DE102015112407A1 - Method and device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material - Google Patents
Method and device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015112407A1 DE102015112407A1 DE102015112407.6A DE102015112407A DE102015112407A1 DE 102015112407 A1 DE102015112407 A1 DE 102015112407A1 DE 102015112407 A DE102015112407 A DE 102015112407A DE 102015112407 A1 DE102015112407 A1 DE 102015112407A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electro
- magnetocaloric material
- heat
- heat exchanger
- magnetic field
- 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.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/001—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using electro-caloric effects
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
- F25B2321/0022—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a rotating or otherwise moving magnet
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials, bei dem alternierend zumindest ein elektro- oder magnetokalorisches Materialelement auf einer Warmseite einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung ausgesetzt wird und gleichzeitig eine entstehende Wärme aus einer Erwärmung des elektro- oder magnetokalorischen Materialelementes abgeführt wird, und dieses oder ein weiteres elektro- oder magnetokalorisches Materialelement auf einer Kaltseite frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung gehalten wird, und gleichzeitig Wärme von dem zu klimatisierenden Medium aufnimmt, wobei eine Mehrzahl voneinander thermisch isolierter elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente auf der Warmseite einer elektrischen und/oder einer magnetischen Feldbeeinflussung ausgesetzt werden, während eine Mehrzahl voneinander thermisch isolierter elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente auf der Kaltseite frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung gehalten werden.The invention relates to a method and a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material in which alternately at least one electro- or magnetocaloric material element is exposed to a warm side of an electrical and / or magnetic field influence and at the same time a resulting heat is removed from a heating of the electro-or magnetocaloric material element, and this or another electro- or magnetocaloric material element is kept free of electrical and / or magnetic field influence on a cold side, and at the same time receives heat from the medium to be conditioned, wherein a plurality exposed to each other thermally insulated electro- or magnetocaloric material elements on the hot side of an electric and / or magnetic field influence, while a plurality of thermally insulated from each other electrically insulated or magnetocaloric material elements on the cold side are kept free of electrical and / or magnetic field influence.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials, wie sie z. B. für Klimatisierungseinrichtungen, z. B. Fahrzeugs-Klimatisierungseinrichtungen, verwendbar sind. The invention relates to a method and a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro-or magnetocaloric material, as z. B. for air conditioning facilities, eg. As vehicle air conditioning devices, are used.
Konventionelle Kühl- oder Klimatisierungssysteme, z. B. in Kraftfahrzeugen, arbeiten mit Kältemitteln, die kompressorbetrieben in entsprechenden Kältemittelkreisläufen zirkulieren, und phasengewandelt werden, wobei der Wirkungsgrad derartiger Kompressoranlagen im Allgemeinen 50 % nicht übersteigt und die entsprechenden Kältemittel in der Regel aufgrund ihrer Gefahrgeneigtheit für Umwelt und Handhabung Sonderbestimmungen unterliegen. Conventional cooling or air conditioning systems, eg. As in motor vehicles, working with refrigerants that circulate compressor-driven in respective refrigerant circuits, and are phase-converted, the efficiency of such compressor systems generally does not exceed 50% and the corresponding refrigerants are usually subject to special provisions due to their hazardous nature for the environment and handling.
Ein Systemwechsel kann unter Ausnutzung des elektrokalorischen oder magnetokalorischen Effektes in Verbindung mit elektro- oder magnetokalorischen Materialien erfolgen, wobei dieser Effekt darin besteht, dass elektro- oder magnetokalorisches Material bei Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes seine Temperatur ändert (erhöht), und zwar bei elektrokalorischen Materialien durch Änderungen in der Polarisation bzw. bei magnetokalorischen Materialien durch Ausrichtung der magnetischen Momente des Materials durch das Magnetfeld, wobei das Material sich auch wieder abkühlt, wenn man das elektrische oder das magnetische Feld entfernt. Durch periodische elektrische/magnetische Feldeinwirkung und gleichzeitiges Abführen der entstehenden Wärme kann mit diesen Materialien also eine Kühlwirkung erreicht werden. Durch Ankopplung an einen Wärmetauscher kann die feldbedingte Erwärmung des elektro- bzw. magnetokalorischen Materials abgeführt und das Material wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Wird nunmehr das elektrische oder magnetische Feld abgeschaltet, kommt es aufgrund der Neuausrichtung der elektrischen/magnetischen Momente in ihre Ausgangsposition zur Abkühlung des Materials, wobei durch Kopplung desselben an ein Medienreservoir dieses bzw. ein Umgebungsmedium auf eine Temperatur niedriger als die ursprüngliche Umgebungstemperatur abgekühlt werden kann. A system change can take place using the electro-caloric or magnetocaloric effect in conjunction with electro- or magnetocaloric materials, this effect being that, when an electric or magnetic field is applied, its temperature changes (increases) with electrocaloric or magnetocaloric material Materials by changes in the polarization or magnetocaloric materials by aligning the magnetic moments of the material through the magnetic field, the material also cools again when you remove the electric or the magnetic field. By periodic electric / magnetic field effect and simultaneous dissipation of the resulting heat can thus be achieved with these materials, a cooling effect. By coupling to a heat exchanger, the field-related heating of the electro- or magnetocaloric material can be removed and the material can be cooled back to ambient temperature. Now, if the electric or magnetic field is switched off, it comes due to the realignment of the electrical / magnetic moments in their starting position for cooling the material, which can be cooled by coupling the same to a media reservoir this or an ambient medium to a temperature lower than the original ambient temperature ,
Es erscheint möglich, auf diese Weise Kälte- bzw. Klimatisierungssysteme zu schaffen, bei denen die Möglichkeit besteht, im Wesentlichen ohne Stofftransport durch Verschiebung der Positionen der Einwirkung der elektrischen/magnetischen Felder auf das elektrokalorische bzw. magnetokalorische Material auszukommen bzw. durch entsprechende Konstruktionen, in denen ein Temperaturausgleich vermieden ist, auch die erreichbaren Erwärmungs-/Abkühlungseffekte zu verstärken. Ein Problem besteht allerdings u. a. darin, dass die unmittelbar an dem elektro- bzw. magnetokalorischen Materialfeld erreichbaren Temperaturgradienten im Bereich einiger Kelvin verhältnismäßig klein sind, so dass bisher eine industrielle Anwendung des elektrokalorischen bzw. magnetokalorischen Effektes für die Auslegung von Kühl- oder Klimatisierungssystemen oder auch für die Wärmeerzeugung noch keine größere Bedeutung zugekommen ist. It seems possible to provide in this way refrigeration or air conditioning systems in which there is the possibility, essentially without material transport by shifting the positions of the action of the electric / magnetic fields on the electrocaloric or magnetocaloric material to get along or by appropriate constructions, in which a temperature compensation is avoided, also to increase the achievable heating / cooling effects. However, a problem exists u. a. The fact that the achievable directly on the electro- or magnetocaloric material field temperature gradient in the range of some Kelvin are relatively small, so far an industrial application of the electro-caloric or magnetocaloric effect for the design of cooling or air conditioning systems or for heat generation yet greater significance has been received.
