EP3973181A1 - Solid-body-based energy converter, heating/cooling apparatus comprising such an energy converter, and method for operating a heating/cooling apparatus - Google Patents

Solid-body-based energy converter, heating/cooling apparatus comprising such an energy converter, and method for operating a heating/cooling apparatus

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Publication number
EP3973181A1
EP3973181A1 EP20732107.6A EP20732107A EP3973181A1 EP 3973181 A1 EP3973181 A1 EP 3973181A1 EP 20732107 A EP20732107 A EP 20732107A EP 3973181 A1 EP3973181 A1 EP 3973181A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
converter
media
thermoelastic
devices
energy converter
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.)
Pending
Application number
EP20732107.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Susanne-Marie Kirsch
Felix Welsch
Stefan Seelecke
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.)
Universitaet des Saarlandes
Original Assignee
Universitaet des Saarlandes
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Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet des Saarlandes filed Critical Universitaet des Saarlandes
Publication of EP3973181A1 publication Critical patent/EP3973181A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0614Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using shape memory elements
    • 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
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    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • Solid-state energy converter Heating / cooling device with one
  • the invention relates to solid-based energy converters and heating / cooling devices with such energy converters.
  • the present invention relates to a configuration of such an energy converter.
  • Solid-state energy converters usually use caloric effects in ferroic materials to reversibly convert mechanical energy into a change in temperature.
  • the use of such an energy converter as a heat exchanger in heating and / or cooling devices enables improved efficiency compared to compression refrigeration machines due to the reduced mechanical effort and thus represents an environmentally friendly technology.
  • An active element of such an energy converter usually consists of a thermoelastic material, in particular a shape memory alloy, in which a transformation of the microstructure is forced through the action of mechanical energy.
  • a thermoelastic material in particular a shape memory alloy
  • Such materials are referred to as thermoelastic, elastocaloric or mechanocaloric materials.
  • such materials can give off latent heat when they are subjected to tensile, compressive, bending, torsional or shear loads or, in the case of relief, absorb ambient heat. The resulting temperature changes can thus be used for cooling or heating a surrounding medium.
  • thermoelastic energy converter for use in an energy converter system, in which thermoelastic elements are guided in a cylindrical arrangement, so that in a synchronous rotation of the thermoelastic elements causes a change in length of the thermoelastic elements, so that a cyclic elastic deformation and relaxation of at least one thermoelastic element is achieved, with heat being emitted or absorbed.
  • the publication WO 2017/097989 A1 discloses a method for operating cycle-based systems with a hot-side reservoir and a cold-side reservoir for a fluid and at least one heat exchanger unit with mechanocaloric material, the mechanocaloric material of the heat exchanger unit being arranged in operative connection with the fluid, so that a heat transfer between mechanocaloric Material and fluid takes place, the heat transfer between mechanocaloric material and fluid taking place essentially by means of latent heat transfer.
  • a change in shape of the mechanocaloric material is generated by a mechanical tension in the mechanocaloric material, so that a temperature change of the mechanocaloric material is generated.
  • the potential energy contained in the compression of the mechanocaloric material of a first heat exchanger unit from the elastic deformation of the mechanocaloric material can be used to compress the mechanocaloric material of a second heat exchanger unit.
  • thermoelastic energy converter according to claim 1 and by the heating and / or cooling device according to the independent claim. Further refinements are given in the dependent claims.
  • thermoelastic energy converter in particular for use in a thermoelastic heating / cooling device or in a heat and power coupling system, comprising:
  • each of the transducer devices having one or more thermoelastic elements arranged in a direction of extension;
  • thermoelastic elements of each of the plurality of converter devices with a time-variable force curve
  • a coupling which is designed so that the application device controls the converter devices in a phase-shifted manner with regard to their cyclical loading and unloading.
  • the coupling can be implemented:
  • thermoelastic elements of the respective converter devices are cyclically loaded and unloaded and thereby each heat up or cool down cyclically;
  • thermoelastic elements within one or more of the converter devices can each be arranged parallel to one another in a frame, so that the converter devices form one or more essentially planar heat exchanger planes, which in particular are completely accommodated within the frame.
  • the plurality of converter devices can form at least one essentially planar heat exchanger plane with a plurality of converter devices in each case, the converter devices of one heat exchanger plane, in particular, being completely accommodated within a common frame.
  • One idea of the above energy converter is to alternately load and unload thermoelastic elements of several converter devices by means of a common coupling, so that heat is released and absorbed alternately in the converter devices.
  • the converter devices each have a two-dimensional arrangement of the thermoelastic elements, so that media supply and media discharge can be carried out on both sides in a simple manner without significant structural effort.
  • thermoelastic elements media routing along or across the thermoelastic elements is possible in such a way that heat can be transferred over a large part of the surface of the thermoelastic elements and a correspondingly improved heat exchange characteristic is achieved. Due to the flat arrangement of the converter devices, cascading is possible by simply stacking the energy converters.
  • the loading and unloading takes place through a direct or indirect mechanical coupling of the thermoelastic elements, so that when the thermoelastic elements of one of the transducer devices are unloaded, at least part of the mechanical energy released as a result can be used to load the thermoelastic elements of another of the transducer devices .
  • By coupling the thermoelastic elements it is possible to control them in such a way that the design effort is minimal and the installation space can be used efficiently.
  • the loading device can have a common slide which is movably arranged in the frame and which is connected to one of the ends of the thermoelastic elements, so that with a cyclical translational movement of the common slide in the direction of extension, a reciprocal cyclic loading and unloading of the thermoelastic elements of the Converter devices is achieved or so that when the thermoelastic elements of the converter devices are thermally applied, a cyclical translational movement of the common slide is achieved in the direction of extension.
  • the two converter devices can be directly coupled via a common slide that can be moved back and forth. Due to the back and forth movement of the carriage, a tensile force is exerted on the thermoelastic elements of one of the transducer devices, while the thermoelastic elements of the be relieved according to other converter device and vice versa.
  • the use of the common slide leads to an integrated energy recovery of mechanical tension energy in a cyclical back and forth movement and thus to an improved coefficient of performance.
  • an essentially simultaneous converter operation of both converter devices is achieved in an alternating manner with the best possible use of the lifting movement of the slide.
  • the maximum stroke is usually not restricted by geometric conditions.
  • the converter drive can be designed to move the common slide cyclically in accordance with a predetermined movement profile, with the motion profile in particular being designed to accommodate load phases for loading one of the converter devices and stop phases during which there is essentially no movement of the slide during cyclic operation. and / or to provide load phases to load the converter devices and relief phases to relieve the converter devices during cyclical operation, wherein the load phases and the relief phases of the multiple converter devices can have different force curves or expansion curves.
  • the application device for each of the transducer devices can comprise a slide arranged movably in the frame, each of the slides being connected to the respective thermoelastic elements of the associated transducer device, so that with a respective movement profile with a cyclical translatory movement of the slide in the direction of extension the cyclic loading and unloading of the thermoelastic elements is achieved or so that a cyclic translational movement of the respective slide in the direction of extension is achieved when the thermoelastic elements of the transducer devices are thermally applied.
  • An indirect coupling can thus take place via the converter drive, which has little or no self-locking, so that mechanical energy acting via one of the converter devices when the load is released can be fed to one of the other converter devices for its mechanical loading.
  • Such an arrangement does not require a common slide, so that separate movement profiles of the back and forth movement are possible.
  • the Movement profiles of the respective slides can thus be shaped in a thermodynamically optimized manner.
  • the carriages can be mechanically coupled in order to use a mechanical energy released when one of the converter devices is relieved at least partially to load another of the converter devices.
  • the converter drive can be coupled to the carriage in order to drive them according to the particular non-sinusoidal movement profile, in particular the cyclical movement profiles each having a loading phase for loading the relevant converter device, a holding phase in which there is no movement of the relevant carriage, and a relief phase provide to relieve the relevant converter device.
  • the loading phase and the relieving phase can each have linear or other monotonous courses of the load and / or relief or a movement of the carriage in sections, the linear courses in particular different gradients or the other monotonic courses of the load and / or relief or the movement of the Carriages have different gradients.
  • the converter drive can have at least one cam disk with a respective cam carriage, which is coupled to the corresponding slide, the cam disk being in engagement with the cam carriage, so that a movement of the slide concerned to load and relieve the load through the link of the cam disk Thermoelastic elements of the converter device in question is effected in particular in the direction of extent.
  • the link profile of the converter drive can be adapted for a cooling and / or heating power-optimized loading and unloading of the thermoelastic elements of the converter devices in order to achieve a high thermodynamic efficiency (coefficient of performance) of the cooling / heating device.
  • the converter drive can be coupled to the carriage in order to drive them according to a movement profile, the cyclical movement profiles each having a load phase for loading the converter device in question, a holding phase in which there is essentially no movement of the carriage in question, and a relief phase for Relief of the converter device concerned have, wherein in particular the loading phase and the unloading phase each have different gradients of the movement of the carriage.
  • the force coupling can have at least one cam disk with a respective cam carriage, which is coupled to the corresponding slide, the cam disk being in engagement with the cam carriage, so that a movement of the relevant slide due to a temperature exposure of the thermoelastic elements of the converter device concerned and a rotation of the cam disk is effected by a link of the cam disk.
  • the slide is driven by a cam drive, which allows an optimized adaptation of the movement profile of the slide.
  • the slide can thus be guided in a thermodynamically optimized manner.
  • an energy converter system in particular a heating / cooling system, comprising:
  • media path switching means configured to selectively route the media through one or more of the transducer means along a first or second media path to separate cooled or heated media
  • the coupling is designed to operate the operation of the at least one energy converter synchronously to a switch between a media guide via the first and the second media path, so that the medium for absorbing heat from the thermoelastic elements and for releasing heat to the thermoelastic Elements is guided through the arrangement via the first or the second media path.
  • the coupling can be designed to, when operating a plurality of energy converters, the cyclical loading and unloading with flow along the first or second media path offset in time with respect to the direction of flow of the medium through the respective media path.
  • the media path switching device can be provided with at least one media control element in order to switch between the first media path and the second media path.
  • the media path switching device is designed with at least one first media supply and one first media discharge for controlling the first media path and with at least one second media supply and one second media discharge for controlling the second media path.
  • first media inlet and the first media outlet as well as the second media inlet and the second media outlet are arranged on different sides of the energy converter arrangement, in particular the first media inlet, the first media outlet, the second media inlet and / or the second media outlet on one Frame part of the converter devices or are provided in a cover on its surface side.
  • the energy converter arrangement can have several adjacent energy converters, so that the first and second media paths each run through two mutually adjacent converter devices of energy converters, the media inlets and / or the media outlets on surface sides of the energy converter arrangement or in each case in a frame of the converter devices of the Energy converters are arranged. This ensures a high level of scalability, since any number of energy converters can be combined in one arrangement.
  • the at least one media supply and / or the at least one media discharge can have a rectangular, round, oval or triangular opening cross section.
  • first and / or the second media path is along the direction of extent of the thermoelastic elements, transversely to the direction of extent and in the plane of arrangement of the thermoelastic elements or are formed transversely to the direction of extension and transversely to the plane of arrangement of the thermoelastic elements.
  • thermoelastic energy converter in particular for use in a thermoelastic heating / cooling device or in a heat and power coupling system, the thermoelastic energy converter comprising an arrangement with a plurality of converter devices, each of the converter devices in one Has one or more thermoelastic elements arranged in the direction of extent, the thermoelastic elements of each of the plurality of transducer devices being loaded with a time-variable force curve, the transducer devices being controlled in a phase-shifted manner with respect to their cyclical loading and unloading.
  • Energy converter system in particular a heating / cooling system, provided, the energy converter system being an arrangement of at least one of the above energy converters, one or more media feeds for supplying a gaseous or liquid medium, in particular air or water, to the arrangement and one or more media outlets for discharge of the medium from the arrangement, and a media path switching device which is designed to guide the medium through one or more of the converter devices selectively along a first or a second media path in order to separate cooled or heated medium, the at least one energy converter synchronously to switch between media routing via the first and the second media path, so that the medium for absorbing heat from the thermoelastic elements and for releasing heat to the thermoelastic elements via the first and the second media path through the arrangement is managed.
  • the cyclical loading and unloading can be carried out offset in time with respect to the direction of flow of the medium through the respective media path when there is flow along the first or second media path.
  • FIGS. 1a and 1b are schematic representations of an energy converter with a common slide according to a first embodiment
  • FIGS. 2a and 2b show various schematic views of a converter drive for the energy converter according to FIG. 1;
  • FIGS. 3a and 3b show schematic representations of cycle processes for heat and cold generation by means of a phase transition based on a discontinuous process or a process of a heat and power coupling;
  • FIG. 4 shows, by way of example, time profiles of the application of force
  • FIGS. 5a and 5b show schematic representations of an energy converter with separate slides according to a second embodiment
  • FIGS. 6a and 6b show various schematic views of a converter drive for the energy converter according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows, by way of example, temporal profiles of the application of force
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a heating / cooling arrangement with a plurality of switchable media paths
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a heating / cooling arrangement with media feeds that can be opened and closed alternately and media outlets for guiding a medium through the converter devices of the energy converter;
  • FIG. 10 is a schematic representation of the heating / cooling arrangement in FIG.
  • FIG. 9 with media guide arrangements
  • FIGS. 11a and 11b representations of a mechanical coupling of the adjusting movement of a movable sliding screen by the converter drive
  • FIGS. 12 a to 12 c show different embodiments for the cross sections of media guide openings
  • FIG. 13 shows a schematic representation of an energy converter with partition walls arranged between the thermoelastic elements
  • FIG. 14 shows a schematic representation of a heating / cooling arrangement with a plurality of switchable media paths
  • Figure 15 shows an arrangement of stacked energy converters
  • FIGS. 1a and 1b show perspective representations of an energy converter 1 which has converter devices 3a, 3b arranged in a frame structure of a surrounding frame 2.
  • two converter devices 3a, 3b are provided in the common frame 2, but more than two converter devices 3a, 3b can also be provided within a common frame 2.
  • the transducer devices 3a, 3b are each formed with a number of thermoelastic elements 4, which extend in an extension direction E from a frame side 2a, 2b of the frame 2 to a slide 5 that can be moved translationally in the extension direction E.
  • the carriage 5 is held between further opposing frame sides 2c, 2d and is used as a loading device for loading the thermoelastic elements of each of the plurality of transducer devices 3a, 3b with a time-variable force curve.
  • the slide 5 is held guided in a web part 7.
  • the web part 7 serves to separate the transducer devices 3a, 3b from one another, so that an exchange of a medium between the transducer devices 3a, 3b is prevented.
  • the web part 7 preferably seals the transducer devices 3a, 3b from one another.
  • the web part 7 is arranged in the frame between the frame sides 2c, 2d and can preferably have the same thickness as the frame sides 2c, 2d.
  • a converter drive 10 which can be used to move the carriage 5 is shown in FIGS. 2a and 2b.
  • the carriage 5 is held at its two opposite ends by a cam carriage 12 of the converter drive 10 and is moved by the latter.
  • thermoelastic elements 4 are attached with their ends to the frame 2, 2a, 2b and the slide 5 via corresponding holding elements 6 so that they can be subjected to tensile and possibly compressive loads through a translational movement of the slide.
  • the holding elements 6 ensure that the thermoelastic elements 4 can be exchanged easily.
  • thermoelastic elements 4 can be provided with dovetail couplings, which can be inserted into corresponding dovetail couplings of the holding elements 6.
  • the holding elements 6 can be attached to the frame 2 and / or to the slide 5 by a length-adjustable connection, e.g. Threaded rod / nut connections, so that by varying the length-adjustable connection, e.g. a tightening of the nut, the thermoelastic elements 4 a bias can be impressed.
  • thermoelastic elements 4 can be arranged parallel to one another in one or more planes, in particular with an arrangement direction along the frame sides 2a, 2b, so that the entire arrangement of the thermoelastic Elements 4 is received in the plane of the frame 2 without protruding beyond the plane of the frame 2.
  • the thermoelastic material of the thermoelastic elements 4 can be a shape memory alloy, e.g. Contain nickel-titanium and so through a phase transition, i. a transformation of the lattice structure, with elastic tension or relaxation, release or absorb latent heat.
  • shape memory alloys that are subjected to mechanical deformation under the action of force, an austenitic material structure is converted into a martensitic material structure and in the process gives off heat. If the material is relieved, it takes on its original shape again due to the elastic deformation, the martensitic material structure converting back into an austenitic material structure and absorbing heat from the environment.
  • Other materials that show a corresponding reversible thermal change in response to an applied mechanical stress field can also be used for the thermoelastic elements 4 herein.
  • the converter drive 10 can be formed with the aid of a rotatable cam disk 11 which has a link profile and is in engagement with the cam carriages 12 attached to the slide 5.
  • the cam carriages 12 are arranged on both sides of the slide 5 and are fork-shaped with prongs 12a.
  • the prongs 12a are preferably provided with rollers 13 which enclose the cam disk 11 so that the cam carriages 12 follow the link profile of the cam disks 11 and thereby move the relevant carriage 5.
  • the respective cam disk 11 is arranged on a drive shaft 15 which is driven by a drive unit 16, e.g. an electric drive or the like, is driven for rotation.
  • the converter devices 3a, 3b are coupled via the cam disks 11 and the cam carriages 12.
  • the device can generally be used for heat and cold generation or for a heat and power coupling to convert thermal potential differences into mechanical energy.
  • Figures 3a and 3b show an adiabatic cycle for heat and cold generation and an adiabatic cycle for a heat-power coupling.
  • FIG. 3a shows an adiabatic cycle for the generation of heat and cold through a phase transition of a shape memory material in a discontinuous process.
  • a phase P1 in which the shape memory material has a temperature T1
  • latent heat is released during an adiabatic elastic deformation of the shape memory material (the elastic tension e increases), so that the shape memory material is heated to a temperature T2.
  • the released heat is dissipated via a heat sink, so that the temperature of the shape memory material decreases to a temperature T3.
  • thermoelastic material In a phase P3, the thermoelastic material is adiabatically relaxed again (e decreases) and absorbs latent heat, so that its temperature decreases and a temperature T4 is reached after the relaxation process, as illustrated in phase P4.
  • the temperature of the shape memory material By absorbing heat from a heat source, the temperature of the shape memory material is increased again to the starting temperature T1 for the process of phase P1.
