WO2017016691A1

WO2017016691A1 - Method and device for climatically controlling, in particular cooling, a medium by means of electrocaloric or magnetocaloric material

Info

Publication number: WO2017016691A1
Application number: PCT/EP2016/059962
Authority: WO
Inventors: Kilian BARTHOLOMÈ; Jan KÖNIG
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-02-02
Also published as: DE102015112407A1

Abstract

The invention relates to a method and a device for climatically controlling, in particular cooling, a medium by means of electrocaloric or magnetocaloric material, in which at least one electrocaloric or magnetocaloric material element is alternately exposed to the influence of an electrical and/or magnetic field on a warm side, and at the same time heat occurring as a result of heating up of the electrocaloric or magnetocaloric material element is removed, and this or a further electrocaloric or magnetocaloric material element is kept free from the influence of an electrical and/or magnetic field on a cold side, and at the same time heat from the medium to be climatically controlled is absorbed, wherein a plurality of electrocaloric or magnetocaloric material elements that are thermally insulated from one another are exposed to the influence of an electrical and/or magnetic field on the warm side, while a plurality of electrocaloric or magnetocaloric material elements that are thermally insulated from one another are kept free from the influence of an electrical and/or magnetic field on the cold side.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials Method and device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials, wie sie z. B. für Klimatisierungseinrichtungen, z. B. Fahrzeugs-Klimatisierungseinrichtungen, verwendbar sind. The invention relates to a method and a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro-or magnetocaloric material, as z. B. for air conditioning facilities, eg. As vehicle air conditioning devices, are used.

Konventionelle Kühl- oder Klimatisierungssysteme, z. B. in Kraftfahrzeugen, arbeiten mit Kältemitteln, die kompressorbetrieben in entsprechenden Kältemittelkreisläufen zirkulieren, und phasengewandelt werden, wobei der Wirkungsgrad derartiger Kompressoranlagen im Allgemeinen 50 % nicht übersteigt und die entsprechenden Kältemittel in der Regel aufgrund ihrer Gefahrgeneigtheit für Umwelt und Handhabung Sonderbestimmungen unterliegen. Conventional cooling or air conditioning systems, eg. As in motor vehicles, working with refrigerants that circulate compressor-driven in respective refrigerant circuits, and are phase-converted, the efficiency of such compressor systems generally does not exceed 50% and the corresponding refrigerants are usually subject to special provisions due to their hazardous nature for the environment and handling.

Ein Systemwechsel kann unter Ausnutzung des elektrokalorischen oder magnetokalorischen Effektes in Verbindung mit elektro- oder magnetokalorischen Materialien erfolgen, wobei dieser Effekt darin besteht, dass elektro- oder magnetokalorisches Material bei Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes seine Temperatur ändert (erhöht), und zwar bei elektrokalorischen Materialien durch Änderungen in der Polarisation bzw. bei magnetokalorischen Materialien durch Ausrichtung der magnetischen Momente des Materials durch das Magnetfeld, wobei das Material sich auch wieder abkühlt, wenn man das elektrische oder das magnetische Feld entfernt. Durch periodische elektrische/magnetische Feldeinwirkung und gleichzeitiges Abführen der entstehenden Wärme kann mit diesen Materialien also eine Kühlwirkung erreicht werden. Durch Ankopplung an einen Wärmetauscher kann die feldbedingte Erwärmung des elektro- bzw. magnetokalorischen Materials abgeführt und das Material wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Wird nunmehr das elektrische oder magnetische Feld abgeschaltet, kommt es aufgrund der Neuausrichtung der elektrischen/magnetischen Momente in ihre Ausgangsposition zur Abkühlung des Materials, wobei durch Kopplung desselben an ein Medienreservoir dieses bzw. ein Umgebungsmedium auf eine Temperatur niedriger als die ursprüngliche Umgebungstemperatur abgekühlt werden kann. A system change can take place using the electro-caloric or magnetocaloric effect in conjunction with electro- or magnetocaloric materials, this effect being that, when an electric or magnetic field is applied, its temperature changes (increases) with electrocaloric or magnetocaloric material Materials by changes in the polarization or magnetocaloric materials by aligning the magnetic moments of the material through the magnetic field, the material also cools again when you remove the electric or the magnetic field. By periodic electric / magnetic field effect and simultaneous dissipation of the resulting heat can thus be achieved with these materials, a cooling effect. By coupling to a heat exchanger, the field-related heating of the electro- or magnetocaloric material can be removed and the material can be cooled back to ambient temperature. Now, if the electric or magnetic field is switched off, it comes due to the realignment of the electrical / magnetic moments in their starting position for cooling the material, which can be cooled by coupling the same to a media reservoir this or an ambient medium to a temperature lower than the original ambient temperature ,

Es erscheint möglich, auf diese Weise Kälte- bzw. Klimatisierungssysteme zu schaffen, bei denen die Möglichkeit besteht, im Wesentlichen ohne Stofftransport durch Verschiebung der Positionen der Einwirkung der elektrischen/magnetischen Felder auf das elektrokalorische bzw. magnetokalorische Material auszukommen bzw. durch entsprechende Konstruktionen, in denen ein Temperaturausgleich vermieden ist, auch die erreichbaren Erwärmungs-/ Abkühlungseffekte zu verstärken. Ein Problem besteht allerdings u. a. darin, dass die unmittelbar an dem elektro- bzw. magnetokalorischen Materialfeld erreichbaren Temperaturgradienten im Bereich einiger Kelvin verhältnismäßig klein sind, so dass bisher eine industrielle Anwendung des elektrokalorischen bzw. magnetokalorischen Effektes für die Auslegung von Kühl- oder Klimatisierungssystemen oder auch für die Wärmeerzeugung noch keine größere Bedeutung zugekommen ist. It seems possible to provide in this way refrigeration or air conditioning systems in which there is the possibility, essentially without material transport by shifting the positions of the action of the electric / magnetic fields on the electrocaloric or magnetocaloric material to get along or by appropriate constructions, in which a temperature compensation is avoided, also to increase the achievable heating / cooling effects. One problem, however, is that the Temperature gradients in the range of a few Kelvin, which are directly achievable at the electro- or magnetocaloric material field, are relatively small, so that hitherto an industrial application of the electrocaloric or magnetocaloric effect for the design of cooling or air-conditioning systems or even for heat generation has not gained any significance ,

Insbesondere ist daher die Ankopplung der elektro- bzw. magnetokalorischen Systeme und Materialien an Wärmeübertragungs- bzw. Stofftransportsysteme ein entscheidender Aspekt im Hinblick auf eine Nutzbarmachung des elektrokalorischen bzw. magnetokalorischen Effektes für die Auslegung neuartiger Kühl- oder Klimatisierungssysteme oder auch von Wärmeerzeugern. In particular, therefore, the coupling of the electro- or magnetocaloric systems and materials to heat transfer or mass transport systems is a crucial aspect with regard to a utilization of the electro-caloric or magnetocaloric effect for the design of novel cooling or air conditioning systems or heat generators.

Ein entsprechender Thermogenerator in modularer und mit einem getrennten Kaltfluid- und Warmfluid-Kreislauf versehener Bauweise ist aus US 8 596 077 B2 bekannt. Allerdings wird auch hier jeweils nur die unmittelbar aus der Temperaturerhöhung/Erniedrigung des magnetokalorischen Materiales resultierender Effekt für die Erwärmung des Wärmeübertragungsfluides genutzt. A corresponding thermogenerator in modular and with a separate cold fluid and hot fluid circulation design is known from US 8 596 077 B2. However, in each case only the effect resulting directly from the temperature increase / reduction of the magnetocaloric material is used for heating the heat transfer fluid.

Vergleichbare Lösungen sind auch aus US 2009/0320499 A1 , US 2010/03001 18 A1 oder US 2010/0236258 A1 bekannt. Comparable solutions are also known from US 2009/0320499 A1, US 2010/03001 18 A1 or US 2010/0236258 A1.

Eine Magnet-Kühlvorrichtung, die mit unterschiedlichen magnetokalorischen Materialien unterschiedlicher Curie-Temperatur arbeitet und von einem Wärmeübertragungsfluid überströmt wird, um die Wärme von einem Tieftemperaturende zu einem Hochtemperaturende eines magnetokalorischen Moduls zu übertragen, ist aus der DE 10 2012 1 10 415 A1 bekannt. Auch hierbei werden allerdings keine zusätzlichen Effizienzsteigerungen erreicht. A magnetic cooling device which operates with different magnetocaloric materials of different Curie temperature and is flowed over by a heat transfer fluid in order to transfer the heat from a low-temperature end to a high-temperature end of a magnetocaloric module is known from DE 10 2012 1 10 415 A1. Here too, however, no additional efficiency gains are achieved.

Ein auf dem magnetokalorischen Effekt beruhendes Kühlsystem ist auch aus der US 201 1/0162388 A1 bekannt, die ebenfalls mit magnetokalorischen Materialien unterschiedlicher Curie-Temperatur arbeitet, um in Verbindung mit der Rotation der verschiedenen Sätze unterschiedlichen magnetokalorischen Materials dieses einem äußeren angeschlossenem Magnetfeld zur Erwärmung bzw. einer Demagnetisierung zur Abkühlung zu unterwerfen, wobei durch axial die Anordnung durchziehende Fluidkanäle eine entsprechende Wärmeübertragung auf ein erwärmtes bzw. abgekühltes Fluid erfolgt. Im vorliegenden Fall wird durch Verwendung von magnetokalorischen Materialien mit möglichst unterschiedlichen Curie Temperaturen und eine darauf abgestimmte Flussrichtung des Fluids versucht, den Temperaturhub des Systems möglichst zu erhöhen. Dies kann auch durch entsprechende Segmentierung des magnetokalorischen Materials noch unterstützt werden. A cooling system based on the magnetocaloric effect is also known from US 201 1/0162388 A1, which also uses magnetocaloric materials of different Curie temperature, in conjunction with the rotation of the different sets of different magnetocaloric material of this an externally connected magnetic field for heating or To subject a demagnetization for cooling, whereby a corresponding heat transfer to a heated or cooled fluid takes place by axially passing through the arrangement fluid channels. In the present case, by using magnetocaloric materials with as different Curie temperatures and a matched flow direction of the fluid is trying to increase the temperature increase of the system as possible. This can too be supported by appropriate segmentation of the magnetocaloric material.

Da hierbei das Wärmeübertragungsfluid den kompletten Temperaturbereich von der Kaltseite bis zur Warmseite und die zugehörigen Wärmetauscher durchströmt (vgl. z. B, die Figuren 3 bis 5 der US 201 1/016381 1 ) muss das gesamte, die Magnetfeldblöcke durchströmende Wärmeübertragungsfluid aufgewärmt bzw. abgekühlt werden, so dass dessen thermische Masse sowie die Wärmeübertragung von dem magnetokalorischen Material auf das Übertragungsfluid die maximale Fluid-Flussgeschwindigkeit bestimmt. Durch möglichste Erhöhung der Wärmeübergangs-Kontaktflächen (ein Beispiel ist in Figur 6 der US 201 1/016388 A1 gezeigt) zwischen Fluid und magnetokalorischem Material sowie der Fließgeschwindigkeit des Fluides wird versucht, eine möglichst maximale Wärmeübertragung bei gleichzeitig möglichst großem Temperaturhub zu erreichen. Insgesamt bestimmt allerdings bei jedem System die Wärmeübertragung magnetokalorisches Material-Wärmeübertragungsfluid die maximale Frequenz der Magnetisierung bzw. die Demagnetisierung des magnetokalorischen Materiales damit auch den maximal erreichbaren Wärmetransport. Darüber hinaus sind weitere Einrichtungen wie Steuerventile, Pumpen etc. bei Verwendung von Fluiden als Wärmeübertragungsmedien erforderlich. In this case, since the heat transfer fluid flows through the entire temperature range from the cold side to the hot side and the associated heat exchangers (cf., for example, FIGS. 3 to 5 of US 201 1/016381 1), the entire heat transfer fluid flowing through the magnetic field blocks must be warmed up or cooled so that its thermal mass and heat transfer from the magnetocaloric material to the transfer fluid determines the maximum fluid flow rate. By the greatest possible increase in the heat transfer contact surfaces (an example is shown in Figure 6 of US 201 1/016388 A1) between fluid and magnetocaloric material and the flow rate of the fluid is trying to achieve maximum heat transfer at the same time as possible temperature elevation. Overall, however, determined in any system, the heat transfer magnetocaloric material-heat transfer fluid, the maximum frequency of magnetization or demagnetization of the magnetocaloric material so that the maximum achievable heat transfer. In addition, other facilities such as control valves, pumps, etc. are required when using fluids as heat transfer media.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektrokalorischem oder magnetokalorischem Material anzugeben, die sich durch einen erhöhten Wirkungsgrad und damit durch eine bessere, industrielle Nutzungen ermöglichende Anwendung des elektrokalorischen oder magnetokalorischen Effektes bei unkomplizierten Aufbau auszeichnen. The invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electrocaloric or magnetocaloric material, which by increased efficiency and thus by a better, industrial uses enabling application of the electrocaloric or magnetocaloric effect Distinguish uncomplicated structure.

Es soll ferner eine Wärmekraftmaschine unter Nutzung elektro- oder magnetokalorischen Materials angegeben werden. It should also be given a heat engine using electro-or magnetocaloric material.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Einrichtung nach Anspruch 9, hinsichtlich einer Wärmekraftmaschine nach Anspruch 25 gelöst. These objects are achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 9, with respect to a heat engine according to claim 25.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the subject invention are the subject of the dependent claims.

