包围流体管路的具有弹热元件的用于换热的器件的制作方法

本发明涉及一种用于换热的器件，该器件包围引导传热流体的流体管路并且包括至少一个弹热元件、至少一个致动器和至少一个固定元件。此外，本发明还涉及一种用于换热的系统，该系统包括流体管路、至少一个用于换热的器件和用于控制至少一个致动器的电子的控制器。

背景技术：

弹热效应说明了当材料用机械的力加载并且例如变形时，材料的一种绝热的温度变化。通过机械的力或者变形在材料中引起了也称为相的晶体结构的转变。相变（phasenumwandlung）导致材料的温度升高。若导出在此释放出的热，那么温度就会降低并且熵会减少。若消除机械的力，那么又会引起反转的相变（可逆转变（rückumwandlung）），反转的相变导致材料的温度下降。若再次将热输送给材料，那么熵再次增加。

在近似绝热的相变后，温度处在起始温度之上。在此产生的热可以例如排出给环境并且材料就具有环境温度。若现在以如下方式开始可逆相变，即，将机械力降低到零，那么就产生（einstellen）了较低的温度作为起始温度。可以达到了在相变后的最大温度和可逆转变后的最小温度之间（在之前输出的热下）的直至40℃的温差。

可以证明弹热效应的材料，被称为弹热材料。这种弹热材料例如是具有超弹性的形状记忆合金（formgedächtnislegierungen）。超弹合金的突出之处在于，它们也能在强烈变形后本身再次回复（zurückkehren）到其最初的形状。超弹形状记忆合金具有两个不同的相（晶体结构）。奥氏体（austenit）是在室温时的稳定的相并且马氏体（martensit）在更低温时是稳定的。机械的变形引起了从奥氏体到马氏体的相变，所述相变导致了绝热的温度上升。提高的温度现在能以热的形式排出给环境，这导致了熵的减少。若弹热材料再次被去负荷，那么进行从马氏体到奥氏体的可逆转变（rückumwandlung）并且随之而来的是绝热的温度下降。

由这种弹热材料制成的弹热元件用于冷却和用于加热。在此，典型地使用用传热流体填充的流体管路，通过所述流体管路传输热。传热流体更为准确地将热从有待冷却的组件朝着弹热元件传输或者将热从弹热元件运走并且朝着有待加热的组件传输。

弹热元件传统上布置在用于冷产生或热产生的中央的单元中，流体管路离开所述弹热元件并且然后朝着所述组件延伸。沿着流体管路发生了与环境的换热，因而产生了热损失并且冷却功率或加热功率变小。中央的单元典型地具有马达、大多为电动马达，以便使弹热元件变形。

技术实现要素：

建议一种用于换热的器件，该器件设置用于，包围引导传热流体、例如冷却剂/制冷剂的流体管路。用于换热的器件包括至少一个弹热元件、至少一个作用到至少一个弹热元件上的致动器和至少一个固定元件。

在此，至少一个弹热元件能与流体管路连接、与流体管路连接或者能布置在流体管路上。在此，在至少一个弹热元件和流体管路之间存在热连接。所述至少一个弹热元件可以直接固定在流体管路上或者优选通过至少一个固定元件保持在连接中。

至少一个致动器设置用于，在操纵致动器时将力施加到至少一个弹热元件上。致动器可以例如是压电元件，该压电元件膨胀并且在此将压力施加到至少一个弹热元件上，或者可以是电致动器（elektroaktor）或磁致动器、例如起重磁铁（hubmagnet）。

至少一个固定元件设置用于，将用于换热的器件固定在流体管路上。至少一个固定元件优选是套环或包套。至少一个固定元件优选与至少一个致动器连接并且保持该致动器。换句话说，至少一个致动器在单侧锚固在至少一个固定元件上。由此至少一个致动器紧固在一侧上并且可以将力施加到至少一个弹热元件上，而不会发生运动并且该至少一个弹热元件因此变形。

