WO2007101433A1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen von kälte und wärme unter nutzung des magnetokalorischen effekts - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erzeugen von kälte und wärme unter nutzung des magnetokalorischen effekts Download PDF

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WO2007101433A1
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the invention relates to a device for generating
  • the invention further relates to a method using such a device.
  • MCE magnetocaloric effect
  • This fundamental phenomenon is becoming increasingly interesting for the practice with the development of new materials and new systems. What is needed are materials with high erosion changes and comparatively low heat capacities. Another basic requirement is that the materials show the magnetocaloric effect in the room temperature range. This is the case when the Curie temperature of the materials is just around room temperature. It has been found that for this purpose rare earths and alloys of rare earths, such as gadolinium or gadolinium alloys are particularly well suited. For example, the Curie temperature of gadolinium is about 21 ° C.
  • US 2004/0231338 A1 shows a device for generating cold and heat, which already utilizes the magnetocaloric effect in a usable manner. However, no concepts are offered to modify the device to increase the achievable temperature differences and the achievable heat output or make it modifiable.
  • the invention has for its object to provide a device and a method for generating cold and heat on the Basis of the magnetocaloric effect to provide, can be provided with the high temperature differences and high heat outputs and is due to their basic design particularly variable designable.
  • the invention is based on the generic device in that the permanent magnet at least partially with respect to the magnetocaloric material having
  • Unit is arranged on an internal radial coordinate and on the same axial coordinate.
  • the permanent magnet In order to build up and dissipate the magnetic field in the area of the unit having the magnetocaloric material, it is necessary to regularly arrange the permanent magnet with respect to the material so that it is in the magnetic field and in turn arrange the permanent magnet so that no magnetic field is possible in the area of the magnet magnetocaloric material is present.
  • This is basically achieved by the fact that the permanent magnet coupled to a shaft lies on the same axial coordinate as the magnetocaloric material; It can thus produce a small distance between the magnet and the magnetocaloric material, whereby a sufficient field strength in the region of the magnetocaloric material is present.
  • the permanent magnet is arranged at least partially radially inwardly with respect to the magnetocaloric material.
  • the permanent magnet is attached directly to the shaft. This gives a particularly simple arrangement without expensive fastening devices.
  • the permanent magnet is designed as Stabmagent.
  • the poles of the magnet can be oriented differently, depending on the other geometric conditions and the magnetic requirements.
  • the permanent magnet is designed as a U magnet.
  • Invention further developed in that the shaft always rotates in the same direction.
  • the invention can thus be realized on the basis of a continuous rotary movement, which can be displayed in a particularly simple and cost-effective manner.
  • the shaft rotates during opposite operating phases of the device in opposite directions. So there is an oscillating motion of the permanent magnet.
  • This may be useful if, due to other boundary conditions, the geometric arrangement of the units having magnetocaloric material do not permit a continuous rotational movement of the permanent magnet.
  • a plurality of units having magnetocaloric material are arranged at different angular coordinates and assigned to different heat carrier fluid circuits. On the basis of this embodiment, it is possible to extract heat from one unit while another unit is used for cooling purposes. As the process progresses, the role of the units reverses. Consequently, it is possible to quasi-continuously cool by just arranging enough units at different angular coordinates.
  • a plurality of magnetocaloric material-containing units are arranged at different axial coordinates and connected in series with respect to the heat transfer fluid circuit.
  • the prerequisites are to provide a large temperature difference overall in a step-by-step process by summing the temperature differences achieved in the individual process steps.
  • the units having magnetocaloric material connected in series have the same material. This is a particularly simple embodiment.
  • the units having magnetocaloric material connected in series have different materials with different Curie temperatures. Since the temperature of the heat transfer fluid decreases in the course of the stepwise process, it can be particularly effective to match the magnetocaloric materials of the various units to these temperature so that each individual process can optimally operate at or near the Curie temperature of the material.
  • the invention further relates to a method for stationary air conditioning of a motor vehicle using a device according to the invention.