  • FIG. 3b shows an adiabatic cycle for a heat-power coupling through a phase transition of a shape memory material in a discontinuous process.
  • a phase K1 in which the shape memory material is heated from a temperature T1 to a temperature T2 in a long configuration, constant elongation e 2 , the shape memory material is strained.
  • the shape-memory material of martensite transformed (long) to austenite (short) with change in elongation ei to e 2 and exerts a mechanical force on the transducer means from.
  • the material from T2 cools in a short configuration on T1 and transforms from austenite to martensite.
  • K4 the material is elongated from Z to e 2 by the converter device while the temperature T1 remains the same. The force required is significantly less than is output to the converter device in K2.
  • thermoelastic elements 4 of the converter devices 3a, 3b are preferably relaxed in one position of the slide 5 or are only loaded with a pretension set in each case. By moving the carriage 5 into the Extension direction E of the thermoelastic elements 4 of the converter devices 3a, 3b, these can be alternately loaded and relieved, in particular stretched and compressed (or relieved).
  • the slide 5 is preferably displaced in the direction of extension E in order to avoid bending stress on the thermoelastic elements 4, which can lead to increased material fatigue.
  • thermoelastic elements 4 of one of the converter devices 3a By exerting a tensile force on the thermoelastic elements 4 of one of the converter devices 3a, these heat up, while the relieving of the other converter device 3b causes heat to be absorbed from the environment.
  • the carriage 5 With the aid of a converter drive 10, the carriage 5 is moved back and forth according to a predetermined movement profile.
  • the movement profile is specified by the link profile of the cam disk 11.
  • the to-and-fro movement can be sinusoidal, but the to-and-fro movement can be carried out according to a non-sinusoidal movement profile, which leads to a thermodynamically optimized heat absorption and heat release.
  • FIG. 4 shows, by way of example, a profile of a movement or application of force K of the slide 5 in an extension direction E for thermodynamically improved heat dissipation or heat absorption.
  • the loading and unloading takes place alternately due to the common slide 5.
  • FIGS. 5a and 5b show an alternative embodiment of the energy converter 1, which, in contrast to the embodiment of FIGS. 1a, 1b, has two separate, for example, carriages 5a, 5b, instead of a carriage 5.
  • Two cam carriages 12 are provided for each slide 5a, 5b, each of which is arranged on both sides of the respective associated slide 5a, 5b.
  • the carriages 5a, 5b are assigned to a respective one of the transducer devices 3a, 3b and are held in web parts 7a, 7b which ensure that the transducer device 3a, 3b is sealed against leakage of the medium.
  • the cam disks 11 on both sides of the carriages 5a, 5b are preferably attached to a common drive shaft 15.
  • the cam disks 11 and the respectively assigned cam carriages 12 are arranged on both sides of the respective slide 5a, 5b, so that when the converter drive 10 is activated, the resulting movement of the cam carriages 12 for each of the carriages 5a, 5b is synchronized with one another.
  • Figures 6a and 6b show in detail two views of the converter drive 10 used to control the separate carriages 5a, 5b.
  • This has two cam disks 11 arranged on the drive shaft 15 with offset profiles so that a cyclical movement profile for the two carriages 5a, 5b and thereby a thermodynamically optimized heat emission or heat absorption for the converter devices 3a, 3b can be set individually.
  • FIG. 7 shows an example of a possible movement profile or load profile of the transducer devices 3a, 3b and, shown schematically, the resulting temperature change. It can be seen that through the individual control of the converter devices 3a, 3b, the loading and unloading processes can be implemented with different movement profiles. It can be provided that a movement of the respective carriage 5a, 5b for loading the thermoelastic elements 4 of the relevant converter device 3a, 3b takes place with a linear course according to a lower gradient of the load or the movement than the linear course of the relief or the movement of the relevant carriage 5a, 5b to relieve the thermoelastic elements 4. Other non-linear but monotonic gradient courses are also conceivable.
  • the load profile should be reduced in the holding phases in such a way that the heat dissipation from heat generated in the previous load phase or the heat absorption from in the previous relief phase are brought about without additional caloric effects.
  • the holding phase can be correspondingly short if the previous loading and unloading was so slow that the energy from the latent heat is released from the medium directly without any significant delay. This is particularly advantageous for isothermal-adiabatic processes.
  • One or more holding phases can also be provided between several load phases and / or between several relief phases. In addition to a linear course of the load or the movement during a load phase and / or a relief phase, this can also have a different course, the courses should be monotonous.
  • a heating / cooling device 20 is shown schematically in FIG.
  • an alternating media conduction for heat transport through the converter devices 3a, 3b along different media paths S1, S2 can be provided in order to supply the released thermal energy to a media flow to heat it and / or to cool it by absorbing heat from a medium.
  • a first media feed 21a for feeding a medium to be heated, in particular air or water, to an arrangement of at least one of the energy converters 1, a first media outlet 22a for discharging the heated medium from the arrangement, a second media feed 21b for feeding in a medium to be heated, in particular air or water, from the arrangement and a second media outlet 22b for discharging the heated medium from the arrangement.
  • Media control elements 23, such as media flaps or media valves, of a media path switching device are provided in the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b, which are designed to feed the medium through the arrangement either along a first or a second media path P1, P2 conduct.
  • An exemplary embodiment is shown in FIGS. 9 and 10.
  • the heating / cooling device 20 of FIG. 9 is provided with media control elements 23, which are each provided with one or more adjustable media feeds 21a, 21b or media outlets 22a, 22b as media guide openings which can each be selectively opened.
  • the adjustable media guide openings can preferably be arranged in the frame 2 above and below the converter devices 3a, 3b, so that they enclose the arrangement of the thermoelastic elements together with the frame 2. Switching of the media paths S1, S2 by selective opening or closing of one of the media feeds 21a, 21b or one of the media outlets 22a, 22b is provided for each converter device 3a, 3b.
  • the frames 2 of several energy converters 1 can also be stacked and the media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b can only be provided above the uppermost converter devices 3a, 3b and below the lowest of the converter devices 3a, 3b the energy converter 1. Furthermore, in other embodiments, some of the media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b can also be provided between stacked frames 2 of several energy converters 1.
  • the media path or the media paths through the energy converter 1 can be provided in such a way that they flow transversely towards the thermoelastic elements 4 over their entire length or over a large part of their length in the direction of extent E in order to achieve the fastest possible heat transfer between the thermoelastic elements 4 and reach the medium.
  • This can run through media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b on the surface side or essentially parallel to the thermoelastic elements 4
  • Frame parts of the frame 2 can be achieved.
  • a flow of the medium can also be provided at least partially along the extension direction of the thermoelastic elements 4. This can be done by providing the media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b on the holding sides 2a, 2b of the frame on which the thermoelastic elements 4 are held, or by offsetting opposing media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b on the surface side or at substantially parallel to the thermoelastic elements 4 Frame parts of the frame 2 can be achieved. This can be advantageous for improving the internal media routing when cascading.
  • the media guide openings can be designed, for example, as register panels, the openings of which, as shown in Figure 10, are connected to media guide arrangements 25 in order to feed a medium to the media feeds 21a, 21b and from the Remove media outlets 22a, 22b.
  • the media guide arrangements 25 are each connected to the one or more media inlets 21a, 21b and each to the one or more media outlets 22a, 22b through which a media flow is supplied or discharged during operation, so that media paths S1, S2 through the Arrangement of one or more energy converters 1 are formed.
  • the medium for heating is fed to the first media feeds 21a on a first side of the respective converter device 3a, 3b and discharged from a second side of the respective converter device 3a, 3b via the first media outlets 22a.
  • the medium for cooling is fed to the second media inlets 21b on a second side of the respective converter device 3a, 3b and discharged from a first side of the respective converter device 3a, 3b via the second media outlets 22b.
  • the opening and closing of the first and second media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b is generally controlled in such a way that a supplied medium flows into an area of the transducer device 3a, 3b in question, in a surface direction of the transducer device 3a, 3b on the thermoelastic elements 4 flows along or transversely to these and via the media outlets 22a, 22b, which are arranged offset to the direction of extent E and / or to the media feeds 21a, 21b, via the corresponding media guide arrangement 25.
  • the media flaps 23 of the media feeds 21a, 21b and 20 can each be designed as a register panel.
  • This has a fixed sliding panel 26a with the respective media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b and a movable sliding panel 26b arranged thereon with correspondingly arranged openings, so that depending on the overlap of the sliding panels 26a, 26b on a first side of one of the transducer devices 3a, 3b, the first media inlets 21a are opened and the second media outlets 22b are closed and on a second side of one of the converter devices 3a, 3b, the second media inlets 21b are closed and the first media outlets 22a are open.
  • Media guide openings 21a, 22b are open, while the corresponding other of the media guide openings 21a, 21b are closed.
  • the control of the media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b or the adjusting movement of the movable sliding panel 26b can be carried out by the converter drive 10 or the cam carriage 12 coupled to it.
  • the movable sliding panel 26b can be coupled to the cam carriage 12 by a suitable mechanical coupling, such as the lever arrangement 27, so that the opening and closing cycles of the media guide openings 21a , 21b, 22a, 22b takes place synchronously with the heating and cooling (loading and unloading) of the thermoelastic elements 4 of the respective converter device 3a, 3b.
  • the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b are opened and closed in accordance with the loading and unloading of the thermoelastic elements 4 of the relevant converter device 3a, 3b and can be controlled accordingly via the common converter drive 10.
  • the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b can be opened and closed via a separate control which is synchronized with the course of the loading and unloading of the thermoelastic elements 4.
  • the opening and closing of the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b can also take place alternately with respect to the sides of the converter device in question, ie. H. for heating the medium, the feed and discharge openings are open on a first side simultaneously, while the media feeds 21a, 21b and
  • Converter device 3a, 3b are closed.
  • the arrangement of the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b, which are open at the same time, should be offset in the direction of the surface of the converter device in order to enable the best possible heat dissipation or supply to the thermoelastic elements 4.
  • the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b can be arranged in such a way that a flow of the medium is achieved along the extension direction of the thermoelastic elements 4 or across them.
  • FIG. 12a shows a corresponding media guide opening which extends over a large part of the length (> 80%) of a thermoelastic element 4 in its direction of extent E.
  • the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b on the first side and the second side of the respective transducer device 3a, 3b are offset transversely to the direction of extent, so that a flow through the relevant transducer device 3a, 3b is effected transversely to the direction of extent E.
  • FIG. 12b shows a triangular media guide opening which extends approximately over half the length of the thermoelastic elements 4 in their directions E of extension.
  • Media outlets 22a, 22b on the first side and the second side are offset with respect to the direction of extent, so that a flow through the relevant converter device 3a, 3b is effected at least partially along the direction of extent, the flow resistance being uniform due to the triangular cross-section of the media duct.
  • FIG. 12c shows a rectangular media guide opening which extends approximately over less than half the length of the thermoelastic elements 4 in their extension directions E.
  • the media guide openings on the first side and the second side are offset over the direction of extent E, so that a flow through the relevant transducer device 3a, 3b is effected along the direction of extent.
  • partition walls 28, which run in the direction of extent, can be arranged between thermoelastic elements 4. These serve to guide the media inside the energy converter 1 and force a course of the Media flow in the direction of extension of the thermoelastic elements 4 in order to achieve an improved heat input or heat discharge.
  • the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b can be provided on all sides of the converter devices 3a, 3b.
  • the media guide openings can thus also run through the frame 2 to the thermoelastic elements 4.
  • the converter devices 3a, 3b are each located within a closed volume through which the media paths S1, S2 run.
  • the media guide openings are arranged in such a way that media paths run past at least a large part of the thermoelastic elements 4 in order to maximize the thermal transfer between the medium and the thermoelastic elements 4.
  • the media paths can have a common media feed and separate media outlets 22a, 22b provided with corresponding media control elements 23.
  • the media flaps are operated synchronously with the activation of the converter devices 3a, 3b by the converter drive 10, in order to discharge heated or cooled medium.
  • a common media outlet can also be provided, which has a switchable branching, in order to direct heated and cooled media columns after passing through the arrangement of one or more energy converters 1 in separate outlet paths.
  • the energy converter system 20 of FIG. 15 it is possible to stack several energy converters 1 so that their frames 2 lie on top of one another. Only the top and bottom of the stack arrangement can then be provided with the appropriately controllable media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b, so that a flow through the transducer devices 3a, 3b is achieved transversely to their surface direction.
  • the media path can also run in a meandering shape through such a stack arrangement and thereby run transversely to the direction of extension of the thermoelastic elements 4 or along their direction of extension.
  • the media paths can also be tapped to add or remove media.
  • a lateral arrangement of the frames can also be provided, in which the converter devices 3a, 3b of the energy converter 1 are flowed through one after the other to heat or cool the media flow.
  • the coupling can be designed in the energy converter system 20 in order to operate the operation of the at least one energy converter synchronously with a switchover between media routing via the first and second media paths S1, S2, so that the medium for absorbing heat from the thermoelastic elements 4 and to give off heat to the thermoelastic elements 4 via the first and the second media path S1, S2 through the arrangement.
  • the coupling can be designed to carry out the cyclical loading and unloading with flow along the first or the second media path S1, S2 offset in time with respect to the flow direction of the medium through the respective media path when operating several energy converters.
  • the medium remaining within the arrangement can first be pressed out and the converter devices 3a, 3b only then activated, i.e. are loaded or relieved when the medium to be heated or cooled has reached the relevant converter device 3a, 3b.

Abstract

The invention relates to a thermoelastic energy converter (1), in particular for use in a thermoelastic heating/cooling apparatus or in a combined heat-and-power coupling system, comprising: - an arrangement comprising a plurality of converter devices (3a, 3b), wherein each of the converter devices (3a, 3b) has one or more thermoelastic elements (4) arranged in a direction of extension; - a loading device, in order to load the thermoelastic elements (4) of each of the plurality of converter devices (3a, 3b) so as to have a temporally variable power curve; - a coupling which is designed such that the loading device actuates the converter devices (3a, 3b) in a phase-offset manner with respect to their cyclic loading and unloading.

Description

Festkörperbasierter Enerqiewandler, Heiz/Kühlvorrichtunq mit einem solchen Solid-state energy converter, heating / cooling device with one
Energiewandler sowie Verfahren zum Betreiben einer Heiz/Kühlvorrichtung Energy converter and method for operating a heating / cooling device
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft festkörperbasierte Energiewandler sowie Heiz/Kühlvorrichtungen mit solchen Energiewandlern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Konfiguration eines solchen Energiewandlers. The invention relates to solid-based energy converters and heating / cooling devices with such energy converters. In particular, the present invention relates to a configuration of such an energy converter.
Technischer Hintergrund Technical background
Festkörperbasierte Energiewandler nutzen in der Regel kalorische Effekte in ferroischen Materialien, um reversibel mechanische Energie in eine Temperaturänderung umzuwandeln. Die Nutzung eines solchen Energiewandlers als Wärmetauscher in Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen ermöglicht aufgrund des reduzierten mechanischen Aufwands eine verbesserte Effizienz im Vergleich zu Kompressionskältemaschinen und stellt dadurch eine umweltfreundliche Technologie dar. Solid-state energy converters usually use caloric effects in ferroic materials to reversibly convert mechanical energy into a change in temperature. The use of such an energy converter as a heat exchanger in heating and / or cooling devices enables improved efficiency compared to compression refrigeration machines due to the reduced mechanical effort and thus represents an environmentally friendly technology.
Ein aktives Element eines solchen Energiewandlers besteht in der Regel aus einem thermoelastischen Material, insbesondere einer Formgedächtnislegierung, in dem durch Einwirkung mechanischer Energie eine Umwandlung der Mikrostruktur erzwungen wird. Solche Materialien werden als thermoelastische, elastokalorische oder mechanokalorische Materialien bezeichnet. Insbesondere können solche Materialien durch Belastung mit einer Zug-, Druck-, Biege-, Torsions- oder Scherbelastung latente Wärme abgegeben oder im Falle einer Entlastung Umgebungswärme aufnehmen. Die resultierenden Temperaturänderungen können so zum Kühlen bzw. Erwärmen eines umgebenden Mediums genutzt werden. An active element of such an energy converter usually consists of a thermoelastic material, in particular a shape memory alloy, in which a transformation of the microstructure is forced through the action of mechanical energy. Such materials are referred to as thermoelastic, elastocaloric or mechanocaloric materials. In particular, such materials can give off latent heat when they are subjected to tensile, compressive, bending, torsional or shear loads or, in the case of relief, absorb ambient heat. The resulting temperature changes can thus be used for cooling or heating a surrounding medium.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2016 118 776 A1 ein thermoelastischer Energiewandler zum Einsatz in einem Energiewandlersystem vorgesehen, bei dem thermoelastische Elemente in einer zylindrischen Anordnung geführt sind, so dass bei einer synchronen Rotation der thermoelastischen Elemente eine Längenänderung der thermoelastischen Elemente bewirkt wird, so dass eine zyklische elastische Verformung und Entspannung mindestens eines thermoelastischen Elements erreicht wird, wobei Wärme abgegeben bzw. aufgenommen wird. For example, document DE 10 2016 118 776 A1 provides a thermoelastic energy converter for use in an energy converter system, in which thermoelastic elements are guided in a cylindrical arrangement, so that in a synchronous rotation of the thermoelastic elements causes a change in length of the thermoelastic elements, so that a cyclic elastic deformation and relaxation of at least one thermoelastic element is achieved, with heat being emitted or absorbed.
Aufgrund der zylindrischen Anordnung ist jedoch die Leistungsdichte einer solchen Anordnung beschränkt und verschlechtert sich mit höheren Heiz- bzw. Kühlleistungen, d. h. mit einer größeren Querschnittsfläche der thermoelastischen Elemente bzw. größeren Zylinderdurchmessern. Due to the cylindrical arrangement, however, the power density of such an arrangement is limited and deteriorates with higher heating or cooling capacities, i. H. with a larger cross-sectional area of the thermoelastic elements or larger cylinder diameters.
