DE602005004272T2

DE602005004272T2 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von wärmeeinheiten mit magnetokalorischem material

Info

Publication number: DE602005004272T2
Application number: DE602005004272T
Authority: DE
Inventors: Christian Muller; Jean-Louis Dupin; Jean-Claude Heitzler
Original assignee: Cooltech Applications SAS
Current assignee: Cooltech Applications SAS
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: KR101215702B1; EP1740892A1; JP5027653B2; CN1946976A; JP2007533949A; DK1740892T3; EA200601740A1; PL1740892T3; WO2005103585A1; ZA200608704B; AU2005236244B2; FR2869403A1; HK1099802A1; ES2300003T3; KR20070017152A; CA2562496C; MXPA06012099A; CN100436967C; AU2005236244A1; HRP20080162T3

Description

Technischer Bereich:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Megakalorien aus magnetokalorischem Werkstoff, die mindestens ein Magnetelement, welches zur Erzeugung eines Magnetfeldes bestimmt ist, mindestens ein magnetokalorisches Element, welches dazu bestimmt ist, wechselweise dem Magnetfeld ausgesetzt zu werden, um Kalorien und Kälte zu erzeugen, und mindestens einen Kreislauf von Wärmeübertragungsfluid aufweist, wovon mindestens ein Teil in der unmittelbaren Umgebung des magnetokalorischen Elementes so angeordnet ist, dass es mindestens einen Teil der Kalorien und/oder Kälte, die es abgibt, zurückgewinnt, wobei der Kreislauf mit Zirkulationseinrichtungen und mit mindestens einem Wärmetauscher verbunden ist, der angeordnet ist, um mindestens einen Teil der durch das Wärmeübertragungsfluid zurückgewonnenen Kalorien und/oder Kälte zu übertragen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Erzeugung von Megakalorien unter Verwendung der Vorrichtung.
Stand der Technik:
Auf bekannte Art und Weise umfassen die Generatoren von Wärme aus magnetokalorischem Werkstoff feststehende Magneteinrichtungen und bewegbare magnetokalorische Elemente, die mit Verlagerungseinrichtungen gekoppelt sind, oder umgekehrt. Auf diese Weise werden die magnetokalorischen Elemente wechselweise dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Magnetfeldes ausgesetzt und erzeugen wechselweise Kalorien oder Kälte. Diese Megakalorien werden durch Wärmeübertragungsfluids wieder aufgenommen, welche die magnetokalorischen Elemente durchqueren, die mit „warmen" und „kalten" Kreisläufen verbunden sind, die Wärmetauscher aufweisen, um zum Beispiel ein Umfeld, einen umschlossenen Raum, eine Örtlichkeit, das Innere eines Behälters zu erwärmen und/oder abzukühlen und/oder zu temperieren und/oder zu klimatisieren.
Im Falle, dass die magnetokalorischen Elemente im Verhältnis zu den Magneteinrichtungen bewegbar sind, ist es sehr schwierig, eine gute Dichtheit zwischen den Teilstücken sicherzustellen, welche die magnetokalorischen Elemente und die „warmen" und „kalten" Kreisläufe durchqueren, wobei die Undichtigkeiten häufig auftreten.
Die Magneteinrichtungen weisen im Allgemeinen eine Magnetanordnung auf, einen Dauermagneten, einen Elektromagneten, einen Supraleitermagneten, einen Elektrosupraleitermagneten, einen Supraleiter. Die Dauermagnete ermöglichen es nicht, zufriedenstellende Ergebnisse bei der Bestimmung der Magnetleistung zu erhalten. Im Verhältnis zu diesem Kriterium werden die besten Ergebnisse durch die Elektromagnete und Elektrosupraleitermagnete erhalten. Unglücklicherweise sind die Elektromagnete große Stromverbraucher, was ihre Verwendung kostspielig macht. Außerdem erhitzen sie sich schnell, und die Abführung ihrer Kalorien verkompliziert den Bau von Thermogeneratoren. Außerdem ist die Technik der Elektrosupraleitermagnete sehr kostspielig.
Andererseits ermöglicht die Verwendung von Elektromagneten, dass ihr Magnetfeld zu Variationen veranlasst werden kann, indem sie mit einem variablen elektrischen Strom versorgt werden. Diese Lösung weist den Vorteil auf, dass jede relative Bewegung zwischen den magnetokalorischen Elementen und den Magneteinrichtungen unterdrückt wird. In den Veröffentlichungen FR-A-2 574 913 , EP-A-0 104 713 und US-B-6,595,004 sind die Beispiele der Versorgung mit variablem elektrischem Strom beschrieben, wobei bestimmte auf Supraleiterelektromagnete beschränkt sind, die nicht mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind. In gleicher Weise ermöglicht die Versorgung mit variablem elektrischem Strom nicht das Erhalten von zufriedenstellenden Ergebnissen in Bezug auf Energieverbrauch und Kosten.
Die vorhandenen Lösungen sind somit nicht zufriedenstellend.
Offenbarung der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Beseitigung dieser Unannehmlichkeiten ab, indem eine Vorrichtung zur Erzeugung von Megakalorien aus magnetokalorischem Werkstoff vorgeschlagen wird, die wenig Strom verbraucht, erweiterbar, von einfacher Konzeption von zuverlässiger Funktion ist und die Erzeugung von Megakalorien auf wirtschaftlich rentable Art ermöglicht, wobei die Gefahren von Leckagen von Thermoflüssigkeit vermieden werden, und wobei die Anzahl mechanischer Teile begrenzt wird.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Megakalorien der in dem Oberbegriff angegebenen Art, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement ein Elektromagnet ist, der mit mindestens einer Stromversorgung verbunden ist, die von mindestens einer Steuerungseinheit gesteuert wird, die angeordnet ist, um elektrische Impulse zu erzeugen, so dass ein Impulsmagnetfeld erzeugt wird, wobei die elektrischen Impulse mit der Intensität I, der Zeitdauer t und der Frequenz T in Abhängigkeit von mindestens einem zuvor festgelegten Impulsparameter ausgelöst werden, wobei die Vorrichtung mindestens einen Thermosensor aufweist, der angeordnet ist, um die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids zu bestimmen, wobei die Temperatur des Fluids mindestens einen Impulsparameter bestimmt.
Vorteilhafterweise weisen die Rückgewinnungseinrichtungen mindestens zwei Wärmetauscher auf, die in Reihe, parallel oder gemäß einer reihenparallelen Kombination mit dem Kreislauf verbunden sind.
