Ventilanschlüssen, wenigstens ein zur Bereitstellung von wenigstens zwei Ventilstellungen verstellbares Ventilorgan, wobei in einer ersten Ventilstellung wenigstens ein zweiter Ventilanschluss mit einem ersten Ventilanschluss paarweise verbunden ist und wenigstens ein nicht mit einem zweiten Ventilanschluss verbundener erster Ventilanschluss mit einem anderen nicht mit einem zweiten Ventilanschluss verbundenen ersten Ventilanschluss paarweise verbunden ist, und wobei in einer zweiten Ventilstellung wenigstens ein zweiter Ventilanschluss nicht mit einem ersten Ventilanschluss paarweise verbunden ist und wenigstens ein erster Ventilanschluss mit einem anderen ersten Ventilanschluss paarweise verbunden ist, mit welchem dieser in der ersten Ventilstellung nicht verbunden ist.
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Durch die erfindungsgemäß aufgebaute Ventilanordnung wird es möglich, in den verschiedenen Ventilstellungen wahlweise Verbindungen zwischen ersten und zweiten Ventilanschlüssen sowie ersten Ventilanschlüssen untereinander herzustellen bzw. die Verbindung zwischen ersten und zweiten Ventilanschlüssen zu unterbrechen. Somit wird es möglich, insbesondere bei einem den magnetokalorischen Effekt ausnutzenden Fahrzeugtemperiergerät die zur Bereitstellung jeweiliger Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren erforderliche strömungsmäßige Verbindung benachbarter Wärmeträgermedium-Strömungssektoren herbeizuführen oder aufzuheben.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass in der ersten Ventilstellung jeder zweite Ventilanschluss mit einem ersten Ventilanschluss paarweise verbunden ist oder/und jeder nicht mit einem zweiten Ventilanschluss verbundene erste Ventilanschluss mit einem anderen ersten Ventilanschluss verbunden ist. Gemäß dieser Ausgestaltung sind also die ersten Ventilanschlüsse zum Teil entweder mit einem zweiten Ventilanschluss oder mit einem anderen ersten Ventilanschluss verbunden, so dass jeder erste Ventilanschluss zur Durchströmung durch ein Fluid genutzt wird.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass in der zweiten Ventilstellung jeder zweite Ventilanschluss nicht mit einem ersten Ventilanschluss verbunden ist oder/und jeder erste Ventilanschluss mit einem anderen ersten Ventilanschluss verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung ist gewährleistet, dass in der zweiten Ventilstellung keine Strömungsverbindung zwischen den ersten Ventilanschlüssen und den zweiten Ventilanschlüssen besteht, sondern jeweils nur erste Ventilanschlüsse paarweise miteinander verbunden sind und somit zur Durchströmung durch ein Fluid bzw. ein Wärmeträgermedium freigegeben sind.
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Um eine gegen den Wärmeträgermediumaustritt abgeschlossene Anordnung bereitstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass ein Ventilgehäuse und wenigstens ein in dem Ventilgehäuse zur Bereitstellung der ersten Ventilstellung und der zweiten Ventilstellung zwischen einer ersten Ventilorganstellung und einer zweiten Ventilorganstellung verstellbares Ventilorgan vorgesehen sind.
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Zur wahlweisen Verbindung einer Vielzahl erster Ventilanschlüsse miteinander bzw. eines Teils der ersten Ventilanschlüsse jeweils mit einem zweiten Ventilanschluss wird vorgeschlagen, dass in dem Ventilgehäuse, vorzugsweise in Richtung einer Gehäuseachse aufeinander folgend, zwei Ventilorgane jeweils zwischen einer ersten Ventilorganstellung und einer zweiten Ventilorganstellung verstellbar aufgenommen sind. Dabei sind vorteilhafterweise zum Erhalt eines einfachen Aufbaus die beiden Ventilorgane zueinander oder im Wesentlichen identisch ausgebildet.
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Um mit einem bzw. mehreren Ventilorganen definiert verschiedene Schaltzustände und somit verschiedene Verbindungszustände erster und zweiter Ventilanschlüsse herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass die ersten Ventilanschlüsse oder/und die zweiten Ventilanschlüsse an dem Ventilgehäuse jeweils aufeinander folgend mit zueinander im Wesentlichen gleichem Abstand angeordnet sind, oder/und dass die ersten Ventilanschlüsse in Richtung einer Gehäuseachse des Ventilgehäuses an einer ersten Seite des Ventilgehäuses angeordnet sind und die zweiten Ventilanschlüsse in Richtung der Gehäuseachse an einer der ersten Seite entgegengesetzt orientierten zweiten Seite des Ventilgehäuses angeordnet sind und wenigstens ein Ventilorgan in dem Ventilgehäuse im Wesentlichen orthogonal zur Gehäuseachse verstellbar aufgenommen ist.
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Insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäße Ventilanordnung in Zuordnung zu einem ringartig ausgebildeten Temperierkörper aus magnetokalorischem Material eingesetzt werden soll, ist es vorteilhaft, wenn wenigstens ein Ventilorgan ringartig oder scheibenartig ausgebildet und in dem Ventilgehäuse um die Gehäuseachse drehbar aufgenommen ist, und wenn die ersten Ventilanschlüsse oder/und die zweiten Ventilanschlüsse in Umfangsrichtung um die Gehäuseachse aufeinanderfolgend angeordnet sind.
