WO2007110066A2 - Vorrichtung zum kühlen von luft unter nutzung des magnetokalorischen effekts - Google Patents

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WO2007110066A2 PCT/DE2007/000574 DE2007000574W WO2007110066A2 WO 2007110066 A2 WO2007110066 A2 WO 2007110066A2 DE 2007000574 W DE2007000574 W DE 2007000574W WO 2007110066 A2 WO2007110066 A2 WO 2007110066A2
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Noureddine Khelifa
Wolfgang Krämer
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling air using the magnetocaloric effect.
  • MCE magnetocaloric effect
  • the invention has for its object to provide a useful concept for cooling air using the magnetocaloric effect.
  • the invention relates to a device for cooling air, with a first region in which a magnetic field is present, a second region in which no magnetic field is present or a magnetic field which is significantly weaker in the first spatial region, magnetocaloric material which is annular a shaft defining an axis of rotation is arranged partially in the first area and partly in the second area and can be moved by rotation about the axis of rotation between the areas, a first means for introducing air into the first area, a second means for introducing air into the second region and wherein the air introduced into the areas flows through this with respect to the axis of rotation radial flow component.
  • This provides a device that can be realized with comparatively simple means and that has advantageous properties with regard to the cooling of air.
  • the 10 can therefore be arranged in the vicinity of the center of the system, for example in the region of a uniform opening through a wall of the space to be cooled. Since the air to be used is cooled directly by the system, that means no further heat transfer medium is interposed.
  • the system has a particularly simple structure.
  • the magnetocaloric material has a porous structure through which the introduced air can flow.
  • the porosity can be provided, for example, by mechanical processing of a solid solid, for example by the introduction of bores, or by the provision of a metal foam.
  • magnetocaloric materials with different Curie temperatures are arranged at different radial coordinates. Flows through to be cooled air from a radially outer position initially a first material unit, so this air is in cooled the material unit. As a result, the air already has a lower starting temperature when flowing through a material unit located radially further inside, so that the material located radially further inside should have a lower Curie temperature. Thus, it is possible to work several times in succession in the vicinity of the Curie temperature in a stepwise process, whereby particularly large temperature differences can be achieved.
  • the invention is further developed in a particularly advantageous manner in that a water supply is provided, via which the magnetocaloric material water for the purpose of evaporation can be fed.
  • the magnetocaloric cooling is thus realized in conjunction with evaporative cooling.
  • the two effects can support each other in a useful way. This support can be seen, on the one hand, in the addition of the cooling capacities of the two adjacent physical processes.
  • On the other hand can take place by the evaporative cooling precooling with respect to the magnetocaloric effect, so that a material having, for example, a Curie temperature of 20 0 C even at an external temperature of 30 0 C can still be used efficiently, namely by the evaporative cooling Cooling of the material takes place at or near the Curie temperature.
  • the means for supplying air in the region of a roof of a cab of a commercial vehicle are arranged and the magnetocaloric material is arranged on the roof of the cabin.
  • the plant thus offers the possibility of on-roof installation, as known from evaporative cooling equipment of the prior art.
  • the means for supplying air that is in particular simple blowers, are located in the roof the cabin, and by controls in the cabin, for example, in the area of the roof, the fans can be controlled.
  • controls may be provided to adjust the rotational speed of the magnetic material as the axis of rotation and to actuate flaps by means of which various operating conditions can be realized, in particular a fresh air operation or a recirculation mode.
  • Figure 1 is a side sectional view of a device according to the invention along a plane parallel to the axis of rotation;
  • FIG. 2 shows a sectional view of the device according to the invention according to FIG. 1 along a plane perpendicular to the axis of rotation
  • FIG. 3 a side sectional view of a device according to the invention along a plane parallel to the axis of rotation;
  • FIG. 5 shows a sectional view of the device according to the invention according to FIG. 4 along a plane perpendicular to the axis of rotation
  • Figure 6 is a side sectional view of a device according to the invention along a plane parallel to the axis of rotation.
