DE102021207996B4 - Thermoelastic energy conversion device for heating and cooling a medium - Google Patents

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Abstract

Eine thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung zum Erwärmen und Abkühlen eines Mediums umfasst ein Gehäuse (10) zur Aufnahme des Mediums (2) und mindestens ein thermoelastisches Element (20) aus einem thermoelastischen Material. Das mindestens eine thermoelastische Element (20) ist innerhalb einer Ebene (E, E1) in dem Gehäuse (10) angeordnet und auf einer Kreisbahn (K, K1) innerhalb der Ebene (E, E1) um eine Drehachse (D) bewegbar. Das mindestens eine thermoelastische Element (20) ist innerhalb des Gehäuses (10) derart gelagert, dass das mindestens eine thermoelastische Element (20) bei der Bewegung auf der Kreisbahn (K, K1) in Abhängigkeit von der Position des mindestens einen thermoelastischen Elements (20) gedehnt oder entspannt wird.A thermoelastic energy conversion device for heating and cooling a medium comprises a housing (10) for accommodating the medium (2) and at least one thermoelastic element (20) made of a thermoelastic material. The at least one thermoelastic element (20) is arranged within a plane (E, E1) in the housing (10) and can be moved on a circular path (K, K1) within the plane (E, E1) about an axis of rotation (D). The at least one thermoelastic element (20) is mounted within the housing (10) in such a way that the at least one thermoelastic element (20) when moving on the circular path (K, K1) depending on the position of the at least one thermoelastic element (20 ) is stretched or relaxed.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung zum Erwärmen und Abkühlen eines Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases.The invention relates to a thermoelastic energy conversion device for heating and cooling a medium, for example a liquid or a gas.

Bei einer Energiewandlungsvorrichtung beziehungsweise einer Wärme-/Kältemaschine, die auf dem elastokalorischen Effekt beruht, wird eine Heizwirkung beziehungsweise Kühlwirkung durch elastische Verformung und Entspannung eines thermoelastischen Elements erzielt. Das thermoelastische Element weist ein thermoelastisches beziehungsweise mechanokalorisches Material (Formgedächtnis-Material) auf, das beim Anlegen einer mechanischen Spannung einen kristallinen Phasenübergang durchläuft. Dabei handelt es sich üblicherweise um eine Kristallgitterumwandlung zwischen einer Hochtemperaturphase (Austenit) und einer Niedrigtemperaturphase (Martensit), so dass bei dem Phasenübergang eine Temperaturänderung des Materials hervorgerufen wird. Energiewandler mit thermoelastischen Elementen aus einer Formgedächtnislegierung (SMA, Shape Memory Alloy) zum Kühlen und Heizen eines Mediums sind derzeit noch in der Erprobungsphase.In an energy conversion device or a heating/cooling machine that is based on the elastocaloric effect, a heating effect or cooling effect is achieved by elastic deformation and relaxation of a thermoelastic element. The thermoelastic element has a thermoelastic or mechanocaloric material (shape memory material) that undergoes a crystalline phase transition when a mechanical stress is applied. This usually involves a crystal lattice transformation between a high-temperature phase (austenite) and a low-temperature phase (martensite), so that the phase transition causes a temperature change in the material. Energy converters with thermoelastic elements made of a shape memory alloy (SMA, Shape Memory Alloy) for cooling and heating a medium are currently still in the testing phase.

In den Druckschriften DE 102016118776 A1 , JP H10-259965A und WO 02/084185 A1 sind Beispiele von Energiewandlungsvorrichtungen, bei denen eine Heiz- und Kühlwirkung auf dem elastokalorischen Effekt basiert, beschrieben.In the pamphlets DE 102016118776 A1 , JP H10-259965A and WO 02/084185 A1 describes examples of energy conversion devices in which a heating and cooling effect is based on the elastocaloric effect.

Ein Anliegen der vorliegenden Erfindung ist es, einen konstruktiven Ansatz für eine thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung zum Erwärmen und Abkühlen eines Mediums anzugeben, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Leistungsdichte und eine kompakte Bauform, die eine leichte Wartung der Vorrichtung zulässt, auszeichnet.One concern of the present invention is to specify a design approach for a thermoelastic energy conversion device for heating and cooling a medium, which is characterized by high efficiency, high power density and a compact design that allows easy maintenance of the device.

Eine derartige thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad und kompakter Bauform, die als eine Wärme-/Kältemaschine zum Erwärmen oder Abkühlen eines Mediums eingesetzt werden kann, ist im Patentanspruch 1 angegeben.Such a thermoelastic energy conversion device with high efficiency and compact structure, which can be used as a heating/cooling machine for heating or cooling a medium, is specified in claim 1.

Eine thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung zum Erwärmen oder Abkühlen eines Mediums umfasst ein Gehäuse zur Aufnahme des Mediums sowie mindestens ein thermoelastisches Element aus einem thermoelastischen Material. Das mindestens eine thermoelastische Element ist innerhalb einer Ebene in dem Gehäuse angeordnet und auf einer Kreisbahn innerhalb der Ebene um eine Drehachse bewegbar. Das mindestens eine thermoelastische Element ist innerhalb des Gehäuses derart gelagert, dass das mindestens eine thermoelastische Element bei der Bewegung auf der Kreisbahn in Abhängigkeit von der Position des mindestens einen thermoelastischen Elements gedehnt oder entspannt wird.A thermoelastic energy conversion device for heating or cooling a medium comprises a housing for accommodating the medium and at least one thermoelastic element made of a thermoelastic material. The at least one thermoelastic element is arranged within a plane in the housing and can be moved on a circular path within the plane about an axis of rotation. The at least one thermoelastic element is mounted within the housing in such a way that the at least one thermoelastic element is stretched or relaxed during movement on the circular path depending on the position of the at least one thermoelastic element.

Gemäß einer ersten, zirkularen beziehungsweise radialen Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung ist der Medienstrom in dem Gehäuse der Energiewandlungsvorrichtung derart ausgerichtet, dass das Medium tangential zu der Ebene am dem mindestens einen thermoelastischen Element vorbei strömt. Vorzugsweise sind in der Ebene mehrere thermoelastische Elemente angeordnet. Das Medium strömt tangential an den thermoelastischen Elementen vorbei. Im Inneren des Gehäuses ist bei der zirkularen Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung nur eine Rotationsebene vorhanden, in der das mindestens eine thermoelastische Element auf der Kreisbahn drehbar angeordnet ist.According to a first circular or radial embodiment of the thermoelastic energy conversion device, the media flow in the housing of the energy conversion device is aligned in such a way that the medium flows past the at least one thermoelastic element tangentially to the plane. A plurality of thermoelastic elements are preferably arranged in the plane. The medium flows tangentially past the thermoelastic elements. In the case of the circular embodiment of the thermoelastic energy conversion device, inside the housing there is only one plane of rotation, in which the at least one thermoelastic element is arranged such that it can rotate on the circular path.

Gemäß einer zweiten, tubularen Ausgestaltungsform der Energiewandlungsvorrichtung strömt das Medium in dem Gehäuse parallel zu der Drehachse und somit senkrecht zu der Rotationsebene, in der sich das mindestens eine thermoelastische Element befindet.According to a second, tubular embodiment of the energy conversion device, the medium in the housing flows parallel to the axis of rotation and thus perpendicular to the plane of rotation in which the at least one thermoelastic element is located.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform der tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung kann zusätzlich zu dem mindestens einen thermoelastischen Element noch mindestens ein zweites thermoelastisches Element aus einem thermoelastischen Material in dem Gehäuse angeordnet sein. Das mindestens eine zweite thermoelastische Element ist innerhalb einer zweiten Ebene/Rotationsebene in dem Gehäuse angeordnet und auf einer zweiten Kreisbahn innerhalb der zweiten Ebene um die Drehachse beweglich gelagert. Vorzugsweise sind auch bei der tubularen Ausführungsform der Energiewandlungsvorrichtung mehrere des mindestens einen thermoelastischen Elements in der Ebene und mehrere des mindestens einen zweiten thermoelastischen Elements in der zweiten Ebene drehbar um die Drehachse angeordnet.According to one possible embodiment of the tubular thermoelastic energy conversion device, at least one second thermoelastic element made of a thermoelastic material can be arranged in the housing in addition to the at least one thermoelastic element. The at least one second thermoelastic element is arranged within a second plane/rotational plane in the housing and is movably mounted on a second circular path within the second plane about the axis of rotation. In the tubular embodiment of the energy conversion device, several of the at least one thermoelastic element are preferably arranged in the plane and several of the at least one second thermoelastic element are arranged in the second plane so as to be rotatable about the axis of rotation.

Bei beiden Ausführungsformen der Energiewandlungsvorrichtung sind die thermoelastischen Elemente innerhalb ihrer jeweiligen Ebene/Rotationsebene in Längsrichtung angeordnet. Die thermoelastischen Elemente sind somit in Längsrichtung zum Mittelpunkt ihrer jeweiligen Kreisbahn ausgerichtet. Die thermoelastischen Elemente sind derart gelagert, dass sie während einer Rotation in Abhängigkeit von der Position während der Rotation in Längsrichtung gedehnt und entspannt werden. Während der Rotation innerhalb der jeweiligen Rotationsebene wird den thermoelastischen Elementen zum Beispiel durch ein feststehendes Nockenprofil oder durch einen separaten Aktuator in radialer Richtung winkelgesteuert eine Weg- beziehungsweise Längenänderung aufgeprägt.In both embodiments of the energy conversion device, the thermoelastic elements are arranged longitudinally within their respective plane/plane of rotation. The thermoelastic elements are thus aligned in the longitudinal direction to the center of their respective circular path. The thermoelastic elements are supported in such a way that they are stretched and relaxed in the longitudinal direction during rotation depending on the position during the rotation. During rotation within the respective plane of rotation, the thermoelastic elements to For example, by a fixed cam profile or by a separate actuator in the radial direction, a path or length change is imposed in an angle-controlled manner.

Die thermoelastischen Elemente können beispielsweise derart gelagert sein, dass den thermoelastischen Elementen bei der Rotation in einem ersten Teilbereich des Gehäuses eine Belastung durch eine Dehnung aufgeprägt wird. Dadurch erwärmen sich die thermoelastischen Elemente, so dass in dem ersten Teilbereich des Gehäuses ein Strömungskanal für eine Medien-Aufheizstrecke ausgebildet wird. Des Weiteren können die thermoelastischen Elemente derart gelagert sein, dass die thermoelastischen Elemente während der Rotation in einem zweiten Teilbereich des Gehäuses entspannt werden. Dadurch wird in dem zweiten Teilbereich des Gehäuses ein zweiter Strömungskanal für eine Medien-Abkühlungstrecke ausgebildet.The thermoelastic elements can be mounted, for example, in such a way that the thermoelastic elements are subjected to a load as a result of expansion during rotation in a first partial area of the housing. As a result, the thermoelastic elements heat up, so that a flow channel for a media heating section is formed in the first partial area of the housing. Furthermore, the thermoelastic elements can be mounted in such a way that the thermoelastic elements are relaxed during rotation in a second partial area of the housing. As a result, a second flow channel for a media cooling section is formed in the second partial area of the housing.