Ein Lösungsgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gerichteten Wärmetransport zwischen zwei elektro- oder magnetokalorischen Materialien einzurichten, von denen das eine sich im Einflussbereich eines (je nach Art des verwendeten Materials) elektrischen und/oder magnetischen Feldes befindet, während das andere elektrokalorische oder magnetokalorische Material sich außerhalb eines solchen Feldeinflusses befindet, wobei das jeweilige elektrokalorische oder magnetokalorische Material in Abhängigkeit von der Feldbeeinflussung mit verschiedenen Wärmereservoirs (Wärmesenke im Feldbereich, zu kühlender Bereich im Nicht-Feldbereich) in Verbindung gebracht ist. Befindet sich das elektrokalorische oder magnetokalorische Material unter Feldeinfluss, steht es thermischem Kontakt mit der Heißseite (Wärmesenke), ist es außerhalb des Feldes, steht es in thermischem Kontakt mit der Kaltseite (zu kühlender Bereich/Medium/Gegenstand). Das Verfahren wird jedoch mit einer Mehrzahl von elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelementen auf der Heiß- und auf der Kaltseite, die auf jeder Seite untereinander thermisch isoliert sind, ausgeführt. A solution of the present invention is to establish a directional heat transfer between two electro- or magnetocaloric materials, one of which is within the influence of a (depending on the type of material used) electrical and / or magnetic field is, while the other electrocaloric or magnetocaloric material is outside of such a field influence, the respective electrocaloric or magnetocaloric material depending on the field influence with different heat reservoirs (heat sink in the field area, area to be cooled in the non-field area) is associated. If the electrocaloric or magnetocaloric material is under field influence, it is in thermal contact with the hot side (heat sink), if it is outside the field it is in thermal contact with the cold side (area / medium / object to be cooled). However, the method is practiced with a plurality of hot and cold side electrocaloric or magnetocaloric material elements thermally insulated on each side.

Die alternierende Feldbeeinflussung bzw. Nicht-Feldbeeinflussung der elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialien und der entsprechende wechselnde thermische Kontakt der Materialien mit der Heißseite (Wärmesenke) oder Kaltseite (zu kühlender Bereich) lässt sich vorteilhaft durch ein rotierendes System, d. h. eine rotierende Anordnung dieser Materialien (alternativ durch ein rotierendes Feldsystem) ausbilden. Gleichzeitig lässt sich dadurch ein möglichst hoher Temperaturhub durch ein sequentielles „kaskadiertes" Anordnen mehrerer solcher aus magnetokalorischem oder elektrokalorischem Material und zugehörigem Wärmeübertrager auf der Heiß- bzw. Kaltseite bestehender „Segmente" realisieren. The alternating field influence or non-field influence of the electrocaloric or magnetocaloric materials and the corresponding alternating thermal contact of the materials with the hot side (heat sink) or cold side (area to be cooled) can advantageously be achieved by a rotating system, i. H. form a rotating arrangement of these materials (alternatively by a rotating field system). At the same time, the highest possible temperature stroke can be achieved by sequentially "cascading" several such magnetocaloric or electrocaloric material and associated heat exchanger on the hot or cold side of existing "segments".

Es ist insbesondere bevorzugt, dass zwischen einem magnetokalorischen Materialelement und einem zugeordneten Wärmeübertrager (oder Wärmeleiter) ein guter wärmeleitfähiger bzw. wärmeübertragender Kontakt besteht, so dass insbesondere dieser Wärmeübertrager oder Wärmeleiter verlustarm für die Übertragung der Wärmemenge Q des ersten elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelementes, das sich im elektrischen und/oder magnetischen Feld befindet (n-tes Segment), auf das außerhalb des Feldeinflusses des elektrischen und/oder magnetischen Feldes liegende, weitere elektrokalorische oder magnetokalorische Materialelement (η+1-tes Segment) dient. It is particularly preferred that between a magnetocaloric material element and an associated heat exchanger (or heat conductor) is a good heat-conducting or heat-transferring contact, so that in particular this heat exchanger or heat conductor low loss for the transmission of the amount of heat Q of the first electrocaloric or magnetocaloric material element, the is located in the electric and / or magnetic field (n-th segment), on the outside of the field influence of the electric and / or magnetic field lying, further electrocaloric or magnetocaloric material element (η + 1-th segment) is used.

Bezogen auf ein einzelnes Segment, gebildet aus einem elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement auf der Kaltseite (außerhalb einer Feldbeeinflussung) in thermischer Verbindung zu dem zu kühlenden Bereich und einem magneto- oder elektrokalorischen Materialelement (unter Feldeinfluss) auf der Heißseite in thermischem Kontakt mit einer Wärmesenke, wird das oder werden die elektrokalorische oder magnetokalorischen Materialelemente vorzugsweise durch deren Bewegungsanordnung, insbesondere rotierende Anordnung um eine Drehachse, abwechselnd in ein elektrisches und/oder magnetisches Feld hineingeführt oder aus diesem wieder herausgeführt. Auf diese Weise wird die sich aus der Temperaturdifferenz zwischen dem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement und dem zu kühlenden Bereich ergebenden Wärmemenge auf die Heißseite durch die Rotation des betreffenden elektro- oder magnetokalorischen Materialelementes in das elektrische und/oder magnetische Feld übertragen, das Materialelement unter Feldeinfluss erwärmt und die Wärmemenge an die Wärmesenke abgegeben. Vorzugsweise erfolgt die thermische Kopplung der elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente mit dem zu kühlenden Bereich auf der Kaltseite bzw. mit der Wärmesenke auf der Warmseite über Wärmeübertrager, die stationär angeordnet mit den bewegten Materialelementen in möglichst guten, hochwärmeleitfähigen Kontakt gebracht werden, um thermische Übertragungsverluste zu vermeiden. Relative to a single segment formed of an electrocaloric or magnetocaloric material element on the cold side (out of field interference) in thermal communication with the region to be cooled and a magneto or electrocaloric material element (under field influence) on the hot side in thermal contact with a heat sink, is the or the electrocaloric or magnetocaloric material elements preferably by their movement arrangement, in particular rotating arrangement about an axis of rotation, alternately led into an electric and / or magnetic field or led out of this again. In this way, the resulting from the temperature difference between the electro- or magnetocaloric material element and the area to be cooled resulting heat on the hot side by the rotation of the respective electro- or magnetocaloric material element in the electric and / or magnetic field, the material element under field influence heated and the amount of heat delivered to the heat sink. Preferably, the thermal coupling of the electro- or magnetocaloric material elements takes place with the area to be cooled on the cold side or with the heat sink on the hot side via heat exchangers, which are stationary placed with the moving material elements in the best possible, highly heat-conductive contact to thermal transmission losses avoid.

Eine Steigerung des Temperaturhubes, d. h. des thermischen Effektes der Anordnung lässt sich dabei durch eine Kaskadierung, d. h. Mehrfachanordnung solcher elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelemente, vorzugsweise nebst zugehöriger Wärmeübertrager, sowohl auf der Heißseite als auch auf der Kaltseite erreichen, wobei jeweils das Materialelement (insbesondere über dem diesem zugeordneten Wärmeübertager) mit dem Materialelement des nächstfolgenden Segments auf der Kaltseite, insbesondere über den diesem zugeordneten Wärmeübertrager in hochwärmeleitender Verbindung ist. An increase in the temperature stroke, d. H. the thermal effect of the arrangement can be characterized by a cascading, d. H. Multiple arrangement of such electro-caloric or magnetocaloric material elements, preferably together with associated heat exchangers, both on the hot side and on the cold side, wherein in each case the material element (in particular on the heat exchanger associated therewith) with the material element of the next segment on the cold side, in particular on this associated Heat exchanger in high heat conducting connection.

Auf diese Weise bildet z. B. in Verbindung mit einer Rotoranordnung, eine Mehrzahl von Segmenten mit je einem ersten magnetokalorischen oder elektrokalorischen Materialelementen (unter Feldeinfluss) und einem zweiten elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement (außerhalb des Feldes) eine Reihenschaltung von Segmenten, die den Temperaturhub einer Einzelanordnung aus zwei elektro- oder magnetokalorischen Materialien durch eine Reihenschaltung von Heiß- und Kaltseite zweier in Richtung Wärmesenke folgender Segmente entsprechend vergrößert (jedes Segment transportiert die im Wesentlichen gleiche Wärmemenge) und es gestattet, ein Klimatisierungssystem auszubilden mit einer Wärmesenke an einem Ende der Anordnung (Warmseite) und eine im zu kühlenden Medium (Kältesenke) am anderen Ende der Anordnung (Kaltseite). In this way, z. B. in connection with a rotor assembly, a plurality of segments, each having a first magnetocaloric or electrocaloric material elements (under field influence) and a second electrocaloric or magnetocaloric material element (outside the field) a series connection of segments, the temperature deviation of a single arrangement of two electro- or magnetocaloric materials is increased by a series connection of hot and cold side of two subsequent heat sink segments (each segment transports the substantially same amount of heat) and allows to form an air conditioning system with a heat sink at one end of the assembly (hot side) and in the to be cooled medium (cold sink) at the other end of the arrangement (cold side).

Während des Bewegens einer ersten Gruppe beabstandeter (thermisch isolierter) elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente in das elektrische und / oder magnetische Feld wird zugleich eine zweite Gruppe beabstandeter (thermisch isolierter) zweiten elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente aus diesem Feld herausbewegt, und es wird vorzugsweise jeweils mit Hilfe stationärer Wärmeleiter- oder Wärmeübertrageranordnungen gerichtet eine im Wesentlichen zwischen zwei abfolgenden Segmenten gleich großen Wärmemengen von der Warm- auf die Kaltseite übertragen. Die Vergrößerung des Temperaturhubes auf diese Weise korrespondiert zur Anzahl der zu einer Gesamtanordnung gestapelten Segmente. During movement of a first group of spaced (thermally isolated) electro- or magnetocaloric material elements into the electrical and / or magnetic field, a second set of spaced (thermally isolated) second electro- or magnetocaloric material elements is simultaneously moved out of that field, and it is preferably each time with the help of stationary heat conductor or heat exchanger arrangements directed a substantially between two successive segments equal amounts of heat transferred from the hot to the cold side. The increase of the temperature stroke in this way corresponds to the number of segments stacked in an overall arrangement.

Anstelle der alternierenden Feldbeeinflussung von in Gruppen angeordneten elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelementen durch Bewegung der Gruppen in das elektrische und/oder magnetische Feld und aus diesem heraus können diese elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente auch stationär angeordnet sein und das elektrische und/oder magnetische Feld wird jeweils bewegt, so dass alternierend unterschiedliche Gruppen von elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelementen, die miteinander wärmeübertragend durch einen gerichteten Wärmetransport, insbesondere durch diesen bewirkende Wärmeübertrager, verbunden sind, in den Einflussbereich des elektrischen und/oder magnetischen Feldes gelangen und sich durch dieses erwärmen. In diesem Fall müssen auch das Wärme- bzw. Kältereservoir (Wärmesenke bzw. zu kühlender Bereich) entsprechend alternierend mit den Materialelementen beider Gruppen in Kontakt gebracht werden. Instead of the alternating field influence of grouped electrocaloric or magnetocaloric material elements by moving the groups into and out of the electrical and / or magnetic field, these electro- or magnetocaloric material elements can also be arranged stationarily and the electrical and / or magnetic field is respectively moved in that alternately different groups of electrocaloric or magnetocaloric material elements which are connected to one another in a heat-transferring manner by a directed heat transfer, in particular by the heat exchanger effecting this, enter the area of influence of the electric and / or magnetic field and heat up by the latter. In this case, the heat or cold reservoir (heat sink or area to be cooled) must be brought into contact alternately with the material elements of both groups.

Zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen dem jeweiligen elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement und einem diesem zugeordneten Wärmeleiter oder Wärmeübertrager ist es auch möglich, die latente Wärme eines zwischen dem elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement und dem Wärmeübertrager oder Wärmeleiter befindlichen Fluids zu nutzen, indem Fluid von dem im elektrischen und/oder magnetischen Feld befindlichen (sich erwärmenden) elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelement aufgrund herrschender Temperaturen und Druckverhältnisse in druckdichten Kammern verdampft wird und an dem zugeordnetem Wärmeübertrager oder Wärmeleiter unter Nutzung der latenten Kondensationswärme kondensiert. Im Bereich der„Kaltseite", d. h. der elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materialelemente außerhalb des elektrischen und/oder magnetischen Feldes findet dann der umgekehrte Vorgang unter Verdampfung des an dem Wärmeübertrager oder Wärmeleiter anhaftenden Fluides und Kondensation an dem kälteren elektrokalorischen oder mangnetokalorischen Materialelement unter Freisetzung der Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme des Fluides statt. To improve the heat transfer between the respective electro-caloric or magnetocaloric material element and a heat conductor or heat exchanger associated therewith, it is also possible to use the latent heat of a fluid located between the electrocaloric or magnetocaloric material element and the heat exchanger or conductor, by fluid from the in the electric and / or magnetic field located (warming) electrocaloric or magnetocaloric material element is vaporized due to prevailing temperatures and pressure conditions in pressure-tight chambers and condenses on the associated heat exchanger or heat conductor using the latent heat of condensation. In the area of the "cold side", ie the electrocaloric or magnetocaloric material elements outside the electric and / or magnetic field then the reverse process takes place with evaporation of the adhering to the heat exchanger or heat conductor fluid and condensation on the colder electrocaloric or mangnetokalorischen material element to release the evaporation or condensation heat of the fluid instead.

Ein guter Wärmeübergang zwischen dem magneto- oder elektrokalorischen Materialelement und dem diesen vorzugsweise zugeordneten Wärmeübertrager ist also vorzugsweise durch innigen Flächenkontakt oder auch unter Ausnutzung der latenten Wärme eines Prozeßfluids möglich, vorzugsweise in druckdichten Kammern, die auf der Heißseite und der Kaltseite die Wärmeübertrager aufnehmen und in die z. B. rotierend die magnetokalorischen (oder elektrokalorischen) Materialelemente hinein- und herausbewegt werden. A good heat transfer between the magneto or electrocaloric material element and the heat exchangers preferably associated therewith is thus preferably possible by intimate surface contact or by utilizing the latent heat of a process fluid, preferably in pressure-tight chambers, on the hot side and the cold side Take heat exchanger and in the z. B. rotating the magnetocaloric (or electrocaloric) material elements are moved in and out.