  • the invention is based on the finding that it is possible with the device described to provide very large temperature differences on the basis of the magnetocaloric effect while simultaneously providing a continuous cooling function.
  • the cooling capacity is provided with an extremely high efficiency; COP values (ratio of power used and cooling capacity) of up to 15 are conceivable.
  • Figure 1 is a schematic side view of a part of a device according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic plan view of the device according to Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic representation of a device according to the invention in a first operating state
  • FIG. 4 shows the device according to FIG. 3 in a second operating state
  • Figure 5 is a schematic sectional view of another embodiment of a part of a device according to the invention.
  • Figure 6 is a plan view of the apparatus of Figure 5;
  • Figure 7 is a plan view of another embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 8 shows a first embodiment of a magnetocaloric material unit with heat transfer fluid supply and removal
  • FIG. 9 shows a second embodiment of a unit having magnetocaloric material with heat transfer fluid supply and removal.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a part of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the device according to FIG. 1.
  • Permanent magnets 34 are arranged on a shaft 32 defining an axis of rotation. By the reference numeral 34 ', positions of the magnets 34 are shown, which they can assume due to the rotation of the shaft 32.
  • magnetocaloric material units 10 are shown which flow from a conduit 62 through a conduit system 62 Heat transfer fluid 30 can be flowed through.
  • the units 10 arranged on the right are within a magnetic field, while in the area of the units 10 arranged on the left there is no magnetic field.
  • the permanent magnets 34 are shown schematically. For example, it may be bar magnets whose magnetization direction is parallel to the axis or perpendicular to the axis of rotation.
  • the permanent magnets may also be formed as U-magnets surrounding each of the units 10, wherein a leg of the US with respect to the respective units radially inwardly and a leg of the US with respect to the unit radially is arranged outside lying.
  • the legs of the US can also be arranged above and below the units 10, ie perpendicular to the shaft 32nd
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device according to the invention in a first operating state.
  • the units 10 are connected to a heating heat exchanger 54 and a cooling heat exchanger 56, respectively.
  • the heating heat exchanger is associated with a pump 64, while the cooling heat exchanger is associated with a pump 66.
  • valves 58, 60 are in a state which couples the heating heat exchanger 54 with the units 10 arranged on the left.
  • the cooling heat exchanger 56 is coupled to the right-hand units 10 via the valves 58, 60.
  • the cold heat transfer fluid leading line branches are shown with broken lines, while the hot heat transfer fluid leading line branches are shown by solid lines.
  • FIG. 4 shows the device according to FIG. 3 in a second operating state.
  • the roles of the units 10 are reversed, that is, the right-hand units 10 heat is removed, while the left-side units 10 are used for cooling.
  • the cold heat transfer fluid leading line branches are shown interrupted, and the warm heat transfer fluid leading line branches are shown solid.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a further embodiment of a part of a device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a plan view of the device according to FIG. 5.
  • two permanent magnets 34 are arranged on an axial coordinate of the shaft 32. These are arranged with respect to two opposing magnetocaloric material-containing units 10 so that in these units 10, a magnetic field is generated.
  • FIG. 7 shows a plan view of a further embodiment of a device according to the invention.
  • a motor 12 is shown, which drives the shaft 32.
  • FIGS. 1 to 6 FIG. 7 shows a plan view of a further embodiment of a device according to the invention.
  • a motor 12 is shown, which drives the shaft 32.
  • FIG. 8 shows a first embodiment of a magnetocaloric material-containing unit with heat transfer fluid supply and removal.
  • the unit 10 has a receiving area 16 which receives magnetocaloric material in the form of a bed 18. Above the receiving region 16, a distributor region 20 is arranged, which communicates with a feed 22 for heat transfer fluid 30, for example brine.
  • the Consberei ⁇ h 16 is connected to an outlet 24 for the heat transfer fluid in combination. With this arrangement, it is possible to distribute the heat transfer fluid 30 uniformly over the bed 18 in order to allow the best possible heat transfer in this way over a very large heat transfer surface.
  • the manifold portion 20 may be formed as a plate with fine channels.
