JP6902543B2 - 循環プロセス型システムを運転する方法及び装置 - Google Patents
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Description
好ましくは、上記熱機関は、好ましくは一定の交替周波数で互いに交互に開閉される高温側バルブ及び低温側バルブを有する。メカノカロリック材料を有するそれぞれ一方の熱交換ユニットに、一つの高温側バルブと一つの低温側バルブとが配備されている。これらのバルブは交互に開閉されて、メカノカロリック材料を有する双方の該領域が交互に発熱され、冷却される。これによって、該コイル内に該磁化されうるコアの不断の往復運動が生じ、これが交流電流を誘導する。
該液滴は該超親水性領域に“跳ね戻る”。このジャンピングドロップ型熱ダイオードは該空間中における該ダイオードの該位置とは無関係に機能する。加えてさらに、凝縮した該流体の該逆移送がスピーディーに行われることができるという利点が得られる。
A 該熱交換ユニットの該メカノカロリック材料の圧縮。
該圧縮により、該メカノカロリック材料に相転移が生じ、該メカノカロリック材料の該温度が上昇する。
B 該メカノカロリック材料から該流体への潜熱(気化熱)による熱伝達。
周囲の該流体は熱せられて、気化する。これにより、該熱交換ユニットの該領域内の圧力は上昇する。
C 該高温側バルブの開放。
一定の圧力(差圧)を超えると、該高温側タンクへの該連結を制御する該高温側バルブが開放する。該流体は該高温側タンク内に流入し、同所で該蓄熱を放出する。
これにより、メカノカロリック材料と高温側タンクとの間の温度均等化が結果する。
D 該熱交換ユニットの該メカノカロリック材料への該圧縮圧力が除去される。
該相転移によって、該メカノカロリック材料は冷却する。
E 該流体から該メカノカロリック材料への潜熱(凝縮熱)による熱伝達。
基本的に蒸気状の該流体は該メカノカロリック材料上で凝縮するため、同所で、該流体から該メカノカロリック材料への潜熱による熱伝達が行われる。
F 該低温側バルブの開放。
該流体の該凝縮によって、該熱交換ユニットの該領域における圧力が低下し、これにより、該低温側タンクへの該連結を制御する該低温側バルブが開放する。
該低温側タンクから、今や、流体が気化して、該メカノカロリック材料からなる熱交換器に向かって流れる。
これにより、メカノカロリック材料からなる熱交換器と低温側タンクとの間の温度均等化が生ずる。
A 該高温側バルブの開放。
該流体は該高温側タンクから、該メカノカロリック材料を有する該熱交換ユニットの該領域内へ流入する。
B 該流体から該メカノカロリック材料への潜熱(凝縮熱)による熱伝達。
基本的に蒸気状の該流体は該メカノカロリック材料上で凝縮するため、同所で、潜熱による熱伝達が行われて、該メカノカロリック材料は加熱される。
該温度変化に基づき、該熱交換ユニットの該メカノカロリック材料の体積及び/又は形状変化が生ずる。
C 磁化されうるコアとして上記コイル内に配置され、該メカノカロリック材料と作用連携している該ピストンの運動。
該ピストンは、該メカノカロリック材料の体積及び/又は形状変化に際して運動させられ、該メカノカロリック材料を包囲する該シリンダから外へ押し出される。
D 上記コイル内での電流誘導。
上記コイル内での該磁化されうるコアの該運動により、上記コイル内に電流が誘導される。
E 該低温側バルブの開放。
該低温側バルブの開放によって該熱交換ユニットの該領域の圧力が低下し、該流体は気化して、該低温側タンク内へ流入する。
F 該メカノカロリック材料から該流体への潜熱(気化熱)による熱伝達。
その際、該メカノカロリック材料から該流体への熱伝達は気化熱によって行われる。該メカノカロリック材料のさらなる体積及び/又は形状変化が行われる。
G 該反対方向への該ピストンの運動。
該ピストンは、該メカノカロリック材料の体積及び/又は形状変化に際して運動させられ、該メカノカロリック材料を包囲する該シリンダ内へ引き込まれる。
D 上記コイル内での電流誘導。
上記コイル内での該磁化されうるコアの該運動により、上記コイル内に電流が誘導される。
