DE102022209814A1

DE102022209814A1 - Elastocaloric heat pump and motor vehicle with an elastocaloric heat pump

Info

Publication number: DE102022209814A1
Application number: DE102022209814.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Olfe; Christian Schneck
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-09-19
Filing date: 2022-09-19
Publication date: 2024-03-21

Abstract

Um eine elastokalorische Wärmepumpe bereitzustellen, welche eine kompakte Bauweise aufweist, wird eine Wärmepumpe (100) umfassend einen ersten Kühlmittelkanal (10) für einen ersten Kühlmittelstrom, einen zweiten Kühlmittelkanal (11) für einen zweiten Kühlmittelstrom, mindestens ein erstes elastokalorisches Element (12), mindestens ein zweites elastokalorisches Element (13) und ein Triebelement (15) vorgeschlagen, wobei das erste elastokalorische Element (12) in dem ersten Kühlmittelkanal (10) angeordnet ist, wobei das zweite elastokalorische Element (13) in dem zweiten Kühlmittelkanal (11) angeordnet ist, wobei das Triebelement (15) ausgebildet ist, das erste elastokalorische Element (12) zyklisch zu verformen und das zweite elastokalorische Element (13) zyklisch zu verformen, wobei ferner vorgesehen ist, dass das Triebelement (15) eine Kurbelwelle (14) ist.In order to provide an elastocaloric heat pump which has a compact design, a heat pump (100) comprising a first coolant channel (10) for a first coolant flow, a second coolant channel (11) for a second coolant flow, at least one first elastocaloric element (12), at least a second elastocaloric element (13) and a drive element (15) are proposed, wherein the first elastocaloric element (12) is arranged in the first coolant channel (10), wherein the second elastocaloric element (13) is arranged in the second coolant channel (11). is, wherein the drive element (15) is designed to cyclically deform the first elastocaloric element (12) and to cyclically deform the second elastocaloric element (13), it being further provided that the drive element (15) is a crankshaft (14). .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpe umfassend einen ersten Kühlmittelkanal für einen ersten Kühlmittelstrom, einen zweiten Kühlmittelkanal für einen zweiten Kühlmittelstrom, mindestens ein erstes elastokalorisches Element, mindestens ein zweites elastokalorisches Element und ein Triebelement, wobei das erste elastokalorische Element in dem ersten Kühlmittelkanal angeordnet ist, wobei das zweite elastokalorische Element in dem zweiten Kühlmittelkanal angeordnet ist, wobei das Triebelement ausgebildet ist, das erste elastokalorische Element zyklisch zu verformen und das zweite elastokalorische Element zyklisch zu verformen.The present invention relates to a heat pump comprising a first coolant channel for a first coolant stream, a second coolant channel for a second coolant stream, at least a first elastocaloric element, at least a second elastocaloric element and a drive element, wherein the first elastocaloric element is arranged in the first coolant channel, wherein the second elastocaloric element is arranged in the second coolant channel, wherein the drive element is designed to cyclically deform the first elastocaloric element and to cyclically deform the second elastocaloric element.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Wärmepumpe.In addition, the present invention relates to a motor vehicle with a heat pump.

Zur Effizienzsteigerung von Wärmepumpen in Kraftfahrzeugen können elastokalorische Wärmepumpen verwendet werden. In einer elastokalorischen Wärmepumpe wird der elastokalorische Effekt genutzt, wobei durch zyklische Deformation eines elastokalorischen Materials eine reversible Temperaturänderung hervorgerufen wird, welche für die Übertragung von Wärme von einem kälteren Kühlmittelstrom auf einen wärmeren Kühlmittelstrom genutzt werden kann. Derartige elastokalorische Wärmepumpen benötigen jedoch einen sehr großen Bauraum. Zudem ist die effiziente Führung des Kühlmittels schwierig.Elastocaloric heat pumps can be used to increase the efficiency of heat pumps in motor vehicles. In an elastocaloric heat pump, the elastocaloric effect is used, whereby cyclic deformation of an elastocaloric material causes a reversible temperature change, which can be used to transfer heat from a colder coolant stream to a warmer coolant stream. However, such elastocaloric heat pumps require a very large installation space. In addition, the efficient management of the coolant is difficult.

Aus der US 2015/0369524 A1 ist ein Kühl-/Heizmodul bekannt, welches zum Kühlen und Heizen von Luft ausgebildet ist. Das Kühl-/Heizmodul umfasst einen ersten und einen zweiten Kühl-/Heizabschnitt, welche jeweils ein thermoelastisches Material umfassen. Ferner ist ein Aktuator vorgesehen, der Spannung auf das thermoelastische Material ausübt. Ein Stellglied ist so konfiguriert, dass es abwechselnd den Vorgang des Aufbringens einer Spannung auf das thermoelastische Material des ersten Kühl-/Heizabschnitts und das Entfernen der Spannung vom thermoelastischen Material des zweiten Kühl-/Heizabschnitts und den Vorgang des Aufbringens einer Spannung auf das thermoelastische Material des zweiten Kühl-/Heizabschnitts und das Entfernen der Spannung vom thermoelastischen Material des ersten Kühl-/Heizabschnitts durchführt.From the US 2015/0369524 A1 a cooling/heating module is known, which is designed for cooling and heating air. The cooling/heating module includes first and second cooling/heating sections, each comprising a thermoelastic material. Furthermore, an actuator is provided which exerts tension on the thermoelastic material. An actuator is configured to alternately perform the operation of applying tension to the thermoelastic material of the first cooling/heating section and removing the tension from the thermoelastic material of the second cooling/heating section and the operation of applying tension to the thermoelastic material of the second cooling/heating section and removing the tension from the thermoelastic material of the first cooling/heating section.

Aus der DE 10 2019 203 889 A1 ist eine Vorrichtung zum Wärmetausch bekannt, die einen steiferen äußeren Ring, einen flexiblen inneren Ring, elastokalorische Elemente, die radial zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring gespannt sind, und ein rotierendes Formelement, das Einbuchtungen und/oder Ausbuchtungen aufweist, welche auf den inneren Ring wirken, umfasst.From the DE 10 2019 203 889 A1 a heat exchange device is known which comprises a stiffer outer ring, a flexible inner ring, elastocaloric elements which are stretched radially between the outer ring and the inner ring, and a rotating mold element which has indentations and/or bulges which are on the inner ring act, includes.

Die WO 01/63186 A1 offenbart ein Wärmeübertragungsgerät, welches einen aktiven regenerativen Kreislauf umfasst. Das Wärmeübertragungsgerät verwendet ein aktives Fluid und ein Wärmeübertragungsfluid, welche physisch voneinander getrennt sind.The WO 01/63186 A1 discloses a heat transfer device that includes an active regenerative circuit. The heat transfer device uses an active fluid and a heat transfer fluid that are physically separated from each other.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elastokalorische Wärmepumpe bereitzustellen, welche eine kompakte Bauweise aufweist.The present invention is based on the object of providing an elastocaloric heat pump which has a compact design.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Wärmepumpe umfassend einen ersten Kühlmittelkanal für einen ersten Kühlmittelstrom, einen zweiten Kühlmittelkanal für einen zweiten Kühlmittelstrom, mindestens ein erstes elastokalorisches Element, mindestens ein zweites elastokalorisches Element und ein Triebelement vorgeschlagen, wobei das erste elastokalorische Element in dem ersten Kühlmittelkanal angeordnet ist, wobei das zweite elastokalorische Element in dem zweiten Kühlmittelkanal angeordnet ist, wobei das Triebelement ausgebildet ist, das erste elastokalorische Element zyklisch zu verformen und das zweite elastokalorische Element zyklisch zu verformen, wobei ferner vorgesehen ist, dass das Triebelement eine Kurbelwelle ist.To achieve the object underlying the invention, a heat pump comprising a first coolant channel for a first coolant stream, a second coolant channel for a second coolant stream, at least a first elastocaloric element, at least a second elastocaloric element and a drive element is proposed, the first elastocaloric element being in the first coolant channel is arranged, wherein the second elastocaloric element is arranged in the second coolant channel, wherein the drive element is designed to cyclically deform the first elastocaloric element and to cyclically deform the second elastocaloric element, it being further provided that the drive element is a crankshaft .