弹热元件直接在流体管路上的上述布置首先相比传统的用于换热的装置（在传统的装置中弹热元件布置在中央的单元中）提供了下列优点：

借助至少一个弹热（elastokalorischen）元件的换热可以直接在流体管路上进行。热之后可以直接在所需的部位上提供给传热流体或从传热流体提取，并且仅实际上需要的热被传递。通过在流体管路上的直接布置可以将用于换热的器件尽量靠近在流体管路上的消耗器放置，因此传热流体经由流体管路的热损失基于在用于换热的器件和消耗器之间的短的距离而明显减少并且因此可以提高用于换热的系统的功率。

此外，可以通过用于换热的器件的非中央的布置取消其内布置着弹热元件的中央的单元。这种中央的单元大多具有马达、例如电动马达，其相比用于换热的器件的致动器明显较大。可以取消这种马达，由此减少用于换热的系统所需的结构空间。

至少一个用于传热的系统优选布置在流体管路的区段中，在所述区段中，流体管路至少针对用于传热的器件的宽度“笔直地”延伸，这就是说，没有或仅具有小的弯曲。

至少一个弹热元件、至少一个致动器和至少一个固定元件有利地可以分别构造成环形盘的形式。在这个设计方案中，所述的组件可以环形地围绕通常管形的流体管路布置，因而用于换热的器件包围流体管路。要注意的是，环形盘可以具有在它们环中的开口和/或用于它们的环的开口机构，以便在安装在流体管路上时可以打开环形盘。环形的固定元件可以例如构造成套环的形式，所述套环围绕流体管路放置并且然后被拉紧。

用于换热的器件的一种优选的构造方案规定，两个致动器沿着流体管路的纵向布置在弹热元件之一旁。在流体管路的相应的区段中的大多为柱形的管的纵向被视作是流体管路的纵向，换句话说，平行于传热流体的流动方向的方向。在两个致动器之间布置着弹热元件。在环形的组件中，弹热元件布置在两个致动器的端侧之间。若两个致动器在操纵致动器时同时沿纵向膨胀，那么两个致动器分别施加力到弹热元件上，更确切地说从不同的侧面。弹热元件因此变形。

此外，两个致动器中的每个致动器均能与各一个沿流体管路的纵向布置的固定元件连接。固定元件在此在分别与弹热元件对置的侧面上（在环形的组件中是端侧）与致动器连接。两个致动器中的每个致动器均可以通过其中一个固定元件保持。因此致动器通过固定元件紧固在流体管路上。若两个致动器现在在操纵致动器时同时沿纵向膨胀，那么中断了朝着固定元件的方向的膨胀并且致动器仅朝着弹热元件的方向膨胀，因而两个致动器分别朝着弹热元件施加力。

至少两个致动器优选能共享共同的固定元件。共同的固定元件与至少两个致动器连接并且同时保持这些致动器。特别优选的是正好两个致动器共享共同的固定元件。针对上述情况，即致动器沿纵向与固定元件连接，有利的是，正好一个致动器与共同的固定元件的横向于纵向的一侧、因此与端侧连接。

如已说明的那样，至少一个弹热元件与流体管路处于热连接中。为了改进这种热连接，这就是说，为了提高通过这种热连接的热传输，可以在流体管路中的至少一个弹热元件之间设置导热的层。该导热的层有利地被这样构造，使得它在流体管路上提供扩大的接触面和/或在至少一个弹热元件上提供扩大的接触面，由此可以发生更高的热传输。

与此相反，有利的是，将至少一个致动器与流体管路并且与至少一个弹热元件热隔离。为此，可以在至少一个致动器和至少一个弹热元件之间以及在至少一个致动器和流体管路之间设置绝热的层。通过这种绝热的层，在弹热元件和/或加热的或冷却的传热流体以及致动器之间就不发生热传输。此外，绝热的层能够包围用于传热的器件的被流体管路打断的外侧、特别是弹热元件的外侧，因而不发生到环境的热传输。绝热的层因此提供了这样的优点，即，减小了在用于换热的器件内的热损失和到环境的热损失并且因此提高了效率。

