EP3740727A1 - Heat exchanger system - Google Patents

Heat exchanger system

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Publication number
EP3740727A1
EP3740727A1 EP19700040.9A EP19700040A EP3740727A1 EP 3740727 A1 EP3740727 A1 EP 3740727A1 EP 19700040 A EP19700040 A EP 19700040A EP 3740727 A1 EP3740727 A1 EP 3740727A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
elastocaloric
elements
heat
vibration transmitter
heat exchange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19700040.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Holger Wuest
Andreas Burghardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3740727A1 publication Critical patent/EP3740727A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/04Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes comprising shape memory alloys or bimetallic elements

Definitions

  • the invention relates to a system for heat exchange with a
  • the invention relates to a heat pump with such a system for
  • the elastocaloric effect describes an adiabatic temperature change of a material when the material is subjected to a mechanical force and deforms, for example.
  • the mechanical force or the deformation causes a transformation of the crystal structure, also called phase, in the material.
  • the phase transformation leads to an increase in the temperature of the material. If the released heat is dissipated, the temperature is lowered and the entropy decreases. If then the mechanical force is removed, in turn, a reverse phase transformation (reverse transformation) is caused, which leads to a lowering of the temperature of the material. When heat is applied to the material, entropy increases again.
  • the temperature is above the starting temperature.
  • the resulting heat can be dissipated, for example, to the environment and the material then decreases
  • elastocaloric materials Materials that show the elastocaloric effect are called elastocaloric materials.
  • elastocaloric materials are, for example, shape memory alloys which have superelasticity. Superelastic alloys are characterized by the fact that they return to their original shape even after strong deformation.
  • Superelastic shape memory alloys have two distinct phases (crystal structures): austenite is the room temperature stable phase and martensite is stable at lower temperatures. Mechanical deformation causes a phase transformation of austenite to martensite, which results in adiabatic temperature rise. The increased temperature can now be released into the environment in the form of heat, which leads to a decrease in entropy. When the elastocaloric material is relieved again, martensite-to-austenite is reconverted, accompanied by adiabatic temperature reduction.
  • Heat conducting element which is convex on both sides, arranged at a distance between two planar réelleleitmaschinen.
  • a elastocaloric element is stretched in the spaces between the planar heat conducting elements and the biconvex heat conducting element.
  • the elastocaloric elements are interconnected and can be moved together. In this case, they are arranged so that in each case a elastocaloric element is deformed by the biconvex heat conducting element, which causes a tensile stress on the convex outer side of the sheet and on the concave inner side a compressive stress. Only in the so-called neutral fiber no stress occurs.
  • the other elastocaloric element owing to its superelasticity, reforms back into its planar original shape and comes into contact with the planar heat-conducting elements in a planar manner.
  • heat is transported from the planar heat conducting elements to the biconvex heat conducting element.
  • the heat is typically provided by a heat transfer agent, e.g. B. a coolant, which is in contact with the heat-conducting elements, transported away from the heat-conducting or promoted towards these.
  • a compressor or a pump is usually used for conveying the heat transport medium. During operation, this delivery component generates
  • a system for heat exchange comprises a per se known heat exchange device comprising elastocaloric elements of elastocaloric material.
  • the heat exchange device is arranged to move the elastocaloric elements.
  • the movement of the elastocaloric elements deforms them. Triggered by the deformation, the elastocaloric effect occurs in the elastocaloric material, which leads to a heating of the elastocaloric elements.
  • the elastocaloric elements move back, the elastocaloric cools
  • This vibrating unit is z. B. a compressor or a pump for conveying a heat transport medium, for. As a coolant or the like.
  • a vibrating aggregate is already present in connection with the heat exchanging device to transfer the heat converted by the elastocaloric effect from the device to the heat exchanger
  • the oscillating unit generates mechanical vibrations during its operation.
  • a vibration transmitter is provided, which is arranged between the oscillating unit and the device for heat exchange.
  • the vibration transmitter is set up, the vibrations of the
  • the vibration transmitter the vibration alone to the elastocaloric elements, only to the heat conducting elements or both to the elastokalorischen elements and transferred to the heat-conducting elements, which leads in each case to the above-described movements of said components.
  • the vibration transmitter allows the
  • elastocaloric elements are dispensed with.
  • the vibration transmitter transmits primarily vibrations whose deflection points in the direction of movement of the elastocaloric elements or the heating elements. Since the vibrating aggregate typically generates vibrations simultaneously in different or even all directions, provision may be made for the elastocaloric elements to be arranged around the vibrating aggregate in the different directions, in particular in all directions in which the vibrating aggregate generates vibrations.
  • the device for heat exchange may additionally comprise heat conducting elements.
  • Elements can attach the elastocaloric elements to the solid
  • Heat-conducting elements are moved to and / or away from these or both the elastocaloric elements and the heat-conducting elements are moved in the direction of the other and / or in opposite directions.
  • the elastocaloric elements come into contact with the heat-conducting elements and the elastocaloric elements are deformed.
  • the elastocaloric elements move back, the elastocaloric elements cool during recovery.
  • the vibration transmitter transmits the vibrations of the vibrating aggregate at least to the elastocaloric elements, so that the elastocaloric elements and the heat-conducting elements move toward one another and / or move away from one another. It can the
  • the vibration transmitter comprises mechanical transmission elements, such. B. spring elements or other mechanical transmission elements having a suitable stiffness. Via the mechanical transmission elements, the vibrations can be transmitted linearly to the elastocaloric element. This is particularly advantageous if the oscillations are regular, ie have a constant amplitude and a constant frequency. This is the case, for example, when the oscillating unit is stationary operated at an operating point.
  • irregular oscillations of the oscillating aggregate whose amplitude and / or frequency vary, can be utilized for the device for heat exchange.
  • Vibration transmitter be configured to convert the frequency of the mechanical vibrations of the vibrating unit in a suitable frequency for the operation of the device for heat exchange.
  • the frequency may preferably be in a resonant frequency of the device for
  • Heat exchange are converted, with a particularly high efficiency can be achieved.
  • measures are presented with which from the irregular vibrations of the oscillating unit of the intended travel and the intended force can be achieved and the frequency of the vibrations are converted into a suitable for the operation of the device for heat exchange frequency.
  • the vibration transmitter may be a Stellwegbegrenzer, z. B. one
  • Stop comprise, which limits the deflection of the vibrations to the intended for the operation of the device for heat exchange travel. As a result, always the same travel can be achieved with irregular vibrations.
  • vibration transmitter a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the vibration transmitter, a damping element, for. B
  • sensors may be provided which perform measurements on the oscillating unit and / or on the vibration transmitter.
  • the measurements can be used to set or optionally control the operation of the heat exchange system for these parameters.
  • the cycles in which the heat transport medium is conveyed may be adjusted or optionally regulated in synchronism with the vibrations transmitted from the vibrating aggregate and transmitted from the vibration transmitter, and optionally altered.
  • the vibration transmitter can comprise means for changing a pressure within the vibration transmitter, ie in particular a pump, with which the irregular vibrations can be used to build up a negative pressure or to build up an overpressure.
  • the structure of the negative pressure or the overpressure can take place step by step, each vibration individually contributing to the build-up of the negative pressure or the overpressure and, for example via a valve and / or a
  • Overpressure can then act on a linearly movable transmission element which is connected to the elastocaloric elements.
  • a linearly movable transmission element which is connected to the elastocaloric elements.
  • the transmission element Under negative pressure, the transmission element can move into a volume in which the negative pressure is built up, and in the case of overpressure, move out of a volume in which the overpressure is built up.
  • the transfer element transfers its pressure-induced movement to the elastocaloric elements.
  • the pressure is reduced in a controlled manner via a relief valve. This allows the elastocaloric elements to return to their original shape.
  • the sequence between building up and reducing the pressure can be performed cyclically and optionally controlled by means of a pressure sensor and / or the above-mentioned sensors.
  • the vibration transmitter may include means for converting the vibrations into electrical work.
  • the oscillation can be transmitted to a permanent magnet enclosed by a coil, which then makes periodic movements into and out of the coil.
  • the electrical work can take the form of electrical energy in one
  • the vibration transmitter may comprise at least one actuator, which then converts the electrical work into a movement of the elastocaloric elements.
  • the heat pump can be used, for example, in refrigerators / freezers, in the temperature management of Li-ion batteries and solid-state batteries, as well as for heating or cooling the interior of vehicles, etc., to name just a few examples.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of the system according to the invention for heat exchange.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a first embodiment of a vibration transmitter from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of the vibration transmitter from FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a third embodiment of the vibration transmitter from FIG. 1.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a fourth embodiment of the vibration transmitter from FIG. 1.
  • the heat exchange device 1 comprises elastocaloric elements 11 of elastocaloric material and
  • Heat conducting 12 moves away.
  • the heat-conducting elements 12 can be moved and the elastocaloric elements 11 remain fixed or both the elastocaloric elements 11 and the heat-conducting elements 12 are moved.
  • the system for heat exchange also has a vibrating unit 2, such as a compressor or a pump for delivering a
  • Heat transport means 21 which generates mechanical vibrations.
  • the oscillating unit 2 when operated stationarily in one operating point, regular oscillations with a constant amplitude and frequency and on the other hand irregular oscillations whose amplitude and frequency vary can be generated.
  • a vibration transmitter 3 can be arranged between the oscillating unit 2 and the device 1 for heat exchange.
  • the vibration transmitter 3 is adapted to transmit the mechanical vibrations of the vibrating aggregate 2 to the elastocaloric elements 11 and / or the heat-conducting elements 12 of the heat exchange device 1, so that the elastocaloric elements 11 and the heat-conducting elements 12 cyclically move towards and away from each other ,
  • the vibration transmitter 3, which is formed in the same manner transmits the vibration alone to the
  • the vibration transmitter 3 can transmit the vibrations alternatively or additionally to the heat conducting elements 12, so that they move. The construction and the function of the vibration transmitter will be explained in detail in connection with the further FIGS. 2 to 4.
  • sensors 4 are provided, which are the frequency of the mechanical vibrations of the oscillating unit 2, a transmitted from the vibrating unit 2 force, one of elastocaloric
  • Measure elements 11 applied strain and / or a travel. Their arrangement and the function are also explained in connection with the further figures 2 to 4.
  • An electronic computing device 5 is connected to the
  • Vibration transmitter 3 and the sensors 4 and connected to the oscillating unit 2 and regulates the system for heat exchange by means of the measured variables from the sensors 4.
  • the cycles in which the heat transporting means 21 is conveyed are synchronous with the Vibrations emitted by the vibrating aggregate 2 and by the
  • Vibration transmitter 3 were transmitted, set.
  • FIGS. 2 to 5 show three embodiments of the vibration transmitter 3. Identical reference symbols indicate identical components, these will only be explained in detail once. In these embodiments, the
  • Heat conducting 12 fixed and the elastocaloric elements 11 are moved.
  • the vibration transmitter is formed in the same way, the elastocaloric elements 11 are fixed and the heat conducting elements 12 are moved.
  • Elastokalorische elements 11 or all elastocaloric elements 11 of the device for heat exchange apply.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the vibration transmitter 3, which has a mechanical transmission element in the form of a spring element 300.
  • This embodiment is particularly well suited if the oscillating unit 2 generates regular oscillations with the same amplitude and the same frequency.
  • the spring element 300 is selected according to the requirements of the device 1 for heat transport and the parameters of the regular oscillation. An additional control within the Schwingungsüber mecanics 3 is not necessary for this case.
  • the deflected in the direction of the spring element 300 mechanical vibrations of the
  • oscillating unit 2 are received by the spring element 300 and transmitted from this linearly to a transmission element 301.
  • Spring element 300 additionally serves as a damping element for damping the forces that occur during the transmission of the vibration.
  • a first sensor 41 is provided which measures the force transmitted to the spring element 300 and the frequency of the transmitted vibrations.
  • the transmission element 301 is in communication with the elastocaloric element 11. In a deflection of the spring element 300, the movement by means of the
  • a stop 302 for the spring element 300 which limits the deflection of the spring element 300 to a designated travel. If the spring element 300 expands due to the oscillation, the elastocaloric element will expand Element 11 is moved by the intended travel in the direction of a heat conducting element 12, not shown here, and comes into contact therewith. As the spring member 300 contracts, the elastocaloric member 11 is moved in the opposite direction. The travel of the
  • Movement of the elastocaloric element 11 and / or the deformation of the elastocaloric element 11 are measured by a second sensor 42.
  • Figures 3 and 4 show a second and a third embodiment of the Schwingungsübernems 3, each having a pump 310, with which the pressure p in a pressure cylinder 311 can be changed.
  • Embodiments are particularly well suited when the vibrating aggregate 2 generates irregular vibrations of varying amplitude and frequency.
  • the pump 310 is by the mechanical vibrations of the
  • oscillating unit 2 operates and generates step by step a suppression in the pressure cylinder 311.
  • a check valve 312 is provided to control the change of the pressure p. In other words, any small vibration (in the proper direction to operate the pump) will result in a decrease in pressure p, which will eventually add up to a desired negative pressure.
  • the pressure p in the pressure cylinder is measured by means of a pressure sensor 41. From a predetermined suppression, a linearly movable transmission element 313, which is connected to the elastocaloric element 11, in the
  • Pressure cylinder 311 pulled in, so that the elastocaloric element 11 is moved to the heat conducting member 12 and comes into contact therewith.
  • an overpressure is generated in the pressure cylinder 311 instead of the negative pressure.
  • the overpressure is the
  • Transmission member 313 moves out of the printing cylinder 311 addition. Again, the elastocaloric element 11 is moved to the heat conducting element 12 and comes into contact with this. Via a relief valve 314 am
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the vibration transmitter 3, which has a coil 320 and a permanent magnet 321, which convert the vibrations into electrical work, and an actuator 323.
  • Embodiment is also particularly well suited when the oscillating unit 2 generates irregular vibrations of varying amplitude and different frequency.
  • Voltage measuring device 44 is measured. A resulting from the induced voltage electrical energy is in an energy storage 322, z. B. in a battery stored. Accordingly, the energy storage 322 is also charged by small vibrations that move the permanent magnet 321 only over a short distance. The electrical energy from the energy storage
  • Transmission element 324 which is connected to the elastocaloric element 11, wherein the actuator 323 by means of the sensors 41, 42, 44 can be adjusted or regulated.
  • the actuator 323 moves the transfer member 324 so that the elastocaloric member 11 is cyclically moved toward and in contact with a heat conducting member 12, not shown, and subsequently moved in the opposite direction.

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Abstract

The invention relates to a heat exchanger system comprising a hear exchanger device (1), which has elastocaloric elements (11) made of elastocaloric material and is designed to move the elastocaloric elements (11), as a result of which said elements are deformed, so that an elastocaloric effect is achieved, and a vibrating unit (2), which generates mechanical vibrations. Additionally, a vibration transfer device (3) is provided which is arranged between the vibrating unit (2) and the heat exchanger device (1) and transfers the vibrations from the vibrating unit (2) into the elastocaloric elements (11) so that the elastocaloric elements (11) move.

Description

Beschreibung  description
Titel title
System zum Wärmetausch  System for heat exchange
Die Erfindung betrifft ein System zum Wärmetausch mit einem The invention relates to a system for heat exchange with a
Schwingungsüberträger unter Ausnutzung des elastokalorischen Effekts. Zudem betrifft die Erfindung eine Wärmepumpe mit solch einem System zum Vibration transmitter using the elastocaloric effect. In addition, the invention relates to a heat pump with such a system for
Wärmetausch. Heat exchange.
Stand der Technik State of the art
Der elastokalorische Effekt beschreibt eine adiabatische Temperaturänderung eines Materials, wenn das Material mit einer mechanischen Kraft beaufschlagt wird und sich beispielsweise verformt. Durch die mechanische Kraft bzw. die Verformung wird eine Umwandlung der Kristallstruktur, auch Phase genannt, in dem Material verursacht. Die Phasenumwandlung führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Materials. Wird die dabei freigesetzte Wärme abgeführt, erniedrigt sich die Temperatur und die Entropie nimmt ab. Wird dann die mechanische Kraft entfernt, wird wiederum eine umgekehrte Phasenumwandlung (Rückumwandlung) verursacht, die zu einer Absenkung der Temperatur des Materials führt. Wird dem Material dann wieder Wärme zugeführt nimmt die Entropie wieder zu. The elastocaloric effect describes an adiabatic temperature change of a material when the material is subjected to a mechanical force and deforms, for example. The mechanical force or the deformation causes a transformation of the crystal structure, also called phase, in the material. The phase transformation leads to an increase in the temperature of the material. If the released heat is dissipated, the temperature is lowered and the entropy decreases. If then the mechanical force is removed, in turn, a reverse phase transformation (reverse transformation) is caused, which leads to a lowering of the temperature of the material. When heat is applied to the material, entropy increases again.
Nach der annähernd adiabaten Phasenumwandlung liegt die Temperatur über der Ausgangstemperatur. Die dabei entstandene Wärme kann beispielsweise an die Umgebung abgeführt werden und das Material nimmt dann After the approximately adiabatic phase transformation, the temperature is above the starting temperature. The resulting heat can be dissipated, for example, to the environment and the material then decreases
Umgebungstemperatur an. Wird nun die Phasenrückumwandlung initiiert, indem die mechanische Kraft auf null reduziert wird, stellt sich eine niedrigere Ambient temperature. Now, if the phase-to-phase conversion is initiated by reducing the mechanical force to zero, the result is a lower one
Temperatur als die Ausgangstemperatur ein. Es können Temperaturdifferenzen zwischen maximaler Temperatur nach der Phasenumwandlung und minimaler Temperatur nach der Rückumwandlung (bei zuvor abgegebener Wärme) von bis zu 40°C erreicht werden. Materialien, an denen sich der elastokalorische Effekt nachweisen lässt, werden als elastokalorische Materialien bezeichnet. Solche elastokalorischen Materialien sind beispielsweise Formgedächtnislegierungen, die Superelastizität besitzen. Superelastische Legierungen zeichnen aus, dass diese auch nach starker Verformung von selbst wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Temperature as the starting temperature. Temperature differences can be achieved between maximum temperature after the phase transformation and minimum temperature after the back conversion (at previous heat release) of up to 40 ° C. Materials that show the elastocaloric effect are called elastocaloric materials. Such elastocaloric materials are, for example, shape memory alloys which have superelasticity. Superelastic alloys are characterized by the fact that they return to their original shape even after strong deformation.
Superelastische Formgedächtnislegierungen weisen zwei unterschiedliche Phasen (Kristallstrukturen) auf: Austenit ist die bei Raumtemperatur stabile Phase und Martensit ist bei niedrigeren Temperaturen stabil. Eine mechanische Verformung verursacht eine Phasenumwandlung von Austenit zu Martensit, die einen adiabatischen Temperaturanstieg zur Folge hat. Die erhöhte Temperatur kann nun in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben werden, was zu einer Abnahme der Entropie führt. Wird das elastokalorische Material wieder entlastet, erfolgt eine Rückumwandlung von Martensit zu Austenit und damit einhergehend eine adiabatische Temperaturabsenkung. Superelastic shape memory alloys have two distinct phases (crystal structures): austenite is the room temperature stable phase and martensite is stable at lower temperatures. Mechanical deformation causes a phase transformation of austenite to martensite, which results in adiabatic temperature rise. The increased temperature can now be released into the environment in the form of heat, which leads to a decrease in entropy. When the elastocaloric material is relieved again, martensite-to-austenite is reconverted, accompanied by adiabatic temperature reduction.
Im Folgenden sind zwei typische Vorrichtungen zum Wärmetausch beschrieben: Bei einer Anordnung ist ein bikonvexes Wärmeleitelement, d.h. ein In the following, two typical devices for heat exchange are described: In one arrangement, a biconvex heat conducting element, i. on
Wärmeleitelement das beidseitig konvex ist, mit Abstand zwischen zwei planaren Wärmeleitelementen angeordnet. Jeweils ein elastokalorisches Element ist in den Zwischenräumen zwischen den planaren Wärmeleitelementen und dem bikonvexen Wärmeleitelement gespannt. Die elastokalorischen Elemente sind miteinander verbunden und können zusammen bewegt werden. Dabei sind sie so angeordnet, dass jeweils ein elastokalorisches Element durch das bikonvexe Wärmeleitelement verformt wird, was auf der konvexen Außenseite des Blechs eine Zugbeanspruchung verursacht und auf der konkaven Innenseite eine Druckbeanspruchung. Einzig in der sogenannten neutralen Faser tritt keine Beanspruchung auf. Gleichzeitig formt sich das andere elastokalorische Element durch seine Superelastizität wieder in seine planare Ursprungsform zurück und tritt flächig mit dem planaren Wärmeleitelemente in Kontakt. Sollte die Heat conducting element which is convex on both sides, arranged at a distance between two planar Wärmeleitelementen. In each case a elastocaloric element is stretched in the spaces between the planar heat conducting elements and the biconvex heat conducting element. The elastocaloric elements are interconnected and can be moved together. In this case, they are arranged so that in each case a elastocaloric element is deformed by the biconvex heat conducting element, which causes a tensile stress on the convex outer side of the sheet and on the concave inner side a compressive stress. Only in the so-called neutral fiber no stress occurs. At the same time, the other elastocaloric element, owing to its superelasticity, reforms back into its planar original shape and comes into contact with the planar heat-conducting elements in a planar manner. Should the
Rückverformung in die Ursprungsform unvollständig sein erfolgt bei Kontakt mit dem planaren Wärmeleitelement restliche Rückverformung. Durch diese Reverting to the original shape is incomplete upon contact with the planar heat-conducting element residual reshaping. Through this
Anordnung wird Wärme von den planaren Wärmeleitelementen zum bikonvexen Wärmeleitelement transportiert. Die Wärme wird typischerweise durch ein Wärmetransportmittel, z. B. ein Kühlmittel, welches in Kontakt mit den Wärmeleitelementen steht, von den Wärmeleitelementen abtransportiert oder zu diesen hin gefördert. Zum Fördern des Wärmetransportmittels wird üblicherweise ein Kompressor oder eine Pumpe verwendet. Während des Betriebs erzeugt diese Förderkomponente Arrangement, heat is transported from the planar heat conducting elements to the biconvex heat conducting element. The heat is typically provided by a heat transfer agent, e.g. B. a coolant, which is in contact with the heat-conducting elements, transported away from the heat-conducting or promoted towards these. For conveying the heat transport medium, a compressor or a pump is usually used. During operation, this delivery component generates
mechanische Schwingungen. In diesem Dokument werden Komponenten, die mechanische Schwingungen erzeugen als schwingende Aggregate bezeichnet. mechanical vibrations. In this document, components that generate mechanical vibrations are called vibrating aggregates.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es wird ein System zum Wärmetausch vorgeschlagen. Das System umfasst eine an sich bekannte Vorrichtung zum Wärmetausch, die elastokalorische Elemente aus elastokalorischem Material aufweist. Die Vorrichtung zum Wärmetausch ist eingerichtet, die elastokalorischen Elemente zu bewegen. Durch die Bewegung der elastokalorischen Elemente werden diese verformt. Ausgelöst durch die Verformung, tritt der elastokalorische Effekt im elastokalorischen Material auf, der zu einer Erwärmung der elastokalorischen Elemente führt. Bewegen sich die elastokalorischen Elemente wieder zurück, kühlen die elastokalorischen A system for heat exchange is proposed. The system comprises a per se known heat exchange device comprising elastocaloric elements of elastocaloric material. The heat exchange device is arranged to move the elastocaloric elements. The movement of the elastocaloric elements deforms them. Triggered by the deformation, the elastocaloric effect occurs in the elastocaloric material, which leads to a heating of the elastocaloric elements. When the elastocaloric elements move back, the elastocaloric cools
Elemente bei der Rückformung ab. Elements during recovery from.
Zudem weist das vorgeschlagene System zum Wärmetausch ein schwingendes Aggregat auf. Dieses schwingende Aggregat ist z. B. ein Kompressor oder eine Pumpe zum Fördern eines Wärmetransportmittels, z. B. eines Kühlmittels oder ähnlichem. Typischerweise ist ein schwingendes Aggregat in Zusammenhang mit der Vorrichtung zum Wärmetausch bereits vorhanden, um die durch den elastokalorischen Effekt umgewandelte Wärme von der Vorrichtung zum In addition, the proposed system for heat exchange on a vibrating unit. This vibrating unit is z. B. a compressor or a pump for conveying a heat transport medium, for. As a coolant or the like. Typically, a vibrating aggregate is already present in connection with the heat exchanging device to transfer the heat converted by the elastocaloric effect from the device to the heat exchanger
Wärmetausch abzuführen. Das schwingende Aggregat erzeugt bei seinem Betrieb mechanische Schwingungen. Dissipate heat exchange. The oscillating unit generates mechanical vibrations during its operation.
Darüber hinaus ist ein Schwingungsüberträger vorgesehen, der zwischen dem schwingenden Aggregat und der Vorrichtung zum Wärmetausch angeordnet ist. Der Schwingungsüberträger ist eingerichtet, die Schwingungen des In addition, a vibration transmitter is provided, which is arranged between the oscillating unit and the device for heat exchange. The vibration transmitter is set up, the vibrations of the
schwingenden Aggregats an die elastokalorischen Elemente der Vorrichtung zum Wärmetausch zu übertragen, sodass sich die elastokalorischen Elemente bewegen. Dabei kann der Schwingungsüberträger die Schwingung allein an die elastokalorischen Elemente, allein an die Wärmeleitelemente oder sowohl an die elastokalorischen Elemente als auch an die Wärmeleitelemente übertragen, was jeweils zu den vorstehend bereits beschriebenen Bewegungen der besagten Komponenten führt. Der Schwingungsüberträger ermöglicht es die vibrating aggregate to the elastocaloric elements of the device for heat exchange, so that the elastocaloric elements move. In this case, the vibration transmitter, the vibration alone to the elastocaloric elements, only to the heat conducting elements or both to the elastokalorischen elements and transferred to the heat-conducting elements, which leads in each case to the above-described movements of said components. The vibration transmitter allows the
Schwingungen des typischerweise bereits vorhandenen schwingenden Vibrations of the typically existing oscillating
Aggregats in nutzbarer Form als Bewegung an die elastokalorischen Elemente weiterzugeben. Dadurch kann auf einen zusätzlichen Antrieb für die To pass on aggregates in usable form as movement to the elastocaloric elements. This can add an extra drive for the
elastokalorischen Elemente verzichtet werden. elastocaloric elements are dispensed with.
Der Schwingungsüberträger überträgt vornehmlich Schwingungen, deren Auslenkung in Richtung der Bewegung der elastokalorischen Elemente bzw. der Wärmelemente zeigt. Da das schwingende Aggregat typischerweise in verschiedene oder gar in alle Richtungen gleichzeitig Schwingungen erzeugt, kann vorgesehen sein, die elastokalorischen Elemente in den unterschiedlichen Richtungen, insbesondere in allen Richtungen in denen das schwingende Aggregat Schwingungen erzeugt, um das schwingende Aggregat herum anzuordnen. The vibration transmitter transmits primarily vibrations whose deflection points in the direction of movement of the elastocaloric elements or the heating elements. Since the vibrating aggregate typically generates vibrations simultaneously in different or even all directions, provision may be made for the elastocaloric elements to be arranged around the vibrating aggregate in the different directions, in particular in all directions in which the vibrating aggregate generates vibrations.
Gemäß einem Aspekt, kann die Vorrichtung zum Wärmetausch zusätzlich Wärmeleitelemente aufweisen. Bei der Bewegung der elastokalorischen According to one aspect, the device for heat exchange may additionally comprise heat conducting elements. In the movement of the elastocaloric
Elemente können die elastokalorischen Elemente auf die festen Elements can attach the elastocaloric elements to the solid
Wärmeleitelemente zu und/oder von diesen weg bewegt werden oder sowohl die elastokalorischen Elemente als auch die Wärmeleitelemente in Richtung des jeweils anderen und/oder in gegensätzliche Richtungen bewegt werden. Durch die Bewegung der elastokalorischen Elemente kommen die elastokalorischen Elemente mit den Wärmeleitelementen in Kontakt und die elastokalorischen Elemente werden verformt. Bewegen sich die elastokalorischen Elemente wieder zurück, kühlen die elastokalorischen Elemente bei der Rückformung ab. Heat-conducting elements are moved to and / or away from these or both the elastocaloric elements and the heat-conducting elements are moved in the direction of the other and / or in opposite directions. As a result of the movement of the elastocaloric elements, the elastocaloric elements come into contact with the heat-conducting elements and the elastocaloric elements are deformed. When the elastocaloric elements move back, the elastocaloric elements cool during recovery.
Außerdem überträgt der Schwingungsüberträger die Schwingungen des schwingenden Aggregats zumindest an die elastokalorischen Elemente, sodass sich die elastokalorischen Elemente und die Wärmeleitelemente aufeinander zu bewegen und/oder voneinander weg bewegen. Dabei kann der In addition, the vibration transmitter transmits the vibrations of the vibrating aggregate at least to the elastocaloric elements, so that the elastocaloric elements and the heat-conducting elements move toward one another and / or move away from one another. It can the
Schwingungsüberträger die Schwingung allein an die elastokalorischen Elemente oder sowohl an die elastokalorischen Elemente als auch an die Vibration transmitter vibration only to the elastocaloric elements or both to the elastocaloric elements and to the
Wärmeleitelemente übertragen, was jeweils zu den vorstehend bereits beschriebenen Bewegungen der besagten Komponenten führt. Gemäß einem Aspekt umfasst der Schwingungsüberträger mechanische Übertragungselemente, wie z. B. Federelemente oder andere mechanische Übertragungselemente, die eine geeignete Steifigkeit aufweisen. Über die mechanischen Übertragungselemente können die Schwingungen linear an das elastokalorische Element übertragen werden. Dies ist besonders vorteilhaft wenn die Schwingungen regelmäßig sind, d.h. eine konstante Amplitude und eine konstante Frequenz aufweisen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das schwingende Aggregat stationär in einem Arbeitspunkt betrieben wird. Transfer thermal conduction, which leads to each of the already described above movements of said components. According to one aspect, the vibration transmitter comprises mechanical transmission elements, such. B. spring elements or other mechanical transmission elements having a suitable stiffness. Via the mechanical transmission elements, the vibrations can be transmitted linearly to the elastocaloric element. This is particularly advantageous if the oscillations are regular, ie have a constant amplitude and a constant frequency. This is the case, for example, when the oscillating unit is stationary operated at an operating point.
Darüber hinaus können auch unregelmäßige Schwingungen des schwingenden Aggregats, deren Amplitude und/oder Frequenz variieren, für die Vorrichtung zum Wärmetausch nutzbar gemacht werden. Für den Betrieb der In addition, irregular oscillations of the oscillating aggregate, whose amplitude and / or frequency vary, can be utilized for the device for heat exchange. For the operation of the
elastokalorischen Elemente sind ein vorgesehener Stellweg und eine Elastokalorischen elements are an intended travel and a
vorgesehene übertragene Kraft einzuhalten. Zudem kann der to comply with the proposed transmitted force. In addition, the
Schwingungsüberträger eingerichtet sein, die Frequenz der mechanischen Schwingungen des schwingenden Aggregats in eine für den Betrieb der Vorrichtung zum Wärmetausch geeignete Frequenz umzuwandeln. Dabei kann die Frequenz bevorzugt in eine Resonanzfrequenz der Vorrichtung zum Vibration transmitter be configured to convert the frequency of the mechanical vibrations of the vibrating unit in a suitable frequency for the operation of the device for heat exchange. The frequency may preferably be in a resonant frequency of the device for
Wärmetausch umgewandelt werden, mit der eine besonders hohe Effektivität erreicht werden kann. Im Folgenden werden Maßnahmen vorgestellt, mit denen aus den unregelmäßigen Schwingungen des schwingenden Aggregats der vorgesehene Stellweg und die vorgesehene Kraft erreicht werden können und die Frequenz der Schwingungen in eine für den Betrieb der Vorrichtung zum Wärmetausch geeignete Frequenz umgewandelt werden. Heat exchange are converted, with a particularly high efficiency can be achieved. In the following, measures are presented with which from the irregular vibrations of the oscillating unit of the intended travel and the intended force can be achieved and the frequency of the vibrations are converted into a suitable for the operation of the device for heat exchange frequency.
Der Schwingungsüberträger kann einen Stellwegbegrenzer, z. B. einen The vibration transmitter may be a Stellwegbegrenzer, z. B. one
Anschlag, umfassen, der die Auslenkung der Schwingungen auf den für den Betrieb der Vorrichtung zum Wärmetausch vorgesehenen Stellweg begrenzt. Dadurch kann auch mit unregelmäßigen Schwingungen der immer gleiche Stellweg erreicht werden. Stop, comprise, which limits the deflection of the vibrations to the intended for the operation of the device for heat exchange travel. As a result, always the same travel can be achieved with irregular vibrations.
Zudem kann der Schwingungsüberträger ein Dämpfungselement, z. B. eine Feder oder ein Hydraulikelement umfassen, um die Kräfte, die bei der In addition, the vibration transmitter, a damping element, for. B. include a spring or a hydraulic element to the forces in the
Übertragung der Schwingung entstehen und die aufgrund von unregelmäßigen Amplituden der Schwingungen unterschiedlich stark auftreten können, zu dämpfen. Dadurch können unterschiedlich ausgeprägte Verformungen der elastokalorischen Elemente verhindert werden. Transmission of the vibration occur and which can occur to different degrees due to irregular amplitudes of the vibrations, too dampen. As a result, different pronounced deformations of the elastocaloric elements can be prevented.
Vorzugsweise können Sensoren vorgesehen sein, welche am schwingenden Aggregat und/oder am Schwingungsüberträger Messungen durchführen. Preferably, sensors may be provided which perform measurements on the oscillating unit and / or on the vibration transmitter.
Nachfolgend sind beispielhafte Messungen aufgelistet, wobei einzelne, mehrere und/oder weitere Messungen, die hier nicht aufgelistet sind, ausgeführt werden können: Below are exemplary measurements listed, with individual, multiple and / or other measurements that are not listed here, can be performed:
- Eine Messung der Frequenz der mechanischen Schwingungen des A measurement of the frequency of the mechanical vibrations of the
schwingenden Aggregats;  oscillating aggregate;
- eine Messung der vom schwingenden Aggregat übertragenen Kraft; a measurement of the force transmitted by the vibrating aggregate;
- Eine Messung der an den elastokalorischen Elementen ausgeübten A measurement of the forces exerted on the elastocaloric elements
Verformung;  Deformation;
- Eine Messung des Stellwegs.  - A measurement of the travel.
Die Messungen können verwendet werden, um den Betrieb des Systems zum Wärmetausch auf diese Parameter einzustellen oder optional zu regeln. Zum Beispiel können die Zyklen, in denen das Wärmetransportmittel gefördert wird, synchron zu den Schwingungen, die vom schwingenden Aggregat ausgesandt und vom Schwingungsüberträger übertragen wurden - und dabei gegebenenfalls verändert wurden -, eingestellt oder optional geregelt werden. The measurements can be used to set or optionally control the operation of the heat exchange system for these parameters. For example, the cycles in which the heat transport medium is conveyed may be adjusted or optionally regulated in synchronism with the vibrations transmitted from the vibrating aggregate and transmitted from the vibration transmitter, and optionally altered.
Der Schwingungsüberträger kann Mittel zur Änderung eines Drucks innerhalb des Schwingungsüberträgers, also insbesondere eine Pumpe, umfassen, mit dem die unregelmäßigen Schwingungen zum Aufbau eines Unterdrucks oder zum Aufbau eines Überdrucks verwendet werden können. Der Aufbau des Unterdrucks bzw. des Überdrucks kann dabei schrittweise stattfinden, wobei jede Schwingung einzeln zum Aufbau des Unterdrucks bzw. des Überdrucks beitragen kann und beispielsweise über ein Ventil und/oder einen The vibration transmitter can comprise means for changing a pressure within the vibration transmitter, ie in particular a pump, with which the irregular vibrations can be used to build up a negative pressure or to build up an overpressure. The structure of the negative pressure or the overpressure can take place step by step, each vibration individually contributing to the build-up of the negative pressure or the overpressure and, for example via a valve and / or a
Stellwegbegrenzer gesteuert werden. Der aufgebaute Unterdrück bzw. Stellwegbegrenzer be controlled. The constructed oppression or
Überdruck kann dann auf ein linear bewegliches Übertragungselement wirken, das mit den elastokalorischen Elementen verbunden ist. Im Falle des  Overpressure can then act on a linearly movable transmission element which is connected to the elastocaloric elements. In the case of
Unterdrucks kann sich das Übertragungselement in ein Volumen, in dem der Unterdrück aufgebaut wird, hineinbewegen und im Falle des Überdrucks aus einem Volumen, in dem der Überdruck aufgebaut wird, hinausbewegen. Das Übertragungselement überträgt seine durch den Druck ausgelöste Bewegung auf die elastokalorischen Elemente. Durch die Vorgabe des Drucks kann die zum Betrieb der Vorrichtung zum Wärmetausch vorgesehene Kraft und die daraus resultierende Verformung der elastokalorischen Elemente und durch den schrittweisen Aufbau des Drucks die geeignete Frequenz realisiert werden. Under negative pressure, the transmission element can move into a volume in which the negative pressure is built up, and in the case of overpressure, move out of a volume in which the overpressure is built up. The The transfer element transfers its pressure-induced movement to the elastocaloric elements. By presetting the pressure, the force provided for operating the device for heat exchange and the resulting deformation of the elastocaloric elements and by the stepwise build-up of the pressure the appropriate frequency can be realized.
Zudem kann vorgesehen sein, dass nachdem der gewünschte Druck aufgebaut wurde und dadurch die vorgesehene Kraft auf die elastokalorischen Elemente gewirkt hat, der Druck über ein Entspannungsventil kontrolliert abgebaut wird. Dadurch können die elastokalorischen Elemente wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Die Abfolge zwischen Aufbauen und Abbauen des Drucks kann zyklisch durchgeführt werden und optional mit Hilfe eines Drucksensors und/oder der obengenannten Sensoren geregelt werden. In addition, it can be provided that after the desired pressure has been built up and thus the intended force has acted on the elastocaloric elements, the pressure is reduced in a controlled manner via a relief valve. This allows the elastocaloric elements to return to their original shape. The sequence between building up and reducing the pressure can be performed cyclically and optionally controlled by means of a pressure sensor and / or the above-mentioned sensors.
Der Schwingungsüberträger kann Mittel zur Umwandlung der Schwingungen in elektrische Arbeit umfassen. Hierfür kann die Schwingung auf einen von einer Spule umschlossenen Permanentmagneten übertragen werden, der dann periodische Bewegungen in die Spule hinein und aus der Spule heraus ausführt. Die elektrische Arbeit kann in Form von elektrischer Energie in einem The vibration transmitter may include means for converting the vibrations into electrical work. For this purpose, the oscillation can be transmitted to a permanent magnet enclosed by a coil, which then makes periodic movements into and out of the coil. The electrical work can take the form of electrical energy in one
Energiespeicher, z. B. in einer Batterie, gespeichert werden. Zusätzlich kann der Schwingungsüberträger zumindest einen Aktor umfassen, welcher die elektrische Arbeit dann in eine Bewegung der elastokalorischen Elemente umwandelt. Energy storage, z. In a battery. In addition, the vibration transmitter may comprise at least one actuator, which then converts the electrical work into a movement of the elastocaloric elements.
Darüber hinaus wird eine Wärmepumpe vorgeschlagen, welche das In addition, a heat pump is proposed which the
obengenannte System zum Wärmeaustausch aufweist. Die obengenannten Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gelten auch für die Wärmepumpe. Durch das System zum Wärmeaustausch kann auf einen zusätzlichen Antrieb innerhalb der Wärmepumpe verzichtet werden, sodass diese kompakter und has the above-mentioned system for heat exchange. The above features and advantages of the device also apply to the heat pump. The system for heat exchange can be dispensed with an additional drive within the heat pump, so this more compact and
kostengünstiger realisiert werden kann. can be realized cheaper.
Die Wärmepumpe kann beispielsweise Einsatz bei Kühlschränken/-truhen, beim Temperaturmanagement von Li- Ionen- Batterien und Festkörperbatterien sowie zur Erwärmung bzw. Kühlung des Innenraums von Fahrzeugen usw. finden, um nur einige Beispiele zu nennen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen The heat pump can be used, for example, in refrigerators / freezers, in the temperature management of Li-ion batteries and solid-state batteries, as well as for heating or cooling the interior of vehicles, etc., to name just a few examples. Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems zum Wärmetausch. Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of the system according to the invention for heat exchange.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Schwingungsüberträgers aus Figur 1. FIG. 2 shows a schematic illustration of a first embodiment of a vibration transmitter from FIG. 1.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Schwingungsüberträgers aus Figur 1. FIG. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of the vibration transmitter from FIG. 1.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Schwingungsüberträgers aus Figur 1. FIG. 4 shows a schematic illustration of a third embodiment of the vibration transmitter from FIG. 1.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Schwingungsüberträgers aus Figur 1. FIG. 5 shows a schematic representation of a fourth embodiment of the vibration transmitter from FIG. 1.
Ausführungsbeispiele der Erfindung Embodiments of the invention
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Wärmetausch, welches eine Vorrichtung 1 zum Wärmetausch umfasst. Die Vorrichtung 1 zum Wärmetausch weist elastokalorische Elemente 11 aus elastokalorischem Material und 1 shows a schematic representation of an embodiment of the system according to the invention for heat exchange, which comprises a device 1 for heat exchange. The heat exchange device 1 comprises elastocaloric elements 11 of elastocaloric material and
Wärmeleitelemente 12 auf. In dieser Ausführungsform werden die Heat conducting 12 on. In this embodiment, the
elastokalorischen Elemente 11 zyklisch auf die festen Wärmeleitelemente 12 zu bewegt, wodurch die elastokalorischen Elemente 11 mit den elastocaloric elements 11 cyclically moved toward the solid heat conducting elements 12, whereby the elastocaloric elements 11 with the
Wärmeleitelementen 12 in Kontakt kommen und verformt werden, sodass ein elastokalorischer Effekt erzielt wird, und anschließend von den Wärmeleitelementen 12 come into contact and deformed, so that a elastocaloric effect is achieved, and then of the
Wärmeleitelementen 12 weg bewegt. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Wärmeleitelemente 12 bewegt werden und die elastokalorischen Elemente 11 fest bleiben oder sowohl die elastokalorischen Elemente 11 als auch die Wärmeleitelemente 12 bewegt werden. Das System zum Wärmetausch weist zudem ein schwingendes Aggregat 2, wie zum Beispiel einen Kompressor oder eine Pumpe zum Fördern eines Heat conducting 12 moves away. In further embodiments, the heat-conducting elements 12 can be moved and the elastocaloric elements 11 remain fixed or both the elastocaloric elements 11 and the heat-conducting elements 12 are moved. The system for heat exchange also has a vibrating unit 2, such as a compressor or a pump for delivering a
Wärmetransportmittels 21, auf, das mechanische Schwingungen erzeugt. Dabei können einerseits, wenn das schwingende Aggregat 2 stationär in einem Arbeitspunkt betrieben wird, regelmäßige Schwingungen mit konstanter Amplitude und Frequenz und andererseits unregelmäßige Schwingungen, deren Amplitude und Frequenz variieren, erzeugt werden. Heat transport means 21, which generates mechanical vibrations. In this case, on the one hand, when the oscillating unit 2 is operated stationarily in one operating point, regular oscillations with a constant amplitude and frequency and on the other hand irregular oscillations whose amplitude and frequency vary can be generated.
Erfindungsgemäß ist ein Schwingungsüberträger 3 zwischen dem schwingenden Aggregat 2 und der Vorrichtung 1 zum Wärmetausch angeordnet sein. Der Schwingungsüberträger 3 ist eingerichtet, die mechanischen Schwingungen des schwingenden Aggregats 2 an die elastokalorischen Elemente 11 oder/und die Wärmeleitelemente 12 der Vorrichtung 1 zum Wärmetausch zu übertragen, sodass sich die elastokalorischen Elemente 11 und die Wärmeleitelemente 12 zyklisch aufeinander zu bewegen und voneinander weg bewegen. In den folgenden Ausführungsformen überträgt der Schwingungsüberträger 3, der in gleicher Art und Weise ausgebildet ist, die Schwingung allein an die According to the invention, a vibration transmitter 3 can be arranged between the oscillating unit 2 and the device 1 for heat exchange. The vibration transmitter 3 is adapted to transmit the mechanical vibrations of the vibrating aggregate 2 to the elastocaloric elements 11 and / or the heat-conducting elements 12 of the heat exchange device 1, so that the elastocaloric elements 11 and the heat-conducting elements 12 cyclically move towards and away from each other , In the following embodiments, the vibration transmitter 3, which is formed in the same manner transmits the vibration alone to the
elastokalorischen Elemente 11, die sich dann auf die festen Wärmeleitelemente 12 zu bewegen, mit diesen in Kontakt treten, sich dabei verformen und im Anschluss von diesen weg bewegen. In weiteren Ausführungsformen kann der Schwingungsüberträger 3 die Schwingungen alternativ oder zusätzlich an die Wärmeleitelemente 12 übertragen, sodass diese sich bewegen. Der Aufbau und die Funktion des Schwingungsüberträgers werden detailliert in Zusammenhang mit den weiteren Figuren 2 bis 4 erläutert. Elastokalorischen elements 11, which then move on the solid Wärmeleitelemente 12, with these come into contact, thereby deform and move away from the latter. In further embodiments, the vibration transmitter 3 can transmit the vibrations alternatively or additionally to the heat conducting elements 12, so that they move. The construction and the function of the vibration transmitter will be explained in detail in connection with the further FIGS. 2 to 4.
Darüber hinaus sind Sensoren 4 vorgesehen, welche die Frequenz der mechanischen Schwingungen des schwingenden Aggregats 2, eine von dem schwingenden Aggregat 2 übertragene Kraft, eine an elastokalorischen In addition, sensors 4 are provided, which are the frequency of the mechanical vibrations of the oscillating unit 2, a transmitted from the vibrating unit 2 force, one of elastocaloric
Elementen 11 ausgeübte Dehnung und/oder einen Stellweg messen. Deren Anordnung und die Funktion sind ebenfalls in Zusammenhang mit den weiteren Figuren 2 bis 4 erläutert. Ein elektronisches Rechengerät 5 ist mit dem Measure elements 11 applied strain and / or a travel. Their arrangement and the function are also explained in connection with the further figures 2 to 4. An electronic computing device 5 is connected to the
Schwingungsüberträger 3 und den Sensoren 4 sowie mit dem schwingenden Aggregat 2 verbunden und regelt das System zum Wärmetausch mit Hilfe der von den Sensoren 4 gemessenen Größen. Zum Beispiel werden die Zyklen, in denen das Wärmetransportmittel 21 gefördert wird, synchron zu den Schwingungen, die vom schwingenden Aggregat 2 ausgesandt und vom Vibration transmitter 3 and the sensors 4 and connected to the oscillating unit 2 and regulates the system for heat exchange by means of the measured variables from the sensors 4. For example, the cycles in which the heat transporting means 21 is conveyed are synchronous with the Vibrations emitted by the vibrating aggregate 2 and by the
Schwingungsüberträger 3 übertragen wurden, eingestellt. Vibration transmitter 3 were transmitted, set.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen drei Ausführungsformen des Schwingungsüberträgers 3. Gleiche Bezugszeichen weisen auf gleiche Komponenten hin, diese werden nur einmal detailliert erläutert. In diesen Ausführungsformen sind die FIGS. 2 to 5 show three embodiments of the vibration transmitter 3. Identical reference symbols indicate identical components, these will only be explained in detail once. In these embodiments, the
Wärmeleitelemente 12 fest und die elastokalorischen Elemente 11 werden bewegt. In weiteren Ausführungsformen, deren Schwingungsüberträger in gleicher Art ausgebildet ist, sind die elastokalorischen Elemente 11 fest und die Wärmeleitelemente 12 werden bewegt. Zwar ist aus Darstellungsgründen in diesen Figuren nur ein elastokalorisches Element 11 dargestellt, die Heat conducting 12 fixed and the elastocaloric elements 11 are moved. In further embodiments, the vibration transmitter is formed in the same way, the elastocaloric elements 11 are fixed and the heat conducting elements 12 are moved. Although, for purposes of illustration in these figures, only one elastocaloric element 11 is shown, the
Beschreibung soll aber für ein elastokalorisches Element 11, mehrere Description should but for a Elastokalorisches element 11, several
elastokalorische Elemente 11 oder alle elastokalorischen Elemente 11 der Vorrichtung zum Wärmetausch gelten. Elastokalorische elements 11 or all elastocaloric elements 11 of the device for heat exchange apply.
Die Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Schwingungsüberträgers 3, der ein mechanisches Übertragungselement in Form eines Federelements 300 aufweist. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet, wenn das schwingende Aggregat 2 regelmäßige Schwingungen mit gleicher Amplitude und gleicher Frequenz erzeugt. Das Federelement 300 wird entsprechend den Anforderungen der Vorrichtung 1 zum Wärmetransport und den Parametern der regelmäßigen Schwingung gewählt. Eine zusätzliche Regelung innerhalb des Schwingungsüberträgers 3 ist für diesem Fall nicht nötig. Die in Richtung des Federelements 300 ausgelenkten mechanischen Schwingungen des FIG. 2 shows a first embodiment of the vibration transmitter 3, which has a mechanical transmission element in the form of a spring element 300. This embodiment is particularly well suited if the oscillating unit 2 generates regular oscillations with the same amplitude and the same frequency. The spring element 300 is selected according to the requirements of the device 1 for heat transport and the parameters of the regular oscillation. An additional control within the Schwingungsüberträgers 3 is not necessary for this case. The deflected in the direction of the spring element 300 mechanical vibrations of the
schwingenden Aggregats 2 werden vom Federelement 300 aufgenommen und von diesem linear an einen Übertragungselement 301 übertragen. Das oscillating unit 2 are received by the spring element 300 and transmitted from this linearly to a transmission element 301. The
Federelement 300 dient dabei zusätzlich als Dämpfungselement zur Dämpfung der Kräfte, die bei der Übertragung der Schwingung entstehen. Es ist ein erster Sensor 41 vorgesehen, der die an das Federelement 300 übertragene Kraft und die Frequenz der übertragenen Schwingungen misst. Das Übertragungselement 301 steht mit dem elastokalorischen Element 11 in Verbindung. Bei einer Auslenkung des Federelements 300 wird die Bewegung mittels dem Spring element 300 additionally serves as a damping element for damping the forces that occur during the transmission of the vibration. A first sensor 41 is provided which measures the force transmitted to the spring element 300 and the frequency of the transmitted vibrations. The transmission element 301 is in communication with the elastocaloric element 11. In a deflection of the spring element 300, the movement by means of the
Übertragungselement 301 an das elastokalorische Element 11 übertragen. Es ist ein Anschlag 302 für das Federelement 300 vorgesehen, der die Auslenkung des Federelements 300 auf einen vorgesehenen Stellweg begrenzt. Dehnt sich das Federelement 300 aufgrund der Schwingung aus, wird das elastokalorische Element 11 um den vorgesehenen Stellweg in Richtung eines hier nicht dargestellten Wärmeleitelements 12 bewegt und kommt mit diesem in Kontakt. Wenn sich das Federelement 300 zusammenzieht, wird das elastokalorische Element 11 in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Der Stellweg der Transfer element 301 transmitted to the elastocaloric element 11. There is provided a stop 302 for the spring element 300, which limits the deflection of the spring element 300 to a designated travel. If the spring element 300 expands due to the oscillation, the elastocaloric element will expand Element 11 is moved by the intended travel in the direction of a heat conducting element 12, not shown here, and comes into contact therewith. As the spring member 300 contracts, the elastocaloric member 11 is moved in the opposite direction. The travel of the
Bewegung des elastokalorischen Elements 11 und/oder die Verformung des elastokalorischen Elements 11 werden durch einen zweiten Sensor 42 gemessen. Movement of the elastocaloric element 11 and / or the deformation of the elastocaloric element 11 are measured by a second sensor 42.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine zweite und eine dritte Ausführungsform des Schwingungsüberträgers 3, der jeweils eine Pumpe 310 aufweist, mit welcher der Drucks p in einem Druckzylinder 311 geändert werden kann. Diese Figures 3 and 4 show a second and a third embodiment of the Schwingungsüberträgers 3, each having a pump 310, with which the pressure p in a pressure cylinder 311 can be changed. These
Ausführungsformen sind besonders gut geeignet, wenn das schwingende Aggregat 2 unregelmäßige Schwingungen mit variierender Amplitude und unterschiedlicher Frequenz erzeugt. Im zweiten Ausführungsbeispiel zur Figur 3 wird die Pumpe 310 wird durch die mechanischen Schwingungen des Embodiments are particularly well suited when the vibrating aggregate 2 generates irregular vibrations of varying amplitude and frequency. In the second embodiment of Figure 3, the pump 310 is by the mechanical vibrations of the
schwingenden Aggregats 2 betrieben und erzeugt schrittweise einen Unterdrück im Druckzylinder 311. Ein Rückschlagventil 312 ist vorgesehen, um die Änderung des Drucks p zu steuern. Mit anderen Worten führt jede kleine Schwingung (in die geeignete Richtung zum Betreiben der Pumpe) zu einer Abnahme des Drucks p, die aufsummiert schließlich einen gewünschten Unterdrück ergeben. Der Druck p im Druckzylinder wird mittels einem Drucksensor 41 gemessen. Ab einem vorgebbaren Unterdrück wird ein linear bewegliches Übertragungselement 313, das mit dem elastokalorischen Element 11 verbunden ist, in den oscillating unit 2 operates and generates step by step a suppression in the pressure cylinder 311. A check valve 312 is provided to control the change of the pressure p. In other words, any small vibration (in the proper direction to operate the pump) will result in a decrease in pressure p, which will eventually add up to a desired negative pressure. The pressure p in the pressure cylinder is measured by means of a pressure sensor 41. From a predetermined suppression, a linearly movable transmission element 313, which is connected to the elastocaloric element 11, in the
Druckzylinder 311 hineingezogen, sodass das elastokalorische Element 11 auf das Wärmeleitelement 12 zu bewegt wird und mit diesem in Kontakt kommt. In einem dritten Ausführungsbeispiel in Figur 4 wird anstelle des Unterdrucks ein Überdruck im Druckzylinder 311 erzeugt. Durch den Überdruck wird das Pressure cylinder 311 pulled in, so that the elastocaloric element 11 is moved to the heat conducting member 12 and comes into contact therewith. In a third exemplary embodiment in FIG. 4, an overpressure is generated in the pressure cylinder 311 instead of the negative pressure. The overpressure is the
Übertragungselement 313 aus dem Druckzylinder 311 hinaus bewegt. Auch hier wird das elastokalorische Element 11 auf das Wärmeleitelement 12 zu bewegt und kommt mit diesem in Kontakt. Über ein Entspannungsventil 314 am Transmission member 313 moves out of the printing cylinder 311 addition. Again, the elastocaloric element 11 is moved to the heat conducting element 12 and comes into contact with this. Via a relief valve 314 am
Druckzylinder 311 wird der Druck p im Druckzylinder 311 im Anschluss wieder ausgeglichen und das Übertragungselement 313 bewegt sich wieder in seine Ausgangslage zurück. In beiden Ausführungsformen können die Pumpe 310 und das Entspannungsventil 314 mittels des gemessen Drucks eingestellt oder geregelt werden. Figur 5 zeigt eine vierte Ausführungsform des Schwingungsüberträgers 3, der eine Spule 320 und einen Permanentmagneten 321, welche die Schwingungen in elektrische Arbeit umwandeln, sowie einen Aktor 323 aufweist. Diese Pressure cylinder 311, the pressure p in the pressure cylinder 311 is subsequently compensated again and the transmission element 313 moves back to its original position. In both embodiments, the pump 310 and the expansion valve 314 may be adjusted or regulated by means of the measured pressure. FIG. 5 shows a fourth embodiment of the vibration transmitter 3, which has a coil 320 and a permanent magnet 321, which convert the vibrations into electrical work, and an actuator 323. These
Ausführungsform ist ebenfalls besonders gut geeignet, wenn das schwingende Aggregat 2 unregelmäßige Schwingungen mit variierender Amplitude und unterschiedlicher Frequenz erzeugt. Die in Richtung des PermanentmagnetenEmbodiment is also particularly well suited when the oscillating unit 2 generates irregular vibrations of varying amplitude and different frequency. The in the direction of the permanent magnet
321 ausgelenkten mechanischen Schwingungen des schwingenden Aggregats 2 werden an den Permanentmagneten 321 weitergegeben, der sich dann in das Innere der Spule 320 bewegt und/oder aus dieser heraus bewegt. Durch den sich ändernden magnetischen Fluss wird eine Spannung induziert, die von einem321 deflected mechanical vibrations of the oscillating unit 2 are passed to the permanent magnet 321, which then moves into the interior of the coil 320 and / or moved out of this. Due to the changing magnetic flux, a voltage is induced by a
Spannungsmessgerät 44 gemessen wird. Eine aus der induzierten Spannung resultierende elektrische Energie wird in einem Energiespeicher 322, z. B. in einer Batterie, gespeichert. Demnach wird der Energiespeicher 322 auch durch kleine Schwingungen, die den Permanentmagneten 321 nur über eine kurze Strecke bewegen, aufgeladen. Die elektrische Energie aus dem EnergiespeicherVoltage measuring device 44 is measured. A resulting from the induced voltage electrical energy is in an energy storage 322, z. B. in a battery stored. Accordingly, the energy storage 322 is also charged by small vibrations that move the permanent magnet 321 only over a short distance. The electrical energy from the energy storage
322 wird verwendet, um einen Aktor 323 zu betreiben, welcher ein 322 is used to operate an actuator 323, which is a
Übertragungselement 324 umfasst, das mit dem elastokalorischen Element 11 verbunden ist, wobei der Aktor 323 mit Hilfe der Sensoren 41, 42, 44 eingestellt oder geregelt werden kann. Der Aktor 323 bewegt das Übertragungselement 324, sodass das elastokalorische Element 11 zyklisch in Richtung eines nicht dargestellten Wärmeleitelement 12 bewegt wird und mit diesem in Kontakt kommt und im Anschluss in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird. Transmission element 324 which is connected to the elastocaloric element 11, wherein the actuator 323 by means of the sensors 41, 42, 44 can be adjusted or regulated. The actuator 323 moves the transfer member 324 so that the elastocaloric member 11 is cyclically moved toward and in contact with a heat conducting member 12, not shown, and subsequently moved in the opposite direction.