Die erfindungsgemäß vorgesehene Kurbelwelle benötigt gegenüber sonst zur zyklischen Verformung der elastokalorischen Elemente vorgesehenen Linearaktoren einen vergleichsweise geringen Bauraum. Es wird somit eine kompakte Ausgestaltung der Wärmepumpe ermöglicht. Zudem sind Kurbelwellen zuverlässige und wartungsarme Bauteile, wodurch die Betriebskosten der Wärmepumpe verringert werden. Ferner kommt hinzu, dass mittels einer Kurbelwelle eine besonders effiziente Kraftübertragung auf die elastokalorischen Elemente gewährleistet wird, was ebenfalls zu einer Verringerung der Betriebskosten führt.The crankshaft provided according to the invention requires a comparatively small installation space compared to linear actuators otherwise provided for cyclic deformation of the elastocaloric elements. This enables a compact design of the heat pump. In addition, crankshafts are reliable and low-maintenance components, which reduces the operating costs of the heat pump. Furthermore, a crankshaft ensures particularly efficient power transmission to the elastocaloric elements, which also leads to a reduction in operating costs.

Erfindungsgemäß sind das erste elastokalorische Element in dem ersten Kühlmittelkanal und das zweite elastokalorische Element in dem zweiten Kühlmittelkanal angeordnet und werden von der Kurbelwelle zyklisch verformt. Durch die zyklische Verformung, welche sowohl in Form einer positiven Dehnung, insbesondere einer Streckung, und einer negativen Dehnung, insbesondere einer Stauchung, ausgebildet sein kann, findet ein Phasenübergang in dem elastokalorischen Material des ersten elastokalorischen Elementes und des zweiten elastokalorischen Elementes statt, wodurch diese zyklisch erwärmt und abgekühlt werden. Das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element können den elastokalorischen Effekt sowohl bei einer positiven als auch bei einer negativen Dehnung aufweisen.According to the invention, the first elastocaloric element is arranged in the first coolant channel and the second elastocaloric element is arranged in the second coolant channel and is cyclically deformed by the crankshaft. Due to the cyclic deformation, which can be in the form of both a positive expansion, in particular a stretching, and a negative expansion, in particular a compression, a phase transition takes place in the elastocaloric material of the first elastocaloric element and the second elastocaloric element, whereby these heated and cooled cyclically. The first elastocaloric element and the second elastocaloric element can have the elastocaloric effect at both positive and negative strain.

Dabei nimmt das in dem ersten Kühlmittelkanal angeordnete erste elastokalorische Element zyklisch von einem durch den ersten Kühlmittelkanal geführten ersten Kühlmittelstrom Wärme auf beziehungsweise gibt Wärme an diesen ab. Entsprechend nimmt das in dem zweiten Kühlmittelkanal angeordnete zweite elastokalorische Element zyklisch von einem durch den zweiten Kühlmittelkanal geführten zweiten Kühlmittelstrom Wärme auf beziehungsweise gibt Wärme an diesen ab.The first elastocaloric element arranged in the first coolant channel cyclically absorbs heat from or releases heat to a first coolant flow guided through the first coolant channel. Accordingly, the second elastocaloric element arranged in the second coolant channel cyclically absorbs heat from or releases heat to a second coolant flow guided through the second coolant channel.

Das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element verbleiben dabei dauerhaft jeweils in dem ersten Kühlmittelkanal und in dem zweiten Kühlmittelkanal. Da jeder der beiden Kühlmittelströme in dem ersten Kühlmittelkanal und in dem zweiten Kühlmittelkanal zyklisch erwärmt und abgekühlt wird, entsprechen der erste Kühlmittelstrom und der zweite Kühlmittelstrom abwechselnd einem Kühlmittelstrom für eine Heißseite und einem Kühlmittelstrom für eine Kaltseite der Wärmepumpe.The first elastocaloric element and the second elastocaloric element remain permanently in the first coolant channel and in the second coolant channel. Since each of the two coolant streams is cyclically heated and cooled in the first coolant channel and in the second coolant channel, the first coolant stream and the second coolant stream alternately correspond to a coolant flow for a hot side and a coolant flow for a cold side of the heat pump.

Bei dem Kühlmittel des ersten Kühlmittelstroms und bei dem Kühlmittel des zweiten Kühlmittelstroms kann es sich um Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch oder Luft handeln.The coolant of the first coolant stream and the coolant of the second coolant stream can be water or a water-glycol mixture or air.

Das erste und das zweite elastokalorische Element können zudem eine Nickel-Titan-Legierung aufweisen oder aus einer Nickel-Titan-Legierung bestehen.The first and second elastocaloric elements can also have a nickel-titanium alloy or consist of a nickel-titanium alloy.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kurbelwelle mindestens eine Kurbelwellenkröpfung aufweist, und dass das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element mit derselben Kurbelwellenkröpfung der Kurbelwelle verbunden sind, oder dass das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element mit verschiedenen, bevorzugt um 180° versetzten, Kurbelwellenkröpfungen der Kurbelwelle verbunden sind.It is preferably provided that the crankshaft has at least one crankshaft offset, and that the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are connected to the same crankshaft offset of the crankshaft, or that the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are offset at different angles, preferably by 180° , crankshaft offsets of the crankshaft are connected.

Durch die Verbindung beider elastokalorischer Elemente mit derselben Kurbelwellenkröpfung wird die Konstruktion der Kurbelwelle vereinfacht, da im einfachsten Fall nur eine Kurbelwellenkröpfung vorgesehen werden muss. Sind hingegen das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element mit verschiedenen, bevorzugt um 180° versetzten, Kurbelwellenkröpfungen der Kurbelwelle verbunden, so lässt sich ein besserer Gleichlauf der Kurbelwelle erzielen.By connecting both elastocaloric elements with the same crankshaft offset, the construction of the crankshaft is simplified, since in the simplest case only one crankshaft offset needs to be provided. If, on the other hand, the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are connected to different crankshaft offsets of the crankshaft, preferably offset by 180°, better synchronization of the crankshaft can be achieved.

Ferner ist bevorzugt genau eine Kurbelwelle vorgesehen, wobei die Kurbelwelle im Wesentlichen zwischen dem ersten Kühlmittelkanal und dem zweiten Kühlmittelkanal angeordnet ist.Furthermore, exactly one crankshaft is preferably provided, with the crankshaft being arranged essentially between the first coolant channel and the second coolant channel.

Durch die Anordnung der Kurbelwelle zwischen dem ersten Kühlmittelkanal und dem zweiten Kühlmittelkanal kann eine weitere Reduzierung der Abmessungen der Wärmepumpe erzielt werden.By arranging the crankshaft between the first coolant channel and the second coolant channel, a further reduction in the dimensions of the heat pump can be achieved.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das erste elastokalorische Element über ein Drehgelenk mit einer äußeren Wand des ersten Kühlmittelkanals verbunden ist, und/oder dass das zweite elastokalorische Element über ein Drehgelenk mit einer äußeren Wand des zweiten Kühlmittelkanals verbunden ist.In addition, it can be provided that the first elastocaloric element is connected to an outer wall of the first coolant channel via a swivel joint, and/or that the second elastocaloric element is connected to an outer wall of the second coolant channel via a swivel joint.

