Thermoelastisches Energiewandlersystem, Verfahren zum Betreiben eines derartigen Energiewandlersystems, sowie Verwendung eines derartigen Energiewandlersystems als Kühl-ZHeizvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoelastisches Energiewandlersystem, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Energiewandlersystems, sowie die Verwendung eines derartigen Energiewandlersystems als Kühl-/Heizvorrichtung, insbesondere in einem Fahrzeug.

Thermoelastische Energiewandlersysteme können unter zyklischer Verformung und Entspannung eines thermoelastischen Elements, wie beispielsweise eines Formgedächtnislegierungselements, eine Heizwirkung bzw. eine Kühlwirkung erzielen.

Ein derartiges thermoelastisches Energiewandlersystem ist beispielsweise aus dem Dokument EP 3 306 082 B1 bekannt. In diesem thermoelastischen Energiewandlersystem werden thermoelastische Elemente abwechselnd verspannt und entspannt, wobei die thermoelastischen Elemente aufgrund des thermoelastischen Effekts beim Verspannen latente Wärme abgeben und beim Entspannen latente Wärme aufnehmen. Diese abgegebene bzw. aufgenommene Wärmemenge kann nun dazu genutzt werden, ein Wärmeübertragungsfluid zu erwärmen oder zu kühlen, sodass mithilfe des thermoelastischen Energiewandlersystems letztlich eine Heizwirkung bzw. eine Kühlwirkung erzielt werden kann.

Bisherige thermoelastische Energiewandlersysteme haben jedoch nur einen begrenzten Temperatureinsatzbereich, der sich letztlich durch die mittels Verspannung und Entspannung der thermoelastischen Elemente erzielbare Temperaturdifferenz ergibt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein thermoelastisches Energiewandlersystem bereitzustellen, das einen gegenüber bekannten thermoelastischen Energiewandlersystemen vergrößerten Temperatureinsatzbereich aufweist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein derartiges Energiewandlersystem als Kühl-ZHeizvorrichtung, insbesondere in einem Fahrzeug, zu verwenden. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Energiewandlersystems bereitzustellen.

Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 , 6, 7 und 8 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein thermoelastisches Energiewandlersystem bereitgestellt. Das thermoelastische Energiewandlersystem weist eine Energiewandlereinheit auf mit mehreren thermoelastischen Elementen und mit einer Beaufschlagungsvorrichtung für die thermoelastischen Elemente. Die Beaufschlagungsvorrichtung ist mit Enden der thermoelastischen Elemente gekoppelt und dazu ausgebildet, bei Rotation der Beaufschlagungsvorrichtung um eine Rotationsachse die thermoelastischen Elemente um diese Rotationsachse mit zu rotieren und dabei phasenweise zyklisch derart zu verspannen und zu entspannen, dass beim Verspannen der thermoelastischen Elemente die thermoelastischen Elemente auf Basis des thermoelastischen Effekts latente Wärme abgeben und beim Entspannen der thermoelastischen Elemente die thermoelastischen Elemente auf Basis das thermoelastischen Effekts latente Wärme aufnehmen. Die Beaufschlagungsvorrichtung der Energiewandlereinheit ist ferner derart ausgebildet, dass die Verspannung der thermoelastischen Elemente im Wesentlichen in einem ersten Rotationswinkelbereich und die Entspannung der thermoelastischen Elemente im Wesentlichen in einem vom ersten Rotationswinkelbereich verschiedenen zweiten Rotationswinkelbereich erfolgt. Das erfindungsgemäße Energiewandlersystem weist ferner ein die Energiewandlereinheit umgebendes Gehäuse mit einem ersten Fluidkanal und einem zweiten Fluidkanal auf, die fluidmäßig miteinander verbunden und zum Führen von Wärmeübertragungsfluid ausgebildet sind, wobei sich die thermoelastischen Elemente der Energiewandlereinheit während ihrer Rotation um die Rotationsachse zyklisch abwechselnd durch den ersten und zweiten Fluidkanal bewegen, im ersten Fluidkanal im Wesentlichen im entspannten Zustand und im zweiten Fluidkanal im Wesentlichen im verspannten Zustand vorliegen. Im erfindungsgemäßen thermoelastischen Energiewandlersystem ist nun ein Eingang des ersten Fluidkanals mit einem Ausgang des zweiten Fluidkanals über einen ersten Wärmeübertrager fluidmäßig verbunden und ist ein Eingang des zweiten Fluidkanals mit einem Ausgang des ersten Fluidkanals mit einem zweiten Wärmeübertrager fluidmäßig verbunden.

Das erfindungsgemäße thermoelastische Energiewandlersystem beruht zumindest teilweise auf der Erkenntnis, dass durch das fluidmäßige Verbinden eines Eingangs des ersten Fluidkanals mit einem Ausgang des zweiten Fluidkanals und durch das fluidmäßige Verbinden eines Eingangs das zweiten Fluidkanals mit einem Ausgang des ersten Fluidkanals letztlich eine überkreuzte Anordnung der Medienanschlüsse des Wärmeübertragungsfluids erreicht wird. Da im ersten Fluidkanal die thermoelastischen Elemente im Wesentlichen im entspannten Zustand vorliegen (und damit eine Kühlwirkung auf das Wärmeübertragungsfluid ausüben) und die thermoelastischen Elemente im zweiten Fluidkanal im Wesentlichen im verspannten Zustand vorliegen (und damit eine Heizwirkung auf das Wärmeübertragungsfluid ausüben), wird durch die überkreuzte Anordnung der Medienanschlüsse mit den dazwischen befindlichen Wärmeübertragern letztlich das Wärmeübertragungsfluid im ersten Fluidkanal vorgewärmt und im zweiten Fluidkanal vorgekühlt. Mit anderen Worten wird durch die überkreuzte Anordnung der Medienanschlüsse erreicht, dass die Rücklauftemperatur am Eingang des ersten Fluidkanals (kalte Seite der Energiewandlereinheit) höher liegt als die Rücklauftemperatur am Eingang des zweiten Fluidkanals (warme Seite der Energiewandlereinheit). Dies führt zu einer Vorerwärmung der thermoelastischen Elemente im ersten Fluidkanal und zu einer Vorkühlung der thermoelastischen Elemente im zweiten Fluidkanal, wodurch das erfindungsgemäße thermoelastische Energiewandlersystem im Vergleich zum oben beschriebenen Energiewandlersystem gemäß EP 3 306 082 B1 mit deutlich höheren Temperaturunterschieden an den Rücklaufanschlüssen (Eingängen des ersten und zweiten Fluidkanals) arbeitsfähig bleibt. Das erfindungsgemäße thermoelastische Energiewandlersysteme weist damit einen im Vergleich zum bekannten Stand der Technik vergrößerten Temperatureinsatzbereich auf und eignet sich insbesondere deshalb auch zur Verwendung als Kühl- bzw. Heizvorrichtung in einem Fahrzeug, wo naturgemäß Heiz-/Kühlanforderungen im Bereich von -20°C bis +60°C auftreten können.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das erfindungsgemäße Energiewandlersystem eine Pumpvorrichtung aufweist, die eine Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsfluids durch die beiden Fluidkanäle derart vorgibt, dass die von der Pumpvorrichtung erzeugte Strömungsrichtung einer Drehrichtung der thermoelastischen Elemente im jeweiligen Fluidkanal entgegengesetzt ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung beruht zumindest teilweise auf der Erkenntnis, dass durch ein Gegenstromprinzip von Drehrichtung der thermoelastischen Elemente im jeweiligen Fluidkanal einerseits und Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsfluid im jeweiligen Fluidkanal andererseits eine noch bessere Vorkühlung bzw. Vorerwärmung des Wärmeübertragungsfluids erreicht werden kann.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Pumpvorrichtung fluidmäßig zwischen dem Ausgang des ersten Fluidkanals und dem Eingang des zweiten Fluidkanals und/oder zwischen dem Ausgang des zweiten Fluidkanals und dem Eingang des ersten Fluidkanals angeordnet ist.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Energiewandlersystem einen zu beheizenden Verbraucher aufweist, der wärmetechnisch mit dem ersten Wärmeübertrager gekoppelt ist. Dadurch kann beispielsweise eine Batterie oder eine Fahrerkabine eines Fahrzeugs mittels des ersten Wärmeübertragers beheizt werden.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Energiewandlersystem ferner einen zu kühlenden Verbraucher aufweist, der wärmetechnisch mit dem zweiten Wärmeübertrager gekoppelt ist. Dadurch kann beispielsweise die Batterie oder die Fahrerkabine des Fahrzeugs mittels des zweiten Wärmeübertragers gekühlt werden.

Eine fluidmäßige Anbindung von zu beheizenden oder zu kühlenden Verbrauchern an den jeweiligen ersten bzw. zweiten Wärmeübertrager des Energiewandlersystems erfolgt üblicherweise durch ein Thermomanagement-System des Fahrzeugs.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung des Energiewandlersystems als Kühl-/Heizvorrichtung, insbesondere in einem Fahrzeug, bereitgestellt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Energiewandlersystems gemäß dem ersten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln einer Heizanforderung, Ermitteln einer Heizleistung basierend auf der ermittelten Heizanforderung und Betreiben des Energiewandlersystems als Heizvorrichtung mit einer thermischen Leistung, die der ermittelten Heizleistung entspricht.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Energiewandlersystems gemäß dem ersten Aspekt bzw. Ausgestaltungen davon bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln einer Kühlanforderung, Ermitteln einer Kühlleistung basierend auf der ermittelten Kühlanforderung und Betreiben des Energiewandlersystems als Kühlvorrichtung mit einer thermischen Leistung die der ermittelten Kühlleistung entspricht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Verfahren gemäß dem dritten und vierten Aspekt sieht vor, dass eine von dem Energiewandlersystem bereitstellbare thermische Leistung basierend auf einem oder mehreren der folgenden Parameter eingestellt wird: Masse an thermoelastischem Material, Beaufschlagungsfrequenz der thermoelastischen Elemente und Ausmaß der elastischen Verspannung und Entspannung der thermoelastischen Elemente.

Im Rahmen dieser Offenbarung soll mit dem Begriff „verspannen“ eines thermoelastischen Elements verstanden werden, dass das thermoelastische Element, beispielsweise ein Draht oder Drahtbündel eines Formgedächtnislegierungsmaterials ausgehend von einem vorgespannten Zustand weiter verspannt wird, derart, dass im Wesentlichen die elastische Spannung Epsilon des Formgedächtnislegierungsmatenals zunimmt.

Im Rahmen dieser Offenbarung soll mit dem Begriff „entspannen“ eines thermoelastischen Elements verstanden werden, dass das thermoelastische Element, beispielsweise ein Draht oder Drahtbündel eines Formgedächtnislegierungsmaterials ausgehend vom weiter verspannten Zustand in Richtung hin zum vorgespannten Zustand entspannt wird, derart, dass im Wesentlichen die elastische Spannung Epsilon des Formgedächtnislegierungsmatenals abnimmt.

Die Verspannung und Entspannung der thermoelastischen Elemente kann dabei auf vielfältige Weise erfolgen, beispielsweise durch Zug-, Druck-, Biege-, Torsionsoder Scherbelastung- bzw. entlastung.

Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Ansicht einer Energiewandlereinheit mit einer Beaufschlagungsvorrichtung für thermoelastische Elemente der Energiewandlereinheit,

FIG 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen thermoelastischen Energiewandlersystems, FIG 3 eine schematische Ansicht, die den thermischen Kreisprozess des erfindungsgemäßen thermoelastischen Energiewandlersystems verdeutlicht,

FIG 4 eine schematische Ansicht eines Ablaufdiagramms zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt, und

FIG 5 eine schematische Ansicht eines Ablaufdiagramms zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem vierten Aspekt.

Elemente gleicher Funktion oder Konstruktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Es sei zunächst auf Figur 1 verwiesen, die eine Energiewandlereinheit 10 zeigt. Die Energiewandlereinheit 10 ist Teil des erfindungsgemäßen Energiewandlersystems, das näher in Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben wird.

Die Energiewandlereinheit 10 basiert im Wesentlichen auf dem Energiewandler gemäß dem Dokument EP 3 306 082 B1 , weshalb an dieser Stelle nur die wesentlichen Elemente der Energiewandlereinheit 10 erklärt werden.

Die Energiewandlereinheit 10 weist mehrere thermoelastischen Elemente 12 auf, die beispielsweise in Form von Drähten oder Drahtbündeln in der Energiewandlereinheit 10 vorhanden sind. Ein Material der thermoelastischen Elemente 12 ist insbesondere ein Formgedächtnislegierungsmatenal, wie beispielsweise ein NiTi-Material. Aber auch andere Formgedächtnislegierungsmatenalien sind denkbar.

Die Energiewandlereinheit 10 weist ferner eine Beaufschlagungsvorrichtung 14 für die thermoelastischen Elemente 12 auf. Die Beaufschlagungsvorrichtung 14 ist mit Enden der thermoelastischen Elemente 12 gekoppelt und ist dazu ausgebildet, die thermoelastischen Elemente 12 phasenweise zyklisch zu verspannen und zu entspannen wie im Folgenden näher beschrieben wird. Die Beaufschlagungsvorrichtung 14 weist ein erstes Halteelement 16, das mit ersten Enden der thermoelastischen Elemente 12 verbunden ist, und ein zweites Halteelement 18, das mit zweiten Enden der thermoelastischen Elemente 12 gekoppelt ist, auf. Die Beaufschlagungsvorrichtung 14 weist ferner eine Welle 20 auf, die drehbar ist, wobei eine Längserstreckungsachse der Welle 20 als Rotationsachse 22 dient. Die beiden Halteelemente 16, 18 sind drehfest mit der Welle 20 verbunden, sodass durch Drehen der Welle 20 die beiden Halteelement 16, 18 mit gedreht werden.

Die Beaufschlagungsvorrichtung 14 weist ferner eine Führungseinrichtung 24 auf. Die Führungseinrichtung 24 ist nicht mit der Welle 20 gekoppelt. Das heißt, wenn die Welle 20 gedreht wird, drehen sich die beiden Halteelemente 16, 18, nicht aber die Führungseinrichtung 24. Die Führungseinrichtung 24 weist eine Führungsspur auf. Rollen 26, die mit dem zweiten Halteelement 18 verbunden sind, sind dazu ausgebildet, beim Drehen der Welle 20 entlang der Führungsspur der Führungseinrichtung 24 bewegt zu werden. Die Rollen 26 sind ferner mit zweiten Enden der thermoelastischen Elemente 12 verbunden. Die Führungsspur der Führungseinrichtung 24 ist nun derart ausgestaltet, dass durch Drehen der Welle 20 (und damit Drehen des Halteelemente 16, 18) die Rollen 26 derart in der Führungsspur geführt werden, dass eine zyklische Verspannung und Entspannung der thermoelastischen Elemente 12 erfolgt. Insbesondere erfolgt eine Verspannung der thermoelastischen Elemente 12 dahingehend, dass eine Länge der thermoelastischen Elemente 12 vergrößert wird. Insbesondere erfolgt eine Entspannung der thermoelastischen Elemente 12 dahingehend, dass eine vergrößerte Länge der thermoelastischen Elemente 12 verringert wird. Mit anderen Worten erfolgt eine Verformung der thermoelastischen Elemente 12 im Bereich einer Längenänderung der thermoelastischen Elemente 12. Dies ist schematisch in Figur 1 dadurch gezeigt, dass das thermoelastische Elemente 12 am oberen Bildrand eine größere Länge (gemessen in Richtung der Rotationsachse 22) aufweist als das thermoelastische Element am unteren Bildrand.

Bei Rotation der Beaufschlagungsvorrichtung 14 und damit der Halteelemente 16,

18 um die Rotationsachse 22 rotieren auch die thermoelastischen Elemente 12 um diese Rotationsachse 22 und aufgrund der Führungsspur der Führungseinrichtung 24 werden die thermoelastischen Elemente 12 bei der Rotation phasenweise zyklisch derart verspannt und entspannt, dass beim Verspannen die thermoelastischen Elemente 12 aufgrund des thermoelastischen Effekts latente Wärme abgeben und beim Entspannen die thermoelastischen Elemente auf Basis des thermoelastische Effekts latente Wärme aufnehmen. Die Beaufschlagungsvorrichtung 14 ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass in einem ersten Rotationswinkelbereich die Verspannung der thermoelastischen Elemente 12 erfolgt und in einem vom ersten Rotationswinkelbereich verschiedenen zweiten Rotationswinkelbereich die Entspannung der thermoelastischen Elemente 12 erfolgt. Mit anderen Worten erfolgt beim kontinuierlichen Drehen der Welle 20 abwechselnd eine zyklische Verspannung und Entspannung der thermoelastischen Elemente 12 dergestalt, dass die thermoelastische Elemente 12 zyklisch abwechselnd eine Längenänderung in der Längsrichtung (parallel zur Rotationsachse 22) erfahren und dadurch abwechselnd latente Wärme abgeben bzw. aufnehmen.

Es sei nun auf Figur 2 verwiesen, die eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Energiewandlersystems 28 zeigt. Das Energiewandlersystem 28 weist unter anderem die Energiewandlereinheit 10 auf, die in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde, bzw. nutzt diese, um letztlich die latente Wärme der thermoelastischen Elemente 12 für Kühl- bzw. Heizanforderungen nutzbar zu machen.

Das Energiewandlersystem 28 weist neben der Energiewandlereinheit 10 mit dessen thermoelastischen Elementen 12 ein die Energiewandlereinheit 10 umgebendes Gehäuse 30 auf. Das Gehäuse 30 ist derart ausgebildet, dass es einen ersten Fluidkanal 32 und einen zweiten Fluidkanal 34 bildet. Die Fluidkanäle 30, 32 dienen zum Führen eines Wärmeübertragungsfluids, das als Medium zum Austausch der von den thermoelastischen Elementen 12 bereitgestellten oder aufgenommenen latenten Wärme dient. Der erste Fluidkanal 32 weist einen ersten Eingang T1 und eine ersten Ausgang T4 auf und der zweite Fluidkanal 34 weist einen zweiten Eingang T3 und einen zweiten Ausgang T2 auf.

Wie bereits in Zusammenhang mit Figur 1 erwähnt, weist die Energiewandlereinheit 10 die bereits beschriebene Beaufschlagungsvorrichtung 14 auf, die zum Beaufschlagen der thermoelastischen Elemente 12 dient und die thermoelastischen Elemente 12 durch Drehen der Welle 20 in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 22 versetzt. In Figur 2 ist eine Drehrichtung der thermoelastischen Elemente 12 beispielhaft durch den Pfeil 36 angedeutet. Im konkreten Beispiel von Figur 2 drehen sich also letztlich die thermoelastischen Elemente 12 im Uhrzeigersinn und bewegen sich dabei abwechselnd durch den ersten und zweiten Fluidkanal 32, 34.

Der erste Fluidkanal 32 des Gehäuses 30 ist derart angeordnet, dass die thermoelastischen Elemente 12 im ersten Fluidkanal 32 im Wesentlichen im entspannten Zustand vorliegen. Im entspannten Zustand nehmen die thermoelastischen Elemente 12 wie bereits beschrieben latente Wärme auf. Der erste Fluidkanal 32 des Gehäuses 30 kann somit auch als die „kalte Seite“ des Energiewandlersystems 28 bezeichnet werden.

Der zweite Fluidkanal 34 des Gehäuses 30 ist derart angeordnet, dass die thermoelastischen Elemente 12 im zweiten Fluidkanal 34 im Wesentlichen im verspannten Zustand vorliegen. Im verspannten Zustand geben die thermoelastischen Elemente 12 wie bereits beschrieben latente Wärme ab. Der zweite Fluidkanal 34 des Gehäuses 30 kann somit auch als die „warme Seite“ des Energiewandlersystems 28 bezeichnet werden.

In dem erfindungsgemäßen Energiewandlersystem 28 ist nun der Eingang T1 des ersten Fluidkanals 32 mit dem Ausgang T2 des zweiten Fluidkanals 34 über einen ersten Wärmeübertrager 38 fluidmäßig verbunden. Ferner ist der Ausgang T4 des ersten Fluidkanals 32 mit dem Eingang T3 des zweiten Fluidkanals 34 über einen zweiten Wärmeübertrager 40 fluidmäßig verbunden. Das Energiewandlersystem 28 weist ferner eine Pumpvorrichtung 42 auf, die eine Strömungsrichtung des sich in den Fluidkanälen 32, 34 befindlichen Wärmeübertragungsfluids vorgibt. Die Pfeile an den Ein- und Ausgängen T1 bis T4 zeigen, dass die Pumpvorrichtung 42 im konkreten Beispiel von Figur 2 das Wärmeübertragungsfluid im Gegenstromprinzip zur Drehrichtung 36 der thermoelastischen Elemente 12 bewegt. Die Pumpvorrichtung 42 weist eine Pumpeinheit in der fluidmäßigen Verbindung zwischen dem Eingang T1 und dem Ausgang T2 auf. Die Pumpvorrichtung 42 kann optional oder alternativ eine (weitere) Pumpeinheit in der fluidmäßigen Verbindung zwischen dem Ausgang T4 und dem Eingang T3 aufweisen.

Das Energiewandlersystem 28 weist ferner Verbraucher auf, von denen ein erster Verbraucher ein zu beheizender Verbraucher 44 und ein zweiter Verbraucher ein zu kühlender Verbraucher 46 ist. Verbraucher können Komponenten oder Bereiche sein, die gekühlt oder beheizt werden sollen. Wird das Energiewandlersystem 28 beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet dann wäre ein typischer Verbraucher beispielsweise eine Batterie (insbesondere, wenn es sich bei dem Fahrzeug um ein batteriebetriebenes Fahrzeug handelt) oder eine Fahrerkabine des Fahrzeugs. Weitere Verbraucher sind denkbar.

Da es sich bei dem Verbraucher 44 um den zu beheizenden Verbraucher handelt, ist der Verbraucher 44 wärmetechnisch an den ersten Wärmeübertrager 38 gekoppelt. Da es sich bei dem Verbraucher 46 um den zu kühlenden Verbraucher handelt, ist der Verbraucher 46 wärmetechnisch an den zweiten Wärmeübertrager 40 gekoppelt. Die Kopplung der Verbraucher 44, 46 an die Wärmetauscher 38, 40 wird üblicherweise über ein Thermomanagement-System bereitgestellt, das dem Fachmann wohlbekannt ist und deshalb keiner näheren Erläuterung bedarf.

Es sei nun auf Figur 3 verwiesen, die den sich im thermoelastischen

Energiewandlersystem 28 vollziehenden Kreisprozess schematisch erläutern soll. In Figur 3 ist auf der y-Achse die Temperatur und auf der x-Achse eine Drehposition der thermoelastischen Elemente 12 aufgetragen.

Zunächst soll noch einmal der thermoelastische Effekt der thermoelastischen Elemente 12 näher erläutert werden.

Wenn die Beaufschlagungsvorrichtung 14 um die Rotationsachse 22 gedreht wird, dann erfolgt abwechselnd eine Entspannung und Verspannung der thermoelastischen Elemente 12, wie in Zusammenhang mit Figur 1 bereits beschrieben wurde. Bei der Entspannung der thermoelastischen Elemente 12 wird latente Wärme aufgenommen. Die thermoelastischen Elemente 12 kühlen sich also ab. Bei der Verspannung der thermoelastischen Elemente 12 wird latente Wärme abgegeben. Die thermoelastischen Elemente 12 erwärmen sich also. In dem Bereich zwischen den Punkten 300 und 302 erfolgt eine Entspannung der thermoelastischen Elemente 12, sodass die thermoelastischen Elemente 12 latente Wärme aufnehmen und das die thermoelastischen Elemente 12 umströmende Wärmeübertragungsfluid kühlen können. In diesem Rotationswinkelbereich kann also das Wärmeübertragungsfluid Wärme an die thermoelastischen Elemente 12 abgeben, weshalb dieser Bereich der „kalte Bereich“ oder die „kalte Seite“ des Energiewandlersystems 28 ist.

In dem Bereich zwischen den Punkten 302 und 304 erfolgt eine Verspannung der thermoelastischen Elemente 12, sodass die thermoelastischen Elemente 12 latente Wärme abgeben und das die thermoelastischen Elemente 12 umströmende Wärmeübertragungsfluid erwärmen können. In diesem Rotationswinkelbereich kann also das Wärmeübertragungsfluid Wärme von den thermoelastischen Elementen 12 aufnehmen, weshalb dieser Bereich der „warme Bereich“ oder die „warme Seite“ des Energiewandlersystems 28 ist.

Es sei nun der Blick auf die durchgezogene Linie in Figur 3 gerichtet, die den Temperaturverlauf des Wärmeübertragungsfluids schematisch wiedergibt. Das Wärmeübertragungsfluid strömt beim Eingang T 1 des ersten Fluidkanals 32 ein und wird durch die thermoelastischen Elemente 122 gekühlt. Das Wärmeübertragungsfluid wird also am Ausgang T4 des ersten Fluidkanals 32 eine geringere Temperatur aufweisen als am Eingang T1. Das Wärmeübertragungsfluid durchströmt nun den zweiten Wärmeübertrager 40, der zum Kühlen von zu kühlenden Verbrauchern genutzt wird. Am Eingang T3 des zweiten Fluidkanals 34 wird somit die Temperatur T3 > T4 sein. Im zweiten Fluidkanal 34 liegen die thermoelastischen Elemente 12 im Wesentlichen im verspannten Zustand vor. In diesem Zustand können die thermoelastischen Elemente 12 latente Wärme abgeben, weshalb am Ausgang T2 des zweiten Fluidkanals 34 die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids größer sein wird als am Eingang T3. Die Temperatur T2 ist zudem größer als T1. Mit Hilfe des ersten Wärmeübertragers 38 zwischen dem Ausgang T2 und dem Eingang T1 kann nun ein zu heizender Verbraucher mit Wärme versorgt werden.

Entscheidend ist, dass eine Temperaturdifferenz zwischen T1 und T4 bzw. zwischen T2 und T3 letztlich vom thermoelastischen Effekt der thermoelastischen Elemente 12 abhängt. Diese Temperaturdifferenz ist typischerweise um die 20°C. Die im erfindungsgemäßen Energiewandlersystem 28 vorgeschlagene fluidmäßige Verbindung von T1 mit T2 mittels des ersten Wärmeübertrags 38 und von T4 mit T3 mittels des zweiten Wärmeübertragers 40, führt jedoch dazu, dass die thermoelastischen Elemente 12 am Eingang T3 des zweiten Fluidkanals 34 sozusagen vorgekühlt werden und am Eingang T1 des ersten Fluidkanals 32 sozusagen vorgewärmt werden. Diese überkreuzte Anordnung der Medienanschlüsse führt also letztlich dazu, dass die Rücklauftemperatur des Wärmeübertragungsfluids am Eingang T1 auf der „kalten Seite“ des Energiewandlersystems 28 höher liegt als die Rücklauftemperatur des Wärmeübertragungsfluids am Eingang T3 auf der „warmen Seite“ des Energiewandlersystems. Dadurch wird eine Erhöhung der Temperaturspreizung zwischen den beiden Rücklaufanschlüssen T1 und T3 erreicht, die nicht nur den Temperaturbereich des Energiewandlersystems 28 erweitert, sondern auch den Einsatz des Energiewandlersystems 28 als Kühl-/Heizvorrichtung im Fahrzeug ermöglicht, wo naturgemäß Heiz-/Kühlanforderungen bestehen, die von -20°C bis +60°C reichen können.

Es sei nun auf Figur 4 verwiesen, die eine schematische Ansicht eines Ablaufdiagramms zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Das Verfahren dient zum Betreiben des Energiewandlersystems 28, insbesondere als Heizvorrichtung. Das Verfahren startet beim Schritt 400 mit der Ermittlung einer Heizanforderung. Beispielsweise kann das das Erwärmen einer Fahrerkabine eines Fahrzeugs betreffen.

Im nächsten Schritt 402 wird basierend auf der ermittelten Heizanforderung eine dafür notwendige Heizleistung ermittelt. Das Ermitteln einer Heizleistung kann beispielsweise basierend auf Tabellenwerten, die im Hintergrund abgespeichert sind oder anderweitig verfügbar sind, durchgeführt werden.

Im nächsten Schritt 404 wird schließlich das Energiewandlersystem 28 als Heizvorrichtung betrieben mit einer thermischen Leistung, die der ermittelten Heizleistung entspricht. Das Ermitteln der thermischen Leistung des Energiewandlersystems kann anhand von Tabellenwerten, Kennfeldern, funktionalen Zusammenhängen, Algorithmen und dergleichen erfolgen.

Es sei schließlich noch auf Figur 5 verwiesen, die eine weitere schematische Ansicht eines Ablaufdiagramms zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Das Verfahren gemäß Figur 5 dient zum Betreiben des Energiewandlersystems 28, insbesondere als Kühlvorrichtung. Das Verfahren startet beim Schritte 500 mit der Ermittlung einer kühleren Forderung. Beispielsweise kann das das Kühlen einer Fahrerkabine eines Fahrzeugs betreffen.

Im nächsten Schritt 502 wird basierend auf der ermittelten Kühlanforderung eine dafür notwendige Kühlleistung ermittelt. Das Ermitteln einer Kühlleistung kann beispielsweise basierend auf Tabellenwerten, die im Hintergrund abgespeichert sind oder anderweitig verfügbar sind, durchgeführt werden.

Im nächsten Schritt 504 wird schließlich das Energiewandlersystem 28 als Kühlvorrichtung betrieben mit einer thermischen Leistung, die der ermittelten Kühlleistung entspricht. Das Ermitteln der thermischen Leistung des Energiewandlersystems kann anhand von Tabellenwerten, Kennfeldern, funktionalen Zusammenhängen, Algorithmen und dergleichen erfolgen.

Die von dem Energiewandlersystem 28 bereitstellbare thermische Leistung ist dabei einstellbar basierend auf einem oder mehreren der folgenden Parameter:

• Masse an thermoelastischem Material: hier kann Länge, Durchmesser, Anzahl der thermoelastischen Elemente 12 je nach Anwendungsfall angepasst werden

• Beaufschlagungsfrequenz der thermoelastischen Elemente: insbesondere die Rotationsgeschwindigkeit der thermoelastischen Elemente 12 kann eingestellt werden, und

• Ausmaß der elastischen Verspannung und Entspannung der thermoelastischen Elemente: stärkere oder schwäche Verspannung/Entspannung, insbesondere Längenänderung ist möglich, bspw. über variable Führungsspur oder verstellbare Nocke.

Bei der Funktionsweise des thermoelastischen Energiewandlersystems wird immer der Flüssigkeitsmassenstrom des Wärmeübertragungsfluids auf den Massenstrom der thermoelastischen Elemente 12 derart angepasst, dass die Produkte aus Massenstrom mal spezifische Wärmekapazität der beiden Medien gleich groß sind, was bei derartigen Energiewandlersystemen jedoch üblich ist.

Obwohl in Zusammenhang mit Figuren 1 bis 5 das Energiewandlersystem 28 die

Energiewandlereinheit 10 nutzt, ist denkbar, dass andere, zweckmäßige

Energiewandlereinheiten im Energiewandlersystem 28 genutzt werden können.