Die Druckschrift WO 2017/097989 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb kreisprozessbasierter Systeme mit einem Heißseitenreservoir und einem Kaltseitenreservoir für ein Fluid und zumindest einer Wärmeübertragereinheit mit mechanokalorischem Material, wobei das mechanokalorische Material der Wärmeübertragereinheit in Wirkverbindung mit dem Fluid angeordnet ist, sodass ein Wärmeübertrag zwischen mechanokalorischem Material und Fluid stattfindet, wobei der Wärmeübertrag zwischen mechanokalorischem Material und Fluid im Wesentlichen mittels latenten Wärmeübertrags erfolgt. Eine Formänderung des mechanokalorischen Materials wird durch eine mechanische Spannung in dem mechanokalorischen Material erzeugt, so dass eine Temperaturänderung des mechanokalorischen Materials erzeugt wird. Die in der Kompression des mechanokalorischen Materials einer ersten Wärmeübertragereinheit enthaltene potenzielle Energie aus der elastischen Verformung des mechanokalorischen Materials kann zur Kompression des mechanokalorischen Materials einer zweiten Wärmeübertragereinheit verwendet werden. The publication WO 2017/097989 A1 discloses a method for operating cycle-based systems with a hot-side reservoir and a cold-side reservoir for a fluid and at least one heat exchanger unit with mechanocaloric material, the mechanocaloric material of the heat exchanger unit being arranged in operative connection with the fluid, so that a heat transfer between mechanocaloric Material and fluid takes place, the heat transfer between mechanocaloric material and fluid taking place essentially by means of latent heat transfer. A change in shape of the mechanocaloric material is generated by a mechanical tension in the mechanocaloric material, so that a temperature change of the mechanocaloric material is generated. The potential energy contained in the compression of the mechanocaloric material of a first heat exchanger unit from the elastic deformation of the mechanocaloric material can be used to compress the mechanocaloric material of a second heat exchanger unit.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Energiewandler zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Leistungsdichte aufweist und in einem hohen Leistungsbereich skalierbar ist. It is therefore the object of the present invention to provide an improved energy converter which has a high power density and is scalable in a high power range.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch den thermoelastischen Energiewandler gemäß Anspruch 1 sowie durch die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by the thermoelastic energy converter according to claim 1 and by the heating and / or cooling device according to the independent claim. Further refinements are given in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein thermoelastischer Energiewandler, insbesondere zum Einsatz in einer thermoelastischen Heiz/Kühlvorrichtung oder in einem Wärme- Kraft-Kopplungssystem, vorgesehen, umfassend: According to a first aspect, a thermoelastic energy converter, in particular for use in a thermoelastic heating / cooling device or in a heat and power coupling system, is provided, comprising:
eine Anordnung mit mehreren Wandlereinrichtungen, wobei jede der Wandlereinrichtungen in einer Erstreckungsrichtung angeordnete ein oder mehrere thermoelastische Elemente aufweist; an arrangement with a plurality of transducer devices, each of the transducer devices having one or more thermoelastic elements arranged in a direction of extension;
eine Beaufschlagungseinrichtung, um die thermoelastischen Elemente jeder der mehreren Wandlereinrichtungen mit einem zeitlich variablen Kraftverlauf zu belasten, a loading device to load the thermoelastic elements of each of the plurality of converter devices with a time-variable force curve,
eine Kopplung, die ausgebildet ist, so dass die Beaufschlagungseinrichtung die Wandlereinrichtungen bezüglich ihrer zyklischen Be- und Entlastung phasenversetzt ansteuert. a coupling which is designed so that the application device controls the converter devices in a phase-shifted manner with regard to their cyclical loading and unloading.
Die Kopplung kann realisiert sein: The coupling can be implemented:
mit einem Wandlerantrieb, der ausgebildet ist, um die Beaufschlagungseinrichtung so anzusteuern, dass die Wandlereinrichtungen phasenversetzt angesteuert werden, dass die thermoelastischen Elemente der jeweiligen Wandlereinrichtungen zyklisch be- und entlastet werden und sich dadurch jeweils zyklisch erwärmen bzw. abkühlen; oder with a converter drive which is designed to control the application device in such a way that the converter devices are controlled out of phase so that the thermoelastic elements of the respective converter devices are cyclically loaded and unloaded and thereby each heat up or cool down cyclically; or
mit einer Kraftauskopplung, die ausgebildet ist, um mechanische Energie, die der Beaufschlagungseinrichtung von den Wandlereinrichtungen zugeführt wird, aus dem Energiewandler auszukoppeln. with a force decoupling which is designed to decouple mechanical energy, which is supplied to the impingement device from the converter devices, from the energy converter.
Weiterhin können die thermoelastischen Elemente innerhalb einer oder mehrerer der Wandlereinrichtungen jeweils parallel zueinander in einem Rahmen angeordnet sein, so dass die Wandlereinrichtungen eine oder mehrere im Wesentlichen plane Wärmetauscherebenen bilden, die insbesondere vollständig innerhalb des Rahmens aufgenommen sind. Furthermore, the thermoelastic elements within one or more of the converter devices can each be arranged parallel to one another in a frame, so that the converter devices form one or more essentially planar heat exchanger planes, which in particular are completely accommodated within the frame.
Weiterhin können die mehreren Wandlereinrichtungen mindestens eine im wesentlichen plane Wärmetauscherebene mit jeweils mehreren Wandlereinrichtungen bilden, wobei die Wandlereinrichtungen einer Wärmertauscherebene insbesondere vollständig innerhalb eines gemeinsamen Rahmens aufgenommen sind. Eine Idee des obigen Energiewandlers besteht darin, thermoelastische Elemente von mehreren Wandlereinrichtungen wechselseitig durch eine gemeinsame Kopplung zu be- und entlasten, so dass eine wechselseitige Wärmefreisetzung und Wärmeaufnahme in den Wandlereinrichtungen erfolgt. Die Wandlereinrichtungen weisen jeweils eine flächige Anordnung der thermoelastischen Elemente auf, so dass eine Medienzuführung und Medienabführung beidseitig in einfacher Weise ohne wesentlichen konstruktiven Aufwand erfolgen kann. Insbesondere ist dadurch eine Medienführung entlang oder quer zu den thermoelastischen Elementen so möglich, dass eine Wärmeübertragung über einen Großteil der Oberfläche der thermoelastischen Elemente möglich ist und eine entsprechende verbesserte Wärmetauschcharakteristik erreicht wird. Durch die flächige Anordnung der Wandlereinrichtungen ist eine Kaskadierung durch einfaches Stapeln der Energiewandler möglich. Furthermore, the plurality of converter devices can form at least one essentially planar heat exchanger plane with a plurality of converter devices in each case, the converter devices of one heat exchanger plane, in particular, being completely accommodated within a common frame. One idea of the above energy converter is to alternately load and unload thermoelastic elements of several converter devices by means of a common coupling, so that heat is released and absorbed alternately in the converter devices. The converter devices each have a two-dimensional arrangement of the thermoelastic elements, so that media supply and media discharge can be carried out on both sides in a simple manner without significant structural effort. In particular, media routing along or across the thermoelastic elements is possible in such a way that heat can be transferred over a large part of the surface of the thermoelastic elements and a correspondingly improved heat exchange characteristic is achieved. Due to the flat arrangement of the converter devices, cascading is possible by simply stacking the energy converters.
Die Be- und Entlastung erfolgt durch eine direkte oder indirekte mechanische Kopplung der thermoelastischen Elemente, so dass bei einer Entlastung der thermoelastischen Elemente einer der Wandlereinrichtungen zumindest ein Teil der dadurch frei werdenden mechanischen Energie zur Belastung der thermoelastischen Elemente einer entsprechend anderen der Wandlereinrichtungen verwendet werden kann. Durch die Kopplung der thermoelastischen Elemente ist es möglich, diese so anzusteuern, so dass der konstruktive Aufwand minimal ist und der Bauraum effizient genutzt werden kann. The loading and unloading takes place through a direct or indirect mechanical coupling of the thermoelastic elements, so that when the thermoelastic elements of one of the transducer devices are unloaded, at least part of the mechanical energy released as a result can be used to load the thermoelastic elements of another of the transducer devices . By coupling the thermoelastic elements, it is possible to control them in such a way that the design effort is minimal and the installation space can be used efficiently.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Beaufschlagungseinrichtung einen in dem Rahmen beweglich angeordneten gemeinsamen Schlitten aufweisen, der mit einem der Enden der thermoelastischen Elemente verbunden ist, so dass bei einer zyklischen translatorischen Bewegung des gemeinsamen Schlittens in Erstreckungsrichtung eine wechselseitige zyklische Be- und Entlastung der thermoelastischen Elemente der Wandlereinrichtungen erreicht wird oder so dass bei einer thermischen Beaufschlagung der thermoelastischen Elemente der Wandlereinrichtungen eine zyklische translatorische Bewegung des gemeinsamen Schlittens in Erstreckungsrichtung erreicht wird. According to one embodiment, the loading device can have a common slide which is movably arranged in the frame and which is connected to one of the ends of the thermoelastic elements, so that with a cyclical translational movement of the common slide in the direction of extension, a reciprocal cyclic loading and unloading of the thermoelastic elements of the Converter devices is achieved or so that when the thermoelastic elements of the converter devices are thermally applied, a cyclical translational movement of the common slide is achieved in the direction of extension.
So kann eine direkte Kopplung der beiden Wandlereinrichtungen über einen gemeinsamen hin- und her bewegbaren Schlitten erfolgen. Durch die Hin- und Her- Bewegung des Schlittens wird eine Zugkraft auf die thermoelastischen Elemente einer der Wandlereinrichtungen ausgeübt, während die thermoelastischen Elemente der entsprechend anderen Wandlereinrichtung entlastet werden und umgekehrt. Die Nutzung des gemeinsamen Schlittens führt zu einer integrierten Energierückgewinnung von mechanischer Verspannungsenergie bei einer zyklischen Hin- und Herbewegung und damit zu einer verbesserten Leistungszahl. Weiterhin wird ein im Wesentlichen zeitgleicher Wandlerbetrieb beider Wandlereinrichtungen in alternierender Weise unter bestmöglicher Nutzung der Hubbewegung des Schlittens erreicht. Zudem ist durch die Verwendung des Schlittens der maximale Hub in der Regel nicht durch geometrische Gegebenheiten beschränkt. In this way, the two converter devices can be directly coupled via a common slide that can be moved back and forth. Due to the back and forth movement of the carriage, a tensile force is exerted on the thermoelastic elements of one of the transducer devices, while the thermoelastic elements of the be relieved according to other converter device and vice versa. The use of the common slide leads to an integrated energy recovery of mechanical tension energy in a cyclical back and forth movement and thus to an improved coefficient of performance. Furthermore, an essentially simultaneous converter operation of both converter devices is achieved in an alternating manner with the best possible use of the lifting movement of the slide. In addition, when the slide is used, the maximum stroke is usually not restricted by geometric conditions.
Weiterhin kann der Wandlerantrieb ausgebildet sein, um den gemeinsamen Schlitten zyklisch gemäß einem vorgegebenen Bewegungsprofil zu bewegen, wobei insbesondere das Bewegungsprofil ausgebildet ist, um während des zyklischen Betriebs Belastungsphasen zur Belastung einer der Wandlereinrichtungen und Haltephasen, in der im Wesentlichen keine Bewegung des Schlittens erfolgt, vorzusehen und/oder während des zyklischen Betriebs Belastungsphasen zur Belastung der Wandlereinrichtungen und Entlastungsphasen zur Entlastung der Wandlereinrichtungen vorzusehen, wobei die Belastungsphasen und die Entlastungsphasen der mehreren Wandlereinrichtungen unterschiedliche Kraftverläufe oder Dehnungsverläufe aufweisen können. Furthermore, the converter drive can be designed to move the common slide cyclically in accordance with a predetermined movement profile, with the motion profile in particular being designed to accommodate load phases for loading one of the converter devices and stop phases during which there is essentially no movement of the slide during cyclic operation. and / or to provide load phases to load the converter devices and relief phases to relieve the converter devices during cyclical operation, wherein the load phases and the relief phases of the multiple converter devices can have different force curves or expansion curves.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Beaufschlagungseinrichtung für jede der Wandlereinrichtungen einen in dem Rahmen beweglich angeordneten Schlitten umfassen, wobei jeder der Schlitten mit den jeweiligen thermoelastischen Elementen der zugeordneten Wandlereinrichtung verbunden ist, so dass bei einem jeweiligen Bewegungsprofil mit einer zyklischen translatorischen Bewegung der Schlitten in Erstreckungsrichtung die zyklische Be- und Entlastung der thermoelastischen Elemente erreicht wird oder so dass bei einer thermischen Beaufschlagung der thermoelastischen Elemente der Wandlereinrichtungen eine zyklische translatorische Bewegung des jeweiligen Schlittens in Erstreckungsrichtung erreicht wird. According to a further embodiment, the application device for each of the transducer devices can comprise a slide arranged movably in the frame, each of the slides being connected to the respective thermoelastic elements of the associated transducer device, so that with a respective movement profile with a cyclical translatory movement of the slide in the direction of extension the cyclic loading and unloading of the thermoelastic elements is achieved or so that a cyclic translational movement of the respective slide in the direction of extension is achieved when the thermoelastic elements of the transducer devices are thermally applied.
Eine indirekte Kopplung kann so über den Wandlerantrieb, der keine oder nur eine geringe Selbsthemmung aufweist, erfolgen, so dass eine über eine der Wandlereinrichtungen bei einer Entlastung einwirkenden mechanischen Energie einer der anderen Wandlereinrichtungen zu dessen mechanischer Belastung zugeführt werden kann. Eine solche Anordnung benötigt keinen gemeinsamen Schlitten, so dass separate Bewegungsprofile der Hin- und Her-Bewegung möglich sind. Die Bewegungsprofile der jeweiligen Schlitten können somit in thermodynamisch optimierter Weise geformt werden. An indirect coupling can thus take place via the converter drive, which has little or no self-locking, so that mechanical energy acting via one of the converter devices when the load is released can be fed to one of the other converter devices for its mechanical loading. Such an arrangement does not require a common slide, so that separate movement profiles of the back and forth movement are possible. The Movement profiles of the respective slides can thus be shaped in a thermodynamically optimized manner.
Insbesondere können die Schlitten mechanisch gekoppelt sein, um eine bei einer Entlastung einer der Wandlereinrichtungen freiwerdende mechanische Energie zumindest teilweise zur Belastung einer anderen der Wandlereinrichtungen zu nutzen. In particular, the carriages can be mechanically coupled in order to use a mechanical energy released when one of the converter devices is relieved at least partially to load another of the converter devices.
Insbesondere kann der Wandlerantrieb mit den Schlitten gekoppelt sein, um diese gemäß dem jeweiligen insbesondere nicht sinusförmigen Bewegungsprofil anzutreiben, wobei insbesondere die zyklischen Bewegungsprofile jeweils eine Belastungsphase zur Belastung der betreffenden Wandlereinrichtung, eine Haltephase, in der keine Bewegung des betreffenden Schlittens erfolgt, und eine Entlastungsphase zur Entlastung der betreffenden Wandlereinrichtung vorsehen. In particular, the converter drive can be coupled to the carriage in order to drive them according to the particular non-sinusoidal movement profile, in particular the cyclical movement profiles each having a loading phase for loading the relevant converter device, a holding phase in which there is no movement of the relevant carriage, and a relief phase provide to relieve the relevant converter device.
Weiterhin können die Belastungsphase und die Entlastungsphase jeweils abschnittsweise lineare oder sonstige monotone Verläufe der Belastung und/oder Entlastung oder einer Bewegung der Schlitten aufweisen, wobei die linearen Verläufe insbesondere unterschiedliche Gradienten bzw. die sonstigen monotonen Verläufe der Belastung und/oder Entlastung oder der Bewegung der Schlitten unterschiedliche Gradientenverläufe aufweisen. Furthermore, the loading phase and the relieving phase can each have linear or other monotonous courses of the load and / or relief or a movement of the carriage in sections, the linear courses in particular different gradients or the other monotonic courses of the load and / or relief or the movement of the Carriages have different gradients.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Wandlerantrieb mindestens eine Nockenscheibe mit einem jeweiligen Nockenwagen aufweisen, der mit dem entsprechenden Schlitten gekoppelt ist, wobei die Nockenscheibe mit dem Nockenwagen in Eingriff ist, so dass durch die Kulisse der Nockenscheibe eine Bewegung des betreffenden Schlittens zur Belastung und Entlastung der thermoelastischen Elemente der betreffenden Wandlereinrichtung insbesondere in Erstreckungsrichtung bewirkt wird. So kann das Kulissenprofil des Wandlerantriebs für eine kühl- und/oder heizleistungsoptimierte Be- und Entlastung der thermoelastischen Elemente der Wandlereinrichtungen angepasst werden, um eine hohe thermodynamische Effizienz (Leistungszahl) der Kühl/Heizvorrichtung zu erreichen. According to one embodiment, the converter drive can have at least one cam disk with a respective cam carriage, which is coupled to the corresponding slide, the cam disk being in engagement with the cam carriage, so that a movement of the slide concerned to load and relieve the load through the link of the cam disk Thermoelastic elements of the converter device in question is effected in particular in the direction of extent. Thus, the link profile of the converter drive can be adapted for a cooling and / or heating power-optimized loading and unloading of the thermoelastic elements of the converter devices in order to achieve a high thermodynamic efficiency (coefficient of performance) of the cooling / heating device.