Wenn das erste elastokalorische Element und/oder das zweite elastokalorische Element jeweils direkt mit der Kurbelwellenkröpfung verbunden sind, so kann das jeweilige elastokalorische Element innerhalb des jeweiligen Kühlmittelkanals der Bewegung der Kurbelwellenkröpfung aufgrund der schwenkbaren Lagerung mittels des Drehgelenks folgen. Auf zusätzliche Elemente zur Umwandlung der Kreisbewegung der Kurbelwelle in eine Linearbewegung kann in diesem Fall verzichtet werden, wodurch die Konstruktion der Wärmepumpe vereinfacht wird.If the first elastocaloric element and/or the second elastocaloric element are each directly connected to the crankshaft throw, the respective elastocaloric element can follow the movement of the crankshaft throw within the respective coolant channel due to the pivotable mounting by means of the swivel joint. In this case, additional elements for converting the circular motion of the crankshaft into linear motion can be dispensed with, thereby simplifying the design of the heat pump.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das erste elastokalorische Element über ein Festlager mit einer äußeren Wand des ersten Kühlmittelkanals verbunden ist, und/oder dass das zweite elastokalorische Element über ein Festlager mit einer äußeren Wand des zweiten Kühlmittelkanals verbunden ist.However, it can also be provided that the first elastocaloric element is connected to an outer wall of the first coolant channel via a fixed bearing, and/or that the second elastocaloric element is connected to an outer wall of the second coolant channel via a fixed bearing.

Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass eine erste Linearführung für das erste elastokalorische Element vorgesehen ist, und/oder dass eine zweite Linearführung für das zweite elastokalorische Element vorgesehen ist.With further advantage it can be provided that a first linear guide is provided for the first elastocaloric element and/or that a second linear guide is provided for the second elastocaloric element.

Die Verwendung einer ersten und/oder zweiten Linearführung ist insbesondere vorteilhaft, wenn das erste elastokalorische Element über ein Festlager mit einer äußeren Wand des ersten Kühlmittelkanals verbunden ist, und/oder wenn das zweite elastokalorische Element über ein Festlager mit einer äußeren Wand des zweiten Kühlmittelkanals verbunden ist. Die Linearführung verhindert eine Bewegung, insbesondere ein Verschwenken, des jeweiligen elastokalorischen Elements in den Kühlmittelkanal. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass die Linearführung ausgebildet ist, eine Kreisbewegung der Kurbelwelle in eine Linearbewegung umzuwandeln.The use of a first and/or second linear guide is particularly advantageous if the first elastocaloric element is connected to an outer wall of the first coolant channel via a fixed bearing, and/or if the second elastocaloric element is connected to an outer wall of the second coolant channel via a fixed bearing is. The linear guide prevents movement, in particular pivoting, of the respective elastocaloric element into the coolant channel. In this case it is preferably provided that the linear guide is designed to convert a circular movement of the crankshaft into a linear movement.

Bevorzugt weisen sowohl das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element jeweils ein Verbindungselement mit der zwischen dem ersten Kühlmittelkanal und dem zweiten Kühlmittelkanal angeordneten Kurbelwelle auf.Preferably, both the first elastocaloric element and the second elastocaloric element each have a connecting element with the crankshaft arranged between the first coolant channel and the second coolant channel.

Bei dem Verbindungselement kann es sich jeweils um eine unverschwenkbar mit dem jeweiligen elastokalorischen Element verbundene Stange handeln. Das Verbindungselement, insbesondere die Stange, kann direkt mit der Kurbelwelle oder über ein jeweils zwischengeschaltetes Pleuel mit der Kurbelwelle, insbesondere mit einer Kurbelwellenkröpfung, verbunden sein.The connecting element can in each case be a rod connected non-pivotably to the respective elastocaloric element. The connecting element, in particular the rod, can be connected directly to the crankshaft or via an intermediate connecting rod to the crankshaft, in particular to a crankshaft crank.

Eine direkte Verbindung des Verbindungselements mit der Kurbelwelle eignet sich insbesondere für den Fall, in dem die elastokalorischen Elemente über Drehgelenke mit der äußeren Wand der Kühlmittelkanäle verbunden sind.A direct connection of the connecting element to the crankshaft is particularly suitable for the case in which the elastocaloric elements are connected to the outer wall of the coolant channels via swivel joints.

Mittels zwischengeschalteter Pleuel kann die Kreisbewegung der Kurbelwelle in eine Linearbewegung umgewandelt werden, was insbesondere in Kombination mit einer Linearführung der elastokalorischen Elemente vorteilhaft ist.By means of intermediate connecting rods, the circular movement of the crankshaft can be converted into a linear movement, which is particularly advantageous in combination with linear guidance of the elastocaloric elements.

Somit können für die Verbindungen zwischen dem ersten elastokalorischen Element und dem zweiten elastokalorischen Element mit der Kurbelwelle zur Ausbildung der ersten Linearführung und der zweiten Linearführung Pleuelstangen vorgesehen sein.Connecting rods can thus be provided for the connections between the first elastocaloric element and the second elastocaloric element with the crankshaft to form the first linear guide and the second linear guide.

Mit weiterem Vorteil kann eine Umleitvorrichtung vorgesehen sein, wobei die Umleitvorrichtung ausgebildet ist, den aus dem ersten Kühlmittelkanal austretenden ersten Kühlmittelstrom und den aus dem zweiten Kühlmittelkanal austretenden zweiten Kühlmittelstrom zyklisch und/oder abwechselnd in einen ersten Kühlmittelauslass und einen zweiten Kühlmittelauslass umzuleiten.With further advantage, a diversion device can be provided, wherein the diversion device is designed to cyclically and / or alternately divert the first coolant flow emerging from the first coolant channel and the second coolant flow emerging from the second coolant channel into a first coolant outlet and a second coolant outlet.

Da sowohl im ersten Kühlmittelkanal als auch im zweiten Kühlmittelkanal das jeweils darin angeordnete elastokalorische Element abwechselnd erwärmt und abgekühlt wird, wird auch der durch den jeweiligen ersten und zweiten Kühlmittelkanal strömende Kühlmittelstrom abwechselnd erwärmt und abgekühlt. Um am Ausgang der Wärmepumpe einen konstant heißen oder einen konstant kalten Kühlmittelstrom zu erzielen, können die austretenden Kühlmittelströme aus dem ersten Kühlmittelkanal und dem zweiten Kühlmittelkanal durch die Umleitvorrichtung je nach Phase des jeweiligen Zyklus in den ersten Kühlmittelauslass oder den zweiten Kühlmittelauslass umgeleitet werden.Since the elastocaloric element arranged therein is alternately heated and cooled in both the first coolant channel and the second coolant channel, the coolant stream flowing through the respective first and second coolant channels is also alternately heated and cooled. In order to achieve a constantly hot or a constantly cold coolant flow at the output of the heat pump, the emerging coolant flows from the first coolant channel and the second coolant channel can be diverted into the first coolant outlet or the second coolant outlet by the diversion device, depending on the phase of the respective cycle.

Der erste Kühlmittelauslass kann dann beispielsweise eine Heißseite und der zweite Kühlmittelauslass kann eine Kaltseite der Wärmepumpe darstellen.The first coolant outlet can then, for example, represent a hot side and the second coolant outlet can represent a cold side of the heat pump.

Die Umleitvorrichtung kann beispielsweise durch eine geeignete Blenden- oder Ventilsteuerung bereitgestellt werden.The diverting device can be provided, for example, by a suitable aperture or valve control.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Steuerung der Umleitvorrichtung direkt oder über ein mit der Kurbelwelle verbundenes Getriebe erfolgt.In addition, it can be provided that the diverting device is controlled directly or via a gearbox connected to the crankshaft.