A 上記ピストンシステム5による熱交換ユニット4の上記メカノカロリック材料の圧縮。
ピストン5bは、該偏心輪によって、シリンダ5a内へと運動させられる。これにより、熱交換ユニット4の上記メカノカロリック材料は圧縮される。該圧縮によって、上記メカノカロリック材料に相転移が生じ、該メカノカロリック材料の該温度が上昇する。
B 上記メカノカロリック材料から流体3への潜熱による熱伝達(気化熱)。
周囲の流体3は、熱交換ユニット4の上記メカノカロリック材料との接触によって熱せられて、気化する。これにより、熱交換ユニット4の該領域内の圧力は上昇する。
C 高温側バルブ7の開放。
熱交換ユニット4の該領域内の該圧力が上記高温側バルブの該差圧を凌駕すると、高温側タンク1への該連結を制御する高温側バルブ7が開放する。気体状の流体3は高温側タンク1内に流入し、同所で該蓄熱を放出する。
別法として、該バルブのアクティブ制御を行うことも可能である。
流体3への上記熱伝達により、上記メカノカロリック材料は周囲温度を帯びた。
D 熱交換ユニット4の上記メカノカロリック材料への上記圧縮圧力が除去される。
ピストン5bは、該偏心輪によって、シリンダ5aから外へ導出される。これによって、上記メカノカロリック材料に反対の相転移が生じて、該メカノカロリック材料の該温度は低下する。
E 流体3から上記メカノカロリック材料への潜熱による熱伝達(凝縮熱)。
熱交換ユニット4の該領域における基本的に蒸気状の流体3は該メカノカロリック材料上で凝縮するため、同所で、潜熱による熱伝達が行われる。
F 上記低温側バルブの開放。
流体3の上記凝縮によって、熱交換ユニット4の該領域における圧力は低下する。熱交換ユニット4の該領域における圧力が上記低温側バルブの該差圧を下回ると、低温側タンク2への該連結を制御する低温側バルブ8が開放する。
低温側タンク2から、新しい低温流体3が流入し、該流体は新たなサイクルで熱せられて、高温側タンク1へ移送されることができる。
を及ぼすことができる。これによって、上記中空棒は熱せられあるいは上記の力が除去されると、相応して再び冷却される。
開放し、上記流体の該気化を通じた潜熱伝達により、メカノカロリック材料4からなる上記中空棒から高温側タンク1に熱エネルギーが伝達される。
上記流体循環系において、第一の熱交換ユニット4.1と高温側タンク1との間には高温側バルブ7.1が配置され、第一の熱交換ユニット4.1と低温側タンク2との間には低温側バルブ8.1が配置されている。同じく上記流体循環系において、第二の熱交換ユニット4.2と高温側タンク1との間には高温側バルブ7.2が配置され、第二の熱交換ユニット4.2と低温側タンク2との間には低温側バルブ8.2が配置されている。本実施形態において、高温側バルブ7.1、7.2及び低温側バルブ8.1、8.2は圧力制御型バルブとして形成されている。
Claims (23)
- 流体(3)用の高温側タンク(1、11、21)及び低温側タンク(2、12、22)並びにメカノカロリック材料を有する少なくとも一つの熱交換ユニット(4)を有し、その際、該熱交換ユニット(4)の前記メカノカロリック材料は、前記流体(3)と作用関係にあるように配置され、これにより、前記メカノカロリック材料と前記流体(3)との間に熱伝達が生じるように構成された、循環プロセス型システムを運転する方法であって、
前記メカノカロリック材料と前記流体(3)との間の前記熱伝達は、前記流体(3)の気化熱および凝縮熱である潜熱伝達によって行われることを特徴とする方法。 - ピストンシステム(5)を介して、
前記メカノカロリック材料の引張及び/又は圧縮荷重、前記メカノカロリック材料のせん断及び/又は圧縮により、
前記メカノカロリック材料に機械的応力に起因する前記メカノカロリック材料の形状変化が生み出され、
その際、前記メカノカロリック材料の前記引張及び/又は圧縮荷重により前記メカノカロリック材料の温度変化が生み出されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記高温側タンク(1、11、21)からの又は同所への前記流体(3)の移送は、メカノカロリック材料と高温側タンク(1、11、21)との間に配置された高温側バルブ(7、17)の開放によって制御され、