Insbesondere ist daher die Ankopplung der elektro- bzw. magnetokalorischen Systeme und Materialien an Wärmeübertragungs- bzw. Stofftransportsysteme ein entscheidender Aspekt im Hinblick auf eine Nutzbarmachung des elektrokalorischen bzw. magnetokalorischen Effektes für die Auslegung neuartiger Kühl- oder Klimatisierungssysteme oder auch von Wärmeerzeugern. In particular, therefore, the coupling of the electro- or magnetocaloric systems and materials to heat transfer or mass transport systems is a crucial aspect with regard to a utilization of the electro-caloric or magnetocaloric effect for the design of novel cooling or air conditioning systems or heat generators.
Ein entsprechender Thermogenerator in modularer und mit einem getrennten Kaltfluid- und Warmfluid-Kreislauf versehener Bauweise ist aus
Vergleichbare Lösungen sind auch aus
Eine Magnet-Kühlvorrichtung, die mit unterschiedlichen magnetokalorischen Materialien unterschiedlicher Curie-Temperatur arbeitet und von einem Wärmeübertragungsfluid überströmt wird, um die Wärme von einem Tieftemperaturende zu einem Hochtemperaturende eines magnetokalorischen Moduls zu übertragen, ist aus der
Ein auf dem magnetokalorischen Effekt beruhendes Kühlsystem ist auch aus der
Da hierbei das Wärmeübertragungsfluid den kompletten Temperaturbereich von der Kaltseite bis zur Warmseite und die zugehörigen Wärmetauscher durchströmt (vgl. z. B, die
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektrokalorischem oder magnetokalorischem Material anzugeben, die sich durch einen erhöhten Wirkungsgrad und damit durch eine bessere, industrielle Nutzungen ermöglichende Anwendung des elektrokalorischen oder magnetokalorischen Effektes bei unkomplizierten Aufbau auszeichnen. The invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electrocaloric or magnetocaloric material, which by increased efficiency and thus by a better, industrial uses enabling application of the electrocaloric or magnetocaloric effect Distinguish uncomplicated structure.
Es soll ferner eine Wärmekraftmaschine unter Nutzung elektro- oder magnetokalorischen Materials angegeben werden. It should also be given a heat engine using electro-or magnetocaloric material.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Einrichtung nach Anspruch 9, hinsichtlich einer Wärmekraftmaschine nach Anspruch 25 gelöst. These objects are achieved by a method according to
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the subject invention are the subject of the dependent claims.
Ein Lösungsgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gerichteten Wärmetransport zwischen zwei elektro- oder magnetokalorischen Materialien einzurichten, von denen das eine sich im Einflussbereich eines (je nach Art des verwendeten Materials) elektrischen und/oder magnetischen Feldes befindet, während das andere elektrokalorische oder magnetokalorische Material sich außerhalb eines solchen Feldeinflusses befindet, wobei das jeweilige elektrokalorische oder magnetokalorische Material in Abhängigkeit von der Feldbeeinflussung mit verschiedenen Wärmereservoirs (Wärmesenke im Feldbereich, zu kühlender Bereich im Nicht-Feldbereich) in Verbindung gebracht ist. Befindet sich das elektrokalorische oder magnetokalorische Material unter Feldeinfluss, steht es thermischem Kontakt mit der Heißseite (Wärmesenke), ist es außerhalb des Feldes, steht es in thermischem Kontakt mit der Kaltseite (zu kühlender Bereich/Medium/Gegenstand). Das Verfahren wird jedoch mit einer Mehrzahl von elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelementen auf der Heiß- und auf der Kaltseite, die auf jeder Seite untereinander thermisch isoliert sind, ausgeführt. A solution of the present invention is to establish a directional heat transfer between two electro- or magnetocaloric materials, one of which is within the influence of one (depending on the type of material used) electrical and / or magnetic field, while the other is electrocaloric or magnetocaloric Material is outside of such a field influence, wherein the respective electro-caloric or magnetocaloric material depending on the field influence with various heat reservoirs (heat sink in the field area to be cooled area in the non-field area) is associated. If the electrocaloric or magnetocaloric material is under field influence, it is in thermal contact with the hot side (heat sink), if it is outside the field it is in thermal contact with the cold side (area / medium / object to be cooled). However, the method is practiced with a plurality of hot and cold side electrocaloric or magnetocaloric material elements thermally insulated on each side.
Die alternierende Feldbeeinflussung bzw. Nicht-Feldbeeinflussung der elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialien und der entsprechende wechselnde thermische Kontakt der Materialien mit der Heißseite (Wärmesenke) oder Kaltseite (zu kühlender Bereich) lässt sich vorteilhaft durch ein rotierendes System, d. h. eine rotierende Anordnung dieser Materialien (alternativ durch ein rotierendes Feldsystem) ausbilden. Gleichzeitig lässt sich dadurch ein möglichst hoher Temperaturhub durch ein sequentielles „kaskadiertes“ Anordnen mehrerer solcher aus magnetokalorischem oder elektrokalorischem Material und zugehörigem Wärmeübertrager auf der Heiß- bzw. Kaltseite bestehender „Segmente“ realisieren. The alternating field influence or non-field influence of the electrocaloric or magnetocaloric materials and the corresponding alternating thermal contact of the materials with the hot side (heat sink) or cold side (area to be cooled) can advantageously be achieved by a rotating system, i. H. form a rotating arrangement of these materials (alternatively by a rotating field system). At the same time, the highest possible temperature stroke can be achieved by sequentially "cascading" several such magnetocaloric or electrocaloric material and associated heat exchanger on the hot or cold side of existing "segments".
Es ist insbesondere bevorzugt, dass zwischen einem magnetokalorischen Materialelement und einem zugeordneten Wärmeübertrager (oder Wärmeleiter) ein guter wärmeleitfähiger bzw. wärmeübertragender Kontakt besteht, so dass insbesondere dieser Wärmeübertrager oder Wärmeleiter verlustarm für die Übertragung der Wärmemenge Q des ersten elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelementes, das sich im elektrischen und/oder magnetischen Feld befindet (n-tes Segment), auf das außerhalb des Feldeinflusses des elektrischen und/oder magnetischen Feldes liegende, weitere elektrokalorische oder magnetokalorische Materialelement (n + 1-tes Segment) dient. It is particularly preferred that between a magnetocaloric material element and an associated heat exchanger (or heat conductor) is a good heat-conducting or heat-transferring contact, so that in particular this heat exchanger or heat conductor low loss for the transmission of the amount of heat Q of the first electrocaloric or magnetocaloric material element, the is located in the electric and / or magnetic field (n-tes segment), on the outside of the field influence of the electric and / or magnetic field lying, further electrocaloric or magnetocaloric material element (n + 1-tes segment) is used.