Während der zyklischen Verformung des ersten elastokalorischen Elementes und des zweiten elastokalorischen Elementes nehmen diese zyklisch einen Dehnungszustand ein, in dem das jeweilige elastokalorische Element entweder positiv gedehnt, insbesondere gestreckt, oder negativ gedehnt, insbesondere gestaucht, ist. Der Dehnungszustand ist dabei von einem Entlastungszustand zu unterscheiden, bei dem das erste elastokalorische Element oder das zweite elastokalorische Element nicht gedehnt und mit keiner äußeren Kraft beaufschlagt sind.During the cyclic deformation of the first elastocaloric element and the second elastocaloric element, they cyclically assume a state of expansion in which the respective elastocaloric element is either positively stretched, in particular stretched, or negatively stretched, in particular compressed. The stretching state is to be distinguished from a relief state in which the first elastocaloric element or the second elastocaloric element are not stretched and are not subjected to any external force.

Im Verlauf der zyklischen Verformung können das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element zyklisch den Dehnungszustand und den Entlastungszustand einnehmen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass sich sowohl das erste als auch das zweite elastokalorische Element dauerhaft bzw. ununterbrochen in einem Dehnungszustand befinden und zu keinem Zeitpunkt den Entlastungszustand einnehmen.In the course of the cyclic deformation, the first elastocaloric element and the second elastocaloric element can cyclically assume the stretching state and the unloading state. However, this is not absolutely necessary. In principle, it is also possible for both the first and the second elastocaloric elements to be permanently or continuously in a state of expansion and not to assume the unloading state at any time.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element und die Kurbelwelle derart angeordnet und miteinander verbunden sind, dass die Summe des Betrags der relativen Längenänderung des ersten elastokalorischen Elements und des Betrags der relativen Längenänderung des zweiten elastokalorischen Elements stets größer Null ist.It can preferably be provided that the first elastocaloric element and the second elastocaloric element and the crankshaft are arranged and connected to one another in such a way that the sum of the amount of the relative change in length of the first elastocaloric element and the amount of the relative change in length of the second elastocaloric element is always greater than zero is.

Die relativen Längenänderungen sind dabei auf den Entlastungszustand bezogen. Die relative Längenänderung wird auch Dehnung genannt. Im Falle einer Streckung des elastokalorischen Elementes wird von einer positiven Dehnung gesprochen. Wird das elastokalorische Element gestaucht, wird von einer negativen Dehnung gesprochen.The relative changes in length are related to the unloading condition. The relative change in length is also called stretching. If the elastocaloric element is stretched, this is referred to as positive stretching. If the elastocaloric element is compressed, it is referred to as negative stretching.

Mit anderen Worten befinden sich zu keinem Zeitpunkt beide elastokalorischen Elemente gleichzeitig im von Kräften unbelasteten Entlastungszustand. Es befinden sich entweder beide elastokalorischen Elemente in einem Dehnungszustand, das heißt sie sind entweder gestaucht oder gestreckt, oder aber es befindet sich ein elastokalorisches Element im Entlastungszustand, während sich das jeweils andere elastokalorische Element in einem Dehnungszustand befindet.In other words, at no time are both elastocaloric elements in the unloaded state at the same time. Either both elastocaloric elements are in a state of stretch, that is, they are either compressed or stretched, or one elastocaloric element is in a state of relief while the other elastocaloric element is in a state of stretch.

Dadurch, dass die Summe der Beträge der relativen Längenänderungen des ersten und des zweiten elastokalorischen Elementes stets größer Null ist, wird durchgehend eine Rückstellkraft von mindestens einem der elastokalorischen Elemente auf die Kurbelwelle ausgeübt. Diese Rückstellkraft kann, bei geeigneter Ausgestaltung der Wärmepumpe, dazu genutzt werden, das von einem Antrieb für den Betrieb der Wärmepumpe aufzubringende maximal notwendige Antriebsmoment zu reduzieren. Eine geeignete Ausgestaltung der Wärmepumpe liegt beispielsweise vor, wenn das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element mit derselben Kurbelwellenkröpfung der Kurbelwelle verbunden sind und beide elastokalorischen Elemente ausschließlich auf Zug belastet werden oder beide elastokalorischen Elemente ausschließlich auf Druck belastet werden. Eine weitere geeignete Ausgestaltung der Wärmepumpe liegt vor, wenn das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element mit verschiedenen, bevorzugt um 180° versetzten, Kurbelwellenkröpfungen der Kurbelwelle verbunden sind, und wenn eines der elastokalorischen Elemente, beispielsweise das erste elastokalorische Element, ausschließlich auf Zug belastet wird, und das andere, im Beispiel das zweite, elastokalorische Element ausschließlich auf Druck belastet wird, oder umgekehrt. In diesen Fällen sind die sich durch die Rückstellkräfte der elastokalorischen Elemente auf die Kurbelwelle ausgeübten Drehmomente einander entgegengerichtet, und heben sich zumindest teilweise auf. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass sich das maximale benötigte Antriebsmoment um einen Faktor von bis zu 9 reduziert werden kann.Because the sum of the amounts of the relative length changes of the first and second elastocaloric elements is always larger is zero, a restoring force is continuously exerted by at least one of the elastocaloric elements on the crankshaft. With a suitable design of the heat pump, this restoring force can be used to reduce the maximum drive torque required by a drive to operate the heat pump. A suitable embodiment of the heat pump is present, for example, if the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are connected to the same crankshaft throw of the crankshaft and both elastocaloric elements are loaded exclusively in tension or both elastocaloric elements are loaded exclusively in compression. A further suitable embodiment of the heat pump is present when the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are connected to different crankshaft throws of the crankshaft, preferably offset by 180 °, and when one of the elastocaloric elements, for example the first elastocaloric element, is exclusively in tension is loaded, and the other, in the example the second, elastocaloric element is loaded exclusively under pressure, or vice versa. In these cases, the torques exerted on the crankshaft by the restoring forces of the elastocaloric elements are opposite to one another and at least partially cancel each other out. Tests by the applicant have shown that the maximum required drive torque can be reduced by a factor of up to 9.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Summe des Betrags der relativen Längenänderung des ersten elastokalorischen Elements und des Betrags der relativen Längenänderung des zweiten elastokalorischen Elements im Wesentlichen einer vorbestimmten maximalen Dehnung des ersten elastokalorischen Elements und/oder einer vorbestimmten maximalen Dehnung des zweiten elastokalorischen Elements entspricht.It is preferably provided that the sum of the amount of the relative change in length of the first elastocaloric element and the amount of the relative change in length of the second elastocaloric element essentially corresponds to a predetermined maximum elongation of the first elastocaloric element and / or a predetermined maximum elongation of the second elastocaloric element.

Dies bedeutet, dass das erste elastokalorische Element sich im Entlastungszustand befindet, wenn das zweite elastokalorische Element die vorbestimmte maximale Dehnung aufweist, und dass das zweite elastokalorische Element sich im Entlastungszustand befindet, wenn das erste elastokalorische Element die vorbestimmte maximale Dehnung aufweist. Mit anderen Worten werden das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element abwechselnd gedehnt, das heißt gestreckt oder gestaucht. Es kann daher abwechselnd für jedes der beiden elastokalorischen Elemente die gesamte vorbestimmte Dehnung und der sich daraus ergebende elastokalorische Effekt genutzt werden.This means that the first elastocaloric element is in the unloading state when the second elastocaloric element has the predetermined maximum elongation, and that the second elastocaloric element is in the unloading state when the first elastocaloric element has the predetermined maximum elongation. In other words, the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are alternately stretched, that is, stretched or compressed. The entire predetermined stretch and the resulting elastocaloric effect can therefore be used alternately for each of the two elastocaloric elements.

Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Wärmepumpe einen Antrieb, insbesondere einen Elektromotor, ausgebildet zum Antreiben der Kurbelwelle umfasst.With further advantage it can be provided that the heat pump comprises a drive, in particular an electric motor, designed to drive the crankshaft.