Vorzugsweise können auch zwischen magneto- oder elektrokalorischem Element und Wärmeübertrager kontaktoberflächenvergrößernde Oberflächen- bzw. Eingriffsstrukturen in Gleitkontakt vorgesehen sein. Preferably, contact surface enlarging surface or engagement structures may also be provided in sliding contact between magneto or electrocaloric element and heat exchanger.

Auch hier kann in korrespondierender Weise, wie bereits geschildert, eine kaskadierte Anordnung, d. h. aus mehreren Segmenten bestehende Anordnung mit jeweils einer Mehrzahl von Kammern auf Heiß- oder Kaltseite unter Verbindung von Wärmeübertrager abfolgender Segmente zur Vergrößerung des Temperaturhubes gebildet werden. Again, in a corresponding manner, as already described, a cascaded arrangement, i. H. consisting of several segments arrangement, each with a plurality of chambers on the hot or cold side are formed with the connection of heat exchangers of successive segments to increase the temperature.

Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet daher die Möglichkeit der Kaskadierung und damit der Mehrfachnutzung des elektro- oder magnetokalorischen Effektes durch eine wärmetechnische Reihenschaltung von Segmenten mit elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen, vorzugsweise Wärmeübertragern bzw. Wärmeleitern, wobei die magneto- oder elektrokalorischen Materialelemente alternierend einem elektrischen und/oder magnetischen Feld, z. B. durch einen stationären Permanentmagneten oder einer Elektromagnetspule ausgesetzt sind, so dass sich ein gerichteter Wärmemengentransport jeweils zwischen zwei Segmenten ergibt und bei kontinuierlicher Wärmeabfuhr (Verbindung mit Wärmesenken auf der Warmseite) ein vergrößerter Temperaturhub und eine entsprechende Herabsenkung des Temperaturniveaus an den zu kühlenden Medium oder Gegenstand erreicht wird. Diesem wird durch die vorgesehene Klimatisiereinrichtung diskret kontinuierlich beidseitig Wärme in Richtung der Wärmesenke entzogen, so dass auf diese Weise eine Kühl- oder Kälteeinrichtung auf der Kaltseite geschaffen bzw. in Betrieb gesetzt wird. The inventive method therefore opens up the possibility of cascading and thus the multiple use of the electro- or magnetocaloric effect by a thermoelectric series connection of segments with electro- or magnetocaloric material elements, preferably heat exchangers or heat conductors, wherein the magneto or electro-caloric material elements alternately an electrical and / or or magnetic field, e.g. B. are exposed by a stationary permanent magnet or an electromagnetic coil, so that a directed heat transfer between each two segments results and with continuous heat dissipation (connection with heat sinks on the hot side) an increased temperature and a corresponding decrease in the temperature level of the medium to be cooled or Object is achieved. This is discreetly withdrawn by the proposed air conditioning discreetly heat on both sides in the direction of the heat sink, so that in this way a cooling or cooling device is created on the cold side or put into operation.

Es erfolgt also bei kaskadierter Anordnung der Wärmetransport innerhalb der Klimatisierungseinrichtung jeweils zwischen zwei Segmenten und von der Heißseite auf die Kaltseite in einer Richtung. Dies kann auch dadurch unterstützt werden, dass eine Verbindung der hochwärmeleitenden Wärmeübertrager von der Heißseite eines Segments auf die Kaltseite (Wärmeübertrager) des nachfolgenden Segments durch eine oder mehrere thermische Dioden erfolgt, die im Wesentlichen einen Wärmeübergang bzw. eine Wärmeleitung nur in einer Richtung gestatten. Thus, in a cascaded arrangement, the heat transport within the air-conditioning device takes place in each case between two segments and from the hot side to the cold side in one direction. This can also be assisted by the fact that a connection of the high heat-conducting heat exchanger from the hot side of a segment on the cold side (heat exchanger) of the subsequent segment by one or more thermal diodes, which essentially allow heat transfer or heat conduction in one direction only.

Vorzugsweise sind die hochwärmeleitenden Wärmeübertrager der ersten und zweiten Elementanordnung, die miteinander auch wärmeleitend verbunden sind zwischen Warmseite und Kaltseite durch einen integralen Metallblock, wie z. B. einen Kupfer-Block gebildet sein. Sie können aber z. B. auch durch jeweils ein Wärmerohr (Heat-Pipe) gebildet sein. Ein solches Wärmerohr bildet einen isothermen Wärmeleiter von allerdings besonders hoher Wärmeübertragungskapazität, da er zusätzlich die Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme eines in seinem Inneren enthaltenen Mediums nutzt, und damit eine hohe Wärmestromdichte erlaubt. Innerhalb eines hermetisch gekapselten Volumens, im allgemeinen unter Unterdruck, befindet sich in dem Wärmerohr ein Arbeitsmedium, z. B. Wasser, das in dem Wärmerohr in seinem flüssigen sowie dampfförmigen Zustand vorliegt, wobei aufgrund der im vorliegenden Anwendungsfall feldinduzierten Erwärmung des mit dem sich erwärmenden Arbeitsende des Wärmerohres verbundenen elektrokalorischen oder magnetokalorischen Materials das Arbeitsmedium verdampft und dieser Dampf, z. B. Wasserdampf, in einem Arbeitsbereich am anderen Ende des Wärmerohres kondensiert und auf diese Weise die besonders effiziente Phasenwandlung des Arbeitsmediums als Wärmequelle genutzt wird. Durch die Ausnutzung der latenten Verdampfungswärme des Arbeitsmediums kann somit ein hohes Wärmeübergangspotential erreicht werden, d. h. eine hohe Kühlleistung einer derartigen, aus einem Materialelement aus einem elektrokalorischen oder magnetokalorischen Material in Verbindung mit einem solchen Wärmerohr gebildeten Anordnungen, die sich in engem thermokonduktiven Kontakt befinden. Preferably, the high heat-conducting heat exchanger of the first and second element arrangement, which are also thermally conductively connected between hot side and cold side by an integral metal block, such. B. formed a copper block. But you can z. B. also be formed by a respective heat pipe (heat pipe). Such a heat pipe forms an isothermal heat conductor of, however, particularly high heat transfer capacity, since it additionally uses the evaporation or condensation heat of a medium contained in its interior, and thus allows a high heat flux density. Within a hermetically sealed volume, generally under negative pressure, located in the heat pipe, a working medium, eg. As water, which is present in the heat pipe in its liquid and vapor state, wherein due to the field-induced in the present application heating of connected to the warming working end of the heat pipe electrocaloric or magnetocaloric material evaporates the working medium and this steam, z. As water vapor, condensed in a workspace at the other end of the heat pipe and in this way the most efficient phase transformation of the working medium is used as a heat source. By exploiting the latent heat of vaporization of the working medium thus a high heat transfer potential can be achieved, ie a high cooling capacity of such, formed from a material element of an electrocaloric or magnetocaloric material in connection with such a heat pipe assemblies, which are in close thermoconductive contact.

Die vorgenannte Aufgabe wird hinsichtlich einer Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials erfindungsgemäß gelöst durch zumindest eine elektro- oder magnetokalorischen Materialelementanordnung in einem elektrischen und/oder magnetischen Feld in wärmeübertragender Verbindung mit einer Wärmesenke auf einer Warmseite und außerhalb eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes in wärmeübertragender Verbindung mit dem zu klimatisierenden Medium auf einer Kaltseite. Dabei ist eine Mehrzahl thermischer voneinander isolierter magnetokalorischer Materialelemente auf einer Heißseite einer Magnetfeldbeeinflussung ausgesetzt, während eine Mehrzahl thermisch isolierter magnetokalorischer Materialelemente auf der Kaltseite sich außerhalb eines Magnetfeldeinflusses befindet. Vorzugsweise stationäre Wärmeübertrager sind in wäremübertragender Verbindung mit zugehörigen magnetokalorischen Materialelementen. With regard to a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material, the above object is achieved by at least one electro- or magnetocaloric material element arrangement in an electrical and / or magnetic field in heat-transmitting connection with a heat sink on a hot side and outside an electrical and / or magnetic field in heat-transmitting connection with the medium to be conditioned on a cold side. In this case, a plurality of thermally isolated magnetocaloric material elements on a hot side of a magnetic field influence is exposed, while a plurality of thermally isolated magnetocaloric material elements on the cold side is located outside of a magnetic field influence. Preferably stationary heat exchangers are in heat-transmitting connection with associated magnetocaloric material elements.

D. h. zur Verbesserung des Wärmeübergangs sind vorzugsweise Wärmeübertrager mit den magnetokalorischen Materialelementen in Kontakt und sind Wärmeübertrager auf der Heißseite jeweils mit einem Wärmeübertrager des nächstfolgenden Segments auf der Kaltseite zum Transport einer Wärmemenge Q von der Heißseite auf die Kaltseite zur Vergrößerung des Temperaturhubes verbunden. Ie. To improve the heat transfer, heat exchangers are preferably in contact with the magnetocaloric material elements, and heat exchangers on the hot side are each connected to a heat exchanger of the next segment on the cold side for transporting a heat quantity Q from the hot side to the cold side to increase the temperature.

Die miteinander verbundenen Wärmeübertrager von Warm- und Kaltseite können vorzugsweise auch ein integrales Bauteil, wie z. B. ein hochwärmeleitfähiger Metallkörper, z. B. Kupferkörper sein oder aber auch jeweils aus einem Wärmerohr bestehen, das eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit unter Ausnutzung der latenten Verdampfungswärme, die bei Kondensation des Arbeitsmedium innerhalb des Wärmerohres am anderen Ende desselben abgegeben wird, aufweist. The interconnected heat exchanger of the hot and cold side may also be an integral component such. B. a highly heat conductive metal body, for. B. copper body or else each consist of a heat pipe, the one particularly high thermal conductivity by utilizing the latent heat of vaporization, which is discharged in the condensation of the working fluid within the heat pipe at the other end thereof.

Innerhalb der Mehrfachanordnung einer Elementanordnung der elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente und der ihnen vorzugsweise zugeordneten Wärmeleiter sind die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente durch thermische Isolierungen voneinander getrennt, so dass innerhalb der Heißseite oder Kaltseite (in vertikaler Richtung) im Wesentlichen kein Wärmeübergang zurück zu den Materialelementen stattfindet. Within the multiple arrangement of an element arrangement of the electro- or magnetocaloric material elements and their preferably associated heat conductors, the electro- or magnetocaloric material elements are separated from each other by thermal insulation, so that within the hot side or cold side (in the vertical direction) substantially no heat transfer back to the material elements takes place.

Vorzugsweise ist die Einrichtung als eine Rotoranordnung ausgebildet, in der die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente als Scheibenelemente einen Rotor bilden, der um eine, insbesondere vertikale oder horizontale oder eine geneigte Achse, drehbar ist und durch den jeweils wenigstens eine Materialelementanordnung sich innerhalb des elektrischen und/oder magnetischen Feldes befindet, während zumindest eine weitere Materialelementanordnung sich außerhalb dieses Feldeinflusses befindet. Preferably, the device is designed as a rotor assembly in which the electro- or magnetocaloric material elements as disk elements form a rotor that is rotatable about one, in particular vertical or horizontal or an inclined axis, and by the respective at least one material element arrangement within the electric and / or magnetic field, while at least one further material element arrangement is outside this field influence.

Vorzugsweise ist bei Verwendung eines magnetokalorischen Materials die felderzeugende Einrichtung als Permanentmagnet ausgebildet und es wird alternierend eine erste oder zweite magnetokalorische Materialelementanordnung in das Magnetfeld des Permanentmagneten gebracht. Vorzugsweise weist die Einrichtung eine Rotoranordnung mit vertikaler Rotationsachse auf und sind die Wärmeübertrager stationär, wie auch die Isolierkörper innerhalb jeder Materialelementanordnung auf der Heiß- und Kaltseite angeordnet, während die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente als vorzugsweise halbkreisförmige Scheiben ausgebildet sind, die je jeweils ein Rotorelement bilden. In einem Segment angeordnete elektro- oder magnetokalorische Scheibenelemente auf der Heiß- und Kaltseite sind thermisch voneinander isoliert und können jeweils durch die Rotoranordnung zwischen die stationär angeordneten Wärmeübertrager sowie die Isolierelemente gedreht werden, so dass sich eine Elementanordnung innerhalb eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes, vorzugsweise eines Permanentmagneten befindet, während die andere Elementanordnung außerhalb desselben ist, und umgekehrt. Preferably, when using a magnetocaloric material, the field-generating device is designed as a permanent magnet and it is alternately brought a first or second magnetocaloric material element arrangement in the magnetic field of the permanent magnet. Preferably, the device has a rotor assembly with a vertical axis of rotation and the heat exchangers are stationary, as well as the insulator disposed within each material element arrangement on the hot and cold side, while the electro- or magnetocaloric material elements are formed as preferably semicircular discs, each depending on a rotor element form. Electro- or magnetocaloric disk elements on the hot and cold sides, which are arranged in a segment, are thermally insulated from one another and can each be rotated between the stationary heat exchangers and the insulating elements by the rotor arrangement, so that an element arrangement within an electrical and / or magnetic field, is preferably a permanent magnet, while the other element arrangement is outside thereof, and vice versa.

In einer Ausführungsform können die Isolierelemente auch durch Luftspalte ersetzt werden. Es muss jedenfalls dafür gesorgt sein, dass innerhalb einer Materialelementanordnung auf Heiß- oder Kaltseite in vertikaler Richtung d. h. innerhalb einer Materialelementanordnung auf der Kalt- oder Heißseite praktisch kein wesentlicher Wärmeübergang oder Wärmefluss stattfindet. Bei der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung, insbesondere Kühleinrichtung, handelt es sich um ein System ohne strömendes Medium zur Übertragung der Wärme von dem magnetokalorischen und/oder elektrokalorischen Material (Scheibenelement) auf die vorzugsweise vorgesehenen Wärmetauscher und somit auch keinerlei Pumpen zum Transport von Fluid. In one embodiment, the insulating elements may also be replaced by air gaps. In any case, it must be ensured that virtually no significant heat transfer or heat flow takes place within a material element arrangement on the hot or cold side in the vertical direction, ie within a material element arrangement on the cold or hot side. The air conditioning device according to the invention, in particular cooling device, is a system without flowing medium for transferring heat from the magnetocaloric and / or electrocaloric material (disc element) to the preferably provided heat exchangers and thus also no pumps for transporting fluid.

Insbesondere kann durch die vorzugsweise Ausbildung der Klimatisierungseinrichtung als Rotationskörper eine höhere Frequenz der Rotation der magnetokalorischen bzw. elektrokalorischen Materialien in das oder aus dem elektrischen und/oder magnetischen Feld im Vergleich zum Stand der Technik erreicht werden. Hierdurch können wesentlich höhere Kühlungsraten und eine höhere thermische Effizienz des Systems erreicht werden. In particular, by virtue of the preferred embodiment of the air-conditioning device as a rotational body, a higher frequency of the rotation of the magnetocaloric or electrocaloric materials into or out of the electric and / or magnetic field can be achieved in comparison with the prior art. As a result, much higher cooling rates and a higher thermal efficiency of the system can be achieved.

Der Wärmetransport (Kältewirkung auf der Eingangsseite) erfolgt von einem elektro- oder magnetokalorischen Material eines n-ten Segments der einen Materialelementanordnung (im elektrischen und/oder magnetischen Feld auf der Heißseite) zu dem thermisch verbundenen elektro- oder magnetokalorischen Material eines η+1-ten Segments der anderen Materialelementanordnung (nicht im elektrischen und/oder magnetischen Feld auf der Kaltseite). Nach Platzwechsel der Materialelementanordnungen zwischen Heiß- und Kaltseite wiederholt sich der Vorgang. The heat transfer (cold action on the input side) takes place from an electro- or magnetocaloric material of an n-th segment of a material element arrangement (in the electric and / or magnetic field on the hot side) to the thermally connected electro- or magnetocaloric material of a η + 1. th segment of the other material element arrangement (not in the electrical and / or magnetic field on the cold side). After changing the location of the material element arrangements between hot and cold side of the process is repeated.

In einer vereinfachten Anordnung kann auf die Wärmeleiter/Wärmeübertrager, insbesondere Wärmerohre, als (zusätzliche) Wärmetransportelemente und Wärmeleiter zwischen den elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen auf der Heiß- und auf der Kaltseite auch verzichtet werden, und es können die elektro- oder magnetokalorischen Materialien beider Materialelementgruppen zwischen zwei Segmenten auch direkt miteinander wärmeleitend gekoppelt sein, insbesondere auch in Verbindung mit unterschiedlichen elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen interschiedlicher Curie-Temperatur. In a simplified arrangement, the heat conductor / heat exchanger, in particular heat pipes, as (additional) heat transfer elements and heat conductors between the electro- or magnetocaloric material elements on the hot and on the cold side can also be dispensed with, and it can the electro- or magnetocaloric materials of both Material element groups between two segments also be thermally coupled directly to one another, in particular also in conjunction with different electro- or magnetocaloric material elements of different Curie temperature.

Das gleiche System kann bei umgekehrten Betrieb auch als Wärmekraftmaschine genutzt werden: Das magnetokalorische Material wird im Magnetfeld erwärmt, dabei sinkt die Magnetisierung des Materials. Kühleres magnetokalorisches Material von außerhalb des Magnetfeldes hat höhere Magnetisierung und wird stärker in das Magnetfeld gezogen. Das erwärmte Material wird aus dem Magnetfeld in den feldfreien, zu kühlenden Bereich gedrückt kühlt unter Rückorientierung der magnetischen Momente ab und kann dann wieder vom Magnetfeld angezogen werden. An einer zentralen Rotationsache kann ein entsprechendes Drehmoment abgegriffen werden. Auch hier lässt sich das Drehmoment durch entsprechende kaskadierte Mehrfachanordnung der magnetokalorischen Materialelemente vervielfachen. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen: The same system can also be used as a heat engine in reverse operation: The magnetocaloric material is heated in the magnetic field, thereby reducing the magnetization of the material. Cooler magnetocaloric material from outside the magnetic field has higher magnetization and is drawn more strongly into the magnetic field. The heated material is forced out of the magnetic field into the field-free area to be cooled, cools down with rearrangement of the magnetic moments and can then be attracted to the magnetic field again. At a central rotation axis a corresponding torque can be tapped. Again, the torque can be multiplied by corresponding cascaded multiple arrangement of magnetocaloric material elements. The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments and accompanying drawings. In these show:

Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung eines einzelnen Segmentes einer Fig. 1 is a schematic diagram of a single segment of a

Kühleinrichtung mit magnetokalorischen Materialelementen, Cooling device with magnetocaloric material elements,

Fig. 2 eine schematische Prinzipdarstellung zweier Segmente einer Kühleinrichtung mit magnetokalorischen Materialelementen, 2 is a schematic diagram of two segments of a cooling device with magnetocaloric material elements,

Fig. 3 eine schematische Prinzipdarstellung einer Kühleinrichtung mit einer kaskadierten Anordnung einer Mehrzahl von Segmenten zur Erhöhung eines Temperaturhubes, 3 is a schematic diagram of a cooling device with a cascaded arrangement of a plurality of segments to increase a temperature stroke,

Fig. 4 eine Rotations-Kühleinrichtung in schematischer dreidimensionaler Fig. 4 shows a rotary cooling device in a schematic three-dimensional

Prinzipdarstellung, Schematic diagram,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine thermische Kopplung zwischen magnetokalorischem Materialelement und zugehörigen Wärmeübertrager unter Ausnutzung der latenten Wärme eines Übertragerfluids und, 5 is a schematic representation of an embodiment of a thermal coupling between magnetocaloric material element and associated heat exchanger using the latent heat of a Übertragerfluids and,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 5 rechten Kammer der Einrichtung nach Fig. 5. 6 is an enlarged view of the right in Fig. 5 chamber of the device of FIG .. 5

Zunächst soll anhand von Fig. 1 , die in schematischer Darstellung ein Segment einer Kühleinrichtung 100 unter Verwendung des magnetokalorischen Effektes zeigt, das Prinzip einer solchen Kühleinrichtung erläutert werden, die ohne strömende Medien und eine Wärmeübertragung auf diese auskommt. Obgleich sich die nachfolgenden Erläuterungen auf eine Kühleinrichtung 100 beziehen, die als Rotationseinrichtung ausgebildet ist und die unter Verwendung magnetokalorischen Materials ausgebildet ist, ist es doch für den Fachmann deutlich, dass eine korrespondierende Ausführung auch für elektrokalorische Materialien unter entsprechender Anwendung eines elektrischen Feldes oder unter Verwendung eines Elektromagneten als elektromagnetischen Felderzeuger ausgebildet werden kann. First, the principle of such a cooling device will be explained with reference to FIG. 1, which shows a schematic representation of a segment of a cooling device 100 using the magnetocaloric effect, which makes do without flowing media and heat transfer to them. Although the following explanations refer to a cooling device 100 formed as a rotating device and which is formed using magnetocaloric material, it will be apparent to those skilled in the art that a corresponding embodiment for electrocaloric materials with appropriate application of an electric field or using an electromagnet can be formed as an electromagnetic field generator.

Im vorliegenden Fall weist eine Rotations-Kühleinrichtung 100 magnetokalorische Scheibenelemente als magnetokalorische Materialelemente 2a, 2b auf. In the present case, a rotary cooling device 100 has magnetocaloric disk elements as magnetocaloric material elements 2a, 2b.

Hinsichtlich mehrerer Segmente 1 , 2 umfassender Anordnungen sei bereits hier auch schon auf die nachfolgend noch genauer erläuterten Figuren 2 bis 4 verwiesen. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Begriff „magnetokalorisches Material" oder „magnetokalorisches Materialelement" nachfolgend auch als „MK-Material" oder „MK- Materialelement" bezeichnet. Die Abkürzung MK steht also für den Begriff magnetokalorisch. With regard to several segments 1, 2 of comprehensive arrangements, reference is already made to FIGS. 2 to 4, which are explained in more detail below. In the following description, the term "magnetocaloric material" or "magnetocaloric material element" will hereinafter also be referred to as "MK material" or "MK material element". The abbreviation MK stands for the term magnetocaloric.

Das magnetokalorische Materialelement 2b auf der in Fig. 1 rechten Seite und das magnetokalorische Materialelement 2a auf der in Fig. 1 linken Seite sind Teil der Rotations- Kühleinrichtung 100, die um eine Drehachse 3 drehbar ist. Der schwarze Pfeil im Bereich des oberen Endes der Drehachse 3 bezeichnet die Drehrichtung der Rotations- Kühleinrichtung 100. Die magnetokalorischen Materialelemente 2a, 2b bilden also eine Rotoranordnung, die auf der in Fig. 1 linken Seite (auf der sich das magnetokalorische Materialelement 2a MK-Material V befindet) unter dem Einfluss eines Magnetfeldes 12 eines hier nicht dargestellten, stationären Permanentmagneten 8 befindet. Über einen Heißseiten- Wärmeübertrager 4 ist das im Magnetfeld des Permanentmagneten 8 befindliche magnetokalorische Materialelement 2a mit einer Wärmesenke 5 zur Wärmeabfuhr der Erwärmung des MK-Materialelements 2a aufgrund der Erwärmung desselben im Magnetfeld 12 (s. Fig. 4) aufgrund des magnetokalorischen Effektes, der im MK-Materialelement 2b auftritt, verbunden. Der Heißseiten-Wärmeübertrager 4 dient zur verbesserten Abfuhr und Wärmeübertragung zwischen dem MK-Materialelement 2a und der Wärmesenke 5. Das MK- Materialelement 2a könnte allerdings auch direkt mit der Wärmesenke 5 (d. h. ohne Heißseiten-Wärmeübertrager 4) verbunden sein. The magnetocaloric material element 2b on the right side in Fig. 1 and the magnetocaloric material element 2a on the left in Fig. 1 side are part of the rotary cooling device 100 which is rotatable about a rotation axis 3. The black arrow in the region of the upper end of the axis of rotation 3 designates the direction of rotation of the rotary cooling device 100. The magnetocaloric material elements 2a, 2b thus form a rotor arrangement which, on the left side in FIG. 1 (on which the magnetocaloric material element 2a MK- Material V is located) under the influence of a magnetic field 12 of a stationary permanent magnet 8, not shown here. Via a hot side heat exchanger 4 is located in the magnetic field of the permanent magnet 8 magnetocaloric material element 2a with a heat sink 5 for heat dissipation of the heating of the MK material element 2a due to the heating of the same in the magnetic field 12 (s. Fig. 4) due to the magnetocaloric effect, the occurs in the MK material element 2b, connected. The hot-side heat exchanger 4 serves for improved dissipation and heat transfer between the MK material element 2a and the heat sink 5. The MK material element 2a, however, could also be connected directly to the heat sink 5 (that is to say without the heat-side heat exchanger 4).

Die Seite der Einrichtung, die sich im Magnetfeld 12 und in Fig. 1 links befindet, wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hier als„Heißseite" bezeichnet, da sich dort das magnetokalorische Material V (Scheibenelement 2a) erwärmt. The side of the device, which is located in the magnetic field 12 and in Fig. 1 on the left, is referred to herein as "hot side", since there heats up the magnetocaloric material V (disk element 2a).

Auf der in Fig. 1 rechten Seite, die sich außerhalb einer magnetischen Feldbeeinflussung befindet, die Rahmen der vorliegenden Beschreibung als „Kaltseite" bezeichnet wird, befindet sich in diesem beispielhaften ersten Segment einer solchen Kühleinrichtung 100 ein Scheibenelement 2b als magnetokalorisches Materialelement 2bbezeichnet, gegenüberliegend zum linksseitigen MK-Materialelement 2a, so dass bei Rotation um die Drehachse 3 periodisch bzw. alternierend die beiden im Bereich der Drehachse 3 vorzugsweise durch eine thermische Isolation 13 thermisch voneinander isolierten MK- Materialelemente 2a, 2b bzw. MK-Material 1 gleichzeitig entweder in das Magnetfeld 12 (siehe Fig. 4) des Permanentmagneten 8 gelangen oder aus diesem herausgeführt werden. On the right-hand side in FIG. 1, which is outside a magnetic field influence, the frame of the present description is referred to as "cold side", in this exemplary first segment of such a cooling device 100, a disk element 2b is referred to as magnetocaloric material element 2b, opposite to left side MK material element 2a, so that when rotating about the rotation axis 3 periodically or alternately the two in the region of the rotation axis 3 preferably thermally insulated by a thermal insulation 13 mutually insulated MK material elements 2a, 2b or MK material 1 simultaneously either in the Magnetic field 12 (see Fig. 4) of the permanent magnet 8 enter or be led out of this.

Auf der Kaltseite ist das Scheibenelement aus dem magnetokalorischen Materialelement 2b über einen Kaltseiten-Wärmeübertrager 6 mit dem zu klimatisierenden bzw. zu kühlenden Bereich 7 verbunden und nimmt von diesem die Wärmemenge Q auf. Auch hier dient der Kaltenseiten-Wärmeübertrager 6 der verbesserten thermischen Anbindung bzw. dem verbesserten thermischen Wärmeübergang zwischen dem zu kühlenden Bereich 7 und dem Scheibenelement 2b aus MK-Material 1 auf der Kaltseite. Auch ist der Kaltseiten-Wärmeübertrager 6 kein zwingend erforderliches aber sinnvollerweise vorgesehenes Element. Die als Scheibenelemente ausgebildeten MK- Materialelemente 2a, 2b drehen sich also mit der Drehwelle 3 um die durch diese gebildete Rotationsachse und bilden die Rotationsanordnung im engeren Sinne, während die Heißseiten- bzw. Kaltseiten-Wärmeübertrager 4 bzw. 6 stationäre, ortsfeste Elemente sind. Für die Effizienz dieser Kühleinrichtung 100 ist es wichtig, dass es zwischen dem MK- Materialelement 2b auf der Kaltseite und dem zugehörigen Kaltseiten-Wärmeübertrager 6 zu einem bestmöglichen, wärmeübertragenden Kontakt bzw. einer wärmeübertragenden Verbindung kommt, während die gleichen Erfordernisse auf der Heißseite zwischen dem MK-Materialelement2a aus dem MK-Material V und dem zugehörigen Heißseiten- Wärmeübertrager 4 herrschen. Auch hier ist durch Ausbildung hochwärmeleitender Mikrostrukturen (z. B. zur Vergrößerung der Kontaktoberfläche von Wärmeübertrager 4 und/oder MK-Materialelement 2a, den Einsatz von Schmiermitteln, wie Graphit oder durch spezielle hochwärmeleitende Beschichtungen, wie des Heißseiten-Wärmeübertragers 4 aus Gold oder Diamant oder aber der zusätzlichen Wahl hochwärmeleitender Werkstoffe, wie Silber oder Messing ein inniger Wärmeübergang zwischen dem MK-Materialelement 2a und dem Heißseiten-Wärmeübertrager 4 ausgebildet wird. On the cold side, the disk element made of the magnetocaloric material element 2b is connected via a cold side heat exchanger 6 to the area 7 to be air-conditioned or cooled, and absorbs the heat quantity Q from it. Again, the cold side heat exchanger 6 is the improved thermal connection or the improved thermal heat transfer between the area to be cooled 7 and the disc element 2b of MK material 1 on the cold side. Also, the cold side heat exchanger 6 is not a mandatory but reasonably provided element. The MK material elements 2a, 2b designed as disk elements therefore rotate with the rotary shaft 3 about the axis of rotation formed by them and form the rotational arrangement in the strict sense, while the hot side or cold side heat exchangers 4 and 6 are stationary, stationary elements. For the efficiency of this cooling device 100, it is important that between the MK material element 2b on the cold side and the associated cold side heat exchanger 6 to a best possible, heat-transmitting contact or a heat-transmitting compound, while the same requirements on the hot side between the MK material element 2a from the MK material V and the associated hot side heat exchanger 4 prevail. Here, too, the formation of highly thermally conductive microstructures (for example, to increase the contact surface of heat exchanger 4 and / or MK material element 2a, the use of lubricants, such as graphite or special high-heat conductive coatings, such as the hot side heat exchanger 4 of gold or diamond or the additional choice of high thermal conductivity materials, such as silver or brass, an intimate heat transfer between the MK material element 2a and the hot side heat exchanger 4 is formed.

Auf diese Weise kann eine Wärmemenge Q von dem zu kühlenden Bereich 7 über den Kaltseitenwärmetauscher 6 auf das im feldfreien Bereich und somit kältere Segment 2b des Scheibenelements übertragen werden. Durch Rotation des Segments 2b aus dem feldfreien Bereich heraus in den feld behafteten Bereich erwärmt sich das Segment 2a und die Wärmemenge Q wird über den Heißseitenwärmeübertrager 4 an die Wärmesenke 5 abgegeben. In this way, a quantity of heat Q can be transferred from the area to be cooled 7 via the cold side heat exchanger 6 to the field-free area and thus colder segment 2b of the disk element. By rotation of the segment 2b out of the field-free area out in the field-afflicted area, the segment 2a heats up and the amount of heat Q is discharged via the hot side heat exchanger 4 to the heat sink 5.

Die magnetokalorischen Materialelemente 2a, 2b bestehen aus einem, für einen bestimmten Temperaturbereich optimiertem, magnetokalorischem Material, das in Abhängigkeit von den jeweiligen Kühlungs- bzw. Klimatisierungsaufgaben im Bereich seiner Curie-Temperatur arbeitet, d. h. den MK-Materialelementen 2a, 2b wird ein optimierter Arbeitsbereich zugeordnet, um sicherzustellen, dass das zugehörige magnetokalorische Material möglichst nahe bei seiner Curie-Temperatur, bei der der magnetokalorische Effekt maximal auftritt, arbeitet. Innerhalb der Einrichtung werden in Abhängigkeit vom Temperaturhub der Einrichtung insgesamt daher vorzugsweise magnetokalorische Materialien mit unterschiedlicher Curie-Temperatur verwendet. Die hier schematisch anhand eines Segmentes in Fig. 1 erläuterte Rotations-Kühleinrichtung 100 hat den Vorteil einer „trockenen" Ausführung ohne strömende Medien, wobei die Wärmeübertrager 4, 6 stationäre Elemente bilden, mit denen die periodisch bzw. alternierend in und aus den Wirkungsbereich des Magnetfeldes 12 gebrachten MK-Materialelemente 2a, 2b für einen bestmögliche Wärmeübertragung zwischen dem zu kühlenden Bereich 7 und dem MK-Materialelement 2b auf der Kaltseite und dem MK-Materialelement 2a und dem Heißseiten-Wärmeübertrager 4 auf der Heißseite (in Richtung Wärmesenke 5) in bestmöglichem wärmeübertragenden Kontakt sind. The magnetocaloric material elements 2a, 2b consist of a, for a certain temperature range optimized, magnetocaloric material that operates in the region of its Curie temperature depending on the respective cooling or air conditioning tasks, ie the MK material elements 2a, 2b is an optimized working area to assure that the associated magnetocaloric material operates as close as possible to its Curie temperature at which the magnetocaloric effect maximally occurs. Therefore, magnetocaloric materials of different Curie temperature are preferably used within the device as a function of the temperature elevation of the device as a whole. The rotary cooling device 100 described here schematically with reference to a segment in FIG. 1 has the advantage of a "dry" design without flowing media, wherein the heat exchangers 4, 6 form stationary elements with which the periodic or alternating in and out of the range of action Magnetic field 12 brought MK material elements 2a, 2b for best possible heat transfer between the area to be cooled 7 and the MK material element 2b on the cold side and the MK material element 2a and the hot side heat exchanger 4 on the hot side (in the direction of heat sink 5) in are the best possible heat transfer contact.

Durch Rotation der MK-Materialelemente 2a, 2b werden diese periodisch bzw. alternierend in den Einfluss des Magnetfeldes 12 unter Erwärmung des MK-Materialelements 2a bzw. aus dem Einfluss des Magnetfeldes 12 in einen magnetfeldfreien Raum unter Abkühlung des magnetokalorischen Materials des MK-Materialelements 2b auf der „Kaltseite" verbracht. Dem zu kühlenden Bereich 7 wird dabei stets eine im Wesentlichen konstante Wärmemenge Q entzogen und nach Rotation des MK-Materialelements 2a in das Magnetfeld 12 auf der linken Seite der Anordnung unter Erwärmung des MK-Materialelements 2a im Magnetfeld 12 an die Wärmesenke 5 abgeführt. By rotation of the MK material elements 2a, 2b they are periodically or alternately in the influence of the magnetic field 12 under heating of the MK material element 2a and from the influence of the magnetic field 12 in a magnetic field free space with cooling of the magnetocaloric material of the MK material element 2b The area 7 to be cooled is always removed a substantially constant amount of heat Q and after rotation of the MK material element 2a in the magnetic field 12 on the left side of the arrangement with heating of the MK material element 2a in the magnetic field 12th discharged to the heat sink 5.

Es ist übrigens nicht erforderlich, dass innerhalb des in Fig. 1 dargestellten ersten Segmentes der Einrichtung zwei verschiedene Scheibenelemente bzw. MK- Materialelemente 2a, 2b, die voneinander im Bereich der Drehachse 3 thermisch isoliert sind, zu verwenden Vielmehr ist nur sicherzustellen, dass in Fig. 1 in horizontaler Richtung zwischen den MK-Materialelementen 2a, 2b praktisch kein Wärmeübergang oder Wärmefluss stattfindet. Es kann unter Berücksichtigung dieser Voraussetzung daher auch das Scheibenelement (MK-Materialelement) durchgehend als ein einziges Scheibenelement ausgebildet werden, z. B. wenn dessen Dicke nur hinreichend gering ist, so dass ein Wärmeübergang zwischen „Kaltseite und Heißseite" unabhängig von einer Rotationsbewegung der Rotationsanordnung nicht stattfindet bzw. vernachlässigbar ist. It is not necessary, by the way, that within the first segment of the device shown in FIG. 1 two different disk elements or MK material elements 2 a, 2 b, which are thermally insulated from each other in the area of the rotation axis 3, are used Fig. 1 in the horizontal direction between the MK material elements 2a, 2b takes place virtually no heat transfer or heat flow. It can therefore taking into account this condition, therefore, the disc element (MK material element) are formed continuously as a single disc element, for. B. if its thickness is only sufficiently low, so that a heat transfer between "cold side and hot side" regardless of a rotational movement of the rotary assembly does not take place or is negligible.

In Fig. 2 sind zur Erhöhung des Effektes der Kühleinrichtung, d. h. zur Erhöhung des Temperaturgradienten bzw. Temperaturhubs und damit zur verstärkten Abkühlung des zu kühlenden Bereiches 7 zwei Segmente 1 , 2 einer solchen Kühleinrichtung 100 dargestellt, wobei das in Fig. 2 als„Segment 1 " bezeichnete Modul der Darstellung in Fig. 1 entspricht, hier nun jedoch ein weiteres Segment 2 und eine wärmeübertragende bzw. wärmeleitende Verbindung zwischen den Segmenten 1 und 2 über den Heißseiten-Wärmeübertrager 4 auf der Warmseite des ersten Segments 1 und dem Kaltseiten-Wärmeübertrager 2 der Kaltseite des nächstfolgenden Segmentes 2 vorgesehen ist, so dass sich praktisch eine Reihenschaltung aus zwei Segmenten 1 , 2 auch hinsichtlich des vergrößerten Temperaturhubes der Kühleinrichtung ergibt, und der zu kühlende Bereich noch stärker gekühlt werden kann. Die„Kaskadierung", d. h. die Ausbildung der Kühleinrichtung 100 aus mehreren einzelnen übereinanderliegenden Segmenten 1 , 2 erfordert einen thermisch exzellenten Kontakt zwischen dem Heißseiten-Wärmeübertrager 4 des Segmentes 1 auf der Warmseite und dem Kaltseiten-Wärmeübertrager 6 des zweiten Segmentes 2 auf der Kaltseite. Die hierdurch übertragene, im Wesentlichen konstante Wärmemenge Q wird nach Rotation und Verbringen des in Fig. 2 rechtsseitigen Scheibenelementes 2 aus magnetokalorischen Material 2 nach links auf die „Heißseite" in den Einflussbereich des Magnetfeldes 12 wiederum über den Heißseiten-Wärmeübertrager 4 an die Wärmesenke 5 abgegeben. Der Temperaturhub vergrößert sich hierdurch entsprechend und es kann hierdurch eine stärkere Kühlung des zu kühlenden Bereiches 7 erreicht werden. Wesentlich für die Effizienz der Anordnung ist sowohl der, wie bereits in Fig. 1 erläuterte Wärmeübergang zwischen den Wärmeübertragern 4, 6 auf der Heißseite und der Kaltseite des Segmentes 1 und den zugehörigen MK-Material-Elementen (Scheibenelementen) und einer hochwärmeleitenden Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Segment V, 2' durch, z. B. durch integrale Ausführungen des stationären Heißseiten-Übertragers 4 des Segmentes 1 auf der„Heißseite" (linke Seite der Fig. 2) mit dem Kaltseiten-Wärmeübertrager 6 in der in Fig.2 rechten Seite der Einrichtung, die von einem Magnetfeld völlig frei ist, und zwar unter vertikaler thermischer Isolation der auf der Kalt- oder Heißseite in Segmenten abfolgend angeordneter Scheibenelemente 2a auf der Heißseite bzw. der Scheibenelemente 2 auf der Kaltseite. In Fig. 2, two segments 1, 2 of such a cooling device 100 are shown to increase the effect of the cooling device, ie to increase the temperature gradient or temperature and thus for increased cooling of the area to be cooled 7, wherein in Fig. 2 as a "segment 1 "module corresponds to the representation in FIG. 1, but here is a further segment 2 and a heat-transmitting or heat-conducting connection between the segments 1 and 2 via the hot side heat exchanger 4 on the hot side of the first segment 1 and the cold side heat exchanger 2 of the cold side of the next segment 2 is provided, so that there is practically a series connection of two segments 1, 2 also with regard to the increased temperature of the cooling device, and the area to be cooled even more can be cooled. The "cascading", ie the formation of the cooling device 100 of a plurality of individual superimposed segments 1, 2 requires a thermally excellent contact between the hot side heat exchanger 4 of the segment 1 on the hot side and the cold side heat exchanger 6 of the second segment 2 on the cold side. The thus transmitted, substantially constant amount of heat Q is after rotation and movement of the right in Fig. 2 disc element 2 of magnetocaloric material 2 to the left on the "hot side" in the sphere of influence of the magnetic field 12 again via the hot side heat exchanger 4 to the heat sink. 5 issued. As a result, the temperature increase increases correspondingly and, as a result, greater cooling of the region 7 to be cooled can be achieved. Essential for the efficiency of the arrangement is both, as already explained in Fig. 1 heat transfer between the heat exchangers 4, 6 on the hot side and the cold side of the segment 1 and the associated MK material elements (disc elements) and a high heat conducting connection between the first and second segments V, 2 'through, z. B. by integral versions of the stationary hot side transformer 4 of the segment 1 on the "hot side" (left side of Fig. 2) with the cold side heat exchanger 6 in the right in Fig.2 right side of the device, completely free of a magnetic field is, under vertical thermal insulation of the arranged on the cold or hot side in segments successively slice elements 2a on the hot side and the disc elements 2 on the cold side.

Im Übrigen ist durch die Kaskadierung ein erhöhter Temperaturhub der Kühleinrichtung 100 möglich. Es gelten auch hier die in Verbindung mit Fig. 1 gegebene Erläuterung zur Wirkungsweise. Incidentally, an increased temperature stroke of the cooling device 100 is possible by cascading. Here, too, the explanation given in connection with FIG. 1 for the mode of action apply.

Als Wärmeübertrager in den Segmenten 1 oder 2 können auch Wärmerohre („Heat-Pipes") verwendet werden, die einen gerichteten Wärmetransport, z. B. von dem Wärmeübertrager 4 auf der Heißseite des Segmentes 1 zu dem Kaltseiten-Wärmeübertrager 6 im Segment 2 auf der Kaltseite der Kühleinrichtung (in Richtung des in Fig. 2 dargestellten Pfeiles Q in der Mitte der Abbildung) bewirken, ggf. unter zusätzlicher Phasenwandlung und der Nutzung der latenten Wärme eines kondensierenden bzw. verdampfenden Übertragungsfluides. As heat exchangers in the segments 1 or 2, heat pipes ("heat pipes") can also be used which have a directed heat transport, eg from the heat exchanger 4 on the hot side of the segment 1 to the cold side heat exchanger 6 in the segment 2 the cold side of the cooling device (in the direction of the arrow Q shown in Fig. 2 in the middle of the figure), possibly with additional phase conversion and the use of the latent heat of a condensing or evaporating transfer fluid.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Kühleinrichtung 1 in einer kaskadierten Ausführung zur Erhöhung der Kältewirkung derselben. Auf der linken Seite der Darstellung befindet sich der Permanentmagnet 8 zur Erzeugung des Magnetfeldes 12, dem auf der damit gebildeten Heißseite die Scheibenelemente bzw. MK-Materialelemente 2a aus magnetokalorischem Material zugeordnet sind, während sich die Scheibenelemente 2 aus magnetokalorischem Material auf der in Fig. 3 rechten Seite außerhalb der Feldbeeinflussung befinden. In Fig. 3 sind vier Segmente in kaskadierter Anordnung dargestellt, wobei die Wärmekopplung zwischen den stationären Wärmeübertragern 4 auf der Warmseite und den Kaltseitenwärmeübertragern 6 des jeweils nächstfolgenden Segmentes durch die entsprechend stationären angeordneten Wärmeübertrager 4, 6 erfolgt. Die Scheibenelemente aus magnetokalorischem Material 2a werden mittels der Rotationsachse 3 alternierend bzw. periodisch in das Magnetfeld 12 des Permanentmagneten 8 hineingedreht und dabei gleichzeitig die gegenüberliegenden MK-Materialelemente 2b aus dem vorherigem Magnetfeldeinfluss in den in Fig. 3 auf der rechten Seite befindlichen, feldfreien Bereich („Kaltseite") herausbewegt, und umgekehrt. Fig. 3 shows a schematic representation of the cooling device 1 in a cascaded design to increase the cooling effect of the same. On the left side of the illustration is the permanent magnet 8 for generating the magnetic field 12, the disk elements or magnetic material elements 2a are assigned magnetocaloric material on the thus formed hot side, while the disk elements 2 of magnetocaloric material on the in Fig. 3 right side out of the field interference. In Fig. 3, four segments are shown in a cascaded arrangement, wherein the heat coupling between the stationary heat exchangers 4 on the hot side and the Kaltseitenwärmeübertragern 6 of each next segment by the correspondingly stationary arranged heat exchanger 4, 6 takes place. The disk elements of magnetocaloric material 2a are rotated by means of the rotation axis 3 alternately or periodically into the magnetic field 12 of the permanent magnet 8 and at the same time the opposite MK material elements 2b from the previous magnetic field influence in the in Fig. 3 located on the right side, field-free area ("Cold side") moved out, and vice versa.

Als Veranschaulichung kann man die Anwendung als eine Art„Schöpfwerk" ansehen, in dem miteinander kommunizierende Wasserbehälter eine stets wiederkehrende Wassermenge (=Wärmemenge) an die nächstfolgende Stufe abgeben bis zum endgültigen Herausführen der Wassermenge (= Wärmemenge) in ein äußeres Wasserreservoir (Wärmesenke). By way of illustration, the application can be regarded as a kind of "scooping" in which water containers communicating with one another deliver a constantly recurring amount of water (= amount of heat) to the next stage until finally removing the quantity of water (= quantity of heat) into an external water reservoir (heat sink).

In Fig. 4 ist ein thermisches Ersatzschaltbild der Rotations-Kühleinrichtung 100 nach Fig. 3 einschließlich des Wärmeflusses gezeigt. FIG. 4 shows a thermal equivalent circuit diagram of the rotary cooling device 100 according to FIG. 3, including the heat flow.

Es ist deutlich, dass unter Berücksichtigung von Erwärmung und Abkühlung der magnetokalorischen MK-Materialelemente 2a, 2b in Abhängigkeit von ihrer Position innerhalb des Magnetfeldes 12 oder außerhalb desselben stets zwischen einem n-ten und einem nächstfolgenden η+1-ten Wärmeübertrager auf der Heißseite und der Kaltseite die gleiche Wärmemenge Q übertragen wird und der Temperaturhub für die Kühlung des zu kühlenden Bereiches und die Absenkung seiner Temperatur unter die Umgebungstemperatur vergrößert wird. It is clear that, taking into account heating and cooling of the magnetocaloric MK material elements 2a, 2b depending on their position within the magnetic field 12 or outside of it always between an nth and a next η + 1 th heat exchanger on the hot side and the cold side of the same amount of heat Q is transferred and the temperature increase for the cooling of the area to be cooled and the lowering of its temperature is increased below the ambient temperature.

Es wäre in einer alternativen Ausführung auch möglich, die rotatorische oder andere Bewegung der Scheibenelemente bzw. MK-Materialelemente 2a in das Magnetfeld 12 des Permanentmagneten 8 hinein und dabei gleichzeitig für die anderen MK-Materialelemente 2b aus diesem heraus durch eine Rotation des Magnetfeldes bei dann ruhender stationärer Anordnung der Scheibenelemente (MK-Materialelemente) zu ersetzen. Allerdings müsste dann auch jeweils die Wärmesenke 5 bzw. der zugehörige Bereich in entsprechender Weise in ihrer wärmeübertragenden Bindung mit dem endseitigen Wärmeübertrager 4 auf der „Heißseite" und der wärmeübertragenden Verbindung des zu kühlenden Bereiches 7 mit dem ersten Kaltseiten-Wärmeübertrager 6 auf der Kaltseite entsprechend der Magnetfeldbewegung mit umlaufen. It would also be possible in an alternative embodiment, the rotational or other movement of the disc elements or MK material elements 2a in the magnetic field 12 of the permanent magnet 8 into it and at the same time for the other MK material elements 2b out of this by a rotation of the magnetic field at stationary stationary arrangement of the disc elements (MK material elements) to replace. However, in each case the heat sink 5 or the associated area would then have to be correspondingly provided in their heat-transferring bond with the end heat exchanger 4 on the "hot side" and the heat-transferring connection of the area 7 to be cooled with the first cold side heat exchanger 6 on the cold side the magnetic field movement with circulating.

Da bei den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten, kaskadierten Anordnungen der Kühleinrichtung 100 zur Erhöhung des Temperaturhubes die Temperatur der jeweiligen MK- Materialelemente 2a (die sich im Magnetfeld 12 befinden) in vertikaler Richtung zunimmt, d. h. die MK-Materialelemente 2a in unterschiedlichen Segmenten der Kühleinrichtung 100 auf einem unterschiedlichen Temperaturniveau arbeiten, ist es bevorzugt, zur Sicherung eines optimalen Arbeitsbereiches der MK-Materialelemente 2a, 2b im Bereich ihrer jeweiligen Curie-Temperatur unterschiedliche magnetokalorische Materialien innerhalb der Rotations- Kühleinrichtung 100 (in verschiedener Höhe) zu verwenden. Since in the case of the cascaded arrangements of the cooling device 100 shown in FIGS. 2 to 4 in order to increase the temperature stroke, the temperature of the respective MK Material elements 2a (located in the magnetic field 12) increases in the vertical direction, ie, the MK material elements 2a in different segments of the cooling device 100 operate at a different temperature level, it is preferred to secure an optimal working range of the MK material elements 2a, 2b in Range of their respective Curie temperature different magnetocaloric materials within the rotary cooling device 100 (at different heights) to use.

Die z. B. einen Heißseitenübertrager 4 des zweiten Segmentes mit dem Kaltseiten- Wärmeübertrager 6 des dritten Segmentes verbinden und die stationär angeordnet sind, können z. B. Wärmerohre für einen gerichteten Wärmetransport zwischen diesen Segmenten oder auch z. B. integrale Kupferschienen oder dergleichen hochwärmeleitende Verbindungselemente sein. The z. B. connect a hot side transformer 4 of the second segment with the cold side heat exchanger 6 of the third segment and which are arranged stationary, z. B. heat pipes for a directed heat transfer between these segments or z. B. integral copper bars or the like highly heat conductive fasteners.

Parasitäre Wärmeströme innerhalb der Kühleinrichtung 100 müssen minimiert werden. Daher sind auch die magnetokalorischen MK-Materialelemente 2a, 2b die sich in den Segmenten vertikal übereinander befinden, voneinander thermisch isoliert durch entsprechende Isoliermaterialschichten oder auch einfach durch Luftschichten, wie dies in dem thermischen Ersatzschaltbild gemäß Fig. 4 dargestellt ist. Parasitic heat flows within the cooler 100 must be minimized. Therefore, the magnetocaloric MK material elements 2a, 2b which are located vertically in the segments above each other, thermally insulated from each other by corresponding Isoliermaterialschichten or simply by air layers, as shown in the thermal equivalent circuit diagram of FIG.

In den Figuren 5 und 6 ist in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine thermische Kopplung zwischen einem magnetokalorischen Materialelement 2 und einem zugehörigen Wärmeübertrager unter Ausnutzung der latenten Wärme eines Übertragungsfluids gezeigt, wodurch die Effizienz der Anordnung (Vermeidung von Übertragungsverlusten innerhalb derselben) weiter minimiert werden kann. Shown schematically in FIGS. 5 and 6 is another embodiment of a thermal coupling between a magnetocaloric material element 2 and an associated heat exchanger utilizing the latent heat of a transfer fluid, thereby further minimizing the efficiency of the assembly (avoiding transmission losses within it) can.

Das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5 und 6 kann also als makroskopische Darstellung von Wärmeübertragungsverhältnissen zwischen magnetokalorischem Material und den jeweiligen Kaltseiten- bzw. Heißseitenwärmeübertragern 6; 4, hier auch als K1 und K3 innerhalb einer Anordnung 100 verstanden werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. The exemplary embodiment according to FIGS. 5 and 6 can therefore be described as a macroscopic representation of heat transfer ratios between magnetocaloric material and the respective cold side or hot side heat exchangers 6; 4, also to be understood here as K1 and K3 within an arrangement 100, as shown in FIG.

Der Vermeidung thermischer Verluste beim Wärmeübergang zwischen magnetokalorischem Materialelement und Heißseiten- oder Kaltseiten-Wärmeübertrager in Verbindung mit dem Positionswechsel des magnetokalorischem Materiales zwischen Heißseite und Kaltseite kommt für eine effiziente Kühl- bzw. Kälteanordnung (Klimatisierungsanordnung) essenzielle Bedeutung zu. The avoidance of thermal losses in heat transfer between magnetocaloric material element and hot side or cold side heat exchanger in conjunction with the position change of magnetocaloric material between the hot side and cold side is essential for an efficient cooling or cooling arrangement (air conditioning) essential.

Der Kaltseiten-Wärmeübertrager K1 mit einer Temperatur T1 befindet sich in einem gasdichten Raum 10, welcher teilweise mit einem im thermischen Arbeitsbereich der Stufe verdampfbaren Fluid gefüllt ist, das durch den Kaltseiten-Wärmeübertrager K1 teilweise verdampft wird, so dass sich im Raum 10 ein Gleichgewichtszustand zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase des Fluides einstellt. Tritt nun ein Körper K2, z. B. ein magnetokalorisches Materialelement 2 mit einer Temperatur T2 < T1 in den Raum 1 10 ein, kondensiert das in der Gasphase befindliche Fluid an der Oberfläche des insbesondere magnetokalorischen Materialelements K2. Hierdurch kommt es zu einem Wärmeübertrag von K1 (Kaltseiten-Wärmeübertrager 6) auf K2 (z. B. magnetokalorisches Materialelement 2) unter Ausnutzung der latenten Wärme des Fluides und somit zu einer Temperaturerhöhung des vorzugsweise magnetokalorischen Materialelementes 2, hier K2 auf T2' > T2. Tritt nun das insbesondere magnetokalorische Materialelement 2, hier K2 in einen weiteren gasdichten Raum 120 ein, hier auf der Heißseite im Einflussbereich eines Magnetfeldes (wobei der Raum 120 hinreichend gasdicht gegenüber dem Raum 1 10 abgeschlossen ist) und in dem sich ein Heißseiten-Wärmeübertrager 4, hier K3 mit einer Temperatur T3 < T2' befindet, so verdampft das Fluid auf dem insbesondere magnetokalorischem Materialelement K2 im Raum 120 und es kommt zur Kondensation des gasförmigen Fluides auf dem Heißseiten-Wärmeübertrager 4, hier K3 und somit zu einem Wärmeübertrag von dem magnetokalorischen Materialelement 2, hier K2 auf den Heißseiten-Wärmeübertrager 4, hier K3. The cold-side heat exchanger K1 with a temperature T1 is located in a gas-tight space 10, which is partially filled with a vaporizable in the thermal working range of the stage fluid which is partially evaporated by the cold side heat exchanger K1, so that in the space 10 is an equilibrium state between one liquid and a gaseous phase of the fluid sets. Now kick a body K2, z. B. a magnetocaloric material element 2 with a temperature T2 <T1 in the space 1 10, the fluid located in the gas phase condenses on the surface of the particular magnetocaloric material element K2. This results in a heat transfer from K1 (cold side heat exchanger 6) to K2 (eg magnetocaloric material element 2) by utilizing the latent heat of the fluid and thus to a temperature increase of the preferably magnetocaloric material element 2, in this case K2 to T2 '> T2 , Now enters the particular magnetocaloric material element 2, here K2 in a further gas-tight space 120, here on the hot side in the influence of a magnetic field (wherein the space 120 sufficiently gas-tight with respect to the space 1 10 is completed) and in which a hot side heat exchanger. 4 , here K3 is at a temperature T3 <T2 ', the fluid evaporates on the particular magnetocaloric material element K2 in space 120 and there is condensation of the gaseous fluid on the hot side heat exchanger 4, here K3 and thus to a heat transfer from the magnetocaloric Material element 2, here K2 on the hot side heat exchanger 4, here K3.