Auf diese Weise kann der Wandlerantrieb mit den Schlitten gekoppelt sein, um diese gemäß einem Bewegungsprofil anzutreiben, wobei die zyklischen Bewegungsprofile jeweils eine Belastungsphase zur Belastung der betreffenden Wandlereinrichtung, eine Haltephase, in der im Wesentlichen keine Bewegung des betreffenden Schlittens erfolgt, und eine Entlastungsphase zur Entlastung der betreffenden Wandlereinrichtung aufweisen, wobei insbesondere die Belastungsphase und die Entlastungsphase jeweils unterschiedliche Gradienten der Bewegung des Schlittens aufweisen. In this way, the converter drive can be coupled to the carriage in order to drive them according to a movement profile, the cyclical movement profiles each having a load phase for loading the converter device in question, a holding phase in which there is essentially no movement of the carriage in question, and a relief phase for Relief of the converter device concerned have, wherein in particular the loading phase and the unloading phase each have different gradients of the movement of the carriage.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Kraftauskopplung mindestens eine Nockenscheibe mit einem jeweiligen Nockenwagen aufweisen, der mit dem entsprechenden Schlitten gekoppelt ist, wobei die Nockenscheibe mit dem Nockenwagen in Eingriff ist, so dass aufgrund einer Temperaturbeaufschlagung der thermoelastischen Elemente der betreffenden Wandlereinrichtung eine Bewegung des betreffenden Schlittens und durch eine Kulisse der Nockenscheibe eine Rotation der Nockenscheibe bewirkt wird. According to a further embodiment, the force coupling can have at least one cam disk with a respective cam carriage, which is coupled to the corresponding slide, the cam disk being in engagement with the cam carriage, so that a movement of the relevant slide due to a temperature exposure of the thermoelastic elements of the converter device concerned and a rotation of the cam disk is effected by a link of the cam disk.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Schlitten durch einen Nockenantrieb angetrieben, der eine optimierte Anpassung des Bewegungsprofils des Schlittens erlaubt. Insbesondere kann der Schlitten somit in thermodynamisch optimierter Weise geführt werden. According to a further embodiment, the slide is driven by a cam drive, which allows an optimized adaptation of the movement profile of the slide. In particular, the slide can thus be guided in a thermodynamically optimized manner.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Energiewandlersystem vorgesehen, insbesondere ein Heiz/Kühlsystem, umfassend: According to a further aspect, an energy converter system is provided, in particular a heating / cooling system, comprising:
eine Anordnung aus mindestens einem der obigen Energiewandler; eine oder mehrere Medienzuführungen zum Zuführen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, insbesondere von Luft oder Wasser, zu der Anordnung und eine oder mehrere Medienabführungen zum Abführen des Mediums aus der Anordnung, an arrangement of at least one of the above energy converters; one or more media feeds for feeding a gaseous or liquid medium, in particular air or water, to the arrangement and one or more media outlets for discharging the medium from the arrangement,
eine Medienpfadschalteinrichtung, die so ausgebildet ist, um das Medium durch eine oder mehrere der Wandlereinrichtungen wahlweise entlang eines ersten oder eines zweiten Medienpfads zu leiten, um gekühltes oder erwärmtes Medium zu separieren; media path switching means configured to selectively route the media through one or more of the transducer means along a first or second media path to separate cooled or heated media;
wobei die Kopplung ausgebildet ist, um den Betrieb des mindestens einen Energiewandlers synchron zu einem Umschalten zwischen einer Medienführung über den ersten und den zweiten Medienpfad zu betreiben, so dass das Medium zur Aufnahme von Wärme von den thermoelastischen Elementen und zur Abgabe von Wärme an die thermoelastische Elemente über den ersten bzw. den zweiten Medienpfad durch die Anordnung geführt wird. wherein the coupling is designed to operate the operation of the at least one energy converter synchronously to a switch between a media guide via the first and the second media path, so that the medium for absorbing heat from the thermoelastic elements and for releasing heat to the thermoelastic Elements is guided through the arrangement via the first or the second media path.
Insbesondere kann die Kopplung ausgebildet sein, um beim Betrieb von mehreren Energiewandlern die zyklische Be- und Entlastung bei Durchströmung entlang des ersten oder des zweiten Medienpfads zeitlich zueinander versetzt bezüglich der Strömungsrichtung des Mediums durch den jeweiligen Medienpfad durchzuführen. In particular, the coupling can be designed to, when operating a plurality of energy converters, the cyclical loading and unloading with flow along the first or second media path offset in time with respect to the direction of flow of the medium through the respective media path.
Weiterhin kann die Medienpfadschalteinrichtung mit mindestens einem Mediensteuerelement vorgesehen sein, um zwischen dem ersten Medienpfad und dem zweiten Medienpfad zu schalten. Furthermore, the media path switching device can be provided with at least one media control element in order to switch between the first media path and the second media path.
Es kann vorgesehen sein, dass die Medienpfadschalteinrichtung mit mindestens einer ersten Medienzuführung und einer ersten Medienabführung zur Steuerung des ersten Medienpfades und mit mindestens einer zweiten Medienzuführung und einer zweiten Medienabführung zur Steuerung des zweiten Medienpfades ausgebildet ist. It can be provided that the media path switching device is designed with at least one first media supply and one first media discharge for controlling the first media path and with at least one second media supply and one second media discharge for controlling the second media path.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Medienzuführung und die erste Medienabführung sowie die zweite Medienzuführung und die zweite Medienabführung auf verschiedenen Seiten der Energiewandleranordnung angeordnet sind, wobei insbesondere die erste Medienzuführung, die erste Medienabführung, die zweite Medienzuführung und/oder die zweite Medienabführung an einem Rahmenteil der Wandlereinrichtungen oder in einer Abdeckung an dessen Flächenseite vorgesehen sind. It can be provided that the first media inlet and the first media outlet as well as the second media inlet and the second media outlet are arranged on different sides of the energy converter arrangement, in particular the first media inlet, the first media outlet, the second media inlet and / or the second media outlet on one Frame part of the converter devices or are provided in a cover on its surface side.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Energiewandleranordnung mehrere aneinander angrenzende Energiewandler aufweisen, so dass der erste und der zweite Medienpfad jeweils durch zwei zueinander benachbarte Wandlereinrichtungen von Energiewandlern verläuft, wobei die Medienzuführungen und/oder die Medienabführungen an Flächenseiten der Energiewandleranordnung oder jeweils in einem Rahmen der Wandlereinrichtungen der Energiewandler angeordnet sind. Dadurch wird eine hohe Skalierbarkeit gewährleistet, da eine beliebige Anzahl von Energiewandler in einer Anordnung kombiniert werden können. According to one embodiment, the energy converter arrangement can have several adjacent energy converters, so that the first and second media paths each run through two mutually adjacent converter devices of energy converters, the media inlets and / or the media outlets on surface sides of the energy converter arrangement or in each case in a frame of the converter devices of the Energy converters are arranged. This ensures a high level of scalability, since any number of energy converters can be combined in one arrangement.
Weiterhin kann die mindestens eine Medienzuführung und/oder die mindestens eine Medienabführung einen rechteckigen, runden, ovalen oder dreieckigen Öffnungsquerschnitt aufweisen. Furthermore, the at least one media supply and / or the at least one media discharge can have a rectangular, round, oval or triangular opening cross section.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste und oder der zweite Medienpfad längs der Erstreckungsrichtung der thermoelastischen Elemente, quer zu der Erstreckungsrichtung und in der Anordnungsebene der thermoelastischen Elementen oder quer zu der Erstreckungsrichtung und quer zur Anordnungsebene der thermoelastischen Elementen ausgebildet sind. It can be provided that the first and / or the second media path is along the direction of extent of the thermoelastic elements, transversely to the direction of extent and in the plane of arrangement of the thermoelastic elements or are formed transversely to the direction of extension and transversely to the plane of arrangement of the thermoelastic elements.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines thermoelastischen Energiewandlers, insbesondere zum Einsatz in einer thermoelastischen Heiz/Kühlvorrichtung oder in einem Wärme-Kraft-Kopplungssystem, vorgesehen, wobei der thermoelastische Energiewandler eine Anordnung mit mehreren Wandlereinrichtungen umfasst, wobei jede der Wandlereinrichtungen in einer Erstreckungsrichtung angeordnete ein oder mehrere thermoelastische Elemente aufweist, wobei die thermoelastischen Elemente jeder der mehreren Wandlereinrichtungen mit einem zeitlich variablen Kraftverlauf belastet werden, wobei die Wandlereinrichtungen bezüglich ihrer zyklischen Be- und Entlastung phasenversetzt angesteuert werden. According to a further aspect, a method for operating a thermoelastic energy converter, in particular for use in a thermoelastic heating / cooling device or in a heat and power coupling system, is provided, the thermoelastic energy converter comprising an arrangement with a plurality of converter devices, each of the converter devices in one Has one or more thermoelastic elements arranged in the direction of extent, the thermoelastic elements of each of the plurality of transducer devices being loaded with a time-variable force curve, the transducer devices being controlled in a phase-shifted manner with respect to their cyclical loading and unloading.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einesAccording to a further aspect, a method of operating a
Energiewandlersystem, insbesondere ein Heiz/Kühlsystem, vorgesehen, wobei das Energiewandlersystem eine Anordnung aus mindestens einem der obigen Energiewandler, eine oder mehrere Medienzuführungen zum Zuführen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, insbesondere von Luft oder Wasser, zu der Anordnung und eine oder mehrere Medienabführungen zum Abführen des Mediums aus der Anordnung, und eine Medienpfadschalteinrichtung aufweist, die so ausgebildet ist, um das Medium durch eine oder mehrere der Wandlereinrichtungen wahlweise entlang eines ersten oder eines zweiten Medienpfads zu leiten, um gekühltes oder erwärmtes Medium zu separieren, wobei der mindestens eine Energiewandler synchron zu einem Umschalten zwischen einer Medienführung über den ersten und den zweiten Medienpfad betrieben wird, so dass das Medium zur Aufnahme von Wärme von den thermoelastischen Elementen und zur Abgabe von Wärme an die thermoelastische Elemente über den ersten bzw. den zweiten Medienpfad durch die Anordnung geführt wird. Energy converter system, in particular a heating / cooling system, provided, the energy converter system being an arrangement of at least one of the above energy converters, one or more media feeds for supplying a gaseous or liquid medium, in particular air or water, to the arrangement and one or more media outlets for discharge of the medium from the arrangement, and a media path switching device which is designed to guide the medium through one or more of the converter devices selectively along a first or a second media path in order to separate cooled or heated medium, the at least one energy converter synchronously to switch between media routing via the first and the second media path, so that the medium for absorbing heat from the thermoelastic elements and for releasing heat to the thermoelastic elements via the first and the second media path through the arrangement is managed.
Weiterhin kann beim Betrieb von mehreren Energiewandlern die zyklische Be- und Entlastung bei Durchströmung entlang des ersten oder des zweiten Medienpfads zeitlich zueinander versetzt bezüglich der Strömungsrichtung des Mediums durch den jeweiligen Medienpfad durchgeführt werden. io Furthermore, when operating a plurality of energy converters, the cyclical loading and unloading can be carried out offset in time with respect to the direction of flow of the medium through the respective media path when there is flow along the first or second media path. ok
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figuren 1a und 1 b schematische Darstellungen eines Energiewandlers mit einem gemeinsamen Schlitten gemäß einer ersten Ausführungsform; FIGS. 1a and 1b are schematic representations of an energy converter with a common slide according to a first embodiment;
Figuren 2a und 2b verschiedene schematische Ansichten eines Wandlerantriebs für den Energiewandler nach Figur 1 ; FIGS. 2a and 2b show various schematic views of a converter drive for the energy converter according to FIG. 1;
Figuren 3a und 3b schematische Darstellungen von Kreisprozessen zur Wärme- und Kältegenerierung durch einen Phasenübergang anhand eines diskontinuierlichen Prozesses bzw. eines Prozesses einer Wärme- Kraft-Kopplung; FIGS. 3a and 3b show schematic representations of cycle processes for heat and cold generation by means of a phase transition based on a discontinuous process or a process of a heat and power coupling;
Figur 4 beispielhaft zeitliche Verläufe einer Kraftbeaufschlagung des FIG. 4 shows, by way of example, time profiles of the application of force
Schlittens für eine thermodynamisch optimierte Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme sowie das resultierende Temperaturprofil; Sled for a thermodynamically optimized heat emission or heat absorption and the resulting temperature profile;
Figuren 5a und 5b schematische Darstellungen eines Energiewandlers mit separaten Schlitten gemäß einer zweiten Ausführungsform; FIGS. 5a and 5b show schematic representations of an energy converter with separate slides according to a second embodiment;
Figuren 6a und 6b verschiedene schematische Ansichten eines Wandlerantriebs für den Energiewandler nach Figur 5; FIGS. 6a and 6b show various schematic views of a converter drive for the energy converter according to FIG. 5;
Figur 7 beispielhaft zeitliche Verläufe einer Kraftbeaufschlagung des FIG. 7 shows, by way of example, temporal profiles of the application of force
Schlittens für eine thermodynamisch optimierte Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme sowie das resultierende Temperaturprofil für den Energiewandler der Figur 5; Carriage for a thermodynamically optimized heat release or heat absorption and the resulting temperature profile for the energy converter of Figure 5;
Figur 8 eine schematische Darstellung einer Heiz-/Kühlanordnung mit mehreren schaltbaren Medienpfaden; FIG. 8 shows a schematic representation of a heating / cooling arrangement with a plurality of switchable media paths;
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Heiz-/Kühlanordnung mit wechselweise öffenbaren und schließbaren Medienzuführungen und Medienabführungen zur Leitung eines Mediums durch die Wandlereinrichtungen des Energiewandlers; FIG. 9 shows a schematic representation of a heating / cooling arrangement with media feeds that can be opened and closed alternately and media outlets for guiding a medium through the converter devices of the energy converter;
Figur 10 eine schematische Darstellung der Heiz-/Kühlanordnung der FIG. 10 is a schematic representation of the heating / cooling arrangement in FIG
Figur 9 mit Medienführungsanordnungen; FIG. 9 with media guide arrangements;
Figur 11a und11b Darstellungen einer mechanischen Kopplung der Stellbewegung einer beweglichen Schiebeblende durch den Wandlerantrieb; und FIGS. 11a and 11b representations of a mechanical coupling of the adjusting movement of a movable sliding screen by the converter drive; and
Figuren 12 a bis 12c zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Querschnitte von Medienführungsöffnungen; FIGS. 12 a to 12 c show different embodiments for the cross sections of media guide openings;
Figur 13 eine schematische Darstellung eines Energiewandlers mit zwischen den thermoelastischen Elementen angeordneten Trennwänden, und FIG. 13 shows a schematic representation of an energy converter with partition walls arranged between the thermoelastic elements, and FIG
Figur 14 eine schematische Darstellung einer Heiz-/Kühlanordnung mit mehreren schaltbaren Medienpfaden; FIG. 14 shows a schematic representation of a heating / cooling arrangement with a plurality of switchable media paths;
Figur 15 eine Anordnung aus gestapelten Energiewandlern zur Figure 15 shows an arrangement of stacked energy converters
Kaskadierung der Wandlereinrichtungen. Cascading of the converter devices.
Beschreibung von Ausführungsformen Description of embodiments
Figuren 1a und 1b zeigen perspektivische Darstellungen eines Energiewandlers 1 , der in einer Rahmenstruktur eines umgebenden Rahmens 2 angeordnete Wandlereinrichtungen 3a, 3b aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Wandlereinrichtungen 3a, 3b in dem gemeinsamen Rahmen 2 vorgesehen, es können jedoch auch mehr als zwei Wandlereinrichtungen 3a, 3b innerhalb eines gemeinsamen Rahmens 2 vorgesehen werden. FIGS. 1a and 1b show perspective representations of an energy converter 1 which has converter devices 3a, 3b arranged in a frame structure of a surrounding frame 2. In the present exemplary embodiment, two converter devices 3a, 3b are provided in the common frame 2, but more than two converter devices 3a, 3b can also be provided within a common frame 2.
Die Wandlereinrichtungen 3a, 3b sind jeweils mit einer Anzahl von thermoelastischen Elementen 4 ausgebildet, die sich in einer Erstreckungsrichtung E von einer Rahmenseite 2a, 2b des Rahmens 2 zu einem translatorisch in die Erstreckungsrichtung E beweglichen Schlitten 5 erstrecken. Der Schlitten 5 ist zwischen weiteren einander gegenüberliegenden Rahmenseiten 2c, 2d geführt gehalten und dient als Beaufschlagungseinrichtung zum Belasten der thermoelastischen Elemente jeder der mehreren Wandlereinrichtungen 3a, 3b mit einem zeitlich variablen Kraftverlauf. The transducer devices 3a, 3b are each formed with a number of thermoelastic elements 4, which extend in an extension direction E from a frame side 2a, 2b of the frame 2 to a slide 5 that can be moved translationally in the extension direction E. The carriage 5 is held between further opposing frame sides 2c, 2d and is used as a loading device for loading the thermoelastic elements of each of the plurality of transducer devices 3a, 3b with a time-variable force curve.
Wie in Figur 1a dargestellt ist der Schlitten 5 in einem Stegteil 7 geführt gehalten. Das Stegteil 7 dient dazu, die Wandlereinrichtungen 3a, 3b voneinander zu trennen, so dass ein Austausch eines Mediums zwischen den Wandlereinrichtungen 3a, 3b unterbunden wird. Vorzugsweise dichtet das Stegteil 7 die Wandlereinrichtungen 3a, 3b gegeneinander ab. Das Stegteil 7 ist in dem Rahmen zwischen den Rahmenseiten 2c, 2d angeordnet und kann vorzugsweise die gleiche Dicke wie die Rahmenseiten 2c, 2d aufweisen. As shown in FIG. 1 a, the slide 5 is held guided in a web part 7. The web part 7 serves to separate the transducer devices 3a, 3b from one another, so that an exchange of a medium between the transducer devices 3a, 3b is prevented. The web part 7 preferably seals the transducer devices 3a, 3b from one another. The web part 7 is arranged in the frame between the frame sides 2c, 2d and can preferably have the same thickness as the frame sides 2c, 2d.
In den Figuren 2a und 2b ist ein Wandlerantrieb 10 dargestellt, der zum Bewegen des Schlittens 5 verwendet werden kann. Der Schlitten 5 wird jeweils von einem Nockenwagen 12 des Wandlerantriebs 10 an seinen zwei gegenüberliegenden Enden gehalten und durch diesen bewegt. A converter drive 10 which can be used to move the carriage 5 is shown in FIGS. 2a and 2b. The carriage 5 is held at its two opposite ends by a cam carriage 12 of the converter drive 10 and is moved by the latter.
Die thermoelastischen Elemente 4 sind dazu mit ihren Enden so über entsprechende Halteelemente 6 an dem Rahmen 2, 2a, 2b und dem Schlitten 5 befestigt, dass diese durch eine translatorische Bewegung des Schlittens auf Zug und gegebenenfalls auf Druck belastet werden können. Durch die Halteelemente 6 kann eine einfache Austauschbarkeit der thermoelastischen Elemente 4 gewährleistet werden. For this purpose, the thermoelastic elements 4 are attached with their ends to the frame 2, 2a, 2b and the slide 5 via corresponding holding elements 6 so that they can be subjected to tensile and possibly compressive loads through a translational movement of the slide. The holding elements 6 ensure that the thermoelastic elements 4 can be exchanged easily.