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Zur Erlangung der verschiedenen Ventilstellungen bzw. Ventilorganstellungen wird vorgeschlagen, dass ein Stellantrieb für zwei Ventilorgane vorgesehen ist, wobei die Ventilorgane durch den Stellantrieb zur Verstellung in zueinander im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen antreibbar sind.
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Bei einer insbesondere für den Einsatz in Verbindung mit einem Temperiergerät, welches den magnetokalorischen Effekt ausnutzt, vorteilhaften Ausgestaltungsvariante wird vorgeschlagen, dass zwei zweite Ventilanschlüsse vorgesehen sind, oder/und dass die Anzahl der ersten Ventilanschlüsse größer als die Anzahl der zweiten Ventilanschlüsse und eine gerade Zahl, vorzugsweise wenigstens sechs, ist. Dabei können insbesondere die beiden zweiten Ventilanschlüsse genutzt werden, um eine Strömungsverbindung zu ein Wärmeeintragfluid bzw. ein Wärmeabfuhrfluid führenden Kreisläufen herzustellen. Durch die größere Anzahl an ersten Ventilanschlüssen wird die Möglichkeit bereitgestellt, einen mehrstufigen Erwärmungsprozess unter Ausnutzung des magnetokalorischen Effekts durchzuführen.
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Um mit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung durch die geeignete Verstellung wenigstens eines Ventilorgans verschiedene Ventilstellungen und somit verschiedene Strömungsverbindungen in der Ventilanordnung herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Ventilorgan eine Gruppe von ersten Ventilöffnungen und eine Gruppe von zweiten Ventilöffnungen aufweist, wobei die ersten Ventilöffnungen das Ventilorgan in Richtung einer Gehäuseachse durchsetzen und die zweiten Ventilöffnungen an einer Seite des Ventilorgans in Verstellrichtung des Ventilorgans langgestreckte Verbindungskanäle bereitstellen, wobei die Erstreckungslänge der Verbindungskanäle auf den Abstand zweier unmittelbar aufeinander folgender erster Ventilanschlüsse derart abgestimmt ist, dass durch jeden Verbindungskanal eine Verbindung zwischen zwei unmittelbar benachbarten ersten Ventilanschlüssen herstellbar ist.
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Unter Ausnutzung dieses Aufbaus zweier beispielsweise im Wesentlichen identisch zueinander ausgebildeter Ventilorgane können die verschiedenen Ventilstellungen beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass in einer ersten Ventilorganstellung eines ersten Ventilorgans und einer ersten Ventilorganerstellung eines zweiten Ventilorgans die ersten Ventilöffnungen des ersten Ventilorgans und die ersten Ventilöffnungen des zweiten Ventilorgans paarweise miteinander verbunden sind, wobei jedes Paar von miteinander verbundenen ersten Ventilöffnungen eine Verbindung zwischen einem ersten Ventilanschluss und einem zweiten Ventilanschluss bereitstellt, und alle zweiten Ventilöffnungen des ersten Ventilorgans durch das zweite Ventilorgan abgeschlossen sind, und dass in einer zweiten Ventilorganstellung des ersten Ventilorgans und einer zweiten Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans die ersten Ventilöffnungen des ersten Ventilorgans wenigstens durch das zweite Ventilorgan abgeschlossen sind und die ersten Ventilöffnungen des zweiten Ventilorgans durch eine zweite Ventilöffnung des ersten Ventilorgans miteinander verbunden sind.
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Um dabei abhängig von den Relativpositionierungen der beiden Ventilorgane Ventilöffnungen in diesen abzuschließen bzw. miteinander zu verbinden, also zur gemeinsamen Durchströmung zu positionieren, wird vorgeschlagen, dass das zweite Ventilorgan an der die zweiten Ventilöffnungen aufweisenden Seite des ersten Ventilorgans die Ventilöffnungen des ersten Ventilorgans überdeckend angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann ferner so ausgestaltet sein, dass in der ersten Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans und in der zweiten Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans jede erste Ventilöffnung des zweiten Ventilorgans in Verbindung mit einem ersten Ventilanschluss ist und jede zweite Ventilöffnung des zweiten Ventilorgans eine Verbindung zwischen zwei nicht mit einer ersten Ventilöffnung des zweiten Ventilorgans verbundenen ersten Ventilanschlüssen bereitstellt, oder/und dass in der zweiten Ventilorganstellung des ersten Ventilorgans und der zweiten Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans kein erster Ventilanschluss mit einem zweiten Ventilanschluss verbunden ist. Somit wird abhängig von der Ventilorganstellung die Möglichkeit geschaffen, eine Verbindung zwischen ersten und zweiten Ventilanschlüssen herzustellen oder zu unterbrechen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass in der ersten Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans jede zweite Ventilöffnung des zweiten Ventilorgans eine Verbindung zwischen einem ersten Ventilanschluss und einem anderen ersten Ventilanschluss bereitstellt und in der zweiten Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans jede zweite Ventilöffnung des zweiten Ventilorgans eine Verbindung zwischen einem ersten Ventilanschluss und einem anderen ersten Ventilanschluss bereitstellt, mit welchem dieser in der ersten Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans nicht verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Temperiergerät, insbesondere Fahrzeugtemperiergerät, umfassend wenigstens einen von einem Wärmeträgermedium durchströmbaren oder/und umströmbaren, mit magnetokalorischem Material aufgebauten Temperierkörper, eine Magnetfeldanordnung mit aufeinander folgend angeordneten Magnetfeld-Erwärmungsbereichen und Kühlbereichen zwischen den Magnetfeld-Erwärmungsbereichen, wobei mit dem Temperierkörper eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Wärmeträgermedium-Strömungszonen bereitgestellt ist, wobei wenigstens zwei einander benachbarte Wärmeträgermedium-Strömungszonen durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung zur Bereitstellung eines Wärmeträgermedium-Zirkulationssektors miteinander verbindbar sind.