Bezogen auf ein einzelnes Segment, gebildet aus einem elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement auf der Kaltseite (außerhalb einer Feldbeeinflussung) in thermischer Verbindung zu dem zu kühlenden Bereich und einem magneto- oder elektrokalorischen Materialelement (unter Feldeinfluss) auf der Heißseite in thermischem Kontakt mit einer Wärmesenke, wird das oder werden die elektrokalorische oder magnetokalorischen Materialelemente vorzugsweise durch deren Bewegungsanordnung, insbesondere rotierende Anordnung um eine Drehachse, abwechselnd in ein elektrisches und/oder magnetisches Feld hineingeführt oder aus diesem wieder herausgeführt. Auf diese Weise wird die sich aus der Temperaturdifferenz zwischen dem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement und dem zu kühlenden Bereich ergebenden Wärmemenge auf die Heißseite durch die Rotation des betreffenden elektro- oder magnetokalorischen Materialelementes in das elektrische und/oder magnetische Feld übertragen, das Materialelement unter Feldeinfluss erwärmt und die Wärmemenge an die Wärmesenke abgegeben. Vorzugsweise erfolgt die thermische Kopplung der elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente mit dem zu kühlenden Bereich auf der Kaltseite bzw. mit der Wärmesenke auf der Warmseite über Wärmeübertrager, die stationär angeordnet mit den bewegten Materialelementen in möglichst guten, hochwärmeleitfähigen Kontakt gebracht werden, um thermische Übertragungsverluste zu vermeiden. Relative to a single segment formed of an electrocaloric or magnetocaloric material element on the cold side (out of field interference) in thermal communication with the region to be cooled and a magneto or electrocaloric material element (under field influence) on the hot side in thermal contact with a heat sink, is the or the electrocaloric or magnetocaloric material elements preferably by their movement arrangement, in particular rotating arrangement about an axis of rotation, alternately into an electrical and / or or magnetic field or led out of this again. In this way, the resulting from the temperature difference between the electro- or magnetocaloric material element and the area to be cooled resulting heat on the hot side by the rotation of the respective electro- or magnetocaloric material element in the electric and / or magnetic field, the material element under field influence heated and the amount of heat delivered to the heat sink. Preferably, the thermal coupling of the electro- or magnetocaloric material elements takes place with the area to be cooled on the cold side or with the heat sink on the hot side via heat exchangers, which are stationary placed with the moving material elements in the best possible, highly heat-conductive contact to thermal transmission losses avoid.
Eine Steigerung des Temperaturhubes, d. h. des thermischen Effektes der Anordnung lässt sich dabei durch eine Kaskadierung, d. h. Mehrfachanordnung solcher elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelemente, vorzugsweise nebst zugehöriger Wärmeübertrager, sowohl auf der Heißseite als auch auf der Kaltseite erreichen, wobei jeweils das Materialelement (insbesondere über dem diesem zugeordneten Wärmeübertager) mit dem Materialelement des nächstfolgenden Segments auf der Kaltseite, insbesondere über den diesem zugeordneten Wärmeübertrager in hochwärmeleitender Verbindung ist. An increase in the temperature stroke, d. H. the thermal effect of the arrangement can be characterized by a cascading, d. H. Multiple arrangement of such electro-caloric or magnetocaloric material elements, preferably together with associated heat exchangers, both on the hot side and on the cold side, wherein in each case the material element (in particular on the heat exchanger associated therewith) with the material element of the next segment on the cold side, in particular on this associated Heat exchanger in high heat conducting connection.
Auf diese Weise bildet z. B. in Verbindung mit einer Rotoranordnung, eine Mehrzahl von Segmenten mit je einem ersten magnetokalorischen oder elektrokalorischen Materialelementen (unter Feldeinfluss) und einem zweiten elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement (außerhalb des Feldes) eine Reihenschaltung von Segmenten, die den Temperaturhub einer Einzelanordnung aus zwei elektro- oder magnetokalorischen Materialien durch eine Reihenschaltung von Heiß- und Kaltseite zweier in Richtung Wärmesenke folgender Segmente entsprechend vergrößert (jedes Segment transportiert die im Wesentlichen gleiche Wärmemenge) und es gestattet, ein Klimatisierungssystem auszubilden mit einer Wärmesenke an einem Ende der Anordnung (Warmseite) und eine im zu kühlenden Medium (Kältesenke) am anderen Ende der Anordnung (Kaltseite). In this way, z. B. in connection with a rotor assembly, a plurality of segments, each having a first magnetocaloric or electrocaloric material elements (under field influence) and a second electrocaloric or magnetocaloric material element (outside the field) a series connection of segments, the temperature deviation of a single arrangement of two electro- or magnetocaloric materials is increased by a series connection of hot and cold side of two subsequent heat sink segments (each segment transports the substantially same amount of heat) and allows to form an air conditioning system with a heat sink at one end of the assembly (hot side) and in the to be cooled medium (cold sink) at the other end of the arrangement (cold side).
Während des Bewegens einer ersten Gruppe beabstandeter (thermisch isolierter) elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente in das elektrische und / oder magnetische Feld wird zugleich eine zweite Gruppe beabstandeter (thermisch isolierter) zweiten elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente aus diesem Feld herausbewegt, und es wird vorzugsweise jeweils mit Hilfe stationärer Wärmeleiter- oder Wärmeübertrageranordnungen gerichtet eine im Wesentlichen zwischen zwei abfolgenden Segmenten gleich großen Wärmemengen von der Warm- auf die Kaltseite übertragen. Die Vergrößerung des Temperaturhubes auf diese Weise korrespondiert zur Anzahl der zu einer Gesamtanordnung gestapelten Segmente. During movement of a first group of spaced (thermally isolated) electro- or magnetocaloric material elements into the electrical and / or magnetic field, a second set of spaced (thermally isolated) second electro- or magnetocaloric material elements is simultaneously moved out of that field, and it is preferably each time directed by stationary heat conductor or heat exchanger assemblies directed a substantially between two consecutive segments equal amounts of heat from the hot on the cold side. The increase of the temperature stroke in this way corresponds to the number of segments stacked in an overall arrangement.
Anstelle der alternierenden Feldbeeinflussung von in Gruppen angeordneten elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelementen durch Bewegung der Gruppen in das elektrische und/oder magnetische Feld und aus diesem heraus können diese elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente auch stationär angeordnet sein und das elektrische und/oder magnetische Feld wird jeweils bewegt, so dass alternierend unterschiedliche Gruppen von elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelementen, die miteinander wärmeübertragend durch einen gerichteten Wärmetransport, insbesondere durch diesen bewirkende Wärmeübertrager, verbunden sind, in den Einflussbereich des elektrischen und/oder magnetischen Feldes gelangen und sich durch dieses erwärmen. In diesem Fall müssen auch das Wärme- bzw. Kältereservoir (Wärmesenke bzw. zu kühlender Bereich) entsprechend alternierend mit den Materialelementen beider Gruppen in Kontakt gebracht werden. Instead of the alternating field influence of grouped electrocaloric or magnetocaloric material elements by moving the groups into and out of the electrical and / or magnetic field, these electro- or magnetocaloric material elements can also be arranged stationarily and the electrical and / or magnetic field is respectively moved in that alternately different groups of electrocaloric or magnetocaloric material elements which are connected to one another in a heat-transferring manner by a directed heat transfer, in particular by the heat exchanger effecting this, enter the area of influence of the electric and / or magnetic field and heat up by the same. In this case, the heat or cold reservoir (heat sink or area to be cooled) must be brought into contact alternately with the material elements of both groups.
Zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen dem jeweiligen elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement und einem diesem zugeordneten Wärmeleiter oder Wärmeübertrager ist es auch möglich, die latente Wärme eines zwischen dem elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement und dem Wärmeübertrager oder Wärmeleiter befindlichen Fluids zu nutzen, indem Fluid von dem im elektrischen und/oder magnetischen Feld befindlichen (sich erwärmenden) elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement aufgrund herrschender Temperaturen und Druckverhältnisse in druckdichten Kammern verdampft wird und an dem zugeordnetem Wärmeübertrager oder Wärmeleiter unter Nutzung der latenten Kondensationswärme kondensiert. Im Bereich der „Kaltseite“, d. h. der elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelemente außerhalb des elektrischen und/oder magnetischen Feldes findet dann der umgekehrte Vorgang unter Verdampfung des an dem Wärmeübertrager oder Wärmeleiter anhaftenden Fluides und Kondensation an dem kälteren elektrokalorischen oder mangnetokalorischen Materialelement unter Freisetzung der Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme des Fluides statt. To improve the heat transfer between the respective electro-caloric or magnetocaloric material element and a heat conductor or heat exchanger associated therewith, it is also possible to use the latent heat of a fluid located between the electrocaloric or magnetocaloric material element and the heat exchanger or conductor, by fluid from the in the electric and / or magnetic field located (warming) electrocaloric or magnetocaloric material element is vaporized due to prevailing temperatures and pressure conditions in pressure-tight chambers and condenses on the associated heat exchanger or heat conductor using the latent heat of condensation. In the area of the "cold side", d. H. the electrocaloric or magnetocaloric material elements outside the electrical and / or magnetic field then takes place the reverse process with evaporation of the adhering to the heat exchanger or heat conductor fluid and condensation on the colder electrocaloric or mangnetokalorischen material element to release the evaporation or condensation heat of the fluid instead.
Ein guter Wärmeübergang zwischen dem magneto- oder elektrokalorischen Materialelement und dem diesen vorzugsweise zugeordneten Wärmeübertrager ist also vorzugsweise durch innigen Flächenkontakt oder auch unter Ausnutzung der latenten Wärme eines Prozeßfluids möglich, vorzugsweise in druckdichten Kammern, die auf der Heißseite und der Kaltseite die Wärmeübertrager aufnehmen und in die z. B. rotierend die magnetokalorischen (oder elektrokalorischen) Materialelemente hinein- und herausbewegt werden. A good heat transfer between the magneto or electrocaloric material element and the heat exchanger preferably associated therewith is therefore preferably by intimate surface contact or by taking advantage of latent heat of a process fluid possible, preferably in pressure-tight chambers, which receive the heat exchanger on the hot side and the cold side and in the z. B. rotating the magnetocaloric (or electrocaloric) material elements are moved in and out.
Vorzugsweise können auch zwischen magneto- oder elektrokalorischem Element und Wärmeübertrager kontaktoberflächenvergrößernde Oberflächen- bzw. Eingriffsstrukturen in Gleitkontakt vorgesehen sein. Preferably, contact surface enlarging surface or engagement structures may also be provided in sliding contact between magneto or electrocaloric element and heat exchanger.
Auch hier kann in korrespondierender Weise, wie bereits geschildert, eine kaskadierte Anordnung, d. h. aus mehreren Segmenten bestehende Anordnung mit jeweils einer Mehrzahl von Kammern auf Heiß- oder Kaltseite unter Verbindung von Wärmeübertrager abfolgender Segmente zur Vergrößerung des Temperaturhubes gebildet werden. Again, in a corresponding manner, as already described, a cascaded arrangement, i. H. consisting of several segments arrangement, each with a plurality of chambers on the hot or cold side are formed with the connection of heat exchangers of successive segments to increase the temperature.
Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet daher die Möglichkeit der Kaskadierung und damit der Mehrfachnutzung des elektro- oder magnetokalorischen Effektes durch eine wärmetechnische Reihenschaltung von Segmenten mit elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen, vorzugsweise Wärmeübertragern bzw. Wärmeleitern, wobei die magneto- oder elektrokalorischen Materialelemente alternierend einem elektrischen und/oder magnetischen Feld, z. B. durch einen stationären Permanentmagneten oder einer Elektromagnetspule ausgesetzt sind, so dass sich ein gerichteter Wärmemengentransport jeweils zwischen zwei Segmenten ergibt und bei kontinuierlicher Wärmeabfuhr (Verbindung mit Wärmesenken auf der Warmseite) ein vergrößerter Temperaturhub und eine entsprechende Herabsenkung des Temperaturniveaus an den zu kühlenden Medium oder Gegenstand erreicht wird. Diesem wird durch die vorgesehene Klimatisiereinrichtung diskret kontinuierlich beidseitig Wärme in Richtung der Wärmesenke entzogen, so dass auf diese Weise eine Kühl- oder Kälteeinrichtung auf der Kaltseite geschaffen bzw. in Betrieb gesetzt wird. The inventive method therefore opens up the possibility of cascading and thus the multiple use of the electro- or magnetocaloric effect by a thermoelectric series connection of segments with electro- or magnetocaloric material elements, preferably heat exchangers or heat conductors, wherein the magneto or electro-caloric material elements alternately an electrical and / or or magnetic field, e.g. B. are exposed by a stationary permanent magnet or an electromagnetic coil, so that a directed heat transfer between each two segments results and with continuous heat dissipation (connection with heat sinks on the hot side) an increased temperature and a corresponding decrease in the temperature level of the medium to be cooled or Object is achieved. This is discreetly withdrawn by the proposed air conditioning discreetly heat on both sides in the direction of the heat sink, so that created in this way a cooling or cooling device on the cold side or put into operation.
Es erfolgt also bei kaskadierter Anordnung der Wärmetransport innerhalb der Klimatisierungseinrichtung jeweils zwischen zwei Segmenten und von der Heißseite auf die Kaltseite in einer Richtung. Dies kann auch dadurch unterstützt werden, dass eine Verbindung der hochwärmeleitenden Wärmeübertrager von der Heißseite eines Segments auf die Kaltseite (Warmeübertrager) des nachfolgenden Segments durch eine oder mehrere thermische Dioden erfolgt, die im Wesentlichen einen Wärmeübergang bzw. eine Wärmeleitung nur in einer Richtung gestatten. Thus, in a cascaded arrangement, the heat transport within the air-conditioning device takes place in each case between two segments and from the hot side to the cold side in one direction. This can also be aided in that a connection of the high heat-conducting heat exchanger from the hot side of a segment on the cold side (heat exchanger) of the subsequent segment by one or more thermal diodes, which essentially allow heat transfer or heat conduction in one direction only.
Vorzugsweise sind die hochwärmeleitenden Wärmeübertrager der ersten und zweiten Elementanordnung, die miteinander auch wärmeleitend verbunden sind zwischen Warmseite und Kaltseite durch einen integralen Metallblock, wie z. B. einen Kupfer-Block gebildet sein. Sie können aber z. B. auch durch jeweils ein Wärmerohr (Heat-Pipe) gebildet sein. Preferably, the high heat-conducting heat exchanger of the first and second element arrangement, which are also thermally conductively connected between hot side and cold side by an integral metal block, such. B. formed a copper block. But you can z. B. also be formed by a respective heat pipe (heat pipe).