Da auf diese Weise das Übertragungsfluid aus dem Raum 1 10 in den Raum 120 verbracht wird, muss für einen Rückfluss von Fluid aus dem Raum 120 in den Raum 1 10 gesorgt werden. Dies in Fig. 5 durch den eine Behälterwand zwischen dem Raum 120 und dem Raum 1 10 in Richtung des Raumes 1 10 durchkreuzenden Teil am Boden der Anordnung dargestellt. Since in this way the transfer fluid from the space 1 10 is spent in the space 120, must be provided for a backflow of fluid from the space 120 in the space 1 10. This is shown in Fig. 5 by a container wall between the space 120 and the space 1 10 in the direction of the space 1 10 intersecting part at the bottom of the arrangement.

Fig. 6 verdeutlicht die vorgenannten Wärmeübertragungsverhältnisse auf der Kaltseite nochmals und ist praktisch eine vergrößerte Darstellung der rechten Seite von Fig. 5, wobei zugleich auch eine einfache Schleuse„105" dargestellt ist, durch die das magnetokalorische Materialelement K2 den Raum 100 in Richtung des Raumes 105 (z. B. rotatorisch) verlässt. Fig. 6 illustrates the aforementioned heat transfer conditions on the cold side again and is practically an enlarged view of the right side of Fig. 5, wherein at the same time a simple lock "105" is shown, through which the magnetocaloric material element K2 the space 100 in the direction of space 105 (eg rotatory) leaves.

Auf diese Weise kann die latente Wärme eines Übertragungsfluides zum Wärmetransport innerhalb einer Anordnung, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, verwendet werden. Durch die Erfindung wird in einem sehr kompakten Aufbau eine Klimatisierungseinrichtung unter Verwendung des magnetokalorischen Effektes von magnetokalorischen Materialien geschaffen, mit der Möglichkeit, in einer kaskardierten Anordnung einzelner Segmente den Temperaturhub zwischen einem zu kühlenden Bereich 7 und einer Wärmesenke am gegenüberliegenden Ende der Anordnung durch gestapelte Anordnung mehrerer gleichartiger, jeweils zwei, voneinander isolierter magnetokalorischer Materialelemente, die als Transportmittel einer jeweils im Wesentlichen gleichen Wärmemenge dienen, geschaffen. Hierdurch ist ein Weg aufgezeigt, eine industrielle Anwendung des magnetokalorischen Effektes in Klimatisierungssystemen, z. B. zum Ersatz gefährlicher Kältemittel, wie sie heute z. B. in Klimaanlagen Kraftfahrzeugen oder auch in Haushalt-Klimaanlagen verwendet werden, mit hinreichendem Wirkungsgrad zu fördern. In this way, the latent heat of a transfer fluid for heat transfer within an arrangement as shown in Figs. 3 and 4 can be used. The invention provides in a very compact design an air conditioning device using the magnetocaloric effect of magnetocaloric materials, with the possibility of stacking individual segments within a temperature range between a region to be cooled 7 and a heat sink at the opposite end of the device by stacked arrangement a plurality of similar, each two, mutually insulated magnetocaloric material elements, which serve as a means of transport each having a substantially equal amount of heat, created. As a result, a way is shown, an industrial application of the magnetocaloric effect in air conditioning systems, eg. B. to replace dangerous refrigerant, as they are today z. B. in air conditioning vehicles or in domestic air conditioning systems are used to promote with sufficient efficiency.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials, bei dem alternierend zumindest ein elektro- oder magnetokalorisches Materialelement auf einer Warmseite einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung ausgesetzt wird und gleichzeitig eine entstehende Wärme aus einer Erwärmung des elektro- oder magnetokalorischen Materialelementes abgeführt wird, und dieses oder ein weiteres elektro- oder magnetokalorisches Materialelement auf einer Kaltseite frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung gehalten wird, und gleichzeitig Wärme von dem zu klimatisierenden Medium aufnimmt, wobei eine Mehrzahl voneinander thermisch isolierter elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente auf der Warmseite einer elektrischen und/oder einer magnetischen Feldbeeinflussung ausgesetzt werden, während eine Mehrzahl voneinander thermisch isolierter elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente auf der Kaltseite frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung gehalten werden. The invention relates to a method and a device for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material in which alternately at least one electro- or magnetocaloric material element is exposed to a warm side of an electrical and / or magnetic field influence and at the same time a resulting heat is removed from a heating of the electro-or magnetocaloric material element, and this or another electro- or magnetocaloric material element is kept free of electrical and / or magnetic field influence on a cold side, and at the same time receives heat from the medium to be conditioned, wherein a plurality exposed to each other thermally insulated electro- or magnetocaloric material elements on the hot side of an electric and / or magnetic field influence, while a plurality of thermally insulated from each other electrically insulated or magnetocaloric material elements on the cold side are kept free of electrical and / or magnetic field influence.

Claims

Patentansprüche claims

1. Verfahren zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung, eines Mediums mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials, bei dem alternierend zumindest ein elektro- oder magnetokalorisches Materialelement (2a) auf einer Heißseite einem elektrischen und/oder magnetischen Feld (12) ausgesetzt wird und gleichzeitig eine entstehende Wärme aus einer Erwärmung des elektro- oder magnetokalorischen Materialelementes (2a) abgeführt wird, und dieses oder ein weiteres elektro- oder magnetokalorisches Materialelement (2b) auf einer Kaltseite frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung gehalten wird, und gleichzeitig Wärme von dem zu klimatisierenden Medium aufnimmt, wobei eine Mehrzahl voneinander thermisch isolierter elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente (2a) auf der Heißseite einem elektrischen und/oder magnetischen Feld (12) ausgesetzt werden, während eine Mehrzahl voneinander thermisch isolierter elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente (2b) auf der Kaltseite frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung gehalten werden. 1. A method for air conditioning, in particular cooling, of a medium by means of electro- or magnetocaloric material in which alternately at least one electro- or magnetocaloric material element (2a) is exposed on a hot side to an electric and / or magnetic field (12) and at the same time a resulting Heat from a heating of the electro-or magnetocaloric material element (2a) is dissipated, and this or another electro- or magnetocaloric material element (2b) is kept free of electrical and / or magnetic field influence on a cold side, and at the same time heat from the accommodating a plurality of thermally insulated electro- or magnetocaloric material elements (2a) on the hot side of an electric and / or magnetic field (12), while a plurality of thermally insulated electro- or magnetocaloric material elements (2b) be kept free of electrical and / or magnetic field influence on the cold side.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektro- oder magnetokalorische Materialelement (2a) oder das weitere elektro- oder magnetokalorische Materialelement (2b) bewegt, insbesondere um eine Rotationsachse (3) gedreht, werden, um alternierend in einen Bereich eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes (12) und aus diesem Bereich heraus in einen Bereich frei von elektrischer und/oder magnetischer Feldbeeinflussung zu gelangen. 2. The method according to claim 1, characterized in that the electro- or magnetocaloric material element (2a) or the further electro- or magnetocaloric material element (2b) moves, in particular about an axis of rotation (3) are rotated to alternately in an area of electrical and / or magnetic field (12) and to get out of this area in a range free of electrical and / or magnetic field interference.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Heißseite die entstehende Wärme über einen ersten Wärmeübertrager (4) abgegeben und auf der Kaltseite Wärme von dem zu klimatisierenden Medium über einen zweiten Wärmeübertrager (6) aufgenommen wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that on the hot side, the heat generated via a first heat exchanger (4) and on the cold side heat from the medium to be conditioned via a second heat exchanger (6) is added.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2b, 2c) unter Rotation um eine Drehachse (3) ihre Positionen zwischen einem Bereich eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes (12) und einem Bereich frei von einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung alternierend gegeneinander vertauschen. 4. The method according to at least one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the electro- or magnetocaloric material elements (2b, 2c) with rotation about a rotation axis (3) their positions between a region of an electric and / or magnetic field (12 ) and a region free of electrical and / or magnetic field interference alternating with each other.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektro- oder magnetokalorisches Materialelement (2a) eines n- ten Segments auf der Heißseite in wärmeleitender Verbindung mit einem weiteren elektro- oder magnetokalorischen Materialelement (6) eines nächstfolgenden, η+1-ten Segments auf der Kaltseite gebracht wird. 5. The method according to at least one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that an electro- or magnetocaloric material element (2a) of an n- th segment on the hot side in heat-conducting connection with another electro- or magnetocaloric material element (6) of a next, η + 1-th segment is brought on the cold side.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektro- oder magnetokalorische Materialelement (2a) des n-ten Segments auf der Warmseite mit dem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement (2b) des η+1-ten Segments wärmeübertragend über eine Wärmeübertrageranordnung (4, 6) verbunden wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the electro- or magnetocaloric material element (2a) of the n-th segment on the hot side with the electro- or magnetocaloric material element (2b) of the η + 1-th segment heat transfer via a heat exchanger assembly ( 4, 6) is connected.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktoberflächen von elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen (2a, 2b) und/oder zugehörigen Wärmeübertragern (4, 6) der Wärmeübertrageranordnung oberflächenvergrößernd strukturiert und/oder mit einer wärmeleitenden Beschichtung versehen werden. 7. The method according to at least one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that contact surfaces of electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) and / or associated heat exchangers (4, 6) of the heat exchanger arrangement surface-enlarging structured and / or with a heat-conductive coating be provided.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeübertragung zwischen den elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen (2a, 2b) und zugehörigen Wärmeübertragern (4, 6) der Wärmeübertrageranordnung unter Ausnutzung einer latenten Wärme eines Fluides ausgebildet wird. 8. The method according to at least one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that a heat transfer between the electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) and associated heat exchangers (4, 6) of the heat exchanger assembly is formed by utilizing a latent heat of a fluid ,

9. Einrichtung zur Klimatisierung, insbesondere Kühlung eines Mediums, mittels elektro- oder magnetokalorischen Materials, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, mit zumindest einer Anordnung elektro- oder magnetokalorischen Materialelement (2a, 2b) in einem elektrischen und/oder magnetischen Feld (12) in wärmeübertragender Verbindung mit einer Wärmesenke (5) auf einer Heißseite und außerhalb eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes in wärmeübertragender Verbindung mit dem zu klimatisierenden Medium (7) auf einer Kaltseite, gekennzeichnet durch eine kaskadierte Anordnung elektro- oder magnetokalorischer Materialelemente (2a, 2b) zur Vergrößerung eines Temperaturhubes, wobei die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b), die sich jeweils gemeinsam auf der Kaltseite außerhalb einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung oder die sich auf der Heißseite innerhalb eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes befinden, thermisch voneinander isoliert sind. 9. A device for air conditioning, in particular cooling of a medium, by means of electro- or magnetocaloric material, in particular for carrying out the method according to at least one of claims 1 to 8, with at least one arrangement of electro- or magnetocaloric material element (2a, 2b) in an electrical and or magnetic field (12) in heat-transmitting connection with a heat sink (5) on a hot side and outside an electric and / or magnetic field in heat-transmitting connection with the medium to be conditioned (7) on a cold side, characterized by a cascaded arrangement of or magnetocaloric material elements (2a, 2b) for increasing a temperature elevation, wherein the electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b), which in each case together on the cold side outside an electrical and / or magnetic field influence or on the hot side within an electrical and / ode R are magnetic field, thermally insulated from each other.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a) der Heißseite voneinander beabstandet sind und/oder die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2b) der Kaltseite voneinander beabstandet angeordnet sind. 10. Device according to claim 9, characterized in that the electro- or magnetocaloric material elements (2 a) of the hot side are spaced apart from each other and / or the Electro or magnetocaloric material elements (2b) are arranged on the cold side spaced from each other.

1 1 . Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung elektro- oder magnetokalorische Materialelemente (2a, 2b) zumindest ein Segment (1 , 2) mit einem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement (2a) in dem elektrischen und/oder magnetischen Feld und in wärmeübertragender Verbindung mit der Wärmesenke (5) und mit einem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement (2b) außerhalb des elektrischen und/oder magnetischen Feldes und in wärmeübertragender Verbindung zu dem zu klimatisierenden Bereich (7) aufweist. 1 1. Device according to claim 9 or 10, characterized in that the arrangement of electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) at least one segment (1, 2) with an electro- or magnetocaloric material element (2a) in the electrical and / or magnetic field and in heat-transferring connection with the heat sink (5) and with an electro- or magnetocaloric material element (2b) outside the electrical and / or magnetic field and in heat-transferring connection to the area to be conditioned (7).

12. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , gekennzeichnet durch eine alternierende Anordnung der elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b) innerhalb und außerhalb des elektrischen und/oder magnetischen Feldes. 12. Device according to at least one of claims 9 to 1 1, characterized by an alternating arrangement of the electro- or magnetocaloric material elements (2 a, 2 b) inside and outside of the electrical and / or magnetic field.

13. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b) eines Segmentes (1 , 2) einstückig ausgeführt sind, im Wesentlichen ohne Wärmeübertragung zwischen den elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen (2a, 2b) eines Segmentes (1 , 2) oder die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b) eines Segmentes (1 , 2) durch eine thermische Isolation (13) voneinander getrennt sind. 13. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 12, characterized in that the electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) of a segment (1, 2) are made in one piece, substantially without heat transfer between the electro-or magnetocaloric material elements (2a, 2b) of a segment (1, 2) or the electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) of a segment (1, 2) are separated from one another by a thermal insulation (13).

14. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch eine Bewegungsanordnung, insbesondere Rotoranordnung, mit scheibenförmiger Ausbildung der elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b), die durch die Bewegungsanordnung alternierend in das elektrische und/oder magnetische Feld hinein und/oder aus diesem heraus bewegbar sind. 14. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 13, characterized by a movement arrangement, in particular rotor assembly, with disc-shaped design of the electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b), by the movement arrangement alternately into the electric and / or magnetic field and / or are movable out of this.

15. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch eine Wärmeübertrageranordnung (4) zwischen einem n-ten elektro- oder magnetokalorischen Materialelement (2a) auf der Heißseite und einer Wärmeübertrageranordnung (6) zwischen einem n-ten elektro- oder magnetokalorischen Materialelement auf der Heißseite im Einfluss eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes und einem η+1 -ten elektro- oder magnetokalorischen Materialelement (2b) auf der Kaltseite außerhalb einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung. 15. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 14, characterized by a heat exchanger arrangement (4) between an n-th electro- or magnetocaloric material element (2a) on the hot side and a heat exchanger arrangement (6) between an n-th electro- or Magnetocaloric material element on the hot side in the influence of an electric and / or magnetic field and a η + 1-th electro- or magnetocaloric material element (2b) on the cold side outside an electric and / or magnetic field influence.

16. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrageranordnung einen Wärmeübertrager auf der Heißseite im Einfluss eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes in einem n-ten Segment (1 ) in wärmeleitender Verbindung mit einem Wärmeübertrager (6) auf der Kaltseite außerhalb einer elektrischen und/oder magnetischen Feldbeeinflussung in einem η+1-ten Segment (2) aufweist und die Wärmeübertrager (4, 6) in hochwärmeleitender, wärmeübertragender Verbindung sind. 16. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 15, characterized in that the heat exchanger arrangement comprises a heat exchanger on the hot side in the influence of an electric and / or magnetic field in an n-th segment (1) in heat-conducting connection with a heat exchanger (6 ) on the cold side outside an electrical and / or magnetic field influencing in a η + 1-th segment (2) and the heat exchanger (4, 6) are in high heat conducting, heat transferring compound.

17. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrageranordnung der Heißseite und der Kaltseite zweier abfolgender Segmente Wärmerohre mit gerichteter Wärmeübertragung von der Warmseite des n-ten Segments auf die Kaltseite des abfolgenden, η+1 -ten Segmentes aufweist. 17. The device according to at least one of the preceding claims 9 to 16, characterized in that the heat exchanger arrangement of the hot side and the cold side of two subsequent segments heat pipes with directed heat transfer from the hot side of the n-th segment to the cold side of the subsequent, η + 1-th Segmentes has.

18. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrageranordnung aus von der Warmseite des n-ten Segmentes zur Kaltseite des abfolgenden η+1-ten Segmentes verlaufenden Festkörperelementen aus hochwärmeleitfähigem Material gebildet sind. 18. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 17, characterized in that the heat exchanger arrangement are formed from the hot side of the n-th segment to the cold side of the subsequent η + 1-th segment solid state elements made of hochwärmeleitfähigem material.

19. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrageranordnung stationär und die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente rotatorisch um eine Drehachse zu innigem, wärmeübertragendem Kontakt mit der Wärmeübertrageranordnung bewegbar sind. 19. A device according to at least one of the preceding claims 9 to 18, characterized in that the heat exchanger assembly is stationary and the electro- or magnetocaloric material elements are rotationally movable about an axis of rotation to intimate, heat-transmitting contact with the heat exchanger assembly.

20. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2b) der Kaltseite untereinander wie auch die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a) der Heißseite untereinander durch thermische Isolierung mittels Isolationselementen, die insbesondere stationär angeordnet sind, voneinander thermisch isoliert sind. 20. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 19, characterized in that the electro- or magnetocaloric material elements (2b) of the cold side with each other as well as the electro- or magnetocaloric material elements (2a) of the hot side with each other by thermal insulation by means of insulation elements, the are arranged in particular stationary, are thermally insulated from each other.

21 . Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager und/oder Isolationselemente zwischen elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen (2a, 2b) auf Kalt- und/oder Heißseite und/oder die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b) um eine Bewegungsachse (3) drehbar sind. 21. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 20, characterized in that the heat exchanger and / or insulation elements between electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) on cold and / or hot side and / or the electro- or magnetocaloric material elements (2a , 2b) are rotatable about a movement axis (3).

22. Einrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehwinkeldifferenz zwischen den Wärmeübertragern (4, 6) und/oder den Isolationselementen und/oder den elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen (2a, 2b) variabel ist. 22. Device according to claim 21, characterized in that a rotational angle difference between the heat exchangers (4, 6) and / or the insulation elements and / or the electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) is variable.

23. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüchen 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b) und/oder die mit ihnen wärmeübertragend verbundenen Wärmeübertrager (4, 6) oberflächenvergrößernd strukturiert und/oder mit einer gut wärmeleitenden Beschichtung versehen sind. 23. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 22, characterized in that the electro- or magnetocaloric material elements (2 a, 2 b) and / or the heat transfer associated with them heat exchanger (4, 6) structured surface enlarging and / or with a good heat-conductive coating are provided.

24. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 23, gekennzeichnet durch einen Permanentmagneten (8), der stationär angeordnet ist, und die Heißseite zumindest teilweise U-förmig umgreift. 24. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 23, characterized by a permanent magnet (8) which is arranged stationary, and the hot side at least partially surrounds U-shaped.

25. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b) scheibenförmige Rotorelemente bilden, die einander in einem Segment (1 , 2) jeweils gegenüberliegend und im Bereich einer Rotationsachse (3) der Rotoranordnung voneinander getrennt angeordnet sind, insbesondere eine halbkreisförmige Gestalt aufweisen. 25. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 24, characterized in that the electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) form disc-shaped rotor elements, which in each case in a segment (1, 2) opposite each other and in the region of a rotation axis ( 3) of the rotor assembly are arranged separately from each other, in particular having a semicircular shape.

26. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 25, gekennzeichnet durch eine parallel zu einer Rotationsachse (3) der Rotoranordnung wirksame Druckanordnung zur Druckbeaufschlagung zwischen Kontaktflächen der Wärmeübertrager und der elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b). 26. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 25, characterized by a parallel to a rotational axis (3) of the rotor assembly effective pressure arrangement for pressurizing between contact surfaces of the heat exchanger and the electro- or magnetocaloric material elements (2 a, 2 b).

27. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 26, gekennzeichnet durch ein hochwärmeleitfähiges Fluid an zumindest einer der Kontaktoberflächen von Wärmeübertrager und zugehörigem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement, insbesondere Flüssigkeit wie flüssiges Metall, die im Wesentlichen stationär an einer der Kontaktoberflächen, insbesondere einer Kontaktoberfläche des Wärmeübertragers anhaftet. 27. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 26, characterized by a highly heat-conductive fluid on at least one of the contact surfaces of the heat exchanger and associated electro- or magnetocaloric material element, in particular liquid such as liquid metal, which is substantially stationary on one of the contact surfaces, in particular a Contact surface of the heat exchanger adheres.

28. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kontaktoberfläche des Wärmeübertragers aus einem hochwärmeleitfähigen Material, insbesondere aus Metall wie AI, Cu, Si oder Metalllegierungen wie Messing oder aus keramischem Material AIN besteht. 28. Device according to at least one of the preceding claims 23 to 27, characterized in that at least one contact surface of the heat exchanger made of a highly heat-conductive material, in particular of metal such as Al, Cu, Si or metal alloys such as brass or ceramic material AIN.

29. Einrichtung aus zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente (2a, 2b) einen Rotor bilden, der um eine, insbesondere vertikale oder horizontale oder eine zur horizontalen oder vertikalen geneigte Drehachse (3) drehbar ist. 29. Device according to claim 9, characterized in that the electro- or magnetocaloric material elements (2a, 2b) form a rotor, which is rotatable about one, in particular vertical or horizontal or an axis of rotation inclined to the horizontal or vertical (3 ) is rotatable.

30. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die hochwärmeleitfähige Beschichtung einer Kontaktoberfläche von Wärmeübertrager und/oder elektro- oder magnetokalorischen Materialelement korrosionsbeständig und/oder nicht-oxidierend mit niedrigem Gleitreibungskoeffizienten ist, insbesondere Messing aufweist. 30. Device according to at least one of the preceding claims 23 to 29, characterized in that the highly heat-conductive coating of a contact surface of the heat exchanger and / or electro- or magnetocaloric material element is corrosion resistant and / or non-oxidizing with low sliding friction coefficient, in particular brass.

31 . Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung einer Kontaktoberfläche des Wärmeübertragers und/oder des elektro- oder magnetokalorischen Materialelementes eine verhältnismäßige niedrige Härte aufweist, insbesondere Gold aufweist. 31. Device according to at least one of the preceding claims 23 to 30, characterized in that the coating of a contact surface of the heat exchanger and / or the electro-or magnetocaloric material element has a relatively low hardness, in particular gold.

32. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass eine hochwärmeleitende Beschichtung einer Kontaktoberfläche des Wärmeübertragers und/oder des zugehörigen elektro- oder magnetokalorischen Materialelementes eine hohe Härte aufweist, insbesondere Diamant aufweist. 32. Device according to at least one of the preceding claims 23 to 31, characterized in that a highly heat-conductive coating of a contact surface of the heat exchanger and / or the associated electro- or magnetocaloric material element has a high hardness, in particular diamond.

33. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- oder magnetokalorischen Materialelemente unterschiedlicher Segmente unterschiedliche Materialien mit unterschiedlicher Curie-Temperatur aufweisen. 33. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 32, characterized in that the electro- or magnetocaloric material elements of different segments have different materials with different Curie temperature.

34. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeübertragung zwischen elektro- oder magnetokalorischen Materialelement und Wärmeübertrager unter Phasenumwandlung und Nutzung der latenten Wärme eines Übertragerfluids erfolgt. 34. Device according to at least one of the preceding claims 9 to 33, characterized in that a heat transfer between the electro-or magnetocaloric material element and heat exchanger takes place under phase transformation and use of the latent heat of a Übertragerfluids.

35. Einrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente auf der Kalt- und/oder Warmseite im Wesentlichen gasdichte Räume mit in diesen angeordneten Wärmeübertragern bilden, in denen das verdampfbare/kondensierbare Übertragerfluid im Gleichgewicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase des Fluids aufgenommen ist, und ein Wärmeübergang zwischen Wärmeübertrager und elektro- oder magnetokalorischen Materialelement auf der Kaltseite durch Kondensation von von dem Wärmeübertrager verdampften Übertragerfluid an dem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement und ein Wärmeübergang zwischen dem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement und dem Wärmeübertrager auf der Warmseite durch Verdampfen des auf dem elektro- oder magnetokalorischen Materialelement kondensierten Übertragerfluids, und Kondensation an dem zugehörigen Wärmeübertrager auf der Warmseite erfolgt. 35. Device according to claim 34, characterized in that the segments form on the cold and / or hot side substantially gas-tight spaces with arranged in these heat exchangers, in which the evaporable / condensable Übertragerfluid is taken in equilibrium between the liquid and gaseous phase of the fluid , And a heat transfer between the heat exchanger and electro-or magnetocaloric material element on the cold side by condensation of the Heat exchanger vaporized transmitter fluid to the electro- or magnetocaloric material element and a heat transfer between the electro- or magnetocaloric material element and the heat exchanger on the hot side by evaporation of condensed on the electro- or magnetocaloric material element transmitter fluid, and condensation takes place at the associated heat exchanger on the hot side.

36. Wärmekraftmaschine mit einer Rotoranordnung aus elektro- oder magnetokalorischen Materialelementen, die auf einer Warmseite innerhalb und auf einer Kaltseite außerhalb eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes angeordnet sind, wobei das n-te magnetokalorische Materialelement auf der Warmseite mit einem η+1-ten elektro- oder magnetokalorischen Materialelement auf der Kaltseite, insbesondere unter Einsatz jeweils zugeordneter Wärmeübertrager, in wärmeübertragender Verbindung ist, und eine Rotorwelle der Rotoranordnung zur Bereitstellung eines elektro- oder magnetokalorisch induzierten Drehelementes vorgesehen ist. 36. A heat engine with a rotor assembly of electro- or magnetocaloric material elements, which are arranged on a hot side inside and on a cold side outside an electric and / or magnetic field, wherein the n-th magnetocaloric material element on the hot side with an η + 1-th Electro- or magnetocaloric material element on the cold side, in particular using each associated heat exchanger, in heat-transmitting connection, and a rotor shaft of the rotor assembly is provided for providing an electromagnetically or magnetocalorically induced rotary element.