Claims

Ansprüche claims
1. System zum Wärmetausch umfassend: 1. system for heat exchange comprising:
eine Vorrichtung (1) zum Wärmetausch, die elastokalorische Elemente (11) aus elastokalorischem Material aufweist und die eingerichtet ist, die elastokalorischen Elemente (11) derart zu bewegen, dass die elastokalorischen Elemente (11) verformt werden, sodass ein elastokalorischer Effekt erzielt wird; und  a heat exchange device (1) comprising elastocaloric elements (11) of elastocaloric material and arranged to move the elastocaloric elements (11) so as to deform the elastocaloric elements (11) so as to obtain an elastocaloric effect; and
ein schwingendes Aggregat (2), das mechanische Schwingungen erzeugt, gekennzeichnet durch einen Schwingungsüberträger (3), der zwischen dem schwingenden Aggregat (2) und der Vorrichtung (1) zum Wärmetausch angeordnet ist und die Schwingungen des  a vibrating unit (2) generating mechanical oscillations, characterized by a vibration transmitter (3) arranged between the oscillating unit (2) and the heat exchanging device (1) and detecting the vibrations of the unit
schwingenden Aggregats (2) an die elastokalorischen Elemente (11) überträgt, sodass sich die elastokalorischen Elemente (11) bewegen.  vibrating aggregate (2) to the elastocaloric elements (11) transmits, so that the elastocaloric elements (11) move.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zum Wärmetausch Wärmeleitelemente (12) aufweist und eingerichtet ist, die elastokalorischen Elemente (11) und die Wärmeleitelemente (12) aufeinander zu zu bewegen, wodurch die elastokalorischen Elemente (11) mit den Wärmeleitelementen (12) in Kontakt kommen und verformt werden, sodass ein elastokalorischer Effekt erzielt wird, und/oder voneinander weg zu bewegen; und 2. System according to claim 1, characterized in that the device (1) for heat exchange heat conducting elements (12) and is arranged to move the elastocaloric elements (11) and the heat conducting elements (12) towards each other, whereby the elastocaloric elements (11 ) are brought into contact with the heat conducting elements (12) and deformed, so that a elastocaloric effect is achieved, and / or to move away from each other; and
dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsüberträger (3) die  characterized in that the vibration transmitter (3) the
Schwingungen des schwingenden Aggregats (2) zumindest an die elastokalorischen Elemente (11) überträgt, sodass sich die  Vibrations of the oscillating unit (2) transmits at least to the elastocaloric elements (11), so that the
elastokalorischen Elemente (11) und die Wärmeleitelemente (12) aufeinander zu bewegen und/oder voneinander weg bewegen.  elastocaloric elements (11) and the heat-conducting elements (12) move towards each other and / or move away from each other.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der 3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the
Schwingungsüberträger (3) mechanische Übertragungselemente (300) umfasst. Vibration transmitter (3) comprises mechanical transmission elements (300).
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der 4. System according to claim 3, characterized in that the
Schwingungsüberträger (3) einen Stellwegbegrenzer (302) umfasst, der die Auslenkung der Schwingungen auf einen für den Betrieb der Vorrichtung (1) zum Wärmetausch vorgesehenen Stellweg begrenzt.  Vibration transmitter (3) comprises a Stellwegbegrenzer (302) which limits the deflection of the oscillations to a provided for the operation of the device (1) for heat exchange travel.
5. System nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsüberträger (3) ein Dämpfungselement umfasst, um Kräfte, die bei der Übertragung der Schwingung entstehen, zu dämpfen. 5. System according to any one of claims 3 or 4, characterized in that the vibration transmitter (3) comprises a damping element in order to dampen forces that arise in the transmission of the vibration.
6. System einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsüberträger Mittel (310) zur Änderung eines Drucks (p) umfasst. 6. System according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration transmitter comprises means (310) for changing a pressure (p).
7. System einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsüberträger (3) Mittel (320, 321) zur Umwandlung der Schwingungen in elektrische Arbeit und zumindest einen Aktor (323), welcher die elektrische Arbeit in eine Bewegung der elastokalorischen Elemente umwandelt, umfasst. 7. System according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration transmitter (3) comprises means (320, 321) for converting the vibrations into electrical work and at least one actuator (323), which converts the electrical work into a movement of the elastocaloric elements, includes.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Sensoren (4, 41, 42), welche die Frequenz der mechanischen 8. System according to any one of the preceding claims, characterized by sensors (4, 41, 42) showing the frequency of the mechanical
Schwingungen des schwingenden Aggregats (2), eine von dem  Vibrations of the vibrating aggregate (2), one of the
schwingenden Aggregat (2) übertragene Kraft, eine an den  vibrating unit (2) transmitted force, one to the
elastokalorischen Elementen (11) ausgeübte Dehnung und/oder einen Stellweg messen.  Elastokalorischen elements (11) measure applied strain and / or a travel.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 9. System according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Schwingungsüberträger (3) eingerichtet ist, die Frequenz der mechanischen Schwingungen des schwingenden Aggregats in eine für den Betrieb der Vorrichtung (1) zum Wärmetausch geeignete Frequenz umzuwandeln.  in that the vibration transmitter (3) is set up to convert the frequency of the mechanical vibrations of the oscillating unit into a frequency suitable for the operation of the device (1) for heat exchange.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der 10. System according to claim 9, characterized in that the
Schwingungsüberträger (3) eingerichtet ist, die Frequenz der  Vibration transmitter (3) is set, the frequency of
mechanischen Schwingungen des schwingenden Aggregats in eine Resonanzfrequenz der Vorrichtung (1) zum Wärmetausch umzuwandeln. to convert mechanical vibrations of the vibrating aggregate into a resonant frequency of the heat exchange device (1).
11. Wärmepumpe umfassend ein System zum Wärmetausch gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10. 11. Heat pump comprising a system for heat exchange according to one of claims 1 to 10.
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