Ein solches Wärmerohr bildet einen isothermen Wärmeleiter von allerdings besonders hoher Wärmeübertragungskapazität, da er zusätzlich die Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme eines in seinem Inneren enthaltenen Mediums nutzt, und damit eine hohe Wärmestromdichte erlaubt. Innerhalb eines hermetisch gekapselten Volumens, im allgemeinen unter Unterdruck, befindet sich in dem Wärmerohr ein Arbeitsmedium, z. B. Wasser, das in dem Wärmerohr in seinem flüssigen sowie dampfförmigen Zustand vorliegt, wobei aufgrund der im vorliegenden Anwendungsfall feldinduzierten Erwärmung des mit dem sich erwärmenden Arbeitsende des Wärmerohres verbundenen elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materials das Arbeitsmedium verdampft und dieser Dampf, z. B. Wasserdampf, in einem Arbeitsbereich am anderen Ende des Wärmerohres kondensiert und auf diese Weise die besonders effiziente Phasenwandlung des Arbeitsmediums als Wärmequelle genutzt wird. Durch die Ausnutzung der latenten Verdampfungswärme des Arbeitsmediums kann somit ein hohes Wärmeübergangspotential erreicht werden, d. h. eine hohe Kühlleistung einer derartigen, aus einem Materialelement aus einem elektrokalorischen oder magnetokalorischen Material in Verbindung mit einem solchen Wärmerohr gebildeten Anordnungen, die sich in engem thermokonduktiven Kontakt befinden. Such a heat pipe forms an isothermal heat conductor of, however, particularly high heat transfer capacity, since it additionally uses the evaporation or condensation heat of a medium contained in its interior, and thus allows a high heat flux density. Within a hermetically sealed volume, generally under negative pressure, located in the heat pipe, a working medium, eg. As water, which is present in the heat pipe in its liquid and vapor state, wherein due to the field-induced in the present application heating of connected to the warming working end of the heat pipe electrocaloric or magnetocaloric material evaporates the working medium and this steam, z. As water vapor, condensed in a workspace at the other end of the heat pipe and in this way the most efficient phase transformation of the working medium is used as a heat source. By exploiting the latent heat of vaporization of the working medium thus a high heat transfer potential can be achieved, d. H. a high cooling capacity of such, formed from a material element of an electro-caloric or magnetocaloric material in connection with such a heat pipe assemblies which are in close thermoconductive contact.
Die vorgenannte Aufgabe wird hinsichtlich einer Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials erfindungsgemäß gelöst durch zumindest eine elektro- oder magnetokalorischen Materialelementanordnung in einem elektrischen und/oder magnetischen Feld in wärmeübertragender Verbindung mit einer Wärmesenke auf einer Warmseite und außerhalb eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes in wärmeübertragender Verbindung mit dem zu klimatisierenden Medium auf einer Kaltseite. Dabei ist eine Mehrzahl thermischer voneinander isolierter magnetokalorischer Materialelemente auf einer Heißseite einer Magnetfeldbeeinflussung ausgesetzt, während eine Mehrzahl thermisch isolierter magnetokalorischer Materialelemente auf der Kaltseite sich außerhalb eines Magnetfeldeinflusses befindet. Vorzugsweise stationäre Wärmeübertrager sind in wäremübertragender Verbindung mit zugehörigen magnetokalorischen Materialelementen. With regard to a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material, the above object is achieved by at least one electro- or magnetocaloric material element arrangement in an electrical and / or magnetic field in heat-transmitting connection with a heat sink on a hot side and outside an electrical and / or magnetic field in heat-transmitting connection with the medium to be conditioned on a cold side. In this case, a plurality of thermally isolated magnetocaloric material elements on a hot side of a magnetic field influence is exposed, while a plurality of thermally isolated magnetocaloric material elements on the cold side is located outside of a magnetic field influence. Preferably stationary heat exchangers are in heat-transmitting connection with associated magnetocaloric material elements.
D. h. zur Verbesserung des Wärmeübergangs sind vorzugsweise Wärmeübertrager mit den magnetokalorischen Materialelementen in Kontakt und sind Wärmeübertrager auf der Heißseite jeweils mit einem Wärmeübertrager des nächstfolgenden Segments auf der Kaltseite zum Transport einer Wärmemenge Q von der Heißseite auf die Kaltseite zur Vergrößerung des Temperaturhubes verbunden. Ie. To improve the heat transfer, preferably heat exchangers are in contact with the magnetocaloric material elements and are heat exchangers on the hot side in each case connected to a heat exchanger of the next segment on the cold side for transporting a quantity of heat Q from the hot side to the cold side to increase the temperature.
Die miteinander verbundenen Wärmeübertrager von Warm- und Kaltseite können vorzugsweise auch ein integrales Bauteil, wie z. B. ein hochwärmeleitfähiger Metallkörper, z. B. Kupferkörper sein oder aber auch jeweils aus einem Wärmerohr bestehen, das eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit unter Ausnutzung der latenten Verdampfungswärme, die bei Kondensation des Arbeitsmedium innerhalb des Wärmerohres am anderen Ende desselben abgegeben wird, aufweist. The interconnected heat exchanger of the hot and cold side may also be an integral component such. B. a highly heat conductive metal body, for. B. copper body or else in each case consist of a heat pipe, which has a particularly high thermal conductivity by utilizing the latent heat of vaporization, which is released during condensation of the working fluid within the heat pipe at the other end thereof.
Innerhalb der Mehrfachanordnung einer Elementanordnung der elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente und der ihnen vorzugsweise zugeordneten Wärmeleiter sind die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente durch thermische Isolierungen voneinander getrennt, so dass innerhalb der Heißseite oder Kaltseite (in vertikaler Richtung) im Wesentlichen kein Wärmeübergang zurück zu den Materialelementen stattfindet. Within the multiple arrangement of an element arrangement of the electro- or magnetocaloric material elements and their preferably associated heat conductors, the electro- or magnetocaloric material elements are separated from each other by thermal insulation, so that within the hot side or cold side (in the vertical direction) substantially no heat transfer back to the material elements takes place.
Vorzugsweise ist die Einrichtung als eine Rotoranordnung ausgebildet, in der die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente als Scheibenelemente einen Rotor bilden, der um eine, insbesondere vertikale oder horizontale oder eine geneigte Achse, drehbar ist und durch den jeweils wenigstens eine Materialelementanordnung sich innerhalb des elektrischen und/oder magnetischen Feldes befindet, während zumindest eine weitere Materialelementanordnung sich außerhalb dieses Feldeinflusses befindet. Preferably, the device is designed as a rotor assembly in which the electro- or magnetocaloric material elements as disk elements form a rotor that is rotatable about one, in particular vertical or horizontal or an inclined axis, and by the respective at least one material element arrangement within the electric and / or magnetic field, while at least one further material element arrangement is outside this field influence.