Vorzugsweise weisen die Rückgewinnungseinrichtungen mindestens einen Wärmetauscher für Kalorien auf, der zur Übertragung der Kalorien angeordnet ist, und mindestens einen Wärmetauscher für Kälte, der zur Übertragung der Kälte angeordnet ist, wobei die Wärmetauscher mit Schalteinrichtungen verbunden sind, die von einer Steuerungseinheit gesteuert werden, die angeordnet ist, um aufeinanderfolgend jeden Wärmetauscher mit dem magnetokalorischen Element in Abhängigkeit von mindestens einem zuvor festgelegten Schaltparameter zu verbinden.
Die Steuerungseinheit kann so ausgebildet sein, dass die Frequenz T einschließlich 60 Sekunden und 1/150tel Sekunde, und vorzugsweise unter 2 Sekunden beträgt.
Die Steuerungseinheit ist so ausgebildet, dass das Verhältnis T/t zwischen einschließlich 10 und 100 000 und vorzugsweise über 1 000 beträgt.
Die Steuerungseinheit kann schließlich so ausgebildet sein, dass die Intensität I in dem Magnetelement ein Magnetfeld erzeugt, welches zwischen einschließlich 0,05 Tesla und 10 Tesla, und vorzugsweise über 2 Tesla beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuerungseinheit Einrichtungen zur Regelung von mindestens einem der elektrischen Impulsparameter auf, die aus der Gruppe ausgewählt werden, welche die Zeitdauer t, die Frequenz T, die Intensität I umfasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuerungseinheit Zeitsteuerungseinrichtungen auf, die angeordnet sind, um das Zeitintervall zu bestimmen, welches seit der Schaltung und/oder dem vorangegangenen elektrischen Impuls abgelaufen ist, wobei das Zeitintervall mindestens einen Schalt- und/oder Impulsparameter bestimmt.
Zu diesem Zweck kann die Steuerungseinheit Einrichtungen zur Regelung des zuvor festgelegten Schalt- und/oder Impulsparameters aufweisen.
Die Rückgewinnungseinrichtungen weisen vorteilhafterweise mindestens ein „Misch"-Tauschelement auf, welches angeordnet ist, um die Kalorien und die Kälte zum Beispiel in das Umfeld zu übertragen.
Die Vorrichtung weist mindestens zwei magnetokalorische Elemente auf, die in Reihe, parallel oder gemäß einer reihenparallelen Kombination miteinander verbunden sind, wobei die magnetokalorischen Elemente unterschiedliche magnetokalorische Merkmale aufweisen können.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung mindestens zwei Elektromagnete auf, die jeweils mit einem magnetokalorischen Element verbunden sind, und weist mindestens zwei Stromversorgungen auf, die zur getrennten elektrischen Versorgung der Elektromagnete angeordnet sind.
Vorteilhafterweise ist der Kern des Magnetelementes aus einem Magnetwerkstoff mit starker Remanenz hergestellt.
Das Magnetelement und das magnetokalorische Element sind im Verhältnis zueinander feststehend.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erzeugung von Megakalorien, während dem die vorangegangene Vorrichtung verwendet wird.
Bei dem Verfahren können mindestens zwei magnetokalorische Elemente verwendet werden, die jeweils mit einem Elektromagneten verbunden sind, und mindestens zwei Stromversorgungen, und in den aufeinanderfolgenden Phasen kann ein erstes magnetokalorisches Element alleine, dann ein erstes magnetokalorisches Element und ein zweites magnetokalorisches Element gleichzeitig, und schließlich das zweite magnetokalorische Element alleine verwendet werden, um die magnetokalorischen Eigenschaften der ersten und zweiten magnetokalorischen Elemente zu kombinieren.
Zusammenfassende Beschreibung der Zeichnungen:
Die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden an Hand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher, die beispielhaft gegeben sind, wobei:
1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
2A und 2B Kurven sind, welche den Betrieb der Vorrichtung von 1 jeweils gemäß dem Kühlungs- und Erwärmungsmodus veranschaulichen,
3 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
4 eine Kurve ist, die eine Betriebsart der Vorrichtung von 3 veranschaulicht,
5 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
6A und 6B Kurven sind, die den Betrieb der Vorrichtung von 5 jeweils gemäß dem Kühlungs- und Erwärmungsmodus veranschaulichen, und
7 ein Schema der Steuerungseinheit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist.
Veranschaulichungen der Erfindung:
Im Rahmen der Bemühungen um eine Vereinfachung werden die Begriffe „Vorrichtung" und „Verfahren" im Austausch gegen die Begriffe „Vorrichtung zur Erzeugung von Megakalorien aus magnetokalorischem Werkstoff" und „Verfahren zur Erzeugung von Megakalorien aus magnetokalorischem Werkstoff" verwendet.
Außerdem wird unter dem Begriff „Wärmetauscher" jede Einrichtung verstanden, welche die Übertragung und/oder die Verteilung von Kalorien und/oder Kälte ermöglicht.
Unter Bezugnahme auf 1 weist die Vorrichtung 1a ein Magnetelement 2a auf, welches mit einer Stromversorgung 3a verbunden ist, ein magnetokalorisches Element 4a, einen Kreislauf 5 mit Wärmeübertragungsfluid, in dem eines oder mehrere Wärmeübertragungsfluids durch Zirkulationseinrichtungen 6 in Zirkulation versetzt werden, und zwei Wärmetauscher 7, 8.
Das magnetokalorische Element 4a enthält einen magnetokalorischen Werkstoff wie zum Beispiel Gadolinium (Gd), eine Gadoliniumlegierung, die zum Beispiel Silizium (Si), Germanium (Ge), Eisen (Fe), Magnesium (Mg), Phosphor (P), Arsen (As) oder jeden anderen gleichwertigen magnetokalorischen Werkstoff enthält. Der magnetokalorische Werkstoff weist zum Beispiel die Form eines Blockes, einer Pastille, von Puder, eines Agglomerates von Stücken auf.
Die magnetokalorischen Merkmale des magnetokalorischen Elementes 4a sind derart, dass dann:

– wenn es dem Vorhandensein eines Magnetfeldes ausgesetzt wird, sich das magnetokalorische Element 4a unter der magnetokalorischen Wirkung erwärmt, und dass dann,
– wenn das Magnetfeld verschwindet oder sich verringert, sich das magnetokalorische Element 4a unter der Wirkung der magnetokalorischen Trägheit weiter erwärmt, und dass
– sich das magnetokalorische Element 4a nach dem Aufbrauchen der magnetokalorischen Trägheit unter der abkühlenden magnetokalorischen Wirkung auf eine Temperatur abkühlt, die unter seiner Anfangstemperatur liegt.