  • FIG. 1 shows a side sectional view of a device according to the invention along a plane parallel to the axis of rotation.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the device according to the invention according to FIG. 1 along a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • a shaft 16 which defines an axis of rotation.
  • the shaft 16 is rotated by a gear 24 and a motor 26 in rotation.
  • a rotation of magnetocaloric material 14 With the rotation of the shaft 16, a rotation of magnetocaloric material 14, which is arranged annularly around the shaft 16 takes place.
  • the magnetocaloric material 14 is carried by at least one disk 28 fixedly connected to the shaft 16.
  • This disc 28 may be supported by a conical support 30, which is either fixedly connected to the shaft 16 or stationary, so that the disc 28 slides on the cone base.
  • a further disc 32 is arranged, which is formed permeable to air in its radially inner region.
  • a permanent magnet device 34 is provided, while on the right side a non-magnetic device 36 is arranged.
  • blowers 18, 20 are provided, which transport air through the device in such a way that it flows through the magnetocaloric material 14 with a radial flow component.
  • the fans 18, 20 are in Breakthroughs of a lower end plate 38 is arranged. This lower termination can also be provided directly through the roof of a vehicle cabin.
  • an upper end plate 40 is provided on the opposite side.
  • the device is closed at a radially outer coordinate over the entire circumference or at least over parts of the circumference by an air-permeable material 42, wherein this material 42 may have filter properties. It is also possible that the material in the region of the permanent-magnetic device 34 forms part of it, so that there is an arrangement in the manner of a U-magnet.
  • the device works as follows. By rotation of the Wee Ie 16 are permanently sections of the magnetocaloric
  • the conical holder 30 serves to guide incoming and outgoing air. Since the chamber 46 to be cooled is removed during stable operation of the device. If the air is generally cooler than the magnetocaloric material 14 heated in the magnetic field, the temperature of the magnetocaloric material 14 can be lowered by means of the air taken from the space 46, which causes cooling of the magnetocaloric material as it leaves the magnetocaloric material Magnetic field allows for lower temperatures than would be possible without the precooling by the extracted air.
  • the areas 10, 12 can be separated by a wall. However, it is also conceivable that the formation of stable flows is sufficient to ensure the functionality of the device. Furthermore, it is possible to provide more than the two regions 10, 12, in which case regions with a magnetic field and regions without a magnetic field follow one another alternately in the circumferential direction. Appropriate air ducts are then provided.
  • FIG. 3 shows a lateral sectional view of a device according to the invention along a plane parallel to the axis of rotation.
  • flaps 48, 50 are provided. With solid lines, a current position of the flaps 48, 50 is shown, broken lines show the other positions of the flaps 48, 50.
  • FIG. 4 shows a side sectional view of a device according to the invention along a plane parallel to the axis of rotation.
  • FIG. 5 shows a sectional view of the device according to the invention according to FIG. 4 along a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the embodiment shown here is based on the embodiments according to FIGS. 1 to 3.
  • a water supply 22 is provided, which supplies water extracted from a water tank 52 to the magnetocaloric material 14. By evaporating the water and the resulting cold, the magnetocaloric material 14 can be pre-cooled. Unevaporated water can escape through a plurality of openings in the area of the plate 32 and be collected in a reservoir 54, such an opening 56 being shown in the second area 12. The collected water can be drained.
  • FIG. 6 shows a side sectional view of a device according to the invention along a plane parallel to the axis of rotation.
  • This embodiment is based on the embodiments according to Figures 1 to 3, wherein in addition to the first ring 14 of magnetocaloric material, a radially inner second ring 14 'is provided.
  • This second ring 14 ' is preferably made of magnetocaloric material which has a lower Curie temperature than the magnetocaloric material of the ring 14.
  • the current flowing through the outer ring 14 cooled air can be brought close to the Curie temperature of the ring 14 ', so that there is a stepwise process, which is always carried out in the vicinity of the Curie temperatures.
  • three or more rings located at different radial coordinates may be provided.
  • the embodiment according to FIG. 6 can also be combined with the evaporative cooling, as described in connection with FIG. 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Luft, mit einem ersten Bereich (10), in dem ein Magnetfeld vorliegt, einem zweiten Bereich (12), in dem kein oder ein gegenüber dem Magnetfeld in dem ersten räumlichen Bereich wesentlich schwächeres Magnetfeld vorliegt, magnetokalorischem Material (14), das ringförmig um eine eine Drehachse definierende Welle (16) teilweise in dem ersten Bereich und teilweise in dem zweiten Bereich angeordnet und durch Rotation um die Drehachse zwischen den Bereichen überführbar ist, einer ersten Einrichtung (18) zum Einleiten von Luft in den ersten Bereich und einer zweiten Einrichtung (20) zum Einleiten von Luft in den zweiten Bereich, wobei die in die Bereiche eingeleitete Luft diese mit bezüglich der Drehachse radialer Strömungskomponente durchströmt.

Description

Vorrichtung zum Kühlen von Luft unter Nutzung des magnetokalorischen Effekts
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Luft unter Nutzung des magnetokalorisehen Effekts.
Der magnetokalorische Effekt (MCE) ist seit langem bekannt. Wird magnetisches Material in ein Magnetfeld eingeführt, so beobachtet man eine Erwärmung des Materials, beim Entnehmen des magnetischen Materials aus dem Magnetfeld erfolgt eine Abkühlung. Der Effekt lässt sich anhand thermodynamischer Grundprinzipien erklären, nämlich auf der Grundlage der Entropieabnähme beim Anlegen eines magnetischen Feldes und der Entropiezunahme, wenn das magnetische Feld abgebaut wird.
Dieses grundlegende Phänomen wird mit der Entwicklung neuer Materialien sowie neuer Systeme zunehmend auch für die Pra- xis interessant. Benötigt werden Materialien mit hohen Ent- ropieänderungen und vergleichsweise geringen Wärmekapazitäten. Eine weitere Grundanforderung ist, dass die Materialien den magnetokalorischen Effekt im Bereich der Raumtemperatur zeigen. Dies ist der Fall, wenn die Curie-Tempera- tur der Materialien eben im Bereich der Raumtemperatur angesiedelt ist. Es hat sich erwiesen, dass sich zu diesem Zweck seltene Erden und Legierungen der seltenen Erden, beispielsweise Gadolinium oder Gadoliniumlegierungen besonders gut eignen. Beispielsweise liegt die Curie-Temperatur von Gadolinium bei etwa 21 0C.
Die moderne Materialforschung hat also die Vorraussetzungen für eine praxisgerechte Nutzung des magnetokalorischen Effekts geschaffen - was fehlt, sind insbesondere konstruk- tive Konzepte, die den Einsatz ermöglichen, insbesondere im Hinblick auf die Bereitstellung möglichst großer Temperaturdifferenzen im Rahmen des magnetokalorischen Effekts und selbstverständlich im Hinblick auf eine ausreichende Wärmeleistung der Systeme, beispielsweise ausreichend zur Klima- tisierung eines Kraftfahrzeugs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nützliches Konzept zum Kühlen von Luft unter Nutzung des magnetokalorischen Effekts zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Luft, mit einem ersten Bereich, in dem ein Magnetfeld vorliegt, einem zweiten Bereich, in dem kein oder ein gegen- über dem Magnetfeld in dem ersten räumlichen Bereich wesentlich schwächeres Magnetfeld vorliegt, magnetokalorischem Material, das ringförmig um eine eine Drehachse definierende Welle teilweise in dem ersten Bereich und teilweise in dem zweiten Bereich angeordnet und durch Rotation um die Drehachse zwischen den Bereichen überführbar ist, einer ersten Einrichtung zum Einleiten von Luft in den ersten Bereich, einer zweiten Einrichtung zum Einleiten von Luft in den zweiten Bereich und wobei die in die Bereiche eingeleitete Luft diese mit bezüglich der Drehachse radialer Strö- mungskomponente durchströmt. Damit liegt eine Vorrichtung vor, die mit vergleichsweise einfachen Mitteln zu realisieren ist und die im Hinblick auf die Kühlung von Luft vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Insbesondere kann Frischluft von radial außen liegenden Bereichen angesaugt werden und radial innen liegend in gekühltem Zustand dem zu kühlenden Raum zugeführt werden. Es steht daher ein großes Luftreservoir für die Zuführung von Frischluft zur Verfügung, während die Entnahme der gekühlten Luft gezielt radi- 5 al innen liegend, das heißt in der Nähe des Zentrums der Anlage stattfinden kann. Gleichermaßen kann warme Luft dem zu kühlenden Raum radial innen liegend entnommen werden und dann radial nach außen gerichtet in die Umgebung abgegeben werden. Die Verbindung der Anlage zu dem zu kühlenden Raum
10 kann daher in der Nähe des Zentrums der Anlage angeordnet werden, beispielsweise im Bereich einer einheitlichen Durchbrechung durch eine Wandung des zu kühlenden Raums . Da durch die Anlage direkt die zu nutzende Luft gekühlt wird, das heißt kein weiteres Wärmeträgermediura zwischengeschal-
15 tet ist, hat die Anlage einen besonders einfachen Aufbau.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass das magnetokalorische Material eine poröse Struktur aufweist, die von der eingeleiteten Luft durchströmbar ist. Auch wenn grundsätzlich
2.0 möglich ist, dass das magnetokalorische Material lediglich von der zu kühlenden Luft umströmt wird, ist eine Durchströmung durch eine poröse Struktur im magnetokalorischen Material von besonderem Vorteil, da auf diese Weise ein besonders guter Wärmeübergang zur Verfügung gestellt werden
25 kann. Die Porosität kann beispielsweise durch mechanische Bearbeitung eines massiven Festkörpers, beispielsweise durch das Einbringen von Bohrungen, oder durch die Bereitstellung eines Metallschaums zur Verfügung gestellt werden.
30 Weiterhin kann vorgesehen sein, dass an verschiedenen radialen Koordinaten magnetokalorische Materialien mit verschiedenen Curie-Temperaturen angeordnet sind. Durchströmt zu kühlende Luft von einer radial außen liegenden Position zunächst eine erste Materialeinheit, so wird diese Luft in der Materialeinheit abgekühlt. Folglich hat die Luft beim Durchströmen einer radial weiter innen liegenden Material- einheit bereits eine niedrigere Ausgangstemperatur, so dass das radial weiter innen liegende Material eine niedrigere Curie-Temperatur aufweisen sollte. Somit kann in einem stufenweisen Prozess mehrmals hintereinander in der Nähe der Curie-Temperatur gearbeitet werden, wodurch besonders große Temperaturdifferenzen erzielbar sind.
Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass eine WasserZuführung vorgesehen ist, über die dem magnetokalorischen Material Wasser zum Zwecke der Verdampfung zuführbar ist. Die magnetokalorische Kühlung wird somit in Verbindung mit einer Verdampfungskühlung realisiert. Die beiden Effekte können sich in nützlicher Weise unterstützen. Diese Unterstützung ist zum einen in der Addition der Kühlleistungen der beiden nebeneinander ablaufenden physikalischen Prozesse zu erkennen. Andererseits kann durch die Verdampfungskühlung eine Vorkühlung im Hinblick auf den magnetokalorischen Effekt stattfinden, so dass ein Material, das beispielsweise eine Curie-Temperatur von 20 0C aufweist auch bei einer Außentemperatur von 30 0C noch effizient eingesetzt werden kann, indem nämlich durch die Verdampfungskühlung eine Abkühlung des Materials auf oder in die Nähe der Curie-Temperatur stattfindet.
Besonders nützlich ist es, dass die Einrichtungen zum Zuführen von Luft im Bereich eines Daches einer Kabine eines Nutzfahrzeugs angeordnet sind und das magnetokalorische Ma- terial auf dem Dach der Kabine angeordnet ist. Die Anlage bietet somit die Möglichkeit einer Aufdachmontage, wie es von Verdampfungskühleinrichtungen des Standes der Technik bekannt ist. Die Einrichtungen zum Zuführen von Luft, dass heißt insbesondere einfache Gebläse, befinden sich im Dach der Kabine, und durch Bedienelemente in der Kabine, beispielsweise auch im Bereich des Daches, können die Gebläse gesteuert werden. Gleichermaßen können Bedienelemente vorgesehen sein, um die Drehzahl des magnetkalorischen Materi- als um die Drehachse einzustellen und um Klappen zu betätigen, mittels derer verschiedene Betriebszustände realisiert werden können, insbesondere ein Frischluftbetrieb oder ein Umluftbetrieb .
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert .
Es zeigen:
Figur 1 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang einer Ebene parallel zur Drehachse;
Figur 2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse,-
Figur 3 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsge- mäßen Vorrichtung entlang einer Ebene parallel zur Drehachse;
Figur 4 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang einer Ebene parallel zur Drehachse;
Figur 5 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 4 entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse ; und Figur 6 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang einer Ebene parallel zur Drehachse .
Figur 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang einer Ebene parallel zur Drehachse. Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse. Es ist eine Welle 16 vorgesehen, die eine Drehachse definiert. Die Welle 16 wird über ein Getriebe 24 und einen Motor 26 in Rotation versetzt. Mit der Rotation der Welle 16 erfolgt eine Rotation von magnetokalorischem Material 14, das ringförmig um die Welle 16 angeordnet ist. Das magnetokalorische Material 14 wird von zumindest einer fest mit der Welle 16 verbundenen Scheibe 28 getragen. Diese Scheibe 28 kann durch eine kegelförmige Halterung 30 unterstützt werden, die entweder auch fest mit der Welle 16 verbunden oder aber ortsfest ist, so dass die Scheibe 28 auf der Kegelbasis gleitet. Auf der der Scheibe 28 abgewandten Seite des magnetokalorischen Materials 14 ist eine weitere Scheibe 32 angeordnet, die in ihrem radial innen liegenden Bereich luftdurchlässig ausgebildet ist. Auf der in den Darstellungen gemäß Figur 1 und 2 linken Seite der Vorrichtung ist eine Permanentmagnetisehe Einrichtung 34 vorgesehen, während auf der rechten Seite eine nichtmagnetische Einrichtung 36 angeordnet ist. Durch diese Einrichtungen wird ein erster Bereich 10 definiert, in dem ein Magnetfeld vorliegt, sowie ein zweiter Bereich 12, in dem kein oder ein wesentlich geringeres Magnetfeld existiert. Es sind weiterhin Gebläse 18, 20 vorgesehen, die Luft in der Weise durch die Vorrichtung transportieren, dass sie mit radialer Strömungskomponente das magnetokalorische Material 14 durchströmt. Die Gebläse 18, 20 sind in Durchbrüchen einer unteren Abschlussplatte 38 angeordnet. Dieser untere Abschluss kann auch unmittelbar durch das Dach einer Fahrzeugkabine zur Verfügung gestellt werden. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine obere Abschluss- platte 40 vorgesehen. Die Vorrichtung ist an einer radial außen liegenden Koordinate über den gesamten Umfang oder zumindest über Teile des Umfangs durch ein luftdurchlässiges Material 42 abgeschlossen, wobei dieses Material 42 Filtereigenschaften aufweisen kann. Ebenfalls ist es mδg- lieh, dass das Material im Bereich der permanentmagneti- schen Einrichtung 34 einen Teil derselben bildet, so dass eine Anordnung nach Art eines U-Magneten vorliegt.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Durch Rotation der WeI- Ie 16 werden permanent Abschnitte des magnetokalorischen