Beispielsweise können die entsprechenden Enden der thermoelastischen Elemente 4 mit Schwalbenschwanzkupplungen versehen sein, die in korrespondierende Schwalbenschwanzkupplungen der Halteelemente 6 eingesetzt werden können. Die Halteelemente 6 können an dem Rahmen 2 und/oder an dem Schlitten 5 durch eine längenverstellbare Verbindung, wie z.B. Gewindestangen/Mutter-Verbindungen befestigt sein, so dass durch Variieren der längenverstellbaren Verbindung, wie z.B. ein Anziehen der Mutter, den thermoelastischen Elementen 4 eine Vorspannung aufgeprägt werden kann. For example, the corresponding ends of the thermoelastic elements 4 can be provided with dovetail couplings, which can be inserted into corresponding dovetail couplings of the holding elements 6. The holding elements 6 can be attached to the frame 2 and / or to the slide 5 by a length-adjustable connection, e.g. Threaded rod / nut connections, so that by varying the length-adjustable connection, e.g. a tightening of the nut, the thermoelastic elements 4 a bias can be impressed.
Die thermoelastischen Elemente 4 können parallel zueinander in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sein insbesondere mit einer Anordnungsrichtung entlang der Rahmenseiten 2a, 2b, so dass die gesamte Anordnung der thermoelastischen Elemente 4 in der Ebene des Rahmen 2 aufgenommen ist, ohne dass ein Überstand über die Ebene des Rahmens 2 entsteht. The thermoelastic elements 4 can be arranged parallel to one another in one or more planes, in particular with an arrangement direction along the frame sides 2a, 2b, so that the entire arrangement of the thermoelastic Elements 4 is received in the plane of the frame 2 without protruding beyond the plane of the frame 2.
Das thermoelastische Material der thermoelastischen Elemente 4 kann eine Formgedächtnislegierung, wie z.B. Nickel-Titan enthalten und so durch einen Phasenübergang, d.h. eine Umwandlung der Gitterstruktur, bei elastischer Verspannung oder Entspannung, latente Wärme freisetzen oder aufnehmen. Üblicherweise wandelt sich bei Formgedächtnislegierungen, die unter Krafteinwirkung einer mechanischen Verformung ausgesetzt werden, eine austenitische Material Struktur in eine martensitische Materialstruktur um und gibt dabei Wärme ab. Wird das Material entlastet, so nimmt dieses aufgrund der elastischen Verformung die ursprüngliche Form wieder ein, wobei sich die martensitische Materialstruktur in eine austenitische Materialstruktur zurückwandelt und dabei Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Auch andere Materialien, die eine entsprechende reversible thermische Veränderung in Reaktion auf ein angelegtes mechanisches Spannungsfeld zeigen, können für hierin für die thermoelastischen Elemente 4 verwendet werden. The thermoelastic material of the thermoelastic elements 4 can be a shape memory alloy, e.g. Contain nickel-titanium and so through a phase transition, i. a transformation of the lattice structure, with elastic tension or relaxation, release or absorb latent heat. Usually, in the case of shape memory alloys that are subjected to mechanical deformation under the action of force, an austenitic material structure is converted into a martensitic material structure and in the process gives off heat. If the material is relieved, it takes on its original shape again due to the elastic deformation, the martensitic material structure converting back into an austenitic material structure and absorbing heat from the environment. Other materials that show a corresponding reversible thermal change in response to an applied mechanical stress field can also be used for the thermoelastic elements 4 herein.
Wie in den Figuren 2a und 2b anhand von zwei Ansichten näher dargestellt, kann der Wandlerantrieb 10 mithilfe einer rotierbaren Nockenscheibe 11 ausgebildet sein, die ein Kulissenprofil aufweist und in Eingriff mit den an dem Schlitten 5 angebrachten Nockenwägen 12 ist. Die Nockenwägen 12 sind beidseitig des Schlittens 5 angeordnet und gabelförmig mit Zinken 12a ausgebildet. Die Zinken 12a sind vorzugsweise mit Rollen 13 versehen, die die Nockenscheibe 11 einschließen, so dass die Nockenwägen 12 dem Kulissenprofil der Nockenscheiben 11 folgen und dadurch den betreffenden Schlitten 5 bewegen. As shown in more detail in FIGS. 2a and 2b on the basis of two views, the converter drive 10 can be formed with the aid of a rotatable cam disk 11 which has a link profile and is in engagement with the cam carriages 12 attached to the slide 5. The cam carriages 12 are arranged on both sides of the slide 5 and are fork-shaped with prongs 12a. The prongs 12a are preferably provided with rollers 13 which enclose the cam disk 11 so that the cam carriages 12 follow the link profile of the cam disks 11 and thereby move the relevant carriage 5.
Die jeweilige Nockenscheibe 11 ist an einer Antriebswelle 15 angeordnet, die durch eine Antriebseinheit 16, wie z.B. einen Elektroantrieb oder dergleichen, für eine Rotation angetrieben wird. Die Kopplung der Wandlereinrichtungen 3a, 3b erfolgt über die Nockenscheiben 11 und die Nockenwägen 12. The respective cam disk 11 is arranged on a drive shaft 15 which is driven by a drive unit 16, e.g. an electric drive or the like, is driven for rotation. The converter devices 3a, 3b are coupled via the cam disks 11 and the cam carriages 12.
Die Vorrichtung kann generell für die Wärme- und Kältegenerierung oder für eine Wärme-Kraft-Kopplung zur Umwandlung von thermischen Potenzialunterschieden in mechanische Energie verwendet werden. Figuren 3a und 3b zeigen einen adiabatischen Kreisprozess für die Wärme- und Kältegenerierung bzw. einen adiabatischen Kreisprozess für eine Wärme-Kraft- Kopplung. The device can generally be used for heat and cold generation or for a heat and power coupling to convert thermal potential differences into mechanical energy. Figures 3a and 3b show an adiabatic cycle for heat and cold generation and an adiabatic cycle for a heat-power coupling.
In Figur 3a ist ein adiabatischer Kreisprozess für die Wärme- und Kältegenerierung durch einen Phasenübergang eines Formgedächtnismaterials in einem diskontinuierlichen Prozess dargestellt. Ausgehend von einer Phase P1 , in der das Formgedächtnismaterial eine Temperatur T1 hat, wird bei einer adiabatischen elastischen Verformung des Formgedächtnismaterials (die elastische Spannung e nimmt zu) latente Wärme frei, so dass sich das Formgedächtnismaterial auf eine Temperatur T2 erwärmt. In einer Phase P2 wird bei gleichbleibender Deformation die freigewordene Wärme über eine Wärmesenke abgeleitet, so dass die Temperatur des Formgedächtnismaterials auf eine Temperatur T3 abnimmt. In einer Phase P3 wird das thermoelastische Material wieder adiabatisch entspannt (e nimmt ab) und nimmt dabei latente Wärme auf, so dass dessen Temperatur abnimmt und nach dem Entspannungsprozess eine Temperatur T4 erreicht wird, wie in der Phase P4 verdeutlicht ist. Durch Aufnahme von Wärme von einer Wärmequelle wird die Temperatur des Formgedächtnismaterials wieder auf die Ausgangstemperatur T1 für den Prozess der Phase P1 erhöht. FIG. 3a shows an adiabatic cycle for the generation of heat and cold through a phase transition of a shape memory material in a discontinuous process. Starting from a phase P1 in which the shape memory material has a temperature T1, latent heat is released during an adiabatic elastic deformation of the shape memory material (the elastic tension e increases), so that the shape memory material is heated to a temperature T2. In a phase P2, with constant deformation, the released heat is dissipated via a heat sink, so that the temperature of the shape memory material decreases to a temperature T3. In a phase P3, the thermoelastic material is adiabatically relaxed again (e decreases) and absorbs latent heat, so that its temperature decreases and a temperature T4 is reached after the relaxation process, as illustrated in phase P4. By absorbing heat from a heat source, the temperature of the shape memory material is increased again to the starting temperature T1 for the process of phase P1.
In Figur 3b ist ein adiabatischer Kreisprozess für eine Wärme- Kraft- Kopplung durch einen Phasenübergang eines Formgedächtnismaterials in einem diskontinuierlichen Prozess dargestellt. Ausgehend von einer Phase K1 , in der das Formgedächnismaterial von einer Temperatur T1 auf eine Temperatur T2 in langer Konfiguration, gleichbleibender Dehnung e2, aufgeheizt wird, findet eine Anspannung des Formgedächtnismaterials statt. In einer Phase K2 transformiert das Formgedächnismaterial von Martensit (lang) zu Austenit (kurz) mit Dehnungsänderung ei zu e2 und übt eine mechanische Kraft auf die Wandlereinrichtung aus. In Phase K3 kühlt das Material von T2 in kurzer Konfiguration auf T1 ab und transformiert vom Austenit in den Martensit. In K4 wird das Material bei gleichbleibender Temperatur T1 von Z zu e2 durch die Wandlereinrichtung langgezogen. Die benötigte Kraft ist wesentlich geringer als in K2 an die Wandlereinrichtung abgegeben wird. FIG. 3b shows an adiabatic cycle for a heat-power coupling through a phase transition of a shape memory material in a discontinuous process. Starting from a phase K1, in which the shape memory material is heated from a temperature T1 to a temperature T2 in a long configuration, constant elongation e 2 , the shape memory material is strained. In a phase K2, the shape-memory material of martensite transformed (long) to austenite (short) with change in elongation ei to e 2 and exerts a mechanical force on the transducer means from. In phase K3, the material from T2 cools in a short configuration on T1 and transforms from austenite to martensite. In K4 the material is elongated from Z to e 2 by the converter device while the temperature T1 remains the same. The force required is significantly less than is output to the converter device in K2.
Im Folgenden werden Ausführungsformen für die Kälte bzw. Wärmegenerierung beschrieben. Die thermoelastischen Elemente 4 der Wandlereinrichtungen 3a, 3b sind vorzugsweise in einer Stellung des Schlittens 5 entspannt bzw. lediglich mit einer jeweils eingestellten Vorspannung belastet. Durch Verschieben des Schlittens 5 in die Erstreckungsrichtung E der thermoelastischen Elemente 4 der Wandlereinrichtungen 3a, 3b können diese wechselseitig belastet und entlastet, insbesondere gedehnt und gestaucht (bzw. entlastet) werden. Der Schlitten 5 wird vorzugsweise in Erstreckungsrichtung E verschoben, um eine Biegebelastung auf die thermoelastischen Elemente 4 zu vermeiden, die zu einer verstärkten Materialermüdung führen kann. In the following, embodiments for the cold or heat generation are described. The thermoelastic elements 4 of the converter devices 3a, 3b are preferably relaxed in one position of the slide 5 or are only loaded with a pretension set in each case. By moving the carriage 5 into the Extension direction E of the thermoelastic elements 4 of the converter devices 3a, 3b, these can be alternately loaded and relieved, in particular stretched and compressed (or relieved). The slide 5 is preferably displaced in the direction of extension E in order to avoid bending stress on the thermoelastic elements 4, which can lead to increased material fatigue.
Durch das Ausüben einer Zugkraft auf die thermoelastischen Elemente 4 einer der Wandlereinrichtungen 3a erwärmen sich diese, während das Entlasten der anderen Wandlereinrichtung 3b eine Aufnahme von Wärme aus der Umgebung bewirkt. Mithilfe eines Wandlerantriebs 10 wird der Schlitten 5 gemäß einem vorgegebenen Bewegungsprofil hin- und her bewegt. Das Bewegungsprofil wird durch das Kulissenprofil der Nockenscheibe 11 vorgegeben. Die Hin- und Herbewegung kann sinusförmig sein, jedoch kann die Hin- und Herbewegung gemäß einem nicht sinusförmigen Bewegungsprofil durchgeführt werden, das zu einer thermodynamisch optimierten Wärmeaufnahme und Wärmefreisetzung führt. By exerting a tensile force on the thermoelastic elements 4 of one of the converter devices 3a, these heat up, while the relieving of the other converter device 3b causes heat to be absorbed from the environment. With the aid of a converter drive 10, the carriage 5 is moved back and forth according to a predetermined movement profile. The movement profile is specified by the link profile of the cam disk 11. The to-and-fro movement can be sinusoidal, but the to-and-fro movement can be carried out according to a non-sinusoidal movement profile, which leads to a thermodynamically optimized heat absorption and heat release.
Figur 4 zeigt beispielhaft ein Profil einer Bewegung bzw. einer Kraftbeaufschlagung K des Schlittens 5 in eine Erstreckungsrichtung E für eine thermodynamisch verbesserte Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme. Man erkennt den Wechsel der Phasen zwischen Be- und Entlastung mit dazwischenliegenden Haltephasen, während denen die Wärmezuführung oder Wärmeabführung, erkennbar an dem korrespondierenden schematisierten Temperaturverlauf T in den beiden Wandlereinrichtungen 3a, 3b, erfolgt. Die Belastung und Entlastung erfolgt aufgrund des gemeinsamen Schlittens 5 wechselseitig. FIG. 4 shows, by way of example, a profile of a movement or application of force K of the slide 5 in an extension direction E for thermodynamically improved heat dissipation or heat absorption. One recognizes the change of the phases between loading and unloading with intermediate holding phases, during which the heat supply or heat dissipation takes place, recognizable from the corresponding schematized temperature profile T in the two converter devices 3a, 3b. The loading and unloading takes place alternately due to the common slide 5.
Figuren 5a und 5b zeigen eine alternative Ausführungsform des Energiewandlers 1 , der im Unterschied zur Ausführungsform der Figuren 1a, 1 b anstelle eines Schlittens 5 zwei separate, beispielsweise aneinander angeordnete Schlitten 5a, 5b aufweist. Es sind für jeden Schlitten 5a, 5b zwei Nockenwägen 12 vorgesehen, die jeweils beidseitig des jeweils zugeordneten Schlittens 5a, 5b angeordnet sind. Die Schlitten 5a, 5b sind einer jeweiligen der Wandlereinrichtungen 3a, 3b zugeordnet und in Stegteilen 7a, 7b gehalten, die einen Abdichtung der Wandlereinrichtung 3a, 3b gegen ein Austreten des Medium gewährleisten. FIGS. 5a and 5b show an alternative embodiment of the energy converter 1, which, in contrast to the embodiment of FIGS. 1a, 1b, has two separate, for example, carriages 5a, 5b, instead of a carriage 5. Two cam carriages 12 are provided for each slide 5a, 5b, each of which is arranged on both sides of the respective associated slide 5a, 5b. The carriages 5a, 5b are assigned to a respective one of the transducer devices 3a, 3b and are held in web parts 7a, 7b which ensure that the transducer device 3a, 3b is sealed against leakage of the medium.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Wandlereinrichtungen 3a, 3b gemäß unterschiedlicher Be- und Entlastungsprofile zu betreiben, um somit eine verbesserte Effizienz der Wandlereinrichtungen 3a, 3b zu erreichen. Die Nockenscheiben 11 an beiden Seiten der Schlitten 5a, 5b sind vorzugsweise an einer gemeinsamen Antriebswelle 15 angebracht. Die Anordnung der Nockenscheiben 11 und der jeweils zugeordneten Nockenwägen 12 erfolgt beidseitig des jeweiligen Schlittens 5a, 5b, so dass bei aktiviertem Wandlerantrieb 10 die resultierende Bewegung der Nockenwägen 12 für jeden der Schlitten 5a, 5b zueinander synchronisiert ist. With this arrangement, it is possible to operate the converter devices 3a, 3b according to different loading and unloading profiles, in order to thus improve To achieve efficiency of the converter devices 3a, 3b. The cam disks 11 on both sides of the carriages 5a, 5b are preferably attached to a common drive shaft 15. The cam disks 11 and the respectively assigned cam carriages 12 are arranged on both sides of the respective slide 5a, 5b, so that when the converter drive 10 is activated, the resulting movement of the cam carriages 12 for each of the carriages 5a, 5b is synchronized with one another.
Figuren 6a und 6b zeigen im Detail zwei Ansichten des zur Ansteuerung der separaten Schlitten 5a, 5b verwendeten Wandlerantriebs 10. Dieser weist zwei an der Antriebswelle 15 angeordneten Nockenscheiben 11 mit zueinander versetzten Kulissenprofilen auf, so dass ein zyklisches Bewegungsprofil für die beiden Schlitten 5a, 5b und dadurch eine thermodynamisch optimierte Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme für die Wandlereinrichtungen 3a, 3b individuell einstellbar ist. Figures 6a and 6b show in detail two views of the converter drive 10 used to control the separate carriages 5a, 5b. This has two cam disks 11 arranged on the drive shaft 15 with offset profiles so that a cyclical movement profile for the two carriages 5a, 5b and thereby a thermodynamically optimized heat emission or heat absorption for the converter devices 3a, 3b can be set individually.
Durch die Kopplung der Schlitten 5a, 5b über den Nockenantrieb 10 sind die Bewegungen der beiden Schlitten 5a, 5b miteinander gekoppelt, so dass mechanische, aus der elastischen Verformung zurückgewonnene Energie, die durch das Kulissenprofil der Nockenscheibe 11 durch die Entlastung einer der Wandlereinrichtungen 3a, 3b frei wird, als Moment auf die Antriebswelle 15 übertragen wird und so zumindest teilweise zur Belastung der thermoelastischen Elemente 4 der entsprechend anderen Wandlereinrichtung 3a, 3b genutzt werden kann. Die Kopplung der Schlitten 5a, 5b erfolgt über die Nockenwägen 12 und die über die Welle 15 gekoppelten Nockenscheiben 11. By coupling the carriages 5a, 5b via the cam drive 10, the movements of the two carriages 5a, 5b are coupled to one another, so that mechanical energy recovered from the elastic deformation is generated through the link profile of the cam disk 11 by the relief of one of the converter devices 3a, 3b is free, is transmitted as a torque to the drive shaft 15 and can thus be used at least partially to load the thermoelastic elements 4 of the corresponding other converter device 3a, 3b. The carriages 5a, 5b are coupled via the cam carriages 12 and the cam disks 11 coupled via the shaft 15.
