WO2019219276A1 - Heat exchanger apparatus having electrocaloric element in vacuum - Google Patents

Abstract

The present invention relates to an apparatus for heat exchange, which comprises a heat sink (3), a heat source (4), at least one elastocaloric element (5) and at least one actuator (6). The elastocaloric element (5) is in contact with the heat source (4). The actuator (6) is designed to deform the associated elastocaloric element (5) and to move it away from the heat source (4) and into contact with the heat sink (3). A vacuum (7) is formed as thermal insulation between the heat source (4) and the heat sink (3).

Description

Beschreibung  description

WARMETAUSCHVORRICHTUNG MIT ELEKTROKALORISCHEM ELEMENT IM VAKUUM HEAT EXCHANGER WITH ELECTRIC CALORIC ELEMENT IN THE VACUUM

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmetausch, welche The present invention relates to a device for heat exchange, which

eine Wärmequelle, eine Wärmesenke, ein dazwischen ausgebildetes Vakuum, zumindest ein elastokalorisches Element und zumindest einen Aktor umfasst. a heat source, a heat sink, a vacuum formed therebetween, at least one elastocaloric element and at least one actuator.

Stand der Technik State of the art

Der elastokalorische Effekt beschreibt eine adiabatische Temperaturänderung The elastocaloric effect describes an adiabatic temperature change

eines Materials, wenn das Material mit einer mechanischen Kraft beaufschlagt wird und sich beispielsweise verformt. Materialien, an denen sich der a material, when the material is subjected to a mechanical force and deforms, for example. Materials in which the

elastokalorische Effekt nachweisen lässt, werden als elastokalorische Materialien bezeichnet. Solche elastokalorischen Materialien sind beispielsweise elastocaloric effect is called elastocaloric materials. Such elastocaloric materials are, for example

Formgedächtnislegierungen, die Superelastizität besitzen. Die superelastischen Shape memory alloys that possess superelasticity. The super elastic

Formgedächtnislegierungen zeichnen aus, dass diese auch nach starker Shape memory alloys indicate that they are also stronger

Verformung von selbst wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Deformation by itself to return to their original shape.

Superelastische Formgedächtnislegierungen weisen zwei unterschiedliche Superelastic shape memory alloys have two different

Phasen (Kristallstrukturen) auf: Austenit ist die bei Raumtemperatur stabile Phases (crystal structures): austenite is stable at room temperature

Phase und Martensit ist die bei niedrigeren Temperaturen stabile Phase. Eine Phase and martensite is the stable phase at lower temperatures. A

mechanische Verformung verursacht eine Phasenumwandlung von Austenit zu Mechanical deformation causes a phase transformation of austenite to

Martensit, die einen adiabatischen Temperaturanstieg zur Folge hat. Die erhöhte Martensite, which results in an adiabatic increase in temperature. The raised

Temperatur kann nun in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben werden, was zu einer Abnahme der Entropie führt. Wird das elastokalorische Material Temperature can now be released into the environment in the form of heat, which leads to a decrease in entropy. Will the elastocaloric material

wieder entlastet, erfolgt eine Rückumwandlung von Martensit zu Austenit und again relieved, a return conversion of martensite to austenite and

damit einhergehend eine adiabatische Temperaturabsenkung. concomitantly an adiabatic temperature reduction.

Elastokalorische Materialien können in Systemen zum Wärmetransport zur Elastokaloric materials can be used in heat transfer systems

Anwendung kommen. Diese Systeme umfassen eine Wärmequelle, eine Application come. These systems include a heat source, a

Wärmesenke und mindestens eine Wärmeüberträgereinheit aus einem Heat sink and at least one heat transfer unit from a

elastokalorischen Material. Das elastokalorische Material ist in Wirkverbindung mit der Wärmequelle angeordnet, sodass Wärme zwischen der Wärmequelle und dem elastokalorischen Material übertragbar ist. Darüber hinaus weisen diese Systeme Mittel zur Erzeugung einer mechanischen Spannung in dem elastocaloric material. The elastocaloric material is in operative connection arranged with the heat source, so that heat between the heat source and the elastocaloric material is transferable. In addition, these systems have means for generating a mechanical stress in the

elastokalorischen Material auf. Unter einer mechanischen Spannung wird allgemein eine mechanische Kraft, eine Druckbeaufschlagung, eine Zug- oder Druckbelastung, eine Torsion, eine Scherung oder eine entsprechende elastocaloric material on. A mechanical stress is generally a mechanical force, a pressurization, a tensile or compressive load, a twist, a shear or a corresponding

Einwirkung auf das elastokalorische Material verstanden. Wird an ein Influence on the elastocaloric material understood. Will be on

elastokalorisches Material eine mechanische Spannung angelegt, tritt die beschriebene Phasenumwandlung auf, wodurch sich die Temperatur des elastokalorischen Materials erhöht. Wird das elastokalorische Material im elastocaloric material applied a mechanical stress, the described phase transformation occurs, whereby the temperature of the elastocaloric material increases. Is the elastocaloric material in the

Anschluss mit einer Wärmesenke in Wirkkontakt gebracht, gibt das Connection brought into operative contact with a heat sink, that gives

elastokalorische Material Wärme an die Wärmesenke ab, wodurch sich die Temperatur des elastokalorischen Materials an die Temperatur der Wärmesenke angleicht. Wird nun die mechanische Spannung entfernt, kommt es aufgrund der Phasenrückumwandlung zu einer weiteren Abkühlung des elastokalorischen Materials, sodass Wärme aus der mit dem unverformten elastokalorischen Material in Verbindung stehenden Wärmequelle entzogen wird und diese abkühlt. Elastokalorische material from heat to the heat sink, whereby the temperature of the elastocaloric material equalizes to the temperature of the heat sink. Now, if the mechanical stress is removed, it comes due to the phase transformation to a further cooling of the elastocaloric material, so that heat is removed from the associated with the undeformed elastocaloric material heat source and this cools.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmetausch, die eine Wärmequelle, eine Wärmesenke, zumindest ein elastokalorisches Element und zumindest einen Aktor umfasst. Die Wärmequelle und die Wärmesenke sind vorzugsweise gegenüberliegend voneinander angeordnet, wobei zwischen ihnen ein Hohlraum ausgebildet ist, der die Wärmequelle und die Wärmesenke trennt. Das elastokalorische Element ist zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke angeordnet und steht in einem unverformten Zustand mit der Wärmequelle in Wirkkontakt. Vorzugsweise ist der zumindest eine Aktor in einer Aussparung in die Wärmequelle angeordnet und steht mit dem elastokalorischen Element in Kontakt. Der zumindest eine Aktor ist dazu eingerichtet, ausgefahren zu werden und dabei das zugehörige elastokalorische Element zu verformen, dieses dadurch von der Wärmequelle weg zu bewegen und durch den Hohlraum in Richtung auf die Wärmesenke zu zubewegen. Die mechanische Verformung bewirkt in dem elastokalorischen Element eine Phasenumwandlung der The invention relates to a device for heat exchange, comprising a heat source, a heat sink, at least one elastocaloric element and at least one actuator. The heat source and the heat sink are preferably arranged opposite one another, wherein a cavity is formed between them, which separates the heat source and the heat sink. The elastocaloric element is disposed between the heat source and the heat sink and is in operative contact with the heat source in an undeformed state. Preferably, the at least one actuator is disposed in a recess in the heat source and is in contact with the elastocaloric element. The at least one actuator is adapted to be deployed, thereby deforming the associated elastocaloric element, thereby moving it away from the heat source and moving toward the heat sink through the cavity. The mechanical deformation causes in the elastocaloric element a phase transformation of

Kristallstruktur von Austenit zu Martensit, die einen adiabatischen Crystal structure of austenite to martensite, which has an adiabatic

Temperaturanstieg des elastokalorischen Elements zur Folge hat. Der zumindest eine Aktor bringt das elastokalorische Element mit der Wärmesenke in Kontakt. Dabei kann das elastokalorische Element Wärme an die Wärmesenke abgeben, wodurch sich die Temperatur des elastokalorischen Elements der Temperatur der Wärmesenke angleicht. Im Anschluss daran wird der Aktor wieder vollständig eingefahren, wodurch das elastokalorische Element in seinen unverformten Zustand zurückkehrt, unterstützt durch den Aktor, der eine geringe Zugspannung auf das elastokalorische Material ausübt. Dadurch wird das elastokalorische Element entlastet, wobei eine Phasenrückumwandlung der Kristallstruktur von Martensit zu Austenit und damit ein weiteres Absinken der Temperatur des elastokalorischen Elements stattfindet. Temperature increase of the elastocaloric element has the consequence. The least an actuator brings the elastocaloric element into contact with the heat sink. In this case, the elastocaloric element can deliver heat to the heat sink, whereby the temperature of the elastocaloric element equalizes the temperature of the heat sink. Following this, the actuator is fully retracted again, whereby the elastocaloric element returns to its undeformed state, supported by the actuator, which exerts a low tensile stress on the elastocaloric material. As a result, the elastocaloric element is relieved, wherein a phase rearrangement of the crystal structure of martensite to austenite and thus a further decrease in the temperature of the elastocaloric element takes place.

In dem Hohlraum zwischen der Wärmesenke und der Wärmequelle ist ein Vakuum ausgebildet (Druck p < 10 hPa). Darüber hinaus kann sich das Vakuum in die Aussparung in der Wärmequelle, in welche der Aktor integriert ist, erstrecken. Das Vakuum kann bereits im Rahmen des Herstellungsprozesses der Vorrichtung, bspw. durch eine Herstellung unter Vakuum-Bedingungen, oder erst nachträglich ausgebildet werden. Im Vakuum gibt es nur sehr wenige gasförmige Atome und Moleküle und damit auch einen sehr geringen Gasdruck. Die Absenkung des Gasdrucks führt zu einer Verminderung der In the cavity between the heat sink and the heat source, a vacuum is formed (pressure p <10 hPa). In addition, the vacuum may extend into the recess in the heat source in which the actuator is integrated. The vacuum can already be formed as part of the manufacturing process of the device, for example. By a production under vacuum conditions, or later. In vacuum, there are only very few gaseous atoms and molecules and thus also a very low gas pressure. The lowering of the gas pressure leads to a reduction of the

materiegebundenen Wärmeübertragung durch Konvektion. Durch ein Vakuum lässt sich somit der Wärmeaustausch zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke eindämmen, wodurch ein unbeabsichtigter und kontinuierlicher Wärmetausch zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke vermieden wird. Das Vakuum dient daher zur Wärmeisolation der Wärmesenke von der matter-bound heat transfer by convection. A vacuum can thus dampen the heat exchange between the heat source and the heat sink, thereby avoiding unintentional and continuous heat exchange between the heat source and the heat sink. The vacuum is therefore used for heat insulation of the heat sink of the

Wärmequelle und führt somit zu einer höheren Effizienz der Vorrichtung für einen Wärmetausch. Heat source and thus leads to a higher efficiency of the device for a heat exchange.

Vorteilhafterweise bestehen sowohl die Wärmesenke als auch die Wärmequelle zumindest teilweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit l > 150 W/(m*K). Die hohe Wärmeleitfähigkeit der Wärmesenke und der Wärmequelle wirkt sich vorteilhaft auf die Effizienz des Wärmetransports zwischen der Wärmesenke, der Wärmequelle und dem elastokalorischen Material aus. Um eine Wärmeaufnahme bzw. eine Wärmeabgabe des zumindest einen Aktors zu verhindern, ist eine thermische Isolierung des zumindest einen Aktors, beispielsweise durch eine thermisch isolierende Ummantelung, vorteilhaft. Gemäß eines Aspekts umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von Advantageously, both the heat sink and the heat source consist at least partially of a material with a thermal conductivity l> 150 W / (m * K). The high thermal conductivity of the heat sink and the heat source has an advantageous effect on the efficiency of the heat transfer between the heat sink, the heat source and the elastocaloric material. In order to prevent heat absorption or heat emission of the at least one actuator, a thermal insulation of the at least one actuator, for example by a thermally insulating sheath, is advantageous. In one aspect, the device comprises a plurality of

elastokalorischen Elementen und Aktoren. Die Wärmequelle und die elastocaloric elements and actuators. The heat source and the

Wärmesenke sind vorzugsweise gegenüberliegend voneinander angeordnet, wobei zwischen ihnen ein Hohlraum ausgebildet ist, der die Wärmequelle und die Wärmesenke trennt. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von den bereits beschriebenen elastokalorischen Elementen mit einer gemeinsamen Heat sinks are preferably arranged opposite one another, with a cavity being formed between them, which separates the heat source and the heat sink. The device comprises a plurality of the already described elastocaloric elements with a common one

Wärmequelle und Wärmesenke. In einer Variante ist die Wärmequelle so ausgebildet, dass alle elastokalorischen Elemente gemeinsam mit dieser in Kontakt treten können und die Wärmesenke ist ebenfalls ausgebildet, dass alle elastokalorischen Elemente gemeinsam mit dieser in Kontakt treten können. Die elastokalorischen Elemente sind zwischen der Wärmequelle und der Heat source and heat sink. In a variant, the heat source is designed so that all elastocaloric elements can come into contact with it in common, and the heat sink is also designed so that all elastocaloric elements can come into contact with it. The elastocaloric elements are between the heat source and the

Wärmesenke angeordnet und stehen in einem unverformten Zustand mit der Wärmequelle in Wirkkontakt. Die elastokalorischen Elemente sind dazu ausgelegt sowohl mit der gemeinsamen Wärmequelle als auch mit der gemeinsamen Wärmesenke in Wirkkontakt zu treten. Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Aktoren in Aussparungen in der Wärmequelle angeordnet und stehen mit jeweils einem elastokalorischen Element in Kontakt. Die Aktoren sind dazu eingerichtet, ausgefahren zu werden und dabei das zugehörige Heat sink arranged and are in an undeformed state with the heat source in operative contact. The elastocaloric elements are designed to be in operative contact with both the common heat source and the common heat sink. Preferably, the plurality of actuators are arranged in recesses in the heat source and are in contact with a respective elastocaloric element. The actuators are set up to be extended and the associated one

elastokalorische Element zu verformen, dieses dadurch von der gemeinsamen Wärmequelle weg zu bewegen und durch den Hohlraum in Richtung auf die Wärmesenke zu zubewegen und einen Wirkkontakt mit diesem herzustellen. Alternativ können die Wärmesenke und die Wärmequelle auch jeweils separat ausgebildet sein. deform elastocaloric element, thereby moving it away from the common heat source and to move through the cavity towards the heat sink and make an operative contact with this. Alternatively, the heat sink and the heat source may each be formed separately.

In dem Hohlraum zwischen der gemeinsamen Wärmesenke und der In the cavity between the common heat sink and the

gemeinsamen Wärmequelle ist ein Vakuum ausgebildet (Druck p < 10 hPa). Dieses kann sich auf die Aussparungen in der gemeinsamen Wärmequelle, in denen die Aktoren angeordnet sind, erstrecken. Das Vakuum kann bereits im Rahmen des Herstellungsprozesses der Vorrichtung, bspw. durch eine common heat source is a vacuum formed (pressure p <10 hPa). This can extend to the recesses in the common heat source in which the actuators are arranged. The vacuum can already in the context of the manufacturing process of the device, eg. By a

Herstellung unter Vakuum-Bedingungen, oder erst nachträglich ausgebildet werden. Mittels einer Skalierung bzw. Hintereinanderschaltung einer Mehrzahl von elastokalorischen Elementen und den zugehörigen Aktoren lassen sich hohe Heiz- und Kühlleistungen auf einem engen Raum generieren. Production under vacuum conditions, or be formed only later. By means of a scaling or series connection of a plurality of elastocaloric elements and the associated actuators, high heating and cooling capacities can be generated in a narrow space.

Vorteilhafterweise ist die Mehrzahl der Aktoren über eine gemeinsame Welle mit einem Antrieb verbunden, welcher eine Rotation auf die gemeinsame Welle überträgt und auf diese Weise die Aktoren antreibt. Alternativ können die Aktoren über eine gemeinsame Schiene mit einem Antrieb verbunden sein, der durch ein Bewegen der Schiene die Aktoren antreibt. Advantageously, the plurality of actuators is connected via a common shaft to a drive, which is a rotation on the common shaft transmits and in this way drives the actuators. Alternatively, the actuators can be connected via a common rail with a drive which drives the actuators by moving the rail.

Gemäß einem Aspekt ist der Antrieb für den zumindest einen Aktor außerhalb des Vakuums angeordnet und die Welle über eine vakuumdichte Durchführung mit dem Aktor verbunden. Auf diese Weise ist der Antrieb von außen zugänglich. Vorzugsweise ist der Antrieb in diesem Fall über die vorstehend beschriebene Welle mit dem Aktor verbunden und die Welle ist durch die Durchführung geführt. Durch den außerhalb des Systems liegenden Antrieb sinkt ferner die Komplexität der Vorrichtung, wodurch eine kompaktere Bauweise der Vorrichtung möglich ist. Ferner lässt auf diese Weise der Antrieb von der Vorrichtung thermisch entkoppeln und mithin eine Abgabe von Antriebswärme an die Vorrichtung vermeiden. According to one aspect, the drive for the at least one actuator is arranged outside the vacuum and the shaft is connected to the actuator via a vacuum-tight passage. In this way, the drive is accessible from the outside. Preferably, the drive is connected in this case via the shaft described above with the actuator and the shaft is guided through the bushing. The drive outside the system further reduces the complexity of the device, allowing for a more compact design of the device. Furthermore, in this way, the drive can be thermally decoupled from the device and thus avoid a release of drive heat to the device.

Gemäß einem anderen Aspekt ist der mit zumindest einem Aktor verbundene Antrieb innerhalb des Vakuums angeordnet. Der zumindest eine Aktor ist dabei über die vorstehend beschriebene Schiene mit dem Antrieb verbunden. Hierbei wird die Ansteuerung und die Energieversorgung zu dem Antrieb In another aspect, the drive connected to at least one actuator is located within the vacuum. The at least one actuator is connected to the drive via the rail described above. In this case, the drive and the power supply to the drive

vorteilhafterweise durch eine vakuumdichte Durchführung von außerhalb des Vakuums zugeführt. Die vakuumdichte Durchführung für die Ansteuerung und die Energieversorgung des Antriebs lässt sich beispielsweise durch ein Eingießen derselben in Harz realisieren. advantageously supplied by a vacuum-tight implementation of the outside of the vacuum. The vacuum-tight implementation for the control and the power supply of the drive can be realized for example by pouring the same in resin.

Gemäß einem Aspekt ist der zumindest eine Aktor als Piezoaktor oder als Hubmagnetaktor ausgebildet. Piezoaktoren sind elektromechanische Antriebe, die den piezoelektronischen Effekt nutzen und sich bei Anlegen einer According to one aspect, the at least one actuator is designed as a piezoelectric actuator or as a solenoid actuator. Piezo actuators are electromechanical drives that use the piezoelectric effect and when applying a

elektrischen Spannung ausdehnen. Bei einem Hubmagnetaktor wird ein extend electrical voltage. In a Hubmagnetaktor is a

Magnetanker durch ein Magnetfeld innerhalb einer Magnetspule bewegt und verrichtet eine lineare Bewegung. Piezoaktoren bzw. Hubmagnetaktoren sind bereits in einer stark miniaturisierten Form erhältlich und zeichnen sich durch eine hohe Zyklenfestigkeit aus. Mittels der Verwendung von miniaturisierten Aktoren lässt sich die Vorrichtung für einen Wärmetausch sehr platzsparend realisieren und damit besonders effektiv für eine lokale Kühlung / Heizung von Mikrosystemen oder Produkten mit geringem Bauraum einsetzen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Magnetic armature moves through a magnetic field within a magnetic coil and performs a linear movement. Piezo actuators or Hubmagnetaktoren are already available in a highly miniaturized form and are characterized by a high cycle stability. By means of the use of miniaturized actuators, the device for heat exchange can be realized in a very space-saving manner and thus can be used particularly effectively for local cooling / heating of microsystems or products with a small installation space. Brief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Die Figuren la, b zeigen in schematischen Querschnitt-Darstellungen eine erste Ausführungsform der Erfindung. The figures la, b show in schematic cross-sectional views a first embodiment of the invention.

Figur 2 zeigt in einer schematischen Querschnitt- Darstellung eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Figure 2 shows a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the invention.

Figur 3 zeigt in einer schematischen Querschnitt- Darstellung eine dritte Figure 3 shows a schematic cross-sectional view of a third

Ausführungsform der Erfindung mit mehreren elastokalorischen Elementen und mehreren mittels einer Welle angetriebenen Aktoren. Embodiment of the invention with a plurality of elastocaloric elements and a plurality of actuated by a shaft actuators.

Figur 4 zeigt in einer schematischen Querschnitt- Darstellung eine vierte Figure 4 shows a schematic cross-sectional view of a fourth

Ausführungsform der Erfindung mit mehreren elastokalorischen Elementen und mehreren mittels einer Schiene angetriebene Aktoren. Embodiment of the invention with a plurality of elastocaloric elements and a plurality of actuated by a rail actuators.

Ausführungsbeispiele der Erfindung Embodiments of the invention

Die Figuren 1 a, b zeigen in schematischen Querschnitt-Darstellungen eine erste Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst innerhalb eines luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 2 eine Wärmesenke 3, eine Wärmequelle 4, ein elastokalorisches Element 5 und einen Aktorstempel 6. Die Wärmesenke 3 und die Wärmequelle 4 sind sich gegenüberliegend angeordnet, wobei ein Hohlraum zwischen ihnen ausgebildet ist. In einer Aussparung in der Figures 1 a, b show in schematic cross-sectional views a first embodiment of the invention. The device 1 comprises within a hermetically sealed housing 2, a heat sink 3, a heat source 4, a Elastokalorisches element 5 and an actuator punch 6. The heat sink 3 and the heat source 4 are arranged opposite one another, wherein a cavity is formed between them. In a recess in the

Wärmequelle 4 ist der Aktorstempel 6 angeordnet. Dieser ist mit dem Heat source 4, the Aktorstempel 6 is arranged. This one is with the

elastokalorischen Element 5 verbunden. In dem Hohlraum zwischen der Wärmesenke 3 und der Wärmequelle 4 ist ein Vakuum 7 ausgebildet. Dieses Vakuum 7 erstreckt sich auf die Aussparung in der Wärmequelle 4, in welcher der Aktorstempel 6 angeordnet ist. In Fig. 1a ist das elastokalorische Element 5 unverformt und steht in Wirkkontakt mit der Wärmequelle 4. Der Aktorstempel 6 zieht das elastokalorische Element dabei in Richtung der Wärmequelle 4. In Figur 1 b ist der Aktorstempel 6 ausgelenkt und das elastokalorische Element 5 ist durch den Aktorstempel 6 verformt und mit der Wärmesenke 3 in Wirkkontakt gebracht. Die Verformung des elastokalorischen Elements 5 mittels des elastocaloric element 5 connected. In the cavity between the heat sink 3 and the heat source 4, a vacuum 7 is formed. This vacuum 7 extends to the recess in the heat source 4, in which the Aktorstempel 6 is arranged. In Fig. 1a, the elastocaloric element 5 is undeformed and is in operative contact with the heat source 4. The Aktorstempel 6 pulls the elastocaloric element while in the direction of the heat source 4. In Figure 1 b, the Aktorstempel 6 is deflected and the elastocaloric element 5 is through the Aktorstempel 6 deformed and with the heat sink 3 in operative contact brought. The deformation of the elastocaloric element 5 by means of

Aktorstempels 6 führt zu einer Phasenumwandlung der Kristallstruktur des elastokalorischen Elements 5 von Austenit zu Martensit, die einen adiabatischen Temperaturanstieg zur Folge hat. Die erhöhte Temperatur wird nun in Form von Wärme an die Wärmesenke 3 abgegeben. Dabei gleicht sich die Temperatur des elastokalorischen Elements 5 bei einer ausreichenden Dauer des Wirkkontakts an die Temperatur der Wärmesenke 3 an. Gleiche Komponenten sind mit gleichem Bezugszeichen bezeichnet, sodass auf deren erneute Beschreibung verzichtet wird. Aktorstempels 6 leads to a phase transformation of the crystal structure of the elastocaloric element 5 of austenite to martensite, which has an adiabatic temperature rise result. The elevated temperature is now released in the form of heat to the heat sink 3. In this case, the temperature of the elastocaloric element 5 equals to the temperature of the heat sink 3 for a sufficient duration of the active contact. The same components are designated by the same reference numerals, so that their repeated description is omitted.

In Figur 2 ist eine schematische Querschnitt-Darstellung einer zweiten In Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a second

Ausführungsform der Erfindung gezeigt in der die Wärmequelle 4 zwischen zwei Wärmesenken 3 angeordnet. In Richtung jeder Wärmesenke 3 ist jeweils ein elastokalorisches Element 5 mit jeweils einem Aktorstempel 6 angeordnet. Eines der elastokalorischen Elemente 5 steht in Wirkkontakt mit der Wärmequelle 4 und ist unverformt. Das andere elastokalorische Element 5 wird von dem anliegenden Aktorstempel 6 verformt und dadurch von der Wärmequelle 4 weg bewegt und mit der Wärmesenke 3 in Wirkkontakt gebracht wird. Die beiden Aktorstempel 6 sind mit einem Federelement 8 miteinander verbunden. Dieses Federelement 8 speichert die Verformungsenergie und unterstützt eine Embodiment of the invention shown in which the heat source 4 between two heat sinks 3 is arranged. In the direction of each heat sink 3, a respective elastocaloric element 5, each having an actuator stamp 6, is arranged. One of the elastocaloric elements 5 is in operative contact with the heat source 4 and is undeformed. The other elastocaloric element 5 is deformed by the adjacent Aktorstempel 6 and thereby moved away from the heat source 4 and brought into operative contact with the heat sink 3. The two Aktorstempel 6 are connected to a spring element 8 with each other. This spring element 8 stores the deformation energy and supports a

Rückstellung der Aktorstempel 6 durch die Bereitstellung von Rückstellkräften. In den Zwischenräumen zwischen den beiden Wärmesenken 3 und der Resetting the Aktorstempel 6 by providing restoring forces. In the spaces between the two heat sinks 3 and the

Wärmequelle 4 ist ein Vakuum 7 ausgebildet. Dieses Vakuum erstreckt sich auf die Aussparung in der Wärmequelle 4, innerhalb derer die beiden Aktorstempel 6 angeordnet sind. Heat source 4, a vacuum 7 is formed. This vacuum extends to the recess in the heat source 4, within which the two Aktorstempel 6 are arranged.

Figur 3 zeigt in einer schematischen Querschnitt-Darstellung eine dritte Figure 3 shows a schematic cross-sectional view of a third

Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst in ihrem Gehäuse 2 eine gemeinsame Wärmequelle 4, die zwischen zwei gegenüberliegenden gemeinsamen Wärmesenken 3 angeordnet ist, sowie mehrere elastokalorischen Elemente 5 und Aktorstempel 6. Die Vorrichtung kann als Embodiment of the invention. The device 1 comprises in its housing 2 a common heat source 4, which is arranged between two opposite common heat sinks 3, and a plurality of elastocaloric elements 5 and Aktorstempel 6. The device can as

Hintereinanderschaltung von mehreren elastokalorischen Elementen 5 und Aktorstempeln 6, wie im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben, mit gemeinsamer Wärmequelle 4 und gemeinsamen Wärmesenken 3 angesehen werden. Die Wärmequelle 4 weist auf beiden Seiten mehrere Aussparungen auf, in die jeweils ein Aktorstempel 6 pro Seite angeordnet ist, der mit einem elastokalorischen Element 5 verbunden ist. Die Aktorstempel 6 einer Seite sind ausgefahren und verformen die jeweiligen elastokalorischen Elemente 5, bewegen sie dadurch von der Wärmequelle 4 weg und bringen sie mit der gegenüberliegenden oberen Wärmesenke 3 in Wirkkontakt. Die Aktorstempel 6 der anderen Seite sind eingefahren, wodurch sich die elastokalorischen Connected in series of several elastocaloric elements 5 and Aktorstempeln 6, as described in connection with Figure 2, with common heat source 4 and common heat sinks 3 are considered. The heat source 4 has on both sides of a plurality of recesses, in each of which a Aktorstempel 6 is arranged per page, with a elastocaloric element 5 is connected. The Aktorstempel 6 one side are extended and deform the respective elastocaloric elements 5, thereby moving away from the heat source 4 and bring them with the opposite upper heat sink 3 in operative contact. The Aktorstempel 6 the other side are retracted, causing the elastokalorischen

Elemente 5 der unteren Seite in einem unverformten Zustand befinden. Die Aktorstempel 6 werden über eine zentrale Welle 10 angetrieben. Die Welle 10 wird von einem außerhalb des Gehäuses 2 liegenden Antrieb 11 angetrieben. Innehralb des Gehäuses 2 ist in den Zwischenräumen zwischen den beiden Wärmesenken 3 und der Wärmequelle 4 ein Vakuum 7 ausgebildet. Dieses Vakuum 7 erstreckt sich auf die Aussparungen in der Wärmequelle 4, innerhalb derer die Aktorstempel 6 angeordnet sind. Um das Vakuum 7 im Gehäuse 2 aufrecht zu erhalten, ist eine Durchführung 9 der Welle 10 von außerhalb des Gehäuses 2 von dem Antrieb 11 in das Innere des Gehäuses 2 luftdicht abgeschlossen. Elements 5 of the lower side are in an undeformed state. The Aktorstempel 6 are driven by a central shaft 10. The shaft 10 is driven by a drive 11 located outside the housing 2. Innehralb of the housing 2 is formed in the spaces between the two heat sinks 3 and the heat source 4, a vacuum 7. This vacuum 7 extends to the recesses in the heat source 4, within which the Aktorstempel 6 are arranged. In order to maintain the vacuum 7 in the housing 2, a passage 9 of the shaft 10 is sealed airtight from outside the housing 2 of the drive 11 into the interior of the housing 2.

Figur 4 zeigt in einer schematischen Querschnitt-Darstellung eine vierte Figure 4 shows a schematic cross-sectional view of a fourth

Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung der gemeinsamen Embodiment of the invention. The arrangement of the common

Wärmesenken 3, gemeinsamen Wärmequellen 4 und elastokalorischen Heat sinks 3, common heat sources 4 and elastocaloric

Elementen 5 und Aktorstempel 6 entspricht der dritten Ausführungsform, sodass für deren Beschreibung auf die Fig. 3 und die zugehörige Beschreibung verwiesen wird. Die Aktorstempel 6 werden in der vorliegenden vierten Elements 5 and Aktorstempel 6 corresponds to the third embodiment, so reference is made to the description thereof on the Fig. 3 and the associated description. The Aktorstempel 6 are in the present fourth

Ausführungsform über einen innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Antrieb 12 angetrieben. Der Antrieb 12 treibt eine mit einer Führungsschiene 13 verbundene Schiene 14 an. Die Schiene 14 ist mit den Aktorstempeln 6 verbunden und überträgt die Bewegung des Antriebs 12. Der Antrieb 12 wird von außerhalb des Gehäuses 2 gesteuert und mit Energie versorgt. Die hierfür vorgesehene Kabelverbindung 16 ist über eine luftdicht abgeschlossene Durchführung 15 von außerhalb durch das Gehäuse 2 nach Innen geführt und dort mit dem Antrieb 12 verbunden. In den Zwischenräumen zwischen den beiden Wärmesenken 3 und der Wärmequelle 4 ist ein Vakuum 7 ausgebildet. Dieses Vakuum 7 erstreckt sich auf die Aussparungen in der Wärmequelle 4, innerhalb derer die Embodiment via a disposed within the housing 2 drive 12 driven. The drive 12 drives a rail 14 connected to a guide rail 13. The rail 14 is connected to the Aktorstempeln 6 and transmits the movement of the drive 12. The drive 12 is controlled from outside the housing 2 and energized. The cable connection 16 provided for this purpose is guided inwardly via an airtight passage 15 from outside through the housing 2 and is connected there to the drive 12. In the spaces between the two heat sinks 3 and the heat source 4, a vacuum 7 is formed. This vacuum 7 extends to the recesses in the heat source 4, within which the

Aktorstempel 6 angeordnet sind. Aktorstempel 6 are arranged.

Claims

Ansprüche claims

1. Vorrichtung zum Wärmetausch, umfassend 1. Apparatus for heat exchange, comprising

eine Wärmequelle (4), eine Wärmesenke (3), zumindest ein  a heat source (4), a heat sink (3), at least one

elastokalorisches Element (5) und zumindest einen Aktor,  elastocaloric element (5) and at least one actuator,

wobei das elastokalorische Element (5) mit der Wärmequelle (4) in Kontakt steht und der Aktor (6) dazu eingerichtet ist, das zugehörige elastokalorische Element (5) zu verformen und dabei das  wherein the elastocaloric element (5) is in contact with the heat source (4) and the actuator (6) is adapted to deform the associated elastocaloric element (5), thereby causing the

elastokalorische Element (5) von der Wärmequelle (4) weg zu bewegen und mit der Wärmesenke (3) in Kontakt zu bringen,  to move elastocaloric element (5) away from the heat source (4) and into contact with the heat sink (3),

gekennzeichnet durch ein Vakuum, welches als Wärmeisolation zwischen der Wärmequelle (4) und der Wärmesenke (3) ausgebildet ist.  characterized by a vacuum, which is designed as a thermal insulation between the heat source (4) and the heat sink (3).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a

Mehrzahl von elastokalorischen Elementen (5) und eine Mehrzahl von Aktoren (6) vorgesehen sind, wobei alle elastokalorischen Elemente (5) mit der gemeinsamen Wärmequelle (4) und der gemeinsamen  A plurality of elastocaloric elements (5) and a plurality of actuators (6) are provided, wherein all elastocaloric elements (5) with the common heat source (4) and the common

Wärmesenke (3) in Kontakt treten können und wobei das Vakuum (7) für alle elastokalorischen Elemente (5) als Wärmeisolation zwischen der gemeinsamen Wärmequelle (4) und der gemeinsamen Wärmesenke (3) ausgebildet ist.  Heat sink (3) can come into contact and wherein the vacuum (7) for all elastocaloric elements (5) as a heat insulation between the common heat source (4) and the common heat sink (3) is formed.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the

Mehrzahl der Aktoren über eine gemeinsame Welle (10) mit einem Antrieb (11) verbunden ist, welcher durch Drehen der Welle (10) die Aktoren (6) antreibt.  A plurality of actuators is connected via a common shaft (10) to a drive (11) which drives the actuators (6) by rotating the shaft (10).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the

Mehrzahl der Aktoren über eine gemeinsame Schiene (14) mit einem Antrieb (12) verbunden ist, der durch Bewegen der Schiene (14) die Aktoren (6) antreibt. A plurality of actuators is connected via a common rail (14) to a drive (12) which drives the actuators (6) by moving the rail (14).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized

gekennzeichnet, dass ein Antrieb (11) für den zumindest einen Aktor (6) außerhalb des Vakuums (7) angeordnet ist und durch eine  in that a drive (11) for the at least one actuator (6) is arranged outside the vacuum (7) and through a

vakuumisolierte Durchführung (9) mit dem zumindest einen Aktor (6) verbunden ist.  vacuum-insulated passage (9) is connected to the at least one actuator (6).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized

gekennzeichnet, dass ein Antrieb für den zumindest einen Aktor (6) innerhalb des Vakuums (7) angeordnet ist und dort mit dem zumindest einen Aktor (6) verbunden ist.  in that a drive for the at least one actuator (6) is arranged within the vacuum (7) and is connected there to the at least one actuator (6).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Apparatus according to claim 6, characterized in that

Zuleitungen (15) zu dem Antrieb (12) durch eine vakuumisolierte Durchführung (16) von außerhalb des Vakuums (7) zugeführt werden.  Supply lines (15) to the drive (12) through a vacuum-insulated passage (16) from outside the vacuum (7) are supplied.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 8. Device according to one of the preceding claims, characterized

gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktor (6) ein Piezoaktor oder ein Hubmagnetaktor ist.  characterized in that the at least one actuator (6) is a piezoelectric actuator or a Hubmagnetaktor.