  • the distributor region 20 it is also possible to dispense with the distributor region 20 as a separate component if the distribution of the heat transfer fluid is made available to a sufficient extent solely by the distributing effect of the charge.
  • the unit 10 shown cooling in the case of degradation of the magnetic field, so the supplied via the supply 22 heat transfer fluid 30 has a higher temperature than the discharged via the discharge 24 heat transfer fluid.
  • the cold heat transfer fluid which can be supplied to a cooling heat exchanger is shown by a broken line, while the heat transfer fluid 34 to be cooled is shown by a solid line.
  • the receiving area 16 may be filled with irregular lumps of magnetocaloric material, pellets or chips. It is also possible to form the individual elements similar to rashig rings or to provide other arrangements of fillers which distribute the liquid well, similar to the techniques applicable to distillation columns.
  • FIG. 9 shows a second embodiment of a magnetocaloric material-containing unit with heat transfer fluid supply and removal.
  • an inner structure of fine channels is provided here in the receiving region 16. These may extend vertically, in a straight line, in a serpentine manner, in a spiral or in sections in various of the named types.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte und Wärme vorzugsweise für eine Standklimatisierung eines Fahrzeugs mit mindestens einer magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit (10), die von einem Wärmeträgerfluid (30) durchströmbar ist. Eine eine Drehachse definierende Welle (32) ist mit Permanentmagneten gekoppelt (34), wobei im Bereich der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit bei Drehung des Permanentmagneten um die Drehachse das Magnetfeld abwechselnd auf- beziehungsweise abgebaut wird. Als Konsequenz tritt in der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit eine Temperaturerhöhung beziehungsweise -erniedrigung auf. Eine Ventileinrichtung (58, 60) führt das aufgrund der Temperaturerhöhung erwärmte Wärmeträgerfluid einem Heizwärmeübertrager (54) und das aufgrund der Temperaturerniedrigung abgekühlte Wärmeträgerfluid einem Kühlwärmeübertrager (56) selektiv zu.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Kälte und Wärme unter Nutzung des magnetokalorischen Effekts
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von
Kälte und Wärme mit mindestens einer magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit, die von einem Wärmeträgerfluid durchströmbar ist, mindestens einem mit einer eine Drehachse definierenden Welle exzentrisch gekoppelten Perma- nentmagneten, wobei im Bereich der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit bei Drehung des Permanentmagneten um die Drehachse das Magnetfeld abwechselnd auf- beziehungsweise abgebaut wird, wodurch in der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit eine Temperaturerhöhung be- ziehungsweise -erniedrigung auftritt, einem Heizwärmeübertrager, einem Kühlwärmeübertrager, einer Ventileinrichtung, die das aufgrund der Temperaturerhöhung erwärmte Wärmeträgerfluid dem Heizwärmeübertrager und das aufgrund der Temperaturerniedrigung abgekühlte Wärmeträgerfluid dem Kühlwärmeübertrager selektiv zuführt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren, das eine derartige Vorrichtung verwendet.
Der magnetokalorische Effekt (MCE) ist seit langem bekannt. Wird magnetisches Material in ein Magnetfeld eingeführt, so beobachtet man eine Erwärmung des Materials, beim Entnehmen des magnetischen Materials aus dem Magnetfeld erfolgt eine Abkühlung. Der Effekt lässt sich anhand thermodynamischer Grundprinzipien erklären, nämlich auf der Grundlage der
Entropieabnähme beim Anlegen eines magnetischen Feldes und der Entropiezunahme, wenn das magnetische Feld abgebaut wird. Dieses grundlegende Phänomen wird mit der Entwicklung neuer Materialien sowie neuer Systeme zunehmend auch für die Praxis interessant. Benötigt werden Materialien mit hohen Ent- ropieänderungen und vergleichsweise geringen Wärmekapazitä- ten. Eine weitere Grundanforderung ist, dass die Materialien den magnetokalorischen Effekt im Bereich der Raumtemperatur zeigen. Dies ist der Fall, wenn die Curie-Temperatur der Materialien eben im Bereich der Raumtemperatur angesiedelt ist. Es hat sich erwiesen, dass sich zu diesem Zweck seltene Erden und Legierungen der seltenen Erden, beispielsweise Gadolinium oder Gadoliniumlegierungen besonders gut eignen. Beispielsweise liegt die Curie-Temperatur von Gadolinium bei etwa 21 0C.