Vorzugsweise ist bei Verwendung eines magnetokalorischen Materials die felderzeugende Einrichtung als Permanentmagnet ausgebildet und es wird alternierend eine erste oder zweite magnetokalorische Materialelementanordnung in das Magnetfeld des Permanentmagneten gebracht. Vorzugsweise weist die Einrichtung eine Rotoranordnung mit vertikaler Rotationsachse auf und sind die Wärmeübertrager stationär, wie auch die Isolierkörper innerhalb jeder Materialelementanordnung auf der Heiß- und Kaltseite angeordnet, während die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente als vorzugsweise halbkreisförmige Scheiben ausgebildet sind, die je jeweils ein Rotorelement bilden. In einem Segment angeordnete elektro- oder magnetokalorische Scheibenelemente auf der Heiß- und Kaltseite sind thermisch voneinander isoliert und können jeweils durch die Rotoranordnung zwischen die stationär angeordneten Wärmeübertrager sowie die Isolierelemente gedreht werden, so dass sich eine Elementanordnung innerhalb eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes, vorzugsweise eines Permanentmagneten befindet, während die andere Elementanordnung außerhalb desselben ist, und umgekehrt. Preferably, when using a magnetocaloric material, the field-generating device is designed as a permanent magnet and it is alternately brought a first or second magnetocaloric material element arrangement in the magnetic field of the permanent magnet. Preferably, the device has a rotor assembly with a vertical axis of rotation and the heat exchangers are stationary, as well as the insulator disposed within each material element arrangement on the hot and cold side, while the electro- or magnetocaloric material elements are formed as preferably semicircular discs, each depending on a rotor element form. Electro- or magnetocaloric disk elements on the hot and cold sides, which are arranged in a segment, are thermally insulated from one another and can each be rotated between the stationary heat exchangers and the insulating elements by the rotor arrangement, so that an element arrangement within an electrical and / or magnetic field, is preferably a permanent magnet, while the other element arrangement is outside thereof, and vice versa.
In einer Ausführungsform können die Isolierelemente auch durch Luftspalte ersetzt werden. Es muss jedenfalls dafür gesorgt sein, dass innerhalb einer Materialelementanordnung auf Heiß- oder Kaltseite in vertikaler Richtung d. h. innerhalb einer Materialelementanordnung auf der Kalt- oder Heißseite praktisch kein wesentlicher Wärmeübergang oder Wärmefluss stattfindet. In one embodiment, the insulating elements may also be replaced by air gaps. In any case, it must be ensured that within a material element arrangement on the hot or cold side in the vertical direction d. H. Within a material element arrangement on the cold or hot side takes place virtually no significant heat transfer or heat flow.
Bei der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung, insbesondere Kühleinrichtung, handelt es sich um ein System ohne strömendes Medium zur Übertragung der Wärme von dem magnetokalorischen und/oder elektrokalorischen Material (Scheibenelement) auf die vorzugsweise vorgesehenen Wärmetauscher und somit auch keinerlei Pumpen zum Transport von Fluid. The air conditioning device according to the invention, in particular cooling device, is a system without flowing medium for transferring heat from the magnetocaloric and / or electrocaloric material (disc element) to the preferably provided heat exchangers and thus also no pumps for transporting fluid.
Insbesondere kann durch die vorzugsweise Ausbildung der Klimatisierungseinrichtung als Rotationskörper eine höhere Frequenz der Rotation der magnetokalorischen bzw. elektrokalorischen Materialien in das oder aus dem elektrischen und/oder magnetischen Feld im Vergleich zum Stand der Technik erreicht werden. Hierdurch können wesentlich höhere Kühlungsraten und eine höhere thermische Effizienz des Systems erreicht werden. In particular, by virtue of the preferred embodiment of the air-conditioning device as a rotational body, a higher frequency of the rotation of the magnetocaloric or electrocaloric materials into or out of the electric and / or magnetic field can be achieved in comparison with the prior art. As a result, much higher cooling rates and a higher thermal efficiency of the system can be achieved.
Der Wärmetransport (Kältewirkung auf der Eingangsseite) erfolgt von einem elektro- oder magnetokalorischen Material eines n-ten Segments der einen Materialelementanordnung (im elektrischen und/oder magnetischen Feld auf der Heißseite) zu dem thermisch verbundenen elektro- oder magnetokalorischen Material eines n + 1-ten Segments der anderen Materialelementanordnung (nicht im elektrischen und/oder magnetischen Feld auf der Kaltseite). Nach Platzwechsel der Materialelementanordnungen zwischen Heiß- und Kaltseite wiederholt sich der Vorgang. The heat transfer (cold action on the input side) takes place from an electro- or magnetocaloric material of an n-th segment of a material element arrangement (in the electric and / or magnetic field on the hot side) to the thermally connected electro- or magnetocaloric material of an n + 1 th segment of the other material element arrangement (not in the electrical and / or magnetic field on the cold side). After changing the location of the material element arrangements between hot and cold side of the process is repeated.
In einer vereinfachten Anordnung kann auf die Wärmeleiter/Wärmeübertrager, insbesondere Wärmerohre, als (zusätzliche) Wärmetransportelemente und Wärmeleiter zwischen den elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen auf der Heiß- und auf der Kaltseite auch verzichtet werden, und es können die elektro- oder magnetokalorischen Materialien beider Materialelementgruppen zwischen zwei Segmenten auch direkt miteinander wärmeleitend gekoppelt sein, insbesondere auch in Verbindung mit unterschiedlichen elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen interschiedlicher Curie-Temperatur. In a simplified arrangement, the heat conductor / heat exchanger, in particular heat pipes, as (additional) heat transfer elements and heat conductors between the electro- or magnetocaloric material elements on the hot and on the cold side can also be dispensed with, and it can the electro- or magnetocaloric materials of both Material element groups between two segments also be thermally coupled directly to one another, in particular also in conjunction with different electro- or magnetocaloric material elements of different Curie temperature.
Das gleiche System kann bei umgekehrten Betrieb auch als Wärmekraftmaschine genutzt werden: Das magnetokalorische Material wird im Magnetfeld erwärmt, dabei sinkt die Magnetisierung des Materials. Kühleres magnetokalorisches Material von außerhalb des Magnetfeldes hat höhere Magnetisierung und wird stärker in das Magnetfeld gezogen. Das erwärmte Material wird aus dem Magnetfeld in den feldfreien, zu kühlenden Bereich gedrückt kühlt unter Rückorientierung der magnetischen Momente ab und kann dann wieder vom Magnetfeld angezogen werden. An einer zentralen Rotationsache kann ein entsprechendes Drehmoment abgegriffen werden. Auch hier lässt sich das Drehmoment durch entsprechende kaskadierte Mehrfachanordnung der magnetokalorischen Materialelemente vervielfachen. The same system can also be used as a heat engine in reverse operation: The magnetocaloric material is heated in the magnetic field, thereby reducing the magnetization of the material. Cooler magnetocaloric material from outside the magnetic field has higher magnetization and is drawn more strongly into the magnetic field. The heated material is forced out of the magnetic field into the field-free area to be cooled, cools down with rearrangement of the magnetic moments and can then be attracted to the magnetic field again. At a central rotation axis a corresponding torque can be tapped. Again, the torque can be multiplied by corresponding cascaded multiple arrangement of magnetocaloric material elements.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments and accompanying drawings. In these show:
Zunächst soll anhand von
Im vorliegenden Fall weist eine Rotations-Kühleinrichtung
Hinsichtlich mehrerer Segmente
In der nachfolgenden Beschreibung wird der Begriff „magnetokalorisches Material“ oder „magnetokalorisches Materialelement“ nachfolgend auch als „MK-Material“ oder „MK-Materialelement“ bezeichnet. Die Abkürzung MK steht also für den Begriff magnetokalorisch. In the following description, the term "magnetocaloric material" or "magnetocaloric material element" will hereinafter also be referred to as "MK material" or "MK material element". The abbreviation MK stands for the term magnetocaloric.