Der Antrieb der Kurbelwelle kann wahlweise mit konstanter Drehzahl oder durch Schrittmotoren oder geeignete Getriebe auch mit nicht konstanter Drehzahl erfolgen.The crankshaft can be driven either at a constant speed or at a non-constant speed using stepper motors or suitable gearboxes.

Wenn die Summe der Beträge der relativen Längenänderungen des ersten und des zweiten elastokalorischen Elements stets größer Null ist und somit die Rückstellkräfte der gedehnten elastokalorischen Elemente für die Reduzierung des benötigten Antriebsmomentes genutzt werden können, kann der Antrieb der Wärmepumpe, insbesondere der Elektromotor, kompakt ausgestaltet werden.If the sum of the amounts of the relative length changes of the first and second elastocaloric elements is always greater than zero and the restoring forces of the stretched elastocaloric elements can therefore be used to reduce the required drive torque, the drive of the heat pump, in particular the electric motor, can be designed to be compact .

Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element und die Kurbelwelle derart angeordnet und miteinander verbunden sind, dass ein für die zyklische Verformung des ersten elastokalorischen Elements und für die zyklische Verformung des zweiten elastokalorischen Elements von dem Antrieb aufzubringendes Antriebsmoment nur einem für die Überwindung einer Materialhysterese des ersten elastokalorischen Elements und des zweiten elastokalorischen Elements und für die Überwindung einer Reibung notwendigen Moment entspricht.It is therefore preferably provided that the first elastocaloric element and the second elastocaloric element and the crankshaft are arranged and connected to one another in such a way that a drive torque to be applied by the drive for the cyclic deformation of the first elastocaloric element and for the cyclic deformation of the second elastocaloric element only corresponds to a moment necessary for overcoming material hysteresis of the first elastocaloric element and the second elastocaloric element and for overcoming friction.

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass ein Kurbelradius der Kurbelwelle der Hälfte einer vorbestimmten maximalen Dehnung des ersten elastokalorischen Elements und/oder der Hälfte einer vorbestimmten maximalen Dehnung des zweiten elastokalorischen Elements entspricht.Furthermore, it can preferably be provided that a crank radius of the crankshaft corresponds to half of a predetermined maximum elongation of the first elastocaloric element and/or half of a predetermined maximum elongation of the second elastocaloric element.

Der Kurbelradius beziehungsweise Hebelarm der Kurbelwelle wird somit so eingestellt, dass er der Hälfte der gewünschten maximalen Dehnung mindestens eines der elastokalorischen Elemente entspricht. Insbesondere wird durch die Wahl des Kurbelradius bzw. Hebelarms die gewünschte Dehnung, das heißt Stauchung oder Streckung des jeweiligen elastokalorischen Elements eingestellt. Wenn das erste elastokalorische und das zweite elastokalorische Element jeweils mit einer anderen Kurbelwellenkröpfung der Kurbelwelle verbunden sind, so können auch für beide elastokalorischen Elemente unterschiedliche Kurbelradien beziehungsweise Hebelarme gewählt und eingestellt werden.The crank radius or lever arm of the crankshaft is thus adjusted so that it corresponds to half of the desired maximum expansion of at least one of the elastocaloric elements. In particular, the desired expansion, i.e. compression or stretching, of the respective elastocaloric element is set by choosing the crank radius or lever arm. If the first elastocaloric and the second elastocaloric elements are each connected to a different crankshaft offset of the crankshaft, different crank radii or lever arms can also be selected and set for both elastocaloric elements.

Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element und die Kurbelwelle derart angeordnet und miteinander verbunden sind, dass das erste elastokalorische Element während der zyklischen Verformung ausschließlich auf Zug oder ausschließlich auf Druck belastet wird, und dass das zweite elastokalorische Element während der zyklischen Verformung ausschließlich auf Druck oder ausschließlich auf Zug belastet wird.With further advantage it is provided that the first elastocaloric element and the second elastocaloric element and the crankshaft are arranged and connected to one another in such a way that the first elastocaloric element is exclusively in tension or out during the cyclic deformation is ultimately loaded in compression, and that the second elastocaloric element is loaded exclusively in compression or exclusively in tension during the cyclic deformation.

Wird das erste elastokalorische Element beispielsweise ausschließlich auf Zug belastet, so bedeutet dies, dass das erste elastokalorische Element während der zyklischen Verformung nie gestaucht beziehungsweise im Stauchungsbereich beansprucht wird. Wird das erste elastokalorische Element ausschließlich auf Druck belastet, so wird das erste elastokalorische Element während der zyklischen Verformung nie gestreckt beziehungsweise im Streckungsbereich beansprucht.If, for example, the first elastocaloric element is exclusively loaded in tension, this means that the first elastocaloric element is never compressed during the cyclic deformation or is stressed in the compression area. If the first elastocaloric element is loaded exclusively in compression, the first elastocaloric element is never stretched during the cyclic deformation or is stressed in the stretching region.

Dabei können je nach Anordnung des ersten elastokalorischen Elements und des zweiten elastokalorischen Elements und der Kurbelwelle unterschiedliche Kombinationen von ausschließlich auf Zug oder ausschließlich auf Druck belasteten ersten elastokalorischen Elementen und zweiten elastokalorischen Elementen vorgesehen sein.Depending on the arrangement of the first elastocaloric element and the second elastocaloric element and the crankshaft, different combinations of first elastocaloric elements and second elastocaloric elements loaded exclusively in tension or exclusively in compression can be provided.

So ist es beispielsweise möglich, dass das erste elastokalorische Element während der zyklischen Verformung ausschließlich auf Zug und das zweite elastokalorische Element während der zyklischen Verformung ausschließlich auf Druck belastet wird. Ebenso ist der umgekehrte Fall möglich. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass sowohl das erste elastokalorische Element als auch das zweite elastokalorische Element während der zyklischen Verformung ausschließlich auf Zug belastet werden oder dass sowohl das erste elastokalorische Element als auch das zweite elastokalorische Element während der zyklischen Verformung ausschließlich auf Druck belastet werden.For example, it is possible for the first elastocaloric element to be loaded exclusively in tension during the cyclic deformation and the second elastocaloric element to be loaded exclusively in compression during the cyclic deformation. The reverse case is also possible. In addition, it can be provided that both the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are loaded exclusively in tension during the cyclic deformation or that both the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are loaded exclusively in compression during the cyclic deformation.

Dabei ist es für den Fall, dass das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element mit derselben Kurbelwellenkröpfung der Kurbelwelle verbunden sind, besonders bevorzugt vorgesehen, dass beide elastokalorischen Elemente entweder ausschließlich auf Druck oder beide elastokalorischen Elemente ausschließlich auf Zug belastet werden. Sind hingegen das erste elastokalorische Element und das zweite elastokalorische Element mit verschiedenen, bevorzugt um 180° versetzten, Kurbelwellenkröpfungen der Kurbelwelle verbunden, so ist bevorzugt vorgesehen, dass das erste elastokalorische Element ausschließlich auf Druck belastet wird und dass das zweite elastokalorische Element ausschließlich auf Zug belastet wird, oder dass umgekehrt das erste elastokalorische Element ausschließlich auf Zug belastet wird und das zweite elastokalorische Element ausschließlich auf Druck belastet wird.In the event that the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are connected to the same crankshaft offset of the crankshaft, it is particularly preferably provided that both elastocaloric elements are loaded either exclusively in compression or both elastocaloric elements are loaded exclusively in tension. If, on the other hand, the first elastocaloric element and the second elastocaloric element are connected to different crankshaft offsets of the crankshaft, preferably offset by 180 °, it is preferably provided that the first elastocaloric element is loaded exclusively in compression and that the second elastocaloric element is loaded exclusively in tension or, conversely, that the first elastocaloric element is loaded exclusively in tension and the second elastocaloric element is loaded exclusively in compression.