Die moderne Materialforschung hat also die Vorraussetzungen für eine praxisgerechte Nutzung des magnetokalorischen Effekts geschaffen - was fehlt, sind insbesondere konstruktive Konzepte, die den Einsatz ermöglichen, insbesondere im Hinblick auf die Bereitstellung möglichst großer Tempera- turdifferenzen im Rahmen des magnetokalorischen Effekts und selbstverständlich im Hinblick auf eine ausreichende Wärmeleistung der Systeme, beispielsweise ausreichend zur Standklimatisierung eines Kraftfahrzeugs.
Die US 2004/0231338 Al zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte und Wärme, die den magnetokalorischen Effekt bereits in brauchbarer Weise nutzt. Es werden allerdings keine Konzepte angeboten, um die Vorrichtung zur Erhöhung der erreichbaren Temperaturdifferenzen sowie der erreichbaren Wärmeleistung zu modifizieren beziehungsweise modifizierbar zu gestalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Kälte und Wärme auf der Grundlage des magnetokalorischen Effekts zur Verfügung zu stellen, mit der sich hohe Temperaturdifferenzen und hohe Wärmeleistungen bereitstellen lassen und die aufgrund ihrer grundsätzlichen Konstruktion besonders variabel gestaltbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch auf, dass der Permanentmagnet zumindest teilweise be- züglich der das magnetokalorische Material aufweisenden
Einheit auf einer innen liegenden Radialkoordinate und auf derselben Axialkoordinate angeordnet ist. Um das Magnetfeld im Bereich der das magnetokalorische Material aufweisenden Einheit aufzubauen und abzubauen, ist es erforderlich, den Permanentmagneten regelmäßig so bezüglich des Materials anzuordnen, dass sich dieses im Magnetfeld befindet, und den Permanentmagneten dann wiederum so anzuordnen, dass möglichst kein Magnetfeld im Bereich des magnetokalorischen Materials vorliegt. Dies wird grundsätzlich dadurch er- reicht, dass der mit einer Welle gekoppelte Permanentmagnet auf derselben Axialkoordinate liegt, wie das magnetokalorische Material; es lässt sich so ein geringer Abstand zwischen dem Magneten und dem magnetokalorischen Material herstellen, wodurch eine ausreichende Feldstärke im Bereich des magnetokalorischen Materials vorliegt. Andererseits ist es über die Drehung möglich, den Permanentmagneten weit genug vom magnetokalorischen Material zu entfernen. Dadurch, dass der Permanentmagnet zumindest teilweise bezüglich des magnetokalorischen Materials radial innen liegend angeord- - A -
net ist, lässt sich die Vorrichtung, insbesondere bezogen auf die Führung des Wärmeträgerfluids, besonders variabel gestalten, was im Folgenden noch näher erläutert wird.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet direkt an der Welle befestigt ist. Man erhält so eine besonders einfache Anordnung ohne aufwendige Befestigungseinrichtungen.
Im Sinne der Einfachheit ist auch, dass der Permanentmagnet als Stabmagent ausgebildet ist. Dabei können die Pole des Magneten verschieden ausgerichtet sein, je nach den sonstigen geometrischen Gegebenheiten und den magnetischen Anforderungen .
Zur Erzielung erhöhter Feldstärken im Bereich des magnetischen Materials kann nützlicherweise auch vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet als U-Magnet ausgebildet ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die
Erfindung dadurch weitergebildet, dass sich die Welle stets in dieselbe Richtung dreht. Die Erfindung lässt sich somit auf der Grundlage einer kontinuierlichen Drehbewegung realisieren, die besonders einfach und kostengünstig darstell- bar ist.
Es ist aber auch denkbar, dass sich die Welle während aufeinander folgender Betriebsphasen der Vorrichtung in entgegengesetzte Richtungen dreht. Es liegt also eine oszillie- rende Bewegung des Permanentmagneten vor. Dies kann nützlich sein, wenn aufgrund sonstiger Randbedingungen die geometrische Anordnung der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheiten eine kontinuierliche Drehbewegung des Permanentmagneten nicht zulassen. Gemäß einer ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere magnetokalorisches Material aufweisende Einheiten an verschiedenen Winkelkoordinaten angeordnet und unterschiedlichen Wärmeträgerfluidkreisläu- fen zugeordnet sind. Auf der Grundlage dieser Ausführungs- form ist es möglich, der einen Einheit Wärme zu entnehmen, während eine andere Einheit zu Kühlzwecken genutzt wird. Beim Fortschreiten des Prozesses kehrt sich die Rolle der Einheiten um. Folglich ist es möglich, quasi kontinuierlich zu kühlen, wenn man nur ausreichend viele Einheiten an verschiedenen Winkelkoordinaten anordnet.
Besonders bevorzugt ist aber auch, dass mehrere magnetoka- lorisches Material aufweisende Einheiten an verschiedenen Axialkoordinaten angeordnet und bezüglich des Wärmeträgerfluidkreislaufs in Reihe geschaltet sind. Damit liegen die Vorraussetzungen vor, in einem stufenweisen Prozess durch die Summierung der in den einzelnen Prozessschritten erreichten Temperaturdifferenzen insgesamt eine große Temperaturdifferenz bereitzustellen.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die in Reihe geschalteten magnetokalorisches Material aufweisende Einhei- ten dasselbe Material aufweisen. Damit liegt eine besonders einfache Ausführungsform vor.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die in Reihe geschalteten magnetokalorisches Material aufweisende Einhei- ten unterschiedliche Materialen mit unterschiedlichen Curie-Temperaturen aufweisen. Da die Temperatur des Wärmeträgerfluids im Zuge des stufenweisen Prozesses abnimmt, kann es besonders wirkungsvoll sein, die magnetokalorischen Materialien der verschiedenen Einheiten an diese Temperatur- abnähme anzupassen, so dass bei jedem einzelnen Prozess in optimaler Weise bei oder in der Nähe der Curie-Temperatur des Materials gearbeitet werden kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Standklimatisierung eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung .
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es mit der beschriebenen Vorrichtung möglich ist, sehr große Temperaturdifferenzen auf der Grundlage des magnetokalorischen Effektes bei gleichzeitig kontinuierlicher Kühlfunktion zur Verfügung zu stellen. Zudem wird die Kühlleistung mit einem extrem hohen Wirkungsgrad zur Verfügung gestellt; es sind COP-Werte (Verhältnis aus eingesetzter Leistung und Kühlleistung) von bis zu 15 denkbar.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 2 eine schematische Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Betriebszustand; Figur 4 die Vorrichtung gemäß Figur 3 in einem zweiten Betriebszustand;
Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 6 eine Draufsicht der auf die Vorrichtung gemäß Figur 5;
Figur 7 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 8 eine erste Ausführungsform einer magnetokalori- sches Material aufweisenden Einheit mit Wärmeträgerfluidzu- und -abführung; und
Figur 9 eine zweite Ausführungsform einer magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit mit Wärmeträ- gerfluidzu- und -abführung.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Bezeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten .
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 1. An einer eine Drehachse definierenden Welle 32 sind Permanent- magneten 34 angeordnet. Mit dem Bezugszeichen 34' sind Positionen der Magneten 34 gezeigt, die diese aufgrund der Rotation der Welle 32 annehmen können. Weiterhin sind magnetokalorisches Material aufweisende Einheiten 10 gezeigt, die von einem durch ein Leitungssystem 62 strömenden Wärmeträgerfluid 30 durchströmbar sind. Während der dargestellten Betriebsphase befinden sich die rechts angeordneten Einheiten 10 innerhalb eines Magnetfeldes, während im Bereich der links angeordneten Einheiten 10 kein Magnetfeld vorliegt. Aufgrund des magnetokalorischen Effekts wird daher im Bereich der rechts angeordneten Einheiten 10 Wärmeenergie frei, die auf das Wärmeträgerfluid 30 übertragen werden kann, während im Bereich der links angeordneten Einheiten 10 aufgrund des Abbaus des Magnetfeldes eine Tempe- raturerniedrigung stattgefunden hat, so dass dem Wärmeträgerfluid 30 Wärmeenergie entzogen werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei in Reihe geschaltete Einheiten 10 dargestellt. Zur Erhöhung der insgesamt mit der Vorrichtung erzielbaren Temperaturdifferenz kann eine größere Anzahl an Einheiten in Reihe angeordnet werden. Die Permanentmagnete 34 sind schematisch gezeigt. Beispielsweise kann es sich um Stabmagnete handeln, deren Magnetisierungsrichtung achsparallel oder auch senkrecht zur Drehachse ist. Zur Erhöhung der Feldstärke innerhalb der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheiten 10 können die Permanentmagnete auch als U-Magnete ausgebildet sein, die die Einheiten 10 jeweils umgreifen, wobei ein Schenkel des Us bezüglich der jeweiligen Einheiten radial innen liegend und ein Schenkel des Us bezüglich der Einheit radial außen liegend angeordnet ist. Im Hinblick auf die Führung des Leitungssystems 62 sind Vorkehrungen zu treffen, damit die Rotationsbewegung der Magnete ungehindert erfolgen kann. Um die Leitungsführung im Prinzip so zu gestalten wie dargestellt, können die Schenkel des Us auch ober- und unterhalb der Einheiten 10 angeordnet sein, d.h. senkrecht zur Welle 32.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Betriebszustand. Hier sind neben der Anordnung der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheiten 10 und der Permanentmagnete 34 weitere Komponenten dargestellt, die den Wärme- beziehungsweise Kältekreislauf vervollständigen. Über ein Leitungssy- tem 62 und Ventile 58, 60 sind die Einheiten 10 mit einem Heizwärmeübertrager 54 beziehungsweise einem Kühlwärmeübertrager 56 verbunden. Dem Heizwärmeübertrager ist eine Pumpe 64 zugeordnet, während dem Kühlwärmeübertrager eine Pumpe 66 zugeordnet ist. Wurde nun, wie dargestellt, im Be- reich der links angeordneten Einheiten 10 ein Magnetfeld aufgebaut und wurde somit dort Wärmeenergie erzeugt, so befinden sich die Ventile 58, 60 in einem Zustand, der den Heizwärmeübertrager 54 mit den links angeordneten Einheiten 10 koppelt. Andererseits ist der Kühlwärmeübertrager 56 mit den rechts angeordneten Einheiten 10 über die Ventile 58, 60 gekoppelt. Unter Mitwirkung der Gebläse 68, 70 kann so dem Heizwärmeübertrager Wärme entnommen werden, während dem Kühlwärmeübertrager 56 Kühlleistung entnommen wird. Die kaltes Wärmeträgerfluid führenden Leitungszweige sind mit unterbrochenen Linien, während die warmes Wärmeträgerfluid führenden Leitungszweige mit durchgezogenen Linien gezeigt sind.