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Um dabei eine thermische Wechselwirkung mit der Umgebung des Temperiergeräts herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Wärmeträgermedium-Strömungszone durch die Ventilanordnung zur Durchströmung durch Wärmeeintragfluid zum Eintragen von Wärme in diese Wärmeträgermedium-Strömungszone freigebbar ist, oder/und dass wenigstens eine Wärmeträgermedium-Strömungszone durch die Ventilanordnung zur Durchströmung durch Wärmeabfuhrfluid zur Abfuhr von Wärme aus dieser Wärmeträgermedium-Strömungszone freigebbar ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 in ihren Darstellungen a), b) und c) in Axialansicht bzw. in Radialansicht ein Temperierkörpergehäuse für ein den magnetokalorischen Effekt nutzendes Temperiergerät, beispielsweise Fahrzeugtemperiergerät;
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2 in prinzipieller Darstellung ein den magnetokalorischen Effekt nutzendes Fahrzeugtemperiergerät in einer ersten Betriebsphase;
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3 eine der 2 entsprechende Darstellung des Fahrzeugtemperiergeräts in einer zweiten Betriebsphase;
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4 in Explosionsdarstellung die Ventilanordnung der 1;
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5 eine Axialansicht eines in 4 links dargestellten Gehäuseteils mit zwei zweiten Ventilanschlüssen;
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6 eine Axialansicht eines in 4 rechts dargestellten Gehäuseteils mit acht ersten Ventilanschlüssen;
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7 eine Axialschnittdarstellung der Ventilanordnung der 4 im zusammengebauten Zustand;
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8 eine Axialansicht eines Ventilorgans mit dem zum Verstellen desselben vorgesehenen Stellantrieb;
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9 ein Ventilorgan in einer Ventilorganstellung jeweils in Axialansicht und in Schnittansicht;
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10 eine der 9 entsprechende Darstellung eines Ventilorgans in einer durch Drehen um 45° im Uhrzeigersinn ausgehend von der Ventilorganstellung der 9 erreichbaren anderen Ventilorganstellung;
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11 eine der 9 entsprechende Darstellung eines Ventilorgans in einer durch Drehen um 45° im Gegenuhrzeigersinn ausgehend von der Ventilorganstellung der 9 erreichbaren anderen Ventilorganstellung;
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12 die Ventilanordnung der 7 mit jeweils in einer ersten Ventilorganstellung positionierten Ventilorganen;
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13 eine der 17 entsprechende Darstellung, wobei die Ventilorgane jeweils in einer zweiten Ventilorganstellung positioniert sind.
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In den
1 bis
3 ist hinsichtlich der für das Verständnis der vorliegenden Erfindung relevanten Aspekte ein den magnetokalorischen Effekt ausnutzendes Temperiergerät, beispielsweise zur Kühlung oder Erwärmung der in einem Fahrzeuginnenraum einzuleitenden Luft, allgemein mit
10 bezeichnet. Ein derartiges Temperiergerät ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2015 105 346 detailliert beschrieben.
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Das Temperiergerät 10 umfasst ein Temperierkörpergehäuse 12 mit allgemein um eine Gehäuseachse A umlaufender ringartiger Struktur. In dem Temperierkörpergehäuse 12 ist ein in 2 und 3 allgemein mit 14 bezeichneter Temperierkörper aus magnetokalorischem Material angeordnet. Dabei kann der Aufbau wie in 1c) dargestellt so sein, dass zur Bereitstellung einer Vielzahl von Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1 bis S8 der Innenraum des Temperierkörpergehäuses 12 in eine entsprechende Anzahl an voneinander getrennten Volumenbereichen 16 aufgeteilt ist. In jedem dieser Volumenbereiche 16 ist ein Segment des in seiner Gesamtheit ebenfalls mit ringartiger Gestalt ausgebildeten Temperierkörpers 14 aufgenommen. Grundsätzlich könnte jedoch auch eine in Umfangsrichtung um die Gehäuseachse A ringartig geschlossene Struktur des Temperierkörpers 14 vorgesehen sein.
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Das Temperierkörpergehäuse 12 ist durch zwei ebenfalls ringartige Bodenwandungen 18, 20 abgeschlossen, so dass der Temperierkörper 14 im Inneren des Temperierkörpergehäuses von diesem vollständig umkapselt aufgenommen ist.
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Zu jeder der beispielsweise durch Wandungen 22 voneinander getrennten Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1 bis S8 führt ein äußerer Leitungsabschnitt 24 bzw. ein innerer Leitungsabschnitt 26. Dabei können zur Herstellung einer Strömungsverbindung mit der nachfolgend noch beschriebenen Ventilanordnung die inneren Leitungsabschnitte 26 beispielsweise rechtwinklig axial abgebogen sein.
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Wie dies in 2 auch erkennbar ist, sind die äußeren Leitungsabschnitte 24 unmittelbar benachbarter Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1 bis S8, nachfolgend allgemein als Si bezeichnet, durch Leitungsabschnitte 28 miteinander verbunden. Auch die inneren Leitungsabschnitte 26 unmittelbar benachbarter Wärmeträgermedium-Strömungszonen Si sind durch Leitungsabschnitte 30 miteinander verbunden. Dabei ist in Zuordnung zu den Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1, S3, S5, S7 und beispielsweise auch S8 bei den äußeren Leitungsabschnitten 24 jeweils eine Pumpe 32 vorgesehen, um eine Strömung bzw. Zirkulation des Wärmeträgermediums zu erzeugen. In Zuordnung zu den Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1, S3, S5, S7 und S8 ist bei den inneren Leitungsabschnitten jeweils ein Ventil 34 vorgesehen, welches jeweils wahlweise den zugeordneten inneren Leitungsabschnitt 26 mit einem der beiden zu diesem führenden Leitungsabschnitte 30 verbindet. Das der Wärmeträgermedium-Strömungszone S1 zugeordnete Ventil 34 kann wahlweise eine Verbindung mit dem zum inneren Leitungsabschnitt 26 desselben führenden Leitungsabschnitt 30 oder eine Verbindung zu einem allgemein mit 36 bezeichneten Kreislauf herstellen, in welchem ein Wärmeeintragfluid zur Eintragung von Wärme in den im Bereich der Wärmeträgermedium-Strömungszone S1 liegenden Bereich des Temperierkörpers 14 zirkuliert. In dem Kreislauf 36 kann eine Wärmetauscheranordnung vorgesehen sein, welche beispielsweise von der in den Fahrzeuginnenraum einzuleitenden Luft umströmt wird und Wärme von dieser auf das im Kreislauf 36 zirkulierende Wärmeeintragfluid übertragen kann.
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Das der Wärmeträgermedium-Strömungszone S8 zugeordnete Ventil 34 kann wahlweise eine Verbindung des dieser Wärmeträgermedium-Strömungszone zugeordneten inneren Leitungsabschnitts 26 mit dem zu diesem führenden Leitungsabschnitt 30 oder eine Verbindung zu einem allgemein mit 38 bezeichneten Kreislauf herstellen, in welchem ein Wärmeabfuhrfluid zirkuliert. Das Wärmeabfuhrfluid kann im Bereich der Wärmeträgermedium-Strömungszone S8 Wärme aus dem dort liegenden Bereich des Temperierkörpers 14 aufnehmen und diese beispielsweise im Bereich einer Wärmetauscheranordnung auf die Umgebungsluft übertragen.
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Das Temperiergerät 10 umfasst ferner eine in den 2 und 3 schematisch dargestellte Magnetfeldanordnung M mit beispielsweise den beiden Bodenbereichen 18, 20 axial gegenüberliegenden Paaren von Permanentmagneten, welche zwischen sich ein eine jeweilige Wärmeträgermedium-Strömungszone Si durchsetzendes Magnetfeld erzeugen. In Umfangsrichtung mit Abstand aufeinander folgende Paare von Permanentmagneten definieren jeweilige Magnetfeld-Erwärmungsbereiche, deren Umfangserstreckung beispielsweise an die Umfangserstreckung der Wärmeträgermedium-Strömungszonen Si angepasst sein kann. Der Abstand zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Magnetfeld-Erwärmungsbereichen kann ebenfalls auf die Umfangserstreckung der Wärmeträgermedium-Strömungszonen Si abgestimmt sein, so dass in einer in 2 dargestellten ersten Betriebsphase des Temperiergeräts 10 beispielsweise in Zuordnung zu jeder zweiten Wärmeträgermedium-Strömungszone S1, S3, S5, S7 ein dazu in Umfangsrichtung ausgerichteter Magnetfeld-Erwärmungsbereich positioniert ist und in Zuordnung zu jeder zweiten Wärmeträgermedium-Strömungszone S2, S4, S6, S8 ein durch einen Zwischenraum zwischen zwei derartigen benachbarten Magnetfeld-Erwärmungsbereichen bereitgestellter Kühlbereich positioniert ist. In den 2 und 3 repräsentiert somit jede dunkel schraffiert dargestellte Wärmeträgermedium-Strömungszone Si eine mit einem Magnetfeld-Erwärmungsbereich ausgerichtete Wärmeträgermedium-Strömungszone, also eine von einem Magnetfeld durchsetzte Wärmeträgermedium-Strömungszone. Jede hell schraffierte Wärmeträgermedium-Strömungszone Si repräsentiert eine mit einem Kühlbereich der Magnetfeldanordnung M ausgerichtete Wärmeträgermedium-Strömungszone, also einen nicht von einem Magnetfeld durchsetzten Bereich des Temperierkörpers 14. Dies bedeutet, dass in den in 2 erkennbaren ungeradzahlig nummerierten Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1, S3, S5 und S7 durch die Wechselwirkung des durch die Magnetfeldanordnung M generierten Magnetfeldes mit dem magnetokalorischen Material des Temperierkörpers 14 eine Erwärmung des Temperierkörpers entsteht, wenn die Magnetfeldanordnung in diese in 2 dargestellte Relativpositionierung bezüglich des Temperierkörpers 14 beispielsweise ausgehend aus der in 3 dargestellten und eine zweite Betriebsphase repräsentierenden Relativstellung bewegt wird. Bei der in 3 dargestellten zweiten Betriebsphase sind die Magnetfeld-Erwärmungsbereiche mit den geradzahlig nummerierten Wärmeträgermedium-Strömungszonen S2, S4, S6 und S8 ausgerichtet, während die zwischen den Magnetfeld-Erwärmungsbereichen liegenden Kühlbereiche mit den ungeradzahlig nummerierten Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1, S3, S5 und S7 ausgerichtet sind.