Gemäß einer Ausführungsform der zirkularen beziehungsweise tubularen Energiewandlungsvorrichtung sind die thermoelastischen Elemente in ihrer jeweiligen Rotationsebene in Längsrichtung zwischen einem ersten und zweiten Haltelement angeordnet. Das erste Halteelement bewegt sich entlang einer ersten geschlossenen Bahn und das zweite Halteelement bewegt sich synchron zu dem ersten Halteelement auf einer zweiten geschlossenen Bahn um die Drehachse.According to one embodiment of the circular or tubular energy conversion device, the thermoelastic elements are arranged in their respective plane of rotation in the longitudinal direction between a first and second holding element. The first holding element moves along a first closed path and the second holding element moves synchronously with the first holding element on a second closed path around the axis of rotation.

Die Längenänderung kann den thermoelastischen Elementen innerhalb der verschiedenen Rotationsebenen dadurch aufgeprägt werden, indem das erste oder das zweite Halteelement an einem Profilelement vorbeigeführt wird. Die Oberfläche des Profilelements kann derart geformt sein, dass das mindestens eine thermoelastische Element in Längsrichtung gedehnt wird, wenn das erste oder zweite Halteelement an einem ersten Abschnitt des Profilelement vorbeigeführt wird, und in Längsrichtung entspannt wird, wenn das erste oder zweite Halteelement an einem zweiten Abschnitt des Profilelements vorbei geführt wird. Das Profilelement kann als ein feststehendes Nockenprofil ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Längenänderung den thermoelastischen Elementen durch einen separaten Aktuator für ein oder mehrere thermoelastische Elemente aufgeprägt werden, wobei jeder Aktuator entlang einer Kreisbahn bewegt wird.The change in length can be imposed on the thermoelastic elements within the various planes of rotation by the first or the second holding element being guided past a profile element. The surface of the profile element can be shaped in such a way that the at least one thermoelastic element is stretched in the longitudinal direction when the first or second holding element is guided past a first section of the profile element and is relaxed in the longitudinal direction when the first or second holding element is moved past a second Section of the profile element is guided past. The profile element can be designed as a fixed cam profile. As an alternative to this, the change in length can be imposed on the thermoelastic elements by a separate actuator for one or more thermoelastic elements, with each actuator being moved along a circular path.

Bei der zirkularen als auch der tubularen Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung können die thermoelastischen Elemente als Drähte aus einem Formgedächtnis-Material/einer Formgedächtnislegierung (SMA-Drähte) ausgebildet sein. Durch die Rotation bewegen sich die länglich ausgebildeten SMA-Drähte innerhalb des Gehäuses auf einer Kreisbahn beziehungsweise zueinander beabstandet angeordneten Kreisbahnen und werden dabei an definierten Positionen während der Rotation ge- und entspannt. Somit lässt sich der gewünschte Effekt des Heizens beziehungsweise Kühlen reproduzierbar an der gleichen Stelle im System wiederholen.In both the circular and the tubular embodiment of the thermoelastic energy conversion device, the thermoelastic elements can be formed as wires made of a shape memory material/a shape memory alloy (SMA wires). As a result of the rotation, the elongate SMA wires move within the housing on a circular path or circular paths arranged at a distance from one another and are stressed and relaxed at defined positions during the rotation. In this way, the desired effect of heating or cooling can be repeated at the same point in the system in a reproducible manner.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren anschaulich näher erläutert. Es zeigen:

  • 1A einen Querschnitt durch eine erste, zirkulare Ausführungsform einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung,
  • 1B eine weitere Schnittansicht der ersten, zirkularen Ausführungsform einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung,
  • 2A eine perspektivische Ansicht einer zweiten, tubularen Ausführungsform einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung,
  • 2B einen Querschnitt durch die zweite, tubulare Ausführungsform einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung,
  • 3A eine Ausführungsform einer Führung von thermoelastischen Elementen innerhalb einer Rotationsebene einer zirkularen/tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung,
  • 3B eine weitere Ausführungsform einer Führung von thermoelastischen Elementen innerhalb einer Rotationsebene einer zirkularen/tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung,
  • 4 eine Ausführungsform einer Transitionszone innerhalb einer Rotationsebene der thermoelastischen Elemente,
  • 5 eine weitere Ausführungsform einer Transitionszone innerhalb einer Rotationsebene der thermoelastischen Elemente,
  • 6 eine tubulare Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung mit gleichsinniger Strömungsrichtung eines Mediums,
  • 7 eine tubulare Ausführungsform einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung mit unterschiedlicher Anströmung der thermoelastischen Elemente durch ein Medium,
  • 8 eine tubulare Ausführungsform einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung mit Leitschaufeln in Strömungskanälen zur Strömungsablenkung des Mediums,
  • 9 eine tubulare Ausführungsform einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung mit verschiedener Anordnung der Transitionszonen und verschiedener Drehrichtung der thermoelastischen Elemente in unterschiedlichen Rotationsebenen,
  • 10A und 10B eine erste Ausführungsform einer Nockenverstellung eines Profilelements einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung, und
  • 11A und 11 B eine zweite Ausführungsform einer Nockenverstellung eines Profilelements einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung.
The invention is explained in more detail below with reference to figures. Show it:
  • 1A a cross section through a first, circular embodiment of a thermoelastic energy conversion device,
  • 1B a further sectional view of the first, circular embodiment of a thermoelastic energy conversion device,
  • 2A a perspective view of a second, tubular embodiment of a thermoelastic energy conversion device,
  • 2 B a cross section through the second, tubular embodiment of a thermoelastic energy conversion device,
  • 3A an embodiment of guiding thermoelastic elements within a plane of rotation of a circular/tubular thermoelastic energy conversion device,
  • 3B a further embodiment of guiding thermoelastic elements within a plane of rotation of a circular/tubular thermoelastic energy conversion device,
  • 4 an embodiment of a transition zone within a plane of rotation of the thermoelastic elements,
  • 5 a further embodiment of a transition zone within a plane of rotation of the thermoelastic elements,
  • 6 a tubular embodiment of the thermoelastic energy conversion device with a medium flowing in the same direction,
  • 7 a tubular embodiment of a thermoelastic energy conversion device with different flow of the thermoelastic elements through a medium,
  • 8th a tubular embodiment of a thermoelastic energy conversion device with vanes in flow channels for flow deflection of the medium,
  • 9 a tubular embodiment of a thermoelastic energy conversion device with different arrangement of the transition zones and different direction of rotation of ther moelastic elements in different planes of rotation,
  • 10A and 10B a first embodiment of a cam adjustment of a profile element of a thermoelastic energy conversion device, and
  • 11A and 11b a second embodiment of a cam adjustment of a profile element of a thermoelastic energy conversion device.

Eine zirkulare beziehungsweise radiale Ausführungsform einer thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1a zum Erwärmen und Abkühlen eines Mediums wird im Folgenden anhand der in 1A gezeigten Schnittdarstellung und des in 1B gezeigten Schnitts entlang der Schnittlinie A-A der 1A beschrieben.A circular or radial embodiment of a thermoelastic energy conversion device 1a for heating and cooling a medium is described below with reference to 1A shown sectional view and in 1B Section shown along the section line AA of 1A described.

Die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a umfasst ein Gehäuse 10 zur Aufnahme des Mediums 2, das mittels der Energiewandlungsvorrichtung erwärmt oder abgekühlt werden kann. Die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a umfasst des Weiteren mindestens ein thermoelastisches Element 20 aus einem thermoelastischen Material, das von dem Medium 2 umströmt werden kann. Das mindestens eine thermoelastische Element 20 kann beispielsweise als ein Draht mit einem Formgedächtnis, beispielsweise ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung (SMA-Draht), ausgebildet sein. Der Drahtquerschnitt kann rund, viereckig oder flach ausgebildet sein. Insbesondere kann der Drahtquerschnitt derart optimiert ausgestaltet sein, dass der SMA-Draht einen geringen Strömungswiderstand, aber eine große Oberfläche aufweist.The thermoelastic energy conversion device 1a comprises a housing 10 for accommodating the medium 2, which can be heated or cooled by means of the energy conversion device. The thermoelastic energy conversion device 1a also includes at least one thermoelastic element 20 made of a thermoelastic material, around which the medium 2 can flow. The at least one thermoelastic element 20 can be formed, for example, as a wire with a shape memory, for example a wire made of a shape memory alloy (SMA wire). The wire cross-section can be round, square or flat. In particular, the wire cross section can be optimized in such a way that the SMA wire has a low flow resistance but a large surface area.

Das mindestens eine thermoelastische Element 20 ist innerhalb einer Ebene E in dem Gehäuse 10 angeordnet und ist auf einer Kreisbahn K innerhalb der Ebene E um eine Drehachse D bewegbar. Das mindestens eine thermoelastische Element 20 ist innerhalb des Gehäuses 10 derart gelagert, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei einer Bewegung auf der Kreisbahn K in Abhängigkeit von der Position des mindestens einen thermoelastischen Elements 20 auf der Kreisbahn K gedehnt oder entspannt wird.The at least one thermoelastic element 20 is arranged within a plane E in the housing 10 and can be moved on a circular path K within the plane E about an axis of rotation D. The at least one thermoelastic element 20 is mounted within the housing 10 in such a way that the at least one thermoelastic element 20 is stretched or relaxed during a movement on the circular path K depending on the position of the at least one thermoelastic element 20 on the circular path K.