此外，建议了一种用于换热的系统，该系统包括前述用于换热的器件中的至少一个器件、流体管路和电子的控制器。如已经说明的那样，至少一个用于换热的器件布置在流体管路上。此外，电子的控制器设置用于，控制至少一个用于换热的器件的至少一个致动器。用于换热的器件的优点可以针对用于换热的系统接收。

有利地将多个这种用于换热的器件布置在流体管路上。在此，电子的控制器设置用于，控制多个器件中的每个器件的至少一个致动器。越多用于换热的器件布置在流体管路上，最大可能的热流就越大。

优选每个用于换热的器件均布置在流体管路的区段中，在所述区段中，流体管路至少针对用于换热的器件的宽度“笔直地”延伸，这就是说，没有或仅具有小的弯曲。

一种特别优选的设计方案规定，多个用于换热的器件级联地相互连接。这就是说，用于换热的器件彼此贴靠或以小的间隙前后相继布置并且相继影响传热流体的相同的流体体积。此外，控制器优选这样设置，使得在时间上前后相继地根据传热流体的流动特性控制多个用于换热的器件的致动器，因而传热落体的相同的流体体积从一个元件到一个元件地在级联内始终被继续冷却或加热。

额外可以设置有贮存器和用于换热的系统内在流体管路和贮存器之间的至少一条返回管路，在贮存器中传热流体够用。通过至少一条返回管路使传热流体从流体管路的端部和/或在其穿流消耗器之后，回引至贮存器。在另一侧上，传热流体则从贮存器被输送给流体管路的起始部。

可选或附加地可以设置至少一条内部的返回管路，其将流体管路的端部与流体管路的起始部连接起来，而其间不会布置消耗器或贮存器。通过至少一条内部的返回管路，传热流体能在没有绕路或暂存的情况下并且在没有穿流消耗器的情况下，直接会送至流体管路的起始部。在此，至少一个用于换热的器件布置在流体管路的起始部和流体管路的端部之间。

为了控制传热流体的流动，特别是当存在回引机构和/或内部的回引机构时，用于换热的系统至少在流体管路的起始部上和流体管路的端部上具有阀。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在接下来的说明中加以详细阐释。

图1是按照本发明的第一种实施方式的用于换热的器件的等轴图，带有一个弹热（elastokalorischen）元件；

图2是图1的用于换热的器件的剖面图；

图3是按照本发明的第二种实施方式的用于换热的器件的等轴图，带有多个弹热元件；

图4是按照本发明的一种实施方式的用于换热的系统的一部分的示意性等轴图，带有图3的按照第二种实施方式的多个用于换热的器件；

图5是按照一种实施方式的用于换热的系统的示意图。

具体实施方式

在图1和2中分别示出了根据本发明的用于换热的器件100的第一种实施方式，其中，图1是等轴视图并且图2是剖面图。用于换热的器件100直接布置在流体管路3上并且包围这条流体管路，传热流体流过所述流体管路。用于换热的器件100包括两个致动器1、例如压电致动器，一个由弹热材料制成的弹热元件2和两个固定元件4。致动器1、弹热元件2和固定器件4分别构造成环形盘的形式，环形盘围绕流体管路3布置并且包围这个流体管路。弹热元件2沿流体管路3的纵向被两个致动器1包围（umgeben）并且弹热元件2的各一个端面贴靠在各一个致动器1的其中一个端面上。各一个致动器1的分别另一个端面则沿纵向与各一个固定元件4的端面连接，因而致动器1被固定元件4保持（端面在这个图中无法看到）。固定元件4在当前的实施方式中构造成用于流体管路3的包套（ummantelung）并且围绕这个流体管路放置。在另一个在此未示出的实施方式中，固定元件4构造成围绕流体管路3放置的并且然后被拉紧的套环（manschetten）。在此，致动器1和弹热元件2也可以具有在它们的环中的开口和/或用于它们的环的开口机构，以便在安装在流体管路3上时能打开它们。因此用于换热的器件100借助固定元件4固定在流体管路3上并且致动器1紧固（fixieren）在各一侧上。

图2以取样的方式（netnehmen）示出了用于换热的器件100的内部的结构。相同的组件用相同的附图标记标注并且取消了对它们的重新说明。在弹热元件2和流体管路3之间设置有例如由铜制成的导热的层5，弹热元件2通过该导热的层与流体管路3热连接。通过所述导热的层5一方面扩大了在流体管路3上的接触表面，在图2所示的例子中近似扩大到弹热元件2连同两个致动器1的大小，以及扩大了在弹热元件2上的接触面，在该接触面中，导热的层5近似完全包围弹热元件。另一方面，通过导热的层5的材料特性提高了热传输。此外设置有绝热的层6，该绝热的层围绕致动器布置并且该绝热的层将致动器1相对导热的层5以及相对流体管路5绝热。此外，绝热的层6布置在用于换热的器件100的完整的外侧（außenseite）上，组件1、2、4的外侧表面（mantelfläche）、因此这些组件1、2、4的与流体管路3对置的面以及固定元件4的与致动器1对置的端面被视作是外侧，并且因此防止了相对环境的热损失。

为了驱动致动器1，设置有电子的控制器8，该电子的控制器与电流/电压供应装置9连接并且控制从电流/电压供应装置9经由电线7到致动器1的电流。若致动器1被供以电流，那么致动器同时膨胀。因为两个致动器1在各一侧上通过固定元件4紧固，所以致动器仅能够朝着弹热元件2的方向膨胀，因此所述致动器从两侧分别施加力到弹热元件2上，通过所述力使弹热元件2压在一起（zusammengedrückt）并且在此变形。基于弹热效应，通过弹热元件2的变形产生了热，所述热通过导热的层5排出给流体管路3，在流体管路中加热在其内流动的传热流体。视是否应当加热或冷却在此未示出的消耗器而定，将热引导给消耗器或者从消耗器运出来，直至热完全从弹热元件2导出。若两个致动器1现在不再被供以电流，那么它们就退回到它们的起始状态，因而不再有力施加到弹热元件2上并且这个弹热元件同样恢复原状（zurückverformt）。在恢复原状时，弹热元件2吸收热，所述热从现在流过流体管路3的传热流体经由导热的层5提取，因此传热流体被冷却。经冷却的传热流体现在视应用而定被导出或输送给消耗器。通过被致动器1转化成机械能的所引入的电能（电流/电压），可以控制加热功率或冷却功率。结合图5详细说明传热流体的运走和其控制，在图5中说明了根据本发明的用于换热的系统。

图3示出了用于换热的器件110的第二种实施方式的等轴视图，其带有多个致动器1、多个弹热元件2和多个固定元件4。在第一种实施方式中也可以以如下方式设置多个致动器1、多个弹热元件2和多个固定元件4，即，多个用于换热的器件100沿流体管路3的纵向相继布置。与之不同的是，在第二种实施方式中，两个内置的致动器1，这就是说既不作为第一个也不作为最后一个按顺序布置的致动器，共享共同的固定元件4。这就是说，固定元件4的一个端侧与其中一个致动器1连接并且固定元件4的另一个端侧与另一个致动器1连接，因而固定元件4在这种情况下保持两个致动器1并且紧固这些致动器。加热功率或冷却功率可以通过所使用的和所操控的用于换热的器件100、110的数量发生改变。