Materials in den Bereich 10 mit Magnetfeld eingeführt, während andere Abschnitte des magnetokalorischen Materials in Bereiche ohne Magnetfeld 12 eingeführt werden. Folglich wird das magnetokalorische Material 14 auf einer Seite, nämlich dem Bereich 10 mit Magnetfeld erwärmt, während es in dem Bereich 12 ohne Magnetfeld abgekühlt wird. Bei Betrieb der Gebläse 18, 20 kann nun Frischluft aus der Umgebung 44 angesaugt werden, den seitlichen Abschluss 42 durchströmen und dann auf dem Wege der Durchströmung des magnetokalorischen Materials 14 abgekühlt werden. Abgekühlte Frischluft kann dann über das Gebläse 20 in einen zu kühlenden Raum 46 abgegeben werden. Unter Verwendung einer entgegengesetzten Förderrichtung des Gebläses 18 kann dem Raum 46 Luft entzogen werden, die dann durch das magnetoka- lorische Material 14 im Bereich 10 mit Magnetfeld sowie den seitlichen Abschluss 42 der Vorrichtung in die Umgebung abgegeben wird. Die kegelförmige Halterung 30 dient der Führung von zu- und abströmender Luft. Da die aus dem zu kühlendem Raum 46 bei stabilem Betrieb der Vorrichtung entnom- mene Luft im Allgemeinen kühler sein wird als das im dem Magnetfeld erwärmte magnetokalorische Material 14, kann eine Temperaturabsenkung des magnetokalorischen Materials 14 mit Hilfe der aus dem Raum 46 entnommenen Luft im Sinne ei- ner Verkühlung erfolgen, was die Abkühlung des magnetokalorischen Materials bei Verlassen des Magnetfeldes auf niedrigere Temperaturen ermöglicht, als es ohne die Vorkühlung durch die entnommene Luft möglich wäre.
Die Bereiche 10, 12 können durch eine Wand voneinander getrennt werden. Es ist aber auch denkbar, dass das Ausbilden stabiler Strömungen ausreicht, um die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung sicherzustellen. Weiterhin ist es möglich, mehr als die beiden Bereiche 10, 12 vorzusehen, wobei in diesem Fall Bereiche mit Magnetfeld und Bereiche ohne Magnetfeld in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinander folgen. Entsprechende Luftführungen sind dann vorzusehen.
Figur 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung entlang einer Ebene parallel zur Drehachse. Bei dieser Ausführungsform sind zusätzlich zu der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform Klappen 48, 50 vorgesehen. Mit durchgezogenen Linien ist eine aktuelle Stellung der Klappen 48, 50 gezeigt, unterbrochene Linien zeigen die jeweils anderen Stellungen der Klappen 48, 50. Durch die aktuelle Stellung der Klappe 48 wird Frischluft angesaugt, ebenso durch die aktuelle Stellung der Klappe 50. Wird die Klappe 48 umgestellt, so erfolgt in deren Bereich ein Ansaugen von Umluft, ebenso bei Umstellen der Klappe 50. Unter verschiedenen Vorraussetzungen können alle Stellungskombinationen der Klappen 48, 50 sinnvoll sein. Beispielsweise kann bei besonders warmer Umgebungsluft 44 im Bereich der Klappe 48 ein Ansaugen von Luft aus dem Innenraum 46 zur effizienten Kühlung sinnvoll sein, das heißt ein Umluftbetrieb. Ebenso kann zwecks besserer Vorkühlung des magnetischen Materials 14 im Bereich 10 mit Magnetfeld ein Ansaugen von Frischluft sinnvoll sein, die mitunter kühler ist als die Luft in einem überhitzten In- nenraum 46. Das Ansaugen von Frischluft im Bereich der Klappe 50 bietet sich daher insbesondere im Startbetrieb der Klimaanlage bei warmem Innenraum an.
Figur 4 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung entlang einer Ebene parallel zur Drehachse. Figur 5 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 4 entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse. Der hier gezeigten Ausführungsform liegen die Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 3 zugrunde. Zusätzlich ist eine WasserZuführung 22 vorgesehen, die aus einem Wassertank 52 entnommenes Wasser dem magnetokalorischen Material 14 zuführt. Durch Verdampfen des Wassers und die hierdurch entstehende Kälte kann das magnetokalorische Material 14 vorgekühlt werden. Nicht ver- dampftes Wasser kann über mehrere Öffnungen im Bereich der Platte 32 austreten und in einem Reservoir 54 gesammelt werden, wobei eine solche Öffnung 56 im zweiten Bereich 12 gezeigt ist. Das gesammelte Wasser kann abgelassen werden.
Figur 6 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang einer Ebene parallel zur Drehachse. Auch diese Ausführungsform baut auf den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 3 auf, wobei hier zusätzlich zu dem ersten Ring 14 aus magnetokalorischem Mate- rial ein radial innen liegender zweiter Ring 14' vorgesehen ist. Dieser zweite Ring 14' besteht vorzugsweise aus magnetokalorischem Material, das eine geringere Curie-Temperatur aufweist als das magnetokalorische Material des Rings 14. Somit kann die beim Durchströmen des äußeren Rings 14 abge- kühlte Luft in die Nähe der Curie-Temperatur des Rings 14' gebracht werden, so dass ein stufenweiser Prozess vorliegt, bei dem stets in der Nähe der Curie-Temperaturen gearbeitet wird. Im Bezug auf die anderen Ausführungsformen können drei oder mehr an verschiedenen radialen Koordinaten liegende Ringe vorgesehen sein. Auch die Ausführungsform gemäß Figur 6 ist mit der Verdampfungskühlung, wie sie im Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben wurde, kombinierbar.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 erster Bereich
12 zweiter Bereich 14 magnetokalorisches Material
14 ' magnetokalorisches Material
16 Welle
18 Gebläse
20 Gebläse 22 Wasserzuführung
24 Getriebe
26 Motor
28 Scheibe
30 kegelförmige Halterung 32 Scheibe/Platte
34 permanentmagnetische Einrichtung
36 nichtmagnetische Einrichtung
38 untere Abschlussplatte
40 obere Abschlussplatte 42 seitlicher Abschluss
44 Umgebungsluft
46 Raum/Innenraum
48 Klappe
50 Klappe 52 Wassertank
54 Reservoir
56 Öffnung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Kühlen von Luft, mit
einem ersten Bereich (10) , in dem ein Magnetfeld vorliegt,
- einem zweiten Bereich (12) , in dem kein oder ein gegenüber dem Magnetfeld in dem ersten räumlichen Bereich wesentlich schwächeres Magnetfeld vorliegt,
magnetokalorischem Material (14) , das ringförmig um eine eine Drehachse definierende Welle (16) teilweise in dem ersten Bereich und teilweise in dem zweiten Bereich angeordnet und durch Rotation um die Drehachse zwischen den Bereichen überführbar ist,
- einer ersten Einrichtung (18) zum Einleiten von Luft in den ersten Bereich und
einer zweiten Einrichtung (20) zum Einleiten von Luft in den zweiten Bereich,
wobei die in die Bereiche eingeleitete Luft diese mit bezüglich der Drehachse radialer Strömungskomponente durchströmt .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetokalorische Material (14) eine poröse Struktur aufweist, die von der eingeleiteten Luft durchströmbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass an verschiedenen radialen Koordinaten magnetokalorische Materialien (14, 14') mit verschiedenen Curie- Temperaturen angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserzuführung (22) vorgesehen ist, über die dem magnetokalorischen Material Was- ser zum Zwecke der Verdampfung zuführbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (18, 20) zum Zuführen von Luft im Bereich eines Daches einer Kabine ei- nes Nutzfahrzeugs angeordnet sind und das magnetokalorische Material (14) auf dem Dach der Kabine angeordnet ist.
PCT/DE2007/000574 2006-03-29 2007-03-29 Vorrichtung zum kühlen von luft unter nutzung des magnetokalorischen effekts WO2007110066A2 (de)

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DE102006014596.8 2006-03-29

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