Das Funktionsprinzip der Vorrichtung besteht demnach darin, das magnetokalorische Element 4a einer Variation des Magnetfeldes auszusetzen, um Kalorien und Kälte zu erzeugen, die zum Erwärmen, Abkühlen, Klimatisieren, Temperieren eines umschlossenen Raumes, eines Umfeldes usw. verwendet werden.
Um dies zu tun, wird als Magnetelement ein Elektromagnet 2a verwendet, der in der nächsten Umgebung des magnetokalorischen Elementes 4a angeordnet wird, damit er dem Magnetfeld ausgesetzt wird. Der Elektromagnet 2a wird mittels einer Stromversorgung 3a elektrisch versorgt, die einen elektrischen Impulsstrom erzeugt, um eine Abänderung des Magnetfeldes zu erhalten. Das auf diese Weise einem Impulsmagnetfeld ausgesetzte magnetokalorische Element 4a erzeugt Kalorien und Kälte. Vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich wird ein Elektromagnet 2a ausgewählt, dessen Magnetkern aus einem Magnetwerkstoff mit starker Remanenz hergestellt ist, wie zum Beispiel aus Eisen-Kobaltlegierungen, Seltenerden, Ferriten, Eisen- und Siliziumlegierungen, Eisen, Nickel.
Die Kalorien und die Kälte werden durch das Wärmeübertragungsfluid wieder aufgenommen, welches in dem Teil des Kreislaufes 5 des Wärmeübertragungsfluids zirkuliert, der in der unmittelbaren Umgebung des magnetokalorischen Elementes 4a angeordnet ist. Das magnetokalorische Element 4a wird zum Beispiel von diesem Teil durchquert. Der Kreislauf 5 wird zum Beispiel auf traditionelle Art durch die Montage von Schläuchen oder durch jede andere angepasste Einrichtung hergestellt. Der Kreislauf 5 weist Zirkulationseinrichtungen 6 des Wärmeübertragungsfluids wie zum Beispiel eine Pumpe oder jede andere gleichwertige Einrichtung auf.
In diesem Beispiel wird die Stromversorgung 3a von einer Steuerungseinheit 20 gesteuert (siehe 7), die aufeinanderfolgende elektrische Impulse 9a der Intensität I, der Dauer t, einer Frequenz T erzeugt, wobei diese Charakteristika regulierbar sein können.
Diese elektrischen Impulse 9a werden in Abhängigkeit von einem oder mehreren zuvor festgelegten Impulsparametern erzeugt, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeübertragungsfluids und/oder dem seit dem vorangegangenen elektrischen Impuls 9a abgelaufenen Zeitintervall. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung einen Thermosensor 10 und/oder Zeitsteuerungseinrichtungen (nicht dargestellt) auf.
Der Thermosensor 10 ermöglicht die Bestimmung der Temperatur des Wärmeübertragungsfluids zum Beispiel am Ausgang des magnetokalorischen Elementes 4a. Diese Bestimmung wird auf absolute Art durch die Messung in Grad, durch Erkennung eines Temperaturschwellenwertes oder auf relative Art durch Vergleich zum Beispiel in Grad, im Verhältnis zu einer anderen Temperatur durchgeführt. Die bestimmte Temperatur wird mit einem zuvor festgelegten Temperatureinstellwert verglichen. Wenn der zuvor festgelegte Temperatureinstellwert erreicht wird, wird der elektrische Impuls 9a erzeugt.
Die Zeitsteuerungseinrichtungen ermöglichen die Bestimmung des zum Beispiel seit dem vorangegangenen elektrischen Impuls 9a abgelaufenen Zeitintervalls und den Vergleich desselben mit einem zuvor festgelegten Zeiteinstellwert. Wenn der Zeiteinstellwert erreicht wird, wird der elektrische Impuls 9a erzeugt. Die Zeitsteuerungseinrichtungen sind zum Beispiel elektro nische Schaltkreise, Druckluftstellsysteme, eine Kombination von elektronischen Schaltkreisen und Druckluftstellsystemen oder jede andere bekannte Einrichtung.
Bei diesem Beispiel weist die Vorrichtung 1a einen Wärmetauscher 7 zur Übertragung der Kalorien und einen Kältetauscher 8 zur Übertragung der Kälte auf. Diese Wärmetauscher 7, 8 werden mit dem Kreislauf 5 des Wärmeübertragungsfluids parallel verbunden, und zwar mittels Schalteinrichtungen 11, die durch eine Steuerungseinheit gesteuert werden, bei der es sich um dieselbe handeln kann wie diejenige, welche die Stromversorgung 3a steuert, wodurch die aufeinanderfolgende Verbindung eines jeden Wärmetauschers 7, 8 mit dem magnetokalorischen Element 4a ermöglicht wird.
Diese Schaltung wird in Abhängigkeit von dem oder mehreren zuvor festgelegten Schaltparametern zum Beispiel in Abhängigkeit von einem Zeitintervall bewirkt, welches seit dem elektrischen Impuls 9a und/oder seit der vorangegangenen Schaltung abgelaufen ist, und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeübertragungsfluids.
Die Zeitsteuerungseinrichtungen und/oder der Thermosensor 10 können dieselben wie die vorangegangenen sein. Wenn der Zeiteinstellwert und/oder der Temperatureinstellwert erreicht werden, bringen die Schalteinrichtungen 11 das magnetokalorische Element 4a mit einem Wärmetauscher 7, und dann mit dem anderen 8 in Verbindung. Die Schalteinrichtungen 11 weisen zum Beispiel ein Ventil, einen Schieber mit elektrischer, pneumatischer, hydraulischer Steuerung, einen Unterbrecher, oder jede andere angepasste Einrichtung auf.