Figur 7 zeigt beispielhaft ein mögliches Bewegungsprofil bzw. Belastungsprofil der Wandlereinrichtungen 3a, 3b sowie, schematisiert dargestellt, die resultierende Temperaturänderung. Man erkennt, dass durch die individuelle Ansteuerung der Wandlereinrichtungen 3a, 3b, die Be- und Entlastungsvorgänge mit unterschiedlichen Bewegungsprofilen realisiert werden können. So kann vorgesehen sein, dass eine Bewegung des jeweiligen Schlittens 5a, 5b zur Belastung der thermoelastischen Elemente 4 der betreffenden Wandlereinrichtung 3a, 3b mit einem linearen Verlauf gemäß einem geringeren Gradienten der Belastung oder der Bewegung erfolgt als der lineare Verlauf der Entlastung oder der Bewegung des betreffenden Schlittens 5a, 5b zur Entlastung der thermoelastischen Elemente 4. Auch andere nicht lineare aber monotone Gradientenverläufe sind denkbar. Es ist thermodynamisch sinnvoll zwischen den Belastungs- und Entlastungsphasen Haltephasen vorzusehen, die einen konstanten Belastungsverlauf oder einen Belastungsverlauf mit einem Gradienten, der betragsmäßig sehr gering ist und im Wesentlichen keinen Beitrag zur Wärme oder Kältegenerierung leistet. Mit anderen Worten soll in den Haltephasen der Belastungsverlauf so reduziert sein, dass die Wärmeabgabe von in der vorangehenden Belastungsphase generierten Wärme oder die Wärmeaufnahme von in der vorangehenden Entlastungsphase ohne zusätzliche kalorische Effekte bewirkt werden. Die Haltephase kann entsprechend kurz sein, wenn die vorangegangene Be- und Entlastung so langsam war, dass die Energie aus den latenten Wärmen von dem Medium direkt ohne nennenswerte Verzögerung abgegeben wird. Dies ist insbesondere für isotherm-adiabate Prozesse vorteilhaft. FIG. 7 shows an example of a possible movement profile or load profile of the transducer devices 3a, 3b and, shown schematically, the resulting temperature change. It can be seen that through the individual control of the converter devices 3a, 3b, the loading and unloading processes can be implemented with different movement profiles. It can be provided that a movement of the respective carriage 5a, 5b for loading the thermoelastic elements 4 of the relevant converter device 3a, 3b takes place with a linear course according to a lower gradient of the load or the movement than the linear course of the relief or the movement of the relevant carriage 5a, 5b to relieve the thermoelastic elements 4. Other non-linear but monotonic gradient courses are also conceivable. It is thermodynamically sensible to provide holding phases between the loading and unloading phases, which have a constant load profile or a load profile with a gradient that is very small in terms of amount and essentially makes no contribution to the generation of heat or cold. In other words, the load profile should be reduced in the holding phases in such a way that the heat dissipation from heat generated in the previous load phase or the heat absorption from in the previous relief phase are brought about without additional caloric effects. The holding phase can be correspondingly short if the previous loading and unloading was so slow that the energy from the latent heat is released from the medium directly without any significant delay. This is particularly advantageous for isothermal-adiabatic processes.
Auch können zwischen mehreren Belastungsphasen und/oder zwischen mehreren Entlastungsphasen eine oder mehrere Haltephasen vorgesehen werden. Neben einem linearen Verlauf der Belastung oder der Bewegung während einer Belastungsphase und/oder Entlastungsphase kann diese auch einen anders gearteten Verlauf aufweisen, wobei die Verläufe monoton sein sollten. One or more holding phases can also be provided between several load phases and / or between several relief phases. In addition to a linear course of the load or the movement during a load phase and / or a relief phase, this can also have a different course, the courses should be monotonous.
In Figur 8 ist schematisch eine Heiz/Kühlvorrichtung 20 dargestellt. Zur Nutzung des Energiewandlers 1 zum Kühlen und/oder Heizen in der Heiz/Kühlvorrichtung 20 kann eine alternierende Medienführung zum Wärmetransport durch die Wandlereinrichtungen 3a, 3b entlang verschiedener Medienpfade S1 , S2 vorgesehen werden, um freiwerdende Wärmeenergie einem Medienstrom zu dessen Erwärmung zuzuführen und/oder durch Wärmeaufnahme aus einem Medium dieses zu kühlen. Dazu sind beispielsweise eine erste Medienzuführung 21a zum Zuführen eines zu erwärmenden Mediums, insbesondere von Luft oder Wasser, zu einer Anordnung aus mindestens einem der Energiewandler 1 , eine erste Medienabführung 22a zum Abführen des erwärmten Mediums aus der Anordnung, eine zweite Medienzuführung 21b zum Zuführen eines zu erwärmenden Mediums, insbesondere von Luft oder Wasser, aus der Anordnung und eine zweite Medienabführung 22b zum Abführen des erwärmten Mediums aus der Anordnung vorgesehen. In den Medienzuführungen 21a, 21b und Medienabführungen 22a, 22b sind jeweils Mediensteuerelemente 23, wie z.B. Medienklappen bzw. Medienventile, einer Medienpfadschalteinrichtung vorgesehen, die so ausgebildet ist, um das Medium wahlweise entlang eines ersten oder eines zweiten Medienpfads P1 , P2 durch die Anordnung zu leiten. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in den Figuren 9 und 10 dargestellt. Die Heiz/Kühlvorrichtung 20 der Figur 9 ist mit Mediensteuerelementen 23 versehen, die jeweils mit einer oder mehreren verstellbaren Medienzuführungen 21a, 21b bzw. Medienabführungen 22a, 22b als Medienführungsöffnungen vorgesehen sind, die jeweils selektiv geöffnet werden können. A heating / cooling device 20 is shown schematically in FIG. To use the energy converter 1 for cooling and / or heating in the heating / cooling device 20, an alternating media conduction for heat transport through the converter devices 3a, 3b along different media paths S1, S2 can be provided in order to supply the released thermal energy to a media flow to heat it and / or to cool it by absorbing heat from a medium. For this purpose, for example, a first media feed 21a for feeding a medium to be heated, in particular air or water, to an arrangement of at least one of the energy converters 1, a first media outlet 22a for discharging the heated medium from the arrangement, a second media feed 21b for feeding in a medium to be heated, in particular air or water, from the arrangement and a second media outlet 22b for discharging the heated medium from the arrangement is provided. Media control elements 23, such as media flaps or media valves, of a media path switching device are provided in the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b, which are designed to feed the medium through the arrangement either along a first or a second media path P1, P2 conduct. An exemplary embodiment is shown in FIGS. 9 and 10. The heating / cooling device 20 of FIG. 9 is provided with media control elements 23, which are each provided with one or more adjustable media feeds 21a, 21b or media outlets 22a, 22b as media guide openings which can each be selectively opened.
Vorzugsweise können dazu die verstellbaren Medienführungsöffnungen in dem Rahmen 2 oberhalb und unterhalb der Wandlereinrichtungen 3a, 3b angeordnet sein, so dass diese die Anordnung der thermoelastischen Elemente gemeinsam mit dem Rahmen 2 einschließen. So ist ein Schalten der Medienpfade S1 , S2 durch selektives Öffnen oder Schließen einer der Medienzuführungen 21a, 21 b oder einer der Medienabführungen 22a, 22b für jede Wandlereinrichtungen 3a, 3b vorgesehen. For this purpose, the adjustable media guide openings can preferably be arranged in the frame 2 above and below the converter devices 3a, 3b, so that they enclose the arrangement of the thermoelastic elements together with the frame 2. Switching of the media paths S1, S2 by selective opening or closing of one of the media feeds 21a, 21b or one of the media outlets 22a, 22b is provided for each converter device 3a, 3b.
Auch können bei einer Ausführungsform die Rahmen 2 von mehreren Energiewandlern 1 gestapelt werden und entsprechend die Medienführungsöffnungen 21a, 21 b, 22a, 22b nur oberhalb der obersten Wandlereinrichtungen 3a, 3b und unterhalb der untersten der Wandlereinrichtungen 3a, 3b der Energiewandler 1 vorgesehen werden. Weiterhin können bei anderen Ausführungsformen einige der Medienführungsöffnungen 21a, 21 b, 22a, 22b auch zwischen gestapelten Rahmen 2 von mehreren Energiewandlern 1 vorgesehen werden. In one embodiment, the frames 2 of several energy converters 1 can also be stacked and the media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b can only be provided above the uppermost converter devices 3a, 3b and below the lowest of the converter devices 3a, 3b the energy converter 1. Furthermore, in other embodiments, some of the media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b can also be provided between stacked frames 2 of several energy converters 1.
Grundsätzlich können der Medienpfad bzw. die Medienpfade durch den Energiewandler 1 so vorgesehen sein, dass diese die thermoelastischen Elemente 4 über ihre gesamte Länge bzw. über einen Großteil ihrer Länge in Erstreckungsrichtung E quer anströmen, um eine möglichst schnelle Wärmeübertragung zwischen den thermoelastischen Elementen 4 und dem Medium zu erreichen. Dies kann durch Medienführungsöffnungen 21a, 21 b, 22a, 22b an der Flächenseite oder an im Wesentlichen parallel zu den thermoelastischen Elementen 4 verlaufendenIn principle, the media path or the media paths through the energy converter 1 can be provided in such a way that they flow transversely towards the thermoelastic elements 4 over their entire length or over a large part of their length in the direction of extent E in order to achieve the fastest possible heat transfer between the thermoelastic elements 4 and reach the medium. This can run through media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b on the surface side or essentially parallel to the thermoelastic elements 4
Rahmenteilen des Rahmens 2 erreicht werden. Frame parts of the frame 2 can be achieved.
Alternativ kann auch eine Strömung des Mediums zumindest teilweise entlang der Erstreckungsrichtung der thermoelastischen Elemente 4 vorgesehen werden. Dies kann durch Vorsehen der Medienführungsöffnungen 21a, 21b, 22a, 22b an den Halteseiten 2a, 2b des Rahmens, an denen die thermoelastischen Elemente 4 gehalten sind, oder durch Versatz von einander gegenüberliegenden Medienführungsöffnungen 21a, 21 b, 22a, 22b an der Flächenseite oder an im Wesentlichen parallel zu den thermoelastischen Elementen 4 verlaufenden Rahmenteilen des Rahmens 2 erreicht werden. Dies kann für eine Verbesserung der internen Medienführung bei der Kaskadierung von Vorteil sein. Alternatively, a flow of the medium can also be provided at least partially along the extension direction of the thermoelastic elements 4. This can be done by providing the media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b on the holding sides 2a, 2b of the frame on which the thermoelastic elements 4 are held, or by offsetting opposing media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b on the surface side or at substantially parallel to the thermoelastic elements 4 Frame parts of the frame 2 can be achieved. This can be advantageous for improving the internal media routing when cascading.
Wie in der Ausführungsform einer Heiz/Kühlvorrichtung in Figur 9 gezeigt, können die Medienführungsöffnungen beispielsweise als Registerblenden ausgebildet sein, deren Öffnungen, wie in Figur 10 dargestellt, mit Medienführungsanordnungen 25 verbunden sind, um ein Medium zu den Medienzuführungen 21a, 21b zuzuführen und von den Medienabführungen 22a, 22b abzuführen. Die Medienführungsanordnungen 25 sind jeweils mit der einen oder den mehreren Medienzuführungen 21a, 21 b und jeweils mit der einen oder den mehreren Medienabführungen 22a, 22b verbunden, durch die im Betrieb eine Medienströmung zu- oder abgeführt wird, so dass Medienpfade S1 , S2 durch die Anordnung aus einem oder mehreren Energiewandlern 1 gebildet werden. As shown in the embodiment of a heating / cooling device in Figure 9, the media guide openings can be designed, for example, as register panels, the openings of which, as shown in Figure 10, are connected to media guide arrangements 25 in order to feed a medium to the media feeds 21a, 21b and from the Remove media outlets 22a, 22b. The media guide arrangements 25 are each connected to the one or more media inlets 21a, 21b and each to the one or more media outlets 22a, 22b through which a media flow is supplied or discharged during operation, so that media paths S1, S2 through the Arrangement of one or more energy converters 1 are formed.
Vorzugsweise wird das Medium zum Erwärmen auf einer ersten Seite der jeweiligen Wandlereinrichtung 3a, 3b den ersten Medienzuführungen 21a zugeführt und von einer zweiten Seite der jeweiligen Wandlereinrichtung 3a, 3b über die ersten Medienabführungen 22a abgeführt. Analog wird das Medium zum Kühlen auf einer zweiten Seite der jeweiligen Wandlereinrichtung 3a, 3b den zweiten Medienzuführungen 21 b zugeführt und von einer ersten Seite der jeweiligen Wandlereinrichtung 3a, 3b über die zweiten Medienabführungen 22b abgeführt. Preferably, the medium for heating is fed to the first media feeds 21a on a first side of the respective converter device 3a, 3b and discharged from a second side of the respective converter device 3a, 3b via the first media outlets 22a. Analogously, the medium for cooling is fed to the second media inlets 21b on a second side of the respective converter device 3a, 3b and discharged from a first side of the respective converter device 3a, 3b via the second media outlets 22b.
Das Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Medienzuführungen 21a, 21 b und Medienabführungen 22a, 22b wird allgemein so gesteuert, dass ein zugeführtes Medium in einen Bereich der betreffenden Wandlereinrichtung 3a, 3b einströmt, in einer Flächenrichtung der Wandlereinrichtung 3a, 3b an den thermoelastischen Elementen 4 entlang oder quer zu diesen strömt und über den zu den Medienzuführungen 21a, 21 b entlang der Erstreckungsrichtung E und/oder zu der Anordnungsrichtung versetzt angeordneten Medienabführungen 22a, 22b über die entsprechende Medienführungsanordnung 25 abgeführt wird. The opening and closing of the first and second media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b is generally controlled in such a way that a supplied medium flows into an area of the transducer device 3a, 3b in question, in a surface direction of the transducer device 3a, 3b on the thermoelastic elements 4 flows along or transversely to these and via the media outlets 22a, 22b, which are arranged offset to the direction of extent E and / or to the media feeds 21a, 21b, via the corresponding media guide arrangement 25.
Wie in Figur 9 dargestellt, können die Medienklappen 23 der Medienzuführungen 21a, 21 b und der 20 jeweils als eine Registerblende ausgebildet sein. Diese weist eine feststehende Schiebeblende 26a mit den jeweiligen Medienführungsöffnungen 21a, 21 b, 22a, 22b und einer daran angeordneten beweglichen Schiebeblende 26b mit entsprechend angeordneten Öffnungen auf, so dass je nach Überdeckung der Schiebeblenden 26a, 26b auf einer ersten Seite einer der Wandlereinrichtungen 3a, 3b die ersten Medienzuführungen 21a geöffnet und die zweiten Medienabführungen 22b geschlossen sind und auf einer zweiten Seite einer der Wandlereinrichtungen 3a, 3b die zweiten Medienzuführungen 21 b geschlossen und die ersten Medienabführungen 22a geöffnet sind. Insbesondere ist es so möglich, die bewegliche Schiebeblende 26b zwischen zwei Stellungen zu bewegen, bei denen jeweils nur eine derAs shown in FIG. 9, the media flaps 23 of the media feeds 21a, 21b and 20 can each be designed as a register panel. This has a fixed sliding panel 26a with the respective media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b and a movable sliding panel 26b arranged thereon with correspondingly arranged openings, so that depending on the overlap of the sliding panels 26a, 26b on a first side of one of the transducer devices 3a, 3b, the first media inlets 21a are opened and the second media outlets 22b are closed and on a second side of one of the converter devices 3a, 3b, the second media inlets 21b are closed and the first media outlets 22a are open. In particular, it is thus possible to move the movable sliding panel 26b between two positions in which only one of the
Medienführungsöffnungen 21a, 22b geöffnet sind, während die entsprechend andere der Medienführungsöffnungen 21a, 21b geschlossen sind. Media guide openings 21a, 22b are open, while the corresponding other of the media guide openings 21a, 21b are closed.
Das Steuern der Medienführungsöffnungen 21a, 21b, 22a, 22b bzw. die Stellbewegung der beweglichen Schiebeblende 26b kann durch den Wandlerantrieb 10 bzw. den damit gekoppelten Nockenwägen 12 vorgenommen werden. Wie beispielsweise in den zwei Öffnungsstellungen in den Figuren 11a und 11 b dargestellt, kann die bewegliche Schiebeblende 26b durch eine geeignete mechanische Kopplung, wie beispielsweise durch die Hebelanordnung 27, mit dem Nockenwagen 12 so gekoppelt sein, dass die Öffnungs- und Schließzyklus der Medienführungsöffnungen 21a, 21b, 22a, 22b synchron zu der Erwärmung und Abkühlung (Belastung und Entlastung) der thermoelastischen Elemente 4 der jeweiligen Wandlereinrichtung 3a, 3b erfolgt. The control of the media guide openings 21a, 21b, 22a, 22b or the adjusting movement of the movable sliding panel 26b can be carried out by the converter drive 10 or the cam carriage 12 coupled to it. As shown, for example, in the two opening positions in FIGS. 11a and 11b, the movable sliding panel 26b can be coupled to the cam carriage 12 by a suitable mechanical coupling, such as the lever arrangement 27, so that the opening and closing cycles of the media guide openings 21a , 21b, 22a, 22b takes place synchronously with the heating and cooling (loading and unloading) of the thermoelastic elements 4 of the respective converter device 3a, 3b.
Das Öffnen und Schließen der Medienzuführungen 21a, 21b und Medienabführungen 22a, 22b erfolgt also entsprechend dem Belasten und Entlasten der thermoelastischen Elemente 4 der betreffenden Wandlereinrichtung 3a, 3b und kann über den gemeinsamen Wandlerantrieb 10 entsprechend angesteuert werden. Alternativ kann das Öffnen und Schließen der Medienzuführungen 21a, 21 b und Medienabführungen 22a, 22b über eine separate Ansteuerung erfolgen, die zu dem Verlauf des Belastens und Entlastens der thermoelastischen Elemente 4 synchronisiert ist. The media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b are opened and closed in accordance with the loading and unloading of the thermoelastic elements 4 of the relevant converter device 3a, 3b and can be controlled accordingly via the common converter drive 10. Alternatively, the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b can be opened and closed via a separate control which is synchronized with the course of the loading and unloading of the thermoelastic elements 4.
In einer alternativen Ausführungsform können das Öffnen und das Schließen der Medienzuführungen 21a, 21b und Medienabführungen 22a, 22b auch bezüglich der Seiten der betreffenden Wandlereinrichtung im Wechsel erfolgen, d. h. zum Erwärmen des Mediums sind die Zuführungs- und Abführungsöffnungen auf einer ersten Seite gleichzeitig geöffnet, während die Medienzuführungen 21a, 21 b undIn an alternative embodiment, the opening and closing of the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b can also take place alternately with respect to the sides of the converter device in question, ie. H. for heating the medium, the feed and discharge openings are open on a first side simultaneously, while the media feeds 21a, 21b and
Medienabführungen 22a, 22b der gegenüberliegenden zweiten Seite der betreffenden Wandlereinrichtung 3a, 3b geschlossen sind und zum Kühlen des Mediums sind die Medienzuführungen 21a, 21 b und Medienabführungen 22a, 22b auf der zweiten Seite gleichzeitig geöffnet, während die Medienzuführungen 21a, 21b undMedia outlets 22a, 22b on the opposite second side of the converter device 3a, 3b in question are closed and for cooling the medium the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b on the second side are open simultaneously, while the media inlets 21a, 21b and
Medienabführungen 22a, 22b der gegenüberliegenden ersten Seite derMedia outlets 22a, 22b of the opposite first side of the
Wandlereinrichtung 3a, 3b geschlossen sind. Die Anordnung der gleichzeitig geöffneten Medienzuführungen 21a, 21 b und Medienabführungen 22a, 22b sollte in Flächenrichtung der Wandlereinrichtung versetzt sein, um eine möglichst gute Wärmeabführung oder -Zuführung zu den thermoelastischen Elementen 4 zu ermöglichen. Insbesondere können die Medienzuführungen 21a, 21b und Medienabführungen 22a, 22b so angeordnet sein, dass eine Strömung des Mediums entlang der Erstreckungsrichtung der thermoelastischen Elemente 4 oder quer zu diesen erreicht wird. Converter device 3a, 3b are closed. The arrangement of the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b, which are open at the same time, should be offset in the direction of the surface of the converter device in order to enable the best possible heat dissipation or supply to the thermoelastic elements 4. In particular, the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b can be arranged in such a way that a flow of the medium is achieved along the extension direction of the thermoelastic elements 4 or across them.
Die Figuren 12a bis 12c zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Querschnitte von Medienführungsöffnungen. So zeigt die Figur 12a eine entsprechende Medienführungsöffnung, die sich über einen Großteil der Länge (>80%) eines thermoelastischen Elements 4 in seiner Erstreckungsrichtung E erstreckt. Die Medienzuführungen 21a, 21 b und Medienabführungen 22a, 22b an der ersten Seite und der zweiten Seite der jeweiligen Wandlereinrichtung 3a, 3b sind quer zur Erstreckungsrichtung versetzt, so dass eine Durchströmung der betreffenden Wandlereinrichtung 3a, 3b quer zur Erstreckungsrichtung E bewirkt wird. Figures 12a to 12c show different embodiments for the cross sections of media guide openings. For example, FIG. 12a shows a corresponding media guide opening which extends over a large part of the length (> 80%) of a thermoelastic element 4 in its direction of extent E. The media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b on the first side and the second side of the respective transducer device 3a, 3b are offset transversely to the direction of extent, so that a flow through the relevant transducer device 3a, 3b is effected transversely to the direction of extent E.
Weiterhin zeigt die Figur 12b eine dreieckförmige Medienführungsöffnung, die sich etwa über eine Hälfte der Länge der thermoelastischen Elemente 4 in ihren Erstreckungsrichtungen E erstreckt. Die Medienzuführungen 21a, 21 b undFurthermore, FIG. 12b shows a triangular media guide opening which extends approximately over half the length of the thermoelastic elements 4 in their directions E of extension. The media feeds 21a, 21b and
Medienabführungen 22a, 22b an der ersten Seite und der zweiten Seite sind bezüglich der Erstreckungsrichtung versetzt, so dass eine Durchströmung der betreffenden Wandlereinrichtung 3a, 3b zumindest teilweise entlang der Erstreckungsrichtung bewirkt wird, wobei der Strömungswiderstand durch den dreieckigen Querschnitt der Medienführung gleichmäßig ist. Media outlets 22a, 22b on the first side and the second side are offset with respect to the direction of extent, so that a flow through the relevant converter device 3a, 3b is effected at least partially along the direction of extent, the flow resistance being uniform due to the triangular cross-section of the media duct.
Weiterhin zeigt die Figur 12c eine rechteckige Medienführungsöffnung, die sich etwa über weniger als die Hälfte der Länge der thermoelastischen Elemente 4 in ihren Erstreckungsrichtungen E erstreckt. Die Medienführungsöffnungen an der ersten Seite und der zweiten Seite sind über die Erstreckungsrichtung E versetzt, so dass eine Durchströmung der betreffenden Wandlereinrichtung 3a, 3b entlang der Erstreckungsrichtung bewirkt wird. Furthermore, FIG. 12c shows a rectangular media guide opening which extends approximately over less than half the length of the thermoelastic elements 4 in their extension directions E. The media guide openings on the first side and the second side are offset over the direction of extent E, so that a flow through the relevant transducer device 3a, 3b is effected along the direction of extent.
Wie in Figur 13 dargestellt können zwischen thermoelastischen Elementen 4 Trennwände 28 angeordnet sein, die in Erstreckungsrichtung verlaufen. Diese dienen der Medienführung im Inneren des Energiewandlers 1 und erzwingen einen Verlauf der Medienströmung in Erstreckungsrichtung der thermoelastischen Elemente 4, um einen verbesserten Wärmeeintrag bzw. Wärmeaustrag zu erreichen. As shown in FIG. 13, partition walls 28, which run in the direction of extent, can be arranged between thermoelastic elements 4. These serve to guide the media inside the energy converter 1 and force a course of the Media flow in the direction of extension of the thermoelastic elements 4 in order to achieve an improved heat input or heat discharge.
Grundsätzlich können die Medienzuführungen 21a, 21 b und Medienabführungen 22a, 22b an allen Seiten der Wandlereinrichtungen 3a, 3b vorgesehen sein. So können die Medienführungsöffnungen auch durch den Rahmen 2 zu den thermoelastischen Elementen 4 verlaufen. Insgesamt befinden sich die Wandlereinrichtungen 3a, 3b jeweils innerhalb eines geschlossenen Volumens, durch das die Medienpfade S1 , S2 verlaufen. Die Medienführungsöffnungen sind dabei so angeordnet, dass Medienpfade an zumindest einem Großteil der thermoelastischen Elemente 4 vorbei verlaufen, um die thermische Übertragung zwischen dem Medium und den thermoelastischen Elementen 4 zu maximieren. In principle, the media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b can be provided on all sides of the converter devices 3a, 3b. The media guide openings can thus also run through the frame 2 to the thermoelastic elements 4. Overall, the converter devices 3a, 3b are each located within a closed volume through which the media paths S1, S2 run. The media guide openings are arranged in such a way that media paths run past at least a large part of the thermoelastic elements 4 in order to maximize the thermal transfer between the medium and the thermoelastic elements 4.
In einer alternativen Ausführungsform, die schematisch in Figur 14 dargestellt ist, können die Medienpfade eine gemeinsame Medienzuführung und separate mit entsprechenden Mediensteuerelementen 23 versehene Medienabführungen 22a, 22b aufweisen. Die Medienklappen werden synchron zu der Ansteuerung der Wandlereinrichtungen 3a, 3b durch den Wandlerantrieb 10 betrieben, um jeweils erwärmtes oder gekühltes Medium abzuführen. In an alternative embodiment, which is shown schematically in FIG. 14, the media paths can have a common media feed and separate media outlets 22a, 22b provided with corresponding media control elements 23. The media flaps are operated synchronously with the activation of the converter devices 3a, 3b by the converter drive 10, in order to discharge heated or cooled medium.
Alternativ kann auch eine gemeinsame Medienabführung vorgesehen sein, die eine schaltbare Verzweigung aufweist, um erwärmte und gekühlte Mediensäulen nach dem Durchgang durch die Anordnung aus einem oder mehreren Energiewandlern 1 in getrennten Abführungspfaden zu leiten. Alternatively, a common media outlet can also be provided, which has a switchable branching, in order to direct heated and cooled media columns after passing through the arrangement of one or more energy converters 1 in separate outlet paths.
Weiterhin ist es, wie in dem Energiewandlersystem 20 der Figur 15 dargestellt, möglich, mehrere Energiewandler 1 zu stapeln, so dass deren Rahmen 2 aufeinander liegen. Lediglich die Ober- und Unterseite der Stapelanordnung können dann mit den entsprechend ansteuerbaren Medienzuführungen 21a, 21b und Medienabführungen 22a, 22b versehen sein, so dass eine Durchströmung der Wandlereinrichtungen 3a, 3b quer zu ihrer Flächenrichtung erreicht wird. Furthermore, as shown in the energy converter system 20 of FIG. 15, it is possible to stack several energy converters 1 so that their frames 2 lie on top of one another. Only the top and bottom of the stack arrangement can then be provided with the appropriately controllable media inlets 21a, 21b and media outlets 22a, 22b, so that a flow through the transducer devices 3a, 3b is achieved transversely to their surface direction.
Alternativ kann der Medienpfad durch eine derartige Stapelanordnung auch mäanderförmig verlaufen und dabei quer zur Erstreckungsrichtung der thermoelastischen Elemente 4 oder entlang deren Erstreckungsrichtung verlaufen. Die Medienpfade können auch angezapft werden, um Medium zu oder abzuführen. Durch das Stapeln der Energiewandler 1 kann die Leistung der Heiz-/Kühleinrichtung erheblich erhöht werden. Durch die Möglichkeit des Stapelns und den Konfigurationsmöglichkeiten durch die Anzahl der thermoelastischen Elemente 4 und deren Länge ist die Baugröße einer solchen Heiz-/Kühlvorrichtung 20 anpassbar, ohne dass sich die Leistungsdichte bezogen auf das Bauvolumen wesentlich verschlechtert. Alternatively, the media path can also run in a meandering shape through such a stack arrangement and thereby run transversely to the direction of extension of the thermoelastic elements 4 or along their direction of extension. The media paths can also be tapped to add or remove media. By stacking the energy converters 1, the output of the heating / cooling device can be increased considerably. Due to the possibility of stacking and the configuration options through the number of thermoelastic elements 4 and their length, the structural size of such a heating / cooling device 20 can be adapted without the power density in relation to the structural volume deteriorating significantly.
Bei der Anordnung der Medienführungsöffnungen in dem Rahmen 2 kann bei geschlossenen oberen und unteren Seiten auch eine laterale Anordnung der Rahmen vorgesehen werden, bei der die Wandlereinrichtungen 3a, 3b der Energiewandler 1 nacheinander zum Erwärmen oder Abkühlen des Medienstroms durchströmt werden. With the arrangement of the media guide openings in the frame 2, with the upper and lower sides closed, a lateral arrangement of the frames can also be provided, in which the converter devices 3a, 3b of the energy converter 1 are flowed through one after the other to heat or cool the media flow.
Die Kopplung kann bei dem Energiewandlersystem 20 ausgebildet sein, um den Betrieb des mindestens einen Energiewandlers synchron zu einem Umschalten zwischen einer Medienführung über den ersten und den zweiten Medienpfad S1 , S2 zu betreiben, so dass das Medium zur Aufnahme von Wärme von den thermoelastischen Elementen 4 und zur Abgabe von Wärme an die thermoelastische Elemente 4 über den ersten bzw. den zweiten Medienpfad S1 , S2 durch die Anordnung geführt wird. The coupling can be designed in the energy converter system 20 in order to operate the operation of the at least one energy converter synchronously with a switchover between media routing via the first and second media paths S1, S2, so that the medium for absorbing heat from the thermoelastic elements 4 and to give off heat to the thermoelastic elements 4 via the first and the second media path S1, S2 through the arrangement.
Insbesondere kann die Kopplung ausgebildet sein, um beim Betrieb von mehreren Energiewandlern die zyklische Be- und Entlastung bei Durchströmung entlang des ersten oder des zweiten Medienpfads S1 , S2 zeitlich zueinander versetzt bezüglich der Strömungsrichtung des Mediums durch den jeweiligen Medienpfad durchzuführen. Auf diese Weise kann abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums bei Wechsel zwischen Erwärmungs- und Abkühlungsphasen zunächst das innerhalb der Anordnung verbliebene Medium herausgedrückt werden und die Wandlereinrichtungen 3a, 3b erst dann aktiviert, d.h. belastet oder entlastet werden, wenn das zu erwärmende bzw. abzukühlende Medium die betreffende Wandlereinrichtung 3a, 3b erreicht hat. In particular, the coupling can be designed to carry out the cyclical loading and unloading with flow along the first or the second media path S1, S2 offset in time with respect to the flow direction of the medium through the respective media path when operating several energy converters. In this way, depending on the flow rate of the medium, when changing between heating and cooling phases, the medium remaining within the arrangement can first be pressed out and the converter devices 3a, 3b only then activated, i.e. are loaded or relieved when the medium to be heated or cooled has reached the relevant converter device 3a, 3b.

Claims

1. Thermoelastischer Energiewandler (1), insbesondere zum Einsatz in einer thermoelastischen Heiz/Kühlvorrichtung oder in einem Wärme-Kraft- Kopplungssystem, umfassend: 1. Thermoelastic energy converter (1), in particular for use in a thermoelastic heating / cooling device or in a heat and power coupling system, comprising:
eine Anordnung mit mehreren Wandlereinrichtungen (3a, 3b), wobei jede der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) in einer Erstreckungsrichtung angeordnete ein oder mehrere thermoelastische Elemente (4) aufweist; eine Beaufschlagungseinrichtung, um die thermoelastischen Elemente (4) jeder der mehreren Wandlereinrichtungen (3a, 3b) mit einem zeitlich variablen Kraftverlauf zu belasten, an arrangement with a plurality of transducer devices (3a, 3b), each of the transducer devices (3a, 3b) having one or more thermoelastic elements (4) arranged in a direction of extension; a loading device to load the thermoelastic elements (4) of each of the plurality of transducer devices (3a, 3b) with a time-variable force curve,
eine Kopplung, die ausgebildet ist, so dass die Beaufschlagungseinrichtung die Wandlereinrichtungen (3a, 3b) bezüglich ihrer zyklischen Be- und Entlastung phasenversetzt ansteuert. a coupling which is designed so that the application device controls the converter devices (3a, 3b) out of phase with regard to their cyclical loading and unloading.
2. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach Anspruch 1 , wobei die Kopplung realisiert ist: 2. Thermoelastic energy converter (1) according to claim 1, wherein the coupling is implemented:
mit einem Wandlerantrieb (10), der ausgebildet ist, um die Beaufschlagungseinrichtung so anzusteuern, dass die Wandlereinrichtungen (3a, 3b) phasenversetzt angesteuert werden, dass die thermoelastischen Elemente (4) der jeweiligen Wandlereinrichtungen (3a, 3b) zyklisch be- und entlastet werden und sich dadurch jeweils zyklisch erwärmen bzw. abkühlen; oder with a converter drive (10) which is designed to control the application device in such a way that the converter devices (3a, 3b) are controlled out of phase so that the thermoelastic elements (4) of the respective converter devices (3a, 3b) are cyclically loaded and unloaded and thereby each cycle to warm up or cool down; or
mit einer Kraftauskopplung, die ausgebildet ist, um mechanische Energie, die der Beaufschlagungseinrichtung von den Wandlereinrichtungen (3a, 3b) zugeführt wird, aus dem Energiewandler auszukoppeln. with a force decoupling which is designed to decouple mechanical energy, which is supplied to the impingement device by the converter devices (3a, 3b), from the energy converter.
3. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die thermoelastischen Elemente (4) innerhalb einer oder mehrerer der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) jeweils parallel zueinander in einem Rahmen (2, 2a, 2b, 2c, 2d) angeordnet sind, so dass die Wandlereinrichtungen (3a, 3b) eine oder mehrere im Wesentlichen plane Wärmetauscherebenen bilden, die insbesondere vollständig innerhalb des Rahmens (2, 2a, 2b, 2c, 2d) aufgenommen sind. 3. Thermoelastic energy converter (1) according to claim 1 or 2, wherein the thermoelastic elements (4) are arranged within one or more of the converter devices (3a, 3b) each parallel to one another in a frame (2, 2a, 2b, 2c, 2d) , so that the converter devices (3a, 3b) form one or more essentially planar heat exchanger planes, which in particular are completely received within the frame (2, 2a, 2b, 2c, 2d).
4. Thermoelastischer Energiewandler nach Anspruch 3, wobei die mehreren Wandlereinrichtungen mindestens eine im wesentlichen plane Wärmetauscherebene mit jeweils mehreren Wandlereinrichtungen bilden, wobei die Wandlereinrichtungen einer Wärmertauscherebene insbesondere vollständig innerhalb eines gemeinsamen Rahmens (2, 2a, 2b, 2c, 2d) aufgenommen sind. 4. Thermoelastic energy converter according to claim 3, wherein the plurality of converter devices form at least one substantially planar heat exchanger plane, each with a plurality of converter devices, wherein the converter devices of a heat exchanger level are in particular completely received within a common frame (2, 2a, 2b, 2c, 2d).
5. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Beaufschlagungseinrichtung einen in dem Rahmen (2, 2a, 2b, 2c, 2d) beweglich angeordneten gemeinsamen Schlitten (5) aufweist, der mit einem der Enden der thermoelastischen Elemente (4) verbunden ist, so dass bei einer zyklischen translatorischen Bewegung des gemeinsamen Schlittens (5) in Erstreckungsrichtung eine wechselseitige zyklische Be- und Entlastung der thermoelastischen Elemente (4) der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) erreicht wird oder so dass bei einer thermischen Beaufschlagung der thermoelastischen Elemente (4) der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) eine zyklische translatorische Bewegung des gemeinsamen Schlittens (5) in Erstreckungsrichtung erreicht wird. 5. Thermoelastic energy converter (1) according to claim 3 or 4, wherein the loading device has a common carriage (5) which is movably arranged in the frame (2, 2a, 2b, 2c, 2d) and which is connected to one of the ends of the thermoelastic elements (4 ) is connected, so that with a cyclical translational movement of the common carriage (5) in the direction of extension, a reciprocal cyclical loading and unloading of the thermoelastic elements (4) of the transducer devices (3a, 3b) is achieved or so that when the thermoelastic Elements (4) of the converter devices (3a, 3b) a cyclic translational movement of the common slide (5) in the direction of extension is achieved.
6. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach Anspruch 5, wobei der Wandlerantrieb (10) ausgebildet ist, um den gemeinsamen Schlitten (5) zyklisch gemäß einem vorgegebenen Bewegungsprofil zu bewegen, wobei insbesondere das Bewegungsprofil ausgebildet ist, um während des zyklischen Betriebs Belastungsphasen zur Belastung einer der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) und Haltephasen, in der im Wesentlichen keine Bewegung des Schlittens (5) erfolgt, vorzusehen und/oder während des zyklischen Betriebs Belastungsphasen zur Belastung der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) und Entlastungsphasen zur Entlastung der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) vorzusehen, wobei die Belastungsphasen und die Entlastungsphasen der mehreren Wandlereinrichtungen (3a, 3b) insbesondere unterschiedliche Kraftverläufe oder Dehnungsverläufe aufweisen. 6. Thermoelastic energy converter (1) according to claim 5, wherein the converter drive (10) is designed to move the common slide (5) cyclically according to a predetermined movement profile, wherein in particular the movement profile is designed to load phases during cyclical operation one of the converter devices (3a, 3b) and holding phases, in which there is essentially no movement of the carriage (5), and / or, during cyclic operation, load phases to load the converter devices (3a, 3b) and relief phases to relieve the converter devices (3a , 3b), the load phases and the relief phases of the plurality of converter devices (3a, 3b) in particular having different force profiles or expansion profiles.
7. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Beaufschlagungseinrichtung für jede der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) einen in dem Rahmen (2, 2a, 2b, 2c, 2d) beweglich angeordneten Schlitten (5a, 5b) umfasst, wobei jeder der Schlitten mit den jeweiligen thermoelastischen Elementen (4) der zugeordneten Wandlereinrichtung (3a, 3b) verbunden ist, so dass bei einem jeweiligen Bewegungsprofil mit einer zyklischen translatorischen Bewegung der Schlitten (5a, 5b) in Erstreckungsrichtung die zyklische Be- und Entlastung der thermoelastischen Elemente (4) erreicht wird oder so dass bei einer thermischen Beaufschlagung der thermoelastischen Elemente (4) der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) eine zyklische translatorische Bewegung des jeweiligen Schlittens in Erstreckungsrichtung erreicht wird. 7. Thermoelastic energy converter (1) according to claim 3 or 4, wherein the loading device for each of the converter devices (3a, 3b) comprises a carriage (5a, 5b) movably arranged in the frame (2, 2a, 2b, 2c, 2d), wherein each of the carriages is connected to the respective thermoelastic elements (4) of the associated transducer device (3a, 3b), so that with a respective movement profile with a cyclic translational movement of the carriages (5a, 5b) in the direction of extension, the cyclic loading and unloading of the thermoelastic elements (4) is achieved or so that when thermal loading of the thermoelastic Elements (4) of the converter devices (3a, 3b) a cyclic translational movement of the respective carriage in the direction of extension is achieved.
8. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach Anspruch 7, wobei die Schlitten (5a, 5b) mechanisch gekoppelt sind, um eine bei einer Entlastung einer der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) freiwerdende mechanische Energie zumindest teilweise zur Belastung einer anderen der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) zu nutzen. 8. Thermoelastic energy converter (1) according to claim 7, wherein the carriages (5a, 5b) are mechanically coupled in order to at least partially load a mechanical energy released when one of the converter devices (3a, 3b) is relieved of load to load another of the converter devices (3a, 3b). 3b) to use.
9. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Wandlerantrieb (10) mit den Schlitten gekoppelt ist, um diese gemäß dem jeweiligen insbesondere nicht sinusförmigen Bewegungsprofil anzutreiben, wobei insbesondere die zyklischen Bewegungsprofile jeweils eine Belastungsphase zur Belastung der betreffenden Wandlereinrichtung (3a, 3b), eine Haltephase, in der im Wesentlichen keine Bewegung des betreffenden Schlittens erfolgt, und eine Entlastungsphase zur Entlastung der betreffenden Wandlereinrichtung (3a, 3b) vorsehen. 9. Thermoelastic energy converter (1) according to claim 7 or 8, wherein the converter drive (10) is coupled to the slides in order to drive them according to the particular non-sinusoidal movement profile, in particular the cyclical movement profiles each having a loading phase for loading the relevant converter device ( 3a, 3b), a holding phase in which there is essentially no movement of the relevant carriage, and a relief phase to relieve the relevant transducer device (3a, 3b).
10. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach Anspruch 9, wobei die Belastungsphase und die Entlastungsphase jeweils abschnittsweise lineare oder sonstige monotone Verläufe der Belastung und/oder Entlastung oder einer Bewegung der Schlitten aufweisen, wobei die linearen Verläufe insbesondere unterschiedliche Gradienten bzw. die sonstigen monotonen Verläufe der Belastung und/oder Entlastung oder der Bewegung der Schlitten (5a, 5b) unterschiedliche Gradientenverläufe aufweisen. 10. Thermoelastic energy converter (1) according to claim 9, wherein the loading phase and the relief phase each have in sections linear or other monotonous courses of the load and / or relief or a movement of the carriage, the linear courses in particular having different gradients or the other monotonic courses the loading and / or unloading or the movement of the carriages (5a, 5b) have different gradients.
11. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach einem der Ansprüche 6, 9 und 10, wobei der Wandlerantrieb mindestens eine Nockenscheibe (11) mit einem jeweiligen Nockenwagen (12) aufweist, der mit dem entsprechenden Schlitten (5, 5a, 5b) gekoppelt ist, wobei die Nockenscheibe (11) mit dem Nockenwagen (12) in Eingriff ist, so dass durch eine Kulisse der Nockenscheibe (11) eine Bewegung des betreffenden Schlittens (5, 5a, 5b) zur Belastung und Entlastung der thermoelastischen Elemente (4) der betreffenden Wandlereinrichtung (3a; 3b) insbesondere in Erstreckungsrichtung (E) der thermoelastischen Elemente (4) bewirkt wird. 11. Thermoelastic energy converter (1) according to one of claims 6, 9 and 10, wherein the converter drive has at least one cam disk (11) with a respective cam carriage (12) which is coupled to the corresponding slide (5, 5a, 5b), wherein the cam disk (11) is in engagement with the cam carriage (12), so that a movement of the respective carriage (5, 5a, 5b) to load and relieve the thermoelastic elements (4) of the respective Converter device (3a; 3b) is effected in particular in the direction of extent (E) of the thermoelastic elements (4).
12. Thermoelastischer Energiewandler (1) nach einem der Ansprüche 6, 9 und 10, wobei die Kraftauskopplung mindestens eine Nockenscheibe (11) mit einem jeweiligen Nockenwagen (12) aufweist, der mit dem entsprechenden Schlitten (5, 5a, 5b) gekoppelt ist, wobei die Nockenscheibe (11) mit dem Nockenwagen (12) in Eingriff ist, so dass aufgrund einer Temperaturbeaufschlagung der thermoelastischen Elemente (4) der betreffenden Wandlereinrichtung (3a, 3b) eine Bewegung des betreffenden Schlittens (5, 5a, 5b) und durch eine Kulisse eine Rotation der Nockenscheibe (11) bewirkt wird. 12. Thermoelastic energy converter (1) according to one of claims 6, 9 and 10, wherein the force coupling has at least one cam disk (11) with a respective cam carriage (12) which is connected to the corresponding slide (5, 5a, 5b) is coupled, wherein the cam disk (11) is in engagement with the cam carriage (12), so that a movement of the relevant slide due to a temperature exposure of the thermoelastic elements (4) of the relevant converter device (3a, 3b) (5, 5a, 5b) and rotation of the cam disk (11) is effected by a link.
13. Energiewandlersystem (20), insbesondere ein Heiz/Kühlsystem, umfassend: eine Anordnung aus mindestens einem Energiewandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; 13. Energy converter system (20), in particular a heating / cooling system, comprising: an arrangement of at least one energy converter (1) according to one of claims 1 to 12;
eine oder mehrere Medienzuführungen (21 , 21 b) zum Zuführen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, insbesondere von Luft oder Wasser, zu der Anordnung und eine oder mehrere Medienabführungen (22a, 22b) zum Abführen des Mediums aus der Anordnung, one or more media feeds (21, 21 b) for feeding a gaseous or liquid medium, in particular air or water, to the arrangement and one or more media outlets (22a, 22b) for discharging the medium from the arrangement,
eine Medienpfadschalteinrichtung, die so ausgebildet ist, um das Medium durch eine oder mehrere der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) wahlweise entlang eines ersten oder eines zweiten Medienpfads (S1 , S2) zu leiten, um gekühltes oder erwärmtes Medium zu separieren; a media path switching device which is designed to guide the medium through one or more of the converter devices (3a, 3b) selectively along a first or a second media path (S1, S2) in order to separate cooled or heated medium;
wobei die Kopplung ausgebildet ist, um den Betrieb des mindestens einen Energiewandlers (1) synchron zu einem Umschalten zwischen einer Medienführung über den ersten und den zweiten Medienpfad (S1 , S2) zu betreiben, so dass das Medium zur Aufnahme von Wärme von den thermoelastischen Elementen (4) und zur Abgabe von Wärme an die thermoelastische Elemente (4) über den ersten bzw. den zweiten Medienpfad (S1 , S2) durch die Anordnung geführt wird. wherein the coupling is designed to operate the operation of the at least one energy converter (1) synchronously with a switchover between media routing via the first and second media path (S1, S2), so that the medium can absorb heat from the thermoelastic elements (4) and to give off heat to the thermoelastic elements (4) via the first and the second media path (S1, S2) through the arrangement.
14. Energiewandlersystem (20) nach Anspruch 13, wobei die Kopplung ausgebildet ist, um beim Betrieb von mehreren Energiewandlern (1) die zyklische Be- und Entlastung bei Durchströmung entlang des ersten oder des zweiten Medienpfads (S1 , S2) zeitlich zueinander versetzt bezüglich der14. Energy converter system (20) according to claim 13, wherein the coupling is designed to offset the cyclical loading and unloading with flow along the first or the second media path (S1, S2) with respect to one another in time when operating a plurality of energy converters (1)
Strömungsrichtung des Mediums durch den jeweiligen Medienpfad durchzuführen. Carry out flow direction of the medium through the respective media path.
15. Energiewandlersystem (20) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Medienpfadschalteinrichtung (23) mit mindestens einem Mediensteuerelement vorgesehen ist, um zwischen dem ersten Medienpfad und dem zweiten Medienpfad (S1 , S2) zu schalten. 15. Energy converter system (20) according to claim 13 or 14, wherein the media path switching device (23) is provided with at least one media control element to switch between the first media path and the second media path (S1, S2).
16. Energiewandlersystem (20) nach Anspruch 15, wobei die Medienpfadschalteinrichtung (23) mit mindestens einer ersten Medienzuführung (21a) und einer ersten Medienabführung (22a) zur Steuerung des ersten Medienpfades (S1) und mit mindestens einer zweiten Medienzuführung (21 b) und einer zweiten Medienabführung (22b) zur Steuerung des zweiten Medienpfades (S2) ausgebildet sind. 16. Energy converter system (20) according to claim 15, wherein the media path switching device (23) with at least one first media supply (21a) and a first media discharge (22a) for controlling the first media path (S1) and with at least one second media supply (21b) and a second media outlet (22b) for controlling the second media path (S2) are formed.
17. Energiewandlersystem (20) nach Anspruch 16, wobei die erste Medienzuführung (21a) und die erste Medienabführung (22a) auf verschiedenen Seiten der Energiewandleranordnung sowie die zweite Medienzuführung (21 b) und die zweite Medienabführung (22b) auf verschiedenen Seiten der Energiewandleranordnung angeordnet sind, wobei insbesondere die erste Medienzuführung (21a), die erste Medienabführung (22a), die zweite Medienzuführung (21b) und/oder die zweite Medienabführung (22b) an einem Rahmenteil des Rahmens (2, 2a, 2b, 2c, 2d) der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) oder in einer Abdeckung an dessen Flächenseite vorgesehen sind. 17. Energy converter system (20) according to claim 16, wherein the first media inlet (21a) and the first media outlet (22a) are arranged on different sides of the energy converter arrangement and the second media inlet (21b) and the second media outlet (22b) are arranged on different sides of the energy converter arrangement are, in particular the first media feed (21a), the first media discharge (22a), the second media feed (21b) and / or the second media discharge (22b) on a frame part of the frame (2, 2a, 2b, 2c, 2d) of the Converter devices (3a, 3b) or are provided in a cover on the surface side thereof.
18. Energiewandlersystem (20) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die18. Energy converter system (20) according to one of claims 15 to 17, wherein the
Energiewandleranordnung mehrere aneinander angrenzende Energiewandler (1) aufweist, so dass der erste und der zweite Medienpfad (S1 , S2) jeweils durch zwei zueinander benachbarte Wandlereinrichtungen (3a, 3b) von Energiewandlern (1) verläuft, wobei die Medienzuführungen (21a, 21 b) und/oder die Medienabführungen (22a, 22b) an Flächenseiten derEnergy converter arrangement has a plurality of energy converters (1) adjacent to one another, so that the first and second media paths (S1, S2) each run through two mutually adjacent converter devices (3a, 3b) of energy converters (1), the media feeds (21a, 21b) and / or the media outlets (22a, 22b) on the surface sides of the
Energiewandleranordnung oder jeweils in einem Rahmen (2, 2a, 2b, 2c, 2d) der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) der Energiewandler (1) angeordnet sind. Energy converter arrangement or are each arranged in a frame (2, 2a, 2b, 2c, 2d) of the converter devices (3a, 3b) of the energy converter (1).
19. Energiewandlersystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die mindestens eine erste und/oder zweite Medienzuführung (21a, 21 b) und/oder die mindestens eine erste und/oder zweite Medienabführung (22a, 22b) einen rechteckigen, runden, ovalen oder dreieckigen Öffnungsquerschnitt aufweist. 19. Energy converter system according to one of claims 16 to 18, wherein the at least one first and / or second media supply (21a, 21b) and / or the at least one first and / or second media discharge (22a, 22b) is a rectangular, round, oval or triangular opening cross-section.
20. Energiewandlersystem (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei der erste und oder der zweite Medienpfad (S1 , S2) längs der Erstreckungsrichtung der thermoelastischen Elemente (4), quer zu der Erstreckungsrichtung (E) und in der Anordnungsebene der thermoelastischen Elementen (4) oder quer zu der Erstreckungsrichtung und quer zur Anordnungsebene der thermoelastischen Elementen (4) ausgebildet sind. 20. Energy converter system (20) according to one of claims 13 to 19, wherein the first and / or the second media path (S1, S2) along the extension direction of the thermoelastic elements (4), transversely to the extension direction (E) and in the arrangement plane of the thermoelastic Elements (4) or transversely to the direction of extension and transversely to the plane of arrangement of the thermoelastic elements (4) are formed.
21. Verfahren zum Betreiben eines thermoelastischen Energiewandlers (1), insbesondere zum Einsatz in einer thermoelastischen Heiz/Kühlvorrichtung oder in einem Wärme-Kraft-Kopplungssystem, wobei der thermoelastische Energiewandler eine Anordnung mit mehreren Wandlereinrichtungen (3a, 3b) umfasst, wobei jede der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) in einer21. A method for operating a thermoelastic energy converter (1), in particular for use in a thermoelastic heating / cooling device or in a heat and power coupling system, wherein the thermoelastic energy converter comprises an arrangement with several converter devices (3a, 3b), each of the converter devices (3a, 3b) in one
Erstreckungsrichtung (E) angeordnete ein oder mehrere thermoelastische Elemente (4) aufweist; Has one or more thermoelastic elements (4) arranged in the direction of extent (E);
wobei die thermoelastischen Elemente (4) jeder der mehreren Wandlereinrichtungen (3a, 3b) mit einem zeitlich variablen Kraftverlauf belastet werden, wobei die Wandlereinrichtungen (3a, 3b) bezüglich ihrer zyklischen Be- und Entlastung phasenversetzt angesteuert werden. wherein the thermoelastic elements (4) of each of the plurality of transducer devices (3a, 3b) are loaded with a time-variable force curve, the transducer devices (3a, 3b) being actuated with a phase shift with regard to their cyclical loading and unloading.
22. Verfahren zum Betreiben eines Energiewandlersystem (20), insbesondere ein Heiz/Kühlsystem, wobei das Energiewandlersystem (20) eine Anordnung aus mindestens einem Energiewandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, eine oder mehrere Medienzuführungen (21a, 21b) zum Zuführen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, insbesondere von Luft oder Wasser, zu der Anordnung und eine oder mehrere Medienabführungen (22a, 22b) zum Abführen des Mediums aus der Anordnung, und eine Medienpfadschalteinrichtung aufweist, die so ausgebildet ist, um das Medium durch eine oder mehrere der Wandlereinrichtungen (3a, 3b) wahlweise entlang eines ersten oder eines zweiten Medienpfads zu leiten, um gekühltes oder erwärmtes Medium zu separieren; 22. A method for operating an energy converter system (20), in particular a heating / cooling system, wherein the energy converter system (20) comprises an arrangement of at least one energy converter (1) according to one of claims 1 to 12, one or more media feeds (21a, 21b) to Supplying a gaseous or liquid medium, in particular air or water, to the arrangement and having one or more media outlets (22a, 22b) for discharging the medium from the arrangement, and having a media path switching device which is designed to switch the medium through one or directing a plurality of the transducer devices (3a, 3b) selectively along a first or a second media path in order to separate cooled or heated medium;
wobei der mindestens eine Energiewandler (1) synchron zu einem Umschalten zwischen einer Medienführung über den ersten und den zweiten Medienpfad (S1 , S2) betrieben wird, so dass das Medium zur Aufnahme von Wärme von den thermoelastischen Elementen (4) und zur Abgabe von Wärme an die thermoelastische Elemente (4) über den ersten bzw. den zweiten Medienpfad (S1 , S2) durch die Anordnung geführt wird. wherein the at least one energy converter (1) is operated synchronously with a switch between a media routing via the first and the second media path (S1, S2), so that the medium for absorbing heat from the thermoelastic elements (4) and for releasing heat to the thermoelastic elements (4) via the first or the second media path (S1, S2) through the arrangement.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei beim Betrieb von mehreren Energiewandlern (1) die zyklische Be- und Entlastung bei Durchströmung entlang des ersten oder des zweiten Medienpfads (S1 , S2) zeitlich zueinander versetzt bezüglich der Strömungsrichtung des Mediums durch den jeweiligen Medienpfad durchgeführt wird. 23. The method according to claim 22, wherein when several energy converters (1) are in operation, the cyclical loading and unloading with flow along the first or second media path (S1, S2) is carried out offset in time with respect to the direction of flow of the medium through the respective media path .
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