图4在等轴图中示出了根据本发明的一种实施方式的用于换热的系统的一部分。根据第二种实施方式的多个用于换热的器件110级联地（kaskade）布置在共同的流体管路3上。用于传热110的器件布置在流体管路3的“笔直的”区段中，在所述区段中，流体管路3没有或仅具有小的弯曲。多个用于传热的器件110通过电线7被共同的控制器8控制并且由共同的电流/电压供应装置9供应。致动器1在时间上前后相继地被操控，更确切地说是被这样操控，使弹热元件2始终作用到流过流体管路3的传热流体的同一流体体积上。为此，连续地（sequentiell）与时间相关地操控致动器1，所述时间是已经吸收了热或排出了热的流体体积到达紧接着的弹热元件2所需的时间。所述时间可以由流动特性、如流动速度以及在弹热元件2之间的距离计算得出或者根据经验加以确定。借助这种操控使得已经吸收了热或排出了热的流体体积通过紧接着的弹热元件2被继续加热或冷却。由此使流体体积一个元件从一个元件到一个元件地始终被继续加热或冷却。

图5是根据本发明的一种实施方式的用于换热的整个系统的示意图。多个用于换热的器件110和流体管路3以及电子的控制器8、电流/电压供应装置9和电线7对应图4所示的参考对图4的说明。除了已经说明的组件外，在这个图中还示出了贮存器11、消耗器17和输送泵18以及其它的管路12、13、14、15、16、19、回送泵20以及阀10、21，其中，在贮存器中传热流体够用，所述阀控制传热流体的流动。阀10布置在流体管路3的端部上并且阀21布置在流体管路3的起始部上，其中，阀10、21构造成多路换向阀。

为了更好地说明，在下文中假设，消耗器17应当被冷却。传热流体通过输送泵18被从贮存器11经由流入管路19输送给流体管路3。在流体管路3中，用于换热的器件110以上文已经详细说明的方式影响传热流体。通过弹热元件2加热的传热流体（-体积）通过阀10经由第一流出管路14直接被回引至贮存器11，而不会穿流消耗器。第一流出管路因此对应通往贮存器11的返回管路。紧接着切换所述阀10并且接下来通过弹热元件2冷却的传热流体（-体积）经由第二流出管路15被导送给消耗器17，在那里由消耗器17吸收热。为了将热损失保持得小，第二流出管路15在带有用于换热的器件的流体管路3的端部和消耗器17之间被保持得尽可能小。紧接着传热流体经由另一条返回管路16被回引至贮存器11。在贮存器11中，已加热的传热流体与输送给消耗器17的传热流体混合。

针对传热流体在导送给消耗器17和贮存器11之前应当继续冷却的情况，在阀10和21之间设置有内部的返回管路12、13。在内部的返回管路12、13中设置回送泵20，在传热流体穿流流体管路3并且通过弹热元件2被冷却之后，所述返回管路将传热流体从在流体管路3的端部上的阀10回送给在流体管路3的起始部上的阀21，而不会流过消耗器17和/或贮存器11。现在，经冷却的传热流体能够再次穿流流体管路3，其中，该传热流体重新通过弹热元件2被冷却。在这个实施例中，设置有两条内部的返回管路12和13，其中，已冷却的传热流体通过一条返回管路流动并且已加热的传热流体通过另一条返回管路流动。

用于换热的相同的系统也可以用于，加热消耗器。为此，在之前所说明的操控下，仅须将经加热的传热流体导送给消耗器17，热在那里被排出给消耗器17，并且经冷却的传热流体直接被导送给贮存器11。

在其它在此未示出的实施例中设置有两个消耗器，所述消耗器分别布置在两条流出管路14、15之一中，其中，两个消耗器之一应当被冷却并且另一个消耗器应当被加热。取代经加热的传热流体直接导送给贮存器11的是，传热流体穿流另一个有待加热的消耗器并且在该传热流体进一步导送给贮存器11之前，在那里排出其热。经冷却的传热流体还穿流有待冷却的消耗器17并且导送给贮存器11。