Es ist offensichtlich, dass die Steuerungseinheit 20 mehrere Thermosensoren 10 und/oder mehrere Zeitsteuerungseinrichtungen aufweisen kann, und/oder einen anderen Impuls- und/oder Schaltungsparameter verwenden kann.
Die in 7 schematisch dargestellte Steuerungseinheit 20 wird beispielhaft und nicht begrenzend gegeben. Sie weist eine Leistungsstufe auf, die über das Stromnetz mit 220 oder 380 V über einen Transformator versorgt wird, auf den ein Gleichrichter folgt, eine Schaltnetzspannungsversorgung und Schutzvorrichtungen gegen Kurzschlüsse, Überbelastungen und Phasenumkehrungen. Sie weist auch eine Berechnungseinheit auf, die durch mindestens drei Daten gesteuert wird: die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids, die durch den Thermosensor 10 gemessen wird, einen Temperatureinstellwert Tc und die Betriebsart im Erwärmungsmodus oder im Kühlungsmodus. Die Berechnungseinheit erzeugt drei Daten: die Dauer t der elektrischen Impulse und ihre Frequenz T sowie ihre Intensität I. Die Intensität I versorgt die Leistungsstufe, während die Dauer t und die Frequenz T eine Zeitbasis versorgen, die mit einem elektrischen Impulsgenerator, zum Beispiel der Art mit Transistoren, Triaces, Thyristoren, Lampe, Induktion, Entladung, Stromsperrung, und vorzugsweise einem Generator von elektrischen Leistungsimpulsen mit Transistoren verbunden ist. Die erzeugten elektrischen Impulse 9a werden über ein Transformationsmodul auf die Leistungsstufe übertragen, bevor sie einen Elektromagneten 2a über eine Ausgangsschnittstelle versorgen. Die in dieser Steuerungseinheit 20 verwendeten unterschiedlichen Module werden nicht detaillierter ausgeführt, da sie Teil der normalen Kenntnisse eines Elektronikers sind.
Das Verfahren, bei dem diese Vorrichtung 1a verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf die Impuls- „Kurve I" und Temperaturkurve „Kurve θ" des Wärmeübertragungsfluids beschrieben, die durch 2A und 2B beschrieben sind, und zwar jeweils gemäß den Modi „Kühlung" und „Erwärmung".
Im Modus „Kühlung", der durch die Kurven von 2A veranschaulicht wird, ist das Verfahren in mehrere aufeinanderfolgende Zyklen aufgeteilt, die jeweils mehrere aufeinanderfolgende Etappen aufweisen.
Zyklus 1 (Start):
Vorbereitung: Die Schalteinrichtungen 11 werden so positioniert, dass das magnetokalorische Element 4a mit dem Wärmetauscher 7 verbunden ist.
Start:
Der Elektromagnet 2a wird mit einem elektrischen Impuls 9a mit einer Intensität I versorgt, die in dem Elektromagneten 2a ein zwischen 0,05 Tesla und 10 Tesla, und vorzugsweise über 2 liegendes Magnetfeld erzeugt, mit einer Dauer t zwischen 10^–9 und 60 Sekunden, und vorzugsweise unter 10^–2 Sekunden.
Etappe 1 – Zyklus 1:
Während eines elektrischen Impulses 9a erzeugt der Elektromagnet 2a ein Magnetfeld.
Das diesem Magnetfeld ausgesetzte magnetokalorische Element 4a erfährt die erwärmende magnetokalorische Wirkung und erwärmt sich.
Das Wärmeübertragungsfluid, welches das magnetokalorische Element 4a durchquert, wird dieser Erwärmung ausgesetzt und auf diese Weise bis auf eine Temperatur θ11 erwärmt (Temperaturetappe 1 Zyklus 1), die höher als die Ausgangstemperatur θ01 ist.
Das Wärmeübertragungsfluid wird in Richtung des Wärmetauschers 7 transportiert, der die Kalorien auf das Umfeld überträgt.
Etappe 2 – Zyklus 2:
Nach dem elektrischen Impuls 9a wird der Elektromagnet 2a nicht mehr elektrisch versorgt und erzeugt kein Magnetfeld mehr.
Das magnetokalorische Element 4a erwärmt sich weiter, indem es der Trägheit der magnetokalorischen Wirkung ausgesetzt wird.
Das Wärmeübertragungsfluid, welches das magnetokalorische Element 4a durchquert, erwärmt sich auf diese Weise weiter bis auf eine Temperatur θ21 (Temperaturetappe 2 Zyklus 2), die über der Temperatur θ11 liegt und der Maximaltemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei Zyklus 1 entspricht.
Das Wärmeübertragungsfluid wird in Richtung des Wärmetauschers 7 transportiert, der die Kalorien auf das Umfeld überträgt.
Etappe 3 – Zyklus 1:
Die Trägheit der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung hört auf.
Das magnetokalorische Element 4a, welches dem Nichtvorhandensein des Magnetfeldes ausgesetzt wird, erfährt die kühlende magnetokalorische Wirkung und kühlt sich ab.
Das Wärmeübertragungsfluid, welches das magnetokalorische Element 4a durchquert, wird seiner Abkühlung ausgesetzt und auf diese Weise bis auf eine Temperatur θ31 abgekühlt (Temperaturetappe 3 Zyklus 1), die niedriger als die Ausgangstemperatur θ21 ist.
Das Wärmeübertragungsfluid wird in Richtung des Wärmetauschers 7 transportiert, der die Kalorien auf das Umfeld überträgt.
Wenn:

– die Zeitsteuerungseinrichtungen entdecken, dass das seit dem vorangegangenen elektrischen Impuls 9a abgelaufene Zeitintervall oder
– der Thermosensor 10 entdeckt, dass der Unterschied der Temperaturen θ31 und θ21 oder θ11 oder θ01 des Wärmeübertragungsfluids,

11

4a

8

Etappe 4 – Zyklus 1:
Das magnetokalorische Element 4a kühlt sich weiter ab.
Das Wärmeübertragungsfluid, welches das magnetokalorische Element 4a durchquert, wird weiter bis auf eine Temperatur θ41 (Temperaturetappe 4 Zyklus 1) abge kühlt, die unter der Temperatur θ01 liegt, die der Ausgangstemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei Zyklus 1 entspricht.
Das Wärmeübertragungsfluid wird in Richtung des Kältetauschers 8 transportiert, der die Kälte auf das Umfeld überträgt.
Wenn:

– die Zeitsteuerungseinrichtungen entdecken, dass das seit dem vorangegangenen elektrischen Impuls 9a abgelaufene Zeitintervall oder
– der Thermosensor 10 entdeckt, dass der Unterschied der Temperaturen θ41 und θ31 oder θ01 oder θ11 oder θ21 des Wärmeübertragungsfluids,

11

9a

2a

9a

Gleichzeitig verbinden die Schalteinrichtungen 11 in diesem Beispiel erneut das magnetokalorische Element 4a mit dem Wärmetauscher 7.
Es ist selbstverständlich, dass diese Schaltung zeitlich leicht versetzt sein kann, in einer Etappe 5 so verwirklicht werden kann, dass das magnetokalorische Element 4a nur dann mit dem Wärmetauscher 7 verbunden wird, wenn das Wärmeübertragungsfluid unter der Wirkung des neuen elektrischen Impulses 9a und des Magnetfeldes eine bestimmte Temperatur erreicht.
Die Impulseinstellwerte In werden so geregelt, dass das Verhältnis T/t der Frequenz T zwischen zwei elektrischen Impulsen 9a auf die Dauer t des berücksichtigten elektrischen Impulses 9a zwischen einschließlich 10 und 100 000 und vorzugsweise höher als 1000 liegt.
Anschließend folgt der Übergang zu Zyklus 2.
Die folgenden Betriebszyklen sind dem ersten Zyklus praktisch ähnlich und laufen für das Wärmeübertragungsfluid wie folgt ab:
Etappe 1 – Zyklus n:
Während des elektrischen Impulses 9a Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ1n (Temperaturetappe 1 bei laufendem Zyklus), die höher als die Temperatur θ4n – 1 (Temperaturetappe 4 des vorangegangenen Zyklus), jedoch niedriger als die Temperatur θ1n – 1 (Temperaturetappe 1 des vorangegangenen Zyklus) liegt. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 7.
Etappe 2 – Zyklus n:
Nach dem elektrischen Impuls 9a erfolgt unter der Trägheit der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung die Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ2n (Temperaturetappe 2 bei laufendem Zyklus), die der Maximaltemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei diesem Zyklus entspricht, jedoch niedriger als die Temperatur θ2n – 1 (Temperaturetappe 2 des vorangegangenen Zyklus) liegt. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 7.
Etappe 3 – Zyklus n:
Am Ende der Trägheit der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung erfolgt eine abkühlende magnetokalorische Wirkung. Die Abkühlung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ3n (Temperaturetappe 3 bei laufendem Zyklus), die niedriger als die Temperatur θ2n – 1 (Temperaturetappe 2 des vorangegangenen Zyklus) liegt. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 7.
Erkennung des Schaltungseinstellwertes Cn und Schaltung zum Verbinden des magnetokalorischen Elementes 4a mit dem Kältetauscher 8.
Etappe 4 – Zyklus n:
Abkühlende magnetokalorische Wirkung, Abkühlung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ4n (Temperaturetappe 4 bei laufendem Zyklus), die niedriger als die Temperatur θ0n liegt und der Ausgangstemperatur des Wärmeübertragungsfluids von diesem Zyklus n entspricht. Übertragung der Kalorien über Kältetauscher 8. Erkennung des Impulseinstellwertes In und Versorgung des Elektromagneten 2a mit einem neuen elektrischen Impuls 9a.
Gleichzeitig oder nicht, Umschaltung, um das magnetokalorische Element 4a mit dem Wärmetauscher 7 zu verbinden.
In der Betriebsart „Abkühlung" werden die Maximaltemperaturen „höhere T", die θ2n entsprechen, und Minimaltemperaturen „minimale T", die θ4n des Wärmeübertragungsfluids entsprechen, immer niedriger. Auf Grund dieser Tatsache wird die mittlere Temperatur „mittlere T" des Wärmeübertragungsfluids ebenfalls immer niedriger, wovon eine Kühlungsleistung und ein Wirkungsgrad der Vorrichtung 1a und des Verfahrens herrühren, die in dem Maße wachsen, bis sie die minimale Abkühlungstemperatur „untere T" des magnetokalorischen Elementes 4a erreichen, bei der sich die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids stabilisieren wird.
In der Betriebsart „Erwärmung", die durch die Kurven von 2B veranschaulicht wird, unterteilt sich das Verfahren in mehrere aufeinanderfolgende Zyklen, die den vorangegangenen praktisch ähnlich sind. Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem vorangegangenen durch die Tatsache, dass sich die Werte der Schaltungs- Cn und Impulseinstellwerte In von den vorangegangenen unterscheiden und so ausgewählt werden, dass die folgenden aufeinanderfolgenden Etappen erhalten werden:
Zyklus 1 (Start):
Vorbereitung: Die Schalteinrichtungen 11 werden so positioniert, dass das magnetokalorische Element 4a mit dem Wärmetauscher 7 verbunden ist.
Start:
Der Elektromagnet 2a wird mit einem elektrischen Impuls 9a mit einer Intensität I versorgt, die in dem Elektromagneten 2a ein zwischen 0,05 Tesla und 10 Tesla, und vorzugsweise über 2 liegendes Magnetfeld erzeugt, mit einer Dauer t zwischen 10^–9 und 60 Sekunden, und vorzugsweise unter 10^–2 Sekunden.
Zyklus n:
Etappe 1 – Zyklus n:
Während des elektrischen Impulses 9a Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ1n (Temperaturetappe 1 bei laufendem Zyklus), die höher als die Ausgangstemperatur θ0n oder die Temperatur θ4n – 1 (Temperaturetappe 4 des vorangegangenen Zyklus), jedoch höher als die Temperatur θ1n – 1 (Temperaturetap pe 1 des vorangegangenen Zyklus) liegt. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 7.
Etappe 2 – Zyklus n:
Nach dem elektrischen Impuls 9a erfolgt unter der Trägheit der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung die Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ2n (Temperaturetappe 2 bei laufendem Zyklus), die höher als die Temperatur θ1n (Temperaturetappe 1 bei laufendem Zyklus) liegt, die der Maximaltemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei diesem Zyklus n entspricht, jedoch niedriger als die Temperatur θ2n + 1 (Temperaturetappe 2 des nachfolgenden Zyklus), die der Maximaltemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei dem nachfolgenden Zyklus entspricht. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 7.
Etappe 3 – Zyklus n:
Am Ende der Trägheitswirkung der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung erfolgt eine abkühlende magnetokalorische Wirkung. Die Abkühlung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ3n (Temperaturetappe 3 bei laufendem Zyklus), die niedriger als die Temperatur θ2n und niedriger als die Temperatur θ2n + 1 liegt (Temperaturetappe 2 des nachfolgenden Zyklus). Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 7.
Erkennung des Schaltungseinstellwertes Cn und Schaltung zum Verbinden des magnetokalorischen Elementes 4a mit dem Kältetauscher 8.
Etappe 4 – Zyklus n:
Abkühlende magnetokalorische Wirkung, Abkühlung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ4n (Temperaturetappe 4 bei laufendem Zyklus), die höher als die Temperatur 90n liegt und der Ausgangstemperatur des Wärmeübertragungsfluids von diesem Zyklus n entspricht. Übertragung der Kalorien über Kältetauscher 8. Erkennung des Impulseinstellwertes In und Versorgung des Elektromagneten 2a mit einem neuen elektrischen Impuls 9a. Gleichzeitig oder nicht, Schaltung, um das magnetokalorische Element 4a mit dem Wärmetauscher 7 zu verbinden.
In der Betriebsart „Erwärmung" werden die Maximaltemperaturen „höhere T", die θ2n entsprechen, und Minimaltemperaturen θ „minimale T", die θ4n des Wärmeübertragungsfluids entsprechen, immer höher. Auf Grund dieser Tatsache wird die mittlere Temperatur „mittlere T" des Wärmeübertragungsfluids ebenfalls immer höher, wovon eine Erwärmungsleistung und ein Wirkungsgrad der Vorrichtung 1a und des Verfahrens herrühren, die in dem Maße wachsen, bis sie die maximale Erwärmungstemperatur „hohe T" des magnetokalorischen Elementes 4a erreichen, bei der sich die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids stabilisieren wird.
Beste Art der Ausführung der Erfindung:
Die Vorrichtung 1b von 3 ist der vorangegangenen praktisch ähnlich. Sie unterscheidet sich davon durch die Tatsache, dass sie zwei magnetokalorische Elemente 4b, 4c aufweist, die untereinander durch den Kreislauf 5 von Wärmeübertragungsfluid in Reihe verbunden sind, wobei die magnetokalorischen Elemente 4b, 4c praktisch ähnliche oder unterschiedliche magnetokalorische Merkmale aufweisen können. Die magnetokalorischen Elemente 4b, 4c können untereinander auch parallel oder gemäß einer reihenparallelen Kombination verbunden sein. Es ist auch möglich, Gruppen von magnetokalorischen Elementen vorzusehen, die untereinander in Reihe, parallel oder gemäß einer reihenparallelen Kombination verbunden sind. Die Vorrichtung 1b und das Verfahren sind auf diese Weise leicht erweiterbar.
Jedes magnetokalorische Element 4b, 4c ist mittels eines Elektromagneten 2b, 2c belastet, der mit einer getrennten Stromversorgung 3b, 3c verbunden ist, wobei die Stromversorgungen 3b, 3c durch eine oder mehrere Steuerungseinheiten (nicht dargestellt) gesteuert werden. Es ist auf diese Weise möglich, auf getrennte Art und Weise für jeden Elektromagneten 2b, 2c elektrische Impulse 9b, 9c gleichzeitig oder aufeinanderfolgend, mit oder ohne Überlappungsperiode dieser elektrischen Impulse 9b, 9c zu erzeugen.
Durch diese Konfiguration wird die Kombination der magnetokalorischen Eigenschaften mehrerer magnetokalorischer Elemente 4b, 4c ermöglicht, was besonders vorteilhaft ist, wenn sie unterschiedlich sind. Der Betrieb einer solchen Vorrichtung 1b wird unter Bezugnahme auf den Graph von 4 beschrieben, der in Form von schraffierten Flächen die Temperaturbereiche P1, P2, P3 veranschaulicht, die zugänglich sind, wenn aufeinanderfolgend Folgendes verwendet wird:

– ein erstes magnetokalorisches Element 4b, um ausschließlich den zwischen θ1Max und θ1min angeordneten Temperaturbereich P1 zu erhalten,
– ein erstes magnetokalorisches Element 4b und gleichzeitig ein zweites magnetokalorisches Element 4c, um den zwischen θ2Max und θ2min angeordneten Temperaturbereich P2 zu erhalten,
– das zweite magnetokalorische Element 4c, um ausschließlich den zwischen θ3Max und θ3min angeordneten Temperaturbereich 23 zu erhalten.

Auf diese Weise kann durch die Kombination der unterschiedlichen magnetokalorischen Eigenschaften der ersten und zweiten magnetokalorischen Elemente ein sehr bedeutender Gesamttemperaturbereich P abgedeckt werden, der zwischen θ1Max und θ3min angeordnet ist.
Die Vorrichtung 1c von 5 ist der Vorrichtung von 1 praktisch ähnlich. Sie unterscheidet sich davon durch die Tatsache, dass sie nur einen „Misch"- Wärmetauscher 78 aufweist, um nacheinander die Kalorien und die Kälte zu übertragen.
Das Verfahren, bei dem die Vorrichtung 1c verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf die Impuls- „Kurve" I und Temperaturkurve „Kurve θ" des Wärmeübertragungsfluids von 6A und 6B beschrieben, und zwar jeweils gemäß der Betriebsarten „Abkühlung" und „Erwärmung". Dieses Verfahren ist demjenigen der Vorrichtung 1a von 1 praktisch ähnlich, die durch 2A und 2B veranschaulicht wird.
Der Betrieb in der Betriebsart „Abkühlung", der durch 6A veranschaulicht wird, unterscheidet sich hauptsächlich von demjenigen von 2A durch die Tatsache, dass, da nur ein Wärmetauscher 78 vorhanden ist, keine Schaltung erfolgt, und der Wärmetauscher 78 dauerhaft mit dem magnetokalorischen Element 4a verbunden bleibt, um nacheinander die Kalorien und dann die Kälte zu übertragen. Der Betrieb weist somit nur die folgenden drei Etappen für jeden Zyklus n auf:
Etappe 1 – Zyklus n:
Während des elektrischen Impulses 9a Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ1n (Temperaturetappe 1 bei laufendem Zyklus), die höher als die Ausgangstemperatur θ0n oder die Temperatur θ4n – 1 (Temperaturetappe 3 des vorangegangenen Zyklus), und als die Temperatur θ1n – 1 (Temperaturetappe 1 des vorangegangenen Zyklus) liegt. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 78.
Etappe 2 – Zyklus n:
Nach 1 elektrischen Impuls 9a erfolgt unter der Trägheit der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung die Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ2n (Temperaturetappe 2 bei laufendem Zyklus), die höher als die Temperatur θ1n (Temperaturetappe 1 bei laufendem Zyklus) liegt, die der Maximaltemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei diesem Zyklus n entspricht, und höher als die Temperatur θ2n + 1 (Temperaturetappe 2 des nachfolgenden Zyklus) liegt, die der Maximaltemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei dem nachfolgenden Zyklus entspricht. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 78.
Etappe 3 – Zyklus n:
Am Ende der Trägheitswirkung der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung erfolgt eine abkühlende magnetokalorische Wirkung. Die Abkühlung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ3n (Temperaturetappe 3 bei laufendem Zyklus), die niedriger als die Temperatur θ0n liegt und der Ausgangstemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei diesem Zyklus n entspricht. Übertragung der Kalorien und dann der Kälte über den Wärmetauscher 78. Erkennung des Schaltungseinstellwertes In und Versorgung des Elektromagneten 2a mit einem neuen elektrischen Impuls 9a.
Der Betrieb in der Betriebsart „Erwärmung", der durch 6B veranschaulicht wird, unterscheidet sich von demjenigen von 2B durch die Tatsache, dass die abkühlende magnetokalorische Wirkung In so geregelt wird, dass der elektrische Impuls 9a erzeugt wird, bevor die Temperatur 93n niedriger als die Temperatur θ0n liegt. Der Betrieb weist also nur die drei folgenden Etappen für jeden Zyklus n auf:
Etappe 1 – Zyklus n:
Während des elektrischen Impulses 9a Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ1n (Temperaturetappe 1 bei laufendem Zyklus), die höher als die Ausgangstemperatur θ0n oder die Temperatur θ3n – 1 (Temperaturetappe 3 des vorangegangenen Zyklus), jedoch niedriger als die Temperatur θ1n – 1 (Temperaturetappe 1 des vorangegangenen Zyklus) liegt. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 78.
Etappe 2 – Zyklus n:
Nach dem elektrischen Impuls 9a erfolgt unter der Trägheit der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung die Erwärmung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur θ2n (Temperaturetappe 2 bei laufendem Zyklus), die höher als die Temperatur θ1n (Temperaturetappe 1 bei laufendem Zyklus) liegt, die der Maximaltemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei diesem Zyklus n entspricht, jedoch niedriger als die Temperatur θ2n + 1 (Temperaturetappe 2 des nachfolgenden Zyklus) liegt, die der Maximaltemperatur des Wärmeübertragungsfluids bei dem nachfolgenden Zyklus entspricht. Übertragung der Kalorien über Wärmetauscher 78.
Etappe 3 – Zyklus n:
Am Ende der Trägheitswirkung der erwärmenden magnetokalorischen Wirkung erfolgt eine abkühlende magnetokalorische Wirkung. Die Abkühlung des Wärmeübertragungsfluids bis auf eine Temperatur 93n (Temperaturetappe 3 bei laufendem Zyklus), die höher als die Temperatur θ0n liegt und der Ausgangstemperatur des Wärmeübertragungsfluids des Zyklus n entspricht. Übertragung der Kalorien und dann der Kälte über den Wärmetauscher 78. Erkennung des Schaltungseinstellwertes In und Versorgung des Elektromagneten 2a mit einem neuen elektrischen Impuls 9a.
Auf allgemeine Art und Weise sind bei diesen Beispielen das Magnetelement 2a–c und das magnetokalorische Element 4a–c im Verhältnis zueinander fixiert. Es ist dennoch möglich, diese bewegbar vorzusehen. Es ist ebenfalls möglich, eine höhere Anzahl von magnetokalorischen Elementen 4a–c und/oder Elektromagneten 2a–c und/oder Wärmetauschern 7, 8, 78 zu verwenden.
Gemäß weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen ist es möglich, mehrere Wärmetauscher 7, 8, 78 oder Gruppen von Wärmetauschern zu verwenden, die in Reihe, parallel oder gemäß einer reihenparallelen Kombination mit dem Kreislauf verbunden sind. Die Vorrichtung 1a–c und das Verfahren sind auf diese Weise leicht erweiterbar.
Möglichkeiten der industriellen Anwendung:
Die Vorrichtung 1a–c und das Verfahren können für jede Industrie- oder Haushaltskühlanwendung zum Kühlen, Erwärmen, Klimatisieren, Temperieren verwendet werden.
Durch die Beschreibung wird gut offensichtlich, dass die Vorrichtung 1a–c und das Verfahren gemäß der Erfindung das Erreichen der festgelegten Ziele ermöglichen. Sie ermöglichen insbesondere die Beseitigung von jedem Dichtigkeitsproblem, welches bei den Vorrichtungen inhärent war, die magnetokalorische Elemente und/oder Elektromagnete oder andere, im Verhältnis zueinander bewegbare Magneteinrichtungen aufweisen.
Außerdem weisen sie eine sehr einfache Konzeption auf und benötigen keine Einrichtung, um in Bewegung versetzt zu werden, um die magnetokalorischen Elemente 4a–c und/oder die Elektromagnete 2a–c zu verlagern. Auf Grund dieser Tatsache verbrauchen sie wenig Strom und benötigen eine begrenzte Anzahl von Teilen und mechanischen Elementen, was zu einer verringerten Wartung und begrenzten Pannenrisiken führt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern erstreckt sich auf jede Abänderung und Variante, die für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich sind, wobei sie in dem durch die dazugehörigen Ansprüche definierten Schutzumfang verbleibt.