Durch diese bevorzugten Kombinationen von auf Druck und auf Zug belasteten elastokalorischen Elementen wird sichergestellt, dass stets eine das notwendige Antriebsmoment reduzierende Rückstellkraft von dem ersten und dem zweiten elastokalorischen Element auf die Kurbelwelle ausgeübt wird.These preferred combinations of elastocaloric elements loaded in compression and tension ensure that a restoring force that reduces the necessary drive torque is always exerted by the first and second elastocaloric elements on the crankshaft.

Bevorzugt kann ferner vorgesehen sein, dass in dem ersten Kühlmittelkanal mehrere erste elastokalorische Elemente und in dem zweiten Kühlmittelkanal mehrere zweite elastokalorische Elemente angeordnet sind, wobei jeweils ein erstes und ein zweites elastokalorisches Element einander paarweise zugeordnet und mit der Kurbelwelle verbunden sind. Durch diese Staffelung der ersten und zweiten elastokalorischen Elemente kann die Kälte- oder Wärmeleistung der Wärmepumpe erhöht werden und ferner kann die Wuchtung der Kurbelwelle verbessert werden.Preferably, it can further be provided that a plurality of first elastocaloric elements are arranged in the first coolant channel and a plurality of second elastocaloric elements are arranged in the second coolant channel, with a first and a second elastocaloric element assigned to each other in pairs and connected to the crankshaft. Through this staggering of the first and second elastocaloric elements, the cold or heat output of the heat pump can be increased and the balancing of the crankshaft can also be improved.

Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeugs umfassend eine vorbeschriebene Wärmepumpe.A further solution to the problem on which the invention is based is to provide a motor vehicle comprising a heat pump as described above.

Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen

1 eine erste Ausführungsform einer Wärmepumpe,
2 eine zweite Ausführungsform einer Wärmepumpe,
3 eine dritte Ausführungsform einer Wärmepumpe,
4 eine vierte Ausführungsform einer Wärmepumpe, und
5 eine fünfte Ausführungsform einer Wärmepumpe.

The invention is explained in more detail below with reference to the attached figures. Show it

1 a first embodiment of a heat pump,
2 a second embodiment of a heat pump,
3 a third embodiment of a heat pump,
4 a fourth embodiment of a heat pump, and
5 a fifth embodiment of a heat pump.

In den Figuren werden für identische oder einander entsprechende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.In the figures, the same reference numbers are used for identical or corresponding elements.

1 zeigt eine erste Wärmepumpe 100 im Einklang mit der Erfindung. Die Wärmepumpe 100 umfasst einen ersten Kühlmittelkanal 10, durch den ein erster Kühlmittelstrom geführt wird, und einen zweiten Kühlmittelkanal 11, durch den ein zweiter Kühlmittelstrom geführt wird. Ein erstes elastokalorisches Element 12 ist in dem ersten Kühlmittelkanal 10 angeordnet, und ein zweites elastokalorisches Element 13 ist in dem zweiten Kühlmittelkanal 11 angeordnet. Zwischen den beiden elastokalorischen Elementen 12, 13 ist ein als Kurbelwelle 14 ausgebildetes Triebelement 15 angeordnet, welches mit dem ersten elastokalorischen Element 12 und dem zweiten elastokalorischen Element 13 kraftübertragungswirksam verbunden ist. Das erste elastokalorische Element 12 ist mit einer ersten Kurbelwellenkröpfung 16 und das zweite elastokalorische Element 13 mit einer zweiten Kurbelwellenkröpfung 17 verbunden. Zudem ist das erste elastokalorische Element 12 an einer äußeren Wand 18 des ersten Kühlmittelkanals 10 über ein Drehgelenk 19 befestigt. Das zweite elastokalorische Element 13 ist über ein weiteres Drehgelenk 20 mit der äußeren Wand 21 des zweiten Kühlmittelkanals 11 verbunden. 1 shows a first heat pump 100 in accordance with the invention. The heat pump 100 comprises a first coolant channel 10 through which a first coolant stream is guided, and a second coolant channel 11 through which a second coolant stream is passed. A first elastocaloric element 12 is arranged in the first coolant channel 10 and a second elastocaloric element 13 is arranged in the second coolant channel 11. A drive element 15 designed as a crankshaft 14 is arranged between the two elastocaloric elements 12, 13 and is connected to the first elastocaloric element 12 and the second elastocaloric element 13 in a force-transmitting manner. The first elastocaloric element 12 has a first crankshaft crank 16 and the second elastocaloric element 13 connected to a second crankshaft crank 17. In addition, the first elastocaloric element 12 is attached to an outer wall 18 of the first coolant channel 10 via a swivel joint 19. The second elastocaloric element 13 is connected to the outer wall 21 of the second coolant channel 11 via a further swivel joint 20.

Die Anordnung von dem ersten elastokalorischen Element 12, Kurbelwelle 14 und dem zweiten elastokalorischen Element 13 ist dabei so gewählt, dass das erste elastokalorische Element 12 ausschließlich auf Druck belastet wird, und dass das zweite elastokalorische Element 13 ausschließlich auf Zug belastet wird. Der Kurbelradius 22 der ersten Kurbelwellenkröpfung 16 entspricht dabei der Hälfte der vorbestimmten maximalen Dehnung des ersten elastokalorischen Elementes 12, wobei die Dehnung eine Stauchung ist. Der Kurbelradius 23 der zweiten Kurbelwellenkröpfung 17 entspricht der Hälfte der maximalen Dehnung des zweiten elastokalorischen Elements 13, wobei die Dehnung eine Streckung ist.The arrangement of the first elastocaloric element 12, crankshaft 14 and the second elastocaloric element 13 is selected such that the first elastocaloric element 12 is loaded exclusively in compression and that the second elastocaloric element 13 is loaded exclusively in tension. The crank radius 22 of the first crankshaft offset 16 corresponds to half of the predetermined maximum expansion of the first elastocaloric element 12, the expansion being a compression. The crank radius 23 of the second crankshaft offset 17 corresponds to half of the maximum elongation of the second elastocaloric element 13, the elongation being a stretch.

Im dargestellten Fall sind sowohl die vorbestimmte maximale Dehnung bzw. Stauchung des ersten elastokalorischen Elements 12 und die vorbestimmte maximale Dehnung bzw. Streckung des zweiten elastokalorischen Elements 13, also die relativen Längenänderungen, gleich und entsprechen etwa 10 %. Durch die dargestellte Anordnung von erstem elastokalorischen Element 12, Kurbelwelle 14 und zweitem elastokalorischen Element 13 wird sichergestellt, dass die Summe des Betrages der relativen Längenänderung oder Dehnung des ersten elastokalorischen Elements 12 und des Betrags der relativen Längenänderung beziehungsweise Dehnung des zweiten elastokalorischen Elements 13 stets größer Null ist und darüber hinaus der vorbestimmten maximalen Dehnung des ersten elastokalorischen Elements 12 und der vorbestimmten maximalen Dehnung des zweiten elastokalorischen Elements 13 entspricht.In the case shown, both the predetermined maximum elongation or compression of the first elastocaloric element 12 and the predetermined maximum elongation or stretching of the second elastocaloric element 13, i.e. the relative changes in length, are the same and correspond to approximately 10%. The illustrated arrangement of the first elastocaloric element 12, crankshaft 14 and second elastocaloric element 13 ensures that the sum of the amount of the relative change in length or expansion of the first elastocaloric element 12 and the amount of the relative change in length or expansion of the second elastocaloric element 13 is always larger is zero and also corresponds to the predetermined maximum elongation of the first elastocaloric element 12 and the predetermined maximum elongation of the second elastocaloric element 13.

Über einen nicht näher dargestellten, als Elektromotor ausgebildeten Antrieb wird die Kurbelwelle 14 angetrieben. Aufgrund der stets positiven Summe der Beträge der relativen Längenänderung des ersten kalorischen Elements 12 und des zweiten kalorischen Elements 13 und der Wahl des Betriebs des ersten elastokalorischen Elements 12 ausschließlich im Druckbereich und des zweiten elastokalorischen Elements 13 im Zugbereich wird sichergestellt, dass die Rückstellkräfte 31, 32 der beiden elastokalorischen Elemente 12, 13 eine Verringerung des für die zyklische Verformung des ersten und des zweiten elastokalorischen Elements 12, 13 von dem nicht näher dargestellten Antrieb aufzubringende Antriebsmoments bewirken. Insbesondere braucht der Antrieb nur ein Antriebsdrehmoment aufzubringen, welches der Überwindung der Materialhysterese des ersten elastokalorischen Elements 12 und des zweiten elastokalorischen Elements 13 sowie der Überwindung von Reibungskräften entspricht.The crankshaft 14 is driven via a drive (not shown) designed as an electric motor. Due to the always positive sum of the amounts of the relative change in length of the first caloric element 12 and the second caloric element 13 and the choice of operation of the first elastocaloric element 12 exclusively in the pressure area and the second elastocaloric element 13 in the tensile area, it is ensured that the restoring forces 31, 32 of the two elastocaloric elements 12, 13 cause a reduction in the drive torque to be applied by the drive, not shown, for the cyclic deformation of the first and second elastocaloric elements 12, 13. In particular, the drive only needs to apply a drive torque which corresponds to overcoming the material hysteresis of the first elastocaloric element 12 and the second elastocaloric element 13 as well as overcoming frictional forces.

Beim Betrieb der Kurbelwelle 14 wird das erste elastokalorische Element 12 zyklisch negativ gedehnt, das heißt gestaucht, und das zweite elastokalorische Element 13 wird zyklisch positiv gedehnt, das heißt gestreckt. Aufgrund der gewählten Kurbelradien 22, 23 und der Verbindung der beiden elastokalorischen Elemente 12, 13 mit verschiedenen Kurbelwellenkröpfungen 16, 17 werden das erste elastokalorische Element 12 und das zweite elastokalorische Element 13 abwechselnd zwischen dem Dehnungszustand und dem Entlastungszustand verformt. Im Dehnungszustand erwärmen sich das erste elastokalorische Element 12 und das zweite elastokalorische Element 13 und geben Wärme auf die jeweils durch den ersten und den zweiten Kühlmittelkanal 10, 11 strömenden Kühlmittelströme ab. Im Entlastungszustand nehmen das erste elastokalorische Element 12 und das zweite elastokalorische Element 13 Wärme von den jeweils durch den ersten und den zweiten Kühlmittelkanal 10, 11 strömenden Kühlmittelströmen auf.During operation of the crankshaft 14, the first elastocaloric element 12 is cyclically negatively stretched, i.e. compressed, and the second elastocaloric element 13 is cyclically positively stretched, i.e. stretched. Due to the selected crank radii 22, 23 and the connection of the two elastocaloric elements 12, 13 with different crankshaft offsets 16, 17, the first elastocaloric element 12 and the second elastocaloric element 13 are deformed alternately between the stretching state and the unloading state. In the expansion state, the first elastocaloric element 12 and the second elastocaloric element 13 heat up and release heat to the coolant streams flowing through the first and second coolant channels 10, 11, respectively. In the unloaded state, the first elastocaloric element 12 and the second elastocaloric element 13 absorb heat from the coolant streams flowing through the first and second coolant channels 10, 11, respectively.

2 zeigt eine weitere Wärmepumpe 100 im Einklang mit der Erfindung. Die Wärmepumpe 100 nach 2 unterscheidet sich von der Wärmepumpe 100 der 1 ausschließlich darin, dass durch die Verwendung von Pleueln 24 und Lagern 25 eine erste Linearführung 33 für das erste elastokalorische Element 12 und eine zweite Linearführung 34 für das zweite elastokalorische Element 13 bereitgestellt wird. Hierfür sind das erste elastokalorische Element 12 und das zweite elastokalorische Element 13 ferner mit Festlagern 26 mit den äußeren Wänden 18, 21 des ersten Kühlmittelkanals 10 und des zweiten Kühlmittelkanals 11 verbunden. 2 shows another heat pump 100 in accordance with the invention. The heat pump 100 after 2 differs from the heat pump 100 1 exclusively in that through the use of connecting rods 24 and bearings 25 a first linear guide 33 for the first elastocaloric element 12 and a second linear guide 34 for the second elastocaloric element 13 is provided. For this purpose, the first elastocaloric element 12 and the second elastocaloric element 13 are further connected to the outer walls 18, 21 of the first coolant channel 10 and the second coolant channel 11 with fixed bearings 26.

3 zeigt eine weitere Wärmepumpe 100 im Einklang mit der Erfindung. Gegenüber der Wärmepumpe 100 nach der 1 sind das erste elastokalorische Element 12 und das zweite elastokalorische Element 13 mit derselben Kurbelwellenkröpfung 16 der Kurbelwelle 14 verbunden. In diesem Fall ist der Aufbau zudem so gewählt, dass die elastokalorischen Elemente 12, 13 beide ausschließlich im Zugbereich betrieben werden. Alternativ ist es auch möglich, dass sowohl das erste elastokalorische Element 12 als auch das zweite elastokalorische Element 13 beide ausschließlich im Druckbereich betrieben werden. Wie auch bei der Wärmepumpe 100 nach 1 ist der Kurbelradius 22 der einzigen Kurbelwellenkröpfung 16 so eingestellt, dass dieser der Hälfte der vorbestimmten maximalen Dehnung des ersten elastokalorischen Elements 12 und des zweiten elastokalorischen Elements 13 entspricht. 3 shows another heat pump 100 in accordance with the invention. Compared to the heat pump 100 after the 1 the first elastocaloric element 12 and the second elastocaloric element 13 are connected to the same crankshaft throw 16 of the crankshaft 14. In this case, the structure is also chosen so that the elastocaloric elements 12, 13 are both operated exclusively in the tensile range. Alternatively, it is also possible that both the first elastocaloric element 12 and the second elastocaloric element 13 are both operated exclusively in the pressure range. As with the heat pump 100 after 1 the crank radius 22 of the single crankshaft offset 16 is set so that it is half of the predetermined maximum elongation of the first elastoka loric element 12 and the second elastocaloric element 13 corresponds.

4 zeigt eine weitere Wärmepumpe 100 im Einklang mit der Erfindung, bei welcher analog zu der Wärmepumpe 100 der 2 mittels Pleueln 24 und Lagern 25 eine erste Linearführung 33 für das erste elastokalorische Element 12 und eine zweite Linearführung 34 für das zweite elastokalorische Element 13 bereitgestellt werden. 4 shows another heat pump 100 in accordance with the invention, in which analogous to the heat pump 100 the 2 by means of connecting rods 24 and bearings 25, a first linear guide 33 for the first elastocaloric element 12 and a second linear guide 34 for the second elastocaloric element 13 are provided.