Das mindestens eine thermoelastische Element 20 kann innerhalb der Rotationsebene E derart angeordnet sein, dass die Längsrichtung des mindestens einen thermoelastischen Elements 20 radial zu der Drehachse D verläuft. Das mindestens eine thermoelastische Element 20, beispielsweise ein SMA-Draht kann somit in seiner Rotationsebene auf einer Linie ausgerichtet sein, die durch den Mittelpunkt der Drehachse D verläuft. Vorzugsweise sind innerhalb der Rotationsebene E mehrere thermoelastische Elemente 20 angeordnet. Die thermoelastischen Elemente können innerhalb der Rotationsebene E sternförmig um die Drehachse D angeordnet sein.The at least one thermoelastic element 20 can be arranged within the plane of rotation E in such a way that the longitudinal direction of the at least one thermoelastic element 20 runs radially to the axis of rotation D. The at least one thermoelastic element 20, for example an SMA wire, can thus be aligned in its plane of rotation on a line which runs through the center point of the axis of rotation D. A plurality of thermoelastic elements 20 are preferably arranged within the plane of rotation E. The thermoelastic elements can be arranged in a star shape around the axis of rotation D within the plane of rotation E.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das mindestens eine thermoelastische Elemente 20 beziehungsweise die mehreren thermoelastischen Elemente aber auch unter einem Winkel zu der Drehachse D angestellt sein. Das mindestens eine thermoelastische Element 20 ist innerhalb des Gehäuses 10 derart gelagert, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei der Bewegung auf der Kreisbahn K in seiner Längsrichtung gedehnt ist, wenn sich das mindestens eine thermoelastische Element 20 auf der Kreisbahn K in mindestens einem ersten Teilbereich 11 des Gehäuses befindet. Dadurch wird das mindestens eine thermoelastische Element 20 erwärmt, wenn es während der Rotationsbewegung in den ersten Teilbereich 11 des Gehäuses gelangt. In dem Teilbereich 11 kann somit ein Strömungskanal für das Medium ausgebildet werden, der zum Erwärmen des Mediums dient (Medien-Aufheizstrecke). Das mindestens eine thermoelastische Element 20 ist des Weiteren innerhalb des Gehäuses 10 derart gelagert, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei der Bewegung auf der Kreisbahn K in seiner Längsrichtung entspannt ist, wenn sich das mindestens eine thermoelastische Element 20 auf der Kreisbahn K in mindestens einem zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 befindet. Dadurch wird das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei der Rotation innerhalb der Rotationsebene E abgekühlt, wenn das mindestens eine thermoelastische Element 20 in den zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 gelangt. In dem zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 wird somit ein Strömungskanal zur Abkühlung des Mediums ausgebildet (Medien-Abkühlungsstrecke).According to a further embodiment, however, the at least one thermoelastic element 20 or the plurality of thermoelastic elements can also be set at an angle to the axis of rotation D. The at least one thermoelastic element 20 is mounted within the housing 10 in such a way that the at least one thermoelastic element 20 is stretched in its longitudinal direction during movement on the circular path K if the at least one thermoelastic element 20 on the circular path K is in at least a first Section 11 of the housing is located. As a result, the at least one thermoelastic element 20 is heated when it enters the first partial area 11 of the housing during the rotational movement. A flow channel for the medium can thus be formed in the partial area 11, which is used to heat the medium (media heating section). The at least one thermoelastic element 20 is also mounted within the housing 10 in such a way that the at least one thermoelastic element 20 is relaxed in its longitudinal direction during movement on the circular path K if the at least one thermoelastic element 20 on the circular path K is at least a second portion 12 of the housing 10 is located. As a result, the at least one thermoelastic element 20 is cooled during rotation within the plane of rotation E when the at least one thermoelastic element 20 enters the second partial area 12 of the housing 10 . A flow channel for cooling the medium is thus formed in the second partial area 12 of the housing 10 (medium cooling path).

Die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a umfasst einen ersten Einlass 31 zum Einströmen des Mediums 2 in den mindestens einen ersten Teilbereich 11 beziehungsweise in den mindestens einen ersten Strömungskanal des Gehäuses 10. Des Weiteren umfasst die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a einen ersten Auslass 32 zum Ausströmen des Mediums 2 aus dem mindestens einen ersten Teilbereich 11 beziehungsweise dem mindestens einen ersten Strömungskanal des Gehäuses 10.The thermoelastic energy conversion device 1a comprises a first inlet 31 for the medium 2 to flow into the at least one first partial region 11 or into the at least one first flow channel of the housing 10. The thermoelastic energy conversion device 1a also has a first outlet 32 for the medium 2 to flow out of the at least one first partial area 11 or the at least one first flow channel of the housing 10.

Weiter umfasst die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a einen zweiten Einlass 33 zum Einströmen des Mediums 2 in den mindestens einen zweiten Teilbereich 12 beziehungsweise in den mindestens einen zweiten Strömungskanal und einen zweiten Auslass 34 zum Ausströmen des Mediums 2 aus dem mindestens einen zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 beziehungsweise dem mindestens einen zweiten Strömungskanal.Furthermore, the thermoelastic energy conversion device 1a comprises a second inlet 33 for the medium 2 to flow into the at least one second partial region 12 or into the at least one second flow channel and a second outlet 34 for the outflow of the Medium 2 from the at least one second portion 12 of the housing 10 or the at least one second flow channel.

Wie in 1A zu erkennen ist, umfasst die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a mindestens eine Transitionszone 13 zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich 11 und dem mindestens einen zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10. Die mindestens eine Transitionszone 13 ist durch eine Trennwand 14 von dem mindestens einen ersten Teilbereich/Strömungskanal 11 des Gehäuses 10 und durch eine Trennwand 15 von dem mindestens einen zweiten Teilbereich/Strömungskanal 12 des Gehäuses 10 getrennt. Die Transitionszone 13 trennt somit den Teilbereich 11 des Gehäuses 10, in dem der Strömungskanal zum Aufwärmen des Mediums gebildet wird, von dem Teilbereich 12 des Gehäuses 10, in dem der Strömungskanal zum Abkühlen des Mediums 2 gebildet wird.As in 1A can be seen, the thermoelastic energy conversion device 1a comprises at least one transition zone 13 between the at least one first partial area 11 and the at least one second partial area 12 of the housing 10. The at least one transition zone 13 is separated from the at least one first partial area/flow channel 11 by a partition wall 14 of the housing 10 and separated by a partition wall 15 from the at least one second partial area/flow channel 12 of the housing 10. The transition zone 13 thus separates the partial area 11 of the housing 10, in which the flow channel for heating the medium is formed, from the partial area 12 of the housing 10 in which the flow channel for cooling the medium 2 is formed.

Die Trennwand 14 ist derart ausgebildet, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei der Bewegung auf der Kreisbahn K zwischen dem mindestens einen Teilbereich 11 und der mindestens einen Transitionszone 13 durch die erste Trennwand 14 hindurch bewegbar ist. Die Trennwand 15 ist derart ausgebildet, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei der Bewegung auf der Kreisbahn K durch die Trennwand 15 zwischen dem mindestens einen zweiten Teilbereich 12 und der mindestens einen Transitionszone 13 hindurch bewegt werden kann.The partition wall 14 is designed in such a way that the at least one thermoelastic element 20 can be moved through the first partition wall 14 when moving on the circular path K between the at least one partial region 11 and the at least one transition zone 13 . The partition wall 15 is designed in such a way that the at least one thermoelastic element 20 can be moved through the partition wall 15 between the at least one second partial area 12 and the at least one transition zone 13 when moving on the circular path K.

Die Transitionszone 13 zwischen dem Warm- und Kaltbereich kann Dichtungselemente an der Zonengrenze aufweisen, um die Medien 2 in den Warm- und Kaltzonen zu trennen aber gleichzeitig das mindestens eine thermoelastische Element 20 zwischen den beiden Strömungskanälen durchzulassen. Zur Ausbildung des Dichtungselements können die beiden Trennwände 14 und 15 jeweils als eine geschlitzte Trennwand ausgebildet sein, durch die sich das mindestens eine thermoelastische Element, beispielsweise der SMA-Draht, gegebenenfalls mit Überstromverlusten, hindurch bewegen kann.The transition zone 13 between the warm and cold areas can have sealing elements at the zone boundary in order to separate the media 2 in the warm and cold zones but at the same time allow the at least one thermoelastic element 20 to pass between the two flow channels. To form the sealing element, the two partitions 14 and 15 can each be formed as a slotted partition through which the at least one thermoelastic element, for example the SMA wire, can move, possibly with overcurrent losses.

Bei der zirkularen Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1a sind die beiden Einlässe 31, 33 und die beiden Auslässe 32, 34 derart an den Gehäuse 20 angeordnet, dass das Medium 2 bei einem Durchströmen des Gehäuses 10 tangential zu der Rotationsebene E an dem mindestens einen thermoelastischen Element 20 vorbeiströmt.In the circular embodiment of the thermoelastic energy conversion device 1a, the two inlets 31, 33 and the two outlets 32, 34 are arranged on the housing 20 in such a way that the medium 2, when flowing through the housing 10, is tangential to the plane of rotation E on the at least one thermoelastic element 20 flows past.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind die Ein- und Auslässe für das Medium in dem Teilbereich 11 des Gehäuses, der den Strömungskanal für die Medien-Aufheizstrecke bildet, als auch in dem Teilbereich 12 des Gehäuses 10, der den Strömungskanal für die Medien-Abkühlungsstrecke bildet, derart angeordnet, dass das Medium entgegen der Drehrichtung R des mindestens einen thermoelastischen Elements 20 strömt. Damit wird ein Gegenstrom-Wärmetauscher angenähert.According to a possible embodiment, the inlets and outlets for the medium are in the partial area 11 of the housing, which forms the flow channel for the medium heating section, and in the partial area 12 of the housing 10, which forms the flow channel for the medium cooling section. arranged in such a way that the medium flows counter to the direction of rotation R of the at least one thermoelastic element 20 . This approximates a counterflow heat exchanger.

Eine zweite, tubulare Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b wird im Folgenden anhand von 2A, die die tubulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht zeigt, und 2B, die eine Schnittdarstellung der tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung entlang einer Schnittlinie A-A aus 2A zeigt, beschrieben.A second, tubular embodiment of the thermoelastic energy conversion device 1b is described below with reference to FIG 2A , which shows the tubular thermoelastic energy conversion device in a perspective view, and 2 B , which shows a sectional view of the tubular thermoelastic energy conversion device along a section line AA 2A shows, described.

Die in den 2A und 2B gezeigte tubulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1b umfasst ein Gehäuse 10 zur Aufnahme des Mediums 2, das röhrenförmig ausgebildet ist. Innerhalb des Gehäuses 10 enthält die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1b mindestens ein thermoelastisches Element 20 aus einem thermoelastischen Material das von dem Medium 2 umströmt werden kann und in dem Gehäuse 10 innerhalb einer ersten Ebene/Rotationsebene E1 angeordnet ist. Das mindestens eine thermoelastische Element 20 ist innerhalb der Ebene/Rotationsebene E1 auf einer Kreisbahn K1 um eine Drehachse D bewegbar. Das mindestens eine thermoelastische Element 20 ist derart innerhalb des Gehäuses 10 gelagert, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei der Bewegung auf der Kreisbahn K1 in Abhängigkeit von seiner Position gedehnt oder entspannt wird.The in the 2A and 2 B shown tubular thermoelastic energy conversion device 1b comprises a housing 10 for receiving the medium 2, which is tubular. Inside the housing 10, the thermoelastic energy conversion device 1b contains at least one thermoelastic element 20 made of a thermoelastic material around which the medium 2 can flow and which is arranged in the housing 10 within a first plane/plane of rotation E1. The at least one thermoelastic element 20 can be moved within the plane/plane of rotation E1 on a circular path K1 about an axis of rotation D. The at least one thermoelastic element 20 is mounted within the housing 10 in such a way that the at least one thermoelastic element 20 is stretched or relaxed during movement on the circular path K1 depending on its position.

Bei der tubularen Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b sind die Ein- und Auslässe für das Medium 2 derart an dem Gehäuse 10 angeordnet, dass das Medium 2 bei einem Durchströmen des Gehäuses 10 parallel zu der Drehachse D an dem mindestens einen thermoelastischen Element 20 in der Rotationsebene E1 vorbeiströmt. Die Strömungsrichtung des Mediums 2 ist somit nicht - wie bei der zirkularen Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1a - tangential zur Rotationsebene ausgerichtet, sondern verläuft in Längsrichtung des röhrenförmigen Gehäuses 10 beziehungsweise senkrecht zu der Rotationsebene E1.In the tubular embodiment of the thermoelastic energy conversion device 1b, the inlets and outlets for the medium 2 are arranged on the housing 10 in such a way that the medium 2 flows through the housing 10 parallel to the axis of rotation D on the at least one thermoelastic element 20 in the plane of rotation E1 flows past. The direction of flow of the medium 2 is therefore not--as in the circular embodiment of the thermoelastic energy conversion device 1a--aligned tangentially to the plane of rotation, but runs in the longitudinal direction of the tubular housing 10 or perpendicularly to the plane of rotation E1.

Gemäß der in 2A gezeigten Ausführungsform der tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b können die Ein- und Auslässe 31-34 für das Medium 2 derart an dem Gehäuse 10 angeordnet sein, dass die Strömungsrichtung des Mediums bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Energieumwandlungsvorrichtung 1b in dem ersten Teilbereich/Strömungskanal 11 entgegen gesetzt zu der Strömungsrichtung in dem zweiten Teilbereich/Strömungskanal 12 ausgerichtet ist.According to the 2A In the embodiment of the tubular thermoelastic energy conversion device 1b shown, the inlets and outlets 31-34 for the medium 2 can be arranged on the housing 10 in such a way that the direction of flow of the medium in the intended operation of the energy conversion device 1b in the first partial area/flow channel 11 gene set to the direction of flow in the second portion / flow channel 12 is aligned.

Die tubulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung kann nur eine einzige Rotationsebene E1 umfassen, in der das mindestens eine thermoelastische Element 20 innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet und auf einer Kreisbahn K1 innerhalb der Ebene E1 um eine Drehachse D bewegbar ist. Das mindestens eine thermoelastische Element 20 ist innerhalb des Gehäuses 10 derart gelagert, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei einer Bewegung auf der Kreisbahn K1 in Abhängigkeit von der Position des mindestens einen thermoelastischen Elements 20 auf der Kreisbahn K1 gedehnt oder entspannt wird.The tubular thermoelastic energy conversion device can comprise only a single plane of rotation E1, in which the at least one thermoelastic element 20 is arranged within the housing 10 and can be moved about an axis of rotation D on a circular path K1 within the plane E1. The at least one thermoelastic element 20 is mounted within the housing 10 in such a way that the at least one thermoelastic element 20 is stretched or relaxed during a movement on the circular path K1 depending on the position of the at least one thermoelastic element 20 on the circular path K1.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der tubularen Energiewandlungsvorrichtung können thermoelastische Elemente in dem Gehäuse 10 in verschiedenen Rotationsebenen angeordnet sein, wie in 2A gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform umfasst die tubulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1b zusätzlich zu dem mindestens einen thermoelastischen Element 20 noch mindestens ein zweites thermoelastisches Element 21 aus einem thermoelastischen Material, das ebenfalls von dem Medium 2 umströmt werden kann. Das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 ist in einer Ebene/Rotationsebene E2, die parallel in einem Abstand zu der Ebene E1 innerhalb des Gehäuses 20 liegt, angeordnet. Innerhalb dieser zweite Ebene E2 ist das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 auf einer zweiten Kreisbahn K2 um die Drehachse D bewegbar. Die Ebenen E1 und E2 sind senkrecht zu der Drehachse D angeordnet. Das mindestens eine zweite thermoelastische Element 20 ist innerhalb des Gehäuses 10 derart gelagert, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 bei der kreisförmigen Bewegung entlang der zweiten Kreisbahn K2 in Abhängigkeit von seiner Position gedehnt oder entspannt wird.According to a further possible embodiment of the tubular energy conversion device, thermoelastic elements can be arranged in the housing 10 in different planes of rotation, as shown in FIG 2A is shown. In this embodiment, the tubular thermoelastic energy conversion device 1b comprises, in addition to the at least one thermoelastic element 20, at least one second thermoelastic element 21 made of a thermoelastic material, around which the medium 2 can also flow. The at least one second thermoelastic element 21 is arranged in a plane/plane of rotation E2, which lies parallel at a distance from the plane E1 inside the housing 20. The at least one second thermoelastic element 21 can be moved about the axis of rotation D on a second circular path K2 within this second plane E2. The planes E1 and E2 are arranged perpendicular to the axis of rotation D. The at least one second thermoelastic element 20 is mounted within the housing 10 in such a way that the at least one thermoelastic element 20 is stretched or relaxed during the circular movement along the second circular path K2 depending on its position.

Das mindestens eine thermoelastische Element 20 beziehungsweise das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 kann beispielsweise als ein Draht mit einem Formgedächtnis, beispielsweise ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung (SMA-Draht), ausgebildet sein. Der Drahtquerschnitt der SMA-Drähte kann rund, viereckig oder flach ausgebildet sein. Insbesondere kann der Drahtquerschnitt derart optimiert ausgestaltet sein, dass der SMA-Draht einen geringen Strömungswiderstand, aber eine große Oberfläche aufweist.The at least one thermoelastic element 20 or the at least one second thermoelastic element 21 can be formed, for example, as a wire with a shape memory, for example a wire made from a shape memory alloy (SMA wire). The wire cross-section of the SMA wires can be round, square or flat. In particular, the wire cross section can be optimized in such a way that the SMA wire has a low flow resistance but a large surface area.

Das mindestens eine thermoelastische Element 20 und das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 sind innerhalb des Gehäuses 10 derart gelagert, dass die thermoelastischen Elemente 20, 21 bei der Bewegung auf ihren jeweiligen Kreisbahnen K1 und K2 in ihrer Längsrichtung gedehnt sind, wenn sich die thermoelastischen Elemente 20, 21 bei der Rotation auf den jeweiligen Kreisbahnen K1 und K2 in einem ersten Teilbereich 11 des Gehäuses befinden. In dem ersten Teilbereich 11 des Gehäuses werden die thermoelastischen Elemente 20, 21 erwärmt. Über einen Medieneinlass 31 gelangt das Medium 2 in den ersten Teilbereich 11 des Gehäuses 10 und kann über einen Medienauslass 33 wieder aus dem Teilbereich 11 des Gehäuses ausströmen. In dem ersten Teilbereich 11 des Gehäuses 10 wird somit ein Strömungskanal einer Medien-Aufheizstrecke gebildet.The at least one thermoelastic element 20 and the at least one second thermoelastic element 21 are mounted within the housing 10 in such a way that the thermoelastic elements 20, 21 are stretched in their longitudinal direction when moving on their respective circular paths K1 and K2 when the thermoelastic elements 20, 21 are located in the rotation on the respective circular paths K1 and K2 in a first portion 11 of the housing. In the first portion 11 of the housing, the thermoelastic elements 20, 21 are heated. The medium 2 reaches the first partial area 11 of the housing 10 via a media inlet 31 and can flow out of the partial area 11 of the housing again via a media outlet 33 . In the first partial area 11 of the housing 10, a flow channel of a media heating section is thus formed.

Die thermoelastischen Elemente 20, 21 sind innerhalb des Gehäuses 10 der tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b des Weiteren derart gelagert, dass die thermoelastischen Elemente 20, 21 bei der Bewegung auf ihrer jeweiligen Kreisbahn K1 und K2 in ihrer Längsrichtung entspannt sind, wenn sich die thermoelastischen Elemente 20, 21 auf ihrer jeweiligen Kreisbahn K1, K2 in einem zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 befinden. Durch das Entspannen werden die thermoelastischen Elemente 20, 21 in den zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses abgekühlt. Über einen Medieneinlass 33 gelangt das Medium 2 in den ersten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 und kann über einen Medienauslass 34 wieder aus dem Teilbereich 12 des Gehäuses ausströmen. In dem zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 wird somit ein Strömungskanal einer Medien-Abkühlungsstrecke gebildet.The thermoelastic elements 20, 21 are also mounted within the housing 10 of the tubular thermoelastic energy conversion device 1b in such a way that the thermoelastic elements 20, 21 are relaxed in their longitudinal direction during movement on their respective circular paths K1 and K2 if the thermoelastic elements 20 , 21 are located on their respective circular paths K1, K2 in a second portion 12 of the housing 10. By relaxing the thermoelastic elements 20, 21 are cooled in the second portion 12 of the housing. The medium 2 reaches the first partial area 12 of the housing 10 via a media inlet 33 and can flow out of the partial area 12 of the housing again via a media outlet 34 . In the second partial area 12 of the housing 10, a flow channel of a media cooling path is thus formed.

Auch bei der tubularen Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandungsvorrichtung 1b sind der erste und zweite Teilbereich 11, 12 des Gehäuses 10 durch mindestens eine Transitionszone 13 voneinander getrennt. Die mindestens eine Transitionszone 13 ist insbesondere durch eine Trennwand 14 von dem ersten Teilbereich 11 und durch eine zweite Trennwand 15 von dem zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 getrennt. Die erste Trennwand 14 ist derart ausgebildet, dass die thermoelastischen Elemente 20, 21 bei der Bewegung auf ihrer jeweiligen Kreisbahn K1, K2 durch die erste Trennwand 14 hindurch gelangen und somit zwischen dem ersten Teilbereich 11 und der Transitionszone 13 bewegbar sind. Ebenso ist die zweite Trennwand 15 derart ausgebildet, dass die thermoelastischen Elemente 20, 21 bei der Bewegung auf ihrer jeweiligen Kreisbahn K1, K2 durch die zweite Trennwand 15 hindurch bewegt werden können und somit zwischen dem zweiten Teilbereich 12 des Gehäuses 10 und der mindestens einen Transitionszone 13 bewegbar sind.In the tubular embodiment of the thermoelastic energy conversion device 1b, too, the first and second sections 11, 12 of the housing 10 are separated from one another by at least one transition zone 13. The at least one transition zone 13 is separated in particular from the first partial area 11 by a partition wall 14 and from the second partial area 12 of the housing 10 by a second partition wall 15 . The first dividing wall 14 is designed in such a way that the thermoelastic elements 20 , 21 pass through the first dividing wall 14 when moving on their respective circular path K1 , K2 and can thus be moved between the first partial region 11 and the transition zone 13 . The second partition wall 15 is also designed in such a way that the thermoelastic elements 20, 21 can be moved through the second partition wall 15 when moving on their respective circular path K1, K2 and thus between the second partial area 12 of the housing 10 and the at least one transition zone 13 are movable.

Die Trennwände 14 und 15 dienen als Dichtungselement um die Medien in den Teilbereichen/Strömungskanälen 11 und 12 des Gehäuses 10 zu trennen, aber gleichzeitig die thermoelastischen Elemente 20, 21 bei der Bewegung auf ihrer jeweiligen Kreisbahn K1, K2 zwischen den Strömungskanälen 11, 12 und der Transitionszone 13 zu bewegen. Die Trennwände 14 und 15 können beispielsweise geschlitzt ausgebildet sein, so dass die thermoelastischen Elemente 20, 21 gegebenenfalls mit Überstromverlusten durch die Trennwände hindurch bewegt werden können.The partition walls 14 and 15 serve as a sealing element to separate the media in the partial areas/flow channels 11 and 12 of the housing 10, but at the same time the thermoelastic elements 20, 21 during the movement on their respective circular path K1, K2 between the flow channels 11, 12 and to move to the transition zone 13. The dividing walls 14 and 15 can, for example, be slotted so that the thermoelastic elements 20, 21 can be moved through the dividing walls, possibly with overcurrent losses.

Die thermoelastischen Element 20 können in ihren jeweiligen Rotationsebenen E1 und E2 derart angeordnet sein, dass die Längsrichtung der thermoelastischen Elemente 20, 21 radial zu der Drehachse D verläuft. Die thermoelastischen Elemente 20, 21 können somit in ihrer Rotationsebene auf einer Linie ausgerichtet sein, die durch den Mittelpunkt der Drehachse D verläuft. Vorzugsweise sind innerhalb der Rotationsebenen E1 und E2 jeweils mehrere thermoelastische Elemente 20 angeordnet. Die thermoelastischen Elemente können innerhalb ihrer jeweiligen Rotationsebene E1, E2 sternförmig um die Drehachse D angeordnet sein.The thermoelastic elements 20 can be arranged in their respective planes of rotation E1 and E2 in such a way that the longitudinal direction of the thermoelastic elements 20, 21 runs radially to the axis of rotation D. The thermoelastic elements 20, 21 can thus be aligned in their plane of rotation on a line which runs through the center point of the axis of rotation D. A plurality of thermoelastic elements 20 are preferably arranged within the planes of rotation E1 and E2. The thermoelastic elements can be arranged in a star shape around the axis of rotation D within their respective planes of rotation E1, E2.

Durch die Anordnung einer Vielzahl von thermoelastischen Elemente in den verschiedenen Rotationsebenen werden bei der tubularen Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b „Scheiben“ aus thermoelastischen Elementen gebildet, die innerhalb des Gehäuses der Energiewandlungsvorrichtung beabstandet zueinander in verschiedenen Rotationsebenen übereinander angeordnet sind. Die „Scheiben“ aus thermoelastischen Elementen können, beispielsweise mittels Stirnradgetriebe, Zwischenwelle und Riemen, mechanisch gekoppelt und über einen oder mehrere Motoren angetrieben werden.By arranging a large number of thermoelastic elements in the different planes of rotation, “disks” are formed from thermoelastic elements in the tubular embodiment of the thermoelastic energy conversion device 1b, which are arranged one above the other at a distance from one another in different planes of rotation within the housing of the energy conversion device. The "discs" made of thermoelastic elements can be mechanically coupled, for example by means of spur gears, intermediate shafts and belts, and driven by one or more motors.

In Abhängigkeit von der gewünschten Leistung kann die tubulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1b eine Vielzahl von Rotationsebenen aufweisen, in denen sich thermoelastische Elemente kreisförmig bewegen und dabei gedehnt und entspannt werden.Depending on the desired performance, the tubular thermoelastic energy conversion device 1b can have a large number of planes of rotation in which thermoelastic elements move in a circular manner and are stretched and relaxed in the process.

Das Gehäuse 10 dient bei beiden Ausführungsformen der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtungen 1a und 1b zur Medienabdichtung. Das Gehäuse 10 kann gemäß einer möglichen Ausführungsform nur eine äußere Wandung aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse, wie bei den Ausführungsformen der 1A- 2B, zusätzlich eine Innenwand aufweisen. Die Innenwand kann durch eine gemeinsame Drehachse/Welle ausgestaltet sein.In both embodiments of the thermoelastic energy conversion devices 1a and 1b, the housing 10 is used for media sealing. According to one possible embodiment, the housing 10 can only have an outer wall. According to a further embodiment, the housing, as in the embodiments of 1A - 2 B , additionally have an inner wall. The inner wall can be designed with a common axis of rotation/shaft.

Die 3A und 3B zeigen eine mögliche Führung für die thermoelastischen Elemente 20 beziehungsweise 21, die für die zirkulare Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1a als auch für die tubulare Ausführungsform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b verwendet werden können.The 3A and 3B show a possible guide for the thermoelastic elements 20 or 21, which can be used for the circular embodiment of the thermoelastic energy conversion device 1a as well as for the tubular embodiment of the thermoelastic energy conversion device 1b.

Die thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtungen 1a und 1b können mindestens ein erstes Halteelement 41 und mindestens ein zweites Halteelement 42, zwischen denen das mindestens eine thermoelastische Element 20 beziehungsweise das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 in ihrer Längsrichtung angeordnet ist, umfassen. Das mindestens eine erste Halteelement 41 ist in dem Gehäuse 10 entlang einer ersten geschlossenen Bahn 51, die in der Ebene E, E1 beziehungsweise E2 innerhalb des Gehäuses 10 liegt, beweglich angeordnet. Das mindestens eine zweite Haltelement 42 ist in dem Gehäuse 10 entlang einer zweiten geschlossenen Bahn 52, die in der Ebene E, E1 beziehungsweise E2 innerhalb des Gehäuses 20 liegt, beweglich angeordnet. Die zweite geschlossene Bahn 52 umgibt die erste geschlossene Bahn 51.The thermoelastic energy conversion devices 1a and 1b can comprise at least one first holding element 41 and at least one second holding element 42, between which the at least one thermoelastic element 20 or the at least one second thermoelastic element 21 is arranged in their longitudinal direction. The at least one first holding element 41 is movably arranged in the housing 10 along a first closed path 51, which lies in the plane E, E1 or E2 within the housing 10. The at least one second holding element 42 is movably arranged in the housing 10 along a second closed track 52, which lies in the plane E, E1 or E2 within the housing 20. The second closed track 52 surrounds the first closed track 51.

Das mindestens eine erste und zweite Halteelement 41, 42 können derart angeordnet sein, dass die Längsrichtung des mindestens einen thermoelastischen Elements 20 beziehungsweise des mindestens einen zweiten thermoelastischen Elements 21 innerhalb der Ebene E, E1 beziehungsweise E2 radial zu der Drehachse D verläuft.The at least one first and second holding element 41, 42 can be arranged in such a way that the longitudinal direction of the at least one thermoelastic element 20 or of the at least one second thermoelastic element 21 runs radially to the axis of rotation D within plane E, E1 or E2.

Gemäß der in 3A gezeigten Ausführungsform sind die erste und die zweite geschlossene Bahn 51, 52 derart ausgebildet, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 beziehungsweise das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 bei einer Bewegung des mindestens einen ersten Halteelements 41 entlang der ersten geschlossenen Bahn 51 und bei einer Bewegung des mindestens einen zweiten Halteelements 42 entlang der zweiten geschlossenen Bahn 52 in seiner Längsrichtung eine Längenänderung erfährt. According to the 3A In the embodiment shown, the first and second closed webs 51, 52 are designed in such a way that the at least one thermoelastic element 20 or the at least one second thermoelastic element 21 moves during a movement of the at least one first holding element 41 along the first closed web 51 and during a movement of the at least one second holding element 42 undergoes a change in length along the second closed path 52 in its longitudinal direction.

Wie bei der Ausführungsform der 3A dargestellt ist, kann eine der ersten und zweiten geschlossenen Bahn 51, 52 als eine kreisförmige Bahn um die Drehachse D ausgebildet sein. Die andere der ersten und zweiten geschlossenen Bahn 51, 52 kann als eine nicht-kreisförmige Bahn um die Drehachse D ausgestaltet sein.As in the embodiment of 3A As shown, one of the first and second closed tracks 51, 52 may be formed as a circular track about the axis of rotation D. The other of the first and second closed tracks 51, 52 may be configured as a non-circular track about the axis of rotation D.

Zur Ausbildung der nicht-kreisförmigen Bahn kann die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a, 1b mindestens ein Profilelement 60 mit einer Führungsspur zum Führen des mindestens einen ersten Halteelements 41 entlang der ersten geschlossenen Bahn 51 oder zum Führen des mindestens einen zweiten Halteelements 42 entlang der zweiten geschlossenen Bahn 52 aufweisen. Die Führungsspur ist derart ausgebildet, dass das mindestens eine thermoelastische Element 20 beziehungsweise das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 in Abhängigkeit von der Position des ersten oder zweiten Halteelements 41, 42 auf der Führungsspur eine Längenänderung erfährt. Das mindestens eine Profilelement 60 kann beispielsweise als ein Nocken ausgebildet sein.To form the non-circular path, the thermoelastic energy conversion device 1a, 1b can have at least one profile element 60 a guide track for guiding the at least one first holding element 41 along the first closed path 51 or for guiding the at least one second holding element 42 along the second closed path 52. The guide track is designed in such a way that the at least one thermoelastic element 20 or the at least one second thermoelastic element 21 undergoes a change in length depending on the position of the first or second holding element 41, 42 on the guide track. The at least one profile element 60 can be designed as a cam, for example.

Bei der in 3A dargestellten Ausführungsform erfolgt die Anbindung an die kreisförmige Bewegung durch die Bewegung der ersten Halteelemente 41 entlang der geschlossenen Bahn 51, die als Kreisbahn ausgebildet sein kann, in der Dreh-/Bewegungsrichtung R. Gleichzeitig erfolgt die radiale Bewegung der thermoelastischen Elemente 20, 21 durch die Führung der zweiten Halteelemente 42 entlang der Führungsspur des nockenförmigen Profilelements 60.At the in 3A In the illustrated embodiment, the connection to the circular movement occurs through the movement of the first holding elements 41 along the closed path 51, which can be designed as a circular path, in the direction of rotation/movement R. At the same time, the radial movement of the thermoelastic elements 20, 21 takes place through the Guide the second holding elements 42 along the guide track of the cam-shaped profile element 60.

In den 1A und 2A ist schematisch ein nockenförmiges Profilelement 60 dargestellt, das die Führung für das mindestens eine erste Halteelement 41 bildet. Wenn das mindestens eine Halteelement 41 auf einem Abschnitt 61 des nockenförmigen Profilelements 60 entlang gleitet, ist das mindestens eine thermoelastische Element 20, 21 gedehnt. Wenn das mindestens eine Halteelement 41 auf einem Abschnitt 62 des nockenförmigen Profilelements 60 entlang gleitet, ist das mindestens eine thermoelastische Element 20, 21 entspannt. Das Dehnen und Entspannen erfolgt bei der Bewegung des mindestens einen Halteelements 41 entlang den Abschnitten 63 des nockenförmigen Profilelements 60.In the 1A and 2A a cam-shaped profile element 60 is shown schematically, which forms the guide for the at least one first holding element 41 . When the at least one holding element 41 slides along on a section 61 of the cam-shaped profile element 60, the at least one thermoelastic element 20, 21 is stretched. When the at least one holding element 41 slides along on a section 62 of the cam-shaped profile element 60, the at least one thermoelastic element 20, 21 is relaxed. The stretching and relaxing occurs during the movement of the at least one holding element 41 along the sections 63 of the cam-shaped profile element 60.

Bei der in 3B gezeigten Variante für die Führung des mindestens einen ersten Halteelements 41 und des mindestens einen zweiten Halteelements 42 sind die erste und die zweite geschlossene Bahn 51, 52 jeweils als eine kreisförmige Bahn um die Drehachse D ausgebildet. Das mindestens eine thermoelastische Element 20 beziehungsweise das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 können über eine Schlepphebelkupplung 70 oder eine lineare Führung 80 mit dem mindestens einen zweiten Halteelement 42 gekoppelt sein. Die Schleppkupplung 70 beziehungsweise die lineare Führung 80 können ein Lager 71 beziehungsweise 81 aufweisen, das entlang einer nicht-kreisförmigen Bahn 53 geführt wird.At the in 3B In the variant shown for guiding the at least one first holding element 41 and the at least one second holding element 42, the first and second closed paths 51, 52 are each designed as a circular path around the axis of rotation D. The at least one thermoelastic element 20 or the at least one second thermoelastic element 21 can be coupled to the at least one second holding element 42 via a rocker arm coupling 70 or a linear guide 80 . The drag clutch 70 and the linear guide 80 can have a bearing 71 and 81 respectively, which is guided along a non-circular path 53 .

Über die Schlepphebelkupplung 70 beziehungsweise die lineare Führung 80 erfolgt somit eine Funktionstrennung in eine Kreisbewegung der Halteelemente 41, 42 entlang der kreisförmig geschlossenen Bahnen 51 und 52 und in eine radiale Bewegung der thermoelastischen Elemente 20, 21 durch die Führung der Lager 71 beziehungsweise 81 entlang der nicht-kreisförmigen Bahn 53. Die nicht-kreisförmige Bahn 53 kann durch ein nockenförmiges Profilelement 60 ausgebildet sein, wobei die Lager 71 der Schlepphebelkupplung 70 beziehungsweise 81 der linearen Führung 80 entlang der Führungsspur des Profilelements/Nockens 60 geführt werden.The function of the rocker arm coupling 70 or the linear guide 80 is thus separated into a circular movement of the holding elements 41, 42 along the closed circular paths 51 and 52 and into a radial movement of the thermoelastic elements 20, 21 through the guidance of the bearings 71 or 81 along the non-circular track 53. The non-circular track 53 can be formed by a cam-shaped profile element 60, the bearings 71 of the rocker arm coupling 70 and 81 of the linear guide 80 being guided along the guide track of the profile element/cam 60.

Bei den in den 3A und 3B gezeigten Ausführungsformen für die Führung der thermoelastischen Elemente 20, 21 ist das mindestens eine erste Halteelement 41 als ein Innenläufer und das mindestens eine zweite Halteelement 42 als ein Außenläufer ausgebildet, die sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit durch entweder einen gemeinsamen Antrieb mechanisch gekoppelt, beispielsweise angebunden auf einer gemeinsamen Welle, oder getrennt bewegen. Das mindestens eine erste Halteelement 41 und das mindestens eine zweite Halteelement 42 bewegen sich synchron auf ihren jeweiligen geschlossenen Bahnen.At the in the 3A and 3B In the embodiments shown for guiding the thermoelastic elements 20, 21, the at least one first holding element 41 is designed as an internal rotor and the at least one second holding element 42 is designed as an external rotor, which are mechanically coupled at the same angular velocity by either a common drive, for example connected to a common shaft, or move separately. The at least one first holding element 41 and the at least one second holding element 42 move synchronously on their respective closed paths.

Das mindestens eine thermoelastische Element 20 beziehungsweise das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 ist entweder an dem mindestens einen ersten Halteelement 41 (Innenläufer) oder an dem mindestens einen zweiten Halteelement 42 (Außenläufer) radial fixiert befestigt. Die radial bewegliche Seite der thermoelastischen Elemente 30, 21 befindet sich auf dem anderen Innen- beziehungsweise Außenläufer.The at least one thermoelastic element 20 or the at least one second thermoelastic element 21 is fastened radially fixed either to the at least one first holding element 41 (inner rotor) or to the at least one second holding element 42 (outer rotor). The radially movable side of the thermoelastic elements 30, 21 is located on the other inner or outer rotor.

Bei den in den 3A und 3B gezeigten Ausführungsformen ist die radial bewegliche Seite der thermoelastischen Elemente 20, 21 auf dem Außenläufer angeordnet, während die thermoelastischen Elemente 20, 21 auf dem Innenläufer im Radius fixiert geführt werden, wobei der Innenläufer in einer kreisförmigen Bewegung synchron zum Außenläufer bewegt wird.At the in the 3A and 3B In the embodiments shown, the radially movable side of the thermoelastic elements 20, 21 is arranged on the outer runner, while the thermoelastic elements 20, 21 are guided in a fixed manner on the inner runner in the radius, with the inner runner being moved synchronously with the outer runner in a circular movement.

4 zeigt eine Ausführungsform für die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a und 1b, bei der das mindestens eine thermoelastische Element 20 beziehungsweise das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 derart auf seiner Kreisbahn ausgerichtet ist, dass die Längsrichtung des mindestens einen thermoelastischen Elements 20, 21 innerhalb der Ebene E beziehungsweise E1, E2 radial zu der Drehachse D verläuft. Wenn auch die Transitionszone 13 derart ausgestaltet ist, dass auch die Trennwände 14, 15 radial zu der Drehachse D ausgerichtet sind, wandert das mindestens eine thermoelastische Element 20, 21 bei der Rotation um die Drehachse D über seine gesamte Länge gleichzeitig in die Transitionszone 13 hinein. 4 shows an embodiment for the thermoelastic energy conversion device 1a and 1b, in which the at least one thermoelastic element 20 or the at least one second thermoelastic element 21 is aligned on its circular path in such a way that the longitudinal direction of the at least one thermoelastic element 20, 21 lies within the plane E or E1, E2 runs radially to the axis of rotation D. Even if the transition zone 13 is designed in such a way that the partition walls 14, 15 are also aligned radially to the axis of rotation D, the at least one thermoelastic element 20, 21 migrates simultaneously over its entire length into the transition zone 13 during rotation about the axis of rotation D .

5 zeigt eine andere Ausführungsform für die thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a und 1b, bei der zwar das mindestens eine thermoelastische Element 20 beziehungsweise das mindestens eine zweite thermoelastische Element 21 in seiner Längsrichtung radial zu der Drehachse D ausgerichtet ist, bei der aber die Trennwände 14, 15 der Transitionszone 13 nicht radial zu der Drehachse D verlaufen. Während einer Rotation des mindestens eines thermoelastischen Elements 20, 21 wandert somit das mindestens eine thermoelastische Element, beispielsweise in Form eines radial ausgerichteten SMA-Drahts, über eine definierte Zone beziehungsweise einen Drehwinkel kontinuierlich in die Transitionszone 13 hinein. 5 shows another embodiment for the thermoelastic energy conversion device 1a and 1b, in which although the at least one thermoelastic element 20 or the at least one second thermoelastic element 21 is aligned in its longitudinal direction radially to the axis of rotation D, but in which the partitions 14, 15 of the transition zone 13 do not run radially to the axis of rotation D. During a rotation of the at least one thermoelastic element 20, 21, the at least one thermoelastic element, for example in the form of a radially aligned SMA wire, migrates continuously into the transition zone 13 over a defined zone or a rotation angle.

Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen für die tubulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1b anhand der 6 bis 9 näher erläutert.In the following, further embodiments for the tubular thermoelastic energy conversion device 1b are based on the 6 until 9 explained in more detail.

Im Unterschied zu 2A zeigt 6 eine Ausführungsform der tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b, bei der die Strömung des Mediums 2 in beiden Teilbereichen/Strömungskanälen 11 und 12 gleichsinnig in Längsrichtung des rohrförmigen Gehäuses 10 beziehungsweise parallel zur Drehachse D der Kreisbahnen K1 und K2 strömt.In contrast to 2A shows 6 an embodiment of the tubular thermoelastic energy conversion device 1b, in which the flow of the medium 2 in both partial areas/flow channels 11 and 12 flows in the same direction in the longitudinal direction of the tubular housing 10 or parallel to the axis of rotation D of the circular paths K1 and K2.

7 zeigt eine Ausführungsform der tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b, bei der das Medium 2 bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Energiewandlungsvorrichtung 1b mit einem „Drall“ in den ersten Strömungskanal/Teilbereich 11 des Gehäuses beziehungsweise in den zweiten Strömungskanal/Teilbereich 12 des Gehäuses einströmt. Der „Drall“ der Strömung kann entgegengesetzt zu der Drehrichtung des mindestens einen thermoelastischen Elements 20, 21 ausgerichtet sein, so dass die Energiewandlungsvorrichtung als ein Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist. 7 shows an embodiment of the tubular thermoelastic energy conversion device 1b, in which the medium 2 flows with a “swirl” into the first flow channel/partial area 11 of the housing or into the second flow channel/partial area 12 of the housing when the energy conversion device 1b is operated as intended. The "swirl" of the flow can be aligned opposite to the direction of rotation of the at least one thermoelastic element 20, 21, so that the energy conversion device is designed as a countercurrent heat exchanger.

Die Medieneinlässe und die Medienauslässe können gemäß einer möglichen Ausführungsform derart an dem Gehäuse 10 angeordnet sein, dass das Medium anstatt parallel zur Drehachse D unter einem Winkel in die jeweiligen Strömungskanäle einströmt. Der Winkel kann vorzugsweise derart gewählt sein, dass die Strömung einen Anteil entgegen der Drehrichtung R des mindestens einen thermoelastischen Elements 20, 21 enthält.According to one possible embodiment, the media inlets and the media outlets can be arranged on the housing 10 in such a way that the medium flows into the respective flow channels at an angle instead of parallel to the axis of rotation D. The angle can preferably be selected in such a way that the flow contains a portion counter to the direction of rotation R of the at least one thermoelastic element 20, 21.

Neben einer geeigneten Anordnung der Ein- und Auslässe können im Inneren des Gehäuses 10 Einrichtungen zur Strömungsablenkung angeordnet sein.In addition to a suitable arrangement of the inlets and outlets, devices for flow deflection can be arranged inside the housing 10 .

8 zeigt eine Ausführungsform einer tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b, bei der in den Strömungskanälen bewegte oder stillstehende Leitschaufeln 90 zwischen den Rotationsebenen E1 und E2 angeordnet sind, um die Strömung des Mediums abzulenken. Bei geeigneter Anstellung der Leitschaufeln 90 kann somit das Prinzip eines Gegenstromwärmetauschers realisiert werden. 8th shows an embodiment of a tubular thermoelastic energy conversion device 1b, in which moving or stationary vanes 90 are arranged in the flow channels between the planes of rotation E1 and E2 in order to deflect the flow of the medium. With a suitable adjustment of the guide vanes 90, the principle of a counterflow heat exchanger can thus be implemented.

Gemäß einer möglichen Ausgestaltungsform der tubularen Energiewandlungsvorrichtung 1b, kann das mindestens eine thermoelastischen Elements 20, 21 in Form einer Leitschaufel zur Strömungslenkung/-beeinflussung ausgebildet sein. Als Nebeneffekt wird bei dieser Ausführungsform vorteilhaft die SMA-Oberfläche vergrößert. Die Leitschaufel kann entweder als flach ausgeführtes SMA-Drahtpaket oder als Blech realisiert werden.According to one possible embodiment of the tubular energy conversion device 1b, the at least one thermoelastic element 20, 21 can be designed in the form of a guide vane for guiding/influencing the flow. As a side effect, the SMA surface area is advantageously increased in this embodiment. The vane can be implemented either as a flat SMA wire package or as a sheet.

Zur Strömungsbeeinflussung können gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der tubularen Energiewandlungsvorrichtung 1b die Transitionszonen 13 in den verschiedenen Rotationsebenen E1, E2 um einen Winkel verdreht angeordnet sein, um beispielsweise einen „Drall“ der Strömung des Mediums zu verstärken. 9 zeigt hierzu eine Ausführungsform der tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b, bei der die Transitionszonen 13 in den verschiedenen Ebenen E1 und E2 verdreht zueinander angeordnet sind, wodurch dementsprechend auch das Belastungs- und Entlastungsprofil für die thermoelastischen Elemente in den unterschiedlichen Rotationsebenen verschieden ist.According to a further possible embodiment of the tubular energy conversion device 1b, the transition zones 13 in the different planes of rotation E1, E2 can be arranged rotated by an angle to influence the flow, for example to increase a “twist” of the flow of the medium. 9 shows an embodiment of the tubular thermoelastic energy conversion device 1b, in which the transition zones 13 in the different planes E1 and E2 are arranged rotated relative to one another, which means that the load and relief profile for the thermoelastic elements in the different planes of rotation is different accordingly.

Die thermoelastischen Elemente 20, 21 können in den verschiedenen Rotationsebenen in ihrer Drehzahl gekoppelt oder auch entkoppelt betrieben werden. Insbesondere können die thermoelastischen Elemente 20, 21 in den Ebenen E1 und E2 gleichsinnig rotieren, wie beispielsweise in 2A beziehungsweise 6 dargestellt ist, oder in gegensinnigen Drehrichtung R1 und R2 rotieren, wie in 9 gezeigt ist. Des Weiteren können die thermoelastischen Elemente 20 in der Rotationsebene E1 auf ihrer Kreisbahn K1 mit einer anderen Geschwindigkeit bewegt werden als die thermoelastischen Elemente 21 auf der Kreisbahn K2 in der Rotationsebene E2 bewegt werden.The thermoelastic elements 20, 21 can be coupled in their rotational speed in the various planes of rotation or operated decoupled. In particular, the thermoelastic elements 20, 21 can rotate in the same direction in the planes E1 and E2, as for example in 2A respectively 6 is shown, or rotate in opposite directions R1 and R2, as in 9 is shown. Furthermore, the thermoelastic elements 20 can be moved in the plane of rotation E1 on their circular path K1 at a different speed than the thermoelastic elements 21 are moved on the circular path K2 in the plane of rotation E2.

Die 10A bis 11 B zeigen eine Ausführungsform für die zirkulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1a beziehungsweise für die tubulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung 1b, bei der das Profilelement 60 als eine Anordnung aus mehreren verstellbaren Nocken ausgebildet ist. Die verstellbare Nockenscheibe kann zwei oder mehrteilig aufgebaut sein. Durch eine geeignete Verstellung kann entweder eine Änderung des Zeitintervalls zwischen einer Heiz- und Abkühlphase erreicht werden ( 10A, 10B) oder eine Veränderung der Dehnungs- und/oder Kontraktionsrampe für die thermoelastischen Elemente (11A, 11B) erzielt werden. Die beiden Optionen können auch kombiniert werden.The 10A until 11b show an embodiment for the circular thermoelastic energy conversion device 1a or for the tubular thermoelastic energy conversion device 1b, in which the profile element 60 is designed as an arrangement of several adjustable cams. The adjustable cam disc can be constructed in two or more parts. Through a suitable adjustment, either a change of the time interval between a heating and cooling phase can be achieved ( 10A , 10B) or a change in the expansion and/or contraction ramp for the thermoelastic elements ( 11A , 11B) be achieved. The two options can also be combined.

Die vorgestellten Ausführungsformen einer zirkularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1a beziehungsweise einer tubularen thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung 1b ermöglichen das Erwärmen oder Abkühlen eines gasförmigen Mediums oder eines flüssigen Mediums, wie zum Beispiel eines Wasserglykolgemisches.The presented embodiments of a circular thermoelastic energy conversion device 1a or a tubular thermoelastic energy conversion device 1b enable the heating or cooling of a gaseous medium or a liquid medium, such as a water-glycol mixture.

Des Weiteren ermöglicht der vorgeschlagene konstruktive Aufbau der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtung eine einfache Kaskadierung des Systems, indem beispielsweise bei der zirkularen Ausführungsform die Anzahl der thermoelastischen Elemente innerhalb der Rotationsebene E erhöht oder erniedrigt wird, oder indem beispielsweise bei der tubularen Ausführungsform die Anzahl der Rotationsebenen der thermoelastischen Elemente erhöht oder erniedrigt wird. Möglich ist auch die Verwendung unterschiedlicher Formgedächtnis-Materialien für die thermoelastischen Elemente innerhalb einer Rotationsebene oder in verschiedenen Rotationsebenen.Furthermore, the proposed structural design of the thermoelastic energy conversion device enables a simple cascading of the system, for example by increasing or decreasing the number of thermoelastic elements within the plane of rotation E in the circular embodiment, or by increasing the number of planes of rotation of the thermoelastic elements in the tubular embodiment, for example is increased or decreased. It is also possible to use different shape memory materials for the thermoelastic elements within one plane of rotation or in different planes of rotation.

Des Weiteren kann die Anzahl der Strömungskanäle gegenüber der in den 1A-2B gezeigten Ausführungsformen mit nur einem Strömungskanal für die Medien-Aufheizstrecke und einem Strömungskanal für die Medien-Abkühlungsstrecke erhöht werden. Dadurch kann eine multiple Ausgestaltungsform der zirkularen oder tubularen Energiewandlungsvorrichtung mit mehreren Warm- und Kaltzonen entlang des Kreisumfangs bereitgestellt werden.Furthermore, the number of flow channels compared to that in the 1A-2B shown embodiments can be increased with only one flow channel for the media heating section and a flow channel for the media cooling section. As a result, a multiple configuration of the circular or tubular energy conversion device with a plurality of hot and cold zones along the circumference can be provided.

Durch die verschiedenen Möglichkeiten der Kaskadierung ist das System einerseits ausfallsicher und andererseits skalierbar hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit.Due to the various cascading options, the system is fail-safe on the one hand and scalable in terms of its performance on the other.

Mit der Erhöhung der Anzahl der verwendeten Rotationsebenen kann die Umdrehungsfrequenz der thermoelastischen Elemente innerhalb der einzelnen Ebenen bei gleicher Leistungsfähigkeit reduziert werden, wodurch sich die Lebensdauer der thermoelastischen Elemente signifikant erhöht.With the increase in the number of rotation planes used, the rotational frequency of the thermoelastic elements within the individual planes can be reduced with the same performance, which significantly increases the service life of the thermoelastic elements.

Die gezeigten Ausführungsformen der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtungen 1a und 1b zeichnen sich darüber hinaus durch eine hohe Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad aus, da in kurzer Zeit eine Erwärmung oder Abkühlung eines Mediums erzielt werden kann.The illustrated embodiments of the thermoelastic energy conversion devices 1a and 1b are also distinguished by a high power density and a high degree of efficiency, since a medium can be heated or cooled in a short time.

Vorteilhaft ist des Weiteren die sehr kompakte Bauform der thermoelastischen Energiewandlungsvorrichtungen 1a und 1b und die leichte Wartung des Systems durch den einfachen Austausch einzelner „Scheiben“ von thermoelastischen Elementen in den verschiedenen Rotationsebenen.Furthermore, the very compact design of the thermoelastic energy conversion devices 1a and 1b and the easy maintenance of the system due to the simple exchange of individual “discs” of thermoelastic elements in the different planes of rotation are advantageous.

BezugszeichenlisteReference List

1a1a
zirkulare/radiale thermoelastische Energiewandlungsvorrichtungcircular/radial thermoelastic energy conversion device
1b1b
tubulare thermoelastische Energiewandlungsvorrichtungtubular thermoelastic energy conversion device
22
Mediummedium
1010
GehäuseHousing
1111
erster Teilbereich des Gehäuses/erster Strömungskanalfirst section of the housing/first flow channel
1212
zweiter Teilbereich des Gehäuses/zweiter Strömungskanalsecond section of the housing/second flow channel
1313
Transitionszonetransition zone
14, 1514, 15
Trennwändepartitions
20, 2120, 21
thermoelastisches Elementthermoelastic element
31, 3331, 33
Einlass zum Einströmen des MediumsInlet for inflow of the medium
32, 3432, 34
Auslass zum Ausströmen des MediumsOutlet for outflow of the medium
41, 4241, 42
Halteelementholding element
51, 5251, 52
geschlossene Bahnclosed track
5353
nicht-kreisförmige Bahnnon-circular orbit
6060
Profilelement/NockenProfile element/cam
61, 62, 6361, 62, 63
Abschnitte des Profilelementssections of the profile element
7070
Schlepphebelkupplungrocker arm clutch
7171
Lagercamp
8080
lineare Führunglinear guidance
8181
Lagercamp
9090
Leitschaufelvane
E, E1, E2E, E1, E2
Ebene/Rotationsebeneplane/rotation plane
K, K1, K2K, K1, K2
Kreisbahncircular path
DD
Drehachseaxis of rotation
RR
Drehrichtungdirection of rotation

Claims (13)

Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung zum Erwärmen und Abkühlen eines Mediums, umfassend: - ein Gehäuse (10) zur Aufnahme des Mediums (2), - mindestens ein thermoelastisches Element (20) aus einem thermoelastischen Material, - wobei das mindestens eine thermoelastische Element (20) innerhalb einer Ebene (E, E1) in dem Gehäuse (10) angeordnet und auf einer Kreisbahn (K, K1) innerhalb der Ebene (E, E1) um eine Drehachse (D) bewegbar ist, - wobei das mindestens eine thermoelastische Element (20) innerhalb des Gehäuses (10) derart gelagert ist, dass das mindestens eine thermoelastische Element (20) bei der Bewegung auf der Kreisbahn (K, K1) in Abhängigkeit von der Position des mindestens einen thermoelastischen Elements (20) gedehnt oder entspannt wird, - wobei das mindestens eine thermoelastische Element (20) innerhalb des Gehäuses (10) derart gelagert ist, dass das mindestens eine thermoelastische Element (20) bei der Bewegung auf der Kreisbahn (K, K1) in seiner Längsrichtung gedehnt ist, wenn sich das mindestens eine thermoelastische Element (20) auf der Kreisbahn (K, K1) in mindestens einem ersten Teilbereich (11) des Gehäuses befindet, wodurch sich das mindestens eine thermoelastische Element (20) erwärmt, - wobei das mindestens eine thermoelastische Element (20) innerhalb des Gehäuses (10) derart gelagert ist, dass das mindestens eine thermoelastische Element (20) bei der Bewegung auf der Kreisbahn (K, K1) in seiner Längsrichtung entspannt ist, wenn sich das mindestens eine thermoelastische Element (20) auf der Kreisbahn (K, K1) in mindestens einem zweiten Teilbereich (12) des Gehäuses (10) befindet, wodurch sich das mindestens eine thermoelastische Element (20) abkühlt, - mindestens eine Transitionszone (13) zwischen dem mindestens einen ersten und zweiten Teilbereich (11, 12) des Gehäuses (10), wobei die mindestens eine Transitionszone (13) durch eine erste Trennwand (14) von dem mindestens einen ersten Teilbereich (11) und durch eine zweite Trennwand (15) von dem mindestens einen zweiten Teilbereich (12) getrennt ist, - wobei die erste Trennwand (14) derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine thermoelastische Element (20) bei der Bewegung auf der Kreisbahn (K, K1) durch die erste Trennwand (14) zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich (11) und der mindestens einen Transitionszone (13) bewegbar ist, - wobei die zweite Trennwand (15) derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine thermoelastische Element (20) bei der Bewegung auf der Kreisbahn (K, K1) durch die zweite Trennwand (15) zwischen dem mindestens einen zweiten Teilbereich (12) und der mindestens einen Transitionszone (13) bewegbar ist.Thermoelastic energy conversion device for heating and cooling a medium, comprising: - a housing (10) for accommodating the medium (2), - at least one thermoelastic element (20) made of a thermoelastic material, - wherein the at least one thermoelastic element (20) is arranged within a plane (E, E1) in the housing (10) and on a circular path (K, K1) within the plane (E, E1) can be moved about an axis of rotation (D), - the at least one thermoelastic element (20) being mounted within the housing (10) in such a way that the at least one thermoelastic element (20) when moving on the circular path ( K, K1) is stretched or relaxed depending on the position of the at least one thermoelastic element (20), - wherein the at least one thermoelastic element (20) is mounted within the housing (10) in such a way that the at least one thermoelastic element (20 ) is stretched in its longitudinal direction during the movement on the circular path (K, K1) if the at least one thermoelastic element (20) on the circular path (K, K1) in at least a first partial region (11) of the walk housing, whereby the at least one thermoelastic element (20) heats up, - wherein the at least one thermoelastic element (20) is mounted within the housing (10) in such a way that the at least one thermoelastic element (20) when moving on the circular path (K, K1) is relaxed in its longitudinal direction when the at least one thermoelastic element (20) is on the circular path (K, K1) in at least a second partial area (12) of the housing (10), whereby the at least one thermoelastic element (20) cools down, - at least one transition zone (13) between the at least one first and second partial area (11, 12) of the housing (10), wherein the at least one transition zone (13) is separated from the at least one by a first partition wall (14). a first portion (11) and by a second partition (15) from the at least one second portion (12) is separated, - wherein the first partition (14) is formed such that the at least one e thermoelastic element (20) can be moved through the first partition (14) between the at least one first partial area (11) and the at least one transition zone (13) during the movement on the circular path (K, K1), - the second partition ( 15) is designed in such a way that the at least one thermoelastic element (20) when moving on the circular path (K, K1) through the second partition (15) between the at least one second partial area (12) and the at least one transition zone (13) is movable. Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: - einen ersten Einlass (31) zum Einströmen des Mediums (2) in den mindestens einen ersten Teilbereich (11) des Gehäuses (10), - einen ersten Auslass (32) zum Ausströmen des Mediums (2) aus dem mindestens einen ersten Teilbereich (11) des Gehäuses (10), - einen zweiten Einlass (33) zum Einströmen des Mediums (2) in den mindestens einen zweiten Teilbereich (12) des Gehäuses (10), - einen zweiten Auslass (34) zum Ausströmen des Mediums (2) aus dem mindestens einen zweiten Teilbereich (12) des Gehäuses (10).Thermoelastic energy conversion device claim 1 , comprising: - a first inlet (31) for the medium (2) to flow into the at least one first partial area (11) of the housing (10), - a first outlet (32) for the medium (2) to flow out of the at least one first partial area (11) of the housing (10), - a second inlet (33) for the medium (2) to flow into the at least one second partial area (12) of the housing (10), - a second outlet (34) for the outflow of the Medium (2) from the at least one second partial area (12) of the housing (10). Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste und zweite Einlass (31, 33) und der erste und zweite Auslass (32, 34) derart an dem Gehäuse (10) angeordnet sind, dass das Medium (2) zumindest teilweise entgegen einer Drehrichtung (R) des mindestens einen thermoelastischen Elements (20) in dem mindestens einen ersten und zweiten Teilbereich (11, 12) des Gehäuses (10) strömt.Thermoelastic energy conversion device claim 2 , wherein the first and second inlet (31, 33) and the first and second outlet (32, 34) are arranged on the housing (10) in such a way that the medium (2) flows at least partially counter to a direction of rotation (R) of the at least one thermoelastic element (20) in the at least one first and second portion (11, 12) of the housing (10) flows. Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: - mindestens ein erstes Halteelement (41) und mindestens ein zweites Haltelement (42), zwischen denen das mindestens eine thermoelastische Element (20) in seiner Längsrichtung angeordnet ist, - wobei das mindestens eine erste Halteelement (41) in dem Gehäuse (20) entlang einer ersten geschlossenen Bahn (51), die in der Ebene (E, E1) innerhalb des Gehäuses (20) liegt, beweglich angeordnet ist, - wobei das mindestens eine zweite Halteelement (42) in dem Gehäuse (10) entlang einer zweiten geschlossenen Bahn (52), die in der Ebene (E, E1) innerhalb des Gehäuses (10) liegt, beweglich angeordnet ist, - wobei die zweite geschlossene Bahn (52) die erste geschlossene Bahn (51) umgibt.Thermoelastic energy conversion device according to one of Claims 1 until 3 , comprising: - at least one first holding element (41) and at least one second holding element (42), between which the at least one thermoelastic element (20) is arranged in its longitudinal direction, - wherein the at least one first holding element (41) in the housing ( 20) along a first closed path (51), which is in the plane (E, E1) within the housing (20), - wherein the at least one second holding element (42) in the housing (10) along a second closed track (52) lying in the plane (E, E1) inside the housing (10), - the second closed track (52) surrounding the first closed track (51). Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das mindestens eine erste und zweite Halteelement (41, 42) derart angeordnet sind, dass die Längsrichtung des mindestens einen thermoelastischen Elements (20) innerhalb der Ebene (E, E1) radial zu der Drehachse (D) verläuft.Thermoelastic energy conversion device claim 4 , wherein the at least one first and second holding element (41, 42) are arranged such that the longitudinal direction of the at least one thermoelastic element (20) within the plane (E, E1) runs radially to the axis of rotation (D). Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine der ersten und zweiten geschlossenen Bahn (51, 52) als eine kreisförmige Bahn um die Drehachse (D) ausgebildet ist und eine andere der ersten und zweiten geschlossenen Bahn (51, 52) als eine nicht-kreisförmige Bahn um die Drehachse (D) ausgebildet ist.Thermoelastic energy conversion device claim 4 or 5 wherein one of the first and second closed tracks (51, 52) is formed as a circular track about the axis of rotation (D) and another of the first and second closed tracks (51, 52) is formed as a non-circular track about the axis of rotation ( D) is formed. Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, umfassend: - mindestens ein Profilelement (60) mit einer Führungsspur zum Führen des mindestens einen ersten Haltelements (41) entlang der ersten geschlossenen Bahn (51) oder zum Führen des mindestens einen zweiten Halteelements (42) entlang der zweiten geschlossenen Bahn (52), - wobei die Führungsspur (61) derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine thermoelastische Element (20) in Abhängigkeit von der Position des ersten oder zweiten Haltelements (41, 42) auf der Führungsspur eine Längenänderung erfährt.Thermoelastic energy conversion device according to one of Claims 4 until 6 , comprising: - at least one profile element (60) with a Füh guide track for guiding the at least one first holding element (41) along the first closed path (51) or for guiding the at least one second holding element (42) along the second closed path (52), - the guide track (61) being designed in such a way that the at least one thermoelastic element (20) undergoes a change in length depending on the position of the first or second holding element (41, 42) on the guide track. Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das mindestens eine Profilelement (60) als ein Nocken oder eine Anordnung aus mehreren verstellbaren Nocken ausgebildet ist.Thermoelastic energy conversion device claim 7 , wherein the at least one profile element (60) is designed as a cam or an arrangement of a plurality of adjustable cams. Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, - wobei die erste und die zweite geschlossene Bahn (51, 52) jeweils als eine kreisförmige Bahn um die Drehachse (D) ausgebildet sind, - wobei das mindestens eine thermoelastische Element (20) über eine Schlepphebelkupplung (70) oder eine lineare Führung (80) mit dem mindestens einen zweiten Haltelement (42) gekoppelt ist, - wobei die Schlepphebelkupplung (70) oder die lineare Führung (80) ein Lager (71, 81), das entlang einer nicht-kreisförmigen Bahn (53) geführt wird, aufweist.Thermoelastic energy conversion device according to one of Claims 4 until 8th , - wherein the first and the second closed path (51, 52) are each formed as a circular path around the axis of rotation (D), - wherein the at least one thermoelastic element (20) via a rocker arm coupling (70) or a linear guide ( 80) is coupled to the at least one second holding element (42), - wherein the rocker arm coupling (70) or the linear guide (80) has a bearing (71, 81) which is guided along a non-circular path (53). . Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das mindestens eine thermoelastische Element (20) als ein Draht mit einem Formgedächtnis ausgebildet ist.Thermoelastic energy conversion device according to one of Claims 1 until 9 , wherein the at least one thermoelastic element (20) is designed as a wire with a shape memory. Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, umfassend: - mindestens ein zweites thermoelastisches Element (21) aus einem thermoelastischen Material, - wobei das Gehäuse (10) röhrenförmig ausgebildet ist und die Drehachse (D) in einer Längsrichtung des Gehäuses (10) ausgerichtet ist, - wobei das mindestens eine zweite thermoelastische Element (21) in einer zweiten Ebene (E2), die parallel und in einem Abstand zu der Ebene (E1) innerhalb des Gehäuses (20) liegt, angeordnet und auf einer zweiten Kreisbahn (K2) innerhalb der zweiten Ebene (E2) um die Drehachse (D) bewegbar ist.Thermoelastic energy conversion device according to one of claims 2 until 10 , comprising: - at least one second thermoelastic element (21) made of a thermoelastic material, - wherein the housing (10) is tubular and the axis of rotation (D) is aligned in a longitudinal direction of the housing (10), - wherein the at least one second thermoelastic element (21) in a second plane (E2) parallel to and at a distance from the plane (E1) inside the housing (20) and arranged on a second circular path (K2) inside the second plane (E2). the axis of rotation (D) is movable. Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste und zweite Einlass (31, 33) und der erste und zweite Auslass (32, 34) derart an dem Gehäuse (10) angeordnet sind, dass das Medium (2) bei einem Durchströmen des Gehäuses (10) parallel zu der Drehachse (D) an dem mindestens einen thermoelastischen Element (20) und dem mindestens einen zweiten thermoelastischen Element (21) vorbeiströmt.Thermoelastic energy conversion device claim 11 , wherein the first and second inlet (31, 33) and the first and second outlet (32, 34) are arranged on the housing (10) in such a way that the medium (2) flows parallel to the Axis of rotation (D) flows past the at least one thermoelastic element (20) and the at least one second thermoelastic element (21). Thermoelastische Energiewandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei der erste und zweite Einlass (31, 33) und der erste und zweite Auslass (32, 34) derart an dem Gehäuse (20) angeordnet sind, dass das Medium (2) bei einem Durchströmen des Gehäuses (10) tangential zu der Ebene (E) an dem mindestens einen thermoelastischen Element (20) vorbeiströmt.Thermoelastic energy conversion device according to one of claims 2 until 10 , wherein the first and second inlet (31, 33) and the first and second outlet (32, 34) are arranged on the housing (20) in such a way that the medium (2) flows tangentially to the housing (10) when it flows through Level (E) flows past the at least one thermoelastic element (20).
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