Claims

Vorrichtung (1a–c) zur Erzeugung von Megakalorien aus magnetokalorischem Werkstoff, die mindestens ein Magnetelement (2a–c), welches zur Erzeugung eines Magnetfeldes bestimmt ist, mindestens ein magnetokalorisches Element (4a–c), welches dazu bestimmt ist, wechselweise dem Magnetfeld ausgesetzt zu werden, um Kalorien und Kälte zu erzeugen, und mindestens ein Kreislauf (5) von Wärmeübertragungsfluid aufweist, wovon mindestens ein Teil in der unmittelbaren Umgebung des magnetokalorischen Elementes (4a–c) so angeordnet ist, dass es mindestens einen Teil der Kalorien und/oder Kälte, die es abgibt, zurückgewinnt, wobei der Kreislauf (5) mit Zirkulationseinrichtungen (6) und mit mindestens einem Wärmetauscher (7, 8, 78) verbunden ist, der angeordnet ist, um mindestens einen Teil der durch das Wärmeübertragungsfluid zurückgewonnenen Kalorien und/oder Kälte zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement ein Elektromagnet (2a–c) ist, der mit mindestens einer Stromversorgung (3a–c) verbunden ist, die von mindestens einer Steuerungseinheit (20) gesteuert wird, die angeordnet ist, um elektrische Impulse (9a–c) zu erzeugen, so dass ein Impulsmagnetfeld erzeugt wird, wobei die elektrischen Impulse (9a–c) mit der Intensität I, der Zeitdauer t und der Frequenz T in Abhängigkeit von mindestens einem zuvor festgelegten Impulsparameter ausgelöst werden, wobei die Vorrichtung mindestens einen Thermosensor (10) aufweist, der angeordnet ist, um die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids zu bestimmen, wobei die Temperatur des Fluids mindestens einen Impulsparameter bestimmt.
Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungseinrichtungen mindestens zwei Wärmetauscher (7, 8) aufweisen, die in Reihe, parallel oder gemäß einer reihenparallelen Kombination mit dem Kreislauf (5) verbunden sind.
Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungseinrichtungen mindestens einen Wärmetauscher (7) für Kalorien aufweisen, der zur Übertragung der Kalorien angeordnet ist, und mindestens einen Wärmetauscher (8) für Kälte, der zur Übertragung der Kälte angeordnet ist, wobei die Wärmetauscher (7, 8) mit Schalteinrichtungen (11) verbunden sind, die von einer Steuerungseinheit gesteuert werden, die angeordnet ist, um aufeinanderfolgend jeden Wärmetauscher (7, 8) mit dem magnetokalorischen Element (4a–c) in Abhängigkeit von mindestens einem zuvor festgelegten Schaltparameter zu verbinden.
Vorrichtung (1a–c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit so ausgebildet ist, dass die Frequenz T einschließlich 60 Sekunden und 1/150tel Sekunde, und vorzugsweise unter 2 Sekunden beträgt.
Vorrichtung (1a–c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit so ausgebildet ist, dass das Verhältnis T/t zwischen einschließlich 10 und 100 000 und vorzugsweise über 1 000 beträgt.
Vorrichtung (1a–c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit so ausgebildet ist, dass die Intensität I in dem Magnetelement ein Magnetfeld erzeugt, welches zwischen einschließlich 0,05 Tesla und 10 Tesla, und vorzugsweise über 2 Tesla beträgt.
Vorrichtung (1a–c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit Einrichtungen zur Regelung von mindestens einem der Impulsparameter aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt werden, welche die Zeitdauer t, die Frequenz T, die Intensität I umfasst.
Vorrichtung (1a–c) nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit Zeitsteuerungseinrichtungen aufweist, die angeordnet sind, um das Zeitintervall zu bestimmen, welches seit der Schaltung und/oder dem vorangegangenen elektrischen Impuls (9a–c) abgelaufen ist, wobei das Zeitintervall mindestens einen Schalt- und/oder Impulsparameter bestimmt.
Vorrichtung (1a–c) nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit Einrichtungen zur Regelung des zuvor festgelegten Schalt- und/oder Impulsparameters aufweist.
Vorrichtung (1a–c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungseinrichtungen mindestens ein „Misch"-Tauschelement (78) aufweisen, welches angeordnet ist, um die Kalorien und die Kälte zu übertragen.
Vorrichtung (1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei magnetokalorische Elemente (4b, 4a) aufweist, die in Reihe, parallel oder gemäß einer reihenparallelen Kombination miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1b) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetokalorischen Elemente (4a, 4b) unterschiedliche magnetokalorische Merkmale aufweisen.
Vorrichtung (1b) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Elektromagnete (2b, 2c), die jeweils mit einem magnetokalorischen Element (4b, 4a) verbunden sind, und mindestens zwei Stromversorgungen (3b, 3c) aufweist, die zur getrennten elektrischen Versorgung der Elektromagnete (2b, 2c) angeordnet sind.
Vorrichtung (1a–c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des Magnetelementes (2a–c) aus einem Magnetwerkstoff mit starker Remanenz hergestellt ist.
Vorrichtung (1a–c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (2a–c) und das magnetokalorische Element (4a–c) im Verhältnis zueinander befestigt sind.
Verfahren zur Erzeugung von Megakalorien aus magnetokalorischem Werkstoff, während dem mindestens ein Element aus magnetokalorischem Werkstoff (4a–c) mindestens einem Elektromagneten (2a–c) ausgesetzt wird, der durch elektrische Impulse so versorgt wird, dass ein Impulsmagnetfeld erzeugt wird, um Kalorien und Kälte zu erzeugen, wobei mindestens ein Teil der Kalorien und/oder der Kälte zurückgewonnen wird, die durch das magnetokalorische Element (4a–c) erzeugt wurden, und zwar mittels eines Wärmeübertragungsfluids, wovon in wenigstens einem verfügbaren Kreislauf (5) eine Zirkulation erzeugt wird, und zwar in mindestens einem Teil in der unmittelbaren Umgebung des magnetokalorischen Elementes (4a–c), wobei mindestens ein Teil der Wärme und/oder der Kälte mittels mindestens einem Wärmetauscher (7, 8, 78) übertragen wird, wobei die elektrischen Impulse (9a–c) der Intensität I, der Zeitdauer t und zu einer Frequenz T in Abhängigkeit von mindestens einem zuvor festgelegten Impulsparameter ausgelöst werden, wobei die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids bestimmt wird, und diese Temperatur des Fluids als Impulsparameter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wärmetauscher verwendet werden, die in Reihe, parallel oder gemäß einer reihenpa rallelen Kombination mit dem Kreislauf (7, 8) verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmetauscher (7) zur Übertragung der Kalorien und mindestens ein Kältetauscher (8) zur Übertragung der Kälte verwendet wird, der in Abhängigkeit von mindestens einem zuvor festgelegten Schaltparameter wechselweise mit dem magnetokalorischen Element (4a–c) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dass mindestens einer der Impulsparameter, die aus der Gruppe ausgewählt werden, welche die Frequenz T umfasst, so geregelt wird, dass er zwischen einschließlich 60 Sekunden und 1/150tel Sekunde, und vorzugsweise unter 2 Sekunden beträgt, wobei das Verhältnis T/t zwischen einschließlich 10 und 100 000 und vorzugsweise über 1 000 beträgt, wobei die Intensität I so geregelt wird, dass sie in dem Magnetelement ein Magnetfeld erzeugt, welches zwischen einschließlich 0,05 Tesla und 10 Tesla, und vorzugsweise über 2 Tesla beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall bestimmt wird, welches seit der Schaltung und/oder dem vorangegangenen elektrischen Impuls (9a–c) abgelaufen ist, wobei das Zeitintervall als Schalt- und/oder Impulsparameter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei magnetokalorische Elemente (4b, 4c) verwendet werden, die unterschiedliche magnetokalorische Merkmale aufweisen, die in Reihe, parallel oder gemäß einer reihenparallelen Kombination miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektromagnete (2b, 2c) verwendet werden, die jeweils mit einem magnetokalorischen Element (4b, 4c) verbunden sind, und mindestens zwei Stromversorgungen (3b, 3c), und dass in den aufeinanderfolgenden Phasen ein erstes magnetokalorisches Element (4b) alleine, dann ein erstes magnetokalorisches Element (4b) und ein zweites magnetokalorisches Element (4c) gleichzeitig, und schließlich das zweite magnetokalorische Element (4c) alleine verwendet wird, um die magnetokalorischen Eigenschaften der ersten und zweiten magnetokalorischen Elemente (4b, 4c) zu kombinieren.