前記低温側タンク(2、12、22)からの又は同所への前記流体(3)の移送は、メカノカロリック材料と低温側タンク(2、12、22)との間に配置された低温側バルブ(8)の開放によって制御されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 - メカノカロリック材料を有する少なくとも二つの熱交換ユニット(14.1、14.2)を有するヒートポンプに適した方法であって、
その際、第一の熱交換ユニット(14.1)の前記メカノカロリック材料の圧縮時の前記メカノカロリック材料の弾性変形に由来するポテンシャルエネルギーは、第二の熱交換ユニット(14.2)の前記メカノカロリック材料の圧縮に使用され、
前記双方の熱交換ユニット(14.1、14.2)の前記圧縮は交互に行われることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - メカノカロリック材料を有する少なくとも二つの熱交換ユニット(14.1、14.2)を有する熱機関に適した方法であって、
前記メカノカロリック材料の温度変化によって磁化されうるコア(15b)がコイル内を運動することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - メカノカロリック材料を有する少なくとも二つの熱交換ユニット(14.1、14.2)を有する熱機関用に形成された方法であって、
その際、前記高温側バルブ(7)及び前記低温側バルブ(8)は、一定の交替周波数で、互いに交互に開閉されることを特徴とする、請求項3に記載の方法。 - メカノカロリック材料を有する少なくとも二つの熱交換ユニット(14.1、14.2)を有するヒートポンプ用に形成された方法であって、
その際、高温側バルブ(7、17)及び低温側バルブ(8、18)は、一定の交替周波数で、互いに交互に開閉されることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 - 流体(3)用の高温側タンク及び低温側タンクと、メカノカロリック材料を有する少なくとも一つの熱交換ユニット(4、14)とを有し、ヒートポンプ及び/又は熱機関として運転可能な、エネルギーを移送及び/又は変換する装置であって、
前記メカノカロリック材料は前記流体(3)と作用関係にあるように配置され、これにより前記流体(3)とメカノカロリック材料との間の熱交換が可能であり、
前記メカノカロリック材料に機械的応力を発生させる手段(5、15、19)を有し、これにより前記メカノカロリック材料は機械的応力場の相互作用領域内に配置され、又は、前記メカノカロリック材料との機械的作用関係によって、運動からのエネルギーを適用する手段(15、19)が配置された装置において、
前記流体(3)とメカノカロリック材料との間の熱伝達は、前記流体(3)の気化熱および凝縮熱である潜熱伝達によって行われることを特徴とする装置。 - 前記メカノカロリック材料は多孔性の材料として、開放多孔性の材料として形成され、及び/又は、
ハニカム構造を有する前記メカノカロリック材料は、ピン構造又はばねとして形成され、及び/又は、
前記メカノカロリック材料はパターニング及び/又はコーティングを有し、ナノパターニング及び/又は親水性コーティングを有することを特徴とする、請求項8に記載の装置。 - 少なくとも一つの高温側バルブ(7、17)と少なくとも一つの低温側バルブ(8、18)とを含んでなる装置であって、
高温側バルブ(7、17)及び低温側バルブ(8、18)は、圧力制御型バルブ又はアクティブ制御型バルブとして形成されていることを特徴とする、請求項8又は9に記載の装置。 - 前記流体(3)用の流体循環系を有して形成された装置であって、
流体返送系(6、16)を含んでなることを特徴とする、請求項8から10のいずれか一項に記載の装置。 - 高温側タンク(1、11、21)と、低温側タンク(2、12、22)と、高温側バルブ(7、17)と、低温側バルブ(8、18)と、メカノカロリック材料と、流体返送系(6、16)とを有する前記流体循環系は、耐圧システムとして形成され、
該耐圧システムは、前記流体(3)から前記メカノカロリック材料への熱伝達が潜熱によって行われように形成されていることを特徴とする、請求項11に記載の装置。 - 前記耐圧システムから、前記流体(3)を除くいっさいの外部気体が排除されていることを特徴とする、請求項12に記載の装置。
- 高温側バルブ(7、17)は、前記メカノカロリック材料の発熱によって前記高温側バルブ(7、17)が開放されるように形成されるとともに、前記流体循環系内において高温側タンク(1、11、21)とメカノカロリック材料との間に配置され、
低温側バルブ(8、18)は、前記メカノカロリック材料の冷却によって前記低温側バルブ(8、18)が開放されるように形成されるとともに、前記流体循環系内において低温側タンク(2、12、22)とメカノカロリック材料との間に配置されていることを特徴とする、請求項11〜13のいずれか一項に記載の装置。 - 低温側タンク(2、12、22)と、高温側タンク(1、11、21)と、メカノカロリック材料とが、閉じられたチャンバ(29)内に配置され、
該チャンバは、気化した前記流体(3)の対流による熱移送が行われるとともに、凝縮した前記流体(3)の逆移送が行われるように形成されていることを特徴とする、請求項8から14のいずれか一項に記載の装置。 - 閉じられた前記チャンバ(29)は、前記高温側タンク(1)の領域に疎流体性のコーティング及び/又はパターニングを有し、及び/又は、前記低温側タンク(2)の領域に親流体性のコーティング及び/又はパターニングを有することを特徴とする、請求項15に記載の装置。
- 閉じられた前記チャンバ(29)は、前記高温側タンク(1)の領域に親水性のコーティング及び/又はパターニングを有し、及び/又は、前記低温側タンク(2)の領域に疎水性のコーティング及び/又はパターニングを有することを特徴とする、請求項15に記載の装置。
- 閉じられた前記チャンバ(29)は、前記高温側タンク(1)の領域に親油性のコーティング及び/又はパターニングを有し、及び/又は、前記低温側タンク(2)の領域に疎油性のコーティング及び/又はパターニングを有することを特徴とする、請求項15に記載の装置。
- 前記装置は、メカノカロリック材料を有する少なくとも二つの熱交換ユニット(4.1、4.2、14.1、14.2)を含み、
機械的応力を発生させる前記手段(5、15、19)は、前記双方の熱交換ユニット(4.1、4.2、14.1、14.2)と協働するように配置され、かつ形成され、
前記双方の熱交換ユニット(4.1、4.2、14.1、14.2)は、交互に負荷に耐え得るように構成され、
メカノカロリック材料を有する前記少なくとも二つの熱交換ユニット(14.1、14.2)は、それぞれ、片側が閉鎖されたシリンダ(5a.1、5a.2)内に配置され、前記メカノカロリック材料を交互に圧縮するためのピストン(5b)が中央に配置されていることを特徴とする、請求項8から18のいずれか一項に記載の装置。 - 前記メカノカロリック材料に引張及び/又は圧縮荷重を負荷して機械的応力を発生させるための手段(5、15、19)としての偏心輪を有することを特徴とする、請求項8から19のいずれか一項に記載の装置。
- ヒートポンプとして形成された装置であって、引張及び/又は圧縮荷重を負荷して機械的応力を発生させる手段(5、15、19)としてピストンシステム(5、15、19)を有することを特徴とする、請求項8から20のいずれか一項に記載の装置。
- ヒートポンプとして形成された装置であって、磁化されうるコア(15)を有するコイル(19)を有し、
前記コイルの通電によって、該コイル(19)内における前記コア(15)の運動と共に、前記メカノカロリック材料の圧縮及び温度変化が生み出されることを特徴とする、請求項8から21のいずれか一項に記載の装置。 - 熱機関として形成された装置であって、磁化されうるコア(15)を有するコイル(19)を有し、
前記メカノカロリック材料の温度変化によって、前記コイル(19)内における前記コア(15)の運動と共に、電流が発生させられることを特徴とする、請求項8から20のいずれか一項に記載の装置。
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