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In der in 2 dargestellten ersten Betriebsphase sind durch entsprechende Stellung der Ventile 34 insgesamt drei Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren I, II und III eingerichtet. Dabei umfasst der Wärmeträgermedium-Zirkulationssektor I die beiden Wärmeträgermedium-Strömungszonen S2 und S3. Der Wärmeträgermedium-Zirkulationssektor II umfasst die beiden Wärmeträgermedium-Strömungszonen S4 und S5. Der Wärmeträgermedium-Zirkulationssektor III umfasst die beiden Wärmeträgermedium-Strömungszonen S6 und S7. Wie beispielsweise anhand des Wärmeträgermedium-Zirkulationssektors I erkennbar, ist eine Wärmeträgermediumzirkulation durch die beiden den Wärmeträgermedium-Strömungssektoren S2 und S3 zugeordneten inneren Leitungsabschnitte 26, die beiden diesen Wärmeträgermedium-Strömungssektoren S2 und S3 zugeordneten äußeren Leitungsabschnitte 24 sowie die diese jeweils verbindenden Leitungsabschnitte 28, 30 ermöglicht. Erzeugt wird die Wärmeträgermediumzirkulation durch die in diesem Kreislauf auch vorgesehene Pumpe 32. Eine entsprechende Zirkulation entsteht auch bei den Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren II und III. In dieser ersten Betriebsphase ist die Wärmeträgermedium-Strömungszone S1 keinem Wärmeträgermedium-Zirkulationssektor zugeordnet, sondern wird durch das im Kreislauf 36 durch die Pumpe 32 geförderte Wärmeeintragfluid durchströmt. Die Wärmeträgermedium-Strömungszone S8 ist ebenfalls keinem Wärmeträgermedium-Zirkulationssektor zugeordnet, sondern wird von dem durch die im Kreislauf 38 vorgesehene Pumpe 32 geförderten Wärmeabfuhrfluid durchströmt.
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Bei der in 3 dargestellten zweiten Betriebsphase sind auch die Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1 und S2 in jeweilige Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren I bzw. IV miteinbezogen, sind dabei jedoch von den Kreisläufen 36 bzw. 28 abgekoppelt.
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Durch alternierenden Übergang zwischen der in 2 dargestellten ersten Betriebsphase und der in 3 dargestellten zweiten Betriebsphase wird intermittierend in den verschiedenen Wärmeträgermedium-Strömungszonen Si eine Erwärmung bzw. eine Abkühlung des darin jeweils positionierten Bereichs des Temperierkörpers 15 erzeugt. Entsprechend wird durch das jeweils zwei dieser Wärmeträgermedium-Strömungszonen durchströmende Wärmeträgermedium Wärme aus dem in einer jeweiligen Betriebsphase erwärmten Bereich des Temperierkörpers 14 zu dem in dieser Betriebsphase gekühlten bzw. kühleren Bereich des Temperierkörpers 14 gefördert. Durch das intermittierende Umschalten zwischen den beiden Betriebsphasen wird somit ein Wärmetransport von der Wärmeträgermedium-Strömungszone S1 über einen mehrstufig ablaufenden Erwärmungsprozess zur Wärmeträgermedium-Strömungszone S8 erreicht. Dies bedeutet, dass grundsätzlich von dem die Wärmeträgermedium-Strömungszone S1 durchströmenden Wärmeeintragfluid Wärme aufgenommen und sukzessive über die verschiedenen Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren zu dem die Wärmeträgermedium-Strömungszone S8 in der ersten Betriebsphase durchströmenden Wärmeabfuhrfluid übertragen wird.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf die 4 bis 13 eine Ventilanordnung beschrieben, welche die Funktionalität der in Zuordnung zu den verschiedenen inneren Leitungsabschnitten 26 vorgesehenen Ventile 34 bereitstellt.
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Diese Ventilanordnung 40 ist in 4 in Explosionsdarstellung gezeigt. Die Ventilanordnung 40 umfasst ein erstes, beispielsweise topfartig ausgebildetes Gehäuseteil 42, ein zweites, beispielsweise deckelartig ausgebildetes Gehäuseteil 44 sowie zwei im Inneren des mit den beiden Gehäuseteilen 42, 44 aufgebauten Ventilgehäuses 46 in Richtung einer Gehäuseachse G aufeinander folgend angeordnete, zueinander vorzugsweise identisch ausgebildete Ventilorgane 48, 50. Dabei wird im Folgenden das Ventilorgan 48 als erstes Ventilorgan bezeichnet, während das Ventilorgan 50 als zweites Ventilorgan bezeichnet wird.
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Am Gehäuseteil 44 sind an einer in 4 nach rechts orientierten ersten Seite 52 des Ventilgehäuses 46 insgesamt acht in 6 in Axialansicht auch erkennbare, beispielsweise stutzenartig ausgebildete erste Ventilanschlüsse 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g und 1h, nachfolgend allgemein als 1i angesprochen, vorgesehen. Diese in Richtung der Gehäuseachse G an der ersten Seite 52 des Ventilgehäuses 46 angeordneten ersten Ventilanschlüsse 1i sind vorteilhafterweise auch so orientiert, dass sie sich in Richtung der Gehäuseachse G erstrecken.
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An einer der ersten Seite in Richtung der Gehäuseachse G im Wesentlichen entgegengesetzt orientierten zweiten Seite 54 des Ventilgehäuses 46 sind zwei zweite Ventilanschlüsse 2a, 2b, nachfolgend allgemein als 2i bezeichnet, vorgesehen. Ebenso wie die ersten Ventilanschlüsse 1i sind die zweiten Ventilanschlüsse 2i in Umfangsrichtung um die Gehäuseachse G aufeinander folgend angeordnet mit einem Abstand, welcher dem gegenseitigen Abstand der ersten Ventilanschlüsse 1i entspricht.
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Die 7 und 8 zeigen einen in Zuordnung zu den beiden Ventilorgangen 48, 50 vorgesehenen Stellantrieb 56, durch welchen die beiden Ventilorgane 48, 50 jeweils zur Drehbewegung in Umfangsrichtung um die Gehäuseachse G, also zur Bewegung orthogonal zu dieser, jedoch in zueinander entgegengesetztem Sinn antreibbar sind. Der Stellantrieb 56 umfasst beispielsweise eine konzentrisch zur Gehäuseachse G positionierte, durch einen Motor zur Drehung antreibbare Antriebswelle 58. Diese durchsetzt das Gehäuseteil 42 unter Bereitstellung eines fluiddichten Abschlusses und ist über eine Kopplungsanordnung 60 mit dem ersten Ventilorgan 48 zur gemeinsamen Drehung um die Gehäuseachse G fest verbunden. Über eine Getriebeanordnung 62, diese umfassend ein mit der Welle 58 fest gekoppeltes Zentralrad 64 und zwei sowohl mit dem Zentralrad 64, als auch mit dem zweiten Ventilorgan 50 kämmende Übertragungsräder 66, treibt die Welle 58 das Ventilorgan 50 ebenfalls zur Drehung um die Drehachse G in zur Drehrichtung des ersten Ventilorgans 48 entgegengesetzter Richtung, aber mit gleichem Ausmaß an. Dabei können die beiden Übertragungsräder 26 beispielsweise am Gehäuseteil 44 um zur Gehäuseachse G exzentrische, zu dieser jedoch parallele Drehachsen drehbar getragen sein. Es sei hier darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch andere technische Ausgestaltungen des Stellantriebs 56, beispielsweise mit den beiden Ventilorganen 48, 50 zugeordneten separaten Antrieben, realisierbar sind.
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Jedes der beiden grundsätzlich ringartig ausgebildeten Ventilorgane 48, 50 weist zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende erste Ventilöffnungen V1, V2 auf. Ferner weist jedes Ventilorgan an einer seiner Seiten insgesamt drei in Umfangsrichtung langgestreckte, um die Gehäuseachse G gekrümmt verlaufende zweite Ventilöffnungen O1, O2, O3 auf. Die Umfangserstreckung der zweiten Ventilöffnungen O1, O2, O3, welche jeweils einen an einer Seite axial offenen Verbindungskanal bereitstellen, ist dabei abgestimmt auf den Umfangsabstand der ersten Ventilanschlüsse 1i bzw. der zweiten Ventilanschlüsse 2i zueinander.
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Die 7 zeigt die Ventilanordnung 40 in einer ersten Ventilstellung, in welcher die beiden Ventilorgane 48, 50 jeweils auch in einer ersten Ventilorganstellung positioniert sind. In dieser ersten Ventilorganstellung, welcher auch die in 9 veranschaulichte Stellung, hier beispielsweise des Ventilorgans 48 entspricht, sind die beiden Ventilorgane 48, 50 zueinander identisch, also einander gleichmäßig überdeckend positioniert, so dass deren erste Ventilöffnungen V1, V2 miteinander verbunden sind, also zur Durchströmung durch das Wärmeträgermedium ausgerichtet sind.
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Ausgehend von dieser ersten Ventilorganstellung können durch entsprechende Erregung des Stellantriebs 56 die beiden Ventilorgane 48, 50 in die in den 10 bzw. 11 jeweils für diese dargestellten zweiten Ventilorganstellungen bewegt bzw. gestellt werden. Dabei zeigt die 10 die zweite Ventilorganstellung des ersten Ventilorgans 48, während die 11 die zweite Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans 50 zeigt. Die zweite Ventilorganstellung des ersten Ventilorgans 48 wird durch Bewegung bzw. Verdrehung desselben um 45° im Uhrzeigersinn erreicht, während die zweite Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans 50 durch Drehung im Gegenuhrzeigersinn, also entgegen dem Drehsinn des ersten Ventilorgans 48 im gleichen Ausmaß, also um 45° erreicht wird. Das Bewegungsausmaß von 45° ist bei der dargestellten Ausgestaltungsform bedingt durch die Teilung der ersten Ventilanschlüsse 1i bzw. zweiten Ventilanschlüsse 2i und die entsprechende Beabstandung bzw. Umfangserstreckung der ersten Ventilöffnungen V1, V2 bzw. der zweiten Ventilöffnungen O1, O2, O3.
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Die 12 zeigt die Ventilanordnung 40 in ihrer ersten Ventilstellung, also einer Ventilstellung, in welcher die beiden Ventilorgane 48, 50 jeweils in ihren zueinander identischen ersten Ventilorganstellungen sind. Wie bereits mit Bezug auf die 7 ausgeführt, sind in dieser ersten Ventilstellung die ersten Ventilöffnungen V1 und V2 des ersten Ventilorgans 48 und die ersten Ventilöffnungen V1 und V2 des zweiten Ventilorgans 50 einander jeweils überdeckend angeordnet, so dass durch die miteinander in Verbindung stehenden, also zur Durchströmung ausgerichteten ersten Ventilöffnungen V1, V2 der beiden Ventilorgane 48, 50 beispielsweise der erste Ventilanschluss 1a in Strömungsverbindung mit dem zweiten Ventilanschluss 2a ist.