Das magnetokalorische Materialelement
Die Seite der Einrichtung, die sich im Magnetfeld
Auf der in
Auf der Kaltseite ist das Scheibenelement aus dem magnetokalorischen Materialelement
Auch hier dient der Kaltenseiten-Wärmeübertrager
Auf diese Weise kann eine Wärmemenge Q von dem zu kühlenden Bereich
Die magnetokalorischen Materialelemente
Die hier schematisch anhand eines Segmentes in
Durch Rotation der MK-Materialelemente
Es ist übrigens nicht erforderlich, dass innerhalb des in
In
Im Übrigen ist durch die Kaskadierung ein erhöhter Temperaturhub der Kühleinrichtung
Als Wärmeübertrager in den Segmenten
In
Als Veranschaulichung kann man die Anwendung als eine Art „Schöpfwerk“ ansehen, in dem miteinander kommunizierende Wasserbehälter eine stets wiederkehrende Wassermenge (= Wärmemenge) an die nächstfolgende Stufe abgeben bis zum endgültigen Herausführen der Wassermenge (= Wärmemenge) in ein äußeres Wasserreservoir (Wärmesenke). By way of illustration, the application can be regarded as a kind of "scooping" in which water containers communicating with one another deliver a constantly recurring amount of water (= amount of heat) to the next stage until finally removing the quantity of water (= quantity of heat) into an external water reservoir (heat sink).
In
Es ist deutlich, dass unter Berücksichtigung von Erwärmung und Abkühlung der magnetokalorischen MK-Materialelemente
Es wäre in einer alternativen Ausführung auch möglich, die rotatorische oder andere Bewegung der Scheibenelemente bzw. MK-Materialelemente
Da bei den in den
Die z. B. einen Heißseitenübertrager
Parasitäre Wärmeströme innerhalb der Kühleinrichtung
In den
Das Ausführungsbeispiel nach den
Der Vermeidung thermischer Verluste beim Wärmeübergang zwischen magnetokalorischem Materialelement und Heißseiten- oder Kaltseiten-Wärmeübertrager in Verbindung mit dem Positionswechsel des magnetokalorischem Materiales zwischen Heißseite und Kaltseite kommt für eine effiziente Kühl- bzw. Kälteanordnung (Klimatisierungsanordnung) essenzielle Bedeutung zu. The avoidance of thermal losses in heat transfer between magnetocaloric material element and hot side or cold side heat exchanger in conjunction with the position change of magnetocaloric material between the hot side and cold side is essential for an efficient cooling or cooling arrangement (air conditioning) essential.
Der Kaltseiten-Wärmeübertrager K1 mit einer Temperatur T1 befindet sich in einem gasdichten Raum
Da auf diese Weise das Übertragungsfluid aus dem Raum
Auf diese Weise kann die latente Wärme eines Übertragungsfluides zum Wärmetransport innerhalb einer Anordnung, wie sie in den
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials, bei dem alternierend zumindest ein elektro- oder magnetokalorisches Materialelement auf einer Warmseite einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung ausgesetzt wird und gleichzeitig eine entstehende Wärme aus einer Erwärmung des elektro- oder magnetokalorischen Materialelementes abgeführt wird, und dieses oder ein weiteres elektro- oder magnetokalorisches Materialelement auf einer Kaltseite frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung gehalten wird, und gleichzeitig Wärme von dem zu klimatisierenden Medium aufnimmt, wobei eine Mehrzahl voneinander thermisch isolierter elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente auf der Warmseite einer elektrischen und/oder einer magnetischen Feldbeeinflussung ausgesetzt werden, während eine Mehrzahl voneinander thermisch isolierter elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente auf der Kaltseite frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung gehalten werden. The invention relates to a method and a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material in which alternately at least one electro- or magnetocaloric material element is exposed to a warm side of an electrical and / or magnetic field influence and at the same time a resulting heat is removed from a heating of the electro-or magnetocaloric material element, and this or another electro- or magnetocaloric material element is kept free of electrical and / or magnetic field influence on a cold side, and at the same time receives heat from the medium to be conditioned, wherein a plurality exposed to each other thermally insulated electro- or magnetocaloric material elements on the hot side of an electric and / or magnetic field influence, while a plurality of thermally insulated from each other electrically insulated or magnetocaloric material elements on the cold side are kept free of electrical and / or magnetic field influence.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 8596077 B2 [0006] US 8596077 B2 [0006]
- US 2009/0320499 A1 [0007] US 2009/0320499 A1 [0007]
- US 2010/0300118 A1 [0007] US 2010/0300118 A1 [0007]
- US 2010/0236258 A1 [0007] US 2010/0236258 A1 [0007]
- DE 102012110415 A1 [0008] DE 102012110415 A1 [0008]
- US 2011/0162388 A1 [0009] US 2011/0162388 A1 [0009]
- US 2011/0163811 [0010] US 2011/0163811 [0010]
- US 2011/016388 A1 [0010] US 2011/016388 A1 [0010]
Claims (36)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015112407.6A DE102015112407A1 (en) | 2015-07-29 | 2015-07-29 | Method and device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material |
PCT/EP2016/059962 WO2017016691A1 (en) | 2015-07-29 | 2016-05-04 | Method and device for climatically controlling, in particular cooling, a medium by means of electrocaloric or magnetocaloric material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015112407.6A DE102015112407A1 (en) | 2015-07-29 | 2015-07-29 | Method and device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015112407A1 true DE102015112407A1 (en) | 2017-02-02 |
Family
ID=56026811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015112407.6A Ceased DE102015112407A1 (en) | 2015-07-29 | 2015-07-29 | Method and device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015112407A1 (en) |
WO (1) | WO2017016691A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108679875A (en) * | 2018-04-10 | 2018-10-19 | 中科磁凌(北京)科技有限公司 | Room temperature magnetic refrigeration system with multiple refrigeration temperature areas |
CN111998571A (en) * | 2020-09-08 | 2020-11-27 | 南京理工大学 | Heat abstractor based on electro-magnet removes electricity card refrigeration device |
DE102022120022A1 (en) | 2022-08-09 | 2024-02-15 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Regenerator for a magnetic heat exchanger and heat exchanger |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110808330B (en) * | 2019-11-18 | 2023-08-22 | 武汉鑫融新材料有限公司 | Movable heating device for thermoelectric material synthesis |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE602005002832T2 (en) * | 2004-03-30 | 2008-07-10 | Cooltech Applications | MAGNETO CALORIC MATERIAL COMPRISING HEAT ENGINEER AND THERMAL PRODUCTION METHOD |
US20090320499A1 (en) | 2006-07-24 | 2009-12-31 | Cooltech Applications S.A.S. | Magnetocaloric thermal generator |
US20100236258A1 (en) | 2007-10-30 | 2010-09-23 | Cooltech Applications S.A.S. | Thermal generator with magneto-caloric material |
US20100300118A1 (en) | 2007-12-04 | 2010-12-02 | Cooltech Applications | Magnetocaloric generator |
US20110016388A1 (en) | 2008-03-18 | 2011-01-20 | Weng Sing Tang | Method and system for embedding covert data in a text document using space encoding |
US20110163811A1 (en) | 2010-01-05 | 2011-07-07 | Analog Devices, Inc. | Fast Class AB Output Stage |