Figur 4 zeigt die Vorrichtung gemäß Figur 3 in einem zwei- ten Betriebszustand. In diesem Betriebszustand sind die Rollen der Einheiten 10 vertauscht, das heißt den rechts angeordneten Einheiten 10 wird Wärme entnommen, während die links angeordneten Einheiten 10 der Kühlung dienen. Wiederum sind die kaltes Wärmeträgerfluid führenden Leitungs- zweige unterbrochen dargestellt, und die warmes Wärmeträ- gerfluid führenden Leitungszweige sind durchgezogen gezeigt . Figur 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figur 6 zeigt eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 5. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbei- spiel sind an einer Axialkoordinate der Welle 32 jeweils zwei Permanentmagnete 34 angeordnet. Diese sind bezüglich zweier gegenüberliegender magnetokalorisches Material aufweisender Einheiten 10 so angeordnet, dass in diesen Einheiten 10 ein Magnetfeld erzeugt wird. An um 90 Grad ver- setzten Winkelkoordinaten sind zwei weitere magnetokalorisches Material aufweisende Einheiten 10 angeordnet, die keinem Magnetfeld ausgesetzt sind. Durch Rotation der Welle 32 und somit der Permanentmagnete 34 werden somit abwechselnd Paare von Reihen untereinander angeordneter magneto- kalorisches Material aufweisender Einheiten 10 einem Magnetfeld ausgesetzt und somit erwärmt, während im Bereich der jeweils anderen Reihen das Magnetfeld abgebaut wird, was zu einer Abkühlung führt. Bei weiterer Drehung der Welle 32 kehren sich die Rollen der Einheiten 10 um. Nütz- licherweise werden die gegenüberliegenden Reihen im Wär- meträgerfluidkreislauf parallel geschaltet. Das Konzept von zwei Magnete an derselben Axialkoordinate und einer daran angepassten Anzahl von magnetokalorisches Material aufweisenden Einheiten ist auf größere Anzahlen erweiterbar.
Figur 7 zeigt eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Motor 12 dargestellt, der die Welle 32 antreibt. Im Gegensatz zu den im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 erläuterten Ausführungsformen führt die
Welle 32 jedoch keine kontinuierliche Drehbewegung aus, das heißt insbesondere keine Drehbewegung mit konstantem Drehsinn, sondern eine oszillierende Bewegung, die durch ein Getriebe 14 vermittelt wird. Auf diese Weise gelingt es, mit den beiden Permanentmagneten 34 zunächst ein erstes Paar magnetokalorisches Material aufweisender Einheiten 10 zu magnetisieren, während bei einem anderen Paar, in dessen Bereich die im dargestellten Zustand nicht eingenommene Po- sitionen der Permanentmagneten mit 34 ' gekennzeichnet sind, das Magnetfeld abgebaut wird. Folglich können auch in diesem Ausführungsbeispiel die verschiedenen Einheiten abwechselnd als Wärme- und Kältequelle dienen. Auch hier ist es wieder möglich, mehrere Einheiten 10 in Reihe anzuordnen, wobei eine solche Reihenschaltung vorzugsweise senkrecht zur Darstellungsebene verläuft. Eine entsprechende Anordnung von Permanentmagneten 34 ist dann vorzusehen.
Figur 8 zeigt eine erste Ausführungsform einer magnetokalo- risches Material aufweisenden Einheit mit WärmeträgerfIu- idzu- und -abführung. Die Einheit 10 hat einen Aufnahmebereich 16, der magnetokalorisches Material in Form einer Schüttung 18 aufnimmt. Oberhalb des Aufnahmebereichs 16 ist ein Verteilerbereich 20 angeordnet, der mit einer Zuführung 22 für Wärmeträgerfluid 30, beispielsweise Sole, in Verbindung steht. Der Aufnahmebereiσh 16 steht mit einer Abführung 24 für das Wärmeträgerfluid in Verbindung. Mit dieser Anordnung ist es möglich, das Wärmeträgerfluid 30 gleichmäßig über die Schüttung 18 zu verteilen, um auf diese Wiese einen möglichst guten Wärmeübergang über eine sehr große Wärmeübertragungsfläche zu ermöglichen. Der Verteilerbereich 20 kann als Platte mit feinen Kanälen ausgebildet sein. Ebenfalls ist es möglich, auf den Verteilerbereich 20 als separates Bauteil zu verzichten, wenn die Verteilung des Wärmeträgerfluids allein durch die verteilende Wirkung der Schüttung in ausreichendem Maß zur Verfügung gestellt wird. Wirkt die dargestellte Einheit 10 im Falle des Abbaus des Magnetfeldes kühlend, so hat das über die Zuführung 22 zugeführte Wärmeträgerfluid 30 eine höhere Temperatur als das über die Abführung 24 abgeführte Wärmeträgerfluid. Gemäß der Darstellung der Figuren 3 und 4 ist das kalte Wär- meträgerfluid, welches einem Kühlwärmetauscher zugeführt werden kann, mit einer unterbrochenen Linie dargestellt, während das abzukühlende Wärmeträgerfluid 34 mit einer durchgezogenen Linie gezeigt ist. Der Aufnahmebereich 16 kann mit unregelmäßigen Brocken aus magnetokalorischem Material, Pellets oder Spänen gefüllt sein. Ebenfalls ist es möglich, die einzelnen Elemente ähnlich Rashig-Ringen zu formen oder sonstige die Flüssigkeit gut verteilende Anordnungen aus Füllkörpern vorzusehen, ähnlich den bei Destillationskolonnen anwendbaren Techniken.
Figur 9 zeigt eine zweite Ausführungsform einer magnetoka- lorisches Material aufweisenden Einheit mit WärmeträgerfIu- idzu- und -abführung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 ist hier in dem Aufnahmebereich 16 eine innere Struktur aus feinen Kanälen vorgesehen. Diese können sich senkrecht, gerade, serpentinenartig, spiralförmig oder abschnittsweise in verschiedenen der genannten Arten erstrecken.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste
10 magnetokalorisches Material aufweisende Einheiten
12 Motor
14 Getriebe
16 Aufnahmebereich
18 Schüttung
20 Verteilerbereich
22 Zuführung
24 Abführung
30 Wärmeträgerfluid
32 Welle
34 Permanentmagnet
54 Heizwärmeübertrager
56 Kühlwärmeübertrager
58 Ventil
60 Ventil
62 Leitungssystem
64 Pumpe
66 Pumpe
68 Gebläse
70 Gebläse

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte und Wärme mit
mindestens einer magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit (10) , die von einem Wärmeträgerfluid (30) durchströmbar ist,
mindestens einem mit einer eine Drehachse definierenden Welle (32) exzentrisch gekoppelten Permanentmagneten (34) , wobei im Bereich der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit bei Drehung des Permanent- magneten um die Drehachse das Magnetfeld abwechselnd auf- beziehungsweise abgebaut wird, wodurch in der magnetokalorisches Material aufweisenden Einheit eine Temperaturerhöhung beziehungsweise -erniedrigung auftritt,
einem Heizwärmeübertrager (54),
einem Kühlwärmeübertrager (56) ,
- einer Ventileinrichtung (58, 60), die das aufgrund der Temperaturerhöhung erwärmte Wärmeträgerfluid dem Heizwärmeübertrager und das aufgrund der Temperaturerniedrigung abgekühlte Wärmeträgerfluid dem Kühlwärmeübertrager selektiv zuführt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (34) zumindest teilweise bezüglich der das magnetokalorische Material aufweisenden Einheit (10) auf einer innen liegenden Radialkoordinate und auf derselben Axialkoordinate angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (34) direkt an der Welle befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet als Stabmagent ausgebil- det ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet als U-Magent ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Welle (32) stets in dieselbe Richtung dreht .
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Welle (32) während aufeinander folgender Betriebsphasen der Vorrichtung in entgegen gesetzte Richtungen dreht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere magnetokalorisches Material aufweisende Einheiten (10) an verschiedenen Winkel- koordinaten angeordnet und unterschiedlichen Wärmeträ- gerfluidkreisläufen zugeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere magnetokalorisches Material aufweisende Einheiten (10) an verschiedenen Axialkoordinaten angeordnet und bezüglich des Wärmeträgerfluidkreislaufs in Reihe geschaltet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe geschalteten magnetokalorisches Material aufweisende Einheiten (10) dasselbe Material aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe geschalteten magnetokalorisches Material aufweisende Einheiten (10) unterschiedliche Materialen mit unterschiedlichen Curie-Temperaturen aufweisen.
11. Verfahren zur Standklimatisierung eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Vorrichtung nach einem der vorhergehen- den Ansprüche verwendet wird.
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