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Entsprechend sind die beiden ersten Ventilöffnungen V2 der Ventilorgane 48, 50 miteinander verbunden bzw. zueinander ausgerichtet, so dass über die beiden ersten Ventilöffnungen V2 eine Strömungsverbindung des ersten Ventilanschlusses 1h mit dem zweiten Ventilanschluss 2b erzeugt ist. In dieser ersten Ventilstellung sind weiterhin alle zweiten Ventilöffnungen O1, O2, O3 des ersten Ventilorgans 48 vollständig durch das zweite Ventilorgan 50 abgeschlossen. Die zweiten Ventilöffnungen O1, O2, O3 des zweiten Ventilorgans 50 sind bezüglich der ersten Ventilanschlüsse 1i so positioniert, dass die ersten Ventilanschlüsse 1b und 1c über die zweite Ventilöffnung O1 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander in Verbindung stehen, die ersten Ventilanschlüsse 1d und 1e über die zweite Ventilöffnung O2 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander in Verbindung stehen und die ersten Ventilanschlüsse 1f und 1g über die zweite Ventilöffnung O3 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander in Verbindung stehen.
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In der in 13 veranschaulichten zweiten Ventilstellung sind die beiden Ventilorgane 48, 50 in ihren in den 10 bzw. 11 veranschaulichten zweiten Ventilorganstellungen positioniert. Da das erste Ventilorgan 48 ausgehend von seiner ersten Ventilorganstellung um 45° im Uhrzeigersinn gedreht wurde, das zweite Ventilorgan 50 im gleichen Ausmaß entgegen den Uhrzeigersinn gedreht wurde, sind die ersten Ventilöffnungen V1, V2 des ersten Ventilorgans 48 und die ersten Ventilöffnungen V1, V2 des zweiten Ventilorgans 50 zueinander insgesamt um einen Drehwinkel von 90° bezüglich einander verdreht, so dass zwischen diesen ersten Ventilöffnungen V1, V2 der beiden Ventilorgane 48, 50 keine Verbindung mehr besteht. Da zwischen diesen ersten Ventilöffnungen V1, V2 der beiden Ventilorgane 48, 50 keine Verbindung mehr besteht, besteht auch keine Verbindung mehr zwischen dem ersten Ventilanschluss 1a und dem zweiten Ventilanschuss 2a, und es besteht keine Verbindung mehr zwischen dem ersten Ventilanschluss 1h und dem zweiten Ventilanschluss 2b. Dies bedeutet, keiner der ersten Ventilanschlüsse 1i eine Verbindung hat zu irgendeinem der zweiten Ventilanschlüsse 2i.
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Die zweite Ventilöffnung O1 des zweiten Ventilorgans 50 ist nunmehr so positioniert, dass sie eine Verbindung zwischen dem ersten Ventilanschluss 1c und dem ersten Ventilanschluss 1d herstellt. Die zweite Ventilöffnung O2 ist so positioniert, dass sie eine Verbindung zwischen dem ersten Ventilanschluss 1e und dem ersten Ventilanschluss 1f herstellt, und die zweite Ventilöffnung O3 des zweiten Ventilorgans 50 ist so positioniert, dass sie eine Verbindung zwischen den ersten Ventilanschlüssen 1g und 1h herstellt. Die erste Ventilöffnung V1 des zweiten Ventilorgans 50 ist in der zweiten Ventilorganstellung des zweiten Ventilorgans 50 mit dem ersten Ventilanschluss 1b ausgerichtet bzw. mit diesem in Verbindung. Die erste Ventilöffnung V2 des zweiten Ventilorgans 50 ist mit dem ersten Ventilanschluss 1a ausgerichtet bzw. mit diesem in Verbindung. Gleichzeitig ist jedoch an der vom Gehäuseteil 44 abgewandten Seite des zweiten Ventilorgans 50 das erste Ventilorgan 48 so positioniert, dass seine zweite Ventilöffnung O1 ausgerichtet ist mit den beiden ersten Ventilöffnungen V1, V2 des zweiten Ventilorgans 50, so dass über die erste Ventilöffnung V2 des zweiten Ventilorgans 50, die zweite Ventilöffnung O1 des ersten Ventilorgans 48 und die erste Ventilöffnung V1 des zweiten Ventilorgans 50 die beiden ersten Ventilanschlüsse 1a und 1b in der zweiten Ventilstellung miteinander in Verbindung stehen.
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Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, dass in der zweiten Ventilstellung, also bei in ihrer jeweiligen zweiten Ventilorganstellung positionierten Ventilorganen 48, 50, jeweils zwei unmittelbar benachbarte erste Ventilanschlüsse 1i miteinander in Verbindung gebracht sind, insbesondere jeder erste Ventilanschluss mit einem in einer Umfangsrichtung auf diesen folgenden anderen ersten Ventilanschluss 1i in Verbindung steht. Dabei ist beispielsweise der erste Ventilanschluss 1d in der ersten Ventilstellung in Verbindung mit dem in einer Umfangsorientierung diesem benachbarten ersten Ventilanschluss 1e und ist in der zweiten Ventilstellung in Verbindung mit dem in der entgegengesetzten Umfangsorientierung diesem benachbarten ersten Ventilanschluss 1c.