US20110162388A1 (en) | 2010-01-05 | 2011-07-07 | General Electric Company | Magnetocaloric device |
US20120023969A1 (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-02 | General Electric Company | Cooling system of an electromagnet assembly |
US20120222427A1 (en) * | 2009-09-17 | 2012-09-06 | Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation | Flow-synchronous field motion refrigeration |
EP2541167A2 (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-02 | Camfridge Ltd | Multi-Material-Blade for active regenerative magneto-caloric or electro-caloric heat engines |
DE102012110415A1 (en) | 2011-10-31 | 2013-05-02 | Delta Electronics, Inc. | Magnetic cooling device and Magnetokalorisches module for this |
DE102012110464A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Delta Electronics, Inc. | MAGNETIC HEATING POWER DEVICE |
US8701751B2 (en) * | 2003-12-23 | 2014-04-22 | Cooltech Applications Société par actions simplifiée | Heat exchanger with interface plate forming a fluid circuit |
US20150033762A1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Nascent Devices Llc | Regenerative electrocaloric cooling device |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008154362A2 (en) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | David Reginald Carver | Device and method for converting thermal energy into electrical energy |
-
2015
- 2015-07-29 DE DE102015112407.6A patent/DE102015112407A1/en not_active Ceased
-
2016
- 2016-05-04 WO PCT/EP2016/059962 patent/WO2017016691A1/en active Application Filing
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8701751B2 (en) * | 2003-12-23 | 2014-04-22 | Cooltech Applications Société par actions simplifiée | Heat exchanger with interface plate forming a fluid circuit |
DE602005002832T2 (en) * | 2004-03-30 | 2008-07-10 | Cooltech Applications | MAGNETO CALORIC MATERIAL COMPRISING HEAT ENGINEER AND THERMAL PRODUCTION METHOD |
US20090320499A1 (en) | 2006-07-24 | 2009-12-31 | Cooltech Applications S.A.S. | Magnetocaloric thermal generator |
US8596077B2 (en) | 2006-07-24 | 2013-12-03 | Cooltech Applications Societe Par Actions Simplifiee | Magnetocaloric thermal generator having hot and cold circuits channeled between stacked thermal elements |
US20100236258A1 (en) | 2007-10-30 | 2010-09-23 | Cooltech Applications S.A.S. | Thermal generator with magneto-caloric material |
US20100300118A1 (en) | 2007-12-04 | 2010-12-02 | Cooltech Applications | Magnetocaloric generator |
US20110016388A1 (en) | 2008-03-18 | 2011-01-20 | Weng Sing Tang | Method and system for embedding covert data in a text document using space encoding |
US20120222427A1 (en) * | 2009-09-17 | 2012-09-06 | Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation | Flow-synchronous field motion refrigeration |
US20110162388A1 (en) | 2010-01-05 | 2011-07-07 | General Electric Company | Magnetocaloric device |
US20110163811A1 (en) | 2010-01-05 | 2011-07-07 | Analog Devices, Inc. | Fast Class AB Output Stage |
US20120023969A1 (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-02 | General Electric Company | Cooling system of an electromagnet assembly |
EP2541167A2 (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-02 | Camfridge Ltd | Multi-Material-Blade for active regenerative magneto-caloric or electro-caloric heat engines |
DE102012110415A1 (en) | 2011-10-31 | 2013-05-02 | Delta Electronics, Inc. | Magnetic cooling device and Magnetokalorisches module for this |
DE102012110464A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Delta Electronics, Inc. | MAGNETIC HEATING POWER DEVICE |
US20150033762A1 (en) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | Nascent Devices Llc | Regenerative electrocaloric cooling device |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108679875A (en) * | 2018-04-10 | 2018-10-19 | 中科磁凌(北京)科技有限公司 | Room temperature magnetic refrigeration system with multiple refrigeration temperature areas |
CN108679875B (en) * | 2018-04-10 | 2020-08-07 | 中科磁凌(北京)科技有限公司 | Room temperature magnetic refrigeration system with multiple refrigeration temperature areas |
CN111998571A (en) * | 2020-09-08 | 2020-11-27 | 南京理工大学 | Heat abstractor based on electro-magnet removes electricity card refrigeration device |
CN111998571B (en) * | 2020-09-08 | 2021-12-10 | 南京理工大学 | Heat abstractor based on electro-magnet removes electricity card refrigeration device |
DE102022120022A1 (en) | 2022-08-09 | 2024-02-15 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Regenerator for a magnetic heat exchanger and heat exchanger |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2017016691A1 (en) | 2017-02-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3169946B1 (en) | Air conditioning device having at least one heat pipe, in particular thermosiphon | |
US6446441B1 (en) | Magnetic refrigerator | |
DE602005002832T2 (en) | MAGNETO CALORIC MATERIAL COMPRISING HEAT ENGINEER AND THERMAL PRODUCTION METHOD | |
WO2017016691A1 (en) | Method and device for climatically controlling, in particular cooling, a medium by means of electrocaloric or magnetocaloric material | |
WO2008025701A2 (en) | Thermoelectric facility comprising a thermoelectric generator and means for limiting the temperature on the generator | |
EP2676076A1 (en) | Room air conditioner having a liquid-to-air heat exchanging device having peltier elements | |
DE102018213497A1 (en) | Means for heat exchange with an elastocaloric element which encloses a fluid line | |
WO2005017353A1 (en) | Method and device for converting heat into mechanical or electrical power | |
EP2881690A1 (en) | Cooling device for removal of a heat flow | |
DE3236612C2 (en) | ||
EP3218654A2 (en) | Device and method for producing heat flows between heat sources and heat sinks using circular process systems within a storage container | |
EP2721619B1 (en) | Device and method for cooling a unit | |
DE202009016576U1 (en) | Apparatus for heat recovery comprising two heat pumps | |
EP3364528A1 (en) | Electrically rotating machine | |
DE10330574A1 (en) | Method for converting heat into mechanical or electrical energy e.g. for thermal-energy converter, requires maintaining temperature difference on two sides of material provided for phase-conversion | |
DE102006040854A1 (en) | Thermo electric device for motor vehicle, has thermo electrical generator, which is connected thermally with heat source at side and connected thermally with heat sink at another side and has thermal resistance | |
DE102011088621B4 (en) | Combined heat and power plant and method of making same | |
DE102009060887A1 (en) | System for converting thermal energy into electrical energy, is arranged in space that is thermally insulated by isolation in relation to another space, where cold gas side of Stirling engine is connected with heat exchanger | |
DE102008037342A1 (en) | Device for selective production of electrical energy or cooling of gaseous or liquid cooling fluid for air conditioning system in hybrid car, has thermoelectric element connected with heat source on side of thermoelectric element | |
AT517021B1 (en) | Heat exchange equipment | |
DE4016930C2 (en) | Thermoelectric converter based on the AMTEC principle | |
DE102015221322A1 (en) | Apparatus and method for cooling a hydraulic fluid and hydraulic circuit with the cooling device | |
WO2003021165A1 (en) | Cooling device | |
CH712814B1 (en) | Method and device for storing heat. | |
DE202009015336U1 (en) | heat pipe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |