用于稳定和/或控制和/或调节工作温度的方法、热传递单元、用于传输能量的装置、制冷机以及热泵制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于稳定和/或开环和/或闭环控制基于循环过程的系统的工作温度的方法，所述方法使用至少一个热传递单元，所述热传递单元具有至少一个热有效的材料元件。重要的是，热有效的材料元件(11、12)的基础温度是由冷却流体控制。此外，本发明专利技术涉及一种热传递单元、一种制冷机和一种热泵。一种制冷机和一种热泵。一种制冷机和一种热泵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于稳定和/或控制和/或调节工作温度的方法、热传递单元、用于传输能量的装置、制冷机以及热泵


[0001]本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于稳定和/或控制和/或调节基于循环过程的系统的工作温度的方法，一种根据权利要求9的前序部分所述的用于基于循环过程的系统的热传递单元，一种根据权利要求16的前序部分所述的用于传输能量的装置、一种根据权利要求17的前序部分所述的冷却装置以及一种根据权利要求18的前序部分所述的热泵。

技术介绍

[0002]由现有技术已知的是，在基于循环过程的系统、如制冷机、热泵或热力机中使用热有效的材料，所述热有效的材料在与相应的场的相互作用时改变其温度。例如在DE 10 2014 010 476 B3中记载了一种基于具有热有效的材料的热管的空调装置，在这种情况下，所述材料是磁热的材料。同样由DE 10 2015 121 657 A1已知一种用于使用机械热的材料运行基于循环过程的系统的方法。
[0003]循环过程作为工作流体的周期性的状态变化的结果由热动力学已知，所述状态变化定期经历初始状态。这种循环过程的例子是，通过使用例如热泵或制冷机中的功来加热和/或冷却，或者也可以是例如在热力机中将热量转换成功。
[0004]如已经说明的那样，由现有技术已知的是，在这种循环过程中使用热有效的材料。这种热有效的材料在相应适当的场的影响区域中改变其温度。表述“热有效的材料”例如包括电热的材料、磁热的材料或机械热的材料。
[0005]电热材料在电场的影响区域中由于电力矩的定向和与此相关的熵降低或铁电相与顺电相之间的晶格转换，在其温度上发生变化。磁热材料在磁场的影响区域中由于磁力矩的定向和与此相关的熵降低或铁电相与顺电相之间的晶格转换，在其温度上发生变化。机械热材料(也作为弹性热材料、气压致热材料或形状记忆合金已知)由于施加机械应力而经历晶体相变，这种相变引起材料温度变化。这通常涉及高温相(奥氏体)与低温相(马氏体)之间的晶格转换。
[0006]对于热有效的材料，所述效应通常是可逆的并且也可以相反地起作用：对于机械热材料，可以通过改变温度相应地引发所述材料的形状和/或体积变化。对于磁热材料可以通过改变温度在所述材料中相应地引发从铁磁相到顺磁相的变化或相反。对于电热的材料可以通过改变温度在所述材料中相应地引发从铁磁相到顺磁相的变化或相反。
[0007]因此，在基于循环过程的系统中，热有效的材料可以用于传输和/或用于转换能量或热量。为此，由现有技术已知的是，通过显热、特别是通过用于导出热的液体泵进行的热传递是损失较大的并且因此不能实现系统令人满意的效率或功率密度。热量更多地是通过潜热传递的。这里，热有效的材料通常作为载热体与热侧储存器和冷侧储存器相结合设置在流体回路中。流体和载热体之间的热传递通过潜热进行。这种热传送的效率通过利用潜热(就是说工作流体的蒸发热和冷凝热)实现热传送而与用泵工作的系统相比明显提高。
[0008]为了提高所述系统的效率，可以循环地加热和冷却热有效的材料。这里，热流在理想情况下线性地随循环频率增大。经由热二极管使热流定向，所述热二极管设计成主动或被动的流体阀。被动的止回阀使用是众所周知的。
[0009]这里，热有效的材料所经历的过程原则上是可逆的。但在实际上，所有热有效的材料在循环运行中例如由于滞后效应发送自加热。由此，在每次相变中转化成热量并且平均地使热材料升温的场能都会损失。例如所述自加热包括已经提及的特别是机械热的材料中发生的滞后效应，但也包括摩擦，或者特别是在电热材料、磁热材料和多重响应热材料中，包括感应升温、电容式升温和/或电阻式升温，这种升温由通过场变换引起的充电/或涡电流在所述热有效的材料以及也在其他元件中感应产生，并且由此直接或间接地使热有效的材料升温。热有效的材料的基础温度、即在没有加载场的情况下的温度升高。
[0010]由现有技术在先已知的装置和方法不利之处在于，热有效的材料的基础温度由于所述的自加热而升高。随着这种材料升温，工作温度在运行时间增长时偏离热有效的材料的理想运行温度。热有效的材料元件中剩余的热量和热有效的材料元件中的相关温度升高，妨碍所述系统的运行频率的有效提高。

技术实现思路

[0011]因此，本专利技术的目的在于，提出一种用于运行基于循环过程系统的方法、一种热传递单元和一种装置，所述方法、热传递单元和装置与在先已知的装置和方法相比具有更高的效率。
[0012]所述目的通过一种根据权利要求1所述的用于温度稳定和/或控制和/或调节的方法以及通过根据权利要求9的热传递单元和根据权利要求16的用于传输能量的装置来实现。根据本专利技术的方法的优选设计方案在权利要求2至8中给出。根据本专利技术的热传递单元的优选设计方案在权利要求10至15中给出。此外，根据本专利技术的目的还通过根据权利要求17的冷却装置和根据权利要求18的热泵来实现。由此，所有权利要求的文字内容通过引用而明确地包含在说明书中。
[0013]根据本专利技术的方法设计成优选用于通过根据本专利技术的装置和/或所述装置的一个优选的实施形式来执行。根据本专利技术的装置优选构造成用于执行根据本专利技术的方法和/或根据本专利技术的方法的一个优选实施形式。
[0014]如本身已知的那样，根据本专利技术的用于稳定和/或控制基于循环过程的系统的工作温度的方法利用一种基于循环过程的系统来执行，所述系统具有热传递单元，所述热传递单元具有热有效的材料。
[0015]重要的是，通过冷却流体控制热有效的材料元件的基础温度。
[0016]本专利技术基于申请人这样的认知，即，通过稳定基础温度或者控制和/或调节到希望的基础温度可以明显提高具有带有热有效的材料的热传递单元的基于循环过程的系统的效率。
[0017]术语“热有效的材料元件”在本说明书的范围内是指部分或完整地由热有效的材料制成的元件。所述热有效的材料元件可以构造成载热体。
[0018]在本说明书的范围内，基础温度是指热有效的材料的希望的工作温度，就是说，没有场加载的情况下的希望的温度。
[0019]所述方法既适于利用制冷机传输能量，也适于利用热泵传输能量，也适于在热力机中将热转换成能量。作为热有效的材料可以使用机械热、电热或磁热材料。
[0020]根据本专利技术的用于运行基于循环过程的系统的方法利用一种具有热侧储存器和冷侧储存器以及至少一个流体腔的基于循环过程的系统来执行。所述系统构造成具有用于工作流体的蒸发器区域和冷凝器区域并且具有至少一个热传递单元，所述热传递单元具有热有效的材料元件，所述热有效的材料元件间接或直接地与工作流体作用连接地设置在流体腔中并且通过潜热传递在热有效的材料元件的热有效的材料与工作流体之间进行热传递。
[0021]所述方法包括以下方法步骤：
[0022]A激活电场和/或磁场和/或机械应力场，从而所述热有效的材料至少暂时受到与所述电场和/或磁场和/或机械应力场的相互作用；
[0023]B通过利用热有效的材料在方法步骤A中引起的第一温度变化，将热有效的材料加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于运行基于循环过程的系统的方法，所述系统具有热侧储存器(2)和冷侧储存器(3)以及至少一个流体腔(4、5)、具有用于工作流体的蒸发器区域和冷凝器区域和至少一个热传递单元，所述热传递单元具有热有效的材料元件(11、12)，所述热有效的材料元件(11、12)间接或直接地与工作流体作用连接地设置在流体腔(4、5)中并且通过潜热传递在热有效的材料元件(11、12)的热有效的材料与工作流体之间进行热传递，所述方法包括以下方法步骤：A激活电场和/或磁场和/或机械应力场，从而所述热有效的材料至少暂时受到与所述电场和/或磁场和/或机械应力场发生的相互作用；B通过利用热有效的材料在方法步骤A中引发的第一温度变化使热有效的材料升温到基础温度之上而使工作流体蒸发；C将工作流体导出到热侧储存器(2)并且使工作流体在冷凝器区域上冷凝，这里，通过蒸发的工作流体的潜热传输热量；D将冷凝的工作流体从冷凝器区域输送回到蒸发器区域；E关闭所述电场和/或磁场和/或弹性场；F使热有效的材料发生反向的第二温度变化，变化到低于基础温度；G从冷侧储存器(3)将工作流体供应到流体腔中，这里，通过蒸发的工作流体的潜热将热量从蒸发器区域传输到流体腔中；其特征在于，通过冷却流体控制或调节所述热有效的材料元件的基础温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复所述方法，特别是，多个流体腔(4、5)串联或并联，使得工作流体流动通过所述串联或并联的流体腔(4、5)并且在所述串联或并联的流体腔中周期性地重复所述方法。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过冷却流体使所述热有效的材料元件(11、12)的基础温度与对于热有效的材料理想的工作温度相适配，特别是，多个流体腔(4、5)串联或并联并且使所述串联或并联的流体腔(4、5)的热有效的材料元件(11、12)的基础温度分别与对于各流体腔(4、5)的热有效的材料理想的工作温度相适配。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，工作流体和冷却流体是空间上分开的，特别是工作流体和冷却流体在两个分开的液体循环(16、17)中循环流动。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，引导所述冷却流体通过所述热有效的材料元件(11、12)，优选引导所述冷却流体通过所述热有效的材料元件(11、12)中的至少一个通道(13、14)。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述工作流体用作冷却流体，特别是工作流体从热侧储存器(2)到冷侧储存器(3)的流体回引结构作为冷却流体被引导通过热有效的材料元件(11、12)或被引导在热有效的材料元件(11、12)上经过，从而冷却流体与热有效的材料元件(11、12)的热有效的材料处于作用连接，和/或来自冷侧储存器(3)的流体连接结构作为冷却流体被引导穿过热有效的材料元件(11、12)或被引导在热有效的材料元件(11、12)上经过，从而冷却流体与热有效的材料元件(11、12)的热有效的材料处于作用连接。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使所述热有效的材料受到电
场和/或磁场和/或机械应力场作用，所述机械应力场以机械应力的形式在所述热有效的材料中产生，优选通过对所述热有效的材料的拉和/或压载荷、对所述热有效的材料的剪切和/或压缩产生，通过对所述热有效的材料的拉和/或压载荷产生所述热有效的材料的温度变化，和/或所述电场通过电容器产生，通过所述电场产生所述热有效的材料的温度变化，和/或所述磁场通过永磁体、优选通过能运动的永磁体产生，通过所述磁场产生所述热有效的材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：