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Die vorangehend mit Bezug auf die 4 bis 13 beschriebene Ventilanordnung 40 kann mit den beiden bei dieser bereitstellbaren Ventilstellungen in besonders vorteilhafter Weise in Verbindung mit dem in den 1 bis 3 dargestellten Temperiergerät 10 eingesetzt werden. Dabei kann beispielsweise aufgrund der vorangehend bereits beschriebenen, in Achsrichtung abgekröpften Ausgestaltung der inneren Leitungsabschnitte 26 die Ventilanordnung 40 mit ihren ersten Ventilanschlüssen 1i in den vom ringartigen Temperierkörpergehäuse 12 umfassten Innenraum axial eingeführt und auf die inneren Leitungsabschnitte aufgesteckt werden. Dabei ist die Zuordnung vorteilhafterweise derart, dass der erste Ventilanschluss 1a in Verbindung gebracht wird mit dem inneren Leitungsabschnitt 26 der ersten Wärmeträgermedium-Strömungszone S1 und der erste Ventilanschluss 1h in Verbindung gebracht wird mit dem inneren Leitungsanschluss 26 der Wärmeträgermedium-Strömungszone S8. Somit sind die ersten Ventilanschlüsse 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g in Verbindung jeweils mit den inneren Leitungsabschnitten 26 der Wärmeträgermedium-Strömungszonen S2, S3, S4, S5, S6, S7. Der zweite Ventilanschluss 2a ist, wie in 2 veranschaulicht, in Verbindung mit dem Kreislauf 36, während der zweite Ventilanschluss 2b in Verbindung mit dem Kreislauf 38 ist.
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In der in 12 dargestellten ersten Ventilstellung sind die inneren Leitungsabschnitte 26 der Wärmeträgermedium-Strömungszonen S2, S3 durch die zweite Ventilöffnung O1 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander verbunden, die inneren Leitungsabschnitte der Wärmeträgermedium-Strömungszonen S4 und S5 sind durch die zweite Ventilöffnung O2 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander verbunden und die inneren Leitungsabschnitte 26 der Wärmeträgermedium-Strömungszonen S6, S7 sind durch die zweite Ventilöffnung O3 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander verbunden. Über die miteinander verbundenen ersten Ventilöffnungen V1 der beiden Ventilorgane 48, 50 kann das Wärmeeintragfluid des Kreislaufs 36 durch die Wärmeträgermedium-Strömungszone S1 strömen, und durch die zueinander ausgerichteten und somit miteinander in Verbindung stehenden ersten Ventilöffnungen V2 der beiden Ventilorgane 48, 50 kann das Wärmeabfuhrfluid des Kreislaufs 38 durch die Wärmeträgermedium-Strömungszone S8 strömen.
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In der in 13 dargestellten zweiten Ventilstellung sind die beiden inneren Leitungsabschnitte 26 der Wärmeträgermedium-Strömungszonen S1, S2 miteinander in Verbindung, und zwar über die beiden ersten Ventilöffnungen V1, V2 des zweiten Ventilorgans 50 und die zweite Ventilöffnung O1 des ersten Ventilorgans 48. Die beiden inneren Leitungsabschnitte 26 der Wärmeträgermedium-Strömungszonen S3, S4 sind über die zweite Ventilöffnung O1 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander in Verbindung. Die inneren Leitungsabschnitte 26 der Wärmeträgermedium-Strömungszonen S5, S6 sind über die zweite Ventilöffnung O2 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander in Verbindung und die inneren Leitungsabschnitte 26 der Wärmeträgermedium-Strömungszonen S7 und S8 sind über die zweite Ventilöffnung O3 des zweiten Ventilorgans 50 miteinander in Verbindung.
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Durch Verstellen der beiden Ventilorgane 48, 50 zwischen ihren beiden Ventilorganstellungen und dabei Umschalten zwischen den beiden Ventilstellungen wird es also möglich, zwischen dem in 2 dargestellten Zustand mit den drei Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren I, II und III einerseits und dem in 3 dargestellten Zustand mit den vier Wärmeträgermedium-Zirkulationssektoren I, II, III und IV, grundsätzlich also zwischen den beiden Betriebsphasen umzuschalten. Dabei übernimmt die Ventilanordnung 40 mit ihren beiden zwischen den jeweiligen Ventilorganstellungen verstellbaren Ventilorganen 48, 50 die Funktionalität aller in den 2 und 3 dargestellten Ventile 34.
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Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch bei einer größeren Anzahl an Wärmeträgermedium-Strömungszonen die erfindungsgemäße Ventilanordnung zum Einsatz gelangen kann. Die Teilung derselben, also die Anzahl an ersten Ventilanschlüssen, ist dabei jeweils anzupassen an die Anzahl an für den stufenartig durchzuführenden Kreisprozess vorzusehenden Wärmeträgermedium-Strömungszonen. Mit dieser durch den Stellantrieb hervorgerufenen Verstellung der Ventilorgane zwischen ihren beiden Ventilorganstellungen kann gleichzeitig auch die Magnetfeldanordnung mit ihren Magnetfeld-Erwärmungsbereichen und Kühlbereichen zur Erlangung der beiden Betriebsphasen bewegt werden. Somit kann ein und derselbe Stellantrieb zum Bewegen der Ventilorgane einerseits und zum Bewegen der Magnetfeldanordnung andererseits um die zueinander koaxial liegenden Richtungen bzw. Achsen A bzw. G genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015105346 [0002, 0035]