5 zeigt eine weitere Wärmepumpe 100 im Einklang mit der Erfindung. Die Wärmepumpe 100 ist in einer Aufsicht von oben senkrecht zur Ausrichtung des ersten Kühlmittelkanals 10 und des zweiten Kühlmittelkanals 11 gezeigt. Das Triebelement 15 ist als Kurbelwelle 14 ausgebildet. Im ersten Kühlmittelkanal 10 befinden sich mehrere erste elastokalorische Elemente 12, und im zweiten Kühlmittelkanal 11 befinden sich mehrere zweite elastokalorische Elemente 13. Darüber hinaus kann der erste Abschnitt 27 der Wärmepumpe 100, welcher den ersten Kühlmittelkanal 10, den zweiten Kühlmittelkanal 11, die Kurbelwelle 14 und die mehreren ersten elastokalorischen Elemente 12 und die mehreren zweiten elastokalorischen Elemente 13 umfasst, gemäß einer der Wärmepumpen 100 nach den 1 bis 4 ausgebildet sein. Die Wärmepumpe 100 der 5 weist ferner eine Umleitvorrichtung 28 auf, welche ausgebildet ist, den aus dem ersten Kühlmittelkanal 10 austretenden ersten Kühlmittelstrom und den aus dem zweiten Kühlmittelkanal 11 austretenden zweiten Kühlmittelstrom zyklisch und abwechselnd in einen ersten Kühlmittelauslass 29 und einen zweiten Kühlmittelauslass 30 umzuleiten. Hierfür kann die Umleitvorrichtung 28 eine geeignete Ventilsteuerung aufweisen. Durch die Umleitvorrichtung 28 wird sichergestellt, dass das zyklisch in dem ersten Kühlmittelkanal 10 und in dem zweiten Kühlmittelkanal 11 erwärmte und abgekühlte Kühlmittel jeweils in einen dafür vorgesehenen Kühlmittelauslass 29 einer Heißseite der Wärmepumpe 100 und einen Kühlmittelauslass 30 einer Kaltseite der Wärmepumpe 100 geleitet wird. 5 shows another heat pump 100 in accordance with the invention. The heat pump 100 is shown in a top view perpendicular to the orientation of the first coolant channel 10 and the second coolant channel 11. The drive element 15 is designed as a crankshaft 14. In the first coolant channel 10 there are a number of first elastocaloric elements 12, and in the second coolant channel 11 there are a number of second elastocaloric elements 13. In addition, the first section 27 of the heat pump 100, which includes the first coolant channel 10, the second coolant channel 11, the crankshaft 14 and the plurality of first elastocaloric elements 12 and the plurality of second elastocaloric elements 13, according to one of the heat pumps 100 according to the 1 to 4 be trained. The heat pump 100's 5 further has a diverter device 28, which is designed to cyclically and alternately divert the first coolant stream emerging from the first coolant channel 10 and the second coolant stream emerging from the second coolant channel 11 into a first coolant outlet 29 and a second coolant outlet 30. For this purpose, the diverting device 28 can have a suitable valve control. The diverting device 28 ensures that the coolant heated and cooled cyclically in the first coolant channel 10 and in the second coolant channel 11 is each directed into a designated coolant outlet 29 on a hot side of the heat pump 100 and a coolant outlet 30 on a cold side of the heat pump 100.

BezugszeichenlisteReference symbol list

100100: WärmepumpeHeat pump
1010: Erster KühlmittelkanalFirst coolant channel
1111: Zweiter KühlmittelkanalSecond coolant channel
1212: Erstes elastokalorisches ElementFirst elastocaloric element
1313: Zweites elastokalorisches ElementSecond elastocaloric element
1414: Kurbelwellecrankshaft
1515: Triebelementdriving element
1616: Erste KurbelwellenkröpfungFirst crankshaft offset
1717: Zweite KurbelwellenkröpfungSecond crankshaft offset
1818: Äußere WandOuter wall
1919: DrehgelenkSwivel joint
2020: DrehgelenkSwivel joint
2121: Äußere WandOuter wall
2222: KurbelradiusCrank radius
2323: KurbelradiusCrank radius
2424: Pleuelconnecting rod
2525: Lagercamp
2626: Festlagerfixed camp
2727: Erster Abschnittfirst section
2828: UmleitvorrichtungDiverter device
2929: Erster KühlmittelauslassFirst coolant outlet
3030: Zweiter KühlmittelauslassSecond coolant outlet
3131: RückstellkraftRestoring force
3232: RückstellkraftRestoring force
3333: Erste LinearführungFirst linear guide
3434: Zweite LinearführungSecond linear guide

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 20150369524 A1 [0004]
DE 102019203889 A1 [0005]
WO 0163186 A1 [0006]

Claims

Heat pump (100) comprising a first coolant channel (10) for a first coolant stream, a second coolant channel (11) for a second coolant stream, at least one first elastocaloric element (12), at least one second elastocaloric element (13) and a drive element (15) , wherein the first elastocaloric element (12) is arranged in the first coolant channel (10), wherein the second elastocaloric element (13) is arranged in the second coolant channel (11), wherein the drive element (15) is formed, the first elastocaloric element (12) to cyclically deform and to cyclically deform the second elastocaloric element (13), characterized in that the drive element (15) is a crankshaft (14).

Heat pump (100) after Claim 1 , characterized in that the crankshaft (14) has at least one crankshaft offset (16, 17), and that the first elastocaloric element (12) and the second elastocaloric element (13) are connected to the same crankshaft offset (16) of the crankshaft (14). , or that the first elastocaloric element (12) and the second elastocaloric element (13) are connected to different crankshaft offsets (16, 17) of the crankshaft (14), preferably offset by 180 °.

Heat pump (100) Claim 1 or 2 , characterized in that exactly one crankshaft (14) is provided, the crankshaft (14) being arranged essentially between the first coolant channel (10) and the second coolant channel (11).

Heat pump (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first elastocaloric element (12) is connected to an outer wall (18) of the first coolant channel (10) via a swivel joint (19), and / or that the second elastocaloric Element (13) is connected via a swivel joint (20) to an outer wall (21) of the second coolant channel (11).

Heat pump (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a first linear guide (33) is provided for the first elastocaloric element (12), and/or that a second linear guide (34) is provided for the second elastocaloric element (13). is, wherein preferably the first elastocaloric element (12) is connected to an outer wall (18) of the first coolant channel (10) via a fixed bearing (26), and/or wherein preferably the second elastocaloric element (13) is connected via a fixed bearing (26 ) is connected to an outer wall (21) of the second coolant channel (11).

Heat pump (100) according to one of the Claims 3 until 5 , characterized in that the first elastocaloric element (12) and the second elastocaloric element (13) each have a connecting element with the crankshaft (14) arranged between the first coolant channel (10) and the second coolant channel (11), preferably the connecting element is a rod connected non-pivotably to the respective elastocaloric element (12, 13), and/or wherein preferably the connecting element, in particular the rod, is connected to the crankshaft (14), in particular with a crankshaft offset (16,) via an intermediate connecting rod (24). 17), is connected.

Heat pump (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a diversion device (28) is provided, the diversion device (28) being designed to divert the first coolant flow emerging from the first coolant channel (10) and that from the second coolant channel (11 ) to divert the emerging second coolant flow cyclically and / or alternately into a first coolant outlet (29) and a second coolant outlet (30).

Heat pump (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first elastocaloric element (12) and the second elastocaloric element (13) and the crankshaft (14) are arranged and connected to one another in such a way that the sum of the amount of the relative change in length of the first elastocaloric element (12) and the amount of the relative change in length of the second elastocaloric element (13) is always greater than zero, preferably the sum of the amount of the relative change in length of the first elastocaloric element (12) and the amount of the relative change in length of the second elastocaloric Element (13) essentially corresponds to a predetermined maximum elongation of the first elastocaloric element (12) and / or a predetermined maximum elongation of the second elastocaloric element (13).

Heat pump (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a crank radius (22, 23) of the crankshaft (14) is half of a predetermined maximum elongation of the first elastocaloric element (12) and / or half of a predetermined maximum elongation of the second elastocaloric element (13), and/or that the first elastocaloric element (12) and the second elastocaloric element (13) and the crankshaft (14) are arranged and connected to one another in such a way that the first elastocaloric element (12) is loaded exclusively in tension or exclusively in compression during the cyclic deformation, and that the second elastocaloric element (13) is loaded exclusively in compression or exclusively in tension during the cyclic deformation.

Motor vehicle comprising a heat pump according to one of the preceding claims.